JP6993334B2 - 自動化された心臓ボリュームセグメンテーション - Google Patents
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Description
心室輪郭を作成する最も基本的な方法は、自動化されたアルゴリズムやツールをまったく用いずに、ある種のポリゴン又はスプライン描画ツールを用いて手動でプロセスを完了することである。この場合、ユーザは、例えば、心室の外形のフリーハンド書きを作成し、又は、スプライン制御点を投下し、スプライン制御点を滑らかなスプライン輪郭に接続することができる。輪郭の初期作成の後、ソフトウェアのユーザインターフェースに応じて、ユーザは通常、例えば、制御点を移動、追加、もしくは削除することによって、又はスプラインセグメントを移動することによって、輪郭を修正する何らかの能力を有する。
乳頭筋は、左心室と右心室の両方の心内膜の内部にある筋肉である。乳頭筋は、心室収縮中に弁への圧力が増加したとき、僧帽弁及び三尖弁が閉じられているのを維持するために役立つ。図3は、左心室の乳頭筋及び心筋を示す例示的なSSFP MRI画像300a(拡張末期)及び300b(収縮末期)を示す。拡張末期(画像300a)において主な課題は、乳頭筋をそれらが埋め込まれている血液プールから区別することであり、収縮末期(画像300b)において主な課題は、乳頭筋を心筋から区別することであることに留意されたい。
心臓のセグメンテーションは、典型的には短軸又はSAXスタックからの画像上で作成される。SAXスタック上でセグメンテーションを行う1つの主要な欠点は、SAX平面が僧帽弁及び三尖弁の平面にほぼ平行なことである。これは2つの影響を有する。第1に、これらの弁はSAXスタックのスライス上で区別することが非常に難しい。第2に、SAXスタックが弁平面に正確に平行ではないと想定すると、部分的に心室にあり部分的に心房にある心臓の底部の近くに少なくとも1つのスライスがあることになる。
心臓イメージングアプリケーションの4Dフローワークフローでは、異なる心臓ビュー(例えば、2CH、3CH、4CH、SAX)を見て心室をセグメント化するために、ユーザは、心臓における異なるランドマークの領域を定義するように要求され得る。LVをセグメント化し、2CH、3CH、及び4CH左心ビューを見るために必要とされるランドマークは、LV尖部、僧帽弁、及び大動脈弁を含む。RVをセグメント化し、対応するビューを見るために必要とされるランドマークは、RV尖部、三尖弁、及び肺動脈弁を含む。
従って、上述された欠点の一部又はすべてに対処するシステム及び方法が必要とされる。
方法は、少なくとも1つのプロセッサによって、生成された輪郭を画像データと共にディスプレイ上に自律的に表示させるステップをさらに含むことができる。
本明細書で提供される本開示の見出し及び要約書は、単に便宜のためであり、実装形態の範囲又は意義を解釈するものではない。
(Deep Ventricleアーキテクチャ)
図6は、心臓SSFP検査における心室セグメンテーションに利用される、本明細書ではDeep Ventricleと呼ばれる畳み込みニューラルネットワーク(CNN)アーキテクチャ600を示す。ネットワーク600は、2つの経路を含み、すなわち、左側は、畳み込みレイヤ606とプーリングレイヤ608とを含む収縮経路602であり、右側は、アップサンプリング又は転置畳み込みレイヤ610と畳み込みレイヤ606とを含む拡張経路604である。
モデルハイパーパラメータが、トレーニング中に読み込まれる少なくとも1つの非一時的プロセッサ可読記憶媒体(例えば、構成ファイル)に記憶され得る。モデルを記述するパラメータは、以下を含み得る。
・num_pooling_layers:プーリング(及びアップサンプリング)レイヤの総数、
・pooling_type:使用するプーリング操作のタイプ(例えば、max)、
・num_init_filters:第1のレイヤのフィルタ(畳み込みカーネル)の数、
・num_conv_layers:各プーリング操作の間の畳み込みレイヤの数、
・conv_kernel_size:畳み込みカーネルのピクセル単位のエッジ長、
・dropout_prob:特定のノードの活性化がネットワークを介したバッチの所与の順方向/逆方向パスでゼロに設定される確率、
・border_mode:畳み込み前に入力特徴マップをゼロパディングする方法、
・activation:各畳み込み後に使用する非線形活性化関数、
