JP7745558B2 - Computer program, information processing method, and information processing device - Google Patents
Computer program, information processing method, and information processing deviceInfo
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Description
本発明は、コンピュータプログラム、情報処理方法及び情報処理装置に関する。 The present invention relates to a computer program, an information processing method, and an information processing device.
特許文献1には、超音波診断装置の術者をガイドする方法に関するガイダンスプランを作成し、特定の解剖学的像を含む被験体のエコー画像が取り込まれるように術者をガイドする超音波ガイダンス装置が開示されている。 Patent document 1 discloses an ultrasound guidance device that creates a guidance plan regarding a method for guiding an operator of an ultrasound diagnostic device, and guides the operator so that an echo image of a subject containing a specific anatomical image is captured.
しかしながら、特許文献1の超音波ガイダンス装置は、ガイダンスプランに基づいて超音波診断装置の操作をガイドするのみであり、操作ガイドに従っても所定疾患の診断に適した画像が得られるかどうかは術者のスキルに依存する。また得られた画像の中から所定疾患の診断に適した一定量の画像を選択することができないと、確度の高い診断を行えないという問題がある。However, the ultrasound guidance device in Patent Document 1 only guides the operation of an ultrasound diagnostic device based on a guidance plan, and even if the operator follows the operation guide, whether images suitable for diagnosing a specific disease are obtained depends on the operator's skill. Furthermore, if a certain number of images suitable for diagnosing a specific disease cannot be selected from the obtained images, there is a problem in that a highly accurate diagnosis cannot be made.
本発明の目的は、被検体の器官を走査する走査プローブによって得られる一連の複数の画像のなかから、所定疾患の診断に適した画像を選択して収集することができ、当該画像の収集量を出力することができるコンピュータプログラム、情報処理方法及び情報処理装置を提供することにある。 The object of the present invention is to provide a computer program, information processing method, and information processing device that can select and collect images suitable for diagnosing a specific disease from a series of multiple images obtained by a scanning probe scanning a subject's organs, and output the amount of collected images.
本態様に係るコンピュータプログラムは、被検体の器官を走査する走査プローブから得られる信号に基づいて一連の複数の画像を生成し、生成された前記複数の画像が所定疾患の診断に適した画像であるか否かを判定し、前記所定疾患の診断に適した前記画像を記憶し、前記所定疾患の診断に適した前記画像の収集量を出力する処理をコンピュータに実行させる。 The computer program of this embodiment causes a computer to perform the following processes: generate a series of images based on signals obtained from a scanning probe scanning an organ of a subject; determine whether the generated images are suitable for diagnosing a specified disease; store the images suitable for diagnosing the specified disease; and output a collection of the images suitable for diagnosing the specified disease.
本態様に係る情報処理方法は、被検体の器官を走査する走査プローブから得られる信号に基づいて一連の複数の画像を生成し、生成された前記複数の画像が所定疾患の診断に適した画像であるか否かを判定し、前記所定疾患の診断に適した前記画像を記憶し、前記所定疾患の診断に適した前記画像の収集量を出力する。 The information processing method of this aspect generates a series of images based on signals obtained from a scanning probe scanning an organ of a subject, determines whether the generated images are suitable for diagnosing a specified disease, stores the images suitable for diagnosing the specified disease, and outputs a collection of the images suitable for diagnosing the specified disease.
本態様に係る情報処理装置は、被検体の器官を走査する走査プローブから得られる信号に基づいて一連の複数の画像を生成する生成部と、該生成部によって生成された前記複数の画像が所定疾患の診断に適した画像であるか否かを判定する判定部と、該判定部によって前記所定疾患の診断に適していると判定された前記画像を記憶する記憶部と、前記所定疾患の診断に適した前記画像の収集量を出力する出力部とを備える。 The information processing device of this aspect includes a generation unit that generates a series of multiple images based on signals obtained from a scanning probe that scans the organs of a subject, a determination unit that determines whether the multiple images generated by the generation unit are suitable for diagnosing a specified disease, a memory unit that stores the images that the determination unit determines to be suitable for diagnosing the specified disease, and an output unit that outputs the collected amount of images suitable for diagnosing the specified disease.
上記によれば、被検体の器官を走査する走査プローブによって得られる一連の複数の画像のなかから、所定疾患の診断に適した画像を選択して収集することができ、当該画像の収集量を出力することができるコンピュータプログラム、情報処理方法及び情報処理装置を提供することができる。 In accordance with the above, it is possible to provide a computer program, information processing method, and information processing device that can select and collect images suitable for diagnosing a specific disease from a series of multiple images obtained by a scanning probe scanning a subject's organs, and output the amount of collected images.
本発明の実施形態に係るコンピュータプログラム、情報処理方法及び情報処理装置の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。また、以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。 Specific examples of a computer program, information processing method, and information processing device according to embodiments of the present invention are described below with reference to the drawings. The present invention is not limited to these examples, but is defined by the claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims. Furthermore, at least some of the embodiments described below may be combined in any manner.
図1は、実施形態1に係る超音波診断装置の構成例を説明する模式図である。実施形態1に係る超音波診断装置は、情報処理装置1と、超音波プローブ2とを備える。情報処理装置1及び超音波プローブ2は無線接続されており、各種信号を送受信することができる。なお、有線ケーブルで超音波プローブ2を情報処理装置1に接続するように構成してもよい。 Figure 1 is a schematic diagram illustrating an example configuration of an ultrasound diagnostic device according to embodiment 1. The ultrasound diagnostic device according to embodiment 1 includes an information processing device 1 and an ultrasound probe 2. The information processing device 1 and the ultrasound probe 2 are wirelessly connected, and can transmit and receive various signals. The ultrasound probe 2 may also be configured to be connected to the information processing device 1 via a wired cable.
超音波プローブ2は、被検体の器官を超音波で走査する装置であり、超音波走査は情報処理装置1によって制御される。超音波プローブ2は、例えば、複数の圧電素子、音響整合層及び音響レンズ等を備える。圧電素子は、情報処理装置1から出力される駆動信号に従い超音波を発生させる。圧電素子で発生した超音波は、音響整合層及び音響レンズを介して超音波プローブ2から被検体の生体へ送信される。音響整合層は、圧電素子と、被検体との間の音響インピーダンスを整合させるための部材である。音響レンズは、圧電素子から広がる超音波を収束させて被検体へ送信するための素子である。超音波プローブ2から被検体へ送信された超音波は、被検体の器官における音響インピーダンスの不連続面で反射され、複数の圧電素子にて受信される。反射波の振幅は、反射面における音響インピーダンスの差に依存する。反射波の到達時間は、当該反射面の深さに依存する。圧電素子は、反射された超音波の振動圧力を電気信号に変換する。以下、当該電気信号をエコー信号と呼ぶ。超音波プローブ2はエコー信号を情報処理装置1へ出力する。The ultrasound probe 2 is a device that scans the subject's organs with ultrasound, and ultrasound scanning is controlled by the information processing device 1. The ultrasound probe 2 includes, for example, multiple piezoelectric elements, an acoustic matching layer, and an acoustic lens. The piezoelectric elements generate ultrasound waves in accordance with a drive signal output from the information processing device 1. The ultrasound waves generated by the piezoelectric elements are transmitted from the ultrasound probe 2 to the subject's living body via the acoustic matching layer and acoustic lens. The acoustic matching layer is a component that matches the acoustic impedance between the piezoelectric elements and the subject. The acoustic lens is an element that focuses the ultrasound waves propagating from the piezoelectric elements and transmits them to the subject. The ultrasound waves transmitted from the ultrasound probe 2 to the subject are reflected by discontinuous surfaces in the subject's organs where acoustic impedance is discontinuous and received by multiple piezoelectric elements. The amplitude of the reflected wave depends on the difference in acoustic impedance at the reflecting surface. The arrival time of the reflected wave depends on the depth of the reflecting surface. The piezoelectric elements convert the vibration pressure of the reflected ultrasound waves into an electrical signal. Hereinafter, this electrical signal will be referred to as an echo signal. The ultrasound probe 2 outputs the echo signal to the information processing device 1.
図2は、実施形態1に係る情報処理装置1の構成例を示すブロック図である。情報処理装置1は、制御部11、メモリ12、記憶部13、操作部14、表示部15及び通信部16を備えたコンピュータである。なお、情報処理装置1は複数のコンピュータからなるマルチコンピュータであってもよく、ソフトウェアによって仮想的に構築された仮想マシンであってもよい。 Figure 2 is a block diagram showing an example configuration of an information processing device 1 according to embodiment 1. The information processing device 1 is a computer equipped with a control unit 11, memory 12, storage unit 13, operation unit 14, display unit 15, and communication unit 16. Note that the information processing device 1 may be a multi-computer consisting of multiple computers, or may be a virtual machine virtually constructed by software.
制御部11は、一又は複数のCPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro-Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、GPGPU(General-purpose computing on graphics processing units)、TPU(Tensor Processing Unit)等の演算処理装置である。制御部11は、記憶部13に記憶されたコンピュータプログラム131を読み出して実行することにより、超音波プローブ2による超音波走査を制御し、超音波プローブ2から得られる信号に基づいて一連の複数のエコー画像をリアルタイムで順次生成し、生成された複数のエコー画像が所定肺疾患(所定疾患)の診断に適した画像であるか否かを判定し、エコー画像の生成処理と並行して、所定肺疾患の診断に適したエコー画像の収集量及び目標収集量をリアルタイムで表示し、目標収集量以上のエコー画像が収集された場合、当該エコー画像に基づいて所定肺疾患を診断するための指標を算出して表示する等の各種処理を実行する。The control unit 11 is a computing device such as one or more central processing units (CPUs), microprocessing units (MPUs), graphics processing units (GPUs), general-purpose computing on graphics processing units (GPGPUs), or tensor processing units (TPUs). By reading and executing a computer program 131 stored in the storage unit 13, the control unit 11 controls ultrasound scanning by the ultrasound probe 2, sequentially generates a series of multiple echo images in real time based on signals obtained from the ultrasound probe 2, determines whether the generated multiple echo images are suitable for diagnosing a predetermined lung disease (predetermined disease), displays the collection volume and target collection volume of echo images suitable for diagnosing the predetermined lung disease in real time in parallel with the echo image generation process, and, if more echo images than the target collection volume have been collected, calculates and displays an index for diagnosing the predetermined lung disease based on the echo images.
通信部16は、無線通信処理を行うための処理回路、通信回路等を含み、超音波プローブ2との間で各種信号の送受信を行う。具体的には、通信部16は制御部11の制御に従って、駆動信号を超音波プローブ2へ送信することによって、超音波を発生させる。そして、通信部16は、超音波プローブ2から出力されたエコー信号を受信する。The communication unit 16 includes a processing circuit, a communication circuit, etc. for wireless communication processing, and transmits and receives various signals to and from the ultrasound probe 2. Specifically, the communication unit 16 generates ultrasound waves by transmitting a drive signal to the ultrasound probe 2 in accordance with the control of the control unit 11. The communication unit 16 then receives the echo signals output from the ultrasound probe 2.
メモリ12は、例えばDRAM(Dynamic RAM)、SRAM(Static RAM)等の揮発性メモリであり、制御部11の演算処理を実行する際に記憶部13から読み出されたコンピュータプログラム131、又は制御部11の演算処理によって生ずる各種データを一時記憶する。 Memory 12 is a volatile memory such as DRAM (Dynamic RAM) or SRAM (Static RAM), and temporarily stores computer program 131 read from storage unit 13 when executing the calculation processing of control unit 11, or various data generated by the calculation processing of control unit 11.
記憶部13は、ハードディスク、EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM)、フラッシュメモリ等の記憶装置である。記憶部13は、制御部11が、エコー画像の収集及び所定肺疾患の診断処理に必要なコンピュータプログラム131及び適切度学習モデル17を記憶している。The memory unit 13 is a storage device such as a hard disk, an EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM), or a flash memory. The memory unit 13 stores a computer program 131 and an appropriateness learning model 17 required by the control unit 11 to collect echo images and perform diagnostic processing for specified lung diseases.
コンピュータプログラム131は、コンピュータを本実施形態1に係る情報処理装置1として機能させるためのプログラムである。コンピュータプログラム131は、エコー画像の収集及び所定肺疾患の診断処理といった本実施形態1に係る情報処理方法をコンピュータに実行させる。 The computer program 131 is a program for causing a computer to function as the information processing device 1 according to this embodiment 1. The computer program 131 causes the computer to execute the information processing method according to this embodiment 1, such as collecting echo images and diagnosing a specified lung disease.
