JP2022090408A - 医用情報処理装置および医用情報処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザの労力を低減しつつ最適なパラメータを設定することのできる医用情報処理装置を提供する。【解決手段】医用情報処理装置１は、受付部１５１と、最適化部１５２とを含む。受付部は、撮像に関する複数のパラメータのうち、１以上のパラメータに関してユーザが所望する設定を受付ける。最適化部は、ユーザが所望する設定を制約条件または目的関数として設定し、目的関数を用いた最適化処理を実行することにより、複数のパラメータを最適化する。【選択図】図１

Description

本明細書及び図面に開示の実施形態は、医用情報処理装置および医用情報処理方法に関する。

被検体を撮像する場合は、検査オーダおよび被検体の状態に基づいて撮像に関するパラメータを入力する。例えば、磁気共鳴イメージング装置（Magnetic Resonance Imaging：ＭＲＩ）により被検体を撮像する場合は、複数の撮像シーケンスによって複数の画像を取得することが多く、様々なパラメータを設定する必要がある。
パラメータは相互に関連しているため、パラメータ間の相互関係が複雑な場合、パラメータの設定値が最適であることの保証がない。また、ユーザインタフェースに一貫性がないことも多く、パラメータの設定順序によっては、過去に設定したパラメータと同一の条件を入力できないなど、最適値の探索に試行錯誤が必要となる場合もある。

ＷＯ２０１３－１６５８８８ 米国特許出願公開２０１２－８４５４１号公報

本明細書および図面に開示の実施形態が解決しようとする課題の一つは、ユーザの労力を低減しつつ最適なパラメータを設定できることである。
ただし、本明細書及び図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置づけることもできる。

本実施形態に係る医用情報処理装置は、受付部と、最適化部とを含む。受付部は、撮像に関する複数のパラメータのうち、１以上のパラメータに関してユーザが所望する設定を受付ける。最適化部は、前記ユーザが所望する設定を制約条件または目的関数として設定し、前記目的関数を用いた最適化処理を実行することにより、前記複数のパラメータを最適化する。

図１は、本実施形態に係る医用情報処理装置を示すブロック図である。 図２は、本実施形態に係る医用画像診断装置の一例となるＭＲＩ装置を示す概念図である。 図３は、本実施形態に係る医用情報処理装置の第１の動作例を示すフローチャートである。 図４は、本実施形態に係るパラメータに関する制約式の設計方法の一例を示す図である。 図５は、本実施形態に係る医用情報処理装置の第２の動作例を示すフローチャートである。 図６は、ピン状態であるパラメータに関する第１の表示例を示す図である。 図７は、ピン状態であるパラメータに関する第２の表示例を示す図である。 図８は、ピン状態であるパラメータに関する第３の表示例を示す図である。 図９は、レコメンドリストの提示例を示す図である。

以下、図面を参照しながら本実施形態に係る医用情報処理装置および医用情報処理方法について説明する。以下の実施形態では、同一の参照符号を付した部分は同様の動作を行なうものとして、重複する説明を適宜省略する。

本実施形態に係る医用情報処理装置１について図１のブロック図を参照して説明する。
本実施形態に係る医用情報処理装置１は、メモリ１１と、入力インタフェース１２と、通信インタフェース１３と、ディスプレイ１４と、処理回路１５とを含む。メモリ１１と、入力インタフェース１２と、通信インタフェース１３と、ディスプレイ１４と、処理回路１５とは、例えば、バスを介して互いに通信可能に接続される。

メモリ１１は、種々の情報を記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、及び集積回路記憶装置等の記憶装置である。また、メモリ１１は、ＣＤ－ＲＯＭドライブ、ＤＶＤドライブ、及び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よい。なお、メモリ１１は、必ずしも単一の記憶装置により実現される必要は無い。例えば、メモリ１１は、複数の記憶装置により実現されても構わない。また、メモリ１１は、医用情報処理装置１にネットワークを介して接続された他のコンピュータ内にあってもよい。

メモリ１１は、本実施形態に係る医用情報処理プログラム等を記憶している。なお、このプログラムは、例えば、メモリ１１に予め記憶されていてもよい。また、例えば、非一過性の記憶媒体に記憶されて配布され、非一過性の記憶媒体から読み出されてメモリ１１にインストールされてもよい。

入力インタフェース１２は、ユーザから各種の入力操作を受付け、受付けた入力操作を電気信号に変換して処理回路１５へ出力する。本実施形態に係る入力インタフェース１２は、例えば、マウス、キーボード、トラックボール、スイッチ、ボタン、ジョイスティック、タッチパッド、及び操作面へ触れることで指示が入力されるタッチパネル等の入力機器に接続されている。また、入力インタフェース１２に接続される入力機器は、ネットワーク等を介して接続された他のコンピュータに設けられた入力機器でもよい。

通信インタフェース１３は、病院情報システム、放射線部門情報システム、医用画像管理システム（ＰＡＣＳ：Picture Archiving and Communication System）などとの間でデータ通信を行う。通信インタフェース１３は、例えば、予め設定されている既知の規格に準拠してデータ通信を行う。病院情報システム、放射線部門情報システムとの間では、例えば、ＨＬ７に準拠した通信が実施される。また、医用画像管理システムとの間では、例えば、ＤＩＣＯＭに準拠した通信が実施される。