・weight_init:ネットワーク内で重みを初期化するための手段、
・batch_norm:ネットワークのダウンサンプリング/収縮部分における各非線形性の後にバッチ正規化を利用するか否か、
・batch_norm_momentum:特徴毎の平均及び標準偏差のバッチ正規化計算におけるモメンタム、
・down_trainable:ネットワークのダウンサンプリング部分が新しいデータを見ると学習することを可能にするかどうか、
・bridge_trainable:ブリッジ畳み込みが学習することを可能にするかどうか、
・up_trainable:ネットワークのアップサンプリング部分が学習することを可能にするかどうか、及び
・out_trainable:ピクセル単位確率を作成する最終畳み込みが学習することを可能にするかどうか。
・crop_frac:元のものに対するLMDBにおける画像の部分サイズ、
・height:画像のピクセル単位の高さ、及び
・width:画像のピクセル単位の幅。
・horizontal_flip:水平方向に入力/ラベル対をランダムにフリップするかどうか、
・vertical_flip:垂直方向に入力/ラベル対をランダムにフリップするかどうか、
・shear_amount:画像/ラベル対をせん断する正/負の制限値、
・shift_amount:画像/ラベル対をシフトする最大分割値(max fractional value)、
・zoom_amount:画像/ラベル対においてズームインする最大分割値、
・rotation_amount:画像/ラベル対を回転する正/負の制限値、
・zoom_warping:ズーミングとワーピングを一緒に利用するかどうか、
・brightness:画像輝度を変更する正/負の制限値、
・contrast:画像コントラストを変更する正/負の制限値、及び
・alpha, beta:弾性変形の強度を記述する第1のパラメータ及び第2のパラメータ。
・batch_size:各順方向/逆方向パスでネットワークを示す例の数、
・max_epoch:データを通した反復の最大数、
・optimizer_name:使用するオプティマイザ関数の名前、
・optimizer_lr:学習率の値、
・objective: 使用する目的関数、
・early_stopping_monitor:いつモデルトレーニングがトレーニングを停止すべきかを決定するために監視するパラメータ、及び
・early_stopping_patience:モデルトレーニングを停止する前にearly_stopping_monitor値が改善しなくなった後に待機をするエポック(Epoch)の数。
少なくともいくつかの実装形態では、トレーニング用の前処理された画像/セグメンテーションマスク対を記憶するライトニングメモリマップデータベース(LMDB)が使用され得る。このデータベースアーキテクチャは、トレーニングデータを記憶する他の手段に対して多くの利点を持つ。そのような利点は、キーのマッピングが速度に関して辞書式(lexicographical for speed)であること、画像/セグメンテーションマスク対がトレーニングに必要とされるフォーマットで記憶されるので、それらがトレーニング時間にさらに前処理を必要としないこと、及び、画像/セグメンテーションマスク対を読み込むことが計算上安価なトランザクションであることを含む。
セル区別タスクの2つのクラス、すなわち前景モデル及び背景モデルのみに関心があった以前のモデルとは異なり、本明細書に開示されるSSFPモデルは、4つのクラス、すなわち、背景、LV心内膜、LV心外膜、及びRV心内膜を区別しようと試みる。これを達成するために、ネットワーク出力は、3つの確率マップ、すなわち非背景クラス毎に1つの確率マップを含むことができる。トレーニング中に、3つのクラスの各々についてのグランドトゥルースバイナリマスクが、ピクセルデータと共にネットワークに提供される。ネットワーク損失が、3つのクラスにわたる損失の合計として決定され得る。3つのグランドトゥルースマスクのいずれかが画像に対して欠損している(すなわち、グランドトゥルースが空のマスクではなく、データがないことを意味する)場合、そのマスクは損失を計算するときに無視されてよい。
