基于对比生成对抗网络的CBCT生成伪CT方法研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jacky1228
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
CBCT生成伪CT任务是实现自适应放射治疗的关键步骤,旨在利用合成的伪CT进行剂量计算,及时修正、调整放射治疗计划。与CT相比,CBCT具有成像快、效率高且辐射剂量相对低的特点,对患者的身体额外损伤程度较小,但CBCT无可靠的电子密度,无法直接提供剂量计算,因此将CBCT合成伪CT在自适应放射治疗中是有必要的。CBCT生成伪CT任务最常用的方法是循环一致性生成对抗网络(Cycle GAN)以及基于Cycle GAN改进的方法。Cycle GAN主要依靠循环一致性损失来指导生成器的学习,而循环一致性成立的前提是域间转换是双射的,但CBCT与CT两个域之间的转换并非完全满足双射关系。此外,由于放射治疗是有疗程的,所以同一患者往往有多套CBCT,且CBCT之间存在着潜在的时间和空间上的联系,但现有方法并没有利用到CBCT间信息互补的特点。针对上述问题,本文研究基于CBCT生成伪CT的方法,主要工作包括以下三个部分:(1)研究CBCT数据预处理方法。针对原始数据存在冗余信息、噪声以及图像不配对的特点,本文基于已脱敏的临床数据进行一系列的数据预处理操作,包括数据清洗、图像去噪以及配准,最终构建出适用于CBCT生成伪CT研究的实验数据集。(2)研究适用于CBCT生成伪CT任务的模型架构。本文提出了新的CBCT生成伪CT模型——时序融合的对比生成对抗网络,它将对比学习的思想应用于生成对抗网络中,通过自监督的方式确保网络在提取特征过程中更注重CBCT的解剖结构;同时引入时序信息融合模块,利用同一患者的多套CBCT间的信息互补性,通过时序信息融合的方式得到更加全面、清晰、有利于网络学习的CBCT。(3)研究适用于CBCT生成伪CT任务的生成器结构。本文根据医学图像以及伪CT生成任务的特点,构建了一个适用于CBCT生成伪CT任务的生成器——递归残差空洞卷积网络。它通过特征积累和捕捉不同比例上下文信息的方式,提取图像更多的细节信息,提升图像的转换精度。本文从图像生成相关指标、生成结果可视化两方面说明了本文提出的方法优于现有的无监督方法。通过剂量计算的方式,验证了伪CT的临床适用性和方法的有效性。
其他文献
碳-氟(C-F)键的键能很高,导致其反应活性较低,很难在常规条件利用过渡金属配合物进行活化,这是有机合成化学领域目前面临的一个很大的挑战。近年来,利用过渡金属催化氟代芳烃实现各种C-F键活化是化学领域的前沿研究课题。尽管当前已有多种较为先进的分析检测技术,然而,由于反应条件较为复杂,可能性路径较多,一些关于机理的细节仍然较为模糊,这些都一定程度的限制了后续的实验拓展研究。值得注意的是,近些年理论化
学位
社区结构是复杂网络的重要特性之一,寻找网络中潜在的社区结构,在用户推荐、舆情监控、公共安全等方面有重要的应用价值。基于层次聚类的社区发现算法是寻找社区结构的经典算法,可以发现复杂网络多层次的结构特征。但是现有的层次聚类方案存在局限性,采用模块度最优的单步贪婪策略,只考虑节点的一阶邻居信息,影响社区发现结果的准确性。其次,模块度作为层次聚类的目标函数和评价方法,存在分辨率限制(Resolution
学位
