[发明专利]基于生成对抗网络的结直肠癌肝转移MRI图像增强方法

权利要求书

1.基于生成对抗网络的结直肠癌肝转移MRI图像增强方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

S1：获取未使用造影剂的肝脏MRI图像以及该肝脏使用造影剂后的MRI图像，所述未使用造影剂的肝脏MRI图像包括平扫T1WI、T2WI、DWI-ADC；然后通过计算机程序辅助人眼验证的方式将使用造影剂后的MRI图像根据动脉期、门脉期、延迟期进行分类后打标；

S2：对步骤S1所有MRI图像进行预处理；

S3：对步骤S2所有MRI图像进行数据增强；具体是：

对MRI图像依次进行随机旋转和随机裁剪，保留包含肝脏部分的图像，得到第一次数据增强后图像；然后以触发概率θ对第一次数据增强后图像进行随机遮挡，最后以触发概率β进行随机替换，得到第二次数据增强后图像；

S4：以步骤S3数据增强后的T1WI、T2WI、DWI-ADC图像作为输入，步骤S3数据增强后的使用造影剂后的MRI图像作为标签，构建数据集；

S5：利用上述数据集训练并验证生成对抗网络；

所述生成对抗网络包括注意力地图模块、生成器、判别器；

所述注意力地图模块接收同一肝脏同一时期的平扫T1WI、DWI-ADC图像，使用T1WI肝脏分割结果信息与DWI-ADC信息融合，根据公式(1)得到注意力特征图；

M＝H(M_T1)·H(M_ADC)       式(1)

其中M_T1为T1WI图像分割后保留肝脏位置信息的二值化硬注意力特征图，M_ADC为DWI-ADC的归一化后的权值图，H(·)为低通滤波；

所述生成器的输入为同一肝脏同一时期的平扫T1WI、T2WI、DWI-ADC图像，以及所述注意力地图模块输出的注意力特征图，生成虚拟增强后MRI图像；

所述判别器的输入为所述生成器输出的虚拟增强后MRI图像，以及使用造影剂后的MRI图像，得到最终判别结果；

S6：利用训练并验证好的生成对抗网络实现结直肠癌肝转移MRI图像虚拟增强。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤S2中所述预处理包括图像配准、图像重采样、图像归一化。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述图像配准是以使用造影剂后的MRI图像作为标准图像，T1WI、T2WI、DWI-ADC图像向其配准；所述图像重采样是将使用造影剂后的MRI图像，配准后的T1WI、T2WI、DWI-ADC图像的像素尺寸统一为1*1*1；所述图像归一化是使图像重采样后的所有MRI图像的像素点明暗程度限定在[0,1]范围内。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤S3中所述随机旋转是以图像中心为旋转中心进行随机旋转，旋转角范围为[-30°,+30°]；所述随机遮挡是对图像1/16矩形面积的区域进行遮挡；所述使用随机替换，以CutMix的方法对图像1/16矩形面积的区域进行随机替换。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于生成器G采用5层ResUNet，判别器D采用降采样卷积神经网络。

6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于生成器G损失函数表示为min Loss＝Loss_G+100*Loss_P，其中loss_G为原图像与生成图像的平均绝对误差(MAE)，Loss_P为生成图像与标签图像的平均绝对误差；判别器的损失函数表示为maxLoss＝Loss_D,其中Loss_D为二分类的损失交叉熵函数。

7.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于生成对抗网络优化器使用Adam优化器，epoch设置为1000。

8.实现权利要求1-7中任一项所述方法的结直肠癌肝转移MRI图像增强系统，其特征在于包括训练并验证好的生成对抗网络。