JP2021087464A - 医用画像解析システム、プログラム及び医用画像解析方法 - Google Patents

医用画像解析システム、プログラム及び医用画像解析方法 Download PDF

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Abstract

【課題】COPDの早期発見及び予防の促進を図るとともに、患者の負担を軽減する。【解決手段】医用画像解析システムでは、診断対象患者の胸部を撮影して得られた医用画像を受信し(ステップS1)、診断対象患者の医用画像から肺年齢(呼吸機能を示す指標値)を推定し(ステップS2)、推定された肺年齢を表示部に表示させる(ステップS3)。医用画像から肺年齢を推定する際には、例えば、予め用意された患者の医用画像を入力データとし、当該患者に対応する肺年齢を出力データとしてディープラーニングを行った学習結果を用いる。【選択図】図5

Description

本発明は、医用画像解析システム、プログラム及び医用画像解析方法に関する。
一般に、慢性閉塞性肺疾患(COPD:Chronic Obstructive Pulmonary Disease)等の呼吸器の病気が疑われる場合や、病気の状態を判断する場合には、スパイロメーターを用いた検査が行われている。この検査では、患者が実際に息を吸ったり吐いたりして、息を吸う力、吐く力、酸素を取り込む能力等を調べている。
例えば、COPDの早期発見や予防に用いる肺機能情報として、スパイロメーターの測定値から算出された肺年齢が利用されている(特許文献1参照)。肺年齢は、呼吸機能を示す指標の一つであり、性別、身長、1秒量から求められる。肺年齢の算出機能は、検査に使用するスパイロメーターに組み込むこともできる。
国際公開第2014/097449号
しかしながら、スパイロメーターを用いた呼吸機能検査は、専用の装置が必要であるため、簡易的ではなく、COPDの症状が発症している患者以外の患者(健常者等)に対して実施されることは少ない。通常、呼吸機能検査は、自覚症状がある場合か、画像検査によって必要と判断された場合に、行われている。したがって、健常者の肺年齢を測定する機会は少なく、スパイロメーターを用いた呼吸機能検査や肺年齢の測定を行う頃には、既に病状が悪化している場合が多く、COPDの早期発見や予防の促進は困難であった。
また、高齢者の場合、呼吸機能を測定するスパイロメーターでは、息を大きく吸って吐くことを繰り返す検査時の動作が被検者の負担になるという問題もあった。
このため、実際にスパイロメーターを使用することなく、肺年齢等の呼吸機能を示す指標値を得ることが期待されている。
本発明は、上記の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、COPDの早期発見及び予防の促進を図るとともに、患者の負担を軽減することを課題とする。
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、診断対象患者を撮影して得られた医用画像を取得する取得部と、当該取得された医用画像から呼吸機能を示す指標値を推定する推定部と、当該推定された指標値を出力部に出力させる制御部と、を備える医用画像解析システムである。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の医用画像解析システムにおいて、前記指標値は、スパイロメーターにより測定される測定値、又は、当該測定値から算出される値である。
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の医用画像解析システムにおいて、前記指標値は、肺年齢である。
請求項4に記載の発明は、請求項1から3のいずれか一項に記載の医用画像解析システムにおいて、前記医用画像は、胸部単純X線画像である。
請求項5に記載の発明は、請求項1から3のいずれか一項に記載の医用画像解析システムにおいて、前記医用画像は、動態画像である。
請求項6に記載の発明は、請求項1から5のいずれか一項に記載の医用画像解析システムにおいて、前記出力部は、前記推定された指標値を表示する表示部である。
請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の医用画像解析システムにおいて、前記制御部は、前記診断対象患者の過去の医用画像から推定された指標値の全て又は一部と、前記診断対象患者の最新の医用画像から推定された指標値と、を前記表示部に表示させる。
請求項8に記載の発明は、請求項7に記載の医用画像解析システムにおいて、前記制御部は、前記診断対象患者の過去の医用画像から推定された指標値の全て又は一部と、前記診断対象患者の最新の医用画像から推定された指標値と、をグラフ化して前記表示部に表示させる。
請求項9に記載の発明は、請求項6から8のいずれか一項に記載の医用画像解析システムにおいて、前記制御部は、前記診断対象患者の過去の医用画像と前記診断対象患者の最新の医用画像の全て又は一部を前記表示部に表示させる。
請求項10に記載の発明は、請求項6から9のいずれか一項に記載の医用画像解析システムにおいて、前記制御部は、前記診断対象患者の医用画像と類似した症例の医用画像を前記表示部に表示させる。
請求項11に記載の発明は、請求項6から10のいずれか一項に記載の医用画像解析システムにおいて、前記制御部は、前記診断対象患者と所定の条件が同じ健常者の医用画像を前記表示部に表示させる。
請求項12に記載の発明は、請求項6から11のいずれか一項に記載の医用画像解析システムにおいて、前記制御部は、前記診断対象患者について予測される将来の指標値を前記表示部に表示させる。
請求項13に記載の発明は、請求項1から12のいずれか一項に記載の医用画像解析システムにおいて、前記推定された指標値から異常を検出する異常検出部を備える。
請求項14に記載の発明は、請求項1から13のいずれか一項に記載の医用画像解析システムにおいて、前記推定部は、予め用意された患者の医用画像を入力データとし、当該患者に対応する指標値を出力データとしてディープラーニングを行った学習結果に基づいて、前記診断対象患者の医用画像から指標値を推定する。
請求項15に記載の発明は、請求項1から13のいずれか一項に記載の医用画像解析システムにおいて、前記推定部は、予め用意された患者の医用画像及び臨床データを入力データとし、当該患者に対応する指標値を出力データとしてディープラーニングを行った学習結果に基づいて、前記診断対象患者の医用画像及び臨床データから指標値を推定する。
