JP6621117B1 - Image processing apparatus, image processing system, and image processing program - Google Patents
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Abstract
【課題】医療用画像から異常部位を抽出することができる画像処理装置、画像処理システム及び画像処理プログラムを提供する。【解決手段】画像処理装置は、入力された医療用画像に対して異常がない医療用画像を復元して出力するように構成されたオートエンコーダと、入力された医療用画像に対して異常がない画像の分散を出力するように構成された分散推定器と、診断対象者の医療用画像の入力を受け付ける画像入力受付手段と、入力画像と、オートエンコーダにより出力された復元画像との差分を算出して差分マップを生成する差分マップ生成手段と、分散推定器から出力された推定分散に基づいて標準偏差を算出する標準偏差算出手段と、差分マップと標準偏差に基づいて、入力画像と復元画像の差異部分を抽出するとともに、入力画像に含まれる特徴的な差異部分以外の差異部分を低減させた診断結果画像を生成する診断結果画像生成手段とを備える。【選択図】図8An image processing apparatus, an image processing system, and an image processing program capable of extracting an abnormal part from a medical image. An image processing apparatus includes: an auto encoder configured to restore and output a medical image having no abnormality with respect to an input medical image; A variance estimator configured to output the variance of the image that does not exist, an image input receiving unit that receives an input of a medical image of the diagnostic subject, and a difference between the input image and the restored image output by the auto encoder. A difference map generating means for calculating and generating a difference map; a standard deviation calculating means for calculating a standard deviation based on the estimated variance output from the variance estimator; A diagnostic result image generating unit that extracts a difference portion of the image and generates a diagnosis result image in which the difference portion other than the characteristic difference portion included in the input image is reduced. [Selection diagram] FIG.
Description
本発明は、画像処理装置、画像処理システム、および画像処理プログラムに関する。 The present invention relates to an image processing apparatus, an image processing system, and an image processing program.
次のような生体画像処理装置が知られている。この生体画像処理装置では、目的物を含む生体画像である入力用訓練画像、目的物を含まない生体画像である出力用訓練画像、及び目的物を含む生体画像である入力画像を受け付け、入力用訓練画像及び出力用訓練画像を用いて、目的物を含む生体画像から目的物を含まない生体画像を生成する画像処理を行うニューラルネットワークを学習し、学習結果であるニューラルネットワークの画像処理を用いて、入力画像から目的物を除去した出力画像を生成する(例えば、特許文献1)。 The following biological image processing apparatuses are known. In this biological image processing apparatus, an input training image that is a biological image including a target object, an output training image that is a biological image not including the target object, and an input image that is a biological image including the target object are received and input Using a training image and an output training image, learn a neural network that performs image processing to generate a biological image that does not include an object from a biological image that includes the object, and use the image processing of the neural network that is the learning result Then, an output image is generated by removing the object from the input image (for example, Patent Document 1).
従来の生体画像処理装置では、目的物を含む生体画像から目的物を含まない生体画像を生成する画像処理を行うニューラルネットワークを学習し、学習結果であるニューラルネットワークの画像処理を用いて、入力画像から目的物を除去した出力画像を生成していた。しかしながら、画像を用いた診断では、医療用画像の中から異常がある可能性がある部位を見つけ出すことが求められることも多い。このため、異常がない人物の画像を学習させておき、その学習結果を用いて、異常がある人物の画像を入力したときに、異常部位の特定を支援することができる仕組みが求められているが、従来の技術では、その点については何ら検討されていなかった。 In a conventional biological image processing apparatus, a neural network that performs image processing for generating a biological image that does not include a target object from a biological image that includes a target object is learned, and an input image is obtained using the neural network image processing that is a learning result. An output image in which the target object is removed from is generated. However, in diagnosis using images, it is often required to find a part that may be abnormal from medical images. For this reason, there is a need for a mechanism capable of assisting in identifying an abnormal part when an image of a person with no abnormality is learned and the result of learning is used to input an image of a person with an abnormality. However, the conventional technique has not been studied at all about this point.
