JP2019063516A - 情報処理装置および情報処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被検体情報を表した画像データに基づいて病変の存在可能性を推定する。【解決手段】第一の被検体の第一の画像データと、前記第一の被検体と対をなす部位に対応する第二の被検体の第二の画像データと、を取得する画像取得手段と、前記第一および第二の画像データに対してそれぞれ関心領域を設定する設定手段と、前記第一および第二の画像データに設定された前記関心領域内の特徴を表す指標値をそれぞれ取得する指標値取得手段と、前記指標値を比較した結果に基づいて、前記第一の被検体または前記第二の被検体の少なくとも一方における病変の存在可能性を示す情報を取得する取得手段と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、被検体内の情報が反映された画像を処理する装置に関する。

被検体内の構造情報や、生理的情報、すなわち機能情報をイメージングするための技術として、光音響イメージング（Photoacoustic Imaging）が知られている。
レーザ光などの光を被検体である生体に照射すると、光が被検体内の生体組織で吸収される際に音響波（典型的には超音波）が発生する。この現象を光音響効果と呼び、光音響効果により発生した音響波を光音響波と呼ぶ。被検体を構成する組織は、光エネルギーの吸収率がそれぞれ異なるため、発生する光音響波の音圧も異なったものとなる。光音響イメージングでは、発生した光音響波を探触子で受信し、受信信号を数学的に解析することにより、被検体内の特性情報を取得することができる。

このようにして得られた画像から異常を発見し、正しく診断をするためには、専門的な教育を受けた上で、経験を積む必要がある。一方、こうした画像を出力する画像診断装置には、画像から得られる情報を読み解き、疾患や病変などの異常状態を発見することを支援する仕組みが備えられている場合がある。

これに関連する技術として、例えば、特許文献１には、左右の乳房をそれぞれＸ線マンモグラフィ装置で撮影して得られた画像を並べて表示することで、診断を容易にする方法が開示されている。

特開２００２−１５８８５３号公報

特許文献１に記載の技術は、Ｘ線マンモグラフィ画像を対象としている。Ｘ線マンモグラフィ装置は、石灰化部位といった、健康な乳房内には存在しない物質を可視化する技術であるため、人の目による診断が容易である。しかし、光音響イメージング装置のように、乳房内に存在する血管を画像化する場合、人の目によって、短時間で疾患や病変の存在を判断することが非常に困難という課題がある。

本発明はこのような従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、被検体情報を表した画像データに基づいて病変の存在可能性を推定する情報処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための、本発明に係る情報処理装置は、
第一の被検体の第一の画像データと、前記第一の被検体と対をなす部位に対応する第二の被検体の第二の画像データと、を取得する画像取得手段と、前記第一および第二の画像データに対してそれぞれ関心領域を設定する設定手段と、前記第一および第二の画像データに設定された前記関心領域内の特徴を表す指標値をそれぞれ取得する指標値取得手段と、前記指標値を比較した結果に基づいて、前記第一の被検体または前記第二の被検体の少なくとも一方における病変の存在可能性を示す情報を取得する取得手段と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る情報処理方法は、
第一の被検体の第一の画像データと、前記第一の被検体と対をなす部位に対応する第二の被検体の第二の画像データと、を取得する画像取得ステップと、前記第一および第二の画像データに対してそれぞれ関心領域を設定する設定ステップと、前記第一および第二の画像データに設定された前記関心領域内の特徴を表す指標値をそれぞれ取得する指標値取得ステップと、前記指標値を比較した結果に基づいて、前記第一の被検体及び前記第二の被検体の少なくとも一方における病変の存在可能性を示す情報を取得する取得ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、被検体情報を表した画像データに基づいて病変の存在可能性を推定することができる。

光音響イメージングの原理を示す模式図。 オキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンの吸光スペクトルを示す図。 第一の実施形態に係る光音響装置の機能ブロック図。 光音響装置によって取得された画像の例。 光音響データを用いた診断支援の際に用いる比較項目の例。 診断支援処理の流れを示すフローチャート図。 画像に設定された関心領域を示す模式図。 画像化された光音響データを左右対にして表示する画面の例。 画像の情報を保持するメタデータの例。 基準点に関する情報を保持するテーブルの例。 関心領域を対象として血管の分岐点数を比較したグラフの例。

以下に図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。ただし、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状およびそれらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。よって、この発明の範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。

本発明は、被検体から伝搬する音響波を検出し、被検体内部の特性情報を生成し、取得する技術に関する。よって本発明は、光音響装置またはその制御方法、あるいは被検体情報取得方法として捉えられる。本発明はまた、これらの方法をＣＰＵやメモリ等のハードウェア資源を備える情報処理装置に実行させるプログラムや、そのプログラムを格納した、コンピュータにより読み取り可能な非一時的な記憶媒体としても捉えられる。
本発明はまた、光音響装置や被検体情報取得装置が取得した被検体画像に基づいて診断支援を行う情報処理装置や、情報処理方法として捉えることもできる。

