人工知能ベースの学習を使用した超音波画像の CT 形式画像への変換

医学実験の背景と理論的根拠:

超音波イメージングは​​、音波を使用して健康状態および疾患状態におけるさまざまな臓器の構造と機能を特徴付けるイメージング方法です。 この手法は日常臨床で広く使用されており、多くの利点があります。 この検査には電離放射線が使用されないため、X 線や CT スキャン (コンピューター断層撮影) などの他の技術よりも安全に使用できます。 超音波装置で取得して表示される画像はリアルタイムであるため、変化を特定することができ、多くの場合、最終診断に影響を与えます。 この検査は非侵襲的であり、アレルギー反応を引き起こしたり腎機能を損なう可能性のある物質を含む造影剤を使用する必要もありません。 また、ベッドサイドでの使用も可能で、幅広くご使用いただけます。 前述の利点の他に、超音波検査には注目すべき欠点もあります。 超音波は骨や空気を十分に透過しないため、検査の品質が低下します。 さらに、この方法はオペレータのスキルに大きく依存するため、十分な品質の情報を生成し、正確な診断を行うにはかなりの経験が必要です。 検査の質は、姿勢の変更や深呼吸など、検査中の被験者の協力にも依存します。

超音波検査と比較して、CT スキャンでは、骨や空気などの生理学的要因に制限されず、より広範囲の解剖学的視野が得られます。 CT スキャンの最も顕著な欠点には、検査に電離放射線が必要であるという事実があり、電離放射線は必然的に患者の健康に直接的および間接的な危険をもたらします。 さらに、この検査には財政的および人的資源の面でより多くのリソースが必要であるため、病院外や社会経済的地位が低い国での使用には限界があります。

この研究では、研究者らはこれら 2 種類の技術間のギャップを埋め、両方を活用する統一システムを作成することを目指しています。 これは、超音波画像から CT 画像を作成することによって行われます。 このプロセスには、人工知能手法、つまり機械学習アルゴリズムの使用が含まれます。

機械学習全般、特にディープラーニングは、近年コンピュータビジョンの分野で勢いを増しており、さらに最近では医療画像の分野でも勢いを増しています。 さらに、センサーが眼底カメラまたは光コヒーレンストモグラフィー (OCT) である網膜疾患の分類、乳房の MRI イメージング 3、さらに最近では、分類の分類においてすでに大きな成功を収めています。胸部X線と超音波スキャンを使用して、コロナウイルスによって引き起こされる病気の重症度を分類します。

機械学習には 2 つのフェーズが含まれます。 最初のフェーズでは、アルゴリズムは、高精度の達成を可能にするアーキテクチャとターゲット関数を使用してタグ付きデータをトレーニングします。 第 2 ステップでは、研究者はまだ観測されていないデータのアルゴリズムをテストします。 大量のタグ付きデータはアルゴリズムの開発に非常に役立ちますが、同時に、タグ付きデータを生成するのが難しく、時間と費用がかかるプロセスになる可能性があることに注意してください。 したがって、研究者は教師なしまたは半教師ありのアプローチを利用します。

医学研究の目的: 超音波画像から CT 画像を作成する目的で、人工知能システムに超音波検査および X 線検査情報を提供し、スキャンされた解剖学的構造のより適切な空間定位と特性評価を可能にします。

研究の種類: 医師と患者の両方がスキャンの方法と目的を認識している前向き非盲検研究。

実験手順: 研究基準を満たす参加者は、ヘメック医療センターの画像研究所で臨床超音波装置を使用して腹部臓器の完全な超音波スキャンを受けます。 試験時間の推定時間は 20 分です。 超音波画像は、前述の超音波装置内にある Fusion システムを使用して、検査時に同じ患者の以前の CT 画像と視覚的に結合されます。

いずれにせよ実施されるはずだった臨床超音波検査のために参加者が来た場合、参加者は通常どおり臨床検査に合格し、その後、研究の一環として上記の検査を別途受けることに注意してください。

結合された CT 画像と超音波画像はエンコードされてワイツマン研究所の SAMPL 研究室に送信され、そこで画像は人工知能システムの学習プラットフォームとして機能します。 画像は、被験者の個人情報が EXCEL ファイルにエンコードされ、主任研究者によって保存された後にのみ転送されます。 主任研究者と二次研究者のみがエンコード前の情報にさらされ、その情報は主任研究者の専用コンピュータにパスワードで保護されて保存されます。

収集されたコード化された情報は、情報を適切に取得し、データ分析を可能にするより質の高い情報を取得するために主任研究者にリアルタイムでフィードバックできるようにするために、研究中に継続的にワイツマン研究所に渡されます。

将来、SAMPL 検査室が参加者に関する詳細を取得する場合、コード化キーが臨床現場 (Haemek 病院) のみにある場合は、シリアル番号を使用する必要があります。 ワイツマン研究所の SAMPL 研究室は、実験のいかなる段階においても、参加者に関する特定情報にさらされることはありません。

参加者のモニタリングと医学的所見の報告

患者の健康にとって重要な予期せぬ医学的所見が研究中に発見された場合、標準医療による必要に応じてさらなる追跡調査と治療のために遅滞なくそれを主治医に転送するのは主任研究者の責任です。 臨床試験の一環としての実験スキャン後の参加者は追跡調査されません。