JP6807605B2 - 口腔検診支援システム - Google Patents
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Description
課題等について補足説明する。まず、口腔がんや他の病変について簡単に説明する。口腔は、舌、口底、頬粘膜、口蓋、上唇、下唇、上顎歯肉、下顎歯肉等の部位を含む総称である。口腔がんは、舌を含め、各部位に発生し得る。口腔がんとしては、扁平上皮癌(SCC)等がある。口腔(特に口腔粘膜)では、SCC、口腔潜在的悪性疾患(OPMD)等の様々な粘膜疾患が生じ得る。OPMDは、炎症性疾患、前癌病変、前癌状態等である。OPMDの例として、口腔扁平苔癬は、頬粘膜、舌、口唇等に生じる、角化性で炎症を伴う難治性の病変であり、がん化する場合がある。
図1〜図11を用いて、本発明の実施の形態1の口腔検診支援システムについて説明する。実施の形態1の口腔検診支援システムは、歯科医院での口腔がん検診を含む口腔検診を支援する仕組み、医師による口腔がんと他の病変との鑑別を支援する仕組み等を提供する。実施の形態1の口腔検診支援システムは、写真画像および蛍光画像に基づいた口腔がんと他の病変との鑑別を支援する仕組みとして、計算機の処理を用いて、鑑別のための指標値を計算し出力する機能を有する。この指標値は、診断ではなく、あくまで推定や参考の情報であるが、口腔がんの可能性を表す有用な情報である。医師は、口腔がんに関する知見が少ない開業医等であっても、画像および指標値を見ることで、従来よりも鑑別や評価がしやすくなり、精度を高めることができる。
図1は、実施の形態1の口腔検診支援システム1の構成を示す。口腔検診支援システム1は、各歯科医院に設置されている、計算機10、カメラ2、蛍光光学機器3等によって構成されている。歯科医院は、例えば多数の開業歯科医院であるが、これに限らず、口腔外科を持つ歯科大学病院等でもよい。歯科医院は、歯科に限らず耳鼻咽喉科等でもよい。図1は、ある1つの歯科医院での構成例を示すが、これに限らず、複数の歯科医院で同様に適用可能である。なお、図1は、後述の実施の形態2の口腔検診支援システムに係わる構成要素(専門医端末7等)も併せて図示しているが、これらは実施の形態1では使用しないか副次的な要素である。
図2は、計算機10の構成を示す。計算機10は、プロセッサ101、メモリ102、表示装置103、通信インタフェース部104、LAN通信インタフェース部105、操作入力部106等を備え、それらがシステムバスを通じて相互に接続されている。プロセッサ101は、CPU、ROM、RAM等で構成され、ソフトウェアプログラム処理に基づいて、計算機10全体を制御し、各機能を実現する。各機能は、2種類の画像等の各データを取得し、表示画面に表示する機能、画像を解析して指標値を計算する機能、口腔検診結果32を作成し出力する機能等がある。
歯科医院での口腔検診の手順の概要は以下の通りである。(1)医師は、患者の口腔内を十分に観察する。また、医師は、計算機10に、問診の入力や所見の入力を行う。(2)医師は、患者の口腔内を対象に、カメラ2および蛍光光学機器3を用いて、2種類の画像(写真画像21、蛍光画像22)を撮影する。計算機10は、2種類の画像を取り込み、表示画面に表示する。(3)医師は、表示画面で2種類の画像を観察し、後述のFVLの有無等の観察によって、視覚的評価を行う。
図3は、計算機10の主な機能に係わる機能ブロック構成を示す。各機能ブロック(対応する処理部)は、プロセッサ101等による処理で実現されている。計算機10は、各機能ブロックとして、画像表示処理部41、関心領域設定処理部42、3次元グラフ処理部43、パラメータ計算処理部44、第1指標値計算処理部45、第2指標値計算処理部46、第3指標値計算処理部47、鑑別処理部48等を有する。