請求項16に記載の発明は、請求項15に記載の医用画像解析システムにおいて、前記臨床データは、性別、実年齢、身長、体重、血圧、脈拍、SpOの少なくとも一つを含む。
請求項17に記載の発明は、コンピューターを、診断対象患者を撮影して得られた医用画像を取得する取得部、当該取得された医用画像から呼吸機能を示す指標値を推定する推定部、当該推定された指標値を出力部に出力させる制御部、として機能させるためのプログラムである。
請求項18に記載の発明は、診断対象患者を撮影して得られた医用画像を取得する取得工程と、当該取得された医用画像から呼吸機能を示す指標値を推定する推定工程と、当該推定された指標値を出力部に出力させる出力工程と、を含む医用画像解析方法である。
本発明によれば、COPDの早期発見及び予防の促進を図るとともに、患者の負担を軽減することができる。
本発明の第1の実施の形態における医用画像解析システムのシステム構成図である。 データ管理サーバーの機能的構成を示すブロック図である。 画像管理テーブルの例である。 画像解析装置の機能的構成を示すブロック図である。 第1の肺年齢推定処理を示すフローチャートである。 肺年齢表示画面の例である。 プリンターにより印刷された肺年齢の出力例である。 第2の実施の形態における第2の肺年齢推定処理を示すフローチャートである。 肺年齢表示画面の例である。 別の肺年齢表示画面の例である。 プリンターにより印刷された肺年齢推移グラフの出力例である。 第2の実施の形態の変形例における肺年齢表示画面の例である。 第3の実施の形態における第3の肺年齢推定処理を示すフローチャートである。 肺年齢表示画面の例である。 第4の実施の形態における第4の肺年齢推定処理を示すフローチャートである。 肺年齢表示画面の例である。 医用画像と構造化レポートとを対応付けて保存する過去データの保存方法を説明するための図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、本発明の範囲は、実施の形態や図示例に限定されるものではない。
[第1の実施の形態]
図1に、本発明の第1の実施の形態における医用画像解析システム100のシステム構成を示す。医用画像解析システム100は、放射線撮影装置10、コンソール20、データ管理サーバー30、画像解析装置40、プリンター50、ビューアー端末60等を備えて構成され、各装置は、通信ネットワークNを介してデータ通信可能に接続されている。
放射線撮影装置10は、放射線源、曝射スイッチ、放射線検出部(FPD:Flat Panel Detector)、通信部等を備えて構成され、被写体を撮影して医用画像を生成する。放射線撮影装置10は、診断対象患者の胸部を撮影して、胸部単純X線画像を生成する。また、放射線撮影装置10は、動態撮影により動態画像を生成することができる。
動態撮影とは、被写体に対し、X線等の放射線を所定時間間隔で繰り返し照射するか(パルス照射)、又は、低線量率にして途切れなく継続して照射する(連続照射)ことで、複数の画像を取得することをいう。動態撮影では、例えば、呼吸運動に伴う肺の膨張及び収縮の形態変化、心臓の拍動等、周期性(サイクル)を持つ胸部の動態を連続撮影する。この連続撮影により得られた画像を動態画像と呼ぶ。
コンソール20は、放射線撮影装置10に対する操作及び制御を行うためのPC(Personal Computer)や専用の装置で構成されている。
データ管理サーバー30は、放射線撮影装置10において生成された医用画像の画像データや、肺年齢等のデータを、患者ごと、検査ごとに管理するコンピューター装置である。データ管理サーバー30としては、PACS(Picture Archiving and Communication System)を含む構成であってもよいし、クラウドサーバーを利用したものであってもよい。
以下、各実施の形態では、呼吸機能を示す指標値の一例として、肺年齢を用いる。呼吸機能を示す指標値は、スパイロメーターにより測定される値、又は、スパイロメーターにより測定される測定値から算出される値である。
肺年齢とは、日本呼吸器学会・肺生理専門委員会が定義している1秒量の式を元に、性別、身長、1秒量(FEV1)等から算出した値であり、呼吸機能の指標となっている。肺年齢は、以下の式(1)、(2)により求められる。
Figure 2021087464
なお、各実施の形態において、上記式(1)、(2)を用いて肺年齢を算出する(肺年齢の実測値を求める)のは、患者に対してスパイロメーター検査が行われた場合であり、主に学習用データを生成する場合である。詳細については後述するが、本発明は、上記式(1)、(2)を用いずに、医用画像から肺年齢を推定するものである。
画像解析装置40は、放射線撮影装置10において生成された医用画像の画像データを解析して、肺年齢を推定するコンピューター装置である。
プリンター50は、印刷用の画像データに基づいて、用紙等の記録媒体上に画像を印刷する。
ビューアー端末60は、表示部、操作部等を備える表示装置であり、表示部に各種画面を表示する。
図2に、データ管理サーバー30の機能的構成を示す。データ管理サーバー30は、制御部31、通信部32、記憶部33等を備えて構成されており、各部はバス34により接続されている。
制御部31は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)等から構成され、データ管理サーバー30の各部の処理動作を統括的に制御する。具体的には、CPUは、記憶部33に記憶されている各種処理プログラムを読み出してRAMに展開し、当該プログラムとの協働により各種処理を行う。
通信部32は、ネットワークインターフェース等により構成され、通信ネットワークNを介して接続された外部機器との間でデータの送受信を行う。例えば、通信部32は、放射線撮影装置10により患者を撮影して得られた医用画像の画像データを受信する。また、通信部32は、画像解析装置40からの要求に応じて、医用画像の画像データや肺年齢等のデータを画像解析装置40に送信する。
記憶部33は、HDD(Hard Disk Drive)や不揮発性の半導体メモリー等により構成され、各種処理プログラム、当該プログラムの実行に必要なパラメーターやファイル等を記憶している。