ディスプレイ１４は、処理回路１５からの指示に従って種々の情報を表示する。また、ディスプレイ１４は、ユーザからの各種操作を受付けるためのＧＵＩ（Graphical User Interface）等を表示してもよい。ディスプレイは、例えば、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイ、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、及びプラズマディスプレイ等、任意のディスプレイが適宜利用可能である。
なお、医用情報処理装置１にディスプレイ１４を含まず、外部のディスプレイにＧＵＩなどを表示してもよいし、プロジェクタ等を介してＧＵＩなどを表示させるようにしてもよい。

処理回路１５は、医用情報処理装置１の中枢として機能するプロセッサである。処理回路１５は、受付機能１５１と、最適化機能１５２と、判定機能１５３と、表示制御機能１５４とを含む。

受付機能１５１により処理回路１５は、撮像に関する複数のパラメータのうち、１以上のパラメータに関してユーザが所望する設定を受付ける。
最適化機能１５２により処理回路１５は、ユーザが所望する設定を制約条件または目的関数として設定し、目的関数を用いた最適化処理を実行することにより、複数のパラメータを最適化する。
判定機能１５３により処理回路１５は、最適化処理における目的関数の最適化において解の有無を判定する。
表示制御機能１５４により処理回路１５は、ユーザインタフェース上でユーザが所望する設定が与えられたパラメータを他のパラメータと区別して表示するといった、ユーザインタフェースの表示を制御する。

各機能１５１～１５４は、単一の処理回路で実現される場合に限らない。複数の独立したプロセッサを組み合わせて処理回路を構成し、各プロセッサがプログラムを実行することにより各機能１５１～１５４を実現するものとしても構わない。また、各機能１５１～１５４をプログラムとしてメモリ１１などに記憶させ、処理回路１５が、当該プログラムを実行することにより、当該プログラムに対応する機能を実現してもよい。

以下では、本実施形態に係る医用情報処理装置１による撮像に関するパラメータの最適化処理の実行対象となる医用画像診断装置として、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置を想定する。なお、これに限らず、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置、ＰＥＴ（Positron Emission Tomography）装置、ＳＰＥＣＴ（Single Photon Emission Computed Tomography）装置、ＰＥＴ／ＣＴ装置、ＰＥＴ／ＭＲＩ装置、ＳＰＥＣＴ／ＣＴ装置、ＰＥＴ／ＭＲＩ装置、超音波診断装置など、撮像に関するパラメータが入力され、撮像が実行される他の医用画像診断装置でもよい。
例えば、Ｘ線ＣＴ装置であれば、撮像に関するパラメータとして、管電圧、管電流、管球の回転速度、スライス厚、ヘリカルピッチ、再構成関数などが挙げられる。これらのパラメータに関して医用情報処理装置１による最適化処理が実行されればよい。

医用画像診断装置の一例となるＭＲＩ装置を図２の概念図を参照して説明する。
図２に示すように、ＭＲＩ装置２は、静磁場磁石１０１と、傾斜磁場コイル１０３と、傾斜磁場電源１０５と、寝台１０７と、寝台制御回路１０９と、送信回路１１３と、送信コイル１１５と、受信コイル１１７と、受信回路１１９と、シーケンス制御回路１２１と、バス１２３と、インタフェース１２５と、ディスプレイ１２７と、記憶装置１２９と、処理回路１３１とを備える。なお、ＭＲＩ装置２は、静磁場磁石１０１と傾斜磁場コイル１０３との間に中空の円筒形状のシムコイルを有していてもよい。

なお、本実施形態に係る医用情報処理装置１は、コンソール、ワークステーションなどに含まれてもよいし、医用画像診断装置（ＭＲＩ装置２）に含まれてもよい。以下では、ＭＲＩ装置２の構成、例えばインタフェース１２５、ディスプレイ１２７、記憶装置１２９および処理回路１３１で医用情報処理装置１の機能を実現する場合を例に説明するが、これに限らず、汎用のＭＲＩ装置に、本実施形態に係る医用情報処理装置１を実現するデバイスが接続され、医用情報処理装置１の処理が実行されてもよい。

静磁場磁石１０１は、中空の略円筒形状に形成された磁石である。なお、静磁場磁石１０１は、略円筒形状に限らず、開放型の形状で構成されてもよい。静磁場磁石１０１は、内部の空間に一様な静磁場を発生する。静磁場磁石１０１としては、本実施形態では、超電導コイルを用いた超電導磁石を想定する。

傾斜磁場コイル１０３は、中空の円筒形状に形成されたコイルである。傾斜磁場コイル１０３は、静磁場磁石１０１の内側に配置される。傾斜磁場コイル１０３は、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの各軸に対応する３つのコイルが組み合わされて形成される。Ｚ軸方向は、静磁場の方向と同方向であるとする。また、Ｙ軸方向は、鉛直方向とし、Ｘ軸方向は、Ｚ軸およびＹ軸に垂直な方向とする。傾斜磁場コイル１０３における３つのコイルは、傾斜磁場電源１０５から個別に電流供給を受けて、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸に沿って磁場強度が変化する傾斜磁場を発生させる。

傾斜磁場コイル１０３によって発生するＸ、Ｙ、Ｚ各軸の傾斜磁場は、例えば、周波数エンコード用傾斜磁場（リードアウト傾斜磁場ともいう）、位相エンコード用傾斜磁場およびスライス選択用傾斜磁場を形成する。周波数エンコード用傾斜磁場は、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。位相エンコード用傾斜磁場は、空間的位置に応じてＭＲ信号の位相を変化させるために利用される。スライス選択用傾斜磁場は、撮像断面を決めるために利用される。

