JP5812841B2 - 画像診断支援装置、画像診断支援方法、画像診断支援プログラム - Google Patents
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Description
以下、複数の病変を有する症例を用いて、前回画像と今回画像の間で病変を対応付ける例について、図面を参照しつつ説明する。説明に先立って、本明細書で用いる用語を説明する。
以下では始めに本発明における画像上の病変特定についての考え方を説明し、その後に本発明に係る画像診断支援装置の具体的な構成を説明する。
図3は、本発明の実施形態1に係る画像診断支援システムの構成図である。図3に示すように、画像診断支援システムは、画像診断支援装置101、画像サーバ102、モダリティ103を備え、各装置がネットワークを介して通信可能な状態で接続されている。
病変位置取得部402は、例えば表示部203上に画面表示された画像が描出している病変に対するユーザによる画像上での指定を受け付けて、指定された位置の座標を取得して病変位置として病変情報記憶部405に記憶させる。病変位置取得部402は上記方法の他に、コンピュータ支援診断(Computer Aided Diagnosis:CAD) によって検出された病変位置に基づき病変位置を取得してもよい。例えば、病変領域が検出された場合は、病変の位置を最も良く示す代表的な座標を、病変領域の重心点を求めるなどによって算出し、その座標を病変座標として病変情報記憶部405に記憶させる。
画像表示部401は、画像サーバ102から今回画像を読み込んで表示部203に画面表示させる(S1)。画像表示部401は次に、画像サーバ102から前回画像を読み込んで表示部203に画面表示させる(S2)。
病変位置取得部402は、今回画像上における病変位置を取得する。読影者が表示部203上で前回画像と今回画像を比較しながら目視確認によって病変位置を指定し、病変位置取得部402がその座標を取得してもよいし、病変位置を前述のような手法で自動的に特定してもよい。後述の図8において、病変位置を画面上で指定する際に用いる画面例を説明する。
基準点設定部403は、画像上の基準点を設定する。読影者が表示部203上で基準点を指定し、基準点設定部403がその座標を取得してもよいし、基準点を前述のような手法で自動的に特定してもよい。後述の図9において、基準点を画面上で指定する際に用いる画面例を説明する。
病変対応判定部404は、これまでのステップの結果に基づき病変ベクトルを算出し、さらに病変ベクトル間の類似度を算出する。類似度を算出する具体的な計算手順については、図10を用いて後述する。
病変対応判定部404は、ステップS5の結果に基づき、画像間で病変を対応付ける。本ステップの詳細は、図11を用いて後述する。
病変対応判定部404は、前回画像における基準点とその他の病変の合計数が例えばm+1個である場合、病変ベクトルの始点となる基準点をa0とし、病変ベクトルの終点となる病変をa1,a2,・・・amとする。同様に、今回画像における基準点とその他の病変の合計数が例えばn+1個である場合、病変ベクトルの始点となる基準点をb0とし、病変ベクトルの終点となる病変を病変b1,b2,・・・bnとする。病変対応判定部404は、変数i,jをそれぞれ1≦i≦mおよび1≦j≦nの範囲でインクリメントさせながら、以下のステップS5.2〜S5.6を繰り返し実行する。
病変対応判定部404は、前回画像において得られる病変ベクトルをAi、今回画像において得られる病変ベクトルをBjとする。例えば、過去画像における基準点a0からa1へのベクトルをA1、基準点a0から病変a2へのベクトルをA2などのように表現し、今回画像における基準点b0から病変b1へのベクトルをB1、基準点b0から病変b2へのベクトルをB2のように表現する。病変対応判定部404は、上記のように定義したベクトルAi、Bjについて、Aiをi=1からmまで、Bjをj=1からnまで計算することによって、Aiに関してはm個の病変ベクトルを算出し、Bjに関してはn個の病変ベクトルを算出する。
病変対応判定部404は、AiとBjのなす角度θを用いて、各病変ベクトルが形成する角度の観点で両者の類似度を表したコサイン類似度Scosを、下記式1にしたがって算出する。
