JP6399554B2 - MR image super-resolution system - Google Patents
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Description
本発明は、MRI装置を備えるクライアント設備と、MR画像の超解像化手段を備えるサーバ設備とをクラウドネットワークによってデータ送受信可能に接続し、クライアント設備で撮像し生成した低解像度のMR画像データを、サーバ設備で高超解像度化処理して超解像MR画像データを生成することが可能なシステムに関する。さらに、超解像MR画像データを用いて、より正確で精密な構造解析、機能解析またはフィードバックを可能にするシステムに関する。 The present invention connects a client facility equipped with an MRI apparatus and a server facility equipped with MR image super-resolution means so as to be able to transmit and receive data via a cloud network, and captures and generates low-resolution MR image data captured by the client facility. The present invention relates to a system capable of generating super-resolution MR image data by performing high-resolution processing with server equipment. Furthermore, the present invention relates to a system that enables more accurate and precise structural analysis, functional analysis, or feedback using super-resolution MR image data.
なお本明細書において、MRは、「magnetic resonance(磁気共鳴)」 を指し、MRIは「magnetic resonance imaging(磁気共鳴画像)」を指すものとする。 In the present specification, MR refers to “magnetic resonance” and MRI refers to “magnetic resonance imaging”.
高齢化に伴い増大する認知症患者への対策を講じることが、社会的急務であると考えられている。認知症患者の増大を抑制するには、認知症の予防、早期発見および早期治療が有効である。そのための1手段として、MRI装置により撮像した脳MR画像を用いた診断が従来行われている。この場合、MR画像の解像度が高いほど、より正確で精密な診断が可能である。 Taking measures against patients with dementia, which increase with aging, is considered a social urgent need. Prevention of dementia, early detection, and early treatment are effective in suppressing the increase in patients with dementia. As one means for that purpose, a diagnosis using a brain MR image captured by an MRI apparatus has been conventionally performed. In this case, the higher the resolution of the MR image, the more accurate and precise diagnosis is possible.
ところで、総合医院や研究施設などの高度な医療設備は一般的に都市部に集中し、農村部などの過疎化地域では十分な医療サービスを提供できないという地域格差の問題がある。前述の認知症対策についても、地域格差が存在する。そこで、ICT(Information and Communication Technology:情報通信技術)を活用した医療サービスネットワークを構築し、これを利用して地域格差の解消を図ることが検討されている。たとえば、基幹医療センターと、この基幹医療センターの管轄範囲内に設置した複数の地域医療センターとをネットワークで接続したシステムを構築することによって、地域によらず均質な医療サービスを提供できる環境を整備することが試みられている。 By the way, advanced medical equipment such as general clinics and research facilities are generally concentrated in urban areas, and there is a problem of regional disparity that sufficient medical services cannot be provided in depopulated areas such as rural areas. There are regional disparities in the above-mentioned measures against dementia. In view of this, it has been studied to construct a medical service network using ICT (Information and Communication Technology), and to use this network to eliminate regional disparities. For example, by building a system that connects a core medical center and multiple regional medical centers installed within the jurisdiction of this core medical center through a network, an environment that can provide uniform medical services regardless of the region is established. It has been tried to do.
ネットワークを用いた医療サービスとしては、各地の医療センターで収集した医療データや電子カルテを共有化したり、基幹医療センターに蓄積してバックアップしたりする程度のことが実施されている。 As medical services using networks, medical data and electronic medical records collected at medical centers in various places are shared, or stored and backed up at core medical centers.
また特許文献1には、MRI装置などの画像取得装置が設置されている病院に専門の脳神経外科医がいない場合に、診断支援装置を脳神経外科医がいる病院に設置し、これら病院間をネットワークで接続することにより、脳神経外科医のいない病院で撮像した脳MR画像に基づき、脳神経外科医による診断を受けられるようにすることが記載されている。 In Patent Document 1, when there is no specialized neurosurgeon in a hospital where an image acquisition device such as an MRI apparatus is installed, a diagnosis support device is installed in a hospital where the neurosurgeon is located, and these hospitals are connected via a network. Thus, it is described that a diagnosis by a neurosurgeon can be made based on a brain MR image taken in a hospital without a neurosurgeon.
また特許文献2には、画像を用いた医師の診断効率を向上させるために、医用画像データに、コントラストを調整する階調処理、鮮鋭度を調整する周波数強調処理、ダイナミックレンジ圧縮処理等の画像処理を行う医用画像処理システムについて記載されている。 Further, in Patent Document 2, in order to improve the diagnosis efficiency of a doctor using an image, an image such as gradation processing for adjusting contrast, frequency enhancement processing for adjusting sharpness, dynamic range compression processing, or the like is applied to medical image data. A medical image processing system that performs processing is described.
