JP2019025044A - 医用撮像装置及び医用画像処理方法 - Google Patents
医用撮像装置及び医用画像処理方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】医用画像を予め定めた複数の類のいずれかに分類し、複数の類のそれぞれに対応する複数の復元器から、分類結果に応じて最適な1ないし複数の復元器を選択し、選択した復元器を用いて再構成処理を行う。医用画像は、例えば、複数のパッチに分けられ、パッチ毎に再構成処理を行い、統合される。復元器は、CNNで構成することができる。
【選択図】図2
Description
本実施形態の医用撮像装置10は、図1(A)に示すように、被検体から画像再構成に必要なデータを収集する撮像部100と、撮像部100が収集したデータを処理し画像を作成する画像処理部200と、を備える。医用撮像装置10は、さらにその内部或いは外部に記憶装置300を備えている。撮像部100は、モダリティによって構成が異なるが、被検体の計測によって得た信号から画像データを作成する。モダリティ毎の詳細な構成については後述する実施形態で説明する。撮像部100が取得する画像データは、例えば高速撮像方法を利用した低空間分解能の、或いはアンダーサンプリングされたデータである。
復元器240は、正解画像とそれより画質の低い画像(劣化画像)とのペアを学習データとして用い、入力画像に対し正解画像との差が最小の画像を出力画像とするように学習されたものであり、本実施形態では、CNNを用いる。
第一実施形態では、クラスタの数と同数の復元器(CNN)を用意したが、本変形例では、特定の特徴との関連付けがなされていないCNN(ここではユニバーサルCNN:UCNNという)を追加する。図8に画像処理部200の構成例を示す。図中「Universal CNN」245がUCNNである。
第一実施形態では、画像データから切り取ったパッチ全てを、用意されたCNNで処理したが、本実施形態はCNNのブランク247を設けることが特徴である。図9に画像処理部200の構成例を示す。この場合、入力がそのまま出力になる、即ち、切り取られたパッチの画像データが統合部250に入力される。ブランクの対象となるパッチは、例えば、クラスタリングできないパッチであってもよいし、関心領域(ROI)から外れる領域の画像データでもよい。
第一実施形態では、画像データからのパッチの切り出しは、各パッチがオーバーラップしない条件で行ったが、パッチ処理部210は、隣接するパッチがオーバーラップするようにパッチを切り出すことも可能である。パッチをオーバーラップさせて切り出し、CNN処理することにより、出力画像の画質をさらに向上することができる。オーバーラップする割合は特に限定されないが、割合が多いほど処理量も増加し、冗長性も高くなるので、処理時間の短縮という観点から、50%以下であることが好ましい。なお全てのパッチをオーバーラップさせるのではなく、一部の、例えば関心領域内のパッチのみをオーバーラップさせてもよい。
S(x,y)=w1×S1(x,y)+w2×S2(x,y) (2)
但し、w1=d1/(d1+d2)、w2=d2/(d1+d2)
S(x,y)は、平均或いは加重平均後の画素値、S1(x,y)、S2(x,y)は、2つのCNNの出力画像の画素値である。
本発明をMRI装置に適用した実施形態を説明する。
MRI装置50は、図12に示すように、MR撮像部510として、静磁場発生磁石を備えた静磁場発生部511と、静磁場発生磁石が発生する静磁場空間に3軸方向の傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイルを備えた傾斜磁場発生部512と、静磁場空間に置かれた被検体に対し高周波磁場を印加する高周波コイル(送信コイル)を備えた送信部513と、被検体101から発生する核磁気共鳴信号を受信する高周波コイル(受信コイル)を備えた受信部514と、傾斜磁場発生部512、送信部513及び受信部514の動作を所定のパルスシーケンスに従い制御するシーケンサ515と、を備えている。
