JP7346270B2 - Medical information processing device, medical information processing method, and program - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、医用情報処理装置、医用情報処理方法、およびプログラムに関する。 Embodiments of the present invention relate to a medical information processing device, a medical information processing method, and a program.

従来、MRI(Magnetic Resonance Imaging)装置に設けられた複数の受信コイルにより得られる信号の平方二乗和(SoS:Sum of Squares)をとって画像を生成し、さらに、生成された画像に対してデノイズ処理を行うことでノイズ成分が除去或いは抑制された画像を得る技術が知られている。デノイズ処理としては、例えば、ディープニューラルネットワークを利用することが可能である。 Conventionally, an image is generated by taking the sum of squares (SoS) of signals obtained by multiple receiving coils installed in an MRI (Magnetic Resonance Imaging) device, and then denoising is performed on the generated image. 2. Description of the Related Art There is a known technique for obtaining an image in which noise components are removed or suppressed through processing. For example, a deep neural network can be used for the denoising process.

米国特許出願公開第2018/0018757号明細書US Patent Application Publication No. 2018/0018757

本発明が解決しようとする課題は、デノイズ精度を高めることである。 The problem to be solved by the present invention is to improve denoising accuracy.

実施形態の医用情報処理装置は、導出部と、調整部と、除去部と、合成部とを備える。導出部は、複数の受信コイルの各々により収集される磁気共鳴信号に対応するデータに含まれるノイズに関する指標値を導出する。調整部は、前記導出部により導出された前記指標値に基づいて、前記磁気共鳴信号に対応するデータからノイズを除去する度合いを調整する。除去部は、前記調整部により調整された前記度合いに基づいて、前記磁気共鳴信号に対応するデータからノイズを除去する。合成部は、前記除去部によりノイズが除去された、前記複数の受信コイルの各々で収集された前記磁気共鳴信号に対応するデータを合成する。 The medical information processing device of the embodiment includes a deriving section, an adjusting section, a removing section, and a combining section. The derivation unit derives an index value regarding noise included in data corresponding to the magnetic resonance signals collected by each of the plurality of receiving coils. The adjustment section adjusts the degree to which noise is removed from data corresponding to the magnetic resonance signal based on the index value derived by the derivation section. The removal section removes noise from the data corresponding to the magnetic resonance signal based on the degree adjusted by the adjustment section. The synthesizing section synthesizes data corresponding to the magnetic resonance signals collected by each of the plurality of receiving coils, from which noise has been removed by the removing section.

第1の実施形態に係る医用画像処理装置200を含む医用画像処理システム1の構成の一例を示す図。FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a medical image processing system 1 including a medical image processing apparatus 200 according to a first embodiment. 第1の実施形態に係る医用画像生成装置100の一例を示す図。FIG. 1 is a diagram showing an example of a medical image generation device 100 according to a first embodiment. 第1の実施形態に係る医用画像生成装置100に備えられるRFコイル108の配置の一例を示す図。FIG. 3 is a diagram showing an example of the arrangement of RF coils 108 provided in the medical image generation apparatus 100 according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る医用画像処理装置200の一例を示す図。FIG. 1 is a diagram showing an example of a medical image processing apparatus 200 according to a first embodiment. 第1の実施形態に係るデノイズモデルMDL1の構成の一例を示す図。The figure which shows an example of the structure of denoising model MDL1 based on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係るアクティベーション層330の活性化関数の一例を示す図。FIG. 3 is a diagram showing an example of an activation function of the activation layer 330 according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る原画像からデノイズ画像および合成画像を生成する構成の一例を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a configuration for generating a denoised image and a composite image from an original image according to the first embodiment. 第1の実施形態における処理回路210の学習処理の一連の流れを示すフローチャート。7 is a flowchart showing a series of learning processes of the processing circuit 210 in the first embodiment. 第1の実施形態における処理回路210の画像処理の一連の流れを示すフローチャート。7 is a flowchart showing a series of image processing steps of the processing circuit 210 in the first embodiment. 第1の実施形態の変形例に係る医用画像生成装置100の一例を示す図。The figure which shows an example of the medical image generation apparatus 100 based on the modification of 1st Embodiment. 第2の実施形態に係る医用画像処理装置200の一例を示す図。The figure which shows an example of the medical image processing apparatus 200 based on 2nd Embodiment. 第2の実施形態における処理回路210の画像処理の一連の流れを示すフローチャート。7 is a flowchart showing a series of image processing steps of the processing circuit 210 in the second embodiment. 第2の実施形態の変形例に係る医用画像生成装置100を示す図。The figure which shows the medical image generation apparatus 100 based on the modification of 2nd Embodiment.

以下、図面を参照しながら、医用情報処理装置、医用情報処理方法、およびプログラムの実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of a medical information processing device, a medical information processing method, and a program will be described in detail with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る医用画像処理装置200を含む医用画像処理システム1の構成の一例を示す図である。図1に示すように、医用画像処理システム1は、例えば、医用画像生成装置100と、医用画像処理装置200とを備える。医用画像生成装置100と医用画像処理装置200とは、ネットワークNWを介して互いに接続される。ネットワークNWは、例えば、WAN(Wide Area Network)やLAN(Local Area Network)、インターネット、専用回線、無線基地局、プロバイダなどを含む。医用画像処理装置200は、「医用情報処理装置」の一例である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a medical image processing system 1 including a medical image processing apparatus 200 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the medical image processing system 1 includes, for example, a medical image generation device 100 and a medical image processing device 200. The medical image generation device 100 and the medical image processing device 200 are connected to each other via a network NW. The network NW includes, for example, a WAN (Wide Area Network), a LAN (Local Area Network), the Internet, a dedicated line, a wireless base station, a provider, and the like. The medical image processing device 200 is an example of a “medical information processing device”.

医用画像生成装置100は、例えば、MRI装置などを含む。MRI装置は、例えば、被検体(例えば人体)に磁場を与えて、核磁気共鳴現象によって被検体内の水素原子核から発生する電磁波を、コイルを利用して受信し、その受信した電磁波に基づく信号を再構成することで医用画像(MR画像)を生成する。以下の説明では、一例として医用画像生成装置100がMRI装置であるものとして説明する。 The medical image generation device 100 includes, for example, an MRI device. An MRI apparatus, for example, applies a magnetic field to a subject (for example, a human body), uses a coil to receive electromagnetic waves generated from hydrogen nuclei within the subject due to the nuclear magnetic resonance phenomenon, and generates a signal based on the received electromagnetic waves. A medical image (MR image) is generated by reconstructing the image. In the following description, the medical image generation apparatus 100 will be described as an MRI apparatus as an example.

医用画像処理装置200は、一つまたは複数のプロセッサにより実現される。例えば、医用画像処理装置200は、クラウドコンピューティングシステムに含まれるコンピュータであってもよいし、他の機器に依存せずに単独で動作するコンピュータ(スタンドアローンのコンピュータ)であってもよい。 Medical image processing device 200 is realized by one or more processors. For example, the medical image processing apparatus 200 may be a computer included in a cloud computing system, or may be a computer that operates independently without depending on other devices (stand-alone computer).

[医用画像生成装置(MRI装置)の構成例]
図2は、第1の実施形態に係る医用画像生成装置100の一例を示す図である。図2に示すように、医用画像生成装置100は、例えば、静磁場磁石101と、傾斜磁場コイル102と、傾斜磁場電源103と、寝台104と、寝台制御回路105と、送信回路107と、RFコイル108と、受信回路109と、シーケンス制御回路110と、コンソール装置120とを備える。
[Configuration example of medical image generation device (MRI device)]
FIG. 2 is a diagram showing an example of the medical image generation device 100 according to the first embodiment. As shown in FIG. 2, the medical image generation apparatus 100 includes, for example, a static magnetic field magnet 101, a gradient magnetic field coil 102, a gradient magnetic field power supply 103, a bed 104, a bed control circuit 105, a transmission circuit 107, and an RF It includes a coil 108, a receiving circuit 109, a sequence control circuit 110, and a console device 120.

静磁場磁石101は、中空の略円筒形状に形成された磁石である。静磁場磁石101は、内部の空間に一様な静磁場を発生させる。静磁場磁石101は、例えば、永久磁石や超伝導磁石などである。傾斜磁場コイル102は、中空の略円筒形状に形成されたコイルであり、静磁場磁石101の内側に配置される。傾斜磁場コイル102は、互いに直交するx,y,zの各軸に対応する3つのコイルが組み合わされて形成される。z軸方向は、寝台104の天板104aの長手方向を表し、x軸方向は、z軸方向に直交し、医用画像生成装置100が設置される部屋の床面に対して平行である軸方向を表し、y軸方向は、床面に対して垂直方向である軸方向を表している。各軸方向に対応した3つのコイルは、傾斜磁場電源103から個別に電流を受けて、x,y,zの各軸に沿って磁場強度が変化する傾斜磁場を発生させる。なお、z軸方向は、静磁場と同方向とする。 The static field magnet 101 is a hollow, substantially cylindrical magnet. The static magnetic field magnet 101 generates a uniform static magnetic field in the internal space. The static field magnet 101 is, for example, a permanent magnet or a superconducting magnet. The gradient magnetic field coil 102 is a hollow, substantially cylindrical coil, and is arranged inside the static magnetic field magnet 101. The gradient magnetic field coil 102 is formed by combining three coils corresponding to the x, y, and z axes that are orthogonal to each other. The z-axis direction represents the longitudinal direction of the top plate 104a of the bed 104, and the x-axis direction is an axial direction that is orthogonal to the z-axis direction and parallel to the floor surface of the room in which the medical image generation device 100 is installed. , and the y-axis direction represents the axial direction that is perpendicular to the floor surface. The three coils corresponding to each axial direction individually receive current from the gradient magnetic field power supply 103 to generate gradient magnetic fields whose magnetic field strengths vary along each of the x, y, and z axes. Note that the z-axis direction is the same direction as the static magnetic field.

傾斜磁場電源103は、傾斜磁場コイル102に電流を供給する。ここで、傾斜磁場コイル102によって発生するx,y,zの各軸の傾斜磁場は、例えば、スライス選択用傾斜磁場Gs、位相エンコード用傾斜磁場Ge、およびリードアウト用傾斜磁場Grにそれぞれ対応する。スライス選択用傾斜磁場Gsは、任意に撮像断面を決めるために利用される。位相エンコード用傾斜磁場Geは、空間的位置に応じて磁気共鳴信号の位相を変化させるために利用される。リードアウト用傾斜磁場Grは、空間的位置に応じて磁気共鳴信号の周波数を変化させるために利用される。 The gradient magnetic field power supply 103 supplies current to the gradient magnetic field coil 102. Here, the gradient magnetic fields of the x, y, and z axes generated by the gradient magnetic field coil 102 correspond to, for example, a slice selection gradient magnetic field Gs, a phase encoding gradient magnetic field Ge, and a readout gradient magnetic field Gr, respectively. . The slice selection gradient magnetic field Gs is used to arbitrarily determine an imaging section. The phase encoding gradient magnetic field Ge is used to change the phase of the magnetic resonance signal depending on the spatial position. The readout gradient magnetic field Gr is used to change the frequency of the magnetic resonance signal depending on the spatial position.

寝台104は、被検体OBが載置される天板104aを備える。寝台104は、寝台制御回路105による制御のもと、天板104aを、被検体OBが載置された状態で傾斜磁場コイル102の空洞(撮像口)内へ挿入する。通常、寝台104は、長手方向が静磁場磁石101の中心軸と平行になるように設置される。寝台制御回路105は、コンソール装置120による制御のもと、寝台104を駆動して天板104aを長手方向および上下方向へ移動する。 The bed 104 includes a top plate 104a on which the subject OB is placed. Under the control of the bed control circuit 105, the bed 104 inserts the top plate 104a into the cavity (imaging port) of the gradient magnetic field coil 102 with the subject OB placed thereon. Usually, the bed 104 is installed so that its longitudinal direction is parallel to the central axis of the static magnetic field magnet 101. The bed control circuit 105 drives the bed 104 under the control of the console device 120 to move the top plate 104a in the longitudinal direction and the vertical direction.