精度の高い軽度認知障害の診断および認知症診断を行うには、なるべく解像度の高い脳MR画像を用いることが望ましい。しかしながら、高解像度のMRI装置の設置台数は限られているため、高解像度のMR画像を用いた精度の高い診断を受けられる地域は限られている。すなわち、高齢化社会で必要な軽度認知障害や認知症の診断の正確性、精密性において地域格差があるという問題がある。特許文献1,2の発明は、高解像度化によって地域格差を解消する技術ではない。 In order to perform highly accurate diagnosis of mild cognitive impairment and dementia diagnosis, it is desirable to use a brain MR image with as high a resolution as possible. However, since the number of high-resolution MRI apparatuses to be installed is limited, the area where a highly accurate diagnosis using a high-resolution MR image can be received is limited. That is, there is a problem that there is a regional disparity in the accuracy and precision of the diagnosis of mild cognitive impairment and dementia required in an aging society. The inventions of Patent Documents 1 and 2 are not techniques for eliminating regional disparities by increasing the resolution.
前記目的を達成するための請求項1に係る本発明は、
クラウドネットワークと、
クラウドネットワークにデータ送受信可能にそれぞれ接続され、MR画像データを生成するためのMRI装置をそれぞれ備える2以上のクライアント設備と、
クラウドネットワークにデータ送受信可能に接続され、MR画像データを高解像度化処理して超解像MR画像データを生成するための超解像化手段を備えるサーバ設備とを含み、
サーバ設備は、クライアント設備で生成された原MR画像データをクラウドネットワークを通じて受信する機能、および、受信した原MR画像データに基づき超解像化手段により超解像MR画像データを生成する機能を有することを特徴とするMR画像の超解像化システムである。
In order to achieve the above object, the present invention according to claim 1 provides:
Cloud network,
Two or more client facilities each connected to a cloud network so as to be able to transmit and receive data, and each having an MRI apparatus for generating MR image data;
A server facility that is connected to the cloud network so as to be able to transmit and receive data, and that includes super-resolution means for generating high-resolution MR image data by performing high-resolution processing on MR image data,
The server facility has a function of receiving the original MR image data generated by the client facility through the cloud network, and a function of generating super-resolution MR image data by the super-resolution means based on the received original MR image data. This is a super-resolution system for MR images.
請求項2に係る本発明は、サーバ設備は、生成した超解像MR画像データを1または2以上のクライアント設備へ伝送する機能をさらに有する請求項1に記載のMR画像の超解像化システムである。 The present invention according to claim 2 is the MR image super-resolution system according to claim 1, wherein the server facility further has a function of transmitting the generated super-resolution MR image data to one or more client facilities. It is.
請求項3に係る本発明は、クライアント設備のMRI装置は、撮像位置があらかじめ定められる距離だけずれている複数の原MR画像データを生成する機能をさらに有し、
サーバ設備の超解像化手段は、クライアント設備で生成された上記複数の原MR画像データから、1の超解像MR画像データを生成するものである請求項1または2に記載のMR画像の超解像化システムである。
According to the third aspect of the present invention, the MRI apparatus of the client facility further has a function of generating a plurality of original MR image data in which the imaging positions are shifted by a predetermined distance,
3. The MR image according to claim 1, wherein the super-resolution unit of the server facility generates one super-resolution MR image data from the plurality of original MR image data generated by the client facility. It is a super-resolution system.
請求項4に係る本発明は、サーバ設備は、クライアント設備で生成される原MR画像データに対応する解像度の高い標準画像パターンデータがあらかじめ記憶されたMR画像データベースをさらに備え、
超解像化手段は、原MR画像データとこれに対応する標準画像パターンデータとの比較に基づき、超解像化MR画像データを生成するものである請求項1または2に記載のMR画像の超解像化システムである。
According to a fourth aspect of the present invention, the server facility further includes an MR image database in which standard image pattern data having a high resolution corresponding to the original MR image data generated by the client facility is stored in advance,
3. The MR image of claim 1, wherein the super-resolution means generates super-resolution MR image data based on a comparison between the original MR image data and the standard image pattern data corresponding to the original MR image data. It is a super-resolution system.