なお、コンピュータプログラム131は、記録媒体10にコンピュータ読み取り可能に記録されている態様でも良い。記憶部13は、図示しない読出装置によって記録媒体10から読み出されたコンピュータプログラム131を記憶する。記録媒体10はフラッシュメモリ等の半導体メモリ、光ディスク、磁気ディスク、磁気光ディスク等である。また、通信網に接続されている図示しない外部サーバから本実施形態に係るコンピュータプログラム131をダウンロードし、記憶部13に記憶させる態様であってもよい。 The computer program 131 may be recorded on the recording medium 10 in a computer-readable manner. The storage unit 13 stores the computer program 131 read from the recording medium 10 by a reading device (not shown). The recording medium 10 is a semiconductor memory such as a flash memory, an optical disk, a magnetic disk, a magneto-optical disk, etc. Alternatively, the computer program 131 according to this embodiment may be downloaded from an external server (not shown) connected to a communications network and stored in the storage unit 13.
操作部14は、超音波診断装置を利用する術者の操作を受け付ける入力装置である。術者は、例えば医師、検査技師、看護師等の医療関係者等である。入力装置は、例えばタッチパネル等のポインティングデバイス、キーボードである。 The operation unit 14 is an input device that accepts operations by the operator using the ultrasound diagnostic device. The operator may be, for example, a medical professional such as a doctor, laboratory technician, or nurse. The input device may be, for example, a pointing device such as a touch panel, or a keyboard.
表示部15は、エコー画像、エコー画像収集度、肺うっ血度等の情報を出力する出力装置である。出力装置は、例えば液晶ディスプレイ又はELディスプレイである。 The display unit 15 is an output device that outputs information such as echo images, echo image collection levels, and pulmonary congestion levels. The output device is, for example, an LCD display or an EL display.
図3は、実施形態1に係る情報処理装置1の構成例を示す機能ブロック図である。情報処理装置1の制御部11は、記憶部13に記憶されたコンピュータプログラム131を読み出して実行することにより、プローブ制御部11a、画像生成部11b、肺診断適切度判定部11c、肺診断画像記憶部11d、肺診断画像収集度表示処理部11e、肺うっ血度算出部11f、肺うっ血度表示処理部11gとして機能する。 Figure 3 is a functional block diagram showing an example configuration of an information processing device 1 according to embodiment 1. The control unit 11 of the information processing device 1 reads and executes a computer program 131 stored in the memory unit 13, thereby functioning as a probe control unit 11a, an image generation unit 11b, a pulmonary diagnosis adequacy determination unit 11c, a pulmonary diagnostic image memory unit 11d, a pulmonary diagnostic image collection level display processing unit 11e, a pulmonary congestion level calculation unit 11f, and a pulmonary congestion level display processing unit 11g.
プローブ制御部11aは、超音波プローブ2による超音波走査の処理を制御する。具体的には駆動信号を超音波プローブ2から出力することによって超音波を発生させ、超音波プローブ2から出力されるエコー信号を受信する。The probe control unit 11a controls the ultrasonic scanning process performed by the ultrasonic probe 2. Specifically, it generates ultrasonic waves by outputting a drive signal from the ultrasonic probe 2 and receives echo signals output from the ultrasonic probe 2.
画像生成部11bは、通信部16が受信したエコー信号に基づいて、エコー画像を生成する処理を実行する。画像生成部11bは、通信部16がエコー信号を受信する都度、リアルタイムで一連のエコー画像を生成する。エコー画像は、例えば反射波の強度を輝度で表したBモード画像であり、器官の2次元断層像が再現される。なお、エコー画像の種類は特に限定されるものではない。 The image generation unit 11b executes a process to generate echo images based on the echo signals received by the communication unit 16. The image generation unit 11b generates a series of echo images in real time each time the communication unit 16 receives an echo signal. The echo images are, for example, B-mode images in which the intensity of the reflected waves is represented by brightness, and reproduce two-dimensional tomographic images of organs. Note that the type of echo image is not particularly limited.
肺診断適切度判定部11cは、生成されたエコー画像が、所定肺疾患、例えば肺うっ血の診断に適した画像であるか否かを判定する処理を実行する。以下、所定肺疾患は肺うっ血であるものとして説明する。The lung diagnosis appropriateness determination unit 11c performs processing to determine whether the generated echo image is suitable for diagnosing a predetermined lung disease, such as pulmonary congestion. In the following description, the predetermined lung disease is assumed to be pulmonary congestion.
肺診断画像記憶部11dは、肺うっ血の診断に適した画像であると判定されたエコー画像を記憶する処理を実行する。 The pulmonary diagnostic image storage unit 11d performs a process to store echo images that are determined to be suitable for diagnosing pulmonary congestion.
肺診断画像収集度表示処理部11eは、肺うっ血の診断に適したエコー画像の収集度と、肺うっ血度を算出するために必要な目標収集量とを表示部15に表示する処理を実行する。肺診断画像収集度表示処理部11eは、リアルタイムでエコー画像の収集量を計算し、表示部15に表示する。 The pulmonary diagnostic image collection level display processing unit 11e executes processing to display on the display unit 15 the collection level of echo images suitable for diagnosing pulmonary congestion and the target collection volume required to calculate the pulmonary congestion level. The pulmonary diagnostic image collection level display processing unit 11e calculates the collection volume of echo images in real time and displays it on the display unit 15.
肺うっ血度算出部11fは、目標収集量以上のエコー画像が収集された場合、当該エコー画像に基づいて、肺うっ血度を算出する処理を実行する。 When more than the target collection volume of echo images are collected, the pulmonary congestion calculation unit 11f performs a process to calculate the pulmonary congestion level based on the echo images.
肺うっ血度表示処理部11gは、肺うっ血度算出部11fによって算出された肺うっ血度を表示部15に表示する処理を実行する。 The pulmonary congestion level display processing unit 11g performs processing to display the pulmonary congestion level calculated by the pulmonary congestion level calculation unit 11f on the display unit 15.
図4は、実施形態1に係る適切度学習モデル17の構成例を示すブロック図である。適切度学習モデル17は、複数の個別学習モデル171と、統合学習モデル172とを備える。複数の個別学習モデル171には、それぞれ複数のエコー画像が入力される。各個別学習モデル171は、入力されたエコー画像の特徴量を抽出し、抽出された特徴量を統合学習モデル172へ出力する学習モデルである。統合学習モデル172は、複数の個別学習モデル171から出力されたエコー画像の特徴量が入力される。統合学習モデル172は、複数のエコー画像の特徴量が入力された場合、当該複数のエコー画像が肺うっ血の診断に適したエコー画像であるか否かの程度を示す画像適切度を出力する学習モデルである。 Figure 4 is a block diagram showing an example configuration of the appropriateness learning model 17 according to embodiment 1. The appropriateness learning model 17 comprises a plurality of individual learning models 171 and an integrated learning model 172. A plurality of echo images are input to each of the plurality of individual learning models 171. Each individual learning model 171 is a learning model that extracts features of the input echo images and outputs the extracted features to the integrated learning model 172. The integrated learning model 172 receives as input the features of the echo images output from the plurality of individual learning models 171. The integrated learning model 172 is a learning model that, when the features of a plurality of echo images are input, outputs an image appropriateness indicating the degree to which the plurality of echo images are appropriate for diagnosing pulmonary congestion.
図5は、個別学習モデル171の構成例を示すブロック図である。個別学習モデル171は、教師データを用いた機械学習、オートエンコーダを用いた教師なし学習により、エコー画像から、肺うっ血の診断に関連する特徴量を抽出して出力するように学習された学習済のモデルである。個別学習モデル171は、入力値に対して所定の演算を行い、演算結果を出力するものであり、記憶部13にはこの演算を規定する関数の係数及び閾値等のデータが個別学習モデル171として記憶される。個別学習モデル171として記憶されたデータを読み込むことによって、制御部11は、エコー画像の特徴を抽出するための演算処理を実行することが可能になる。
本実施形態1において個別学習モデル171の学習処理は、学習用のコンピュータが行う。なお、学習された個別学習モデル171に係るデータは、コンピュータプログラム131と同様に、通信ネットワークを介した配信の態様で提供されてもよく、記録媒体10に記録された態様で提供されてもよい。
FIG. 5 is a block diagram showing an example configuration of the individualized learning model 171. The individualized learning model 171 is a trained model that has been trained to extract and output feature quantities related to the diagnosis of pulmonary congestion from an echo image through machine learning using teacher data and unsupervised learning using an autoencoder. The individualized learning model 171 performs a predetermined calculation on input values and outputs the calculation results, and the memory unit 13 stores data such as coefficients and thresholds of functions that define this calculation as the individualized learning model 171. By reading the data stored as the individualized learning model 171, the control unit 11 can execute calculation processing to extract features of the echo image.
In the present embodiment 1, the learning process of the individual learning model 171 is performed by a learning computer. Note that, like the computer program 131, data related to the learned individual learning model 171 may be provided in the form of distribution via a communication network or recorded on a recording medium 10.
本実施形態1において個別学習モデル171は、例えば、エコー画像が入力される入力層171aと、エコー画像の特徴量を抽出する中間層171bとを有するニューラルネットワークである。個別学習モデル171は、例えばオートエンコーダを用いて構成される。オートエンコーダは、図5に示すように、エコー画像が入力される入力層171aと、入力画像を次元圧縮して特徴量を抽出する第1の中間層171bと、抽出された特徴量からエコー画像を復元する第2の中間層171cと、復元されたエコー画像を出力する出力層171dとを備える。なお、第1の中間層171b及び第2の中間層171cはコンボリューション層及びデコンボリューション層とも呼ばれる。個別学習モデル171は、当該エンコーダのエコー画像が入力される入力層171aと、入力画像を次元圧縮して特徴量を抽出する中間層171bとで構成される。図5中、破線で描かれている第2の中間層171c及び出力層171dは、個別学習モデル171の必須の構成ではないことを示している。なお、エコー画像の特徴量を抽出して後段の統合学習モデル172に与えることができるように構成すれば、個別学習モデル171の構成は特に限定されるものでは無く、上記オートエンコーダをそのまま個別学習モデル171として構成してもよい。
以下、オートエンコーダの入力層171a及び第1の中間層171bを用いて個別学習モデル171を構成する例を説明する。
In the first embodiment, the individualized learning model 171 is, for example, a neural network having an input layer 171a to which an echo image is input and an intermediate layer 171b that extracts features of the echo image. The individualized learning model 171 is configured using, for example, an autoencoder. As shown in FIG. 5 , the autoencoder includes an input layer 171a to which an echo image is input, a first intermediate layer 171b that dimensionally compresses the input image to extract features, a second intermediate layer 171c that restores the echo image from the extracted features, and an output layer 171d that outputs the restored echo image. The first intermediate layer 171b and the second intermediate layer 171c are also referred to as a convolution layer and a deconvolution layer. The individualized learning model 171 is configured with an input layer 171a to which an echo image of the encoder is input and an intermediate layer 171b that dimensionally compresses the input image to extract features. 5, the second intermediate layer 171c and output layer 171d, which are drawn with dashed lines, are not essential components of the individual learning model 171. Note that the configuration of the individual learning model 171 is not particularly limited as long as it is configured so that feature amounts of the echo image can be extracted and provided to the subsequent integrated learning model 172, and the above autoencoder may be configured as the individual learning model 171 as is.
Below, an example of constructing an individualized learning model 171 using the input layer 171a and first hidden layer 171b of an autoencoder will be described.
ニューラルネットワークの入力層171aは、エコー画像の各画素の画素値が入力される複数のニューロンを有し、入力された各データを中間層171bに受け渡す。 The input layer 171a of the neural network has multiple neurons to which the pixel values of each pixel in the echo image are input, and passes each input data to the intermediate layer 171b.