蛍光光学機器3(蛍光観察装置、蛍光可視装置等と呼ばれる場合もある)および蛍光画像22について以下に説明する。蛍光光学機器3は、特定の実装に限らずに、各種のタイプの機器が適用可能である。例えばハンディタイプの蛍光光学機器3が適用できる。また、表示画面を備えるタイプの蛍光光学機器3が適用できる。比較的安価な蛍光光学機器3を用いる場合、多数の歯科医院での導入も容易である。蛍光光学機器3は、口腔内の蛍光画像22を、外科的な侵襲無く、繰り返し、撮影可能である。蛍光光学機器3は、蛍光照明光源、光学フィルタ、カメラ(撮像素子)、操作ボタン、通信インタフェース装置、表示装置等を備える。なお、蛍光光学機器3は、1台の機器の構成に限らず可能であり、例えば蛍光照明光源機器とカメラ機器とで分かれていてもよい。
蛍光光学機器3を用いた蛍光画像22の撮像は、例えば以下のように行われる。まず、患者の口腔内の照明状態としては、できるだけ暗い状態にされる。医師は、患者の口腔内の患部を含む対象領域に対し、所定の好適な距離(例えば10cm)および角度で離れた位置から、所定の好適な範囲(例えば10cm×10cm)となるように、蛍光光学機器3のカメラを向けて撮像する。医師は、その際、例えば蛍光光学機器3に備える撮像ボタン、または後述の表示画面内の撮像ボタンを押す。
蛍光光学機器3の照射光の照射部位には、健常組織または何らかの病変の部位が存在する。その照射部位の物質に応じた蛍光が生じ、輝度の違いとして表れる。詳しくは、以下のような医学的な原理が知られている。口腔粘膜の上皮には、蛍光特性物質(言い換えると蛍光源)として、補酵素であるFAD(flavin adenine denucleotide)が含まれている。また、他の蛍光源として、粘膜の間質には、コラーゲン(CCL)が含まれている。なお、FADの蛍光波長帯域は例えば475〜540nmである。コラーゲン(CCL)の蛍光波長帯域は例えば350〜540nmである。照射光(青色励起光)の波長帯域は例えば400〜450nm(ピーク波長425nm)とする。照射光に対し、蛍光源からの蛍光として400〜540nm程度の帯域の蛍光が生じる。蛍光光学機器3に備える光学フィルタによって入射光から透過された観察帯域の蛍光として475〜540nmの帯域の蛍光が得られる。
本発明者は、蛍光画像の観察、および口腔がんと他の病変との鑑別に関して、以下のような知見を見出した。すなわち、蛍光画像の内容において、口腔がん等の悪性病変の場合と、他の良性病変の場合とでは、FVL領域とFVR領域との境界領域に関して、輝度の特性に違いがみられる。FVL領域は、概ね、疾患の部位に対応すると推定され、FVL領域の周囲のFVR領域は、概ね、健常の部位に対応すると推定される。そして、それらの領域間にある例えば概略リング状の境界領域は、悪性病変の場合と良性病変の場合とで、輝度の変化に違いがみられる。例えば、良性病変の場合、境界領域では、輝度の変化が急なものとして現れる。言い換えれば、FVL領域とFVR領域との境界が明瞭に見える。一方、悪性病変の場合、境界領域では、輝度の変化が緩やかなものとして現れる。言い換えれば、FVL領域とFVR領域との境界が、中間的な不明瞭な領域として見える。例えば、SCCの場合、主な患部(対応するFVL領域)の周囲に、上皮異形成を伴っている場合が多い。そのため、上皮異形成の領域が、境界領域での不明瞭な領域として現れると考えられる。
図4は、蛍光画像22の例を示す。画像401は、患部が口腔がん、例えば舌の扁平上皮がんである場合で、舌の裏側から撮像した画像の一部を示す。この画像401内には、患部に対応する画素領域402を含む。画素領域402は、概ね、全体的に暗い色を持つFVL領域となっている。この病変のタイプは、角化(白斑)が無い、または低度であるため、FVR領域がみられない。
図5で、画像A2は、画像A1に対応した説明上の模式的な画像を示す。画像A2内には、大別して3種類の領域がみられる。すなわち、中央付近にあるFVRの領域R11と、その周囲にある概略リング状のFVLの領域R12と、さらにその周囲にあるFVRの領域R13とがある。領域R11および領域R12は、大まかに、口腔がんの病変部(領域501)に対応している。この病変部の例は、角化による白斑が、領域R11のFVRとして現れている。領域R11を除く、概略リング状の領域R12は、暗い色のFVLとして現れている。領域R12の外側にある領域R13は、概ね健常組織であり、FVRとして現れている。
