JP2005185560A - 医用画像処理装置及び医用画像処理システム - Google Patents

医用画像処理装置及び医用画像処理システム Download PDF

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Abstract

【課題】教師データを更新可能な構成とし、異常陰影候補の検出条件をカスタマイズ可能とする。
【解決手段】医用画像処理装置10では、CPU11により、操作部12を介してユーザにより選択された任意のポイントの周辺領域において動的輪郭抽出法により抽出された輪郭内の領域が指定される。そして、指定された領域の画像が新規の教師データとして教師DB18に保存され、登録テーブル181において教師データが属するカテゴリに教師データの画像ファイル名が書き込まれる。その後、教師DB18に保存された教師データに対して、ユーザにより操作部12を介してカテゴリの変更が指示されると、CPU11により登録テーブル181において変更指示された教師データの分類カテゴリが変更されて上書きされる。
【選択図】図2

Description

本発明は、医用画像を解析して異常陰影の候補領域を検出する医用画像処理装置及び医用画像処理システムに関する。
医療の分野では、医師が診察時にX線画像や超音波画像等の医用画像を読影し、病変部分を見つけて病状の経過を観察したりするが、従来から、このような医師の読影に対する負担軽減を目的として、医用画像の画像データを画像解析することにより、病変部分の陰影を異常陰影候補として自動的に検出するコンピュータ診断支援装置(以下、CAD;Computed-Aided Diagnosisという。)と呼ばれる医用画像処理装置が開発されている(例えば、特許文献1参照)。
上記CADの中には、教師データと呼ばれる標本データを用いて異常陰影候補の検出を行うアルゴリズムが適用されているものもある。このようなアルゴリズムでは、異常症例、正常症例等、所定のカテゴリに予め分類された教師データが登録されており、この教師データに基づいて入力された判別対象データがどのカテゴリに属するかを判別する判別ロジックにより異常陰影候補の検出が行われる。教師データを用いる判別ロジックとしては、マハラノビスの距離を利用した判別分析手法、サポートベクトルマシンや人工ニューラルネットワーク等の手法が用いられる。
異常陰影候補の検出は一般的に2段階で行われる。まず医用画像が解析されて画像特徴量(以下、単に特徴量という)が算出され、当該特徴量に基づいて異常陰影と推測される領域が異常陰影候補として1次検出される。次いで、1次検出された異常陰影候補の特徴量が判別対象データとして判別ロジックに入力され、判別ロジックにより予め登録されている教師データに基づいて判別対象データのカテゴリが判別され、2次検出が行われる。そして、異常陰影候補の検出結果として出力するカテゴリに属する判別対象データのみが最終的な検出結果として出力される。
特開2002−112986号公報
上記判別ロジックで用いる教師データは予めメーカ側で準備された一般的な教師データが使用されるため、上記CADによる異常陰影候補の検出結果は読影する医師に関わらず一定の検出条件である。しかしながら、読影を行う医師によっては明らかに異常陰影と分かる陰影はCADにより検出してほしくないといった要望や、医師が専門とする分野における症例の教師データを増やしてCADの専門性を高めたいといった要望がある。
本発明の課題は、教師データを更新可能な構成とし、異常陰影候補の検出条件をカスタマイズ可能とすることである。
請求項1に記載の発明は、
教師データを用いて判別を行う判別ロジックを用いて、患者が撮影された医用画像から異常陰影候補を検出する異常陰影候補検出手段を備えた医用画像処理装置において、
異常陰影候補の検出時に用いられる教師データを更新可能に保存する教師データ保存手段と、
医用画像及び異常陰影候補の検出結果を表示する表示手段と、
前記表示手段に表示された医用画像上で前記教師データとして登録すべき領域を指定する領域指定手段と、
前記指定された領域の画像を教師データとして前記教師データ保存手段に保存させるデータ制御手段と、
前記教師データ保存手段に保存された教師データに基づいて、前記異常陰影候補検出手段における判別ロジックを補正するロジック補正手段と、
を備えることを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の医用画像処理装置において、
前記データ制御手段は、医用画像の読影を行うユーザ毎に教師データを教師データ保存手段に保存させることを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の医用画像処理装置において、
前記データ制御手段は、教師データを複数のカテゴリに分類して教師データ保存手段に保存させることを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の医用画像処理装置において、
前記教師データが分類されるカテゴリは、正常症例、異常症例のカテゴリ、正常症例、異常良性症例、異常悪性症例のカテゴリ、若しくは検出候補、非検出候補のカテゴリであることを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、請求項3又は4に記載の医用画像処理装置において、
前記教師データ保存手段において教師データが分類されたカテゴリを変更する変更手段を備え、
前記ロジック補正手段は、前記変更手段によりカテゴリが変更された後の教師データに基づいて補正ロジックを補正することを特徴とする。
請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の医用画像処理装置において、
前記変更手段によりカテゴリが変更された際の変更履歴情報を保存する履歴保存手段を備え、
前記変更手段は、教師データのカテゴリを変更後、当該教師データのカテゴリを変更前のカテゴリに戻すことを指示されると、前記履歴保存手段に保存された変更履歴情報に基づいて教師データのカテゴリを変更前のカテゴリに変更することを特徴とする。
請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の医用画像処理装置において、
前記教師データ保存手段に保存された教師データを削除する削除手段を備え、
前記履歴保存手段は、前記削除手段により教師データが削除された際の履歴情報を保存し、
前記変更手段は、教師データを削除後、当該教師データの削除を取り消す旨が指示されると、前記履歴保存手段に保存された履歴情報に基づいて削除された教師データを元の保存状態に戻すことを特徴とする。
請求項8に記載の発明は、請求項7に記載の医用画像処理装置において、
