JP7446736B2 - 医用データ処理装置および医用画像診断装置 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、医用データ処理装置および医用画像診断装置に関する。
従来、医用画像診断装置において、ユーザが医用撮像を実行する際には、例えば、出荷時の撮像パラメータ、過去に使用した撮像パラメータ、または教科書や論文に記載された撮像パラメータなどが用いられる。また、医用画像と撮像パラメータとが対応付けられている場合には、ユーザは、所望する態様の医用画像を選択し、選択した医用画像に対応付けられた撮像パラメータを用いることができる。
しかし、医用画像によっては撮像パラメータが対応付けられていない場合がある。この場合、ユーザが撮像に用いられたパラメータを推定することは困難である。
特開2002-010135号公報 特開平05-061973号公報 特開2013-176409号公報
本発明が解決しようとする課題は、撮像に用いられたパラメータを推定することである。
実施形態に係る医用データ処理装置は、取得部と、生成部とを備える。取得部は、医用データを取得する。生成部は、医用データに基づいて、医用データに関する医用画像診断装置の撮像パラメータを生成する学習済モデルに対して、医用データを入力することにより、撮像パラメータを生成する。
図1は、第1の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の構成を示す図である。 図2は、図1の生成機能において利用される学習済モデルの入出力の第1例と、出力先のMR撮像装置とを示す図である。 図3は、図2について、第1の実施形態におけるMR撮像パラメータ推定処理を含む一連の流れを説明するためのフローチャートである。 図4は、参考MR画像と推定MR撮像パラメータとの表示画面の一例を示す図である。 図5は、参考MR画像と出力MR画像との表示画面の一例を示す図である。 図6は、図1の生成機能において利用される学習済モデルの入出力の第2例を示す図である。 図7は、図1の生成機能において利用される学習済モデルの入出力の第3例を示す図である。 図8は、図1の生成機能において利用される学習済モデルの入出力の第4例を示す図である。 図9は、図1の生成機能において利用される学習済モデルの入出力の第5例と、入力に関する処理の具体例とを示す図である。 図10は、図1の生成機能において利用される学習済モデルの入出力の第6例を示す図である。 図11は、第2の実施形態に係るX線コンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。 図12は、図11の生成機能において利用される学習済モデルの入出力の第1例と、出力先のCT撮像装置とを示す図である。 図13は、図12の生成機能において利用される学習済モデルの入出力の第2例と、出力先のCT撮像装置と、入力に関する処理の具体例とを示す図である。 図14は、図13について、第2の実施形態におけるCT撮像パラメータ推定処理を含む一連の流れを説明するためのフローチャートである。 図15は、第3の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す図である。 図16は、図15の生成機能において利用される学習済モデルの入出力の第1例と、出力先の超音波撮像装置とを示す図である。 図17は、図16の生成機能において利用される学習済モデルの入出力の第2例と、出力先の超音波撮像装置と、入力に関する処理の具体例とを示す図である。 図18は、図17について、第3の実施形態における超音波撮像パラメータ推定処理を含む一連の流れを説明するためのフローチャートである。
以下、図面を参照しながら、医用データ処理装置および医用画像診断装置の実施形態について詳細に説明する。
本実施形態に係る医用データ処理装置は、医用装置などにより収集された医用データ、或いは外部記憶装置などに記憶された医用データを処理するコンピュータ又はプロセッサである。本実施形態に係る医用装置としては、医用画像診断装置や生体情報計測器が利用可能である。医用画像診断装置は、種々の撮像原理により被検体に医用撮像を施して医用画像を収集するものである。医用画像診断装置としては、例えば、磁気共鳴イメージング装置、X線コンピュータ断層撮影装置、超音波診断装置、核医学診断装置、X線診断装置、光干渉断層計、光超音波装置、内視鏡等がある。生体情報計測器は、種々の計測原理により被検体の生体情報に関する波形データを収集するものである。生体情報計測器としては、例えば、自動分析装置、心電計、呼吸計、血圧計、パルスオキシメータ等がある。
本実施形態に係る医用データは、医用画像データを含む。医用画像データは、例えば、医用画像診断装置、PACS(Picture Archiving and Communication System)等から取得されるが、取得元は問わない。医用画像データとしては、磁気共鳴(Magnetic Resonance:MR)画像データ、MR撮像に基づくマップ画像データ、CT画像データ、超音波画像データ、X線画像データなどがある。マップ画像データは、後述される。なお、医用画像データは、DICOM(Digital Imaging and Communication in Medicine)形式でも非DICOM形式でもよい。
また、本実施形態に係る医用データは、医用画像ライクな画像データを含んでもよい。医用画像ライクな画像データとは、例えば、印刷、印画またはフィルムに記録された医用画像を、撮影した画像データまたは読み取った画像データである。具体的には、医用画像データをクリッピングした画像データ、紙面に印刷された医用画像をカメラで撮影することによって取得された画像データ、或いは光学スキャナで取り込むことによって取得された画像データなどである。医用画像ライクな画像データとしては、MR画像ライクな画像データ、CT画像ライクな画像データ、超音波画像ライクな画像データ、X線画像ライクな画像データなどがある。
また、本実施形態に係る医用データは、画像データに関する補足データを含んでもよい。補足データは、例えば、既知の撮像パラメータ、DICOMデータおよびラベルデータなどである。撮像パラメータは、例えば、医用画像データを取得する際の医用画像診断装置の撮像に関するパラメータである。DICOMデータは、例えば、DICOM形式の医用画像データに付帯されている撮像パラメータに関するタグデータである。ラベルデータは、例えば、要素の有無を「ゼロ」「1」に対応させたワンホット・ベクトル(One-Hot Vector)形式のデータである。
なお、撮像パラメータは、医用画像診断装置に関する情報が含まれてもよい。医用画像診断装置に関する情報は、例えば、磁気共鳴イメージング装置であれば静磁場強度(例えば、1.5T、3T、7T)の情報、X線コンピュータ断層撮影装置であればマルチスライスの列数(例えば、64列、320列)の情報、超音波診断装置であればプローブの種類(例えば、コンベックスプローブ、セクタプローブ、リニアプローブ、3Dプローブ)の情報などである。
本実施形態に係る医用データ処理装置は、医用装置に搭載されたコンピュータ又はプロセッサでもよいし、医用装置とは別体のコンピュータ又はプロセッサでもよい。説明を具体的に行うため、第1の実施形態に係る医用データ処理装置は、磁気共鳴イメージング装置に搭載されたコンピュータであり、第2の実施形態に係る医用データ処理装置は、X線コンピュータ断層撮影装置に搭載されたコンピュータであり、第3の実施形態に係る医用データ処理装置は、超音波診断装置に搭載されたコンピュータであるとする。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置の構成を示す図である。図1に示すように、磁気共鳴イメージング装置1は、架台10、寝台30、傾斜磁場電源21、送信回路23、受信回路25、寝台駆動装置27、シーケンス制御回路29及び医用データ処理装置50を有する。
架台10は、静磁場磁石41と傾斜磁場コイル43とを有する。静磁場磁石41と傾斜磁場コイル43とは架台10の筐体に収容されている。架台10の筐体には中空形状を有するボアが形成されている。架台10のボア内には送信コイル45と受信コイル47とが配置される。
静磁場磁石41は、中空の略円筒形状を有し、略円筒内部に静磁場を発生する。静磁場磁石41としては、例えば、永久磁石、超伝導磁石または常伝導磁石等が使用される。ここで、静磁場磁石41の中心軸をZ軸に規定し、Z軸に対して鉛直に直交する軸をY軸に規定し、Z軸に水平に直交する軸をX軸に規定する。X軸、Y軸及びZ軸は、直交3次元座標系を構成する。
