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电气工程与系统科学 > 图像与视频处理

arXiv:2508.16897v1 (eess)
[提交于 2025年8月23日 (此版本) , 最新版本 2025年9月5日 (v2) ]

标题: 从非对比扫描生成合成对比增强胸部CT图像的切片一致布朗桥扩散网络

标题: Generating Synthetic Contrast-Enhanced Chest CT Images from Non-Contrast Scans Using Slice-Consistent Brownian Bridge Diffusion Network

Authors:Pouya Shiri, Xin Yi, Neel P. Mistry, Samaneh Javadinia, Mohammad Chegini, Seok-Bum Ko, Amirali Baniasadi, Scott J. Adams
摘要: 增强计算机断层扫描(CT)成像是诊断和监测胸部疾病,包括主动脉病变的重要手段。 然而,对比剂存在肾毒性及类似过敏反应等风险。 能够在不使用对比剂的情况下生成高保真度的合成增强CT血管造影(CTA)图像将具有变革性,从而提高患者安全性和可及性,同时降低医疗成本。 在本研究中,我们提出了第一个基于桥接扩散的解决方案,用于从非对比CT扫描中合成增强CTA图像。 我们的方法建立在切片一致的布朗桥扩散模型(SC-BBDM)之上,利用其建模复杂映射的能力,同时保持切片间的连续性。 与传统的逐切片合成方法不同,我们的框架在保持完整三维解剖完整性的同时,以高分辨率二维方式运行,从而在低内存预算下实现无缝的体积解释。 为确保稳健的空间对齐,我们实施了一个全面的预处理流程,包括重采样、使用对称归一化方法进行配准,以及一个复杂的扩张分割掩码,以提取主动脉及其周围结构。 我们从Coltea-Lung数据集中创建了两个数据集:一个仅包含主动脉,另一个同时包含主动脉和心脏,从而能够对解剖上下文进行详细分析。 我们在两个数据集上将我们的方法与基线方法进行了比较,证明了其在保留血管结构的同时增强对比度保真度的有效性。
摘要: Contrast-enhanced computed tomography (CT) imaging is essential for diagnosing and monitoring thoracic diseases, including aortic pathologies. However, contrast agents pose risks such as nephrotoxicity and allergic-like reactions. The ability to generate high-fidelity synthetic contrast-enhanced CT angiography (CTA) images without contrast administration would be transformative, enhancing patient safety and accessibility while reducing healthcare costs. In this study, we propose the first bridge diffusion-based solution for synthesizing contrast-enhanced CTA images from non-contrast CT scans. Our approach builds on the Slice-Consistent Brownian Bridge Diffusion Model (SC-BBDM), leveraging its ability to model complex mappings while maintaining consistency across slices. Unlike conventional slice-wise synthesis methods, our framework preserves full 3D anatomical integrity while operating in a high-resolution 2D fashion, allowing seamless volumetric interpretation under a low memory budget. To ensure robust spatial alignment, we implement a comprehensive preprocessing pipeline that includes resampling, registration using the Symmetric Normalization method, and a sophisticated dilated segmentation mask to extract the aorta and surrounding structures. We create two datasets from the Coltea-Lung dataset: one containing only the aorta and another including both the aorta and heart, enabling a detailed analysis of anatomical context. We compare our approach against baseline methods on both datasets, demonstrating its effectiveness in preserving vascular structures while enhancing contrast fidelity.
主题: 图像与视频处理 (eess.IV) ; 计算机视觉与模式识别 (cs.CV); 医学物理 (physics.med-ph)
引用方式: arXiv:2508.16897 [eess.IV]
  (或者 arXiv:2508.16897v1 [eess.IV] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.16897
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Pouya Shiri [查看电子邮件]
[v1] 星期六, 2025 年 8 月 23 日 05:02:16 UTC (2,255 KB)
[v2] 星期五, 2025 年 9 月 5 日 00:44:03 UTC (2,844 KB)
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