前記ロジック補正手段は、前記削除手段により教師データが削除されると、当該削除された教師データを除く他の教師データに基づいて判別ロジックを補正することを特徴とする。
請求項9に記載の発明は、請求項1〜8の何れか一項に記載の医用画像処理装置において、
前記領域指定手段は、前記表示手段に表示された医用画像上で、ユーザにより選択された任意のポイントに基づいて領域を指定することを特徴とする。
請求項10に記載の発明は、請求項9に記載の医用画像処理装置において、
前記領域指定手段は、前記表示手段に表示された医用画像上で、ユーザにより選択された任意のポイントの周辺領域で動的輪郭抽出法により抽出された輪郭内の領域を指定することを特徴とする。
請求項11に記載の発明は、請求項1〜10の何れか一項に記載の医用画像処理装置において、
複数の医用画像処理装置において用いられる教師データを更新可能に保存する教師データ保存手段を備えたサーバと通信する通信手段を備え、
前記データ制御手段は、医用画像処理装置が備える教師データ保存手段に保存された教師データを前記通信手段により前記サーバに送信させ、サーバの教師データ保存手段に保存させることを特徴とする。
請求項12に記載の発明は、請求項11に記載の医用画像処理装置において、
前記データ制御手段は、前記サーバの教師データ保存手段に保存された教師データを要求する要求情報を前記通信手段によりサーバに送信させてサーバから教師データを取得し、当該取得された教師データを医用画像処理装置が備える教師データ保存手段に保存させることを特徴とする。
請求項13に記載の発明は、請求項12に記載の医用画像処理装置において、
前記表示手段は、サーバから教師データを取得する際にサーバが備える教師データ保存手段に保存された教師データを選択的に表示することを特徴とする。
請求項14に記載の発明は、請求項1〜13の何れか一項に記載の医用画像処理装置において、
前記異常陰影候補検出手段による異常陰影候補の検出結果の情報を、その検出に使用された教師データの情報と対応付けて保存する検出結果保存手段を備えることを特徴とする。
請求項15に記載の発明は、
教師データを用いて患者が撮影された医用画像から異常陰影候補を検出する異常陰影候補検出手段を備えた医用画像処理装置と、サーバとが通信接続された医用画像処理システムにおいて、
前記医用画像処理装置は、
異常陰影候補の検出時に用いられる教師データを更新可能に保存する教師データ保存手段と、
医用画像とともに異常陰影候補の検出結果を表示する表示手段と、
前記表示手段に表示された医用画像上で前記教師データとして登録すべき領域を指定する領域指定手段と、
前記指定された領域の画像を教師データとして前記教師データ保存手段に保存させるとともに、サーバが備える教師データ保存手段に保存させるデータ制御手段と、を備え、
前記サーバは、
前記医用画像処理装置において用いられる教師データを更新可能に保存する教師データ保存手段を備えることを特徴とする。
請求項16に記載の発明は、請求項15に記載の医用画像処理システムにおいて、
前記サーバは、前記医用画像処理装置からの要求に応じてサーバの教師データ保存手段に保存された教師データを前記医用画像処理装置に提供する提供手段と、
前記医用画像処理装置のデータ制御手段は、前記サーバが備える教師データ保存手段に保存された教師データを要求する要求情報をサーバに送信してサーバから教師データを取得し、当該取得された教師データを医用画像処理装置が備える教師データ保存手段に保存させることを特徴とする。
請求項17に記載の発明は、請求項16に記載の医用画像処理システムにおいて、
前記医用画像処理装置のデータ制御手段は、教師データの要求情報とともに要求を行ったユーザのユーザ情報をサーバに送信してサーバから教師データを取得し、
前記サーバにおいて、前記提供手段により提供された教師データ数に応じて、その教師データの要求を行ったユーザ毎に課金する課金手段を備えることを特徴とする。
請求項18に記載の発明は、請求項15〜17の何れか一項に記載の医用画像処理システムにおいて、
前記異常陰影候補検出手段による異常陰影候補の検出結果の情報を、その検出に使用された教師データの情報と対応付けて保存する検出結果保存手段を備えることを特徴とする。
請求項1に記載の発明によれば、登録すべき教師データとして指定された領域の画像を教師データ保存手段に保存し、教師データ保存手段に保存された教師データ群に基づいて、判別ロジックの補正を行うので、症例として追加したい教師データを新たに登録して最適な判別ロジックを作成することができる。従って、異常陰影候補の検出条件をユーザに応じてカスタマイズすることができ、例えば病院で専門とする分野の症例を増やす等して異常陰影候補検出の専門性を高めることができる。
請求項2に記載の発明によれば、読影を行うユーザ毎に教師データを保存するので、例えば読影医毎に教師データを保存することにより、その読影医に応じた検出条件にカスタマイズすることができ、最適な異常陰影候補の検出を行うことができる。
請求項3、4に記載の発明によれば、教師データをカテゴリ毎に分類して保存するので、ユーザは読影のスキルや好み等に合わせて登録する教師データのカテゴリを選択することにより、異常陰影候補の検出条件を調整することができる。
請求項5に記載の発明によれば、教師データのカテゴリを変更するので、ユーザのスキルや好み等に応じて、カテゴリを変更することにより異常陰影候補の検出条件を調整することができる。例えば、読影医がある特徴を有する異常陰影は医用画像処理装置による検出結果を見なくても読影医が判別できるので、そのような症例の教師データを異常症例のカテゴリから正常症例のカテゴリに変更することにより、検出されないように調整することができる。
請求項6に記載の発明によれば、カテゴリが変更された際の変更履歴情報を保存し、この変更履歴情報に基づいて変更されたカテゴリを元のカテゴリに戻すので、誤ってカテゴリの変更を行ってしまった場合でも元のカテゴリに再設定することができる。
請求項7に記載の発明によれば、教師データを表示するので、保存された教師データの確認を行うことができる。
請求項8に記載の発明によれば、教師データの削除を行うので、教師データの追加により検出精度が低下した場合等に、その原因となった教師データを削除することができる。
請求項9に記載の発明によれば、ユーザにより選択されたポイントに基づいて教師データとして登録すべき領域を指定するので、ユーザはポイントを選択する簡単な操作だけで領域を指定することができる。
請求項10に記載の発明によれば、動的輪郭抽出法により抽出された領域を教師データとして登録すべき領域として指定するので、ユーザはポイントを選択する簡単な操作だけで、自動的に抽出された陰影の領域を指定することができる。