傾斜磁場電源１０５は、シーケンス制御回路１２１の制御により、傾斜磁場コイル１０３に電流を供給する電源装置である。

寝台１０７は、被検体Ｐが載置される天板１０７１を備えた装置である。寝台１０７は、寝台制御回路１０９による制御のもと、被検体Ｐが載置された天板１０７１を、ボア１１１内へ挿入する。寝台１０７は、例えば、長手方向が静磁場磁石１０１の中心軸と平行になるように、ＭＲＩ装置２が設置された検査室内に設置される。

寝台制御回路１０９は、寝台１０７を制御する回路であり、インタフェース１２５を介した操作者の指示により寝台１０７を駆動することで、天板１０７１を長手方向および上下方向へ移動させる。

送信コイル１１５は、傾斜磁場コイル１０３の内側に配置されたＲＦコイルである。送信コイル１１５は、送信回路１１３からＲＦ（Radio Frequency）パルスの供給を受けて、高周波磁場に相当する送信ＲＦ波を発生する。送信コイル１１５は、例えば、全身コイルである。全身コイルは、送受信コイルとして使用されてもよい。全身コイルと傾斜磁場コイル１０３との間には、これらのコイルを磁気的に分離するための円筒状のＲＦシールドが設置される。

送信回路１１３は、シーケンス制御回路１２１の制御により、ラーモア周波数等に対応するＲＦパルス）を送信コイル１１５に供給する。

受信コイル１１７は、傾斜磁場コイル１０３の内側に配置されたＲＦコイルである。受信コイル１１７は、高周波磁場によって被検体Ｐから放射されるＭＲ信号を受信する。受信コイル１１７は、受信されたＭＲ信号を受信回路１１９へ出力する。受信コイル１１７は、例えば、１以上、典型的には複数のコイルエレメントを有するコイルアレイである。受信コイル１１７は、例えば、フェーズドアレイコイルである。

受信回路１１９は、シーケンス制御回路１２１の制御により、受信コイル１１７から出力されたＭＲ信号に基づいて、デジタル化された複素数データであるデジタルのＭＲ信号を生成する。具体的には、受信回路１１９は、受信コイル１１７から出力されたＭＲ信号に対して各種信号処理を施した後、各種信号処理が施されたデータに対してアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換を実行する。受信回路１１９は、Ａ／Ｄ変換されたデータを標本化（サンプリング）する。これにより、受信回路１１９は、デジタルのＭＲ信号（以下、ＭＲデータと呼ぶ）を生成する。受信回路１１９は、生成されたＭＲデータを、シーケンス制御回路１２１に出力する。

シーケンス制御回路１２１は、処理回路１３１から出力された検査プロトコルに従って、傾斜磁場電源１０５、送信回路１１３および受信回路１１９等を制御し、被検体Ｐに対する撮像を行う。検査プロトコルは、検査に応じた各種パルスシーケンス（撮像シーケンスともいう）を有する。検査プロトコルには、傾斜磁場電源１０５により傾斜磁場コイル１０３に供給される電流の大きさ、傾斜磁場電源１０５により電流が傾斜磁場コイル１０３に供給されるタイミング、送信回路１１３により送信コイル１１５に供給されるＲＦパルスの大きさ、送信回路１１３により送信コイル１１５にＲＦパルスが供給されるタイミング、受信コイル１１７によりＭＲ信号が受信されるタイミング等が定義されている。

バス１２３は、インタフェース１２５と、ディスプレイ１２７と、記憶装置１２９と、処理回路１３１との間でデータを伝送させる伝送路である。バス１２３には、ネットワーク等を介して、各種生体信号計測器、外部記憶装置、各種モダリティなどが適宜接続されてもよい。例えば、生体信号計測器として、不図示の心電計がバスに接続される。

インタフェース１２５は、操作者からの各種指示や情報入力を受付ける回路を有する。インタフェース１２５は、例えば、マウス等のポインティングデバイス、あるいはキーボード等の入力デバイスに関する回路を有する。なお、インタフェース１２５が有する回路は、マウス、キーボードなどの物理的な操作部品に関する回路に限定されない。例えば、インタフェース１２５は、ＭＲＩ装置２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を有していてもよい。

ディスプレイ１２７は、処理回路１３１におけるシステム制御機能１３１１による制御のもとで、画像生成機能１３１３により生成された各種磁気共鳴画像（ＭＲ画像）、撮像および画像処理に関する各種情報などを表示する。ディスプレイ１２７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、モニタ等の表示デバイスである。

記憶装置１２９は、画像生成機能１３１３を介してｋ空間に充填されたＭＲデータ、画像生成機能１３１３により生成された画像データ等を記憶する。記憶装置１２９は、各種検査プロトコル、検査プロトコルを規定する複数の撮像パラメータを含む撮像条件等を記憶する。記憶装置１２９は、処理回路１３１で実行される各種機能に対応するプログラムを記憶する。記憶装置１２９は、例えば、ＲＡＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ＨＤＤ、ＳＳＤ、光ディスク等である。また、記憶装置１２９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よい。

処理回路１３１は、ハードウェア資源として図示していないプロセッサ、ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリ等を有し、ＭＲＩ装置２を統括的に制御する。処理回路１３１は、システム制御機能１３１１と、画像生成機能１３１３と、受付機能１５１と、最適化機能１５２と、判定機能１５３と、表示制御機能１５４とを含む。