本発明による画像処理装置は、異常がない医療用画像の画像パターンを学習させ、入力された医療用画像に対して異常がない医療用画像を復元して出力するように構成されたオートエンコーダと、異常がない医療用画像の分散を学習させ、入力された医療用画像に対して異常がない画像の分散を出力するように構成された分散推定器と、診断対象者の医療用画像を入力画像として入力を受け付ける画像入力受付手段と、画像入力受付手段によって入力された入力画像と、入力画像を入力した結果としてオートエンコーダにより出力された復元画像との差分を算出して差分マップを生成する差分マップ生成手段と、入力画像を入力した結果として分散推定器から出力された推定分散に基づいて標準偏差を算出する標準偏差算出手段と、差分マップ生成手段によって生成された差分マップと標準偏差算出手段によって算出された標準偏差に基づいて、入力画像と復元画像の差異部分を抽出するとともに、入力画像に含まれる特徴的な差異部分以外の差異部分を低減させた診断結果画像を生成する診断結果画像生成手段とを備えることを特徴とする。
本発明による画像処理システムは、異常がない医療用画像の画像パターンを学習させ、入力された医療用画像に対して異常がない医療用画像を復元して出力するように構成されたオートエンコーダと、異常がない医療用画像の分散を学習させ、入力された医療用画像に対して異常がない画像の分散を出力するように構成された分散推定器と、診断対象者の医療用画像を入力画像として入力を受け付ける画像入力受付手段と、画像入力受付手段によって入力された入力画像と、入力画像を入力した結果としてオートエンコーダにより出力された復元画像との差分を算出して差分マップを生成する差分マップ生成手段と、入力画像を入力した結果として分散推定器から出力された推定分散に基づいて標準偏差を算出する標準偏差算出手段と、差分マップ生成手段によって生成された差分マップと標準偏差算出手段によって算出された標準偏差に基づいて、入力画像と復元画像の差異部分を抽出するとともに、入力画像に含まれる特徴的な差異部分以外の差異部分を低減させた診断結果画像を生成する診断結果画像生成手段とを備えることを特徴とする。
本発明による画像処理プログラムは、診断対象者の医療用画像を入力画像として入力を受け付ける画像入力受付手順と、異常がない医療用画像の画像パターンを学習させ、入力された医療用画像に対して異常がない医療用画像を復元して出力するように構成されたオートエンコーダに画像入力受付手順で入力を受け付けた入力画像を入力して、オートエンコーダによる復元画像を得る復元画像取得手順と、画像入力受付手順で入力を受け付けた入力画像と復元画像取得手順で取得した復元画像との差分を算出して差分マップを生成する差分マップ生成手順と、異常がない医療用画像の分散を学習させ、入力された医療用画像に対して異常がない画像の分散を出力するように構成された分散推定器に画像入力受付手順で入力を受け付けた入力画像を入力して、分散推定器による推定分散を得る推定分散取得手順と、推定分散取得手順で取得した推定分散に基づいて標準偏差を算出する標準偏差算出手順と、差分マップ生成手順で生成した差分マップと標準偏差算出手順で算出した標準偏差に基づいて、入力画像と復元画像の差異部分を抽出するとともに、入力画像に含まれる特徴的な差異部分以外の差異部分を低減させた診断結果画像を生成する診断結果画像生成手順とをコンピュータに実行させるためのプログラムである。
An image processing apparatus according to the present invention includes an auto encoder configured to learn an image pattern of a medical image having no abnormality, and to restore and output a medical image having no abnormality with respect to the input medical image. The variance estimator is configured to learn the variance of the medical image without any abnormality and output the variance of the image with no abnormality with respect to the input medical image, and the medical image of the person to be diagnosed is input. A difference map is generated by calculating a difference between an image input receiving unit that receives an input as an image, an input image input by the image input receiving unit, and a restored image output by an auto encoder as a result of inputting the input image A difference map generating means; a standard deviation calculating means for calculating a standard deviation based on the estimated variance output from the variance estimator as a result of inputting the input image; and a difference map. Based on the difference map generated by the generation means and the standard deviation calculated by the standard deviation calculation means, the difference portion between the input image and the restored image is extracted and the difference portion other than the characteristic difference portion included in the input image And a diagnostic result image generating means for generating a diagnostic result image with reduced noise.
An image processing system according to the present invention includes an auto encoder configured to learn an image pattern of a medical image having no abnormality and to restore and output a medical image having no abnormality with respect to the input medical image. The variance estimator is configured to learn the variance of the medical image without any abnormality and output the variance of the image with no abnormality with respect to the input medical image, and the medical image of the person to be diagnosed is input. A difference map is generated by calculating a difference between an image input receiving unit that receives an input as an image, an input image input by the image input receiving unit, and a restored image output by an auto encoder as a result of inputting the input image A difference map generating means; a standard deviation calculating means for calculating a standard deviation based on the estimated variance output from the variance estimator as a result of inputting the input image; and a difference Based on the difference map generated by the loop generation means and the standard deviation calculated by the standard deviation calculation means, the difference portion between the input image and the restored image is extracted, and other than the characteristic difference portion included in the input image And a diagnostic result image generating means for generating a diagnostic result image with reduced differences.
