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KR-20260061166-A - 의료용 화상 처리 장치

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Abstract

본 발명은 FA값의 계측을 자동화하기 위한 의료용 화상 처리 장치의 제공을 과제로 한다. 해결 수단으로서, 하기의 것을 제공한다: 요하지통을 가지는 환자의 요추부를 촬영한 확산 텐서 화상 MRI 데이터를 취득하는 확산 텐서 화상 MRI 데이터 취득부와, 지정한 액시얼 단면에 있어서의 신경근의 좌표 정보를 추정하는 좌표 정보 추정부와, 좌표 정보가 추정된 신경근의 FA값을 계측하는 계측부를 구비하는 의료용 화상 처리 장치.

Inventors

  • 에구치 야와라
  • 오리타 스미히사
  • 다케우치 히데나리
  • 마스모토 리라

Assignees

  • 고쿠리츠 다이가쿠 호우징 지바 다이가쿠

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20240830
Priority Date
20230830

Claims (14)

  1. 요하지통을 가지는 환자의 요추부를 촬영한 확산 텐서 화상 MRI 데이터를 취득하는 확산 텐서 화상 MRI 데이터 취득부와, 지정한 액시얼 단면에 있어서의 신경근의 좌표 정보를 추정하는 좌표 정보 추정부와, 좌표 정보가 추정된 신경근의 FA값을 계측하는 계측부를 구비하는 의료용 화상 처리 장치로서, 상기 확산 텐서 화상 MRI 데이터는 확산 강조 화상 정보, 그리고, 스칼라 정보, 벡터 정보, 및 좌표 정보를 포함하는 FA 맵 정보를 포함하고, 상기 좌표 정보 추정부는, 요추부의 MRI 확산 강조 화상의 동일 액시얼 단면 화상에 포함되는 신경근 부위 2지점 및 척주관 부위에 어노테이션을 행한 화상을 학습 데이터로 하여 학습된 학습 완료 모델을 이용하여, 상기 지정한 액시얼 단면에 있어서의 신경근의 좌표 정보를 추정하고, 상기 계측부는, 상기 좌표 정보 추정부에 의해서 추정된 신경근의 좌표 정보에 기초하여, 상기 스칼라 정보 및 상기 좌표 정보에 기초하여 좌표 정보가 추정된 신경근의 FA값을 계측하는, 상기 의료용 화상 처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 요추부의 MRI 확산 강조 화상의 동일 액시얼 단면 화상은, 제3 요추(L3), 제4 요추(L4) 및 제5 요추(L5) 중 적어도 하나의 단면 화상인, 의료용 화상 처리 장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 요추부의 MRI 확산 강조 화상의 동일 액시얼 단면 화상은, 제3 요추(L3), 제4 요추(L4) 및 제5 요추(L5)의 단면 화상인, 의료용 화상 처리 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 요추부의 MRI 확산 강조 화상의 동일 액시얼 단면 화상은, 동일 신경근의 중앙을 중심으로 하는 복수의 단면 화상인, 의료용 화상 처리 장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 요추부의 MRI 확산 강조 화상의 동일 액시얼 단면 화상은, 동일 신경근의 근위, 중앙, 및 원위의 단면 화상인, 의료용 화상 처리 장치.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 학습 데이터에 있어서, 상기 신경근 부위의 어노테이션과 상기 척주관 부위의 어노테이션이 상이한, 의료용 화상 처리 장치.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 지정한 액시얼 단면은, 상기 환자의 요추부에 있어서 연속되는 복수의 액시얼 단면이고, 상기 좌표 정보 추정부에 의해서 추정된 각각의 액시얼 단면에 있어서의 신경근의 좌표 정보와, 상기 확산 텐서 화상 MRI 데이터로부터 작성되는 FA 맵 정보의 스칼라 정보, 벡터 정보 및 좌표 정보를 관련지어, 신경 섬유의 주행을 나타내는 확산 텐서 트랙토그래피를 생성하는 트랙토그래피 생성부를 더 구비하는, 의료용 화상 처리 장치.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 지정한 액시얼 단면은, 상기 환자의 요추부에 있어서 연속되는 복수의 액시얼 단면이고, 상기 좌표 정보 추정부에 의해서 추정된 각각의 액시얼 단면에 있어서의 신경근의 좌표 정보와, 상기 계측부에 의해서 계측된 FA값을 관련지어, 3차원 공간에서 신경근의 재구성을 행하여 3D FA 맵을 생성하는 3D FA 맵 생성부를 더 구비하는, 의료용 화상 처리 장치.
