PMCT ② — 뼈 마스크에서 골절 찾기: 연구 계획
앞 글에서 외상 사망 500건의 사후 CT를 NIfTI로 바꾸고 뼈 63개를 분할했습니다. 이 글은 그 마스크로 골절 위치를 찾는 방법을 어떤 순서로 연구할지 정리한 계획입니다. 아직 실험 전이라 수치는 없고, 각 단계에서 무엇을 확인할지를 적어 둡니다.
왜 골절인가
이 데이터는 외상이나 압력으로 사망한 사람들의 CT입니다. 법의학 감정에서 PMCT는 부검을 대신하지 않고, 부검 전에 무엇을 봐야 할지 알려 주는 도구입니다. 그중 골절은 CT가 가장 확실하게 보여 주는 소견이고, 손상 기전(교통사고, 추락, 둔력)을 재구성하는 근거가 됩니다. 사람이 전신 박층 CT 수천 장을 뼈마다 확인하는 데는 시간이 많이 들기 때문에, 어느 뼈의 어디를 봐야 하는지 후보를 먼저 짚어 주는 것을 목표로 합니다.
출발점의 제약
| 제약 | 의미 |
|---|---|
| 골절 위치 정답이 없음 | 500건 사인 기록이 모두 “다발성 손상(골절 등)”으로 같고, 부위는 적혀 있지 않음 |
| 생전 골절 기록 있음 | 병력의 “Broken Bone”과 금속 고정물은 오탐 원인이지 정답이 아님 |
| 표본 불균형 | 사고사 445건 대 타살 35건, 자살 10건 |
| 공개 모델은 생존자 CT로 학습됨 | 사후 변화(부패 가스, 혈액 침하)로 인한 도메인 차이 |
그래서 라벨 없이 시작할 수 있는 방법에서 출발하고, 공개 데이터로 학습한 모델을 옮겨 쓰고, 소수 케이스에 정답을 만들어 검증하는 순서로 갑니다.
1단계: 마스크 기반 규칙 탐지 (라벨 불필요)
TotalSegmentator 마스크로 어떤 뼈인지를 먼저 정하고, 그 뼈 안에서만 이상 신호를 찾습니다. 결과를 “몇 번째 늑골, 어느 위치”처럼 설명할 수 있다는 점이 법의학 맥락에서 중요합니다.
| 방법 | 찾는 것 | 메모 |
|---|---|---|
| 뼈 조각 세기 | 전위·분쇄 골절 | 마스크를 조금 넓힌 영역 안에서 HU > 200인 연결 성분 수를 셈. 분할 모델이 정상 해부로 학습돼 부러진 조각을 놓칠 수 있어서 마스크를 그대로 믿지 않음 |
| 늑골 펼치기 | 늑골 피질의 끊김·단차 | 늑골마다 중심선을 따라 피질 HU를 샘플링. 24개 늑골을 한 장에 펼친 영상은 판독과 증거 제시에도 쓸 수 있음 |
| 척추체 높이 비 (Genant) | 압박 골절 | 척추체 앞·가운데·뒤 높이를 위아래 척추와 비교 |
| 좌우 비교 | 변형·전위 | 상완골, 대퇴골, 늑골, 쇄골의 모양과 길이 |
탐지는 BONE 커널 박층(0.5mm) 시리즈에서 합니다. 샤프 커널이라 가는 골절선이 잘 보입니다.
2단계: 공개 골절 데이터로 학습한 모델 옮기기
| 데이터셋 | 내용 | 쓰임 |
|---|---|---|
| RibFrac (MICCAI 2020) | 흉부 CT 660건, 늑골 골절 약 5,000개 복셀 라벨과 유형 | 늑골 골절 분할 |
| RSNA 2022 Cervical Spine Fracture | 경추 CT 약 2,000건, C1~C7 골절 라벨 | 경추 골절 |
| VerSe 2019/2020 | 척추 분할과 Genant 등급 | 척추 압박 골절 |
| PENGWIN 2024 | 골반 골절 조각 분할 | 골반 골절 |
nnU-Net으로 부위별 골절 모델을 학습하고, TotalSegmentator 뼈 마스크 영역 안에서만 추론합니다. 핵심 질문은 생존자 CT에서 배운 골절 모양이 사후 CT로 얼마나 옮겨지는지입니다.
3단계: 정상 뼈를 배우는 이상 탐지
정상 뼈 패치로 생성 모델(오토인코더나 diffusion)을 학습한 뒤, 복원 오차가 큰 곳을 골절 후보로 봅니다.
- 골절 라벨이 필요 없습니다.
- 공개 데이터에 없는 유형의 골절도 잡을 수 있습니다.
- 뼈 이름별로 정상 모양을 따로 배울 수 있어서, 1단계의 마스크와 자연스럽게 이어집니다.
1단계와 2단계를 기준선으로 두고, 이 방법이 무엇을 더 찾는지를 박사 연구의 주된 기여로 삼으려 합니다.
검증: 45건 평가 세트
이미 마스크를 만든 경우별 3건, 45건을 평가 세트로 씁니다. 손상 기전(교통, 추락, 둔력, 총상 등)이 골고루 섞여 있습니다.
- 법의학 또는 영상의학 전문의가 3D Slicer에서 골절 위치를 점이나 박스로 표시합니다.
- 골절마다 생전 골절(아문 흔적) / 사망 전후 골절(외상) / 사후 골절(이송·취급 중)을 구분합니다. 법의학에서는 이 구분이 탐지만큼 중요합니다.
- 지표는 뼈 단위 민감도와 케이스당 오탐 수(FROC)로 잡습니다. 후보를 짚어 주는 도구라서, 놓치지 않는 것이 오탐을 줄이는 것보다 우선입니다.
남은 준비
| 할 일 | 상태 |
|---|---|
| 498건 전체 뼈 마스크 | 진행 중 |
정강뼈·종아리뼈·발뼈 마스크 (appendicular_bones) | 학술 라이선스 신청 예정 |
| 부위별 시리즈 정합 (머리+목+상지 ↔ 몸통 ↔ 하지) | 공통 뼈 레이블 중심으로 평행이동 정렬 시험 완료, 회전 보정 필요 |
| 45건 골절 라벨링 | 라벨러 섭외 필요 |
| NMDID 데이터 사용 조건 확인 | 영상 공개 범위 확인 후 결과 그림 게시 |
다음 글에서는 1단계 규칙 탐지를 45건에 돌린 결과를 정리할 계획입니다.