RFコイル108は、送信回路107からRF(Radio Frequency)パルスの供給を受けて、高周波磁場を発生する。送信回路107は、対象とする原子核の種類および磁場の強度で決まるラーモア周波数に対応するRFパルスをRFコイル108に供給する。また、RFコイル108は、高周波磁場の影響によって被検体OBから発せられる磁気共鳴信号を受信する。磁気共鳴信号には、例えば、信号強度成分と位相成分が含まれる。RFコイル108は、磁気共鳴信号を受信すると、受信した磁気共鳴信号を受信回路109へ出力する。 The RF coil 108 receives an RF (Radio Frequency) pulse from the transmission circuit 107 and generates a high frequency magnetic field. The transmitting circuit 107 supplies the RF coil 108 with an RF pulse corresponding to the Larmor frequency determined by the type of target atomic nucleus and the strength of the magnetic field. Further, the RF coil 108 receives magnetic resonance signals emitted from the subject OB due to the influence of the high frequency magnetic field. A magnetic resonance signal includes, for example, a signal intensity component and a phase component. Upon receiving the magnetic resonance signal, the RF coil 108 outputs the received magnetic resonance signal to the receiving circuit 109 .

RFコイル108は、例えば、MRI装置の架台内に収められ、被検体OBを取り囲むように構成された全身用コイルや、被検体OBの撮像部位ごとに設けられる局所コイルである。以下では、RFコイル108として局所コイルを例にとって説明するが、RFコイル108の種別を限定することは意図しない。また、送信と受信をそれぞれ異なるRFコイルで行ってもよいし、RFコイル108を送受信兼用として構成してもよい。なお、第1の実施形態において、RFコイル108は、複数のコイルエレメントを有するコイルアレイである。 The RF coil 108 is, for example, a whole-body coil that is housed in the frame of the MRI apparatus and configured to surround the subject OB, or a local coil that is provided for each imaging region of the subject OB. Although a local coil will be described below as an example of the RF coil 108, it is not intended to limit the type of the RF coil 108. Further, transmission and reception may be performed using different RF coils, or the RF coil 108 may be configured to serve both as a transmitter and receiver. Note that in the first embodiment, the RF coil 108 is a coil array having a plurality of coil elements.

図3は、第1の実施形態に係る医用画像生成装置100に備えられるRFコイル108の配置の一例を示す図である。図3では、RFコイル108が、8つのコイルエレメント108a~108hを備える例を示す。これらのコイルエレメント108a~108hは、例えばz軸に沿って被検体OBを取り囲むように配置される。各コイルエレメント108a~108hは、被検体OBから発せられた磁気共鳴信号を受信し、受信回路109へ出力する。 FIG. 3 is a diagram showing an example of the arrangement of the RF coil 108 provided in the medical image generation apparatus 100 according to the first embodiment. FIG. 3 shows an example in which the RF coil 108 includes eight coil elements 108a to 108h. These coil elements 108a to 108h are arranged, for example, so as to surround the subject OB along the z-axis. Each coil element 108a to 108h receives a magnetic resonance signal emitted from the subject OB and outputs it to the receiving circuit 109.

受信回路109は、コイルエレメント108a~108hにより出力される磁気共鳴信号ごとに磁気共鳴データを生成する。例えば、受信回路109は、コイルエレメント108a~108hにより出力されるアナログ信号である磁気共鳴信号の各々をデジタル変換することによって、デジタル信号である磁気共鳴データの組を生成する。また、受信回路109は、生成した磁気共鳴データの組をシーケンス制御回路110へ送信する。なお、受信回路109は、静磁場磁石101や傾斜磁場コイル102などを備える架台装置側に備えられていてもよい。 The receiving circuit 109 generates magnetic resonance data for each magnetic resonance signal output by the coil elements 108a to 108h. For example, the receiving circuit 109 generates a set of magnetic resonance data that are digital signals by digitally converting each of the magnetic resonance signals that are analog signals output by the coil elements 108a to 108h. Further, the receiving circuit 109 transmits the generated set of magnetic resonance data to the sequence control circuit 110. Note that the receiving circuit 109 may be provided on the side of the gantry device that includes the static magnetic field magnet 101, the gradient magnetic field coil 102, and the like.

シーケンス制御回路110は、コンソール装置120により出力されるシーケンス情報に基づいて、傾斜磁場電源103、送信回路107および受信回路109を駆動することによって、被検体OBを撮像する。シーケンス情報は、撮像処理を行うための手順を定義した情報である。シーケンス情報には、傾斜磁場電源103が傾斜磁場コイル102に供給する電流の大きさや電流を供給するタイミング、送信回路107がRFコイル108に送信するRFパルスの強さやRFパルスを印加するタイミング、受信回路109が磁気共鳴信号を検出するタイミングなどが定義された情報が含まれる。 The sequence control circuit 110 images the object OB by driving the gradient magnetic field power supply 103, the transmitting circuit 107, and the receiving circuit 109 based on sequence information output by the console device 120. Sequence information is information that defines a procedure for performing imaging processing. The sequence information includes the magnitude of the current that the gradient magnetic field power supply 103 supplies to the gradient magnetic field coil 102, the timing of supplying the current, the strength of the RF pulse that the transmitting circuit 107 transmits to the RF coil 108, the timing of applying the RF pulse, and the reception. It includes information defining the timing at which the circuit 109 detects a magnetic resonance signal.

なお、シーケンス制御回路110は、傾斜磁場電源103、送信回路107および受信回路109を駆動させ、受信回路109から磁気共鳴データを受信すると、受信した磁気共鳴データをコンソール装置120へ転送する。 Note that the sequence control circuit 110 drives the gradient magnetic field power supply 103, the transmitting circuit 107, and the receiving circuit 109, and upon receiving magnetic resonance data from the receiving circuit 109, transfers the received magnetic resonance data to the console device 120.

コンソール装置120は、医用画像生成装置100の全体を制御したり、磁気共鳴データを収集したりする。例えば、コンソール装置120は、通信インターフェース122と、入力インターフェース124と、ディスプレイ126と、処理回路130と、メモリ(ストレージ)150とを備える。 The console device 120 controls the entire medical image generation device 100 and collects magnetic resonance data. For example, the console device 120 includes a communication interface 122, an input interface 124, a display 126, a processing circuit 130, and a memory (storage) 150.

通信インターフェース122は、例えば、NIC(Network Interface Card)などの通信インターフェースを含む。通信インターフェース122は、ネットワークNWを介して医用画像処理装置200と通信し、医用画像処理装置200との間で情報を送受信する。通信インターフェース122は、受信した情報を処理回路130に出力する。また、通信インターフェース122は、処理回路130による制御を受けて、ネットワークNWを介して接続された他の装置に情報を送信してもよい。 The communication interface 122 includes, for example, a communication interface such as a NIC (Network Interface Card). The communication interface 122 communicates with the medical image processing apparatus 200 via the network NW, and transmits and receives information to and from the medical image processing apparatus 200. Communication interface 122 outputs the received information to processing circuit 130. Furthermore, the communication interface 122 may transmit information to other devices connected via the network NW under the control of the processing circuit 130.

入力インターフェース124は、操作者から各種の入力操作を受け付けるインターフェースである。入力インターフェース124は、入力操作を受け付けると、その受け付けた入力操作を電気信号に変換して処理回路130に出力する。例えば、入力インターフェース124は、マウスやキーボード、トラックボール、スイッチ、ボタン、ジョイスティック、タッチパネルなどにより実現される。また、入力インターフェース124は、例えば、マイクなどの音声入力を受け付けるユーザインターフェースによって実現されてもよい。入力インターフェース124がタッチパネルである場合、後述するディスプレイ126は入力インターフェース124と一体として形成されてよい。 The input interface 124 is an interface that accepts various input operations from an operator. Upon receiving an input operation, the input interface 124 converts the received input operation into an electrical signal and outputs it to the processing circuit 130 . For example, the input interface 124 is realized by a mouse, keyboard, trackball, switch, button, joystick, touch panel, or the like. Furthermore, the input interface 124 may be realized by a user interface that accepts voice input, such as a microphone. When the input interface 124 is a touch panel, a display 126, which will be described later, may be formed integrally with the input interface 124.

ディスプレイ126は、各種の情報を表示する。例えば、ディスプレイ126は、処理回路130によって生成された画像を表示したり、操作者からの各種の入力操作を受け付けるためのGUI(Graphical User Interface)などを表示したりする。例えば、ディスプレイ126は、LCD(Liquid Crystal Display)や、CRT(Cathode Ray Tube)ディスプレイ、有機EL(Electroluminescence)ディスプレイなどである。 Display 126 displays various information. For example, the display 126 displays an image generated by the processing circuit 130, a GUI (Graphical User Interface), etc. for accepting various input operations from an operator. For example, the display 126 is an LCD (Liquid Crystal Display), a CRT (Cathode Ray Tube) display, an organic EL (Electroluminescence) display, or the like.

処理回路130は、例えば、取得機能132と、生成機能134と、通信制御機能136と、表示制御機能138とを備える。これらの機能(構成要素)は、例えば、CPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphics Processing Unit)などのプロセッサ(あるいはプロセッサ回路)が、メモリ150に記憶されたプログラム(ソフトウェア)を実行することにより実現される。また、処理回路130の機能の一部または全部は、LSI(Large Scale Integration)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)などのハードウェア(回路部:circuitry)によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。また、上記のプログラムは、予めメモリ150に格納されていてもよいし、DVDやCD-ROMなどの着脱可能な記憶媒体に格納されており、記憶媒体がコンソール装置120のドライブ装置に装着されることで記憶媒体からメモリ150にインストールされてもよい。 The processing circuit 130 includes, for example, an acquisition function 132, a generation function 134, a communication control function 136, and a display control function 138. These functions (components) are realized by, for example, a processor (or processor circuit) such as a CPU (Central Processing Unit) or a GPU (Graphics Processing Unit) executing a program (software) stored in the memory 150. be done. Further, some or all of the functions of the processing circuit 130 are realized by hardware (circuitry) such as LSI (Large Scale Integration), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), and FPGA (Field-Programmable Gate Array). Alternatively, it may be realized by cooperation of software and hardware. Further, the above program may be stored in advance in the memory 150 or in a removable storage medium such as a DVD or CD-ROM, and the storage medium is installed in the drive device of the console device 120. It may also be installed into memory 150 from a storage medium.

メモリ150は、例えば、RAM(Random Access Memory)、フラッシュメモリなどの半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスクなどによって実現される。これらの非一過性の記憶媒体は、NAS(Network Attached Storage)や外部ストレージサーバ装置といったネットワークNWを介して接続される他の記憶装置によって実現されてもよい。また、これらの非一過性の記憶媒体は、ROM(Read Only Memory)やレジスタなどの記憶装置によって実現されてもよい。 The memory 150 is realized by, for example, a RAM (Random Access Memory), a semiconductor memory element such as a flash memory, a hard disk, an optical disk, or the like. These non-transitory storage media may be realized by other storage devices connected via the network NW, such as NAS (Network Attached Storage) or external storage server devices. Further, these non-transitory storage media may be realized by a storage device such as a ROM (Read Only Memory) or a register.

取得機能132は、シーケンス制御回路110から磁気共鳴データを取得する。磁気共鳴データは、上述したように、核磁気共鳴現象によって被検体OB内において発生した電磁波の信号(磁気共鳴信号)をデジタル化して得られる磁気共鳴データである。なお、前述したスライス選択用傾斜磁場Gs、位相エンコード用傾斜磁場Ge、及びリードアウト用傾斜磁場Grによって付与された情報に応じて例えば2次元や3次元に配置された磁気共鳴データは、k空間データとも称される。 The acquisition function 132 acquires magnetic resonance data from the sequence control circuit 110. As described above, the magnetic resonance data is magnetic resonance data obtained by digitizing electromagnetic wave signals (magnetic resonance signals) generated within the subject OB due to the nuclear magnetic resonance phenomenon. In addition, magnetic resonance data arranged in two dimensions or three dimensions according to the information given by the aforementioned gradient magnetic field Gs for slice selection, gradient magnetic field Ge for phase encoding, and gradient magnetic field Gr for readout, for example, is arranged in k space. Also called data.