An image processing program according to the present invention learns an image input acceptance procedure for accepting an input using a medical image of a person to be diagnosed as an input image, and an image pattern of a medical image having no abnormality. A restored image acquisition procedure in which an input image received by the image input acceptance procedure is input to an auto encoder configured to restore and output a medical image having no abnormality, and a restored image is obtained by the auto encoder, and an image The difference map generation procedure for generating a difference map by calculating the difference between the input image received in the input reception procedure and the restored image acquired in the restored image acquisition procedure, and learning of the dispersion of the medical image without abnormality, input image the input of which is accepted by the image input accepting procedure configured dispersed estimator to output the variance of abnormal there is no image on the input medical image To obtain the estimated variance obtained by the variance estimator, the standard deviation calculation procedure for calculating the standard deviation based on the estimated variance obtained in the estimated variance acquisition procedure, and the difference generated in the difference map generation procedure Based on the standard deviation calculated by the map and the standard deviation calculation procedure, the difference part between the input image and the restored image is extracted, and the diagnostic result image in which the difference part other than the characteristic difference part included in the input image is reduced It is a program for causing a computer to execute a diagnostic result image generation procedure to be generated.
本発明によれば、異常がない医療用画像の画像パターンを学習させ、入力された医療用画像に対して異常がない医療用画像を復元して出力するように構成されたオートエンコーダを用いて、入力画像と復元画像の差異部分を抽出するとともに、入力画像に含まれる特徴的な差異部分以外の差異部分を低減させた診断結果画像を生成することができるため、医療用画像を用いた異常部位の特定を支援することができる。 According to the present invention, by using an auto encoder configured to learn an image pattern of a medical image having no abnormality and restore and output a medical image having no abnormality with respect to the input medical image Since it is possible to extract a difference part between the input image and the restored image and reduce a difference part other than the characteristic difference part included in the input image, an abnormality using a medical image can be generated. The identification of the part can be supported.
図1は、本実施の形態における画像処理装置100の一実施の形態の構成を示すブロック図である。画像処理装置100は、あらかじめ撮影された医療用画像、例えば、MRI画像、CT画像、X線画像を用いて、医療用画像内から異常部位を抽出し、視覚化するための処理を実行する。画像処理装置100としては、例えばサーバ装置やパソコンなどが用いられる。図1は、本実施の形態における画像処理装置100として、パソコンを用いた場合の一実施の形態の構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an embodiment of an
画像処理装置100は、操作部材101と、制御装置102と、記憶媒体103と、表示装置104とを備えている。
The
操作部材101は、画像処理装置100の操作者によって操作される種々の装置、例えばキーボードやマウスを含む。
The
制御装置102は、CPU、メモリ、およびその他の周辺回路によって構成され、画像処理装置100の全体を制御する。なお、制御装置102を構成するメモリは、例えばSDRAM等の揮発性のメモリである。このメモリは、CPUがプログラム実行時にプログラムを展開するためのワークメモリや、データを一時的に記録するためのバッファメモリとして使用される。例えば、接続インターフェース102を介して読み込まれたデータは、バッファメモリに一時的に記録される。
The
記憶媒体103は、画像処理装置100が蓄える種々のデータや、制御装置102が実行するためのプログラムのデータ等を記録するための記憶媒体であり、例えばHDD(Hard Disk Drive)やSSD(Solid State Drive)等が用いられる。なお、記憶媒体103に記録されるプログラムのデータは、CD−ROMやDVD−ROMなどの記録媒体に記録されて提供されたり、ネットワークを介して提供され、操作者が取得したプログラムのデータを記憶媒体103にインストールすることによって、制御装置102がプログラムを実行できるようになる。本実施の形態では、以下に説明する処理で用いるプログラムや種々のデータは、記憶媒体103に記録されている。
The
表示装置104は、例えば液晶モニタであって、制御装置102から出力される種々の表示用データが表示される。
The
本実施の形態では、事前に、異常が存在しない医療用画像、すなわち異常がない患者の特定部位を撮影した医療用画像を取り込んで、異常が存在しない医療用画像の画像パターンと画素の分散を学習するためのトレーニングステップが実行される。異常が存在しない医療用画像は、画像内に医学的に異常と認められる部位を含まない画像であって、例えば、医学的に異常がみられない人物の特定部位を撮影した画像、すなわち正常な患者の特定部位を撮影した画像が用いられる。以下、本実施の形態におけるトレーニングステップについて説明する。 In this embodiment, a medical image in which no abnormality exists, that is, a medical image in which a specific part of a patient having no abnormality is captured in advance, and the image pattern and pixel distribution of the medical image in which no abnormality exists are distributed. A training step for learning is performed. A medical image that does not have an abnormality is an image that does not include a portion that is recognized as being medically abnormal in the image, for example, an image obtained by photographing a specific portion of a person who does not have a medical abnormality, that is, a normal image An image obtained by photographing a specific part of a patient is used. Hereinafter, training steps in the present embodiment will be described.
