JP2013150679A - 画像診断支援装置、その処理方法及びプログラム - Google Patents

画像診断支援装置、その処理方法及びプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】
従来よりも信頼性の高い診断推論結果を得られるようにした技術を提供する。
【解決手段】
画像診断支援装置は、診断対象となる画像の所定の領域の画像特徴に基づいて第1の特性値を算出する第1の特性値算出手段と、ユーザから操作手段を介して入力された前記画像の前記所定の領域に関する所見情報に基づいて第2の特性値を取得する第2の特性値取得手段と、前記第1の特性値及び前記第2の特性値と、前記第1の特性値及び前記第2の特性値の対応関係とに基づいて、前記画像の前記所定の領域についての診断推論を行なう推論手段とを具備する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、画像診断支援装置、その処理方法及びプログラムに関する。
コンピュータを用いたデータ処理技術の一つとして、既知の事象から抽出した知識に基づいて、未知の事象を推論する推論技術が知られている。近年、医療分野でも、推論装置を用いて病変部の診断を支援する研究が行なわれている。例えば、ある医用画像上の異常陰影が良性であるか悪性であるかを、その医用画像の特性値(画像特徴又は画像所見)を入力として推論する技術が研究されている。
特許文献1では、医用画像を分析して画像特徴を抽出し、その画像特徴に基づき初期診断を算出してユーザに提供するシステムが開示されている。このシステムにおいては、ユーザが画像特徴を変更すると、診断結果を動的に再算出する。これにより算出された画像特徴及び診断結果は、ユーザが確認及び適宜修正した後、診断報告書として生成される。
また、特許文献2では、データベースに蓄積された既知医療データに基づき、入力された未知医療データの目的変数値(例えば診断)の予測値と、その予測自体の信頼性尺度とを算出して出力する技術が開示されている。
特表2008−541889号公報 特開2006−163465号公報
上述した特許文献1の技術では、ユーザよりも先にシステムが画像特徴の算出や診断を行ない、その結果をユーザに提示する。そのため、最初にユーザが画像特徴や診断結果を入力し、後からシステムが算出した画像特徴や診断結果をユーザに提示するという使い方ができない。また、特許文献1の技術では、ユーザがある画像特徴を変更してしまうと、その画像特徴についてはシステムにより算出された画像特徴が使用されなくなってしまう。そのため、ユーザよりもシステムの方が信頼性の高い画像特徴を算出できる可能性があったとしても、それができないので、より信頼性の高い診断推論を行なうことができない。
また、上述した特許文献2では、診断の予測値とその予測自体の信頼性尺度とを算出することはできるが、たとえ信頼性が低いと分かった場合であっても、より信頼性の高い診断推論を行なうことはできない。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、従来よりも信頼性の高い診断推論結果を得られるようにした技術を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の一態様による画像診断装置は、診断対象となる画像の所定の領域の画像特徴に基づいて第1の特性値を算出する第1の特性値算出手段と、ユーザから操作手段を介して入力された前記画像の前記所定の領域に関する所見情報に基づいて第2の特性値を取得する第2の特性値取得手段と、前記第1の特性値及び前記第2の特性値と、前記第1の特性値及び前記第2の特性値の対応関係とに基づいて、前記画像の前記所定の領域についての診断推論を行なう推論手段とを具備する。
本発明によれば、従来よりも信頼性の高い診断推論結果を得られる。
本発明の一実施の形態に係わる画像診断支援装置を含む画像診断支援システムの全体構成の一例を示す図。 画像診断支援装置10の処理の流れの一例を示すフローチャート。 第1の特性値及び第2の特性値の具体例を示す表。 第1の特性値及び第2の特徴値2に対する第1の重み及び第2の重みの具体例を示す表。 重みW1及びW2の第1の取得方法(統計的な手法)の処理の流れの一例を示すフローチャート。
