JP7395269B2 - Medical information processing equipment - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、医用情報処理装置に関する。 Embodiments of the present invention relate to a medical information processing device.
PET(Positron Emission Tomography)等の核医学診断装置は、複数のシンチレータ結晶と複数の光センサとを含むガンマ線検出器を装備する。シンチレータ結晶は、入射したガンマ線を蛍光に変換し、光センサは、蛍光を検出する。ガンマ線が入力したシンチレータ結晶の同定は、光センサからの出力信号に対する重心演算で得た座標を、ルックアップテーブル(LUT:Look Up Table)に照合することにより行われる。ルックアップテーブルは、ガンマ線に由来する蛍光の頻度に関する空間分布を表現するフラッドマップ(Flood Map)を複数の領域に区分けし、各領域をシンチレータ結晶に関連付けることにより生成される。区分けは、所定のアルゴリズムを用いてフラッドマップに基づき生成される。しかしながら、アルゴリズムは、完全ではないので、人手による修正を要する。修正は、工数を必要とする作業である。アルゴリズムを更新するまで同種の修正作業が繰り返される。これは、非効率である。また、ガンマ線検出器の性能は経時的に変化するので、定期的に区分け作業を実施する必要もある。 Nuclear medicine diagnostic equipment such as PET (Positron Emission Tomography) is equipped with a gamma ray detector including multiple scintillator crystals and multiple optical sensors. The scintillator crystal converts the incident gamma rays into fluorescence, and the optical sensor detects the fluorescence. The scintillator crystal into which gamma rays have been input is identified by comparing the coordinates obtained by calculating the center of gravity of the output signal from the optical sensor with a look-up table (LUT). The lookup table is generated by dividing a flood map representing the spatial distribution of the frequency of fluorescence originating from gamma rays into a plurality of regions and associating each region with a scintillator crystal. The divisions are generated based on the flood map using a predetermined algorithm. However, the algorithm is not perfect and requires manual modification. Modification is work that requires man-hours. The same type of modification work is repeated until the algorithm is updated. This is inefficient. Furthermore, since the performance of gamma ray detectors changes over time, it is also necessary to perform periodic classification work.
本発明が解決しようとする課題は、フラッドマップの区分けを簡便且つ正確に行うことである。 The problem to be solved by the present invention is to easily and accurately divide a flood map.
実施形態に係る医用情報処理装置は、ガンマ線に由来する蛍光の頻度に関する空間分布を示す、処理対象のフラッドマップを取得する取得部と、ガンマ線に由来する蛍光の頻度に関する空間分布を示すフラッドマップに基づいて前記蛍光が発生したシンチレータ結晶を同定するためのフラッドマップにおける区分を出力する機械学習モデルと、前記処理対象のフラッドマップとに基づいて前記処理対象のフラッドマップにおける区分を生成する区分生成部と、を具備する。 The medical information processing device according to the embodiment includes an acquisition unit that acquires a flood map to be processed that indicates the spatial distribution of the frequency of fluorescence originating from gamma rays, and a flood map that indicates the spatial distribution of the frequency of fluorescence originating from gamma rays. a machine learning model that outputs a division in a flood map for identifying the scintillator crystal in which the fluorescence has occurred based on the processing target; and a division generation unit that generates divisions in the flood map to be processed based on the flood map to be processed. and.
本実施形態に係る医用情報処理装置は、少なくとも、ガンマ線に由来する蛍光の頻度に関する空間分布を表現するフラッドマップ(Flood Map)におけるシンチレータ結晶の区分け作業を行うためのコンピュータである。当該区分け作業は、PET(Positron Emission Tomography)やSPECT(Single photon Emission CT)、PET/CT装置、SPECT/CT装置等の核医学診断装置に用いられる、重心演算結果と入射シンチレータ結晶とを関連付けたデータを生成するために行われる。本実施形態に係る医用情報処理装置は、上記核医学診断装置に組み込まれても良いし、別体のコンピュータであっても良いが、以下の説明を具体的に行うため、PET装置に組み込まれているものとする。 The medical information processing device according to the present embodiment is a computer for at least dividing scintillator crystals in a flood map that expresses the spatial distribution of the frequency of fluorescence derived from gamma rays. This classification work involves associating the center of gravity calculation results with the incident scintillator crystal, which is used in nuclear medicine diagnostic equipment such as PET (Positron Emission Tomography), SPECT (Single Photon Emission CT), PET/CT equipment, and SPECT/CT equipment. done to generate data. The medical information processing device according to this embodiment may be incorporated into the above-mentioned nuclear medicine diagnostic device or may be a separate computer, but in order to specifically explain the following, it is incorporated into the PET device. It is assumed that
図1は、本実施形態に係るPET装置1の構成を示す図である。図1に示すように、PET装置1は、ガントリ10、寝台30及びコンソール50を有する。ガントリ10は、被検体PをPET撮像する撮像装置である。寝台30は、被検体Pを載置する。コンソール50は、ガントリ10と寝台30とを制御するコンピュータである。コンソール50は、本実施形態に係る医用情報処理装置の一種である。 FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a PET apparatus 1 according to this embodiment. As shown in FIG. 1, the PET apparatus 1 includes a gantry 10, a bed 30, and a console 50. The gantry 10 is an imaging device that performs PET imaging of the subject P. The subject P is placed on the bed 30. The console 50 is a computer that controls the gantry 10 and the bed 30. The console 50 is a type of medical information processing device according to this embodiment.
図1に示すように、ガントリ10は、検出器リング11、検出処理器13及び同時計数回路15を有する。 As shown in FIG. 1, the gantry 10 includes a detector ring 11, a detection processor 13, and a coincidence circuit 15.
検出器リング11は、中心軸Z回りの円周上に配列された複数のガンマ線検出器17を有する。検出器リング11の開口部には、画像視野(FOV:Field Of View)が設定される。画像視野に被検体Pの撮像部位が含まれるように被検体Pが位置決めされる。被検体Pには陽電子放出核種により標識された薬剤が投与される。陽電子放出核種から放出された陽電子は周囲の電子と対消滅し、一対の対消滅ガンマ線が発生される。ガンマ線検出器17は、被検体Pの体内から放出されたガンマ線を検出し、検出された対消滅ガンマ線の光量に応じた電気信号を生成する。ガンマ線検出器17は、複数のシンチレータ結晶と複数の光センサとを有する。シンチレータ結晶は、被検体P内の放射性同位元素に由来する対消滅ガンマ線との間で相互作用を起こし、複数の蛍光光子を発生する。シンチレータ結晶とガンマ線との相互作用事象はシングルイベントとも呼ばれる。光センサは、蛍光光子を受光し、受光した蛍光光子の光量に応じた電気信号を発生する。光センサとしては、光電子増倍管やフォトダイオード、半導体検出素子等が用いられる。発生された電気信号は、接続先の検出処理器13に供給される。 The detector ring 11 has a plurality of gamma ray detectors 17 arranged on the circumference around the central axis Z. An image field of view (FOV) is set in the opening of the detector ring 11. The subject P is positioned so that the imaged region of the subject P is included in the image field of view. A drug labeled with a positron-emitting nuclide is administered to the subject P. Positrons emitted from positron-emitting nuclides are annihilated with surrounding electrons, producing a pair of annihilation gamma rays. The gamma ray detector 17 detects gamma rays emitted from the body of the subject P, and generates an electrical signal according to the amount of detected annihilation gamma rays. Gamma ray detector 17 includes multiple scintillator crystals and multiple optical sensors. The scintillator crystal interacts with annihilation gamma rays originating from radioactive isotopes within the subject P, and generates a plurality of fluorescent photons. The interaction event between the scintillator crystal and gamma rays is also called a single event. The optical sensor receives fluorescent photons and generates an electrical signal according to the amount of the received fluorescent photons. As the optical sensor, a photomultiplier tube, a photodiode, a semiconductor detection element, etc. are used. The generated electrical signal is supplied to the connected detection processor 13.
ここで、検出器リング11の中心軸をZ軸、床面に垂直に交差する軸をY軸、Z軸及びY軸に直交する軸をX軸に規定する。XYZ座標系は3次元直交座標系をなす。 Here, the central axis of the detector ring 11 is defined as the Z-axis, the axis perpendicular to the floor surface as the Y-axis, and the axis perpendicular to the Z-axis and the Y-axis as the X-axis. The XYZ coordinate system forms a three-dimensional orthogonal coordinate system.
複数の検出処理器13は、複数のガンマ線検出器17にそれぞれ接続される。検出処理器13は、接続元のガンマ線検出器17の電気信号に基づいてシングルイベントデータを生成する。具体的には、検出処理器13は、処理回路19とメモリ21とを含む。処理回路19は、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサを含む。処理回路19は、具体的には、重心演算機能23とエネルギー演算機能25とを実現する。 The plurality of detection processors 13 are connected to the plurality of gamma ray detectors 17, respectively. The detection processor 13 generates single event data based on the electrical signal from the gamma ray detector 17 to which it is connected. Specifically, the detection processor 13 includes a processing circuit 19 and a memory 21. The processing circuit 19 includes a processor such as a CPU (Central Processing Unit). Specifically, the processing circuit 19 realizes a center of gravity calculation function 23 and an energy calculation function 25.
重心演算機能23において処理回路19は、接続元のガンマ線検出器17からの電気信号に基づいてガンマ線の入射位置を計算する。ガンマ線の入射位置は、ガンマ線が入射したシンチレータ結晶により表される。具体的には、処理回路19は、複数の光センサからの複数の出力信号の波高値に対して重心演算を行い、シンチレータ結晶において発生したガンマ線の相互作用事象の位置座標(重心)を算出する。次に処理回路19は、算出された重心を、メモリ21に記憶された重心/結晶テーブル27に照合して、ガンマ線の相互作用事象が発生したシンチレータ結晶を同定する。 In the center of gravity calculation function 23, the processing circuit 19 calculates the incident position of gamma rays based on the electrical signal from the connected gamma ray detector 17. The incident position of the gamma ray is represented by the scintillator crystal into which the gamma ray is incident. Specifically, the processing circuit 19 performs a center of gravity calculation on the peak values of a plurality of output signals from a plurality of optical sensors, and calculates the position coordinates (center of gravity) of a gamma ray interaction event occurring in a scintillator crystal. . Next, the processing circuit 19 checks the calculated center of gravity against the center of gravity/crystal table 27 stored in the memory 21 to identify the scintillator crystal in which the gamma ray interaction event has occurred.
エネルギー演算機能25において処理回路19は、接続元のガンマ線検出器17からの電気信号に基づいて、接続元のガンマ線検出器17において相互作用事象を生じたガンマ線のエネルギー値を計算する。具体的には、処理回路19は、複数の光センサからの複数の出力信号の加算信号を生成し、加算信号の波高値をエネルギーとして特定する。 In the energy calculation function 25, the processing circuit 19 calculates the energy value of the gamma ray that caused the interaction event in the gamma ray detector 17 that is the source, based on the electrical signal from the gamma ray detector 17 that is the source. Specifically, the processing circuit 19 generates a sum signal of a plurality of output signals from a plurality of optical sensors, and specifies the peak value of the sum signal as energy.
各相互作用事象に関する入射シンチレータ結晶の識別子とエネルギー値とは検出時刻と共に関連付けられる。検出時刻は、処理回路19に含まれる時間デジタル変換器等により計測される。例えば、処理回路19は、複数の光センサからの複数の出力信号の加算信号の波高値をモニタリングし、波高値が予め設定された閾値を超える時刻を検出時刻として計測する。入射シンチレータ結晶の識別子とエネルギー値と検出時刻との組合せは、シングルイベントデータと呼ばれている。シングルイベントデータは、ガンマ線が検出される毎に次々に生成される。生成されたシングルイベントデータは、同時計数回路15に供給される。 The incident scintillator crystal identifier and energy value for each interaction event are associated with the detection time. The detection time is measured by a time digital converter or the like included in the processing circuit 19. For example, the processing circuit 19 monitors the peak value of a summed signal of a plurality of output signals from a plurality of optical sensors, and measures the time when the peak value exceeds a preset threshold value as the detection time. The combination of the incident scintillator crystal identifier, energy value, and detection time is called single event data. Single event data is generated one after another each time a gamma ray is detected. The generated single event data is supplied to the coincidence counting circuit 15.