請求項5に係る本発明は、サーバ設備は、クライアント設備で生成される原MR画像データよりも高解像度であらかじめ個人ごとに撮像された個人別MR画像パターンデータが記憶された個人別基準MR画像データベースをさらに備え、
超解像化手段は、クライアント設備で生成される原MR画像データとこれに対応する個人別MR画像パターンデータとの比較に基づき、超解像化MR画像データを生成するものである請求項1または2に記載のMR画像の超解像化システムである。
According to a fifth aspect of the present invention, the server facility is configured to store the individual MR image pattern data stored in advance for each individual at a higher resolution than the original MR image data generated by the client facility. A database,
The super-resolution means generates super-resolution MR image data based on a comparison between the original MR image data generated by the client equipment and the corresponding individual MR image pattern data. Or an MR image super-resolution system according to 2;
請求項6に係る本発明は、クライアント設備のMRI装置は、脳活動状態を反映した原機能的MR画像データを生成する機能的MRI装置であって、
サーバ設備の超解像化手段は、クライアント設備の機能的MRI装置が生成した原機能的MR画像データに基づき、超解像機能的MR画像データを生成する機能をさらに備える請求項1−5のいずれか1に記載のMR画像データの超解像化システムである。
The present invention according to claim 6 is an MRI apparatus for client equipment, which is a functional MRI apparatus for generating original functional MR image data reflecting a brain activity state,
The super-resolution unit of the server facility further includes a function of generating super-resolution functional MR image data based on the original functional MR image data generated by the functional MRI apparatus of the client facility. The MR image data super-resolution system according to any one of the above.
請求項7に係る本発明は、クライアント設備のMRI装置は、連続的または断続的に原機能的MR画像データを生成する機能をさらに有し、
サーバ設備の超解像化手段は、クライアント設備のMRI装置が連続的または断続的に生成した原機能的MR画像データに基づき、連続的または断続的に超解像機能的MR画像データを生成する機能をさらに備える請求項6に記載のMR画像データの超解像化システムである。
In the present invention according to claim 7, the MRI apparatus of the client facility further has a function of generating original functional MR image data continuously or intermittently,
The super-resolution unit of the server facility generates super-resolution functional MR image data continuously or intermittently based on the original functional MR image data generated continuously or intermittently by the MRI apparatus of the client facility. The MR image data super-resolution system according to claim 6, further comprising a function.
請求項1の本発明によれば、2以上のクライアント設備におけるそれぞれのクライアント設備で生成された原MR画像データを、クラウドネットワークを通じてサーバ設備へ伝送し、サーバ設備の超解像化手段により、この原MR画像データに基づく超解像MR画像データを生成するから、高解像度のMRI装置を使用せずに、超解像MR画像を得ることができる。
According to the first aspect of the present invention, the original MR image data generated by each client facility in two or more client facilities is transmitted to the server facility through the cloud network, and the server facility super-resolution means performs this. Since super-resolution MR image data based on the original MR image data is generated, a super-resolution MR image can be obtained without using a high-resolution MRI apparatus.
請求項2の本発明によれば、クライアント設備側で超解像MR画像データを得ることができるから、解像度の高いMRI装置を持たないクライアント設備において、より正確で精密な診断を行うことが可能である。したがって、MR画像を用いた診断の地域格差を解消できる。 According to the present invention of claim 2, since super-resolution MR image data can be obtained on the client facility side, it is possible to perform more accurate and precise diagnosis in a client facility that does not have a high-resolution MRI apparatus. It is. Therefore, the regional disparity in diagnosis using MR images can be eliminated.
請求項3の本発明によれば、クライアント設備のMRI装置で生成した、撮像位置があらかじめ定められる距離だけずれている複数の原MR画像データに基づいて、サーバ設備の超解像化手段が超解像MR画像データを生成するから、精度が高い超解像MR画像データを容易に得ることができる。 According to the third aspect of the present invention, the super-resolution means of the server facility is based on a plurality of original MR image data generated by the MRI apparatus of the client facility and whose imaging positions are shifted by a predetermined distance. Since resolving MR image data is generated, super-resolution MR image data with high accuracy can be easily obtained.
請求項4の本発明によれば、原MR画像データに対応する解像度の高い標準画像パターンデータがあらかじめ記憶されたMR画像データベースを利用して、超解像化MR画像データを生成するから、クライアント設備側で生成すべきMR画像の枚数を少なくすることができる。MRI装置には従来公知の装置を使用できる。 According to the present invention of claim 4, since the super-resolution MR image data is generated using the MR image database in which standard image pattern data having a high resolution corresponding to the original MR image data is stored in advance, the client The number of MR images to be generated on the equipment side can be reduced. A conventionally known apparatus can be used as the MRI apparatus.
