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近日，北京理工大學(xué)光電學(xué)院楊健教授、王涌天教授科研團(tuán)隊(duì)與北京協(xié)和醫(yī)院王怡寧教授團(tuán)隊(duì)合作，提出了一種基于時空量子擴(kuò)散模型的X射線視頻序列圖像冠脈狹窄檢測方法，首次實(shí)現(xiàn)了冠狀動脈狹窄實(shí)時檢測。相關(guān)成果已以“STQD-Det: Spatio-Temporal Quantum Diffusion Model for Real-time Coronary Stenosis Detection in X-ray Angiography”為題發(fā)表在國際頂級期刊《IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence (TPAMI)》。IEEE TPAMI作為人工智能、模式識別、圖像處理等領(lǐng)域的頂級權(quán)威期刊，其影響因子為20.8，同時也是中國計(jì)算機(jī)協(xié)會（CCF）推薦的人工智能領(lǐng)域A類期刊。該論文第一作者為北京理工大學(xué)博士研究生李欣宇，通訊作者為艾丹妮副教授、王怡寧教授和楊健教授。

所開發(fā)的時空量子擴(kuò)散模型由量子擴(kuò)散模型部分和時空特征共享模塊組成。在量子擴(kuò)散模型部分，創(chuàng)新性地將離散型量子噪聲引入擴(kuò)散模型中，針對輸入X射線視頻生成離散候選檢測框序列；獲得初步檢測結(jié)果后，利用時空特征共享模塊，將檢測正確幀中的特征共享至檢測錯誤幀中以保證檢測結(jié)果的一致性，從而實(shí)現(xiàn)精確的實(shí)時冠脈狹窄檢測。原理如圖1所示。

圖1 時空量子擴(kuò)散模型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提方法針對冠狀動脈X射線視頻序列圖像具有良好的狹窄檢測能力，在實(shí)時性上與檢測精度上均超越了現(xiàn)有17種最先進(jìn)目標(biāo)檢測算法、視頻檢測算法和狹窄檢測算法。

圖2 與狹窄檢測方法的對比實(shí)驗(yàn)結(jié)果，其中(f)為所提STQD-Det。

該研究攻克了現(xiàn)有狹窄檢測方法精度低、檢測速度慢的難題，實(shí)現(xiàn)了精確、實(shí)時冠脈狹窄檢測，為冠心病精準(zhǔn)診療提供了技術(shù)支持。

論文詳情：Li Xinyu, Ai Danni, Song Hong, Fan Jingfan, Fu Tianyu, Xiao Deqiang, Wang Yining, Yang Jian. STQD-Det: Spatio-Temporal Quantum Diffusion Model for Real-time Coronary Stenosis Detection in X-ray Angiography[J]. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 2024: 1–13. DOI: 10.1109/TPAMI.2024.3430839

論文鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/document/10603402

附作者簡介：

李欣宇，在讀博士研究生。主要從事醫(yī)學(xué)圖像處理方向的研究。2022年獲全國研究生數(shù)學(xué)建模競賽二等獎，同年獲北京理工大學(xué)特等獎學(xué)金及“北京理工大學(xué)優(yōu)秀學(xué)生”。

艾丹妮，北京理工大學(xué)特別研究員，博士生導(dǎo)師。圍繞醫(yī)學(xué)圖像處理、手術(shù)導(dǎo)航、虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)進(jìn)行研究。作為負(fù)責(zé)人獲批國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題、國家重大科技專項(xiàng)子課題4項(xiàng)；作為北理工負(fù)責(zé)人承擔(dān)國家重大科研儀器研制項(xiàng)目及國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目各1項(xiàng)。近5年，以第一和通訊作者發(fā)表SCI 期刊論文19篇（JCR一區(qū)17篇）。作為第一發(fā)明人授權(quán)國家發(fā)明專利12項(xiàng)。作為主要完成人獲中國圖象圖形學(xué)學(xué)會科學(xué)技術(shù)一等獎、吳文俊人工智能科技進(jìn)步一等獎、發(fā)明創(chuàng)業(yè)獎-創(chuàng)新獎一等獎。作為優(yōu)秀指導(dǎo)教師指導(dǎo)學(xué)生獲“挑戰(zhàn)杯”中國大學(xué)生創(chuàng)業(yè)計(jì)劃競賽金獎2項(xiàng)、全國大學(xué)生光電設(shè)計(jì)競賽全國總決賽一等獎銅獎、連續(xù)兩年獲中國“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽全國總決賽金獎。

楊健，博士，北京理工大學(xué)二級教授，博導(dǎo)。國家杰出青年科學(xué)基金獲得者。長期從事手術(shù)導(dǎo)航機(jī)器人、醫(yī)學(xué)圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺、虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、人工智能等方面的教學(xué)和科研工作。主持國家科技創(chuàng)新2030人工智能重大項(xiàng)目1項(xiàng)、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目2項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目5項(xiàng)。在國際、國內(nèi)等系列期刊上發(fā)表SCI論文200余篇，獲國家發(fā)明專利授權(quán)87項(xiàng)，其中11項(xiàng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化應(yīng)用。成果轉(zhuǎn)化獲國家三類醫(yī)療器械注冊證2項(xiàng)、二類醫(yī)療器械注冊證4項(xiàng)。研究成果獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎、教育部技術(shù)發(fā)明一等獎等科研獎勵10項(xiàng)。指導(dǎo)學(xué)生獲第五屆中國“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽全國總決賽金獎、第六屆中國“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽全國總決賽金獎、兩項(xiàng)第十二屆“挑戰(zhàn)杯”中國大學(xué)生創(chuàng)業(yè)計(jì)劃競賽全國總決賽金獎。