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20190509 #2【画像処理 & 機械学習】論⽂LT会 @LPIXEL
Twitter @tmhssk1
Introduction
画像から⻑⽂を作成する課題は、知識発
⾒と⾔語モデリングのバランスが必要に
なる。
知識グラフは強⼒な知識表現⽅法の1つであり、機械学習的アプローチを補完し得る⼿法の1つである。
本研究では医学画像のレポート⽣成に際して画像から異常所⾒を抽出し、決まったパターンやテンプレー
トに沿って記述するという医師の⼿順を模したプロトコール(Knowledge-driven Encode, Retrieve,
Paraphrase (KERP) process)を提案する。
具体的には、KERPにGraph Transformer (GTR) というグラフ変換の新規⼿法を導⼊し、Encodeモ
ジュールでは画像的特徴を異常所⾒グラフに、Retrieveモジュールでは異常所⾒グラフをシーケンステン
プレートに、Paraphraseモジュールではシーケンステンプレートを⽂章に変換する。
既存の⽅法のほとんどはタスクに関する
知識構造を無視している現状があるが、医学画像レポートは医学知識に対する整合性を持った⽂章⽣成
が求められる。
Graph Transformer (GTR)
GTRによってグラフを同じグラフ構造内で特徴をよりハイレベルな意味を持つように変換する、またはある
1つのグラフが有する特徴から他のデータ形態へ変換する。
今グラフを以下のように定義する。
はノードの集合を表し、Nはノード数である。
それぞれのノード はd次元の特徴を有する。
はノード間のエッジの集合を表す。
本研究においては、GTRは を⼊⼒として受け取り、異なるグラフ を
出⼒する(よってグラフ構造⾃体は変わらないグラフ畳み込みとはこの点で異なる)。
変換前と変換後のグラフが存在するため、Message passingとしてグラフ間とグラフ内の2パターンが存在
する。
Intra-graph message passing
Inter-graph message passing
Knowledge-driven Encode, Retrieve, Paraphrase (KERP)
GTRを拡張し、GTRi2g(画像的特徴をグラフへ)、GTRg2g(グラフを異なるグラフへ)、GTRg2s(グ
ラフからシーケンスへ)、GTRgs2s(グラフとシーケンスをシーケンスへ)をそれぞれ構築。
現存するデータは画像であれシーケンスであれ、いずれもグラフ構造として表すことが可能であり、KERP
では過程で発⽣するデータを全てグラフとして扱う。
胸部臓器から派⽣する異常所⾒を⽰す単語を異常所⾒グラフのノードとして設定し、事前に異常所⾒を表現
するためのグラフ及び所⾒を表現するためのテンプレートを作成している。
Encode: visual feature to knowledge graph
Retrieve: knowledge graph to template sequence
Paraphrase: template sequence to report
(Disease classification) 疾患ラベルのOne-hotベクトルへ(レポート作成ではなく検証⽤)
テンプレートから⽂章を⽣成
CNNの出⼒(64x64x256の特徴ベクトル)をグラフ構造に落とし込む
画像的特徴を表現したグラフ構造からテンプレートを出⼒
Knowledge-driven Encode, Retrieve, Paraphrase (KERP)
Experiments & Results
Indiana University Chest X-Ray Collection
(IU X-Ray) (Demner-Fushman et al. 2015)
CX-CHR
7470枚の胸部X線画像(診断レポート付きの正⾯
像と側⾯像の公開データ)
45598枚の胸部X線画像(診断レポート付きの正⾯
像と側⾯像の⾮公開データ)
155 abnormalities、362 templatesを抽出
80 abnormalities、87 templatesを抽出
画像からの特徴抽出にはCX-CHR及び公開データであるChestX-ray8 dataset (Wang et al. 2017)で事前学
習したDenseNet (Huang et al. 2017) を利⽤。
Experiments & Results
Results & Analyses
本研究では正確かつ確実な医学レポート⽣成のため、従来の知識ベース、検索ベースの⼿法と機械学習
ベースの⼿法を結びつけた、Knowledge-driven Encode, Retrieve, Paraphrase (KERP) アプローチを
提案した。
提案⼿法は正確な異常表現と解釈可能な注⽬領域を提⽰し、異常所⾒と疾患分類の正確性と⼈間による
評価において2つの医学レポートデータでSOTAを達成した。
Conclusion

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