図7は、SSFP LMDBの作成のためのプロセス700を示す。702では、輪郭情報がSSFPグランドトゥルースデータベース704から抽出される。これらの輪郭は、特定のSSFPスライス位置及び時点に関連付けられて、輪郭X位置及びY位置の辞書としてグランドトゥルースデータベース704に記憶される。706では、対応するSSFP DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine)画像708からのピクセルデータが、この情報から作成されたブール型マスク(Boolean mask)と対にされる。710では、システムは、画像を正規化し、画像/マスクをクロップし、画像/マスクをサイズ変更することによって、画像及びマスクを前処理する。少なくともいくつかの実装形態では、MRIは、それらが平均値0を有し、画像のバッチの第1及び第99パーセンタイル(the 1st and 99th percentile)が-0.5及び0.5であり、すなわち、それらの「使用可能範囲」は-0.5と0.5の間にあるように正規化される。心室輪郭が画像のより大きな割合を占めるように、画像がクロップ及びサイズ変更され得る。これは、より多くの総数の前景クラスピクセルをもたらし、心室の細かな詳細(特にコーナー)をより簡単に解像し、より小さい計算能力のみでモデルの収束を容易にする。
Deep Ventricleトレーニング
推定は、新しいデータについての予測のためのトレーニングされたモデルを利用するプロセスである。少なくともいくつかの実装形態では、ウェブアプリケーション(又は「ウェブアプリ」)が推定のために使用され得る。図9は、予測が新しいSSFP検査に対して行われ得る例示的なパイプライン又はプロセス900を表示する。902では、ユーザがウェブアプリケーションに検査をロードした後、ユーザが、(例えば、「欠損輪郭を生成する」アイコンをクリックすることによって)推定サービスを起動することができ、それにより、任意の欠損(まだ作成されていない)輪郭を自動的に生成する。そのような輪郭は、例えば、LV Endo、LV Epi、又はRV Endoを含むことができる。少なくともいくつかの実装形態では、推定は、検査がユーザによってアプリケーションにロードされたとき、又は検査がユーザによってサーバに最初にアップロードされたときに、自動的に起動され得る。推定がアップロード時に行われる場合、予測は、非一時的プロセッサ可読記憶媒体にその時に記憶され得るが、ユーザが検査を開くまでは表示されない。
4Dフローデータのトレーニングデータベース作成
上述されたSSFP Deep Ventricle推定と同様に、ウェブアプリケーションが4Dフローデータについての推定のために使用され得る。図21は、システムが新しい4Dフロー検査に対して予測を行うプロセス2100のためのパイプラインを示す。2102では、ユーザがウェブアプリケーションに検査をロードした後、ユーザは、上記に説明され図9に示された推定パイプラインと同様のパイプラインを介して推定サービスを起動することができる。ランドマークは、手動又は自動で(例えば、後述される自動ランドマーク発見アルゴリズムによって)既に定義されている。
心室のエンドツーエンドセグメンテーションのための別の手法では、ボリューム測定用画像、ボリューム測定用マスク、及び3D畳み込みカーネルを全体にわたって利用する。この実装形態の説明及び操作は共に、上述されたSSFP実装形態のそれに密接に従うが、いくつかの重要な違いを有する。従って、簡潔にするために、以下の議論は主にそのような違いに焦点を当てる。
Deep Ventricle自動セグメンテーションモデルの追加の実装形態は、心室の血液プールのみがセグメント化され乳頭筋が除外されるものである。実際に、乳頭筋は小さく不規則に形成されているので、それらは典型的には便宜的にセグメント化されたエリアに含まれる。血液プールから乳頭筋を除外する、この実装形態のアーキテクチャ、ハイパーパラメータ、及びトレーニングデータベースは、上述されたSSFP実装形態にすべて類似している。しかしながら、この実装形態では、グランドトゥルースセグメンテーションデータベースが、乳頭筋を除外しそれらを含まない左及び右心室心内膜アノテーションを含む。
従来の画像分類又はセグメンテーションニューラルネットワークアーキテクチャは、一度に単一の画像、場合によっては複数チャンネル(例えば、RGB)画像、場合によってはボリューム測定用画像に対して動作する。標準的2D手法は、一度に3Dボリュームからの単一のスライスに対して動作するネットワークを含む。この場合、単一のスライスからの情報のみが、そのスライスにおけるデータを分類又はセグメント化するために使用される。この手法の問題は、対象のスライスについて、周囲の時点又はスライスからの文脈が推定に組み込まれないことである。標準的3D手法は、ボリューム測定用予測を行うために3Dカーネルを利用しボリューム測定用情報を組み込む。しかしながら、この手法は、低速であり、トレーニングと推定の両方のためにかなりの計算リソースを必要とする。
