JP6833870B2 - 画像処理装置 - Google Patents
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Description
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態に関わる内視鏡装置の構成図である。
撮像素子18が挿入部11aの先端部11a1内に配設され。観察窓から入射した光による被写体像を光電変換して撮像信号を出力する。撮像信号は、ケーブル14を介してビデオプロセッサ12へ供給される。
プロセッサ12は、撮像信号取得部21と、制御演算部22と、記憶装置23と、入力部24とを有する画像処理装置である。制御演算部22は、制御部22aと、演算部22bを含む回路である。
制御部22aは、中央処理装置(以下、CPUという)、ROM、RAM等を含み、プロセッサ12全体の動作の制御を行うと共に、術者による入力部24への指示に応じて、内視鏡11の撮像素子18の駆動の制御、内視鏡11の操作部11bからの各種操作信号に基づく各種回路の制御、記憶装置23への各種データの記録及び記憶装置23からの各種データの読み出し制御、及び画像処理の制御を行う。さらに、制御演算部22は、図示しない光源の制御なども行う。
演算部22bは、制御部22aの制御の下で、撮像信号取得部21で取得された撮像信号に基づき、各種画像処理及び各種演算処理を実行すると共に、モニタ13に表示される内視鏡画像の画像信号及び各種表示情報を生成し、モニタ13へ出力する回路である。
記憶装置23は、ハードディスク装置などの大容量の記憶装置であり、内視鏡検査で得られた被検体内の内視鏡画像の画像データ、及び支援情報等の各種データを記憶する。
図3Aは、制御演算部22の演算部22bの構成を示すブロック図である。
画像生成部31は、撮像信号を受信して、観察モードに応じて、撮像信号に基づいて内視鏡画像を生成する回路である。内視鏡装置1は、観察モードが通常光観察モードであれば、通常光観察モードに応じた内視鏡画像を生成し、観察モードが特殊光観察モードであれば、特殊光観察モードに応じた内視鏡画像を生成する。さらに、画像生成部31は、内視鏡画像に対して所定の強調処理、各種補正処理、支援情報及びメニュー画面などを重畳表示させる重畳処理などを行う。
具体的には、鑑別状態判定部32は、画像生成部31において生成された動画像の内視鏡画像を取得する(S1)。
S2の鑑別状態判定処理は、術者が病変部の鑑別を行っている状態にあるか否かを推定し、術者が鑑別中であるかを判定する。
本実施の形態では、図5の鑑別状態判定処理が、内視鏡11により得られた内視鏡画像に基づいて内視鏡11の挿入部11aの先端部11a1が静止していることを判定する静止判定部32Aを構成する。先端部11a1が静止していると判定されたときに、鑑別状態判定部32は、内視鏡11の操作者が鑑別状態にあると判定する。
時刻t1の画像と、時刻t1から所定の時間Tの経過後の時刻t2の画像に基づく画像全体の移動量は、例えば、二次元フーリエ変換による相関マップから算出される。時刻t1の画像に含まれる領域が、時刻t2の画像中においてどの程度移動しているかを判定することにより、画像全体の移動量が算出される。
図4に戻り、鑑別状態判定部32は、S2の処理の結果に基づき、挿入部11aの先端部11a1が静止状態にある、すなわち病変部の鑑別中であるか否かを判定する(S3)。すなわち、先端部11a1が静止状態にあるとき、術者が病変部の鑑別中であると推定する。
図6は、鑑別支援処理の流れの例を示すフローチャートである。図6の処理には、図3Cにおける鑑別分類結果推定部33Aの表層構造鑑別分類部33A2が関わる。
鑑別支援部33は、特定周波数帯域を抽出するバンドパスフィルタや、ヘッセ行列、ガボールフィルタなどにより、表層構造の抽出を行うことができる。そして、鑑別支援部33は、抽出した表層構造のテクスチャ特徴量を算出し、機械学習によりクラス分類する。ここで、テクスチャ特徴量は、SIFT特徴量やLBP(Local Binary Pattern)特徴量、CoHOG(Co−occurerrence Histograms Of Gradients)といった公知の技術を用いる。また、機械学習はSVM(Support Vector Machine)などの強力な分類器で分類する。例えば、大腸であれば、病変は過形成ポリープと腺腫病変、浸潤癌などの分類がなされる。