第1の中間層171bは、複数のニューロンからなる層を複数有する。中間層171bは、画像データを次元圧縮する層である。例えば、中間層171bは、畳み込み処理を行うことにより、エコー画像の次元圧縮を行う。次元圧縮により、各層は入力されたデータから、正常肺のエコー画像の特徴量、異常肺のエコー画像の特徴量を抽出しながら前段から後段の層へ順々に受け渡す。第1の中間層171bの最終層は、エコー画像から抽出された特徴量を出力する。特徴量は、直ちにその意味を解釈できるものでは無いが、正常肺及び異常肺に現れる画像の特徴として実像の有無、Aライン31、Bライン33、すりガラス状陰影34、バットサイン32等の特徴が関連しているものと考えられる。 The first intermediate layer 171b has multiple layers consisting of multiple neurons. The intermediate layer 171b is a layer that compresses the dimensionality of image data. For example, the intermediate layer 171b compresses the dimensionality of echo images by performing convolution processing. Through dimensional compression, each layer extracts features of the echo image of normal lungs and features of the echo image of abnormal lungs from the input data and passes them on sequentially from the previous layer to the subsequent layer. The final layer of the first intermediate layer 171b outputs the features extracted from the echo images. Although the meaning of the features cannot be immediately interpreted, it is thought that image features that appear in normal and abnormal lungs, such as the presence or absence of a real image, A-lines 31, B-lines 33, ground-glass opacity 34, and bat sign 32, are related.
個別学習モデル171の学習方法について説明する。まず、学習前のオートエンコーダを用意する。オートエンコーダは、入力層171aと、第1の中間層171bと、第2の中間層171cと、出力層171dとを備える。
コンピュータは、複数の正常肺のエコー画像、複数の異常肺のエコー画像を収集する。つまり、所定肺疾患の診断に適した複数のエコー画像を収集する。次いで、コンピュータは、収集したエコー画像を用いて、入力層171aに入力されたエコー画像と、出力層171dから出力される画像とが同じになるように、学習前のオートエンコーダを機械学習又は深層学習させる。
具体的には、コンピュータは、学習用データである複数のエコー画像を学習前のオートエンコーダに入力し、第1の中間層171b及び第2の中間層171cでの演算処理を経て、出力層171dから出力される画像を取得する。そして、コンピュータは、出力層171dから出力された画像と、入力されたエコー画像と比較し、出力層171dから出力される画像が、入力されたエコー画像に近づくように、中間層171b、171cでの演算処理に用いるパラメータを最適化する。当該パラメータは、例えばニューロン間の重み(結合係数)などである。パラメータの最適化の方法は特に限定されないが、例えばコンピュータは最急降下法等を用いて各種パラメータの最適化を行う。そして、学習済みのオートエンコーダから入力層171a及び第1の中間層171bを抽出することによって、個別学習モデル171を生成する。
The following describes a learning method for the individual learning model 171. First, an autoencoder before learning is prepared. The autoencoder includes an input layer 171a, a first hidden layer 171b, a second hidden layer 171c, and an output layer 171d.
The computer collects multiple echo images of normal lungs and multiple echo images of abnormal lungs. That is, it collects multiple echo images suitable for diagnosing a predetermined lung disease. Next, the computer uses the collected echo images to perform machine learning or deep learning on the pre-trained autoencoder so that the echo images input to the input layer 171a and the images output from the output layer 171d are the same.
Specifically, the computer inputs multiple echo images, which serve as training data, into the pre-trained autoencoder, and obtains an image output from the output layer 171d after arithmetic processing in the first and second intermediate layers 171b and 171c. The computer then compares the image output from the output layer 171d with the input echo image and optimizes parameters used in the arithmetic processing in the intermediate layers 171b and 171c so that the image output from the output layer 171d approaches the input echo image. These parameters include, for example, weights (coupling coefficients) between neurons. While the parameter optimization method is not particularly limited, the computer may optimize various parameters using, for example, the steepest descent method. The input layer 171a and the first intermediate layer 171b are then extracted from the trained autoencoder to generate the individualized training model 171.
なお、上記では教師あり学習を例示したが、CNN(Convolutional Neural Network)を用いた教師あり学習により、個別学習モデル171を生成してもよい。また、個別学習モデル171がニューラルネットワークである例を説明したが、SVM(Support Vector Machine)、ベイジアンネットワーク、又は、回帰木等の構成のモデルであってもよい。 Note that while supervised learning has been exemplified above, the individual learning model 171 may also be generated by supervised learning using a CNN (Convolutional Neural Network). Also, while an example has been described in which the individual learning model 171 is a neural network, it may also be a model configured as an SVM (Support Vector Machine), a Bayesian network, a regression tree, or the like.
図6は、肺診断に適した正常肺のエコー画像の一例を示す模式図である。正常肺の適切なエコー画像には、鮮明なAライン31が含まれる。Aライン31は胸膜と超音波プローブ2との間で起こる多重反射による像である。また、矢状断面での正常肺の適切なエコー画像には、バットサイン32と呼ばれる像が含まれる。バットサイン32は、肋骨によって超音波が反射されて得られる湾曲凸状の像である。これらのAライン31、バットサイン32は、所定肺疾患の診断(正常肺であるとの診断)に適したエコー画像に含まれる特徴である。 Figure 6 is a schematic diagram showing an example of an echo image of a normal lung suitable for lung diagnosis. An appropriate echo image of a normal lung includes a clear A-line 31. The A-line 31 is an image caused by multiple reflections occurring between the pleura and the ultrasound probe 2. An appropriate echo image of a normal lung in a sagittal plane also includes an image known as the Batt sign 32. The Batt sign 32 is a curved, convex image obtained when ultrasound is reflected by the ribs. These A-line 31 and Batt sign 32 are features contained in an echo image suitable for diagnosing a specific lung disease (diagnosing the lungs as normal).
図7A~図7Cは、肺診断に適した異常肺のエコー画像及び不適なエコー画像の一例を示す模式図である。図7Aは、Bライン33がみられる異常肺のエコー画像の模式図、図7Bは、すりガラス状陰影34がみられる異常肺のエコー画像の模式図である。図7Cは、実像が無いエコー画像であり、所定肺疾患の診断に不適なエコー画像である。Bライン33は、小葉間隔壁の肥厚や肺胞内に液体が貯留することで生ずる像である。すりガラス状陰影34は、肺炎等の異常肺において生ずる像である。これらの、Bライン33及びすりガラス状陰影34は、所定肺疾患の診断に適したエコー画像に含まれる特徴である。 Figures 7A to 7C are schematic diagrams showing examples of echo images of abnormal lungs suitable for lung diagnosis and unsuitable echo images. Figure 7A is a schematic diagram of an echo image of abnormal lungs in which B-lines 33 are visible, and Figure 7B is a schematic diagram of an echo image of abnormal lungs in which ground-glass opacities 34 are visible. Figure 7C is an echo image without a solid image, and is unsuitable for diagnosing a specific lung disease. B-lines 33 are images caused by thickening of the interlobular septa and accumulation of fluid in the alveoli. Ground-glass opacities 34 are images caused by abnormal lungs such as pneumonia. These B-lines 33 and ground-glass opacities 34 are features contained in echo images suitable for diagnosing a specific lung disease.
図8は、統合学習モデル172の構成例を示すブロック図である。統合学習モデル172は、教師データを用いた機械学習、クラスタリング等の教師なし学習により、複数のエコー画像の特徴量から、当該複数のエコー画像が所定肺疾患の診断に適した画像であるか否かの程度を示す画像適切度を出力するように学習された学習済のモデルである。統合学習モデル172は、入力値に対して所定の演算を行い、演算結果を出力するものであり、記憶部13にはこの演算を規定する関数の係数及び閾値等のデータが統合学習モデル172として記憶される。統合学習モデル172として記憶されたデータを読み込むことによって、制御部11は、エコー画像の特徴量から、エコー画像の適宜を判定するための演算処理を実行することが可能になる。
本実施形態1において統合学習モデル172の学習処理は、学習用のコンピュータが行う。学習された統合学習モデル172に係るデータは、コンピュータプログラム131と同様に、通信ネットワークを介した配信の態様で提供されてもよく、記録媒体10に記録された態様で提供されてもよい。
FIG. 8 is a block diagram showing an example configuration of the integrated learning model 172. The integrated learning model 172 is a trained model that has been trained through unsupervised learning, such as machine learning using teacher data and clustering, to output an image suitability indicating the degree to which a plurality of echo images are suitable for diagnosing a predetermined lung disease, based on the feature quantities of the echo images. The integrated learning model 172 performs a predetermined calculation on input values and outputs the calculation results. The memory unit 13 stores data such as coefficients and thresholds of functions that define this calculation as the integrated learning model 172. By reading the data stored as the integrated learning model 172, the control unit 11 can execute calculation processing to determine the suitability of an echo image based on the feature quantities of the echo image.
In the present embodiment 1, the learning process of the integrated learning model 172 is performed by a learning computer. Data related to the trained integrated learning model 172 may be provided in the form of distribution via a communication network, similar to the computer program 131, or may be provided in the form of being recorded on the recording medium 10.
本実施形態1において統合学習モデル172は、例えば、複数のエコー画像の特徴量が入力される入力層172aと、エコー画像の特徴量を抽出する中間層172bと、抽出された特徴量を出力する出力層172cとを有するニューラルネットワークである。 In this embodiment 1, the integrated learning model 172 is a neural network having, for example, an input layer 172a to which features of multiple echo images are input, an intermediate layer 172b that extracts features of the echo images, and an output layer 172c that outputs the extracted features.
ニューラルネットワークの入力層172aは、複数のエコー画像の特徴量が入力される複数のニューロンを有し、入力された各データを中間層172bに受け渡す。 The input layer 172a of the neural network has multiple neurons to which the features of multiple echo images are input, and passes each input data to the intermediate layer 172b.
中間層172bは、複数のニューロンからなる層を複数有する。各層は入力されたデータから、エコー画像の適否に係る特徴量を抽出しながら前段から後段の層へ順々に受け渡し、最後段の層は出力層172cに受け渡す。The intermediate layer 172b has multiple layers made up of multiple neurons. Each layer extracts features related to the appropriateness of the echo image from the input data and passes them on to the subsequent layer in sequence, with the final layer passing them on to the output layer 172c.
出力層172cは、演算結果を出力するニューロンを備え、当該ニューロンは複数のエコー画像が所定肺疾患の診断に適した画像であるか否かの程度を示す画像適切度を出力する。 The output layer 172c has neurons that output the calculation results, and these neurons output image suitability indicating the degree to which multiple echo images are suitable for diagnosing a specified lung disease.
なお本実施形態1においては、統合学習モデル172がニューラルネットワークである例を説明したが、SVM(Support Vector Machine)、ベイジアンネットワーク、又は、回帰木等の構成のモデルであってもよい。 In this embodiment 1, an example was described in which the integrated learning model 172 is a neural network, but it may also be a model configured as an SVM (Support Vector Machine), a Bayesian network, a regression tree, or the like.
統合学習モデル172の学習方法について説明する。まず、コンピュータは、教師データの元になる複数のエコー画像の特徴量を収集する。そして、コンピュータは、複数の特徴量に対して、所定肺疾患の診断に適した画像であるか否かを示す教師データを付与することによって学習用データを生成する。次いで、コンピュータは、生成した学習用データを用いて、学習前のニューラルネットワークモデルを機械学習又は深層学習させることによって、統合学習モデル172を生成する。
具体的には、コンピュータは、学習用データに含まれる複数のエコー画像の特徴量を学習前のニューラルネットワークモデルに入力し、中間層172bでの演算処理を経て、出力層172cから出力される画像適切度を取得する。そして、コンピュータは、出力層172cから出力された画像適切度と、教師データが示す画像適切度と比較し、出力層172cから出力される画像適切度が正解値に近づくように、中間層172bでの演算処理に用いるパラメータを最適化する。当該パラメータは、例えばニューロン間の重み(結合係数)などである。パラメータの最適化の方法は特に限定されないが、例えばコンピュータは最急降下法等を用いて各種パラメータの最適化を行う。
The training method for the integrated learning model 172 will be described below. First, the computer collects feature quantities of multiple echo images that serve as the basis for training data. Then, the computer generates training data by assigning training data indicating whether the images are suitable for diagnosing a predetermined lung disease to the multiple feature quantities. Next, the computer generates the integrated learning model 172 by using the generated training data to perform machine learning or deep learning on the pre-trained neural network model.
Specifically, the computer inputs feature quantities of multiple echo images included in the training data into a pre-training neural network model, and after arithmetic processing in the intermediate layer 172b, obtains an image appropriateness level output from the output layer 172c. The computer then compares the image appropriateness level output from the output layer 172c with the image appropriateness level indicated by the training data, and optimizes parameters used in the arithmetic processing in the intermediate layer 172b so that the image appropriateness level output from the output layer 172c approaches a correct value. The parameters include, for example, weights (coupling coefficients) between neurons. The method for optimizing the parameters is not particularly limited, and the computer may optimize various parameters using, for example, the steepest descent method.