請求項5の本発明によれば、クライアント設備で生成される原MR画像データよりも高解像度であらかじめ個人ごとに撮像された個人別MR画像パターンデータが記憶された個人別基準MR画像データベースを利用して、超解像化MR画像データを生成するから、クライアント設備側で生成すべきMR画像の枚数を少なくすることができる。MRI装置には従来公知の装置を使用できる。 According to the fifth aspect of the present invention, the individual reference MR image database in which the individual MR image pattern data captured for each individual at a higher resolution than the original MR image data generated by the client equipment is stored is used. Since super-resolution MR image data is generated, the number of MR images to be generated on the client equipment side can be reduced. A conventionally known apparatus can be used as the MRI apparatus.
請求項6の本発明によれば、クライアント設備のMRI装置で生成した原機能的MR画像データから、サーバ設備の超解像化手段で超解像機能的MR画像データを生成することができ、精度の高い脳機能診断を行うことができる。 According to the present invention of claim 6, super-resolution functional MR image data can be generated by the super-resolution means of the server facility from the original functional MR image data generated by the MRI apparatus of the client facility, A highly accurate brain function diagnosis can be performed.
請求項7の本発明によれば、クライアント設備のMRI装置で連続的または断続的に生成する原機能的MR画像データから、サーバ設備の超解像化手段によって、超解像機能的MR画像データを連続的または断続的に生成するから、検査対象者の脳状態のリアルタイムスキャンによる脳機能の診断を、より正確、精密に行える。 According to the present invention of claim 7, the super-resolution functional MR image data is generated from the original functional MR image data generated continuously or intermittently by the MRI apparatus of the client facility by the super-resolution means of the server facility. Is generated continuously or intermittently, so that the brain function can be diagnosed more accurately and accurately by real-time scanning of the brain state of the test subject.
[システム構成]
図1は、本発明に係るMR画像の超解像化システム(以下、本発明システムと言う)Sの構成を模式的に示すブロック図である。本発明システムSは、クラウドネットワークNと、クラウドネットワークNにデータ送受信可能にそれぞれ接続され、MRI装置21およびデータ送受信手段22をそれぞれ備える2以上のクライアント設備20と、クラウドネットワークNにデータ送受信可能に接続され、超解像化手段11およびデータ送受信手段12を備えるサーバ設備10とを含む。
[System configuration]
FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of an MR image super-resolution system (hereinafter referred to as the present system) S according to the present invention. The present invention system S, and the cloud network N, each connected to a cloud network N capable of transmitting and receiving data, the
クラウドネットワークNは、サーバ設備10とクライアント設備20との間で共通のプロトコルに基づきデータ伝送できる通信網であればよく、特に種類は限定されない。インターネット回線、WAN(Wide Area Network:広域通信網)、LAN(Local Area Network)、VPN(Virtual Private Network:仮想専用通信網)などを使用でき、さらに有線、無線を問わない。但し、大容量のMR画像データを伝送するので、伝送速度ができるだけ速いことが望ましい。
The cloud network N only needs to be a communication network that can transmit data based on a common protocol between the
サーバ設備10は、総合病院、基幹医療センター、大学研究所などに設置される。サーバ設備10のデータ送受信手段12は、クラウドネットワークNを通じて、1または複数のクライアント設備20との間で相互にデータ送受信する機能を有する。超解像化手段11は、原MR画像データに基づき、解像度の高い超解像MR画像データを生成する機能を有する。超解像化機能を実現するため、超解像化手段11は、高速の演算装置と記憶装置とを含む。演算手段として、超並列クラスタ計算機を用い、これを並列プログラムで動作させて高速演算を実現することも考えられる。
The
クライアント設備20は、個人病院、診療所などの一般の開業医院、地域医療センター、地域の健診センターなどに設置される。クライアント設備20のデータ送受信手段22は、クラウドネットワークNを通じて、サーバ設備10との間で相互にデータ送受信する機能を有する。さらに、他のクライアント設備20とも通信可能であってもよい。MRI装置21は、検査対象者を撮像して原MR画像データを生成する装置であり、公知のものを使用することができる。
The
ただし後述するように、複数の原MR画像データから1つの超解像MR画像データを生成する場合は、1度の撮像で、わずかに撮像位置が異なる複数の原MR画像データを同時に生成できる機能を有することが望ましい。あるいは、短時間内に複数回撮像する機能によって、わずかに撮像位置が異なる複数の原MR画像を生成することも可能である。 However, as described later, when one super-resolution MR image data is generated from a plurality of original MR image data, a function capable of simultaneously generating a plurality of original MR image data slightly different in imaging position by one imaging. It is desirable to have Alternatively, it is also possible to generate a plurality of original MR images with slightly different imaging positions by the function of imaging a plurality of times within a short time.