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施の形態に係わる画像診断支援装置を含む画像診断支援システムの全体構成の一例を示す図である。
画像診断支援システムは、画像診断支援装置10と、データベース22と配されており、これら装置は、通信手段(この場合、LAN(Local Area Network)22)を介して通信可能に接続されている。
データベース22は、医用画像やそれに関連付けられた情報を管理する。画像診断支援装置10は、当該データベース22で管理された診断対象である医用画像(診断対象画像)やそれに関連付けられた情報をLAN21を介して取得する。
ここで、画像診断支援装置10は、その機能的な構成として、通信IF31と、RAM32と、ROM33と、記憶部34と、操作部35と、表示部36とを具備して構成される。
通信IF(Interface)31は、例えば、LANカード等で実現され、LAN21を介した外部装置(例えば、データベース22)と画像診断支援装置10との間の通信を司る。記憶部34は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)等で実現され、各種情報を記憶する。
表示部36は、例えば、ディスプレイ等で実現され、各種情報をユーザ(例えば、医師)に向けて表示する。操作部35は、例えば、キーボードやマウス等で実現され、ユーザからの指示を装置内に入力する。
RAM(Random Access Memory)32は、揮発性のメモリ等で実現され、各種情報を一時的に記憶する。ROM(Read Only Memory)33は、不揮発性のメモリ等で実現され、各種プログラム等を記憶する。制御部37は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等で実現され、画像診断支援装置10における処理を統括制御する。
ここで、制御部37には、その機能的な構成として、第1の特性値算出部11と、第2の特性値取得部12と、重み取得部13と、第3の特性値算出部14と、推論部15と、表示処理部16とが設けられる。これら構成は、例えば、CPUがRAM32をワーク領域としてROM33等に記憶されたプログラムを読み込み実行することで実現される。なお、これら構成の一部又はその全てが専用の回路等で実現されても良い。
第1の特性値算出部11は、診断対象画像の所定の領域(異常陰影領域)に画像処理を施し、それにより、特性値(第1の特性値)を算出する。第2の特性値取得部12は、診断対象画像の異常陰影領域に対するユーザ(医師)の画像所見(所見情報)を特性値(第2の特性値)として取得する。この取得は、例えば、ユーザによる操作部35を介した操作に基づいて行なわれる。
重み取得部13は、第1の特性値に対する重み(第1の重み)と第2の特性値に対する重み(第2の重み)とを取得する。
第3の特性値算出部14は、第1の特性値及び第2の特性値と、第1の重み及び第2の重みとを用いて新たな特性値(第3の特性値)を算出する。
推論部15は、第3の特性値を用いて診断対象画像の異常陰影についての診断推論を行なう。表示処理部16は、診断対象画像、第1の特性値及び第2の特性値、及び診断推論結果などの様々な情報をユーザに提示する。この提示は、例えば、表示部36への画面の表示によって行なわれる。勿論、プリンタ等で印刷を行なうことにより上記提示が行なわれても良い。
次に、図2を用いて、図1に示す画像診断支援装置10の処理の流れの一例について説明する。
ユーザが、操作部35を介してデータベース22上で管理された診断対象画像の取得を指示すると、この処理は開始する。この処理が開始すると、画像診断支援装置10は、当該ユーザ指示に従って、データベース22からLAN21を介して診断対象画像を取得し、それをRAM32に格納する(S101)。画像診断支援装置10は、表示処理部16において、当該診断対象画像を表示部36上に表示する。なお、診断対象画像は、画像診断支援装置10に接続された外部記憶装置から取得されても良い。