傾斜磁場コイル43は、静磁場磁石41の内側に取り付けられ、中空の略円筒形状に形成されたコイルユニットである。傾斜磁場コイル43は、傾斜磁場電源21からの電流の供給を受けて傾斜磁場を発生する。より詳細には、傾斜磁場コイル43は、互いに直交するX軸、Y軸、Z軸に対応する3つのコイルを有する。当該3つのコイルは、X軸、Y軸、Z軸の各軸に沿って磁場強度が変化する傾斜磁場を形成する。X軸、Y軸、Z軸の各軸に沿う傾斜磁場は合成されて互いに直交するスライス選択傾斜磁場Gs、位相エンコード傾斜磁場Gp及び周波数エンコード傾斜磁場Grが所望の方向に形成される。スライス選択傾斜磁場Gsは、任意に撮像断面(スライス)を決めるために利用される。位相エンコード傾斜磁場Gpは、空間的位置に応じて磁気共鳴信号(以下、MR信号と呼ぶ)の位相を変化させるために利用される。周波数エンコード傾斜磁場Grは、空間的位置に応じてMR信号の周波数を変化させるために利用される。なお、以下の説明においてスライス選択傾斜磁場Gsの傾斜方向はZ軸、位相エンコード傾斜磁場Gpの傾斜方向はY軸、周波数エンコード傾斜磁場Grの傾斜方向はX軸であるとする。
傾斜磁場電源21は、シーケンス制御回路29からのシーケンス制御信号に従い傾斜磁場コイル43に電流を供給する。傾斜磁場電源21は、傾斜磁場コイル43に電流を供給することにより、X軸、Y軸及びZ軸の各軸に沿う傾斜磁場を傾斜磁場コイル43により発生させる。当該傾斜磁場は、静磁場磁石41により形成された静磁場に重畳されて被検体Pに印加される。
送信コイル45は、例えば、傾斜磁場コイル43の内側に配置され、送信回路23から電流の供給を受けて高周波磁場パルス(以下、RF磁場パルスと呼ぶ)を発生する。
送信回路23は、被検体P内に存在する対象プロトンを励起するためのRF磁場パルスを、送信コイル45を介して被検体Pに印加するために、送信コイル45に電流を供給する。RF磁場パルスは、対象プロトンに固有の共鳴周波数で振動し、対象プロトンを励起させる。励起された対象プロトンからMR信号が発生され、受信コイル47により検出される。送信コイル45は、例えば、全身用コイル(WBコイル)である。全身用コイルは、送受信コイルとして使用されても良い。
受信コイル47は、RF磁場パルスの作用を受けて被検体P内に存在する対象プロトンから発せられるMR信号を受信する。受信コイル47は、MR信号を受信可能な複数の受信コイルエレメントを有する。受信されたMR信号は、有線又は無線を介して受信回路25に供給される。図1に図示しないが、受信コイル47は、並列的に実装された複数の受信チャネルを有している。受信チャネルは、MR信号を受信する受信コイルエレメント及びMR信号を増幅する増幅器等を有している。MR信号は、受信チャネル毎に出力される。受信チャネルの総数と受信コイルエレメントの総数とは同一であっても良いし、受信チャネルの総数が受信コイルエレメントの総数に比して多くても良いし、少なくても良い。
受信回路25は、励起された対象プロトンから発生されるMR信号を、受信コイル47を介して受信する。受信回路25は、受信されたMR信号を信号処理してデジタルのMR信号を発生する。デジタルのMR信号は、空間周波数により規定されるk空間にて表現することができる。よって、以下、デジタルのMR信号をk空間データと呼ぶことにする。k空間データは、有線又は無線を介して医用データ処理装置50に供給される。
なお、上記の送信コイル45と受信コイル47とは一例に過ぎない。送信コイル45と受信コイル47との代わりに、送信機能と受信機能とを備えた送受信コイルが用いられても良い。また、送信コイル45、受信コイル47及び送受信コイルが組み合わされても良い。
架台10に隣接して寝台30が設置される。寝台30は、天板33と基台31とを有する。天板33には被検体Pが載置される。基台31は、天板33をX軸、Y軸、Z軸各々に沿ってスライド可能に支持する。基台31には寝台駆動装置27が収容される。寝台駆動装置27は、シーケンス制御回路29からの制御を受けて天板33を移動する。寝台駆動装置27は、例えば、サーボモータやステッピングモータ等の如何なるモータ等を含んでも良い。
シーケンス制御回路29は、ハードウェア資源として、CPU(Central Processing Unit)あるいはMPU(Micro Processing Unit)のプロセッサとROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)等のメモリとを有する。シーケンス制御回路29は、処理回路51等により決定された撮像プロトコルに基づいて傾斜磁場電源21、送信回路23及び受信回路25を同期的に制御し、当該撮像プロトコルに応じたパルスシーケンスに従い被検体PにMR撮像を実行し、被検体Pに関するk空間データを収集する。
図1に示すように、医用データ処理装置50は、処理回路51、メモリ52、ディスプレイ53、入力インタフェース54及び通信インタフェース55を有するコンピュータである。
処理回路51は、ハードウェア資源としてCPU等のプロセッサを有する。処理回路51は、磁気共鳴イメージング装置1の中枢として機能する。例えば、処理回路51は、各種プログラムの実行により取得機能511、生成機能512、出力機能513、表示制御機能514及び学習機能515を有する。なお、図示しないが、処理回路51は、各種プログラムの実行により撮像プロトコル設定機能、画像再構成機能及び画像処理機能を有する。
撮像プロトコル設定機能において処理回路51は、磁気共鳴イメージングに関する撮像プロトコルを、入力インタフェース54を介したユーザ指示又は自動的に設定する。撮像プロトコルは、磁気共鳴イメージングに関する各種のMR撮像パラメータの集合である。MR撮像パラメータについては後述される。
画像再構成機能において処理回路51は、各種スキャンにより収集されたk空間データに基づいてMR画像を再構成する。なお、再構成手法については特に限定しない。
画像処理機能において処理回路51は、MR画像に種々の画像処理を施す。例えば、処理回路51は、ボリュームレンダリングや、サーフェスレンダリング、画素値投影処理、MPR(Multi-Planer Reconstruction)処理、CPR(Curved MPR)処理等の画像処理を施す。
取得機能511において処理回路51は、ユーザの指示によってPACSなどから医用データを取得する。本実施形態では、処理回路51は、例えば、MR画像データ、マップ画像データおよびMR画像ライクな画像データを取得する。さらに、処理回路51は、補足データを取得してもよい。
生成機能512において処理回路51は、学習済モデルを、医用データに適用して、当該医用データに関する医用画像診断装置の撮像パラメータを生成する。換言すると、処理回路51は、取得した医用データに基づいて、当該医用データに関する医用画像診断装置の撮像パラメータを生成する学習済モデルに対して、当該医用データを入力することにより、当該撮像パラメータを生成する。学習済モデルは、例えば、予め用意された、医用データと、当該医用データに関する医用画像診断装置の撮像パラメータとに基づき機械学習された機械学習モデルである。尚、本実施形態において、医用データに医用画像データが含まれている場合、当該医用画像データは、医用画像診断装置に対応付けられている。また、医用データに医用画像ライクな画像データが含まれている場合、当該画像データは、当該医用画像を取得した医用画像装置に対応付けられている。
本実施形態では、処理回路51は、例えば、学習済モデルを、MR画像データに適用して、当該MR画像データに関するMR撮像パラメータを生成する。換言すると、処理回路51は、取得したMR画像データに基づいて、当該MR画像データに関する磁気共鳴イメージング装置のMR撮像パラメータを生成する学習済モデルに対して、当該MR画像データを入力することにより、当該MR撮像パラメータを生成する。このとき、学習済モデルは、例えば、予め用意された、MR画像データと、当該MR画像データに対応するk空間データを収集した際に用いたMR撮像パラメータ(磁気共鳴イメージング装置のMR撮像パラメータ)とに基づき機械学習された機械学習モデルである。
本実施形態に係る機械学習モデルは、典型的には、生物の脳の神経回路を模した多層のネットワークモデルである深層ニューラルネットワーク(DNN:Deep Neural Network)であるとする。DNNは、複数の調整可能な関数及びパラメータの組合せにより定義されるパラメータ付きの合成関数を含む。
出力機能513において処理回路51は、生成機能512により生成された、医用画像診断装置の撮像パラメータを撮像装置へ出力する。撮像装置は、医用画像診断装置において医用撮像を行う各部および各回路を総称したものである。処理回路51は、出力先の撮像装置に応じた撮像パラメータとなるように、撮像パラメータを変換してもよい。なお、撮像装置は、医用画像診断装置と同一であってもよい。本実施形態では、処理回路51は、例えば、生成機能512により生成された、磁気共鳴イメージング装置のMR撮像パラメータをMR撮像装置へと出力する。
