JP7346192B2 - Device, medical information processing device, and program - Google Patents
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本発明の実施形態は、装置、医用情報処理装置、及びプログラムに関する。 Embodiments of the present invention relate to a device, a medical information processing device, and a program.
心臓が撮像された時系列の医用画像データを用いて、心臓の壁運動を解析する壁運動解析技術が知られている。例えば、超音波イメージングでは、時系列の超音波画像データに対してスペックルトラッキング(Speckle Tracking)を行って、心臓壁のストレインや変位等から運動情報を算出することが行われている。 A wall motion analysis technique is known that analyzes the wall motion of the heart using time-series medical image data obtained by imaging the heart. For example, in ultrasound imaging, speckle tracking is performed on time-series ultrasound image data to calculate motion information from strain, displacement, etc. of the heart wall.
心疾患の症状の一つとして、虚血状態において局所的な壁運動異常(hypokinesis)が現れることが知られている。そこで、この壁運動異常の診断を行うために、ストレインの波形情報から得られる特徴を指標値として定義したり、その指標値に応じた輝度値をマッピングした指標画像を表示したりする技術が種々提案されている。 It is known that local wall motion abnormalities (hypokinesis) appear in ischemic conditions as one of the symptoms of heart disease. Therefore, in order to diagnose this wall motion abnormality, there are various techniques that define features obtained from strain waveform information as index values and display index images that map luminance values according to the index values. Proposed.
しかしながら、ストレインの絶対値は、患者(被検体)ごと或いは心臓の領域ごとに変わるため、壁運動が低下しているか否かをピーク値で識別するのはロバストではない。また、虚血状態で認められる波形情報の特徴は健常者にも認められる場合があるため、この特徴に基づく指標定義では特異度が低い。したがって、既存の技術では、局所的な壁運動異常を高精度かつロバストに識別することは難しい。 However, since the absolute value of strain varies from patient to patient (subject) or from region to heart region, it is not robust to identify whether wall motion has decreased based on the peak value. Further, since characteristics of waveform information observed in an ischemic state may also be observed in healthy individuals, index definitions based on these characteristics have low specificity. Therefore, with existing techniques, it is difficult to identify local wall motion abnormalities with high accuracy and robustness.
本発明が解決しようとする課題は、局所的な壁運動異常を高精度かつロバストに識別することができる装置、医用情報処理装置、及びプログラムを提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a device, a medical information processing device, and a program that can identify local wall motion abnormalities with high accuracy and robustness.
実施形態に係る医用画像診断装置は、取得部と、判定部とを備える。取得部は、第1被検体の心臓について、第1局所領域および第1全体領域それぞれにおける壁運動パラメータの時系列変化を表す複数の第1医用情報を取得する。判定部は、前記複数の第1医用情報に基づいて、前記第1局所領域における異常を判定する。 A medical image diagnostic apparatus according to an embodiment includes an acquisition section and a determination section. The acquisition unit acquires a plurality of pieces of first medical information representing time-series changes in wall motion parameters in each of the first local region and the first overall region, regarding the heart of the first subject. The determination unit determines an abnormality in the first local region based on the plurality of first medical information.
以下、図面を参照して、実施形態に係る装置、医用情報処理装置、及びプログラムを説明する。なお、以下に説明する実施形態は、以下の説明に限定されるものではない。以下に説明する実施形態は、処理内容に矛盾が生じない範囲で他の実施形態や従来技術との組み合わせが可能である。 Hereinafter, an apparatus, a medical information processing apparatus, and a program according to an embodiment will be described with reference to the drawings. Note that the embodiments described below are not limited to the following description. The embodiment described below can be combined with other embodiments or conventional techniques as long as there is no contradiction in processing content.
(第1の実施形態)
第1の実施形態に係る超音波診断装置及び医用情報処理装置について説明する。ここで、第1の実施形態に係る超音波診断装置は、学習済みモデルを備え、学習済みモデルを用いて局所的な壁運動異常を高精度かつロバストに識別することができる。また、第1の実施形態に係る医用情報処理装置は、超音波診断装置が備える学習済みモデルを構築する。なお、第1の実施形態では、超音波診断装置が学習済みモデルを備える場合を説明するが、実施形態はこれに限定されるものではない。超音波診断装置以外の装置が学習済みモデルを備える場合の実施形態については、後述する。
(First embodiment)
An ultrasound diagnostic apparatus and a medical information processing apparatus according to a first embodiment will be described. Here, the ultrasonic diagnostic apparatus according to the first embodiment includes a trained model, and can identify local wall motion abnormalities with high accuracy and robustness using the trained model. Furthermore, the medical information processing apparatus according to the first embodiment constructs a learned model included in the ultrasound diagnostic apparatus. Note that in the first embodiment, a case will be described in which the ultrasonic diagnostic apparatus includes a learned model, but the embodiment is not limited to this. An embodiment in which a device other than an ultrasound diagnostic device includes a learned model will be described later.
図1及び図2を用いて、第1の実施形態に係る超音波診断装置及び医用情報処理装置の構成について説明する。図1は、第1の実施形態に係る超音波診断装置100の構成例を示すブロック図である。図2は、第1の実施形態に係る医用情報処理装置200の構成例を示すブロック図である。なお、第1の実施形態では、超音波診断装置100及び医用情報処理装置200がネットワークNWを介して通信可能に接続される場合を説明するが、これに限定されるものではない。例えば、超音波診断装置100及び医用情報処理装置200は、ネットワークNWを介さずとも、記憶媒体、又は、取り外し可能な外部記憶装置等を介して情報の受け渡しを行うことが可能である。
The configurations of an ultrasound diagnostic apparatus and a medical information processing apparatus according to the first embodiment will be described using FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of an ultrasound
まず、図1に示す超音波診断装置100の構成について説明する。図1に示すように、第1の実施形態に係る超音波診断装置100は、超音波プローブ101、入力インタフェース102、ディスプレイ103、心電計104、及び装置本体105を有する。超音波プローブ101、入力インタフェース102、ディスプレイ103、及び心電計104は、装置本体105と通信可能に接続される。
First, the configuration of the ultrasonic
超音波プローブ101は、複数の振動子を有し、これら複数の振動子は、装置本体105が有する送受信回路110から供給される駆動信号に基づき超音波を発生する。また、超音波プローブ101は、被検体Xからの反射波を受信して電気信号に変換する。また、超音波プローブ101は、振動子に設けられる整合層と、振動子から後方への超音波の伝播を防止するバッキング材等を有する。なお、超音波プローブ101は、装置本体105と着脱自在に接続される。
The ultrasonic probe 101 has a plurality of transducers, and these plurality of transducers generate ultrasonic waves based on a drive signal supplied from a transmitting/receiving
超音波プローブ101から被検体Xに超音波が送信されると、送信された超音波は、被検体Xの体内組織における音響インピーダンスの不連続面で次々と反射され、反射波信号として超音波プローブ101が有する複数の振動子にて受信される。受信される反射波信号の振幅は、超音波が反射される不連続面における音響インピーダンスの差に依存する。なお、送信された超音波パルスが、移動している血流や心臓壁等の表面で反射された場合の反射波信号は、ドプラ効果により、移動体の超音波送信方向に対する速度成分に依存して、周波数偏移を受ける。 When ultrasonic waves are transmitted from the ultrasound probe 101 to the subject The signal is received by a plurality of transducers included in the device 101. The amplitude of the received reflected wave signal depends on the difference in acoustic impedance at the discontinuity surface from which the ultrasound wave is reflected. Note that when a transmitted ultrasound pulse is reflected from a moving bloodstream or a surface such as a heart wall, the reflected wave signal depends on the velocity component of the moving object in the ultrasound transmission direction due to the Doppler effect. and undergo a frequency shift.
入力インタフェース102は、操作者から各種の指示及び情報の入力操作を受け付ける。具体的には、入力インタフェース102は、操作者から受け付けた入力操作を電気信号へ変換して装置本体105の処理回路170に出力する。例えば、入力インタフェース102は、トラックボール、スイッチボタン、マウス、キーボード、操作面へ触れることで入力操作を行うタッチパッド、表示画面とタッチパッドとが一体化されたタッチスクリーン、光学センサを用いた非接触入力回路、及び音声入力回路等によって実現される。なお、入力インタフェース102は、マウス、キーボード等の物理的な操作部品を備えるものだけに限られない。例えば、装置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、この電気信号を制御回路へ出力する電気信号の処理回路も入力インタフェース102の例に含まれる。
The input interface 102 receives various instructions and information input operations from an operator. Specifically, the input interface 102 converts an input operation received from an operator into an electrical signal and outputs it to the
ディスプレイ103は、各種の情報及び画像を表示する。具体的には、ディスプレイ103は、処理回路170から送られる情報及び画像のデータを表示用の電気信号に変換して出力する。例えば、ディスプレイ103は、液晶モニタやCRT(Cathode Ray Tube)モニタ、タッチパネル等によって実現される。なお、超音波診断装置100が備える出力装置としては、ディスプレイ103に限らず、例えば、スピーカーを備えていても良い。例えば、スピーカーは、装置本体105の処理状況を操作者に通知するために、ビープ音などの所定の音声を出力する。
心電計104は、被検体Xの生体信号として、被検体Xの心電波形(Electrocardiogram:ECG)を取得する。心電計104は、取得した心電波形を装置本体105に送信する。なお、本実施形態では、被検体Xの心臓の心時相に関する情報を取得する手段の一つとして、心電計104を用いる場合を説明するが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、超音波診断装置100は、心音図の第II音(第二音)の時間若しくはスペクトラムドプラによる心臓の駆出血流の計測により求まる大動脈弁閉鎖(Aortic Valve Close:AVC)時間を取得することで、被検体Xの心臓の心時相に関する情報を取得してもよい。
The
装置本体105は、超音波プローブ101が受信した反射波信号に基づいて超音波画像データを生成する装置である。図1に示す装置本体105は、超音波プローブ101が受信した2次元の反射波データに基づいて2次元の超音波画像データを生成可能な装置である。また、装置本体105は、超音波プローブ101が受信した3次元の反射波データに基づいて3次元の超音波画像データを生成可能な装置である。 The device main body 105 is a device that generates ultrasound image data based on the reflected wave signal received by the ultrasound probe 101. The device main body 105 shown in FIG. 1 is a device that can generate two-dimensional ultrasound image data based on two-dimensional reflected wave data received by the ultrasound probe 101. Further, the device main body 105 is a device that can generate three-dimensional ultrasound image data based on three-dimensional reflected wave data received by the ultrasound probe 101.