図5中、画像A3は、画像A2に関して、境界領域の概念を示す。画像B3は、同様に、画像B2に関して、境界領域の概念を示す。画像A3で、境界領域R30は、FVLの領域R12と外側のFVRの領域R13との境界(境界線L1)付近の領域である。境界領域R30は、本例では、境界線L1付近にある線L2と線L3との間にある概略リング状の領域として示す。線L2は、境界線L1に対し、内側にある、FVLの暗い色の画素に対応付けられる、領域円周方向(方向d2)にわたって連続して閉じた領域を構成する線である。領域半径方向(方向d1)で、線L2の位置は、境界線L1の内側で、領域R12内にある。なお、線L2の位置は、これに限らず、領域R11の外周の線の位置としてもよい。線L3は、境界線L1に対し、外側にある、FVRの緑色の画素に対応付けられる、方向d2にわたって連続して閉じた領域を構成する線である。方向d1で、線L3の位置は、境界線L1の外側で、領域R13内にある。線L2,L3の位置や形状は、正確でなくてもよく、指標値計算上では十分な効果をもたらす。計算機10は、上記のような境界領域R30内で、輝度変化率Hの計算対象点を設定し、その点毎に輝度変化率Hを計算する。画像A2,A3の例では、境界線L1上に複数の対象点をとる場合を示しているが、これに限らず、境界領域R30内で、境界線L1の付近に対象点をとればよい。
図6は、図5の例に続いて、関心領域の設定例等を示す。画像A4は、画像A3に対応した画像であり、第1指標値の計算のための第1関心領域R1を設定する例を示す。医師または計算機10は、境界領域R30内で、境界線L1の外側、線L3よりも内側の位置に、一点鎖線で示すような関心領域境界線KL1をとる。この関心領域境界線KL1は、領域R13内の緑色の画素をとるように設定されている。関心領域K1は、関心領域境界線KL1によって規定される閉じられた領域である。関心領域K1は、第1指標値の計算の際に用いる第1関心領域R1となる。関心領域K1は、境界領域R30の一部を含み、境界線L1の内側のFVL領域と、境界線L1の外側のFVR領域とを含む。
次に、図6中、画像A6は、画像A4に関して、関心領域K1の関心領域境界線KL1上に、複数の点(対象点)Cを設定する例を示す。この対象点Cは、輝度変化率Hの計算対象位置の画素である。医師または計算機10は、関心領域境界線KL1上に、1つ以上の対象点Cをとる。
図7は、続いて、対象点Cを用いた輝度変化率Hの計算について示す。(A)の画像A8は、画像A6に関して、複数の対象点C(C1〜C12)の画素毎に、輝度変化率Hを計算する場合を示す。点C毎に持つ輝度変化率Hの値を“H(C)”のように表す。本例では12個の輝度変化率H(H1〜H12)が計算されている。例えば1つの点C8に着目して説明する。まず、点C8の1点のみで輝度変化率H8を計算する方式の場合には以下の通りである。
図8は、第2指標値(輝度比率Rおよび変動係数V)を計算する場合に、蛍光画像22内に第1関心領域R1と第2関心領域R2を設定する例を示す。第2指標値を用いる方式は、病変部(またはFVL領域)と健常な対照部(またはFVR領域)との対照での解析によって、輝度の比率等を調べる方式である。
計算機10の3次元グラフ処理部43は、蛍光画像22のうち、病変部のFVL領域を含むように設定された第1関心領域R1を対象として、3次元グラフG1を作成する。この病変部のFVL領域は、蛍光画像22の全体の輝度分布のうちで、概略的には、輝度が低い谷のような領域であるといえる。本発明者の知見によれば、このFVL領域に対応する谷の領域を、詳細に観察すると、口腔がんか他の病変か等の種類に応じて、凹凸形状に違いやパターンがみられる。3次元グラフG1は、このFVL領域の凹凸形状を、所定のカラースケールでの色付けと共に、わかりやすいように可視化するものである。