生成機能134は、取得機能132によって取得されたk空間データに対してフーリエ変換(例えば、逆フーリエ変換)などの処理を含む再構成処理を行うことで、k空間データから再構成されたMR画像を生成する。生成機能134は、コイルエレメント108a~108hにより出力される磁気共鳴信号ごとの磁気共鳴データに対してフーリエ変換(例えば、逆フーリエ変換)などの処理を含む再構成処理を行うことで、コイルエレメント108a~108hにより出力される磁気共鳴信号ごとのMR画像(以下、原画像)の組を生成する。図3に示すように、生成機能134は、コイルエレメント108a~108hにより出力される磁気共鳴信号の原画像の組として、原画像a~hをそれぞれ生成する。 The generation function 134 performs reconstruction processing including processing such as Fourier transformation (for example, inverse Fourier transformation) on the k-space data acquired by the acquisition function 132, thereby generating an MR image reconstructed from the k-space data. generate. The generation function 134 performs reconstruction processing including processing such as Fourier transform (for example, inverse Fourier transform) on the magnetic resonance data for each magnetic resonance signal output by the coil elements 108a to 108h, thereby generating the coil element 108a. A set of MR images (hereinafter referred to as original images) is generated for each magnetic resonance signal output by 108h. As shown in FIG. 3, the generation function 134 generates original images a to h as a set of original images of the magnetic resonance signals output by the coil elements 108a to 108h, respectively.

通信制御機能136は、生成機能134により原画像a~hが再構成により生成されると、通信インターフェース122に医用画像処理装置200と通信させ、その通信相手の医用画像処理装置200に、再構成された原画像a~hを送信する。また、通信制御機能136は、通信インターフェース122に医用画像処理装置200と通信させ、その通信相手の医用画像処理装置200から各種情報を受信させてよい。 When the original images a to h are generated by reconstruction by the generation function 134, the communication control function 136 causes the communication interface 122 to communicate with the medical image processing apparatus 200, and causes the medical image processing apparatus 200 of the communication partner to perform reconstruction. The resulting original images a to h are then sent. Further, the communication control function 136 may cause the communication interface 122 to communicate with the medical image processing apparatus 200 and receive various information from the medical image processing apparatus 200 with which the communication interface 122 communicates.

表示制御機能138は、医用画像処理装置200から受信した医用画像を、ディスプレイ126に表示させる。また、表示制御機能138は、生成機能134により生成された原画像a~hをディスプレイ126に表示させてもよい。 The display control function 138 causes the display 126 to display the medical image received from the medical image processing apparatus 200. Further, the display control function 138 may display the original images a to h generated by the generation function 134 on the display 126.

[医用画像処理装置の構成例]
図4は、第1の実施形態に係る医用画像処理装置200の一例を示す図である。医用画像処理装置200は、医用画像生成装置100から受信した原画像a~hに対して、ノイズを除去或いは軽減するデノイズ処理を行い、デノイズ処理後の画像を合成することで最終的な画像(以下、合成画像)を生成する。以下においては、ノイズを除去或いは軽減することを、単にノイズを除去すると記載する。図4に示すように、医用画像処理装置200は、例えば、通信インターフェース202と、入力インターフェース204と、ディスプレイ206と、処理回路210と、メモリ230とを備える。
[Example of configuration of medical image processing device]
FIG. 4 is a diagram showing an example of the medical image processing apparatus 200 according to the first embodiment. The medical image processing device 200 performs denoising processing to remove or reduce noise on the original images a to h received from the medical image generation device 100, and synthesizes the images after the denoising processing to create a final image ( Hereinafter, a composite image) is generated. In the following, removing or reducing noise will be simply referred to as removing noise. As shown in FIG. 4, the medical image processing apparatus 200 includes, for example, a communication interface 202, an input interface 204, a display 206, a processing circuit 210, and a memory 230.

通信インターフェース202は、例えば、NICなどの通信インターフェースを含む。例えば、通信インターフェース202は、ネットワークNWを介して医用画像生成装置100と通信し、医用画像生成装置100から、再構成された医用画像を受信する。通信インターフェース202は、受信した医用画像を処理回路210に出力する。また、通信インターフェース202は、処理回路210による制御を受けて、ネットワークNWを介して接続された医用画像生成装置100やその他の装置に情報を送信してもよい。他の装置とは、例えば、医師や看護師などの画像の読影者が利用可能な端末装置であってよい。 The communication interface 202 includes, for example, a communication interface such as a NIC. For example, the communication interface 202 communicates with the medical image generation device 100 via the network NW, and receives the reconstructed medical image from the medical image generation device 100. Communication interface 202 outputs the received medical image to processing circuit 210. Further, the communication interface 202 may transmit information to the medical image generation device 100 and other devices connected via the network NW under the control of the processing circuit 210. The other device may be, for example, a terminal device that can be used by an image interpreter such as a doctor or nurse.

入力インターフェース204は、操作者からの各種の入力操作を受け付け、受け付けた入力操作を電気信号に変換して処理回路210に出力する。例えば、入力インターフェース204は、マウスやキーボード、トラックボール、スイッチ、ボタン、ジョイスティック、タッチパネルなどにより実現される。また、入力インターフェース204は、例えば、マイクなどの音声入力を受け付けるユーザインターフェースによって実現されてもよい。入力インターフェース204がタッチパネルである場合、後述するディスプレイ206は入力インターフェース204と一体として形成されてよい。 The input interface 204 receives various input operations from an operator, converts the received input operations into electrical signals, and outputs the electrical signals to the processing circuit 210. For example, the input interface 204 is implemented using a mouse, keyboard, trackball, switch, button, joystick, touch panel, or the like. Further, the input interface 204 may be realized by, for example, a user interface that accepts voice input such as a microphone. When the input interface 204 is a touch panel, a display 206, which will be described later, may be formed integrally with the input interface 204.

ディスプレイ206は、各種の情報を表示する。例えば、ディスプレイ206は、処理回路210によって生成された画像(後述するデノイズ画像や合成画像)を表示したり、操作者からの各種の入力操作を受け付けるためのGUIなどを表示したりする。例えば、ディスプレイ206は、LCDや、CRTディスプレイ、有機ELディスプレイなどである。 Display 206 displays various information. For example, the display 206 displays an image generated by the processing circuit 210 (a denoised image or a composite image, which will be described later), or displays a GUI for accepting various input operations from an operator. For example, the display 206 is an LCD, a CRT display, an organic EL display, or the like.

処理回路210は、例えば、取得機能212と、導出機能214と、パラメータ調整機能216と、デノイズ機能218と、画像合成機能220と、出力制御機能222と、学習機能224とを実行する。導出機能214は、「導出部」の一例であり、パラメータ調整機能216は、「調整部」の一例であり、デノイズ機能218は、「除去部」の一例であり、画像合成機能220は、「合成部」の一例である。 The processing circuit 210 executes, for example, an acquisition function 212, a derivation function 214, a parameter adjustment function 216, a denoising function 218, an image synthesis function 220, an output control function 222, and a learning function 224. The derivation function 214 is an example of a "derivation section," the parameter adjustment function 216 is an example of an "adjustment section," the denoising function 218 is an example of a "removal section," and the image synthesis function 220 is an example of a "removal section." This is an example of the "synthesizing section".

これらの機能(構成要素)は、例えば、CPUやGPUなどのプロセッサ(あるいはプロセッサ回路)が、メモリ230に記憶されたプログラム(ソフトウェア)を実行することにより実現される。また、これらの複数の機能のうち一部または全部は、LSI、ASIC、FPGAなどのハードウェア(回路部:circuitry)によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。また、上記のプログラムは、予めメモリ230に格納されていてもよいし、DVDやCD-ROMなどの着脱可能な記憶媒体に格納されており、記憶媒体が医用画像処理装置200のドライブ装置に装着されることで記憶媒体からメモリ230にインストールされてもよい。 These functions (components) are realized by, for example, a processor (or processor circuit) such as a CPU or GPU executing a program (software) stored in the memory 230. Furthermore, some or all of these multiple functions may be realized by hardware (circuitry) such as LSI, ASIC, or FPGA, or may be realized by collaboration between software and hardware. good. Further, the above program may be stored in advance in the memory 230 or in a removable storage medium such as a DVD or CD-ROM, and the storage medium is installed in the drive device of the medical image processing apparatus 200. The program may be installed into the memory 230 from the storage medium by being installed.

メモリ230は、例えば、RAM、フラッシュメモリなどの半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスクなどにより実現される。これらの非一過性の記憶媒体は、NASや外部ストレージサーバ装置といったネットワークNWを介して接続される他の記憶装置によって実現されてもよい。また、これらの非一過性の記憶媒体は、ROMやレジスタなどの記憶装置によって実現されてもよい。メモリ230には、例えば、デノイズモデル情報232、原画像の情報(以下、原画像情報234)、デノイズ画像の情報(以下、デノイズ画像情報236)、合成画像の情報(以下、合成画像情報238)などが格納される。 The memory 230 is realized by, for example, a RAM, a semiconductor memory device such as a flash memory, a hard disk, an optical disk, or the like. These non-transitory storage media may be realized by other storage devices connected via the network NW, such as a NAS or an external storage server device. Further, these non-transitory storage media may be realized by a storage device such as a ROM or a register. The memory 230 stores, for example, denoising model information 232, original image information (hereinafter referred to as original image information 234), denoised image information (hereinafter referred to as denoised image information 236), and composite image information (hereinafter referred to as composite image information 238). ) etc. are stored.

デノイズモデル情報232は、後述するデノイズモデルMDL1を定義した情報(プログラムまたはデータ構造)である。デノイズモデルMDL1は、ある画像が入力されたときに該画像からノイズが除去された画像を出力するように学習されたモデルである。デノイズモデルMDL1は、例えば、一つ以上のDNN(Deep Neural Network(s))を含む。 The denoising model information 232 is information (program or data structure) that defines a denoising model MDL1, which will be described later. The denoising model MDL1 is a model that is trained to output an image from which noise has been removed when a certain image is input. The denoising model MDL1 includes, for example, one or more DNNs (Deep Neural Network(s)).

デノイズモデル情報232には、例えば、デノイズモデルMDL1に含まれる各DNNを構成する入力層、一以上の隠れ層(中間層)、出力層の各々に含まれるニューロン(ユニットあるいはノード)が互いにどのように結合されるのかという結合情報や、結合されたニューロン間で入出力されるデータに付与される結合係数がいくつであるのかという重み情報などが含まれる。結合情報は、例えば、各層に含まれるニューロン数や、各ニューロンの結合先のニューロンの種類を指定する情報、各ニューロンを実現する活性化関数、隠れ層のニューロン間に設けられたゲートなどの情報を含む。ニューロンを実現する活性化関数は、例えば、入力符号に応じて動作を切り替える関数(ReLU(Rectified Linear Unit)関数やELU(Exponential Linear Units)関数、クリッピング関数)であってもよいし、シグモイド関数や、ステップ関数、ハイパポリックタンジェント関数であってもよいし、恒等関数であってもよい。ゲートは、例えば、活性化関数によって返される値(例えば1または0)に応じて、ニューロン間で伝達されるデータを選択的に通過させたり、重み付けたりする。結合係数は、例えば、ニューラルネットワークの隠れ層において、ある層のニューロンから、より深い層のニューロンにデータが出力される際に、出力データに対して付与される重みを含む。また、結合係数は、各層の固有のバイアス成分などを含んでもよい。 In the denoising model information 232, for example, neurons (units or nodes) included in each of the input layer, one or more hidden layers (intermediate layer), and output layer constituting each DNN included in the denoising model MDL1 are This includes connection information on how the neurons are connected, and weight information on how many connection coefficients are given to data input and output between connected neurons. Connection information includes, for example, information such as the number of neurons included in each layer, information specifying the type of neuron to which each neuron is connected, activation functions that realize each neuron, and gates installed between neurons in hidden layers. including. The activation function that realizes the neuron may be, for example, a function that switches operations depending on the input code (ReLU (Rectified Linear Unit) function, ELU (Exponential Linear Units) function, clipping function), a sigmoid function, , a step function, a hyperporic tangent function, or an identity function. The gate selectively passes or weights data communicated between neurons, for example, depending on the value returned by the activation function (eg, 1 or 0). The coupling coefficient includes, for example, a weight given to output data in a hidden layer of a neural network when data is output from neurons in a certain layer to neurons in a deeper layer. Further, the coupling coefficient may include a bias component specific to each layer.

