JP7638626B2 - Information processing device and program - Google Patents
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Description
本明細書及び図面に開示の実施形態は、情報処理装置、学習方法、およびプログラム
に関する。
The embodiments disclosed in this specification and the drawings relate to an information processing device, a learning method, and a program.
近年、医用画像診断の分野において、AI機能(Artificial Intelligence;人工知能)を用いた技術についての研究が進められている。例えば、画像生成から画像診断までの一連の処理を、AI機能により自動化する研究が進められている。 In recent years, research into technology using AI (Artificial Intelligence) has been progressing in the field of medical image diagnosis. For example, research is being conducted into automating the entire process from image generation to image diagnosis using AI functions.
上記のようなAI機能を用いた処理では、画像診断の目的に応じて、画像生成に用いられるネットワークが最適化されることが想定される。例えば、小さな腫瘍を見たい場合には画像生成ネットワークAが最適であり、金属アーチファクトが懸念される場合には画像生成ネットワークBが最適であるというように、診断の目的に応じて最適なネットワークが存在すると考えられる。この場合、目的に応じて最適化された複数の画像生成ネットワークを用いて画像を生成するといったワークフローになると考えられる。しかしながら、複数の画像生成ネットワークを用いて画像を生成する場合、画像生成ネットワークごとに処理が必要となるため、時間を要してしまう。 In processing using AI functions such as those described above, it is assumed that the network used for image generation is optimized according to the purpose of image diagnosis. For example, it is believed that an optimal network exists depending on the purpose of diagnosis, such as image generation network A being optimal when wanting to see a small tumor, and image generation network B being optimal when metal artifacts are a concern. In this case, it is believed that the workflow will be one in which images are generated using multiple image generation networks optimized according to the purpose. However, when generating images using multiple image generation networks, processing is required for each image generation network, which takes time.
本明細書及び図面に開示の実施形態が解決しようとする課題は、目的に応じた情報の生成に要する時間を短縮することである。ただし、本明細書及び図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置づけることもできる。 The problem that the embodiments disclosed in this specification and the drawings attempt to solve is to shorten the time required to generate information according to a purpose. However, the problem that the embodiments disclosed in this specification and the drawings attempt to solve is not limited to the problem described above. Problems corresponding to the effects of each configuration shown in the embodiments described below can also be positioned as other problems.
実施形態の情報処理装置は、取得部と、処理部とを備える。取得部は、入力データを取得する。処理部は、複数の教師データを用いた学習に基づく共通ネットワークと、前記共通ネットワークの後段に位置し且つ前記複数の教師データの各々を用いた個別の学習に基づく複数の個別ネットワークと、を備えるモデルに対して、前記取得部により取得された前記入力データを入力することで、複数の出力データを生成する。 The information processing device of the embodiment includes an acquisition unit and a processing unit. The acquisition unit acquires input data. The processing unit generates multiple output data by inputting the input data acquired by the acquisition unit to a model including a common network based on learning using multiple teacher data, and multiple individual networks located after the common network and based on individual learning using each of the multiple teacher data.
以下、図面を参照しながら、実施形態の情報処理装置、学習方法、およびプログラムについて説明する。 The following describes the information processing device, learning method, and program of the embodiment with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
[医用情報処理装置の構成例]
図1は、第1の実施形態に係る医用情報処理装置1の一構成例を示すブロック図である。医用情報処理装置1は、通信ネットワークNWを介して、1以上の医用画像撮像装置3、1以上の医用データベース5等の外部装置とデータ送受信可能に接続されている。医用画像撮像装置3は、例えば、X線診断装置、MRI(Magnetic Resonance Imaging)装置等の被検体の医用画像を撮像する装置である。医用データベース5は、電子カルテ等の医用情報を記憶する記憶装置である。医用情報処理装置1は、「情報処理装置」の一例である。
First Embodiment
[Example of configuration of medical information processing device]
1 is a block diagram showing an example of a configuration of a medical
通信ネットワークNWは、電気通信技術を利用した情報通信網全般を意味する。通信ネットワークNWは、病院基幹LAN(Local Area Network)等の無線/有線LANやインターネット網のほか、電話通信回線網、光ファイバ通信ネットワーク、ケーブル通信ネットワークおよび衛星通信ネットワーク等を含む。 The communication network NW refers to information and communication networks in general that use electrical communication technology. The communication network NW includes wireless/wired LANs such as hospital backbone LANs (Local Area Networks) and Internet networks, as well as telephone communication line networks, optical fiber communication networks, cable communication networks, and satellite communication networks.