図7は、モニタ13に表示された鑑別支援情報の例を説明するための図である。
第1の実施の形態では、撮像素子を用いて取得された内視鏡画像に基づいて挿入部の先端部が静止しているか否かを判定することにより、術者が鑑別中か否かが判定されているが、本実施の形態では、センサにより挿入部11aの先端部11a1の動きを検出し、その検出結果に基づいて術者が鑑別中か否かが判定される。
挿入部11aの先端部11a1内には、加速度センサ19が設けられている。加速度センサ19は、例えば3軸加速度センサであり、先端部11a1の3次元方向における動きを検出する。加速度センサ19の出力信号は、制御部22aに供給される。
本実施の形態においても、図4から図6の処理が実行されるが、図5の処理が異なる。
すなわち、S31の処理が、静止判定部32Aを構成する。静止判定部32Aは、先端部11a1の動きを検出するセンサの検出信号に基づいて、先端部11a1の移動量を算出する先端部移動量算出部32A2を構成し、先端部移動量算出部32A2が算出した移動量が所定の閾値TH2未満であるときに、先端部11a1が静止していると判定される。移動量は、先端部11a1の軸回りの回転量も含まれる。
従って、本実施の形態によっても、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
第1の実施の形態では、撮像素子18を用いて取得された内視鏡画像に基づいて挿入部11aの先端部11a1が静止しているか否かを判定することにより、術者が鑑別中か否かが判定され、第2の実施の形態では、センサにより挿入部11aの先端部11a1の動きを検出し、その検出結果に基づいて術者が鑑別中か否かが判定されているが、本実施の形態では、操作部11bにおける観察状態の設定操作に基づいて術者が鑑別中か否かが判定される。
制御部22aには、操作部11bにおける各種操作ボタン16の中の近点/遠点観察切り換えボタンの状態信号が入力される。
従って、本実施の形態によっても、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
以下の各変形例は、上述した各実施の形態の内視鏡装置と同じ構成要素からなる内視鏡装置において実現されるので、各変形例において、各実施の形態の内視鏡装置と同じ構成要素については同じ符号を用い、変形例に関わる構成についてのみ説明する。
第1の実施の形態では、挿入部11aの先端部11a1が静止しているか否かを画面全体の移動量に基づいて判定し、その移動量が所定の閾値TH1以下であるとき、術者は鑑別中であると判定しているが、本変形例では、挿入部11aの先端部11a1に動きがあっても、術者がある領域を注視しているか否かに基づいて、術者は鑑別中であると判定する。
図13は、本変形例の鑑別状態判定処理の流れの例を示すフローチャートである。図13の処理には、図3Bにおける注視判定部32Cの画素移動量算出部32C1が関わる。
具体的には、例えば、公知のLucas−Kanade法などの、画像内の小領域毎に、移動先の小領域として相応しい箇所を探索する手法を用いて、画素毎の移動量を算出する。
すなわち、鑑別状態判定部32は、操作者が観察対象の同じ領域を注視していることを判定する注視判定部32Cを備え、注視判定部32Cが操作者が同じ領域を注視していると判定したとき、操作者が鑑別状態にあると判定する。注視判定部32Cは、内視鏡画像の画素毎の移動量を算出する画素移動量算出部32C1を備え、移動量の少ない画素が一定数を占めていたとき、操作者が前記同じ領域を注視していると判定する。
よって、本変形例では、術者が、視線方向を変化させるように先端部11a1を動かして、ある領域を種々の異なる方向から観察しているか否かを、上述したS101とS102において、所定の時間内の移動量が所定値よりも小さい画素の領域が、所定の面積以上あるか否かによって、判定している。
よって、本変形例によれば、先端部11a1が静止していない場合であっても、術者が鑑別中であることを判定することができる。
第1の実施の形態では、挿入部11aの先端部11a1が静止しているか否かを画面全体の移動量に基づいて判定し、その移動量が所定の閾値TH1以下であるとき、術者は鑑別中であると判定し、上述した変形例1では、挿入部11aの先端部11a1に動きがあっても、術者がある領域を注視しているか否かに基づいて、術者は鑑別中であると判定しているが、本変形例2では、被検体内の部位を拡大観察あるいは近接観察をしているかを画像から判定し、その判定結果に基づいて術者は鑑別中であると判定している。
