• شماره ركورد
    24463
  • شماره راهنما
    BIOMED2 234
  • عنوان

    ارتقاء كيفيت تصاويرPET-CT با دوز پايين با استفاده از روش يادگيري عميق

  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • رشته تحصيلي
    مهندسي پزشكي- بيوالكتريك
  • دانشكده
    فني و مهندسي
  • تاريخ دفاع
    1403/10/30
  • صفحه شمار
    99 ص.
  • استاد راهنما
    عليرضا كريميان
  • كليدواژه فارسي
    سيستم‌هاي تصويربرداري با تابش پوزيترون , يادگيري عميق , دوز پرتويي پايين , ارتقاء كيفيت تصوير , كاهش نويز تصاوير
  • چكيده فارسي
    در دهه‌هاي اخير، تصويربرداري پت-سي تي به‌عنوان يكي از پيشرفته‌ترين روش‌هاي تصويربرداري مولكولي، نقشي حياتي در تشخيص و درمان بيماري‌ها ايفا كرده است. با اين حال، كيفيت تصاوير پت-سي تي در دوزهاي پايين تابش به دليل نويز و افت كيفيت محدود مي‌شود كه اين امر به‌ويژه در تشخيص دقيق بيماري‌ها و درمان‌هاي پزشكي، به‌ويژه در گروه‌هاي حساس نظير كودكان، مشكلاتي ايجاد مي‌كند. بهبود كيفيت تصاوير پت-سي تي با دوز پايين از طريق استفاده از تكنيك‌هاي يادگيري عميق، به‌ويژه شبكه‌هاي عصبي كانولوشني و مدل‌هاي مولد مقابله‌اي، به‌عنوان راهكاري نوين مطرح شده است. در مطالعات پيشين، مدل‌هاي يادگيري عميق مانند U-Net سه‌بعدي براي بهبود كيفيت تصاوير پت-سي تي با دوز پايين استفاده شده است. اين روش‌ها با كاهش نويز و بهبود معيارهايي مانند PSNR و RMSE، عملكرد بهتري نسبت به مدل‌هاي تك‌ورودي نشان داده‌اند. به‌ويژه، مدل‌هاي چندكاناله توانسته‌اند RMSE را به ميزان 22.22% كاهش داده و PSNR را به‌طور قابل توجهي افزايش دهند، به‌طوري‌كه كيفيت تصاوير به سطح تصاوير با دوز استاندارد رسيده است. با اين حال، محدوديت‌هايي مانند وابستگي به داده‌هاي متنوع، پيچيدگي محاسباتي بيشتر در مقايسه با مدل‌هاي تك‌ورودي و عدم تعميم‌پذيري به ساير دستگاه‌ها و شرايط باليني همچنان مطرح هستند.اين تحقيق به دنبال بهبود كيفيت تصاوير پت-سي تي با دوز پايين از طريق استفاده از مدل يادگيري عميق ResUNet سه‌بعدي است. داده‌هاي اين تحقيق شامل 219 تصوير از ناحيه سر و گردن در سه سطح دوز مختلف (دوز خيلي خيلي كم 2٪، دوز خيلي كم 5٪ و دوز كم 10٪) است كه مراحل پيش‌پردازش شامل نرمال‌سازي، تغيير اندازه و حذف نويز روي آن‌ها انجام شده است. مدل پيشنهادي با تركيب معماري‌هاي ResNet و U-Net طراحي شده و بر اساس معيارهاي RMSE ، PSNR و SSIM ارزيابي گرديد. نتايج نشان داد كه بهترين عملكرد در ايپوك 35 مشاهده شد كه در آن RMSE به ميزان0.0025± 0.0069 براي تصاوير با دوز كم (10٪ دوز) بهبود يافت، نويز كاهش يافته و جزئيات ساختاري تصاوير حفظ گرديد. همچنين، مقدار PSNR به 43 افزايش يافت، كه اين امر نشان‌دهنده بهبود قابل توجه كيفيت تصاوير بازسازي‌شده است. اين نتايج نشان‌دهنده پتانسيل بالاي مدل پيشنهادي در كاهش نويز، بهبود دقت بازسازي تصاوير و ارتقاء كيفيت تصاوير پزشكي با دوز پايين است.نتايج اين تحقيق بيانگر آن است كه مدل ResUNet سه‌بعدي توانسته است در مقايسه با مدل‌هاي مشابه مانند HighResNet، در معيارها PSNR ، SSIM و RMSE عملكرد بهتري نشان دهد. به‌ويژه، مدل پيشنهادي توانست نويز را كاهش دهد و دقت بازسازي تصاوير را افزايش دهد. علت اين بهبودها، پردازش دقيق‌تر ويژگي‌هاي فضايي و مكاني تصاوير با دوز پايين و استفاده از بلوك‌هاي باقيمانده و داده‌هاي آموزشي بزرگتر بود. مزاياي اين مدل شامل كاهش نويز، افزايش دقت بازسازي، و كاربرد در كاهش دوز تابش بدون افت كيفيت تصوير در كاربردهاي باليني است. با وجود محدوديت‌هايي مانند نياز به داده‌هاي آموزشي حجيم و منابع سخت‌افزاري قوي، مدل ResUNet سه‌بعدي پتانسيل بالايي در بهينه‌سازي كيفيت تصاوير پزشكي و كاهش دوز تابش دارد.
  • كليدواژه لاتين
    Positron Emission Tomography , Deep Learning , Low Dose Radiation , Image Quality Enhancement , Image Noise Reduction
  • عنوان لاتين