医用情報処理装置1は、例えば、通信インターフェース10と、入力インターフェース20と、ディスプレイ30と、処理回路40と、メモリ50とを備える。通信インターフェース10は、例えば、NIC(Network Interface Card)等の通信インターフェースを含む。通信インターフェース10は、通信ネットワークNWを介して医用画像撮像装置3、医用データベース5等の外部装置と通信する。通信インターフェース10は、医用画像撮像装置3から、医用画像撮像装置3により撮像された画像、該画像の生データ等の医用データを受信する。通信インターフェース10は、医用データベース5から、電子カルテ等の医用データを受信する。通信インターフェース10は、受信した医用データを処理回路40に出力する。通信インターフェース10は、処理回路40の制御下において、通信ネットワークNWを介して接続された他の外部装置と通信を行ってもよい。
The medical
入力インターフェース20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40に出力する。例えば、入力インターフェース20は、マウス、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、タッチパネル等を含む。入力インターフェース20は、例えば、マイク等の音声入力を受け付けるユーザインターフェースであってもよい。入力インターフェース20がタッチパネルである場合、入力インターフェース20は、後述するディスプレイ30の表示機能を兼ね備えるものであってもよい。
The
なお、本明細書において入力インターフェースはマウス、キーボード等の物理的な操作部品を備えるものだけに限られない。例えば、装置とは別体に設けられた外部の入力機器から入力操作に対応する電気信号を受け取り、この電気信号を制御回路へ出力する電気信号の処理回路も入力インターフェースの例に含まれる。 In this specification, the input interface is not limited to an interface equipped with physical operating parts such as a mouse and a keyboard. For example, an example of an input interface also includes an electrical signal processing circuit that receives an electrical signal corresponding to an input operation from an external input device provided separately from the device and outputs this electrical signal to a control circuit.
ディスプレイ30は、各種の情報を表示する。例えば、ディスプレイ30は、処理回路40によって生成された画像や、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)等を表示する。例えば、ディスプレイ30は、LCD(Liquid Crystal Display)や、CRT(Cathode Ray Tube)ディスプレイ、有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイ等である。
The
処理回路40は、例えば、取得機能41と、学習機能43と、処理機能45と、出力制御機能47を備える。処理回路40は、例えば、ハードウェアプロセッサ(コンピュータ)がメモリ50(記憶回路)に記憶されたプログラムを実行することにより、これらの機能を実現するものである。取得機能41は、「取得部」の一例である。学習機能43は、「学習部」の一例である。処理機能45は、「処理部」の一例である。処理回路40において実現される各機能の詳細については後述する。
The
ハードウェアプロセッサとは、例えば、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、特定用途向け集積回路(Application Specific Integrated Circuit; ASIC)、プログラマブル論理デバイス(例えば、単純プログラマブル論理デバイス(Simple Programmable Logic Device; SPLD)または複合プログラマブル論理デバイス(Complex Programmable Logic Device; CPLD)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(Field Programmable Gate Array; FPGA))等の回路(circuitry)を意味する。メモリ50にプログラムを記憶させる代わりに、ハードウェアプロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むように構成しても構わない。この場合、ハードウェアプロセッサは、回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。上記のプログラムは、予めメモリ50に格納されていてもよいし、DVDやCD-ROM等の非一時的記憶媒体に格納されており、非一時的記憶媒体が医用情報処理装置1のドライブ装置(不図示)に装着されることで非一時的記憶媒体からメモリ50にインストールされてもよい。ハードウェアプロセッサは、単一の回路として構成されるものに限らず、複数の独立した回路を組み合わせて1つのハードウェアプロセッサとして構成され、各機能を実現するようにしてもよい。また、複数の構成要素を1つのハードウェアプロセッサに統合して各機能を実現するようにしてもよい。
The hardware processor refers to a circuit such as a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), an Application Specific Integrated Circuit (ASIC), a programmable logic device (e.g., a Simple Programmable Logic Device (SPLD) or a Complex Programmable Logic Device (CPLD), or a Field Programmable Gate Array (FPGA)). Instead of storing the program in the
メモリ50は、例えば、RAM(Random Access Memory)、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク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通信ネットワーク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、メモリ50には、ROM(Read Only Memory)やレジスタなどの非一過性の記憶媒体が含まれてもよい。メモリ50は、例えば、処理回路40の学習機能43により生成された学習済みモデルMを記憶する。その他、メモリ50は、処理回路40が利用するプログラムやパラメータデータやその他のデータを記憶する。
The
[処理回路の構成例]
次に、処理回路40の構成例について説明する。取得機能41は、通信インターフェース10を介して、医用画像撮像装置3等の外部装置から、医用データを取得する。医用データには、例えば、医用画像撮像装置3により撮像された画像、該画像の生データ、電子カルテの文字列情報等の情報が含まれる。取得機能41は、取得した医用データをメモリ50に記憶させてもよい。医用データは、「入力データ」の一例である。
[Example of processing circuit configuration]
Next, a configuration example of the
学習機能43は、教師データに基づく深層学習を行い、学習済みモデルMを生成する。学習済みモデルMは、例えば、医用データが入力されたときに、所定の目的に応じた医用情報を出力する。教師データは、入力データと、出力データとの組を複数含む。入力データとしては、例えば、医用画像撮像装置3により撮像された画像、該画像の生データ、電子カルテの文字列情報等の情報を用いる。出力データとしては、例えば、所定の目的に応じた情報を用いる。
The
所定の目的とは、例えば、診断の目的を意味する。診断の目的とは、例えば、撮像画像を用いて比較的に小さな腫瘍の診断を行うこと、アーチファクトが少ない画像を用いて診断を行うこと、ノイズが少ない画像を用いて診断を行うこと、コントラストが高い画像を用いて診断を行うこと、高解像度の画像を用いて診断を行うこと、がん、肝硬変等の特定の病気の診断を行うこと、頭部、胸部等の体の特定部位の診断を行うこと等である。アーチファクトには、金属アーチファクト、リングアーチファクト、その他、X線装置に起因するアーチファクトが含まれる。 The specified purpose means, for example, the purpose of diagnosis. Examples of diagnostic purposes include diagnosing a relatively small tumor using an image with few artifacts, diagnosing using an image with little noise, diagnosing using an image with high contrast, diagnosing using an image with high resolution, diagnosing a specific disease such as cancer or cirrhosis, diagnosing a specific body part such as the head or chest, etc. Artifacts include metal artifacts, ring artifacts, and other artifacts caused by the X-ray device.