例えば、デノイズモデルMDL1は、CNN(Convolutional Neural Network)によって実現されてよい。CNNは、畳み込み層や、アクティベーション層などが多層に構成されていてよい。 For example, the denoising model MDL1 may be realized by a CNN (Convolutional Neural Network). CNN may be configured with multiple layers, such as a convolution layer and an activation layer.

図5は、デノイズモデルMDL1の構成の一例を示す図である。図5に示すように、デノイズモデルMDL1には、例えば、入力層310と、一以上の畳み込み層320と、一以上のアクティベーション層330と、出力層340とが含まれてよい。 FIG. 5 is a diagram showing an example of the configuration of denoising model MDL1. As shown in FIG. 5, the denoising model MDL1 may include, for example, an input layer 310, one or more convolutional layers 320, one or more activation layers 330, and an output layer 340.

例えば、原画像を、各画素に対応した要素をもつ行列とした場合、入力層310には、原画像に対応した行列が入力される。入力層310は、入力された行列に対して適時バイアス成分を加えるなどして、後段の畳み込み層320に出力する。 For example, if the original image is a matrix having elements corresponding to each pixel, the matrix corresponding to the original image is input to the input layer 310. The input layer 310 adds bias components to the input matrix at appropriate times, and outputs the result to the convolution layer 320 at the subsequent stage.

畳み込み層320は、入力された行列に対して、フィルタまたはカーネルと呼ばれる線形変換行列を、ある決められたストライド量でスライドさせながら積和演算を繰り返し、入力された行列から、線形変換行列との積和が要素値として対応付けられた複数の要素を含む行列を生成する。この際、畳み込み層320は、入力された行列の周囲に任意の値の要素を補間するパディング(例えばゼロパティング)を行って、畳み込み層320に入力された行列を、入力層310に入力される原画像の行列と行数および列数が同じ行列に変換してよい。そして、畳み込み層320は、生成した行列をアクティベーション層330に出力する。 The convolution layer 320 repeats a product-sum operation on the input matrix while sliding a linear transformation matrix called a filter or kernel by a predetermined stride amount, and calculates the relationship between the input matrix and the linear transformation matrix. Generates a matrix containing multiple elements that are associated with sum of products as element values. At this time, the convolution layer 320 performs padding (for example, zero padding) to interpolate elements of arbitrary values around the input matrix, so that the matrix input to the convolution layer 320 is input to the input layer 310. It may be converted into a matrix having the same number of rows and columns as the matrix of the original image. The convolution layer 320 then outputs the generated matrix to the activation layer 330.

アクティベーション層330は、畳み込み層320から入力された行列の各要素に対して活性化関数の計算処理を行い、その計算処理を行った行列を、後段のレイヤに出力する。 The activation layer 330 calculates an activation function for each element of the matrix input from the convolution layer 320, and outputs the calculated matrix to a subsequent layer.

図6は、アクティベーション層330の活性化関数の一例を表す図である。図6に示すように、アクティベーション層330の活性化関数は、Soft‐Shrinkage関数であってよい。Soft‐Shrinkage関数は、例えば、以下の数式(1)によって表される。なお、アクティベーション層330の活性化関数は、Soft‐Shrinkage関数に代えて、Hard‐Shrinkage関数であってもよい。 FIG. 6 is a diagram illustrating an example of an activation function of the activation layer 330. As shown in FIG. 6, the activation function of the activation layer 330 may be a soft-shrinkage function. The Soft-Shrinkage function is expressed, for example, by the following equation (1). Note that the activation function of the activation layer 330 may be a hard-shrinkage function instead of a soft-shrinkage function.

Figure 0007346270000001
Figure 0007346270000001

Soft‐Shrinkage関数あるいはHard‐Shrinkage関数は、入力値である要素値xが、ゼロを中心にした所定の正負の閾値±Tの範囲内である場合、ゼロを出力し、入力値である要素値xが、正の閾値+Tを超える、あるいは負の閾値-T未満である場合、その要素値xに比例する値を出力する関数である。アクティベーション層330の活性化関数に、Soft‐Shrinkage関数やHard‐Shrinkage関数を適用することで、振幅が閾値Tよりも小さな画像信号、すなわち、ノイズである蓋然性が高い微弱な画像信号を、活性化関数の出力においてゼロとすることができる。 The Soft-Shrinkage function or the Hard-Shrinkage function outputs zero when the element value x, which is the input value, is within the range of a predetermined positive and negative threshold value ±T centered on zero, and returns the element value, which is the input value. This is a function that outputs a value proportional to the element value x when x exceeds a positive threshold value +T or is less than a negative threshold value -T. By applying a Soft-Shrinkage function or a Hard-Shrinkage function to the activation function of the activation layer 330, an image signal whose amplitude is smaller than the threshold T, that is, a weak image signal that is highly likely to be noise, is activated. can be zero at the output of the function.

閾値Tは、入力画像に含まれるノイズのレベル(信号強度あるいは信号電力)に応じて変動するパラメータであり、例えば、以下の数式(2)によって表される。 The threshold T is a parameter that varies depending on the level of noise (signal strength or signal power) included in the input image, and is expressed, for example, by the following equation (2).

Figure 0007346270000002
Figure 0007346270000002

数式(2)のGは、入力画像に含まれるノイズのレベルを表すものであり、閾値Tの値を制御する信号(以下、制御信号)である。入力画像に含まれるノイズのレベルが大きいほど、制御信号Gは大きくなり、入力画像に含まれるノイズのレベルが小さいほど、制御信号Gは小さくなる。入力画像に含まれるノイズのレベルは、入力画像の信号対雑音比(SNR:Signal-Noise Ratio)の大きさによって決定されてよい。 G in Equation (2) represents the level of noise contained in the input image, and is a signal that controls the value of the threshold T (hereinafter referred to as a control signal). The higher the level of noise included in the input image, the higher the control signal G becomes, and the lower the level of noise included in the input image, the smaller the control signal G becomes. The level of noise included in an input image may be determined by the signal-to-noise ratio (SNR) of the input image.

数式(2)のαは、ノイズレベルに乗算される重み係数である。重み係数αは、機械学習によって決定される。数式(2)に示すように閾値Tを変動させることで、アクティベーション層330の活性化関数を、ある一定の強度以上の信号に対して反応する活性化関数とすることができる。この結果、原画像に含まれるノイズの信号強度がばらついていても原画像からノイズを精度よく除去することができる。 α in Equation (2) is a weighting coefficient by which the noise level is multiplied. The weighting coefficient α is determined by machine learning. By varying the threshold value T as shown in Equation (2), the activation function of the activation layer 330 can be made into an activation function that responds to a signal of a certain intensity or higher. As a result, even if the signal strength of noise contained in the original image varies, noise can be accurately removed from the original image.

出力層340は、前段の畳み込み層320およびアクティベーション層330によって処理された行列を出力する。 The output layer 340 outputs the matrix processed by the convolution layer 320 and activation layer 330 in the previous stage.

なお、図5に例示したデノイズモデルMDL1はあくまでも一例であり、例えば、プーリング層などが含まれていてもよい。プーリング層は、入力された行列の要素値を、その行列に含まれる全要素値の平均値や最大値といった代表値に置き換えることで、行列の次元数を圧縮する(減らす)。プーリング層は、次元数を圧縮した行列を後段のレイヤに出力する。 Note that the denoising model MDL1 illustrated in FIG. 5 is just an example, and may include, for example, a pooling layer. The pooling layer compresses (reduces) the number of dimensions of the matrix by replacing the element values of the input matrix with representative values such as the average value or maximum value of all element values included in the matrix. The pooling layer outputs a matrix with a reduced number of dimensions to a subsequent layer.

取得機能212は、通信インターフェース202に医用画像生成装置100と通信させ、その通信相手の医用画像生成装置100から再構成された原画像a~hを取得する。取得機能212は、取得した原画像a~hを、原画像情報234としてメモリ230に記憶させる。 The acquisition function 212 causes the communication interface 202 to communicate with the medical image generation apparatus 100, and acquires the reconstructed original images a to h from the medical image generation apparatus 100 with which the communication interface 202 communicates. The acquisition function 212 stores the acquired original images a to h in the memory 230 as original image information 234.

導出機能214は、取得機能212によって取得された原画像a~hに基づいて、原画像a~hの各々に含まれるノイズに関する指標値を導出する。すなわち、導出機能214は、複数の受信コイルの各々により被検体OBから収集される磁気共鳴信号に基づく複数の画像に含まれるノイズに関する指標値を、画像ごとに導出する。例えば、導出機能214は、ノイズに関する指標値として、SNRを導出する。SNRは、画像の信号強度を、ノイズの信号強度で除算した指標値である。SNRの導出方法の詳細について後述する。導出機能214は、原画像a~hの信号強度、ノイズの大きさ、正規化処理時の利得など、SNRに関連するデータを導出してもよい。導出機能214は、原画像a~hの付帯情報に基づいて、原画像a~hの各々に含まれるノイズに関する指標値を導出してもよい。 Based on the original images a to h acquired by the acquisition function 212, the derivation function 214 derives an index value regarding noise contained in each of the original images a to h. That is, the derivation function 214 derives, for each image, an index value related to noise included in the plurality of images based on the magnetic resonance signals collected from the subject OB by each of the plurality of receiving coils. For example, the derivation function 214 derives SNR as an index value regarding noise. SNR is an index value obtained by dividing the signal strength of an image by the signal strength of noise. The details of the SNR derivation method will be described later. The derivation function 214 may derive data related to SNR, such as the signal strength of the original images a to h, the magnitude of noise, and the gain during normalization processing. The derivation function 214 may derive index values regarding noise included in each of the original images a to h based on the supplementary information of the original images a to h.

パラメータ調整機能216は、導出機能214によって導出されたSNRに基づいて、デノイズモデルMDL1の内部パラメータである制御関数Gを調整する。すなわち、パラメータ調整機能216は、導出機能214により導出された指標値であるSNRに基づいて、複数の原画像a~hの各々からノイズを除去する度合いを調整する。パラメータ調整機能216は、信号対雑音比が小さくなるほど度合いを高くし、信号対雑音比が大きくなるほど度合いを低くする。パラメータ調整機能216は、アクティベーション層330の少なくとも1つのノードに対して調整済みの制御関数Gを入力する。 The parameter adjustment function 216 adjusts the control function G, which is an internal parameter of the denoising model MDL1, based on the SNR derived by the derivation function 214. That is, the parameter adjustment function 216 adjusts the degree of noise removal from each of the plurality of original images a to h based on the SNR, which is the index value derived by the derivation function 214. The parameter adjustment function 216 increases the degree as the signal-to-noise ratio decreases, and decreases the degree as the signal-to-noise ratio increases. Parameter adjustment function 216 inputs the adjusted control function G for at least one node of activation layer 330 .

なお、パラメータ調整機能216は、複数の原画像a~hの画像に対するノイズを除去する度合い(デノイズ強度)をまとめて1つに決定してもよい。すなわち、決定された1つの度合いは、複数の原画像a~hの画像の全てに適用可能である。この場合、導出機能214は、被検体OBが天板104aに載置され、且つ、RFパルスを印加しない条件下で撮像を行うことにより得られたデータに含まれるノイズを求める。例えば、導出機能214は、RFパルスを印加しない条件下で収集したk空間データを再構成した画像空間におけるガウシアンノイズの分布を数値化する。パラメータ調整機能216は、このようにして数値化したノイズに応じてノイズを除去する度合いを決定してよい。なお、ノイズの強度や分布は、撮像条件に応じて変化する場合があるため、撮像条件が変更されるごとに、ノイズを除去する度合いが調整されてよい。 Note that the parameter adjustment function 216 may collectively determine the degree of noise removal (denoising strength) for the plurality of original images a to h. That is, one determined degree can be applied to all of the plurality of original images a to h. In this case, the derivation function 214 determines the noise contained in the data obtained by performing imaging under conditions where the subject OB is placed on the top plate 104a and no RF pulse is applied. For example, the derivation function 214 quantifies the distribution of Gaussian noise in an image space that is reconstructed from k-space data collected under conditions in which no RF pulses are applied. The parameter adjustment function 216 may determine the degree of noise removal based on the noise quantified in this way. Note that since the intensity and distribution of noise may change depending on the imaging conditions, the degree of noise removal may be adjusted each time the imaging conditions are changed.