情報処理装置1は、教師データに含まれる多数の患者の教師データに基づいて上記の処理を繰り返し行うことによって、学習済の統合学習モデル172を得る。 The information processing device 1 obtains a trained integrated learning model 172 by repeatedly performing the above process based on the training data of a large number of patients included in the training data.
図9は、実施形態1に係る情報処理手順を示すフローチャート、図10は、超音波診断モニタ画面の一例を示す模式図である。情報処理装置1の制御部11は、図10に示すようなモニタ画面を表示部15に表示する(ステップS111)。モニタ画面は、エコー画像表示部151、収集度ゲージ152、肺診断画像表示部153、うっ血度表示部154、開始ボタン155、停止ボタン156等を含む。
エコー画像表示部151は、エコー信号に基づいて生成されるエコー画像をリアルタイムで表示する。収集度ゲージ152は、生成されるエコー画像のうち、所定肺疾患の診断に適したエコー画像の収集度を表示する。収集度ゲージ152は、所定肺疾患の診断に必要なエコー画像の目標収集量を、所定数のメータブロック152aで表示している。また、収集度ゲージ152は、一つのメータブロック152aに対応する数量のエコー画像が収集された場合、下側のメータブロック152aから順に、メータブロック152aの色を変更することによって、エコー画像の収集量を表示する。全てのメータブロック152aの色が変更された場合、収集量が目標収集量に達したことになる。肺診断画像表示部153は、所定肺疾患の診断に適した代表的なエコー画像を表示する。うっ血度表示部154は、所定肺疾患の診断結果を表示する。開始ボタン155はエコー画像の収集及び所定肺疾患の診断処理を開始させるための操作ボタン、停止ボタン156は、当該処理を停止させるための操作ボタンである。
Fig. 9 is a flowchart showing an information processing procedure according to the first embodiment, and Fig. 10 is a schematic diagram showing an example of an ultrasound diagnostic monitor screen. The control unit 11 of the information processing device 1 displays a monitor screen as shown in Fig. 10 on the display unit 15 (step S111). The monitor screen includes an echo image display unit 151, a collection level gauge 152, a lung diagnostic image display unit 153, a congestion level display unit 154, a start button 155, a stop button 156, etc.
The echo image display unit 151 displays echo images generated based on the echo signals in real time. The collection level gauge 152 displays the collection level of echo images suitable for diagnosing a predetermined pulmonary disease among the generated echo images. The collection level gauge 152 displays the target collection volume of echo images required for diagnosing a predetermined pulmonary disease using a predetermined number of meter blocks 152a. Furthermore, when the number of echo images corresponding to one meter block 152a has been collected, the collection level gauge 152 displays the collection volume of echo images by changing the color of the meter blocks 152a, starting from the bottom. When the color of all meter blocks 152a has changed, the collection volume has reached the target collection volume. The lung diagnostic image display unit 153 displays representative echo images suitable for diagnosing a predetermined pulmonary disease. The congestion level display unit 154 displays the diagnosis result of the predetermined pulmonary disease. The start button 155 is an operation button for starting the collection of echo images and the diagnostic process for the predetermined pulmonary disease, and the stop button 156 is an operation button for stopping the process.
次いで、制御部11は、超音波プローブ2から出力されたエコー信号を受信し、受信したエコー信号に基づいてエコー画像を生成する(ステップS112)。そして、制御部11は、生成したエコー信号をエコー画像表示部151に表示する(ステップS113)。Next, the control unit 11 receives the echo signals output from the ultrasound probe 2 and generates an echo image based on the received echo signals (step S112).The control unit 11 then displays the generated echo signals on the echo image display unit 151 (step S113).
次いで、制御部11は、複数のエコー画像をそれぞれ個別学習モデル171に入力することによって、画像適切度を算出し(ステップS114)、算出された画像適切度に基づいて、当該複数のエコー画像が所定肺疾患の診断に適切な画像であるか否かを判定する(ステップS115)。不適な画像であると判定した場合(ステップS115:NO)、制御部11は処理をステップS112へ戻す。Next, the control unit 11 calculates the image appropriateness by inputting each of the multiple echo images into the individual learning model 171 (step S114), and determines whether the multiple echo images are appropriate for diagnosing a predetermined lung disease based on the calculated image appropriateness (step S115). If the control unit 11 determines that the multiple echo images are inappropriate (step S115: NO), the control unit 11 returns the process to step S112.
所定肺疾患の診断に適した画像であると判定した場合(ステップS115:YES)、制御部11は、適切と判定されたエコー画像を記憶部13に記憶する(ステップS116)。つまりエコー画像の収集を行う。If it is determined that the image is suitable for diagnosing a specific lung disease (step S115: YES), the control unit 11 stores the echo image determined to be suitable in the memory unit 13 (step S116). In other words, it collects the echo image.
次いで、制御部11は、所定肺疾患の診断に適したエコー画像の収集量を算出し(ステップS117)、算出された収集量を収集度ゲージ152に表示する(ステップS118)。収集量を表示する制御部11は、所定疾患の診断に適した前記画像の収集量を出力する出力部として機能する。
また、制御部11は、肺診断に適した代表的なエコー画像をサンプルとして肺診断画像表示部153に表示する(ステップS119)。
Next, the control unit 11 calculates the collection amount of echo images suitable for diagnosing the predetermined lung disease (step S117) and displays the calculated collection amount on the collection level gauge 152 (step S118). The control unit 11 that displays the collection amount functions as an output unit that outputs the collection amount of the images suitable for diagnosing the predetermined disease.
The control unit 11 also displays a representative echo image suitable for lung diagnosis as a sample on the lung diagnostic image display unit 153 (step S119).
次いで、制御部11はエコー画像の収集量が所定の目標収集量に達したか否かを判定する(ステップS120)。目標収集量に達していないと判定した場合(ステップS120:NO)、制御部11は処理をステップS112へ戻す。Next, the control unit 11 determines whether the amount of echo images collected has reached a predetermined target amount (step S120). If it determines that the target amount has not been reached (step S120: NO), the control unit 11 returns the process to step S112.
目標収集量に達したと判定した場合(ステップS120:YES)、制御部11は、肺うっ血度を算出し(ステップS121)、算出された肺うっ血度を、うっ血度表示部154に表示し(ステップS122)。処理を終える。If it is determined that the target collection volume has been reached (step S120: YES), the control unit 11 calculates the pulmonary congestion level (step S121) and displays the calculated pulmonary congestion level on the congestion level display unit 154 (step S122). Processing then ends.
図11は、Bライン33の検出方法を示す説明図である。図11左図は、エコー信号に基づいて生成されるエコー画像である。但し、横軸は深さ方向を示し、縦軸は超音波を送信する方向を示す角度を示した極座標画像である。各画素の輝度は、エコー信号の振幅に対応している。 Figure 11 is an explanatory diagram showing a method for detecting B-lines 33. The left diagram in Figure 11 is an echo image generated based on the echo signal. However, it is a polar coordinate image in which the horizontal axis indicates the depth direction and the vertical axis indicates the angle indicating the direction in which the ultrasound is transmitted. The brightness of each pixel corresponds to the amplitude of the echo signal.
制御部11は、エコー画像について、深さ方向に各画素の輝度値を積分する。図11中央の図は、積分結果を概念的に示すグラフである。横軸は上記角度を示し、縦軸は積分値を示している。The control unit 11 integrates the brightness value of each pixel in the depth direction for the echo image. The diagram in the center of Figure 11 is a graph conceptually showing the integration results. The horizontal axis represents the angle, and the vertical axis represents the integrated value.
次いで、制御部11は、積分値を角度方向について微分する。図11右図は、微分結果を概念的に示すグラフである。横軸は上記角度を示し、縦軸は微分値を示している。制御部11は、微分値が所定値以上である箇所をBライン33と判定する。そして、制御部11は、収集された複数のエコー画像のうち、Bライン33が存在するエコー画像の枚数を計数し、所定割合以上、例えば37.5%以上のエコー画像にBライン33が存在する場合、肺うっ血であると判定する。 The control unit 11 then differentiates the integral value with respect to the angular direction. The right diagram in Figure 11 is a graph conceptually illustrating the differentiation results. The horizontal axis represents the angle, and the vertical axis represents the differential value. The control unit 11 determines that a location where the differential value is equal to or greater than a predetermined value is a B-line 33. The control unit 11 then counts the number of echo images in which a B-line 33 is present among the multiple echo images collected, and determines that pulmonary congestion exists if a B-line 33 is present in a predetermined percentage or more, for example, 37.5% or more of the echo images.
制御部11は、肺うっ血であると判定した場合、例えばBライン33が存在する割合をうっ血度表示部154に表示する。肺うっ血であると判定した場合、制御部11は、所見が無い旨をうっ血度表示部154に表示する。 If the control unit 11 determines that pulmonary congestion exists, it displays, for example, the percentage of B-lines 33 present on the congestion level display unit 154. If the control unit 11 determines that pulmonary congestion exists, it displays on the congestion level display unit 154 that there are no findings.
以上の通り、本実施形態1に係る超音波診断装置によれば、被検体の器官を走査する走査プローブによって得られる一連の複数の画像のなかから、所定肺疾患の診断に適した画像を選択して収集することができ、当該画像の収集量を出力することができる。 As described above, the ultrasound diagnostic device of this embodiment 1 can select and collect images suitable for diagnosing a specific lung disease from a series of multiple images obtained by a scanning probe scanning the subject's organs, and can output the amount of collected images.
また、リアルタイムで、所定肺疾患の診断に適した画像の収集度及び目標収集度を表示することができる。 In addition, the image collection level and target collection level suitable for diagnosing a specified lung disease can be displayed in real time.
更に、所定肺疾患の診断に適した画像を表示することができる。 Furthermore, images suitable for diagnosing specific lung diseases can be displayed.
更にまた、所定肺疾患の診断に適した画像の収集度が目標収集度に達した場合、収集した画像に基づいて、肺うっ血度を算出し、表示することができる。 Furthermore, when the collection level of images suitable for diagnosing a specified lung disease reaches the target collection level, the degree of pulmonary congestion can be calculated and displayed based on the collected images.
なお、実施形態1では被検体の肺を走査する例を説明したが、その他の器官を走査する場合にも本発明を適用することができる。また、本実施形態1では、超音波を用いて被検体の器官を走査する例を説明したが、光学的に器官の断層像を取得する走査プローブ、例えば光干渉断層診断用のプローブを用いる場合にも本発明を適用することができる。 Note that, although embodiment 1 describes an example of scanning the lungs of a subject, the present invention can also be applied to scanning other organs. Furthermore, although embodiment 1 describes an example of scanning the organs of a subject using ultrasound, the present invention can also be applied to cases where a scanning probe that optically acquires tomographic images of the organ is used, such as a probe for optical coherence tomography diagnosis.
また、本実施形態1では、超音波診断装置を構成する情報処理装置1の表示部15に所定肺疾患の診断に適した画像の収集度及び目標収集度、走査された画像、所定肺疾患の診断に適した代表的な画像等を表示する例を説明したが、情報処理装置1は、外部のモニタ装置へこれらの各種情報を出力し、表示させるように構成してもよい。 In addition, in this embodiment 1, an example has been described in which the display unit 15 of the information processing device 1 constituting the ultrasound diagnostic device displays the collection level and target collection level of images suitable for diagnosing a specified lung disease, scanned images, representative images suitable for diagnosing a specified lung disease, etc., but the information processing device 1 may also be configured to output and display these various pieces of information to an external monitor device.
更に、本実施形態1では、複数の個別学習モデル171及び統合学習モデル172を用いて、所定肺疾患の診断に適した画像を判定する例を説明したが、単独の学習モデルを用いて、複数の画像の適否をそれぞれ個別に判断するように構成してもよい。 Furthermore, in this embodiment 1, an example was described in which multiple individual learning models 171 and an integrated learning model 172 are used to determine whether an image is suitable for diagnosing a specified lung disease, but it may also be configured to use a single learning model to individually determine the suitability of multiple images.
(実施形態2)
実施形態2に係る超音波診断装置は、学習モデルを用い、エコー画像の特徴量に基づいて所定肺疾患の診断を行う点が実施形態1と異なる。情報処理装置1のその他の構成は、実施形態1に係る情報処理装置1と同様であるため、同様の箇所には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
(Embodiment 2)
The ultrasound diagnostic device according to the second embodiment differs from the first embodiment in that it uses a learning model to diagnose a predetermined lung disease based on the feature quantities of an echo image. Since the other configurations of the information processing device 1 are the same as those of the information processing device 1 according to the first embodiment, the same reference numerals are used for the same parts, and detailed descriptions thereof will be omitted.