SSFPシネ検査は4次元のデータ(空間で3つ、時間で1つ)を含み、4Dフロー検査は5次元のデータ(空間で3つ、時間で1つ、4チャンネルの情報)を含む。これら4チャンネルの情報は、解剖学的形態(すなわち信号強度)、軸位相、y軸位相、及びz軸位相である。モデルを構築する最も単純な方法は、各3D空間点で信号強度のみを使用し、時間情報、又は4Dフローの場合は流れ情報を組み込まない。この単純なモデルは、形状(x,y,z)の3Dデータ立方体を入力として取り込む。
本明細書に述べられているシステム及び方法はまた、3D MRIにおける複数の心臓ランドマークの領域の自動化された検出を可能にする。システムは、画像化された心臓の様々な位置、向き、及び外観を有するMRIの多様なセットを取り扱う。さらに、システムは、不完全なアノテーションを有するデータベースからの学習の問題を効果的に扱う。より具体的には、システムは、トレーニングセット上の各入力ボリューム測定用画像について一部のランドマークのみが位置特定されたときに、画像内のすべてのランドマークを検出する問題に対処する。
提示された機械学習手法では、2次元(2D)DICOM画像の系列として記憶された心臓の3次元(3D)磁気共鳴イメージング(MRI)を含む、4Dフローデータのデータベースが使用される。典型的には、単一の心周期にわたって、約20個の3Dボリューム測定用画像が取得され、各々が心拍の1つのスナップショットに対応する。従って、初期データベースは、異なる時間ステップにおける異なる患者の3D画像に対応する。各3D MRIは、ウェブアプリケーションのユーザによって配置されたゼロランドマークから6ランドマークまでのいくつかのランドマークアノテーションを提示する。ランドマークのアノテーションは、存在する場合、時点tに対応する3D MRIのランドマークの位置(x,y,z)を示す座標(x,y,z,t)のベクトルとして記憶される。
ネットワークアーキテクチャ
以下の議論は、3D MRI及びラベルマップ対のLMDBデータベースを使用してどのようにディープニューラルネットワークがトレーニングされ得るかを説明する。全体的な目的は、以前に見られなかった画像上の心臓ランドマークの位置をネットワークが予測できるように、ネットワークのパラメータを調整することである。トレーニングプロセスのフローチャートは図8に示され上記に説明されている。
新しい画像が与えられると、図28を参照して上記に説明されたものと同様の様式で画像を前処理することによって、ランドマーク位置が推定される。より正確には、画像がサイズ変更され、クリッピングされ、スケーリングされ、画像のヒストグラムが等化され、画像がセンタリングされ得る。ネットワークは、6つのランドマークの場合、ランドマーク毎に1つのマップで合計6つの3Dマップを出力する。これらのマップは、各ランドマークが特定の位置に発見される確率を記述する。あるいは、マップは、ランドマークの真の位置から逆距離関数を符号化する(すなわち、高い値は小さい距離に帰着し、低い値は大きい距離に帰着する)とみなされ得る。
少なくともいくつかの実装形態では、データセットは、以前のユーザによってウェブアプリケーションにアップロードされた臨床検査から構成される。アノテーションは、異なる画像上にユーザによって配置されてよい。先に説明されたように、このデータセットは、トレーニング、検証、及び試験セットに分割される。
モデルアクセシビリティ
心臓MRIがウェブアプリケーションにアップロードされると、ユーザは「心臓」セクションの下の「ビュー」ボタンを選択することができる。これにより、「ランドマークを位置特定する」ボタンを用いて画像の右側に新しいパネルを開く。このボタンを選択すると、各時点におけるすべての3D画像で6つのランドマークを自動的に位置特定する。位置特定されたランドマークのリストが右パネル上に見える。ランドマーク名を選択することにより、画像のフォーカスを予測されたランドマーク位置にもたらし、ユーザは、必要とみなされる任意の修正を行うことを可能にされる。ユーザが満足すると、心臓の標準的2、3、4チャンバービュー及びSAXビューを作成する「標準ビュー」ボタンをユーザが選択することができる。