コサイン類似度Scosは、AiとBjのなす角度が0°、つまり両病変ベクトルが角度的に一致しているときに最大値1をとり、角度が大きくなるにつれ値が小さくなり、90°のときに最小値0となり、90°〜180°のときに負の値をとる。式1において、ある程度角度が大きくなると、類似度の値を低く抑えるように設定された重み付けパラメータwgを加味している。重み付けのパラメータwgはユーザの指示によって変更することができる。
病変対応判定部404は、AiとBjの長さに関する類似度であるノルム類似度Snormを、下記式2にしたがって算出する。
ノルム類似度は、AiとBjのノルムが一致しているときに最大値1をとり、ノルム差が大きくなるほど小さい値をとるように規格化されている。
病変対応判定部404は、AiとBjの間のベクトル類似度Simを、下記式3にしたがって算出する。
病変対応判定部404は、ステップS5.5で算出した類似度Simをメモリ202に格納する。以上のステップにより、病変ベクトル間の類似度を算出する手順が終了する。上記各計算式は一例であり、別の計算式によって代替しても構わない。
病変対応判定部404は、各画像上の病変ベクトルが一致しているか否かを判定する際に病変ベクトル間の類似度と比較するための閾値を、基準点が存在する部位ごとに補正する。呼吸や心拍の影響、被検体の体位の違いなどによって、臓器の位置や形状が変化するため、位置や形状が変化しやすい臓器にはその変化量を考慮して閾値設定を最適化する必要があるからである。例えば、肺のように大きく動く臓器については閾値を緩和し、類似度が他の臓器における病変ベクトルより小さい場合でも病変ベクトルが一致しているとみなす。部位毎の閾値の例については、図12を用いて後述する。
病変対応判定部404は、各画像における病変ベクトルが一致しているか否かを判定する。病変ベクトルBjとの間の類似度が閾値以上である病変ベクトルAiの個数に応じて以後の処理を分ける。ここでは代表的な処理例として、Bjとの間の類似度が閾値以上であるAiの個数が0である場合、1である場合、2以上である場合の3パターンに分けるが、必ずしもこれに限られるものではない。Aiの個数が0である場合はステップS6.3に進み、1である場合はステップS6.4に進み、2以上である場合はステップS6.5に進む。
病変対応判定部404は、Bjに一致するAiが存在していないため、Bjに該当する今回画像上の病変は新出病変であると判定する。病変対応情報取得部407は、新規の統一病変IDを生成する。
病変対応判定部404は、Bjに該当する今回画像上の病変は前回画像におけるAiと同一の病変であると判定する。病変対応情報取得部407は、前回画像におけるAiに対応する病変と同一の統一病変IDを生成する。
病変対応判定部404は、Bjに一致するAiが複数存在しているため、Bjに該当する病変と、これに合致する病変の候補である病変(Bjに一致するAiに対応する病変)を表示部203上でユーザに提示する。ユーザは、Bjに該当する病変と真に同一である病変を選択する。本ステップにおける画面表示例は、後述の図13で説明する。本ステップの後はステップS6.4に進み、病変対応情報取得部407は、前回画像の病変と同一の統一病変IDを生成する。
病変対応判定部404は、病変対応情報取得部407が生成した統一病変IDを、病変情報テーブル300に格納する。
以上のように、本実施形態1に係る画像診断支援装置101は、病変ベクトルの類似度に基づき複数の画像上の病変を対応付けるので、高速かつ高精度に自動で病変を対応付けることができる。
実施形態1では、病変ベクトルのコサイン類似度Scosとノルム類似度Snormを乗算することにより、これらを総合的に評価した類似度Simを算出することを説明した。しかし、式3で説明した類似度Simが同じ場合であっても、Simを算出する元になった病変ベクトルは全く異なる場合もある。
病変対応判定部404は、基準点が存在している部位に応じて、コサイン類似度Scosの部位別閾値とノルム類似度Snormの部位別閾値を設定する。各閾値は、例えば図12で説明した部位別閾値テーブル1000に、コサイン類似度Scosとノルム類似度Snormに分けてあらかじめ格納しておけばよい。