学習済みモデルMにより出力される所定の目的に応じた情報とは、例えば、医用画像撮像装置3により撮像された画像を特定の情報が見えやすくなるように修正した画像、電子カルテの文字列情報に基づいて推定される病気、病変位置を示す情報等である。例えば、診断の目的が、「アーチファクトが少ない画像を用いて診断を行うこと」である場合、学習済みモデルMに画像を入力した結果として得られえる所定の目的に応じた情報は、アーチファクトが低減された画像である。また、例えば、診断の目的が、「がん、肝硬変等の特定の病気の診断を行うこと」である場合、学習済みモデルMに電子カルテや画像を入力した結果として得られえる所定の目的に応じた情報は、「がん」「肝硬変」といった病名を示す情報である。
The information according to the specified purpose output by the trained model M is, for example, an image captured by the
ここで、診断の目的が複数存在する場合には、診断の目的ごとに学習済みモデルを準備する必要がある。図2は、従来技術における学習済みモデルの構成を説明する図である。図2に示すように、例えば、医用データDから、第1の診断の目的(例えば、ノイズが低減された画像を用いた診断)に応じた第1画像D1と、第2の診断の目的(例えば、アーチファクトが低減された画像を用いた診断)に応じた第2画像D2との2パターンの画像を得る場合、第1の診断の目的に対応する学習済みモデルm1と、第2の診断の目的に対応する学習済みモデルm2とを各々準備する必要がある。ここで、例えば、学習済みモデルm1と、学習済みモデルm2との各々が8層のネットワーク構造を有していると仮定すると、第1画像D1と第2画像D2とを得るためには、医用データDを学習済みモデルm1に入力して8層分の演算処理を行い、さらに、医用データDを学習済みモデルm2に入力して8層分の演算処理が行う必要がある。すなわち、合計で16層分の演算処理が必要となる。このように、複数の学習済みモデルを用いる場合、学習済みモデルごとに演算処理が行われるため処理に時間を要してしまう。 Here, when there are multiple diagnostic purposes, it is necessary to prepare a trained model for each diagnostic purpose. FIG. 2 is a diagram explaining the configuration of a trained model in the conventional technology. As shown in FIG. 2, for example, when obtaining two patterns of images from medical data D, a first image D1 corresponding to a first diagnostic purpose (e.g., diagnosis using an image with reduced noise) and a second image D2 corresponding to a second diagnostic purpose (e.g., diagnosis using an image with reduced artifacts), it is necessary to prepare a trained model m1 corresponding to the first diagnostic purpose and a trained model m2 corresponding to the second diagnostic purpose, respectively. Here, for example, assuming that each of the trained model m1 and the trained model m2 has an eight-layer network structure, in order to obtain the first image D1 and the second image D2, it is necessary to input the medical data D into the trained model m1 and perform arithmetic processing for eight layers, and further input the medical data D into the trained model m2 and perform arithmetic processing for eight layers. That is, arithmetic processing for a total of 16 layers is required. In this way, when multiple trained models are used, calculations are performed for each trained model, which takes time.