[超解像化手段]
クライアント設備20で生成した原MR画像データから、サーバ設備10の超解像化手段11によって、超解像MR画像データを生成する方法について説明する。一般に臨床で採用されているMR画像の解像度は、1mm角程度である。そこで、図2Aに示すように、撮像位置のずれ量が解像度(本例では1mm)以内である複数の原MR画像データを生成し、これらを合成する超解像アルゴリズムによって、解像度が0.5mmの1つの超解像MR画像を生成する。位置ずれのある複数の画像データを生成する手段は、MRI装置の撮像座標の調整、検査対象者の移動、撮像シーケンスの移動などによって実現できる。超解像アルゴリズムは、たとえば、国際公開2011/026923号公報、「Super−resolution in magnetic resonance imaging: A review, Eric Van Reeth, Ivan W. K. Tham, Cher Heng Tan and Chueh Loo Poh, Concepts in Magnetic Resonance Part A, Volume 40A, Issue 6, pages 306-325, November 2012」などに記載されたものを利用することができる。
[Super-resolution method]
A method for generating super-resolution MR image data from the original MR image data generated by the
超解像MR画像データを生成するには、8つの原MR画像データを用いれば確実であるが、適当なアルゴリズムを構築することにより、4つの原MR画像データから、超解像MR画像データを精度よく生成することが可能である。すなわち図2Bに例示するように、クライアント設備20で生成した撮像位置が解像度の範囲内で異なる4つの脳断面MR画像データ(原MR画像データ)から、1つの超解像脳断面MR画像データを生成することが可能である。上記アルゴリズムは、最適な超解像MR画像を生成できるように、複数の原MR画像間の位置ずれ、ぼやけ、解像度の差、ノイズ等が考慮される。
To generate super-resolution MR image data, it is certain to use eight original MR image data. However, by constructing an appropriate algorithm, super-resolution MR image data can be obtained from four original MR image data. It is possible to generate with high accuracy. That is, as illustrated in FIG. 2B, one super-resolution brain slice MR image data is obtained from four brain slice MR image data (original MR image data) whose imaging positions generated by the
こうして生成された超解像MR画像データは、サーバ設備10が設置されている総合病院などにおいて、専門医が診断に用いてもよいが、クラウドネットワークNを通じて、原MR画像データを撮像したクライアント設備20へ伝送してもよい。これにより、クライアント設備20が設置されている地域の医院などにおいて、検査対象者の担当医などが、撮像時よりも高解像度化された超解像MR画像を用いて、従来よりも正確で精密な診断を下すことが可能になる。また、解析システムなどを用いた診断支援システムによる画像解析をする場合でも、従来よりも正確で精密な解析結果を得ることが可能となる。
The super-resolution MR image data generated in this way may be used for diagnosis by a specialist in a general hospital or the like where the
原MR画像データを超解像化するための異なる手段としては、サーバ設備10に、クライアント設備20で生成される原MR画像データに対応する高解像度の標準画像パターンデータがあらかじめ記憶されたMR画像データベース(図示せず)を備え、超解像化手段11が、原MR画像データとこれに対応する標準画像パターンデータとの比較に基づいて、超解像化MR画像データを生成する構成とすることも考えられる。この場合、クライアント設備20は、複数の原MR画像データを生成する必要がないから、クライアント設備20に設けるMRI装置21の負担を軽減できる。
As a different means for super-resolution of the original MR image data, an MR image in which high resolution standard image pattern data corresponding to the original MR image data generated by the
原MR画像データを超解像化するための異なる手段としては、サーバ設備10に、クライアント設備20で生成される原MR画像データよりも高解像度であらかじめ個人ごとに撮像された個人別MR画像パターンデータが記憶された個人別基準MR画像データベース(図示せず)を備え、超解像化手段11が、原MR画像データとこれに対応する個人別MR画像パターンデータとの比較に基づいて、超解像化MR画像データを生成する構成とすることも考えられる。この場合、クライアント設備20は、複数の原MR画像データを生成する必要がないから、クライアント設備20に設けるMRI装置21の負担を軽減できる。
As a different means for super-resolution of the original MR image data, the individual MR image pattern captured for each individual in the
[機能的MR画像の超解像化]
本発明は、機能的MRI装置(fMRI装置)によって撮像される機能的MR画像に対し超解像化することも可能である。脳の血流状態を示す機能的MR画像は動的な立体画像であり、一般に、1スキャンあたり2−3秒程度の時間解像度を有するが、空間解像度は3mm程度と低い。そこで本発明の超解像度化手段を適用して、高解像度の機能的MR画像データを得ることができれば、精度の高い診断を行える。図3に示すように、超解像度化は、解像度の範囲内(1ボクセル以内)で位置ずれを有する複数の原機能的MR画像データから、1つの超解像MR画像データを生成する。超解像機能的MR画像データは、ボクセルを分割したサブボクセル(本例では1/2ボクセル)を単位とするので、原機能的MR画像データに比較して、8倍の解像度を有する。
[Super-resolution of functional MR images]
The present invention can also super-resolution a functional MR image captured by a functional MRI apparatus (fMRI apparatus). A functional MR image showing a blood flow state of the brain is a dynamic stereoscopic image, and generally has a temporal resolution of about 2-3 seconds per scan, but has a low spatial resolution of about 3 mm. Therefore, if the super-resolution means of the present invention is applied to obtain high-resolution functional MR image data, highly accurate diagnosis can be performed. As shown in FIG. 3, in the super-resolution, one super-resolution MR image data is generated from a plurality of original functional MR image data having a positional deviation within a resolution range (within 1 voxel). The super-resolution functional MR image data has sub-voxels (1/2 voxels in this example) obtained by dividing the voxel as a unit, and therefore has a resolution eight times that of the original functional MR image data.