請求項11、13に記載の発明によれば、医用画像処理装置で登録された教師データをサーバの教師データ保存手段に保存させるので、サーバにおいて各医用画像処理装置で登録された教師データを一括管理することができる。
請求項12、15、16に記載の発明によれば、サーバで保存されている教師データを医用画像処理装置が取得して医用画像処理装置の教師データ保存手段に保存するので、他の医用画像処理装置で登録された教師データを取得して症例に追加したり、失われた教師データを再取得したりすることができる。
請求項14、18に記載の発明によれば、異常陰影候補の検出結果の情報をその検出に使用された教師データの情報と対応付けて保存するので、後に検出に使用された教師データを遡って確認することが可能となる。
請求項17に記載の発明によれば、医用画像処理装置に提供された教師データ数に応じて、ユーザ毎に課金することができる。
本実施の形態では、医用画像において指定された領域の画像を教師データとしてデータベース登録し、登録されたデータベース内の教師データに基づいて異常陰影候補検出時の判別ロジック内の判別パラメータを補正する医用画像処理装置の例と、各医用画像処理装置で新規登録された教師データをサーバ内のデータベースにアップロードし、何れの医用画像処理装置からもサーバ内のデータベースに登録された教師データを取得可能な医用画像処理システムの例を説明する。
まず、構成を説明する。
図1に、本実施の形態における医用画像処理システム100のシステム構成を示す。図1に示すように、医用画像処理システム100は、医用画像処理システム10と、サーバ50とから構成され、各装置は通信ネットワークNを介して相互にデータの送受信が可能に接続されている。なお、図1には2台の医用画像処理装置、1台のサーバ50が接続された例を説明したが、その設置台数は特に限定しない。
以下、各装置について説明する。
医用画像処理装置10は、入力された医用画像を画像解析して異常陰影候補を検出し、読影時には医用画像とともにその検出結果を表示するものである。
図2に、医用画像処理装置10の内部構成を示す。
図2に示すように、医用画像処理装置10は、CPU(Central Processing Unit)11、操作部12、表示部13、RAM(Random Access Memory)14、ROM(Read Only Memory)15、通信部16、プログラムメモリ17、教師データベース(以下、DB;DataBaseという)18を備えて構成される。
CPU11は、プログラムメモリ18に格納されるシステムプログラムの他、異常陰影候補検出プログラムをRAM14に展開し、当該プログラムとの協働により医用画像処理装置10の各部の動作を集中制御する。
異常陰影候補検出処理では、候補領域を特定する1次検出及び特定された候補領域に対する2次検出を経て、最終的な検出結果を出力する。
以下、異常陰影候補の検出方法について、患者の乳房を撮影したX線医用画像(これをマンモグラフィという)において乳癌の所見となる腫瘤陰影候補を検出する場合を例に説明するが、超音波画像、MRI(Magnetic Resonance Imaging)画像等、他の医用画像から各病変種類の異常陰影候補を検出する場合には、その画像種類及び病変種類に応じた検出方法を適用することとする。
腫瘤陰影は、円形に近い形状であり、マンモグラフィ上ではガウス分布状の濃度変化を有する低濃度の陰影として現れる。このような特徴的な濃度特性に基づいて、1次検出時には、例えば特開平08−263641号公報に開示されているように、アイリスフィルタを使用して注目画素の周辺部から注目画素にかけての濃度勾配の強度成分及び方向成分を特徴量として算出し、この特徴量に基づいて候補領域を特定する。この1次検出で特定された候補を1次候補という。
なお、上述した検出方法はその一例であり、他の公知の検出方法、例えばラプラシアンフィルタを用いた手法(電気情報通信学会論文誌(D-II),Vol.J76-D-II,no.2,pp.241-249,1993)等も適用可能である。
2次検出時には、1次候補領域におけるコントラスト、標準偏差、濃度平均値、曲率、フラクタル次元、円形度、面積等の各種特徴量を算出する。そして、算出された特徴量を判別対象データとして、予め教師DB18に保存されている教師データ群に基づいて構築された判別ロジックに入力し、判別対象データがどのカテゴリに属するかを判別する。カテゴリはユーザが設定可能であるとし、初期設定により設定されているものとする。カテゴリの例としては、正常症例と異常症例のカテゴリ、ユーザが検出を所望する検出候補とユーザが検出を所望しない非検出候補のカテゴリ等が挙げられる。
判別ロジックとしては、例えばBP(Back Propagation)法を適用した階層型ニューラルネットワーク、マハラノビスの距離、線形判別式を用いた判別分析や、サポートベクトルマシン等が適用可能である。
BP法のニューラルネットワークは、図3(a)に示すように、入力データを受け取るニューロンからなる入力層と、外部へ出力データを出力するニューロンからなる出力層と、入力層と出力層の中間に存在するニューロンからなる中間層とから構成される。中間層及び出力層の各ニューロンには入力された信号に重み付け等を行うバイアス関数が設定されており、出力層のニューロンにはある入力データに対して期待される出力データとして教師データが設定されている。BP法は、一旦入力層に入力データが入力され、出力層から出力データが出力されると、当該出力データと教師データとの誤差に基づいて中間層及び出力層のバイアス関数を修正するものである。このBP法のニューラルネットワークにおいて判別パラメータとなるのは、中間層、出力層に設定されるバイアス関数の重み係数等である。
マハラノビスの距離は、図3(b)に示すように、異常症例のカテゴリに属する教師データa1〜a5の母集団Aクラスの重心Gaと、正常症例のカテゴリに属する教師データb1〜b4の母集団Bクラスの重心Gbとのうち、判別対象データXがどちらの重心に近いかを教師データの分散を考慮して判別することにより、判別対象データXが属するクラスを判別する判別ロジックである。このとき判別パラメータとなるのは、各クラスの重心Ga、Gb等であり、この重心Ga、Gbは教師データの追加、カテゴリの変更、削除等により位置が移動することとなる。
また、サポートベクトルマシンは、図4に示すように、例えば異常症例に属する教師データ(図中、□で示す)と正常症例に属する教師データ(図中、○で示す)を識別する識別関数を求めることにより、判別対象データがどちらの症例に属するかを判別する判別ロジックである。このサポートベクトルマシンでは、教師データを全て正しく識別する超平面Mの周辺領域において、教師データが存在しないマージン領域(超平面M周辺のH1、H2の領域)を最大とする最適識別関数が判別パラメータとなる。