MRI装置10では、例えば、3D撮像の場合、位相エンコード方向及びスライス方向にエンコード傾斜磁場を印加しエコー信号を計測し、k空間データを得る。k空間データは、エンコード方向を軸とするデータ空間であり、各軸のエンコード数は撮像対象のFOVの大きさで決まる。各エンコード傾斜磁場の大きさを異ならせてパルスシーケンスを繰り返すことで、所定のエンコード数のk空間データが得られる。本実施形態では、このエコードを間引いて、即ちアンダーサンプリングして劣化したデータを取得する。これにより撮像時間は間引き率に相当する割合で短縮される。
本発明を超音波撮像装置に適用した実施形態を説明する。
超音波撮像装置70の全体概要を図16に示す。この装置は大きく分けて超音波撮像部710と再構成部700とから成り、超音波撮像部710は第一実施形態の撮像部100に相当し、従来の超音波撮像装置と同様の構成を備える。即ち、超音波を発信する超音波探触子711、探触子711に超音波駆動信号を送る送信部712、探触子711からの超音波信号(RF信号)を受信する超音波受信部713、超音波受信部713が受信した信号を整相加算(ビームフォーミング)する整相加算部715、及び、超音波送信部712及び超音波受信部713を制御する超音波送受信制御部714を備える。
撮像部100がCT装置の場合の実施形態を説明する。
CT装置90の全体概要を図17に示す。この装置は、大きく分けてCT撮像部910と再構成部900とから成り、CT撮像部910は第一実施形態の撮像部100に相当し、従来のCT装置と同様の構成を備える。即ち、X線管を備えたX線源911と、固体検出器とダイオード等からなる多数のX線検出素子を1次元方向或いは円弧状及びそれと直交する方向に配置したX線検出器912と、中央に開口914が設けられ、X線源911及びX線検出器912を対向する位置で支持する回転板913と、開口914内の空間で被検体101を搭載する寝台915と、X線検出器912の出力を投影データ毎に収集するデータ収集部916と、CT撮像部910を構成する各要素の動作を制御するシステム制御部917とを備えている。
50:MRI装置
70:超音波撮像装置
90:CT装置
100:撮像部
200:画像処理部
210:パッチ処理部
220:分類処理部
230:復元器選択部(選択部)
240:画像復元部(復元器)
250:統合部
270:ROI設定部
300:記憶装置
400:操作部
410:出力部
430:入力部
500:再構成部
510:MR撮像部
511:静磁場発生部
512:傾斜磁場発生部
513:RF送信部
514:RF受信部
515:シーケンス制御部
520:記憶部
530:画像生成部
550:画像処理部
700:再構成部
710:超音波撮像部
711:超音波探触子
712:超音波送信部
713:超音波受信部
715:整相加算部
714:超音波送受信制御部
730:超音波画像生成部
750:画像処理部
900:再構成部
910:CT撮像部
911:X線源
912:X線検出器
915:回転板
916:データ収集部
930:断層画像生成部
950:画像処理部
Claims (13)
- 検査対象の画像データを収集する撮像部と、前記撮像部が収集した画像データを用いて画像再構成を行う画像処理部と、を有し、
前記画像処理部は、画像データを分類する分類処理部と、前記分類処理部による分類に対応する複数の復元器を備える画像復元部と、前記分類処理部による分類結果に応じて前記複数の復元器から1ないし複数の復元器を選択する復元器選択部と、を備え、
前記複数の復元器は、それぞれ、分類毎の正解画像と劣化画像との組み合わせからなる学習用データを用いて学習されたニューラルネットワークで構成され,入力された劣化画像から高画質画像を復元する復元器であることを特徴とする医用撮像装置。 - 請求項1に記載の医用撮像装置であって、
前記画像処理部は、前記撮像部が収集した画像データからパッチの画像データを切り出し前記分類処理部に渡すパッチ処理部と、前記画像復元部において、前記パッチの画像データ毎に処理された出力データを統合する統合部と、を更に備えることを特徴とする医用撮像装置。 - 請求項2に記載の医用撮像装置であって、