図12は、実施形態2に係る指標学習モデル218の構成例を示すブロック図である。実施形態2に係る情報処理装置1の記憶部13は、指標学習モデル218を記憶する。指標学習モデル218は、教師データを用いた機械学習、クラスタリング等の教師なし学習により、エコー画像の特徴量から、肺うっ血度を出力するように学習された学習済のモデルである。エコー画像の特徴量は、例えばBライン33の有無、Bライン33の本数、すりガラス状陰影34の有無、バットサイン32のコントラスト等である。指標学習モデル218は、入力値に対して所定の演算を行い、演算結果を出力するものであり、記憶部13にはこの演算を規定する関数の係数及び閾値等のデータが指標学習モデル218として記憶される。指標学習モデル218として記憶されたデータを読み込むことによって、制御部11は、エコー画像の特徴量から、肺うっ血度を算出するための演算処理を実行することが可能になる。
本実施形態2において指標学習モデル218の学習処理は、学習用のコンピュータが行う。学習された指標学習モデル218に係るデータは、コンピュータプログラム131と同様に、通信ネットワークを介した配信の態様で提供されてもよく、記録媒体10に記録された態様で提供されてもよい。
FIG. 12 is a block diagram showing an example of the configuration of an index learning model 218 according to the second embodiment. The storage unit 13 of the information processing device 1 according to the second embodiment stores the index learning model 218. The index learning model 218 is a trained model that has been trained to output the degree of pulmonary congestion from the feature quantities of an echo image through unsupervised learning, such as machine learning using teacher data and clustering. The feature quantities of the echo image include, for example, the presence or absence of B-lines 33, the number of B-lines 33, the presence or absence of ground-glass opacity 34, and the contrast of the bat sign 32. The index learning model 218 performs a predetermined calculation on input values and outputs the calculation results. The storage unit 13 stores data such as coefficients and thresholds of functions that define this calculation as the index learning model 218. By reading the data stored as the index learning model 218, the control unit 11 can execute calculation processing to calculate the degree of pulmonary congestion from the feature quantities of the echo image.
In the second embodiment, a learning computer performs the learning process of the index learning model 218. Data related to the learned index learning model 218 may be provided in the form of distribution via a communication network, similar to the computer program 131, or may be provided in the form of being recorded on the recording medium 10.
本実施形態2において指標学習モデル218は、例えば、エコー画像の特徴量が入力される入力層218aと、エコー画像の特徴量を抽出する中間層218bと、抽出された特徴量を出力する出力層218cとを有するニューラルネットワークである。 In this embodiment 2, the indicator learning model 218 is a neural network having, for example, an input layer 218a to which features of an echo image are input, an intermediate layer 218b that extracts features of the echo image, and an output layer 218c that outputs the extracted features.
ニューラルネットワークの入力層218aは、エコー画像の特徴量が入力される複数のニューロンを有し、入力された各データを中間層218bに受け渡す。 The input layer 218a of the neural network has multiple neurons to which the features of the echo image are input, and passes each input data to the intermediate layer 218b.
中間層218bは、複数のニューロンからなる層を複数有する。各層は入力されたデータから、肺うっ血の特徴量を抽出しながら前段から後段の層へ順々に受け渡し、最後段の層は出力層218cに受け渡す。The intermediate layer 218b has multiple layers consisting of multiple neurons. Each layer extracts features of pulmonary congestion from the input data and passes them on to the subsequent layer in sequence, with the final layer passing them on to the output layer 218c.
出力層218cは、肺うっ血度を出力するニューロンを備え、当該ニューロンは肺うっ血度を出力する。 The output layer 218c includes a neuron that outputs the degree of pulmonary congestion, and the neuron outputs the degree of pulmonary congestion.
なお本実施形態2においては、指標学習モデル218がニューラルネットワークである例を説明したが、SVM(Support Vector Machine)、ベイジアンネットワーク、又は、回帰木等の構成のモデルであってもよい。 In this embodiment 2, an example was described in which the indicator learning model 218 is a neural network, but it may also be a model configured as an SVM (Support Vector Machine), a Bayesian network, a regression tree, or the like.
指標学習モデル218の学習方法について説明する。まず、コンピュータは、教師データの元になる複数のエコー画像の特徴量を収集する。そして、コンピュータは、エコー画像の特徴量に対して、肺うっ血度を示す教師データを付与することによって学習用データを生成する。次いで、コンピュータは、生成した学習用データを用いて、学習前のニューラルネットワークモデルを機械学習又は深層学習させることによって、指標学習モデル218を生成する。
具体的には、コンピュータは、学習用データに含まれる複数のエコー画像の特徴量を学習前のニューラルネットワークモデルに入力し、中間層218bでの演算処理を経て、出力層218cから出力される肺うっ血度を取得する。そして、コンピュータは、出力層218cから出力された肺うっ血度と、教師データが示す肺うっ血度と比較し、出力層218cから出力される肺うっ血度が正解値に近づくように、中間層218bでの演算処理に用いるパラメータを最適化する。当該パラメータは、例えばニューロン間の重み(結合係数)などである。パラメータの最適化の方法は特に限定されないが、例えばコンピュータは最急降下法等を用いて各種パラメータの最適化を行う。
The learning method of the index learning model 218 will be described. First, the computer collects feature quantities of multiple echo images that serve as the source of training data. Then, the computer generates training data by assigning training data indicating the degree of pulmonary congestion to the feature quantities of the echo images. Next, the computer generates the index learning model 218 by using the generated training data to perform machine learning or deep learning on the pre-training neural network model.
Specifically, the computer inputs feature quantities of multiple echo images included in the training data into the pre-training neural network model, and after arithmetic processing in the intermediate layer 218b, obtains the pulmonary congestion level output from the output layer 218c. The computer then compares the pulmonary congestion level output from the output layer 218c with the pulmonary congestion level indicated by the training data, and optimizes parameters used in the arithmetic processing in the intermediate layer 218b so that the pulmonary congestion level output from the output layer 218c approaches the correct value. The parameters include, for example, weights (coupling coefficients) between neurons. While the parameter optimization method is not particularly limited, the computer may optimize various parameters using, for example, the steepest descent method.
情報処理装置1は、教師データに含まれる多数の患者の教師データに基づいて上記の処理を繰り返し行うことによって、学習済の指標学習モデル218を得る。 The information processing device 1 obtains a trained indicator learning model 218 by repeatedly performing the above process based on the training data of a large number of patients included in the training data.
このように構成された指標学習モデル218に、肺疾患の診断に適していると判定されたエコー画像の特徴量を入力することによって、肺うっ血度を算出することができる。
なお、エコー画像の特徴量は、例えば図示しない学習モデルを用いて算出することができる。学習モデルは、例えば、エコー画像が入力される入力層と、エコー画像の特徴量を抽出する中間層と、出力層とを有するニューラルネットワークである。学習モデルは、CNN(Convolutional Neural Network)であり、複数の畳み込み層、プーリング層、全結合層等を備える。特徴量は、例えば、実像の有無、Aライン31の有無、Bライン33の有無、Bライン33の本数、すりガラス状陰影34の有無、バットサイン32の有無等である。なお、上記した各ニューロン及び出力データの内容は一例であり、特に限定されるものではない。
学習モデルの学習方法について説明する。まず、コンピュータは、教師データの元になる複数のエコー画像を収集する。そして、コンピュータは、複数のエコー画像に対して、実像の有無、Bライン33の有無等の特徴量を示す教師データを付与することによって学習用データを生成する。次いで、コンピュータは、生成した学習用データを用いて、学習前のニューラルネットワークモデルを機械学習又は深層学習させることによって、個別学習モデル171を生成する。
具体的には、コンピュータは、学習用データに含まれるエコー画像を学習前のニューラルネットワークモデルに入力し、中間層での演算処理を経て、出力層から出力される特徴量を取得する。そして、コンピュータは、出力層から出力された特徴量と、教師データが示す特徴量と比較し、出力層から出力されるデータが正解値に近づくように、中間層での演算処理に用いるパラメータを最適化する。
By inputting the feature quantities of the echo image determined to be suitable for diagnosing pulmonary disease into the index learning model 218 configured in this manner, the degree of pulmonary congestion can be calculated.
The feature quantities of the echo image can be calculated using, for example, a learning model (not shown). The learning model is, for example, a neural network having an input layer to which the echo image is input, an intermediate layer that extracts the feature quantities of the echo image, and an output layer. The learning model is a convolutional neural network (CNN) that includes multiple convolution layers, pooling layers, fully connected layers, etc. The feature quantities include, for example, the presence or absence of a real image, the presence or absence of an A-line 31, the presence or absence of a B-line 33, the number of B-lines 33, the presence or absence of a ground-glass opacity 34, the presence or absence of a bat sign 32, etc. The above-described contents of each neuron and output data are merely examples and are not particularly limited.
The learning method for the learning model will be described below. First, the computer collects multiple echo images that serve as the source of training data. Then, the computer generates training data by adding training data indicating feature quantities such as the presence or absence of a real image and the presence or absence of a B-line 33 to the multiple echo images. Next, the computer uses the generated training data to perform machine learning or deep learning on the pre-training neural network model, thereby generating an individualized learning model 171.
Specifically, the computer inputs the echo images included in the training data into a pre-training neural network model, performs arithmetic processing in the intermediate layer, and obtains feature values output from the output layer. The computer then compares the feature values output from the output layer with the feature values indicated by the training data, and optimizes the parameters used in the arithmetic processing in the intermediate layer so that the data output from the output layer approaches the correct value.
以上の通り、本実施形態2に係る超音波診断装置によれば、エコー画像の特徴量として、Bライン33の有無、Bライン33の本数、すりガラス状陰影34の有無、バットサイン32のコントラスト等の特徴量を指標学習モデル218に入力することによって、肺うっ血度を算出することができる。 As described above, with the ultrasound diagnostic device of this embodiment 2, the degree of pulmonary congestion can be calculated by inputting features of the echo image, such as the presence or absence of B-lines 33, the number of B-lines 33, the presence or absence of ground-glass opacities 34, and the contrast of the bat sign 32, into the index learning model 218.
(実施形態3)
実施形態3に係る超音波診断装置は、エコー画像そのものを学習モデルに入力して所定肺疾患の診断を行う点が実施形態1と異なる。情報処理装置1のその他の構成は、実施形態2に係る情報処理装置1と同様であるため、同様の箇所には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
(Embodiment 3)
The ultrasound diagnostic device according to embodiment 3 differs from embodiment 1 in that the ultrasound image itself is input into a learning model to diagnose a predetermined lung disease. The other configurations of the information processing device 1 are the same as those of the information processing device 1 according to embodiment 2, and therefore the same parts are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.
図13は、実施形態3に係る指標学習モデル318の構成例を示すブロック図である。実施形態3に係る情報処理装置1の記憶部13は、指標学習モデル318を記憶する。指標学習モデル318は、例えば、エコー画像が入力される入力層318aと、エコー画像を抽出する中間層318bと、抽出された特徴量を出力する出力層318cとを有するニューラルネットワークである。 Figure 13 is a block diagram showing an example configuration of an index learning model 318 according to embodiment 3. The memory unit 13 of the information processing device 1 according to embodiment 3 stores the index learning model 318. The index learning model 318 is a neural network having, for example, an input layer 318a to which an echo image is input, an intermediate layer 318b that extracts the echo image, and an output layer 318c that outputs the extracted feature amount.
ニューラルネットワークの入力層318aは、エコー画像の各画素の画素値が入力される複数のニューロンを有し、入力された各データを中間層318bに受け渡す。 The input layer 318a of the neural network has multiple neurons to which the pixel values of each pixel in the echo image are input, and passes each input data to the intermediate layer 318b.
中間層318bは、複数のニューロンからなる層を複数有する。例えば、実施形態3の指標学習モデル318は、CNNであり、複数の畳み込み層、プーリング層、全結合層等を備える。各層は入力されたデータから、肺うっ血の特徴量を抽出しながら前段から後段の層へ順々に受け渡し、最後段の層は出力層318cに受け渡す。 The intermediate layer 318b has multiple layers each consisting of multiple neurons. For example, the indicator learning model 318 in embodiment 3 is a CNN, which includes multiple convolutional layers, pooling layers, fully connected layers, etc. Each layer extracts features of pulmonary congestion from the input data and passes them on sequentially from the previous layer to the subsequent layer, with the final layer passing them on to the output layer 318c.