同時計数回路15は、複数の検出処理器13からのシングルイベントデータに同時計数処理を施す。ハードウェア資源として、同時計数回路15は、CPU等のプロセッサを含む。同時計数回路15は、繰り返し供給されるシングルイベントデータの中から、予め定められた時間枠内に収まる2つのシングルイベントに関するシングルイベントデータを繰り返し特定する。この対のシングルイベントは、同一の対消滅点から発生された対消滅ガンマ線に由来すると推定される。対のシングルイベントは、まとめて同時計数イベントと呼ばれる。この対消滅ガンマ線を検出した対のガンマ線検出器17(より詳細にはシンチレータ結晶)を結ぶ線は、LOR(line of response)と呼ばれる。LORを構成する対のイベントに関するイベントデータは、同時計数イベントデータと呼ばれる。同時計数イベントデータとシングルイベントデータとは、コンソール50に伝送される。なお、同時計数イベントデータとシングルイベントデータとを特に区別しないときはPETイベントデータと呼ぶことにする。 The coincidence counting circuit 15 performs coincidence counting processing on the single event data from the plurality of detection processors 13. As a hardware resource, the coincidence circuit 15 includes a processor such as a CPU. The coincidence circuit 15 repeatedly identifies single event data regarding two single events falling within a predetermined time frame from among the single event data that is repeatedly supplied. This pair of single events is estimated to originate from annihilation gamma rays generated from the same annihilation point. Paired single events are collectively referred to as coincidence events. A line connecting the pair of gamma ray detectors 17 (more specifically, scintillator crystals) that detected this annihilation gamma ray is called LOR (line of response). Event data regarding a pair of events forming an LOR is called coincidence event data. The coincidence event data and single event data are transmitted to the console 50. Incidentally, when there is no particular distinction between coincidence event data and single event data, they will be referred to as PET event data.
上記構成において検出処理器13と同時計数回路15とは、ガントリ10に含まれるとしたが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、同時計数回路15、又は検出処理器13と同時計数回路15との双方が、ガントリ10とは別体の装置に含まれても良い。また、同時計数回路15は、ガントリ10に搭載される複数の検出処理器13に対して一つずつ設けられても良いし、ガントリ10に搭載される複数の検出処理器13を複数のグループに区分し、各グループに対して一つずつ設けられても良い。 In the above configuration, the detection processor 13 and the coincidence circuit 15 are included in the gantry 10, but the present embodiment is not limited to this. For example, the coincidence circuit 15 or both the detection processor 13 and the coincidence circuit 15 may be included in a separate device from the gantry 10. Further, the coincidence circuit 15 may be provided one by one for each of the plurality of detection processors 13 mounted on the gantry 10, or the plurality of detection processors 13 mounted on the gantry 10 may be grouped into a plurality of groups. It may be divided and provided one for each group.
図1に示すように、コンソール50は、処理回路51、ディスプレイ52、メモリ53及び入力インタフェース54を有する。例えば、処理回路51、ディスプレイ52、メモリ53及び入力インタフェース54間のデータ通信は、バス(bus)を介して行われる。 As shown in FIG. 1, the console 50 includes a processing circuit 51, a display 52, a memory 53, and an input interface 54. For example, data communication between processing circuit 51, display 52, memory 53, and input interface 54 is performed via a bus.
処理回路51は、ハードウェア資源として、CPUやGPU(Graphics Processing Unit)等のプロセッサを有する。処理回路51は、再構成機能511、画像処理機能512、撮像制御機能513、フラッドマップ取得機能514、結晶区分生成機能515、結晶区分修正機能516、テーブル生成機能517、モデル更新機能518及び表示制御機能519を実現する。なお、再構成機能511、画像処理機能512、撮像制御機能513、フラッドマップ取得機能514、結晶区分生成機能515、結晶区分修正機能516、テーブル生成機能517、モデル更新機能518及び表示制御機能519は、一の基板の処理回路51により実装されても良いし、複数の基板の処理回路51により分散して実装されても良い。 The processing circuit 51 has a processor such as a CPU or a GPU (Graphics Processing Unit) as a hardware resource. The processing circuit 51 includes a reconstruction function 511, an image processing function 512, an imaging control function 513, a flood map acquisition function 514, a crystal division generation function 515, a crystal division correction function 516, a table generation function 517, a model update function 518, and display control. Function 519 is realized. Note that the reconstruction function 511, image processing function 512, imaging control function 513, flood map acquisition function 514, crystal division generation function 515, crystal division correction function 516, table generation function 517, model update function 518, and display control function 519 are , may be mounted by the processing circuit 51 on one board, or may be mounted in a distributed manner by the processing circuits 51 on a plurality of boards.
再構成機能511において処理回路51は、ガントリ10から伝送された同時計数イベントデータに基づいて、被検体Pに投与された陽電子放出核種の分布を示すPET画像を再構成する。画像再構成アルゴリズムとしては、FBP(filtered back projection)法や逐次近似再構成法等の既存の画像再構成アルゴリズムが用いられれば良い。 In the reconstruction function 511, the processing circuit 51 reconstructs a PET image showing the distribution of the positron-emitting nuclide administered to the subject P based on the coincidence event data transmitted from the gantry 10. As the image reconstruction algorithm, any existing image reconstruction algorithm such as the FBP (filtered back projection) method or the successive approximation reconstruction method may be used.
画像処理機能512において処理回路51は、再構成機能511により再構成されたPET画像に種々の画像処理を施す。例えば、処理回路51は、PET画像にボリュームレンダリングや、サーフェスボリュームレンダリング、画素値投影処理、MPR(Multi-Planer Reconstruction)処理、CPR(Curved MPR)処理等の3次元画像処理を施して表示画像を生成する。 In the image processing function 512, the processing circuit 51 performs various image processing on the PET image reconstructed by the reconstruction function 511. For example, the processing circuit 51 performs three-dimensional image processing such as volume rendering, surface volume rendering, pixel value projection processing, MPR (Multi-Planer Reconstruction) processing, and CPR (Curved MPR) processing on a PET image to create a display image. generate.
撮像制御機能513において処理回路51は、PET撮像を行うためガントリ10と寝台30とを同期的に制御する。なお、フラッドマップの生成のためのPET撮像は、製品出荷時やメンテナンス時等、被検体Pの非存在下において行われる。 In the imaging control function 513, the processing circuit 51 synchronously controls the gantry 10 and the bed 30 to perform PET imaging. Note that PET imaging for generating the flood map is performed in the absence of the subject P, such as at the time of product shipment or maintenance.
フラッドマップ取得機能514において処理回路51は、ガンマ線に由来する蛍光の頻度に関する空間分布を表現するフラッドマップを取得する。例えば、処理回路51は、重心演算機能23により計算された重心に基づいてフラッドマップを生成する。 In the flood map acquisition function 514, the processing circuit 51 acquires a flood map that expresses the spatial distribution of the frequency of fluorescence originating from gamma rays. For example, the processing circuit 51 generates a flood map based on the center of gravity calculated by the center of gravity calculation function 23.
ここで、ガンマ線検出器17とフラッドマップとの関係について説明する。 Here, the relationship between the gamma ray detector 17 and the flood map will be explained.
図2は、ガンマ線検出器17の側面図である。図2の側面図は、Z軸方向から見た側面の図を指す。ここで、ガントリ10の中心軸Zをz軸、z軸に直交し、シンチレータ結晶の厚みに平行する軸をy軸、z軸及びy軸に直交する軸をx軸に規定する。xyz3次元座標系は、ガンマ線検出器17を基準とする3次元直交座標系をなす。 FIG. 2 is a side view of the gamma ray detector 17. The side view of FIG. 2 refers to a side view seen from the Z-axis direction. Here, the central axis Z of the gantry 10 is defined as the z-axis, the axis perpendicular to the z-axis is defined as the y-axis, and the axis perpendicular to the z-axis and the y-axis is defined as the x-axis. The xyz three-dimensional coordinate system forms a three-dimensional orthogonal coordinate system with the gamma ray detector 17 as a reference.
図2に示すように、ガンマ線検出器17は、z軸及びx軸に関して2次元状に配列された複数のシンチレータ結晶61を有する。複数のシンチレータ結晶61の背面にはライトガイド62を介して、z軸及びx軸に関して2次元状に複数の光センサ63が配列されている。以下、光センサ63は、光電子増倍管であるとする。各ガンマ線検出器17に設けられる光電子増倍管63の個数はシンチレータ結晶61の個数に比して少数である。すなわち、一の光電子増倍管63の受光面には複数のシンチレータ結晶61がライトガイド62を介して接続される。 As shown in FIG. 2, the gamma ray detector 17 has a plurality of scintillator crystals 61 arranged two-dimensionally about the z-axis and the x-axis. A plurality of optical sensors 63 are arranged two-dimensionally with respect to the z-axis and the x-axis on the back surface of the plurality of scintillator crystals 61 via a light guide 62. Hereinafter, it is assumed that the optical sensor 63 is a photomultiplier tube. The number of photomultiplier tubes 63 provided in each gamma ray detector 17 is smaller than the number of scintillator crystals 61. That is, a plurality of scintillator crystals 61 are connected to the light receiving surface of one photomultiplier tube 63 via a light guide 62.
図3は、ガンマ線検出器17の平面図とフラッドマップFM1とを示す図である。図3の上段にはガンマ線検出器17の受光面の平面図が示され、図3の下段には領域Z3に関するフラッドマップFM1が示されている。図3に示すように、複数のシンチレータ結晶の背面には複数の光電子増倍管63が配置される。複数の光電子増倍管63は、比較的小面積の受光面を有する光電子増倍管63と比較的大面積の受光面を有する光電子増倍管63とを有する。小面積の受光面を有する光電子増倍管63と大面積の受光面を有する光電子増倍管63とはz軸及びx軸に関して互い違いに配列される。 FIG. 3 is a diagram showing a plan view of the gamma ray detector 17 and a flood map FM1. The upper part of FIG. 3 shows a plan view of the light receiving surface of the gamma ray detector 17, and the lower part of FIG. 3 shows a flood map FM1 regarding the region Z3. As shown in FIG. 3, a plurality of photomultiplier tubes 63 are arranged on the back side of a plurality of scintillator crystals. The plurality of photomultiplier tubes 63 include a photomultiplier tube 63 having a light receiving surface with a relatively small area and a photomultiplier tube 63 having a light receiving surface with a relatively large area. The photomultiplier tubes 63 having a small-area light-receiving surface and the photomultiplier tubes 63 having a large-area light-receiving surface are arranged alternately with respect to the z-axis and the x-axis.
フラッドマップの生成のためのPET撮像は、製品出荷時やメンテナンス時等、被検体Pの非存在下において行われる。フラッドマップの生成のためのPET撮像においては、ガンマ線放出体からガンマ線検出器17にガンマ線が入射される。あるシンチレータ結晶61に入射したガンマ線がシンチレータ結晶61との間で相互作用を起こし、入射したガンマ線のエネルギーに応じた個数の複数の蛍光光子に変換される。各蛍光光子は、ライトガイドを介して光電子増倍管63により検出される。検出された蛍光光子は、光電子増倍管63により、当該蛍光光子のエネルギーに応じた波高値を有する電気信号に変換される。電気信号は検出処理器13に供給される。 PET imaging for generating a flood map is performed in the absence of the subject P, such as during product shipment or maintenance. In PET imaging for generating a flood map, gamma rays are incident on the gamma ray detector 17 from the gamma ray emitter. Gamma rays incident on a certain scintillator crystal 61 interact with the scintillator crystal 61, and are converted into a plurality of fluorescent photons, the number of which corresponds to the energy of the incident gamma rays. Each fluorescent photon is detected by a photomultiplier tube 63 via a light guide. The detected fluorescent photons are converted by the photomultiplier tube 63 into an electrical signal having a peak value corresponding to the energy of the fluorescent photons. The electrical signal is supplied to a detection processor 13.
