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乳房MRIにおける病理学的完全奏効予測のためのラジオミクス誘導マルチモーダル自己注意ネットワーク

(RADIOMICS-GUIDED MULTIMODAL SELF-ATTENTION NETWORK FOR PREDICTING PATHOLOGICAL COMPLETE RESPONSE IN BREAST MRI)

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田中専務

拓海先生、最近部下から『MRIとAIで治療効果を予測できる』なんて話を聞きまして、正直何を投資すれば良いか分かりません。これ、本当に現場で役立つんですか?

AIメンター拓海

素晴らしい着眼点ですね!大丈夫ですよ、田中専務。ここで言うAIは、MRIという画像情報を使って『病理学的完全奏効(pathologic complete response、pCR—病理学的完全奏効)』が得られるかどうかを予測する技術です。要点は三つです:データの種類、特徴の取り方、判断の仕組みです。

田中専務

データの種類、ですか。うちの病院じゃなくて製造業ですが、現場で言うと『複数の視点で見る』ということですよね。具体的には何を使うんです?

AIメンター拓海

いい質問です。ここでは二つの画像を使います。一つは動態造影MRI(dynamic contrast-enhanced MRI、DCE MRI—動態造影MRI)、もう一つは拡散強調画像から導かれる見かけの拡散係数(apparent diffusion coefficient、ADC—見かけの拡散係数)です。製造で言えば、製品を光で見る検査と、内部の動きを見る別の検査を同時に見るイメージです。

田中専務

なるほど。で、特徴の取り方というのは手作りで指標を作るんですか、それともAIが勝手に学ぶんですか?これって要するに『人が決めた目利きとAIの自動学習を組み合わせる』ということ?

AIメンター拓海

まさにその通りです!この論文ではラジオミクス(radiomics—画像から手作りで抽出する数値的特徴)という人が設計した特徴をガイドとして使い、3Dの畳み込みニューラルネットワーク(3D CNN Encoder—3次元畳み込みニューラルネットワーク)と自己注意(self-attention—自己注意機構)で画像特徴を学ばせています。人の経験をAIに教えて、重要な領域に注目させるのです。

田中専務

注目領域に誘導する、ですか。それは現場でいうと『不良箇所に赤い蛍光を当てるように』目印を付けるという理解で良いですか。投資対効果はどれほど見込めますか。

AIメンター拓海

良い比喩ですね。要点は三つです。第一に、ラジオミクスで学習をガイドすると重要領域の表現が改善され、精度が上がること。第二に、複数モダリティ(multimodality—複数のデータ視点)を合わせると単独より堅牢になること。第三に、自己注意で広い文脈を参照できるため、小さな異常も見落としにくくなることです。投資対効果は、データの質と用途次第ですが、検査結果の有効活用で意思決定の確度が上がる期待はありますよ。

田中専務

具体的に導入する上でのリスクや課題は何でしょうか。うちの現場データで同じように使えるかが心配です。

AIメンター拓海

大丈夫、順を追って対処できます。課題はデータの多様性、アノテーション(教師データ)の精度、モデルの解釈性です。対策として、まず小さなパイロットで同じ特徴が取れるか確認し、ラジオミクスの設定を現場データに合わせて調整し、結果を可視化して説明できる形にすることが有効です。

田中専務

では、現実的なアクションプランを教えてください。最初の一歩で何をすれば良いですか。

AIメンター拓海

一緒にやれば必ずできますよ。まずは三段階です。第一に、利用可能な画像データを確認し、代表的なケースを抽出する。第二に、ラジオミクス特徴を既存のツールで試算してみる。第三に、小さなデータセットでRaMA-netのようなモデルを試してみて、有用性を定量で評価する。この三つで進めれば初期判断がつきます。

田中専務

分かりました。まとめると、複数の画像で重要な部分に注目させる仕組みを作り、まずは小さく試して数値で効果を確認する、ということですね。私の言葉で言い直すと、『人の知見で重要箇所に印をつけ、それをAIに教えて精度を高め、まずは小規模で投資効果を測る』、これで進めます。

監修者

阪上雅昭(SAKAGAMI Masa-aki)
京都大学 人間・環境学研究科 名誉教授

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