课题基金 / 基金详情

基于深度生成先验的贝叶斯医学图像重建及不确定性量化

批准号:
12101614
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
周清平
依托单位:
学科分类:
反问题建模与计算
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
周清平

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
面向医学图像重建的高精度不确定性量化方法是当前计算数学领域的研究热点。在仅有少量标注数据的情况下,针对传统贝叶斯方法不能精确度量数据和模型不确定性的关键难题,本项目拟提出一种基于深度生成先验的贝叶斯图像重构方法。该方法首先发展一种TV先验和深度生成对抗网络先验结合的混合先验,以提高图像先验的分层特征表示能力。然后,分别使用直接代入法和限制条件法把混合先验嵌入贝叶斯推断框架,发展结合交替方向乘子法和Crank-Nicolson郎之万方法的抽样算法,实现高维非凸非线性后验分布的高效快速采样。最后,在CT/PET医学影像问题中验证算法的有效性。预期的研究成果将丰富医学图像反问题的不确定性量化方法,推动智能化影像检测技术的发展,具有重要的科学意义和实际应用价值。
英文摘要
The efficient schemes for quantifying the uncertainty of medical image reconstruction and analysis are currently hot research areas in modern computational mathematics. Medical images with limited labeled data are highly challenging for traditional Bayesian inference with model-driven prior due to the randomness of observations and uncertainty of the model, this project attempts to systematically design some efficient and stable Bayesian inference methods with deep generative prior for reconstructing medical images under uncertainty. We first propose a model-driven generative adversarial network prior on combing the total variation(TV) prior and generative adversarial network(GAN) prior to highly exploit hierarchical feature representations, and then the hybrid GAN prior is plugged in Bayesian rule in indirect and direct ways. Second, we provide a Markov chain Monte Carlo algorithm, based on the Crank-Nicolson Langevin method and alternating direction method of multipliers(ADMM), to sample from high dimensional non-convex posterior distribution. Finally, we apply the proposed method to a CT/PET image reconstruction problem that is difficult due to the uncertainty of data and model. The outcome of the project shall enrich the uncertainty quantification methods of medical imaging inverse problems and promote the development of the intelligent imaging diagnostic system, and thus be of great both theoretical and practical significance.
本项目聚焦于反问题的高精度求解与不确定性量化,主要以医学成像为例,提出了结合贝叶斯推断和深度学习的新方法。通过结合解析先验的高可解释性与深度生成先验的丰富表达能力,所提出的混合先验显著提升了图像特征表示的准确性与多样性。具体地,项目提出了基于双向生成对抗网络的深度生成先验,实现了可控采样与数据内在维度的精确识别。此外,研究探讨了贝叶斯方法与数值计算的深度融合。通过物理信息,有效解决了深度生成模型训练过程中对大量数据的依赖。具体地,针对深度展开网络的计算瓶颈,设计了循环动量加速框架,大幅提升了计算效率与精度;基于条件得分扩散模型的方法成功将物理信息嵌入生成式模型,提升了模型的泛化能力和稳健性。相关研究成果已在国际权威期刊上发表SCI论文6篇,并在国内外学术会议中交流,为医学成像及基于偏微分方程的反问题求解提供了新的理论与方法支撑。研究项目的工作为解决科学与工程中的复杂反问题提供了新思路,具有一定的影响力与应用价值。
基于物理约束的EIT扩散后验采样算法研究
  • 批准号:
    2026JJ50002
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2026
  • 负责人:
    周清平
  • 依托单位:
深度贝叶斯反问题
  • 批准号:
    2021JJ40715
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    周清平
  • 依托单位:
国内基金
海外基金