トレーニングステップでは、上述したように、異常が存在しない医療用画像が入力画像として用いられる。制御装置102は、医療用画像が入力されると、あらかじめ用意されたオートエンコーダに医療用画像を入力して、オートエンコーダに、異常が存在しない医療用画像データの画像パターンを学習させる。なお、オートエンコーダは、入力と出力が同じになるようにニューラルネットワークを学習させることができるため、本実施の形態では、トレーニングステップにおいて、オートエンコーダーに異常が存在しない医療用画像の画像パターンを学習させておくことにより、後述する推定ステップにおいて画像が入力された際に、異常が存在しない出力画像を出力するように構成することができる。なお、オートエンコーダーは公知の技術であるため本実施の形態では詳細な説明は省略するが、ここでは例えばディープ・オートエンコーダを想定する。
In the training step, as described above, a medical image having no abnormality is used as an input image. When a medical image is input, the
図2は、オートエンコーダ(Auto−encoder)による処理の流れを模式的に示した図である。オートエンコーダに入力画像Xhが入力されると、エンコーダEncが高次元の入力画像Xhを低次元の潜在表現(latent representation)zに変換し、デコーダDecが低次元の潜在表現zを高次元の復元画像X´hに変換する。 FIG. 2 is a diagram schematically showing a flow of processing by an auto encoder (Auto-encoder). When the input image Xh is input to the auto encoder, the encoder Enc converts the high-dimensional input image Xh into a low-dimensional latent representation z, and the decoder Dec performs a high-dimensional reconstruction of the low-dimensional latent representation z. Convert to image X'h.
制御装置102は、損失L=d(X´h,Xh)があらかじめ設定されている閾値以下になるまで、オートエンコーダの演算に用いるパラメータである重みを調整しながら上記の変換処理を繰り返す。制御装置102は、損失Lがあらかじめ設定されている閾値以下になったときに設定されていた重み値をオートエンコーダの重みとして設定する。これによって、オートエンコーダに、入力画像に対して異常が存在しない画像を出力するように学習させることができる。
The
また、エンコーダEncによって変換された潜在表現zは、図3に示す分散推定器DecVに入力される。図3は分散推定器DecVによる処理の流れを模式的に示した図である。分散推定器DecVでは、入力された潜在表現zを変換して復元画像X´hを得て、復元画像X´hの分散Vhを推定する。 The latent expression z converted by the encoder Enc is input to the variance estimator DecV shown in FIG. FIG. 3 is a diagram schematically showing the flow of processing by the variance estimator DecV. The variance estimator DecV converts the input latent expression z to obtain a restored image X′h, and estimates the variance Vh of the restored image X′h.
制御装置102は、損失Lv=d(Vh,d(X´h,Xh))があらかじめ設定されている閾値以下になるまで、分散推定器DecVの演算に用いるパラメータである重みを調整しながら分散の推定処理を繰り返す。制御装置102は、損失Lvがあらかじめ設定されている閾値以下になったときに設定されていた重み値を散推定器DecVの重みとして設定する。これによって、分散推定器DecVに、入力画像に対して異常が存在しない画像の分散を推定した画像を出力するように学習させることができる。なお、図3に示すように、異常が存在しない画像の分散を推定することができれば、そこから標準偏差は容易に計算することができるため、容易に推定標準偏差Shを出力することができる。
The
以上に説明したトレーニングステップが完了すると、診断対象患者の医療用画像を入力して、その医療用画像内から異常部位を抽出した画像を出力するための推定ステップを実行することが可能となる。すなわち、推定ステップを実行するためには上述したトレーニングステップが完了している必要があるため、推定ステップを実行する際には、図2に示したオートエンコーダは、入力画像Xhが入力されると、異常が存在しない画像を復元画像X´hとして出力するように学習が完了しており、図3に示した分散推定器DecVは、入力画像Xhに対して異常が存在しない復元画像X´hの分散を推定分散Vhとして出力するように学習が完了している。 When the training step described above is completed, it is possible to execute an estimation step for inputting a medical image of a patient to be diagnosed and outputting an image in which an abnormal region is extracted from the medical image. That is, since the training step described above needs to be completed in order to execute the estimation step, the auto encoder shown in FIG. 2 receives the input image Xh when executing the estimation step. The learning is completed so that an image having no abnormality is output as the restored image X′h, and the variance estimator DecV shown in FIG. 3 restores the restored image X′h in which no abnormality exists with respect to the input image Xh. Learning is completed so that the variance of the output is output as the estimated variance Vh.