前記パッチ処理部は、前記撮像部が収集した画像データからパッチの画像データを切り出す際に、隣接するパッチがオーバーラップするように切り出し、
前記統合部は、前記隣接するパッチの画像データが異なる復元器で処理されている場合に、オーバーラップ部分について、前記画像復元部からの出力データを平均又は加重平均して統合することを特徴とする医用撮像装置。 - 請求項1に記載の医用撮像装置であって、
前記検査対象の画像データに関心領域を設定するROI設定部を更に備え、
前記画像処理部は、前記ROI設定部で設定された領域の画像データを処理することを特徴とする医用撮像装置。 - 請求項1に記載の医用撮像装置であって、
前記画像復元部は、前記分類処理部による分類に対応する復元器に加えて、分類と関連付けられていない復元器を備えることを特徴とする医用撮像装置。 - 請求項1に記載の医用撮像装置であって、
多数の画像データについて、前記分類処理部が、予め複数のクラスタに分類した結果を格納する記憶部を有し、前記分類処理部は、前記記憶部に格納された前記複数のクラスタのそれぞれの重心と、分類対象の画像データとの距離に基き、分類を行うことを特徴とする医用撮像装置。 - 請求項1に記載の医用撮像装置であって、
前記撮像部は、検査対象の磁気共鳴信号を計測するMR撮像部であり、
前記MR撮像部が計測した磁気共鳴信号で構成されるk空間データを画像データに変換する画像生成部をさらに備え、前記画像処理部は、前記画像生成部が作成した画像データを用いて再構成を行うことを特徴とする医用撮像装置。 - 請求項7に記載の医用撮像装置であって、
前記複数の復元器は、学習用データとして、前記k空間を埋める全データが計測データであるk空間データから再構成した画像データと、間引き計測したk空間データから再構成した画像データとの組み合わせを用いて学習されたものである医用撮像装置。 - 請求項8に記載の医用撮像装置であって、
前記間引き計測したk空間データは、k空間の中心を含む円形又は多角形の領域のデータであることを特徴とする医用撮像装置。 - 請求項1に記載の医用撮像装置であって、
前記撮像部は、検査対象の超音波信号を計測する超音波撮像部であり、
前記画像処理部は、前記超音波撮像部が計測した超音波信号から作成した画像データを用いて再構成を行うことを特徴とする医用撮像装置。 - 請求項1に記載の医用撮像装置であって、
前記撮像部は、検査対象を透過したX線の投影データを、X線の異なる照射角度毎に取得するCT撮像部であり、
前記CT撮像部が取得した投影データから断層画像を生成する画像生成部をさらに備え、前記画像処理部は、前記画像生成部が生成した画像データを用いて再構成を行うことを特徴とする医用撮像装置。 - 医用撮像装置が撮像により取得した原画像データを処理し、当該原画像データより画質の向上した画像データを生成する医用画像処理方法であって、
正解画像から切り出したパッチの画像データを、その特徴によって分類するステップ(1)と、
分類されたクラスタ毎に、正解画像と当該正解画像に対し劣化過程を得た劣化画像との組み合わせを学習用データとして学習させた復元器を用意するステップ(2)と、
処理対象画像データを、ステップ(1)で得られた複数のクラスタのいずれかに分類するステップ(3)と、
ステップ(3)の結果をもとに、前記クラスタ毎に用意した復元器のうち1ないし複数の復元器を選択するステップ(4)と、
ステップ(4)で選択された復元器に、処理対象画像データを入力し、当該復元器の出力として処理対象画像データより画質の向上した画像データを得るステップ(5)と、
複数の復元器の出力を統合するステップ(6)と、を含む医用画像処理方法。 - 請求項12に記載の医用画像処理方法であって、
前記医用撮像装置が撮像により取得した原画像データは、MRI装置が取得したk空間データであり、
前記ステップ(2)において、学習用データとして、k空間を埋める全データが計測データであるk空間データから再構成した画像データと、間引き計測したk空間データから再構成した画像データとの組み合わせを用いることを特徴とする医用画像処理方法。
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