JP6071338B2 - 医療診断支援装置、医療診断支援方法及びプログラム - Google Patents

医療診断支援装置、医療診断支援方法及びプログラム Download PDF

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Description

本発明は、医療診断を支援する情報を提示する技術に関するものである。
医療分野では、X線CT装置やMRI等の撮影装置により得られた医用画像を医師が読影して診断を行う画像診断が行われている。画像診断では、主治医の読影の依頼に応じて、医師は画像から得られる所見(以下、「読影所見」と称す)や各種測定値を総合的に判断して画像に写る病変の症状が特定される。そして、その診断に至った経緯を読影所見や測定値を利用して、依頼元の主治医への読影レポートとしてまとめる。
近年、このような画像診断を支援するための診断支援装置が開発されている。例えば、特許文献1には、入力情報に基づく推論結果を提示するとともに、当該推論結果に対して否定的な情報と肯定的な情報とを提示する技術が開示されている。
特開2010−200840号公報
しかしながら、特許文献1に開示される技術では、入力情報の部分情報については考慮されておらず、推論結果の導出に影響した情報を適切に提示することができない。
そこで、本発明の目的は、推論結果の導出に影響したより適切な情報を提示することにある。
本発明の医療診断支援装置は、入力された医用情報を取得する取得手段と、前記医用情報に基づいて、各診断名である確率を推論する推論手段と、前記医用情報の各構成要素の、前記推論手段による推論結果に対する影響度を示す第1の影響度を夫々算出する第1の影響度算出手段と、複数の構成要素で構成される前記医用情報の各部分情報の、前記推論手段による推論結果に対する影響度を示す組み合わせ影響度を夫々算出する組み合わせ影響度算出手段と、前記第1の影響度及び前記組み合わせ影響度に基づいて、ユーザに対する提示情報を生成する生成手段とを有することを特徴とする。
本発明によれば、推論結果の導出に影響したより適切な情報を提示することが可能となる。
本発明の実施形態に係る医療診断支援装置の機能的な構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る医療診断支援装置のハードウェア構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る医療診断支援装置の処理の流れを示すフローチャートである。 図3のステップS3020の詳細を示すフローチャートである。 入力情報の例を示す図である。 第1の実施形態における、第1の影響度及び第Nの影響度の例を示す図である。 モニタに表示される提示情報の例を示す図である。 第2の実施形態における、第1の影響度及び第Nの影響度の例を示す図である。
以下、本発明を適用した好適な実施形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態は、飽くまでも本発明の適用例に過ぎず、本発明を限定するものではない。
先ず、本発明の第1の実施形態について説明する。本発明の第1の実施形態に係る医療診断支援装置は、診断対象である症例に係る医用情報を入力情報として取得し、当該症例に係る診断支援を行う。例えば、本実施形態に係る医療診断支援装置は、肺の異常陰影に係る複数の読影所見、過去の病歴、及び、臨床情報である腫瘍マーカ値を入力情報として取得する。そして、本実施形態に係る医療診断支援装置は、取得した入力情報に基づいて、当該異常陰影の異常の種類(診断名)に係る推論を行い、その推論結果に基づいて診断支援情報を提示する。勿論、推論対象はこれに限定されるものではなく、以下に示す診断名、読影所見及び臨床情報等は何れも、本実施形態に係る医療診断支援装置の処理を説明するための一例に過ぎない。
図1は、第1の実施形態に係る医療診断支援装置の機能的な構成を示す図である。図1に示すように、第1の実施形態に係る医療診断支援装置100は、症例情報入力端末200に接続されている。症例情報入力端末200は、診断対象である症例に関して、肺の異常陰影に係る医用情報(医用画像データや電子カルテ等)を不図示のサーバから取得する。或いは、症例情報入力端末200は、外部記憶装置(例えば、FDD、HDD、CDドライブ、DVDドライブ、MOドライブ又はZIPドライブ等)と接続され、外部記憶装置から医用情報を取得するようにしてもよい。そして、症例情報入力端末200は、ユーザ(医師)が読影可能な状態で医用情報をモニタに表示し、ユーザの操作に応じて、読影所見、過去の病歴及び臨床情報を入力情報として取得する。読影所見は、ユーザのマウスやキーボード等の操作に応じて入力される。この処理は、例えば、テンプレート形式の読影所見入力支援方法を用いて、GUIにより読影所見を選択できるような機能を症例情報入力端末200が備えることで実現される。症例情報入力端末200は、ユーザの操作に従って、上記入力情報と当該入力情報に付随するデータ(代表画像データ等)とを、LAN等を介して医療診断支援装置100に対して送信する。