本発明に係る光音響装置は、被検体に光（電磁波）を照射することにより被検体内で発生した音響波を受信して、被検体の特性情報を画像データとして取得する光音響効果を利用した装置である。この場合、特性情報とは、光音響波を受信することにより得られる受信信号を用いて生成される、被検体内の複数位置のそれぞれに対応する特性値の情報である。

光音響測定により取得される特性情報は、光エネルギーの吸収率を反映した値である。例えば、光照射によって生じた音響波の発生源、被検体内の初期音圧、あるいは初期音圧から導かれる光エネルギー吸収密度や吸収係数、組織を構成する物質の濃度を含む。
また、異なる複数波長の光によって発生する光音響波に基づいて、被検体を構成する物質の濃度といった分光情報が得られる。分光情報は、酸素飽和度、酸素飽和度に吸収係数等の強度を重み付けした値、トータルヘモグロビン濃度、オキシヘモグロビン濃度、またはデオキシヘモグロビン濃度であってもよい。また、グルコース濃度、コラーゲン濃度、メラニン濃度、または脂肪や水の体積分率であってもよい。
以下に説明する実施形態では、ヘモグロビンを吸収体として想定した波長の光を被検体に照射することで、被検体内の血管の分布・形状のデータと、その血管における酸素飽和度分布のデータを取得し、画像化する光音響イメージング装置を想定する。

被検体内の各位置の特性情報に基づいて、二次元または三次元の特性情報分布が得られる。分布データは画像データとして生成され得る。特性情報は、数値データとしてではなく、被検体内の各位置の分布情報として求めてもよい。すなわち、初期音圧分布、エネルギー吸収密度分布、吸収係数分布や酸素飽和度分布などの分布情報である。

本明細書における音響波とは、典型的には超音波であり、音波、光音響波と呼ばれる弾性波を含む。探触子等により音響波から変換された電気信号を音響信号とも呼ぶ。ただし、本明細書における超音波または音響波という記載には、それらの弾性波の波長を限定する意図はない。光音響効果により発生した音響波は、光音響波または光超音波と呼ばれる。光音響波に由来する電気信号を光音響信号とも呼ぶ。なお、本明細書において、光音響信号とは、アナログ信号とデジタル信号の双方を含む概念である。分布データは、光音響画像データや再構成画像データとも呼ばれる。

図１を参照して、光音響イメージングの原理を説明する。
図１には、光源１０１、音響波プローブ１０２、被検体１０３、被検体内部に存在する光吸収体１０４、光源から照射される光１０５、光吸収体１０４から発せられる音響波１０６が含まれる。

光源１０１から、被検体１０３に対して光１０５が照射されると、光１０５が被検体１０３の内部に到達し、光吸収体１０４にて吸収される。この際に音響波１０６が発生し、音響波プローブ１０２に到達する。音響波プローブ１０２で受信された音響波１０６は、電気信号に変換され、光の照射タイミングや、被検体内における伝搬速度などに基づいた演算によって画像化され、画面に表示される。

光吸収体１０４として赤血球中のヘモグロビンを対象にした場合、ヘモグロビンに特異的に吸収される波長の光を照射する。これにより得られる画像は、生体内におけるヘモグロビンの偏在を示したものとなる。ヘモグロビンは赤血球内に多く存在するため、これにより、赤血球が存在する血管の像を得ることができる。

図２は、オキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンの吸光スペクトルを示したグラフである。グラフの横軸は波長（ｎｍ）を示し、グラフの縦軸は、吸収スペクトル（ｃｍ−１／Ｍ）を示す。このグラフにおいて、符号２０１で示した実線はオキシヘモグロビンの吸光スペクトルを示し、符号２０２で示した破線はデオキシヘモグロビンの吸光スペクトルを示す。オキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンの吸光スペクトルの差がある波長の光を被検体に照射し、得られた音響波を解析することで、被検体内のオキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンの存在比を取得することができる。

（第一の実施形態）
第一の実施形態に係る光音響装置は、被検体にパルス光を照射し、被検体内において発生した光音響波を受信することで被検体内の血管画像（構造画像）を生成する装置である。
また、さらに、第一の実施形態に係る光音響装置は、同一人物の、左右が対になっている身体部位（乳房、手、足、指など）に対して光音響測定を行い、取得した光音響画像に基づいて、疾患（腫瘍）の有無を推定する診断支援機能を有する。

<システム構成>
以下、図３を参照して、第一の実施形態に係る光音響装置の構成を説明する。第一の実施形態に係る光音響装置は、乳房を対象として診断支援を行う機能を有する。
第一の実施形態に係る光音響装置は、光源３０１、光学系３０２、音響整合材３０３、音響波探触子３０４、信号処理部３０５、データ処理部３０６、表示部３０７を含んで構成される。データ記憶部３０８は、データ処理部３０６とバスあるいはネットワークを通じて接続されている。符号３０９は被検体であり、符号３１０は被検体内部にある光吸収体を示す。