装置本体105は、図1に示すように、送受信回路110、信号処理回路120、画像生成回路130、画像メモリ140、記憶回路150、ネットワーク(network:NW)インタフェース160、及び処理回路170を有する。送受信回路110、信号処理回路120、画像生成回路130、画像メモリ140、記憶回路150、NWインタフェース160、及び処理回路170は、互いに通信可能に接続される。
As shown in FIG. 1, the device main body 105 includes a transmission/
送受信回路110は、パルス発生器、送信遅延部、パルサ等を有し、超音波プローブ101に駆動信号を供給する。パルス発生器は、所定のレート周波数で、送信超音波を形成するためのレートパルスを繰り返し発生する。また、送信遅延部は、超音波プローブ101から発生される超音波をビーム状に集束し、かつ送信指向性を決定するために必要な振動子ごとの遅延時間を、パルス発生器が発生する各レートパルスに対し与える。また、パルサは、レートパルスに基づくタイミングで、超音波プローブ101に駆動信号(駆動パルス)を印加する。すなわち、送信遅延部は、各レートパルスに対し与える遅延時間を変化させることで、振動子面から送信される超音波の送信方向を任意に調整する。
The transmission/
なお、送受信回路110は、処理回路170の指示に基づいて、所定のスキャンシーケンスを実行するために、送信周波数、送信駆動電圧等を瞬時に変更可能な機能を有している。特に、送信駆動電圧の変更は、瞬間にその値を切り替え可能なリニアアンプ型の発信回路、又は、複数の電源ユニットを電気的に切り替える機構によって実現される。
Note that the transmitter/
また、送受信回路110は、プリアンプ、A/D(Analog/Digital)変換器、受信遅延部、加算器等を有し、超音波プローブ101が受信した反射波信号に対して各種処理を行って反射波データを生成する。プリアンプは、反射波信号をチャネル毎に増幅する。A/D変換器は、増幅された反射波信号をA/D変換する。受信遅延部は、受信指向性を決定するために必要な遅延時間を与える。加算器は、受信遅延部によって処理された反射波信号の加算処理を行なって反射波データを生成する。加算器の加算処理により、反射波信号の受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調され、受信指向性と送信指向性とにより超音波送受信の総合的なビームが形成される。
The transmitter/
ここで、送受信回路110からの出力信号の形態は、RF(Radio Frequency)信号と呼ばれる位相情報が含まれる信号である場合や、包絡線検波処理後の振幅情報である場合等、種々の形態が選択可能である。
Here, the format of the output signal from the transmitter/
信号処理回路120は、送受信回路110から反射波データを受信し、対数増幅、包絡線検波処理等を行なって、信号強度が輝度の明るさで表現されるデータ(Bモードデータ)を生成する。また、信号処理回路120は、送受信回路110から受信した反射波データから速度情報を周波数解析し、ドプラ効果による血流や組織、造影剤エコー成分を抽出し、速度、分散、パワー等の移動体情報を多点について抽出したデータ(ドプラデータ)を生成する。
The
なお、図1に例示する信号処理回路120は、2次元の反射波データ及び3次元の反射波データの両方について処理可能である。すなわち、信号処理回路120は、2次元の反射波データから2次元のBモードデータを生成し、3次元の反射波データから3次元のBモードデータを生成する。また、信号処理回路120は、2次元の反射波データから2次元のドプラデータを生成し、3次元の反射波データから3次元のドプラデータを生成する。
Note that the
画像生成回路130は、信号処理回路120が生成したデータから超音波画像データを生成する。すなわち、画像生成回路130は、信号処理回路120が生成した2次元のBモードデータから反射波の強度を輝度で表した2次元のBモード画像データを生成する。また、画像生成回路130は、信号処理回路120が生成した2次元のドプラデータから移動体情報を表す2次元のドプラ画像データを生成する。2次元のドプラ画像データは、速度画像、分散画像、パワー画像、又は、これらを組み合わせた画像である。また、画像生成回路130は、信号処理回路120が生成した1走査線上のBモードデータの時系列データから、Mモード画像データを生成することも可能である。また、画像生成回路130は、信号処理回路120が生成したドプラデータから、血流や組織の速度情報を時系列に沿ってプロットしたドプラ波形を生成することも可能である。
The image generation circuit 130 generates ultrasound image data from the data generated by the
ここで、画像生成回路130は、一般的には、超音波走査の走査線信号列を、テレビ等に代表されるビデオフォーマットの走査線信号列に変換(スキャンコンバート)し、表示用の超音波画像データを生成する。具体的には、画像生成回路130は、超音波プローブ101による超音波の走査形態に応じて座標変換を行なうことで、表示用の超音波画像データを生成する。また、画像生成回路130は、スキャンコンバート以外に種々の画像処理として、例えば、スキャンコンバート後の複数の画像フレームを用いて、輝度の平均値画像を再生成する画像処理(平滑化処理)や、画像内で微分フィルタを用いる画像処理(エッジ強調処理)等を行なう。また、画像生成回路130は、超音波画像データに、種々のパラメータの文字情報、目盛り、ボディーマーク等を合成する。 Here, the image generation circuit 130 generally converts (scan convert) a scanning line signal sequence of ultrasonic scanning into a scanning line signal sequence of a video format typified by television etc. Generate image data. Specifically, the image generation circuit 130 generates ultrasound image data for display by performing coordinate transformation according to the scanning form of ultrasound by the ultrasound probe 101. In addition to scan conversion, the image generation circuit 130 performs various types of image processing, such as image processing (smoothing processing) for regenerating an average luminance image using a plurality of image frames after scan conversion; Performs image processing (edge enhancement processing), etc. using a differential filter within the image. Further, the image generation circuit 130 synthesizes text information of various parameters, scales, body marks, etc. to the ultrasound image data.
更に、画像生成回路130は、ボリュームデータをディスプレイ103にて表示するための各種の2次元画像データを生成するために、ボリュームデータに対してレンダリング処理を行う。画像生成回路130が行うレンダリング処理としては、断面再構成法(MPR:Multi Planer Reconstruction)を行ってボリュームデータからMPR画像データを生成する処理がある。また、画像生成回路130が行うレンダリング処理としては、ボリュームデータに対して「Curved MPR」を行う処理や、ボリュームデータに対して「Maximum Intensity Projection」を行う処理がある。また、画像生成回路130が行うレンダリング処理としては、ボリュームレンダリング(VR:Volume Rendering)処理やサーフェスレンダリング(SR:Surface Rendering)処理がある。
Further, the image generation circuit 130 performs rendering processing on the volume data in order to generate various two-dimensional image data for displaying the volume data on the
すなわち、Bモードデータ及びドプラデータは、スキャンコンバート処理前の超音波画像データであり、画像生成回路130が生成するデータは、スキャンコンバート処理後の表示用の超音波画像データである。なお、Bモードデータ及びドプラデータは、生データ(Raw Data)とも呼ばれる。画像生成回路130は、スキャンコンバート処理前の2次元超音波画像データである「2次元のBモードデータや2次元のドプラデータ」から、表示用の2次元超音波画像データである「2次元のBモード画像データや2次元ドプラ画像データ」を生成する。 That is, the B-mode data and Doppler data are ultrasound image data before scan conversion processing, and the data generated by the image generation circuit 130 is ultrasound image data for display after scan conversion processing. Note that B-mode data and Doppler data are also called raw data. The image generation circuit 130 converts "2D B-mode data or 2D Doppler data", which is 2D ultrasound image data before scan conversion processing, into 2D ultrasound image data, which is 2D ultrasound image data for display. B-mode image data and two-dimensional Doppler image data.
画像メモリ140は、画像生成回路130が生成した表示用の画像データを記憶するメモリである。また、画像メモリ140は、信号処理回路120が生成したデータを記憶することも可能である。画像メモリ140が記憶するBモードデータやドプラデータは、例えば、診断の後に操作者が呼び出すことが可能となっており、画像生成回路130を経由して表示用の超音波画像データとなる。
The
なお、画像生成回路130は、超音波画像データと、当該超音波画像データを生成するために行なわれた超音波走査の時間とを、心電計104から送信された心電波形に対応付けて画像メモリ140に格納する。後述する処理回路170は、画像メモリ140に格納されたデータを参照することで、超音波画像データを生成するために行なわれた超音波走査時の心時相を取得することができる。
Note that the image generation circuit 130 associates the ultrasound image data and the time of ultrasound scanning performed to generate the ultrasound image data with the electrocardiogram waveform transmitted from the
記憶回路150は、各種のデータを記憶する。例えば、記憶回路150は、超音波送受信、画像処理及び表示処理を行なうための制御プログラムや、診断情報(例えば、患者ID、医師の所見等)や、診断プロトコルや各種ボディーマーク等の各種データを記憶する。また、記憶回路150は、必要に応じて、画像メモリ140が記憶する画像データの保管等にも使用される。例えば、記憶回路150は、RAM(Random Access Memory)、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子や、ハードディスク、光ディスク等によって実現される。また、記憶回路150が記憶するデータは、NWインタフェース160を経由して、外部装置へ転送することができる。
The storage circuit 150 stores various data. For example, the storage circuit 150 stores various data such as control programs for transmitting and receiving ultrasound waves, image processing, and display processing, diagnostic information (e.g., patient ID, doctor's findings, etc.), diagnostic protocols, and various body marks. Remember. Furthermore, the storage circuit 150 is also used for storing image data stored in the
NWインタフェース160は、装置本体105と外部装置との間で行われる通信を制御する。具体的には、NWインタフェース160は、外部装置から各種の情報を受信し、受信した情報を処理回路170に出力する。例えば、NWインタフェース160は、ネットワークカードやネットワークアダプタ、NIC(Network Interface Controller)等によって実現される。
The NW interface 160 controls communication between the device main body 105 and external devices. Specifically, the NW interface 160 receives various information from external devices and outputs the received information to the
処理回路170は、超音波診断装置100の処理全体を制御する。具体的には、処理回路170は、入力インタフェース102を介して操作者から入力された各種設定要求や、記憶回路150から読み込んだ各種制御プログラム及び各種データに基づき、送受信回路110、信号処理回路120、及び画像生成回路130の処理を制御する。また、処理回路170は、画像メモリ140や記憶回路150が記憶する表示用の超音波画像データをディスプレイ103にて表示するように制御する。
The
また、処理回路170は、取得機能171、追跡機能172、判定機能173、及び出力制御機能174を実行する。ここで、取得機能171は、取得部の一例である。追跡機能172は、追跡部の一例である。判定機能173は、判定部の一例である。出力制御機能174は、出力制御部の一例である。なお、処理回路170が実行する取得機能171、追跡機能172、判定機能173、及び出力制御機能174の処理内容については、後述する。
The
ここで、例えば、図1に示す処理回路170の構成要素である取得機能171、追跡機能172、判定機能173、及び出力制御機能174が実行する各処理機能は、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回路150に記録されている。処理回路170は、各プログラムを記憶回路150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出した状態の処理回路170は、図1の処理回路170内に示された各機能を有することとなる。
Here, for example, each processing function executed by the
なお、本実施形態においては、単一の処理回路170にて、以下に説明する各処理機能が実現されるものとして説明するが、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機能を実現するものとしても構わない。
In this embodiment, each processing function described below will be realized in a
次に、図2に示す医用情報処理装置200の構成について説明する。図2に示すように、医用情報処理装置200は、入力インタフェース201、ディスプレイ202,NWインタフェース203、記憶回路204、及び処理回路210を有する。
Next, the configuration of the medical
入力インタフェース201は、操作者から各種の指示及び情報の入力操作を受け付ける。具体的には、入力インタフェース201は、操作者から受け付けた入力操作を電気信号へ変換して処理回路210に出力する。例えば、入力インタフェース201は、トラックボール、スイッチボタン、マウス、キーボード、操作面へ触れることで入力操作を行うタッチパッド、表示画面とタッチパッドとが一体化されたタッチスクリーン、光学センサを用いた非接触入力回路、及び音声入力回路等によって実現される。なお、入力インタフェース201は、マウス、キーボード等の物理的な操作部品を備えるものだけに限られない。例えば、装置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、この電気信号を制御回路へ出力する電気信号の処理回路も入力インタフェース201の例に含まれる。
The
ディスプレイ202は、各種の情報及び画像を表示する。具体的には、ディスプレイ202は、処理回路210から送られる情報及び画像のデータを表示用の電気信号に変換して出力する。例えば、ディスプレイ202は、液晶モニタやCRT(Cathode Ray Tube)モニタ、タッチパネル等によって実現される。なお、医用情報処理装置200が備える出力装置としては、ディスプレイ202に限らず、例えば、スピーカーを備えていても良い。例えば、スピーカーは、医用情報処理装置200の処理状況を操作者に通知するために、ビープ音などの所定の音声を出力する。
NWインタフェース203は、処理回路210に接続されており、医用情報処理装置200と外部装置との間で行われる通信を制御する。具体的には、NWインタフェース203は、外部装置から各種の情報を受信し、受信した情報を処理回路210に出力する。例えば、NWインタフェース203は、ネットワークカードやネットワークアダプタ、NIC等によって実現される。
The
記憶回路204は、処理回路210に接続されており、各種のデータを記憶する。例えば、記憶回路204は、RAM、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子や、ハードディスク、光ディスク等によって実現される。
The storage circuit 204 is connected to the
処理回路210は、入力インタフェース201を介して操作者から受け付けた入力操作に応じて、医用情報処理装置200の動作を制御する。例えば、処理回路210は、プロセッサによって実現される。
The
また、処理回路210は、学習機能211を実行する。なお、処理回路210が実行する学習機能211の処理内容については、後述する。学習機能211は、学習部の一例である。
The
ここで、全領域的な壁運動異常を示す症例であれば、心臓の駆出率に反映されるため、医療従事者であれば誰でも容易に識別することができる。一方、死亡率が高い疾患の一つである虚血性心疾患に伴う局所的な壁運動異常を発見することは熟練者でも難しく、例えば、同一患者のストレインの波形情報を複数の熟練者が確認すれば意見が分かれることが多い。このため、虚血性心疾患に伴う局所的な壁運動異常の診断を正確に行うために、ストレインの波形情報から得られる特徴量を指標値として定義したり、その指標値をマッピングした指標画像を表示したりする技術が種々提案されている。 Here, if a case shows wall motion abnormality in all regions, it is reflected in the ejection fraction of the heart, so any medical worker can easily identify the case. On the other hand, it is difficult even for experts to detect local wall motion abnormalities associated with ischemic heart disease, which is one of the diseases with a high mortality rate.For example, multiple experts check the strain waveform information of the same patient. Opinions are often divided. Therefore, in order to accurately diagnose local wall motion abnormalities associated with ischemic heart disease, it is necessary to define feature quantities obtained from strain waveform information as index values, and to use index images that map the index values. Various display techniques have been proposed.