近年来,区块链技术在各行各业得到了广泛应用并快速发展,传统的区块链框架性能低下的问题也随之暴露,比如在公有链领域,比特币的TPS约为5笔/秒,以太坊的TPS也在13-15笔/秒之间,在面对绝大部分业务场景时,传统的区块链框架性能都难以满足实际应用需求。联盟链是由多个组织在一个去中心化的网络上合作,具有更好的性能。如何有效整合公有链和联盟链,开展数据协同从而提升公有链性能有待研究,加之当前区块链框架
学位
在能源与环境问题日益突出的时代背景下,开发可再生能源,成为实现“碳中和”目标的重要一环。稻壳是一种产量巨大的农业废弃物,目前一般通过焚烧处理,这样的处理方式既损害了周边地区的空气质量,又造成了自然资源的浪费。近年来,以稻壳为原料制备的木质纤维素基多孔炭因成本低廉,孔道丰富的优势吸引了众多研究者的关注,被广泛用于储能器件的电极材料,特别是超级电容器。然而,稻壳炭在活化过程中会引入大量的含氧基团造成严
学位
一氧化碳(CO)是工业烟气中的重要污染物之一,随着排放政策的日趋严格,CO等污染物的排放浓度限值不断降低,对设计制备适用于工业烟气中CO氧化消除的催化剂提出更高要求。贵金属催化剂因其较高的活性和稳定性在低浓度CO氧化消除中一直受到广泛重视,近年来,Pt基催化剂在常温常湿CO氧化反应中获得较大进展。但在工业烟气中,即使经过脱硫处理,残留的微量SO2仍然容易导致Pt基催化剂失活,严重制约着其在工业烟气
学位
受益于无人机的灵活性、安全性和低成本,低空无人机目标检测技术广泛应用于动植物保护、测绘和监控等领域。较之普通视频监控,低空无人机航拍场景复杂,摄像头距目标较远,导致目标模糊,目标信息表达不足,误检和漏检的情况严重。现有目标检测方法存在诸多不足,难以应对目标模糊挑战,具体包括:1)由于模糊目标的边缘细节信息缺失,模型难以从少量的边缘特征中获取准确的定位信息,影响定位精度。2)模糊目标的外观信息不足,
学位
目标检测作为计算机视觉基础任务,广泛应用于人脸识别、无人驾驶、无人机视觉应用等各个领域。近年来通用目标检测成绩显著,但其应用锚框机制难以捕获充足的小目标样本,大量的超参数又使得网络难以训练。密集检测器对任意尺度目标具有良好的鲁棒性和泛化力,应用于小目标检测具有较大的潜力。然而目标尺度小、分辨率低,模型训练过程中存在多种不平衡,特征凸显困难,在以下几个方面存在明显不足:1)标签分配:密集检测器以固定
学位
化学品是人类生活不可缺少的一部分。然而很多化学品由于误用、滥用或处置不当会损害人类健康和自然环境。酚类化合物是很多化学品合成过程的中间体,在自然界中,酚类化合物由于稳定的芳香环特性降解困难,一旦进入人体会引起机体慢性中毒。另外,广泛使用的多孔炭材料也具有潜在风险,尤其作为药物载体,易于在人体内富集,危害人体健康。催化氧化消除是一种利用催化氧化反应降解去除有害物质的技术,在污染物的去除以及复合材料的
学位
随着工业社会的不断发展,温室效应以及能源危机成为了亟待解决的问题,人类急需寻找一种新的可持续能源。光电化学分解水制氢,将氢能源储存并加以利用,是一种解决目前能源问题的有效方法。目前,产氧半反应还是光电化学分解水反应的速控步骤,所以构筑高效、稳定的光阳极对整体光电化学分解水反应是具有决定性作用的。α-Fe2O3因其储量丰富,能带结构优异,理论光电流高(12.5m A/cm~2),被认为是光电化学水氧
学位
MRI图像配准是肿瘤患者整个放射治疗过程中的一个关键环节,该环节旨在将患者接受放射治疗前后两个时期的MRI进行图像配准。医生使用配准好的MRI与放疗后的MRI进行叠加对比,根据对比结果得到患者放射治疗的效果评估,而放疗效果的评估是医生对患者进行下一步医疗决策的基础依据。近年来图像配准的研究已经日益成熟,并从迭代优化的传统配准方法逐步发展到基于神经网络的配准方法。这些方法都是基于单视图数据获取图像间
学位