本技术公开了一种基于扩散对抗模型的PET双示踪剂浓度图生成方法,使用条件GAN对扩散模型中的每个去噪步骤进行建模,并引入配对损失和循环一致损失,以生成高质量的PET双示踪剂浓度图。通过结合扩散模型的逐步优化机制和对抗生成网络的全局特性,有效解决了生成速度慢和图像质量不足的问题,实现了生成速度与质量的平衡,为多示踪剂浓度图的快速生成提供了有效手段。通过扩散过程的逐步优化机制,使生成的浓度图在结构细节上具有较高的保真度,能够真实反映多示踪剂的分布特征。该机制有效解决了现有技术中生成图像细节丢失的问题,实现了对多示踪剂分布特征的准确生成。
背景技术
正电子发射断层扫描(PET)作为一种非侵入性的分子影像技术,对疾病的早期诊断、疗效评估和预后判断具有重要意义。传统的PET成像通常依赖于单一的放射性示踪剂,然而,单一示踪剂往往无法全面反映复杂的生物学过程。
为了解决这一局限性,双示踪剂PET成像通过使用两种不同的放射性示踪剂,可以提供多参数的信息,帮助医生更全面地了解生理和病理过程。通过双示踪剂图像,诊断的准确性和敏感性得到了显著提升。这是因为双示踪剂能够提供互补的生物学信息,使得疾病的检测、定位和评估更加精确。然而,传统的双示踪剂成像可能面临剂量过高和成本昂贵的问题。为此,开发双示踪剂生成技术具有重要意义。
扩散模型[J. Ho, A. Jain, and P. Abbeel, “Denoising diffusionprobabilistic models,” Proceedings of the 34th International Conference onNeural Information Processing Systems (NeurIPS), vol. 33, Article No. 574,pp. 6840–6851, 2020.]近年来受到了广泛关注。这种生成模型以其强大的表现力和稳定的训练过程脱颖而出,特别是在高质量图像生成任务中展现了卓越的能力。相比传统生成对抗网络(GAN),扩散模型通过逐步优化的方式生成数据,能够更好地捕获复杂的图像分布特征,从而生成真实感极高的图像。然而DDPM 的生成过程需要逐步去噪(通常需要数百到上千步),导致生成速度显著慢于 GAN。
[Z. Xiao, K. Kreis, and A. Vahdat, “Tackling the generative learningtrilemma with denoising diffusion GANs,” International Conference on LearningRepresentations (ICLR), Apr. 2022.]为了解决扩散模型采样时间长的问题,提出一种使用复杂的多峰分布来模拟去噪分布的方法。通过引入去噪扩散生成对抗网络,使用条件GAN对每个去噪步骤进行建模,显著降低了生成时间。
现有技术存在如下技术问题:
1)高质量采样与多样性覆盖的矛盾目前的生成学习框架在高质量生成与模式覆盖和样本多样性之间存在明显的矛盾。大多数图像合成技术主要关注于生成高质量的样本,但往往在覆盖数据的完整分布和样本多样性方面表现不佳。
2)生成速度与计算成本的限制当前的深度生成模型通常需要大量的计算资源,且采样速度较慢,难以满足实际应用中对实时性或交互性的要求。
3)生成质量、模式覆盖和采样效率之间的权衡问题生成模型通常难以同时满足高质量采样、模式覆盖与样本多样性以及快速生成三个关键需求。这种三难困境使得现有模型必须在这三者之间做出权衡,往往导致某一方面的显著不足。
实现思路