記憶部33には、画像管理テーブルT1、患者テーブルT2が記憶されている。また、記憶部33は、医用画像記憶領域331を有し、医用画像記憶領域331には、医用画像の画像データが記憶されている。
図3に、画像管理テーブルT1の例を示す。画像管理テーブルT1には、医用画像ごとに、患者ID、検査ID、部位、画像UID、検査日、肺年齢等が対応付けられている。
患者IDは、患者の識別情報である。
検査IDは、検査の識別情報である。
部位は、放射線撮影装置10における検査対象部位である。
画像UIDは、医用画像を特定するための識別情報である。
検査日は、放射線撮影装置10において検査(撮影)が行われた日付である。
肺年齢は、画像UIDにより特定される医用画像から推定された肺年齢である。
患者テーブルT2には、患者ごとに、患者ID、氏名、生年月日、年齢(実年齢)、性別、身長、体重等が対応付けられている。
図4に、画像解析装置40の機能的構成を示す。画像解析装置40は、制御部41、表示部42、操作部43、通信部44、記憶部45、肺年齢推定部46等を備えて構成されており、各部はバス47により接続されている。
制御部41は、CPU、RAM等から構成され、画像解析装置40の各部の処理動作を統括的に制御する。具体的には、CPUは、記憶部45に記憶されている各種処理プログラムを読み出してRAMに展開し、当該プログラムとの協働により各種処理を行う。
表示部42は、LCD(Liquid Crystal Display)等のモニターを備えて構成されており、制御部41から入力される表示信号の指示に従って、各種画面を表示する。
操作部43は、カーソルキー、文字・数字入力キー及び各種機能キー等を備えたキーボードと、マウス等のポインティングデバイスを備えて構成され、キーボードに対するキー操作やマウス操作により入力された操作信号を制御部41に出力する。また、操作部43が、表示部42に積層されたタッチパネルにより構成される場合には、ユーザーの指等によるタッチ操作の位置に応じた操作信号を制御部41に出力する。
通信部44は、ネットワークインターフェース等により構成され、通信ネットワークNを介して接続された外部機器との間でデータの送受信を行う。例えば、通信部44は、放射線撮影装置10により診断対象患者を撮影して得られた医用画像の画像データを受信する。すなわち、通信部44は、診断対象患者を撮影して得られた医用画像を取得する取得部である。また、通信部44は、データ管理サーバー30から、医用画像の画像データや肺年齢等のデータを受信する。
記憶部45は、HDDや不揮発性の半導体メモリー等により構成され、各種処理プログラム、当該プログラムの実行に必要なパラメーターやファイル等を記憶している。
肺年齢推定部46は、取得された医用画像から呼吸機能を示す指標値としての肺年齢を推定する。肺年齢推定部46は、記憶部45に格納されたプログラムと制御部41のCPUとの協働によってソフトウェア処理で実現される。
肺年齢推定部46は、予め用意された患者の医用画像(胸部X線画像)を入力データとし、当該患者に対応する肺年齢を出力データとしてディープラーニングを行った学習結果を有している(シングルモーダル)。ディープラーニングに用いる肺年齢は、患者が実際に行ったスパイロメーター検査の測定値(1秒量)から算出した値である。肺年齢推定部46は、ディープラーニングの学習結果に基づいて、診断対象患者の医用画像から肺年齢を推定する。
なお、診断対象患者の医用画像として静止画像を用いる場合には、静止画像を入力データとしてディープラーニングを行い、診断対象患者の医用画像として動態画像を用いる場合には、動態画像を入力データとしてディープラーニングを行う。
制御部41は、肺年齢推定部46により推定された肺年齢を、出力部としての表示部42に表示させる。
制御部41は、肺年齢推定部46により推定された肺年齢を、出力部としてのプリンター50に印刷させる。
制御部41は、肺年齢推定部46により推定された肺年齢を、出力部としての通信部44を介して、外部機器へ送信する(データ出力)。
次に、第1の実施の形態の医用画像解析システム100における動作について説明する。
図5は、画像解析装置40により実行される第1の肺年齢推定処理を示すフローチャートである。
まず、制御部41は、通信部44を介して放射線撮影装置10から診断対象患者の胸部を撮影して得られた医用画像を受信する(ステップS1)。なお、制御部41は、データ管理サーバー30から診断対象患者の医用画像を取得することとしてもよい。
次に、肺年齢推定部46は、診断対象患者の医用画像から肺年齢を推定する(ステップS2)。具体的には、肺年齢推定部46は、ディープラーニングを行った学習結果に基づいて、ステップS1で受信した医用画像を入力データとして、肺年齢を出力する。
次に、制御部41は、推定された肺年齢を表示部42に表示させる(ステップS3)。
図6に、表示部42に表示される肺年齢表示画面421の例を示す。肺年齢表示画面421には、医用画像表示領域421A、患者ID表示領域421B、肺年齢表示領域421C、実年齢との差表示領域421Dが含まれている。
医用画像表示領域421Aには、診断対象患者の医用画像が表示される。
患者ID表示領域421Bには、診断対象患者の患者IDが表示される。
肺年齢表示領域421Cには、診断対象患者の医用画像から推定された肺年齢が表示される。
実年齢との差表示領域421Dには、診断対象患者の肺年齢から診断対象患者の実年齢を引いた値が表示される。
また、制御部41は、肺年齢推定部46により推定された肺年齢を、プリンター50に印刷させることとしてもよい。図7に、プリンター50により印刷された肺年齢の出力例を示す。
次に、制御部41は、医用画像から推定された肺年齢を、通信部44を介して、データ管理サーバー30に送信する(ステップS4)。
データ管理サーバー30では、制御部31が、放射線撮影装置10から受信した診断対象患者の医用画像の画像データを記憶部33の医用画像記憶領域331に記憶させるとともに、当該医用画像に係るデータ(患者ID、検査ID、部位、画像UID、検査日、肺年齢)を記憶部33の画像管理テーブルT1に格納する。画像管理テーブルT1に格納される肺年齢は、画像解析装置40から受信したものである。なお、診断対象患者の医用画像の画像データは、画像解析装置40から受信してもよい。このようにして、データ管理サーバー30には、医用画像の画像データ、肺年齢等のデータが蓄積されていく。
以上で、第1の肺年齢推定処理が終了する。