検出処理器13の処理回路19は、ガンマ線の相互作用事象毎に、接続元の複数の光電子増倍管63から複数の電気信号を受ける。処理回路19は、重心演算機能23により、複数の電気信号に重心演算を施す。具体的には、処理回路19は、ガンマ線検出器座標系における、電気信号の波高値と当該電気信号の出力元の光電子増倍管63の位置とに基づいて重心の座標を計算する。ガンマ線検出器座標系は、具体的には、ガンマ線検出器17のz軸及びx軸により規定される2次元直交座標系である。相互作用事象毎の重心座標のデータは処理回路51に供給される。 The processing circuit 19 of the detection processor 13 receives a plurality of electrical signals from a plurality of connected photomultiplier tubes 63 for each gamma ray interaction event. The processing circuit 19 uses the center of gravity calculation function 23 to perform center of gravity calculation on the plurality of electrical signals. Specifically, the processing circuit 19 calculates the coordinates of the center of gravity based on the peak value of the electrical signal and the position of the photomultiplier tube 63 from which the electrical signal is output in the gamma ray detector coordinate system. Specifically, the gamma ray detector coordinate system is a two-dimensional orthogonal coordinate system defined by the z-axis and x-axis of the gamma ray detector 17. Data on the center of gravity coordinates for each interaction event is supplied to the processing circuit 51.
フラッドマップの生成のためのPET撮像において処理回路51は、フラッドマップ取得機能514を実行する。処理回路51は、図3の下段に示すように、相互作用事象毎の重心座標をガンマ線検出器座標系にプロットする。これにより、ガンマ線に由来する蛍光の頻度に関する空間分布を表現するフラッドマップFM1が生成される。図3の上段に示すように、ガンマ線検出器17は、x軸に沿って複数の領域Z1-Z4に分割される。領域Z1-Z4毎にフラッドマップFM1が生成される。なお、領域Z1-Z4全体に亘るフラッドマップが生成されても良い。 During PET imaging for generating a flood map, the processing circuit 51 executes a flood map acquisition function 514. The processing circuit 51 plots the barycenter coordinates for each interaction event on the gamma ray detector coordinate system, as shown in the lower part of FIG. As a result, a flood map FM1 representing the spatial distribution of the frequency of fluorescence originating from gamma rays is generated. As shown in the upper part of FIG. 3, the gamma ray detector 17 is divided into a plurality of regions Z1-Z4 along the x-axis. A flood map FM1 is generated for each region Z1-Z4. Note that a flood map covering the entire area Z1-Z4 may be generated.
結晶区分生成機能515において処理回路51は、メモリ53に記憶された機械学習モデル531に従い、フラッドマップ取得機能514により取得された処理対象のフラッドマップから、処理対象のフラッドマップにおける区分(以下、結晶区分と呼ぶ)を生成する。 In the crystal section generation function 515, the processing circuit 51 generates sections (hereinafter referred to as crystals) in the flood map to be processed from the flood map to be processed acquired by the flood map acquisition function 514 according to the machine learning model 531 stored in the memory 53. (referred to as partitions).
図4は、図3のフラッドマップFM2と結晶区分SL2とを示す図である。図4に示すように、結晶区分SL2は、フラッドマップFM2の座標系(すなわち、ガンマ線検出器座標系)により定義された、シンチレータ結晶の区画を示す線のデータである。シンチレータ結晶の発光特性や光センサの出力特性等のばらつきのため、重心座標に位置するシンチレータ結晶であっても実際には当該相互作用事象が生じておらず、その近傍のシンチレータ結晶において当該相互作用事象が生じている場合がある。従って、重心座標と当該重心座標に対応する相互作用事象が生じたシンチレータ結晶とを関連付ける必要があり、当該関連づけの前処理としてフラッドマップFM1に結晶区分を設定する必要がある。 FIG. 4 is a diagram showing the flood map FM2 and crystal section SL2 of FIG. 3. As shown in FIG. 4, the crystal section SL2 is line data that indicates a section of the scintillator crystal defined by the coordinate system of the flood map FM2 (ie, the gamma ray detector coordinate system). Due to variations in the light emission characteristics of scintillator crystals and the output characteristics of optical sensors, the interaction event does not actually occur in scintillator crystals located at the center of gravity coordinates, and the interaction event occurs in scintillator crystals in the vicinity. An event may occur. Therefore, it is necessary to associate the barycenter coordinates with the scintillator crystal in which the interaction event corresponding to the barycenter coordinates has occurred, and it is necessary to set crystal classifications in the flood map FM1 as pre-processing for the association.
本実施形態に係る機械学習モデル531は、フラッドマップを入力として当該フラッドマップに対応する結晶区分を出力するように学習された、複数の関数が合成されたパラメータ付き合成関数である。パラメータ付き合成関数は、複数の調整可能な関数及びパラメータの組合せにより定義される。パラメータは、重み付行列とバイアスとの総称である。機械学習モデル531は、深層ニューラルネットワーク(DNN:Deep Neural Network)等の、上記の要請を満たす如何なるパラメータ付き合成関数であっても良い。 The machine learning model 531 according to the present embodiment is a composite function with parameters, which is a combination of a plurality of functions, which is trained to input a flood map and output a crystal section corresponding to the flood map. A parameterized composite function is defined by a combination of multiple tunable functions and parameters. Parameter is a general term for weighting matrix and bias. The machine learning model 531 may be any synthetic function with parameters that satisfies the above requirements, such as a deep neural network (DNN).
結晶区分修正機能516において処理回路51は、結晶区分生成機能515において生成された結晶区分を、入力インタフェース54等を介したユーザ指示に従い修正する。 In the crystal division modification function 516, the processing circuit 51 modifies the crystal division generated in the crystal division generation function 515 according to a user instruction via the input interface 54 or the like.
テーブル生成機能517において処理回路51は、結晶区分生成機能515により生成された結晶区分又は結晶区分修正機能516による修正後の結晶区分と、フラッドマップ取得機能514により取得された処理対象のフラッドマップとに基づいて、当該フラッドマップ内の位置と当該位置に対応するシンチレータ結晶の識別子との関連付けデータを生成する。関連付けデータは、ルックアップテーブルやデータベース等により実現される。フラッドマップ内の位置は、重心演算機能23により計算された重心の位置に等しい。シンチレータ結晶の識別子は、名称や位置、番号等の、シンチレータ結晶を一意に同定可能な情報である。以下、当該関連付けデータを重心/結晶テーブル27と呼ぶことにする。重心/結晶テーブル27は、ガンマ線検出器17毎に生成される。重心/結晶テーブル27は、対応する検出処理器13のメモリ21に記憶される。 In the table generation function 517, the processing circuit 51 combines the crystal divisions generated by the crystal division generation function 515 or the crystal divisions after correction by the crystal division correction function 516, and the flood map to be processed acquired by the flood map acquisition function 514. Based on this, association data between a position in the flood map and an identifier of a scintillator crystal corresponding to the position is generated. The association data is realized by a lookup table, a database, or the like. The position in the flood map is equal to the position of the center of gravity calculated by the center of gravity calculation function 23. The scintillator crystal identifier is information such as name, position, number, etc. that can uniquely identify the scintillator crystal. Hereinafter, this association data will be referred to as the center of gravity/crystal table 27. The center of gravity/crystal table 27 is generated for each gamma ray detector 17. The center of gravity/crystal table 27 is stored in the memory 21 of the corresponding detection processor 13.
図5は、重心/結晶テーブル27の一例を示す図である。図5に示すように、重心/結晶テーブル27は、重心項目とシンチレータ結晶項目とを有する。重心項目にはフラッドマップにおいて規定された重心の座標が登録される。シンチレータ結晶項目には、関連付けられた重心座標に対応するシンチレータ結晶の識別子が登録される。例えば、重心座標「(x1、z1)」はシンチレータ結晶「C1」に関連付けられる。すなわち、重心座標として「(x1、z1)」が算出された相互作用事象は「C1」のシンチレータ結晶において発生したものと見做される。検出処理器13は、重心演算機能23により算出された重心座標を、重心/結晶テーブル27に照合してシンチレータ結晶の識別子を同定することができる。 FIG. 5 is a diagram showing an example of the center of gravity/crystal table 27. As shown in FIG. 5, the center of gravity/crystal table 27 has a center of gravity item and a scintillator crystal item. The coordinates of the center of gravity defined in the flood map are registered in the center of gravity item. In the scintillator crystal item, the identifier of the scintillator crystal corresponding to the associated center of gravity coordinates is registered. For example, centroid coordinates "(x1, z1)" are associated with scintillator crystal "C1". That is, the interaction event for which "(x1, z1)" is calculated as the center of gravity coordinates is considered to have occurred in the scintillator crystal "C1". The detection processor 13 can identify the identifier of the scintillator crystal by comparing the barycenter coordinates calculated by the barycenter calculation function 23 with the barycenter/crystal table 27.
モデル更新機能518において処理回路51は、結晶区分修正機能516による修正後の結晶区分に基づいて機械学習モデル531のパラメータを更新し、更新後の機械学習モデル531を生成する。パラメータの更新は、機械学習モデル531に対する強化学習により行われる。 In the model update function 518, the processing circuit 51 updates the parameters of the machine learning model 531 based on the crystal divisions corrected by the crystal division correction function 516, and generates the updated machine learning model 531. The parameters are updated by reinforcement learning on the machine learning model 531.
表示制御機能519において処理回路51は、種々の情報をディスプレイ52に表示する。例えば、処理回路51は、再構成機能511により再構成されたPET画像やフラッドマップ取得機能514により取得されたフラッドマップ、結晶区分生成機能515により生成された結晶区分、結晶区分修正機能516による修正後の結晶区分等を表示する。 In the display control function 519, the processing circuit 51 displays various information on the display 52. For example, the processing circuit 51 processes a PET image reconstructed by the reconstruction function 511, a flood map obtained by the flood map acquisition function 514, a crystal segment generated by the crystal segment generation function 515, and a crystal segment modified by the crystal segment correction function 516. Display the next crystal classification, etc.
ディスプレイ52は、表示制御機能519における処理回路51の制御を受けて、種々の情報を表示する。ディスプレイ52としては、例えば、CRTディスプレイや液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ、LEDディスプレイ、プラズマディスプレイ、又は当技術分野で知られている他の任意のディスプレイが適宜利用可能である。 The display 52 displays various information under the control of the processing circuit 51 in the display control function 519. As the display 52, for example, a CRT display, a liquid crystal display, an organic EL display, an LED display, a plasma display, or any other display known in the art can be used as appropriate.
メモリ53は、種々の情報を記憶するROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、集積回路記憶装置等の記憶装置である。また、メモリ53は、CD-ROMドライブやDVDドライブ、フラッシュメモリ等の可搬性記憶媒体との間で種々の情報を読み書きする駆動装置等であっても良い。例えば、メモリ53は、機械学習モデル531を記憶する。また、メモリ53は、シングルイベントデータや同時計数イベントデータ、PET画像、表示画像、フラッドマップ、結晶区分等を記憶する。 The memory 53 is a storage device such as a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), an HDD (Hard Disk Drive), an SSD (Solid State Drive), or an integrated circuit storage device that stores various information. Further, the memory 53 may be a drive device or the like that reads and writes various information to/from a portable storage medium such as a CD-ROM drive, a DVD drive, or a flash memory. For example, memory 53 stores machine learning model 531. The memory 53 also stores single event data, coincidence event data, PET images, display images, flood maps, crystal classifications, and the like.
入力インタフェース54は、ユーザ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51に出力する。具体的には、入力インタフェース54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、タッチパッド及びタッチパネルディスプレイ等の入力機器に接続されている。入力インタフェース54は、当該入力機器への入力操作に応じた電気信号を処理回路51へ出力する。また、入力インタフェース54に接続される入力機器は、ネットワーク等を介して接続された他のコンピュータに設けられた入力機器でも良い。 The input interface 54 receives various input operations from the user, converts the received input operations into electrical signals, and outputs the electrical signals to the processing circuit 51. Specifically, the input interface 54 is connected to input devices such as a mouse, keyboard, trackball, switch, button, joystick, touch pad, and touch panel display. The input interface 54 outputs an electrical signal to the processing circuit 51 according to an input operation to the input device. Furthermore, the input device connected to the input interface 54 may be an input device provided in another computer connected via a network or the like.
次に、本実施形態に係るPET装置1の動作例について説明する。 Next, an example of the operation of the PET apparatus 1 according to this embodiment will be described.