一方、本実施形態の学習機能43は、学習済みモデルを前段と後段とに分離し、前段を複数の診断の目的で共通する処理に対応するネットワーク(以下、「共通ネットワーク」と呼ぶ)とし、後段を個々の診断の目的に応じた処理に対応するネットワーク(以下、「個別ネットワーク」と呼ぶ)とした学習済みモデルMを生成する。共通ネットワークは、例えば、荒い画像を作成する処理に対応し、個別ネットワークは、例えば、診断の目的別に細分化された画像を作成する処理に対応する。共通ネットワークは、学習済みモデルの入力層側に位置し、複数の個別ネットワークは、学習済みモデルの出力層側に位置する。
On the other hand, the
図3は、第1の実施形態に係る学習済みモデルMの構成の一例を説明する図である。図3に示すように、学習モデルMは、共通ネットワークCNと、複数の個別ネットワークUNとを備える。複数の個別ネットワークUNは、例えば、第1の診断の目的に応じた処理に対応する1以上の層を含む第1個別ネットワークUN1と、第2の診断の目的に応じた処理に対応する1以上の層を含む第2個別ネットワークUN2とを含む。共通ネットワークCNは、例えば、4層のネットワーク構造を有しており、複数の個別ネットワークUNの各々は、例えば、4層のネットワーク構造を有している。 Figure 3 is a diagram illustrating an example of the configuration of the trained model M according to the first embodiment. As shown in Figure 3, the trained model M includes a common network CN and a plurality of individual networks UN. The plurality of individual networks UN include, for example, a first individual network UN1 including one or more layers corresponding to processing according to a first diagnostic purpose, and a second individual network UN2 including one or more layers corresponding to processing according to a second diagnostic purpose. The common network CN has, for example, a four-layer network structure, and each of the plurality of individual networks UN has, for example, a four-layer network structure.
上記のような本実施形態の学習済みモデルMを用いる場合、当該学習済みモデルMに医用データDが入力されることで、共通ネットワークCNを用いて4層分の演算処理が行われ、さらに、第1個別ネットワークUN1を用いて4層分の演算処理が行われて第1画像D1(第1出力データ)が得られ、第2個別ネットワークUN2を用いて4層分の演算処理が行われて第2画像D2(第2出力データ)が得られる。この場合、合計で12層分の演算処理が行われることになる。このため、図2に示すような従来技術における複数の学習済みモデルm1およびm2の各々を用いる場合と比較して、本実施形態の学習済みモデルMを用いた場合、演算に要する時間を短縮することが可能である。なお、共通ネットワークCNおよび個別ネットワークUNの層の数は任意である。 When the trained model M of this embodiment is used as described above, medical data D is input to the trained model M, and arithmetic processing for four layers is performed using the common network CN, and further arithmetic processing for four layers is performed using the first individual network UN1 to obtain a first image D1 (first output data), and arithmetic processing for four layers is performed using the second individual network UN2 to obtain a second image D2 (second output data). In this case, arithmetic processing for a total of 12 layers is performed. Therefore, compared to the case where each of the multiple trained models m1 and m2 in the conventional technology shown in FIG. 2 is used, when the trained model M of this embodiment is used, it is possible to reduce the time required for calculation. The number of layers of the common network CN and the individual network UN is arbitrary.
学習機能43は、教師データが入力されるごとに、入力データをモデルで処理した結果が出力データに近づくようにモデルに含まれるネットワークのパラメータデータを更新していく学習を行う。ネットワークのパラメータデータは、例えば、CNN(Convolution Neural Network)の誤差逆伝播(バックプロパゲーション)等の手法によって調整され、更新される。学習機能43は、パラメータデータの変化割合が閾値以内に収束すると、学習が終了したと判断してもよい。学習機能43は、学習後のパラメータデータに基づいて、例えば、DNN(Deep Neural Network)の形態を有する学習済みモデルMを生成する。
The
学習済みモデルMは、メモリ50に記憶され、運用時にメモリ50から読み出される。学習済みモデルMは、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)などの集積回路によって構築されてもよい。
The trained model M is stored in
処理機能45は、取得機能41により取得された被検体の医用データを学習済みモデルMに入力することで、所定の目的に応じた情報を生成する。すなわち、処理機能45は、複数の教師データを用いた学習に基づく共通ネットワークCNと、該共通ネットワークCNの後段に位置し且つ複数の教師データの各々を用いた個別の学習に基づく複数の個別ネットワークUNと、を備える学習済みモデルMに対して、取得機能41により取得された医用データを入力することで、複数の医用情報を生成する。
The