以上説明したように、第1の実施の形態によれば、診断対象患者を撮影して得られた医用画像から肺年齢(呼吸機能を示す指標値)を推定するので、COPDの早期発見及び予防の促進を図るとともに、患者の負担を軽減することができる。従来、肺年齢は、COPDの患者や、COPDの疑いがある患者が行う肺機能検査(スパイロメーター検査)により測定(算出)されていたが、第1の実施の形態によれば、定期検診等において放射線撮影装置10で撮影される胸部X線画像から肺年齢を推定することができるため、スパイロメーターを通常使わない環境でCOPDの早期発見が見込める。
[第2の実施の形態]
次に、本発明を適用した第2の実施の形態について説明する。
第2の実施の形態における医用画像解析システムは、第1の実施の形態に示した医用画像解析システム100と同様の構成によってなるため、図1〜図4を援用し、その構成については図示及び説明を省略する。以下、第2の実施の形態に特徴的な構成及び処理について説明する。
第2の実施の形態における画像解析装置40の肺年齢推定部46は、予め用意された患者の医用画像及び臨床データを入力データとし、当該患者に対応する肺年齢を出力データとしてディープラーニングを行った学習結果を有している(マルチモーダル)。肺年齢推定部46は、ディープラーニングの学習結果に基づいて、診断対象患者の医用画像及び臨床データから肺年齢を推定する。
臨床データは、性別、実年齢、身長、体重、血圧、脈拍、SpOの少なくとも一つを含む。
例えば、予め用意された患者の医用画像の画像データと実年齢・血圧等の数値データを入力データとし、当該患者に対するスパイロメーター検査により測定された肺年齢を出力データ(正解データ)として対応付けてディープラーニングを行うことで、マルチモーダルなデータの学習を行う。これにより、画像データと数値データの特徴量を統合して肺年齢を推定することが可能となり、推定精度が向上する。
制御部41は、肺年齢推定部46により推定された肺年齢を出力部としての表示部42に表示させる。
制御部41は、診断対象患者の過去の医用画像から推定された肺年齢の全て又は一部と、診断対象患者の最新の医用画像から推定された肺年齢と、を表示部42に表示させる。
制御部41は、診断対象患者の過去の医用画像から推定された肺年齢の全て又は一部と、診断対象患者の最新の医用画像から推定された肺年齢と、をグラフ化して表示部42に表示させる。
制御部41は、診断対象患者の過去の医用画像と診断対象患者の最新の医用画像の全て又は一部を表示部42に表示させる。
制御部41は、肺年齢推定部46により推定された肺年齢から異常を検出する。すなわち、制御部41は、異常検出部として機能する。
次に、第2の実施の形態の医用画像解析システムにおける動作について説明する。
図8は、画像解析装置40により実行される第2の肺年齢推定処理を示すフローチャートである。
まず、制御部41は、通信部44を介して放射線撮影装置10から診断対象患者の胸部を撮影して得られた医用画像を受信する(ステップS11)。
次に、ユーザーが操作部43から診断対象患者の臨床データを入力すると、制御部41は、入力された臨床データを取得する(ステップS12)。
次に、肺年齢推定部46は、診断対象患者の医用画像及び臨床データから肺年齢を推定する(ステップS13)。具体的には、肺年齢推定部46は、ディープラーニングを行った学習結果に基づいて、診断対象患者の医用画像及び臨床データを入力データとして、肺年齢を出力する。
次に、制御部41は、同一患者の過去の医用画像及び肺年齢をデータ管理サーバー30から取得する(ステップS14)。具体的には、制御部41は、通信部44を介して、データ管理サーバー30に、診断対象患者の過去の医用画像及び肺年齢の取得要求を送信する。取得要求には、診断対象患者の患者IDが含まれる。
データ管理サーバー30の制御部31は、記憶部33の画像管理テーブルT1を参照して、診断対象患者の患者IDに対応する画像UID、検査日、肺年齢等を取得し、画像UIDから医用画像を特定する。制御部31は、通信部32を介して、診断対象患者の過去の医用画像、検査日、肺年齢を画像解析装置40に送信する。
画像解析装置40の制御部41は、通信部44を介して、データ管理サーバー30から診断対象患者の過去の医用画像、検査日、肺年齢を取得する。制御部41は、最新及び過去の医用画像に対応する検査日、肺年齢に基づいて、検査日に沿って、肺年齢の推移(経時変化)をグラフ化する(ステップS15)。
次に、制御部41は、診断対象患者の医用画像と、肺年齢のグラフを表示部42に表示させる(ステップS16)。
図9に、表示部42に表示される肺年齢表示画面422の例を示す。肺年齢表示画面422には、医用画像表示領域422A、患者ID表示領域422B、肺年齢推移グラフ表示領域422Cが含まれている。
医用画像表示領域422Aには、診断対象患者の最新の医用画像(ステップS11で受信した医用画像)が表示される。
患者ID表示領域422Bには、診断対象患者の患者IDが表示される。
肺年齢推移グラフ表示領域422Cには、診断対象患者の最新及び過去の医用画像から推定された肺年齢の推移を示すグラフが表示される。グラフの横軸は時間であり、縦軸は肺年齢である。
肺年齢をグラフ化する際には、過去の医用画像に対応する肺年齢の全てを使用する必要はなく、肺年齢の推移を認識可能な程度にデータを間引いて使用してもよい。また、現在に近い方から所定数分の肺年齢のデータを使用してもよい。
図10に、表示部42に表示される別の肺年齢表示画面423の例を示す。肺年齢表示画面423には、過去画像表示領域423A〜423C、最新画像表示領域423D、肺年齢推移グラフ表示領域423Eが含まれている。
過去画像表示領域423A〜423Cには、診断対象患者の過去の医用画像が表示される。
最新画像表示領域423Dには、診断対象患者の最新の医用画像が表示される。
肺年齢推移グラフ表示領域423Eには、診断対象患者の最新及び過去の医用画像から推定された肺年齢の推移を示すグラフが表示される。
また、制御部41は、肺年齢のグラフを、プリンター50に印刷させることとしてもよい。図11に、プリンター50により印刷された肺年齢推移グラフの出力例を示す。
次に、制御部41は、肺年齢推定部46により推定された肺年齢から異常を検出したか否かを判断する(ステップS17)。例えば、制御部41は、ステップS13で推定された肺年齢が実年齢より所定値以上大きい場合や、過去の肺年齢も含めて、肺年齢の推移から肺の状態が急激に悪化してきている場合(悪化の度合いが予め定められた基準より大きい場合)等に、異常があると判断する。