    Enhancement the Quality of Low-Dose PET-CT Images Using Deep Learning Method
  • گروه آموزشي
    مهندسي پزشكي
  • چكيده لاتين
    In recent decades, PET-CT imaging has played a vital role in the diagnosis an‎d treatment of diseases as one of the most advanced molecular imaging techniques. However, the quality of PET-CT images at low radiation doses is limited due to noise an‎d quality degradation, which particularly poses challenges in the accurate diagnosis of diseases an‎d medical treatments, especially in sensitive groups such as children. Improving the quality of low-dose PET-CT images using deep learning techniques, particularly convolutional neural networks an‎d generative adversarial models, has been proposed as an innovative solution. In previous studies, deep learning models such as 3D U-Net have been used to improve the quality of low-dose PET-CT images. These methods have shown better performance compared to single-input models by reducing noise an‎d improving metrics such as PSNR an‎d RMSE. Specifically, multi-channel models have been able to reduce RMSE by 22.22% an‎d significantly increase PSNR, bringing the image quality to the level of stan‎dard-dose images. However, challenges such as reliance on diverse data, higher computational complexity compared to single-input models, an‎d limited generalizability to other devices an‎d clinical conditions remain issues.This study aims to improve the quality of low-dose PET-CT images by using the deep learning model ResUNet 3D. The data used in this study consists of 219 images from the head an‎d neck region at three different dose levels (2%, 5%, an‎d 10%), with preprocessing steps such as normalization, resizing, an‎d noise removal applied. The proposed model was designed by combining the ResNet an‎d U-Net architectures an‎d eva‎luated based on the metrics RMSE, PSNR, an‎d SSIM. The results showed that the best performance was observed at epoch 35, where RMSE improved to 0.0069 ± 0.0025 for the 10% dose, noise was reduced, an‎d the structural details of the images were preserved. Furthermore, PSNR increased from 22 to 43, indicating a significant improvement in the quality of the reconstructed images. These results demonstrate the high potential of the proposed model in reducing noise, improving reconstruction accuracy, an‎d enhancing the quality of low-dose medical images.The findings of this study indicate that the ResUNet 3D model outperformed similar models such as HighResNet in terms of PSNR, SSIM, an‎d RMSE. Specifically, the proposed model was able to reduce noise an‎d increase image reconstruction accuracy. The reasons for these improvements include more precise processing of spatial an‎d contextual features of low-dose images an‎d the use of residual blocks an‎d larger training datasets. The advantages of this model include noise reduction, improved reconstruction accuracy, an‎d its potential application in reducing radiation dose without compromising image quality in clinical settings. Despite limitations such as the need for large training datasets an‎d powerful hardware resources, the ResUNet 3D model holds significant potential in optimizing the quality of medical images an‎d reducing radiation dose.
  • تعداد فصل ها
    5
  • استاد مشاور خارج از دانشگاه
    حسين عربي
  • فهرست مطالب pdf
    122045
  • نويسنده

    علي، مني