Privacy-Preserving Latent Diffusion-Based Synthetic Medical Image Generation

计算机科学 深度学习 人工智能 数据建模 大数据 生成模型 数据共享 机器学习 医学影像学 图像(数学) 合成数据 生成语法 降噪 信息隐私 质量(理念) 噪音(视频) 数据科学 特征学习 数据挖掘 学习迁移 特征提取
作者
Yongyi Shi,Wenjun Xia,Chuang Niu,Christopher Wiedeman,Ge Wang
出处
期刊:IEEE Transactions on Medical Imaging [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:PP: 1-1
标识
DOI:10.1109/tmi.2025.3618511
摘要

Deep learning methods have impacted almost every research field, demonstrating notable successes in medical imaging tasks such as denoising and super-resolution. However, the prerequisite for deep learning is data at scale, but data sharing is expensive yet at risk of privacy leakage. As cutting-edge AI generative models, diffusion models have now become dominant because of their rigorous foundation and unprecedented outcomes. Here we propose a latent diffusion approach for data synthesis without compromising patient privacy. In our exemplary case studies, we develop a latent diffusion model to generate medical CT, MRI, and PET images using publicly available datasets. We demonstrate that state-of-the-art deep learning-based denoising/super-resolution networks can be trained on our synthetic data to achieve image quality with no significant difference from what the same network can achieve after being trained on the original data. In our advanced diffusion model, we specifically embed a safeguard mechanism to protect patient privacy effectively and efficiently. Our approach allows privacy-proof public sharing of diverse big datasets for development of deep models, potentially enabling federated learning at the level of input data instead of local network weights.
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