表示制御機能514において処理回路51は、種々の情報をディスプレイ53に表示する。例えば、処理回路51は、出力機能513により出力された医用画像診断装置の撮像パラメータなどをディスプレイ53に表示する。本実施形態では、処理回路51は、例えば、入力データとして用いた参考MR画像や、出力機能513により出力された磁気共鳴イメージング装置のMR撮像パラメータ、当該MR撮像パラメータを用いて撮像された被検体PのMR画像(出力MR画像)などをディスプレイ53に表示する。
学習機能515において処理回路51は、予め用意された、医用データと、当該医用データに関する医用画像診断装置の撮像パラメータとに基づき機械学習された学習済モデルを生成する。例えば、処理回路51は、医用データと、当該医用データに関する、医用画像診断装置の撮像パラメータとを教師データとして用いる教師付き機械学習により学習済モデルを生成する。尚、学習において、強化学習を併用してもよい。
本実施形態では、処理回路51は、例えば、予め用意された、MR画像データと、当該MR画像データに関するMR撮像パラメータとに基づき機械学習された機械学習モデルを生成する。例えば、処理回路51は、MR画像データと、当該MR画像データに関するMR撮像パラメータとを教師データとして用いる教師付き機械学習により学習済モデルを生成する。
概括すると、医用データ処理装置は、医用データを取得し、取得した医用データに基づいて、当該医用データに関する医用画像診断装置の撮像パラメータを生成する学習済モデルに対して、当該医用データを入力することにより、当該撮像パラメータを生成する。よって、例えば、ユーザが医用画像診断装置の最適な撮像パラメータを設定するために、本医用データ処理装置は、撮像パラメータが未知の医用データから撮像パラメータを推定することができる。尚、医用データは、少なくとも画像データを含む。
メモリ52は、種々の情報を記憶するHDD(Hard Disk Drive)やSSD(Solid State Drive)、集積回路記憶装置等の記憶装置である。また、メモリ52は、CD-ROMドライブやDVDドライブ、フラッシュメモリ等の可搬性記憶媒体との間で種々の情報を読み書きする駆動装置等であっても良い。例えば、メモリ52は、k空間データ、MR画像データ、マップ画像データ及び各種プログラム等を記憶する。
ディスプレイ53は、表示制御機能514により種々の情報を表示する。例えば、ディスプレイ53は、出力機能513により出力された医用画像診断装置の撮像パラメータなどを表示する。本実施形態では、ディスプレイ53は、例えば、参考MR画像や、MR撮像パラメータ、出力MR画像などを表示する。ディスプレイ53としては、例えば、CRTディスプレイや液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ、LEDディスプレイ、プラズマディスプレイ、又は当技術分野で知られている他の任意のディスプレイが適宜利用可能である。
入力インタフェース54は、ユーザからの各種指令を受け付ける入力機器を含む。入力機器としては、キーボードやマウス、各種スイッチ、タッチスクリーン、タッチパッド等が利用可能である。なお、入力機器は、マウス、キーボードなどの物理的な操作部品を備えるものだけに限らない。例えば、磁気共鳴イメージング装置1とは別体に設けられた外部の入力機器から入力操作に対応する電気信号を受け取り、受け取った電気信号を種々の回路へ出力するような電気信号の処理回路も入力インタフェース54の例に含まれる。
通信インタフェース55は、LAN(Local Area Network)等を介して磁気共鳴イメージング装置1と、ワークステーションやPACS、HIS(Hospital Information System)、RIS(Radiology Information System)等とを接続するインタフェースである。ネットワークIFは、各種情報を接続先のワークステーション、PACS、HIS及びRISとの間で送受信する。
なお、上記の構成は一例であって、これに限定されない。例えば、シーケンス制御回路29は、医用データ処理装置50に組み込まれても良い。また、シーケンス制御回路29と処理回路51とが同一の基板に実装されても良い。シーケンス制御回路29、傾斜磁場電源21、送信回路23及び受信回路25は、医用データ処理装置50とは異なる単一の制御装置に実装されても良いし、複数の装置に分散して実装されても良い。
以下、本実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置1の実施例を説明する。
図2は、図1の生成機能において利用される学習済モデルの入出力の第1例と、出力先の撮像装置とを示す図である。処理回路51は、取得機能511により、MR画像データを取得する。処理回路51は、生成機能512により、MR画像データに学習済モデル60を適用し、当該MR画像データに関するMR撮像パラメータを生成する。処理回路51は、出力機能513により、MR撮像パラメータをMR撮像装置61へと出力する。
MR撮像パラメータは、MR画像データを取得する際の磁気共鳴イメージング装置の撮像に関するパラメータである。また、MR撮像パラメータは、磁気共鳴イメージング装置に関する情報が含まれてもよい。
MR撮像パラメータとしては、例えば、収集系の種類、収集方法の種類、時間パラメータ、フリップアングル、撮像断面、再構成の種類、FOV、マトリクスサイズ、スライス厚、位相符号化ステップ数、スキャンオプションなどが含まれる。
収集系の種類は、例えば、静磁場強度の情報および収集コイル(例えば、ヘッドコイル、ボディコイル)の情報などが含まれる。収集方法の種類は、例えば、シーケンスの種類(例えば、SE(Spin Echo)、FSE(Fast Spin Echo)、EP(Echo Planar)、IR(Inversion Recovery)、GRE(Gradient Echo)、bSSFP(balanced Steady State Free Precession))の情報などが含まれる。時間パラメータは、例えば、パルスシーケンスの特徴を定める時間パラメータ(例えば、エコー時間(TE)、反復時間(TR))の情報などが含まれる。再構成の種類は、例えば、撮像技術(例えば、PI(Parallel Imaging)、CS(Compressed Sensing))に起因する再構成手法の情報、深層学習を利用した再構成手法(Deep Learning Reconstruction:DLR)の情報などが含まれる。マトリクスサイズは、例えば、画像のXY方向のサンプル数の情報および空間分解能の情報などが含まれる。スキャンオプションは、例えば、個別のシーケンスに関する設定(例えば、SP(Spatial Presaturation)、FS(Fat Saturation)、PreIR(Pre Inversion Recovery)、ショット数)の情報などが含まれる。
図3は、図2について、第1の実施形態におけるMR撮像パラメータ推定処理を含む一連の流れを説明するためのフローチャートである。図3のフローチャートは、例えば、ユーザによってMR撮像パラメータ推定処理に関するアプリケーションの起動指示が入力されたことを契機として、処理回路51がMR撮像パラメータ推定プログラムを実行することにより開始する。
(ステップSA1)
MR撮像パラメータ推定プログラムが実行されると、処理回路51は、取得機能511を実行する。取得機能511を実行すると、処理回路51は、ユーザによって指定されたMR画像データを取得する。
(ステップSA2)
MR画像データを取得した後、処理回路51は、生成機能512を実行する。生成機能512を実行すると、処理回路51は、MR画像データに学習済モデルを適用してMR撮像パラメータを生成する。
(ステップSA3)
MR撮像パラメータを生成した後、処理回路51は、表示制御機能514を実行する。表示制御機能514を実行すると、処理回路51は、取得したMR画像データ(参考MR画像)と、生成されたMR撮像パラメータ(推定MR撮像パラメータ)とをディスプレイ53に表示する。
図4は、参考MR画像と推定MR撮像パラメータとの表示画面の一例を示す図である。表示画面D1は、ユーザがパラメータを推定するために指定したMR画像P1と、推定されたMR撮像パラメータのリストであるテーブルT1とを含む。
(ステップSA4)
表示画面D1が表示された後、処理回路51は、推定されたMR撮像パラメータに修正があるか否かの判定をユーザに提示する。具体的には、処理回路51は、表示画面D1においてパラメータを修正できるようなGUIを表示させ(図示せず)、ユーザによる修正指示に関する入力を受け取ったか否かで判定を行う。ユーザによる修正が無い場合、処理はステップSA6へ進み、ユーザによる修正がある場合、処理はステップSA5へと進む。
(ステップSA5)
処理回路51は、ユーザからの修正指示に基づいて、MR撮像パラメータを修正する。ステップSA5の後、処理はステップSA6へ進む。
なお、ステップSA3、ステップSA4およびステップSA5は省略されてもよい。
(ステップSA6)