出力層318cは、肺うっ血度を出力するニューロンを備え、当該ニューロンは肺うっ血度を出力する。 The output layer 318c includes a neuron that outputs the degree of pulmonary congestion, and the neuron outputs the degree of pulmonary congestion.
指標学習モデル318の生成方法は実施形態2と同様である。このように構成された指標学習モデル318に、肺疾患の診断に適していると判定されたエコー画像を入力することによって、肺うっ血度を算出することができる。 The method for generating the index learning model 318 is the same as in embodiment 2. By inputting an echo image determined to be suitable for diagnosing pulmonary disease into the index learning model 318 configured in this manner, the degree of pulmonary congestion can be calculated.
以上の通り、本実施形態3に係る超音波診断装置によれば、エコー画像を指標学習モデル318に入力することによって、肺うっ血度を算出することができる。 As described above, according to the ultrasound diagnostic apparatus of this embodiment 3, the degree of pulmonary congestion can be calculated by inputting an echo image into the index learning model 318.
(実施形態4)
実施形態4に係る超音波診断装置は、所定の複数の走査部位において所定数以上のエコー画像を生成し、肺疾患の診断を行う点が実施形態1と異なる。情報処理装置1のその他の構成は、実施形態1に係る情報処理装置1と同様であるため、同様の箇所には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
(Embodiment 4)
The ultrasound diagnostic device according to embodiment 4 differs from embodiment 1 in that it generates a predetermined number of echo images or more at a plurality of predetermined scanning regions to diagnose pulmonary diseases. Since the other configurations of the information processing device 1 are the same as those of the information processing device 1 according to embodiment 1, the same reference numerals are used for the same parts, and detailed descriptions thereof will be omitted.
図14は、実施形態4に係る超音波診断装置の構成例を説明する模式図である。実施形態4に係る超音波プローブ2は、加速度センサ421(測位センサ)を備え、加速度信号を情報処理装置1へ出力する。情報処理装置1は、超音波プローブ2から出力された加速度信号を受信し、受信した加速度信号に基づいて、超音波プローブ2の位置を推定する。具体的には、情報処理装置1は、加速度信号に基づいて、超音波センサを開始したときの被検体に対する超音波プローブ2の位置を基準とし、当該基準位置に対する超音波プローブ2の位置を推定する。 Figure 14 is a schematic diagram illustrating an example configuration of an ultrasound diagnostic apparatus according to embodiment 4. The ultrasound probe 2 according to embodiment 4 includes an acceleration sensor 421 (positioning sensor) and outputs an acceleration signal to the information processing device 1. The information processing device 1 receives the acceleration signal output from the ultrasound probe 2 and estimates the position of the ultrasound probe 2 based on the received acceleration signal. Specifically, the information processing device 1 uses the position of the ultrasound probe 2 relative to the subject when the ultrasound sensor was started as a reference position and estimates the position of the ultrasound probe 2 relative to this reference position based on the acceleration signal.
図15は、実施形態4に係る情報処理手順を示すフローチャートである。情報処理装置1の制御部11は、実施形態1のステップS111~ステップS113と同様の手順でモニタ画面を表示し(ステップS411)、エコー画像を生成し(ステップS412)、生成したエコー画像を表示部15に表示する(ステップS413)。 Figure 15 is a flowchart showing the information processing procedure according to embodiment 4. The control unit 11 of the information processing device 1 displays the monitor screen in a procedure similar to steps S111 to S113 of embodiment 1 (step S411), generates an echo image (step S412), and displays the generated echo image on the display unit 15 (step S413).
次いで、制御部11は、超音波プローブ2から出力される加速度信号を受信し、受信した加速度情報に基づいて、走査部位、つまり被検体に対する超音波プローブ2の位置を推定する(ステップS414)。 Next, the control unit 11 receives the acceleration signal output from the ultrasound probe 2 and estimates the position of the ultrasound probe 2 relative to the scanning area, i.e., the subject, based on the received acceleration information (step S414).
図16は、所定の走査部位を示す模式図である。本実施形態4では、図16に示すように、右肺を上下左右に区分けした4つの走査部位(図16中、「1」、「2」、「3」、「4」の数字で示す部位)と、左肺を上下左右に区分けした4つの走査部位(図16中、「5」、「6」、「7」、「8」の数字で示す部位)とを、数字の順で走査することを想定する。情報処理装置1は、最初にモニタ画面の開始ボタン155が操作され、最初に実像が得られ始めたときの超音波プローブ2の位置を、走査部位「1」と推定する。以後、制御部11は、加速度信号に基づいて、走査部位「1」に対する超音波プローブ2の位置を算出し、被検体に対する超音波プローブ2の位置を推定する。 Figure 16 is a schematic diagram showing predetermined scanning regions. In this embodiment 4, as shown in Figure 16, it is assumed that four scanning regions (regions indicated by numbers "1," "2," "3," and "4" in Figure 16) obtained by dividing the right lung into upper, lower, left, and right sections, and four scanning regions (regions indicated by numbers "5," "6," "7," and "8" in Figure 16) obtained by dividing the left lung into upper, lower, left, and right sections, are scanned in numerical order. The information processing device 1 estimates the position of the ultrasound probe 2 when the start button 155 on the monitor screen is first operated and the first real image begins to be obtained as scanning region "1." Thereafter, the control unit 11 calculates the position of the ultrasound probe 2 relative to scanning region "1" based on the acceleration signal, and estimates the position of the ultrasound probe 2 relative to the subject.
次いで、制御部11は、上記所定の複数の走査部位におけるエコー画像の生成量を算出し(ステップS415)、各部位で所定量以上のエコー画像が生成されたか否かを判定する(ステップS416)。 Next, the control unit 11 calculates the amount of echo images generated at the above-mentioned specified multiple scanning locations (step S415) and determines whether or not a specified amount of echo images or more have been generated at each location (step S416).
エコー画像の生成量が所定量未満の走査部位があると判定した場合(ステップS416:YES)、制御部11は、生成量が所定量未満の走査部位へ超音波プローブ2を移動させるべきことを示す指示画像(移動指示情報)を表示部15に表示する(ステップS417)。なお、現時点で超音波プローブ2が当該所定量未満の走査部位にある場合、指示画像を表示しないように構成する。また、エコー画像の生成量が所定量未満の部位が複数ある場合、所定順、例えば走査部位の番号「1」~「8」が小さい走査部位へ移動させるべき旨を指示するように構成するとよい。 If it is determined that there is a scanning region where the amount of echo images generated is less than the predetermined amount (step S416: YES), the control unit 11 displays an instruction image (movement instruction information) on the display unit 15 indicating that the ultrasound probe 2 should be moved to the scanning region where the amount of echo images generated is less than the predetermined amount (step S417). Note that if the ultrasound probe 2 is currently located in the scanning region where the amount of echo images generated is less than the predetermined amount, the instruction image is not displayed. Furthermore, if there are multiple regions where the amount of echo images generated is less than the predetermined amount, it is preferable to configure the system to instruct the user to move the probe to the scanning region with the lowest number of scanning regions, for example, "1" to "8."
ステップS417の処理を終えた場合、又はステップS416で所定量未満の走査が無いと判定した場合(ステップS416:NO)、制御部11は、生成された複数のエコー画像をそれぞれ個別学習モデル171に入力することによって、エコー画像が所定肺疾患の診断に適した画像であるか否かを判定する(ステップS114)。ステップS114以下の処理は、実施形態1と同様であるため、詳細は省略する。 When the processing of step S417 is completed, or when it is determined in step S416 that there are no scans less than the predetermined amount (step S416: NO), the control unit 11 inputs each of the generated multiple echo images into the individual learning model 171, thereby determining whether the echo images are suitable for diagnosing a predetermined lung disease (step S114). The processing from step S114 onwards is the same as in embodiment 1, so details are omitted.
以上の通り、本実施形態4に係る超音波診断装置によれば、肺の各部位を漏れなく走査して、エコー画像を生成及び収集することができ、精度良く肺疾患を診断することができる。 As described above, the ultrasound diagnostic device of this embodiment 4 can scan each part of the lungs thoroughly to generate and collect echo images, thereby enabling accurate diagnosis of lung diseases.
(実施形態5)
実施形態5に係る超音波診断装置は、肺疾患の診断に適したエコー画像が効率良く収集されるよう、超音波プローブ2の姿勢を術者に指示することができる点が実施形態1と異なる。情報処理装置1のその他の構成は、実施形態1に係る情報処理装置1と同様であるため、同様の箇所には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
(Embodiment 5)
The ultrasound diagnostic device according to embodiment 5 differs from embodiment 1 in that it can instruct the surgeon on the position of the ultrasound probe 2 so that echo images suitable for diagnosing lung diseases are efficiently collected. Since the other configurations of the information processing device 1 are the same as those of the information processing device 1 according to embodiment 1, the same reference numerals are used for the same parts and detailed description will be omitted.
実施形態5に係る超音波プローブ2は、実施形態4と同様、加速度センサ421(姿勢センサ)を備え、加速度信号を情報処理装置1へ出力する。情報処理装置1は、超音波プローブ2から出力された加速度信号を受信し、受信した加速度信号に基づいて、超音波プローブ2の姿勢を推定する。 The ultrasonic probe 2 according to embodiment 5, like that of embodiment 4, is equipped with an acceleration sensor 421 (posture sensor) and outputs an acceleration signal to the information processing device 1. The information processing device 1 receives the acceleration signal output from the ultrasonic probe 2 and estimates the posture of the ultrasonic probe 2 based on the received acceleration signal.
図17は、実施形態5に係る情報処理手順を示すフローチャートである。情報処理装置1の制御部11は、実施形態1のステップS111~ステップS113と同様の手順でモニタ画面を表示し(ステップS511)、エコー画像を生成し(ステップS512)、生成したエコー画像を表示部15に表示する(ステップS513)。 Figure 17 is a flowchart showing the information processing procedure according to embodiment 5. The control unit 11 of the information processing device 1 displays the monitor screen in a procedure similar to steps S111 to S113 of embodiment 1 (step S511), generates an echo image (step S512), and displays the generated echo image on the display unit 15 (step S513).
次いで、制御部11は、超音波プローブ2から出力される加速度信号を受信し、受信した加速度情報に基づいて、被検体に対する超音波プローブ2の姿勢を推定する(ステップS514)。 Next, the control unit 11 receives the acceleration signal output from the ultrasound probe 2 and estimates the posture of the ultrasound probe 2 relative to the subject based on the received acceleration information (step S514).
次いで、制御部11は、生成された複数のエコー画像をそれぞれ個別学習モデル171に入力することによって、エコー画像が所定肺疾患の診断に適した画像であるか否かの程度を示す画像適切度を算出し(ステップS515)、算出された画像適切度に基づいてエコー画像が所定肺疾患の診断に適した画像であるか否かを判定する(ステップS516)。 Next, the control unit 11 inputs each of the generated multiple echo images into the individual learning model 171 to calculate an image suitability indicating the degree to which the echo image is suitable for diagnosing the specified lung disease (step S515), and determines whether the echo image is suitable for diagnosing the specified lung disease based on the calculated image suitability (step S516).
所定肺疾患の診断に適した画像であると判定した場合(ステップS516:YES)、制御部11は、適切と判定されたエコー画像を記憶部13に記憶し(ステップS517)、超音波プローブ2の姿勢を示す姿勢情報を記憶する(ステップS518)。 If it is determined that the image is suitable for diagnosing a specified lung disease (step S516: YES), the control unit 11 stores the echo image determined to be appropriate in the memory unit 13 (step S517) and stores posture information indicating the posture of the ultrasound probe 2 (step S518).
以下、実施形態1のステップS117~120と同様、制御部11は、エコー画像の収集量を算出し(ステップS519)、収集度ゲージ152に表示し(ステップS520)、肺診断に適した代表的なエコー画像をサンプルとして肺診断画像表示部153に表示する(ステップS521)。以降の処理は実施形態1と同様であるため詳細を省略する。 As in steps S117 to S120 of embodiment 1, the control unit 11 calculates the amount of echo images collected (step S519), displays this on the collection level gauge 152 (step S520), and displays a representative echo image suitable for lung diagnosis as a sample on the lung diagnostic image display unit 153 (step S521). The subsequent processing is the same as in embodiment 1, so details are omitted.