光源３０１は、被写体に照射するパルス光を発生させる装置である。光源は、大出力を得るためにレーザ光源であることが望ましいが、レーザの代わりに発光ダイオードやフラッシュランプを用いることもできる。光源としてレーザを用いる場合、個体レーザ、ガスレーザ、色素レーザ、半導体レーザなど様々なものが使用できる。
また、パルス光の波長は、被検体を構成する成分のうち特定の成分に吸収される特定の波長であって、被検体内部まで光が伝搬する波長であることが望ましい。具体的には、７００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下であることが望ましい。この領域の光は、比較的生体深部まで到達することができ、深部の情報を得ることができる。
また、光音響波を効果的に発生させるためには、被検体の熱特性に応じて十分短い時間に光を照射させなければならない。本実施形態に示すように被検体が生体である場合は、光源から発生するパルス光のパルス幅は数十ナノ秒以下が好適である。
なお、光照射のタイミング、波形、強度等は、不図示の制御手段によって制御される。

光学系３０２は、光源３０１から発せられたパルス光を伝送する部材である。光源３０１から出射された光は、レンズやミラーなどの光学部品により、所定の光分布形状に加工されながら被検体に導かれ、照射される。なお、光ファイバなどの光導波路などを用いて光を伝搬させることも可能である。
光学系３０２は、例えば、レンズ、ミラー、プリズム、光ファイバ、拡散板、シャッター、フィルタなどの光学機器を含んでいてもよい。光源３０１から発せられた光を被検体３０９に所望の形状で照射できれば、光学系３０２には、どのような光学部品を用いてもよい。なお、光はレンズで集光させるより、ある程度の面積に広げる方が、生体への安全性ならびに診断領域を広げられるという観点で好ましい。

音響波探触子３０４は、被検体３０９の内部から到来する音響波を受信して、アナログの電気信号に変換する手段である。音響波探触子は、探触子、音響波検出素子、音響波検出器、音響波受信器、トランスデューサとも呼ばれる。生体から発生する音響波は、１００ＫＨｚから１００ＭＨｚの超音波であるため、音響波探触子には、上記の周波数帯を受信できる素子を用いる。具体的には、圧電現象を用いたトランスデューサ、光の共振を用いたトランスデューサ、容量の変化を用いたトランスデューサなどを用いることができる。
また、音響素子は、感度が高く、周波数帯が広いものを用いることが望ましい。具体的にはＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などを用いた圧電素子、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）などの高分子圧電膜材料、ＣＭＵＴ（容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ）、ファブリペロー干渉計を用いたものなどが挙げられる。ただし、ここにあげたものだけに限定されず、探触子としての機能を満たすものであれば、どのようなものであってもよい。

なお、音響波探触子３０４と被検体３０９の間には、音響インピーダンスを整合させるための部材である音響整合材３０３が配置される。音響整合材３０３には、ジェルや水、オイルなどを利用することができる。

信号処理部３０５は、取得したアナログの電気信号を増幅してデジタル信号に変換する手段である。信号処理部３０５は、受信信号を増幅する増幅器、アナログの受信信号をデジタル変換するＡ／Ｄ変換器、受信信号を記憶するＦＩＦＯ等のメモリと、ＦＰＧＡチップ等の演算回路を用いて構成されてもよい。また、信号処理部３０５は、複数のプロセッサや演算回路から構成されていてもよい。

データ処理部３０６は、デジタル変換された光音響信号に基づいて、被検体内部の光吸収係数や酸素飽和度等といった被検体情報を生成する手段である（本発明における画像取得手段、指標値取得手段、及び取得手段）。具体的には、収集した光音響信号に基づいて、三次元の被検体内の初期音圧分布を生成する。初期音圧分布の生成には、例えば、ユニバーサルバックプロジェクション（ＵＢＰ）アルゴリズムや、ディレイアンドサムアルゴリズムを用いることができる。

また、データ処理部３０６は、被検体３０９に照射される光の光量に基づいて、被検体内の三次元の光強度分布を生成する。三次元の光強度分布は、二次元の光強度分布に関する情報から光拡散方程式を解くことで取得できる。
この他にも、データ処理部３０６は、初期音圧分布と光強度分布に基づいて、三次元の吸収係数分布を生成する機能や、複数波長の光に基づいて生成した吸収係数分布から、酸素飽和度分布を生成する機能などを有している。

データ処理部３０６は、ＣＰＵとＲＡＭ、不揮発メモリ、制御ポートを有するコンピュータで構成してもよい。不揮発メモリに格納されたプログラムがＣＰＵで実行されることにより制御が行われる。データ処理部３０６は、汎用コンピュータや、専用に設計されたワークステーションによって実現されてもよい。また、データ処理部３０６の演算機能を担うユニットは、ＣＰＵやＧＰＵ等のプロセッサ、ＦＰＧＡチップ等の演算回路で構成されていてもよい。これらのユニットは、単一のプロセッサや演算回路から構成されるだけでなく、複数のプロセッサや演算回路から構成されていてもよい。
また、データ処理部３０６の記憶機能を担うユニットは、ＲＯＭ、磁気ディスクやフラッシュメモリなどの非一時記憶媒体や、ＲＡＭなどの揮発性の媒体であってもよい。なお、プログラムが格納される記憶媒体は、非一時記憶媒体である。なお、これらのユニットは、１つの記憶媒体から構成されるだけでなく、複数の記憶媒体から構成されていてもよい。データ処理部３０６の制御機能を担うユニットは、ＣＰＵなどの演算素子で構成される。