MR撮像パラメータの修正に関する処理の後、処理回路51は、出力機能513を実行する。出力機能513を実行すると、処理回路51は、MR撮像パラメータをMR撮像装置へ出力する。なお、MR撮像装置は、磁気共鳴イメージング装置1と同一のものとして説明する。
(ステップSA7)
MR撮像パラメータを受け取った後、処理回路51は、撮像プロトコル設定機能を実行する。撮像プロトコル設定機能を実行すると、処理回路51は、受け取ったMR撮像パラメータに基づいて撮像プロトコルを設定し、シーケンス制御回路29へと出力する。シーケンス制御回路29は、MR撮像を実行し、k空間データを生成する。
(ステップSA8)
k空間データが生成された後、処理回路51は、画像再構成機能を実行する。画像再構成機能を実行すると、処理回路51は、生成されたk空間データを再構成し、MR画像データを生成する。
(ステップSA9)
MR画像データが生成された後、処理回路51は、表示制御機能514を実行する。表示制御機能514を実行すると、処理回路51は、ステップSA1で取得したMR画像データ(参考MR画像)と生成されたMR画像データ(出力MR画像)とをディスプレイ53に表示し、MR撮像パラメータ推定処理を終了する。
図5は、参考MR画像と出力MR画像との表示画面の一例を示す図である。表示画面D2は、MR画像P1と、推定されたMR撮像パラメータに基づいて撮像されたMR画像P2とを含む。
図3のフローチャートにおいて、MR撮像パラメータ推定処理が撮像処理を含むものとして説明したが、これに限らない。MR撮像パラメータ推定処理が撮像処理を含まない場合、MR撮像パラメータ推定処理は、少なくともステップSA1、ステップSA2およびステップSA6を含む。また、ステップSA2におけるMR撮像パラメータの表示は省略されてもよい。
上記において、学習済モデルに入力される医用画像データがMR画像データであるとして説明したが、これに限らない。以下の図6から図10において、学習済モデルに入力される医用画像データがMR画像データ以外のものについて説明する。なお、学習済モデルからの出力は、何れの場合においてもMR撮像パラメータである。また、図6から図10は、MR撮像パラメータの出力先であるMR撮像装置の図示を省略している。
図6は、図1の生成機能において利用される学習済モデルの入出力の第2例を示す図である。処理回路51は、生成機能512により、マップ画像データに学習済モデル62を適用し、当該マップ画像データに関するMR撮像パラメータを生成する。マップ画像とは、例えば、複数のMR画像から計算される画像(例えば、腫瘍らしさマップ、T1マップ、T2マップ、ADCマップ)である。マップ画像を取得するには複数のパルスシーケンスによる撮像が必要であるため、学習済モデル62は、パルスシーケンスの数に対応したMR撮像パラメータを出力するように機械学習される。例えば、腫瘍らしさマップであれば、T1W(T1強調)、T2W(T2強調)、FLAIR(Fluid-Attenuated Inversion Recovery)、およびDWI(拡散強調)のそれぞれに必要なMR撮像パラメータの集合を出力するように、学習済モデル62は機械学習される。
図7は、図1の生成機能において利用される学習済モデルの入出力の第3例を示す図である。処理回路51は、生成機能512により、MR画像ライクな画像データに学習済モデル63を適用し、当該MR画像ライクな画像データに関するMR撮像パラメータを生成する。
上記で述べた学習済モデル60、学習済モデル62および学習済モデル63は、それぞれ単一の種類の入力データを用いて機械学習されているものとして説明したが、これに限らない。例えば、学習済モデルは、複数の種類の入力データを用いて機械学習されていてもよい。
図8は、図1の生成機能において利用される学習済モデルの入出力の第4例を示す図である。処理回路51は、生成機能512により、MR画像データ、マップ画像データまたはMR画像ライクな画像データと、これら複数の画像データの種類を特定する補足データ(ラベルデータ)とに学習済モデル64を適用し、特定された画像データに関するMR撮像パラメータを生成する。具体的には、処理回路51は、画像データの種類に応じた複数のモデルを、ラベルデータに基づいて切り替える。例えば、学習済モデル64は、学習済モデル60、学習済モデル62および学習済モデル63をそれぞれ有する。処理回路51は、ラベルデータに基づいて、学習済モデル60、学習済モデル62および学習済モデル63をそれぞれ切り替える。なお、これらのモデルは、例えば、個別の三つのモデルとして分けられていてもよいし、一つのモデルに対してソフトウェアスイッチなどによって重みづけを切り替えられてもよい。上記のラベルデータは、例えば、ソフトウェアスイッチとして機能させることができる。
図8のラベルデータは、入力される画像データの種別が数値化されたデータである。例えば、ラベルデータは、MR画像データが入力される場合を[1,0,0]とし、マップ画像データが入力される場合を[0,1,0]とし、MR画像ライクな画像データが入力される場合を[0,0,1]とする。即ち、ラベルデータは、ベクトルの値の位置と画像データの種別とを対応付け、ベクトルの値によって種別の有無を表している。
図9は、図1の生成機能において利用される学習済モデルの入出力の第5例と、入力に関する処理の具体例とを示す図である。図9の例では、記事A1に印刷されたMR画像のMR撮像パラメータを推定することができる。なお、図9の学習済モデル67は、図8の学習済モデル64と同様に、複数の種類の画像データの入力に対応している。
具体的には、ユーザは、記事A1を光学スキャナ65で読み取り、MR画像ライクな画像データP3を取得する。処理回路51は、前処理66として、取得した画像データP3からラベルデータを生成する。ここでのラベルデータは、図8のラベルデータと同様である。そして、処理回路51は、生成機能512により、画像データP3とラベルデータとに学習済モデル67を適用し、画像データP3に関するMR撮像パラメータを生成する。
図10は、図1の生成機能において利用される学習済モデルの入出力の第6例を示す図である。処理回路51は、取得機能511により、MR画像データと、当該MR画像データに関する補足データ(DICOMデータ)を取得する。処理回路51は、生成機能512により、MR画像データと、当該MR画像データに関するDICOMデータとに学習済モデル68を適用し、MR画像データに関するMR撮像パラメータを生成する。なお、入力したDICOMデータと生成されたMR撮像パラメータとに相違がある場合は、処理回路51は、後段のMR撮像装置へMR撮像パラメータを出力する際に、既知のDICOMデータの値をMR撮像パラメータの値に変更してもよい。
図10のDICOMデータに含まれるDICOMタグの種類は、設計段階で予め決められていることが望ましい。よって、処理回路51は、DICOMデータを学習済モデル68へ入力する際に、当該DICOMデータに含まれるDICOMタグの有無を示すワンホット・ベクトル形式のラベルデータをDICOMデータに付帯させてもよい。
以上説明したように、第1の実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置は、MR画像データを取得し、取得したMR画像データに基づいて、当該MR画像データに関する磁気共鳴イメージング装置のMR撮像パラメータを生成する学習済モデルに対して、当該MR画像データを入力することにより、当該MR撮像パラメータを生成する。よって、例えば、ユーザが最適なMR撮像パラメータを設定するために、本実施形態に係る磁気共鳴イメージング装置は、MR撮像パラメータが未知のMR画像データからMR撮像に用いられたMR撮像パラメータを推定することができる。
(第2の実施形態)
第1の実施形態では、医用データ処理装置が磁気共鳴イメージング装置に搭載されたコンピュータであるとして説明した。他方、第2の実施形態では、医用データ処理装置がX線コンピュータ断層撮影装置に搭載されたコンピュータであるとして説明する。なお以下の説明において、第1実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
図11は、第2の実施形態に係るX線コンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。なお、図11には説明の都合のため複数の架台10-2が描画されているが、典型的にはX線コンピュータ断層撮影装置1-2が装備する架台10-2は1台である。
図11に示すように、X線コンピュータ断層撮影装置1-2は、架台10-2、寝台30-2及び医用データ処理装置(コンソール)50-2を有する。架台10-2は、被検体PをX線CT撮影するための構成を有するスキャン装置である。寝台30-2は、X線CT撮影の対象となる被検体Pを載置し、被検体Pを位置決めするための搬送装置である。医用データ処理装置50-2は、架台10-2を制御するコンピュータである。例えば、架台10-2及び寝台30-2は検査室に設置され、医用データ処理装置50-2は検査室に隣接する制御室に設置される。架台10-2、寝台30-2及び医用データ処理装置50-2は互いに通信可能に有線または無線で接続されている。