処理機能45は、例えば、入力インターフェース20を介して入力された操作者の診断の目的の指示に応じて、学習済みモデルMにおいて使用するネットワークを切り替える制御を行う。例えば、第1の診断の目的に応じた画像の取得指示を受け付けた場合、処理機能45は、学習済みモデルMにおいて、共通ネットワークCNと、第1個別ネットワークUN1とを用いるように制御を行う。一方、第2の診断の目的に応じた画像の取得指示を受け付けた場合、処理機能45は、学習済みモデルMにおいて、共通ネットワークCNと、第2個別ネットワークUN2とを用いるように制御を行う。
The
出力制御機能47は、処理機能45により生成された所定の目的に応じた情報を、ディスプレイ30に表示させる。医用情報処理装置1の操作者は、このディスプレイ30に表示された所定の目的に応じた情報を確認し、所望の診断を行うことができる。
The
[運用処理]
以上のように構成された医用情報処理装置1について、運用時における処理を以下に説明する。図4は、第1の実施形態に係る医用情報処理装置1の運用時における処理の一例を示すフローチャートである。以下においては、医用情報処理装置1が、医用データとして医用画像撮像装置3により撮像された画像を取得して処理し、診断の目的に応じた画像を出力する場合を例に挙げて説明する。また、以下においては、第1の診断の目的が、ノイズが低減された画像を用いた診断を行うことである場合を例に挙げて説明する。
[Operational Processing]
The processing during operation of the medical
処理回路40における取得機能41は、通信インターフェース10を介して、医用画像撮像装置3から被検体の撮像画像である医用データDを取得する(ステップS100)。
The
次に、処理機能45は、入力インターフェース20を介して入力された操作者の指示に基づいて、診断目的の設定を行う(ステップS102)。例えば、操作者が入力インターフェース20を操作して第1の診断の目的(ノイズが低減された画像を用いた診断)を入力した場合、処理機能45は、第1の診断を診断目的として設定する。
Next, the
次に、処理機能45は、取得機能41により取得された医用データDを学習済みモデルMに入力することで、診断目的に応じた画像を生成する(ステップS104)。処理機能45は、第1の診断が診断目的として設定されている場合、学習済みモデルMにおいて、共通ネットワークCNと、第1個別ネットワークUN1とを用いるように制御を行う。
Next, the
次に、出力制御機能47は、処理機能45により生成された診断目的に応じた画像を出力する(ステップS106)。例えば、出力制御機能47は、処理機能45により生成された診断目的に応じた画像をディスプレイ30に表示させる。操作者は、このディスプレイ30に表示された診断目的に応じた画像(ノイズが低減された画像)を確認し、所望の診断を行うことができる。以上により、本フローチャートの処理が完了する。
Next, the
[学習処理]
以上のように構成された医用情報処理装置1について、学習時における処理を以下に説明する。図5は、第1の実施形態に係る医用情報処理装置1の学習時における処理の一例を示すフローチャートである。以下においては、医用画像撮像装置3により撮像された画像を入力データとし、該画像に対して診断の目的に応じた修正を加えた画像を出力データとする教師データを学習する場合を例に挙げて説明する。また、以下においては、第1の診断の目的が、ノイズが低減された画像を用いた診断を行うことであり、第2の診断の目的が、アーチファクトが低減された画像を用いた診断を行うことである場合を例に挙げて説明する。
[Learning process]
The process during learning of the medical
教師データとしては、第1の診断の目的に関連する第1の教師データと、第2の診断の目的に関連する第2の教師データとの両方を用いる。第1の教師データは、例えば、入力データとしてのノイズおよびアーチファクトを含む画像である医用データDkと、出力データとしての医用データDkからノイズが除去された画像Atk(kは1以上の整数)との組(k個の組)を含む。第2の教師データは、例えば、入力データとしてのノイズおよびアーチファクトを含む画像であるである医用データDkと、出力データとしての医用データDkからアートファクトが除去された画像Btk(kは1以上の整数)の組(k個の組)を含む。教師データは、外部装置から提供されるものであってもよいし、操作者の操作に基づいて入力インターフェース20を介して提供されるものであってもよい。
As the teacher data, both the first teacher data related to the first diagnostic purpose and the second teacher data related to the second diagnostic purpose are used. The first teacher data includes, for example, a set (k sets) of medical data Dk, which is an image including noise and artifacts as input data, and an image Atk (k is an integer equal to or greater than 1) obtained by removing noise from the medical data Dk as output data. The second teacher data includes, for example, a set (k sets) of medical data Dk, which is an image including noise and artifacts as input data, and an image Btk (k is an integer equal to or greater than 1) obtained by removing artifacts from the medical data Dk as output data. The teacher data may be provided from an external device, or may be provided via the
まず、処理回路40における学習機能43は、第1の教師データに含まれるk個の組のうち、1つの組(k=1,すなわち、医用データD1および画像At1)を抽出し、医用データD1を入力とし、画像At1を出力とした教師データを用いた第1学習を行う(ステップS200)。図6は、第1の実施形態に係る学習機能43の第1学習を説明する図である。例えば、学習機能43は、医用データD1をモデルで処理した結果が、画像At1に近づくようにモデルに含まれるネットワークのパラメータデータを更新していく。ここで、学習機能43は、共通ネットワークCNと、第1個別ネットワークUN1とを含む層P1について、パラメータデータを更新する。なお、学習機能43は、第1の教師データに含まれるk個の組のうちの2以上の組(例えば、k=1およびk=2の2組)を取り出して、2以上の組分の第1学習をまとめて行うようにしてもよい。すなわち、第1学習では、第1の教師データに含まれる少なくとも1つのデータを用いた学習が行われてよい。
First, the
次に、学習機能43は、第2の教師データに含まれるk個の組のうち、1つの組(k=1,すなわち、医用データD1および画像Bt1)を抽出し、医用データD1を入力とし、画像Bt1を出力とした教師データを用いた第2学習を行う(ステップS202)。図7は、第1の実施形態に係る学習機能43の第2学習を説明する図である。例えば、学習機能43は、医用データD1をモデルで処理した結果が、画像Bt1に近づくようにモデルに含まれるネットワークのパラメータデータを更新していく。ここで、学習機能43は、共通ネットワークCNと、第2個別ネットワークUN2とを含む層P2について、パラメータデータを更新する。なお、学習機能43は、第2の教師データに含まれるk個の組のうちの2以上の組(例えば、k=1およびk=2の2組)を取り出して、2以上の組分の第2学習をまとめて行うようにしてもよい。第2学習では、第2の教師データに含まれる少なくとも1つのデータを用いた学習が行われてよい。