処理回路１３１の各種機能は、コンピュータによって実行可能なプログラムの形態で記憶装置１２９へ記憶されている。処理回路１３１は、これら各種機能に対応するプログラムを記憶装置１２９から読み出し、実行することで各プログラムに対応する機能を実現するプロセッサである。換言すると、各プログラムを読みだした状態の処理回路１３１は、図１の処理回路１５内に示された複数の機能等を有することになる。

なお、図２においては単一の処理回路１３１にてこれら各種機能が実現されるものとして説明したが、複数の独立したプロセッサを組み合わせて処理回路１３１を構成し、各プロセッサがプログラムを実行することにより機能を実現するものとしても構わない。換言すると、上述のそれぞれの機能がプログラムとして構成され、１つの処理回路が各プログラムを実行する場合であってもよいし、特定の機能が専用の独立したプログラム実行回路に実装される場合であってもよい。

なお、上記説明において用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、ＣＰＵ、ＧＰＵ或いは、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device：ＣＰＬＤ）、およびフィールドプログラマブルゲートアレイ（Field Programmable Gate Array：ＦＰＧＡ））等の回路を意味する。

プロセッサは、記憶装置１２９に保存されたプログラムを読み出し実行することで各種機能を実現する。なお、記憶装置１２９にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むよう構成しても構わない。この場合、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、寝台制御回路１０９、送信回路１１３、受信回路１１９、シーケンス制御回路１２１等も同様に、上記プロセッサなどの電子回路により構成される。

処理回路１３１は、システム制御機能１３１１により、ＭＲＩ装置２を制御する。具体的には、処理回路１３１は、記憶装置１２９に記憶されているシステム制御プログラムを読み出してメモリ上に展開し、展開されたシステム制御プログラムに従ってＭＲＩ装置２の各回路を制御する。例えば、処理回路１３１は、システム制御機能１３１１により、インタフェース１２５を介して操作者から入力される撮像条件に基づいて、検査プロトコルを記憶装置１２９から読み出す。なお、処理回路１３１は、撮像条件に基づいて、検査プロトコルを生成してもよい。処理回路１３１は、検査プロトコルをシーケンス制御回路１２１に送信し、被検体Ｐに対する撮像を制御する。

処理回路１３１は、システム制御機能１３１１により、励起パルスシーケンスに従って励起パルスを印加し、傾斜磁場を印加するように制御する。処理回路１３１は、システム制御機能１３１１により、励起パルスシーケンスを実行後、各種データ収集用のパルスシーケンスであるデータ収集シーケンスに従って、被検体ＰからのＭＲ信号を収集し、ＭＲデータを生成する。

処理回路１３１は、画像生成機能１３１３により、リードアウト傾斜磁場の強度に従って、ｋ空間のリードアウト方向に沿ってＭＲデータを充填する。処理回路１３１は、ｋ空間に充填されたＭＲデータに対してフーリエ変換を行うことにより、ＭＲ画像を生成する。例えば、処理回路１３１は、複素のＭＲデータから絶対値（Magnitude）画像を生成することが可能である。また、処理回路１３１は、複素のＭＲデータにおける実部データと虚部データとを用いて位相画像を生成することが可能である。処理回路１３１は、絶対値画像および位相画像などのＭＲ画像を、ディスプレイ１２７や記憶装置１２９に出力する。

次に、本実施形態に係る医用情報処理装置１の第１の動作例について図３のフローチャートを参照して説明する。
ステップＳ３０１では、受付機能１５１により処理回路１５が、撮像に関する複数のパラメータのうち、ユーザが所望する設定を受付ける。ユーザにより入力される１以上のパラメータの設定は、固定値でもよいし、「５～２０」までといったような値の範囲を指定してもよい。固定値は、最小値または最大値を指定する値でもよい。また、ユーザにより入力されるパラメータとして、できるだけ最小値またはできるだけ最大値といった、他のパラメータとの組み合わせで撮像可能な条件のうち、取り得る最小値または取り得る最大値を指定してもよい。この場合、「Ｍｉｎ」、「Ｍａｘ」という文言による指定でもよい。

ステップＳ３０２では、最適化機能１５２により処理回路１５が、ユーザから入力された、ユーザが所望するパラメータの設定を固定する。なお、「設定を固定する」とは、本実施形態では、他のパラメータの変動の影響によって自動で設定値を変動させないことを示し、ピン状態とも呼ぶ。
なお、表示制御機能１５４により処理回路１５は、ピン状態としたパラメータを、他のパラメータと区別して表示する。具体的な表示方法については、図６以降を参照して後述する。

ステップＳ３０３では、最適化機能１５２により処理回路１５が、ステップＳ３０２の処理により固定されたパラメータの設定を制約条件または目的関数として設定する。例えば、パラメータの設定が固定値であれば、当該パラメータに関する制約式を制約条件として設定する。パラメータの設定が取り得る最小値または取り得る最大値といった指定であれば、当該パラメータに関する目的関数を設定する。
ステップＳ３０４では、最適化機能１５２により処理回路１５が、目的関数を用いて最適化処理を実行する。最適化処理は、例えば、ＭＲＩ装置２における撮像シーケンスの時間的制約を制約式で表現した制約条件の下で、パラメータの設定が取り得る最小値であれば目的関数を最小化する最適解を求め、パラメータの設定が取り得る最大値であれば目的関数を最大化する最適解を求める。最適化処理の具体例については図４を参照して後述する。