医療診断支援装置100は、入力情報取得部102、推論部104、影響度取得部106及び提示部108を備える。入力情報取得部102は、症例情報入力端末200から入力情報と当該入力情報に付随するデータとを取得し、推論部104、影響度取得部106及び提示部108に対して夫々出力する。推論部104は、上記入力情報に基づいて、診断対象である肺の異常陰影に係る推論を実行し、当該異常陰影が夫々の診断名である確率(推論結果)を算出する。算出された推論結果は、影響度取得部106及び提示部108に対して出力される。
影響度取得部106は、第1の影響度算出部106−1、・・・、第Nの影響度算出部106−NのN個(N>1)の影響度算出部を備える。影響度取得部106は、上記入力情報と推論部104で算出された推論結果とを用いて第1〜第Nの影響度算出部106−1〜106−N夫々で算出された影響度を取得し、提示部108に対して出力する。
提示部108は、ユーザに対する提示情報を生成して表示する。具体的には、提示部108は、上記入力情報及び当該入力情報に付随するデータと、推論部104で算出された推論結果と、影響度取得部106で算出された影響度とに基づいて、ユーザに対する提示情報を生成する。
図2は、本実施形態に係る医療診断支援装置100のハードウェア構成を示す図である。図2において、CPU1001は、医療診断支援装置100の各構成要素の動作を制御する。主メモリ1002は、CPU1001により実行されるプログラムを格納したり、CPU1001によるプログラム実行時の作業領域を提供する。磁気ディスク1003は、オペレーティングシステム(OS)、周辺機器のデバイスドライブ、及び、後述する処理等を行うためのプログラムを含む各種アプリケーションソフト等を格納する。表示メモリ1004は、表示用データを一時的に記憶する。モニタ1005は、例えばCRTモニタや液晶モニタ等であり、表示メモリ1004からのデータに基づいて画像やテキスト等を表示する。マウス1006及びキーボード1007は、ユーザによるポインティング入力及び文字等の入力をそれぞれ行う。上記各構成要素は、共通バス1008により互いに通信可能に接続されている。
なお、図1に示す入力情報取得部102、推論部104、影響度取得部106及び提示部108は、CPU1001が主メモリから必要なプログラムを読み出して実行することにより実現する構成である。また、図1に示した医療診断支援装置100が備える各構成の少なくとも一部を独立した装置で実現させてもよい。
次に、図3及び図4を参照しながら、本実施形態に係る医療診断支援装置100の処理について説明する。以下では、読影所見及び臨床情報名をIj(j=1〜m)で表し、m種類の読影所見及び臨床情報名I1〜Imを取り扱うものとする。そして、Ijがとり得るk個の状態をSjkと表記する。kの範囲はIjにより様々な値となる。
本実施形態では、読影所見及び臨床情報を入力情報として取得することが可能であって、さらに、夫々の読影所見及び臨床情報は、図5に示したような状態をとることが可能であるものとする。例えば、I1の「形状」は、異常陰影の形状を表しており、S11「球形」、S12「分葉状」及びS13「不整形」の3つの状態をとる。I2の「切れ込み」は、異常陰影における切れ込みの程度を表している。また、Ilの「巻(気管支)」は、異常陰影における気管支の巻き込みの有無を表している。また、Imの「既往」は、過去に疾患の既往があったかどうかを表している。
また、以下の説明では、Sjkの集合をEと表記する。但し、ある一つのIjの状態Sjkは、一つのEの中には複数が同時に存在しないものとする。例えば、I1がS11、S12、S13をとり、I2がS21、S22、S23、S24をとる場合、E=[S11,S21]はとり得るが、E={S11,S12}はとることができない。これは、一つの読影所見及び臨床情報は一つの状態のみをとるためである。本実施形態では、入力情報をEfと表記する。また、以下の説明では、診断名を、記号Dを用いて表記する。本実施形態では、診断名として、原発性肺癌、癌の肺転移及びその他の3値をとるものとし、それぞれD1、D2及びD3と表記する。また、集合Eが与えられた場合の診断名Dr(r=1,2,3)の確率(推論結果)を、P(Dr|E)と表記する。同様に、Sjkが与えられた場合のDrの確率(推論結果)を、P(Dr|Sjk)と表記する。また、構成要素数がN個のEfのサブセットをENxと表記し、診断名Drに対するENxの影響度をI(Dr|ENx)と表記する。同様に、診断名Drに対するSjkの影響度をI(Dr|Sjk)と表記する。以下では、上記ENxを部分情報Nと称することがある。