異常を検出した場合には(ステップS17;YES)、制御部41は、異常を検出したことを通知する(ステップS18)。具体的には、制御部41は、異常を検出したことを表示部42に表示させる。検出した異常の通知方法としては、制御部41は、推定された肺年齢自体や、実年齢との差分値を表示することで、異常を示してもよいし、表示する数値(異常と判断した数値)を他とは異なる色や太字等で強調表示してもよい。また、制御部41は、異常の度合いを緊急度等の別の指標値やレベル等で示してもよい。また、異常の度合いが大きいものから診断してもらえるように、患者リスト等で異常の度合いが大きいものを優先的に表示してもよい。
ステップS18の後、又は、ステップS17において、異常を検出しなかった場合には(ステップS17;NO)、制御部41は、医用画像から推定された肺年齢を、通信部44を介して、データ管理サーバー30に送信する(ステップS19)。
データ管理サーバー30では、制御部31が、最新の医用画像の画像データを記憶部33の医用画像記憶領域331に記憶させるとともに、当該医用画像に係るデータ(患者ID、検査ID、部位、画像UID、検査日、肺年齢)を記憶部33の画像管理テーブルT1に格納する。
以上で、第2の肺年齢推定処理が終了する。
以上説明したように、第2の実施の形態によれば、診断対象患者を撮影して得られた医用画像から肺年齢(呼吸機能を示す指標値)を推定するので、COPDの早期発見及び予防の促進を図るとともに、患者の負担を軽減することができる。
特に、過去の医用画像から推定された肺年齢と、最新の医用画像から推定された肺年齢と、を表示させることによって、診断対象患者の肺年齢の推移を確認することができる。また、肺年齢の経時変化をグラフ化することで、より見やすくなる。
[変形例]
次に、第2の実施の形態の変形例について説明する。
変形例では、画像解析装置40の制御部41は、さらに、診断対象患者について予測される将来の肺年齢を表示部42に表示させる。具体的には、制御部41は、LSTM(Long Short-Term Memory)を用いて、一次元時系列データ(肺年齢)の今後の推移を予測する。制御部41は、予め収集された、予防活動を行っていない患者の肺年齢(スパイロメーター検査により得られた実測値)の推移データを利用して、肺年齢の推移の一部を入力データとし、推移から計算される予測値を出力データとして、実際に推移した値(入力データに用いなかった推移データの一部)と誤差をとることで学習を行い、肺年齢の予測を実現する。
また、制御部41は、診断対象患者が予防活動を行った場合の肺年齢の予測値を求め、表示部42に表示させる。具体的には、制御部41は、予め収集された、予防活動を行った患者の肺年齢(スパイロメーター検査により得られた実測値)の推移データを利用して、肺年齢の推移の一部を入力データとし、推移から計算される予測値を出力データとして、実際に推移した値(入力データに用いなかった推移データの一部)と誤差をとることで学習を行い、肺年齢の予測を実現する。
図12に、画像解析装置40の表示部42に表示される肺年齢表示画面424の例を示す。肺年齢表示画面424には、過去画像表示領域424A,424B、最新画像表示領域424C、肺年齢推移グラフ表示領域424Dが含まれている。
過去画像表示領域424A,424Bには、診断対象患者の過去の医用画像が表示される。
最新画像表示領域424Cには、診断対象患者の最新の医用画像が表示される。
肺年齢推移グラフ表示領域424Dには、診断対象患者の最新及び過去の医用画像から推定された肺年齢の推移に予測値を加えたグラフが表示される。グラフG1が予防を行わない場合の予測値であり、グラフG2が予防を行う場合の予測値である。
変形例によれば、これまでの診断対象患者の肺年齢(呼吸機能を示す指標値)の推移だけでなく、条件別(予防の有無等)に求めた将来の予測値を示すことで、患者に注意を喚起することができる。
[第3の実施の形態]
次に、本発明を適用した第3の実施の形態について説明する。
第3の実施の形態における医用画像解析システムは、第1の実施の形態に示した医用画像解析システム100と同様の構成によってなるため、図1〜図4を援用し、その構成については図示及び説明を省略する。以下、第3の実施の形態に特徴的な構成及び処理について説明する。
第3の実施の形態においても、画像解析装置40の肺年齢推定部46は、第2の実施の形態と同様、予め用意された患者の医用画像及び臨床データを入力データとし、当該患者に対応する肺年齢を出力データとしてディープラーニングを行った学習結果に基づいて、診断対象患者の医用画像及び臨床データから肺年齢を推定する。
第3の実施の形態では、データ管理サーバー30は、画像解析装置40の肺年齢推定部46と同様、医用画像及び臨床データから肺年齢を推定するためのディープラーニングの学習結果を有している。制御部31は、予め複数の医用画像(胸部画像)及び臨床データを入力データ、肺年齢を出力データ(正解データ)として予め学習しておく。また、ディープラーニングに用いた医用画像、臨床データ、肺年齢(実測値)のデータ(学習用データ)は、対応付けられて記憶部33に記憶されている。
データ管理サーバー30の制御部31は、画像解析装置40から診断対象患者の医用画像又は肺年齢を取得し、記憶部33に記憶されている医用画像(ディープラーニングに用いた医用画像)の中から、診断対象患者の医用画像と類似した症例の医用画像を検索する。例えば、画像同士が似ているものを抽出する場合には、ディープラーニングの特徴量を利用する。制御部31は、予め学習させた胸部画像の中で、学習したネットワークの推論処理から出力される診断対象患者の胸部画像(特に、肺領域)の特徴ベクトルとの類似度が高いものから順に所定数の画像を、類似画像として取得する。
また、制御部31は、医用画像に対応する肺年齢が診断対象患者に対して推定された肺年齢に近い医用画像を、類似画像として取得することとしてもよい。肺年齢が近いとは、肺年齢が一致しているか、又は、肺年齢同士の差が所定値以内であることをいう。
画像解析装置40の制御部41は、診断対象患者の医用画像と類似した症例の医用画像を表示部42に表示させる。診断対象患者の医用画像と類似していると判断する際の基準となる範囲や、表示される類似画像の数等のパラメーターは、予め設定されていてもよいし、ユーザーが指定できるものとしてもよい。
