[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

说明书

本发明涉及一种基于生成对抗网络的结直肠癌肝转移MRI图像增强方法。该方法利用常规扫描获取的肝脏T1WI、T2WI、DWI‑ADC序列的MRI图像，分别生成不同期相的虚拟增强MRI图像，从而避免增强MRI扫描中使用造影剂对患者产生影响。所述方法包括：肝脏部位平扫MRI图像及增强图像的采集和整理；图像预处理；数据增强；以平扫MRI作为输入，增强MRI作为标签，循环训练生成对抗网络模型；利用训练后的模型生成新样本的虚拟增强MRI图像。

技术领域

本发明属于医学图像处理领域，涉及一种基于生成对抗网络的结直肠癌肝转移MRI图像增强的方法。

背景技术

结直肠癌(Colorectal Cancer,CRC)是一种临床上常见的肠道恶性肿瘤，在我国不少地区的发病率呈逐年快速上升的趋势。该病的预后取决于早期诊断和及时手术治疗。一般癌肿只限于肠壁者预后较好，浸润到肠外者预后较差。肿瘤肝转移是结直肠癌最常见的远处转移方式，对肝脏的影像学检查，尤其是核磁共振成像(Magnetic ResonanceImaging，MRI)是对结直肠癌诊断、分期、疗效监测与随访的重要方法。

MRI虽然具有很高的空间分辨力，但在肝脏平扫图像中，由于病灶与所处器官之间信号差异不够明显。为了提高诊断效率，需要静脉注射钆造影剂增强扫描，人为地增加信号差异。然而造影剂的引入会对人体造成负担：高剂量造影剂脑部钆沉积会引起中枢神经系统的不良反应及对患者造成伤害，也可能引起肾源性系统性纤维化；特异性反应与造影剂剂量无关，即使低剂量造影剂可能引起过敏反应。因此避免造影剂使用同时又能获取增强的肝脏MRI图像有着十分重要的临床意义。

由于肝脏是体内唯一一个由动脉、静脉双重供血的脏器，供血由门静脉和肝动脉提供，肝脏的MRI增强图像通常会采集多个期相：动脉期，门脉期，延迟期。因此虚拟增强技术也应该考虑为不同供血期生成不同的增强序列图像。故本发明提出一种考虑多个期相肝脏的MRI增强方法。

发明内容

本发明的目的是针对造影剂在临床使用中的风险，提出了一种基于生成对抗网络的结直肠癌肝转移MRI图像增强的方法及其系统。该方法可以实现在不使用造影剂的情况下，通过引入肝脏平扫MRI的T1加权成像(T1WI)、T2加权成像(T2WI)、表观弥散系数图像(DWI-ADC)，生成不同期相的虚拟增强的MRI图像。

第一方面，本发明提供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)