例えば、図4に示すように、オートエンコーダーに異常部位4aを有する患者の脳画像を入力画像Xaを入力すると、異常部位がない画像が復元画像X´aとして出力される。このため、入力画像Xaと復元画像X´aの差分をとれば、異常部位4aを抽出した差分画像Daを生成することができる。本実施の形態では、差分画像Daを差分マップDaと呼ぶ。
For example, as shown in FIG. 4, when an input image Xa is input to a brain image of a patient having an
この差分マップDaを用いても患者の脳画像から異常部位4aを推定することができるが、入力画像Xaと復元画像X´aとの間には、異常部位4a以外にも差異が生じているため、差分マップDaでは、入力画像Xaに含まれる特徴的な差異部分である異常部位4a以外の差異部分も抽出されてしまう。例えば、脳画像データにおいては、正常な部位も人によって形状が違うため、その形状の違いが差分マップDa上で差異として現れてしまう。図4においても差分マップDa上には異常部位4a以外にも差分が現れている。このため、本実施の形態における推定ステップでは、分散推定器DecVの出力に基づいて求めた推定標準偏差Saを用いて、入力画像Xaに含まれる特徴的な差異部分以外の差異部分を低減するための処理を行う。
Even if this difference map Da is used, the
図5は、差分マップDaと推定標準偏差Saを用いて異常部位4a以外の差異部分を低減するための方法を模式的に示した図である。制御装置102は、図5に示すように、差分マップDaと推定標準偏差Saを次式(1)に示す計算式を用いて演算を行うことにより、画像上に現れる異常部位4a以外の差異部分を低減することができる。図5では、その結果を示す診断結果画像として、標準スコアマップZSaを得ている。
ZSa=Da/Sa ・・・(1)
FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a method for reducing a difference portion other than the
ZSa = Da / Sa (1)
制御装置102は、演算によって得た標準スコアマップZSaを表示装置104に出力して表示する。これによって、画像処理装置100操作者は、患者の医療用画像、例えば脳画像を画像処理装置100に取り込んで入力することにより、異常部位がない正常状態の脳画像との差異部分が異常部位として抽出された標準スコアマップを表示装置104上で確認することができるため、患者の脳に異常がないか診断することができる。
The
図6は、上述したトレーニングステップと推定ステップの流れを一つにまとめて模式的に示した図である。なお、図6に示した処理の流れは、図2〜図5を用いて説明した内容と同一のため説明を省略する。 FIG. 6 is a diagram schematically showing the flow of the training step and the estimation step described above. Note that the processing flow shown in FIG. 6 is the same as that described with reference to FIGS.
図7は、本実施の形態におけるトレーニングステップの流れを示すフローチャートである。図7に示す処理は、異常部位がない正常状態の医療用画像、すなわち健康な人物の脳画像が入力されると起動するプログラムとして、制御装置102によって実行される。
FIG. 7 is a flowchart showing a flow of training steps in the present embodiment. The process shown in FIG. 7 is executed by the
ステップS10において、制御装置102は、入力画像Xhをオートエンコーダに入力し、エンコーダEncによって高次元の入力画像Xhが低次元の潜在表現(latent representation)zに変換される。その後、ステップS20へ進む。
In step S10, the
ステップS20では、デコーダDecによって低次元の潜在表現zが高次元の復元画像X´hに変換される。その後、ステップS30へ進む。 In step S20, the low-dimensional latent representation z is converted into a high-dimensional restored image X′h by the decoder Dec. Then, it progresses to step S30.
ステップS30では、制御装置102は、上述した損失L=d(X´h,Xh)を算出する。その後、ステップS40へ進む。
In step S30, the
ステップS40では、制御装置102は、エンコーダEncによって変換された潜在表現zを分散推定器DecVに入力し、分散推定器DecVにおいて、潜在表現zを変換して得た復元画像X´hの分散を推定した推定分散Vhを算出する。その後、ステップS50へ進む。
In step S40, the
ステップS50では、制御装置102は、上述した損失Lv=d(Vh,d(X´h,Xh))を算出する。その後、ステップS60へ進む。
In step S50, the
ステップS60では、制御装置102は、損失Lと損失Lvがあらかじめ設定されている閾値以下であるか否かを判断する。ステップS60で肯定判断した場合には、そのときの重みを採用して処理を終了する。これに対して、ステップS60で否定判断した場合には、ステップS70へ進む。
In step S60, the
ステップS70では、制御装置102は、上述したように、オートエンコーダと分散推定器の重みを調整して、ステップS10へ戻る。
In step S70, the
図8は、本実施の形態における推定ステップの流れを示すフローチャートである。図8に示す処理は、診断対象患者の医療用画像が入力されると起動するプログラムとして、制御装置102によって実行される。
FIG. 8 is a flowchart showing the flow of the estimation step in the present embodiment. The process shown in FIG. 8 is executed by the
ステップS110において、制御装置102は、入力画像Xaをオートエンコーダに入力し、エンコーダEncによって高次元の入力画像Xaが低次元の潜在表現(latent representation)zに変換される。その後、ステップS120へ進む。
In step S110, the
ステップS120では、デコーダDecによって低次元の潜在表現zが高次元の復元画像X´aに変換される。その後、ステップS130へ進む。 In step S120, the low-dimensional latent representation z is converted into a high-dimensional restored image X′a by the decoder Dec. Thereafter, the process proceeds to step S130.