次に、第3の実施の形態の医用画像解析システムにおける動作について説明する。
図13は、画像解析装置40により実行される第3の肺年齢推定処理を示すフローチャートである。
ステップS21〜ステップS23の処理は、第2の肺年齢推定処理のステップS11〜ステップS13の処理と同様であるため、説明を省略する。
次に、制御部41は、診断対象患者の医用画像と類似した別患者の医用画像、肺年齢及び実年齢をデータ管理サーバー30から取得する(ステップS24)。具体的には、制御部41は、通信部44を介して、データ管理サーバー30に、診断対象患者の医用画像と類似した別患者の医用画像、肺年齢及び実年齢の取得要求を送信する。取得要求には、診断対象患者の医用画像が含まれる。
データ管理サーバー30の制御部31は、学習に用いた医用画像の中から、診断対象患者の医用画像の特徴ベクトルとの類似度が高いものから順に所定数の画像を抽出する。また、制御部31は、抽出された医用画像に対応する肺年齢を学習用データから取得し、抽出された医用画像に対応する実年齢を臨床データ(学習用データ)から取得する。制御部31は、通信部32を介して、診断対象患者の医用画像と類似した別患者の医用画像、肺年齢及び実年齢を画像解析装置40に送信する。
肺年齢に基づいて類似画像を取得する場合には、画像解析装置40からデータ管理サーバー30に送信される取得要求に、診断対象患者の医用画像に対して推定された肺年齢が含まれる。
データ管理サーバー30の制御部31は、記憶部33の画像管理テーブルT1を参照して、診断対象患者の肺年齢と近い「肺年齢」を含むレコードを抽出し、このレコードに対応する患者ID、画像UID、肺年齢等を取得し、患者IDに対応する実年齢を患者テーブルT2から取得するとともに、画像UIDから医用画像を特定する。制御部31は、通信部32を介して、類似した別患者の医用画像、肺年齢及び実年齢を画像解析装置40に送信する。
なお、肺年齢に基づいて類似画像を抽出する際にも、医用画像の特徴ベクトルを用いる場合と同様、学習用データから類似した別患者の医用画像を抽出してもよい。
画像解析装置40の制御部41は、診断対象患者と、別患者のそれぞれについて、医用画像、肺年齢及び実年齢を表示部42に表示させる(ステップS25)。
図14に、表示部42に表示される肺年齢表示画面425の例を示す。肺年齢表示画面425には、診断対象画像表示領域425A、実年齢表示領域425B、肺年齢表示領域425C、類似画像表示領域425D、実年齢表示領域425E、肺年齢表示領域425Fが含まれている。
診断対象画像表示領域425Aには、診断対象患者の医用画像が表示される。
実年齢表示領域425Bには、診断対象患者の実年齢が表示される。
肺年齢表示領域425Cには、診断対象患者の肺年齢が表示される。
類似画像表示領域425Dには、診断対象患者の医用画像と類似した別患者の医用画像が表示される。
実年齢表示領域425Eには、別患者の実年齢が表示される。
肺年齢表示領域425Fには、別患者の肺年齢が表示される。
次に、制御部41は、医用画像から推定された肺年齢を、通信部44を介して、データ管理サーバー30に送信する(ステップS26)。なお、診断対象患者の医用画像と類似した別患者の医用画像を取得する際に、データ管理サーバー30に診断対象患者の肺年齢を送信している場合には、本ステップで送信する必要はない。
データ管理サーバー30では、制御部31が、診断対象患者の医用画像の画像データを記憶部33の医用画像記憶領域331に記憶させるとともに、当該医用画像に係るデータ(患者ID、検査ID、部位、画像UID、検査日、肺年齢)を記憶部33の画像管理テーブルT1に格納する。
以上で、第3の肺年齢推定処理が終了する。
以上説明したように、第3の実施の形態によれば、診断対象患者を撮影して得られた医用画像から肺年齢(呼吸機能を示す指標値)を推定するので、COPDの早期発見及び予防の促進を図るとともに、患者の負担を軽減することができる。
また、診断対象患者の医用画像と、類似した症例の医用画像を並べて表示することで、診断対象患者の診断を容易に行うことができる。
診断対象患者と胸部画像(特に、肺領域)が似ている別患者、近い肺年齢を持つ別患者の医用画像の中で、類似度が高い症例から、診断対象患者と抽出された別患者の実年齢を比較することで、特に肺年齢が実年齢より高い場合、患者自身の予防活動を促進することができる。また、医師が診断対象患者の読影を行う際、類似画像の検索結果から、肺年齢が同等の類似画像、すなわち、同じ呼吸機能状態の患者の肺の様子を参考にしながら読影を行えるため、読影を補助することが可能となる。
[第4の実施の形態]
次に、本発明を適用した第4の実施の形態について説明する。
第4の実施の形態における医用画像解析システムは、第1の実施の形態に示した医用画像解析システム100と同様の構成によってなるため、図1〜図4を援用し、その構成については図示及び説明を省略する。以下、第4の実施の形態に特徴的な構成及び処理について説明する。
第4の実施の形態においても、画像解析装置40の肺年齢推定部46は、第2の実施の形態と同様、予め用意された患者の医用画像及び臨床データを入力データとし、当該患者に対応する肺年齢を出力データとしてディープラーニングを行った学習結果に基づいて、診断対象患者の医用画像及び臨床データから肺年齢を推定する。
画像解析装置40の制御部41は、診断対象患者と所定の条件が同じ健常者の医用画像を表示部42に表示させる。所定の条件として、例えば、年代、性別、身長等が挙げられる。「年代が同じ」には、診断対象患者と健常者の年齢が同じか、診断対象患者と健常者の年齢差が所定値(例えば、3歳等)以内の場合が含まれる。また、「身長が同じ」には、診断対象患者と健常者の身長が同じか、診断対象患者と健常者の身長差が所定値(例えば、3cm等)以内の場合が含まれる。
データ管理サーバー30の制御部31は、画像解析装置40からの取得要求に応じて、例えば、同年代健常者の医用画像を検索する。制御部31は、診断対象患者と実年齢が同じか、又は、診断対象患者の実年齢に対してプラス・マイナスσ以内であって、実年齢が肺年齢以上の同年代健常者を検索し、何例か抽出する。そして、制御部31は、抽出された同年代健常者に対応する医用画像を特定する。同年代と判断するために用いる閾値σや、同年代健常者の抽出数等のパラメーターは予め設定されていてもよいし、ユーザーが指定できるものとしてもよい。