ステップS3000において、入力情報取得部102は、肺の異常陰影に係る入力情報と当該入力情報に付随するデータとを取得する。例えば、入力情報として取得された読影所見及び腫瘍マーカ値が、I1「形状」:S12「分葉状」、I2「切れ込み」:S21「強」、・・・、Il「巻(気管支)」:Sl1「有」、・・・、Im「既往」:Sm2「無」、であったとする。この場合、Sjkの集合Efは、Ef=[S12,S21,・・・,Sl1,・・・,Sm2]となる。
ステップS3010において、推論部104は、ステップS3000で取得された入力情報(即ち、Ef)に基づいて、当該異常陰影が夫々の診断名である確率(推論結果)を推論する。このときの推論手段としては、ベイジアンネットワーク、ニューラルネットワーク及びサポートベクターマシン等の既存の様々な推論手法を利用することができる。本実施形態では、推論手法としてベイジアンネットワークを用いるものとする。ベイジアンネットワークは、条件付確率を用いた推論モデルであり、入力情報が入力された場合の各診断名の確率(その事例が夫々の診断名である確率、事後確率ともいう)を取得することが可能である。本実施形態では、異常陰影の診断名D1、D2及びD3それぞれの確率が取得される。
ステップS3020において、影響度取得部106は、ステップS3000で取得された入力情報と、ステップS3010で取得された推論結果とを用いて、影響度を取得する。
以下、図4を参照しながら、ステップS3020について詳細に説明する。ステップS3021において、第1の影響度算出部106−1は、入力情報の構成要素(即ち、Sjk)夫々の第1の影響度を算出する。本実施形態では、第1の影響度算出部106−1は、入力情報が何もない場合の各診断名の確率(事前確率ともいう)と、Sjkのみが入力された場合の確率との差を利用して、第1の影響度を算出する。例えば、第1の影響度算出部106−1は、診断名Drに対するSjkの影響度I(Dr|Sjk)を次式で算出する。但し、P(Dr)は、Drの事前確率である。
Figure 0006071338
I(Dr|Sjk)が正の場合、即ち、Sjkのみを入力した場合の事後確率が事前確率より大きい場合、SjkはDrに対して肯定的な影響度を持つとする。一方、I(Dr|Sjk)が負の場合、即ち、Sjkのみを入力した場合の事後確率が事前確率より小さい場合、SjkはDrに対して否定的な影響度を持つとする。なお、以上の影響度の算出方法は飽くまでも一例であり、これに限定されるものではない。
ステップS3022において、影響度取得部106は、少なくとも一つの部分情報Nを取得する。例えば、上述した例のEf=[S12,S21,・・・,Sl1,・・・,Sm2]において、N=2とすると、{S12,S21}、[S12,Sl1]、[S21,Sm2]等の部分情報Nが取得される。これら取得された部分情報Nは、上述したENxに相当する。本実施形態では、全ての部分情報Nを取得するものとする。例えば、Efの要素がM個(ただし、M>=N)である場合、取得される部分情報NであるENxは、MN個となる。
ステップS3023において、第Nの影響度算出部106−Nは、部分情報N(即ち、ENx)夫々について第Nの影響度を計算する。第Nの影響度は、各診断名の事前確率とENxのみが入力された場合の確率との差、及び、部分情報Nの構成要素数Nを利用して算出される。例えば、診断名Drに対するENxの影響度I(Dr|ENx)は、次式により算出される。
Figure 0006071338
上述した説明と同様に、I(Dr|ENx)が正である場合、ENxは、Drに対して肯定的な影響度を持つとする。一方、I(Dr|ENx)が負である場合、ENxは、Drに対して否定的な影響度を持つとする。また、以上の影響度の算出方法は飽くまでも一例であり、これに限定されるものではない。
ステップS3024において、影響度取得部106は、ステップS3020の処理が終了したか否かを判定する。ステップS3020の処理が終了した場合、処理はステップS3030に移行する。一方、ステップS3020の処理が終了していない場合、影響度取得部106は、Nを未だ設定していない値に更新し、処理はステップS3022に戻る。本実施形態では、N=2のみ検討するとする。即ち、ステップS3022〜S3023の処理を一度だけ行って、処理はステップS3030に移行する。