表示部３０７は、データ処理部が取得した情報およびその加工情報を表示する手段であり、典型的にはディスプレイ装置である。表示部３０７は、複数の表示部を備え、並列表示が可能な構成であってもよい。
データ記憶部３０８は、磁気ディスクなどから構成された記憶手段であり、データ処理部と内部バスあるいはネットワークを介して接続される。

被検体３０９は、光音響イメージング装置の一部を構成するものではないが、以下に説明する。本実施形態に係る光音響イメージング装置は、人や動物の疾患部など体内の状態を画像として可視化する装置である。よって、被検体としては、生体、具体的には、乳房、手足、指などが想定されるが、本実施形態では乳房を想定するものとする。
乳房の内部には、血管が走行しており、オキシヘモグロビン、デオキシヘモグロビンなど、光吸収係数の大きい光吸収体３１０が存在するため、光照射に起因して光音響波が発
生する。この光音響波を画像として再構成することで、乳房内のヘモグロビン分布が可視化される。ヘモグロビンは主に赤血球内に存在し、赤血球は血管内に存在することから、血管の構造が画像として可視化される。また、複数の波長の光を照射することで、オキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンの存在比を可視化することも可能である。

<測定の概要>
次に、本実施形態に係る光音響装置が、被検体である生体を測定する方法について説明する。
まず、光源３０１から発せられたパルス光が、光学系３０２を通じて、被検体３０９に照射される。被検体３０９の内部を伝搬した光のエネルギーの一部が血液などの光吸収体３１０に吸収されると、熱膨張により当該光吸収体から音響波が発生する。生体内にがんが存在する場合は、がんの新生血管において他の正常部の血液と同様に光が特異的に吸収され、音響波が発生する。生体内で発生した光音響波は、音響波探触子３０４によって受信される。

音響波探触子３０４が受信した信号は、信号処理部３０５で変換されたのち、データ処理部３０６で解析される。解析結果は、生体内の特性情報（例えば、初期音圧分布や吸収係数分布）を表すボリュームデータ（以下、光音響データ）となり、二次元の画像に変換されたのちに表示部３０７を介して出力される。
また、データ処理部３０６にてデータ化された、光吸収体３１０に由来する光音響データは、データ記憶部３０８に記憶される。この際、被検体や、測定に関する他の情報を関連付けてもよい。データ記憶部３０８に記憶されるデータには、測定によって得られたボリュームデータ、画像データ、被検体の情報、撮像時のパラメータ等が含まれる。本実施形態において、光源３０１、光学系３０２、音響波探触子３０４、信号処理部３０５、およびデータ処理部３０６が、被検体に対する光音響測定を行い、画像を生成する光音響測定手段を構成する。データ処理部３０６の機能のうち、画像を生成する機能を担う手段は光音響測定手段を構成する。また、後述するように、データ処理部３０６は、光音響測定手段によって生成された画像を用いた診断支援を行う。データ処理部３０６の機能のうち、光音響測定手段によって生成された画像を用いた診断支援機能を担う手段については、光音響測定手段を構成しない。

なお、データ記憶部３０８に記憶される光音響データは、三次元のボリュームデータであってもよいし、当該データから得られた二次元の画像データであってもよい。例えば、最大値投影法（ＭＩＰ）によって三次元データを二次元化したものであってもよいし、三次元データを任意の平面や曲面で切り出した二次元画像であってもよい。

<被検体画像を用いた診断支援方法>
図４は、乳房を被検体として光音響測定を行うことで得られた被検体画像の例である。具体的には、ヘモグロビンに吸収されやすい波長の光を乳房全体に照射し、得られた音響波に基づいてボリュームデータを生成し、最大値投映法を用いて二次元画像に変換して可視化した例である。図４に示した画像は、視点を正面方向とした冠状面（ｃｏｒｏｎａｌ
ｐｌａｎｅ）に対応する画像である。
図４（ａ）と図４（ｂ）は、それぞれ同一人物の左右の乳房から取得した光音響データを用いて、血管形状を画像化したものである。

本実施形態に係る光音響装置は、左右の乳房にそれぞれ対応する光音響画像に基づいて、乳房が担癌しているか否かに関する情報を提供する機能を有する。当該機能のフローについて、図５および図６を参照しながら説明する。
なお、本明細書における光音響画像は、必ずしも二次元の画像形式でなくてもよく、三次元のボリュームデータであってもよい。以下の説明においては、光音響データと光音響
画像は等価であるものとする。