次に、第4の実施の形態の医用画像解析システムにおける動作について説明する。
図15は、画像解析装置40により実行される第4の肺年齢推定処理を示すフローチャートである。
ステップS31〜ステップS33の処理は、第2の肺年齢推定処理のステップS11〜ステップS13の処理と同様であるため、説明を省略する。
次に、制御部41は、診断対象患者と同年代の健常者の医用画像、肺年齢及び実年齢をデータ管理サーバー30から取得する(ステップS34)。具体的には、制御部41は、通信部44を介して、データ管理サーバー30に、診断対象患者と同年代の健常者の医用画像、肺年齢及び実年齢の取得要求を送信する。取得要求には、診断対象患者の実年齢が含まれる。
データ管理サーバー30の制御部31は、記憶部33の患者テーブルT2の「年齢」フィールドを参照して、診断対象患者と実年齢が同じか、実年齢に対してプラス・マイナスσ以内の患者を抽出する。そして、制御部31は、抽出された患者の肺年齢を記憶部33の画像管理テーブルT1から取得し、実年齢が肺年齢以上のものを同年代健常者とする。さらに、制御部31は、記憶部33の画像管理テーブルT1を参照して、同年代健常者(健常者の患者ID)に対応する画像UIDを取得し、画像UIDから医用画像を特定する。制御部31は、通信部32を介して、診断対象患者と同年代の健常者の医用画像、肺年齢、実年齢を画像解析装置40に送信する。
画像解析装置40の制御部41は、診断対象患者と、健常者のそれぞれについて、医用画像、肺年齢及び実年齢を表示部42に表示させる(ステップS35)。
図16に、表示部42に表示される肺年齢表示画面426の例を示す。肺年齢表示画面426には、診断対象画像表示領域426A、実年齢表示領域426B、肺年齢表示領域426C、同年代健常者画像表示領域426D、実年齢表示領域426E、肺年齢表示領域426Fが含まれている。
診断対象画像表示領域426Aには、診断対象患者の医用画像が表示される。
実年齢表示領域426Bには、診断対象患者の実年齢が表示される。
肺年齢表示領域426Cには、診断対象患者の肺年齢が表示される。
同年代健常者画像表示領域426Dには、同年代健常者の医用画像が表示される。
実年齢表示領域426Eには、同年代健常者の実年齢が表示される。
肺年齢表示領域426Fには、同年代健常者の肺年齢が表示される。
肺年齢表示画面426において、さらに、同年代の患者における肺年齢の平均値426Gを表示させることとしてもよい。
次に、制御部41は、医用画像から推定された肺年齢を、通信部44を介して、データ管理サーバー30に送信する(ステップS36)。
データ管理サーバー30では、制御部31が、診断対象患者の医用画像の画像データを記憶部33の医用画像記憶領域331に記憶させるとともに、当該医用画像に係るデータ(患者ID、検査ID、部位、画像UID、検査日、肺年齢)を記憶部33の画像管理テーブルT1に格納する。
以上で、第4の肺年齢推定処理が終了する。
以上説明したように、第4の実施の形態によれば、診断対象患者を撮影して得られた医用画像から肺年齢(呼吸機能を示す指標値)を推定するので、COPDの早期発見及び予防の促進を図るとともに、患者の負担を軽減することができる。
また、診断対象患者と同年代の健常者の医用画像、実年齢、肺年齢を表示させることで、特に、診断対象患者の肺年齢が実年齢より高い場合に、患者自身の予防活動を促進することができる。
また、同年代の患者における肺年齢の平均値を表示させることで、診断対象患者の肺年齢と比較させることができる。
なお、上記各実施の形態における記述は、本発明に係る医用画像解析システムの例であり、これに限定されるものではない。システムを構成する各装置の細部構成及び細部動作に関しても本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
例えば、各実施の形態において特徴的な処理を組み合わせることとしてもよい。
また、上記各実施の形態では、医用画像から推定する呼吸機能を示す指標値として肺年齢を用いた場合について説明したが、これに限定されるものではない。肺年齢以外の指標値として、肺活量、%肺活量、努力性肺活量、1秒量、1秒率等が挙げられる。
肺活量は、空気を胸いっぱいに吸い込み、それを全て吐き出した時の空気の量である。
%肺活量は、年齢・性別から算出された予測肺活量(基準値)に対しての、実測肺活量の比率である。
努力性肺活量は、胸いっぱいに息を吸い込み、勢いよく一気に吐き出した空気の量である。
1秒量は、努力性肺活量のうちの最初の1秒間に吐き出した空気の量である。
1秒率は、1秒量を努力性肺活量で割った割合(%)である。
また、上記各実施の形態では、医用画像と肺年齢(指標値)との対応関係を、テーブル(画像管理テーブルT1)を用いて管理することとしたが、DICOM画像の構造化レポート(SR:Structured Report)にテキストとして保存することとしてもよい。
図17に、医用画像と構造化レポートとを対応付けて保存する過去データの保存方法を示す。
また、上記各実施の形態では、肺年齢推定部46がディープラーニングにより得られた学習結果を用いて肺年齢(指標値)を推定する場合について説明したが、動態画像(連続的に撮影したX線動画像)の、正面及び側面の画像の肺野内濃度変化値から肺の体積変化を算出し、そこから1秒量・1秒率を算出することで、医用画像から呼吸機能を示す指標値を推定することとしてもよい。
また、肺年齢等の推定データは、医用画像と対応付けて記憶されていてもよいし、医用画像のみを記憶しておき、使用する際にその都度医用画像から推定することとしてもよい。
また、肺年齢に関する情報の表示方法を、ユーザーが選択可能としてもよい。例えば、肺年齢を数値/グラフで表示するか、予測値を含めるか否か、類似画像を表示するか否か、同年代健常者の医用画像を表示するか否か等を、ユーザーが任意に選択できることとする。
また、各処理に含まれる各プロセスは、同一機器上で行われてもよいし、複数の装置上で行われてもよい。
例えば、コンソール20が、医用画像を取得する取得部と、医用画像から肺年齢(呼吸機能を示す指標値)を推定する推定部と、推定された肺年齢を出力部に出力させる制御部と、を備えていることとしてもよい。この場合、コンソール20において、放射線撮影装置10から取得した医用画像から肺年齢を推定し、コンソール20から肺年齢をビューアー端末60に送信して、肺年齢をビューアー端末60の表示部に表示させる。この際、ビューアー端末60の操作部からの操作に応じて、コンソール20からビューアー端末60に肺年齢を送信することとしてもよい。また、コンソール20から肺年齢を含む印刷用データをプリンター50に送信して、肺年齢をプリンター50で印刷させることとしてもよい。