4Dフローでは、各患者の取得の時点毎に流速情報が利用可能である。この情報を十分に利用するために、時間軸に沿った標準偏差が3D画像の各ボクセルで計算されてよい。標準偏差の大きさは、1心拍の経過におけるそのピクセルの血流変動の量に関連付けられる。次いで、この標準偏差画像は、先に説明された正規化パイプライン、すなわち、サイズ変更、クリッピング、スケーリング、ヒストグラム等化、センタリングに従って正規化される。フローデータの時間情報を符号化するために、いくつかの他の手法が考えられ得ることに留意されたい。例えば、4D信号のフーリエ変換が最後の次元に沿って計算されてもよく、様々な周波数ビン(frequency bins)が信号を符号化するために使用されてもよい。より一般的には、追加の計算及びメモリパワーを必要とするという犠牲を払って、時系列全体がネットワークに入力されてもよい。
ニューラルネットワークに対する入力は、追加のチャンネルによって拡張されてもよい。より正確には、4次元(4D)テンソルが定義されてよく、この場合、最後の次元が、解剖学的ピクセル強度と流れ大きさ又は速度の成分とを別々のチャンネルとして符号化する。上記に説明されたネットワークは、入力としてそのようなテンソルを受け入れるように拡張され得る。これは、第1のレイヤの拡張が4Dテンソルを受け入れることを必要とする。後続ステップのネットワークトレーニング、推定、及びユーザ対話は、先述されているものと同様のままである。
左心室及び右心室のより精密なセグメンテーションを行うために、心臓の弁の位置及び方向を識別することが有利であり得る。少なくともいくつかの実装形態では、前述の心室セグメンテーションインターフェース内で、ユーザは、利用可能な長軸ビューを使用して弁平面上にある点をマーキングすることができる。弁平面は、最も良く適合する平面を発見するために回帰を行うことによって、これの入力点から決定される。平面の法線は、心室の尖部から離れる向きへ設定される。平面が定義されると、正側にあるボリュームの任意の部分が心室の総ボリュームから差し引かれる。これにより、心室のボリュームを決定する際に、弁の外側に何も含まれないことを保証する。
図35は、本明細書に説明された様々な機能性を実装するために適したプロセッサベースのデバイス3504を示す。必須とされないが、実装形態の一部の部分は、1つ又は複数のプロセッサによって実行されるプログラムアプリケーションモジュール、オブジェクト、又はマクロのようなプロセッサ実行可能命令又はロジックの一般的なコンテキストで説明される。説明された実装形態及び他の実装形態は、スマートフォンやタブレットコンピュータなどのハンドヘルドデバイス、ウェアラブルデバイス、マルチプロセッサシステム、マイクロプロセッサベースもしくはプログラマブル家電、パーソナルコンピュータ(「PC」)、ネットワークPC、ミニコンピュータ、並びにメインフレームコンピュータなどを含む、様々なプロセッサベースのシステム構成で実施され得ることは、当業者には理解されよう。
Claims (18)
- 機械学習システムであって、
プロセッサ実行可能命令又はデータのうちの少なくとも1つを記憶する少なくとも1つの非一時的プロセッサ可読記憶媒体と、
前記少なくとも1つの非一時的プロセッサ可読記憶媒体に通信可能に結合された少なくとも1つのプロセッサとを備え、前記少なくとも1つのプロセッサは、
複数のバッチのラベル付けされた画像セットを備える学習データを受け取ることであって、各画像セットは、解剖構造を表す画像データを備え、各画像セットは、前記画像セットの各画像において描かれた前記解剖構造の特定部分の領域を識別する少なくとも1つのラベルを含む、受け取ることと、
前記受け取られた学習データを利用して前記解剖構造の少なくとも一部分をセグメント化するように完全畳み込みニューラルネットワーク(CNN)モデルをトレーニングすることであって、前記CNNモデルは、収縮経路及び拡張経路を備え、前記収縮経路は、いくつかの畳み込みレイヤ及びいくつかのプーリングレイヤを含み、各プーリングレイヤは、少なくとも1つの畳み込みレイヤによって先行され、前記拡張経路は、いくつかの畳み込みレイヤ及びいくつかのアップサンプリングレイヤを含み、各アップサンプリングレイヤは、少なくとも1つの畳み込みレイヤによって先行され、学習されたカーネルを用いてアップサンプリング及び補間を行う転置畳み込み操作を備える、該トレーニングすることと、
前記トレーニングされたCNNモデルを、前記機械学習システムの前記少なくとも1つの非一時的プロセッサ可読記憶媒体に記憶することと
を行うことを特徴とする機械学習システム。 - 各アップサンプリングレイヤに続いて、前記CNNモデルは、スキップ接続を介して前記収縮経路における対応するレイヤからの特徴マップの連結を含むことを特徴とする請求項1に記載の機械学習システム。