ステップS130では、制御装置102は、上述したように、入力画像Xaと復元画像X´aの差分をとって差分マップDaを生成する。その後、ステップS140へ進む。
In step S130, as described above, the
ステップS140では、制御装置102は、エンコーダEncによって変換された潜在表現zを分散推定器DecVに入力し、分散推定器DecVにおいて、潜在表現zを変換して得た復元画像X´aの推定分散Vaを算出する。その後、ステップS150へ進む。
In step S140, the
ステップS150では、制御装置102は、算出した推定分散Vaに基づいて、推定標準偏差Saを算出する。その後、ステップS160へ進む。
In step S150, the
ステップS160では、制御装置102は、式(1)により標準スコアマップZSaを算出する。その後、ステップS170へ進む。
In step S160, the
ステップS170では、制御装置102は、演算によって得た標準スコアマップZSaを表示装置104に出力して表示する。その後、処理を終了する。
In step S170, the
以上説明した実施の形態によれば、以下のような作用効果を得ることができる。
(1)制御装置102は、診断対象者の医療用画像を入力画像として入力を受け付け、異常がない医療用画像の画像パターンを学習させ、入力された医療用画像に対して異常がない医療用画像を復元して出力するように構成されたオートエンコーダに入力画像を入力して、オートエンコーダによる復元画像を得て、入力画像と復元画像との差分を算出して差分マップを生成するようにした。制御装置102は、異常がない医療用画像の分散を学習させ、入力された医療用画像に対して異常がない画像の分散を出力するように構成された分散推定器に入力画像を入力して、分散推定器による推定分散を得て、取得した推定分散に基づいて標準偏差を算出し、差分マップと標準偏差に基づいて、入力画像と復元画像の差異部分を抽出するとともに、入力画像に含まれる特徴的な差異部分以外の差異部分を低減させた診断結果画像を生成するようにした。これによって、医師等が、入力された医療用画像から正常な患者にはみられない異常部位を特定して診断を行うことを支援することができる。また、入力画像と復元画像との差分を算出して得た差分マップでも異常部位を抽出することは可能であるが、上述した式(1)により標準偏差も加味した診断結果画像を生成するようにしたので、画像上に現れる患者ごとに異なる正常部位の影響を低減して、異常部位である可能性が高い部位を明確化した診断結果画像を生成することができる。
According to the embodiment described above, the following operational effects can be obtained.
(1) The
(2)制御装置102は、生成した診断結果画像を表示装置104に表示するようにした。これによって、医師等の操作者は、診断結果画像を表示装置104上で確認することができる。
(2) The
(3)オートエンコーダでは、入力された医療用画像と出力される画像との差が所定の閾値になるまで演算に用いるパラメータの値を変えながら処理を繰り返すことにより、異常がない医療用画像の画像パターンを学習させるようにした。これによって、オートエンコーダの学習精度を向上させて、様々な画像が入力された場合でも異常がない状態の医療用画像を復元画像として出力させることができる。 (3) The auto-encoder repeats the process while changing the value of the parameter used for the calculation until the difference between the input medical image and the output image reaches a predetermined threshold value. The image pattern was learned. As a result, the learning accuracy of the auto encoder can be improved, and a medical image without any abnormality can be output as a restored image even when various images are input.
―変形例―
なお、上述した実施の形態の画像処理システムは、以下のように変形することもできる。
(1)上述した実施の形態では、画像処理装置100はパソコンであって、制御装置102が上述した処理を実行する例について説明した。しかしながら、操作者が操作する端末からインターネットなどの通信回線を介して画像処理装置100へ接続できるようにし、上述した入力画像XhやXaは、操作端末から画像処理装置100へ送信されることにより入力されてもよい。また、その場合は、診断対象者の画像上の異常部位を表示した標準スコアマップZSaは、操作端末に送信して、操作端末上で表示されるようにしてもよい。これによって、操作端末と画像処理装置100とを通信回線を介して接続することで、クライアントサーバー型やクラウド型の画像処理システムを構築することができる一方で、画像処理装置100を単体で用いることにより、スタンドアロン型の装置として利用することもできる。
-Modification-
Note that the image processing system of the above-described embodiment can be modified as follows.