図10は、計算機10の表示画面の例を示す。この画面は、口腔検診の際に、対象の患者の口腔に関する、2種類の画像と、指標値を含む口腔検診結果32とを表示する画面の例である。この画面は、領域1001に写真画像21が表示され、領域1002に蛍光画像22が表示される。すなわち、写真画像21と蛍光画像22とを組として並列に2種類の画像が表示される。この領域には、患者情報や画像ID等の関連情報も併せて表示してもよい。また、本例では、第2指標値を計算する場合に対応して、蛍光画像22に対し、第1関心領域ROI1と第2関心領域ROI2が設定されている様子を示す。計算機10は、蛍光画像22に関心領域が設定されると、自動的に、写真画像21の対応する位置にも関心領域境界線を表示する。領域1001等では、画像の拡大/縮小等の操作も可能である。医師は、2種類の画像を見ながら、視覚的評価を行うことができる。なお、口腔内の1つの対象領域に限らず、複数の各対象領域に関して、同様に2種類の画像を表示することも可能である。
図11は、補足として、蛍光画像の輝度断面を考えた場合の形状のイメージ(不正確な模式図)を示す。(A)は、前述の口腔がんの画像A2の場合、(B)は、口内炎の画像B2の場合のイメージを示す。(A)で、ある位置の断面(A−A線)の方向における例えば点p1から点p2までの画素位置の輝度値の分布のイメージを、下側のグラフに示す。点pL1は境界線L1に対応する位置である。このように、口腔がんの場合、FVRとFVLとの境界付近では輝度の変化が緩やかであり、境界が不明瞭である。また、FVL領域では、比較的高い多数の凸部(または凹部)がみられる。(B)で、ある位置の断面(B−B線)の方向における例えば点p3から点p4までの画素位置の輝度値の分布のイメージを下側のグラフに示す。点pL2は境界線L1に対応する位置である。このように、口内炎の場合、FVRとFVLとの境界付近では輝度の変化が急であり、境界が明瞭である。また、FVL領域では、比較的低い少数の凸部(または凹部)がみられる。前述の第1指標値や第3指標値は、このような輝度の特性を反映している。
上記のように、実施の形態1の口腔検診支援システム1によれば、一般の多数の開業歯科医院を含む歯科医院で患者が口腔がん検診を含む口腔検診を容易に受けることができる仕組みや、医師による口腔がんと他の病変との鑑別を支援できる仕組み等を提供することができる。口腔検診支援システム1によれば、指標値や鑑別の分類値を含む口腔検診結果32を提供できる。これにより、口腔がんの早期発見、スクリーニング、トリアージ等をしやすくでき、日本における口腔がんによる死亡率の低減に貢献できる。患者および医師は、口腔検診結果32から、専門医に相談や連携する等、早期対応ができる。また、口腔検診支援システム1によれば、各歯科医院での口腔検診の導入を容易にし、医師による口腔検診作業をより容易にできる。本システムは、医学生等の支援にも適用できる。口腔検診支援システム1によれば、一般の多数の開業歯科医院の医師が、口腔がん等の重大な疾患に関して第一発見者になれるように、口腔検診および診療の力を向上できる。
図1を用いて、他の実施の形態として実施の形態2の口腔検診支援システムについて説明する。実施の形態2の口腔検診支援システムにおける基本的な構成は、実施の形態1と同様であり、以下では、実施の形態2における実施の形態1とは異なる部分について説明する。実施の形態2の口腔検診支援システムは、図1での歯科医院の要素は同じであり、追加構成要素として、通信網5を介して、事業者のサーバ6と専門歯科医院の専門医端末7とを有する。実施の形態1では、基本的に歯科医院内で口腔検診が実現されていた。それに対し、実施の形態2では、例えば開業歯科医院と専門歯科医院とで連携した口腔検診を実現する。