図５は、図４（ａ）に示した画像と図４（ｂ）に示した画像とを比較する際の着目点の例である。
一般的に、腫瘍（病変）の周辺には、腫瘍自身の働きにより無秩序に形成された血管網が存在すると言われている。すなわち、腫瘍の周辺にある血管の構造は、他の部位と比べて複雑なものとなる。よって、光音響装置のように血管像を可視化する場合、血管の量や複雑度などの特徴を表す値を指標値として左右の被検体を比較することで、左右のそれぞれに腫瘍が存在する可能性を推定することが可能になる。すなわち、データ処理部３０６は、複数の画像のそれぞれに設定された関心領域内の特徴を表す指標値を比較することにより、対をなす被検体の少なくとも一方における病変の存在可能性を示す情報を取得することができる。

例えば、取得した光音響データが二次元画像である場合、指標値として血管の面積を用いることができる。また、取得した光音響データが三次元のボリュームデータである場合、指標値として血管の体積を用いることができる。この他にも、血管の密度を用いてもよい。血管の面積や体積は、血管に相当するピクセルやボクセルの数をカウントすることで算出することができる。
また、複雑度に関する指標値として、血管の分岐の数や、血管の蛇行度を用いてもよい。これらの値は、画像解析によって数値化することができる。

腫瘍の周辺の酸素飽和度は、他の部位の酸素飽和度とは異なるという仮説がある。例えば、腫瘍の周辺は、他の部位と比べて低酸素状態になるという仮説がある。そこで、酸素飽和度を指標値として比較を行ってもよい。
酸素飽和度は、オキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンの比から算出することができる。光音響装置では、オキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンにおける吸収率が異なる波長の光を含む複数の波長の光をそれぞれ被検体に照射することで、酸素飽和度を算出することができる。
関心領域内の特徴を表す指標値としては、血管の面積、体積、密度、複雑度、酸素飽和度の他に、病変の存在可能性によって差異が現れる情報であれば、あらゆる情報を採用することができる。また、特徴を表す指標値は、血管に関する情報でなくてもよく、病変の存在可能性によって差異が現れる情報であれば、あらゆる情報を採用することができる。

図６は、診断支援処理の流れを示すフローチャートである。図６に示した処理は、被検体の測定が終了し、光音響データが蓄積されたタイミングで、読影者（以下、ユーザ）の指示によって開始される。

まず、ステップＳ６０１で、対象の被検体を特定するための被検体ＩＤを取得する。被検体ＩＤは、ユーザによって入力されてもよいし、装置を制御するプログラム等から送信されてもよい。
ステップＳ６０２は、対象の光音響データを取得するステップである。光音響装置によって取得された光音響データは、装置に備えられたデータ記憶部３０８、あるいは、外部に接続された記憶装置等に保存される。本ステップでは、記憶されたデータの中から、ステップＳ６０１で指定された被検体に対応するデータを取得する。

ステップＳ６０３では、ステップＳ６０２で検索された光音響データと対になる光音響データを取得する。例えば、ステップＳ６０２にて取得したデータが、ある患者の左側乳房を表すデータである場合、ステップＳ６０３において、同一人物の右側乳房のデータを取得する。なお、対になるデータは、ユーザの入力に基づいて特定してもよいし、光音響データに付帯する情報に基づいて自動的に検索されてもよい。

ステップＳ６０４では、ステップＳ６０２およびＳ６０３にて取得した光音響データをそれぞれ解析およびスコア化し、その差異を抽出する。前述したように、比較対象となる光音響データは、三次元ボリュームデータであってもよいし、二次元画像であってもよい。本ステップでは、図５に例示したような所定の項目を比較し、差異を抽出する。データ処理部３０６は、比較結果として、対をなす画像間の特徴を表す指標値の差や比などの画像間の特徴の相違を示す情報を計算する。画像間の特徴を表す指標値の差が大きい方が、画像間の特徴の相違が大きいことを示す。また、画像間の特徴を表す指標値の比が１から離れているほど、画像間の特徴の相違が大きいことを示す。

ここで、ステップＳ６０４で行う比較の方法について、図４を参照しながらより詳細に説明する。前述したように、図４（ａ）と図４（ｂ）は、それぞれ同一人物の左右の乳房から取得した光音響データを用いて、冠状面の二次元画像として、血管形状を可視化したものである。

それぞれの画像は、左右の乳房を異なるタイミングで撮像したものであるため、比較を行う場合、データの標準化を行うことが好ましい。
ここでは、左右のデータが略等価となるように関心領域（Ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｒｅｓｔ）を設定することで、データの標準化を行う。例えば、図４に示したような二次元画像を比較する場合、含まれる面積が同一となるように関心領域を設定する方法がある。

関心領域を設定する方法として、例えば、以下のようなものが挙げられる。
（１）双方の画像に対して関心領域をそれぞれ手動で指定する方法
（２）片方の画像において基準点を設定することで、当該基準点を含む略同一面積の関心領域が双方の画像に設定される方法
（３）略同一面積の関心領域が双方の画像に自動的に設定される方法

