Medical images are extremely valuable for supporting medical diagnoses. However, in practice, low-quality (LQ) medical images, such as images that are hazy/blurry, have uneven illumination, or are out of focus, among others, are often obtained during data acquisition. This leads to difficulties in the screening and diagnosis of medical diseases. Several generative adversarial networks (GAN)-based image enhancement methods have been proposed and have shown promising results. However, there is a quality-originality trade-off among these methods in the sense that they produce visually pleasing results but lose the ability to preserve originality, especially the structural inputs. Moreover, to our knowledge, there is no objective metric in evaluating the structure preservation of medical image enhancement methods in unsupervised settings due to the unavailability of paired ground-truth data. In this study, we propose a framework for practical unsupervised medical image enhancement that includes (1) a non-reference objective evaluation of structure preservation for medical image enhancement tasks called Laplacian structural similarity index measure (LaSSIM), which is based on SSIM and the Laplacian pyramid, and (2) a novel unsupervised GAN-based method called Laplacian medical image enhancement (LaMEGAN) to support the improvement of both originality and quality from LQ images. The LaSSIM metric does not require clean reference images and has been shown to be superior to SSIM in capturing image structural changes under image degradations, such as strong blurring on different datasets. The experiments demonstrated that our LaMEGAN achieves a satisfactory balance between quality and originality, with robust structure preservation performance while generating compelling visual results with very high image quality scores. The code will be made available at https://github.com/AillisInc/USPMIE.


翻译:医学图像对于支持医疗诊断非常有价值。但在实践中,数据采集时常会获得低质量(LQ)医学图像,例如模糊、光照不均或聚焦不准等,这导致医疗疾病筛查和诊断存在困难。已经提出了几种基于生成对抗网络(GAN)的医学图像增强方法,并取得了有希望的结果。然而,这些方法在视觉上产生了令人满意的结果,但往往会失去原始数据的原始性,特别是结构输入。此外,据我们所知,由于缺少配对的真实数据,无法在无监督环境中评估医学图像增强方法的结构保护,这在实践中存在问题。本研究中,我们提出了一个实用框架,用于无监督医学图像增强,包括(1)一种称为拉普拉斯结构相似性指数测量(LaSSIM)的医学图像增强结构保护的非参考客观评估方法,该方法基于 SSIM 和拉普拉斯金字塔,以及(2)一种新型无监督GAN方法,称为拉普拉斯医学图像增强(LaMEGAN),支持LQ图像的原始数据和质量的提升。LaSSIM指标不需要干净的参考图像,并且在捕捉图像退化下的图像结构变化方面已经显示出优越性,例如在不同数据集上的强模糊。实验表明,我们的LaMEGAN在保证结构的情况下实现了良好的质量和原始数据提升,同时生成了具有非常高图片质量评分的引人注目的视觉效果。代码将在https://github.com/AillisInc/USPMIE上提供。

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