[發明專利]一種基于復值卷積的GAN增強磁感應成像方法及系統

在審

• 申請號: 202110503479.0
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113362407A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 宣琦;宋栩杰;陳其軍;周潔韻;韓瑞鑫;張璐;翔云;邱君瀚
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00;G06T5/00;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵

本發明公開一種基于復值卷積的GAN增強磁感應成像方法及系統，包括：S1、采集電壓序列數據，構建復值神經網絡模型，將所述電壓序列數據輸入所述復值神經網絡模型進行訓練，得到初步電導率分布圖像；S2、構建對抗生成網絡模型，將所述初步電導率分布圖像輸入所述對抗生成網絡模型進行訓練，得到用于圖像增強的生成器；S3、將所述初步電導率分布圖像輸入所述生成器，得到高精度目標電導率分布圖。本發明將對抗生成網絡模型作為圖像優化模塊對復值卷積網絡的輸出進行圖像增強，充分利用了電壓序列數據的復值特性，提高了神經網絡的訓練效率及電導率重建的準確性，進而提高了最終圖像的分辨率與精度。

技術領域

本發明涉及生物醫學成像和深度學習領域，主要涉及一種基于復值卷積的GAN增強磁感應成像方法及系統。

背景技術

如今用于臨床診斷的成像技術主要有超聲成像(ultrasonic imaging)、X射線斷層成像(X-ray computer-tomography，X-CT)、磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)、正電子發射斷層成像(positron emission tomography,PET)等。這些檢測技術給人類醫學帶來巨大推動力的同時，仍然存在著各種各樣的限制。比如，價格高昂、操作不便、產生輻射、無法實時監測等。尤其是隨著經濟發展，我國人口老齡化日益嚴重，腦出血、腦梗死等疾病正威脅著高齡人群。這些疾病的實時圖像監護對確診病因、觀察病情發展具有重大意義，而現有的成像技術都不可能做到實時動態監護。電阻抗斷層成像(electricalimpedance tomography，EIT)和磁感應斷層成像 (magnetic induction tomography，MIT)技術有望解決這一問題。

電阻抗斷層成像技術是一種通過物體表面的測量來估計物體內部電性質的成像技術。通常情況下，采取將電流通過電極注入物體表面，并測量產生的電極電壓的方式。再通過重構算法利用得到的電流和電壓信息來求解逆問題，計算對象中的電導率和介電常數分布。是一種無創、無輻射、相應迅速、低成本的成像方法。目前電阻抗成像技術因其優點已被廣泛應用于工業過程成像、生物醫學成像以及地質勘探領域。

磁感應斷層成像是一種非接觸、無損害的以人體電導率分布為成像目標的電阻抗斷層成像技術，可參考文獻(GriffithH.Magnetic Induction Tomography[J].MeasSciTech,2001,12(8):1126-1131.)。 MIT基本原理是基于法拉第電磁感應理論的渦流檢測原理，在不接觸被測目標的情況下，檢測目標的電導率分布及其變化。

MIT與EIT十分相似，二者均以重建場域內電導率分布為目標。但不同的是，EIT中的電極陣列需要與人體接觸，當遇到過敏、外傷等情況時極不方便，而MIT避免了這一系列問題，有著更好的便捷性，且能夠減少與人體接觸帶來的測量誤差。此外，MIT的磁場激勵方式相比于EIT更容易穿透人體的顱骨等電導率較低的組織，因此MIT具有非常大的潛能，是醫學領域的研究熱點。

對于MIT，在傳統重建算法研究的過程中需要考慮正問題和逆問題，其正問題的本質是求解一個時諧開域準靜態渦流場的邊值問題，即由已知被測物體內部的電導率分布和導體外激勵線圈中的激勵電流分布以及介電常數、磁導率等信息來求出檢測線圈中的電壓值。而逆問題則是由測得的邊界電壓序列通過重建算法還原出場域內的電導率分布，其本質是求解一個二階偏微分方程，是非線性的；同時又是病態的，所謂病態是指數據上的微小誤差會引起解的巨大變化，它使許多求解方法變得不穩定，最終導致重建的電導率分布圖像不準確、偽影較大、成像質量不高。

近年來，隨著深度學習的不斷發展，研究人員逐漸嘗試用深度神經網絡來進行重建算法的研究。