図6は、本実施形態に係る処理回路51による重心/結晶テーブル27の生成に係る一連の処理の典型的な流れを示す図である。図7は、図6の処理の典型的な流れを模式的に示す図である。図6及び図7の処理は、典型的には、PET装置1の製品出荷時や定期点検、日々の点検等において行われる。 FIG. 6 is a diagram showing a typical flow of a series of processes related to generation of the center of gravity/crystal table 27 by the processing circuit 51 according to the present embodiment. FIG. 7 is a diagram schematically showing a typical flow of the process in FIG. 6. The processes shown in FIGS. 6 and 7 are typically performed at the time of product shipment, periodic inspection, daily inspection, etc. of the PET apparatus 1.
図6及び図7に示すように、まず、処理回路51は、フラッドマップ取得機能514を実行する(ステップSA1)。ステップSA1において、フラッドマップ71の生成のためのPET撮像が行われ、処理対象のガンマ線検出器17によりガンマ線が検出される。上述のように、フラッドマップ71の生成のためのPET撮像は、FOVに被検体が存在しない状況において処理対象のガンマ線検出器17に、任意のガンマ線放出体からガンマ線が入射されることにより行われる。処理回路51は、処理対象のガンマ線検出器17の出力信号に基づいて、処理対象のガンマ線検出器17に関するフラッドマップ71を取得する。 As shown in FIGS. 6 and 7, first, the processing circuit 51 executes the flood map acquisition function 514 (step SA1). In step SA1, PET imaging is performed to generate the flood map 71, and gamma rays are detected by the gamma ray detector 17 to be processed. As described above, PET imaging for generating the flood map 71 is performed by injecting gamma rays from an arbitrary gamma ray emitter into the gamma ray detector 17 to be processed in a situation where no subject is present in the FOV. . The processing circuit 51 acquires a flood map 71 regarding the gamma ray detector 17 to be processed, based on the output signal of the gamma ray detector 17 to be processed.
ステップSA1が行われると処理回路51は、結晶区分生成機能515を実行する(ステップSA2)。ステップSA2において処理回路51は、機械学習モデル531を、ステップSA1において取得されたフラッドマップ71に適用して当該フラッドマップ71における結晶区分を生成する。なお、ステップSA2において使用される機械学習モデル531は、前回の処理対象のガンマ線検出器17に関するステップSA7において生成された更新後の機械学習モデル531であっても良い。 When step SA1 is performed, the processing circuit 51 executes the crystal section generation function 515 (step SA2). In step SA2, the processing circuit 51 applies the machine learning model 531 to the flood map 71 acquired in step SA1 to generate crystal sections in the flood map 71. Note that the machine learning model 531 used in step SA2 may be the updated machine learning model 531 generated in step SA7 regarding the gamma ray detector 17 that was the previous processing target.
ステップSA2が行われると処理回路51は、結晶区分の修正指示を待機する(ステップSA3)。ステップSA3において処理回路51は、修正指示を受け付けるGUI(Graphical User Interface)を提供する。 After step SA2 is performed, the processing circuit 51 waits for an instruction to modify the crystal classification (step SA3). In step SA3, the processing circuit 51 provides a GUI (Graphical User Interface) that accepts modification instructions.
図8は、結晶区分の修正指示を受け付けるGUIを含む表示画面(以下、修正操作画面と呼ぶ)の一例を示す図である。修正操作画面は、結晶区分の修正指示を受け付ける受付部の一種である。修正操作画面は、処理回路51によりディスプレイ52に表示される。図8に示すように、修正操作画面には、結晶区分SL3が重畳されたフラッドマップFM3が表示される。結晶区分SL3は、入力インタフェース54を介して形状を変形可能に表示される。 FIG. 8 is a diagram showing an example of a display screen (hereinafter referred to as a modification operation screen) including a GUI that accepts instructions for modifying crystal classification. The modification operation screen is a type of reception section that receives instructions for modifying crystal classification. The correction operation screen is displayed on the display 52 by the processing circuit 51. As shown in FIG. 8, a flood map FM3 on which the crystal section SL3 is superimposed is displayed on the correction operation screen. The crystal section SL3 is displayed via the input interface 54 so that its shape can be changed.
ユーザは、フラッドマップFM3と結晶区分SL3とを観察しながら結晶区分SL3が正しく描かれているか否かを判断する。修正操作画面には、例えば、修正を促すメッセージの表示欄MSが表示される。当該メッセージとしては、例えば、「必要であれば結晶区分を修正して下さい」が表示される。ユーザは、結晶区分SL3が正しく描かれていないと判断した場合、入力インタフェース54を介して結晶区分SL3の形状を変形するための修正指示を行う。 The user determines whether or not the crystal section SL3 is drawn correctly while observing the flood map FM3 and the crystal section SL3. On the correction operation screen, for example, a display field MS for a message prompting correction is displayed. As the message, for example, "Please correct the crystal classification if necessary" is displayed. If the user determines that the crystal section SL3 is not drawn correctly, the user issues a modification instruction to change the shape of the crystal section SL3 via the input interface 54.
結晶区分SL3に対する修正指示がなされた場合(ステップSA3:YES)、処理回路51は、結晶区分修正機能516を実行する(ステップSA4)。ステップSA4において処理回路51は、修正指示に従い結晶区分SL3を修正する。修正は修正操作画面IS1にリアルタイムで反映される。 When a correction instruction for crystal section SL3 is given (step SA3: YES), processing circuit 51 executes crystal section correction function 516 (step SA4). In step SA4, the processing circuit 51 modifies the crystal section SL3 according to the modification instruction. The modification is reflected in the modification operation screen IS1 in real time.
図9は、ステップSA4において行われる結晶区分SL4の修正の一例を示す図である。図9に示すように、修正操作画面においてフラッドマップFM4に結晶区分SL4が重畳されている。フラッドマップFM4の局所領域R1は重心の高頻度領域が比較的広範囲に亘っており、結晶区分SL4の精度が比較的悪いといえる。この場合、ユーザは、入力インタフェース54を介して、局所領域R1内の結晶区分SL4を左側にシフトするための指示を行うこととなる。このようにして修正指示が行われる。 FIG. 9 is a diagram showing an example of the modification of crystal section SL4 performed in step SA4. As shown in FIG. 9, crystal section SL4 is superimposed on flood map FM4 on the correction operation screen. In the local region R1 of the flood map FM4, the high frequency region of the center of gravity is spread over a relatively wide range, and it can be said that the accuracy of the crystal classification SL4 is relatively poor. In this case, the user issues an instruction via the input interface 54 to shift the crystal section SL4 within the local region R1 to the left. Correction instructions are issued in this manner.
図8に示すように、修正操作画面には、更に、戻るボタンB1、確定ボタンB2及び強化ボタンB3が選択可能に表示される。戻るボタンB1が押下された場合、処理回路51は、ユーザにより入力インタフェース54を介して修正された結晶区分SL3を初期の結晶区分SL3に戻す。 As shown in FIG. 8, the correction operation screen further selectably displays a return button B1, a confirmation button B2, and a strengthen button B3. When the return button B1 is pressed, the processing circuit 51 returns the crystal section SL3 modified by the user via the input interface 54 to the initial crystal section SL3.
修正指示がなされ且つ確定ボタンB2が押下された場合、処理回路51は、確定ボタンB2が押下された時点において修正操作画面に表示されている結晶区分SL3を、重心/結晶テーブル27に使用する結晶区分として確定する。そして処理回路51は、テーブル生成機能517を実行する(ステップSA5)。ステップSA5において処理回路51は、フラッドマップと修正後の結晶区分とに基づいて重心/結晶テーブル27を生成する。例えば、図8に示すように、結晶区分SL3は複数の閉領域を含む。複数の閉領域は、ガンマ線検出器17に実際に搭載される複数のシンチレータ結晶にそれぞれ対応する。複数の閉領域は、複数のシンチレータ結晶の識別子にそれぞれ関連付けられている。処理回路51は、フラッドマップの画素各々が属する閉領域を特定し、当該閉領域に関連付けられたシンチレータ結晶の識別子を特定する。処理回路51は、フラッドマップの画素各々についてシンチレータ結晶の識別子を重心/結晶テーブル27に登録する。これにより、重心/結晶テーブル27が生成される。 When a correction instruction is given and the confirm button B2 is pressed, the processing circuit 51 selects the crystal segment SL3 displayed on the correction operation screen at the time when the confirm button B2 is pressed, as the crystal to be used in the center of gravity/crystal table 27. Confirmed as a classification. The processing circuit 51 then executes the table generation function 517 (step SA5). In step SA5, the processing circuit 51 generates the center of gravity/crystal table 27 based on the flood map and the corrected crystal section. For example, as shown in FIG. 8, crystal section SL3 includes a plurality of closed regions. The plurality of closed regions correspond to the plurality of scintillator crystals actually mounted on the gamma ray detector 17, respectively. The plurality of closed regions are respectively associated with identifiers of the plurality of scintillator crystals. The processing circuit 51 identifies the closed region to which each pixel of the flood map belongs, and identifies the identifier of the scintillator crystal associated with the closed region. The processing circuit 51 registers the scintillator crystal identifier for each pixel of the flood map in the center of gravity/crystal table 27. As a result, the center of gravity/crystal table 27 is generated.
ステップSA5が行われると処理回路51は、ステップSA2において使用した機械学習モデル531を強化するか否かを判定する(ステップSA6)。例えば、処理回路51は、図8に示す確定ボタンB2が押下された場合、強化ボタンB3が押下されることを待機する。強化ボタンB3が押下された場合(ステップSA6:YES)、処理回路51は、モデル更新機能518を実行する(ステップSA7)。ステップSA7において処理回路51は、修正前の結晶区分と修正後の結晶区分とに基づき機械学習モデル531のパラメータを更新する。パラメータの更新は、機械学習モデル531に対する強化学習により行われる。修正前の結晶区分と修正後の結晶区分とに基づく強化学習により、機械学習モデル531は、ユーザによる人手の修正を学習することができる。このようにして、フラッドマップに基づく結晶区分の生成の精度を向上させることができる。 When step SA5 is performed, the processing circuit 51 determines whether or not to strengthen the machine learning model 531 used in step SA2 (step SA6). For example, when the confirm button B2 shown in FIG. 8 is pressed, the processing circuit 51 waits for the reinforcement button B3 to be pressed. If the reinforcement button B3 is pressed (step SA6: YES), the processing circuit 51 executes the model update function 518 (step SA7). In step SA7, the processing circuit 51 updates the parameters of the machine learning model 531 based on the crystal classification before modification and the crystal classification after modification. The parameters are updated by reinforcement learning on the machine learning model 531. The machine learning model 531 can learn manual corrections made by the user through reinforcement learning based on the crystal classification before correction and the crystal classification after correction. In this way, the accuracy of generating crystal sections based on the flood map can be improved.
一方、ステップSA3において修正指示がなされなかった場合(ステップSA3:NO)、処理回路51は、ステップSA1において取得されたフラッドマップとステップSA2において生成された結晶区分とに基づいて重心/結晶テーブル27を生成する。重心/結晶テーブル27の生成方法は、ステップSA5と同様である。 On the other hand, if a correction instruction is not given in step SA3 (step SA3: NO), the processing circuit 51 uses the center of gravity/crystal table 27 based on the flood map acquired in step SA1 and the crystal classification generated in step SA2. generate. The method of generating the center of gravity/crystal table 27 is the same as step SA5.
ステップSA7が行われた場合、強化学習が行われない場合(ステップSA6:NO)又はステップSA8が行われた場合、図6の処理は終了する。 If step SA7 is performed, if reinforcement learning is not performed (step SA6: NO), or if step SA8 is performed, the process in FIG. 6 ends.
図6及び図7の処理はガンマ線検出器17毎に繰り返される。ガンマ線検出器17毎の重心/結晶テーブル27は、当該ガンマ線検出器17に接続された検出処理器13のメモリ21に記憶される。検出処理器13は、PET撮像において重心/結晶テーブル27を使用して、相互作用事象が生じたシンチレータ結晶を同定することが可能になる。 The processing in FIGS. 6 and 7 is repeated for each gamma ray detector 17. The center of gravity/crystal table 27 for each gamma ray detector 17 is stored in the memory 21 of the detection processor 13 connected to the gamma ray detector 17. The detection processor 13 is enabled to use the centroid/crystal table 27 in PET imaging to identify the scintillator crystal in which the interaction event occurred.