図11に示すように、架台10-2は、X線管11、X線検出器12、回転フレーム13、X線高電圧装置14、制御装置15、ウェッジフィルタ16、コリメータ17及びデータ収集回路(DAS:Data Acquisition System)18を有する。
X線管11は、X線を発生する。具体的には、X線管11は、熱電子を発生する陰極と、陰極から飛翔する熱電子を受けてX線を発生する陽極と、陰極と陽極とを保持する真空管とを含む。X線管11は、高圧ケーブルを介してX線高電圧装置14に接続されている。陰極には、X線高電圧装置14によりフィラメント電流が供給される。フィラメント電流の供給により陰極から熱電子が発生する。陰極と陽極との間には、X線高電圧装置14により管電圧が印加される。管電圧の印加により陰極から陽極に向けて熱電子が飛翔して陽極に衝突し、X線が発生する。発生されたX線は、被検体Pに照射される。陰極から陽極に向けて熱電子が飛翔することにより管電流が流れる。
X線検出器12は、X線管11から発生され被検体Pを通過したX線を検出し、検出されたX線の線量に対応した電気信号をDAS18に出力する。X線検出器12は、チャネル方向に複数のX線検出素子が配列されたX線検出素子列がスライス方向(列方向)に複数配列された構造を有する。X線検出器12は、例えば、グリッド、シンチレータアレイ及び光センサアレイを有する間接変換型の検出器である。シンチレータアレイは、複数のシンチレータを有する。シンチレータは、入射X線量に応じた光量の光を出力する。グリッドは、シンチレータアレイのX線入射面側に配置され、散乱X線を吸収するX線遮蔽板を有する。なお、グリッドは、コリメータ(1次元コリメータ又は2次元コリメータ)と呼ばれることもある。光センサアレイは、シンチレータからの光の光量に応じた電気信号に変換する。光センサとしては、例えば、フォトダイオードが用いられる。
回転フレーム13は、X線管11とX線検出器12とを回転軸Z回りに回転可能に支持する円環状のフレームである。具体的には、回転フレーム13は、X線管11とX線検出器12とを対向支持する。回転フレーム13は、固定フレーム(図示せず)に回転軸Z回りに回転可能に支持される。制御装置15により回転フレーム13が回転軸Z回りに回転することによりX線管11とX線検出器12とを回転軸Z回りに回転させる。回転フレーム13の開口部19には、画像視野(FOV:Field Of View)が設定される。
なお、本実施形態では、非チルト状態での回転フレーム13の回転軸又は寝台30-2の天板33-2の長手方向をZ方向、Z方向に直交し床面に対し水平である方向をX方向、Z方向に直交し床面に対し垂直である方向をY方向と定義する。
X線高電圧装置14は、高電圧発生装置とX線制御装置とを有する。高電圧発生装置は、変圧器(トランス)及び整流器等の電気回路を有し、X線管11に印加する高電圧及びX線管11に供給するフィラメント電流を発生する。X線制御装置は、X線管11に印加する高電圧とX線管11に供給フィラメント電流とを制御する。高電圧発生装置は、変圧器方式であってもよいし、インバータ方式であっても構わない。X線高電圧装置14は、架台10-2内の回転フレーム13に設けられてもよいし、架台10-2内の固定フレーム(図示しない)に設けられても構わない。
ウェッジフィルタ16は、被検体Pに照射されるX線の線量を調節する。具体的には、ウェッジフィルタ16は、X線管11から被検体Pへ照射されるX線の線量が予め定められた分布になるようにX線を減衰する。例えば、ウェッジフィルタ16としては、アルミニウム等の金属が加工されることにより形成された金属フィルタが用いられる。ウェッジフィルタ16は、所定のターゲット角度や所定の厚みを有するように加工される。なおウェッジフィルタ16はボウタイフィルタ(bow-tie filter)とも呼ばれる。
コリメータ17は、ウェッジフィルタ16を透過したX線の照射範囲を限定する。コリメータ17は、X線を遮蔽する複数の鉛板をスライド可能に支持し、複数の鉛板により形成されるスリットの形態を調節する。なお、コリメータ17は、X線絞りとも呼ばれる。
DAS18は、X線検出器12により検出されたX線の線量に応じた電気信号をX線検出器12から読み出し、読み出した電気信号を増幅し、ビュー期間に亘り電気信号を積分することにより当該ビュー期間に亘るX線の線量に応じたデジタル値を有する投影データを収集する。DAS18は、例えば、投影データを生成可能な回路素子を搭載したASICにより実現される。DAS18により生成された投影データは、回転フレーム13に設けられた発光ダイオード(LED)を有する送信機から光通信によって架台10-2の非回転部(例えば、固定フレーム)に設けられた発光ダイオード(LED)を有する受信機に送信され、受信機から医用データ処理装置50-2に伝送される。なお、回転フレーム13から架台10-2の非回転部への投影データの送信方式は、前述の光通信に限定されず、非接触型のデータ伝送であれば如何なる方式であってもよい。
寝台30-2は、基台31-2及び天板33-2を備える。基台31-2は、床面に設置される。基台31-2は、支持フレームを、床面に対して垂直方向(Y方向)に移動可能に支持する構造体である。支持フレームは、基台31-2の上部に設けられるフレームである。支持フレームは、天板33-2を中心軸Zに沿ってスライド可能に支持する。天板33-2は、被検体Pが載置される柔軟性を有する板状構造体である。寝台駆動装置は、寝台30-2に収容される。寝台駆動装置は、被検体Pが載置された天板33-2を移動させるための動力を発生するモータ又はアクチュエータである。寝台駆動装置は、制御装置15又は医用データ処理装置50-2等による制御に従い作動する。
制御装置15は、処理回路51による撮影制御に従いX線CT撮影を実行するためにX線高電圧装置14、DAS18及び寝台30-2を制御する。制御装置15は、CPU等を有する処理回路と、モータ及びアクチュエータ等の駆動装置とを有する。処理回路は、ハードウェア資源として、CPU等のプロセッサとROMやRAM等のメモリとを有する。制御装置15は、例えば、医用データ処理装置50-2、架台10-2及び寝台30-2等に設けられた入力インタフェース54からの操作信号に従い架台10-2及び寝台30-2を制御する。例えば、制御装置15は、回転フレーム13の回転、架台10-2のチルト、天板33及び寝台30-2の動作を制御する。
図11に示される医用データ処理装置50-2は、処理回路51、メモリ52、ディスプレイ53、入力インタフェース54及び通信インタフェース55を有するコンピュータである。
処理回路51は、例えば、X線コンピュータ断層撮影装置1-2の中枢として機能するプロセッサである。処理回路51は、メモリ52に記憶されているプログラムを実行することで、当該プログラムに対応する機能を実現する。処理回路51は、例えば、取得機能511、生成機能512、出力機能513、表示制御機能514、学習機能515を有する。なお、図示しないが、処理回路51は、撮像制御機能、再構成処理機能、画像処理機能、類似度算出機能及び重みづけ変更機能を有する。
撮像制御機能において処理回路51は、CT撮像を行うためX線高電圧装置14と制御装置15とDAS18とを制御する。処理回路51は、入力インタフェース54を介したユーザ指示又は自動的に設定された撮影条件(CT撮像パラメータ)に従いX線高電圧装置14と制御装置15とDAS18とを制御する。CT撮像パラメータについては後述される。
再構成処理機能において処理回路51は、DAS18から出力された投影データに基づいてCT画像を生成する。具体的には、処理回路51は、DAS18から出力された投影データに対して対数変換処理やオフセット補正処理、チャネル間の感度補正処理、ビームハードニング補正等の前処理を施す。そして処理回路51は、前処理後の投影データに対して、フィルタ補正逆投影法や逐次近似再構成法等を用いた再構成処理を施しCT画像を生成する。
画像処理機能において処理回路51は、入力インタフェース54を介して操作者から受け付けた入力操作に基づいて、再構成処理機能によって生成されたCT画像を、任意断面の断層像や3次元画像に変換する。
メモリ52、ディスプレイ53、入力インタフェース54、通信インタフェース55、取得機能511、生成機能512、出力機能513、表示制御機能514及び学習機能515、については説明を省略する。また、類似度算出機能および重みづけ変更機能については後述される。
以下、本実施形態に係るX線コンピュータ断層撮影装置1-2の実施例を説明する。
図12は、図11の生成機能において利用される学習済モデルの入出力の第1例と、出力先のCT撮像装置とを示す図である。処理回路51は、取得機能511により、CT画像データを取得する。処理回路51は、生成機能512により、CT画像データに学習済モデル69を適用し、当該CT画像データに関するCT撮像パラメータを生成する。処理回路51は、出力機能513により、CT撮像パラメータをCT撮像装置70へと出力する。
