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Journal of Orthopaedic Research

2023 · Journal of Orthopaedic Research

관절염의 특징을 반영하는 합성 X-ray를 만들 수 있을까요?

StyleGAN2-ADA 생성 영상과 실제 영상 사이의 FID는 2.96이었습니다. 전문가의 실제·생성 영상 구분 정확도는 각각 34%, 43%, 44%, 57%, 50%였습니다.

연구 수치로 읽는 결과

전문가 5명의 실제·합성 영상 구분 정확도를 나타냅니다.그림 크게 보기

전문가 5명의 실제·합성 영상 구분 정확도를 나타냅니다.

Journal of Orthopaedic Research (2023). DOI: 10.1002/jor.25325 · Original explanatory chart based on reported data

근거·원문그림 이용조건

연구에서 묻는 질문

관절염의 특징을 반영하는 합성 X-ray를 만들 수 있을까요?

대상과 방법

한 기관의 무릎 전후면 영상으로 DCGAN과 StyleGAN2-ADA를 학습했습니다. 생성 영상의 품질을 전문가 5명의 Visual Turing test, Fréchet inception distance(FID), PCA로 평가했습니다. 실제 무릎 전후면 영상 10,000장을 사용했습니다. 생성 영상은 실제 환자를 새로 촬영한 영상이 아닙니다.

주요 결과

StyleGAN2-ADA 생성 영상과 실제 영상 사이의 FID는 2.96이었습니다. 전문가의 실제·생성 영상 구분 정확도는 각각 34%, 43%, 44%, 57%, 50%였습니다. 생성 영상에서 골극·관절간격 협소·경화 같은 특징을 재현했습니다. 데이터 수를 줄이는 실험에서는 약 2,000장 이상에서 안정된 영상 생성 가능성을 보고했습니다.

진료와 수술에서 읽을 지점

연구용 영상의 부족과 유형 불균형을 해결하려는 시도입니다. 합성 영상은 실제 환자의 검사 결과로 제시하지 않고, 원본 자료와 구분해 품질과 편향을 점검해야 합니다.

해석의 제한

영상이 그럴듯하게 보이는 것과 진단에 필요한 구조를 정확히 보존하는 것은 다른 문제입니다. 생성 영상을 추가했을 때 실제 외부 환자 영상의 진단 성능이 향상되는지, 학습 자료의 재현·개인정보 위험이 충분히 줄어드는지는 별도 검증이 필요합니다.

짧게 정리하면

어떤 진료 질문과 연결되나요?

연구용 영상의 부족과 유형 불균형을 해결하려는 시도입니다. 합성 영상은 실제 환자의 검사 결과로 제시하지 않고, 원본 자료와 구분해 품질과 편향을 점검해야 합니다.

Keywords · 주제어

Abstract · 원문 초록

Gun Ahn, Byung Sun Choi, Sunho Ko, Changwung Jo, Hyuk-Soo Han, Myung Chul Lee, Du Hyun Ro. High-resolution knee plain radiography image synthesis using style generative adversarial network adaptive discriminator augmentation. Journal of orthopaedic research : official publication of the Orthopaedic Research Society. 2023;41(1):84-93. doi:10.1002/jor.25325.

In this retrospective study, 10,000 anteroposterior (AP) radiography of the knee from a single institution was used to create medical data set that are more balanced and cheaper to create. Two types of convolutional networks were used, deep convolutional GAN (DCGAN) and Style GAN Adaptive Discriminator Augmentation (StyleGAN2-ADA). To verify the quality of generated images from StyleGAN2-ADA compared to real ones, the Visual Turing test was conducted by two computer vision experts, two orthopedic surgeons, and a musculoskeletal radiologist. For quantitative analysis, the Fréchet inception distance (FID), and principal component analysis (PCA) were used. Generated images reproduced the features of osteophytes, joint space narrowing, and sclerosis. Classification accuracy of the experts was 34%, 43%, 44%, 57%, and 50%. FID between the generated images and real ones was 2.96, which is significantly smaller than another medical data set (BreCaHAD = 15.1). PCA showed that no significant difference existed between the PCs of the real and generated images (p > 0.05). At least 2000 images were required to make reliable images optimally. By performing PCA in latent space, we were able to control the desired PC that show a progression of arthritis. Using a GAN, we were able to generate knee X-ray images that accurately reflected the characteristics of the arthritis progression stage, which neither human experts nor artificial intelligence could discern apart from the real images. In summary, our research opens up the potential to adopt a generative model to synthesize realistic anonymous images that can also solve data scarcity and class inequalities.

원래 논문

High-resolution knee plain radiography image synthesis using style generative adversarial network adaptive discriminator augmentation

Gun Ahn, Byung Sun Choi, Sunho Ko, Changwung Jo, Hyuk-Soo Han, Myung Chul Lee, Du Hyun Ro
Journal of Orthopaedic Research · 2023

학술논문