更に、結晶区分に対する修正に基づく強化学習を当該修正毎に行うことにより、機械学習モデル531に人手による修正を加味した結晶区分を生成させることが可能になる。すなわち、本実施形態に係る機械学習モデル531は、人手による修正に関する汎化能力を再帰的に獲得することが可能になる。この方法により、フラッドマップの区分け作業に対する経時的、自律的な精度向上を実現することができる。処理回路51は、次の処理対象のガンマ線検出器17に関するフラッドマップの区分けにおいて、パラメータ更新後の機械学習モデル531に従い、当該次の処理対象のガンマ線検出器17に関するフラッドマップから当該フラッドマップに関する結晶区分を生成する。このような機械学習モデル531を利用してフラッドマップの区分けを行うことにより、人手の修正の頻度を低減させることができるため、区分けを簡便且つ高精度に行うことが可能になる。また、学習が十分になされた機械学習モデル531をPET装置1に実装することにより、定期点検を待つことなく、例えば、1日単位のガンマ線検出器17の調整が可能になる。 Furthermore, by performing reinforcement learning based on corrections to the crystal classification for each correction, it becomes possible to cause the machine learning model 531 to generate crystal classifications that take into account manual corrections. That is, the machine learning model 531 according to this embodiment can recursively acquire generalization ability regarding manual correction. With this method, it is possible to improve the accuracy of the flood map classification work over time and autonomously. In dividing the flood map related to the gamma ray detector 17 to be processed next, the processing circuit 51 divides the crystals related to the flood map from the flood map related to the gamma ray detector 17 to be processed next according to the machine learning model 531 after the parameter update. Generate partitions. By dividing the flood map using such a machine learning model 531, the frequency of manual correction can be reduced, so that division can be performed simply and with high precision. Furthermore, by installing the machine learning model 531 that has been sufficiently learned into the PET apparatus 1, it becomes possible to adjust the gamma ray detector 17 on a daily basis, for example, without waiting for periodic inspection.
(変形例)
上記の実施形態において機械学習モデル531は、フラッドマップを入力とし結晶区分を出力するようにパラメータが学習された機械学習モデルであるとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。変形例に係る機械学習モデル531-2は、結晶区分を入力とし、入力された結晶区分に比して高精度の結晶区分を出力するようにパラメータが学習された機械学習モデルであるとする。以下、変形例に係るPET装置について説明する。なお以下の説明において、本実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
(Modified example)
In the above embodiment, the machine learning model 531 is a machine learning model whose parameters are learned so as to input a flood map and output a crystal classification. However, this embodiment is not limited to this. It is assumed that the machine learning model 531-2 according to the modification is a machine learning model in which parameters are learned so as to input a crystal section and output a crystal section with higher accuracy than the input crystal section. Hereinafter, a PET apparatus according to a modified example will be described. In the following description, components having substantially the same functions as those in this embodiment are denoted by the same reference numerals, and will be described repeatedly only when necessary.
図10は、本実施形態の変形例に係る処理回路51による重心/結晶テーブルの生成に係る一連の処理の典型的な流れを示す図である。図11は、図10の処理の典型的な流れを模式的に示す図である。図10及び図11の処理は、図6及び図7の処理と同様、典型的には、PET装置1の製品出荷時や定期点検、日々の点検等において行われる。 FIG. 10 is a diagram showing a typical flow of a series of processes related to generation of a center of gravity/crystal table by the processing circuit 51 according to a modification of the present embodiment. FIG. 11 is a diagram schematically showing a typical flow of the process in FIG. 10. The processes in FIGS. 10 and 11, like the processes in FIGS. 6 and 7, are typically performed at the time of product shipment, periodic inspection, daily inspection, etc. of the PET apparatus 1.
図10及び図11に示すように、まず、処理回路51は、フラッドマップ取得機能514を実行する(ステップSB1)。ステップSB1はステップSA1と同様である。 As shown in FIGS. 10 and 11, first, the processing circuit 51 executes the flood map acquisition function 514 (step SB1). Step SB1 is similar to step SA1.
ステップSB1が行われると処理回路51は、第一の結晶区分生成機能515を実行する(ステップSB2)。ステップSB2において処理回路51は、ステップSB1において取得されたフラッドマップ81に自動区分化処理を施して、当該フラッドマップに関する結晶区分(以下、仮結晶区分と呼ぶ)83を生成する。自動区分化処理は、機械学習モデル531-2を利用した結晶区分の生成処理とは異なる、厳密な数学的なアルゴリズム、ヒューリスティック(Heuristic)に定められたアルゴリズム又はこれらを混合したアルゴリズムを用いる。自動区分化処理は、フラッドマップから仮結晶区分83を生成するための一定の手順により規定されるが、人手による修正が組み込まれたものではない。 When step SB1 is performed, the processing circuit 51 executes the first crystal section generation function 515 (step SB2). In step SB2, the processing circuit 51 performs automatic segmentation processing on the flood map 81 acquired in step SB1 to generate crystal segments (hereinafter referred to as temporary crystal segments) 83 regarding the flood map. The automatic segmentation process uses a strict mathematical algorithm, a heuristic-defined algorithm, or a mixture thereof, which is different from the crystal segment generation process using the machine learning model 531-2. The automatic segmentation process is defined by a fixed procedure for generating pseudocrystalline segments 83 from the flood map, but does not incorporate manual modifications.
ステップSB2が行われると処理回路51は、第二の結晶区分生成機能515を実行する(ステップSB3)。ステップSB3において処理回路51は、変形例に係る機械学習モデル531-2を、ステップSB1において取得されたフラッドマップ81とステップSB2において生成された仮結晶区分83とに適用して当該フラッドマップ81における結晶区分85を生成する。機械学習モデル531-2は、フラッドマップと結晶区分とを入力として、入力された結晶区分に比して精度が高い結晶区分を出力するようにパラメータが学習された機械学習モデルである。精度が高い結晶区分とは、自動区分化処理により生成された結晶区分に比して、ユーザ等による人手の修正がなされた後の結晶区分に形状が近似していることを意味する。機械学習モデル531-2は、フラッドマップと自動区分化処理により生成された結晶区分と人手の修正が施された結晶区分との組合せを学習サンプルとしてパラメータが学習される。フラッドマップと自動区分化処理により生成された結晶区分とを入力としたときの出力結晶区分が、人手の修正が施された結晶区分に近似するようにパラメータが更新される。 After step SB2 is performed, the processing circuit 51 executes the second crystal section generation function 515 (step SB3). In step SB3, the processing circuit 51 applies the machine learning model 531-2 according to the modification to the flood map 81 acquired in step SB1 and the pseudo-crystal section 83 generated in step SB2 to A crystal section 85 is produced. The machine learning model 531-2 is a machine learning model in which parameters are learned so as to receive a flood map and a crystal classification as input and output a crystal classification with higher accuracy than the input crystal classification. A highly accurate crystal segment means that the shape is more similar to a crystal segment after manual correction by a user or the like, compared to a crystal segment generated by automatic segmentation processing. In the machine learning model 531-2, parameters are learned using a combination of a flood map, a crystal segment generated by automatic segmentation processing, and a manually corrected crystal segment as a learning sample. Parameters are updated so that the output crystal section when the flood map and the crystal section generated by the automatic sectioning process are input approximates the manually corrected crystal section.
ステップSB3が行われると処理回路51は、結晶区分の修正指示を待機する(ステップSB4)。ステップSB4において処理回路51は、図8に示すように、修正指示を受け付けるGUIを提供する。 After step SB3 is performed, the processing circuit 51 waits for an instruction to modify the crystal classification (step SB4). In step SB4, the processing circuit 51 provides a GUI that accepts modification instructions, as shown in FIG.
結晶区分に対する修正指示がなされた場合(ステップSB4:YES)、処理回路51は、結晶区分修正機能516を実行する(ステップSB5)。ステップSB5において処理回路51は、修正指示に従い結晶区分を修正する。 If an instruction to modify the crystal division is given (step SB4: YES), the processing circuit 51 executes the crystal division correction function 516 (step SB5). In step SB5, the processing circuit 51 modifies the crystal division according to the modification instruction.
修正指示がなされた場合、処理回路51は、修正後の結晶区分を、重心/結晶テーブル27に使用する結晶区分として確定する。そして処理回路51は、テーブル生成機能517を実行する(ステップSB6)。ステップSB6において処理回路51は、フラッドマップと修正後の結晶区分とに基づいて重心/結晶テーブルを生成する。ステップSB6はステップSA5と同様である。 When a correction instruction is given, the processing circuit 51 determines the corrected crystal section as the crystal section to be used in the center of gravity/crystal table 27. The processing circuit 51 then executes the table generation function 517 (step SB6). In step SB6, the processing circuit 51 generates a center of gravity/crystal table based on the flood map and the corrected crystal section. Step SB6 is similar to step SA5.
ステップSB6が行われると処理回路51は、ステップSB3において使用した機械学習モデル531-2を強化するか否かを判定する(ステップSB7)。強化する場合(ステップSB7:YES)、処理回路51は、モデル更新機能518を実行する(ステップSB8)。ステップSB8において処理回路51は、修正前の結晶区分と修正後の結晶区分とに基づき機械学習モデル531-2のパラメータを更新する。パラメータの更新は、機械学習モデル531-2に対する強化学習により行われる。修正前の結晶区分と修正後の結晶区分とに基づく強化学習により、機械学習モデル531は、ユーザによる人手の修正を学習することができる。これによりフラッドマップに基づく結晶区分の生成の精度を向上させることができる。 When step SB6 is performed, the processing circuit 51 determines whether or not to strengthen the machine learning model 531-2 used in step SB3 (step SB7). When strengthening (step SB7: YES), the processing circuit 51 executes the model update function 518 (step SB8). In step SB8, the processing circuit 51 updates the parameters of the machine learning model 531-2 based on the crystal classification before modification and the crystal classification after modification. The parameter update is performed by reinforcement learning on the machine learning model 531-2. The machine learning model 531 can learn manual corrections made by the user through reinforcement learning based on the crystal classification before correction and the crystal classification after correction. This makes it possible to improve the accuracy of crystal section generation based on the flood map.
一方、ステップSB4において修正指示がなされなかった場合(ステップSB4:NO)、処理回路51は、ステップSB1において取得されたフラッドマップとステップSB3において生成された結晶区分とに基づいて重心/結晶テーブル27を生成する。重心/結晶テーブル27の生成方法は、ステップSB6と同様である。 On the other hand, if no correction instruction is given in step SB4 (step SB4: NO), the processing circuit 51 uses the center of gravity/crystal table 27 based on the flood map acquired in step SB1 and the crystal classification generated in step SB3. generate. The method of generating the center of gravity/crystal table 27 is the same as step SB6.
ステップSB8が行われた場合、強化学習が行われない場合(ステップSB7:NO)又はステップSB9が行われた場合、図10及び図11の処理は終了する。 If step SB8 is performed, if reinforcement learning is not performed (step SB7: NO), or if step SB9 is performed, the processing in FIGS. 10 and 11 ends.
図10及び図11の処理はガンマ線検出器17毎に繰り返される。ガンマ線検出器17毎の重心/結晶テーブル27は、当該ガンマ線検出器17に接続された検出処理器13のメモリ21に記憶される。検出処理器13は、PET撮像において重心/結晶テーブル27を使用して、相互作用事象が生じたシンチレータ結晶を特定することが可能になる。なお、機械学習モデル531-2は、仮結晶区分を入力して結晶区分を出力するように学習されてもよい。この場合、ステップSB3において処理回路51は、ステップSB2において生成された仮結晶区分83を機械学習モデル531-2に適用して結晶区分85を生成することとなる。 The processing in FIGS. 10 and 11 is repeated for each gamma ray detector 17. The center of gravity/crystal table 27 for each gamma ray detector 17 is stored in the memory 21 of the detection processor 13 connected to the gamma ray detector 17. The detection processor 13 is enabled to use the centroid/crystal table 27 in PET imaging to identify the scintillator crystal where the interaction event occurred. Note that the machine learning model 531-2 may be trained to input the pseudo-crystal classification and output the crystal classification. In this case, in step SB3, the processing circuit 51 applies the temporary crystal section 83 generated in step SB2 to the machine learning model 531-2 to generate the crystal section 85.
