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专利号: 2021110435442
申请人: 山东财经大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于GAN的融合NDCT噪声的低剂量CT双域联合降噪方法,包括粗粒度处理和细粒度处理,其特征在于,具体步骤如下:一、粗粒度处理

S1:构建用于训练CT图像降噪网络的样本集  ,其中   为低剂量CT图像,  为正常剂量CT图像;

S2:训练预测CT图像噪声的网络:引用一种公开的深度残差卷积神经网络模型DR‑CNN作为预测噪声的网络,该网络输入为   ,输出为预测的残差图像,即噪声图像,残差图像由   得到;通过数据集   来对DR‑CNN进行监督学习,从而得到训练好的DR‑CNN;

S3:使用训练好的DR‑CNN对LDCT图像进行初步降噪,将   输入训练好的DR‑CNN中得到预测的噪声图像:(2)

其中,  为   通过网络预测到的噪声图像,  为DR‑CNN;

S4:对LDCT进行初步降噪,为之后的细粒度降噪处理减轻负担:  (3)

其中,  为LDCT初步降噪后的结果;

二、细粒度处理

S5:由于NDCT作为ground truth时,其中的噪声依然会影响降噪结果,所以该方法将降噪后的NDCT作为ground truth;

         (4)

        (5)

其中,  为   通过网络预测到的噪声图像,  为NDCT初步降噪后的结果,作为细粒度处理的ground truth;

S6:因为频域图像更能体现原图像的边缘信息和细节信息,所以该方法通过两个生成对抗网络分别对时域和频域上的CT图像进行训练,即双域联合降噪;该方法使用公开网络模型WGAN,每个WGAN包含一个生成器和一个判别器;

S7:总体的损失函数为

(16)。

2.根据权利要求1所述的一种基于GAN的融合NDCT噪声的低剂量CT双域联合降噪方法,其特征在于,所述步骤S1具备包括以下步骤:S1‑1:使用Mayo数据集;该数据集具有2378副成对的CT图像,即每个正常剂量的CT图像都有对应的低剂量CT图像;

S1‑2:将数据集分为两部分,其中1902副CT图像作为训练集,476副CT图像作为测试集。

3.根据权利要求1所述的一种基于GAN的融合NDCT噪声的低剂量CT双域联合降噪方法,其特征在于, 所述步骤S2具备包括以下步骤:S2‑1:引用一种公开的深度残差卷积神经网络模型DR‑CNN作为预测噪声的网络,该网络输入为  ,输出为预测的残差图像,即噪声图像,残差图像由  得到;

该网络全部使用小卷积核,即 卷积核,增强了网络的非线性;第一层使用Conv+ReLU,第二层使用Conv+BN+ReLU,之后连续使用四个旁路连接模块,为了避免随着网络深度的增加,信息丢失现象严重,所以每个模块中都添加了旁路连接,最后一个卷积层中设置了

1组卷积核,将通道转为1通道,输出预测的残差图像;

S2‑2:通过数据集  来对DR‑CNN进行原网络相同的监督学习的训练方式,由构建的样本集 中保留  ,并采用原方法得到残差图像的方式得到对应的残差图像  ,从而得到 一一对应的样本集;

S2‑3: 作为输入图像,  作为groundtruth,对网络进行监督学习,得到训练好的DR‑CNN;

该网络的损失函数为 ,

(1)

其中N为BN层的批量大小, 为一个批量中第 个输入图像, 为与  对应的一个批量中第 个NDCT图像,Y为预测的残差图像,  为groundtruth。

4.根据权利要求1所述的一种基于GAN的融合NDCT噪声的低剂量CT双域联合降噪方法,其特征在于, 所述步骤S5具备包括以下步骤:S5‑1:首先使用初步预测噪声的网络DR‑CNN来预测NDCT中的噪声:         (4)

S5‑2:之后将噪声从NDCT图像中除去:        (5)

其中,  为   通过网络预测到的噪声图像,  为NDCT初步降噪后的结果,作为细粒度处理的ground truth。

5.根据权利要求1所述的一种基于GAN的融合NDCT噪声的低剂量CT双域联合降噪方法,其特征在于, 所述步骤S6具备包括以下步骤:S6‑1:首先处理时域上初步降噪后的CT图像,将   输入到生成器   中:(6)

其中   为生成器   ,  为生成器   的生成图像;

S6‑2:将 作为ground truth与  一起输入判别器   ,由判别器判断   是否是真的  :(7)

其中   为生成器   ,判别的结果   有1(true)和0(false);

定义该生成对抗网络的损失函数为  :

(8)

(9)

其中  和  分别为生成器   、判别器   的输出结果,是个加权超参数,该方法中设为10,为从生成器   和groundtruth图像的输出集合中随机采样的结果,Y为ground truth;

S6‑3: 使用numpy包中的  .fft.fft2()函数将时域上的   和   都转到频域上:(10)

(11)

其中 为快速傅里叶变换(FFT),  为   初步降噪后转到频域上的图像,  为   初步降噪后转到频域上的图像;

S6‑4:用生成对抗网络GAN对频域上的CT图像进行处理,将   输入到生成器   中:(12)

其中   为生成器   ,  为生成器   的生成图像;

S6‑5:将   作为ground truth与  一起输入判别器   ,由判别器判断   是否是真的  :     (13)

其中   为生成器   ,判别的结果   有1(true)和0(false);

定义该生成对抗网络的损失函数为 :

(14)

(15)

其中  和  分别为生成器   、判别器   的输出结果,为从生成器   和groundtruth图像的输出集合中随机采样的结果。