本技术提供了一种基于空间域和频域注意力机制的医学图像合成方法,属于计算机视觉和医学图生成领域,本发明解决了现有医学图像合成方法在处理高频细节信息方面的不足,提高了图像的清晰度和细节表现。方法包括以下步骤:S1、获取数据集并进行数据预处理;S2、构建生成对抗网络;S3、将成对的CT和MRI数据集输入到设计的生成对抗网络进行训练;S4、合成图像;S5、进行多次实验并对合成的图像进行评估。本发明能够在训练的过程中提取图像的空间域信息和频域信息,良好地学习不同模态医学图像之间的映射关系,进而准确迅速的完成医学图像的合成,得到高质量包含病变信息的合成图像。
背景技术
在临床诊疗过程中,医学影像是医生进行精确诊断的重要辅助工具,扮演着不可或缺的角色。通过使用不同的成像技术对患者的同一部位进行扫描,可以获得反映该区域特异性信息的不同模态影像,例如多对比度MRI(核磁共振成像)、CT(电子计算机断层扫描)和PET(正电子发射断层扫描)。然而,在实际应用中,高昂的成本、生理上的不适配性以及放射性示踪剂对人体的潜在辐射危害等问题,限制了某些模态影像的广泛获取。因此,开发医学图像跨模态转换技术成为了解决上述难题的有效策略。该技术旨在利用已有的源模态图像生成目标模态图像,同时确保两种模态之间病理特征的一致性。这不仅是一项极具挑战性的任务,也是当前研究的热点之一。
早期解决医学图像生成问题的方法主要依赖于人工设计的规则和传统图形学技术,例如基于物理模型的渲染技术以及基础的纹理映射。然而,这些方法因受制于当时的计算资源和模型表达能力,难以应对日益复杂的医学图像生成需求。随着深度学习技术的迅猛发展,尤其是卷积神经网络(CNNs)在图像分类等领域的突破性成就,为医学图像生成领域带来了前所未有的机遇。通过利用深度学习的强大表征能力,医学图像的生成精度和效率得到了显著提升。随后,变分自编码器(VAEs)的问世,通过将概率论与神经网络相结合的方式,开创了在潜在空间中学习数据分布的新途径。这不仅使得模型能够生成更加多样化且自然的图像,还为医学图像生成提供了更为灵活的解决方案。紧随其后,生成对抗网络(GANs)通过生成器与判别器之间的对抗训练机制,实现了图像生成质量的重大飞跃。GANs能够生成接近真实、质量极高的图像,极大地推动了图像生成技术的发展,特别是在医学图像领域。在上述进展的基础上,扩散模型(Diffusion Models)的兴起为医学图像生成技术增添了新的活力。扩散模型通过一种新颖的噪声添加与去除过程,即先逐步向数据中加入噪声,再学习如何从噪声中恢复原始数据,展示了生成高质量、高分辨率图像的能力。尤其值得注意的是,扩散模型在处理具有长尾分布的数据集时表现出色,这对于医学图像生成而言尤为重要,因为医学图像往往包含大量罕见但重要的特征。此外,Transformer架构的引入为医学图像生成技术的发展带来了革命性的变化。不同于传统的卷积神经网络,Transformer通过自注意力机制,能够高效处理序列数据并捕捉长距离依赖关系,这在处理医学图像时尤为重要。在医学图像生成中,Transformer不仅能够用于高效的特征提取,还能通过其卓越的建模能力,帮助模型更好地理解和生成图像的上下文信息,从而生成更加准确、逼真的医学图像。
尽管近年来深度学习技术在医学图像生成方面取得了显著的进步,但仍面临一些亟待解决的关键问题。现有的多数方法在处理细节纹理方面存在不足,特别是对于高频细节信息的捕捉和表达能力有限。这种细节信息的缺失可能会对后续的医疗诊断和治疗计划制定造成不利影响。针对这一问题,我们设计了一个基于空间域和频域注意力机制的医学图像生成方法,本研究的模型首先利用Transformer和ResNet模块对输入图像进行特征提取,以捕捉图像的空间结构和语义信息。随后,通过小波变换结合Transformer的方法,从频域角度对图像进行分析,专注于提取和保留图像中的高频细节信息。通过这种方式,我们的模型不仅能够增强图像中细节信息的表达,还能保证生成图像的整体质量和一致性,进而提高医学图像在临床应用中的价值。
实现思路