実施の形態2の口腔検診支援システムの構成例は以下の通りである。このシステムは、図1での歯科医院端末と、専門医端末7とが、通信で連携する。歯科医院端末である計算機10には前述の支援のための機能が実装されている。歯科医院端末である計算機10は、前述の2種類の画像およびデータ31に対する解析に基づいて、一旦、口腔検診結果32を作成する。その際、歯科医院端末は、図3の結果値60における鑑別の分類値61またはアドバイスの分類値62に応じて、専門医端末7との連携を実行するかどうかを決定する。例えば、鑑別の分類値61が第1分類(口腔がんを示す値)である場合、あるいはアドバイスの分類値62が第1分類(専門医受診推奨を示す値)である場合に、歯科医院端末は、自動的に専門医端末7への連携を実行する。あるいは、結果値60で、鑑別が難しいことを表す第3分類値である場合(経過観察とすべきか、専門医への相談をすべきか、どのような処置をすべきか等の判断が難しい場合)に、専門医端末7への連携を実行させるものとしてもよい。
変形例のシステムとして以下としてもよい。このシステムで、図1の歯科医院端末は、2種類の画像やデータ31の入力までを行い、指標値計算等の解析を行わない。専門医端末7には、前述の計算機10の解析等の機能が実装されている。歯科医院端末は、口腔検診に係わる2種類の画像やデータ31を含む要求データを構成し、専門医端末7へ送信する。専門医端末7は、要求データの内容の画像に対し、指標値の計算等の解析を実行し、口腔検診結果32を作成する。専門医は、口腔検診結果32を確認し、鑑別結果やアドバイス等のコメントを入力する。専門医端末7は、そのコメントを含む口腔検診結果32を含む応答データを構成し、歯科医院端末に送信する。歯科医院端末は、応答データを受信して出力する。医師は、応答データの内容を確認し、それに基づいて患者との相談等を行う。このシステムでは、一般の歯科医院は口腔検診の入口・出口として機能とし、口腔検診内の主な鑑別は専門医による割合が大きいものとなる。他のシステム例としては、歯科医院端末、サーバ6、および専門医端末7の3つの装置間で同様に連携を行ってもよい。
変形例のシステムとして以下としてもよい。日本全国の各地域に存在する多数の開業歯科医院、および基幹病院等の専門歯科医院が、このシステムに登録される。提携する各歯科医院では、前述の計算機10等が導入される。例えば、図1のサーバ6(または各計算機10)は、登録に基づいて、各開業歯科医院(医師および歯科医院端末)および専門歯科医院(専門医および専門医端末7)の情報を記憶する。この情報は、管理や制御用の情報であり、名前、住所、IPアドレス、メールアドレス等を含む。また、サーバ6(または各計算機10)は、歯科医院間の連携を可能とするために、予め、連携を行う対象や候補となる歯科医院同士の対応付けの情報を、テーブル等に設定しておく。この対応付けは、地域毎に患者が各歯科医院に行きやすいことを考慮して設定される。例えば、ある患者がある開業歯科医院で口腔検診を受けた結果、口腔がんの可能性が示された場合に、専門歯科医院への受診が推奨される。その際に患者が受診しやすいように、開業歯科医院と専門歯科医院との対応付けが設定されている。例えば、歯科医院毎、医師毎に、連携先の歯科医院を指定して登録可能である。また、歯科医院間の対応付けは、1対1に限らず可能である。例えば、1つの歯科医院に対し、2つ以上の専門歯科医院が対応付けて設定されてもよい。また、例えば、地域毎に、複数の歯科医院が1つの基幹病院に対応付けられ、さらに、基幹病院同士で対応付けがされてもよい。なお、歯科医院に限らず、口腔検診を受け付ける健診センター等にも適用可能である。
Claims (9)
- 口腔がん検診を含む口腔検診を支援する口腔検診支援システムであって、
計算機を備え、
前記計算機は、
医師の操作に基づいて、蛍光光学機器を用いて患者の口腔内を撮影した蛍光画像を含むデータを入力し、
前記蛍光画像内で、患部に対応する第1関心領域を設定し、
前記第1関心領域から、蛍光可視低下のFVL領域と周囲の蛍光可視保持のFVR領域との境界領域における輝度変化率(H)を計算し、
前記輝度変化率(H)を、口腔がんと他の病変との鑑別のための指標値の1つとして、前記指標値を含む口腔検診結果データを出力し、
前記計算機は、前記輝度変化率(H)を計算する際、前記第1関心領域の前記境界領域内で、1つ以上の対象点を設定し、前記対象点毎に、または前記対象点を含む画素領域毎に、最大の輝度変化率を計算する、