デノイズ機能218は、デノイズモデル情報232が示すデノイズモデルMDL1を利用して、取得機能212によって取得された原画像a~hの各々からノイズを除去した複数の画像(以下、デノイズ画像)を生成する。図7は、第1の実施形態に係る原画像からデノイズ画像および合成画像を生成する構成の一例を示す図である。図7に示すように、デノイズ機能218は、取得機能212によって取得された原画像a~hからノイズを除去し、デノイズ画像a~hをそれぞれ生成する。すなわち、デノイズ機能218は、デノイズモデルMDL1の出力層340により出力された行列を、原画像a~hからノイズを除去したデノイズ画像a~hとして取得する。デノイズ機能218は、生成したデノイズ画像a~hを、デノイズ画像情報236としてメモリ230に記憶させる。 The denoising function 218 uses the denoising model MDL1 indicated by the denoising model information 232 to generate a plurality of images (hereinafter referred to as denoising images) from which noise has been removed from each of the original images a to h acquired by the acquisition function 212. generate. FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a configuration for generating a denoised image and a composite image from an original image according to the first embodiment. As shown in FIG. 7, the denoising function 218 removes noise from the original images a to h acquired by the acquisition function 212 to generate denoised images a to h, respectively. That is, the denoising function 218 obtains the matrix output by the output layer 340 of the denoising model MDL1 as denoised images a to h obtained by removing noise from the original images a to h. The denoising function 218 stores the generated denoised images a to h in the memory 230 as denoised image information 236.

デノイズ画像a~hを生成する場合、デノイズ機能218は、パラメータ調整機能216により調整されたパラメータに基づいて、デノイズモデルMDL1に設定される内部パラメータの値を調整することができる。すなわち、デノイズ機能218は、原画像a~hの各々のSNRに基づいて調整された制御関数Gにより、各原画像のデノイズの度合いを可変とすることができる。デノイズモデルMDL1は、例えば、プロセッサがデノイズモデルMDL1を実行することによって、デノイズモデルMDL1がデノイズ機能218の一部として実現されてよい。デノイズ機能218は、磁気共鳴信号に対応するデータが入力されたときに該データからノイズが除去されたデータを出力するように学習されたモデルに基づいて、磁気共鳴信号に対応するデータからノイズを除去する。 When generating denoised images a to h, the denoising function 218 can adjust the values of the internal parameters set in the denoising model MDL1 based on the parameters adjusted by the parameter adjustment function 216. That is, the denoising function 218 can vary the degree of denoising of each original image using the control function G adjusted based on the SNR of each of the original images a to h. The denoising model MDL1 may be implemented as part of the denoising function 218, for example, by a processor executing the denoising model MDL1. The denoising function 218 removes noise from the data corresponding to the magnetic resonance signal based on a model learned to output data from which noise has been removed when the data corresponding to the magnetic resonance signal is input. Remove.

なお、デノイズ機能218は、ニューラルネットワークを用いたものに限られない。デノイズ機能218は、例えば、ロジスティック回帰分析、決定木分析、サポートベクターマシンに基づく技術などの任意の機械学習により生成されたモデルを用いてノイズを除去または軽減するものであってよい。また、デノイズ機能218は、原画像に対するウェーブレット変換によりノイズを除去または軽減するものであってよい。 Note that the denoising function 218 is not limited to one using a neural network. Denoising functionality 218 may remove or reduce noise using any machine learning generated model, such as, for example, logistic regression analysis, decision tree analysis, or techniques based on support vector machines. Further, the denoising function 218 may remove or reduce noise by performing wavelet transform on the original image.

また、デノイズ機能218は、機械学習の技術を用いたものに限られない。デノイズ機能218は、例えば、画像信号を統計的に分析し、画像信号をノイズ除去空間に射影したときの信号のスパース性に基づいてノイズを含む画像信号からノイズが除去された信号を復元することで、デノイズ処理を行うようにしてもよい。また、デノイズ機能218は、任意のフィルタリング技術により、デノイズ処理を行うようにしてもよい。また、デノイズ機能218は、画像信号を平均化することや、画像信号における特徴量を抽出することにより、デノイズ処理を行うようにしてもよい。 Further, the denoising function 218 is not limited to one using machine learning technology. The denoising function 218, for example, statistically analyzes the image signal and restores a signal from which noise has been removed from an image signal containing noise based on the sparsity of the signal when the image signal is projected onto the noise removal space. Then, denoising processing may be performed. Further, the denoising function 218 may perform denoising processing using an arbitrary filtering technique. Further, the denoising function 218 may perform denoising processing by averaging the image signal or extracting feature amounts from the image signal.

画像合成機能220は、デノイズ機能218により生成されたデノイズ画像a~hを合成した合成画像を生成する。画像合成機能220は、例えば、平方二乗和を用いた合成アルゴリズムなどを用いて、合成画像を生成する。図7に示すように、画像合成機能220は、複数のデノイズ画像a~hを合成して1つの合成画像を生成する。この合成画像が、医用画像生成装置100の最終的な撮像画像となる。なお、医用画像生成装置100がパラレルイメージングによりMR画像の再構成を行う装置である場合、画像合成機能220は、デノイズ画像a~hに基づく再構成処理において画像の折り返しを展開する処理などを行ってよい。画像合成機能220は、生成した合成画像を、合成画像情報238としてメモリ230に記憶させる。 The image composition function 220 generates a composite image by combining the denoised images a to h generated by the denoising function 218. The image composition function 220 generates a composite image using, for example, a composition algorithm using a sum of squares. As shown in FIG. 7, the image synthesis function 220 synthesizes a plurality of denoised images a to h to generate one composite image. This composite image becomes the final captured image of the medical image generation device 100. Note that when the medical image generation apparatus 100 is an apparatus that reconstructs MR images by parallel imaging, the image synthesis function 220 performs processing such as unfolding folded images in reconstruction processing based on denoised images a to h. It's fine. The image composition function 220 stores the generated composite image in the memory 230 as composite image information 238.

出力制御機能222は、画像合成機能220により合成画像が生成されると、通信インターフェース202に医用画像生成装置100と通信させ、その通信相手の医用画像生成装置100に、合成画像を送信する。また、出力制御機能222は、合成画像をディスプレイ206に表示させてもよい。 When a composite image is generated by the image composition function 220, the output control function 222 causes the communication interface 202 to communicate with the medical image generation apparatus 100, and transmits the composite image to the medical image generation apparatus 100 that is the communication partner. Further, the output control function 222 may display the composite image on the display 206.

学習機能224は、デノイズモデルMDL1に対して、ある学習データとする画像(以下、学習画像)を入力し、デノイズモデルMDL1によって出力されたデノイズ画像が、教師データとする画像(以下、教師画像)に近づくようにデノイズモデルMDL1を学習する。例えば、教師画像は、サンプリング周波数を大きくするなどしてSNRを高くした画像であってよい。学習画像は、教師画像に既知のノイズを加えた画像であってよい。既知のノイズは、例えば、ガウシアンノイズであってよい。 The learning function 224 inputs an image to be used as training data (hereinafter referred to as a learning image) to the denoising model MDL1, and the denoised image outputted by the denoising model MDL1 is inputted as an image to be used as training data (hereinafter referred to as a training image). The denoising model MDL1 is learned so as to approach the image). For example, the teacher image may be an image with a high SNR, such as by increasing the sampling frequency. The learning image may be an image obtained by adding known noise to the teacher image. The known noise may be, for example, Gaussian noise.

例えば、学習機能224は、デノイズモデルMDL1によって出力されたデノイズ画像と、教師画像との差分が小さくなるように、畳み込み層320の線形変換行列の要素値や、アクティベーション層330の各ノードの活性化関数の重み係数αといった種々のパラメータを、SGD(Stochastic Gradient Descent)、Momentum SGD、AdaGrad、RMSprop、AdaDelta、Adam(Adaptive moment estimation)などの勾配法を利用して学習する。 For example, the learning function 224 adjusts the element values of the linear transformation matrix of the convolution layer 320 and the values of each node of the activation layer 330 so that the difference between the denoised image output by the denoising model MDL1 and the teacher image becomes small. Various parameters such as the weighting coefficient α of the activation function are learned using gradient methods such as SGD (Stochastic Gradient Descent), Momentum SGD, AdaGrad, RMSprop, AdaDelta, and Adam (Adaptive moment estimation).

なお、上記においては、処理回路210の各機能が、医用画像生成装置100から受信した原画像a~hに対してデノイズ処理を行い、デノイズ処理後の画像を合成することで合成画像を生成する場合を例に挙げて説明したがこれに限られない。例えば、処理回路210の各機能は、医用画像生成装置100から受信したk空間データ等の再構成前のデータ(コイルエレメント108a~108hにより出力される磁気共鳴信号に対応するデータ)に対してデノイズ処理を行い、デノイズ処理後のデータを合成することで合成画像を生成してもよい。 Note that in the above, each function of the processing circuit 210 performs denoising processing on the original images a to h received from the medical image generation device 100, and generates a composite image by combining the images after the denoising processing. Although the case has been described as an example, the present invention is not limited to this. For example, each function of the processing circuit 210 denoises data before reconstruction (data corresponding to magnetic resonance signals output by the coil elements 108a to 108h) such as k-space data received from the medical image generation apparatus 100. A composite image may be generated by performing processing and combining the data after denoising processing.

すなわち、導出機能214は、複数の受信コイルの各々により収集される磁気共鳴信号に対応するデータに含まれるノイズに関する指標値を導出する。パラメータ調整機能216は、導出機能214により導出された指標値に基づいて、磁気共鳴信号に対応するデータからノイズを除去する度合いを調整する。デノイズ機能218は、パラメータ調整機能216により調整された度合いに基づいて、磁気共鳴信号に対応するデータからノイズを除去する。画像合成機能220は、デノイズ機能218によりノイズが除去された、複数の受信コイルの各々で収集された磁気共鳴信号に対応するデータを合成する。磁気共鳴信号に対応するデータは、磁気共鳴信号に基づく複数の画像のデータを含む。 That is, the derivation function 214 derives an index value regarding noise included in data corresponding to magnetic resonance signals collected by each of the plurality of receiving coils. The parameter adjustment function 216 adjusts the degree to which noise is removed from the data corresponding to the magnetic resonance signal, based on the index value derived by the derivation function 214. The denoising function 218 removes noise from the data corresponding to the magnetic resonance signal based on the degree adjusted by the parameter adjustment function 216. The image synthesis function 220 synthesizes data corresponding to the magnetic resonance signals collected at each of the plurality of receiving coils, from which noise has been removed by the denoising function 218. The data corresponding to the magnetic resonance signals includes data of a plurality of images based on the magnetic resonance signals.

[処理フロー(学習処理)]
以下、第1の実施形態における処理回路210の処理フローについて説明する。処理回路210の処理には、デノイズモデルMDL1を学習する学習処理と、学習済みのデノイズモデルMDL1を使用してノイズを除去する処理を行う画像処理とが含まれる。以下においては、まず、処理回路210の学習処理について説明する。図8は、第1の実施形態における処理回路210の学習処理の一連の流れを示すフローチャートである。本フローチャートの処理は、例えば、医用画像処理装置200の操作者が、入力インターフェース204を操作して学習処理の開始を指示した場合に行われる。
[Processing flow (learning process)]
The processing flow of the processing circuit 210 in the first embodiment will be described below. The processing of the processing circuit 210 includes learning processing for learning the denoising model MDL1, and image processing for performing processing for removing noise using the learned denoising model MDL1. In the following, first, the learning process of the processing circuit 210 will be explained. FIG. 8 is a flowchart showing a series of learning processes performed by the processing circuit 210 in the first embodiment. The processing in this flowchart is performed, for example, when the operator of the medical image processing apparatus 200 operates the input interface 204 to instruct the start of the learning process.

まず、学習機能224は、デノイズモデルMDL1に対する制御信号G、アクティベーション層330の各ノードの活性化関数の重み係数αなどの各種パラメータを初期値に設定する(ステップS100)。例えば、制御信号Gおよび重み係数αを1に設定する。 First, the learning function 224 sets various parameters such as the control signal G for the denoising model MDL1 and the weighting coefficient α of the activation function of each node of the activation layer 330 to initial values (step S100). For example, the control signal G and the weighting coefficient α are set to 1.