(その他)
上記の少なくとも一の実施形態において医用情報処理装置は、PET装置に組み込まれたコンピュータであるとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。例えば、PET装置とは別体のコンピュータであっても良い。このようなコンピュータとしては、例えば、PET装置1の製造過程において用いられる、重心/結晶テーブルの生成のためのコンピュータが挙げられる。なお以下の説明において、上記の実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
(others)
In at least one embodiment described above, the medical information processing device is a computer built into a PET device. However, this embodiment is not limited to this. For example, a computer separate from the PET apparatus may be used. Such a computer includes, for example, a computer used in the manufacturing process of the PET apparatus 1 to generate a center of gravity/crystal table. In the following description, components having substantially the same functions as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and will be described repeatedly only when necessary.
図12は、本実施形態に係るその他の実施例に係る医用情報処理装置50の構成の一例を示す図である。図12に示すように、医用情報処理装置50は、処理回路51、ディスプレイ52、メモリ53、入力インタフェース54及び通信インタフェース55を有する。例えば、処理回路51、ディスプレイ52、メモリ53、入力インタフェース54及び通信インタフェース55間のデータ通信は、バスを介して行われる。 FIG. 12 is a diagram showing an example of the configuration of a medical information processing apparatus 50 according to another example of the present embodiment. As shown in FIG. 12, the medical information processing device 50 includes a processing circuit 51, a display 52, a memory 53, an input interface 54, and a communication interface 55. For example, data communication between processing circuit 51, display 52, memory 53, input interface 54, and communication interface 55 is performed via a bus.
処理回路51は、ハードウェア資源として、CPUやGPU等のプロセッサを有する。処理回路51は、フラッドマップ取得機能514、結晶区分生成機能515、結晶区分修正機能516、テーブル生成機能517、モデル更新機能518及び表示制御機能519を実現する。通信インタフェース55は、重心/結晶テーブルの生成対象のPET装置との間でデータ通信するためのインタフェースである。フラッドマップ取得機能514において処理回路51は、重心/結晶テーブルの生成対象のPET装置からフラッドマップを、通信インタフェース55等を介して取得する。 The processing circuit 51 has a processor such as a CPU or GPU as a hardware resource. The processing circuit 51 implements a flood map acquisition function 514, a crystal section generation function 515, a crystal section correction function 516, a table generation function 517, a model update function 518, and a display control function 519. The communication interface 55 is an interface for data communication with the PET apparatus for which the center of gravity/crystal table is to be generated. In the flood map acquisition function 514, the processing circuit 51 acquires a flood map from the PET apparatus for which the center of gravity/crystal table is to be generated, via the communication interface 55 or the like.
上記の構成によれば、少なくとも結晶区分生成機能515、結晶区分修正機能516、テーブル生成機能517及びモデル更新機能518を、PET装置から独立したコンピュータである医用情報処理装置50に実現させることが可能になる。これにより、一台の医用情報処理装置50により複数台のPET装置についてフラッドマップの区分け作業等を実行することが可能になる。この際、モデル更新機能518により、ユーザによる結晶区分の修正に基づき機械学習モデル531(又は変形例に係る機械学習モデル531-2)の強化学習を行うことにより、機械学習モデル531(又は変形例に係る機械学習モデル531-2)を強化しながら、効率的に重心/結晶テーブルを生成等することが可能になる。 According to the above configuration, it is possible to realize at least the crystal segment generation function 515, the crystal segment correction function 516, the table generation function 517, and the model update function 518 in the medical information processing apparatus 50, which is a computer independent from the PET apparatus. become. This makes it possible for one medical information processing device 50 to perform tasks such as dividing a flood map for a plurality of PET devices. At this time, the model update function 518 performs reinforcement learning on the machine learning model 531 (or the machine learning model 531-2 according to the modified example) based on the correction of the crystal classification by the user. It becomes possible to efficiently generate a center of gravity/crystal table while strengthening the machine learning model 531-2).
(応用例1)
上記の実施形態において機械学習モデル531は、フラッドマップを、典型的には、検出器パック又は検出器モジュール単位等の既存の単位で入出力するものとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。応用例1に係る機械学習モデルは、一のフラッドマップを小領域(パッチ)単位で学習される。以下、応用例1に係るPET装置について説明する。なお以下の説明において、本実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
(Application example 1)
In the above embodiment, the machine learning model 531 typically inputs and outputs the flood map in existing units such as detector packs or detector modules. However, this embodiment is not limited to this. The machine learning model according to Application Example 1 is trained on one flood map in small area (patch) units. The PET apparatus according to Application Example 1 will be described below. In the following description, components having substantially the same functions as those in this embodiment are denoted by the same reference numerals, and will be described repeatedly only when necessary.
応用例1に係る機械学習モデルは、フラッドマップが小領域に分割されたフラッドマップ(以下、分割フラッドマップと呼ぶ)とフラッドマップに対応する区分が小領域に分割された区分(以下、分割区分と呼ぶ)とに基づいて学習される。処理回路51は、結晶区分生成機能515の実現により、処理対象のフラッドマップを分割して処理対象の複数の分割フラッドマップを生成し、処理対象の複数の分割フラッドマップに機械学習モデルを適用して処理対象の複数の分割フラッドマップにそれぞれ対応する複数の分割区分を生成する。そして処理回路51は、処理対象の複数の分割区分を統合して処理対象の結晶区分を生成する。 The machine learning model according to Application Example 1 consists of a flood map in which a flood map is divided into small regions (hereinafter referred to as a divided flood map) and a division in which a section corresponding to the flood map is divided into small regions (hereinafter referred to as a divided flood map). ). By realizing the crystal division generation function 515, the processing circuit 51 divides the flood map to be processed, generates a plurality of divided flood maps to be processed, and applies the machine learning model to the plurality of divided flood maps to be processed. A plurality of divided sections are generated, each corresponding to a plurality of divided flood maps to be processed. The processing circuit 51 then integrates the plurality of divided sections to be processed and generates a crystal section to be processed.
図13は、応用例1に係る処理回路51による、フラッドマップ71から結晶区分73の生成処理の典型的な流れを模式的に示す図である。図13に示すように、処理回路51は、フラッドマップ取得機能514の実現により、検出器パック又は検出器モジュール単位等の既存の単位に関する、処理対象のフラッドマップ71を取得する。以下、既存の単位のフラッドマップ等のサイズを既存サイズと呼ぶことにする。次に処理回路51は、結晶区分生成機能515の実現により、分割処理を実行する(ステップSC1)。ステップSC1において処理回路51は、処理対象のフラッドマップ71を分割して、互いに位置が異なる複数の分割フラッドマップ711を生成する。 FIG. 13 is a diagram schematically showing a typical flow of the process of generating crystal sections 73 from flood map 71 by processing circuit 51 according to application example 1. As shown in FIG. 13, the processing circuit 51 acquires a flood map 71 to be processed regarding an existing unit such as a detector pack or a detector module by implementing a flood map acquisition function 514. Hereinafter, the size of the existing unit flood map, etc. will be referred to as the existing size. Next, the processing circuit 51 executes division processing by realizing the crystal section generation function 515 (step SC1). In step SC1, the processing circuit 51 divides the flood map 71 to be processed and generates a plurality of divided flood maps 711 having mutually different positions.
図14は、フラッドマップ71と分割フラッドマップ711との関係を示す図である。図14に示すように、分割フラッドマップ711のサイズは、元のフラッドマップ71のサイズよりも小さければ、如何なるサイズでもよい。例えば、フラッドマップ71がz軸方向にシンチレータ結晶16個及びx軸方向に8個分のサイズである場合、分割フラッドマップ711はz軸方向にシンチレータ結晶16個及びx軸方向に8個分のサイズに設定される。一のフラッドマップ71から分割される複数の分割フラッドマップ711のサイズは全て同一サイズに設定される。隣接する分割フラッドマップ711は一部領域712にて重畳するように分割される。一部領域712を共有する分割フラッドマップは二つでもよいし、三つ以上でもよい。複数の分割フラッドマップ711のうちの二以上の分割フラッドマップ711が重畳するように分割することにより、後続の処理において生成される結晶区分の一部欠落を回避することが可能になる。 FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the flood map 71 and the divided flood map 711. As shown in FIG. 14, the size of the divided flood map 711 may be any size as long as it is smaller than the size of the original flood map 71. For example, if the flood map 71 has the size of 16 scintillator crystals in the z-axis direction and 8 scintillator crystals in the x-axis direction, the divided flood map 711 has the size of 16 scintillator crystals in the z-axis direction and 8 scintillator crystals in the x-axis direction. Set to size. The sizes of the plurality of divided flood maps 711 divided from one flood map 71 are all set to the same size. Adjacent divided flood maps 711 are divided so as to overlap in a partial area 712. The number of divided flood maps that share a partial area 712 may be two or three or more. By dividing the plurality of divided flood maps 711 so that two or more divided flood maps 711 overlap, it is possible to avoid partial omission of crystal sections generated in subsequent processing.
例えば、処理回路51は、分割フラッドマップ711と同一のサイズを有するパッチを、フラッドマップ71のうちの分割フラッドマップ711の生成対象領域に適用して切り抜くことにより、分割フラッドマップ711を生成する。処理回路51は、パッチの適用位置をシフトさせつつ、各適用位置の分割フラッドマップ711を生成する。パッチの適用位置は、自動的に決定されてもよいし、ユーザにより入力インタフェース54等を介して設定されてもよい。以下、分割フラッドマップ711等のサイズ、すなわち、パッチのサイズをパッチサイズと呼ぶことにする。 For example, the processing circuit 51 generates the divided flood map 711 by applying a patch having the same size as the divided flood map 711 to the generation target area of the divided flood map 711 of the flood map 71 and cutting it out. The processing circuit 51 generates a divided flood map 711 for each patch application position while shifting the patch application position. The patch application position may be automatically determined or may be set by the user via the input interface 54 or the like. Hereinafter, the size of the divided flood map 711 etc., ie, the size of the patch, will be referred to as patch size.
分割フラッドマップ711が生成されると処理回路51は、パッチサイズの各分割フラッドマップ711に機械学習モデル531-3を適用してパッチサイズの分割結晶区分731を生成する。処理回路51は、機械学習モデル531-3は、事前に、分割フラッドマップ711を入力して分割結晶区分731を出力するようにパラメータが学習されている。機械学習モデル531-3としては、典型的には、フラッドマップ71における分割フラッドマップ711の位置に関わらず同一のモデルが使用される。このように、パッチ単位での学習により、機械学習モデル531-3を汎化することができる。なお、フラッドマップ71における分割フラッドマップ711の位置に応じて機械学習モデル531-3が用意されてもよい。 When the divided flood maps 711 are generated, the processing circuit 51 applies the machine learning model 531-3 to each divided flood map 711 of the patch size to generate divided crystal sections 731 of the patch size. In the processing circuit 51, the parameters of the machine learning model 531-3 are learned in advance so as to input the divided flood map 711 and output the divided crystal section 731. Typically, the same model is used as the machine learning model 531-3 regardless of the position of the divided flood map 711 in the flood map 71. In this way, the machine learning model 531-3 can be generalized by learning on a patch-by-patch basis. Note that the machine learning model 531-3 may be prepared depending on the position of the divided flood map 711 in the flood map 71.
次に処理回路51は、パッチサイズの複数の分割結晶区分731を統合して既存サイズの結晶区分73を生成する(ステップSC2)。ステップSC2において処理回路51は、パッチサイズの複数の分割結晶区分731を各分割結晶区分の位置に従い貼り合わせることにより、既存サイズの結晶区分73を生成する。 Next, the processing circuit 51 integrates the plurality of split crystal sections 731 of the patch size to generate a crystal section 73 of the existing size (step SC2). In step SC2, the processing circuit 51 generates a crystal section 73 of an existing size by pasting together a plurality of patch-sized crystal sections 731 according to the position of each divided crystal section.