こうして得られた超解像機能的MR画像データは、パターンの詳細な表現が可能になるため、低解像度の原機能的MR画像データでは識別が困難なパターンの認識性能が向上する。識別性向上の類型を、図4を参照して下に示す。
(1)低解像度では同じパターンで表示され分類不可能であった別のパターンが、異種パターンとして認識可能になる。
(2)低解像度では微妙な撮像時の条件、環境の差異により、異種パターンとして認識されていたものが、高解像度化により共通パターンであると認識可能になる。
(3)低解像度では、同一パターンとして認識されざるをえないような微差を有する類似パターンが、異なるパターンとして認識可能になる。
Since the super-resolution functional MR image data obtained in this manner can express the pattern in detail, the recognition performance of the pattern that is difficult to identify with the low-resolution original functional MR image data is improved. The type of improvement in discrimination is shown below with reference to FIG.
(1) Another pattern, which is displayed in the same pattern at low resolution and cannot be classified, can be recognized as a different pattern.
(2) At low resolution, a pattern that has been recognized as a heterogeneous pattern due to subtle differences in imaging conditions and environments can be recognized as a common pattern by increasing the resolution.
(3) At low resolution, a similar pattern having a slight difference that must be recognized as the same pattern can be recognized as a different pattern.
[パターン認識手段への応用]
超解像機能的MR画像データを入力データとする、機械学習アルゴリズムおよびパターン解析アルゴリズムを構築し、これらのアルゴリズムを利用した学習手段およびパターン認識手段とを備える診断支援手段を作製することが考えられる。上に述べたように、本発明によれば、超解像化によりパターンの微差が表現可能になる。その結果、これまで微小なために把握困難であったパターン変化の特徴を、鮮明に捉えられるようになるので、機械学習によるパターン解析を実施する際の認識精度が向上し、診断精度の向上がもたらされる。さらに、パターンの微差を把握可能になることで、学習データの増加がもたらされ、パターン認識手段の汎化性能を向上させる効果が得られる。
[Application to pattern recognition means]
It is conceivable to construct a machine learning algorithm and a pattern analysis algorithm using super-resolution functional MR image data as input data, and to create a diagnosis support means including a learning means and a pattern recognition means using these algorithms. . As described above, according to the present invention, it is possible to express a fine pattern difference by super-resolution. As a result, the characteristics of pattern changes that have been difficult to grasp due to the minuteness can be clearly captured, so the recognition accuracy when performing pattern analysis by machine learning is improved and diagnostic accuracy is improved. Brought about. Further, since it becomes possible to grasp a slight difference in patterns, an increase in learning data is brought about, and an effect of improving the generalization performance of the pattern recognition means can be obtained.
