一种磁共振影像重构的数据隐私保护方法和装置与流程

本发明涉及计算机网络领域，尤其涉及一种磁共振影像重构的数据隐私保护方法和装置。

背景技术：

1、近年来，数据的使用方和数据提供方两方面都日益重视个人数据的安全和隐私保护，然而在一些大规模训练数据和大规模模型训练的场景中，终端无法预先存储相关图像，或者终端计算能力不足以完成图像处理，图像数据需要在不同终端之间互相传递，在图像数据互相传递过程中的隐私保护是一个特别严峻的挑战和难题。

2、医疗大数据具有高容量、高速度、多类型的特点，其中，磁共振成像是广泛使用的医疗技术，为了避免磁共振成像中的重构图像由于亮度不均匀等原因导致误诊，磁共振成像的图像重构模型需要使用大量磁共振图像数据进行训练。在现实场景中，数据处理端对图像进行处理时并不会区分是通用特征还是个体特征，因此数据处理端发布的模型可能在无意中透露训练集中的个体特征，导致患者的隐私信息泄露。同时，磁共振图像分布在不同的机构，因数据安全和隐私问题，磁共振图像数据的传输和使用受到法律法规的限制，无法直接传输至数据处理端作为深度学习模型所需的大量训练数据。

3、公告号为cn104040934b的中国专利文献公开了一种用于保护图像隐私的方法，包括：接收原始图像；将所述原始图像分割为第一子图像和第二子图像，所述第一子图像和所述第二子图像中的每一个与所述原始图像具有相同数量的像素；对于所述第一子图像的多个像素值中的每一个，加上从多个密钥流值中选择的第一相对应的密钥流值；产生第一加密的子图像；对于所述第二子图像的多个像素值中的每一个，加上从所述多个密钥流值中选择的第二相对应的密钥流值，所述第二相对应的密钥流值与所述第一相对应的密钥流值不同；产生第二加密的子图像；并且将所述第一加密的子图像和所述第二加密的子图像存储为数据以用于传输到能够公开访问的存储设施。这种方法对图像信息进行随机加密，不能同时保证图像数据的隐私保护和图像重构的准确性。

4、公开号为cn113889232a的中国专利文献设计了一种基于医疗影像的隐私保护方法，首先，基于轮廓检测对原始图像的个人隐私区域进行信息提取，然后借助于logistic混沌系统迭代产生的复杂序列，对提取的区域执行像素值变换，最后将所有文本区域的变换结果嵌入到原图像中，再整体加密后对图像置乱，通过这种加密形式来保护个人隐私区域，进而保护病人的隐私。这种方法是对目标区域的保护，图像用于训练时易于失真。

5、公开号为cn113536382a的中国专利文献公开了一种利用联邦学习基于区块链的医疗数据共享隐私保护方法，在原始数据不离开本地的情况下，对数据进行联合建模。此外，在局部模型训练过程中加入差分隐私噪声，防止攻击者利用学习到的模型推断用户的敏感信息。这种方法不适用于算力较强的系统对数据进行训练，学习方法的可用性不足。

6、此外，磁共振图像技术和已有的医疗影像技术如ct相比具有软组织对比度强，辐射剂量小和检查范围广等特点，但其问题是数据处理复杂度高、需要进行噪音去除和图像重建，为医疗影像重构提出了新的挑战，同时医疗影像包含了大量用户的隐私信息，所以进行隐私保护的医疗影像重构具有其必要性和当行性。

7、因此，提出一种针对磁共振成像的图像数据的隐私保护预处理方法，在确保患者个体隐私安全的同时，提高服务端重构和诊断任务的准确性是需要解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种磁共振影像重构的数据隐私保护方法和装置，解决磁共振成像图像数据联合训练中隐私保护的问题，进一步为医疗诊断提供参考。