判別ロジックによる判別の結果、異常陰影候補として検出するカテゴリ、例えば異常症例のカテゴリや、検出候補のカテゴリに属すると判別された1次候補のみを1次検出及び2次検出を経た最終的な異常陰影候補の検出結果として出力する。そして、CPU11は、出力された異常陰影候補の特徴量を異常陰影候補の検出結果として、その検出に用いられた教師データの情報と対応付けてROM15に保存させる。すわなち、異常陰影候補検出プログラムとCPU11との協働により異常陰影候補検出手段を実現することができる。
さらに、CPU11は、本発明に係る登録処理プログラム(図9参照)、編集処理プログラム(図12参照)、教師データ提供処理プログラム(図13参照)をRAM14に展開し、各プログラムとの協働により処理動作を統括的に制御する。
登録処理では、操作部12を介してユーザにより選択された任意のポイントの周辺領域において動的輪郭抽出法により抽出された輪郭内の領域を指定し、当該指定された領域の画像を教師データとして教師DB18に保存させる。ここで、動的輪郭抽出法とは、スネーク法としても知られる手法であり、輪郭を抽出する対象画像領域に複数の候補点を設定し、当該複数の候補点に対し、輪郭の滑らかさを定義する内部エネルギー、領域の境界においてエネルギーが最小となるように設計された画像エネルギー、領域が初期領域より膨張するように設計された外部エネルギーを算出し、各エネルギーの和が最小となるように候補点を制御することにより、動的に輪郭を決定する手法である。すわなち、登録処理プログラムとCPU11との協働により、データ制御手段を実現することができるとともに、操作部12、CPU11により領域指定手段を実現することができる。
また、教師データの保存時に、ユーザにより教師データが属する分類カテゴリが選択されると、教師DB18内の登録テーブル181(後述する)に、教師データが属する分類カテゴリの情報を書き込む。
編集処理では、教師DB18に保存された教師データに対して、ユーザにより操作部12を介してカテゴリの変更が指示されると、教師DB18内の登録テーブル181において変更指示された教師データの分類カテゴリを指示された分類カテゴリに上書きする。そして、変更履歴テーブル182(後述する)においてその変更日付、変更内容等の変更履歴情報を書き込む。また、ユーザにより削除が指示されると、登録テーブル181において削除が指示された教師データの登録情報を消去し、変更履歴テーブル182において消去の日付等の情報を書き込む。すわなち、編集処理プログラムとCPU11との協働により、変更手段、削除手段を実現することができる。
教師データ提供処理プログラムでは、教師DB18に保存された教師データを読み出して通信部16によりサーバ50に送信させ、サーバ50内の教師DBに保存させて教師データのアップロードを行う。また、サーバ50で保存されている教師データをダウンロードする指示が入力されると、ユーザにより選択された教師データを要求する要求情報を通信部16によりサーバ50に送信させ、サーバ50から教師データを取得する(ダウンロードする)。
また、CPU11は、登録処理、編集処理等において、教師DB18の教師データの追加、変更、削除が行われると、その追加、変更又は削除後の教師データ群に基づいて、判別ロジックにおける判別パラメータを算出し、当該判別パラメータを判別ロジックに設定して判別ロジックの補正を行う。すなわち、各プログラムとCPU11との協働により、ロジック補正手段を実現することができる。
操作部12は、カーソルキーや数字キー、各種機能キーからなるキーボード、マウスやタッチパネル等のポインティングディバイスを備えて構成され、押下されたキーやマウスの操作に対応する操作信号をCPU11に出力する。
表示部13は、LCD(Liquid Crystal Display)等から構成される表示手段であり、医用画像やCPU11による異常陰影候補の検出結果、教師データのカテゴリを選択する選択画面等の各種表示画面を表示する。
RAM14は、CPU11によって実行される各種プログラムやこれらプログラムによって処理されたデータ等を一時的に記憶するワークエリアを形成する。
ROM15は、処理対象の医用画像の画像データ群を保存するとともに、異常陰影候補の検出に必要な各種情報、例えば判別ロジックにおいて設定されている判別パラメータ等を記憶する。
また、ROM15は、異常陰影候補検出処理における異常陰影候補の検出結果の情報を、その検出に用いられた教師データの情報と対応付けて保存する検出結果保存手段である。
通信部16は、ネットワークインターフェースカード(以下、NIC;Network Interface Cardという)、モデム、ターミナルアダプタ等の通信用インターフェースにより構成され、通信ネットワーク上の外部機器と各種情報の送受信を行う。例えば、サーバ50にDB登録対象の教師データを送信する。また、各診療室に設置される診療端末に接続して、異常陰影候補の検出結果を送信する構成としてもよい。
また、通信部16は、医用画像生成装置(図示せず)に通信接続し、当該医用画像生成装置から医用画像の画像データを受信する。
なお、医用画像の入力は通信による入力方法に限らない。例えば、医用画像生成装置と接続するためのインターフェースを備え、このインターフェースを介して医用画像生成装置において生成された医用画像を医用画像処理装置10に入力することとしてもよい。
医用画像生成装置としては、例えば医用画像が記録されたフィルム上にレーザ光を走査して医用画像を読み取るレーザデジタイザや、CCD(Charge Coupled Device)等の光電変換素子からなるセンサによりフィルムに記録された医用画像を読み取るフィルムスキャナ等が適用可能である。
また、フィルムに記録された医用画像を読み取るのではなく、蓄積性蛍光体を用いて医用画像を撮影する撮影装置や、照射された放射線の強度に応じた電荷を生成する放射線検出素子とコンデンサからなるフラットパネルディテクタ等を接続可能な構成としてもよく、その医用画像の入力方法は特に限定しない。
プログラムメモリ17は、システムプログラムや異常陰影候補検出プログラム、登録処理プログラム、編集処理プログラム、教師データ提供処理プログラム及び各プログラムで処理されたデータ等を記憶する。
教師DB18は、大容量メモリにより構築された教師データ保存手段であり、判別ロジックで使用される教師データを保存する。また、教師DB18は、DB登録された教師データに関する登録情報を格納するための登録テーブル181及び登録された教師データの変更、削除等の変更履歴情報を保存するための変更履歴テーブル182を有している。すなわち、教師DB18により履歴保存手段を実現することができる。