(1) In the above-described embodiment, the example in which the
(2)上述した実施の形態では、トレーニングステップのための処理は、画像処理装置100で制御装置102が実行する例について説明した。しかしながら、トレーニングステップのための処理は他の装置で実行するようにして、トレーニングステップによって得られたデータを記憶媒体103に記録しておくようにしてもよい。この場合は、画像処理装置100でのトレーニングステップのための処理は不要となる。
(2) In the above-described embodiment, the example in which the processing for the training step is executed by the
なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、本発明は、上述した実施の形態における構成に何ら限定されない。また、上述の実施の形態と複数の変形例を組み合わせた構成としてもよい。 Note that the present invention is not limited to the configurations in the above-described embodiments as long as the characteristic functions of the present invention are not impaired. Moreover, it is good also as a structure which combined the above-mentioned embodiment and a some modification.
100 画像処理装置
101 操作部材
102 制御装置
103 記憶媒体
104 表示装置
DESCRIPTION OF
Claims (9)
異常がない医療用画像の分散を学習させ、入力された医療用画像に対して異常がない画像の分散を出力するように構成された分散推定器と、
診断対象者の医療用画像を入力画像として入力を受け付ける画像入力受付手段と、
前記画像入力受付手段によって入力された前記入力画像と、前記入力画像を入力した結果として前記オートエンコーダにより出力された復元画像との差分を算出して差分マップを生成する差分マップ生成手段と、
前記入力画像を入力した結果として前記分散推定器から出力された推定分散に基づいて標準偏差を算出する標準偏差算出手段と、
前記差分マップ生成手段によって生成された前記差分マップと前記標準偏差算出手段によって算出された前記標準偏差に基づいて、前記入力画像と前記復元画像の差異部分を抽出するとともに、前記入力画像に含まれる特徴的な差異部分以外の差異部分を低減させた診断結果画像を生成する診断結果画像生成手段とを備えることを特徴とする画像処理装置。 An auto encoder configured to learn an image pattern of a medical image having no abnormality and to restore and output a medical image having no abnormality with respect to the input medical image;
A variance estimator configured to learn the variance of medical images without anomalies and output the variance of images without anomalies with respect to the input medical images;
Image input accepting means for accepting an input as a medical image of a person to be diagnosed as an input image;
A difference map generating unit that calculates a difference between the input image input by the image input receiving unit and a restored image output by the auto encoder as a result of inputting the input image, and generates a difference map;
A standard deviation calculating means for calculating a standard deviation based on the estimated variance output from the variance estimator as a result of inputting the input image;
Based on the difference map generated by the difference map generating means and the standard deviation calculated by the standard deviation calculating means, a difference portion between the input image and the restored image is extracted and included in the input image. An image processing apparatus comprising: a diagnosis result image generation unit that generates a diagnosis result image in which a difference portion other than a characteristic difference portion is reduced.
前記診断結果画像生成手段によって生成された前記診断結果画像を表示装置に表示する画像表示手段をさらに備えることを特徴とする画像処理装置。 The image processing apparatus according to claim 1.
An image processing apparatus, further comprising an image display means for displaying the diagnosis result image generated by the diagnosis result image generation means on a display device.
前記オートエンコーダでは、入力された医療用画像と出力される画像との差が所定の閾値になるまで演算に用いるパラメータの値を変えながら処理を繰り返すことにより、異常がない医療用画像の画像パターンを学習させることを特徴とする画像処理装置。 The image processing apparatus according to claim 1 or 2,
The auto-encoder repeats the process while changing the value of the parameter used for the calculation until the difference between the input medical image and the output image reaches a predetermined threshold value, so that the image pattern of the medical image having no abnormality is obtained. An image processing apparatus characterized by learning.
異常がない医療用画像の分散を学習させ、入力された医療用画像に対して異常がない画像の分散を出力するように構成された分散推定器と、
診断対象者の医療用画像を入力画像として入力を受け付ける画像入力受付手段と、
前記画像入力受付手段によって入力された前記入力画像と、前記入力画像を入力した結果として前記オートエンコーダにより出力された復元画像との差分を算出して差分マップを生成する差分マップ生成手段と、
前記入力画像を入力した結果として前記分散推定器から出力された推定分散に基づいて標準偏差を算出する標準偏差算出手段と、
前記差分マップ生成手段によって生成された前記差分マップと前記標準偏差算出手段によって算出された前記標準偏差に基づいて、前記入力画像と前記復元画像の差異部分を抽出するとともに、前記入力画像に含まれる特徴的な差異部分以外の差異部分を低減させた診断結果画像を生成する診断結果画像生成手段とを備えることを特徴とする画像処理システム。 An auto encoder configured to learn an image pattern of a medical image having no abnormality and to restore and output a medical image having no abnormality with respect to the input medical image;
A variance estimator configured to learn the variance of medical images without anomalies and output the variance of images without anomalies with respect to the input medical images;
Image input accepting means for accepting an input as a medical image of a person to be diagnosed as an input image;
A difference map generating unit that calculates a difference between the input image input by the image input receiving unit and a restored image output by the auto encoder as a result of inputting the input image, and generates a difference map;
A standard deviation calculating means for calculating a standard deviation based on the estimated variance output from the variance estimator as a result of inputting the input image;
Based on the difference map generated by the difference map generating means and the standard deviation calculated by the standard deviation calculating means, a difference portion between the input image and the restored image is extracted and included in the input image. An image processing system comprising: a diagnosis result image generating unit that generates a diagnosis result image in which a difference portion other than a characteristic difference portion is reduced.