2、一种磁共振影像重构的数据隐私保护方法，包括以下步骤：

3、步骤1，数据提供端获取原始灰度医疗影像图片，在原始灰度医疗影像图片上进行傅里叶变换，获得磁共振成像图像的原始k-空间数据；

4、步骤2，对磁共振成像图像的原始k-空间数据进行随机掩码，得到掩码k-空间数据；

5、步骤3，对所述掩码k-空间数据进行下采样得到下采样k-空间数据；

6、步骤4，对所述下采样k-空间数据进行差分隐私安全发布得到一组初始重构数据；

7、步骤5，重复步骤2～步骤4直至满足终止条件，得到多组初始重构数据，数据提供端将多组初始重构数据传递至数据处理端进行处理，获得最终重构数据。

8、进一步地，步骤1中，在原始灰度医疗影像图片上进行傅里叶变换，获得磁共振成像图像的原始k-空间数据的方法为：将2d傅里叶变换应用在由医疗仪器扫描获得的信号数据上，进行数值积分，得到频率空间上的原始k-空间数据。

9、进一步地，步骤2中，对磁共振成像图像的原始k-空间数据进行随机掩码，得到掩码k-空间数据的方法为：随机生成一个和原始k-空间数据同样尺寸且其中的每一个元素随机取值0或者1的二值掩码矩阵，将原始k-空间数据和二值掩码矩阵中对应的元素相乘，得到掩码k-空间数据。

10、进一步地，步骤3中，对掩码k-空间数据进行下采样得到下采样k-空间数据的方法为：将掩码k-空间数据等分为若干个子空间数据，随机选取其中一个子空间数据的频率坐标，将其余频率坐标对应的掩码k-空间数据归零，得到下采样k-空间数据。

11、进一步地，步骤4中，对下采样k-空间数据进行差分隐私安全发布得到一组初始重构数据的方法为：首先对下采样k-空间数据进行标准化，再对标准化后的k-空间数据加入各向同性的高斯噪音得到一组初始重构数据。

12、进一步地，对下采样k-空间数据进行标准化采用的公式为：

13、

14、其中，fs(u,v)为下采样k-空间数据，为标准化后的下采样k-空间数据。

15、进一步地，步骤5中，所述的终止条件为：当迭代次数超参数或者迭代误差超参数下降程度满足预设值时，重复步骤终止。

16、具体的，迭代次数超参数预设为t，t可以取≥5任意正整数，或者迭代误差超参数预设为e，e可以取10^{-k}，k为某一整数。

17、进一步地，步骤5中，数据提供端将多组初始重构数据传递至数据处理端进行处理，获得最终重构数据的具体步骤为：

18、步骤5.1，数据提供端将多组初始重构数据传递至数据处理端，数据处理端对多组初始重构数据进行图片重构，得到多组中间重构数据；

19、步骤5.2，将多组中间重构数据进行平均，得到最终重构数据；数据处理端将最终重构数据返回数据提供端。

20、进一步地，步骤5.1中，通过压缩感知方法进行图片重构，计算公式为：

21、

22、其中，为中间重构数据，g是需要重构的图片物理空间的一个元素，fs(u,v)是下采样k-空间数据，f是傅里叶变换，w是物理域保持数据稀疏性的线性变化。

23、本发明通过压缩感知的方法对数据提供端提供的初始重构数据进行行图片重构，提高了差分隐私发布图片在下游任务的可用性。

24、本发明还提供了一种磁共振影像重构的数据隐私保护装置，包括数据提供端的存储器和一个或多个处理器，所述存储器中存储有可执行代码，所述一个或多个处理器执行所述可执行代码，以实现以上述大脑核磁共振影像重构的数据隐私保护方法。

25、本发明还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述大脑核磁共振影像重构的数据隐私保护方法。

26、相比于现有技术，本发明至少具备以下有益效果：

27、本发明提供的磁共振成像的图像隐私保护系统通过掩码和下采样保证了数据提供端输出数据的隐私性；通过数据提供端和数据处理端的联合计算，弥补了数据提供端数据算力不足的问题，提高了学习方法的可用性；通过初始重构数据标准化给出了磁共振数据影像重构问题中一致性的数据预处理方法，实现了不同数据提供端均能够与数据处理端互联互通；通过多次求解中间重构数据并取其平均值，提高了算法的鲁棒性和重构图像的准确性。