例えば、虚血状態に特有のサイン(虚血メモリ)であるPSS(Post-Systolic Shortening)や、収縮遅延(tardokinesis)、拡張遅延(postischemic diastolic stunning)に関する指標値として、PSI(Post-systolic Strain Index)やSI-DI(Strain Imaging Diastolic Index)が提案されている。また、壁運動異常を呈する部位は健常部位と比較してストレインが相対的に小さいことから、ピークストレインの利用が提案されている。また、虚血による収縮末期の壁運動遅延を捉えるために、ストレインがピーク値に到達した時間を画像化したDI(Dyssynchrony Imaging)の利用が提案されている。また、虚血による収縮早期に生じる収縮自体の遅延やプレストレッチに伴う収縮遅延を捉えるために、ストレインが所定の閾値に到達した時間を画像化したAI(Activation Imaging)の利用が提案されている。 For example, PSI (Post-systolic Strain Index) is used as an index value for PSS (Post-Systolic Shortening), which is a sign specific to ischemic state (ischemic memory), contraction delay (tardokinesis), and diastolic delay (postischemic diastolic stunning). ) and SI-DI (Strain Imaging Diastolic Index) have been proposed. In addition, the use of peak strain has been proposed because the strain in areas exhibiting wall motion abnormalities is relatively small compared to healthy areas. Furthermore, in order to capture wall motion delay at the end of systole due to ischemia, the use of DI (Dysynchrony Imaging), which images the time when strain reaches its peak value, has been proposed. In addition, in order to capture the delay in contraction itself that occurs in the early stages of contraction due to ischemia and the contraction delay associated with pre-stretching, it has been proposed to use AI (Activation Imaging), which images the time when the strain reaches a predetermined threshold. .
ところが、実臨床の場面では、既存の虚血診断に関する各種指標が上手く機能しない場合がある。例えば、ストレインの絶対値は患者(被検体)ごと、或いは心臓の領域ごとに変わるため、活動中の心臓の壁運動が低下しているか否かをピーク値で識別するのはロバストではない。また、健常者にもPSS等の虚血メモリに類似のサインが認められる場合があるため、ストレインの波形情報のタイミング異常に着目したPSIやSI-DIも特異度が低い。また、虚血症例であっても必ずしも個々の指標に対して特徴的なサインが認められるとは限らないため、識別精度が低い。したがって、ストレインに基づく「ある指標」による分類では、局所的な壁運動異常を高精度かつロバストに識別することは難しい。 However, in actual clinical situations, various existing indicators for ischemia diagnosis may not work well. For example, since the absolute value of strain varies from patient to patient (subject) or from region to region of the heart, it is not robust to identify whether or not the wall motion of the heart during activity is reduced based on the peak value. Furthermore, since signs similar to ischemic memory such as PSS may be observed in healthy subjects, PSI and SI-DI, which focus on abnormal timing of strain waveform information, also have low specificity. Furthermore, even in cases of ischemia, characteristic signs are not necessarily recognized for individual indicators, so identification accuracy is low. Therefore, it is difficult to accurately and robustly identify local wall motion abnormalities using strain-based classification using "a certain index."
ここで、局所的な壁運動異常を識別することは熟練者でも難しいものの、熟練者の中でも極めて多くの経験を積んだ一部の熟練者(以下、「一部の熟練者」と略記)であれば、波形情報の目視により壁運動異常を識別可能である。この際、一部の熟練者(人)は、全体的な壁運動に対する局所的なストレインの波形情報の相対的な差異を捉えているものと考えられる。既存の指標値は、この差異を捉えるアプローチであると言える。しかしながら、上述したように、ストレインの波形情報から局所的な壁運動異常のサインを定義して識別するという既存のアプローチでは限界がある。なお、上記の説明では、壁運動パラメータの一例としてストレインを挙げて説明したが、変位が利用される場合にも同様である。 Although it is difficult for even experts to identify local wall motion abnormalities, some experts (hereinafter abbreviated as "some experts") who have accumulated an extremely large amount of experience If so, wall motion abnormalities can be identified by visual inspection of the waveform information. At this time, it is thought that some experts (people) grasp the relative difference in the waveform information of the local strain with respect to the overall wall motion. Existing index values can be said to be an approach that captures this difference. However, as described above, existing approaches that define and identify signs of local wall motion abnormalities from strain waveform information have limitations. Note that in the above description, strain was cited as an example of the wall motion parameter, but the same applies when displacement is used.
そこで、第1の実施形態に係る医用情報処理装置200は、複数の症例における壁運動パラメータの複数の波形情報(波形情報群)を入力データとし、一部の熟練者により壁運動異常である否かが識別された異常判定結果を正解データとする機械学習により学習済みモデルを構築する。そして、第1の実施形態に係る超音波診断装置100は、医用情報処理装置200により構築された学習済みモデルに対して診断対象者(被検体)の壁運動パラメータの波形情報群を入力することで、診断対象者の異常判定結果を出力する。
Therefore, the medical
図3を用いて、第1の実施形態に係る超音波診断装置100及び医用情報処理装置200により行われる学習時及び運用時の処理を説明する。図3は、第1の実施形態に係る超音波診断装置100及び医用情報処理装置200により行われる学習時及び運用時の処理を示す図である。
Processing during learning and operation performed by the ultrasound
図3の上段に示すように、学習時には、医用情報処理装置200は、例えば、被検体P1~PNの波形情報群及び異常判定結果を用いて機械学習を行う。ここで、被検体P1~PNの波形情報群は、複数の局所的領域及び全体的領域それぞれにおける壁運動パラメータの時系列変化を表す複数の波形情報を含む。また、被検体P1~PNの異常判定結果は、各局所的領域についての異常判定結果を含む。医用情報処理装置200は、この機械学習により、被検体の波形情報群の入力により、各局所的領域に着いての異常判定結果を出力する学習済みモデルを構築する。この学習済みモデルは、超音波診断装置100に受け渡され、記憶回路150に格納される。
As shown in the upper part of FIG. 3, during learning, the medical
そして、図3の下段に示すように、運用時には、超音波診断装置100は、診断対象者である被検体Xの波形情報群を、医用情報処理装置200により構築された学習済みモデルに対して入力することで、学習済みモデルに被検体Xの異常判定結果を出力させる。そして、超音波診断装置100は、学習済みモデルから出力された被検体Xの異常判定結果を操作者に提示する。
As shown in the lower part of FIG. 3, during operation, the ultrasonic
なお、本実施形態では、「局所的領域」を「局所領域」とも記載する。また、「全体的領域」を「全体領域」とも記載する。また、被検体Xを「第1被検体」とも記載する。また、第1被検体の局所領域を「第1局所領域」とも記載し、全体領域を「第1全体領域」とも記載する。また、被検体P1~PNを「第2被検体」とも記載する。また、第2被検体の局所領域を「第2局所領域」とも記載し、全体領域を「第2全体領域」とも記載する。 Note that in this embodiment, a "local area" is also referred to as a "local area." Furthermore, the "overall area" is also referred to as the "overall area." Further, the subject X is also referred to as a "first subject." Further, the local area of the first subject is also referred to as a "first local area," and the entire area is also referred to as a "first overall area." Further, the subjects P1 to PN are also referred to as "second subjects." Further, the local area of the second subject is also referred to as a "second local area," and the entire area is also referred to as a "second overall area."
以下、第1の実施形態に係る超音波診断装置100及び医用情報処理装置200の各処理機能について説明する。以下では先ず、学習済みモデルを生成する医用情報処理装置200について説明し、次に、学習済みモデルを用いて局所的な壁運動異常の判定を行う超音波診断装置100について説明する。
Each processing function of the ultrasound
医用情報処理装置200において、記憶回路204は、複数の被検体P1~PNの心臓について、複数の局所的領域及び全体的領域それぞれにおけるストレインの波形情報群と、複数の局所的領域についての異常判定結果とを記憶する。なお、ストレインの波形情報群は、壁運動パラメータの時系列変化を表す複数の医用情報の一例である。
In the medical
図4を用いて、第1の実施形態に係る機械学習用の波形情報群について説明する。図4は、第1の実施形態に係る機械学習用の波形情報群について説明するための図である。 A waveform information group for machine learning according to the first embodiment will be described using FIG. 4. FIG. 4 is a diagram for explaining a waveform information group for machine learning according to the first embodiment.
図4に示すように、波形情報群は、複数の波形情報を含む。例えば、波形情報群は、第1軸~第5軸の5つの軸において異なる種類の情報を含む。ここで、波形情報群は、全体的な壁運動に対する局所的なストレインの波形情報の相対的な差異を捉えるために、少なくとも領域の違いを含むのが好適である。また、波形情報群は、壁運動パラメータ、時相、壁厚方向における位置、及び心臓の運動方向のうち少なくとも一つにおいて異なる種類の情報を含む。 As shown in FIG. 4, the waveform information group includes a plurality of pieces of waveform information. For example, the waveform information group includes different types of information on five axes, ie, the first to fifth axes. Here, it is preferable that the waveform information group includes at least regional differences in order to capture the relative difference in the waveform information of local strains with respect to the overall wall motion. Furthermore, the waveform information group includes different types of information in at least one of wall motion parameters, time phases, positions in the wall thickness direction, and heart motion directions.
第1軸は、領域の違いを表す領域軸である。例えば、第1軸は、グローバル(全体的領域)と、複数のセグメント1,2,・・・N(局所的領域)とにより表される。グローバルとは、典型的にはスペックルトラッキングの解析対象の部位全体であり、例えば、3次元画像における左心室全体、又は、2次元断面画像における関心領域全体に対応する。また、セグメントとは、グローバルを所定の分割方式で分割されたものであり、例えば、ASE(American Society of Echocardiography)により推奨される16セグメント分割方式やAHA(American Heart Association)により推奨される17セグメント分割方式が知られている。なお、グローバルとは必ずしも左心室などある部位の全ての領域に限定されるものではなく、局所的領域よりも広ければよい。
The first axis is a region axis that represents the difference between regions. For example, the first axis is represented by a global (overall area) and a plurality of
また、全体的領域の波形情報として、心機能(左室のポンプ機能)を反映する内腔容積の時系列変化を表す波形情報を利用することもできる。内腔容積の波形情報は、スペックルトラッキングの内膜面情報に基づいて算出可能である。 Further, as waveform information of the entire region, waveform information representing a time-series change in lumen volume that reflects cardiac function (left ventricular pumping function) can also be used. The waveform information of the lumen volume can be calculated based on the intimal surface information of speckle tracking.
第2軸は、負荷又は治療前後の時相の違いを表す時相軸である。例えば、ストレスエコー検査が行われる場合、第2軸は、負荷前と、回復期とにより表される。負荷前は、被検体の心臓に運動負荷又は薬剤負荷がかけられる前、つまり安静時の時相である。また、回復期は、負荷後、安静時の状態に戻るまでの間の任意の時相であり、例えば、負荷の5分後や10分後等である。 The second axis is a time phase axis that represents the difference in load or time phase before and after treatment. For example, when a stress echo test is performed, the second axis is represented by the pre-load period and the recovery period. The pre-load period is a time phase before an exercise load or a drug load is applied to the subject's heart, that is, a time phase during which the subject is at rest. Moreover, the recovery period is an arbitrary time phase after the load until the state returns to the resting state, and is, for example, 5 minutes or 10 minutes after the load.