次に、学習機能224は、学習画像をデノイズモデルMDL1に入力し、その処理結果を得る(ステップS102)。学習画像は、例えば、ノイズを含まない画像またはSNRが高い画像である教師画像に対して、既知のノイズを付加した画像である。学習画像は、例えば、このノイズと教師画像の画素値とを加算することで得られる。 Next, the learning function 224 inputs the learning image to the denoising model MDL1 and obtains the processing result (step S102). The learning image is, for example, an image in which known noise is added to a teacher image that does not include noise or has a high SNR. The learning image is obtained, for example, by adding this noise and the pixel values of the teacher image.

例えば、学習機能224は、デノイズモデルMDL1の入力層の各入力端に、学習画像の各画素の画素値を入力する。この画素値は、デノイズモデルMDL1の中間層の各ノードを、重み付き加算、バイアス加算、及び活性化関数処理の演算により、入力層から出力層に向かって、値を変化させながら伝搬していく。そして、出力層の出力端に、デノイズモデルMDL1による処理を受けた画像(以下、処理結果画像)の画素値が処理結果として出力される。 For example, the learning function 224 inputs the pixel value of each pixel of the learning image to each input terminal of the input layer of the denoising model MDL1. This pixel value is propagated through each node of the intermediate layer of the denoising model MDL1 from the input layer to the output layer while changing the value by weighted addition, bias addition, and activation function processing operations. go. Then, the pixel values of the image processed by the denoising model MDL1 (hereinafter referred to as a processing result image) are output as a processing result to the output end of the output layer.

次に、学習機能224は、処理結果画像と教師画像との間の誤差である訓練誤差を算出する(ステップS104)。訓練誤差は、例えば、処理結果画像と教師画像の各画素の平均二乗誤差、各画素の二乗誤差の総和などである。 Next, the learning function 224 calculates a training error that is an error between the processed image and the teacher image (step S104). The training error is, for example, the mean square error of each pixel of the processing result image and the teacher image, the sum of the square errors of each pixel, and the like.

次に、学習機能224は、例えば、誤差逆伝播法を用いて、算出した訓練誤差が小さくなるようにデノイズモデルMDL1の内部パラメータを更新する(ステップS106)。次に、学習機能224は、例えば、教師画像とは別途準備されたノイズを含まない画像またはSNRが高い画像である正解画像と、この正解画像にノイズを加えた検証画像とを用いて、検証画像をデノイズモデルMDL1に入力した場合の処理結果画像と、正解画像との間の誤差である汎化誤差を算出する(ステップS108)。次に、学習機能224は、汎化誤差が極小値に達したか否かを判定する(ステップS110)。 Next, the learning function 224 uses, for example, an error backpropagation method to update the internal parameters of the denoising model MDL1 so that the calculated training error becomes smaller (step S106). Next, the learning function 224 performs verification using, for example, a correct image that is a noise-free image or a high SNR image prepared separately from the teacher image, and a verification image in which noise is added to the correct image. A generalization error, which is an error between the processed image when the image is input to the denoising model MDL1 and the correct image, is calculated (step S108). Next, the learning function 224 determines whether the generalization error has reached the minimum value (step S110).

学習機能224は、汎化誤差が極小値に達していないと判定した場合、再度、ステップS102以降の処理を繰り返す。一方、学習機能224は、汎化誤差が極小値に達していると判定した場合、学習後のデノイズモデルMDL1の内部パラメータをメモリ230に保存する(ステップS112)。以上により、本フローチャートの処理が終了する。 If the learning function 224 determines that the generalization error has not reached the local minimum value, it repeats the processing from step S102 onwards. On the other hand, if the learning function 224 determines that the generalization error has reached the minimum value, it stores the internal parameters of the learned denoising model MDL1 in the memory 230 (step S112). With the above steps, the processing of this flowchart is completed.

[処理フロー(画像処理)]
次に、処理回路210の画像処理について説明する。図9は、第1の実施形態における処理回路210の画像処理の一連の流れを示すフローチャートである。本フローチャートの処理は、例えば、医用画像生成装置100により送信された原画像a~hが取得機能212によって取得された場合に行われる。
[Processing flow (image processing)]
Next, image processing by the processing circuit 210 will be explained. FIG. 9 is a flowchart showing a series of image processing steps performed by the processing circuit 210 in the first embodiment. The processing in this flowchart is performed, for example, when the original images a to h transmitted by the medical image generation apparatus 100 are acquired by the acquisition function 212.

まず、導出機能214は、取得機能212によって取得された原画像a~hの各々のSNRを導出する(ステップS200)。例えば、導出機能214は、取得機能212によって取得された原画像a~hの各々に関して、傾斜磁場コイル102が傾斜磁場を発生させた状態で、RFコイル108にRFパルスを供給し、高周波磁場を出力させた結果得られる原画像(以下、RFパルスあり原画像と称する)と、傾斜磁場コイル102が傾斜磁場を発生させた状態で、高周波磁場を出力せずに得られる原画像(以下、RFパルスなし原画像と称する)との画素値の差分に基づいて、SNRを導出する。 First, the derivation function 214 derives the SNR of each of the original images a to h acquired by the acquisition function 212 (step S200). For example, for each of the original images a to h acquired by the acquisition function 212, the derivation function 214 supplies an RF pulse to the RF coil 108 in a state where the gradient magnetic field coil 102 generates a gradient magnetic field, and generates a high-frequency magnetic field. The original image obtained as a result of outputting (hereinafter referred to as the original image with RF pulse) and the original image obtained without outputting a high-frequency magnetic field (hereinafter referred to as RF pulse) with the gradient magnetic field coil 102 generating a gradient magnetic field. The SNR is derived based on the difference in pixel values from the original image without pulses (referred to as the original image without pulses).

また、導出機能214は、取得機能212によって取得された原画像a~hの各々に関して、同じ被検体OBに向けて高周波磁場が出力された結果得られる2つ以上のRFパルスあり原画像の画素値の差分に基づいて、原画像のSNRを導出してもよい。この際、導出機能214は、中心スライスに近い2つのRFパルスあり原画像の画素値の差分に基づいて、原画像のSNRを導出してよい。例えば、本スキャンがスキャンを10回繰り返すシーケンスである場合、中心スライスとは、5回目または6回目のスキャンによって得られる原画像である。 Further, the derivation function 214 calculates, for each of the original images a to h acquired by the acquisition function 212, pixels of the original image with two or more RF pulses obtained as a result of outputting a high-frequency magnetic field toward the same object OB. The SNR of the original image may be derived based on the difference in values. At this time, the derivation function 214 may derive the SNR of the original image based on the difference in pixel values of two original images with RF pulses near the center slice. For example, if the main scan is a sequence in which scans are repeated 10 times, the center slice is the original image obtained by the fifth or sixth scan.

このように、被検体OBが同じであるという条件の下、複数回にわたってスキャンを行って得られた2つの原画像の差分をとることによって、磁気共鳴信号成分を互いにキャンセルし、受信系の熱雑音に起因したランダムノイズ成分を基にしてSNRを求めることができる。 In this way, by taking the difference between two original images obtained by scanning multiple times under the condition that the object OB is the same, the magnetic resonance signal components cancel each other out, and the heat in the receiving system is reduced. SNR can be determined based on random noise components caused by noise.

次に、パラメータ調整機能216は、原画像a~hの各々に関して、導出機能214により導出されたSNRに基づいて制御関数Gを決定し、デノイズモデルMDL1のアクティベーション層330の少なくとも1つのノードに対して調整済みの制御関数Gを入力することで、デノイズモデルMDL1の内部パラメータである閾値Tの値を調整する(ステップS202)。 Next, the parameter adjustment function 216 determines a control function G based on the SNR derived by the derivation function 214 for each of the original images a to h, and determines a control function G based on the SNR derived by the denoising function 214, By inputting the adjusted control function G, the value of the threshold T, which is an internal parameter of the denoising model MDL1, is adjusted (step S202).

次に、デノイズ機能218は、原画像a~hの各々に関して、パラメータ調整機能216により調整された閾値Tが内部パラメータとして設定されたデノイズモデルMDL1を利用してノイズを除去し、デノイズ画像a~hを生成する(ステップS204)。 Next, the denoising function 218 removes noise from each of the original images a to h using the denoising model MDL1 in which the threshold T adjusted by the parameter adjustment function 216 is set as an internal parameter, and ~h is generated (step S204).

次に、画像合成機能220は、デノイズ機能218により生成されたデノイズ画像a~hを合成して、最終的な撮像画像である合成画像を生成する(ステップS206)。 Next, the image synthesis function 220 synthesizes the denoised images a to h generated by the denoising function 218 to generate a composite image that is the final captured image (step S206).

次に、出力制御機能222は、通信インターフェース202を制御して、画像合成機能220により生成された合成画像を医用画像生成装置100に送信する(ステップS208)。この際、出力制御機能222は、ディスプレイ206に合成画像を表示させてもよい。医用画像生成装置100の通信インターフェース122が医用画像処理装置200から合成画像を受信した場合、医用画像生成装置100の表示制御機能138は、合成画像をディスプレイ126に表示させてよい。また、出力制御機能222は、通信インターフェース202を制御して、画像の読影者が利用可能な端末装置に合成画像を送信してもよい。 Next, the output control function 222 controls the communication interface 202 to transmit the composite image generated by the image composition function 220 to the medical image generation apparatus 100 (step S208). At this time, the output control function 222 may display the composite image on the display 206. When the communication interface 122 of the medical image generation device 100 receives the composite image from the medical image processing device 200, the display control function 138 of the medical image generation device 100 may cause the display 126 to display the composite image. Further, the output control function 222 may control the communication interface 202 to transmit the composite image to a terminal device that can be used by a person who interprets the image.

以上説明した第1の実施形態によれば、コイルエレメント108a~108hにより出力される磁気共鳴信号に基づく原画像a~hの各々に対してデノイズ処理を行い、ノイズが除去されたデノイズ画像を合成して合成画像を生成することで、原画像a~hのノイズ分布の違いに起因したデノイズ処理の精度低下を防ぐことができる。また、本実施形態のデノイズ処理では、原画像a~hの各々に含まれるノイズの量に応じてノイズを除去する度合いを可変とすることができる。このデノイズ処理では、ノイズ以外の信号成分には影響が無い。このため、デノイズ処理の精度を高めるともに、最終的に得られる画像の品質を維持することができる。 According to the first embodiment described above, denoising processing is performed on each of the original images a to h based on the magnetic resonance signals output by the coil elements 108a to 108h, and denoised images from which noise has been removed are synthesized. By generating a composite image by doing this, it is possible to prevent a decrease in the accuracy of the denoising process due to the difference in the noise distribution of the original images a to h. Further, in the denoising process of this embodiment, the degree of noise removal can be made variable depending on the amount of noise included in each of the original images a to h. This denoising process has no effect on signal components other than noise. Therefore, it is possible to improve the accuracy of the denoising process and maintain the quality of the final image.

(第1の実施形態の変形例)
以下、第1の実施形態の変形例について説明する。上述した第1の実施形態では、医用画像生成装置100と医用画像処理装置200とが互いに異なる装置であるものとして説明したがこれに限られない。例えば、医用画像処理装置200は、医用画像生成装置100のコンソール装置120の一機能によって実現されてもよい。すなわち、医用画像処理装置200は、医用画像生成装置100のコンソール装置120によって仮想的に実現される仮想マシンであってもよい。この場合、医用画像生成装置100は、「医用情報処理装置」の一例である。
(Modified example of the first embodiment)
Modifications of the first embodiment will be described below. In the first embodiment described above, the medical image generation device 100 and the medical image processing device 200 are described as being different devices from each other, but the present invention is not limited to this. For example, the medical image processing device 200 may be realized by one function of the console device 120 of the medical image generation device 100. That is, the medical image processing apparatus 200 may be a virtual machine virtually realized by the console device 120 of the medical image generation apparatus 100. In this case, the medical image generation device 100 is an example of a "medical information processing device."