図15は、ステップSC2において行われる統合処理を模式的に示す図である。図15に示すように、例えば、二つの分割結晶区分731が生成される。図15に示す二つの分割結晶区分731は、それぞれ図14に示す二つの分割フラッドマップ711に対応する。処理回路51は、二つの分割結晶区分731を各分割結晶区分731の位置に従い貼り合わせる。図14に示す二つの分割フラッドマップ711は一部領域712にて重複するので、二つの分割結晶区分731は、この一部領域712に対応する一部領域732にて重複するように貼り合わされる。なお、図15においては、視覚的な区別のため、上側の分割結晶区分731の区分線7311を破線、下側の分割結晶区分732の区分線7312を実線で表している。また、以下、一部領域732は重複領域732とも呼ぶ。 FIG. 15 is a diagram schematically showing the integration process performed in step SC2. As shown in FIG. 15, for example, two split crystal sections 731 are generated. The two divided crystal sections 731 shown in FIG. 15 correspond to the two divided flood maps 711 shown in FIG. 14, respectively. The processing circuit 51 bonds the two divided crystal sections 731 together according to the position of each divided crystal section 731. Since the two divided flood maps 711 shown in FIG. 14 overlap in a partial area 712, the two divided crystal sections 731 are pasted together so as to overlap in a partial area 732 corresponding to this partial area 712. . In addition, in FIG. 15, for visual distinction, the dividing line 7311 of the upper divided crystal section 731 is represented by a broken line, and the dividing line 7312 of the lower divided crystal section 732 is represented by a solid line. In addition, the partial area 732 will also be referred to as an overlapping area 732 hereinafter.
一部領域732において各分割結晶区分731に描画される区分線が一致しない場合がある。例えば、図15に示すように、上側の分割結晶区分731の区分線7311と下側の分割結晶区分732の区分線7312とは、重複領域732において一致することが理想であるが、逸れる場合がある。処理回路51は、重複領域732における区分線7311及び7312の不一致を補正するため、重複領域732について、上側の分割結晶区分731と下側の分割結晶区分732との平均処理を実行する。平均処理では、区分線7311と区分線7312との平均的な位置、換言すれば、略中間の位置に線が描かれる。平均処理により、各分割結晶区分731における区分線の連続性を確保することができる。上記の通り、全ての分割結晶区分731について貼り合わせ処理と平均処理とが行われることにより、既存サイズの結晶区分73が生成される。 In some areas 732, the dividing lines drawn in each divided crystal section 731 may not match. For example, as shown in FIG. 15, it is ideal that the dividing line 7311 of the upper divided crystal section 731 and the dividing line 7312 of the lower divided crystal section 732 coincide in the overlapping region 732, but they may deviate. be. The processing circuit 51 performs averaging processing between the upper crystal division 731 and the lower crystal division 732 in the overlap region 732 in order to correct the mismatch between the dividing lines 7311 and 7312 in the overlap region 732. In the averaging process, a line is drawn at an average position between the division line 7311 and the division line 7312, in other words, at a substantially midway position. Through the averaging process, continuity of the division lines in each crystal division 731 can be ensured. As described above, by performing the bonding process and the averaging process on all the divided crystal sections 731, crystal sections 73 of the existing size are generated.
結晶区分73が生成されると、図6に示すステップSA3-SA7が行われる。 Once crystal section 73 is generated, steps SA3-SA7 shown in FIG. 6 are performed.
上記の通り、応用例1によれば、フラッドマップ全体よりも小さいパッチ単位で機械学習モデル531-3の学習の生成を行うことができる。パッチ単位で学習することにより、機械学習モデル531-3の入出力データのサイズを削減することにより、結晶区分の描画精度を高めることができる。 As described above, according to Application Example 1, learning of the machine learning model 531-3 can be generated in patch units smaller than the entire flood map. By learning on a patch-by-patch basis, the size of the input/output data of the machine learning model 531-3 can be reduced, thereby increasing the drawing accuracy of crystal sections.
(応用例2)
上記の実施形態において機械学習モデル531-2は、結晶区分を、典型的には、検出器パック又は検出器モジュール単位等の既存の単位で入出力するものとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。応用例2に係る機械学習モデルは、一の結晶区分を小領域(パッチ)単位で学習する。以下、応用例2に係るPET装置について説明する。なお以下の説明において、本実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
(Application example 2)
In the above embodiment, the machine learning model 531-2 typically inputs and outputs crystal sections in existing units such as detector packs or detector modules. However, this embodiment is not limited to this. The machine learning model according to Application Example 2 learns one crystal section in units of small regions (patch). The PET apparatus according to Application Example 2 will be described below. In the following description, components having substantially the same functions as those in this embodiment are denoted by the same reference numerals, and will be described repeatedly only when necessary.
応用例2に係る機械学習モデルは、パッチサイズの結晶区分と、当該結晶区分に比して精度が高い、パッチサイズの結晶区分とに基づいて学習される。処理回路51は、結晶区分生成機能515の実現により、処理対象のフラッドマップに自動区分化処理を適用して、処理対象のフラッドマップに関する仮結晶区分を生成し、生成された仮結晶区分からパッチサイズの結晶区分を生成する。次に処理回路51は、結晶区分生成機能515の実現により、機械学習モデルとパッチサイズの仮結晶区分とに基づいて、高精度のパッチサイズの結晶区分を生成し、生成された高精度のパッチサイズの結晶区分を仮結晶区分に統合して既存サイズの結晶区分を生成する。高精度の結晶区分とは、自動区分化処理により生成された結晶区分に比して、ユーザ等による人手の修正がなされた後の結晶区分に形状が近似していることを意味する。 The machine learning model according to Application Example 2 is trained based on a patch size crystal classification and a patch size crystal classification having higher accuracy than the crystal classification. By implementing the crystal segment generation function 515, the processing circuit 51 applies automatic segmentation processing to the flood map to be processed, generates pseudo-crystal segments for the flood map to be processed, and performs patching from the generated pseudo-crystal segments. Generate crystal divisions of size. Next, the processing circuit 51 generates a crystal segment with a high precision patch size based on the machine learning model and the temporary crystal segment of the patch size by realizing the crystal segment generation function 515, and generates a crystal segment with a high precision patch size. A crystal section of the existing size is generated by integrating the crystal section of the size into a temporary crystal section. A highly accurate crystal segment means that the shape is more similar to a crystal segment after manual correction by a user or the like, compared to a crystal segment generated by automatic segmentation processing.
図16は、応用例2に係る処理回路51による、フラッドマップ81から結晶区分85の生成処理の典型的な流れを模式的に示す図である。図16に示すように、まず、処理回路51は、フラッドマップ取得機能514の実現により、処理対象のフラッドマップ81を取得する。次に、処理回路51は、第一の結晶区分生成機能515の実現により、取得されたフラッドマップ81に自動区分化処理を施して、当該フラッドマップに関する既存サイズの仮結晶区分83を生成する(ステップSD1)。ステップSD1は、図10及び図11のステップSB2と同一である。次に処理回路51は、仮結晶区分83をパッチで切り抜き、パッチサイズの切り抜き後の結晶区分831を生成する(ステップSD2)。パッチは、応用例1と同様、検出器パック又は検出器モジュール単位等のサイズに比して小さいサイズを有している。パッチは、仮結晶区分83のうちの修正を要する範囲に適用される。パッチの適用位置は、例えば、ユーザにより入力インタフェース54を介して指定される。例えば、処理回路51は、適用位置の指定指示を受け付けるGUIを提供する。 FIG. 16 is a diagram schematically showing a typical flow of the process of generating crystal sections 85 from flood map 81 by processing circuit 51 according to application example 2. As shown in FIG. 16, first, the processing circuit 51 acquires the flood map 81 to be processed by implementing the flood map acquisition function 514. Next, the processing circuit 51 performs automatic segmentation processing on the acquired flood map 81 by implementing the first crystal segment generation function 515, and generates a temporary crystal segment 83 of an existing size regarding the flood map ( Step SD1). Step SD1 is the same as step SB2 in FIGS. 10 and 11. Next, the processing circuit 51 cuts out the temporary crystal section 83 as a patch, and generates a cut-out crystal section 831 of the patch size (step SD2). Similar to Application Example 1, the patch has a smaller size than the size of the detector pack or detector module unit. The patch is applied to the area of the temporary crystal section 83 that requires modification. The patch application position is specified by the user via the input interface 54, for example. For example, the processing circuit 51 provides a GUI that accepts an instruction to designate an application position.
図17は、パッチの適用位置の指定指示を受け付けるGUIを含む表示画面(切り抜き操作画面と呼ぶ)の一例を示す図である。図17に示すように、切り抜き操作画面は、処理回路51によりディスプレイ52に表示される。図17に示すように、切り抜き操作画面には、仮結晶区分SL3が重畳されたフラッドマップFM3が表示される。切り抜き操作画面には、入力インタフェース54を介して移動可能なパッチP1が表示される。切り抜き操作画面には、例えば、パッチP2による切り抜きを促すメッセージの表示欄MS2が表示される。当該メッセージとしては、例えば、「修正箇所をパッチで切り抜いて下さい」が表示される。ユーザは、仮結晶区分SL3を観察して仮結晶区分SL3の精度を高めたい部分を見つけ出し、入力インタフェース54を介してパッチP1を、当該部分に移動させる。ユーザは、パッチP1の移動後、切り抜きボタンB5を押下する。 FIG. 17 is a diagram illustrating an example of a display screen (referred to as a cutout operation screen) including a GUI that accepts an instruction to designate a patch application position. As shown in FIG. 17, the cutting operation screen is displayed on the display 52 by the processing circuit 51. As shown in FIG. 17, a flood map FM3 on which the temporary crystal section SL3 is superimposed is displayed on the cutout operation screen. A patch P1 that can be moved via the input interface 54 is displayed on the cutout operation screen. On the clipping operation screen, for example, a display field MS2 for a message prompting clipping using patch P2 is displayed. As the message, for example, "Please cut out the modified part with a patch" is displayed. The user observes the temporary crystal section SL3, finds a portion where the accuracy of the temporary crystal section SL3 is desired to be improved, and moves the patch P1 to the relevant portion via the input interface 54. After moving the patch P1, the user presses the cutout button B5.
切り抜きボタンB5が押下された場合、処理回路51は、仮結晶区分SL3のうちのパッチP1により囲まれた領域を切り抜き、パッチサイズの切り抜き結晶区分831を生成する。次に処理回路51は、機械学習モデル531-4による切り抜き結晶区分831の修正処理が行われる。機械学習モデル531-4は、事前に、パッチサイズの結晶区分である入力データと、当該結晶区分に比して精度が高い、パッチサイズの結晶区分である教師データとに基づいて学習される。処理回路51は、パッチサイズの切り抜き結晶区分831を機械学習モデル531-4に適用して、より精度の高い、パッチサイズの切り抜き結晶区分832を生成する。 When the cutout button B5 is pressed, the processing circuit 51 cuts out the region surrounded by the patch P1 of the temporary crystal section SL3, and generates a patch-sized cutout crystal section 831. Next, the processing circuit 51 performs a correction process on the cut-out crystal section 831 using the machine learning model 531-4. The machine learning model 531-4 is trained in advance based on input data that is a crystal classification of a patch size and teacher data that is a crystal classification of a patch size that is more accurate than the crystal classification. The processing circuit 51 applies the patch-sized cut-out crystal section 831 to the machine learning model 531-4 to generate a more accurate patch-sized cut-out crystal section 832.
図17に示すように、切り抜き操作画面には、更に、戻るボタンB4及び追加ボタンB6が選択可能に表示される。追加ボタンB6が押下された場合、処理回路51は、更なるパッチP2による適用位置の指定指示を受け付ける。指定指示がなされると処理回路51は、更になる適用位置についてパッチP2を適用し、切り抜き結晶区分831を生成し、生成された切り抜き結晶区分831を機械学習モデル531-4に適用してパッチサイズの切り抜き結晶区分832を生成する。ユーザは、機械学習モデル531-4による修正を撤回したいと判断した場合、入力インタフェース54を介して戻るボタンB4を押下する。戻るボタンB4が押下された場合、処理回路51は、機械学習モデル531-4の適用前の仮結晶区分SL3を表示する。 As shown in FIG. 17, the cutout operation screen further displays a return button B4 and an add button B6 in a selectable manner. When the add button B6 is pressed, the processing circuit 51 receives an instruction to designate a further application position of the patch P2. When the designation instruction is given, the processing circuit 51 applies the patch P2 to a further application position, generates a cutout crystal section 831, and applies the generated cutout crystal section 831 to the machine learning model 531-4 to determine the patch size. A cut-out crystal section 832 is generated. When the user determines that he/she wants to cancel the modification made by the machine learning model 531-4, the user presses the return button B4 via the input interface 54. When the return button B4 is pressed, the processing circuit 51 displays the temporary crystal section SL3 before application of the machine learning model 531-4.