ここで、回復期は、虚血メモリが現れる時相であり、安静時は回復期と対比するための時相となるため、波形情報群は、この2つの時相をペアとして含むのが好適である。ただし、ストレスエコー検査が行われない場合には、波形情報群は、回復期を含まず、安静時のみの情報として機械学習に用いられる。なお、負荷中の時相には被検体の呼吸が荒くなり心拍数も増加するため、超音波画像の画質や追跡精度を維持するのが難しい。このため、負荷中の時相については、時相軸の情報として含まないのが好適である。また、第2軸は、負荷前後の時相に限らず、例えば、治療前後の時相であっても良い。つまり、第2軸は、薬物治療前の時相と薬物治療後(数日~数ヶ月後等)の時相との違い、又は、手術前の時相と手術後の時相との違いを表す場合であっても良い。 Here, the recovery period is a time phase in which ischemic memory appears, and the resting period is a time phase to be compared with the recovery period, so it is preferable that the waveform information group includes these two time phases as a pair. It is. However, if a stress echo test is not performed, the waveform information group does not include the recovery period and is used for machine learning as information only for the resting period. Note that during the load phase, the subject's breathing becomes rough and the heart rate increases, making it difficult to maintain the image quality and tracking accuracy of the ultrasound image. For this reason, it is preferable that the time phase under load is not included as time phase axis information. Further, the second axis is not limited to the time phase before and after loading, but may be, for example, the time phase before and after treatment. In other words, the second axis represents the difference between the time phase before drug treatment and the time phase after drug treatment (several days to several months later, etc.), or the difference between the time phase before surgery and the time phase after surgery. It may also be a case where it is expressed.
第3軸は、壁厚方向における位置の違いを表す壁厚方向軸である。例えば、第3軸は、内層、中層、及び外層により表される。内層は、例えば、内膜上の追跡点の情報であり、外層は、外膜上の追跡点の情報である。また、中層は、内膜上の追跡点と外膜上の追跡点の中間点の情報である。 The third axis is a wall thickness direction axis that represents the difference in position in the wall thickness direction. For example, the third axis is represented by an inner layer, a middle layer, and an outer layer. The inner layer is, for example, information on tracking points on the intima, and the outer layer is information on tracking points on the adventitia. Furthermore, the middle layer is information about the intermediate point between the tracking point on the intima and the tracking point on the adventitia.
なお、2次元スペックルトラッキング(2D Speckle Tracking:2DST)では超音波画像の空間分解能が十分であるため、波形情報群は、内層、中層、及び外層のそれぞれの情報を含むのが好適である。一方、3次元スペックルトラッキング(3D Speckle Tracking:3DST)では超音波画像の空間分解能が十分でないため、波形情報群は、内層、中層、及び外層のうち少なくとも一つを含んでいれば良い。ただし、虚血性心疾患では、外膜側の組織よりも内膜側の組織の方が壊死や心筋虚血が起こりやすいことで知られているため、波形情報群は、少なくとも内層の情報を含むのが好適である。 Note that in two-dimensional speckle tracking (2DST), since the spatial resolution of an ultrasound image is sufficient, it is preferable that the waveform information group includes information on each of the inner layer, middle layer, and outer layer. On the other hand, in three-dimensional speckle tracking (3DST), since the spatial resolution of ultrasound images is not sufficient, the waveform information group only needs to include at least one of an inner layer, a middle layer, and an outer layer. However, in ischemic heart disease, it is known that necrosis and myocardial ischemia occur more easily in the intimal tissue than in the adventitial tissue, so the waveform information group includes at least information on the inner layer. is preferable.
また、第3軸は、上記の例に限定されるものではない。例えば、波形情報群を壁厚変化率で表す場合、第3軸は、内側(inner half)、外側(outer half)、及び壁厚(total)を含むことができる。つまり、波形情報群は、壁厚方向における位置として、内層、中層、及び外層のうち少なくとも一つの情報、又は、内側、外側、及び壁厚のうち少なくとも一つの情報を含む。 Further, the third axis is not limited to the above example. For example, when the waveform information group is represented by wall thickness change rate, the third axis can include inner half, outer half, and total wall thickness. That is, the waveform information group includes information on at least one of the inner layer, middle layer, and outer layer, or information on at least one of the inner layer, the outer layer, and the wall thickness, as a position in the wall thickness direction.
第4軸は、壁運動パラメータの違いを表すパラメータ軸である。例えば、第4軸は、ストレイン及び変位(displacement)により表される。波形情報群は、第4軸としてストレイン及び変位のうち少なくとも一方の情報を含んでいれば良い。ただし、壁運動を高感度に捉えるため、2つの変位の差分値(長さ)に基づく変化率の指標であるストレインが第4軸として含まれるのが好適である。 The fourth axis is a parameter axis that represents differences in wall motion parameters. For example, the fourth axis is represented by strain and displacement. The waveform information group only needs to include information on at least one of strain and displacement as the fourth axis. However, in order to capture wall motion with high sensitivity, it is preferable that strain, which is an index of the rate of change based on the difference value (length) between two displacements, be included as the fourth axis.
また、変位は、心臓全体の動き(translation)や近傍の動き(tethering)の影響を受けやすいため感度が高くないものの、差分値でないためノイズに対してロバストである。RD(Radial Displacement)は、熟練者が内膜面の動きを視認する際の視認対象であるため、第4軸として含まれるのが好適である。また、LD(Longitudinal Displacement)は、非特許文献3において虚血性心疾患の検出への貢献の可能性が示唆されているため、第4軸として含まれるのが好適である。 In addition, although the displacement is not highly sensitive because it is easily affected by the movement (translation) of the whole heart and the movement (tethering) in the vicinity, it is robust against noise because it is not a differential value. Since RD (Radial Displacement) is the object of visual recognition when an expert visually recognizes the movement of the intimal surface, it is preferable to include it as the fourth axis. Further, since LD (Longitudinal Displacement) is suggested to have a possibility of contributing to the detection of ischemic heart disease in Non-Patent Document 3, it is preferable to include it as the fourth axis.
第5軸は、心臓の運動方向の違いを表す運動方向軸である。例えば、3DSTでは、第5軸は、心臓(心筋)の長軸方向、円周方向、径方向(短軸方向)、及び心筋内膜面に平行な面の面積により表される。例えば、壁運動パラメータがストレインである場合、第5軸は、LS(Longitudinal Strain)、CS(Circumferential Strain)、及びRS(Radial Strain)により表される。また、心筋内膜面に平行な面の面積は、その変化率としてAC(Area Change ratio)に対応する。なお、ACは、長軸方向、円周方向、及び径方向のいずれにも分類できない成分(長軸方向、円周方向および斜め方向を同時に含む)の変化を表すものであるため、第5軸に分類することとする。 The fifth axis is a movement direction axis that represents the difference in the movement direction of the heart. For example, in 3DST, the fifth axis is represented by the area of the long axis direction, circumferential direction, radial direction (short axis direction) of the heart (myocardial muscle), and planes parallel to the endomyocardial surface. For example, when the wall motion parameter is strain, the fifth axis is represented by LS (Longitudinal Strain), CS (Circumferential Strain), and RS (Radial Strain). Further, the area of a plane parallel to the endomyocardial plane corresponds to AC (Area Change ratio) as its rate of change. Note that AC represents a change in a component that cannot be classified into any of the major axis direction, circumferential direction, and radial direction (including the major axis direction, circumferential direction, and oblique direction at the same time), so AC represents the change in the fifth axis. It is classified as follows.
なお、壁運動パラメータが変位である場合、第5軸は、上述したLD及びRDにより表されるのが好適である。また、2DSTでは、第5軸は、長軸方向及び短軸方向により表されるのが好適である。 Note that when the wall motion parameter is displacement, the fifth axis is preferably represented by the above-mentioned LD and RD. Further, in 2DST, it is preferable that the fifth axis is represented by a major axis direction and a minor axis direction.
図5を用いて、第1の実施形態に係る波形情報群の一例について説明する。図5は、第1の実施形態に係る波形情報群の一例について説明するための図である。図5の左図は負荷前(安静時)の波形情報であり、右図は回復期(負荷から5分後)の波形情報である。図5において、縱軸はストレインに対応し、横軸は時間に対応する。図5の実線は前壁中隔に対応するセグメントのストレインであり、破線は下外側部に対応するセグメントのストレインである。 An example of the waveform information group according to the first embodiment will be described using FIG. 5. FIG. 5 is a diagram for explaining an example of a waveform information group according to the first embodiment. The left diagram in FIG. 5 is waveform information before loading (at rest), and the right diagram is waveform information during the recovery period (5 minutes after loading). In FIG. 5, the vertical axis corresponds to strain, and the horizontal axis corresponds to time. The solid line in FIG. 5 is the strain of the segment corresponding to the anterior wall septum, and the dashed line is the strain of the segment corresponding to the inferolateral part.
図5の左図に示すように、負荷前には、前壁中隔及び下外側部は、ほぼ同じタイミングで収縮と拡張を行っている。一方、図5の右図に示すように、回復期には、下外側部は、前壁中隔と比較して拡張が遅延していることがわかる。この下外側部の拡張遅延は、虚血メモリの一つである。つまり、図5では、下外側部において虚血性の壁運動異常が認められる。 As shown in the left diagram of FIG. 5, before loading, the anterior wall septum and the inferolateral portion contract and expand at approximately the same timing. On the other hand, as shown in the right diagram of FIG. 5, it can be seen that during the recovery period, the expansion of the inferolateral part is delayed compared to the anterior wall septum. This delayed expansion of the inferolateral region is one of ischemic memory. That is, in FIG. 5, ischemic wall motion abnormalities are observed in the inferolateral region.
ここで、波形情報群は、図5に図示した4つの波形情報を含む。なお、図5では、図示の都合上、4つの波形情報を例示したが、波形情報群はこれに限定されるものではなく、上述した第1軸~第5軸の違いを有する様々な波形情報を含むものである。 Here, the waveform information group includes four pieces of waveform information illustrated in FIG. In addition, in FIG. 5, four pieces of waveform information are illustrated for convenience of illustration, but the waveform information group is not limited to this, and various waveform information having differences in the first to fifth axes described above can be used. This includes:
なお、上述した波形情報群はいずれも壁運動解析(スペックルトラッキング)により得られる情報である。また、波形情報群は、予め記憶回路204に記憶されている。記憶回路204に記憶される波形情報群は、超音波診断装置100により算出されても良いし、壁運動解析を実行する機能を搭載した医用情報処理装置200により算出されても良い。また、記憶回路204に記憶される波形情報群は、同一施設内の装置に限らず、他の施設に設置された装置により算出されても良い。
Note that all of the waveform information groups described above are information obtained by wall motion analysis (speckle tracking). Further, the waveform information group is stored in advance in the storage circuit 204. The waveform information group stored in the storage circuit 204 may be calculated by the ultrasound
図6を用いて、第1の実施形態に係る機械学習用の異常判定結果について説明する。図6は、第1の実施形態に係る機械学習用の異常判定結果について説明するための図である。 Anomaly determination results for machine learning according to the first embodiment will be described using FIG. 6. FIG. 6 is a diagram for explaining abnormality determination results for machine learning according to the first embodiment.
図6に示すように、異常判定結果は、各セグメントが壁運動異常であるか正常であるかを示す情報である。この異常判定結果は、一部の熟練者により識別された情報であり、予め記憶回路204に記憶されている。 As shown in FIG. 6, the abnormality determination result is information indicating whether each segment is abnormal or normal in wall motion. This abnormality determination result is information identified by some experts and is stored in the storage circuit 204 in advance.
なお、図6では、異常判定結果が、壁運動異常であるか否かにより表される場合を説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、異常判定結果は、中間域を含む複数段階で表されても良い。この場合、異常判定結果は、例えば、正常を「0」とし、壁運動異常を「1~3(値が大きいほど重度の異常)」とした複数段階で表される。 Although FIG. 6 describes a case in which the abnormality determination result is expressed by whether or not wall motion is abnormal, the embodiment is not limited to this. For example, the abnormality determination result may be expressed in multiple stages including an intermediate range. In this case, the abnormality determination result is expressed in a plurality of levels, with normality being ``0'' and wall motion abnormality being ``1 to 3'' (the larger the value, the more severe the abnormality).