Next, the
次に、学習機能43は、kがNに到達したか否かを判定する(ステップS204)。学習機能43は、kがNに到達していないと判定した場合、kの値を1つインクリメントし(ステップS206)、上記のステップS200、S202、およびS204を繰り返し行う。
Next, the
一方、学習機能43は、kがNに到達したと判定した場合、学習処理を終了する。以上により、本フローチャートの処理が完了する。
On the other hand, if the
上記の学習方法では、学習機能43は、第1の診断の目的に応じた第1学習と、第2の診断の目的に応じた第2学習とを交互に行う。すなわち、学習済みモデルMは、第1の教師データに含まれる少なくとも1つのデータを用いた第1学習と、第2の教師データに含まれる少なくとも1つのデータを用いた第2学習とを交互に行うことにより生成される。このように生成された学習済みモデルMは、第1学習および第2学習に基づく共通ネットワークCNと、第1学習に基づく第1個別ネットワークUN1と、第2学習に基づく第2個別ネットワークUN2とを含む。
In the above learning method, the
従来技術では、上記のように第1学習と、第2学習とを交互に繰り返して行うのではなく、第1の教師データを用いた第1学習を完了した後に、第2の教師データを用いた第2学習を行っていた。しかしながら、このような従来技術の学習方法では、共通ネットワークCNは、後に学習を行った第2学習の影響が大きくなり、すなわち、第2の目的であるアーチファクトの低減の効果が大きくなり、第1の目的であるノイズ低減の処理に適さないものとなってしまう。一方、本実施形態の学習機能43は、第1学習と、第2学習とを交互に行うことで、共通ネットワークCNは、両方の目的に適したものとなる。
In the prior art, instead of alternating between the first learning and the second learning as described above, the first learning using the first teacher data is completed, and then the second learning using the second teacher data is performed. However, in such a prior art learning method, the common network CN is heavily influenced by the second learning performed later, i.e., the effect of reducing artifacts, which is the second objective, becomes greater, making it unsuitable for the first objective of noise reduction processing. On the other hand, the
なお、上記の例では、第1学習と第2学習との入力データとして、同一の医用データDkを用いているが、異なる入力データを用いてもよい。上記の例では、第1の教師データに含まれるデータ数と、第2の教師データに含まれるデータ数とが同じである場合を説明したが、データ数は互いに異なっていてもよい。また、教師データとして、画像を用いているが、生データ等の他のデータフォーマットのデータを用いてもよい。 In the above example, the same medical data Dk is used as input data for the first learning and the second learning, but different input data may be used. In the above example, the number of data included in the first training data and the number of data included in the second training data are the same, but the numbers of data may be different. In addition, images are used as training data, but data in other data formats, such as raw data, may be used.
以上、第1の実施形態によれば、処理回路40が、医用データを取得する取得機能41と、複数の教師データを用いた学習に基づく共通ネットワークと、共通ネットワークの後段に位置し且つ複数の教師データの各々を用いた個別の学習に基づく複数の個別ネットワークと、を備えるモデルに対して、取得機能41により取得された医用データを入力することで、複数の医用情報を生成する処理機能45とを備えることにより、目的に応じた情報の生成に要する時間を短縮することができる。
As described above, according to the first embodiment, the
(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態について説明する。第2の実施形態の医用情報処理装置1は、第1の実施形態の学習済みモデルMとは異なる構成を有する学習済みモデルM1を使用する。第1の実施形態における学習済みモデルM1は、共通ネットワークCNと、個別ネットワークUNとを含むものであった。これに対して、第2の実施形態における学習済みモデルM1は、さらに階層化されたネットワーク構造を有する。以下、第1実施形態との相違点を中心に説明し、第1実施形態と共通する点については説明を省略する。なお、第2実施形態の説明において、第1実施形態と同じ部分については同一符号を付して説明する。
Second Embodiment
The second embodiment will be described below. The medical
図8は、第2の実施形態に係る学習済みモデルM1を説明する図である。図8に示すように、学習済みモデルM1は、共通ネットワークCNと、個別ネットワークUNとに加えて、1以上のサブネットワークSNを有する。サブネットワークSNは、例えば、共通ネットワークCNと、個別ネットワークUNとの間に配置される。 Figure 8 is a diagram illustrating a trained model M1 according to the second embodiment. As shown in Figure 8, the trained model M1 has one or more sub-networks SN in addition to a common network CN and an individual network UN. The sub-networks SN are arranged, for example, between the common network CN and the individual network UN.
