JP7446570B2 - プログラム、学習装置、学習方法、学習済みプログラムおよび骨格セグメンテーション装置 - Google Patents
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Description
図1は、実施の形態の学習装置の構成を示す図である。実施の形態の学習装置1は、被験者のシンチグラムに映る骨格の部位に解剖構造ラベルを付与するためのニューラルネットワークモデルを学習によって生成する装置である。本実施の形態の学習装置1が生成するニューラルネットワークモデルは、被験者を前方および後方から撮影したシンチグラムに映る骨格の部位に解剖構造ラベルを付与する。本明細書において、被験者を前方から撮影した参照シンチグラムを「前方画像」、後方から撮影した参照シンチグラムを「後方画像」という。
・骨シンチグラム濃度値正規化画像:246症例
訓練用データ:164症例
検証用データ:41症例
テストデータ:41症例
・画像サイズ:256×576[pixels]
・初期化:He K, Zhang X, Ren Sら「Deep Residual Learning for Image Recognition」 CVPR2016, 770-778にしたがって行った。
・最適化:適応モーメント推定(ADAM)を用いて損失関数の最小化を行った。(Kingma DP, Ba JL「ADAM: A method for stochastic optimization」 ICLR2015, arXiv:1412.6980v9)
・ADAMのパラメータ
α=0.001、β=0.9、γ=0.999、ε=10-8
ただし、αは1350回目の繰り返しで1/10に減少された。繰り返しの最大回数は1620に設定され、繰り返しの最適回数は、次式(4)のDiceスコアの平均が最大値に達したことによって決定した。なお、Diceスコアは、真の骨格の部位と骨格セグメンテーションの結果との類似度を評価するスコアであり、値が大きいほど類似度が高いことを示す。
図8は、骨格セグメンテーションの結果を示す図である。網掛けをした領域はセグメンテーションされた骨格を示し、白いラインは真の骨格の部位との境界を示している。図8の下部に示した数字は、骨格の各部位についてのDiceスコアである。図9は、図8の下部に示したDiceスコアを並べて記載した表であり、3つの手法のうち最も高いDiceスコアを太字で示している。図8及び図9に示すように、Butterfly-NetまたはDSVを導入したButterfly-Netを使って生成された学習済みモデルでセグメンテーションされた解剖構造ラベルはDiceスコアが高く、適切にセグメンテーションを行なえた。
2 骨格セグメンテーション装置
3 コンピュータ
10 入力部
11 制御部
12 画像反転部
13 前後画像位置合せ部
14 空間的標準化部
15 濃度正規化部
16 学習部
17 記憶部
18 出力部
20 入力部
21 制御部
22 画像反転部
23 前後画像位置合せ部
24 空間的標準化部
25 濃度正規化部
26 推論部
27 学習済みモデル記憶部
28 出力部
30 CPU
31 RAM
32 ROM
33 ハードディスク
34 ディスプレイ
35 キーボード
36 マウス
37 通信インターフェース
Claims (9)
- 被験者のシンチグラムに映る骨格の部位に解剖構造ラベルを付与する骨格セグメンテーションを行うためのプログラムであって、コンピュータに、
被験者を前方および後方から撮影した一組のシンチグラムを入力するステップと、
前記一組のシンチグラムのうち、前方から撮影した前記シンチグラムと、後方から撮影した前記シンチグラムのうちの一方を体軸に対して反転するステップを更に含み、
反転するステップの後に、複数の参照シンチグラムとその解剖構造ラベルの正解データとを教師データとして予め学習によって生成されたニューラルネットワークの学習済みモデルを記憶した記憶部から、前記学習済みモデルを読み出し、前記学習済みモデルに前記一組のシンチグラムを入力し、前記一組のシンチグラムの中で前記解剖構造ラベルに対応する領域を推論するステップと、
前記被験者のシンチグラムの前記解剖構造ラベルを示すデータを出力するステップと、
を実行させるプログラム。 - 被験者のシンチグラムの中で解剖構造ラベルに対応する領域を推論するためのニューラルネットワークモデルを生成する学習装置であって、
被験者を前方および後方から撮影した一組のシンチグラムである複数の参照シンチグラムとその解剖構造ラベルの正解データとを教師データとして入力する入力部と、
前記複数の参照シンチグラムについて、前記一組のシンチグラムのうち、前方から撮影した前記シンチグラムと、後方から撮影した前記シンチグラムのうちの一方を体軸に対して反転し、反転処理を行った前記参照シンチグラムを、ニューラルネットワークモデルの入力層に入力し、前記ニューラルネットワークモデルによる推論結果と正解の解剖構造ラベルとの誤差に基づいて、前記ニューラルネットワークモデルの学習を行う学習部と、