口腔検診支援システム。 - 口腔がん検診を含む口腔検診を支援する口腔検診支援システムであって、
計算機を備え、
前記計算機は、
医師の操作に基づいて、蛍光光学機器を用いて患者の口腔内を撮影した蛍光画像を含むデータを入力し、
前記蛍光画像内で、患部に対応する第1関心領域と、健常の対照部に対応する第2関心領域とを設定し、
前記第1関心領域と前記第2関心領域との対照で、輝度比率(R)を、R=[第1関心領域の平均輝度]÷[第2関心領域の平均輝度]によって計算し、変動係数(V)を、V=[第1関心領域の輝度の標準偏差]÷[第2関心領域の輝度の標準偏差]によって計算し、
前記輝度比率(R)および前記変動係数(V)を、前記口腔がんと他の病変との鑑別のための指標値の1つとして、前記指標値を含む口腔検診結果データを出力する、
口腔検診支援システム。 - 請求項1記載の口腔検診支援システムにおいて、
前記計算機は、前記輝度変化率(H)を、閾値と比較して、前記鑑別に関する少なくとも2つ以上の分類値のうちの1つの分類値を含む第1結果値を、前記口腔検診結果データの1つとして出力する、
口腔検診支援システム。 - 請求項2記載の口腔検診支援システムにおいて、
前記計算機は、前記輝度比率(R)および前記変動係数(V)を、それぞれ、閾値と比較して、前記鑑別に関する少なくとも2つ以上の分類値のうちの1つの分類値を含む第1結果値を、前記口腔検診結果データの1つとして出力する、
口腔検診支援システム。 - 請求項3または4に記載の口腔検診支援システムにおいて、
前記計算機は、前記第1結果値に応じて、前記患者へのアドバイスに関する、専門歯科医院受診推奨か経過観察かを含む、少なくとも2つ以上の分類値のうちの1つの分類値を含む第2結果値を、前記口腔検診結果データの1つとして出力する、
口腔検診支援システム。 - 請求項1記載の口腔検診支援システムにおいて、
前記計算機は、前記蛍光画像の前記第1関心領域について、X方向およびY方向に画素をとり、高さ方向であるZ方向に画素の輝度値を所定のカラースケールにマッピングした値をとった3次元グラフを作成し、前記3次元グラフを表示画面に表示する、
口腔検診支援システム。 - 口腔がん検診を含む口腔検診を支援する口腔検診支援システムであって、
計算機を備え、
前記計算機は、
医師の操作に基づいて、蛍光光学機器を用いて患者の口腔内を撮影した蛍光画像を含むデータを入力し、
前記蛍光画像内で、患部に対応する第1関心領域を設定し、
前記第1関心領域から、蛍光可視低下のFVL領域と周囲の蛍光可視保持のFVR領域との境界領域における輝度変化率(H)を計算し、
前記輝度変化率(H)を、口腔がんと他の病変との鑑別のための指標値の1つとして、前記指標値を含む口腔検診結果データを出力し、
前記計算機は、
前記蛍光画像の前記第1関心領域について、X方向およびY方向に画素をとり、高さ方向であるZ方向に画素の輝度値を所定のカラースケールにマッピングした値をとった3次元グラフを作成し、前記3次元グラフを表示画面に表示し、
前記3次元グラフにおける凹凸形状を表す形状指標値として、凹部または凸部に関する数、密度、高さ、および面積の少なくとも1つを計算し、
前記形状指標値と、閾値とを比較して、前記鑑別に関する少なくとも2つ以上の分類値のうちの1つの分類値を含む結果値を、前記口腔検診結果データの1つとして出力する、
口腔検診支援システム。 - 請求項1または2に記載の口腔検診支援システムにおいて、
前記計算機は、開業歯科医院または専門歯科医院の前記医師が操作する端末である、
口腔検診支援システム。 - 請求項1または2に記載の口腔検診支援システムにおいて、
前記計算機は、前記蛍光光学機器に一体として実装されている、
口腔検診支援システム。
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JP2018243934A JP6807605B6 (ja) | 2018-12-27 | 2018-12-27 | 口腔検診支援システム |
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