基于二维布朗桥扩散模型的切片一致性三维体脑CT到MRI转换

在神经影像学中，通常脑部CT相比MRI是一种更具成本效益和可及性的成像选择。然而，CT表现出较差的软组织对比度和更高的噪声水平，导致结构清晰度较低。因此，利用更易获得的CT来构建其对应的MRI，即医学图像到图像转换（I2I），是一个有前景的解决方案。特别是，尽管扩散模型（DM）最近已成为一种强大的工具，但它们对于医学I2I也存在一些实际注意事项。首先，DM来自随机噪声采样的固有随机性无法保证生成忠实反映其CT的一致MRI。其次，对于医学成像中普遍存在的三维体图像，天真地使用二维DM会导致切片不一致性，例如异常的结构和亮度变化。虽然存在三维DM，但显著的训练成本和数据依赖性带来了犹豫。作为解决方案，我们为二维布朗桥扩散模型提出了新颖的风格关键条件（SKC）和切片间轨迹对齐（ISTA）采样。具体来说，SKC确保跨切片一致的成像风格（例如对比度），而ISTA互连每个切片的独立采样，确定性地实现风格和形状一致的三维CT到MRI转换。据我们所知，这项研究是首次仅基于二维DM且无需额外架构模型实现高质量三维医学I2I。我们的实验结果表明，使用内部CT-MRI数据集和BraTS2023 FLAIR-T1 MRI数据集，我们的方法优于现有的二维和三维基线方法。