  9. 척수 신경의 정보를 취득하기 위한 방법으로서, 요하지통을 가지는 환자의 요추부를 촬영한 확산 텐서 화상 MRI 데이터를 취득하는 스텝과, 지정한 액시얼 단면에 있어서의 신경근의 좌표 정보를 추정하는 스텝과, 좌표 정보가 추정된 신경근의 FA값을 계측하는 스텝을 포함하는 방법이며, 상기 확산 텐서 화상 MRI 데이터는 확산 강조 화상 정보, 그리고, 스칼라 정보, 벡터 정보, 및 좌표 정보를 포함하는 FA 맵 정보를 포함하고, 상기 좌표 정보를 추정하는 스텝은, 요추부의 MRI 확산 강조 화상의 동일 액시얼 단면 화상에 포함되는 신경근 부위 2지점 및 척주관 부위에 어노테이션을 행한 화상을 학습 데이터로 하여 학습된 학습 완료 모델을 이용하여, 상기 지정한 액시얼 단면에 있어서의 신경근의 좌표 정보를 추정하고, 상기 신경근의 FA값을 계측하는 스텝은, 상기 좌표 정보를 추정하는 스텝에 의해서 추정된 신경근의 좌표 정보에 기초하여, 상기 스칼라 정보 및 상기 좌표 정보에 기초하여 좌표 정보가 추정된 신경근의 FA값을 계측하는, 척수 신경의 정보를 취득하기 위한 방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 청구항 9의 방법에 의해 취득되는 척수 신경의 정보가, 계측된 FA값으로부터 척수 신경의 장애의 정도를 추정하기 위한 지표인, 척수 신경의 정보를 취득하기 위한 방법.
  11. 척수 신경의 신경 섬유의 주행을 나타내는 확산 텐서 트랙토그래피를 생성하기 위한 방법으로서, 요하지통을 가지는 환자의 요추부를 촬영한 확산 텐서 화상 MRI 데이터를 취득하는 스텝과, 지정한 환자의 요추부에 있어서 연속되는 복수의 액시얼 단면 각각에 있어서의 신경근의 좌표 정보를 추정하는 스텝과, 정보를 관련짓는 스텝과, 각각의 액시얼 단면을 중첩시켜 3차원으로 구성하고, 신경 섬유의 주행을 나타내는 확산 텐서 트랙토그래피를 생성하는 스텝을 포함하는 방법이며, 상기 확산 텐서 화상 MRI 데이터는 확산 강조 화상 정보, 그리고, 스칼라 정보, 벡터 정보, 및 좌표 정보를 포함하는 FA 맵 정보를 포함하고, 상기 좌표 정보를 추정하는 스텝은, 요추부의 MRI 확산 강조 화상의 동일 액시얼 단면 화상에 포함되는 신경근 부위 2지점 및 척주관 부위에 어노테이션을 행한 화상을 학습 데이터로 하여 학습된 학습 완료 모델을 이용하여, 상기 지정한 액시얼 단면에 있어서의 신경근의 좌표 정보를 추정하고, 상기 정보를 관련짓는 스텝은, 상기 신경근의 좌표 정보를 추정하는 스텝에 의해서 추정된 각각의 액시얼 단면에 있어서의 신경근의 좌표 정보와, 상기 확산 텐서 화상 MRI 데이터로부터 작성되는 FA값 맵의 스칼라 정보, 벡터 정보 및 좌표 정보를 관련짓는, 척수 신경의 신경 섬유의 주행을 나타내는 확산 텐서 트랙토그래피를 생성하기 위한 방법.
  12. 3D FA 맵을 생성하기 위한 방법으로서, 요하지통을 가지는 환자의 요추부를 촬영한 확산 텐서 화상 MRI 데이터를 취득하는 스텝과, 지정한 환자의 요추부에 있어서 연속되는 복수의 액시얼 단면 각각에 있어서의 신경근의 좌표 정보를 추정하는 스텝과, 좌표 정보가 추정된 신경근의 FA값을 계측하는 스텝과, 좌표 정보가 추정된 신경근의 좌표 정보와 상기 좌표 정보에 해당하는 상기 계측된 FA값을 이용하여 3차원 공간에서 신경근의 재구성을 하는 스텝을 포함하는 방법이며, 상기 확산 텐서 화상 MRI 데이터는 확산 강조 화상 정보, 그리고, 스칼라 정보, 벡터 정보, 및 좌표 정보를 포함하는 FA 맵 정보를 포함하고, 상기 좌표 정보를 추정하는 스텝은, 요추부의 MRI 확산 강조 화상의 동일 액시얼 단면 화상에 포함되는 신경근 부위 2지점 및 척주관 부위에 어노테이션을 행한 화상을 학습 데이터로 하여 학습된 학습 완료 모델을 이용하여, 상기 지정한 액시얼 단면에 있어서의 신경근의 좌표 정보를 추정하고, 상기 신경근의 FA값을 계측하는 스텝은, 상기 좌표 정보를 추정하는 스텝에 의해서 추정된 신경근의 좌표 정보에 기초하여, 상기 스칼라 정보 및 상기 좌표 정보에 기초하여 좌표 정보가 추정된 신경근의 FA값을 계측하는, 3D FA 맵을 생성하기 위한 방법.
  13. 청구항 12에 있어서, 동일 액시얼 단면 화상에 포함되는 좌표 정보가 추정된 신경근 2지점의 계측된 FA값을 비교하는 스텝과, 동일 액시얼 단면 화상에 포함되는 좌표 정보가 추정된 신경근 2지점의 계측된 FA값에 소정의 차가 있는 신경근의 부위와 그 이외의 신경근의 부위를 식별 가능하게 표시하는 스텝 을 더 포함하는, 3D FA 맵을 생성하기 위한 방법.
  14. 청구항 9에 기재된 척수 신경의 정보를 취득하기 위한 방법, 청구항 11에 기재된 척수 신경 신경 섬유의 주행을 나타내는 확산 텐서 트랙토그래피를 생성하기 위한 방법 또는 청구항 12에 기재된 3D FA 맵을 생성하기 위한 방법의 각 공정을 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램.