ステップＳ３０５では、判定機能１５３により処理回路１５が、目的関数の最適化処理において解なしであるか否かを判定する。解なしである場合はステップＳ３０６に進み、解なしではない、つまり１つでも解が存在する場合はステップＳ３０７に進む。
ステップＳ３０６では、表示制御機能１５４により処理回路１５が、ユーザが所望するパラメータの設定では撮像できず、パラメータの設定が不可能な組み合わせである旨を提示する。例えば、「所望のパラメータが設定できません」といったメッセージがユーザインタフェース上に表示されてもよい。
ステップＳ３０７では、ユーザが所望するパラメータの設定を満たし、かつ他のパラメータの設定についても最適化されているため、表示制御機能１５４により処理回路１５が、１以上の解のうち、最適解をユーザに提示する。例えば、ユーザが所望する設定が可能であることを示す「所望の値を設定可能です」といったメッセージをユーザインタフェース上に表示してもよいし、最適化処理により決定された他のパラメータも併せて表示してもよい。つまり、撮像に必要な複数のパラメータそれぞれの設定における最適値をユーザに提示できる。

以上の図３のフローチャートに示す動作により、ユーザから入力されたパラメータの設定を基準に最適解を得ることで、複数のパラメータが相互に複雑に関連している場合でも、パラメータの設定値に関してグローバル最適化を実現することができる。また、グローバル最適となった場合は、最適解であることを数学的に保証することもできる。

なお、図３の例では、ユーザが所望するパラメータを全て入力した後、最適化処理を実行する場合を想定しているが、最適化機能１５２により処理回路１５は、ピン状態とするパラメータが１つ入力される度に上述の最適化処理を実行してもよい。これにより、１つのピン状態のパラメータの設定に関する最適化処理の結果、他のパラメータについても制約条件の下で値または値域が設定され、自由に値を設定できない、つまりピン状態として設定できない他のパラメータを抽出できる。よって、表示制御機能１５４により処理回路１５は、ピン状態として設定できない他のパラメータが存在する場合、当該他のパラメータを、例えばグレーアウト表示して入力不可とする処理を行うことで、ユーザに対してピン状態にできないパラメータを提示できる。一方、ユーザは、所望する設定を入力可能なパラメータか否かを容易に判断できる。

次に、ステップＳ３０３およびステップＳ３０４における最適化処理の具体例について説明する。
本実施形態では、撮像シーケンスのパラメータに関する制約条件を表した制約式に加えて、ユーザから入力されたパラメータの設定値を制約式または目的関数として設定し、所定のアルゴリズムを採用した線形計画法により、制約条件の下で目的関数の最適解を求めることで最適化処理を実行する。採用するアルゴリズムは、単体法（シンプレックス法）、内点法など一般的に線形計画法で用いられるアルゴリズムであればよい。
なお、本実施形態では説明の便宜上、線形計画法を用いる場合について説明するが、これに限らず、二次計画法などの非線形計画法などの他の最適化問題で用いられる手法を適用してもよい。

例えば、ユーザから入力されたパラメータの設定値が固定値である場合、線形計画法の制約式として扱う。具体的に、ユーザからパラメータＴＥ（echo time）の設定として「ＴＥ＝５０」が入力された場合、そのまま制約式として扱えばよい。また、ユーザから入力されたパラメータの設定が「最小値」または「最大値」といった指定であれば、線形計画法の目的関数として扱う。具体的に、ユーザからパラメータＴＥの設定として「ＴＥ＝Ｍｉｎ」が入力された場合、パラメータＴＥが最適化したい対象となるため、パラメータＴＥに関する目的関数を設定し、当該目的関数を最小化し、目的関数が最小となる最適解を求める。これにより、パラメータＴＥの最小値を求めることができる。

続いて、パラメータに関する制約式の設計方法の一例について図４を参照して説明する。
図４は、スピンエコー撮像法に関するパルスシーケンス図である。上段から順に、ＲＦパルスおよびエコー信号に関する強さと、スライス選択用傾斜磁場（Ｇ_ＳＳ）、位相エンコード用傾斜磁場（Ｇ_ＰＥ）およびリードアウト用傾斜磁場（Ｇ_ＲＯ）に関する磁場勾配の強さと、タイミングとを示す。

励起ＲＦパルス４１（９０度パルス４１ともいう）の中心からエコー信号の中心までの時間がＴＥである。また、９０度パルス４１と再収束パルス４２（１８０度パルス４２ともいう）との間のリフォーカス期間４３がＴＥ／２であり、１８０度パルス４２とエコー信号とのリフォーカス期間４４がＴＥ／２である。よって、スピンエコー撮像法においてＴＥとして最低限必要な期間、つまり時間的制約として、（１）式の制約式を設計できる。

なお、実際の撮像では、上述のＴＥの定義に加えて、励起パルスの印加を開始してから、励起パルスの中心までの期間α（α＞０以上の整数）が必要となる。このような励起パルスの印加開始タイミングを考慮する場合は、左辺に期間αを加算すればよい。

また、リフォーカス期間４３およびリフォーカス期間４４はそれぞれ、９０度パルス４１の印加時間４５（ＲＦインターバル４５とも呼ぶ）の半分の時間と、１８０度パルス４１の印加時間４６（ＲＦインターバル４６とも呼ぶ）の半分の時間との和よりは縮めることはできない。よって、（２）式の制約式を設計できる。