- 機械学習システムであって、
プロセッサ実行可能命令又はデータのうちの少なくとも1つを記憶する少なくとも1つの非一時的プロセッサ可読記憶媒体と、
前記少なくとも1つの非一時的プロセッサ可読記憶媒体に通信可能に結合された少なくとも1つのプロセッサとを備え、前記少なくとも1つのプロセッサは、
複数のバッチのラベル付けされた画像セットを備える学習データを受け取ることであって、各画像セットは、解剖構造を表す画像データを備え、各画像セットは、前記画像セットの各画像において描かれた前記解剖構造の特定部分の領域を識別する少なくとも1つのラベルを含む、受け取ることと、
前記受け取られた学習データを利用して前記解剖構造の少なくとも一部分をセグメント化するように完全畳み込みニューラルネットワーク(CNN)モデルをトレーニングすることであって、前記CNNモデルは、いくつかの畳み込みレイヤを含み、前記CNNモデルは、ゼロパディング操作を使用して各畳み込みレイヤへの入力をパディングする、該トレーニングすることと、
前記トレーニングされたCNNモデルを、前記機械学習システムの前記少なくとも1つの非一時的プロセッサ可読記憶媒体に記憶することと
を行うことを含み、
前記CNNモデルは、収縮経路及び拡張経路を備え、前記収縮経路は、いくつかの畳み込みレイヤ及びいくつかのプーリングレイヤを含み、各プーリングレイヤは、少なくとも1つの畳み込みレイヤによって先行され、前記拡張経路は、いくつかの畳み込みレイヤ及びいくつかのアップサンプリングレイヤを含み、各アップサンプリングレイヤは、少なくとも1つの畳み込みレイヤによって先行され、学習されたカーネルを用いてアップサンプリング及び補間を行う転置畳み込み操作を備えたことを特徴とする機械学習システム。 - 前記画像データは、心周期全体にわたる1つ又は複数の時点における心臓を表すことを特徴とする請求項3に記載の機械学習システム。
- 前記画像データは、超音波データ又は可視光写真データを含むことを特徴とする
請求項4に記載の機械学習システム。 - 機械学習システムであって、
プロセッサ実行可能命令又はデータのうちの少なくとも1つを記憶する少なくとも1つの非一時的プロセッサ可読記憶媒体と、
前記少なくとも1つの非一時的プロセッサ可読記憶媒体に通信可能に結合された少なくとも1つのプロセッサとを備え、前記少なくとも1つのプロセッサは、
複数のバッチのラベル付けされた画像セットを備える学習データを受け取ることであって、各画像セットは、解剖構造を表す画像データを備え、各画像セットは、前記画像セットの各画像において描かれた前記解剖構造の特定部分の領域を識別する少なくとも1つのラベルを含む、受け取ることと、
前記複数のバッチのラベル付けされた画像セットにおける前記画像データの少なくとも一部の修正を介して、前記学習データを補強することと、
前記受け取られた学習データを利用して前記解剖構造の少なくとも一部分をセグメント化するように完全畳み込みニューラルネットワーク(CNN)モデルをトレーニングすることと、
前記トレーニングされたCNNモデルを、前記機械学習システムの前記少なくとも1つの非一時的プロセッサ可読記憶媒体に記憶することと
を行うことを特徴とする機械学習システム。 - 前記少なくとも1つのプロセッサは、
水平フリップ、垂直フリップ、切り取り量、シフト量、ズーム量、回転量、輝度レベル、又はコントラストレベルのうちの少なくとも1つに応じて、前記複数のバッチのラベル付けされた画像セットにおける前記画像データの少なくとも一部を修正する
ことを特徴とする請求項6に記載の機械学習システム。 - 前記少なくとも1つのプロセッサは、
各画像セットについて、前記画像セットが前記解剖構造の複数の部分のいずれかに対するラベルを欠損しているかどうかを識別し、
少なくとも1つのラベルを欠損していると識別された画像セットについて、前記識別された欠損ラベルを説明するようにトレーニング損失関数を修正する
ことを特徴とする請求項6に記載の機械学習システム。 - 前記画像データは、ボリューム測定用画像を含み、各ラベルは、ボリューム測定用ラベルマスク又は輪郭を含むことを特徴とする請求項6に記載の機械学習システム。
- 前記CNNモデルの各畳み込みレイヤは、サイズN×N×Kピクセルの畳み込みカーネルを含み、N及びKは、正の整数であることを特徴とする請求項9に記載の機械学習システム。
- 前記CNNモデルの各畳み込みレイヤは、サイズN×Mピクセルの畳み込みカーネルを含み、N及びMは、正の整数であることを特徴とする請求項6に記載の機械学習システム。
