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多視点畳み込みニューラルネットとガウス過程による肺結節の特徴付け

(TUMORNET: LUNG NODULE CHARACTERIZATION USING MULTI-VIEW CONVOLUTIONAL NEURAL NETWORK WITH GAUSSIAN PROCESS)

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田中専務

拓海先生、最近若手から『TumorNet』って論文がいいらしいと聞きましたが、我々のような会社にとって何が変わるのか、ざっくり教えていただけますか。

AIメンター拓海

素晴らしい着眼点ですね!TumorNetはCT画像の3方向(軸、矢状、冠状)を一枚ずつの代表画像に変換して、それらを三チャンネル画像として畳み込みニューラルネットワーク(Convolutional Neural Network、CNN)で学習する手法ですよ。要点は3つ、マルチビューで情報をまとめること、データ拡張で学習量を稼ぐこと、高レベル属性を組み合わせて精度を上げることです。大丈夫、一緒に紐解けば必ず理解できますよ。

田中専務

マルチビューで学習って、要するに色々な角度から写真を撮って、それを同時に見て判断させる感じですか。ですが、専門用語のCNNってやつがよく分かりません。

AIメンター拓海

素晴らしい着眼点ですね!CNNとは畳み込みニューラルネットワーク(Convolutional Neural Network、CNN)で、写真の中のパターンを自動で拾っていく仕組みです。身近な比喩では、工場で製品の傷を目視検査する人がいるとすると、CNNは画像の“特徴”を順に拾って最終的に『良品/不良』を判定するベテラン検査員を模したアルゴリズムです。ポイントは自動で特徴を学ぶことができ、手でルールを作る必要が減ることです。

田中専務

そうですか。で、実運用に移すときに心配なのはデータ不足です。我々の現場では学習用のラベル付きデータがあまりないのですが、TumorNetはどうその問題に対応しているのですか。

AIメンター拓海

素晴らしい着眼点ですね!TumorNetはデータ拡張(augmentation)を積極的に使います。具体的には拡大・回転・ノイズ付加で一つの例から複数の学習例を作り学習量を実質的に増やすのです。加えて、医師が見ているような高レベル属性(石灰化、球形性など)を特徴量として追加し、CNNが学ぶ特徴と組み合わせることで少ないデータでも堅牢に判定できるようにしています。要点はデータを増やす工夫と専門家知見の併用です。

田中専務

これって要するに、角度の違う写真を三色のチャンネルにして学習させ、専門家のチェックポイントも一緒に学ばせることで、少ないデータでも精度を上げるということですか。

AIメンター拓海

その通りですよ!素晴らしい整理です。もう一つ言うと、最終的な判定にはガウス過程(Gaussian Process、GP)という手法を使って不確かさを扱えるようにしており、スコアの信頼度も評価できます。経営判断では『どれだけ確信があるか』が重要なので、この不確かさ推定は実務で役に立ちます。

田中専務

不確かさが分かるのはありがたいですね。実際の導入で現場が怖がらないか心配ですが、現場教育や投資対効果の説明はどうすればいいですか。

AIメンター拓海

素晴らしい着眼点ですね!現場導入では、まず小さなパイロットで効果を数字で示すことが重要です。要点は3つ、限定的な現場でROI(投資対効果)を証明すること、可視化された不確かさで運用ルールを作ること、専門家の高レベル属性を合わせることで合意を取りやすくすることです。こうすれば現場の心理的抵抗を下げられますよ。

田中専務

分かりました、じゃあまずは社内で小さな実証をやって、専門家のチェックポイントを入れながら精度と信頼度を示していく。それで、私の言葉で説明すると、TumorNetの要点は『三方向を一つの画像として学習し、専門家の知見を足して不確かさも出せるモデル』ということですね。

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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