また、患者が保有するスマートフォン等の端末装置において、患者による端末装置の操作部からの操作に応じて、データ管理サーバー30から最新及び/又は過去の医用画像と肺年齢を取得し、取得した医用画像と肺年齢を端末装置の表示部に表示することとしてもよい。スマートフォン等において、直接患者に肺年齢等の推定結果を提示する際に、予防法や、医師からのコメント(アドバイス)等を表示することとしてもよい。
また、データ管理サーバー30が、医用画像を取得する取得部と、医用画像から肺年齢(呼吸機能を示す指標値)を推定する推定部と、推定された肺年齢を出力部に出力させる制御部と、を備えていることとしてもよい。この場合、データ管理サーバー30が、肺年齢をビューアー端末60の表示部やスマートフォンに表示させたり、肺年齢をプリンター50に印刷させたりする。
また、医用画像から肺年齢等の呼吸機能を示す指標値を推定する処理を、クラウドサーバー等の遠隔地で行い、推定結果を取得して利用してもよい。
また、ディープラーニングに用いる学習用データとして、健康診断の受診者の医用画像と、受診者に対するスパイロメーター検査により得られた肺年齢と、を利用することとしてもよい。
以上の説明では、各処理を実行するためのプログラムを格納したコンピューター読み取り可能な媒体としてHDDや不揮発性の半導体メモリーを使用した例を開示したが、この例に限定されない。その他のコンピューター読み取り可能な媒体として、CD−ROM等の可搬型記録媒体を適用することも可能である。また、プログラムのデータを通信回線を介して提供する媒体として、キャリアウェーブ(搬送波)を適用することとしてもよい。
10 放射線撮影装置
20 コンソール
30 データ管理サーバー
31 制御部
32 通信部
33 記憶部
40 画像解析装置
41 制御部
42 表示部
43 操作部
44 通信部
45 記憶部
46 肺年齢推定部
50 プリンター
60 ビューアー端末
100 医用画像解析システム
331 医用画像記憶領域
N 通信ネットワーク
T1 画像管理テーブル
T2 患者テーブル

Claims (18)

  1. 診断対象患者を撮影して得られた医用画像を取得する取得部と、
    当該取得された医用画像から呼吸機能を示す指標値を推定する推定部と、
    当該推定された指標値を出力部に出力させる制御部と、
    を備える医用画像解析システム。
  2. 前記指標値は、スパイロメーターにより測定される測定値、又は、当該測定値から算出される値である請求項1に記載の医用画像解析システム。
  3. 前記指標値は、肺年齢である請求項2に記載の医用画像解析システム。
  4. 前記医用画像は、胸部単純X線画像である請求項1から3のいずれか一項に記載の医用画像解析システム。
  5. 前記医用画像は、動態画像である請求項1から3のいずれか一項に記載の医用画像解析システム。
  6. 前記出力部は、前記推定された指標値を表示する表示部である請求項1から5のいずれか一項に記載の医用画像解析システム。
  7. 前記制御部は、前記診断対象患者の過去の医用画像から推定された指標値の全て又は一部と、前記診断対象患者の最新の医用画像から推定された指標値と、を前記表示部に表示させる請求項6に記載の医用画像解析システム。
  8. 前記制御部は、前記診断対象患者の過去の医用画像から推定された指標値の全て又は一部と、前記診断対象患者の最新の医用画像から推定された指標値と、をグラフ化して前記表示部に表示させる請求項7に記載の医用画像解析システム。
  9. 前記制御部は、前記診断対象患者の過去の医用画像と前記診断対象患者の最新の医用画像の全て又は一部を前記表示部に表示させる請求項6から8のいずれか一項に記載の医用画像解析システム。
  10. 前記制御部は、前記診断対象患者の医用画像と類似した症例の医用画像を前記表示部に表示させる請求項6から9のいずれか一項に記載の医用画像解析システム。
  11. 前記制御部は、前記診断対象患者と所定の条件が同じ健常者の医用画像を前記表示部に表示させる請求項6から10のいずれか一項に記載の医用画像解析システム。
  12. 前記制御部は、前記診断対象患者について予測される将来の指標値を前記表示部に表示させる請求項6から11のいずれか一項に記載の医用画像解析システム。
  13. 前記推定された指標値から異常を検出する異常検出部を備える請求項1から12のいずれか一項に記載の医用画像解析システム。
  14. 前記推定部は、予め用意された患者の医用画像を入力データとし、当該患者に対応する指標値を出力データとしてディープラーニングを行った学習結果に基づいて、前記診断対象患者の医用画像から指標値を推定する請求項1から13のいずれか一項に記載の医用画像解析システム。
  15. 前記推定部は、予め用意された患者の医用画像及び臨床データを入力データとし、当該患者に対応する指標値を出力データとしてディープラーニングを行った学習結果に基づいて、前記診断対象患者の医用画像及び臨床データから指標値を推定する請求項1から13のいずれか一項に記載の医用画像解析システム。
  16. 前記臨床データは、性別、実年齢、身長、体重、血圧、脈拍、SpOの少なくとも一つを含む請求項15に記載の医用画像解析システム。
  17. コンピューターを、
    診断対象患者を撮影して得られた医用画像を取得する取得部、
    当該取得された医用画像から呼吸機能を示す指標値を推定する推定部、
    当該推定された指標値を出力部に出力させる制御部、
    として機能させるためのプログラム。
  18. 診断対象患者を撮影して得られた医用画像を取得する取得工程と、
    当該取得された医用画像から呼吸機能を示す指標値を推定する推定工程と、
    当該推定された指標値を出力部に出力させる出力工程と、
    を含む医用画像解析方法。
JP2019217677A 2019-12-02 2019-12-02 医用画像解析システム、プログラム及び医用画像解析方法 Pending JP2021087464A (ja)

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