CT撮像パラメータは、CT画像データを取得する際のX線コンピュータ断層撮影装置の撮像に関するパラメータである。また、CT撮像パラメータは、X線コンピュータ断層撮影装置に関する情報が含まれてもよい。
CT撮像パラメータとしては、例えば、線量、逐次近似処理のパラメータ、AI再構成処理のパラメータ、FOV、マトリクスサイズ、デュアルエナジー、ウインドウレベル/ウインドウ幅(WL/WW)、収集ビンの種類、マルチスライスの列数の情報などが含まれる。
線量は、例えば、管電流の値の情報および管電圧の値の情報などが含まれる。逐次近似処理のパラメータは、例えば、逐次近似処理の種類(例えば、EM(expectation maximization)法、ART(algebraic reconstruction technique)法)の情報およびブレンドレートの情報などが含まれる。ブレンドレートとは、逐次近似処理で用いられる初期画像と更新画像との合成比率である。AI再構成処理のパラメータは、例えば、ノイズ低減率に関する情報などが含まれる。デュアルエナジーは、例えば、デュアルエナジーの使用の有無の情報などが含まれる。
図13は、図12の生成機能において利用される学習済モデルの入出力の第2例と、出力先のCT撮像装置と、入力に関する処理の具体例とを示す図である。図13の例では、参考となるCT画像ライクな画像データに基づいてCT撮像パラメータを生成し、生成されたCT画像パラメータに基づいて撮像を実行し、撮像によって生成されたCT画像データの情報をCT撮像パラメータの生成処理にフィードバックすることによって、リアルタイムに生成されるCT画像の表示を最適化することができる。図13を概括すると、X線コンピュータ断層撮影装置1-2は、CT画像の表示について、CT撮像によって生成されたCT画像データを用いてリアルタイムにフィードバック制御を行うことができる。
なお、図13において、CT画像ライクな画像データを学習済モデル71に入力しているが、これに限らず、CT画像データでもよい。また、図13の学習済モデル71は、スコアデータに基づいて、モデルの重みづけを変更し、CT撮像パラメータの各値を変化させることができる。
図14は、図13について、第2の実施形態におけるCT撮像パラメータ推定処理を含む一連の流れを説明するためのフローチャートである。図14のフローチャートは、例えば、ユーザによってCT撮像パラメータ推定処理に関するアプリケーションの起動指示が入力されたことを契機として、処理回路51がCT撮像パラメータ推定プログラムを実行することにより開始する。
(ステップSB1)
CT撮像パラメータ推定プログラムが実行されると、処理回路51は、取得機能511を実行する。取得機能511を実行すると、処理回路51は、ユーザによって指定されたCT画像ライクな画像データを取得する。
(ステップSB2)
CT画像ライクな画像データを取得した後、処理回路51は、生成機能512を実行する。生成機能512を実行すると、処理回路51は、CT画像ライクな画像データに学習済モデル71を適用し、当該CT画像ライクな画像データに関するCT撮像パラメータを生成する。
(ステップSB3)
CT撮像パラメータを生成した後、処理回路51は、出力機能513を実行する。出力機能513を実行すると、処理回路51は、CT撮像パラメータをCT撮像装置72へと出力する。なお、CT撮像装置72は、X線コンピュータ断層撮影装置1-2と同一のものとして説明する。
(ステップSB4)
CT撮像パラメータを受け取った後、処理回路51は、撮像制御機能を実行する。撮像制御機能を実行すると、処理回路51は、ステップSB2で生成されたCT撮像パラメータを用いたCT撮像を実行し、投影データを収集する。
(ステップSB5)
投影データを収集した後、処理回路51は、再構成処理機能を実行する。再構成処理機能を実行すると、処理回路51は、収集された投影データを再構成し、CT画像データを生成する。
(ステップSB6)
CT画像データを生成した後、処理回路51は、表示制御機能514を実行する。表示制御機能514を実行すると、処理回路51は、生成されたCT画像データをディスプレイ53に表示する。
(ステップSB7)
CT画像データを表示した後、処理回路51は、類似度算出機能を実行する。類似度算出機能を実行すると、処理回路51は、ステップSB1で取得したCT画像ライクな画像データと生成されたCT画像データとの類似度を算出する。類似度は、例えば、画像データ毎の特徴量を算出し、これらの特徴量に基づいて算出される。
(ステップSB8)
類似度が算出された後、処理回路51は、算出された類似度が閾値より大きいか否かを判定する。類似度が閾値より大きい場合、リアルタイムに生成されるCT画像の表示が最適化されたとして、処理は終了する。類似度が閾値以下の場合、リアルタイムに生成されるCT画像の表示が最適化されていないとして、処理はステップSB9へ進む。
(ステップSB9)
類似度の判定に関する処理の後、処理回路51は、重みづけ変更機能を実行する。重みづけ変更機能を実行すると、処理回路51は、類似度に対応したスコアデータに基づいて学習済モデル71の重みづけを変更する。ステップSB9の後、処理はステップSB2へ戻る。
図14のフローチャートにおいて、リアルタイムに生成されるCT画像の表示を最適化する例を説明したが、リアルタイムに限らない。例えば、最初に推定されたCT撮像パラメータでのみCT撮像を実行し、2回目以降に推定されたCT撮像パラメータは、生成されたCT画像の表示画面を最適化するために用いられる。具体的には、処理回路51は、2回目以降に推定されたCT撮像パラメータに含まれるWL/WWを用いて、CT画像データの表示画面を最適化する。
以上説明したように、第2の実施形態に係るX線コンピュータ断層撮影装置は、CT画像データを取得し、取得したCT画像データに基づいて、当該CT画像データに関するX線コンピュータ断層撮影装置のCT撮像パラメータを生成する学習済モデルに対して、当該CT画像データを入力することにより、当該CT撮像パラメータを生成する。よって、例えば、ユーザが最適なCT撮像パラメータを設定するために、本実施形態に係るX線コンピュータ断層撮影装置は、CT撮像パラメータが未知のCT画像データからCT撮像に用いられたCT撮像パラメータを推定することができる。
(第3の実施形態)
第2の実施形態では、医用データ処理装置がX線コンピュータ断層撮影装置に搭載されたコンピュータであるとして説明した。他方、第3の実施形態では、医用データ処理装置が、超音波診断装置に搭載されたコンピュータであるとして説明する。なお以下の説明において、第1実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
図15は、第3の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す図である。図15に示すように、超音波診断装置1-3は、超音波プローブ10-3と医用データ処理装置(装置本体)50-3とを有する。
超音波プローブ10-3は、例えば、医用データ処理装置50-3の制御に従い、患者等の生体内の走査領域について超音波走査を実行する。超音波プローブ10-3は、例えば、複数の圧電振動子、整合層及びバッキング材等を有する。本実施形態においては、超音波プローブ10-3は、例えば、所定の方向に沿って配列された複数の圧電振動子を有する。超音波プローブ10-3は、医用データ処理装置50-3と着脱自在に接続される。
複数の圧電振動子は、医用データ処理装置50-3が有する超音波送信回路57から供給される駆動信号に従い超音波を発生する。これにより、超音波プローブ10-3から生体へ超音波が送信される。超音波プローブ10-3から生体へ超音波が送信されると、送信された超音波は、生体の体内組織における音響インピーダンスの不連続面で次々と反射され、反射波信号として複数の圧電振動子にて受信される。受信される反射波信号の振幅は、超音波が反射される不連続面における音響インピーダンスの差に依存する。また、送信された超音波パルスが、移動している血流又は放射線吸収性組織スペーサ等の表面で反射された場合の反射波信号は、ドプラ効果により、移動体の超音波送信方向の速度成分に依存して、周波数偏移を受ける。超音波プローブ10-3は、生体からの反射波信号を受信して電気信号に変換する。電気信号は、医用データ処理装置50-3に供給される。
図15に示される医用データ処理装置50-3は、超音波プローブ10-3により受信された反射波信号に基づいて超音波画像を生成及び表示するコンピュータである。医用データ処理装置50-3は、図15に示されるように、超音波送信回路57、超音波受信回路56、処理回路51、メモリ52、ディスプレイ53、入力インタフェース54及び通信インタフェース55を有する。