登録テーブル181には、図5に示すように、ユーザ名(例えば“医師X”等)ユーザの所属科(例えば“内科”等)のユーザ情報に対応付けて、教師データの病変種類(例えば“腫瘤”)、教師データを分類するカテゴリ(例えば“正常症例”、異常症例ではあるが良性のものである“異常良性症例”、異常症例のうち悪性のものである“異常悪性症例”の各カテゴリ)毎に、教師データ(例えば“教師データA”、“教師データD”等)の情報が格納されている。
変更履歴テーブル182には、図6に示すように、各教師データのデータファイル名(例えば“教師データA”)に対応付けて、カテゴリが変更された又は削除された際の日付、その内容等の変更履歴情報(例えば2003年11月15日に異常良性症例のカテゴリから異常悪性症例のカテゴリに変更したことを示す“2003.11.15 変更(異常良性→異常悪性)”)が格納される。
また、教師DB18は、教師DB18に登録された教師データの特徴量のデータを格納するための特徴量ファイル(図示せず)を有している。例えばコントラスト、標準偏差、濃度平均値、曲率、円形度、面積等の各種特徴量のデータが格納される。
次にサーバ50について説明する。
サーバ50は、通信ネットワークN上の各医用画像処理装置10で用いられる教師データをDB化して統括的に管理するとともに、DB登録された教師データを提供するウェブページを運用し、当該ウェブページを介した医用画像処理装置10からの要求に応じて教師データを提供する。
図7に、サーバ50の内部構成を示す。
図7に示すように、サーバ50は、CPU51、RAM52、ROM53、教師DB54、通信部55を備えて構成される。
CPU51は、ROM53に格納されたシステムプログラムの他、本発明に係る教師データ提供処理プログラムをRAM52に展開し、当該プログラムとの協働により処理動作を統括的に制御する。
教師データ提供処理では、医用画像処理装置10からのDB登録要求に応じて、通信部55を介して医用画像処理装置10から送信された教師データを教師DB54に保存させる。また、医用画像処理装置10からの教師データのダウンロード要求に応じて、選択された教師データを教師DB54から読み出して通信部55により医用画像処理装置10に送信させ、教師データを各医用画像処理装置10に提供する。また、教師データの提供時には提供された教師データ数に応じた金額を算出し、ROM53の課金テーブル531において算出された金額をユーザ毎に書き込み、課金する。すなわち、教師データ提供処理プログラムとCPU11との協働により、提供手段及び課金手段を実現することができる。
RAM52は、CPU51によって実行される各種プログラムやこれらプログラムによって処理されたデータ等を一時的に記憶するワークエリアを形成する。
ROM53は、システムプログラムや教師データ提供処理プログラム及び各プログラムで処理されたデータ等を格納する。また、ROM53は、教師DB54に格納される教師データの提供に対する課金状況をユーザ毎に管理するための課金テーブル531を格納する。
課金テーブル531には、図8に示すように、教師データをダウンロードしたユーザ名(例えば“X”)に対応付けて、ダウンロードされた教師データのデータファイル名(例えば“教師データP”、“教師データQ”等)、そのダウンロードされた教師データの合計数(例えば“20”)、ダウンロードされた教師データに対する課金金額(例えば“5000円”)の各情報が格納される。
教師DB54は、大容量メモリにより構築された教師データ保存手段であり、通信ネットワークN上の各医用画像処理装置10により登録された教師データを格納する。また、教師DB54に登録された教師データに関する登録情報を格納するための登録テーブル541を格納する。登録テーブル541のデータ構成は、図5を参照して説明した医用画像処理装置10の登録テーブル181と同様であるので、その図示及び説明は省略する。すなわち、登録テーブル541には、ユーザ名、ユーザの所属科のユーザ情報に対応付けて教師データの分類カテゴリ、その分類カテゴリに属する教師データのファイル名の各情報が格納される。
また、教師DB54は保存している教師データの特徴量のデータを格納するための特徴量ファイルを備え、この特徴量ファイルに例えばコントラスト、標準偏差、濃度平均値、曲率、円形度、面積等の各種特徴量のデータを格納する。
通信部55は、NIC、モデム、ターミナルアダプタ等の通信用インタフェースにより構成され、通信ネットワークN上の外部機器と各種情報の送受信を行う。例えば、医用画像処理装置10からアップロードされた教師データを受信し、教師DB54で保存されている教師データのうちダウンロードが要求された教師データを医用画像処理装置10に送信する。
次に、本実施の形態における動作を説明する。
本実施形態では、医用画像処理装置10において教師DB18に教師データを追加、変更、削除する例と、各医用画像処理装置10で登録された教師データをサーバ50で一括管理し、要求に応じて各医用画像処理装置10に教師データを提供する例とを説明する。
まず、図9を参照して、医用画像処理装置10において教師データを教師DB18に追加する登録処理について説明する。なお、説明の前提として、医用画像処理装置10の起動時に行われるログイン認証によりユーザが特定されていることとする。
図9に示す登録処理では、通信部16を介して医用画像が入力されると(ステップS1)、当該医用画像に対してCPU11では異常陰影候補の検出が行われる(ステップS2)。次いで、検出が終了すると、表示部13において医用画像とともに異常陰影候補の検出結果が表示される(ステップS3)。
図10に、その表示画面例を示す。
図10に示すように、表示部13では医用画像Gが表示された結果画面131が表示される。結果画面131では、異常陰影候補の検出結果として検出された異常陰影候補を指摘するマーカm1が医用画像G上に表示される。また、表示部13には教師データとして登録する画像領域を指定するためのポインタpが表示される。ユーザは、教師データを登録する際に操作部12を介してこのポインタpを操作し、教師データとして登録する画像領域の中心付近のポイントを選択する。
この結果画面131において、操作部12を介してポインタpが操作され、任意のポイントが選択されると、CPU11において動的輪郭抽出法により選択されたポイントの所定範囲内で輪郭の抽出が行われ、抽出された輪郭内の画像領域が教師データとして登録する画像領域として指定される(ステップS4)。
なお、本実施形態では動的輪郭抽出法により陰影の画像領域を指定する例を説明したが、これに限らず、ポインタpにより選択されたポイントから所定範囲内で検出された異常陰影候補の画像領域を指定することとしてもよいし、異常陰影候補が検出されていない領域で画像領域を指定する場合にはポインタpで登録対象の画像領域を囲むように操作させてその囲まれた画像領域を指定することとしてもよい。
