基于生成對抗網(wǎng)絡(luò)的無監(jiān)督動態(tài)對比增強磁共振分解方法

彌佳，周宇佳，馮前進(jìn)

南方醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院/廣東省醫(yī)學(xué)圖像重點實驗室，廣東廣州510515

前言

動態(tài)對比增強磁共振（Dynamic Contrast-Enhanced Magnetic Resonance Imaging,DCE-MRI）通過快速成像序列連續(xù)采集造影劑注射前、中、后的圖像，監(jiān)測血管與血管外細(xì)胞外空間（Extravascular Extracellular Space, EES）之間的造影劑交換［1］，可對早期肝癌實現(xiàn)有效的檢查［2-3］。藥代動力學(xué)的定量和半定量分析是DCE-MRI診斷和疾病鑒別的主要評價手段，其通過分析一個感興趣區(qū)域（Region of Interest,ROI）內(nèi)的時間信號強度曲線（Time Intensity Curve,TIC），可以得到血液動力學(xué)特征和對應(yīng)的藥代動力學(xué)參數(shù)值，反映腫瘤分級、血管生成和細(xì)胞增殖情況，從而幫助規(guī)劃治療和預(yù)測預(yù)后［4-5］。

為監(jiān)測造影劑流入流出情況，圖像采集時間需要持續(xù)幾分鐘或者更長。患者的自主和非自主運動不可避免［6］，由此引發(fā)的不同時間點上的體素或ROI的位置偏差，會嚴(yán)重影響后續(xù)定量分析的準(zhǔn)確性。圖像配準(zhǔn)是解決上述運動問題的最直接方法，然而造影劑的注入為圖像引入了新的信息，不同時間點之間的灰度變化同時與運動和造影劑有關(guān)，傳統(tǒng)基于灰度的配準(zhǔn)方法可能會導(dǎo)致配準(zhǔn)后增強區(qū)域的體積產(chǎn)生錯誤的膨脹或收縮［7-8］。去增強方法認(rèn)為運動和造影劑造成的灰度變化的本質(zhì)屬性不同，基于此區(qū)分兩者，分解數(shù)據(jù)，如基于Principal Component Analysis（PCA）［9］、Independent Component Analysis

（ICA）［10］、Robust PCA（RPCA）的方法。但是這些方法的分解能力往往取決于運動的性質(zhì)。Hamy 等［11］提出的基于RPCA 的方法假設(shè)DCE-MRI中的灰度變化可以被分解為兩類：涉及到絕大部分視野的平滑、緩慢的變化（即運動相關(guān)的）和局部的、快速的變化（即造影劑造成的），因此一個時間序列可以被分解為一個低秩成分和一個稀疏成分，使用前者來校正運動造成的各時間點之間的未對齊。……