[ニューロフィードバックへの応用]
脳の活動状態をリアルタイムに測定しながら、脳活動状態を適正となるように制御する訓練を行うニューロフィードバック・トレーニングを、認知症の治療に応用する際に、本発明の超解像化技術を適用することが考えられる。ニューロフィードバックを実施するには、はじめに、クライアント設備20の機能的MRI装置21において、被験者の機能的ローカライザスキャンを行い、認知機能の回復、向上させるためのトレーニング対象である、被験者の脳の海馬または海馬傍回を関心領域として同定する。次に、ローカライザスキャンによって同定された被験者の関心領域について、機能的MRI装置21によりリアルタイムスキャンを行い、関心領域の脳活動の強さを、被験者に対し視覚的フィードバックとして提示する。視覚的フィードバックは、例えば、脳活動の高まりに応じて拡大する円などで表示することが考えられる。被験者は、表示される円の大きさをできるだけ大きく保つように意識することによって、海馬または海馬傍回の活動を活性化させるという自立的訓練を行うことができる。
[Application to neurofeedback]
The super-resolution technology of the present invention is used when applying neurofeedback training for training to control brain activity state to be appropriate while measuring brain activity state in real time. It is possible to apply. In order to perform the neurofeedback, first, the
上記のニューロフィードバック・トレーニングにおいて、クライアント設備20における被験者の機能的ローカライズスキャンにより生成した原機能的MR画像を、サーバ設備10で超解像機能的MR画像データに変換する。そして、これを用いることによって、関心領域を精密に同定することができるとともに、脳活動の状態のリアルタイムスキャン結果も超解像化することにより、詳細で精度の高いフィードバックを提供することが可能になる。その結果、トレーニング効果の向上がもたらされる。
In the above-described neurofeedback training, the original functional MR image generated by the functional localization scan of the subject in the
本発明に係るMR画像の超解像化システムは、脳の構造および機能に関する診断に利用する以外に、循環器や消化器の診断にも利用することが可能である。そして、いずれに適用する場合でも、地域のクライアント設備には低解像度のMRI装置しか設置されていなくても、基幹センターなどのサーバ設備10で超解像化した超解像MR画像データを、クライアント設備で診断に用いることができるから、医療サービスの地域格差を解消することが可能となる。
The MR image super-resolution system according to the present invention can be used not only for diagnosis of brain structure and function but also for diagnosis of circulatory organs and digestive organs. In any case, even if only a low-resolution MRI apparatus is installed in the local client equipment, the super-resolution MR image data super-resolved by the
また本発明は、PET(Positron Emission Tomography:陽電子放射断層撮影)による画像解析への応用も可能である。すなわち、比較的低解像度のPET装置を備えるクライアント設備と、超解像化手段を備えるサーバ設備とをクラウドネットワークで接続することによって、クライアント設備で生成された原PET画像データから、サーバ設備で超解像化手段により超解像PET画像データを生成する超解像化システムを構築して、PET画像診断の地域格差をなくすことが可能となる。 The present invention can also be applied to image analysis by PET (Positron Emission Tomography). That is, by connecting a client facility equipped with a relatively low-resolution PET apparatus and a server facility equipped with a super-resolution means via a cloud network, the server facility can be operated from the original PET image data generated by the client facility. By constructing a super-resolution system for generating super-resolution PET image data by the resolution means, it becomes possible to eliminate regional disparities in PET image diagnosis.
S 本発明システム
N クラウドネットワーク
10 サーバ設備
11 超解像化手段
12 データ送受信手段
20 クライアント設備
21 MRI装置
22 データ送受信手段
S system N of the present invention
Claims (6)
クラウドネットワークにデータ送受信可能にそれぞれ接続され、MR画像データを生成するためのMRI装置をそれぞれ備える2以上のクライアント設備と、
クラウドネットワークにデータ送受信可能に接続され、MR画像データを高解像度化処理して超解像MR画像データを生成するための超解像化手段を備えるサーバ設備とを含み 、
サーバ設備は、クライアント設備で生成された原MR画像データをクラウドネットワークを通じて受信する機能、および、受信した原MR画像データに基づき超解像化手段により超解像MR画像データを生成する機能を有し、
サーバ設備は、クライアント設備で生成される原MR画像データに対応する解像度の高い標準画像パターンデータがあらかじめ記憶されたMR画像データベースをさらに備え、 超解像化手段は、原MR画像データとこれに対応する標準画像パターンデータとの比較に基づき、超解像化MR画像データを生成するものである請求項1または2に記載のMR画像の超解像化システム。 Cloud network,
Two or more client facilities each connected to a cloud network so as to be able to transmit and receive data, and each having an MRI apparatus for generating MR image data;
A server facility that is connected to the cloud network so as to be able to transmit and receive data, and that includes super-resolution means for generating high-resolution MR image data by performing high-resolution processing of MR image data;
The server facility has a function of receiving the original MR image data generated by the client facility through the cloud network, and a function of generating super-resolution MR image data by the super-resolution means based on the received original MR image data. and,
The server facility further includes an MR image database in which standard image pattern data having a high resolution corresponding to the original MR image data generated by the client facility is stored in advance, and the super-resolution means includes the original MR image data and the MR image database. 3. The MR image super-resolution system according to claim 1, wherein the MR image data is generated based on comparison with corresponding standard image pattern data.