Description

의료용 화상 처리 장치 본 발명은 의료용 화상 처리 장치, 척수 신경의 정보를 취득하기 위한 방법, 척수 신경의 신경 섬유의 주행을 나타내는 확산 텐서 트랙토그래피를 생성하기 위한 방법, 3D FA 맵을 생성하기 위한 방법 및 프로그램에 관한 것이다. 요통은, 일본국에서 남성, 여성 모두 1위로 랭크되는, 국민적 고통이다. 요통 진단 가이드라인(2019년)에 있어서 핵자기 공명 화상(Magnetic Resonanse Imaging; MRI) 진단은 요통 진단에 필수로 되어 있다. 요신경 장애는 요하지통의 원인이 되지만, 무증상성의 추간판 변성 및 헤르니아가 자주 산견되어 종래의 MRI 진단에서는, 화상 상의 신경근 압박이 반드시 통증의 원인이 되지 않는 경우도 많다. 그 때문에, 손상 신경의 가시화 및 통증의 정량화 등 기능 평가는 어려웠다. MRI를 이용하여 생체 조직 내의 물 분자의 확산의 방향성을 강조화한 확산 텐서 화상(diffusion tensor imaging: DTI)에 의해, 신경 섬유의 확산 이방성을 추적하여 비침습적으로 신경 섬유를 가시화할 수 있다. 특히, DTI에 의해 요부 신경총의 3차원 주행을 선명하게 그려낼 수 있는 것이 보고되어 있다. 또한, 진단이 어렵다고 여겨지는 요추 추간공 협착부에서 트랙토그래피의 단절이 확인되고, 확산 이방성의 강도를 나타내는 지표 Fractional anisotropy(FA)값은 저하되고 임상 증상과 상관되는 것이 보고되어 있다(비특허문헌 1~3). 도 1은 좌표 (X, Y, Z)에 있어서의 이방성 확산을 나타내는 파라미터를 나타내는 도면이다. 물 분자의 운동 방향이 제한되고, 이방성 확산이 발생하고 있는 것을 나타내고 있다. 도 2의 (A)는 어노테이션 대상 영역을 나타내는 도면이다. 도 2의 (B)는 신경근 부위 2지점과 척주관 부위에 어노테이션을 행한 예를 나타내는 도면이다. 도 3은 U-Net의 구조를 나타내는 도면이다. 도 4는 학습 완료 모델의 평가에 있어서의 원화상(좌측 도면) 및 실제로 얻어진 예측 화상(우측 도면)을 나타내는 도면이다. 도 5는 [1-1]의 학습 완료 모델에 있어서 학습 데이터로서 사용한 확산 강조 화상과 어노테이션 화상을 나타낸다. 도 6은 [1-1]의 학습 완료 모델에 의한 결과 및 추출 화상을 나타낸다. 도 7은 FA값을 자동 계측하기 위한 수법을 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 8은 FA값의 자동 계측(AI 계측)과 FA값의 매뉴얼 계측의 비교 결과를 나타내는 도면이다. 도 9는 트랙토그래피와 3D FA 맵 사이에서, 단절 지점이 일치한 예를 나타낸다. [의료용 화상 처리 장치] 본 발명의 의료용 화상 처리 장치는, 요하지통을 가지는 환자의 요추부를 촬영한 확산 텐서 화상 MRI 데이터를 취득하는 확산 텐서 화상 MRI 데이터 취득부와, 지정한 액시얼 단면에 있어서의 신경근의 좌표 정보를 추정하는 좌표 정보 추정부와, 좌표 정보가 추정된 신경근의 FA값을 계측하는 계측부를 구비하는 의료용 화상 처리 장치로서, 상기 확산 텐서 화상 MRI 데이터는 확산 강조 화상 정보, 그리고, 스칼라 정보, 벡터 정보, 및 좌표 정보를 포함하는 FA 맵 정보를 포함하고, 상기 좌표 정보 추정부는, 요추부의 MRI 확산 강조 화상의 동일 액시얼 단면 화상에 포함되는 신경근 부위 2지점 및 척주관 부위에 어노테이션을 행한 화상을 학습 데이터로 하여 학습된 학습 완료 모델을 이용하여, 상기 지정한 액시얼 단면에 있어서의 신경근의 좌표 정보를 추정하고, 상기 계측부는, 상기 좌표 정보 추정부에 의해서 추정된 신경근의 좌표 정보에 기초하여, 상기 스칼라 정보 및 상기 좌표 정보에 기초하여 좌표 정보가 추정된 신경근의 FA값을 계측한다. <환자> 본 발명의 의료용 화상 처리 장치는, 요하지통을 가지는 환자를 대상으로 한다. 