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大学・研究所にある論文を検索できる 「深層学習モデルによる乳房X線画像上の腫瘤検出性能の検証」の論文概要。リケラボ論文検索は、全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索できる論文検索サービスです。

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深層学習モデルによる乳房X線画像上の腫瘤検出性能の検証

濱辺, 瑛樹 東北大学

2023.03.24

概要

【目的】深層学習を用いた医用画像診断において, 数多くの優れた事例報告があ
り,乳房 X 線画像上の腫瘤検出でも従来性能を上回る可能性が示唆されている.
しかし,深層学習の診断機序は数理的に未解明部分が多く, どの程度の性能なの
か詳しく解析した報告は少ない. 例えば, 診断支援として重要な、専門医も見落
としやすい小さな腫瘤やコントラストの低い腫瘤に対する検出性能の検証は行
われていない. 本研究の目的は,この検出が難しい腫瘤に対する深層学習モデル
の性能を明らかにすることである. そのために, 検出対象の特徴を分析し, 検出
性能との関係を詳しく検証する.
【方法】深層学習モデルには, 検出用深層畳み込みニューラルネットワークとし
て代表的な Single Shot Multibox Detector と You Only Look Once version 7
(YOLOv7) を用いた. 学習用のデータセットとして, 含まれる画像の特徴が異
なる, 乳房 X 線画像の大規模公開データベース 1 つと独自のデータセット 2 つ
の計 3 つのデータセットを用いた. また, 従来報告でも広く用いられている, 学
習用とは異なる標準的公開データベースを用いて性能検証を行った. 評価指標
には, Free-response 受信者動作特性曲線を用いた. 乳房 X 線画像は高解像度で
あるため, 深層学習に用いる際はダウンサンプリングにより画像サイズ(画素数)
を減じるのが一般的である. 本研究では腫瘤の大きさが検出性能に与える影響
を検証するため, 3 つの画像サイズで検出性能を比較した. また, 腫瘤のコント
ラストにも注目し, 腫瘤の特徴と検出結果との関係性を分析した.
【結果】2つの深層学習モデルの腫瘤検出性能を評価した結果, 最も入力画像サ
イズの大きい YOLOv7 が最高性能を示した. また, 腫瘤の特徴との関係性とし
て, 入力画像サイズが大きいほど小さな腫瘤の検出が可能になり, コントラス
トの低い腫瘤は入力画像サイズに関係なく検出性能が低い結果となった.
【結論】乳房 X 線画像上の腫瘤検出において, 特に入力画像サイズは小さな腫
瘤の検出性能に与える影響が大きく, 計算量との兼ね合いで適切な画像サイズ
の設定が重要であることが示唆された. また, 高性能を謳う深層学習モデルで
あっても, 専門医でも読影が難しく支援効果が期待できる腫瘤に対する検出性
能は不十分であるなど, 臨床応用に向けた課題を明らかにした. ...

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参考文献

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謝辞

本論文を結ぶにあたり, 終始適切かつ丁寧な御指導・御助言・御鞭撻を賜る

とともに, 学生生活におきましても並々ならぬ御配慮を賜りました, 東北大学

大学院医学系研究科医用画像工学分野 本間経康教授に心より御礼申し上げま

す.

本論文作成にあたり, 副査ならびにアドバイザー教員として多大な御助言,

御配慮を賜りました東北大学大学院医学系研究科放射線検査学分野 千田浩一

教授に深く感謝申し上げます.

本研究を遂行するにあたり, 幾度にもわたる御指導・御鞭撻を下さり, 研究

室生活におきましても御配慮を賜りました, 東北大学大学院医学系研究科医用

画像工学分野 張暁勇特任准教授に厚く御礼申し上げます.

日頃より多大な御指導・御助言を下さり, 研究室生活におきましても御配慮

を賜りました, 東北大学大学院医学系研究科医用画像工学分野 市地慶講師に深

く御礼申し上げます.

また, 研究室生活におきまして, 同じ研究グループとして日頃から貴重な御

意見・御討論を頂きました, 東北大学大学院医学系研究科医用画像工学分野の

皆様並びに東北大学大学院工学系研究科杉田研究室の皆様に心より御礼申し上

げます.

最後に, 経済面・精神面で研究生活を支えていただきました家族に心より感

謝いたします.

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