クラウドネットワークにデータ送受信可能にそれぞれ接続され、MR画像データを生成するためのMRI装置をそれぞれ備える2以上のクライアント設備と、
クラウドネットワークにデータ送受信可能に接続され、MR画像データを高解像度化処理して超解像MR画像データを生成するための超解像化手段を備えるサーバ設備とを含み 、
サーバ設備は、クライアント設備で生成された原MR画像データをクラウドネットワークを通じて受信する機能、および、受信した原MR画像データに基づき超解像化手段により超解像MR画像データを生成する機能を有し、
サーバ設備は、クライアント設備で生成される原MR画像データよりも高解像度であらかじめ個人ごとに撮像された個人別MR画像パターンデータが記憶された個人別基準MR画像データベースをさらに備え、
超解像化手段は、クライアント設備で生成される原MR画像データとこれに対応する個人別MR画像パターンデータとの比較に基づき、超解像化MR画像データを生成するものである請求項1または2に記載のMR画像の超解像化システム。 Cloud network,
Two or more client facilities each connected to a cloud network so as to be able to transmit and receive data, and each having an MRI apparatus for generating MR image data;
A server facility that is connected to the cloud network so as to be able to transmit and receive data, and that includes super-resolution means for generating high-resolution MR image data by performing high-resolution processing of MR image data;
The server facility has a function of receiving the original MR image data generated by the client facility through the cloud network, and a function of generating super-resolution MR image data by the super-resolution means based on the received original MR image data. and,
The server facility further includes an individual reference MR image database in which individual MR image pattern data captured for each individual at a higher resolution than the original MR image data generated by the client facility is stored.
The super-resolution means generates super-resolution MR image data based on a comparison between the original MR image data generated by the client equipment and the corresponding individual MR image pattern data. Or the MR image super-resolution system according to 2;
クラウドネットワークにデータ送受信可能にそれぞれ接続され、MR画像データを生成するためのMRI装置をそれぞれ備える2以上のクライアント設備と、
クラウドネットワークにデータ送受信可能に接続され、MR画像データを高解像度化処理して超解像MR画像データを生成するための超解像化手段を備えるサーバ設備とを含み 、
サーバ設備は、クライアント設備で生成された原MR画像データをクラウドネットワークを通じて受信する機能、および、受信した原MR画像データに基づき超解像化手段により超解像MR画像データを生成する機能を有し、
クライアント設備のMRI装置は、撮像位置があらかじめ定められる距離だけずれている複数の原MR画像データを生成する機能をさらに有し、
サーバ設備の超解像化手段は、クライアント設備のMRI装置の解像度データ、撮像位置のずれ量データなどの位置ずれのある複数の画像データを生成する手段のデータ、及びクライアント設備のMRI装置で生成された上記複数の原MR画像データに基づいて、それぞれのクライアント用の1の超解像MR画像データを生成することを特徴とするMR画像の超解像化システム。 Cloud network,
Two or more client facilities each connected to a cloud network so as to be able to transmit and receive data, and each having an MRI apparatus for generating MR image data;
A server facility that is connected to the cloud network so as to be able to transmit and receive data, and that includes super-resolution means for generating high-resolution MR image data by performing high-resolution processing of MR image data;
The server facility has a function of receiving the original MR image data generated by the client facility through the cloud network, and a function of generating super-resolution MR image data by the super-resolution means based on the received original MR image data. and,
The MRI apparatus of the client facility further has a function of generating a plurality of original MR image data whose imaging positions are shifted by a predetermined distance,
The server facility super-resolution means is generated by the MRI apparatus of the client facility, the data of the means for generating a plurality of image data having a positional deviation such as the deviation amount data of the imaging position, and the MRI apparatus of the client facility. A super-resolution system for MR images , wherein one super-resolution MR image data for each client is generated based on the plurality of original MR image data.
サーバ設備の超解像化手段は、クライアント設備の機能的MRI装置が生成した原機能的MR画像データに基づき、超解像機能的MR画像データを生成する機能をさらに備える請求項1−4のいずれか1に記載のMR画像データの超解像化システム。 The MRI apparatus of the client facility is a functional MRI apparatus that generates original functional MR image data reflecting the brain activity state,
Super-resolution means of the server equipment is based on the original functional MR image data is functional MRI device of the client equipment to produce, according to claim 1 4, further comprising a function of generating a super-resolution functional MR image data The super-resolution system for MR image data according to any one of the above.
サーバ設備の超解像化手段は、クライアント設備のMRI装置が連続的または断続的に生成した原機能的MR画像データに基づき、連続的または断続的に超解像機能的MR画像データを生成する機能をさらに備える請求項5に記載のMR画像データの超解像化システム。 The MRI apparatus of the client facility further has a function of generating original functional MR image data continuously or intermittently,
The super-resolution unit of the server facility generates super-resolution functional MR image data continuously or intermittently based on the original functional MR image data generated continuously or intermittently by the MRI apparatus of the client facility. The MR image data super-resolution system according to claim 5 , further comprising a function.
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