一例として、図４（ａ）および図４（ｂ）に示した画像に対して、乳頭を中心とした同一半径の円形領域を関心領域として設定した例を、図７（ａ）および図７（ｂ）に示す。中心として設定する乳頭の位置は、ユーザが指定してもよいし、乳頭の位置に関する情報を装置が有している場合、当該情報に基づいて自動的に設定されてもよい。また、光音響データのヘッダ部等に、メタデータとして乳頭位置の座標情報を記録してもよい。
なお、基準点として乳頭を利用するのは、乳頭が乳房の中心に共通して存在する特徴点であり、周辺に存在する血管の比較を有意に行うことができるためである。

なお、図７においては、円形の領域を関心領域としたが、光音響装置が有する音響波探触子の配置形状に合わせて、円形以外の領域を関心領域としてもよい。
また、本例では、左右の被検体の面積が同等となるように関心領域を設定したが、対象の光音響データが三次元データである場合、左右の被検体の体積が同等となるように関心領域を設定してもよい。

図８は、関心領域を指定するための操作画面の一例である。
データ記憶部３０８に保存されている光音響データには、被検体ごとに識別番号が設定されている。一覧表示画面８０２には、データ記憶部３０８に保存されている光音響データが、識別番号単位で一覧表示部８０３に一覧表示される。
一覧表示部８０３にて、画面に表示させるデータの識別番号をマウス等で選択し、呼び出し指示ボタン８０４を押下することで、該当する光音響データを表示画面８０５に表示させることができる。なお、ボタン操作ではなく、マウスでのダブルクリックのような、一覧表示部８０３上における操作や、メニュー操作を利用してもよい。

画像化された光音響データが、左右対のデータとしてデータ記憶部３０８内に保存されている場合、対になる画像が自動的に取得され、画像表示領域８０６に同時に表示される。
本例では、表示画面８０５に表示された、左右で一対の画像データに対して、基準点を中心とした関心領域が設定される。なお、基準点はユーザが指定してもよいし、基準点に関するデータが光音響データに付随している場合、自動的に抽出されてもよい。この他にも、基準点を検出して自動的に設定するようにしてもよい。

例えば、光音響データから、基準点に関する情報を読み出して関心領域を設定するためのボタン（符号８０７，８０８）を設置してもよい。また、画像解析によって基準点を検出するボタン（符号８０９，８１０）を設置してもよい。

表示領域８０６に表示される光音響データが、同一被検体の左右の対になるデータであることを示す情報は、光音響装置の管理データ、光音響データのヘッダ部、あるいは、光音響データを画像化したデータのヘッダ部などに保持される。一方のデータをユーザが選択した際に、これらのデータを利用して、対になるデータを自動で選択できるが、対になるデータをユーザが明示的に選択してもよい。

第一の実施形態では、光音響データのヘッダ部に、左右のいずれかを撮影したことを示す情報を格納する。このような、付加的な情報を保持できる画像フォーマットの例として、ＤＩＣＯＭ規格が挙げられる。図９は、ＤＩＣＯＭ規格に準拠した画像形式によるヘッダ情報の例である。
図９に示すデータ構造において、符号９０１はＤＩＣＯＭタグであり、符号９０２はＤＩＣＯＭタグに対応する値である。本例では、ＤＩＣＯＭタグに符号「００２０（検査関連情報を意味する）」「００６０（左右情報を意味する）」を割り当て、その値として「Ｌ」を設定したデータを保持することで、このヘッダ部を持つ画像が左胸の画像である旨を表している。

図１０は、基準点を表す情報をデータ記憶部に保持する場合のテーブルの例である。
図１０において、符号１００１は、対象の光音響データを一意に識別するＩＤである。また、符号１００２，１００３，１００４は、光音響データ中における基準点の座標である。このテーブル構造は、基準点の情報のみを持つ独立したテーブルとして、データ記憶部内に保持してもよいし、他の光音響データの情報を保持するテーブルの一部であってもよい。
なお、図１０に示した例では、基準点の位置を、三次元空間における座標で保持する例を示したが、光音響データを二次元画像で扱う場合、基準点の位置を二次元データとしてもよい。

ステップＳ６０５では、対になる光音響データを比較して得られた差異に基づいて、ユーザに対して情報を提示する。本ステップでは、例えば、図５に示した項目ごとの差異を提示してもよいし、総合的に判断した結果を提示してもよい。ユーザは、ステップＳ６０５にて提示された情報を参考にして、診断を行うことができる。

比較の結果は、数値やグラフによって表示してもよい。例えば、それぞれ取得した指標値（絶対値）を並べて表示してもよいし、相対的な値（パーセンテージ等）を表示してもよい。また、比較結果に基づいて、腫瘍が存在する可能性を推定し、関連する情報を出力してもよい。例えば、閾値を予め保持し、指標値の相違が閾値を上回った場合（所定値以上の相違が観測された場合）に、腫瘍が存在する可能性がある旨を出力してもよい。また、この際、腫瘍が存在する確率を演算して同時に出力してもよい。閾値は、予め設定され
ていてもよいし、ユーザによって入力可能であってもよい。

また、光音響データと、腫瘍の有無に関するデータが蓄積されている場合、それらを教師データとして機械学習を行い、閾値を決定するようにしてもよい。あるいは、左右それぞれの指標値を入力すると、腫瘍の存在可能性を出力する識別器を生成し、利用してもよい。

