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족부족관절 체중부하 CT 데이터

##헬스케어 의료
- Weight bearingCT에서 얻어지는 영상 획득 - Polygon 세그멘테이션 정보에서 골성 지표를 추출하여 뼈를 구분 - Bounding box를 통한 족부 족관절 질환 구분 - Key point(Poly line)을 통한 족부질환 예측 및 구분
분야
헬스케어
유형
이미지
생성 방식
안심존(온라인)
  • 구축년도 : 2023
  • 버전 : 1.1
AI-HUB

데이터 변경이력

데이터 변경이력
버전 일자 변경내용 비고
1.1 2024-10-30 데이터 최종 개방
1.0 2024-06-28 데이터 개방 Beta Version

데이터 히스토리

데이터 히스토리
일자 변경내용 비고
2025-01-06 데이터셋 변경 메타데이터 데이터 구축량 정보 수정
2024-06-28 산출물 공개 Beta Version

소개

- Weight bearingCT에서 얻어지는 영상 획득
- Polygon 세그멘테이션 정보에서 골성 지표를 추출하여 뼈를 구분
- Bounding box를 통한 족부 족관절 질환 구분
- Key point(Poly line)을 통한 족부질환 예측 및 구분

구축목적

- 진단 보조 목적으로 발과 발목 병변을 구분하고 족부 및 족부 질환의 진단 보조가 가능한 AI model (SaMD)를 개발

- 질환별 통계현황 

질환별 통계현황
NO 질환분류 질환명
1 족부질환 (40%) 평발 
요족 
무지 외반증
2 족관절질환 (40%) 발목 관절염 
거골 연골 병변 
부주상골 증후군
족근골 유합
3 정상 (20%) 정상

 

- 남/녀 및 연령별 비율

남/녀 및 연령별 비율
NO 연령대 비율
1 0 ~ 20 세 25%
2 20 ~40 세 25%
3 40 ~ 60 세 25%
4 60세 이상 25%

 

- 데이터 통계 

데이터 통계
품질지표 검사항목 측정지표 정량목표 검사대상 검사 방법
산출물 데이터 종류 내용
다양성
(통계)
성별 분포 구성비 1:1 라벨링 데이터 이미지
(dcm)
인공지능 학습용 데이터 구축 시 정의한 분류체계(카테고리)를 기준으로 어노테이션 데이터에 포함된 클래스 정보를 추출하여 통계치 산출
나이 분포 구성비 소아,청년 : 중장년, 노인 =3:7 라벨링 데이터 이미지
(dcm)
다양성
(요건)
질환별 분포 구성비 중첩률 구성비 라벨링 데이터 이미지
(dcm)
정상 20%
족부 질환 40%
발목 질환 40%

- AI 모델 1
  -  족부 및 족관절 뼈의 세부 위치를 파악하기 위한 골성 구조 데이터 2차원 세그멘테이션 모델 개발
  -  딥러닝 모델 학습

     - Tibia, Fibula, Talus, Midfoot, Calcaneus 등을 포함한 10종의 세그멘테이션 예측모델 개발
     - U-Net 기반의 모델에 원본 의료 이미지, 클래스별 세그멘테이션 데이터를 학습 데이터 셋으로 활용하며, 최종적으로 이미지를 넣었을 때 각 클래스별 세그멘테이션 값 출력
     - 의료 영상 데이터를 활용한 여러 세그멘테이션 Task에선 상대적으로 적은 데이터 셋으로도 좋은 성능을 내는 U-Net 기반의 모델이 활용되며 때문에 본 제안에선 U-Net을 Baseline 모델로 선정

골성 구조 데이터 2차원 세그멘테이션 모델 이미지

  -  학습 모델 검증 및 평가
     - 성능 평가는 세그멘테이션 분야에서 주로 활용되는 IoU 기반 mAP(Mean Average Precision)를 평가지표로 선정
     - IoU는 객체 검출의 정확도를 평가하는 지표로서, 객체 감지에서 개별 객체에 대한 검출이 성공하였는지 결과를 0~1 사이로 평가되며 AP에 활용 가능
     - mAP는 정밀도(Precision)와 재현율(Recall)의 조합으로 이루어진 평균 정밀도(Average Precision)를 평균하여 계산
     - 객체 감지 작업에서는 모델이 이미지 내에서 객체의 위치를 예측하고, 그 예측 결과와 실제 객체의 위치 간의 정확도를 측정하는데, 이러한 정확도를 평가하는 지표로 사용

골성 구조 데이터 2차원 세그멘테이션 모델 검증 및 평가 수식 이미지

 

- AI 모델 2
  -  질환 진단 보조에 활용할 족부 각도 추정을 위한 랜드마크 포인트 데이터 예측 모델 개발
  -  딥러닝 모델 학습

     - 평발, 요족 등의 족부 질환과 발목 관절염등의 족관절 질환 진단과정에서, Talo-1st metatarsal angle 등 아래에 명시한 특정 각도들을 이용하여 이를 보조할 수 있음
     - 족부 각도 추정을 위해선 각도를 측정하는 기준인 랜드마크 포인트가 필요하며 이를 위해 각도 추정을 위한 랜드마크 포인트 예측 모델을 개발
     - 주요 병변들과 연관된 각도들(calcaneal pitch angle, Talo-1st metatarsal angle (TMA), Talo-calcaneal angle (TCA), Hindfoot alignment angle (HAA), Medial talar articular surface angle (MTASA) 등)을 추정하기 위한 랜드마크 포인트 예측 모델 개발
     - GU2Net 기반 모델에 원본 이미지, 랜드마크 포인트를 학습 데이터 셋으로 활용하며, 최종적으로 이미지를 넣었을 때 랜드마크 포인트를 출력하는 인공지능 모델 개발
     - 공개된 연구 중 제안하는 task와 완전히 동일한 데이터와 모델은 없으며 이에 따라 유사한 task를 수행하는 연구를 기준으로 모델을 선정
     - GU2Net은 U-Net기반의 모델로 최근 손, 폐, 머리 등의 Xray 데이터셋에서의 랜드마크 포인트 추정연구에서 좋은 성능을 내고 있어 해당 모델을 Baseline 모델로 선정