教師データとして登録する画像領域が指定されると、その登録対象の教師データをどのカテゴリに分類するかを選択するための選択画面が表示部13に表示される。図11に、その選択画面例を示す。図11に示すように、選択画面132では、教師データとして指定された画像領域の画像g1が表示されるとともに、分類するカテゴリが選択的に表示される。ユーザは、選択画面132において画像g1を確認し、分類したいカテゴリを選択する。
なお、医用画像処理装置10により検出された異常陰影候補の画像領域が指定された場合は図11に示すように分類のカテゴリのみが選択的に表示されるが、医用画像処理装置10により異常陰影候補が検出されていない画像領域が指定された場合は、分類のカテゴリが選択的に表示されるとともに陰影の病変種類名を入力するための入力領域が表示される。
この選択画面132において、操作部12を介してカテゴリが選択されると(ステップS5)、指定された領域の画像が教師データとして教師DB18に保存されるとともに、選択されたカテゴリの情報(病変種類名が入力された場合はその病変種類名の情報も合わせて)、追加日付等がログイン認証時に特定されたユーザに対応付けて登録テーブル181に格納され、教師データの新規登録が行われる(ステップS6)。
次いで、教師DB18に既存の教師データに新規登録された教師データを加え、これら教師データ群に基づいて異常陰影候補を2次検出する際の判別ロジックで用いられる判別パラメータの補正がCPU11により行われる(ステップS7)。例えば、また、判別ロジックとしてニューラルネットワークが適用されている場合は、出力層に設定されている教師データが新たに設定される。(主成分分析削除)また、判別ロジックとしてマハラノビスの距離の手法が適用されている場合は、各カテゴリの教師データ群に基づいて各カテゴリにおける母集団平均(重心)が新たに算出され、ポートベクトルマシンが適用されている場合は、最適識別関数が算出されて判別ロジックに設定される。
このようにして判別パラメータが補正されると、本処理を終了する。以後の異常陰影候補検出処理では、補正後の判別パラメータが設定された判別ロジックにより2次検出が行われる。
次に、図12を参照して、医用画像処理装置10の教師DB18に教師データを登録後、この登録された教師データの変更、削除を行う編集処理を説明する。図12は、医用画像処理装置10により実行される編集処理を説明するフローチャートである。説明の前提として、教師データの変更、削除は編集メニューから指示することができるものとする。
図12に示す編集処理では、まず編集メニューにおいて教師DB18に登録されている教師データの画像が表示部13に一覧表示される。そして、この一覧表示された教師データの中からユーザにより操作部12を介して変更対象の教師データが選択されると(ステップS11)、操作部12を介して教師データの変更が指示されたのか教師データの削除が指示されたのかが判別される(ステップS12)。
教師データの変更が指示された場合(ステップS12;変更)、変更後のカテゴリを選択するための選択画面(図11参照)が表示部13に表示される。そして、選択画面において、変更後のカテゴリが選択されると、登録テーブル181において選択された教師データのカテゴリが選択されたカテゴリに変更され(ステップS13)、ステップS15の処理に移行する。
一方、教師データの削除が指示された場合(ステップS12;削除)、ステップS11において選択された教師データが登録テーブル181から削除され(ステップS14)、ステップS15の処理に移行する。このとき、削除が指示された教師データの情報が登録テーブル181から削除されるのみで教師データ自体は教師DB18に保存されたままである。
ステップS15では、変更又は削除された日付、変更又は削除があった旨、変更内容等の情報が変更履歴情報として変更履歴テーブル182に保存される。後に、変更された教師データを変更前のカテゴリに戻す、或いは初期状態にリセットする等が指示された場合には、この変更履歴情報に基づいて教師データの登録状況をカテゴリの変更前又は削除前の状態に戻すことができる。次いで、変更又は削除が行われた後の教師データ群に基づいて、CPU11により異常陰影候補の2次検出時に判別ロジックで使用される判別パラメータの補正が行われる(ステップS16)。補正方法は図9の登録処理におけるステップS7で説明した補正方法と同様であるので、ここでは説明を省略する。補正が終了すると、本処理を終了する。
次に、図13を参照して、サーバ50において各医用画像処理装置10からアップロードされた教師データを管理するとともに、各医用画像処理装置10に教師データを提供する教師データ提供処理を説明する。図13は、医用画像処理装置10とサーバ50とで実行される教師データ提供処理を説明するフローチャートである。
図13に示す教師データ提供処理では、まず医用画像処理装置10において教師DB18に登録された教師データをサーバ50の教師DB54に登録することを要求する要求情報が生成され、登録対象の教師データ、特徴量データ及び教師データに関する登録情報とともにサーバ50に送信される(ステップS101)。サーバ50では、通信ネットワークN上の何れかの医用画像処理装置10から教師データの登録要求情報とともに教師データ、特徴量データ及び登録情報が受信されると、当該受信された教師データ及び特徴量データがサーバ50内の教師DB54に保存され、受信された登録情報に基づいて登録テーブル541に教師データに関する登録情報が保存され、DB登録が行われる(ステップS102)。
このようにして、サーバ50内の教師DB54には、各医用画像処理装置10により登録された教師データが保存され、サーバ50において一括管理される。そして、サーバ50では、教師データを各医用画像処理装置10に提供するためのウェブページが運用され、ユーザは他のユーザにより登録された教師データを取得したい場合や、ユーザの操作する医用画像処理装置10で登録されていた教師データが失われたため、もう一度同じ教師データを取得したい場合等に、医用画像処理装置10を操作しウェブページを介してサーバ50で管理されている教師データを取得することができる。
医用画像処理装置10では、操作部12を介してユーザにより教師データを提供するウェブページへのアクセスが指示されると、サーバ50からウェブページが取得されて表示部13に表示される。なお、ウェブページ取得時にウェブページへのログイン認証が行われ、ユーザが特定されたこととする。そして、このウェブページにおいてサーバ50内の教師DB54に登録された教師データのダウンロードが指示されると、教師データのダウンロードを要求する要求情報が生成され、サーバ50に送信される(ステップS103)。