図8に示す例では、診断の目的に応じて、3つの第1個別ネットワークUN1-1~UN1-3と、2つの第2個別ネットワークUN2-1およびUN2-2とが設けられている。共通ネットワークCNと、第1個別ネットワークUN1-1~UN1-3との間に、第1サブネットワークSN1が配置される。共通ネットワークCNと、第2個別ネットワークUN2-1~UN2-2との間に、第2サブネットワークSN2が配置される。 In the example shown in FIG. 8, three first individual networks UN1-1 to UN1-3 and two second individual networks UN2-1 and UN2-2 are provided depending on the purpose of diagnosis. A first sub-network SN1 is arranged between the common network CN and the first individual networks UN1-1 to UN1-3. A second sub-network SN2 is arranged between the common network CN and the second individual networks UN2-1 to UN2-2.
例えば、第1個別ネットワークUN1-1~UN1-3の出力データに相当する第11画像D1-1~第1画像D1-3と、第2個別ネットワークUN2-1およびUN2-2の出力データに相当する第2画像D2-1およびD2-2との類似度が低い場合、共通ネットワークCNと第1個別ネットワークUN1群との間に第1サブネットワークSN1を配置し、共通ネットワークCNと第2個別ネットワークUN2群との間に第2サブネットワークSN2を配置する。すなわち、診断の目的に応じて生成される画像間の類似度に基づいて、類似度の高い画像を出力する個別ネットワーク同士を所定の個別ネットワーク群としてまとめ、該個別ネットワーク群と、共通ネットワークとの間を結ぶサブネットワークを設ける。 For example, if the similarity between the eleventh image D1-1 to the first image D1-3, which correspond to the output data of the first individual networks UN1-1 to UN1-3, and the second images D2-1 and D2-2, which correspond to the output data of the second individual networks UN2-1 and UN2-2, is low, a first sub-network SN1 is placed between the common network CN and the first individual network UN1 group, and a second sub-network SN2 is placed between the common network CN and the second individual network UN2 group. In other words, based on the similarity between images generated according to the purpose of diagnosis, individual networks that output images with high similarity are grouped together into a predetermined individual network group, and a sub-network is provided that connects the individual network group to the common network.
学習機能43は、学習処理において、上記のようなネットワーク構造を持つ学習済みモデルM1を生成する。そして、処理機能45は、上記のようなネットワーク構造を持つ学習済みモデルM1に対して、医用画像撮像装置3により撮像された画像等の医用データを入力することで、目的に応じた精度の高い情報を得ることができる。
In the learning process, the
以上、第2の実施形態によれば、処理回路40が、医用データを取得する取得機能41と、複数の教師データを用いた学習に基づく共通ネットワークと、共通ネットワークの後段に位置し且つ複数の教師データの各々を用いた個別の学習に基づく複数の個別ネットワークと、を備えるモデルに対して、取得機能41により取得された医用データを入力することで、複数の医用情報を生成する処理機能45とを備えることにより、目的に応じた情報の生成に要する時間を短縮することができる。さらに、学習済みモデルの構成をさらに階層化することで、目的に応じた精度の高い情報を得ることができる。
As described above, according to the second embodiment, the
上記説明した実施形態は、以下のように表現することができる。
プログラムを記憶した記憶装置と、
ハードウェアプロセッサと、を備え、
前記ハードウェアプロセッサは、前記プログラムを実行することにより、入力データを取得し、複数の教師データを用いた学習に基づく共通ネットワークと、前記共通ネットワークの後段に位置し且つ前記複数の教師データの各々を用いた個別の学習に基づく複数の個別ネットワークと、を備えるモデルに対して、取得された前記入力データを入力することで、複数の出力データを生成する、
医用情報処理装置。
The above-described embodiment can be expressed as follows.
A storage device storing a program;
a hardware processor;
The hardware processor executes the program to acquire input data, and generates a plurality of output data by inputting the acquired input data to a model including a common network based on learning using a plurality of teacher data, and a plurality of individual networks located in a subsequent stage of the common network and based on individual learning using each of the plurality of teacher data.
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40が、医用データを取得する取得機能41と、複数の教師データを用いた学習に基づく共通ネットワークと、共通ネットワークの後段に位置し且つ複数の教師データの各々を用いた個別の学習に基づく複数の個別ネットワークと、を備えるモデルに対して、取得機能41により取得された医用データを入力することで、複数の医用情報を生成する処理機能45とを備えることにより、目的に応じた情報の生成に要する時間を短縮することができる。
According to at least one of the embodiments described above, the
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 have been described, these embodiments are presented as examples 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 modifications can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are within the scope of the invention and its equivalents as set forth in the claims, as well as the scope and spirit of the invention.