このように、記憶回路204は、波形情報群及び異常判定結果を記憶する。なお、上述した波形情報群及び異常判定結果はあくまで一例であり、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、波形情報群は、公知の壁運動解析により得られる種類の情報であれば如何なる種類の情報であっても含むことができる。 In this way, the storage circuit 204 stores the waveform information group and the abnormality determination results. Note that the waveform information group and abnormality determination results described above are merely examples, and the embodiment is not limited thereto. For example, the waveform information group can include any type of information that can be obtained by known wall motion analysis.
医用情報処理装置200において、学習機能211は、複数の被検体P1~PNの心臓について、複数の局所的領域及び全体的領域それぞれにおける壁運動パラメータの波形情報群と、複数の局所的領域についての異常判定結果とを用いて機械学習を行うことで、学習済みモデルを構築する。構築された学習済みモデルは、記憶回路204に格納される。なお、波形情報群は、壁運動パラメータの時系列変化を表す複数の医用情報の一例である。
In the medical
例えば、学習機能211は、複数の被検体P1~PNの波形情報群及び異常判定結果を記憶回路204から読み出す。そして、学習機能211は、各被検体の波形情報群に含まれる各波形情報の時間方向を規格化する。例えば、学習機能211は、各波形情報の時間方向を、1心周期区間(1RR区間)を100%として規格化する。この際、学習機能211は、1心周期区間を1~2%単位で区切るようにデータ(壁運動パラメータ)を生成(補間)する。この結果、学習機能211は、各波形情報を、1心周期区間の中に100個程度のデータを配置した1次元ベクトル空間として表現することができる。 For example, the learning function 211 reads out waveform information groups and abnormality determination results for the plurality of subjects P1 to PN from the storage circuit 204. The learning function 211 then normalizes the time direction of each waveform information included in the waveform information group of each subject. For example, the learning function 211 normalizes the time direction of each waveform information by setting one cardiac cycle interval (1RR interval) as 100%. At this time, the learning function 211 generates (interpolates) data (wall motion parameters) so that one cardiac cycle section is divided into 1 to 2% units. As a result, the learning function 211 can express each waveform information as a one-dimensional vector space in which about 100 pieces of data are arranged in one cardiac cycle section.
なお、上記の説明では、1心周期区間を100%として各波形情報の時間方向を規格化する場合を説明したが、実施形態はこれに限定されるものではなく、心時相における任意の区間に基づいて時間方向の規格化を行うことができる。例えば、PSSやSI-DIで着目している収集末期以降の収縮や、拡張早期における異常な壁運動を認めるのが虚血性心疾患特有のサインであることから、R波から収縮末期までの区間を100%として規格化することも、虚血性心疾患を検出する観点で有効である。この拡張末期は、内腔容積が最小となる時間や大動脈弁閉鎖(Aortic Valve Closure:AVC)時間で与えることができる。ここで、拡張期間が十分に長い場合には、200%程度の区間で時間方向を打ち切るのが好適である。 In addition, in the above explanation, the case where the time direction of each waveform information is normalized by setting one cardiac cycle interval as 100% was explained, but the embodiment is not limited to this, and any interval in the cardiac time phase is normalized. Normalization in the time direction can be performed based on . For example, since contraction after the end of acquisition, which is the focus of PSS and SI-DI, and abnormal wall motion in early diastole are characteristic signs of ischemic heart disease, the interval from the R wave to the end of systole It is also effective to normalize as 100% from the viewpoint of detecting ischemic heart disease. This end-diastolic phase can be given by the time when the lumen volume is at its minimum or the aortic valve closure (AVC) time. Here, if the expansion period is sufficiently long, it is preferable to cut off the time direction at an interval of about 200%.
そして、学習機能211は、公知の機械学習エンジンにより実現可能であるが、例えば、サポートベクターマシン(Support Vector Machine:SVM)が適用される。SVMの場合は、学習機能211は、入力データである波形情報群の第1軸~第5軸のそれぞれについて、波形情報同士の相関行列を構築する。そして、学習機能211は、相関行列を用いた主成分分析により、正常と異常の識別に対して寄与度が大きい上位k個の固有ベクトル空間内の境界平面(超平面)を決定することで、学習済みモデルを生成する。この学習済みモデルは、診断対象者の波形情報群を上記の固有ベクトル空間内の超平面に基づく識別器にかけて、正常であるか異常(壁運動異常)であるかの識別を行う。 The learning function 211 can be realized by a known machine learning engine, and for example, a support vector machine (SVM) is applied. In the case of SVM, the learning function 211 constructs a correlation matrix between waveform information for each of the first to fifth axes of the waveform information group that is input data. Then, the learning function 211 performs learning by determining the boundary plane (hyperplane) in the k eigenvector spaces that have the largest contribution to the discrimination between normal and abnormal through principal component analysis using the correlation matrix. Generate a completed model. This trained model applies a group of waveform information of the person to be diagnosed to a discriminator based on a hyperplane in the above-mentioned eigenvector space, and identifies whether the waveform information is normal or abnormal (wall motion abnormality).
なお、上記の機械学習は、別の公知の機械学習エンジンであるディープラーニング(ニューラルネットワーク)が適用可能である。ここで、SVMでは、各種の入力データに関して最大の識別マージンが得られる超平面を得る工夫がされており、機械学習用データ数が十分に大きくない場合でも識別が可能となる。更に、上述したように、正常と異常との判断基準として主成分(上位固有値)が用いられるので、比較的ヒトにとって理解し易い判断の過程が提供され得る。一方で、ディープラーニングの場合には、相関行列を構築する前処理が無くても、入力となる波形情報と正解となる異常判定結果の情報が与えられれば自動的に学習が行われる。その代わりに、ヒトにとっては正常と異常の結果に対する判断基準(自動的に行われた学習過程、つまり各層でのニューロンがどのような重み付け状態で設計されたのか)が理解し難いという欠点がある。 Note that deep learning (neural network), which is another known machine learning engine, can be applied to the above machine learning. Here, SVM is designed to obtain a hyperplane that provides the maximum discrimination margin for various input data, and discrimination is possible even when the number of machine learning data is not large enough. Furthermore, as described above, since the principal component (upper eigenvalue) is used as a criterion for determining normality and abnormality, a determination process that is relatively easy for humans to understand can be provided. On the other hand, in the case of deep learning, even without preprocessing to construct a correlation matrix, learning can be performed automatically if input waveform information and correct abnormality determination result information are provided. However, the disadvantage is that it is difficult for humans to understand the criteria for determining normal and abnormal results (the automatic learning process, in other words, how the neurons in each layer were designed to be weighted). .
本実施形態に係る機械学習(教師付き学習)では、一部の熟練者により判定された異常判定結果を正解データとして利用するため、機械学習用データ数の増加には制約がある。このため、本実施形態に係る機械学習エンジンとしては、SVMが好適である。なお、機械学習用データ数が十分に大きい場合には、ディープラーニングにより高い識別性能が得られることが期待される。 In machine learning (supervised learning) according to this embodiment, the abnormality determination results determined by some experts are used as correct data, so there are restrictions on increasing the number of data for machine learning. Therefore, SVM is suitable as the machine learning engine according to this embodiment. Note that if the amount of data for machine learning is sufficiently large, it is expected that deep learning will provide high identification performance.
ここで、実際の機械学習用データ数について、2DST及び3DSTをそれぞれ例示して説明する。なお、機械学習用データ数とは、1被検体の波形情報群に含まれる波形情報の数(種類数)である。以下において説明する機械学習用データ数はあくまで一例であり、撮像や壁運動解析の各種条件により変動するものである。 Here, the actual number of data for machine learning will be explained by exemplifying 2DST and 3DST. Note that the number of data for machine learning is the number of waveform information (number of types) included in the waveform information group of one subject. The number of data for machine learning described below is just an example, and varies depending on various conditions of imaging and wall motion analysis.
先ず、2DSTによる壁運動解析結果が利用される場合について説明する。この場合、ASEにより推奨される16セグメント分割方式が一般的であり、この分割方式では1断面あたり6セグメントとなる。この6セグメントに対してグローバルを加えるため、領域軸の数は最小で7部位である。そして、複数の2次元断面で左心室を広範にカバーする観点では、3つの長軸像(A4C、A2C、及びA3C)と1つの短軸像(Midレベル)の組み合わせが一般的であるため、7部位×4断面=28部位となる。なお、AHAにより推奨される17セグメント分割方式の場合には、1断面あたり7セグメントであるため、グローバルを加えて8部位×3+7=31部位となる。 First, a case where wall motion analysis results by 2DST are used will be described. In this case, the 16 segment division method recommended by ASE is common, and in this division method, there are 6 segments per cross section. Since globals are added to these six segments, the number of area axes is at least seven. From the perspective of covering the left ventricle extensively with multiple two-dimensional cross-sections, a combination of three long-axis images (A4C, A2C, and A3C) and one short-axis image (Mid level) is common; 7 parts x 4 cross sections = 28 parts. Note that in the case of the 17 segment division method recommended by AHA, there are 7 segments per cross section, so including the global, there are 8 sites x 3 + 7 = 31 sites.
3つの長軸像で用いる壁運動パラメータはLS及びRDの2パラメータであるため、7部位×3断面×2パラメータ=42個である。また、1つの短軸像で用いる壁運動パラメータの数はRS、CS、及びRDの3パラメータであるため、7部位×1断面×3パラメータ=21個である。また、各断面において、壁厚方向における位置の数は3箇所(内層、中層、及び外層)である。また、各断面において、時相の数は負荷前及び回復期の2時相である。このため、2DSTによる壁運動解析結果が利用される場合、機械学習用データ数は、(42+21)×3×2=378個(種類)である。 Since the wall motion parameters used in the three long-axis images are two parameters, LS and RD, there are 7 regions x 3 cross sections x 2 parameters = 42 pieces. Furthermore, the number of wall motion parameters used in one short-axis image is three parameters, RS, CS, and RD, so the number is 21 (7 regions x 1 cross section x 3 parameters). Moreover, in each cross section, the number of positions in the wall thickness direction is three (inner layer, middle layer, and outer layer). Further, in each cross section, there are two time phases: a pre-load phase and a recovery phase. Therefore, when the wall motion analysis results by 2DST are used, the number of machine learning data is (42+21)×3×2=378 (types).
次に、3DSTによる壁運動解析結果が利用される場合について説明する。この場合、ASEにより推奨される16セグメント分割方式では、16セグメント+1グローバルの17部位となる。なお、AHAにより推奨される17セグメント分割方式では、17セグメント+1グローバルの18部位となる。 Next, a case will be described in which the results of wall motion analysis by 3DST are used. In this case, in the 16 segment division method recommended by ASE, there will be 17 parts (16 segments + 1 global). Note that in the 17 segment division method recommended by AHA, there will be 18 parts (17 segments + 1 global).
18部位として用いる壁運動パラメータは、LS、LD、RS、CS、RD、及びACの6パラメータと容積曲線の1種類である。また、壁厚方向における位置の数は内層の1箇所である。また、時相の数は、ストレスエコー検査でない場合を例示すると、安静時の1時相である。このため、3DSTによる壁運動解析結果が利用される場合、機械学習用データ数は、18×(6+1)×1×1=126個(種類)である。 The wall motion parameters used for the 18 parts are six parameters: LS, LD, RS, CS, RD, and AC, and one type of volume curve. Further, the number of positions in the wall thickness direction is one in the inner layer. Further, the number of time phases is one time phase during rest, for example when the test is not a stress echo test. Therefore, when the wall motion analysis results by 3DST are used, the number of data for machine learning is 18×(6+1)×1×1=126 pieces (types).
なお、同一症例(被検体)に対して2DST及び3DSTの双方を適用することも可能であるため、機械学習用データ数は、上記の2例を合計すると、378+126=504個(種類)となる。 In addition, since it is also possible to apply both 2DST and 3DST to the same case (subject), the number of data for machine learning is 378 + 126 = 504 pieces (types) if you add up the two examples above. .