病変対応判定部404は、病変ベクトルAiのノルムとBjのノルムがともに小さい場合は、コサイン類似度Scosの閾値を下げ、両病変ベクトルのノルムがともに大きい場合はコサイン類似度Scosの閾値を上げる。これにより、病変ベクトルのノルムが小さい場合はコサイン類似度Scosに対する判定基準を緩和し、大きい場合は厳しくして判定することになる。
具体的には、例えば病変ベクトルAiのノルムとBjのノルムがともにある閾値より小さければコサイン類似度Scosの閾値を下げ、両病変ベクトルのノルムがともにその閾値以上である場合はコサイン類似度Scosの閾値を上げる、などとすればよい。あるいは、両病変ベクトルのノルムが大きくなるのにともなって漸増的にコサイン類似度Scosの閾値を上げるようにしてもよい。いずれにしても、両病変ベクトルのノルムが大きいほどコサイン類似度Scosの閾値は大きくなる。
両病変ベクトルのいずれか一方のノルムのみが閾値以上であるような場合は、これら病変は異なる病変である可能性が高くなるので、本ステップは省略してもよい。両病変ベクトルのノルムが閾値を挟んで接近しているような場合には、個々の状況に応じて処理することになるであろう。もっとも、閾値を設定する時点において、本ステップを実施すべきか否か明確に判定できるような閾値を定めることが望ましいと思われる。
病変対応判定部404は、今回画像におけるベクトルBjに対する前回画像のベクトルAiのコサイン類似度Scosが閾値を超えているか否かを判定する。コサイン類似度Scosが閾値を超えている場合はステップS6.11に進み、超えていない場合はiを1つインクリメントしてステップS6.9に戻る。
病変対応判定部404は、今回画像におけるベクトルBjに対する前回画像のベクトルAiのノルム類似度Snormが閾値を超えているかを判定する。ノルム類似度Snormが閾値を超えている場合はステップS6.2に進み、超えていない場合はiを1つインクリメントしてステップS6.9に戻る。
これらのステップは、実施形態1の図11で説明したものと同様である。
以上のように、本実施形態2に係る画像診断支援装置101は、コサイン類似度Scosとノルム類似度Snormそれぞれについて、類似判定をするための閾値を個別に設定し、被検体の部位毎に各閾値を調整する。これにより、被検体の部位の移動態様に応じて判定閾値を最適化し、病変ベクトルの一致判定をより正確にすることができる。
本発明の実施形態3では、被検体の体格に応じて部位別閾値を設定する構成例を説明する。その他の構成要素については実施形態1〜2と同様であるため、以下では差異点を中心に説明する。本実施形態3で説明する構成は、実施形態1〜2と組み合わせて用いることができる。
以上のように、本実施形態3に係る画像診断支援装置101は、被検体の身体的特徴を表すパラメータを用いて部位別閾値を求め、これを用いて病変ベクトルの一致判定を実施する。これにより、例えば体の成長によって被検体の体格が変わった場合でも、閾値を自動計算して最適化することができるので、閾値設定を変更する作業によって医師の読影効率を低下させることを防ぐことができる。
本発明の実施形態4では、過去の病変に関する病変情報の履歴を病変情報テーブル300上に保存しておくことにより、過去の病変が再発した場合にその旨を特定する構成例について説明する。その他の構成については実施形態1〜3と同様であるため、以下では差異点を中心に説明する。
以上のように、本実施形態4に係る画像診断支援装置101は、新出病変を発見すると過去の画像からこれに一致する病変を探索し、一致する病変を発見した場合は、その病変が局所再発した旨を病変情報テーブル300上で管理する。これにより、病変に関する定量値を時系列的に提示するのみならず、新出病変と判定された病変が局所再発によるものであることを画面上で提示することができる。