さらに、傾斜磁場の印加時間によってもＴＥの制約式を定義できる。例えば、スピンエコー撮像法におけるスライス選択用傾斜磁場（Ｇ_ＳＳ）、位相エンコード用傾斜磁場（Ｇ_ＰＥ）およびリードアウト用傾斜磁場（Ｇ_ＲＯ）の各印加時間について、（３）式のような制約式を設計できる。

（３）式左辺のＧ_ＳＳ印加期間４７（９０度パルス）は、９０度パルス４１の中心のタイミングから（ＲＦインターバル４５）／２を経過するまでの第１期間と、第１期間経過後に位相をリフェイズさせるための逆向きのスライス選択用傾斜磁場Ｇ_ｓｓを印加する第２時間とを合算した期間である。Ｇ_ＳＳ印加期間４８（１８０度パルス）は、１８０度パルス４２に対するスライス選択用傾斜磁場Ｇ_ＳＳの印加時間である。Ｇ_ＲＯ印加期間４９は、エコー信号を収集するためのリードアウト用傾斜磁場Ｇ_ＲＯの印加時間である。

このように、スピンエコー撮像法について例えば時間的制約に基づく複数の制約式を設計し、当該複数の制約式に基づく拘束条件を満たしつつ、最適化対象のパラメータについての目的関数を最小化または最大化するような最適解を求めることで、最適化処理を実行できる。
なお、制約式を設計した場合に、等号を含まない不等式制約となるパラメータについては、スラック変数などを導入することにより、等式制約となるように変形して制約式とすればよい。

ＲＦパルスをオフにしてから信号を収集するまでの時間、ＳＡＲ（Specific Absorption Rate）、ｄＢ／ｄｔおよび内部コイルの状態などの要求、つまり装置（ハードウェア）に起因する要求についても、制約式として設計してもよい。例えば、ＳＡＲおよび内部コイルの状態といった非線形な解が想定されるパラメータが２次式となる場合、別の変数を用いて１次式で表現することにより線形計画法を適用してもよいし、非線形計画法を用いてもよい。ＳＡＲやｄＢ／ｄｔ、内部コイルの状態に関するパラメータも、最適化機能１５２による最適化対象のパラメータであり、目的関数として設定されてもよい。

次に、本実施形態に係る医用情報処理装置１の第２の動作例について図５のフローチャートを参照して説明する。
上述したユーザが所望する設定としては、ある特定の値が設定される場合を想定しているが、ユーザが、特定の値ではなく設定可能な値域を知りたい場合もある。よって、第２の動作例では、パラメータとして設定可能な値域を求める場合を想定する。

ステップＳ５０１では、最適化機能１５２により処理回路１５は、ステップＳ３０１でユーザから入力されたパラメータを目的関数として設定する。ここでは、設定可能な範囲を求めるため、ユーザからは固定値、最小値または最大値といった設定ではなく、パラメータの種類が指定されればよい。
ステップＳ５０２では、最適化機能１５２により処理回路１５は、目的関数を最適化手法を用いて最小化する。

ステップＳ５０３では、判定機能１５３により処理回路１５は、目的関数を最小化した場合に解なしであるか否かを判定する。解なしである場合はステップＳ３０６に進み、パラメータの設定が不可能な組み合わせである旨がユーザに通知される。一方、解なしではない、つまり１つ以上の解が存在する場合はステップＳ５０４に進む。
ステップＳ５０４では、最適化機能１５２により処理回路１５は、目的関数を最適化手法を用いて最大化する。
ステップＳ５０５では、表示制御機能１５４により処理回路１５は、ステップＳ５０２で求めた最適値（つまり最小値）を下限とし、およびステップＳ５０４で求めた最適値（つまり最大値）を上限とした値の範囲を提示する。

このように、パラメータに関して設定可能な値の範囲を提示することで、ユーザが撮像可能なパラメータの値を入力することができ、設定のやり直しなどの労力を低減し、設定から撮像までの時間を短縮できる。

次に、表示制御機能１５４によるピン状態であるパラメータに関する第１の表示例について図６を参照して説明する。
図６は、パラメータ６１と設定値６２とピン６３とを対応付けたパラメータリストであり、例えば表示制御機能１５４によりユーザインタフェース上に表示される。図６に示すパラメータリストは、ステップＳ３０２でピン状態となったパラメータと他のパラメータとを示す。
なお、以下では、パラメータはテーブル形式で表示される例を示すが、これに限らず、ＭＲＩ装置で用いられているユーザインタフェースの表示態様に併せて適宜表示されればよい。

ここで、設定値６２には、ユーザにより入力される値と過去の撮像履歴などからデフォルトで入力されている値とが表示されるとする。ユーザにより入力されたパラメータの設定については、ピン６３の項目において丸マーク「○」が表示される。具体的には、パラメータ６１「ＴＥ（ｍｓｅｃ）」、設定値６２「Ｍｉｎ」およびピン６３「○」がそれぞれ対応付けられる。図６に示すように、ピン６３の項目を見ることで、どのパラメータの設定値がユーザが入力した値であり、ユーザが所望する（こだわる）値であるかを容易に判別できる。