超音波送信回路57は、超音波プローブ10-3に駆動信号を供給するプロセッサである。超音波送信回路57は、例えば、トリガ発生回路、遅延回路、及びパルサ回路等により実現される。トリガ発生回路は、所定のレート周波数で、送信超音波を形成するためのレートパルスを繰り返し発生する。遅延回路は、超音波プローブ10-3から発生される超音波をビーム状に集束して送信指向性を決定するために必要な圧電振動子毎の遅延時間を、トリガ発生回路が発生する各レートパルスに対し与える。パルサ回路は、レートパルスに基づくタイミングで、超音波プローブ10-3に設けられる複数の超音波振動子へ駆動信号(駆動パルス)を印加する。遅延回路により各レートパルスに対し与える遅延時間を任意に変化させることで、圧電振動子面からの送信方向が任意に調整される。
超音波受信回路56は、超音波プローブ10-3が受信した反射波信号に対して各種処理を施し、受信信号を生成するプロセッサである。超音波受信回路56は、例えば、アンプ回路、A/D変換器、受信遅延回路及び加算器等により実現される。アンプ回路は、超音波プローブ10-3が受信した反射波信号をチャンネル毎に増幅してゲイン補正処理を行う。A/D変換器は、ゲイン補正された反射波信号をデジタル信号に変換する。受信遅延回路は、デジタル信号に受信指向性を決定するのに必要な遅延時間を与える。加算器は、遅延時間が与えられた複数のデジタル信号を加算する。加算器の加算処理により、受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調された受信信号が発生する。
処理回路51は、例えば、超音波診断装置1-3の中枢として機能するプロセッサである。処理回路51は、メモリ52に記憶されているプログラムを実行することで、当該プログラムに対応する機能を実現する。処理回路51は、例えば、取得機能511、生成機能512、出力機能513、表示制御機能514、学習機能515を有する。なお、図示しないが、処理回路51は、Bモード処理機能、ドプラモード処理機能、画像処理機能、類似度算出機能及び重みづけ変更機能を有する。
Bモード処理機能において処理回路51は、超音波受信回路56から受け取った受信信号に基づき、Bモードデータを生成する。具体的には、処理回路51は、例えば、超音波受信回路56から受け取った受信信号に対して包絡線検波処理、及び対数増幅処理等を施し、信号強度が輝度の明るさで表現されるデータ(Bモードデータ)を生成する。生成されたBモードデータは、2次元的な超音波走査線(ラスタ)上のデータとして不図示のRAWデータメモリに記憶される。
ドプラモード処理機能において処理回路51は、超音波受信回路56から受け取った受信信号を周波数解析することで、スキャン領域に設定されるROI(Region Of Interest:関心領域)内にある血流のドプラ効果に基づく運動情報を抽出したデータ(ドプラデータ)を生成する。具体的には、処理回路51は、血流の運動情報として、平均速度、平均分散値、平均パワー値等を、複数のサンプル点それぞれで推定したドプラデータを生成する。生成されたドプラデータは、2次元的な超音波走査線上のデータとして不図示のRAWデータメモリに記憶される。
また、処理回路51は、ドプラモード処理機能において、カラーフローマッピング(CFM:Color Flow Mapping)法と称されるカラードプラ法を実行可能である。CFM法では、超音波の送受信が複数の走査線上で複数回行なわれる。処理回路51は、同一位置のデータ列に対してMTI(Moving Target Indicator)フィルタを掛けることで、静止している組織又は動きの遅い組織に由来する信号(クラッタ信号)を抑制し、血流に由来する信号を抽出する。そして、処理回路51は、抽出した信号から血流の速度、分散又はパワー等の情報を推定する。
画像処理機能において処理回路51は、Bモード処理機能およびドプラ処理機能により生成されたデータに基づき、各種超音波画像データを生成する。具体的には、処理回路51は、例えば、RAWデータメモリに記憶されているBモードRAWデータに対してRAW-ピクセル変換、例えば、超音波プローブ10-3による超音波の走査形態に応じた座標変換を実行することで、ピクセルから構成されるBモード画像データを生成する。
また、処理回路51は、画像処理機能において、例えば、RAWデータメモリに記憶されているドプラRAWデータに対してRAW-ピクセル変換などの画像処理を実行することで、血流情報が映像化されたドプラ画像データを生成する。ドプラ画像データは、速度画像データ、分散画像データ、パワー画像データ、またはこれらを組み合わせた画像データである。なお、カラードプラ法により取得されたドプラデータから生成されたドプラ画像データは、カラードプラ超音波画像データと呼ばれてもよい。
メモリ52、ディスプレイ53、入力インタフェース54、通信インタフェース55、取得機能511、生成機能512、出力機能513、表示制御機能514及び学習機能515、については説明を省略する。また、類似度算出機能および重みづけ変更機能については後述される。
以下、本実施形態に係る超音波診断装置1-3の実施例を説明する。
図16は、図15の生成機能において利用される学習済モデルの入出力の第1例と、出力先の超音波撮像装置とを示す図である。処理回路51は、取得機能511により超音波画像データを取得する。処理回路51は、生成機能512により、超音波画像データに学習済モデル73を適用し、当該超音波データに関する超音波撮像パラメータを生成する。処理回路51は、出力機能513により、超音波撮像パラメータを超音波撮像装置74へと出力する。
超音波撮像パラメータは、超音波画像データを取得する際の超音波診断装置の撮像に関するパラメータである。また、超音波撮像パラメータは、超音波診断装置に関する情報が含まれてもよい。
超音波撮像パラメータとしては、例えば、プローブの種類、フレームレート、ダイナミックレンジ、周波数、流速レンジなどが含まれる。周波数は、例えば、送信信号の中心周波数の情報などが含まれる。流速レンジは、例えば、カラードプラ表示における流速範囲の情報などが含まれる。
図17は、図16の生成機能において利用される学習済モデルの入出力の第2例と、出力先の超音波撮像装置と、入力に関する処理の具体例とを示す図である。図17の例では、参考となるカラードプラ超音波画像ライクな画像データに基づいて超音波撮像パラメータを生成し、生成された超音波撮像パラメータに基づいて撮像を実行し、撮像によって生成された超音波画像データの情報を超音波撮像パラメータの生成処理にフィードバックすることによって、リアルタイムに生成される超音波画像の表示を最適化することができる。図17を概括すると、超音波診断装置1-3は、超音波画像の表示について、超音波撮像によって生成された超音波画像データを用いてリアルタイムにフィードバック制御を行うことができる。
なお、図17において、カラードプラ超音波画像ライクな画像データを学習済モデル75に入力しているが、これに限らず、カラードプラ超音波画像データでもよい。また、図17の学習済モデル75は、スコアデータに基づいて、モデルの重みづけを変更し、超音波撮像パラメータの各値を変化させることができる。
図18は、図17について、第3の実施形態における超音波撮像パラメータ推定処理を含む一連の流れを説明するためのフローチャートである。図18のフローチャートは、例えば、ユーザによって超音波撮像パラメータ推定処理に関するアプリケーションの起動指示が入力されたことを契機として、処理回路51が超音波撮像パラメータ推定プログラムを実行することによって開始する。
(ステップSC1)
超音波撮像パラメータ推定プログラムが実行されると、処理回路51は、取得機能511を実行する。取得機能511を実行すると、処理回路51は、ユーザによって指定されたカラードプラ超音波画像ライクな画像データを取得する。
(ステップSC2)
カラードプラ超音波画像ライクな画像データを取得した後、処理回路51は、生成機能512を実行する。生成機能512を実行すると、処理回路51は、カラードプラ超音波画像ライクな画像データに学習済モデル75を適用し、当該カラードプラ超音波画像ライクな画像データに関する超音波撮像パラメータを生成する。尚、この超音波撮像パラメータには、流速レンジが含まれる。
(ステップSC3)
超音波撮像パラメータを生成した後、処理回路51は、出力機能513を実行する。出力機能513を実行すると、処理回路51は、超音波撮像パラメータを超音波撮像装置76へと出力する。なお、超音波撮像装置76は、超音波診断装置1-3と同一のものとして説明する。
(ステップSC4)
超音波撮像パラメータを受け取った後、処理回路51は、撮像制御機能を実行する。撮像制御機能を実行すると、処理回路51は、ステップSC2で生成された超音波撮像パラメータを用いた超音波撮像を実行し、受信信号を取得する。
(ステップSC5)
受信信号を取得した後、処理回路51は、ドプラモード処理機能を実行する。ドプラモード処理機能を実行すると、処理回路51は、取得された受信信号を周波数解析することによって、ドプラデータを生成する。