ここで、ユーザは、操作部35を介して当該診断対象画像上から異常陰影位置を指示する。すると、画像診断支援装置10は、第1の特性値算出部11において、当該ユーザ操作に従って異常陰影位置を取得するとともに、公知の領域抽出技術(グラフカット法やレベルセット法など)等を用いて当該異常陰影領域を特定し取得する(S102)。なお、公知の異常陰影検出技術を用いて異常陰影領域を自動的に取得するようにしても良い。
続いて、画像診断支援装置10は、第1の特性値算出部11において、公知の画像処理技術を用いて異常陰影の画像特徴を算出し(S103)、当該画像特徴に基づいて第1の特徴値を算出する(S104)。画像特徴の例としては、異常陰影領域の形状特徴(長径(最大直径)、境界線の円形度、扁平率、不整度など)や、濃度特徴(濃度の平均値と分散、石灰化や空気などに対応する特定の濃度範囲内の濃度値の有無又は存在する割合など)が挙げられる。なお、第1の特徴値の算出方法については後述する。
第1の特徴値が算出されると、ユーザは、操作部35を介して画像所見を入力する。すなわち、S101の処理で表示部36上に表示された診断対象画像を参照したユーザが、当該画像上の異常陰影の所見結果を入力する。すると、画像診断支援装置10は、第2の特性値取得部12において、当該ユーザ操作に従って入力された画像所見をそのまま第2の特徴値として取得する(S105)。
なお、画像所見(第2の特性値)の例としては、異常陰影の長径(最大直径)、全体形状、棘状突起、輪郭不整、石灰化、気体部、血管や気管支の巻込、胸膜嵌入像、気管支透瞭像などの有無や程度に関する情報が挙げられる。なお、このS105の処理は、S102〜S104の処理と同時に実行されても良いし、また、S102〜S104の処理を行なう前に実行されても良い。
ここで、図3は、第1の特性値及び第2の特性値の具体例を示す表である。
図3に示す表には、第1の特性値と第2の特性値とで共通する特性値が、F1〜F1p−1又はF2〜F2p−1のp−1個(p≧2)存在する。
また、第1の特性値のみに存在する特性値がF1〜F1q−1のq−p個(q>p)存在し、第2の特性値のみに存在する特性値がF2〜F2のn−q+1個(n≧q)存在する。但し、第1の特性値のみに存在する特性値や、第2の特性値のみに存在する特性値はなくても構わない。
図3に示す表において、iは第1の特性値及び第2の特性値のインデックスを示し、F1はi番目の第1の特性値を示し、F2はi番目の第2の特性値を示す。更に、個々の特性値F1、F2が取り得る値をそれぞれV1、V2として示している。
図3の表に例示する通り、V1、V2(が取り得る値)の範囲は、インデックスiによって異なる。例えば、V1の範囲が1〜5と記されている特性値(F1〜F1)は、V1が1に近いほど特性値F1の特性が少ない(小さい、弱い)ことを示す。V1が5に近いほど特性値F1の特性が多い(大きい、強い)ことを示す。V2についても同様である。なお、任意の特性値F1及びF2が取る値V1及びV2は、連続値であっても良いし、離散値であっても良い。
ここで、上述したS104の処理における第1の特性値の算出方法について説明する。
第2の特性値と共通する第1の特性値(F1〜F1p−1)については、上記S103の処理で算出した画像特徴を用いて、個々の特性値F1〜F1p−1毎に、予め決められた規則に従って特性値の状態Sijを求める。
図3に示す表の特性値F1は、「長径」なので、例えば、異常陰影の境界線を楕円近似した時の楕円の長径(最大直径)を算出し、それをV1の値とする。
図3に示す表の特性値F1は、「輪郭不整」なので、例えば、異常陰影の中心から境界線上の各点までの距離の分散の大小に応じてV1の値(1〜5)を算出する。
図3に示す表の特性値F1は、「石灰化」なので、例えば、異常陰影の濃度ヒストグラムを作成し、石灰化に対応する濃度範囲内の濃度値の割合に応じてV1の値を算出する。同様に、図3の表の特性値F1は、「気体部」なので、濃度ヒストグラムを用いてV1の値を算出する。
一方、第1の特性値のみに存在する特性値F1〜F1q−1は、上述のS103で算出した画像特徴量をそのまま用いてV1の値とする。
このように本実施形態においては、第1の特徴値と第2の特徴値との対応関係(例えば、第2の特性値に対応した第1の特性値が存在する、第1の特性値又は第2の特性値のみに存在する、等)によって、第1の特性値の算出方法が変更される。