707:前回基準点マーク、708:今回基準点マーク、709:基準点設定メッセージ、1000:部位別閾値テーブル、1001:部位フィールド、1002:部位別閾値フィールド、1101:候補病変メッセージ、1102:ポップアップ表示、1201:病変俯瞰画像、1202:断面画像、1203:病変情報、1204:時系列表示、1205:データ点、1206:局所再発情報メッセージ、1401:被検体別閾値補正部、1500:被検体情報テーブル、1501:被検体IDフィールド、1502:性別フィールド、1503:年齢フィールド、1504:身長フィールド、1505:胸囲フィールド、1506:体重フィールド、1510:体格モデルデータテーブル、1511:体格モデルIDフィールド、1512:性別フィールド、1513:年齢フィールド、1514:身長フィールド、1515:胸囲フィールド、1516:体重フィールド、1517:部位別閾値フィールド。
Claims (17)
- 同一の被検体を撮影して得た複数の画像を用いて前記被検体を診断することを支援する画像診断支援装置であって、
複数の前記画像上における前記被検体の病変が同一の病変であるか否かを前記画像上の前記病変の位置に基づき判定する病変対応判定部を備え、
前記病変対応判定部は、
前記画像上の前記病変の位置を用いて、前記画像上の基準点から前記病変に対するベクトルを、複数の前記画像上における前記病変それぞれについて算出し、
複数の前記画像上における各前記ベクトル間の類似度を算出し、
前記類似度が所定閾値以上であれば各前記ベクトルに対応する前記病変は同一の病変であると判定し、前記類似度が前記閾値未満であれば異なる病変であると判定する
ことを特徴とする画像診断支援装置。 - 前記画像上における前記病変に関する診断情報と前記病変を識別する病変識別情報を関連付けて記憶する病変情報記憶部と、
前記画像上の前記病変の位置を取得して前記病変識別情報と関連付けて前記病変情報記憶部に記憶させる病変位置取得部と、
を備えることを特徴とする請求項1記載の画像診断支援装置。 - 前記病変情報記憶部は、
前記画像上における移動量が互いに異なる前記被検体上の部位毎に定義された前記所定閾値を記憶しており、
前記病変対応判定部は、
前記画像上の前記病変がいずれの前記部位に相当するかを特定した上で、その部位に対応する前記所定閾値を用いて前記判定を実施する
ことを特徴とする請求項2記載の画像診断支援装置。 - 前記病変情報記憶部は、
前記被検体の身体的特徴を示す値を基にして予め体格毎に定義された体格モデルに対する前記所定閾値を記憶しており、
前記病変情報記憶部は、
前記被検体がいずれの体格モデルに相当するかを特定した上で、その体格モデルに対する前記所定閾値を用いて前記判定を実施する
ことを特徴とする請求項3記載の画像診断支援装置。 - 前記病変対応判定部は、
前記被検体の身体的特徴を表すパラメータを引数として前記所定閾値を算出する関数を用いて、前記被検体の身体的特徴に対応する前記所定閾値を動的に算出し、算出した前記所定閾値を用いて前記判定を実施する
ことを特徴とする請求項1記載の画像診断支援装置。 - 前記病変対応判定部は、前記類似度として、
複数の前記画像上における各前記ベクトルのノルムの差分値の大小に基づき前記類似度を判定するためのノルム類似度と、
複数の前記画像上における各前記ベクトルが形成する角度の大きさに基づき前記類似度を判定するための角度類似度と、
を用いることを特徴とする請求項1に記載の画像診断支援装置。 - 前記病変対応判定部は、
前記ベクトルのノルムが大きくなるのにともなって、複数の前記画像上における前記病変が同一の病変であると判定するために必要な前記角度類似度がより高くなるように、前記角度類似度に基づき前記判定を実施するための閾値を補正する
ことを特徴とする請求項6に記載の画像診断支援装置。 - 前記病変対応判定部は、
前記病変のなかから、複数の前記画像上で共通する部位を、前記基準点として選択する
ことを特徴とする請求項1記載の画像診断支援装置。 - 前記病変位置取得部は、
前記病変の位置、前記病変が存在する前記被検体上の部位、前記病変に関する定量値を含む診断情報、および個々の前記病変を一意に識別する識別情報を関連付けて、前記病変情報記憶部に記憶させる
ことを特徴とする請求項2に記載の画像診断支援装置。 - 同一の前記病変に対してその旨を示す識別子を割り当てて前記病変情報記憶部に記憶させる病変対応情報取得部を備え、
前記病変対応情報取得部は、