次に、ピン状態であるパラメータに関する第２の表示例について図７を参照して説明する。
図７に示すように、ピン６３の項目を設けず他の項目にマークを表示してもよい。例えば、ユーザにより入力された設定値６２の欄にピンマーク７１を表示してもよい。これにより、図６の場合と同様に、ユーザが所望する値であるかを容易に判別できる。

なお、図６および図７に示す例に限らず、例えばパラメータ６１および設定値６２の少なくともどちらか一方のフォントの色および／またはサイズを変更してもよいし、太字、点滅といったフォントを強調表示してもよい。また、パラメータ６１の欄において、「（ｅｄｉｔｅｄ）」といったピン状態として設定したことを示す文字列または記号などを付加してもよい。すなわち、パラメータ６１の設定値６２がピン状態であるか否かを判別できれば、どのような表示態様であってもよい。

また、図６および図７のように、ユーザインタフェース上のパラメータの設定画面において複数種類のパラメータが表示されている場合、ユーザからの入力によりピン状態となったパラメータを別ウインドウで一覧表示してもよい。
さらに、表示制御機能１５４により処理回路１５は、上述の様にパラメータが最適化された後に撮像が実行され、収集されたＭＲ信号に基づいてＭＲ画像が再構成された場合、再構成されたＭＲ画像の表示画面（プレビュー画面など）において撮像パラメータを表示する際に、ピン状態であったパラメータを強調表示してもよい。

次に、ピン状態であるパラメータに関する第３の表示例について図８を参照して説明する。図８は、図６および図７同様、ユーザインタフェース上に表示されるパラメータリストである。
表示制御機能１５４により処理回路１５は、ピン状態であるパラメータで最適値が設定されて撮像が実行された場合、次の撮像においてパラメータリストを表示する際、前回の撮像でピン状態であったことを表示してもよい。

図８上段は、前回の撮影時のパラメータリストであり、ピン６３の項目を参照すると、パラメータ「ＴＥ」、パラメータ「Ｐｒｅ－Ｐｕｌｓｅ」がピン状態であったことが分かる。
ここで、ユーザインタフェース上で、ユーザがクリックするなどによりパラメータのピン状態を解除またはピン状態を設定するなど、パラメータの設定値を変更できるようにしてもよい。具体的に、例えばユーザがパラメータ６１「ＴＥ」のピン状態を解除したいと考えた場合、パラメータ６１「ＴＥ」のピン６３の欄をマウスを用いてクリックまたはタッチする。これにより、図８下段に示すように、ピン状態を解除できるようにすればよい。
一方、ユーザがパラメータ６１「ＴＲ」をピン状態としたいと考えた場合、パラメータ６１「ＴＲ」のピン６３の欄８１をマウスを用いてクリックまたはタッチする。これにより、前回の撮像において設定された値をピン状態として設定できる。表示制御機能１５４により処理回路１５は、ピン状態のオンオフを切り換え可能としてもよい。

なお、表示制御機能１５４により処理回路１５は、ピン状態として指定されたパラメータを参照して、撮像シーケンスのパラメータの最適化処理が実行された後、ピン状態のパラメータ以外の他のパラメータに関して、推薦される設定値のリスト（以下、レコメンドリストともいう）を提示してもよい。

レコメンドリストの提示例について図９を参照して説明する。
あるパラメータについてユーザが所望する設定が入力され、最適化処理が実行されると、最適解に基づく他のパラメータの最適値も得られる。ここで、最適化機能１５２により処理回路１５は、ユーザが所望する設定に関するパラメータの最適値は固定しつつ、他のパラメータとして取り得る準最適値の組み合わせを選択することで、複数のレコメンドリストを生成できる。表示制御機能１５４により処理回路１５は、当該複数のレコメンドリストを優先度に基づいて表示する。

具体的には、例えばピン状態であるパラメータＴＲ「５００」を制約式とし、パラメータＴＥを目的関数として最小化する最適化処理が実行され、パラメータＴＥの最適解が得られた場合を想定する。例えば、レコメンドリストとして、パラメータＴＥの最小値「２０」と他のパラメータの最適値とを含むレコメンドリスト９１を最初に表示し、パラメータＴＥの準最適値、例えば「２５」と他のパラメータの最適値とを含むレコメンドリスト９２が次に表示される。図９の例では、複数のレコメンドリストを重ねて表示し、クリックやフリックすることで次のレコメンドリストを表示可能にする場合を想定するが、複数のレコメンドリストが並列表示されてもよい。
また、表示順序の優先度としては、例えば、以前ユーザが設定したまたは直近に設定されたパラメータの組み合わせを示すレコメンドリストが優先的に表示されてもよいし、ピン状態であるパラメータの影響を最も受けるパラメータを最適化したレコメンドリストが優先的に表示されてもよい。

以上に示した本実施形態によれば、ユーザが所望する１以上のパラメータの設定を受付け、当該設定を制約条件または目的関数として設定し、当該目的関数を用いた最適化処理を実行する。これにより、ユーザが所望する条件を満たしつつ、複数のパラメータの相互関係における最適値を設定できる。よって、ユーザの労力を低減しつつ最適なパラメータを設定できる。

以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、ユーザの労力を低減しつつ最適なパラメータを設定できる。

加えて、実施形態に係る各機能は、当該処理を実行するプログラムをワークステーション等のコンピュータにインストールし、これらをメモリ上で展開することによっても実現することができる。このとき、コンピュータに当該手法を実行させることのできるプログラムは、磁気ディスク（ハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ、Ｂｌｕ－ｒａｙ（登録商標）ディスクなど）、半導体メモリなどの記憶媒体に格納して頒布することも可能である。