랜드마크 포인트 데이터 예측 모델 이미지

 

  -  학습 모델 검증 및 평가
     - 모델을 통해 예측된 랜드마크 포인트의 정확도 평가를 위해 mAP(Mean Average Precision)을 활용하며, 정확도 기준은 2차원 관절인식 분야에서 주로 활용되는 OKS값을 기준으로 함
     - OKS는 랜드마크 포인트(Key Point)를 예측하기 위해 객체검출에서 사용된 IoU와 유사하지만 다른 지표이며, Ground Truth 객체와 예측된 객체 사이의 유사성을 측정하는 지표로 AP 계산 역시 가능
     - mAP는 정밀도(Precision)와 재현율(Recall)의 조합으로 이루어진 평균 정밀도(Average Precision)를 평균하여 계산
     - 객체 감지 작업에서는 모델이 이미지 내에서 객체의 위치를 예측하고, 그 예측 결과와 실제 객체의 위치 간의 정확도를 측정하는데, 이러한 정확도를 평가하는 지표로 사용

랜드마크 포인트 데이터 예측 모델 검증 평가 수식 이미지
                                                         , 
- AI 모델 3
  -  질환 진단 보조를 위해 병변 위치를 추정할 병변 위치 데이터 기반 경계 박스 예측 모델 개발
  -  딥러닝 모델 학습

     - 병변 위치 데이터를 이용한 병변 위치 추정 모델 개발
     - 거골 연골 병변, 무지외반증, 부주상골 증후군, 족근졸 유합 등의 병변 클래스와 이에 해당하는 경계박스를 예측하여 출력
     - YOLO 기반 모델에 원본 이미지와 각 병변 클래스에 해당하는 위치가 레이블링 된 데이터(경계박스 좌표(x,y,w,h),)를 학습 데이터 셋으로 활용
     - 빠른 속도와 안정적인 정확도를 보여, 다양한 도메인의 경계박스 추정 Task에서 많이 활용되는 YOLO 모델을 Baseline 모델로 선정

병변 위치 데이터 기반 경계 박스 예측 모델 이미지

 

- 데이터 설명

데이터 설명
AI 모델 Task 어노테이션 방법 어노테이션 속성 속성 설명 라벨링 데이터 포맷
족부족관절 2차원
segmetation 모델 
Polygon Segmentation bone 10개의 뼈 분할  json
족부족관절 각도
추정 모델 
Line, Angle Talo-1st metatarsal angle 거골-제1중족골간 각도 : 평발, 요족 진단 json
족부족관절 질환 병변
위치 탐지 모델
BBox Hallux valgus 무지외반증 유무 json
Osteochondral lession of talus (OLT) 골연골병변 유무
Prehallux syndrome 부주상골 유무
Tarsal coalition 족근골 유합  유무

 

- 데이터 예시

데이터 예시
데이터 예시-데이터 수집/정제 이미지

데이터 예시-Bone segmentation 이미지

데이터 수집/정제 Bone segmentation
데이터 예시-질환 bounding box 이미지 데이터 예시-4 key-point angle 추정 이미지
질환 bounding box 4 key-point angle 추정

 

- 데이터 저장방법

데이터 저장방법
폴더 규칙
데이터 저장방법- 폴더규칙 이미지 상위폴더 : (Cone-Beam CT)
  하위폴더 : (진단코드)
    하위폴더 : (기관코드-Case식별ID)
    - Case 임상 정보 파일 목록(json)
    - 각도 라벨링 정보 파일(json)
    - 영상 원천 데이터 파일(DICOM)
    - 영상 원천데이터 라벨링 파일(json)
     (2D Bone Segmentation 및 Bounding Box)

데이터셋 구축 담당자

수행기관(주관) : 가톨릭대학교 산학협력단
수행기관(주관)
책임자명 전화번호 대표이메일 담당업무
정준용 02-2258-6254 jjdragon112@gmail.com 데이터 수집, 추출 및 정제, 가공 및 검수, 주관 행정
수행기관(참여)
수행기관(참여)
기관명 담당업무
㈜엠에이아이티 데이터가공 / 추출 및 정제 /
계명대학교 산학협력단 데이터 수집 / 데이터 전처리 및 분류 / 교육 및 검수
㈜인피티트 헬스케어 저작도구제공 / 데이터 품질 관리
㈜어반데이터랩 데이터 품질 관리 / AI 모델 개발
데이터 관련 문의처
데이터 관련 문의처
담당자명 전화번호 이메일
연창진 053-258-4773 poweryon@dsmc.or.kr
이시욱 053-258-5925 jacob@mait.healthcare
AI모델 관련 문의처
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담당자명 전화번호 이메일
안치성 02-515-1152 nia@urbancorp.co.kr
임정환 02-515-1152 jacob@mait.healthcare
저작도구 관련 문의처
저작도구 관련 문의처
담당자명 전화번호 이메일
김용석 02-2194-1621 ys_kim@infinitt.com
김한영 02-2194-1621 hanyoung@infinitt.com