요하지통이란, 요통 및 하지통 중 어느 것 또는 양쪽 다이다. 요하지통을 가지는 환자는, 예를 들면, 요하지통의 자각 증상을 가지는 환자 등을 들 수 있다. 요하지통은 요추부의 제3 요추(L3), 제4 요추(L4) 및 제5 요추(L5) 중 어느 하나 이상에 있어서의 요신경 압박, 요추 추간공 협착 등이 주된 원인이며, 본 발명의 목적 중 하나는, 요추부의 요신경 압박, 요추 추간공 협착 등에 의한 신경 장애에 수반하여 발생하는 요하지통의 가시화 및 정량 평가를 달성하기 위한 의료용 화상 처리 장치의 제공이다. 가시화 및 정량 평가에 의해, 보조 진단에 기여하는 것이 기대된다. <이방성 확산> 이하, 이방성 확산에 대해서 상세하게 설명한다. 신경 섬유에서는, 축삭 세포막 및 미엘린초가 신경 섬유 다발과 직교하는 방향으로의 물의 확산을 방해하기 때문에, 신경 섬유에 있어서 물 분자의 등방성 확산(isotropy)이 상실되어 있고, 이방성 확산(anisotropy)을 가진다. FA(Fractional Anisotropy)값은, 이방성 확산의 강도를 나타내는 지표이다. FA값은 0 이상 1 이하의 값을 취하고, 1에 가까울수록 강한 이방성 확산을 갖는 상태를 나타내고, 0은 완전한 등방성 확산을 나타낸다. 신경 섬유에 있어서, 신경 손상을 일으키면 신경 섬유를 따른 확산 이방성이 저하되고, FA값이 저하되는 것이 알려져 있다. 그 때문에, FA값은 신경 손상을 정량 평가할 수 있는 것이 알려져 있다. 따라서, FA값은 척수 신경의 장애의 정도의 지표로서 적합하게 사용된다. 좌표 (X, Y, Z)에 있어서의 이방성 확산을 나타내는 파라미터를 도 1에 나타낸다. 좌표 (X, Y, Z)의 각 축은, MRI 데이터의 좌표계에 대응한다. 도 1은 물 분자의 운동 방향이 제한되고, 이방성 확산이 발생하고 있는 것을 나타내고 있다. 도면에 나타내는 바와 같이, 가장 강하게 확산을 나타내는 방향을 X', 그 X' 방향에 대해서 직교하는 2개 방향을 Y' 및 Z'라고 정의하고, 각 방향의 확산 계수를 λ1, λ2, λ3(λ1≥λ2≥λ3)으로 나타낸다. λ1, λ2, λ3은 고유값(eigenvalue)이라고 불린다. 또한, 각 고유값 (λ1, λ2, λ3)에 대응하는 각 방향의 벡터는 e1, e2, e3으로 나타내고, 이들은 고유 벡터(eigenvector)라고 불린다. 본 명세서에서는, 고유값 (λ1, λ2, λ3)과 고유 벡터 (e1, e2, e3)의 조합을 벡터 정보라고 부른다. 벡터 정보가 구해지면, 복셀 내의 이방성 확산의 정도를 정량적으로 산출할 수 있다. 고유값 (λ1, λ2, λ3) 및 고유 벡터 (e1, e2, e3)에 의해, 특정 좌표 (X, Y, Z)에 있어서의 이방성 확산을 정량적으로 표현할 수 있다. 좌표 (X, Y, Z)에 있어서의 확산 텐서 D는, 식 (Eq.1)에 나타내는 3×3의 행렬식으로 주어진다. 