つまり、機械学習用データ数は、撮像や壁運動解析の各種条件に応じて、数百~最大千個程度である。また、各波形情報は、100個程度のデータを配置した1次元ベクトル空間として表現される。この結果、本実施形態に係る機械学習用データ数は、最大で1000×100程度のベクトル空間として構成される。 In other words, the number of data for machine learning ranges from several hundred to a maximum of one thousand, depending on various conditions of imaging and wall motion analysis. Further, each piece of waveform information is expressed as a one-dimensional vector space in which about 100 pieces of data are arranged. As a result, the number of machine learning data according to this embodiment is configured as a vector space of about 1000×100 at most.
このように、学習機能211は、最大で1000×100程度のベクトル空間として構成されるデータ数の波形情報群と、一部の熟練者により判定された異常判定結果とに基づいて機械学習を行い、学習済みモデルを構築する。構築された学習済みモデルは超音波診断装置100に受け渡され、記憶回路150に格納される。
In this way, the learning function 211 performs machine learning based on the waveform information group of the data number configured as a vector space of about 1000 x 100 at most and the abnormality determination results determined by some experts. , build a trained model. The constructed trained model is delivered to the ultrasound
図1の説明に戻る。超音波診断装置100において、取得機能171は、被検体Xの心臓が時系列的に撮像された複数の医用画像データ(医用画像データ群)を取得する。例えば、超音波診断装置100は、被検体Xの心臓を含む領域(空間)に対して超音波走査を行って、反射波データを収集する。そして、超音波診断装置100は、収集した反射波データに基づいて、時系列に並ぶ複数の超音波画像データ(超音波画像データ群)を生成する。ここで、生成された複数の超音波画像データは、画像メモリ140に記憶されている。取得機能171は、被検体Xの心臓が撮像された複数の超音波画像データを、画像メモリ140から読み出す。
Returning to the explanation of FIG. In the ultrasound
追跡機能172は、複数の医用画像データに対する追跡処理により、複数の局所的領域及び全体的領域それぞれにおける壁運動パラメータの時系列変化を表す複数の波形情報を生成する。例えば、追跡機能172は、被検体Xの複数の超音波画像データに対して壁運動解析を行って、壁運動情報を生成する。
The
例えば、追跡機能172は、初期時相の超音波画像データに対して、複数の構成点が設定された初期輪郭を設定する。そして、追跡機能172は、初期時相の超音波画像データと、次の時相の超音波画像データとを用いてパターンマッチングを含む追跡処理を行うことで、超音波画像データ群に含まれる複数の超音波画像データにおける複数の構成点の位置を追跡する。そして、追跡機能172は、各超音波画像データ群に含まれる複数の超音波画像データにおける複数の構成点の位置に基づいて、被検体Xの心臓壁の運動を表す壁運動情報を生成する。
For example, the
ここで、追跡機能172により生成される被検体Xの壁運動情報は、医用情報処理装置200による学習済みモデルの構築に用いられた波形情報群と同一種類の情報を含む。つまり、追跡機能172は、第1軸~第5軸の5つの軸において異なる種類の情報を含む波形情報群を生成可能である。なお、壁運動解析技術としては、例えば、特許文献1~3に記載された技術など、公知の技術が適用可能である。
Here, the wall motion information of the subject X generated by the
判定機能173は、学習済みモデルに対して、被検体Xの波形情報群を入力することで、被検体Xの各局所的領域についての異常判定結果を生成する。例えば、判定機能173は、記憶回路150に記憶されている学習済みモデルを読み出す。そして、判定機能173は、読み出した学習済みモデルに対して、追跡機能172により生成された波形情報群を入力することで、被検体Xの各局所的領域についての異常判定結果を学習済みモデルに出力させる。その後、判定機能173は、学習済みモデルから出力された異常判定結果を出力制御機能174へ送る。
The
なお、学習済みモデルから出力される異常判定結果は、学習済みモデルの構築に用いられた異常判定結果と同一種類の情報を含む。つまり、機械学習において用いられた異常判定結果が、壁運動異常であるか否かを示す2値的な情報であれば、学習済みモデルから出力される異常判定結果は2値的な情報となる。また、機械学習において用いられた異常判定結果が、複数段階で表される情報であれば、学習済みモデルから出力される異常判定結果は複数段階で表される情報となる。 Note that the abnormality determination result output from the trained model includes the same type of information as the abnormality determination result used to construct the trained model. In other words, if the abnormality determination result used in machine learning is binary information indicating whether or not wall motion is abnormal, the abnormality determination result output from the trained model will be binary information. . Furthermore, if the abnormality determination result used in machine learning is information expressed in multiple stages, the abnormality determination result output from the trained model will be information expressed in multiple stages.
出力制御機能174は、異常判定結果を出力させる。例えば、出力制御機能174は、異常判定結果を、超音波画像及びポーラーマップのうち少なくとも一方に重畳表示させる。
The
図7及び図8を用いて、第1の実施形態に係る出力制御機能174による出力例を説明する。図7及び図8は、第1の実施形態に係る出力制御機能174による出力例を説明するための図である。図7には、左心室の短軸像を例示する。図8には、図7の短軸像に対応するポーラーマップを例示する。図7及び図8では、壁運動異常であると判定された領域を黒塗りで示し、正常であると判定された領域を網掛けで示す。なお、図7及び図8において、「Ant-Sept」は、前壁中隔を示し、「Ant」は、前壁を示し、「Lat」は、側壁を示し、「Post」は、後壁を示し、「Inf」は、下壁を示し、「Sept」は、中隔を示す。また、図7では、背景となるBモード画像を簡略化して図示している。
An example of output by the
図7に示すように、出力制御機能174は、超音波画像に異常判定結果を重畳表示させる。具体的には、出力制御機能174は、左心室の短軸像上の各セグメントに対応する位置に、異常判定結果に応じた輝度値を割り当てて表示する。図7の例では、前壁が壁運動異常であり、他のセグメントは正常である。
As shown in FIG. 7, the
図8に示すように、出力制御機能174は、ポーラーマップに異常判定結果を重畳表示させる。具体的には、出力制御機能174は、ポーラーマップ上の各セグメントに対応する位置に、異常判定結果に応じた輝度値を割り当てて表示する。図8の例では、前壁が壁運動異常であり、他のセグメントは正常である。
As shown in FIG. 8, the
このように、出力制御機能174は、異常判定結果をディスプレイ103に表示させる。なお、図7及び図8はあくまで一例であり、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、出力制御機能174は、各セグメントに対する異常判定結果を、表(図6参照)又は単純な文字列として出力することも可能である。
In this way, the
なお、出力制御機能174は、壁運動異常であるか否かを示す2値的な情報のみならず、中間領域を含む連続量を出力することも可能である。この連続量は、壁運動異常と正常との間において、どちらに近いかを表す値となるため、確率的な出力方式(例えば、「壁運動異常確率」と称する)と言える。例えば、識別器を用いる場合、入力データである波形情報群の第1軸~第5軸それぞれの識別結果を投票し、最終的に投票数の多いものを判定結果とするアルゴリズムがある。
Note that the
そこで、異常判定結果に対して、各波形情報の総得票数で重み付けを行うことで、異常判定結果を連続量として表すことができる。また、ディープラーニングの場合には、セグメントごと、又は、壁厚方向における位置ごとに判定された「0(正常)/1(壁運動異常)」の判定結果を空間平均処理することで、空間的に滑らかな連続量を有する分布画像を出力することができる。また、異常判定結果が複数段階で表される場合にも、連続量的な出力が可能となる。 Therefore, by weighting the abnormality determination result by the total number of votes obtained for each waveform information, the abnormality determination result can be expressed as a continuous quantity. In addition, in the case of deep learning, by spatially averaging the determination results of "0 (normal) / 1 (abnormal wall motion)" determined for each segment or each position in the wall thickness direction, It is possible to output a distribution image with smooth continuous quantities. Further, even when the abnormality determination result is expressed in multiple stages, continuous quantitative output is possible.
次に、図9を用いて、第1の実施形態に係る医用情報処理装置200の処理手順を説明する。図9は、第1の実施形態に係る医用情報処理装置200の処理手順を示すフローチャートである。図9に示す処理は、例えば、機械学習を開始する旨の指示を操作者から受け付けた場合に開始される。
Next, the processing procedure of the medical
図9に示すように、例えば、医用情報処理装置200において、処理回路210は、機械学習を開始する旨の指示を操作者から受け付けた場合に、処理を開始すると判定する(ステップS101,Yes)。なお、当該指示を受け付けるまで、処理回路210は、待機状態である(ステップS101,No)。
As shown in FIG. 9, for example, in the medical
続いて、処理回路210は、被検体P1~PNそれぞれの波形情報群及び異常判定結果を記憶回路204から読み出す(ステップ102)。そして、処理回路210は、波形情報群及び異常判定結果を学習用データとした機械学習によって学習済みモデルを生成する(ステップS103)。そして、処理回路210は、生成した学習済みモデルを記憶回路204に格納し(ステップS104)、処理を終了する。
Subsequently, the
図10を用いて、第1の実施形態に係る超音波診断装置100の処理手順を説明する。図10は、第1の実施形態に係る超音波診断装置100の処理手順を示すフローチャートである。図10に示す処理は、例えば、局所的な壁運動異常の判定を開始する旨の指示を操作者から受け付けた場合に開始される。
The processing procedure of the ultrasonic
図10に示すように、例えば、超音波診断装置100において、処理回路170は、局所的な壁運動異常の判定を開始する旨の指示を操作者から受け付けた場合に、処理を開始すると判定する(ステップS201,Yes)。なお、当該指示を受け付けるまで、処理回路170は、待機状態である(ステップS201,No)。
As shown in FIG. 10, for example, in the ultrasonic
続いて、処理回路170は、被検体Xの医用画像データ群を画像メモリ140から読み出す(ステップS202)。そして、処理回路170は、医用画像データ群に対する追跡処理により、波形情報群を生成する(ステップS203)。処理回路170は、波形情報群を学習済みモデルに入力することで、異常判定結果を生成する(ステップS204)。処理回路170は、被検体Xの異常判定結果を表示させ(ステップS205)、処理を終了する。
Subsequently, the
上述してきたように、第1の実施形態に係る超音波診断装置100において、取得機能171は、第1被検体の心臓が時系列的に撮像された複数の医用画像データを取得する。追跡機能172は、複数の医用画像データに対する追跡処理により、複数の局所的領域及び全体的領域それぞれにおける壁運動パラメータを表す複数の第1医用情報を生成する。判定機能173は、複数の第2被検体の心臓について、複数の局所的領域及び全体的領域それぞれにおける壁運動パラメータを表す複数の第2医用情報と、複数の第2医用情報のうち各局所的領域についての異常判定結果とを用いて学習された学習済みモデルに対して複数の第1医用情報を入力することで、第1被検体の各局所的領域についての第1異常判定結果を生成する。出力制御機能174は、第1異常判定結果を出力させる。これによれば、超音波診断装置100は、局所的な壁運動異常を高精度かつロバストに識別することができる。
As described above, in the ultrasound
なお、第1の実施形態では、判定機能173が複数の局所領域それぞれの波形情報を用いて異常を判定する場合を説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、判定機能173は、複数の局所領域のうち、医師によって注目されている少なくとも1つの局所領域の波形情報と、全体領域の波形情報とを学習済みモデルに対して入力することで、その局所領域の異常を判定することも可能である。すなわち、判定機能は、複数の第2被検体の心臓について、第2局所領域及び第2全体領域それぞれにおける壁運動パラメータの時系列変化を表す複数の第2医用情報と、第2局所領域についての異常判定結果とを用いて学習された学習済みモデルに対して、第1被検体についての複数の第1医用情報を入力することで、第1被検体の第1局所領域についての異常を判定する。
Note that in the first embodiment, a case has been described in which the
また、取得機能171は、第1被検体の心臓について、第1局所領域および第1全体領域それぞれにおける壁運動パラメータを表す複数の第1医用情報を取得しても良い。この場合、超音波診断装置100は、必ずしも追跡機能172を備えていなくてもよい。例えば、取得機能171は、追跡機能172を備えた外部装置(超音波診断装置100とは異なる超音波診断装置、又は、医用情報処理装置)によって生成された複数の第1医用情報を、その外部装置から取得しても良い。
Furthermore, the