- 前記画像データは、心周期全体にわたる1つ又は複数の時点における心臓を表し、前記複数のバッチのラベル付けされた画像セットのサブセットは、乳頭筋を除外したラベルを含むことを特徴とする請求項6に記載の機械学習システム。
- 各処理された画像について、前記CNNモデルは、空間に関して前記処理された画像に隣接するか、又は時間に関して前記処理された画像に隣接するかの少なくとも一方である少なくとも1つの画像についてのデータを利用する
ことを特徴とする請求項6に記載の機械学習システム - 機械学習システムであって、
プロセッサ実行可能命令又はデータのうちの少なくとも1つを記憶する少なくとも1つの非一時的プロセッサ可読記憶媒体と、
前記少なくとも1つの非一時的プロセッサ可読記憶媒体に通信可能に結合された少なくとも1つのプロセッサとを備え、前記少なくとも1つのプロセッサは、
複数のバッチのラベル付けされた画像セットを備える学習データを受け取ることであって、各画像セットは、解剖構造を表す画像データを備え、各画像セットは、前記画像セットの各画像において描かれた前記解剖構造の特定部分の領域を識別する少なくとも1つのラベルを含む、受け取ることと、
前記受け取られた学習データを利用して前記解剖構造の少なくとも一部分をセグメント化するように完全畳み込みニューラルネットワーク(CNN)モデルをトレーニングすることであって、前記CNNモデルは、前記少なくとも1つの非一時的プロセッサ可読記憶媒体に記憶された複数のハイパーパラメータを含み、
複数の構成に従って前記CNNモデルを構成することであって、各構成は、前記ハイパーパラメータの値の異なる組み合わせを備える、該構成することと、
前記複数の構成の各々について、前記CNNモデルの精度を検証することと、
前記検証により決定された前記精度に少なくとも部分的に基づいて、少なくとも1つの構成を選択することと、
前記トレーニングされたCNNモデルを、前記機械学習システムの前記少なくとも1つの非一時的プロセッサ可読記憶媒体に記憶することと
を行うことを特徴とする機械学習システム。 - プロセッサ実行可能命令又はデータのうちの少なくとも1つを記憶する少なくとも1つの非一時的プロセッサ可読記憶媒体と、前記少なくとも1つの非一時的プロセッサ可読記憶媒体に通信可能に結合された少なくとも1つのプロセッサとを備える機械学習システムを動作させる方法であって、
前記少なくとも1つのプロセッサによって、複数のバッチのラベル付けされた画像セットを備える学習データを受け取るステップであって、各画像セットは、解剖構造を表す画像データを備え、各画像セットは、前記画像セットの各画像において描かれた前記解剖構造の特定部分の領域を識別する少なくとも1つのラベルを含む、該受け取るステップと、
前記少なくとも1つのプロセッサによって、各画像セットについて、前記画像セットが前記解剖構造の複数の部分のいずれかに対するラベルを欠損しているかどうかを識別するステップと、
前記少なくとも1つのプロセッサによって、少なくとも1つのラベルを欠損していると識別された画像セットについて、前記識別された欠損ラベルを説明するようにトレーニング損失関数を修正するステップと、
前記少なくとも1つのプロセッサによって、前記受け取られた学習データを利用して前記解剖構造の少なくとも一部分をセグメント化するように完全畳み込みニューラルネットワーク(CNN)モデルをトレーニングするステップと、
前記少なくとも1つのプロセッサによって、前記トレーニングされたCNNモデルを、前記機械学習システムの前記少なくとも1つの非一時的プロセッサ可読記憶媒体に記憶するステップと
を含むことを特徴とする方法。 - 各処理された画像について、前記CNNモデルは、空間に関して前記処理された画像に隣接する少なくとも1つの画像についてのデータを利用し、時間に関して前記処理された画像に隣接する少なくとも1つの画像についてのデータを利用することを特徴とする請求項15に記載の方法。
- 各処理された画像について、前記CNNモデルは、時間情報又は位相情報のうちの少なくとも1つを利用することを特徴とする請求項15に記載の方法。
- 前記画像データは、定常自由歳差運動(SSFP)磁気共鳴イメージング(MRI)データ又は4DフローMRIデータのうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項15に記載の方法。
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