サーバ50では、教師データのダウンロードの要求情報が受信されると、ダウンロード可能な教師データのリスト情報が作成され、当該リスト情報が医用画像処理装置10に送信される(ステップS104)。医用画像処理装置10では、サーバ50から受信された教師データのリスト情報に基づいて、ダウンロード対象の教師データが選択的に表示部13に表示される。例えば、教師データのサムネイル画像を一覧表示することとしてもよいし、最初に教師データのファイル名を一覧表示させておいてその中から選択された教師データの画像を表示することとしてもよい。
次いで、医用画像処理装置10においてダウンロード対象の教師データが選択され、当該教師データのダウンロードが指示されると、ダウンロードを要求する要求情報が生成され、サーバ50に送信される(ステップS105)。
サーバ50では、医用画像処理装置10からダウンロードの要求情報が受信されると、選択された教師データ及びその特徴量データが教師DB54から取得され、医用画像処理装置10に送信される(ステップS106)。次いで、ダウンロードされた教師データ数に応じた金額がダウンロードを行ったユーザに対応付けて課金テーブル531に書き込まれ、課金が行われる(ステップS107)。
なお、本実施形態では、ダウンロードされた教師データ数に応じて課金を行うこととしたが、ダウンロードされた教師データのデータ用量に応じて課金することとしてもよく、課金方法については特に限定しない。
一方、医用画像処理装置10では、サーバ50から送信された(ダウンロードされた)教師データ及び特徴量データが医用画像処理装置10内の教師DB18に保存されるとともに、登録テーブル181においてその登録情報が書き込まれ、DB登録が行われる(ステップS108)。次いで、医用画像処理装置10では、教師DB18内に既存の教師データに新規登録された教師データを加えた教師データ群に基づいて、異常陰影候補検出時の判別ロジックで用いられる判別パラメータの補正が行われ(ステップS109)、本処理を終了する。
以上のように、本実施形態によれば、指定された画像領域が教師データとして教師DB18に保存されて新規登録されるとともに、指示に応じて教師DB18内に保存された教師データの変更、削除が行われ、新規登録、変更、削除後の教師データ群に基づいて判別ロジックで用いられる判別パラメータの補正が行われるので、ユーザは自由に教師データの追加や変更、削除を行うことができ、異常陰影候補の検出条件をカスタマイズすることができる。
例えば、医師毎に教師データのDBを作成することにより、医師の苦手な症例を集中的に追加することにより、その医師に応じた異常陰影候補の検出を実現することができる。
また、教師データとして登録する画像領域を指定する際には、ユーザにより選択された任意のポイントの周辺領域において動的輪郭抽出法により抽出された輪郭内の画像領域が自動指定されるので、ユーザは簡単な操作で教師データの新規登録を行うことができる。
また、教師データを保存する際には、ユーザにより選択されたカテゴリに教師データを分類して保存するので、ユーザは自己の読影スタイルに合わせて異常陰影候補の検出、非検出を調整することが可能となり、使い勝手が向上する。
また、教師データを変更、削除した際にはその履歴情報が変更履歴テーブル182に保存されるので、教師データのカテゴリを変更後、検出精度が低下したためやはり変更前のカテゴリに戻したいといった場合に、変更履歴テーブル182に保存された変更履歴情報に基づいて変更前のカテゴリに再設定することができる。
また、各医用画像処理装置10でDB登録された教師データはサーバ50にアップロードされ、サーバ50では教師データが一括管理されるとともに、各医用画像処理装置10からの要求に応じて教師データが医用画像処理装置10にダウンロードされるので、ユーザは他のユーザによりDB登録された教師データ等を取得することができ、所望の症例の教師データを増やして検出精度を向上させることができる。
また、サーバ50では、ダウンロードされた教師データの数だけ課金金額が算出され、当該課金金額がユーザ情報に対応付けて課金テーブル531に保存されるので、ユーザに対する課金管理を行うことができる。
なお、本実施形態における記述内容は、本発明を適用した医用画像処理システム100及び医用画像処理装置10の好適な一例であり、これに限定されるものではない。
例えば、上述した説明では、ユーザ毎に教師データの追加、変更、削除を行うことができる例を説明したが、診療科毎、病院毎等、あるグループ毎に教師データをDB登録することとしてもよい。これにより、グループ毎に異常陰影候補の検出条件を統一することができる。例えば、医用画像生成装置の装置特性により医用画像の画質が代わってくるため、医用画像生成装置毎に教師データのDBを作成することによりその装置特性に応じた最適な異常陰影候補の検出を行うことができる。
また、医用画像処理装置10のROM15で保存されている異常陰影候補の検出結果の情報をその検出に使用された教師データの情報と対応付けてサーバ50のROM53に保存することとしてもよい。すなわち、サーバ50により検出結果保存手段を実現することとしてもよい。
その他、本実施の形態における医用画像処理システム100及び医用画像処理装置10の細部構成及び細部動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
本実施の形態における医用画像形成システム100のシステム構成を示す図である。 図1の医用画像処理装置10の内部構成を示す図である。 補正ロジックの概念図を示す図であり、(a)はニューラルネットワーク、(b)はマハラノビスの距離を利用した判別分析を示す図である。 補正ロジックの概念図を示す図であり、サポートベクトルマシンを示す。 教師DB18内の登録テーブル181のデータ構成例を示す図である。 教師DB18内の変更履歴テーブル182のデータ構成例を示す図である。 図1のサーバ50内部構成を示す図である。 記憶部53内の課金テーブル531のデータ構成例を示す図である。 医用画像処理装置10により実行される登録処理を説明するフローチャートである。 登録処理時に表示される医用画像及び異常陰影候補の検出結果の表示画面例を示す図である。 教師データを登録する際に表示される分類カテゴリの選択画面例を示す図である。 医用画像処理装置10により実行される編集処理を説明するフローチャートである。 医用画像処理装置10及びサーバ50により実行される教師データ提供処理を説明するフローチャートである。
符号の説明
100 医用画像処理システム
10 医用画像処理装置
11 CPU
12 操作部
13 表示部
14 RAM
15 ROM
16 通信部
17 プログラムメモリ
18 教師DB
181 登録テーブル
182 変更履歴テーブル
50 サーバ
51 CPU
52 RAM
53 ROM
531 課金テーブル
54 教師DB
541 登録テーブル
542 変更履歴テーブル
55 通信部

Claims (18)