(第2の実施形態)
第2の実施形態では、学習済みモデルからの異常判定結果とともに、公知の指標値を操作者に提示する場合を説明する。これは、学習済みモデルを用いた手法では、何に基づいて判定が行われたのかが複雑であり、出力結果の根拠が操作者には理解し難いからである。このため、第2の実施形態に係る超音波診断装置100は、学習済みモデルからの異常判定結果のフィードバックとして操作者が理解し易い公知の指標値を与えることで、異常判定結果の参照情報として操作者に提示するものである。
(Second embodiment)
In the second embodiment, a case will be described in which a known index value is presented to the operator along with the abnormality determination result from the trained model. This is because in a method using a trained model, the basis for making a determination is complicated, and it is difficult for the operator to understand the basis of the output result. For this reason, the ultrasonic
図11を用いて、第2の実施形態に係る超音波診断装置100の構成について説明する。図11は、第2の実施形態に係る超音波診断装置100の構成例を示すブロック図である。第2の実施形態に係る超音波診断装置100は、図1に例示した超音波診断装置100と同様の構成を備え、処理回路170が算出機能175を更に実行する点が相違する。そこで、第2の実施形態では、第1の実施形態と相違する点を中心に説明することとし、第1の実施形態において説明した構成と同様の機能を有する点については、図1と同一の符号を付し、説明を省略する。
The configuration of an ultrasound
第2の実施形態に係る算出機能175は、局所的な壁運動異常に関する指標値を算出する。具体的には、算出機能175は、被検体Xの波形情報群に含まれる各波形情報について、複数種類の指標値を算出する。例えば、算出機能175は、指標値として、SI-DI及びPSIを算出する。
The
図12を用いて、第2の実施形態に係る算出機能175により算出される指標値について説明する。図12は、第2の実施形態に係る算出機能175により算出される指標値について説明するための図である。図12において、縱軸はストレインに対応し、横軸は時間に対応する。
The index value calculated by the
図12に示すように、算出機能175は、波形情報から点A、点B、及び点Cを検出する。ここで、点Aは、AVC時間におけるストレインに対応する。点Bは、拡張期のうちAVC時間から1/3経過した時間におけるストレインに対応する。点Cは、ピークストレインに対応する。なお、Tεは、ピークストレインに到達した到達時間に対応する。
As shown in FIG. 12, the
そして、算出機能175は、図12に示した点A、点B、及び点Cの値(ストレイン)に基づいて、SI-DI及びPSIを算出する。例えば、算出機能175は、下記の式(1)を用いてSI-DIを算出する。また、算出機能175は、下記の式(2)を用いてPSIを算出する。
Then, the
例えば、算出機能175は、学習済みモデルによる異常判定結果に対する各種の指標値の検定処理を行う。例えば、算出機能175は、複数種類の指標値のうち、異常判定結果に対して有意であった指標値を多変量解析により特定する。或いは、算出機能175は、最大主成分となる指標値を主成分分析によって特定する。そして、算出機能175は、特定した指標値に関する情報を出力制御機能174へ送る。
For example, the
そして、出力制御機能174は、異常判定結果に対して特定された指標値を、異常判定結果とともに出力する。例えば、出力制御機能174は、波形情報ごとに、異常判定結果に対して有意であった指標値を出力する。
Then, the
図13を用いて、第1の実施形態に係る出力制御機能174による出力例を説明する。図13は、第1の実施形態に係る出力制御機能174による出力例を説明するための図である。なお、図13では、異常判定結果に対して有意な指標値としてSI-DIが特定された場合を例示する。
An example of output by the
図13に示すように、出力制御機能174は、図6に示した異常判定結果に加えて、SI-DIを出力する。SI-DIは、セグメントごとに表示される。なお、出力制御機能174は、指標値に限らず、例えば、多変量解析における複数の指標値に関する回帰係数を表示することもできる。また、出力制御機能174は、有意では無かった指標値を表示しても良い。
As shown in FIG. 13, the
なお、図13はあくまで一例であり、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、出力制御機能174は、SI-DI等の指標値に応じた輝度値を割り当てた指標画像を生成し、表示することができる。
Note that FIG. 13 is just an example, and the embodiment is not limited thereto. For example, the
このように、第2の実施形態に係る超音波診断装置100は、学習済みモデルからの異常判定結果とともに、異常判定結果に対して有意であった、若しくは主成分として得られた指標値を特定し、参考情報として操作者に提示する。これにより、超音波診断装置100は、学習済みモデルからの異常判定結果に対する操作者の解釈を支援することができる。
In this way, the ultrasonic
なお、上記の説明では、指標値としてSI-DI及びPSIを算出する場合を説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、算出機能175は、局所的な壁運動異常の指標値となり得るものであれば、任意の指標値を算出可能である。例えば、算出機能175は、ピークストレインやDSR(Diastolic Strain Ratio)を算出する。ここで、DSRとは、ストレインの演算点ごとに、式(1)のSI-DIと同様の比を算出し、その算出値をセグメント内に含まれる演算点間で平均した値である。
In addition, although the above description describes the case where SI-DI and PSI are calculated as index values, the embodiment is not limited to this. For example, the
(その他の実施形態)
上述した実施形態以外にも、種々の異なる形態にて実施されてもよい。
(Other embodiments)
In addition to the embodiments described above, the present invention may be implemented in various different forms.
(医用情報処理システムによる判定処理)
上述した学習済みモデルを用いた局所的な壁運動異常の判定処理は、医用情報処理システムにより実行されても良い。この場合、判定処理は、ネットワークNW上で実行される。
(Judgment processing by medical information processing system)
The local wall motion abnormality determination process using the above-described learned model may be executed by a medical information processing system. In this case, the determination process is executed on the network NW.
図14を用いて、その他の実施形態に係る医用情報処理システムの構成について説明する。図14は、その他の実施形態に係る医用情報処理システムの構成例を示すブロック図である。 The configuration of a medical information processing system according to another embodiment will be described using FIG. 14. FIG. 14 is a block diagram showing a configuration example of a medical information processing system according to another embodiment.
図14に示すように、医用情報処理システムは、超音波診断装置100と、サーバ装置300とを備える。図14の超音波診断装置100は、処理回路170が送信機能176及び受信機能177を実行する点を除き、図1に例示した超音波診断装置100と基本的に同様の構成を備える。また、図14のサーバ装置300は、処理回路310が判定機能311を実行する点を除き、図2に例示した医用情報処理装置200と基本的に同様の構成を備える。なお、サーバ装置300は、医用情報処理装置の一例である。超音波診断装置100及びサーバ装置300は、ネットワークNWを介して通信可能に接続される。
As shown in FIG. 14, the medical information processing system includes an ultrasound
超音波診断装置100において、取得機能171及び追跡機能172の処理は、図1に示した取得機能171及び追跡機能172の処理と基本的に同様であるので、説明を省略する。そして、送信機能176は、追跡機能172により生成された被検体Xの波形情報群をサーバ装置300に送信する。
In the ultrasonic
サーバ装置300において、判定機能311は、送信機能176により送信された波形情報群を受信する。そして、判定機能311は、受信した波形情報群を学習済みモデルに対して入力することで、被検体Xの異常判定結果を生成する。なお、判定機能311の処理は、図1に示した判定機能173の処理と基本的に同様であるので、説明を省略する。そして、判定機能311は、生成した被検体Xの異常判定結果を、超音波診断装置100に送信する。
In the
超音波診断装置100において、受信機能177は、判定機能311により送信された被検体Xの異常判定結果を受信する。そして、出力制御機能174は、受信機能177により受信された被検体Xの異常判定結果を出力させる。なお、出力制御機能174の処理は、図1に示した判定機能173の処理と基本的に同様であるので、説明を省略する。
In the ultrasound
すなわち、医用情報処理システムにおいて、取得機能171は、第1被検体の心臓について、複数の局所的領域及び全体的領域それぞれにおける壁運動パラメータの時系列変化を表す複数の第1医用情報を取得する。そして、判定機能311は、複数の第2被検体の心臓について、複数の局所的領域及び全体的領域それぞれにおける壁運動パラメータの時系列変化を表す複数の第2医用情報と、複数の第2医用情報のうち各局所的領域についての異常判定結果とを用いて学習された学習済みモデルに対して複数の第1医用情報を入力することで、第1被検体の各局所的領域についての第1異常判定結果を生成する。そして、出力制御機能174は、記第1異常判定結果を出力させる。これによれば、医用情報処理システムは、ネットワークNW上で学習済みモデルを用いた局所的な壁運動異常の判定処理を実行することができる。
That is, in the medical information processing system, the
(医用情報処理装置による判定処理)
また、上述した学習済みモデルを用いた局所的な壁運動異常の判定処理は、医用情報処理装置200により実行されても良い。例えば、医用情報処理装置200は、医師により操作される端末や、他の医用画像診断装置のコンソール装置等に対応する。なお、他の医用画像診断装置とは、MRI(Magnetic Resonance Imaging)装置やX線CT(Computed Tomography)装置等、超音波診断装置100以外の医用画像診断装置である。
(Determination processing by medical information processing device)
Further, the process for determining local wall motion abnormality using the learned model described above may be executed by the medical
この場合、医用情報処理装置200は、被検体Xの波形情報群を超音波診断装置100から取得するのが好適である。つまり、医用情報処理装置200において、処理回路210は、第1被検体の心臓について、複数の局所的領域及び全体的領域それぞれにおける壁運動パラメータの時系列変化を表す複数の第1医用情報を取得する。そして、処理回路210は、複数の第2被検体の心臓について、複数の局所的領域及び全体的領域それぞれにおける壁運動パラメータの時系列変化を表す複数の第2医用情報と、複数の第2医用情報のうち各局所的領域についての異常判定結果とを用いて学習された学習済みモデルに対して複数の第1医用情報を入力することで、第1被検体の各局所的領域についての第1異常判定結果を生成する。そして、処理回路210は、記第1異常判定結果を出力させる。
In this case, the medical
なお、医用情報処理装置200が追跡機能172と同様の機能を備える場合には、医用情報処理装置200が被検体Xの波形情報群を生成することもできる。
Note that if the medical
(超音波画像データ以外の医用画像データの利用)
また、上記の実施形態では、超音波画像データ群に対して適用される場合を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、時系列に並ぶ複数の医用画像データであれば、磁気共鳴画像データやCT画像データ等、如何なる医用画像診断装置により撮像された画像データであっても適用可能である。つまり、時系列に並ぶ複数の医用画像データであれば、壁運動解析により波形情報群を生成可能である。このため、この波形情報群を用いて、機械学習及び学習済みモデルを用いた判定処理が実行可能となる。すなわち、上述した実施形態は、超音波診断装置に限らず、他の医用画像診断装置においても適用可能である。
(Use of medical image data other than ultrasound image data)
Further, in the above embodiment, a case where the present invention is applied to a group of ultrasound image data has been described, but the present invention is not limited to this. For example, as long as a plurality of pieces of medical image data are arranged in time series, the present invention can be applied to image data captured by any medical image diagnostic apparatus, such as magnetic resonance image data or CT image data. In other words, if a plurality of pieces of medical image data are arranged in time series, it is possible to generate a waveform information group by wall motion analysis. Therefore, using this waveform information group, it becomes possible to perform machine learning and determination processing using a learned model. That is, the embodiments described above are applicable not only to ultrasound diagnostic apparatuses but also to other medical image diagnostic apparatuses.