図10は、第1の実施形態の変形例に係る医用画像生成装置100を示す図である。図10に示すように、コンソール装置120の処理回路130は、上述した取得機能132と、生成機能134と、通信制御機能136と、表示制御機能138と、に加えて、導出機能214と、パラメータ調整機能216と、デノイズ機能218と、画像合成機能220と、学習機能224とを実行してよい。また、コンソール装置120のメモリ150には、デノイズモデル情報232と、原画像情報234と、デノイズ画像情報236と、合成画像情報238と、が格納されてよい。 FIG. 10 is a diagram showing a medical image generation apparatus 100 according to a modification of the first embodiment. As shown in FIG. 10, the processing circuit 130 of the console device 120 includes the above-described acquisition function 132, generation function 134, communication control function 136, and display control function 138, as well as the derivation function 214 and An adjustment function 216, a denoising function 218, an image composition function 220, and a learning function 224 may be performed. Further, the memory 150 of the console device 120 may store denoised model information 232, original image information 234, denoised image information 236, and composite image information 238.

以上説明した第1の実施形態の変形例によれば、医用画像生成装置100単体で、デノイズ処理の精度を高めることができる。 According to the modification of the first embodiment described above, the accuracy of denoising processing can be improved by the medical image generation apparatus 100 alone.

(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態について説明する。上述した第1の実施形態では、複数のコイルエレメント108a~108hにより出力される磁気共鳴信号に基づく原画像a~hの各々に対してデノイズ処理を行い、ノイズが除去されたデノイズ画像を合成する構成を説明した。本実施形態では、医用画像処理装置200の処理回路210が、デノイズ処理を行うことなく原画像を合成することにより生成された合成画像に対してノイズの強度分布を均一化させるためのノイズ成分を付加する処理を行い、処理後の合成画像に対してデノイズ処理を行う。このため、構成などについては第1の実施形態で説明した図および関連する記載を援用し、詳細な説明を省略する。
(Second embodiment)
The second embodiment will be described below. In the first embodiment described above, denoising processing is performed on each of the original images a to h based on the magnetic resonance signals output by the plurality of coil elements 108a to 108h, and denoised images from which noise has been removed are synthesized. I explained the configuration. In this embodiment, the processing circuit 210 of the medical image processing apparatus 200 adds noise components to a composite image generated by combining original images without performing denoising processing to equalize the noise intensity distribution. Addition processing is performed, and denoising processing is performed on the processed composite image. Therefore, regarding the configuration and the like, the drawings and related descriptions described in the first embodiment will be referred to, and detailed description will be omitted.

[医用画像処理装置の構成例]
図11は、第2の実施形態に係る医用画像処理装置200の一例を示す図である。医用画像処理装置200の処理回路210は、取得機能212と、導出機能214と、パラメータ調整機能216と、デノイズ機能218と、画像合成機能220と、出力制御機能222と、学習機能224とに加えて、ノイズ均一化機能226を実行する。ノイズ均一化機能226は、「均一化処理部」の一例である。
[Example of configuration of medical image processing device]
FIG. 11 is a diagram showing an example of a medical image processing apparatus 200 according to the second embodiment. The processing circuit 210 of the medical image processing apparatus 200 includes an acquisition function 212, a derivation function 214, a parameter adjustment function 216, a denoising function 218, an image synthesis function 220, an output control function 222, and a learning function 224. Then, the noise equalization function 226 is executed. The noise equalization function 226 is an example of an "equalization processing section."

ノイズ均一化機能226は、画像合成機能220によって原画像を合成することにより生成された合成画像からノイズの強度分布を推定し、推定されたノイズ強度分布から合成画像のノイズ強度分布を均一化させるためのノイズ分布(以下、均一化分布)を生成し、均一化分布により示される信号を合成画像に対して付加することで、合成画像に含まれるノイズの強度分布を均一化する。そして、デノイズ機能218は、ノイズ均一化機能226によりノイズの強度分布が均一化された合成画像に対してデノイズ処理を行う。 The noise equalization function 226 estimates the noise intensity distribution from the composite image generated by combining the original images by the image synthesis function 220, and equalizes the noise intensity distribution of the composite image from the estimated noise intensity distribution. By generating a noise distribution (hereinafter referred to as a uniform distribution) for the composite image and adding a signal indicated by the uniform distribution to the composite image, the intensity distribution of noise included in the composite image is made uniform. The denoising function 218 then performs denoising processing on the composite image whose noise intensity distribution has been made uniform by the noise equalization function 226.

[処理フロー(画像処理)]
次に、処理回路210の画像処理について説明する。図12は、第2の実施形態における処理回路210の画像処理の一連の流れを示すフローチャートである。本フローチャートの処理は、例えば、医用画像生成装置100により送信された原画像a~hが取得機能212によって取得された場合に行われる。
[Processing flow (image processing)]
Next, image processing by the processing circuit 210 will be explained. FIG. 12 is a flowchart showing a series of image processing steps performed by the processing circuit 210 in the second embodiment. The processing in this flowchart is performed, for example, when the original images a to h transmitted by the medical image generation apparatus 100 are acquired by the acquisition function 212.

まず、画像合成機能220は、取得機能212によって取得された原画像a~hを合成して合成画像を生成する(ステップS300)。すなわち、画像合成機能220は、複数の受信コイル(複数のコイルエレメント)の各々により被検体OBから収集される磁気共鳴信号に基づく複数の原画像a~hを合成して合成画像を生成する。なお、医用画像生成装置100のコンソール装置120の処理回路130により実行される生成機能134が原画像a~hを合成して合成画像を生成し、該合成画像を画像合成機能220に送信している場合、ステップS300の処理は行われなくてよい。 First, the image synthesis function 220 synthesizes the original images a to h acquired by the acquisition function 212 to generate a composite image (step S300). That is, the image synthesis function 220 generates a composite image by synthesizing a plurality of original images a to h based on magnetic resonance signals collected from the subject OB by each of a plurality of receiving coils (a plurality of coil elements). Note that the generation function 134 executed by the processing circuit 130 of the console device 120 of the medical image generation device 100 synthesizes the original images a to h to generate a composite image, and sends the composite image to the image composition function 220. If there is, the process of step S300 does not need to be performed.

次に、ノイズ均一化機能226は、画像合成機能220により生成された合成画像のノイズ強度分布を推定する(ステップS302)。例えば、ノイズ均一化機能226は、
取得機能212によって取得された原画像a~hそれぞれの画像と、原画像a~hを合成した合成画像との比較に基づいて、合成画像のノイズ強度分布を推定する。
Next, the noise equalization function 226 estimates the noise intensity distribution of the composite image generated by the image composition function 220 (step S302). For example, the noise equalization function 226
The noise intensity distribution of the composite image is estimated based on a comparison between each of the original images a to h acquired by the acquisition function 212 and a composite image obtained by combining the original images a to h.

次に、ノイズ均一化機能226は、推定したノイズ強度分布に基づいて、画像合成機能220により生成された合成画像のノイズ強度分布を均一化させるための均一化分布を生成する(ステップS304)。ノイズ均一化機能226は、生成した均一化分布をノイズ均一化情報としてメモリ230に記憶させてよい。次に、ノイズ均一化機能226は、生成した均一化分布を、画像合成機能220により生成された合成画像に付加することで、合成画像のノイズ強度分布を均一化する(ステップS306)。 Next, the noise equalization function 226 generates a uniformity distribution for equalizing the noise intensity distribution of the composite image generated by the image composition function 220, based on the estimated noise intensity distribution (step S304). The noise equalization function 226 may store the generated equalization distribution in the memory 230 as noise equalization information. Next, the noise equalization function 226 equalizes the noise intensity distribution of the composite image by adding the generated uniform distribution to the composite image generated by the image composition function 220 (step S306).

次に、デノイズ機能218は、デノイズモデル情報232が示すデノイズモデルMDL1を利用して、ノイズ均一化機能226によりノイズ強度分布が均一化された合成画像からノイズを除去するデノイズ処理を行う(ステップS308)。 Next, the denoising function 218 uses the denoising model MDL1 indicated by the denoising model information 232 to perform denoising processing to remove noise from the composite image whose noise intensity distribution has been made uniform by the noise equalizing function 226 ( Step S308).

次に、出力制御機能222は、通信インターフェース202を制御して、デノイズ機能218によりデノイズ処理が行われた合成画像を医用画像生成装置100に送信する(ステップS310)。この際、出力制御機能222は、ディスプレイ206に合成画像を表示させてもよい。医用画像生成装置100の通信インターフェース122が医用画像処理装置200から合成画像を受信した場合、医用画像生成装置100の表示制御機能138は、合成画像をディスプレイ126に表示させてよい。また、出力制御機能222は、通信インターフェース202を制御して、画像の読影者が利用可能な端末装置に合成画像を送信してもよい。 Next, the output control function 222 controls the communication interface 202 to transmit the composite image subjected to the denoising process by the denoising function 218 to the medical image generation apparatus 100 (step S310). At this time, the output control function 222 may display the composite image on the display 206. When the communication interface 122 of the medical image generation device 100 receives the composite image from the medical image processing device 200, the display control function 138 of the medical image generation device 100 may cause the display 126 to display the composite image. Further, the output control function 222 may control the communication interface 202 to transmit the composite image to a terminal device that can be used by a person who interprets the image.

以上説明した第2の実施形態によれば、原画像を合成することにより生成された合成画像に対してノイズの強度分布を均一化させるためのノイズ成分を付加する処理を行い、処理後の合成画像に対してデノイズ処理を行うことで、デノイズ処理の精度を高めることができる。 According to the second embodiment described above, processing is performed to add a noise component in order to equalize the noise intensity distribution to a composite image generated by combining original images, and the composite image after processing is By performing denoising processing on an image, the accuracy of the denoising processing can be improved.

(第2の実施形態の変形例)
以下、第2の実施形態の変形例について説明する。上述した第2の実施形態では、医用画像生成装置100と医用画像処理装置200とが互いに異なる装置であるものとして説明したがこれに限られない。例えば、医用画像処理装置200は、医用画像生成装置100のコンソール装置120の一機能によって実現されてもよい。すなわち、医用画像処理装置200は、医用画像生成装置100のコンソール装置120によって仮想的に実現される仮想マシンであってもよい。この場合、医用画像生成装置100は、「医用情報処理装置」の一例である。
(Modified example of second embodiment)
Hereinafter, a modification of the second embodiment will be described. In the second embodiment described above, the medical image generation device 100 and the medical image processing device 200 are described as being different devices from each other, but the present invention is not limited to this. For example, the medical image processing device 200 may be realized by one function of the console device 120 of the medical image generation device 100. That is, the medical image processing apparatus 200 may be a virtual machine virtually realized by the console device 120 of the medical image generation apparatus 100. In this case, the medical image generation device 100 is an example of a "medical information processing device."

図13は、第2の実施形態の変形例に係る医用画像生成装置100を示す図である。図13に示すように、コンソール装置120の処理回路130は、上述した取得機能132と、生成機能134と、通信制御機能136と、表示制御機能138と、に加えて、導出機能214と、パラメータ調整機能216と、デノイズ機能218と、画像合成機能220と、学習機能224と、ノイズ均一化機能226とを実行してよい。また、コンソール装置120のメモリ150には、デノイズモデル情報232と、原画像情報234と、デノイズ画像情報236と、合成画像情報238と、ノイズ均一化情報240とが格納されてよい。 FIG. 13 is a diagram showing a medical image generation apparatus 100 according to a modification of the second embodiment. As shown in FIG. 13, the processing circuit 130 of the console device 120 includes, in addition to the above-described acquisition function 132, generation function 134, communication control function 136, and display control function 138, a derivation function 214 and a parameter An adjustment function 216, a denoising function 218, an image composition function 220, a learning function 224, and a noise equalization function 226 may be performed. Further, the memory 150 of the console device 120 may store denoising model information 232, original image information 234, denoising image information 236, composite image information 238, and noise equalization information 240.

以上説明した第2の実施形態の変形例によれば、医用画像生成装置100単体で、デノイズ処理の精度を高めることができる。 According to the modification of the second embodiment described above, the accuracy of denoising processing can be improved by the medical image generation apparatus 100 alone.