  1. 教師データを用いて判別を行う判別ロジックを用いて、患者が撮影された医用画像から異常陰影候補を検出する異常陰影候補検出手段を備えた医用画像処理装置において、
    異常陰影候補の検出時に用いられる教師データを更新可能に保存する教師データ保存手段と、
    医用画像及び異常陰影候補の検出結果を表示する表示手段と、
    前記表示手段に表示された医用画像上で前記教師データとして登録すべき領域を指定する領域指定手段と、
    前記指定された領域の画像を教師データとして前記教師データ保存手段に保存させるデータ制御手段と、
    前記教師データ保存手段に保存された教師データに基づいて、前記異常陰影候補検出手段における判別ロジックを補正するロジック補正手段と、
    を備えることを特徴とする医用画像処理装置。
  2. 前記データ制御手段は、医用画像の読影を行うユーザ毎に教師データを教師データ保存手段に保存させることを特徴とする請求項1に記載の医用画像処理装置。
  3. 前記データ制御手段は、教師データを複数のカテゴリに分類して教師データ保存手段に保存させることを特徴とする請求項1又は2に記載の医用画像処理装置。
  4. 前記教師データが分類されるカテゴリは、正常症例、異常症例のカテゴリ、正常症例、異常良性症例、異常悪性症例のカテゴリ、若しくは検出候補、非検出候補のカテゴリであることを特徴とする請求項3に記載の医用画像処理装置。
  5. 前記教師データ保存手段において教師データが分類されたカテゴリを変更する変更手段を備え、
    前記ロジック補正手段は、前記変更手段によりカテゴリが変更された後の教師データに基づいて補正ロジックを補正することを特徴とする請求項3又は4に記載の医用画像処理装置。
  6. 前記変更手段によりカテゴリが変更された際の変更履歴情報を保存する履歴保存手段を備え、
    前記変更手段は、教師データのカテゴリを変更後、当該教師データのカテゴリを変更前のカテゴリに戻すことを指示されると、前記履歴保存手段に保存された変更履歴情報に基づいて教師データのカテゴリを変更前のカテゴリに変更することを特徴とする請求項5に記載の医用画像処理装置。
  7. 前記教師データ保存手段に保存された教師データを削除する削除手段を備え、
    前記履歴保存手段は、前記削除手段により教師データが削除された際の履歴情報を保存し、
    前記変更手段は、教師データを削除後、当該教師データの削除を取り消す旨が指示されると、前記履歴保存手段に保存された履歴情報に基づいて削除された教師データを元の保存状態に戻すことを特徴とする請求項6に記載の医用画像処理装置。
  8. 前記ロジック補正手段は、前記削除手段により教師データが削除されると、当該削除された教師データを除く他の教師データに基づいて判別ロジックを補正することを特徴とする請求項7に記載の医用画像処理装置。
  9. 前記領域指定手段は、前記表示手段に表示された医用画像上で、ユーザにより選択された任意のポイントに基づいて領域を指定することを特徴とする請求項1〜8の何れか一項に記載の医用画像処理装置。
  10. 前記領域指定手段は、前記表示手段に表示された医用画像上で、ユーザにより選択された任意のポイントの周辺領域で動的輪郭抽出法により抽出された輪郭内の領域を指定することを特徴とする請求項9に記載の医用画像処理装置。
  11. 複数の医用画像処理装置において用いられる教師データを更新可能に保存する教師データ保存手段を備えたサーバと通信する通信手段を備え、
    前記データ制御手段は、医用画像処理装置が備える教師データ保存手段に保存された教師データを前記通信手段により前記サーバに送信させ、サーバの教師データ保存手段に保存させることを特徴とする請求項1〜10の何れか一項に記載の医用画像処理装置。
  12. 前記データ制御手段は、前記サーバの教師データ保存手段に保存された教師データを要求する要求情報を前記通信手段によりサーバに送信させてサーバから教師データを取得し、当該取得された教師データを医用画像処理装置が備える教師データ保存手段に保存させることを特徴とする請求項11に記載の医用画像処理装置。
  13. 前記表示手段は、サーバから教師データを取得する際にサーバが備える教師データ保存手段に保存された教師データを選択的に表示することを特徴とする請求項12に記載の医用画像処理装置。
  14. 前記異常陰影候補検出手段による異常陰影候補の検出結果の情報を、その検出に使用された教師データの情報と対応付けて保存する検出結果保存手段を備えることを特徴とする請求項1〜13の何れか一項に記載の医用画像処理装置。
  15. 教師データを用いて患者が撮影された医用画像から異常陰影候補を検出する異常陰影候補検出手段を備えた医用画像処理装置と、サーバとが通信接続された医用画像処理システムにおいて、
    前記医用画像処理装置は、
    異常陰影候補の検出時に用いられる教師データを更新可能に保存する教師データ保存手段と、
    医用画像とともに異常陰影候補の検出結果を表示する表示手段と、
    前記表示手段に表示された医用画像上で前記教師データとして登録すべき領域を指定する領域指定手段と、
    前記指定された領域の画像を教師データとして前記教師データ保存手段に保存させるとともに、サーバが備える教師データ保存手段に保存させるデータ制御手段と、を備え、
    前記サーバは、
    前記医用画像処理装置において用いられる教師データを更新可能に保存する教師データ保存手段を備えることを特徴とする医用画像処理システム。
  16. 前記サーバは、前記医用画像処理装置からの要求に応じてサーバの教師データ保存手段に保存された教師データを前記医用画像処理装置に提供する提供手段と、
    前記医用画像処理装置のデータ制御手段は、前記サーバが備える教師データ保存手段に保存された教師データを要求する要求情報をサーバに送信してサーバから教師データを取得し、当該取得された教師データを医用画像処理装置が備える教師データ保存手段に保存させることを特徴とする請求項15に記載の医用画像処理システム。
  17. 前記医用画像処理装置のデータ制御手段は、教師データの要求情報とともに要求を行ったユーザのユーザ情報をサーバに送信してサーバから教師データを取得し、
    前記サーバにおいて、前記提供手段により提供された教師データ数に応じて、その教師データの要求を行ったユーザ毎に課金する課金手段を備えることを特徴とする請求項16に記載の医用画像処理システム。
  18. 前記異常陰影候補検出手段による異常陰影候補の検出結果の情報を、その検出に使用された教師データの情報と対応付けて保存する検出結果保存手段を備えることを特徴とする請求項15〜17の何れか一項に記載の医用画像処理システム。
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