ステップS516でエコー画像が所定肺疾患の診断に適した画像でないと判定した場合(ステップS516:NO)、制御部11は、所定肺疾患の診断に適したエコー画像の生成量が低下しているか否かを判定する(ステップS523)。所定肺疾患の診断に適したエコー画像の生成量が低下していると判定した場合(ステップS523:YES)、制御部11は、記憶部13が記憶する超音波プローブ2の姿勢情報を読み出し、読み出した姿勢情報、又は当該姿勢情報に基づく姿勢変更を指示する指示画像(姿勢変更指示情報)を表示部15に表示し(ステップS524)、処理をステップS512へ戻す。所定肺疾患の診断に適したエコー画像の生成量が低下していないと判定した場合(ステップS523:NO)、制御部11はそのまま処理をステップS512へ戻す。If it is determined in step S516 that the echo image is not suitable for diagnosing the specified pulmonary disease (step S516: NO), the control unit 11 determines whether the amount of echo images suitable for diagnosing the specified pulmonary disease has decreased (step S523). If it is determined that the amount of echo images suitable for diagnosing the specified pulmonary disease has decreased (step S523: YES), the control unit 11 reads out the posture information of the ultrasound probe 2 stored in the memory unit 13, displays the read posture information or an instruction image (posture change instruction information) instructing a posture change based on the posture information on the display unit 15 (step S524), and returns the process to step S512. If it is determined that the amount of echo images suitable for diagnosing the specified pulmonary disease has not decreased (step S523: NO), the control unit 11 returns the process to step S512.
以上の通り、本実施形態5に係る超音波診断装置によれば、所定肺疾患の診断に適したエコー画像が生成される超音波プローブ2の姿勢になるように術者に指示することができる。 As described above, the ultrasound diagnostic device of this embodiment 5 can instruct the surgeon to position the ultrasound probe 2 in a way that generates an echo image suitable for diagnosing a specific lung disease.
(実施形態6)
実施形態6に係る超音波診断装置は、被検体の呼吸サイクルを考慮してエコー画像の収集を行う点が実施形態1と異なる。情報処理装置1のその他の構成は、実施形態1に係る情報処理装置1と同様であるため、同様の箇所には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
(Embodiment 6)
The ultrasound diagnostic apparatus according to embodiment 6 differs from embodiment 1 in that it collects echo images taking into account the respiratory cycle of the subject. Since the other configurations of the information processing apparatus 1 are the same as those of the information processing apparatus 1 according to embodiment 1, the same reference numerals are used for the same parts and detailed description thereof will be omitted.
図18は、実施形態6に係る超音波診断装置の構成例を説明する模式図である。実施形態6に係る超音波診断装置は、呼吸サイクルセンサ603を備える。呼吸サイクルセンサ603は、例えばPPG(Photoplethysmography)脈波センサ、加速度センサ421又は圧電素子等により呼吸による体の動きを検出する体動センサ等である。呼吸サイクルセンサ603は、被検体の呼吸サイクルに応じた信号を情報処理装置1へ送信する。情報処理装置1は、呼吸サイクルセンサ603から送信された信号を受信する。 Figure 18 is a schematic diagram illustrating an example configuration of an ultrasound diagnostic apparatus according to embodiment 6. The ultrasound diagnostic apparatus according to embodiment 6 includes a respiratory cycle sensor 603. The respiratory cycle sensor 603 is, for example, a PPG (Photoplethysmography) pulse wave sensor, an acceleration sensor 421, or a body movement sensor that detects body movement due to breathing using a piezoelectric element or the like. The respiratory cycle sensor 603 transmits a signal corresponding to the respiratory cycle of the subject to the information processing device 1. The information processing device 1 receives the signal transmitted from the respiratory cycle sensor 603.
図19は、実施形態6に係る情報処理手順を示すフローチャートである。情報処理装置1の制御部11は、実施形態1のステップS111~ステップS113と同様の手順でモニタ画面を表示し(ステップS611)、エコー画像を生成し(ステップS612)、生成したエコー画像を表示部15に表示する(ステップS613)。 Figure 19 is a flowchart showing the information processing procedure according to embodiment 6. The control unit 11 of the information processing device 1 displays the monitor screen in a procedure similar to steps S111 to S113 of embodiment 1 (step S611), generates an echo image (step S612), and displays the generated echo image on the display unit 15 (step S613).
次いで、制御部11は、呼吸サイクルセンサ603から送信された呼吸サイクル信号を受信し(ステップS614)、受信した呼吸サイクル信号の情報を、同時期に生成されたエコー画像に関連付ける(ステップS615)。 Next, the control unit 11 receives the respiratory cycle signal transmitted from the respiratory cycle sensor 603 (step S614) and associates the information of the received respiratory cycle signal with the echo image generated at the same time (step S615).
次いで、制御部11は、同一呼吸タイミングで生成された複数のエコー画像を選択する(ステップS616)。例えば、制御部11は、吸気タイミングのサイクル信号の情報が関連付けられている複数のエコー情報を選択する。また、同一吸気タイミングの呼吸サイクル信号の情報が関連付けられている複数のエコー画像を選択してもよい。Next, the control unit 11 selects multiple echo images generated at the same breathing timing (step S616). For example, the control unit 11 selects multiple echo images associated with information on the cycle signal of the inhalation timing. Alternatively, the control unit 11 may select multiple echo images associated with information on the breathing cycle signal of the same inhalation timing.
そして、制御部11は、選択された同一呼吸タイミングのエコー画像を適切度学習モデル17に入力することによって、画像適切度を算出する(ステップS617)。ステップS617の処理を終えた制御部11は、実施形態1のステップS115~ステップS122の処理を実行する。 Then, the control unit 11 calculates the image appropriateness by inputting the selected echo image of the same breathing timing into the appropriateness learning model 17 (step S617). After completing the processing of step S617, the control unit 11 executes the processing of steps S115 to S122 of embodiment 1.
以上の通り、本実施形態6に係る超音波診断装置によれば、同一呼吸サイクルタイミングで生成されたエコー画像を適切度学習モデル17に入力する構成であるため、より精度よく、エコー画像の適否を判定することができる。 As described above, the ultrasound diagnostic apparatus of this embodiment 6 is configured to input echo images generated at the same respiratory cycle timing into the appropriateness learning model 17, thereby making it possible to more accurately determine the appropriateness of the echo images.
なお、呼気タイミングのエコー画像のみを用いて適切度学習モデル17を機械学習させた場合、呼気タイミングのエコー画像を選択し、当該適切度学習モデル17に入力するように構成するとよい。同様に、吸気タイミングのエコー画像のみを用いて適切度学習モデル17を機械学習させた場合、吸気タイミングのエコー画像を選択し、当該適切度学習モデル17に入力するように構成するとよい。また、吸気タイミングのエコー画像を用いて機械学習した第1適切度学習モデルと、吸気タイミングのエコー画像を用いて機械学習させた第2適切度学習モデルとを備え、呼気タイミングで生成されたエコー画像を第1適切度学習モデルに入力し、吸気タイミングで生成されたエコー画像を第2適切度学習モデルに入力するように構成してもよい。 When the appropriateness learning model 17 is trained by machine learning using only echo images at the exhalation timing, it is preferable to select an echo image at the exhalation timing and input it to the appropriateness learning model 17. Similarly, when the appropriateness learning model 17 is trained by machine learning using only echo images at the inhalation timing, it is preferable to select an echo image at the inhalation timing and input it to the appropriateness learning model 17. Furthermore, a first appropriateness learning model trained by machine learning using echo images at the inhalation timing and a second appropriateness learning model trained by machine learning using echo images at the inhalation timing may be provided, and the echo image generated at the exhalation timing may be input to the first appropriateness learning model, and the echo image generated at the inhalation timing may be input to the second appropriateness learning model.
(実施形態7)
実施形態7に係る超音波診断装置は、複数の超音波周波数を用いて得られるエコー画像を収集する点が実施形態1と異なる。情報処理装置1のその他の構成は、実施形態1に係る情報処理装置1と同様であるため、同様の箇所には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
(Embodiment 7)
The ultrasound diagnostic device according to embodiment 7 differs from embodiment 1 in that it collects echo images obtained using a plurality of ultrasound frequencies. Since the other configurations of the information processing device 1 are the same as those of the information processing device 1 according to embodiment 1, the same reference numerals are used for the same parts, and detailed description thereof will be omitted.
図20は、実施形態7に係る適切度学習モデル17の構成例を示すブロック図である。情報処理装置1は、第1周波数の超音波を送信させる駆動信号と、第2周波数の超音波を送信させる駆動信号とを、周期的に切り替えて超音波プローブ2へ出力し、エコー信号を受信する。切り替え周期は、同一走査部位を第1周波数及び第2周波数で走査できる程度の短い周期である。異なる周波数の超音波を用いることによって、同一走査部位について、異なるエコー画像を得ることができる。一般的に超音波の周波数が高い程、分解能が高くなるが透過力は低下し、周波数が低い程、分解能は低くなり、透過力は高くなる。 Figure 20 is a block diagram showing an example configuration of an appropriateness learning model 17 according to embodiment 7. The information processing device 1 periodically switches between a drive signal for transmitting ultrasound waves of a first frequency and a drive signal for transmitting ultrasound waves of a second frequency, outputs the signals to the ultrasound probe 2, and receives echo signals. The switching period is short enough to allow the same scanning area to be scanned at both the first and second frequencies. By using ultrasound waves of different frequencies, different echo images can be obtained for the same scanning area. Generally, the higher the frequency of ultrasound, the higher the resolution but the lower the penetration power, and the lower the frequency, the lower the resolution and the higher the penetration power.
情報処理装置1の制御部11は、第1周波数の超音波で得られた複数のエコー画像と、第2の周波数の超音波で得られた複数のエコー画像とを適切度学習モデル17に入力することによって、画像適切度を算出する。 The control unit 11 of the information processing device 1 calculates the image appropriateness by inputting multiple echo images obtained with ultrasound of a first frequency and multiple echo images obtained with ultrasound of a second frequency into the appropriateness learning model 17.
同一走査部位について異なる周波数の超音波で得られるエコー画像を適切度学習モデル17に入力することによって、エコー画像のより詳細な情報を得ることができ、肺疾患の診断に適切な画像であるか否かをより精度良く示した画像適切度を算出することができる。 By inputting echo images obtained using ultrasound of different frequencies for the same scanning area into the appropriateness learning model 17, more detailed information about the echo image can be obtained, and the image appropriateness can be calculated to more accurately indicate whether the image is appropriate for diagnosing pulmonary disease.
以上の通り、本実施形態7に係る超音波診断装置によれば、異なる周波数の超音波を用いて得られた複数のエコー画像を適切度学習モデル17に入力することによって、より精度良く、所定肺疾患の診断に適したエコー画像であるか否かを判定し、収集することができる。 As described above, with the ultrasound diagnostic device of this embodiment 7, by inputting multiple echo images obtained using ultrasound of different frequencies into the appropriateness learning model 17, it is possible to more accurately determine and collect whether or not the echo images are suitable for diagnosing a specific lung disease.
