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SA-CycleGAN-2.5D:基于自注意力循环GAN的三视图上下文多站点 MRI 调谐

计算机视觉与模式识别 2026-04-03 v2 人工智能 机器学习 图像与视频处理

摘要

多站点神经影像分析受制于扫描器诱导的协变量漂移,体素强度的边际分布 P(x)P(\mathbf{x}) 随获取协议非线性变化,而解剖的条件分布 P(yx)P(\mathbf{y}|\mathbf{x}) 保持不变。这对放射组学可重复性尤为有害,因获取变异常常超过生物病理变异。现有统计调谋方法(如 ComBat) operate 在特征空间,阻碍空间下游任务;而标准深度学习方法受限于局部有效感受野(ERF),无法建模全场强度相关性。我们提出 SA-CycleGAN-2.5D,基于 Ben-David 等人的 HΔHH\Delta H-divergence 界的框架,集成三项架构创新:(1)2.5D 三视图流水线注入,保持 through-plane 梯度 z\nabla_zO(HW)O(HW) 复杂度;(2)U-ResNet 生成器采用稠密体素到体素自注意力,超越 CNN 的 O(L)O(\sqrt{L}) 感受野限制,建模全局扫描场偏置;(3)谱规范判别器约束 Lipschitz 常数(KD1K_D \le 1),实现稳定对抗优化。在 654 名脑腺瘤患者(BraTS 与 UPenn-GBM 两个机构数据集)上评估,本方法将最大均值偏差(MMD)降低 99.1%(1.7290.0151.729 \to 0.015),域分类器准确率降至接近随机水平(59.7%)。消融实验确认,全局注意力在较难的异质到同质转换方向上至关重要(Cohen's d=1.32d = 1.32p<0.001p < 0.001)。通过桥接 2D 效率与 3D 一致性,本框架生成保留肿瘤病理学的体素级调谏图像,实现可重复的多中心放射组学分析。

关键词

引用

@article{arxiv.2603.17219,
  title  = {SA-CycleGAN-2.5D: Self-Attention CycleGAN with Tri-Planar Context for Multi-Site MRI Harmonization},
  author = {Ishrith Gowda and Chunwei Liu},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2603.17219},
  year   = {2026}
}

备注

12 pages, 5 figures, 5 tables. Submitted to MICCAI 2026