초록 ▼

연구개요
현재까지 개발된 인공신경망 기반 의료영상 분석 기법들은 현장에 투입하기엔 부족한 성능을 보이고있다. 그 주된 요인은 학습 데이터의 부족에서 찾을 수 있다. 환자의 의료영상은 개인정보를 보호하기위해 외부에 공개되지 않으므로 온라인 상에 공개된 일부 학습 데이터로 인공신경망을 구성하게 된다. 이러한 한계를 극복하기 위해 본 연구에서는 전이학습 기술을 개발하여 적은 수의 학습 데이터로도 높은 성능을 보이는 인공신경망을 구성한다. 전이학습 기술은 특정 분야의 인공신경망을 다른 분야에 활용하여 높은 성능을 달성할 수 있게 한다

연구개요
현재까지 개발된 인공신경망 기반 의료영상 분석 기법들은 현장에 투입하기엔 부족한 성능을 보이고있다. 그 주된 요인은 학습 데이터의 부족에서 찾을 수 있다. 환자의 의료영상은 개인정보를 보호하기위해 외부에 공개되지 않으므로 온라인 상에 공개된 일부 학습 데이터로 인공신경망을 구성하게 된다. 이러한 한계를 극복하기 위해 본 연구에서는 전이학습 기술을 개발하여 적은 수의 학습 데이터로도 높은 성능을 보이는 인공신경망을 구성한다. 전이학습 기술은 특정 분야의 인공신경망을 다른 분야에 활용하여 높은 성능을 달성할 수 있게 한다. 따라서 전이학습 기법 개발에 앞서 전립선 영역을분할하는 인공신경망을 개발하여 이를 전이학습의 원천 인공신경망으로 사용한다. 2017년 통계에 따르면 전립선암은 남성 기준으로 다섯 번째로 발병률이 높은 암으로서, 전립선 자기공명영상(MRI) 영상에서 전립선 영역을 정교하게 분할하는 인공신경망 개발 자체도 중요도가 매우 높다. 따라서 본 연구에서는 전립선 분할을 위한 인공신경망을 개발하고, 전이학습 기술을 개발하여 의료영상 분할을 위한 통합적인 인공신경망을 구축한다. 제안하는 통합 인공신경망은 전이학습을 통해 전립선 분할 이외에도 추가적인 의료영상 분할을 수행한다.

연구 목표대비 연구결과
본 연구에서는 전립선 분할을 위한 인공신경망을 개발하고, 다양한 장기 분할을 위한 전이학습 기반의 통합 인공신경망을 개발하였다. 최종적으로, 아래와 같이 최초연구 목표를 100% 달성하였다.
◆ 전립선 MRI 영상에서 전립선 영역을 효율적으로 분할하기 위해 완전 컨볼류셔널 네트워크 기반의 인공신경망을 구축하고, 과적합 방지를 위한 목적함수를 개발하였다. 인공신경망 훈련 단계에서 데이터증강을 통해 부족한 데이터 수 문제를 완화하였다.
◆ MRI 영상에 내재하는 공간적, 깊이적 상관관계를 효과적으로 분석하기 위한 인공 신경망을 개발하였다.
◆ 1,2차년도에서 개발한 전립선 분할을 위한 인공신경망을 다른 장기를 포함하는 의료영상에 확장하기 위해 전이학습 기술을 개발하였다. 폐와 뇌 영상에 대해 우수한 결과를 보임으로써, 제안하는 기술의 효용성을 입증하였다.

연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
본 연구에서는 의료영상 분할을 위한 통합 인공신경망을 개발하였다. 1,2차년도에서 개발할 전립선 분할 기술을 통해 전문의가 MRI 영상 분석에 소요될 시간을 혁신적으로 경감하여 의료계 발전에 기여할 것으로 예상한다. 3차년도에 개발할 전이학습 기법을 통해 의료영상 분할을 위한 통합적인 인공신경망을 개발함으로써, 전립선에 제한되지 않고 다양한 장기 영상에 활용될 것이다. 제안하는 기술은 의료영상에 국한되지 않고, 널리 분포하고 있는 일반 영상 및 동영상에도 적용 가능함을 보임으로써, 인공지능 관련 분야에서 기술적 우위를 점할 것으로 예상한다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• (1) 전립선 분할 딥러닝 네트워크 개발 ... 5
• (2) 전이학습을 이용한 의료 영상 분할 ... 7
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 9
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 9
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 10
• 3) 목표 달성 수준 ... 10
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 10
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 11
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 11
• 6. 참고문헌 ... 11
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 15
• 끝페이지 ... 27