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心嚢脂肪カウント画像の開発

(Development of pericardial fat count images using a combination of three different deep-learning models)

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田中専務

拓海先生、最近部下から「胸部レントゲンで心臓周りの脂肪がわかるAIがある」と聞いたのですが、本当にレントゲンだけで心臓の脂肪を定量できるのでしょうか。現場の導入コストと効果が気になります。

AIメンター拓海

素晴らしい着眼点ですね!大丈夫、一緒に整理していきましょう。今回の研究は胸部レントゲン(Chest radiograph、CXR)から心嚢脂肪(Pericardial fat、PF)に相当する情報を「心嚢脂肪カウント画像(Pericardial fat count image、PFCI)」として再現する試みですよ。

田中専務

胸部レントゲンは安価で手軽ですから魅力的ですが、CT(Computed tomography、CT)で撮る脂肪量の“正確な値”とどれほど近いのかが肝心です。要するに現場で使える精度なのかが知りたいのです。

AIメンター拓海

結論から言うと、この研究はCTを基準として、複数の深層学習(Deep learning、DL)モデルを組み合わせることで、レントゲンからCTに相当する「脂肪カウント画像(PFCI)」を生成し、比較的高い一致度を示しています。ここで重要なポイントは三つです:1) 元データの作り方、2) 変換モデルの組み合わせ、3) 評価方法です。

田中専務

三つのポイント、わかりやすいです。ところで「三つの深層学習モデル」というのはGANの仲間ですか。導入やメンテナンスのコスト感も教えてください。

AIメンター拓海

良い質問です。研究ではCycleGANを含む画像変換系モデルを組み合わせています。専門用語は後ほど噛み砕きますが、実務観点では初期学習済みモデルと、現場データでの微調整(ファインチューニング)が必要であり、そのためにデータ準備と評価の工程に人手が要ります。しかし、運用そのものは推論フェーズで比較的軽く、クラウドを使えばコストは月額の推論料金+保守で済みます。

田中専務

なるほど。で、これって要するに「手軽なレントゲンから、CTレベルの脂肪評価に近い画像をAIが作る」ということですか?それなら現場での使い方が見えてきますが、偽陽性や偽陰性はどうでしょうか。

AIメンター拓海

要するにそういうことです。評価では平均絶対誤差(Mean absolute error、MAE)や構造的類似度(Structural similarity index measure、SSIM)などでCTベースのPFCIと比較し、許容できる誤差範囲を示しています。ただし研究は対象患者を限定しており、例えば金属インプラントや胸水、術後変化がある症例は除外されています。つまり運用前に自社の患者・顧客群で性能を検証するフェーズが不可欠です。

田中専務

なるほど、導入前の検証が肝ですね。最後に、現場で経営判断として押さえるべきポイントを端的に三つにまとめていただけますか。

AIメンター拓海

もちろんです。要点は三つです。1) 目的とする診断・スクリーニング基準を明確にし、CT基準との許容差を設定すること。2) 現場データでの検証と除外条件の整備を行い、どの症例に使えるかを明確にすること。3) 導入後は推論コストと保守体制(データの追加学習やモデル監視)を見込んだ運用計画を立てること。大丈夫、一緒にやれば必ずできますよ。

田中専務

ありがとうございます。自分の言葉で整理しますと、レントゲンを使ってCTで測る心嚢脂肪に相当する画像をAIで再現できる可能性があり、ただし導入前に自社データでの検証と運用設計が必要ということですね。これなら会議でも説明できます。

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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