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MInDI-3D: Iterative Deep Learning in 3D for Sparse-view Cone Beam Computed Tomography

Created by
  • Haebom

저자

Daniel Barco (Centre for Artificial Intelligence), Marc Stadelmann (Centre for Artificial Intelligence), Martin Oswald (Centre for Artificial Intelligence), Ivo Herzig (Institute of Applied Mathematics and Physics), Lukas Lichtensteiger (Institute of Applied Mathematics and Physics), Pascal Paysan (Varian Medical Systems Imaging Lab, Baden, Switzerland), Igor Peterlik (Varian Medical Systems Imaging Lab, Baden, Switzerland), Michal Walczak (Varian Medical Systems Imaging Lab, Baden, Switzerland), Bjoern Menze (Biomedical Image Analysis and Machine Learning, University of Zurich, Zurich, Switzerland), Frank-Peter Schilling (Centre for Artificial Intelligence)

MInDI-3D: 3D 조건부 확산 모델을 이용한 CBCT 영상 인공물 제거

개요: MInDI-3D는 실제 희소 뷰 원추형 빔 컴퓨터 단층 촬영(CBCT) 아티팩트 제거를 위한 최초의 3D 조건부 확산 기반 모델로, 의료 영상의 방사선 노출을 줄이는 것을 목표로 한다. 2D에서 3D 볼륨 접근 방식으로 "InDI" 개념을 확장하여, 희소 뷰 입력을 기반으로 CBCT 볼륨을 직접 개선하는 반복적 노이즈 제거 프로세스를 구현한다. 또한, CT-RATE 공개 데이터 세트의 흉부 CT 볼륨에서 대규모 가상 CBCT 데이터 세트(16,182개)를 생성하여 MInDI-3D를 강력하게 훈련한다. 정량적 지표, 확장성 분석, 일반화 테스트 및 11명의 임상의에 의한 임상 평가를 포함한 종합적인 평가를 수행했다. MInDI-3D는 CT-RATE 가상 CBCT(독립적인 실제) 테스트 세트에서 50개의 투영만을 사용하여 보정되지 않은 스캔에 비해 12.96(6.10) dB의 PSNR 이득을 달성하고, 영상 방사선 노출을 8배 감소시키는 효과를 보였다. 더 많은 훈련 데이터로 성능이 향상됨을 보여 확장성을 입증했다. 특히, MInDI-3D는 왜곡 및 작업 기반 지표에서 16명의 암 환자의 실제 스캔에 대해 3D U-Net의 성능과 일치한다. 또한 새로운 CBCT 스캐너 형상으로 일반화된다. 임상의들은 모델이 모든 해부학적 부위에서 환자 위치 설정에 충분하다고 평가했으며, 폐 종양 경계를 잘 보존한다고 평가했다.

시사점, 한계점

시사점:
희소 뷰 CBCT 아티팩트 제거를 위한 최초의 3D 조건부 확산 기반 모델.
방사선 노출을 8배까지 줄일 수 있음.
3D U-Net과 유사한 성능을 보임.
새로운 CBCT 스캐너 형상에 일반화 가능.
임상적 유용성을 입증함 (환자 위치 설정 및 종양 경계 보존).
한계점:
논문에 명시된 한계점은 없음. (하지만 추가적인 연구나 실제 임상 환경에서의 적용 시 다른 한계점이 존재할 수 있음).
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