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| wiki-2026-0508-medical-imaging-data-augmentation | Medical Imaging Data Augmentation | 10_Wiki/Topics | verified | self |
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none | A | 0.9 | applied |
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2026-05-10 | pending |
|
Medical Imaging Data Augmentation
매 한 줄
"매 환자 데이터는 매 적고, 매 anatomy 는 망가뜨릴 수 없다". 의료영상 augmentation 은 일반 이미지 대비 (1) 데이터가 매우 적고 (2) 라벨이 픽셀 단위 정확해야 하며 (3) 비현실적 변형이 진단을 망친다는 제약 안에서 기하·강도·합성 변환을 신중히 적용해야 한다.
매 핵심
매 도메인 특성
- 3D volume (CT/MRI), DICOM/NIfTI 포맷, voxel spacing 다양.
- 라벨이 segmentation mask / bbox / 환자 단위 진단 — affine 변환 시 동기화.
- HU scale (CT), bias field (MRI) 등 강도 분포가 modality 마다 다름.
매 변환 카테고리
- Spatial / 기하: flip, rotate (소각), translate, scale, elastic deformation, B-spline.
- Intensity: brightness/contrast, gamma, Gaussian noise, Rician noise (MRI), bias field, MR motion artifact.
- Spacing / Resolution: random resample, low-res sim.
- Topology-preserving: mixup/cutmix 의 의료 variant — 단, lesion mask 가 깨지지 않도록 patch-aware.
- Synthesis: GAN/diffusion 으로 lesion 합성, healthy↔lesion translation.
매 라이브러리
- MONAI: PyTorch 기반 의료영상 표준,
Compose, dictionary transform. - TorchIO: 3D 친화, MRI artifact 풍부.
- Albumentations: 2D slice/엑스레이.
- NVIDIA DALI: GPU augmentation 파이프라인.
💻 패턴
1. MONAI dict transform pipeline
from monai.transforms import (Compose, LoadImaged, EnsureChannelFirstd,
Spacingd, Orientationd, ScaleIntensityRanged, RandCropByPosNegLabeld,
RandAffined, RandGaussianNoised, RandBiasFieldd, ToTensord)
train_t = Compose([
LoadImaged(keys=["img","seg"]),
EnsureChannelFirstd(keys=["img","seg"]),
Orientationd(keys=["img","seg"], axcodes="RAS"),
Spacingd(keys=["img","seg"], pixdim=(1,1,1), mode=("bilinear","nearest")),
ScaleIntensityRanged(keys="img", a_min=-200, a_max=300, b_min=0, b_max=1, clip=True),
RandCropByPosNegLabeld(keys=["img","seg"], label_key="seg",
spatial_size=(96,96,96), pos=1, neg=1, num_samples=4),
RandAffined(keys=["img","seg"], rotate_range=0.1, scale_range=0.1,
mode=("bilinear","nearest"), prob=0.5),
RandGaussianNoised(keys="img", std=0.01, prob=0.2),
RandBiasFieldd(keys="img", coeff_range=(0.0,0.1), prob=0.2),
ToTensord(keys=["img","seg"]),
])
2. Elastic deformation
from monai.transforms import Rand3DElasticd
Rand3DElasticd(keys=["img","seg"], sigma_range=(5,7), magnitude_range=(50,150),
mode=("bilinear","nearest"), prob=0.3)
Anatomy 자연스러운 변형 — sigma 너무 작으면 비현실, 크면 underfit.
3. TorchIO MRI artifact
import torchio as tio
tx = tio.Compose([
tio.RandomMotion(degrees=5, translation=5, p=0.2),
tio.RandomGhosting(num_ghosts=(2,5), p=0.2),
tio.RandomBiasField(coefficients=0.3, p=0.3),
tio.RandomNoise(std=(0,0.05), p=0.3),
])
4. CT HU window robust
def hu_window(vol, center, width):
lo, hi = center - width/2, center + width/2
return np.clip((vol - lo) / (hi - lo), 0, 1)
# 학습 중 center/width 를 약하게 jitter
5. Lesion-aware MixUp (segmentation)
def lesion_mixup(x1, y1, x2, y2, alpha=0.2):
lam = np.random.beta(alpha, alpha)
x = lam*x1 + (1-lam)*x2
y = (y1 + y2).clip(0,1) # union mask
return x, y
6. Diffusion synthetic lesion
# Stable Diffusion fine-tuned on chest X-ray with lesion mask conditioning
img = pipe(prompt="pneumonia consolidation right lower lobe", mask=mask).images[0]
# 합성 데이터는 별도 split, 평가는 real only
7. Test-Time Augmentation (TTA)
preds = []
for tta in [identity, flip_x, flip_y, rot90]:
preds.append(undo(model(tta(x))))
final = torch.stack(preds).mean(0)
매 결정 기준
| 상황 | Augmentation |
|---|---|
| 작은 segmentation 데이터 | strong elastic + intensity + cropbypos/neg |
| 분류 (X-ray) | mild affine + cutout, lesion 보호 |
| MRI multi-site | bias field + intensity histogram match |
| CT multi-protocol | HU window jitter + spacing resample |
| 매우 적은 라벨 | + synthetic (GAN/diffusion) + self-supervised pretrain |
기본값: MONAI Compose + spacing/orient 정규화 → mild affine + intensity + (3D 면) crop-by-label.
🔗 Graph
- 부모: Data-Augmentation
- Adjacent: Diffusion-Model
🤖 LLM 활용
언제: pipeline boilerplate, modality 별 적절 변환 추천, 코드 review. 언제 X: 임상적 plausibility 판단 (radiologist 검증 필요).
❌ 안티패턴
- 90° rotate / 큰 scale → CT 좌표계/anatomy 깨짐.
- segmentation mask 에 bilinear interpolation — 라벨 손상.
- intensity normalize 를 augmentation 후 적용 → 분포 불일치.
- synthetic 데이터를 real 평가셋과 섞기 — leakage.
- 모든 patient slice 를 독립 sample 로 — patient-level leakage, split 단위는 patient.
🧪 검증 / 중복
- Verified. 신뢰도 A.
🕓 Changelog
| 날짜 | 변경 |
|---|---|
| 2026-05-08 | Phase 1 |
| 2026-05-10 | Manual cleanup |