図2に示すフローチャートの説明に戻る。画像診断支援装置10は、重み取得部13において、第1の特性値に対する第1の重みと、第2の特性値に対する第2の重みとを取得する(S106)。ここで、第1の重み及び第2の重みは、個々の特性値毎に異なる値にすることができる。第1の重み及び第2の重みの算出方法については後述する。
画像診断支援装置10は、第3の特性値算出部14において、式(1)に従って第3の特性値(F3,i=1〜n)の値(V3)を算出する(S107)。なお、V1及びV2が離散値であれば、式(1)で求めた値を離散化することでV3も離散値にすれば良い。
V3=(V1*W1+V2*W2)/(W1+W2)・・・(1)
画像診断支援装置10は、推論部15において、診断推論を実行する(S108)。診断推論は、公知の推論技術(ベイズネット、ニューラルネット、SVM、決定木など)を用いて行なえば良い。推論技術として、ベイズネットなどの確率的な手法を用いた場合は、診断推論結果として予め決めた複数の画像診断名それぞれに対する確率(確からしさ)を求める。また、推論技術として、SVMなどの判別的な手法を用いた場合は、診断推論結果として最も可能性の高い1つの画像診断名を求める。
最後に、画像診断支援装置10は、表示処理部16において、S108の処理で得られた診断推論結果を、表示部36上に表示する(S109)。
ここで、図4は、図3に示す表に例示した第1の特性値及び第2の特徴値2に対する第1の重み及び第2の重みの具体例を示す表である。
図4に示す表において、iは第1の特性値及び第2の特性値のインデックスを示し、F1はi番目の第1の特性値を示し、F2はi番目の第2の特性値を示す。更に、i番目の第1の特性値(F1)に対する第1の重みをW1として示し、i番目の第2の特性値(F2)に対する第2の重みをW2と示している。図4に示す表の例では、W1とW2との和が1.0となるように、第1の重みW1及び第2のW2が設定されている。
上述した第1の重みW1及び第2の重みW2の取得方法は、大別して2つある(第1の取得方法、第2の取得方法)。
第1の取得方法では、詳細については後述するが、統計的な手法によって、第1の重みW1及び第2のW2を予め決定しておき、その重みの組を記憶部34に複数記憶しておく。そして、上記S106の処理では、予め決定しておいた複数の第1の重みW1及び第2の重みW2の組のいずれかを記憶部34から読み出すことにより取得する。また、第2の取得方法では、詳細については後述するが、診断対象画像毎に、第1の重みW1及び第2の重みW2をその都度算出する。
ここで、図5を用いて、重みW1及びW2の第1の取得方法(統計的な手法)について説明する。なお、図5に示す処理を実行する際には、第1の特性値を算出済みであり、ユーザにより第2の特性値が入力済みであり、且つ確定診断名を調査済み(正しい診断結果が既知である)の医用画像データ(学習データ)を予め複数用意しておく必要がある。
この処理ではまず、重み取得部13は、平均正答率AAVEに「0」を代入し、重みW1及びW2(i=0〜n)を初期化する(S201)。以下の処理は、初期化の方法には依存しないが、例えば、W1=0.0、W2=1.0とする。
続いて、重み取得部13は、W1、W2の値の組み合わせに対するインデックスcに「1」を代入する(S202)。以降、組み合わせの総数(つまり、cの最大値)をCmaxとする。ここで、重みW1及びW2の値の組み合わせの一例としては、例えば、W1=0.1、W2=0.9、W1=0.0、W2=1.0、・・・、W1=0.0、W2=1.0、等が挙げられる。全てのiに対して、W1+W2=1.0を満たす様々な組み合わせの重み(W1、W2)が存在するので、それらの組み合わせ一つ一つに対してインデックスcの値を割り当て、それをRAM32に記憶しておく。
重み取得部13は、インデックスcに対する合計正答数Acに「0」を代入し、また、インデックスcに対する重みW1c及びW2cの組み合わせ(i=0〜n)をRAM32から読み出す(S203)。
重み取得部13は、学習データのインデックスjに「1」を代入する(S204)。以降、学習データの総数(つまり、jの最大値)をJmaxとする。
重み取得部13は、i番目の学習データを診断対象画像として、上述した図2に示す処理を実行する。これにより、i番目の学習データに対する診断推論結果Rを取得する(S205)。
