객체 검출 알고리즘을 활용한 딥러닝 기반 상완 신경총 초음파 영상의 분할에 관한 연구

• 영문명: Deep Learning based Brachial Plexus Ultrasound Images Segmentation by Leveraging an Object Detection Algorithm
• 발행기관: 한국방사선학회
• 저자명: 조국현(Kukhyun Cho) 류현승(Hyunseung Ryu) 이명진(Myeongjin Lee) 박수형(Suhyung Park)
• 간행물 정보: 『한국방사선학회 논문지』제18권 제5호, 557~566쪽, 전체 10쪽
• 주제분류: 공학 > 기타공학
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2024.10.31

국문 초록

초음파 유도 국소마취는 통증 관리와 회복 시간을 개선하여 말초신경 차단에 널리 사용되는 기법이다. 하지만 능숙한 임상의들에게도 초음파 영상에서 나타나는 speckle 및 Doppler와 같은 영상에 내재되어 있는 artifacts로 인하여 상완 신경총(BP; Brachial Plexus)의 정확한 검출 및 식별이 여전히 난제로 남아있다. 이 문제를 해결하기 위해, 우리는 다중 스케일의 접근법을 기반으로 하는 BP의 객체 검출과 그 결과로부터 U-Net 기반의 의미론적 영상 분할을 수행하는 small target 기반의 BP segmentation 알고리즘을 제안한다. 이를 위해 현재 BP 검출 및 식별은 다음과 같이 진행되었다: 1) 다중 스케일 기반의 RetinaNet 모델을 활용하여 BP 신경 영역을 대략적으로 특정하는 단계와 2) 객체 검출로부터 제한된 영상의 범위를 입력으로 U-Net을 활용함으로서 BP 신경의 영역을 검출하는 단계. 실험 결과는 제안된 모델이 분할 전용 모델 등의 경쟁 방법에 비해 BP 신경 영역을 대략적으로 특정하여 식별 범위를 제한함으로서 BP 신경 범위 분할의 정확도를 높이고 고품질 BP 분할을 생성할 수 있음을 보여준다.

영문 초록

Ultrasound-guided regional anesthesia is one of the most common techniques used in peripheral nerve blockade by enhancing pain control and recovery time. However, accurate Brachial Plexus (BP) nerve detection and identification remains a challenging task due to the difficulty in data acquisition such as speckle and Doppler artifacts even for experienced anesthesiologists. To mitigate the issue, we introduce a BP nerve small target segmentation network by incorporating BP object detection and U-Net based semantic segmentation into a single deep learning framework based on the multi-scale approach. To this end, the current BP detection and identification was estimated: 1) A RetinaNet model was used to roughly locate the BP nerve region using multi-scale based feature representations, and 2) U-Net was then used by feeding plural BP nerve features for each scale. The experimental results demonstrate that our proposed model produces high quality BP segmentation by increasing the accuracies of the BP nerve identification with the assistance of roughly locating the BP nerve area compared to competing methods such as segmentation-only models.

목차

Ⅰ. INTRODUCTION

Ⅱ. MATERIAL AND METHODS

Ⅲ. RESULT

Ⅳ. DISCUSSION & CONCLUSIONS

Reference

키워드

상완신경총 초음파영상 객체탐지 이미지분할 Brachial Plexus Ultrasound Image Object Detection Image Segmentation