前記病変対応判定部が同一であると判定した前記病変に対して、前記病変を一意に識別する前記病変識別情報とは別に、互いに同じ値の前記識別子を割り当てて前記病変情報記憶部に記憶させ、
前記病変対応判定部が同一ではないと判定した前記病変については、互いに異なる値の前記識別子を割り当てて、前記病変情報記憶部に記憶させる
ことを特徴とする請求項2記載の画像診断支援装置。 - 同じ値の前記識別子を割り当てられている前記病変を含む複数の前記画像を同時に画面表示する表示部を備えた
ことを特徴とする請求項10記載の画像診断支援装置。 - 同一の前記病変に対してその旨を示す前記識別子を割り当てて前記病変情報記憶部に記憶させる病変対応情報取得部と、
他の前記病変と同一である可能性がある複数の前記病変を含む前記画像を画面表示する表示部と、
を備え、
前記病変対応判定部は、
前記類似度が前記所定閾値以上である前記病変が複数存在する場合は、その旨を示す情報とともに、それらの病変の画像を前記表示部に画面表示させる
ことを特徴とする請求項11記載の画像診断支援装置。 - 前記画像を画面表示する表示部を備え、
前記病変対応判定部は、
前記画像上の新たな病変の位置と、前記病変情報記憶部が格納している過去の前記病変の位置とを比較し、これらの対応関係に基づき、前記新たな病変が過去の前記病変の再発により生じたものであるか否かを判定し、
前記新たな病変が過去の前記病変の再発により生じたものであると判定した場合は、その旨を前記病変情報記憶部に記憶させ、さらにその旨を前記表示部に画面表示させる
ことを特徴とする請求項2記載の画像診断支援装置。 - 前記病変位置取得部は、
前記病変の領域を示す座標値群を受け取り、その座標値群にしたがって前記病変を代表する座標を生成し、その値を前記病変の位置として前記病変情報記憶部に格納する
ことを特徴とする請求項2記載の画像診断支援装置。 - 前記病変対応判定部は、
複数の前記画像上における各前記ベクトルのノルムの差分値が小さいほど値が大きくなるノルム類似度と、
複数の前記画像上における各前記ベクトルが形成する角度が小さいほど値が大きくなる角度類似度と、
をそれぞれ算出し、
前記ノルム類似度と前記角度類似度を用いて前記類似度を算出する
ことを特徴とする請求項1記載の画像診断支援装置。 - 同一の被検体を撮影して得た複数の画像を用いて前記被検体を診断することを支援する処理をコンピュータに実行させる画像診断支援方法であって、
複数の前記画像上における前記被検体の病変が同一の病変であるか否かを前記画像上の前記病変の位置に基づき判定する病変対応判定ステップを前記コンピュータに実行させ、
前記病変対応判定ステップでは、前記コンピュータに、
前記画像上の前記病変の位置を用いて、前記画像上の基準点から前記病変に対するベクトルを、複数の前記画像上における前記病変それぞれについて算出するステップ、
複数の前記画像上における各前記ベクトル間の類似度を算出するステップ、
前記類似度が所定閾値以上であれば各前記ベクトルに対応する前記病変は同一の病変であると判定し、前記類似度が前記閾値未満であれば異なる病変であると判定するステップ、
を実行させることを特徴とする画像診断支援方法。 - 同一の被検体を撮影して得た複数の画像を用いて前記被検体を診断することを支援する画像診断支援方法をコンピュータに実行させるプログラムであって、
複数の前記画像上における前記被検体の病変が同一の病変であるか否かを前記画像上の前記病変の位置に基づき判定する病変対応判定ステップを前記コンピュータに実行させ、
前記病変対応判定ステップでは、前記コンピュータに、
前記画像上の前記病変の位置を用いて、前記画像上の基準点から前記病変に対するベクトルを、複数の前記画像上における前記病変それぞれについて算出するステップ、
複数の前記画像上における各前記ベクトル間の類似度を算出するステップ、
前記類似度が所定閾値以上であれば各前記ベクトルに対応する前記病変は同一の病変であると判定し、前記類似度が前記閾値未満であれば異なる病変であると判定するステップ、
を実行させることを特徴とする画像診断支援プログラム。
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