重み取得部13は、S205の処理で取得した診断推論結果Rが既知の確定診断名(正しい診断名)と一致するか(つまり、正答であるか)否かを判定する(S206)。Rが正答であれば(S206でYES)、重み取得部13は、合計正答数Acに「1」を加算するとともに(S207)、インデックスjに「1」を加算する(S208)。一方、Rが誤答であれば(S206でNO)、インデックスjに「1」を加算する(S208)。
インデックスjの加算後、重み取得部13は、当該インデックスjが最大値Jmaxに達したか否かを判定する。jがJmaxに達していなければ(S209でNO)、重み取得部13は、再度、S205の処理に戻る。
jがJmaxに達していれば(S209でYES)、重み取得部13は、インデックスcに対する合計正答数Acをインデックスcに対する学習データの総数Jmaxで割った値(つまり、インデックスcに対する平均正答率)を算出する。そして、その結果が平均正答率AAVEより大きいか否かを判定する(S210)。
判定の結果、Ac/JmaxがAAVEよりも大きくなければ(S210でNO)、重み取得部13は、インデックスcに「1」を加算する(S212)。
一方、Ac/JmaxがAAVEよりも大きければ(S210でYES)、重み取得部13は、平均正答率AAVEにAc/Jmaxの値を代入する。また、重みW1及びW2(i=0〜n)のそれぞれの値に、インデックスcに対する重みWc1、Wc2のそれぞれの値を代入する(S211)。その後、重み取得部13は、インデックスcに「1」を加算する(S212)。
インデックスCの加算後、重み取得部13は、インデックスcが最大値Cmaxに達したか否かを判定する(S213)。cがCmaxに達していなければ(S213でNO)、重み取得部13は、再度、S203の処理に戻る。一方、達していれば、重み取得部13は、この処理を終了する。
以上の処理によって、全ての学習データに対して、平均正答率AAVEが最も高い重みW1、W2(i=0〜n)の値の組み合わせが得られる。但し、実際に、診断対象画像に対して図2に示すS106を実行する時に、i番目の第2の特性値(F2)の値(V2)がユーザによって入力されていなければ、重みW1=1.0、W2=0.0とする。
次に、第1の重みW1及び第2の重みW2の第2の取得方法(その都度算出する手法)について説明する。
第2の取得方法では、ユーザは、操作部35を介して複数の第2の特性値(F2、i=1〜p−1,q〜n)を入力するとともに、その際に、各第2の特性値に対してユーザの確信度(S2)も併せて入力する。なお、第2の特性値(F2)及びその確信度(S2)は、操作部35からのユーザ指示に従って第2の特性値取得部12により取得される。
この入力が済むと、重み取得部13は、確信度S2が所定の閾値より大きいか否かに基づいて、それぞれの場合に対して記憶部34に予め記憶されているW1、W2の値を読み出す。例えば、確信度S2が所定の閾値よりも大きければ、重みW1=0.0、W2=1.0とし、小さければ、重みW1=0.5、W2=0.5とする。但し、i番目の第2の特性値(F2)の値(V2)がユーザによって入力されていなければ、重みW1=1.0、W2=0.0とする。
以上説明したように本実施形態によれば、診断対象画像から算出された第1の特性値とユーザから入力された第2の特性値との両方の情報を利用して診断支援を行なう。これにより、第1の特性値を先に算出した場合、若しくは第2の特性値が先に入力された場合のいずれであっても使用可能な装置を提供できる。
また、第1の特性値及び第2の特性値、その対応関係、第1の重み及び第2の重みを用いて算出した第3の特性値を用いることにより、第1の特性値又は第2の特性値のいずれか一方を用いる場合よりも、信頼性の高い診断推論を行なえる。
以上が本発明の代表的な実施形態の一例であるが、本発明は、上記及び図面に示す実施形態に限定することなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施できるものである。
例えば、上述した実施形態においては、重み付けを行なう構成について説明したが、必ずしも重み付けを行なう必要はない。すなわち、重み付けを行なわない構成であっても、第1の特性値を先に算出した場合、若しくは第2の特性値が先に入力された場合のいずれであっても使用可能な装置を提供できる。
(その他の実施形態)