図14は、本変形例の鑑別状態判定処理の流れの例を示すフローチャートである。図14の処理には、図3Bにおける血管領域抽出部32Dが関わる。
具体的には、公知の、ガボールフィルタやヘッセ行列などを用いて、画素の輝度値が凹、すなわち輝度値が低い領域が、血管領域として抽出される。
具体的には、抽出された血管領域に対して、二次元フーリエ変換を施し、周波数成分を取得し、取得した周波数成分において、所定の閾値よりも低周波数成分に偏りがある場合には、拡大あるいは近接観察が行われていると判定される。すなわち、鑑別状態判定部32は、内視鏡画像から血管領域を抽出する血管領域抽出部32Dを備え、血管領域抽出部32Dが抽出した血管の太さに基づいて、操作者が鑑別状態にあると判定する。
上述した各実施の形態及び各変形例の鑑別支援処理では、病変部の鑑別分類が、表層構造に基づいて行われているが、病変部の形状情報に基づいて行うようにしてもよい。
図15は、本変形例の鑑別支援処理の流れの例を示すフローチャートである。図15の処理には、図3Cにおける形状鑑別分類部33A3が関わる。
制御部22aは、S121において得られた鑑別分類結果をモニタに表示する(S22)。
上述した各実施の形態及び各変形例の鑑別支援処理では、病変部の鑑別分類が、表層構造に基づいて行われているが、病変部のサイズに基づいて行うようにしてもよい。
図16は、本変形例の鑑別支援処理の流れの例を示すフローチャートである。図16の処理には、図3Cにおけるサイズ推定部33A4が関わる。
図17は、病変サイズ推定処理の流れの例を示すフローチャートである。
S132では、まず、画像内の各画素までの撮像距離を推定する。ここでは、公知の様々な技術のうち、画像を基に撮影対象を均等拡散面と仮定した撮影距離推定について説明する。
具体的には、鑑別支援部33は、検出した管腔の円周長に対して病変の長さが占める割合を算出することにより、病変の実際のサイズを推定する。なお、各臓器部位(位置)の管腔の周長を解剖学に基づいて事前に設定しておき、サイズ推定の精度を向上させることもできる。例えば、大腸検査の場合に、挿入部11aの挿入量から、大腸の病変部の部位(位置)推定を行い、事前に設定しておいた管腔の周長と比較して、サイズ推定の精度を向上させるようにしてもよい。
制御部22aは、S133において得られた病変部のサイズ情報を、鑑別分類結果としてモニタ13に表示する(S22)。
上述した各実施の形態及び各変形例の鑑別支援処理では、病変部の鑑別分類は、設定されている観察光との関係はないが、観察光に応じて行われるようにしてもよい。
図18は、本変形例5の鑑別支援処理の流れの例を示すフローチャートである。図18の処理には、図3Cにおける鑑別動作判定部33A5の鑑別動作分類部33A5a、観察光判定部33A5a1、及び鑑別指標切替部33A6が関わる。
観察光が通常光でないとき(S141:NO)、鑑別支援部33は、表層構造情報に基づいて鑑別分類を行う(S143)。
なお、上述した変形例2では、拡大観察あるいは近接観察をしているかが画像から判定されているが、変形例2においても、鑑別動作分類部33A5aが拡大及び近接観察の動作を判定する拡大/近接判定部33A5a2を備えて鑑別動作を分類し、鑑別分類結果推定部33Aは、鑑別動作分類部33A5aにより分類された鑑別動作に基づいて鑑別指標を切り替えるようにしてもよい。
上述した各実施の形態及び各変形例の鑑別支援処理では、支援情報として、「腺腫病変」などの分類結果情報が出力されているが、臓器の部位情報を出力するようにしてもよい。
鑑別支援部33は、観察部位の推定を行う(S151)。例えば、観察する臓器が大腸の場合は、直腸、S状結腸、下行結腸、横行結腸、上行結腸及び盲腸を認識し、観察する臓器が胃の場合は、噴門、胃底部、胃体部、胃角部、前庭部、幽門及び十二指腸を認識し、小腸の場合は、空腸、回腸を認識し、食道の場合は、頸部食道、胸部食道、腹部食道を認識する。具体的には、それぞれの写った画像データを収集し、その画像データを用いて機械学習させることで、SVM等を用いて部位(位置)推定を行うことができる。
上述した各実施の形態及び各変形例では、鑑別支援では、支援情報をモニタ13上にメッセージとして出力しているが、本変形例では、得られた複数の画像の中から明瞭な画像を選択してモニタ13に表示する。