여기서, 예를 들면, DXX는 X축 방향으로 운동 검출 경사 자장(Motion Problem Gradient: MPG)을 인가했을 때의 확산 계수를 나타낸다. 마찬가지로 하여, XX, XY, XZ, YY, YZ, ZZ의 6개의 방향 각각에 대해서 확산 계수를 구하고(DXX, DXY, DXZ, DYY, DYZ, DZZ), 식 (Eq.1)에 나타내는 확산 텐서 D를 대각화하면, 식 (Eq.2)에 나타내는 바와 같이 각 고유값 (λ1, λ2, λ3)을 구할 수 있다. [수 1] 구한 각 고유값 (λ1, λ2, λ3)으로부터, 겉보기 확산 계수(apparent diffusion coefficient; ADC)를 식 (Eq.3)에 의해 구하고, 또한, 식 (Eq.4)에 의해 FA값(fractional anisotropy value)을 구할 수 있다. [수 2] <확산 텐서 화상 MRI 데이터 취득부> 본 발명의 의료용 화상 처리 장치는, 확산 텐서 화상 MRI 데이터 취득부를 구비한다. 본 명세서에 있어서, 「MRI」는 핵자기 공명 화상(Magnetic Resonance Imaging)을 의미한다. MRI는 복셀(voxcel) 단위로 측정되고, 전술한 좌표는, 통상, 복셀의 좌표를 의미한다. 확산 텐서 화상 MRI 데이터 취득부는 MRI 장치가 촬영한 확산 텐서 화상 MRI 데이터를 취득한다. 확산 텐서 화상 MRI 데이터는, 직전에 촬영된 데이터여도, 과거에 촬영된 데이터여도 된다. 과거에 촬영된 데이터인 경우, 예를 들면, 컴퓨터 판독 가능 매체에 기억된 것을 사용할 수 있다. 확산 텐서 화상 RMI 데이터는 공지된 MRI 장치를 사용하여 촬영, 예를 들면 촬상할 수 있다. 확산 텐서 화상 MRI 데이터는 요하지통을 가지는 환자의 요추부를 촬영한 것이다. 환자의 요추부란, 척주관 및 그 주변을 포함하는 부위를 의미하고, 보다 바람직하게는 제3 요추(L3), 제4 요추(L4) 및 제5 요추(L5)의 척주관 및 그 주변을 포함하는 부위이다. (확산 텐서 화상 MRI 데이터) 확산 텐서 화상 MRI 데이터는 확산 강조 화상 정보 및 FA 맵 정보를 포함한다. · 확산 강조 화상 정보 확산 강조 화상(Diffusion Weighted Image; DWI)은, 물 분자의 이동(확산)을 강조하여 화상화한 것으로, 예를 들면, 프로톤의 확산 운동에 대해서 일정 방향으로부터 운동 검출 경사 자장(Motion Problem Gradient: MPG)을 인가하여 작성된다. · FA 맵 정보 FA 맵 정보는, 스칼라 정보, 벡터 정보, 및 좌표 정보를 포함한다. 즉, FA 맵 정보는, 각 좌표 (X, Y, Z)에 대해서, FA값의 크기를 나타내는 스칼라 정보 및 전술한 고유값 (λ1, λ2, λ3)과 고유 벡터 (e1, e2, e3)의 조합이 관련지어져 있다. <좌표 정보 추정부> 본 발명의 의료용 화상 처리 장치는, 상기 확산 강조 화상에 있어서 지정한 액시얼 단면에 있어서의 신경근의 좌표 정보를 추정하는 좌표 정보 추정부를 구비한다. 액시얼(Axial) 단면이란, 계측 대상자의 머리부와 꼬리측을 연결하는 선인 체축에 대해서 직행하는 단면이다. 액시얼 단면은, 예를 들면, 본 발명의 의료용 화상 처리 장치가 추가로 구비하는 계측 대상 지정부에 의해 지정된다. 액시얼 단면은 예를 들면 계측 대상 지정부를 통해서 의료용 화상 처리 장비의 조작자가 지정할 수 있다. 또한, 의료용 화상 처리 장기가 액시