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딥러닝 기반의 대퇴골 영역 분할을 위한 훈련 데이터 증강 연구
Data Augmentation Method for Deep Learning based Medical Image Segmentation Model 원문보기

컴퓨터그래픽스학회논문지 = Journal of the Korea Computer Graphics Society, v.25 no.3, 2019년, pp.123 - 131  

최규진 (아주대학교 미디어학과) ,  신주연 (아주대학교 미디어학과) ,  경주현 (아주대학교 미디어학과) ,  경민호 (아주대학교 미디어학과) ,  이윤진 (아주대학교 미디어학과)

초록
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본 연구에서는 CT 영상의 대퇴골 부위를 해부학적으로 의미 있게 변형하여 CT 영상의 대퇴골 영역을 분할하기 위한 컨벌루션 신경망(CNN)의 훈련 데이터를 증강하는 방법을 제안한다. 먼저 CT 영상으로부터 삼차원 삼각형 대퇴골 메쉬를 얻는다. 그 후 메쉬의 국소부위에 대한 기하학적 특성을 계산하고, 군집화하여 메쉬를 의미 있는 부분들로 분할한다. 마지막으로, 분할한 부분들을 적절한 알고리즘으로 변형한 뒤, 이를 바탕으로 CT 영상을 와핑하여 새로운 CT영상을 생성하였다. 본 연구의 데이터 증강 방법을 이용하여 학습시킨 딥러닝 모델은 기하학적 변환이나 색상 변환 같이 일반적으로 사용되는 데이터 증강법과 비교하여 더 나은 영상분할 성능을 보인다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, we modified CT images of femoral head in consideration of anatomically meaningful structure, proposing the method to augment the training data of convolution Neural network for segmentation of femur mesh model. First, the femur mesh model is obtained from the CT image. Then divide the...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그리고 이렇게 만들어진 데이터로 학습시킨 영상 분할모델은 현실의 데이터에서 높은 성능을 보이지 못할 가능성이 있다. 따라서 본 연구에서는 해부학적으로 유의 미한 CT 영상 변형을 통해 딥러닝 모델의 성능을 향상시키는 데이터 증강법을 제안하고, 기존 연구의 임의적인 변환들로 딥러닝 영상 분할모델을 학습시 켰을 때의 성능을 각각 측정하였다. 그 결과, 본연구의 데이터 증강 방법이 노이즈가 심한 의료 영상에서 영상분할 성능 향상을 보이는 것을 실험 데이터에 대해 확인하였다.
  • 본 논문에서는 CT 영상의 대퇴골 부위를 해부학적으로 의미있게 변형하여 컨벌루션 신경망 (CNN) 의 훈련 데이터를 증강하는 방법을 제안하였다. 기존의 방법에 비해 극단적 인성능 향상을 보이지는 않지만, 노이즈가 심한 영상, 그리고 골두와 무릎뼈 주위 등, 경계가 뚜렷하지 않은 부위에서 비교적 좋은 성능을 보였다.
  • 삼각형 메쉬 모델을 얻는다. 본 연구에서는 CT 영상에서 대퇴골 영역을 분할하는 것이 목적이므로, 대퇴골 부위 의 메쉬를 추출하였다.
  • 본 연구에서는 대퇴골을 이용하여 영상 분할 성능을 측정하려고 한다. CT 영상에서 대부분의 대퇴골 영역은 다른 신체 부위와뚜렷한경계를 이루고 있어서 기본적인 영상 분할알고리즘으로도 높은 성능을 쉽게 얻을 수 있다.
  • 그러나 데이터수집 과정에서 얻은 대부분의 CT 영상에는 대퇴골이 표시되 어있는 정답 영상이 포함되어 있지 않다. 원래대로라면 전문적 인해 부학적 지식을 가진 의료인이 만든 정답 영상을 써야 하지만, 본 연구는 학습 성능의 향상을 실험적으로 증명하는 것이 목적이므로 연구자 본인이 직접 정답 영상을 라벨링하였다. 훈련 데이터의 모든 픽셀에 일일이 수작업으로 라벨링을 하는 것은 비효율적 이므로 반자동적 알고리즘을 사용하였다.
  • 마지 막으로, 4 장에서 대퇴골 메쉬를 의미 있는 부분들로 군집화할 때 사용되는 우선순위의 각 항의 가중치에 따라 군집화 결과가 극단적으로 달라진다는 문제가 있다. 변수들의 조정을 좀 더 효과적으로 할 수 있는 방법을 찾아볼 것이다.

가설 설정

  • · CT 영상 와핑: 변형 전후 메쉬의 정점들 간의 위치 이동 벡터(displacement vector)를 CT 영상의 모든 영역에 대해 보간하고, 보간된 위치 이동 벡터를 이용하여 원본 CT 영 상의 각 복셀(voxel)을 이동한다. 이 과정을 통해 다수의 변형 된 메쉬들부터 다수의 와핑된 CT 영상을 얻을 수 있다.
  • · Hf: 군집의 중점의 Z 좌표가 thupper 이하, thlower 이상인 군집들의 합집합 S를 구하고, 이를 한 개의 군집으로 만든다. 그리고 군집 S와 S의 이웃 간의 병합우선순위가 일정 이하인 동안 계속 병합을 한다.
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참고문헌 (20)

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