切り抜き結晶区分832の生成後、処理回路51は、パッチサイズの切り抜き結晶区分832を既存サイズの仮結晶区分83に統合し、既存サイズの高精度の結晶区分85を生成する(ステップSD3)。 After generating the cut-out crystal section 832, the processing circuit 51 integrates the patch-sized cut-out crystal section 832 into the existing-sized temporary crystal section 83 to generate a high-precision crystal section 85 of the existing size (step SD3).
図18は、図16の統合処理において統合される、パッチサイズの切り抜き結晶区分832と既存サイズの仮結晶区分83との関係を示す図である。図18に示すように、処理回路51は、切り抜き結晶区分832を当該切り抜き結晶区分832の位置に従い既存サイズの仮結晶区分83に貼り合わせ、切り抜き結晶区分832と仮結晶区分83とに平均処理を行う。貼り合わせ処理及び平均処理は応用例1と同様である。これにより高精度の結晶区分85が生成する。 FIG. 18 is a diagram showing the relationship between the cut-out crystal section 832 of the patch size and the temporary crystal section 83 of the existing size, which are integrated in the integration process of FIG. 16. As shown in FIG. 18, the processing circuit 51 attaches the cut-out crystal section 832 to the temporary crystal section 83 of the existing size according to the position of the cut-out crystal section 832, and performs averaging processing on the cut-out crystal section 832 and the temporary crystal section 83. conduct. The bonding process and the averaging process are the same as in Application Example 1. This produces a highly accurate crystal section 85.
結晶区分85が生成されると、図10に示すステップSB4-SB8が行われる。 Once crystal section 85 is generated, steps SB4-SB8 shown in FIG. 10 are performed.
上記の通り、応用例2によれば、フラッドマップ全体よりも小さいパッチ単位で機械学習モデル531-4の学習を行うことができる。パッチ単位で学習することにより、機械学習モデル531-4の入出力データのサイズを削減することにより、結晶区分の描画精度を高めることができる。 As described above, according to Application Example 2, the machine learning model 531-4 can be trained in patch units that are smaller than the entire flood map. By learning on a patch-by-patch basis, the size of input and output data of the machine learning model 531-4 can be reduced, thereby improving the drawing accuracy of crystal sections.
また、上記の実施形態において、機械学習モデル531(又は変形例に係る機械学習モデル531-2、531-3、531-4)はメモリ53に記憶される深層ニューラルネットワーク又はパラメータ付き合成関数であるとし、処理回路51は当該機械学習モデル531(又は変形例に係る機械学習モデル531-2、531-3、531-4)に従い結晶区分を生成するものとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。処理回路51は、フラッドマップを入力して結晶区分を出力するように構築された機械学習構造を利用して、処理対象のフラッドマップから処理対象のフラッドマップにおける結晶区分を生成するものであれば、如何なる形態であっても良い。本実施形態に係る機械学習構造は、プロセッサに実現させる機能を記述する機械学習モデルのソフトウェア的な構成と、機械学習モデルが記述する機能を実現する回路のハードウェア的な構成とを包含する。 Further, in the above embodiment, the machine learning model 531 (or the machine learning models 531-2, 531-3, 531-4 according to modified examples) is a deep neural network or a parameterized composite function stored in the memory 53. The processing circuit 51 generates crystal sections according to the machine learning model 531 (or the machine learning models 531-2, 531-3, and 531-4 according to modified examples). However, this embodiment is not limited to this. The processing circuit 51 may generate crystal segments in the flood map to be processed from the flood map to be processed by using a machine learning structure constructed to input a flood map and output crystal segments. , may be in any form. The machine learning structure according to this embodiment includes a software configuration of a machine learning model that describes a function to be realized by a processor, and a hardware configuration of a circuit that implements the function described by the machine learning model.
例えば、処理回路51は、フラッドマップを入力して結晶区分を出力するように構築された機械学習構造を有する特定用途向け集積回路(Application Specific Integrated Circuit:ASIC))、プログラマブル論理デバイス(例えば、単純プログラマブル論理デバイス(Simple Programmable Logic Device:SPLD)、複合プログラマブル論理デバイス(Complex Programmable Logic Device:CPLD)、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ(Field Programmable Gate Array:FPGA))等の集積回路を装備しても良い。当該集積回路は、フラッドマップを入力して結晶区分を出力するようにパラメータが学習された機械学習モデル531と同様の機能を実現する回路構成を有する。 For example, the processing circuit 51 may be a programmable logic device (Application Specific Integrated Circuit (ASIC) having a machine learning structure constructed to input a flood map and output a crystal section), a programmable logic device (for example, a simple It may also be equipped with integrated circuits such as a simple programmable logic device (SPLD), a complex programmable logic device (CPLD), and a field programmable gate array (FPGA). The integrated circuit has a circuit configuration that realizes the same function as the machine learning model 531 whose parameters are learned so as to input a flood map and output a crystal section.
同様に、処理回路51は、フラッドマップと結晶区分とを入力して、入力結晶区分に比して精度が高い結晶区分を出力するように構築された機械学習構造を利用して、処理対象のフラッドマップと結晶区分とから精度が高い結晶区分を生成するものであれば、如何なる形態であっても良い。例えば、処理回路51は、フラッドマップと結晶区分とを入力して精度が高い結晶区分を出力するように構築された機械学習構造を有するASIC、SPLD、CPLD及びFPGA等の集積回路を装備しても良い。 Similarly, the processing circuit 51 inputs a flood map and a crystal classification, and utilizes a machine learning structure constructed to output a crystal classification with higher accuracy than the input crystal classification. Any form may be used as long as it generates highly accurate crystal sections from the flood map and the crystal sections. For example, the processing circuit 51 is equipped with an integrated circuit such as an ASIC, a SPLD, a CPLD, and an FPGA having a machine learning structure constructed to input a flood map and a crystal classification and output a highly accurate crystal classification. Also good.
以上説明した少なくとも1つの実施形態によれば、フラッドマップの区分けを簡便且つ正確に行うことができる。 According to at least one embodiment described above, a flood map can be divided easily and accurately.
上記説明において用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、CPU、GPU、或いは、ASIC、SPLD、CPLD及びFPGA等の集積回路を意味する。プロセッサは記憶回路に保存されたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、記憶回路にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むよう構成しても構わない。この場合、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。また、プログラムを実行するのではなく、論理回路の組合せにより当該プログラムに対応する機能を実現しても良い。なお、本実施形態の各プロセッサは、プロセッサごとに単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて1つのプロセッサとして構成し、その機能を実現するようにしてもよい。さらに、図1及び図12における複数の構成要素を1つのプロセッサへ統合してその機能を実現するようにしてもよい。 The word "processor" used in the above description means, for example, a CPU, a GPU, or an integrated circuit such as an ASIC, a SPLD, a CPLD, and an FPGA. A processor realizes its functions by reading and executing a program stored in a memory circuit. Note that instead of storing the program in the memory circuit, the program may be directly incorporated into the circuit of the processor. In this case, the processor realizes its functions by reading and executing a program built into the circuit. Furthermore, instead of executing a program, functions corresponding to the program may be realized by combining logic circuits. Note that each processor of this embodiment is not limited to being configured as a single circuit for each processor, but may also be configured as a single processor by combining multiple independent circuits to realize its functions. good. Furthermore, a plurality of components in FIGS. 1 and 12 may be integrated into one processor to realize its functions.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although several embodiments of the invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are included within the scope and gist of the invention as well as within the scope of the invention described in the claims and its equivalents.
1 PET装置
10 ガントリ
11 検出器リング
13 検出処理器
15 同時計数回路
17 ガンマ線検出器
19 処理回路
21 メモリ
23 重心演算機能
25 エネルギー演算機能
27 重心/結晶テーブル
30 寝台
50 医用情報処理装置(コンソール)
51 処理回路
52 ディスプレイ
53 メモリ
54 入力インタフェース
55 通信インタフェース
511 再構成機能
512 画像処理機能
513 撮像制御機能
514 フラッドマップ取得機能
515 結晶区分生成機能
516 結晶区分修正機能
517 テーブル生成機能
518 モデル更新機能
519 表示制御機能
531 機械学習モデル
1 PET device 10 Gantry 11 Detector ring 13 Detection processor 15 Coincidence circuit 17 Gamma ray detector 19 Processing circuit 21 Memory 23 Center of gravity calculation function 25 Energy calculation function 27 Center of gravity/crystal table 30 Bed 50 Medical information processing device (console)
51 Processing circuit 52 Display 53 Memory 54 Input interface 55 Communication interface 511 Reconfiguration function 512 Image processing function 513 Imaging control function 514 Flood map acquisition function 515 Crystal division generation function 516 Crystal division correction function 517 Table generation function 518 Model update function 519 Display Control function 531 Machine learning model
Claims (14)
ガンマ線に由来する蛍光の頻度に関する空間分布を示すフラッドマップに基づいて前記蛍光が発生したシンチレータ結晶を同定するためのフラッドマップにおける区分を出力する機械学習モデルと、前記処理対象のフラッドマップとに基づいて前記処理対象のフラッドマップにおける区分を生成する区分生成部と、
前記機械学習モデルから出力された区分を修正する修正部と、
前記修正された区分に基づいて前記機械学習モデルのパラメータを更新して更新後の機械学習モデルを生成する更新部と、を具備し、
前記区分は、フラッドマップの座標系により定義された、シンチレータ結晶の区画を示す線のデータである、
医用情報処理装置。 an acquisition unit that acquires a flood map to be processed that indicates the spatial distribution of the frequency of fluorescence derived from gamma rays;
a machine learning model that outputs divisions in a flood map for identifying scintillator crystals in which the fluorescence has occurred based on a flood map showing a spatial distribution of frequency of fluorescence derived from gamma rays; a division generation unit that generates divisions in the flood map to be processed;
a correction unit that corrects the classification output from the machine learning model;
an updating unit that updates parameters of the machine learning model based on the modified classification and generates an updated machine learning model,
The division is defined by the coordinate system of the flood map and is line data indicating a division of the scintillator crystal.
Medical information processing equipment.
前記処理対象のフラッドマップに所定のアルゴリズムを適用して、前記蛍光が発生したシンチレータ結晶を同定するための、前記処理対象のフラッドマップに関する第1の区分を生成する第1の区分生成部と、
第1の区分に基づいて当該第1の区分に比して精度が高い第2の区分を出力する機械学習モデルと、前記生成された処理対象のフラッドマップに関する第1の区分とに基づいて前記処理対象のフラッドマップに関する第2の区分を生成する第2の区分生成部と、
を具備する医用情報処理装置。 an acquisition unit that acquires a flood map to be processed that indicates the spatial distribution of the frequency of fluorescence derived from gamma rays;
a first division generation unit that applies a predetermined algorithm to the flood map to be processed to generate a first division regarding the flood map to be processed for identifying the scintillator crystal in which the fluorescence has been generated;
A machine learning model that outputs a second classification that is more accurate than the first classification based on the first classification, and a machine learning model that outputs a second classification that is more accurate than the first classification; a second division generation unit that generates a second division regarding the flood map to be processed;
A medical information processing device comprising:
前記機械学習構造から出力された区分を修正し、
前記修正された区分に基づいて前記機械学習構造のパラメータを更新して更新後の機械学習構造を生成する、
ここで、前記区分は、フラッドマップの座標系により定義された、シンチレータ結晶の区画を示す線のデータである、
医用情報処理装置。 Utilizing a machine learning structure constructed to input a flood map indicating the spatial distribution of the frequency of fluorescence derived from gamma rays and output a division in the flood map for identifying the scintillator crystal in which the fluorescence has occurred. , generating a division in the flood map to be processed from the flood map to be processed;
modifying the classification output from the machine learning structure ;
updating parameters of the machine learning structure based on the modified classification to generate an updated machine learning structure ;
Here, the division is data of lines indicating divisions of the scintillator crystal defined by the coordinate system of the flood map.
Medical information processing equipment.
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