(学習済みモデル以外の例)
また、上記の説明では、上述した実施形態が学習済みモデルによって実現される場合を説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、超音波診断装置100は、全体的な壁運動に対する局所的なストレインの波形情報の相対的な差異に基づいて、異常を判定することができる。
(Example other than trained model)
Further, in the above description, a case has been described in which the above-described embodiment is realized by a trained model, but the embodiment is not limited to this. For example, the ultrasound
すなわち、超音波診断装置100において、取得機能171は、第1被検体の心臓について、第1局所領域および第1全体領域それぞれにおける壁運動パラメータの時系列変化を表す複数の第1医用情報を取得する。そして、判定機能173は、複数の第1医用情報に基づいて、第1局所領域における異常を判定する。
That is, in the ultrasound
一例としては、判定機能173は、全体領域の波形情報と局所領域の波形情報とを比較して、相対的な差異を検出する。ここで、相対的な差異とは、例えば、波形情報から得られる積分値などの任意のパラメータ(数値)の差分値である。判定機能173は、検出した差異に基づいて、局所領域における異常を判定する。
For example, the
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(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、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)、及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。プロセッサは記憶回路150に保存さ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、記憶回路150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、本実施形態の各プロセッサは、プロセッサごとに単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて1つのプロセッサとして構成し、その機能を実現するようにしてもよい。更に、各図における複数の構成要素を1つのプロセッサへ統合してその機能を実現するようにしてもよい。 The term "processor" used in the above description refers to, for example, a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), an Application Specific Integrated Circuit (ASIC), a programmable logic device (for example, Refers to circuits such as a simple programmable logic device (SPLD), a complex programmable logic device (CPLD), and a field programmable gate array (FPGA). The processor realizes its functions by reading and executing programs stored in the storage circuit 150. Note that instead of storing the program in the storage circuit 150, the program may be directly incorporated into the circuit of the processor. In this case, the processor realizes its functions by reading and executing a program built into the circuit. Note that each processor of this embodiment is not limited to being configured as a single circuit for each processor, but may also be configured as a single processor by combining multiple independent circuits to realize its functions. good. Furthermore, multiple components in each figure may be integrated into one processor to implement its functionality.
また、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を、各種の負荷や使用状況等に応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。更に、各装置にて行なわれる各処理機能は、その全部又は任意の一部が、CPU及び当該CPUにて解析実行されるプログラムにて実現され、或いは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。 Furthermore, each component of each device shown in the drawings is functionally conceptual, and does not necessarily need to be physically configured as shown in the drawings. In other words, the specific form of distributing and integrating each device is not limited to what is shown in the diagram, and all or part of the devices can be functionally or physically distributed or integrated in arbitrary units depending on various loads, usage conditions, etc. Can be integrated and configured. Further, each processing function performed by each device may be realized in whole or in part by a CPU and a program that is analyzed and executed by the CPU, or may be realized as hardware using wired logic.
また、上記の実施形態において説明した各処理のうち、自動的に行なわれるものとして説明した処理の全部又は一部を手動的に行なうこともでき、或いは、手動的に行なわれるものとして説明した処理の全部又は一部を公知の方法で自動的に行なうこともできる。この他、上記文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種のデータやパラメータを含む情報については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。 Further, among the processes described in the above embodiments, all or part of the processes described as being performed automatically can be performed manually, or the processes described as being performed manually All or part of this can also be performed automatically using known methods. In addition, information including processing procedures, control procedures, specific names, and various data and parameters shown in the above documents and drawings may be changed arbitrarily, unless otherwise specified.
また、上記の実施形態で説明した医用画像処理方法は、予め用意された医用画像処理プログラムをパーソナルコンピュータやワークステーション等のコンピュータで実行することによって実現することができる。この医用画像処理プログラムは、インターネット等のネットワークを介して配布することができる。また、この医用画像処理プログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク(FD)、CD-ROM、MO、DVD等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行することもできる。 Further, the medical image processing method described in the above embodiment can be realized by executing a medical image processing program prepared in advance on a computer such as a personal computer or a workstation. This medical image processing program can be distributed via a network such as the Internet. Furthermore, this medical image processing program may be recorded on a computer-readable recording medium such as a hard disk, flexible disk (FD), CD-ROM, MO, or DVD, and executed by being read from the recording medium by the computer. can.
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、局所的な壁運動異常を高精度かつロバストに識別することができる。 According to at least one embodiment described above, local wall motion abnormalities can be identified with high accuracy and robustness.
本発明の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、変更を行うことができる。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。 Although several embodiments of the invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are included within the scope and gist of the invention as well as within the scope of the invention described in the claims and its equivalents.
100 超音波診断装置
170 処理回路
171 取得機能
172 追跡機能
173 判定機能
174 出力制御機能
100 Ultrasonic
Claims (22)
前記複数の第1医用情報に基づいて、前記第1局所領域における異常を判定する判定部と、
前記複数の第1医用情報のそれぞれについて、複数種類の指標値を算出する出力制御部と、
を備え、
前記出力制御部は、前記複数種類の指標値のうち、前記第1局所領域についての前記異常の判定結果に対して特定された指標値を、前記第1局所領域についての前記異常の判定結果とともに出力する、
装置。 an acquisition unit that acquires a plurality of first medical information representing wall motion parameters in each of a first local region and a first overall region regarding the heart of a first subject;
a determination unit that determines an abnormality in the first local region based on the plurality of first medical information;
an output control unit that calculates a plurality of types of index values for each of the plurality of first medical information;
Equipped with
The output control unit outputs an index value specified for the abnormality determination result for the first local region among the plurality of types of index values, together with the abnormality determination result for the first local region. Output,
equipment .
請求項1に記載の装置。 The determination unit includes a plurality of pieces of second medical information representing wall motion parameters in each of a second local region and a second whole region, and an abnormality determination result for the second local region, regarding the hearts of a plurality of second subjects. determining an abnormality in a first local region of the first subject by inputting the plurality of first medical information about the first subject to a trained model trained using
The device according to claim 1.
前記複数の第2医用情報は、前記複数の第1医用情報と同一種類の情報を含む、
請求項2に記載の装置。 The wall motion parameters include different types of information in at least one of the load or the time phase before and after treatment, the position in the wall thickness direction, and the heart motion direction,
The plurality of second medical information includes the same type of information as the plurality of first medical information,
3. The device according to claim 2.
前記第1局所領域は、前記第1全体領域が所定の分割方法により分割された複数の領域に対応し、
前記第2局所領域は、前記第2全体領域が所定の分割方法により分割された複数の領域に対応する、
請求項3に記載の装置。 Each of the first entire region and the second entire region corresponds to the entire left ventricle in a three-dimensional image or the entire region of interest in a two-dimensional cross-sectional image,
The first local region corresponds to a plurality of regions obtained by dividing the first overall region by a predetermined division method,
The second local region corresponds to a plurality of regions obtained by dividing the second entire region using a predetermined division method.
4. The device according to claim 3.
請求項3又は4に記載の装置。 The wall motion parameter includes information on at least one of strain and displacement.
The device according to claim 3 or 4.
請求項3~5のいずれか一つに記載の装置。 The time phase includes information on at least one of a preload period and a recovery period.
Apparatus according to any one of claims 3 to 5.
請求項3~6のいずれか一つに記載の装置。 The position in the wall thickness direction includes information on at least one of the inner layer, middle layer, and outer layer, or information on at least one of the inner layer, the outer layer, and the wall thickness.
Apparatus according to any one of claims 3 to 6.
請求項3~7のいずれか一つに記載の装置。 The movement direction includes information on at least one of the longitudinal direction, the circumferential direction, the radial direction, and the area of a plane parallel to the endomyocardial surface.
Apparatus according to any one of claims 3 to 7.
請求項3~8のいずれか一つに記載の装置。 The information on the wall motion parameters of each of the first overall area and the second overall area further includes information representing a time-series change in volume change.
Apparatus according to any one of claims 3 to 8.
請求項2~9のいずれか一つに記載の装置。 The trained model is constructed based on a support vector machine or a neural network.
Apparatus according to any one of claims 2 to 9.
請求項1に記載の装置。 The plurality of types of index values include at least SI-DI (Strain Imaging Diastolic Index) and PSI (Post-systolic Strain Index),
The device according to claim 1 .
請求項1~11のいずれか一つに記載の装置。 further comprising an output control unit that superimposes and displays the abnormality determination result for the first local region on an ultrasound image or a polar map;
Apparatus according to any one of claims 1 to 11 .
請求項2~10のいずれか一つに記載の装置。 The first medical information and the second medical information are information standardized in the time direction.
Device according to any one of claims 2 to 10.
請求項1~13のいずれか1つに記載の装置。 The abnormality determination result for the first local area is information indicating whether the first local area is an ischemic area.
Apparatus according to any one of claims 1 to 13 .
前記第2医用情報は、前記第2局所領域及び第2全体領域それぞれにおける壁運動パラメータの時系列変化を表す波形情報である、
請求項2~10のいずれか1つに記載の装置。 The first medical information is waveform information representing time-series changes in wall motion parameters in each of the first local region and the first overall region,
The second medical information is waveform information representing time-series changes in wall motion parameters in each of the second local region and the second entire region.
Device according to any one of claims 2 to 10.
請求項2~10のいずれか1つに記載の装置。 The abnormality determination result for the second local area is information on which a person has identified whether or not there is a wall motion abnormality.
Device according to any one of claims 2 to 10.
請求項1~16のいずれか1つに記載の装置。 further comprising an output control unit that outputs the abnormality determination result for the first local area;
Apparatus according to any one of claims 1 to 16 .
請求項1~17のいずれか1つに記載の装置。 acquiring the plurality of first medical information from an ultrasound image;
Apparatus according to any one of claims 1 to 17 .
前記複数の第1医用情報に基づいて、前記第1局所領域における異常を判定し、
前記複数の第1医用情報のそれぞれについて、複数種類の指標値を算出し、
前記複数種類の指標値のうち、前記第1局所領域についての前記異常の判定結果に対して特定された指標値を、前記第1局所領域についての前記異常の判定結果とともに出力する、
各処理をコンピュータに実行させるプログラム。 acquiring a plurality of first medical information representing wall motion parameters in each of a first local region and a first overall region regarding the heart of a first subject;
determining an abnormality in the first local region based on the plurality of first medical information;
calculating a plurality of types of index values for each of the plurality of first medical information;
Outputting an index value identified for the abnormality determination result for the first local region among the plurality of types of index values together with the abnormality determination result for the first local region;
A program that causes a computer to perform various processes.
前記規格化された前記第1波形情報と、前記規格化された前記第2波形情報と、前記局所領域における虚血性心疾患に関する異常判定結果とを用いて機械学習を行って学習済みモデルを構築する学習部
を備える医用情報処理装置。 For the hearts of a plurality of subjects, the time direction of first waveform information representing wall motion parameters in a local region and the time direction of second waveform information representing time-series changes in volume in the entire region are calculated based on cardiac time. Normalize based on an arbitrary interval in the phase,
Machine learning is performed using the standardized first waveform information, the standardized second waveform information, and the abnormality determination result regarding ischemic heart disease in the local region to create a trained model. A medical information processing device comprising a learning section to be constructed.
前記複数の第1医用情報に基づいて、前記第1局所領域における異常を判定する判定部と、
前記複数の第1医用情報のそれぞれについて、複数種類の指標値を算出する出力制御部と、
を備え、
前記複数種類の指標値は、少なくともSI-DI(Strain Imaging Diastolic Index)及びPSI(Post-systolic Strain Index)を含む、
装置。 an acquisition unit that acquires a plurality of first medical information representing wall motion parameters in each of a first local region and a first overall region regarding the heart of a first subject;
a determination unit that determines an abnormality in the first local region based on the plurality of first medical information;
an output control unit that calculates a plurality of types of index values for each of the plurality of first medical information;
Equipped with
The plurality of types of index values include at least SI-DI (Strain Imaging Diastolic Index) and PSI (Post-systolic Strain Index),
equipment .
前記複数の第1医用情報に基づいて、前記第1局所領域における異常を判定し、
前記複数の第1医用情報のそれぞれについて、複数種類の指標値を算出する、
各処理をコンピュータに実行させるプログラムであって、
前記複数種類の指標値は、少なくともSI-DI(Strain Imaging Diastolic Index)及びPSI(Post-systolic Strain Index)を含む、
プログラム。 acquiring a plurality of first medical information representing wall motion parameters in each of a first local region and a first overall region regarding the heart of a first subject;
determining an abnormality in the first local region based on the plurality of first medical information;
calculating a plurality of types of index values for each of the plurality of first medical information;
A program that causes a computer to execute each process,
The plurality of types of index values include at least SI-DI (Strain Imaging Diastolic Index) and PSI (Post-systolic Strain Index),
program .
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