を備える学習装置。 - 前記ニューラルネットワークは、Encoder-Decoder構造を有し、Encoder構造で得た特徴マップをDecoder構造に入力する構造の第1のネットワーク部分と、前記第1のネットワーク部分と同じ構造を有する第2のネットワーク部分とが結合された構造を有する請求項2に記載の学習装置。
- 前記学習部は、Decoder構造を構成する層から出力される特徴マップと前記正解データとの誤差にも基づいて、前記ニューラルネットワークモデルの学習を行う請求項3に記載の学習装置。
- 被験者のシンチグラムの中で解剖構造ラベルに対応する領域を推論するためのニューラルネットワークモデルを生成するためのプログラムであって、コンピュータに、
被験者を前方および後方から撮影した一組のシンチグラムである複数の参照シンチグラムとその解剖構造ラベルの正解データとを教師データとして入力するステップと、
前記複数の参照シンチグラムについて、前記一組のシンチグラムのうち、前方から撮影した前記シンチグラムと、後方から撮影した前記シンチグラムのうちの一方を体軸に対して反転するステップと、
反転処理が行われた前記参照シンチグラムを、ニューラルネットワークモデルの入力層に入力し、前記ニューラルネットワークモデルによる推論結果と正解の解剖構造ラベルとの誤差に基づいて、前記ニューラルネットワークモデルの学習を行うステップと、
を実行させるプログラム。 - 被験者のシンチグラムの中で解剖構造ラベルに対応する領域を推論するためのニューラルネットワークモデルを学習によって生成する学習方法であって、
被験者を前方および後方から撮影した一組のシンチグラムである複数の参照シンチグラムとその解剖構造ラベルの正解データとを教師データとして入力するステップと、
前記複数の参照シンチグラムについて、前記一組のシンチグラムのうち、前方から撮影した前記シンチグラムと、後方から撮影した前記シンチグラムのうちの一方を体軸に対して反転するステップと、
反転処理が行われた前記参照シンチグラムを、ニューラルネットワークモデルの入力層に入力し、前記ニューラルネットワークモデルによる推論結果と正解の解剖構造ラベルとの誤差に基づいて、前記ニューラルネットワークモデルの学習を行うステップと、
を備える学習方法。 - 被験者のシンチグラムに映る骨格の部位に解剖構造ラベルを付与するためのニューラルネットワークモデルを生成するために、コンピュータを機能させるための学習済みモデルであって、
被験者を前方および後方から撮影した一組のシンチグラムである複数の参照シンチグラムと、各参照シンチグラムに付与した解剖構造ラベルの正解データとを教師データとし、前方から撮影した参照シンチグラムまたは後方から撮影した参照シンチグラムのいずれかを体軸に対して反転させた後に、前方および後方から撮影した参照シンチグラムのそれぞれを、前記ニューラルネットワークモデルの入力層に入力して学習されたものであり、
前記ニューラルネットワークモデルの入力された被験者のシンチグラムに解剖構造ラベルを付与するよう、コンピュータを機能させる学習済みモデル。 - 前記学習済みモデルは、Encoder-Decoder構造を有し、Encoder構造で得た特徴マップをDecoder構造に入力する構造の第1のネットワーク部分と、前記第1のネットワーク部分と同じ構造を有する第2のネットワーク部分とが結合された構造を有するニューラルネットワークモデルで構成される請求項7に記載の学習済みモデル。
- 被験者のシンチグラムに映る骨格の部位に解剖構造ラベルを付与する骨格セグメンテーションを行うための装置であって、
被験者のシンチグラムを入力する入力部と、
請求項2ないし4のいずれか一項に記載の学習装置にて生成されたニューラルネットワークの学習済みモデルを記憶した記憶部と、
前記記憶部から前記学習済みモデルを読み出し、前記学習済みモデルに前記被験者のシンチグラムを入力し、前記被験者のシンチグラムの中で前記解剖構造ラベルに対応する領域を推論する推論部と、
前記被験者のシンチグラムの前記解剖構造ラベルを示すデータを出力する出力部と、
を備える骨格セグメンテーション装置。
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Anjany Sekuboyina et al.,"Btrfly Net: Vertebrae Labelling with Energy-based Adversarial Learning of Local Spine Prior",[online],arXiv:1804.01307v1,2018年04月04日,[2023/03/13 検索],インターネット<URL:https://arxiv.org/pdf/1804.01307.pdf> |
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