1 医用情報処理装置
3 医用画像撮像装置
5 医用データベース
10 通信インターフェース
20 入力インターフェース
30 ディスプレイ
40 処理回路
50 メモリ
41 取得機能
43 学習機能
45 処理機能
47 出力制御機能
M,M1 学習済みモデル
REFERENCE SIGNS
Claims (6)
複数の教師データを用いた学習に基づく共通ネットワークと、前記共通ネットワークの後段に位置し且つ前記複数の教師データの各々を用いた個別の学習に基づく複数の個別ネットワークと、を備えるモデルに対して、前記取得部により取得された前記入力データを入力することで、医用画像である複数の出力データを生成する処理部と、
を備え、
前記複数の個別ネットワークは、複数の診断の目的の各々に応じて設けられ、
前記モデルは、前記共通ネットワークと、前記複数の個別ネットワークとの間に位置するサブネットワークをさらに備え、
前記複数の個別ネットワークの各々により生成される画像間の類似度に基づいて、前記複数の個別ネットワーク同士を所定の個別ネットワーク群としてまとめ、該個別ネットワーク群と、前記共通ネットワークとの間を結ぶように、前記サブネットワークが、前記共通ネットワークと、前記複数の個別ネットワークとの間に配置される、
情報処理装置。 an acquisition unit for acquiring input data which is a medical image;
a processing unit that generates a plurality of output data, which are medical images, by inputting the input data acquired by the acquisition unit into a model including a common network based on learning using a plurality of teacher data, and a plurality of individual networks located in a subsequent stage of the common network and based on individual learning using each of the plurality of teacher data;
Equipped with
the plurality of individual networks are provided in accordance with a plurality of diagnostic purposes,
the model further comprising a sub-network located between the common network and the plurality of individual networks;
the plurality of individual networks are grouped together into a predetermined individual network group based on a similarity between images generated by each of the plurality of individual networks, and the sub-network is disposed between the common network and the plurality of individual networks so as to connect the individual network group and the common network ;
Information processing device.
前記モデルは、前記第1の教師データに含まれる少なくとも1つのデータを用いた第1学習と、前記第2の教師データに含まれる少なくとも1つのデータを用いた第2学習とを交互に行うことにより生成される、
請求項1に記載の情報処理装置。 The plurality of teacher data include first teacher data and second teacher data,
The model is generated by alternately performing a first learning process using at least one data included in the first teacher data and a second learning process using at least one data included in the second teacher data.
The information processing device according to claim 1 .
前記処理部は、前記モデルに対して、前記取得部により取得された前記入力データを入力することで、前記第1個別ネットワークから出力される第1出力データと、前記第2個別ネットワークから出力される第2出力データとを生成する、
請求項2に記載の情報処理装置。 the model includes the common network based on the first learning and the second learning, a first individual network based on the first learning, and a second individual network based on the second learning;
the processing unit inputs the input data acquired by the acquisition unit to the model, thereby generating first output data output from the first individual network and second output data output from the second individual network.
The information processing device according to claim 2 .
前記複数の個別ネットワークは、前記モデルの出力層側に位置する、
請求項1から3の何れか一項に記載の情報処理装置。 The common network is located on the input layer side of the model,
The plurality of individual networks are located on the output layer side of the model.
The information processing device according to claim 1 .
請求項1から4の何れか一項に記載の情報処理装置。 A learning unit that learns the plurality of teacher data and generates the model,
The information processing device according to claim 1 .
医用画像である入力データを取得させ、
複数の教師データを用いた学習に基づく共通ネットワークと、前記共通ネットワークの後段に位置し且つ前記複数の教師データの各々を用いた個別の学習に基づく複数の個別ネットワークと、を備えるモデルに対して、取得された前記入力データを入力させることで、医用画像である複数の出力データを生成させる、
プログラムであって、
前記複数の個別ネットワークは、複数の診断の目的の各々に応じて設けられ、
前記モデルは、前記共通ネットワークと、前記複数の個別ネットワークとの間に位置するサブネットワークをさらに備え、
前記複数の個別ネットワークの各々により生成される画像間の類似度に基づいて、前記複数の個別ネットワーク同士を所定の個別ネットワーク群としてまとめ、該個別ネットワーク群と、前記共通ネットワークとの間を結ぶように、前記サブネットワークが、前記共通ネットワークと、前記複数の個別ネットワークとの間に配置される、
プログラム。 On the computer,
Obtaining input data which is a medical image;
a model including a common network based on learning using a plurality of pieces of teacher data, and a plurality of individual networks located in a subsequent stage of the common network and based on individual learning using each of the plurality of pieces of teacher data, and inputting the acquired input data into the model to generate a plurality of output data, which are medical images;
A program,
the plurality of individual networks are provided in accordance with a plurality of diagnostic purposes,
the model further comprising a sub-network located between the common network and the plurality of individual networks;
the plurality of individual networks are grouped together into a predetermined individual network group based on a similarity between images generated by each of the plurality of individual networks, and the sub-network is disposed between the common network and the plurality of individual networks so as to connect the individual network group and the common network ;
program.
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