上記説明したいずれかの実施形態は、以下のように表現することができる。
プログラムを格納するストレージと、
プロセッサと、を備え、
前記プロセッサは、前記プログラムを実行することにより、
複数の受信コイルの各々により収集される磁気共鳴信号に対応するデータに含まれるノイズに関する指標値を導出し、
導出された前記指標値に基づいて、前記磁気共鳴信号に対応するデータからノイズを除去する度合いを調整し、
調整された前記度合いに基づいて、前記磁気共鳴信号に対応するデータからノイズを除去し、
前記ノイズが除去された、前記複数の受信コイルの各々で収集された前記磁気共鳴信号に対応するデータを合成する、
医用情報処理装置。
Any of the embodiments described above can be expressed as follows.
storage for storing programs;
comprising a processor;
By executing the program, the processor:
Deriving an index value regarding noise contained in data corresponding to magnetic resonance signals collected by each of the plurality of receiving coils,
Adjusting the degree of noise removal from data corresponding to the magnetic resonance signal based on the derived index value,
removing noise from data corresponding to the magnetic resonance signal based on the adjusted degree;
combining data corresponding to the magnetic resonance signals collected by each of the plurality of receiving coils from which the noise has been removed;
Medical information processing equipment.

上記説明したいずれかの実施形態は、以下のように表現することができる。
プログラムを格納するストレージと、
プロセッサと、を備え、
前記プロセッサは、前記プログラムを実行することにより、
複数の受信コイルの各々により被検体から収集される磁気共鳴信号に基づく複数の画像を合成して合成画像を生成し、
生成された前記合成画像に含まれるノイズの強度分布を推定し、
推定された前記ノイズの強度分布を均一化させる均一化分布を生成し、
生成された前記均一化分布により示される信号を前記合成画像に付加することで、前記合成画像に含まれるノイズの強度分布を均一化し、
前記ノイズの強度分布が均一化された合成画像からノイズを除去する、
医用情報処理装置。
Any of the embodiments described above can be expressed as follows.
storage for storing programs;
comprising a processor;
By executing the program, the processor:
generating a composite image by combining a plurality of images based on magnetic resonance signals collected from the subject by each of the plurality of receiving coils;
Estimating the intensity distribution of noise included in the generated composite image,
generating a homogenization distribution that homogenizes the estimated noise intensity distribution;
By adding a signal indicated by the generated uniform distribution to the composite image, the intensity distribution of noise included in the composite image is made uniform;
removing noise from the composite image in which the intensity distribution of the noise has been made uniform;
Medical information processing equipment.

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、処理回路210が、複数のRFコイル108の各々により被検体から収集される磁気共鳴信号に基づく複数の画像に含まれるノイズに関する指標値を、画像ごとに導出する導出機能214と、導出機能214により導出された指標値に基づいて、複数の画像の各々からノイズを除去する度合いを調整するパラメータ調整機能216と、パラメータ調整機能216により調整された度合いに基づいて、複数の前記画像の各々からノイズを除去するデノイズ機能218と、を備えることで、デノイズ精度を高めることができる。 According to at least one embodiment described above, the processing circuit 210 calculates, for each image, an index value regarding noise contained in the plurality of images based on the magnetic resonance signals collected from the subject by each of the plurality of RF coils 108. a parameter adjustment function 216 that adjusts the degree to which noise is removed from each of the plurality of images based on the index value derived by the derivation function 214; By including a denoising function 218 that removes noise from each of the plurality of images based on the denoising function 218, denoising accuracy can be improved.

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、処理回路210が、複数のRFコイル108の各々により被検体から収集される磁気共鳴信号に基づく複数の画像を合成して合成画像を生成する画像合成機能220と、画像合成機能220により生成された合成画像に含まれるノイズの強度分布を推定し、推定されたノイズの強度分布を均一化させる均一化分布を生成し、生成された均一化分布により示される信号を合成画像に付加することで、合成画像に含まれるノイズの強度分布を均一化するノイズ均一化機能226と、ノイズ均一化機能226によりノイズの強度分布が均一化された合成画像からノイズを除去するデノイズ機能218と、を備えることで、デノイズ精度を高めることができる。 According to at least one embodiment described above, the processing circuit 210 synthesizes a plurality of images based on magnetic resonance signals collected from the subject by each of the plurality of RF coils 108 to generate a composite image. The function 220 estimates the intensity distribution of noise included in the composite image generated by the image synthesis function 220, generates a homogenization distribution that homogenizes the estimated noise intensity distribution, and uses the generated homogenization distribution to The noise equalization function 226 equalizes the intensity distribution of noise included in the composite image by adding the indicated signal to the composite image, and the noise equalization function 226 equalizes the noise intensity distribution from the composite image. By including a denoising function 218 that removes noise, denoising accuracy can be improved.

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.

1…医用画像処理システム、100…医用画像生成装置、101…静磁場磁石、102…傾斜磁場コイル、104…寝台、105…寝台制御回路、107…送信回路、108…RFコイル、108a~h…コイルエレメント、109…受信回路、110…シーケンス制御回路、120…コンソール装置、200…医用画像処理装置、202…通信インターフェース、204…入力インターフェース、206…ディスプレイ、210…処理回路、212…取得機能、214…導出機能、216…パラメータ調整機能、218…デノイズ機能、220…画像合成機能、222…出力制御機能、224…学習機能、226…ノイズ均一化機能、230…メモリ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Medical image processing system, 100...Medical image generation device, 101...Static magnetic field magnet, 102...Gradient magnetic field coil, 104...Bed, 105...Bed control circuit, 107...Transmission circuit, 108...RF coil, 108a-h... Coil element, 109... Receiving circuit, 110... Sequence control circuit, 120... Console device, 200... Medical image processing device, 202... Communication interface, 204... Input interface, 206... Display, 210... Processing circuit, 212... Acquisition function, 214... Derivation function, 216... Parameter adjustment function, 218... Denoising function, 220... Image synthesis function, 222... Output control function, 224... Learning function, 226... Noise equalization function, 230... Memory

Claims (6)

複数の受信コイルの各々により収集される磁気共鳴信号に対応するデータに含まれるノイズに関する指標値を導出する導出部と、
前記導出部により導出された前記指標値に基づいて、前記磁気共鳴信号に対応するデータからノイズを除去する度合いを調整する調整部と、
前記調整部により調整された前記度合いに基づいて、前記磁気共鳴信号に対応するデータからノイズを除去する除去部と、
前記除去部によりノイズが除去された、前記複数の受信コイルの各々で収集された前記磁気共鳴信号に対応するデータを合成する合成部と
を備え
前記磁気共鳴信号に対応するデータは、前記複数の受信コイルの各々により収集される前記磁気共鳴信号の各々に基づく複数の画像のデータを含み、
前記導出部は、前記指標値として、前記複数の画像のデータの各々に対応する複数の信号対雑音比を導出し、
前記調整部は、前記複数の画像のデータの各々において、前記信号対雑音比が小さくなるほど前記度合いを高くし、前記信号対雑音比が大きくなるほど前記度合いを低くする、
医用情報処理装置。
a derivation unit that derives an index value regarding noise contained in data corresponding to magnetic resonance signals collected by each of the plurality of receiving coils;
an adjustment unit that adjusts the degree to which noise is removed from data corresponding to the magnetic resonance signal based on the index value derived by the derivation unit;
a removing unit that removes noise from data corresponding to the magnetic resonance signal based on the degree adjusted by the adjusting unit;
a synthesizing section that synthesizes data corresponding to the magnetic resonance signals collected by each of the plurality of receiving coils from which noise has been removed by the removing section ;
The data corresponding to the magnetic resonance signals includes data of a plurality of images based on each of the magnetic resonance signals collected by each of the plurality of receiving coils,
The derivation unit derives a plurality of signal-to-noise ratios corresponding to each of the data of the plurality of images as the index value,
In each of the plurality of image data, the adjustment unit increases the degree as the signal-to-noise ratio becomes smaller, and decreases the degree as the signal-to-noise ratio becomes larger.
Medical information processing equipment.
前記除去部は、磁気共鳴信号に対応するデータが入力されたときに該データからノイズが除去されたデータを出力するように学習されたモデルに基づいて、前記磁気共鳴信号に対応するデータからノイズを除去する、
請求項1に記載の医用情報処理装置。
The removal unit removes noise from the data corresponding to the magnetic resonance signal based on a model learned to output data from which noise has been removed when data corresponding to the magnetic resonance signal is input. remove,
The medical information processing device according to claim 1 .
前記調整部は、前記モデルの内部パラメータを調整することにより、前記度合いを調整する、
請求項2に記載の医用情報処理装置。
The adjustment unit adjusts the degree by adjusting internal parameters of the model.
The medical information processing device according to claim 2 .
前記内部パラメータは、前記モデルに含まれる少なくとも1つのノードの活性化関数のパラメータである、
請求項3に記載の医用情報処理装置。
the internal parameter is a parameter of an activation function of at least one node included in the model;
The medical information processing device according to claim 3 .
コンピュータが、
複数の受信コイルの各々により収集される磁気共鳴信号に対応するデータに含まれるノイズに関する指標値を導出し、
導出された前記指標値に基づいて、前記磁気共鳴信号に対応するデータからノイズを除去する度合いを調整し、
調整された前記度合いに基づいて、前記磁気共鳴信号に対応するデータからノイズを除去し、
前記ノイズが除去された、前記複数の受信コイルの各々で収集された前記磁気共鳴信号に対応するデータを合成する、
医用情報処理方法であって、
前記磁気共鳴信号に対応するデータは、前記複数の受信コイルの各々により収集される前記磁気共鳴信号の各々に基づく複数の画像のデータを含み、
前記指標値として、前記複数の画像のデータの各々に対応する複数の信号対雑音比を導出し、
前記複数の画像のデータの各々において、前記信号対雑音比が小さくなるほど前記度合いを高くし、前記信号対雑音比が大きくなるほど前記度合いを低くする、
医用情報処理方法
The computer is
Deriving an index value regarding noise contained in data corresponding to magnetic resonance signals collected by each of the plurality of receiving coils,
Adjusting the degree of noise removal from data corresponding to the magnetic resonance signal based on the derived index value,
removing noise from data corresponding to the magnetic resonance signal based on the adjusted degree;
combining data corresponding to the magnetic resonance signals collected by each of the plurality of receiving coils from which the noise has been removed;
A medical information processing method ,
The data corresponding to the magnetic resonance signals includes data of a plurality of images based on each of the magnetic resonance signals collected by each of the plurality of receiving coils,
Deriving a plurality of signal-to-noise ratios corresponding to each of the data of the plurality of images as the index value,
In each of the plurality of image data, the smaller the signal-to-noise ratio, the higher the degree, and the larger the signal-to-noise ratio, the lower the degree.
Medical information processing method .
コンピュータに、
複数の受信コイルの各々により収集される磁気共鳴信号に対応するデータに含まれるノイズに関する指標値を導出させ、
導出された前記指標値に基づいて、前記磁気共鳴信号に対応するデータからノイズを除去する度合いを調整させ、
調整された前記度合いに基づいて、前記磁気共鳴信号に対応するデータからノイズを除去させ、
前記ノイズが除去された、前記複数の受信コイルの各々で収集された前記磁気共鳴信号に対応するデータを合成させる、
プログラムであって、
前記磁気共鳴信号に対応するデータは、前記複数の受信コイルの各々により収集される前記磁気共鳴信号の各々に基づく複数の画像のデータを含み、
前記指標値として、前記複数の画像のデータの各々に対応する複数の信号対雑音比を導出させ、
前記複数の画像のデータの各々において、前記信号対雑音比が小さくなるほど前記度合いを高くさせ、前記信号対雑音比が大きくなるほど前記度合いを低くさせる、
プログラム
to the computer,
deriving an index value regarding noise contained in data corresponding to magnetic resonance signals collected by each of the plurality of receiving coils;
adjusting the degree of noise removal from data corresponding to the magnetic resonance signal based on the derived index value;
removing noise from data corresponding to the magnetic resonance signal based on the adjusted degree;
combining data corresponding to the magnetic resonance signals collected by each of the plurality of receiving coils from which the noise has been removed;
A program ,
The data corresponding to the magnetic resonance signals includes data of a plurality of images based on each of the magnetic resonance signals collected by each of the plurality of receiving coils,
Deriving a plurality of signal-to-noise ratios corresponding to each of the data of the plurality of images as the index value,
In each of the plurality of image data, the smaller the signal-to-noise ratio, the higher the degree, and the larger the signal-to-noise ratio, the lower the degree.
program .
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