図20は、本変形例の鑑別支援処理の流れの例を示すフローチャートである。図20の処理には、図3Cにおける鑑別対象画像選出部33Cの明瞭度算出部33C1が関わる。
具体的には、病変領域特定部33A1により特定された画像中の病変領域に対して、明瞭度を算出する。ここで、明瞭度とは色ずれ量、ボケ度合い、ノイズ量、輝度飽和面積率、コントラスト情報、周波数情報、エッジ情報の何れか、もしくは何れか2つ以上の組み合わせ、もしくはそれぞれ複数の明瞭度を算出することで取得する。これらの値は公知技術として次のように算出できる。色ズレ量は、彩度平均値を算出する。ボケ度合いは、特定周波数成分の範囲の平均値を算出する。ノイズ量は、標準偏差の所定値以上の外れ画素数を算出する。輝度飽和面積率は、R色成分が所定値以上の領域を病変領域の面積で割った値を算出する。エッジ情報は、所定強度のエッジ判定画素量を算出する。
鑑別支援部33は、S162で選択された画像を、モニタ13に表示する(S163)。
上述した各実施の形態及び各変形例では、鑑別支援では、支援情報をモニタ13上にメッセージとして出力しているが、本変形例では、所定の重要領域の写った画像を選択してモニタ13に表示する。
図21は、本変形例の鑑別支援処理の流れの例を示すフローチャートである。図21の処理には、図3Cにおける鑑別対象画像選出部33Cの所定領域算出部33C2が関わる。
鑑別支援部33は、S172で選択された画像を、モニタ13に表示する(S173)。
上述した各実施の形態及び各変形例においては、先端部11a1が静止しているときに、鑑別支援部33は、支援情報をモニタ13に表示しているが、静止状態に応じて、すなわち先端部11a1が完全に生成しているのか、わずかに動いているのか、かなり動いているかに応じて、支援情報の表示量を変化させるようにしてもよい。
静止判定部32Aは、画像あるいはセンサにより先端部11a1の静止状態を判定する。先端部11a1は、略完全に生成している場合と、少しだけ動いている場合など、先端部11a1の移動量が小から大までの間で変化する。
上述した各実施の形態及び各変形例では、鑑別支援では、支援情報をモニタ13上にメッセージとして出力しているが、本変形例では、観察し易い画像強調処理を施した内視鏡画像をモニタ13に表示する。
鑑別支援部33は、生成した内視鏡画像に対して観察し易い画像強調処理を施す(S181)。
Claims (22)
- 内視鏡からの信号若しくは前記内視鏡に対する信号に基づいて、前記内視鏡の操作者が、前記内視鏡の観察対象における病変部を分類する鑑別を行っている鑑別状態にあることを判定する鑑別状態判定部と、
前記鑑別状態判定部の判定結果に応じて、前記操作者による前記病変部の前記鑑別を支援する鑑別支援部と、
を備え、
前記鑑別支援部は、鑑別分類結果を推定する鑑別分類結果推定部と、前記鑑別分類結果推定部により推定された前記鑑別分類結果を、支援情報として、文字情報により表示装置に表示するために出力する情報出力部と、を有し、
前記鑑別分類結果推定部は、観察光が通常光か特殊光かを判定する観察光判定部と、前記鑑別のための鑑別指標を切り替える鑑別指標切替部と、を備え、
前記鑑別指標切替部は、前記観察光判定部により判定された前記観察光に基づいて前記鑑別指標を切り替え、
前記鑑別分類結果推定部は、前記鑑別指標切替部により切り替えられた前記鑑別指標に基づいて前記病変部についての前記鑑別分類結果を推定する、ことを特徴とする画像処理装置。 - 前記鑑別状態判定部は、前記内視鏡により得られた内視鏡画像に基づいて前記内視鏡の挿入部の先端部が静止していることを判定する静止判定部を備え、前記静止判定部が前記先端部が静止していると判定したときに、前記操作者が前記鑑別状態にあると判定することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記静止判定部は、所定の時間における前記内視鏡画像の画像全体の移動量を算出する画像移動量算出部を備え、前記移動量が所定の閾値未満であるときに、前記先端部が静止していると判定することを特徴とする請求項2に記載の画像処理装置。
