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生成式模型在医疗影像分析中的应用综述

通讯作者: 张志诚
DOI:10.12201/bmr.202511.00066
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Survey on the Applications of Generative Models in Medical Image Analysis

Corresponding author: zhangzhicheng
  • 摘要:目的/意义 医疗影像分析是精准医疗的核心,但高质量标注数据稀缺、跨设备域偏移等瓶颈长期制约其发展。深度生成模型以其强大的数据分布建模能力,为突破上述困境提供了关键技术路径。本文旨在全面系统地梳理生成模型在医疗影像分析领域的研究现状、前沿进展与核心挑战,为相关研究提供一份全面的技术图谱与前瞻性指引。方法/过程 本文采用文献综述的研究方法。首先,系统阐述了以生成对抗网络、变分自编码器和扩散模型为代表的主流生成模型的基本原理、技术演进及优缺点。其次,从影像跨模态合成、数据增强、重建去噪、超分辨率、分割检测等关键应用任务出发,对现有研究工作进行了详细归纳和分类。最后,对模型性能的评估框架进行梳理,整合了从技术指标到临床应用效能的多维度评测体系。结果/结论 研究表明,生成模型已在医疗影像分析的多个关键任务中展现出巨大潜力与应用价值。然而,其临床转化仍面临模型可控性与可解释性不足、泛化鲁棒性待提升、数据伦理与高计算开销等多重挑战。结论认为,未来研究的突破口在于构建可信、可控的医疗基础模型,深化多模态数据融合,并建立标准化的评测基准与协议。本综述的系统性梳理为推动生成模型在医疗领域的健康发展和临床落地提供了重要的理论参考和方向性指导。

    关键词: 医疗影像分析;生成对抗网络;变分自编码器;扩散模型;

     

    Abstract: Abstract Purpose/Significance Medical image analysis lies at the core of precision medicine. However, the scarcity of high-quality annotated data and domain shifts across imaging devices have long hindered its advancement. Deep generative models, with their powerful capacity for modeling complex data distributions, provide a key technical pathway to overcome these limitations. This paper aims to systematically review the current state, cutting-edge progress, and core challenges of generative models in medical image analysis, offering a comprehensive technological landscape and forward-looking guidance for future research.Method/Process This study adopts a literature review methodology. First, it systematically elaborates on the fundamental principles, technical evolution, and advantages and limitations of mainstream generative models, including Generative Adversarial Network (GAN), Variational Autoencoder (VAE), and Diffusion Models. Second, from the perspectives of key application tasks—such as cross-modality image synthesis, data augmentation, image reconstruction and denoising, super-resolution, segmentation, and detection—it provides a detailed summary and classification of existing research efforts. Finally, the paper reviews evaluation frameworks for model performance, integrating a multidimensional assessment system that spans from technical indicators to clinical utility. Result/Conclusion The findings indicate that generative models have demonstrated remarkable potential and application value across multiple critical tasks in medical image analysis. Nevertheless, clinical translation remains constrained by issues such as insufficient controllability and interpretability, limited generalization and robustness, data ethics concerns, and high computational costs. The study concludes that future breakthroughs will depend on developing trustworthy and controllable medical foundation models, deepening multimodal data integration, and establishing standardized evaluation benchmarks and protocols. This comprehensive review provides theoretical insight and directional guidance for advancing the healthy development and clinical implementation of generative models in the medical domain.

    Key words: Medical Image Analysis; GANs; VAEs; Diffusion Models;

    提交时间:2025-11-21

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  • 序号 提交日期 编号 操作
    1 2025-09-12

    10.12201/bmr.202511.00066V1

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张有健, 周冠群, 周昊天, 王中亚, 张志诚. 生成式模型在医疗影像分析中的应用综述. 2025. biomedRxiv.202511.00066

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