一般社団法人 日本医療情報学会

[3-G-5-01] 解像度を担保したDenoising U-Netの開発:前立腺MRI画像での検討

*馬場 祥吾1,2、迫田 和也1,3、小牧 祥太郎4 (1. 学校法人原田学園 鹿児島医療技術専門学校 診療放射線技術学科, 2. 九州工業大学大学院 工学府 工学専攻, 3. 鹿児島大学大学院 医歯学総合研究科 先進治療科学専攻 放射線診断治療学分野, 4. 学校法人原田学園 鹿児島医療技術専門学校 言語聴覚療法学科)

Deep learning , Magnetic Resonance Imaging, Denoise, U-Net, Structural Similarity

【背景】我が国の前立腺癌患者数は年々増加傾向にあり,生検前にMagnetic Resonance Imaging(MRI)を施行することで非有意癌の検出が5%減少する.前立腺MRI画像は高空間分解能であることを要求され,Signal to Noise Ratioの確保に苦慮する.【目的】ノイズ除去モデルの精度向上と解像度の担保を目的とした改良型Denoising U-Netを開発し,検討した.【方法】公開データの前立腺MRI画像676枚にガウシャンノイズを付加した.提案モデル(Structural SIMilarity (SSIM) Residual U-Net)は,U-Netを基盤としたEncoder-Decoderの畳み込み構造をResidual Blockへ変更し,解像度低下の改善にSSIMを損失関数へ適用した.また,提案モデルの有用性を証明するために,U-Netと提案モデルに加えてResidual U-Net,SSIM U-Netの4つのモデルに対して,教師画像との差分によるヒストグラムの標準偏差(Standard Deviation(SD)),Root Mean Squared Error(RMSE),SSIM,Peak Signal to Noise Ratio(PSNR)を用いて評価を行った.統計学的解析にはFriedman test,Post hoc testにDunn’s testを用いた.有意水準は5%に設定した.【結果】U-Netと比較してSDとRMSEでは,提案モデル・SSIM U-Netが有意に低値を示し,PSNRとSSIMでは,提案モデル・Residual U-Netが有意に高値を示した.【考察・結論】提案モデルはノイズを除去しつつ,解像度の担保も可能であることが示唆された.【倫理的配慮】公開データによる研究報告のため,倫理指針の適応外である.