本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(又はCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims (8)

  1. 診断対象となる画像の所定の領域の画像特徴に基づいて第1の特性値を算出する第1の特性値算出手段と、
    ユーザから操作手段を介して入力された前記画像の前記所定の領域に関する所見情報に基づいて第2の特性値を取得する第2の特性値取得手段と、
    前記第1の特性値及び前記第2の特性値と、前記第1の特性値及び前記第2の特性値の対応関係とに基づいて、前記画像の前記所定の領域についての診断推論を行なう推論手段と
    を具備することを特徴とする画像診断支援装置。
  2. 第1の重みと第2の重みとを取得する重み取得手段と、
    前記第1の重みを用いて前記第1の特性値を重み付けした結果と、前記第2の重みを用いて前記第2の特性値を重み付けした結果とに基づいて第3の特性値を算出する第3の特性値算出手段と
    を更に具備し、
    前記推論手段は、
    前記第3の特性値を用いて前記画像の前記所定の領域に対する診断推論を行なう
    ことを特徴とする請求項1記載の画像診断支援装置。
  3. 前記第1の重みと前記第2の重みとの組を複数記憶する記憶手段
    を更に具備し、
    前記重み取得手段は、
    診断結果が既知である複数の画像に対して前記複数の重みの組を用いて診断推論を行なない、その正答率の最も高い重みの組を前記第1の重み及び前記第2の重みとして取得する
    ことを特徴とする請求項2記載の画像診断支援装置。
  4. 前記第1の重みと前記第2の重みとの組を複数記憶する記憶手段
    を更に具備し、
    前記第2の特性値取得手段は、
    ユーザからの操作手段を介して入力された前記所見情報に基づく前記第2の特性値とともに、当該第2の特性値に対応する確信度を取得し、
    前記重み取得手段は、
    前記確信度が所定の閾値よりも大きければ、前記第1の重みよりも前記第2の重みが大きな値を有する前記第1の重みと前記第2の重みとの組を取得する
    ことを特徴とする請求項2記載の画像診断支援装置。
  5. 前記重み取得手段は、
    前記第2の特性値取得手段により前記第2の特性値を取得できなかった場合には、前記第2の重みを0にする
    ことを特徴とする請求項2から4のいずれか1項に記載の画像診断支援装置。
  6. 前記第1の重みをW1
    前記第2の重みをW2
    前記第1の特性値をV1
    前記第2の特性値をV2
    前記第3の特性値をV3
    W1+W2=1.0とした場合、
    前記第3の特性値算出手段は、
    V3=(V1*W1+V2*W2)/(W1+W2
    を解くことにより前記第3の特性値を算出する
    ことを特徴とする請求項2から5のいずれか1項に記載の画像診断支援装置。
  7. 画像診断支援装置の処理方法であって、
    第1の特性値算出手段が、診断対象となる画像の所定の領域の画像特徴に基づいて第1の特性値を算出する工程と、
    第2の特性値取得手段が、ユーザから操作手段を介して入力された前記画像の前記所定の領域に関する所見情報に基づいて第2の特性値を取得する工程と、
    推論手段が、前記第1の特性値及び前記第2の特性値と、前記第1の特性値及び前記第2の特性値の対応関係とに基づいて、前記画像の前記所定の領域についての診断推論を行なう工程と
    を含むことを特徴とする処理方法。
  8. コンピュータを、
    診断対象となる画像の所定の領域の画像特徴に基づいて第1の特性値を算出する第1の特性値算出手段、
    ユーザから操作手段を介して入力された前記画像の前記所定の領域に関する所見情報に基づいて第2の特性値を取得する第2の特性値取得手段、
    前記第1の特性値及び前記第2の特性値と、前記第1の特性値及び前記第2の特性値の対応関係とに基づいて、前記画像の前記所定の領域についての診断推論を行なう推論手段
    として機能させるためのプログラム。
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