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基于扩散模型共生信息交互的医学图像增强与分割联合方法

文章摘要

DiSIINet 提出一种统一框架,将医学图像增强与分割通过扩散模型中的共生信息交互模块结合,使两项任务在反向扩散过程中相互促进,在 MRI、CT 和超声数据集上超越顺序或独立方法。

来源arXiv Computer Vision作者: Ying Chen, Jinyue Li, Qiankun Li
基于扩散模型共生信息交互的医学图像增强与分割联合方法
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医学影像质量直接关系到诊断的准确性,但受成本等因素限制,MRI、CT 与超声图像常常分辨率偏低、质量不佳,使得关键解剖结构与病灶难以清晰呈现。现实中这种局限十分普遍,而传统做法往往把图像增强当作独立的预处理步骤,未能充分挖掘增强与分割之间潜在的协同效应。针对这一问题,Ying Chen 等三位作者提出了 DiSIINet(Diffusion-based Symbiotic Information Interaction Network,基于扩散的共生信息交互网络),其核心理念是让增强与分割在统一模型中相互促进、彼此强化。该论文于 2026 年 6 月 30 日提交至 arXiv,并被 IJCAI 2026 接收,归属于计算机视觉与模式识别(cs.CV)方向,论文编号为 arXiv:2607.00058,DOI 为 10.48550/arXiv.2607.00058。

从方法上看,DiSIINet 建立在去噪扩散隐式模型(Denoising Diffusion Implicit Models,DDIM)之上,同时集成了增强分支与分割分支。两个分支通过一个新颖的共生信息交互(Symbiotic Information Interaction,SII)模块进行交互,在反向扩散过程中借助交叉注意力实现动态的特征级信息交换。这样的设计使两项任务能够迭代式地互相提升:增强分支为分割提供更清晰的输入特征,分割分支的语义信息又反过来引导增强过程。与此同时,DDIM 主干通过确定性采样保证了高质量的输出,并带来高效的推理表现。

在实验方面,作者在多模态医学数据集(涵盖 MRI、CT 与超声)上对 DiSIINet 进行了评估。结果显示,与将增强和分割按顺序执行或彼此独立处理的方案相比,DiSIINet 取得了显著的性能提升,验证了统一建模与特征级交互的有效性。论文代码已在 GitHub 上公开,仓库地址为 https://github.com/Reconsider80/DiSIINet,便于研究者复现与后续改进。

从更广的意义看,这项工作挑战了医学影像流程中"先增强、再分割"的线性惯例,转而强调两个任务在同一扩散框架内的共生关系。对于受限于设备成本的临床场景而言,能够同时改善图像质量并提升分割精度的方法,有望降低对高成本成像设备的依赖,帮助医生更清楚地观察关键解剖结构与病灶。论文提交信息显示,该版本为 v1,提交时间为 2026 年 6 月 30 日 07:50:44 UTC,全文约 3,119 KB,并提供 PDF、实验性 HTML 以及 TeX 源码等多种获取方式。

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要点

  • DiSIINet 基于 DDIM 构建增强与分割双分支,通过交叉注意力进行特征级信息交换。
  • 共生信息交互模块使增强和分割在反向扩散过程中迭代互促。
  • 在多模态医学数据集上,联合方法显著优于顺序或独立处理方案。
  • 论文已被 IJCAI 2026 接收,代码已在 GitHub 开源。

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