図１１は、左右の乳房に対応する画像に設定された関心領域内を対象に解析を実施した結果をグラフにしたものである。本例は、乳癌患者の左右の乳房を対象に、光音響装置にて血管を可視化し、関心領域内の特徴を表す指標値として血管の分岐点の数を比較したものである。
腫瘍を担癌している場合、新生血管が多く見られる。すなわち、他方の乳房に比べて血管の分岐が多い場合、該当する側の乳房において癌の存在可能性が推定される。

図１１に示すように、疾患のある側とない側とで、関心領域から得られる指標値の分布に著しく違いがある場合、当該指標値が、疾患の有無を判断するための指標となりうる。この場合、疾患の有無について診断のついていない患者に対して、左右の指標値を比較することで、診断の際の補助的な情報を得ることが可能となる。

光音響装置においては、被検体に照射する光が到達する限界の深さ（限界深度）があるため、限界深度以上の位置に光吸収体が存在してもそれを可視化することができない。しかし、腫瘍や炎症部位など、血管新生を伴い、血管構築に大きな影響を与える疾患が存在する場合、疾患部位が限界深度以上の深い位置にある場合であっても、限界深度以下に存在する血管の特徴が僅かに変化する。本実施形態に係る光音響装置では、肉眼によって当該変化を判断することが難しい場合であっても、当該変化を検出することができる。すなわち、腫瘍そのものを可視化せずとも、腫瘍の有無を判断するための補助的な情報を提供することができる。

（第二の実施形態）
第二の実施形態は、乳癌のリンパ節の有無について診断支援を行う実施形態である。第二の実施形態に係る光音響装置の装置構成などは、第一の実施形態に準じる。

第二の実施形態では、左右のセンチネルリンパ節を対象として光音響データを取得する。また、第一の実施形態では、ステップＳ６０５にて、乳頭を基準（特徴点）とした関心領域を設定したが、本実施形態ではセンチネルリンパ節を基準として関心領域を設定する。また、左右のセンチネルリンパ節を基準（特徴点）とした関心領域間で、図５に示した指標値を取得し、比較を行う。この結果、左右で指標値に有意な差異が認められる場合、センチネルリンパ節への乳癌の転移が疑われる旨を判定することができる。

（第三の実施形態）
第三の実施形態は、第一および第二の実施形態で装置が判定した結果を外部に出力する実施形態である。
第三の実施形態では、ステップＳ６０５を実行した後で、判定結果を生成して外部に出力するステップがデータ処理部３０６によって実行される。

具体的には、例えば、以下のような情報を含むデータを生成し、装置が有するデータ記憶部３０８への書き込み、または、外部の管理装置（不図示）への送信を行う。
・被検者ＩＤ
・部位の識別子（手，足，乳房等）
・左右識別子
・右指標値／左指標値（絶対値）
・左右の相違を表す値（相対値）
・判定結果（腫瘍の有無，存在可能性等）

出力データは、例えば、ＰＡＣＳ（医療情報管理システム）によって管理可能なフォーマットによって生成されてもよい。また、光音響データがＤＩＣＯＭ形式である場合、これらの情報をヘッダに書き込むようにしてもよい。ＤＩＣＯＭヘッダにはプライベートフィールドがあるため、これらの情報を書き込むことができる。情報が書き込まれた光音響データは、データ記憶部３０８に書き戻されてもよいし、光音響データを外部装置から取得した場合、当該外部装置へ送信するようにしてもよい。

（変形例）
なお、各実施形態の説明は本発明を説明する上での例示であり、本発明は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更または組み合わせて実施することができる。
例えば、本発明は、上記手段の少なくとも一部を含む光音響装置として実施することもできる。また、本発明は、被検体に対する光音響測定を行う光音響測定手段を省いた情報処理装置として実施することもできる。すなわち、光音響データを外部から受信して処理を行う装置である。
また、本発明は、上記処理の少なくとも一部を含む情報処理方法として実施することもできる。上記処理や手段は、技術的な矛盾が生じない限りにおいて、自由に組み合わせて実施することができる。

また、実施形態の説明では、乳房を被検体としたが、例えば、手、足、指などを被検体としてもよい。対になっている体の部位を対象とすることで、光音響データの差異情報を用いた診断支援が可能である。

また、実施形態の説明では、光音響装置によって取得したデータを用いたが、他のモダリティに適用することもできる。例えば、血管造影画像、核磁気共鳴画像、断層映像などに適用することも可能である。