1 情報処理装置
2 超音波プローブ
10 記録媒体
11 制御部
11a プローブ制御部
11b 画像生成部
11c 肺診断適切度判定部
11d 肺診断画像記憶部
11e 肺診断画像収集度表示処理部
11f 肺うっ血度算出部
11g 肺うっ血度表示処理部
12 メモリ
13 記憶部
14 操作部
15 表示部
16 通信部
17 適切度学習モデル
31 Aライン
32 バットサイン
33 Bライン
34 すりガラス状陰影
131 コンピュータプログラム
151 エコー画像表示部
152 収集度ゲージ
152a メータブロック
153 肺診断画像表示部
154 うっ血度表示部
155 開始ボタン
156 停止ボタン
171 個別学習モデル
172 統合学習モデル
218 指標学習モデル
603 呼吸サイクルセンサ
421 加速度センサ
REFERENCE SIGNS LIST 1 Information processing device 2 Ultrasonic probe 10 Recording medium 11 Control unit 11a Probe control unit 11b Image generation unit 11c Pulmonary diagnosis appropriateness determination unit 11d Pulmonary diagnostic image storage unit 11e Pulmonary diagnostic image collection degree display processing unit 11f Pulmonary congestion degree calculation unit 11g Pulmonary congestion degree display processing unit 12 Memory 13 Storage unit 14 Operation unit 15 Display unit 16 Communication unit 17 Adequacy degree learning model 31 A-line 32 Bat sign 33 B-line 34 Ground-glass opacity 131 Computer program 151 Echo image display unit 152 Collection degree gauge 152a Meter block 153 Pulmonary diagnostic image display unit 154 Congestion degree display unit 155 Start button 156 Stop button 171 Individual learning model 172 Integrated learning model 218 Indicator learning model 603 Respiratory cycle sensor 421 Acceleration sensor
Claims (15)
前記被検体の呼吸サイクルを検出する呼吸サイクルセンサから出力される呼吸サイクル信号に基づいて、同一呼吸タイミングで生成された前記複数の画像を選択し、
選択された同一呼吸タイミングの前記複数の画像が、所定疾患の診断に適した画像であるか否かを判定し、
前記所定疾患の診断に適したと判定された同一呼吸タイミングの前記複数の画像を複数の適切な画像として記憶し、
前記複数の適切な画像の収集量を出力する
処理をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。 generating a series of images based on signals obtained from a scanning probe scanning an organ of the subject;
selecting the plurality of images generated at the same respiratory timing based on a respiratory cycle signal output from a respiratory cycle sensor that detects the respiratory cycle of the subject;
determining whether the selected images at the same respiratory timing are suitable for diagnosing a predetermined disease;
storing the plurality of images at the same breathing timing determined to be suitable for diagnosing the predetermined disease as a plurality of suitable images;
and outputting the collection of the plurality of appropriate images.
前記走査プローブから得られる信号に基づいて前記複数の画像をリアルタイムで順次生成し、
前記収集量を出力する処理は、
前記走査プローブから得られる信号に基づく前記複数の画像を生成する処理と並行して、前記収集量と、所定の目標収集量とをリアルタイムで表示する処理を含む
請求項1に記載のコンピュータプログラム。 The process of generating the plurality of images includes:
sequentially generating the plurality of images in real time based on signals obtained from the scanning probe;
The process of outputting the collected amount includes:
The computer program of claim 1 , further comprising a process for displaying the collection volume and a predetermined target collection volume in real time in parallel with a process for generating the plurality of images based on signals obtained from the scanning probe.
前記所定疾患の診断に適した前記目標収集量以上の前記複数の適切な画像に基づいて、前記所定疾患を診断するための指標を算出し、
算出された指標を表示する
処理を前記コンピュータに実行させるための請求項2に記載のコンピュータプログラム。 determining whether the plurality of suitable images has been collected at least as large as the target collection amount;
calculating an index for diagnosing the predetermined disease based on the plurality of appropriate images having a collection amount equal to or greater than the target collection amount suitable for diagnosing the predetermined disease;
The computer program according to claim 2 , for causing the computer to execute a process of displaying the calculated index.
算出された指標を出力する
処理を前記コンピュータに実行させるための請求項1又は請求項2に記載のコンピュータプログラム。 calculating an index for diagnosing the predetermined disease based on the plurality of appropriate images suitable for diagnosing the predetermined disease;
The computer program according to claim 1 or 2, for causing the computer to execute a process of outputting the calculated index.
前記複数の画像を生成する処理は、
前記被検体の肺を走査する前記走査プローブから得られる信号に基づいて一連の前記複数の画像を生成し、
前記指標を算出する処理は、
少なくとも前記複数の適切な画像におけるBラインを検出し、
検出された前記Bラインに基づいて、肺うっ血に係る前記指標を算出する
請求項3又は請求項4に記載のコンピュータプログラム。 the scanning probe is an ultrasound probe;
The process of generating the plurality of images includes:
generating a series of the plurality of images based on signals obtained from the scanning probe scanning the lungs of the subject ;
The process of calculating the index includes:
Detecting B-lines in at least the plurality of suitable images;
The computer program according to claim 3 or 4, wherein the index relating to pulmonary congestion is calculated based on the detected B-lines.
前記複数の画像を生成する処理は、
前記被検体の肺を走査する前記走査プローブから得られる信号に基づいて一連の前記複数の画像を生成し、
前記指標を算出する処理は、
前記複数の適切な画像におけるBライン、すりガラス状陰影、及び肋骨での超音波の反射に基づくバットサインを検出し、
前記Bラインの有無又は本数、前記すりガラス状陰影の有無、及び前記バットサインのコントラストに基づいて、肺うっ血に係る前記指標を算出する
請求項3又は請求項4に記載のコンピュータプログラム。 the scanning probe is an ultrasound probe;
The process of generating the plurality of images includes:
generating a series of the plurality of images based on signals obtained from the scanning probe scanning the lungs of the subject ;
The process of calculating the index includes:
Detecting B-lines, ground-glass opacities, and bat signs based on ultrasound reflections from ribs in the plurality of suitable images;
The computer program according to claim 3 or 4, wherein the index relating to pulmonary congestion is calculated based on the presence or absence or number of B-lines, the presence or absence of ground-glass opacity, and the contrast of the Batt's sign.
前記複数の画像を生成する処理は、
前記被検体の肺を走査する前記走査プローブから得られる信号に基づいて一連の前記複数の画像を生成し、
前記指標を算出する処理は、
前記複数の適切な画像が入力された場合、肺うっ血に係る前記指標を出力する指標学習モデルに、前記複数の適切な画像を入力することによって、肺うっ血に係る前記指標を算出する処理を含む
請求項3又は請求項4に記載のコンピュータプログラム。 the scanning probe is an ultrasound probe;
The process of generating the plurality of images includes:
generating a series of the plurality of images based on signals obtained from the scanning probe scanning the lungs of the subject ;
The process of calculating the index includes:
5. The computer program according to claim 3, further comprising a process of calculating the index related to pulmonary congestion by inputting the plurality of appropriate images into an index learning model that outputs the index related to pulmonary congestion when the plurality of appropriate images are input.
前記目標収集量以上の前記複数の適切な画像が収集されたか否かを判定し、
前記肺うっ血の診断に適した前記目標収集量以上の前記複数の適切な画像におけるBラインを検出し、
前記複数の適切な画像のうち、前記Bラインが検出された画像が所定割合以上に存在する場合に、肺うっ血であると判定し、
肺うっ血であると判定した場合、前記複数の適切な画像における前記Bラインが存在する割合を表示する
処理を前記コンピュータに実行させるための請求項2に記載のコンピュータプログラム。 the predetermined disease is pulmonary congestion;
determining whether the plurality of suitable images has been collected at least as large as the target collection amount;
detecting B-lines in the plurality of suitable images that are equal to or greater than the target acquisition volume suitable for diagnosing pulmonary congestion;
determining that pulmonary congestion exists when a predetermined ratio or more of the images in which the B-line is detected are present among the plurality of appropriate images;
If pulmonary congestion is determined, the proportion of B-lines present in the plurality of appropriate images is displayed.
3. A computer program product according to claim 2, for causing the computer to execute a process .
処理を前記コンピュータに実行させるための請求項1~請求項8のいずれか1項に記載のコンピュータプログラム。 The computer program according to any one of claims 1 to 8, for causing the computer to execute a process of displaying a representative image suitable for diagnosing the predetermined disease from among the plurality of appropriate images .
前記複数の画像の特徴量が入力された場合、前記複数の画像が前記所定疾患の診断に適した画像であるか否の程度を示す画像適切度を出力する統合学習モデルに、前記複数の個別学習モデルから出力された特徴量を入力することによって、前記複数の画像が前記所定疾患の診断に適した前記複数の適切な画像であるか否かを判定する
請求項1~請求項9のいずれか1項に記載のコンピュータプログラム。 a plurality of individual learning models that extract and output feature values of an input image when a single image is input, and extract feature values of each of the plurality of images by inputting each of the selected images into the plurality of individual learning models;
A computer program according to any one of claims 1 to 9, wherein when the features of the plurality of images are input, the features output from the plurality of individual learning models are input into an integrated learning model that outputs an image suitability indicating the degree to which the plurality of images are suitable for diagnosing the specified disease, thereby determining whether the plurality of images are the plurality of appropriate images suitable for diagnosing the specified disease.
前記被検体の複数の走査部位それぞれで所定量以上の前記複数の画像が生成されるように、前記走査プローブの移動を指示する移動指示情報を出力する
処理を前記コンピュータに実行させるための請求項1~請求項10のいずれか1項に記載のコンピュータプログラム。 estimating a scanning region of the subject based on a signal output from a positioning sensor provided on the scanning probe;
The computer program according to any one of claims 1 to 10, for causing the computer to execute a process of outputting movement instruction information for instructing movement of the scanning probe so that a predetermined number or more of the plurality of images are generated at each of a plurality of scanning regions of the subject.
前記所定疾患の診断に適した前記複数の適切な画像が生成されたときの前記走査プローブの姿勢を示す姿勢情報を記憶し、
前記所定疾患の診断に適した前記複数の適切な画像の生成量が低下した場合、記憶した前記姿勢情報に基づいて、前記走査プローブの姿勢変更を指示する姿勢変更指示情報を出力する
請求項1~請求項11のいずれか1項に記載のコンピュータプログラム。 estimating the orientation of the scanning probe based on a signal output from an orientation sensor provided on the scanning probe;
storing posture information indicating a posture of the scanning probe when the plurality of appropriate images suitable for diagnosing the predetermined disease are generated;
The computer program according to any one of claims 1 to 11, further comprising: outputting posture change instruction information for instructing a change in posture of the scanning probe based on the stored posture information when the generation rate of the plurality of appropriate images suitable for diagnosing the predetermined disease decreases.
前記複数の画像を生成する処理は、
超音波の周波数を切り替えながら前記被検体の器官を走査する前記走査プローブから得られる信号に基づいて一連の複数の画像を生成する
請求項1~請求項12のいずれか1項に記載のコンピュータプログラム。 the scanning probe is an ultrasound probe that scans an organ of the subject by periodically switching between ultrasound waves of a first frequency and ultrasound waves of a second frequency;
The process of generating the plurality of images includes:
The computer program according to any one of claims 1 to 12, which generates a series of images based on signals obtained from the scanning probe that scans the organ of the subject while switching between ultrasonic frequencies.
前記被検体の呼吸サイクルを検出する呼吸サイクルセンサから出力される呼吸サイクル信号に基づいて、同一呼吸タイミングで生成された前記複数の画像を選択し、
選択された同一呼吸タイミングの前記複数の画像が、所定疾患の診断に適した画像であるか否かを判定し、
前記所定疾患の診断に適したと判定された同一呼吸タイミングの前記複数の画像を複数の適切な画像として記憶し、
前記所定疾患の診断に適した前記複数の適切な画像の収集量を出力する
情報処理方法。 generating a series of images based on signals obtained from a scanning probe scanning an organ of the subject;
selecting the plurality of images generated at the same respiratory timing based on a respiratory cycle signal output from a respiratory cycle sensor that detects the respiratory cycle of the subject;
determining whether the selected images at the same respiratory timing are suitable for diagnosing a predetermined disease;
storing the plurality of images at the same breathing timing determined to be suitable for diagnosing the predetermined disease as a plurality of suitable images;
and outputting a collection of the plurality of appropriate images suitable for diagnosing the predetermined disease.
該生成部によって生成された前記複数の画像から、前記被検体の呼吸サイクルを検出する呼吸サイクルセンサから出力される呼吸サイクル信号に基づいて、同一呼吸タイミングで生成された前記複数の画像を選択し、選択された同一呼吸タイミングの前記複数の画像が所定疾患の診断に適した画像であるか否かを判定する判定部と、
該判定部によって前記所定疾患の診断に適していると判定された同一呼吸タイミングの前記複数の画像を複数の適切な画像として記憶する記憶部と、
前記所定疾患の診断に適した前記複数の適切な画像の収集量を出力する出力部と
を備える情報処理装置。 a generator for generating a series of images based on signals obtained from a scanning probe that scans an organ of a subject;
a determination unit that selects, from the plurality of images generated by the generation unit, the plurality of images generated at the same respiratory timing based on a respiratory cycle signal output from a respiratory cycle sensor that detects the respiratory cycle of the subject, and determines whether the selected plurality of images at the same respiratory timing are images suitable for diagnosing a predetermined disease;
a storage unit that stores the plurality of images at the same breathing timing that are determined by the determination unit to be suitable for diagnosing the predetermined disease as a plurality of appropriate images;
and an output unit that outputs a collection of the plurality of appropriate images suitable for diagnosing the predetermined disease.
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