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、実施形態同士の組み合わせを行なうことができる。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 医用情報処理装置
２ ＭＲＩ装置
１１ メモリ
１２ 入力インタフェース
１３ 通信インタフェース
１４ ディスプレイ
１５ 処理回路
４１ 励起ＲＦパルス（９０度パルス）
４２ 再収束パルス（１８０度パルス）
４３，４４ リフォーカス期間
４５，４６ 印加時間
４７，４８ Ｇ_ＳＳ印加期間
４９ Ｇ_ＲＯ印加期間
６１ パラメータ
６２ 設定値
６３ ピン
７１ ピンマーク
８１ 欄
９１，９２ レコメンドリスト
１０１ 静磁場磁石
１０３ 傾斜磁場コイル
１０５ 傾斜磁場電源
１０７ 寝台
１０９ 寝台制御回路
１１１ ボア
１１３ 送信回路
１１５ 送信コイル
１１７ 受信コイル
１１９ 受信回路
１２１ シーケンス制御回路
１２３ バス
１２５ インタフェース
１２７ ディスプレイ
１２９ 記憶装置
１５１ 受付機能
１５２ 最適化機能
１５３ 判定機能
１５４ 表示制御機能
１０７１ 天板
１３１１ システム制御機能
１３１３ 画像生成機能

Claims (12)

1. 撮像に関する複数のパラメータのうち、１以上のパラメータに関してユーザが所望する設定を受付ける受付部と、
   前記ユーザが所望する設定を制約条件または目的関数として設定し、前記目的関数を用いた最適化処理を実行することにより、前記複数のパラメータを最適化する最適化部と、
   を具備する医用情報処理装置。
2. 前記ユーザが所望する設定は、前記１以上のパラメータに関して固定値を指定すること、または、前記１以上のパラメータに関して取り得る最小値、取り得る最大値および取り得る値域の少なくとも１つを要求することを示す、請求項１に記載の医用情報処理装置。
3. 前記最適化部は、前記受付部が前記ユーザから前記１以上のパラメータに関して取り得る最小値の設定を受付けた場合、前記１以上のパラメータに関する目的関数を最小化して得られた最適解を、前記１以上のパラメータが取り得る最小値として算出する、請求項１に記載の医用情報処理装置。
4. 前記最適化部は、前記受付部が前記ユーザから前記１以上のパラメータに関して取り得る最大値の設定を受付けた場合、前記１以上のパラメータに関する目的関数を最大化して得られた最適解を、前記１以上のパラメータが取り得る最大値として算出する、請求項１に記載の医用情報処理装置。
5. 前記最適化部は、前記受付部が前記ユーザから前記１以上のパラメータに関して取り得る値域についての設定を受付けた場合、前記１以上のパラメータに関する目的関数を最小化して得られた最適解を下限として、前記１以上のパラメータに関する目的関数を最大化して得られた最適解を上限とした範囲を、前記１以上のパラメータが取り得る値域として算出する、請求項１に記載の医用情報処理装置。
6. 前記最適化部は、撮像シーケンスで要求されるパラメータの条件を制約式として前記制約条件を設定し、前記目的関数を線形計画法または非線形計画法を用いて最適化処理を実行する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の医用情報処理装置。
7. 撮像に関する複数のパラメータのうち、１以上のパラメータに関してユーザが所望する設定を受付ける受付部と、
   ユーザインタフェース上で前記ユーザが所望する設定が与えられたパラメータを他のパラメータと区別して表示する表示制御部と、
   を具備する医用情報処理装置。
8. 前記ユーザが所望する設定を制約条件または目的関数として設定し、前記目的関数を用いた最適化処理を実行することにより、前記複数のパラメータを最適化する最適化部をさらに具備し、
   前記最適化部は、第１パラメータに対して前記ユーザが所望する設定が入力される度に前記最適化処理を実行し、
   前記表示制御部は、前記第１パラメータに対して前記ユーザが所望する設定が適用可能である場合、前記第１パラメータが変更されることにより影響を受ける第２パラメータを、前記ユーザからの設定を受付けないことを示す態様で表示する、請求項７に記載の医用情報処理装置。
9. 前記表示制御部は、前記ユーザが所望する設定が適用可能である場合、前記ユーザが所望する設定が適用されるパラメータ以外のパラメータに関して推薦される設定値を表示する、請求項７に記載の医用情報処理装置。
10. 前記表示制御部は、過去に前記ユーザが所望する設定で撮像を実行した場合のパラメータと設定値とが対応付けられたリストを表示し、前記ユーザが所望する設定が与えられた過去のパラメータの前記設定値を変更可能とする、請求項８または請求項９に記載の医用情報処理装置。
11. 撮像に関する複数のパラメータのうち、１以上のパラメータに関してユーザが所望する設定を受付け、
    前記ユーザが所望する設定を制約条件または目的関数として設定し、前記目的関数を用いた最適化処理を実行することにより、前記複数のパラメータを最適化する、医用情報処理方法。
12. 撮像に関する複数のパラメータのうち、１以上のパラメータに関してユーザが所望する設定を受付け、
    ユーザインタフェース上で前記ユーザが所望する設定が与えられたパラメータを他のパラメータと区別して表示する、医用情報処理方法。
    

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