また、実施形態の説明では、左右の乳房を比較する例を示したが、過去に取得した情報がある場合、当該情報を用いてさらに比較を行ってもよい。例えば、データ記憶部３０８に、過去に左右の乳房からそれぞれ取得した指標値に関する情報を記憶させてもよい。また、記憶された過去の指標値を用いて比較を行ってもよい。比較の結果は数値で表示してもよいし、図１１に示したように、視覚的に表示してもよい。
なお、以上の実施形態では、互いに対をなす部位に対応する被検体の画像データに基づいて、病変の存在可能性を示す情報を生成する例を説明したが、これらの画像データに基づいてその他の被検体の状態に関する情報を生成してもよい。例えば、データ処理部が、互いに対をなす部位に対応する被検体の画像データに含まれる特徴量を比較することにより、被検体の状態を示す情報として腫瘍の悪性度を示す情報を生成してもよい。なお、被検体内の病変の存在可能性を示す情報も、被検体の状態を示す情報に含むことができる。本発明に係る装置によれば、被検体の状態を示す情報についても、病変の存在可能性を示す情報と同様に取り扱ってもよい。

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、上述した各実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、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における１つ以上のプロセッサがプログラムを読み出して実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＦＰＧＡやＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

３０４：音響波探触子、３０５：信号処理部、３０６：データ処理部

Claims (16)

1. 第一の被検体の第一の画像データと、前記第一の被検体と対をなす部位に対応する第二の被検体の第二の画像データと、を取得する画像取得手段と、
   前記第一および第二の画像データに対してそれぞれ関心領域を設定する設定手段と、
   前記第一および第二の画像データに設定された前記関心領域内の特徴を表す指標値をそれぞれ取得する指標値取得手段と、
   前記指標値を比較した結果に基づいて、前記第一の被検体または前記第二の被検体の少なくとも一方における病変の存在可能性を示す情報を取得する取得手段と、
   を有することを特徴とする、情報処理装置。
2. 前記取得手段は、比較対象の指標値の間に所定値以上の相違がある場合に、前記病変の存在可能性を示す情報を取得する
   ことを特徴とする、請求項１に記載の情報処理装置。
3. 前記指標値は、前記関心領域に含まれる血管の量または複雑度を表す数値である
   ことを特徴とする、請求項１または２に記載の情報処理装置。
4. 前記第一および第二の被検体は、左右対になっている身体部位のそれぞれに対応する
   ことを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の情報処理装置。
5. 前記設定手段は、左右の身体部位のそれぞれに共通して存在する特徴点を基準として前記関心領域を設定する
   ことを特徴とする、請求項４に記載の情報処理装置。
6. 前記第一および第二の被検体は、左右の乳房にそれぞれ対応し、
   前記特徴点は、乳頭またはセンチネルリンパ節に対応する点である
   ことを特徴とする、請求項５に記載の情報処理装置。
7. 前記第一および第二の画像データは三次元ボリュームデータであり、
   前記設定手段は、前記特徴点を中心として、前記第一の被検体の体積と前記第二の被検体の体積とが略同一となる範囲を前記関心領域として設定する
   ことを特徴とする、請求項５または６に記載の情報処理装置。
8. 前記第一および第二の画像データは二次元画像であり、
   前記設定手段は、前記特徴点を中心として、前記第一の被検体の面積と前記第二の被検体の面積が略同一となる範囲を前記関心領域として設定する
   ことを特徴とする、請求項５または６に記載の情報処理装置。
9. 前記第一および第二の画像データは、ＤＩＣＯＭ規格に準拠した画像であり、前記身体部位に関する情報がＤＩＣＯＭヘッダに含まれる
   ことを特徴とする、請求項４から８のいずれか１項に記載の情報処理装置。
10. 前記取得手段は、前記病変の存在可能性を示す情報を、前記第一および第二の画像データの少なくとも一方に付随するデータとして出力する
    ことを特徴とする、請求項１から９のいずれか１項に記載の情報処理装置。
11. 前記第一および第二の画像データは、ＤＩＣＯＭ規格に準拠した画像であり、
    前記取得手段は、前記病変の存在可能性を示す情報を、前記第一および第二の画像データの少なくとも一方が有するＤＩＣＯＭヘッダに出力する
    ことを特徴とする、請求項１０に記載の情報処理装置。
12. 前記第一および第二の画像データは、光音響測定手段によって生成された情報である
    ことを特徴とする、請求項１から１１のいずれか１項に記載の情報処理装置。
13. 前記取得手段は、前記病変の存在可能性を示す情報として、前記病変が存在する確率を取得する
    ことを特徴とする、請求項１から１２のいずれか１項に記載の情報処理装置。
14. 光を被検体に照射することにより前記被検体で発生した音響波に基づいて、前記第一の画像データおよび第二の画像データを生成する光音響測定手段と、
    請求項１から１３のいずれか１項に記載の情報処理装置と、
    を有することを特徴とする、光音響装置。
15. 第一の被検体の第一の画像データと、前記第一の被検体と対をなす部位に対応する第二の被検体の第二の画像データと、を取得する画像取得ステップと、
    前記第一および第二の画像データに対してそれぞれ関心領域を設定する設定ステップと、
    前記第一および第二の画像データに設定された前記関心領域内の特徴を表す指標値をそれぞれ取得する指標値取得ステップと、
    前記指標値を比較した結果に基づいて、前記第一の被検体及び前記第二の被検体の少なくとも一方における病変の存在可能性を示す情報を取得する取得ステップと、
    を含むことを特徴とする、情報処理方法。
16. 請求項１５に記載の情報処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。

Images