前記診断結果画像生成手段によって生成された前記診断結果画像を表示装置に表示する画像表示手段をさらに備えることを特徴とする画像処理システム。 The image processing system according to claim 4,
An image processing system, further comprising: an image display unit that displays the diagnostic result image generated by the diagnostic result image generation unit on a display device.
前記オートエンコーダでは、入力された医療用画像と出力される画像との差が所定の閾値になるまで演算に用いるパラメータの値を変えながら処理を繰り返すことにより、異常がない医療用画像の画像パターンを学習させることを特徴とする画像処理システム。 The image processing system according to claim 4 or 5,
The auto-encoder repeats the process while changing the value of the parameter used for the calculation until the difference between the input medical image and the output image reaches a predetermined threshold value, so that there is no abnormality in the image pattern of the medical image An image processing system characterized by learning.
異常がない医療用画像の画像パターンを学習させ、入力された医療用画像に対して異常がない医療用画像を復元して出力するように構成されたオートエンコーダに前記画像入力受付手順で入力を受け付けた前記入力画像を入力して、前記オートエンコーダによる復元画像を得る復元画像取得手順と、
前記画像入力受付手順で入力を受け付けた前記入力画像と前記復元画像取得手順で取得した前記復元画像との差分を算出して差分マップを生成する差分マップ生成手順と、
異常がない医療用画像の分散を学習させ、入力された医療用画像に対して異常がない画像の分散を出力するように構成された分散推定器に前記画像入力受付手順で入力を受け付けた前記入力画像を入力して、前記分散推定器による推定分散を得る推定分散取得手順と、
前記推定分散取得手順で取得した前記推定分散に基づいて標準偏差を算出する標準偏差算出手順と、
前記差分マップ生成手順で生成した前記差分マップと前記標準偏差算出手順で算出した前記標準偏差に基づいて、前記入力画像と前記復元画像の差異部分を抽出するとともに、前記入力画像に含まれる特徴的な差異部分以外の差異部分を低減させた診断結果画像を生成する診断結果画像生成手順とをコンピュータに実行させるための画像処理プログラム。 An image input acceptance procedure for accepting an input as a medical image of a diagnostic subject as an input image;
The image input reception procedure is used to input an auto encoder configured to learn an image pattern of a medical image having no abnormality and to restore and output a medical image having no abnormality with respect to the input medical image. A restored image acquisition procedure for inputting the received input image and obtaining a restored image by the auto encoder;
A difference map generation procedure for generating a difference map by calculating a difference between the input image received in the image input reception procedure and the restored image acquired in the restored image acquisition procedure;
The variance input estimator configured to learn the variance of a medical image having no abnormality and output the variance of an image having no abnormality with respect to the input medical image, the input accepted in the image input acceptance procedure An estimated variance acquisition procedure for inputting an input image and obtaining an estimated variance by the variance estimator;
A standard deviation calculation procedure for calculating a standard deviation based on the estimated variance acquired in the estimated variance acquisition procedure;
Based on the difference map generated in the difference map generation procedure and the standard deviation calculated in the standard deviation calculation procedure, a difference portion between the input image and the restored image is extracted and is included in the input image An image processing program for causing a computer to execute a diagnostic result image generation procedure for generating a diagnostic result image in which a difference portion other than a different difference portion is reduced.
前記診断結果画像生成手順で生成した前記診断結果画像を表示装置に表示する画像表示手順をさらに有することを特徴とする画像処理プログラム。 The image processing program according to claim 7,
An image processing program further comprising an image display procedure for displaying the diagnostic result image generated in the diagnostic result image generation procedure on a display device.
前記オートエンコーダでは、入力された医療用画像と出力される画像との差が所定の閾値になるまで演算に用いるパラメータの値を変えながら処理を繰り返すことにより、異常がない医療用画像の画像パターンを学習させることを特徴とする画像処理プログラム。
The image processing program according to claim 7 or 8,
The auto-encoder repeats the process while changing the value of the parameter used for the calculation until the difference between the input medical image and the output image reaches a predetermined threshold value, so that there is no abnormality in the image pattern of the medical image An image processing program characterized by learning.
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