- 前記鑑別状態判定部は、前記操作者が前記観察対象の同じ領域を注視していることを判定する注視判定部を備え、前記注視判定部が前記操作者が前記同じ領域を注視していると判定したとき、前記操作者が鑑別状態にあると判定することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記注視判定部は、前記内視鏡により得られた内視鏡画像の画素毎の移動量を算出する画素移動量算出部を備え、前記移動量の少ない画素が一定数を占めていたとき、前記操作者が前記同じ領域を注視していると判定することを特徴とする請求項4に記載の画像処理装置。
- 前記鑑別状態判定部は、前記内視鏡により得られた内視鏡画像から血管領域を抽出する血管領域抽出部を備え、前記血管領域抽出部が抽出した血管の太さに基づいて、前記操作者が鑑別状態にあると判定することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記静止判定部は、前記先端部の移動量を算出する先端部移動量算出部を備え、前記先端部移動量算出部が算出した前記移動量が所定の閾値未満であるときに、前記先端部が静止していると判定することを特徴とする請求項2に記載の画像処理装置。
- 前記先端部移動量算出部は、前記先端部の動きを検出するセンサの検出信号に基づいて前記先端部の移動量を算出することを特徴とする請求項7に記載の画像処理装置。
- 前記鑑別状態判定部は、前記内視鏡の観察状態に基づいて前記操作者が前記鑑別状態にあると判定することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記鑑別状態判定部は、前記内視鏡に対する前記観察状態の設定操作信号に応じて前記観察状態を判定することを特徴とする請求項9に記載の画像処理装置。
- 前記鑑別分類結果推定部は、前記病変部の病変領域を特定する病変領域特定部を備えることを特徴とする請求項1記載の画像処理装置。
- 前記鑑別支援部は、前記病変領域特定部により特定された前記病変領域の表層構造に基づいた鑑別分類を行う表層構造鑑別分類部、前記病変部の形状に基づいた鑑別分類を行う形状鑑別分類部、及び前記病変部のサイズを推定するサイズ推定部の少なくとも1つを備えることを特徴とする請求項11に記載の画像処理装置。
- 前記サイズ推定部は、前記内視鏡により得られた内視鏡画像に写る管腔の円形サイズと比較して前記病変部のサイズを推定することを特徴とする請求項12に記載の画像処理装置。
- 前記鑑別支援部は、前記鑑別に有意な対象画像を選出する鑑別対象画像選出部を備えることを特徴とする請求項1記載の画像処理装置。
- 前記鑑別支援部は、前記病変部の病変領域を特定する病変領域特定部を備え、
前記鑑別対象画像選出部は、前記病変領域特定部により特定された前記病変領域の明瞭度を算出する明瞭度算出部を備えることを特徴とする請求項14に記載の画像処理装置。 - 前記明瞭度算出部が算出する前記明瞭度は,色ずれ量、ボケ度合い、ノイズ量、輝度飽和面積率、若しくはエッジ情報の1つ以上であることを特徴とする請求項15記載の画像処理装置。
- 前記鑑別対象画像選出部は、所定の領域の割合を算出する所定領域割合算出部を備えることを特徴とする請求項14記載の画像処理装置。
- 前記所定の領域は、前記病変部の隆起頂部若しくは隆起立ち上がり部であることを特徴とする請求項17記載の画像処理装置。
- 前記鑑別支援部は、前記内視鏡の観察対象である臓器の部位を推定する臓器部位推定部を備えることを特徴とする請求項1記載の画像処理装置。
- 前記臓器部位推定部は、前記臓器が大腸のときは直腸、S状結腸、下行結腸、横行結腸、上行結腸又は盲腸を推定し、前記臓器が胃のときは噴門、胃底部、胃体部、胃角部、前庭部、幽門又は十二指腸を推定し、前記臓器が小腸のときは空腸又は回腸を推定し、前記臓器が食道のときは頸部食道、胸部食道又は腹部食道を推定することを特徴とする請求項19記載の画像処理装置。
- 前記鑑別状態判定部は、前記内視鏡の挿入部の先端部の移動量を算出し、算出された前記移動量の移動レベルを判定し、
前記鑑別支援部は、前記鑑別状態判定部において判定された判定レベルに応じて、出力する支援情報の量を変更することを特徴とする請求項1記載の画像処理装置。 - 前記鑑別支援部は、前記鑑別状態判定部が前記操作者が前記内視鏡の前記観察対象についての前記鑑別を行っている鑑別状態にあると判定したときは、前記内視鏡によって得られた内視鏡画像に対して所定の強調処理を施す画像強調部を備えることを特徴とする請求項1記載の画像処理装置。
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