[發(fā)明專(zhuān)利]一種自監(jiān)督學(xué)習(xí)方法及應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010693415.7
• 申請(qǐng)日: 2020-07-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111860836A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 江洪偉;鄭海榮;李彥明;萬(wàn)麗雯
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 深圳高性能醫(yī)療器械國(guó)家研究院有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G06N3/08
• 分類(lèi)號(hào): G06N3/08;G06N3/04;G06T5/00
• 代理公司: 北京市誠(chéng)輝律師事務(wù)所 11430
• 代理人: 范盈

本申請(qǐng)屬于醫(yī)學(xué)和工業(yè)領(lǐng)域計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種自監(jiān)督學(xué)習(xí)方法及應(yīng)用。現(xiàn)有的低劑量條件下CT成像質(zhì)量較差。本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N自監(jiān)督學(xué)習(xí)方法，所述方法包括：對(duì)圖像噪聲建模；從低劑量CT圖像中產(chǎn)生當(dāng)前像素的近似目標(biāo)像素值，獲取目標(biāo)像素點(diǎn)；隨機(jī)從低劑量CT輸入圖像中裁剪出圖像塊，從圖像塊中隨機(jī)選取N個(gè)像素點(diǎn)，將目標(biāo)像素點(diǎn)替換掉當(dāng)前選取的像素點(diǎn)得到目標(biāo)圖像；訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)，逐步達(dá)到收斂狀態(tài)。需人工干預(yù)即可端到端地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練，并實(shí)現(xiàn)降噪。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)屬于醫(yī)學(xué)和工業(yè)領(lǐng)域計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種自監(jiān)督學(xué)習(xí)方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)

計(jì)算機(jī)斷層掃描(Computed Tomography，CT)，是一種通過(guò)計(jì)算機(jī)和X射線來(lái)獲取病人軀體斷層圖像的非侵入式影像學(xué)檢測(cè)方法，它具有掃描時(shí)間短，費(fèi)用低廉和疾病監(jiān)測(cè)范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，適用于疾病的早期篩查和常規(guī)性體檢。然而，大量的X射線照射會(huì)出現(xiàn)輻射劑量的累計(jì)效應(yīng)，大幅度增加各種疾病發(fā)生的可能性，進(jìn)而影響人體生理機(jī)能，破壞人體組織器官，甚至危害到患者的生命安全。

合理應(yīng)用低劑量CT成像技術(shù)需要在滿足CT圖像的臨床診斷要求下，同時(shí)盡可能的降低X射線對(duì)患者的輻射劑量，因此，研究和開(kāi)發(fā)低劑量條件下成像質(zhì)量更高的CT成像，對(duì)于目前的醫(yī)療診斷領(lǐng)域都有著重要的科學(xué)意義和廣闊的應(yīng)用前景。但目前在臨床階段，獲取成對(duì)的CT圖像(低劑量CT圖像和與之對(duì)應(yīng)的正常劑量CT圖像)較為困難，在僅有低劑量CT圖像的情況下，如何使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)學(xué)習(xí)到低劑量CT圖像到正常劑量CT圖像的映射在臨床應(yīng)用領(lǐng)域有著巨大的發(fā)展前景。

由于在CT成像時(shí)降低X射線的輻射會(huì)導(dǎo)致重建圖像產(chǎn)生大量量子噪聲和金屬偽影；正常CT成像需采集的數(shù)據(jù)量較大，導(dǎo)致圖像重建速度慢；掃描時(shí)間長(zhǎng)，病人人體生理機(jī)能運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致圖像偽影；基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法必須使用成對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，在臨床階段獲取成對(duì)數(shù)據(jù)較為困難，這大大降低了臨床應(yīng)用的可能性。

現(xiàn)有的低劑量條件下CT成像質(zhì)量較差。

發(fā)明內(nèi)容

1.要解決的技術(shù)問(wèn)題

基于現(xiàn)有的低劑量條件下CT成像質(zhì)量較差的問(wèn)題，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N自監(jiān)督學(xué)習(xí)方法及應(yīng)用。

2.技術(shù)方案

為了達(dá)到上述的目的，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N自監(jiān)督學(xué)習(xí)方法，所述方法包括如下步驟：

步驟1：對(duì)圖像噪聲建模；

步驟2：從低劑量CT圖像中產(chǎn)生當(dāng)前像素的近似目標(biāo)像素值，獲取目標(biāo)像素點(diǎn)；

步驟3：隨機(jī)從低劑量CT輸入圖像中裁剪出圖像塊，從圖像塊中隨機(jī)選取N個(gè)像素點(diǎn)，將目標(biāo)像素點(diǎn)替換掉當(dāng)前選取的像素點(diǎn)得到目標(biāo)圖像；

步驟4：訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)，逐步達(dá)到收斂狀態(tài)。

本申請(qǐng)?zhí)峁┑牧硪环N實(shí)施方式為：所述步驟1中噪聲圖像由干凈圖像和噪聲共同組成。

本申請(qǐng)?zhí)峁┑牧硪环N實(shí)施方式為：所述步驟2中從輸入的低劑量CT圖像當(dāng)前像素點(diǎn)x_i^j的5×5鄰域內(nèi)隨機(jī)選取像素點(diǎn)作為當(dāng)前像素點(diǎn)的目標(biāo)像素點(diǎn)。

本申請(qǐng)?zhí)峁┑牧硪环N實(shí)施方式為：所述步驟3中隨機(jī)從低劑量CT輸入圖像中裁剪出64×64像素大小的圖像塊x^j。

本申請(qǐng)?zhí)峁┑牧硪环N實(shí)施方式為：所述步驟3中圖像塊大于選取卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的感受野。

本申請(qǐng)?zhí)峁┑牧硪环N實(shí)施方式為：所述步驟3中N為圖像塊大小的十分之一。

本申請(qǐng)?zhí)峁┑牧硪环N實(shí)施方式為：所述步驟4中訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)包括計(jì)算所述N個(gè)像素點(diǎn)的損失。

本申請(qǐng)?zhí)峁┑牧硪环N實(shí)施方式為：所述損失函數(shù)為均方誤差損失函數(shù)。