(ステップSC6)
ドプラデータを生成した後、処理回路51は、画像処理機能を実行する。画像処理機能を実行すると、処理回路51は、生成されたドプラデータを画像処理することによって、カラードプラ超音波画像データを生成する。
(ステップSC7)
カラードプラ超音波画像データを生成した後、処理回路51は、表示制御機能514を実行する。表示制御機能514を実行すると、処理回路51は、生成されたカラードプラ超音波画像データをディスプレイ53に表示する。また、処理回路51は、超音波撮像パラメータに含まれる流速レンジに基づいて、カラードプラ超音波画像データを表示する。
(ステップSC8)
カラードプラ超音波画像データを表示した後、処理回路51は、類似度算出機能を実行する。類似度算出機能を実行すると、処理回路51は、ステップSC1で取得したカラードプラ超音波画像データライクな画像データと生成されたカラードプラ超音波画像データとの類似度を算出する。
(ステップSC9)
類似度が算出された後、処理回路51は、算出された類似度が閾値より大きいか否かを判定する。類似度が閾値より大きい場合、リアルタイムに生成されるカラードプラ超音波画像の表示が最適化されたとして、処理は終了する。類似度が閾値以下の場合、リアルタイムに生成されるカラードプラ超音波画像の表示が最適化されていないとして、処理はステップSC10へ進む。
(ステップSC10)
類似度の判定に関する処理の後、処理回路51は、重みづけ変更機能を実行する。重みづけ変更機能を実行すると、処理回路51は、類似度に対応したスコアデータに基づいて学習済モデル75の重みづけを変更する。ステップSC10の後、処理はステップSC2へ戻る。
以上説明したように、第3の実施形態に係る超音波診断装置は、超音波画像データを取得し、取得した超音波画像データに基づいて、当該超音波画像データに関する超音波診断装置の超音波撮像パラメータを生成する学習済モデルに対して、当該超音波画像データを入力することにより、当該超音波撮像パラメータを生成する。よって、例えば、ユーザが最適な超音波撮像パラメータを設定するために、本実施形態に係る超音波診断装置は、超音波撮像パラメータが未知の超音波画像データから超音波撮像に用いられた超音波撮像パラメータを推定することができる。
各種撮像パラメータ推定は、医用データに対するインデクシング処理に用いることもできる。例として、医用データがストレージ(例:SSDやHDD、クラウドストレージ)に多数保持されている状態を考える。医用データが様々な撮像パラメータで撮像されたデータであるなら、ユーザがその目的に応じて、関連する医用データのみを検索したいという要求がしばしば発生する。これらの医用データを効率的に参照するためには、あらかじめ医用データに撮像パラメータといった追加情報を付与するインデクシングと呼ばれる処理を行うことが多い。ストレージに保持された医用データに撮像パラメータ推定を用いて推定されたパラメータを付与しておくことで、ユーザが検索要求を行ったときに、推定パラメータを参照しながら関連する医用データを出力できるようになる。さらに、Webサイトの画像や論文画像などに対して各種撮像パラメータ推定を用いてインデクシングを行うことで、関連する医用データの大規模な検索も可能になる。
また、インデクシングWebサイトの画像や論文画像など、DICOM形式でない医用データに対して各種撮像パラメータ推定を用い、その結果をDICOM形式として出力することで、DICOM形式の医用データに対応した検索機能を持つワークステーションに検索可能な形で取り込むことも可能である。
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、最適な撮像パラメータを設定することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
1 磁気共鳴イメージング装置
10,10-2 架台
30,30-2 寝台
31,31-2 基台
33,33-2 天板
41 静磁場磁石
43 傾斜磁場コイル
45 送信コイル
47 受信コイル
50,50-2,50-3 医用データ処理装置
51 処理回路
511 取得機能
512 生成機能
513 出力機能
514 表示制御機能
515 学習機能
A1 記事
D1,D2 表示画面
P1,P2 MR画像
P3 画像データ
1-2 X線コンピュータ断層撮影装置
11 X線管
12 X線検出器
13 回転フレーム
14 X線高電圧装置
16 ウェッジフィルタ
17 コリメータ
19 開口部
1-3 超音波診断装置

Claims (15)

  1. 医用画像診断装置における撮像パラメータが未知である第1の医用データを取得する取得部と、
    第2の医用データと前記第2の医用データに対応する撮像パラメータとの対応関係を学習した学習済モデルに対して、前記第1の医用データを入力することにより、前記第1の医用データに対応する第3の医用データ収集するための前記医用画像診断装置の撮像パラメータを生成する生成部と
    を具備する、医用データ処理装置。
  2. 前記第1の医用データは、前記医用画像診断装置である磁気共鳴イメージング装置、X線コンピュータ断層撮影装置、超音波診断装置、核医学診断装置、X線診断装置、光干渉断層計、光超音波装置、および内視鏡のいずれかで収集されたデータである、
    請求項1に記載の医用データ処理装置。
  3. 前記第1の医用データは、医用画像データを含み、
    前記生成部は、前記医用画像データに基づいて、前記医用画像データに関する前記撮像パラメータを生成する前記学習済モデルに対して、前記医用画像データを入力することにより、前記撮像パラメータを生成する
    請求項1または請求項に記載の医用データ処理装置。
  4. 前記第1の医用データは、医用画像データと、前記医用画像データに関するパラメータの一部を有する補足データとを含み、
    前記生成部は、前記医用画像データおよび前記補足データに基づいて、前記医用画像データに関する前記撮像パラメータを生成する前記学習済モデルに対して、前記医用画像データおよび前記補足データを入力することにより、前記撮像パラメータを生成する、
    請求項1から請求項までのいずれか一項に記載の医用データ処理装置。
  5. 前記補足データは、DICOM(Digital Imaging and Communication in Medicine)データである、
    請求項に記載の医用データ処理装置。
  6. 前記第1の医用データは、医用画像データと、前記医用画像データの種類に関する情報を有するラベルデータとを含み、
    前記生成部は、前記医用画像データおよび前記ラベルデータに基づいて、前記医用画像データに関する前記撮像パラメータを生成する前記学習済モデルに対して、前記医用画像データおよび前記ラベルデータを入力することにより、前記撮像パラメータを生成する、 請求項1または請求項に記載の医用データ処理装置。
  7. 前記医用画像データは、前記医用画像診断装置と対応付けられている、
    請求項から請求項までのいずれか一項に記載の医用データ処理装置。
  8. 前記第1の医用データは、印刷、印画またはフィルムに記録された医用画像を、撮影したまたは読み取った医用画像ライクな画像データを含む、
    請求項1に記載の医用データ処理装置。
  9. 前記画像データは、前記医用画像診断装置と対応付けられている、
    請求項に記載の医用データ処理装置。
  10. 前記医用画像データは、磁気共鳴イメージング装置から取得され、
    前記撮像パラメータは、前記磁気共鳴イメージング装置に関するパラメータである、
    請求項から請求項までのいずれか一項に記載の医用データ処理装置。
  11. 前記医用画像データは、磁気共鳴画像データである、
    請求項10に記載の医用データ処理装置。
  12. 前記撮像パラメータは、前記磁気共鳴イメージング装置のシーケンスを含む、
    請求項10に記載の医用データ処理装置。
  13. 前記第1の医用データは、複数の医用画像データに基づいて生成されたマップ画像データを含み、
    前記生成部は、前記マップ画像データに基づいて、前記複数の医用画像データに関する複数の撮像パラメータを生成する前記学習済モデルに対して、前記マップ画像データを入力することにより、前記複数の撮像パラメータを生成する、
    請求項1または請求項に記載の医用データ処理装置。
  14. 請求項1から請求項13までのいずれか一項に記載の医用データ処理装置と、
    前記撮像パラメータに基づいて医用撮像を行う撮像部と
    を具備する、医用画像診断装置。
  15. 前記医用撮像によって生成された前記第3の医用データを用いてリアルタイムにフィードバック制御を行う、請求項14に記載の医用画像診断装置。
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