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电气工程与系统科学 > 图像与视频处理

arXiv:2507.14046 (eess)
[提交于 2025年7月18日 ]

标题: D2IP:用于三维时间序列肺部阻抗成像的深度动态图像先验

标题: D2IP: Deep Dynamic Image Prior for 3D Time-sequence Pulmonary Impedance Imaging

Authors:Hao Fang, Hao Yu, Sihao Teng, Tao Zhang, Siyi Yuan, Huaiwu He, Zhe Liu, Yunjie Yang
摘要: 无监督学习方法,如深度图像先验(DIP),由于其无需训练数据且泛化能力强,已在断层成像中展现出巨大潜力。然而,它们依赖于大量的网络参数迭代,导致计算成本高,限制了其实际应用,尤其是在复杂的3D或时间序列断层成像任务中。为克服这些挑战,我们提出了深度动态图像先验(D2IP),一种用于3D时间序列成像的新框架。D2IP引入了三种关键策略——无监督参数热启动(UPWS)、时间参数传播(TPP)以及定制的轻量级重建主干网络3D-FastResUNet,以加速收敛、增强时间一致性并提高计算效率。在模拟和临床肺部数据集上的实验结果表明,D2IP能够实现快速且准确的3D时间序列电阻抗断层成像(tsEIT)重建。与最先进的基线方法相比,D2IP提供了更优的图像质量,平均MSSIM提高了24.8%,ERR降低了8.1%,同时计算时间显著减少(快7.1倍),突显了其在临床动态肺部成像中的前景。
摘要: Unsupervised learning methods, such as Deep Image Prior (DIP), have shown great potential in tomographic imaging due to their training-data-free nature and high generalization capability. However, their reliance on numerous network parameter iterations results in high computational costs, limiting their practical application, particularly in complex 3D or time-sequence tomographic imaging tasks. To overcome these challenges, we propose Deep Dynamic Image Prior (D2IP), a novel framework for 3D time-sequence imaging. D2IP introduces three key strategies - Unsupervised Parameter Warm-Start (UPWS), Temporal Parameter Propagation (TPP), and a customized lightweight reconstruction backbone, 3D-FastResUNet - to accelerate convergence, enforce temporal coherence, and improve computational efficiency. Experimental results on both simulated and clinical pulmonary datasets demonstrate that D2IP enables fast and accurate 3D time-sequence Electrical Impedance Tomography (tsEIT) reconstruction. Compared to state-of-the-art baselines, D2IP delivers superior image quality, with a 24.8% increase in average MSSIM and an 8.1% reduction in ERR, alongside significantly reduced computational time (7.1x faster), highlighting its promise for clinical dynamic pulmonary imaging.
评论: 11页,9图
主题: 图像与视频处理 (eess.IV) ; 计算机视觉与模式识别 (cs.CV); 机器学习 (cs.LG)
引用方式: arXiv:2507.14046 [eess.IV]
  (或者 arXiv:2507.14046v1 [eess.IV] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.14046
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI(待注册)

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来自: Hao Fang [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2025 年 7 月 18 日 16:14:09 UTC (4,802 KB)
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