ステップS3030において、提示部108は、ユーザに対する提示情報を生成して表示する。具体的には、ステップS3000で取得した入力情報及び当該入力情報に付随するデータと、ステップS3010で算出された推論結果と、ステップS3020で取得された影響度とに基づいて、ユーザに対する提示情報を生成する。本実施形態では、ステップS3020で取得した第1の影響度〜第Nの影響度について影響度を統合し、影響度の大きい順から指定された個数分だけ情報が提示される。このとき、少なくとも一つの構成要素を持つ部分情報Nの真部分集合(即ち、自身は含まない部分集合)の、少なくとも一つの影響度が自身の影響度より大きい場合は提示しないものとする。なお、この処理により提示された構成要素又は部分情報Nが推論根拠に相当する。
次に、図6を参照しながら、上記の処理について詳細に説明する。図6は、ステップS3020の処理によって取得された第1の影響度及び第2の影響度を示す。本実施形態では、推論根拠として3つの情報を提示する。先ず、最も影響度が大きい{S43,Sl1}は無条件で提示される。次に影響度が大きいのは[S12]であり、[S12]は構成要素が1以上の真部分集合を持たないため、提示される。その次に影響度が大きいのは{S12,S21}であるが、このときの影響度は、真部分集合である{S12}の影響度より小さいため、提示されない。その次に影響度が大きい{Sm2}は構成要素が1以上の真部分集合を持たないため、提示される。従って、最終的に提示される情報は{S43,Sl1}、{S12}、{Sm2}となる。
図7は、モニタ1005に表示される提示情報の例を示す図である。提示情報700は、ステップS3000にて取得された、肺の異常陰影に係る入力情報7010、及び、当該入力情報に付随するデータ(肺の異常陰影の代表画像データ)7000を含む。また、提示情報700は、ステップS3010で推論された推論結果7020を含む。図7に示す例では、推論結果7020として、推論結果における原発性肺癌の推論確率7021、癌の肺転移の推論確率7022、及び、その他の推論確率7023が、円グラフによって表示される。また、提示情報700は、推論結果において各診断名の中で最も高い推論確率を得た診断名(図7の例では、原発性肺癌)及びその確率(図7の例では、原発性肺癌の推論確率)7030を含む。また、提示情報700は、ステップS3030により提示される情報(推論根拠)7040を含む。
本実施形態によれば、部分情報の構成要素数を考慮することにより、構成要素が複数の場合(部分情報N)の影響度を軽減している。なおかつ、部分情報Nを考慮する際、自身の真部分集合において、少なくとも一つの影響度が自身の影響度より大きい場合は提示しないようにしている。その結果として、部分情報Nの構成要素夫々による影響度の単純な加増の場合と、複数の構成要素が揃って影響が強くなるような場合との影響度を区別し、単純な加増の提示を軽減することができる。そのため、推論結果の導出に影響したより適切な情報を医師に提示することができる。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。第2の実施形態においては、部分情報Nを考慮する場合、当該部分情報Nの構成要素に着目して影響度を算出する。なお、第2の実施形態に係る医療診断支援装置の機能的な構成は、図1に示した構成と同様である。従って、以下の説明においても、図1に示した符号を流用するものとする。また、第2の実施形態に係る医療診断支援装置100の処理は、図3及び図4に示した処理と同様であるが、ステップS3020の処理の一部、具体的にはステップS3023において行われる処理が第1実施形態とは異なる。以下では、第1の実施形態と相違する部分に主眼をおいて、第2の実施形態に係る医療診断支援装置100について説明する。
第2の実施形態のステップS3023では、第Nの影響度算出部106−Nは、ステップS3021で算出された第1の影響度を利用して、部分情報N(ENx)夫々について第Nの影響度を計算する。本実施形態では、各診断名の事前確率とENxのみが入力された場合の確率との差、及び、ENxの各構成要素Sjkにおける第1の影響度を利用して、第Nの影響度を算出する。診断名Drに対するENxの影響度I(Dr|ENx)は、次式によって算出される。
Figure 0006071338
第1の実施形態と同様に、I(Dr|ENx)が正である場合、ENxはDrに対して肯定的な影響度を持つとする。一方、I(Dr|ENx)が負である場合、ENxはDrに対して否定的な影響度を持つとする。また、以上の影響度の算出方法は飽くまでも一例であり、これに限定されるものではない。
図8は、本実施形態において算出される第1の影響度及び第2の影響度の例を示す図である。第2の実施形態では、図8に示すように、部分情報Nの各構成要素の影響度を考慮しているため、複数の構成要素が揃って影響が強くなるような組み合わせが強調される。
本実施形態によれば、部分情報Nの構成要素を考慮することにより、構成要素単独の影響が軽減され、複数の構成要素が揃って影響が強くなるような組み合わせの影響度が強調される。そのため、構成要素単独で強い影響度を持つような部分情報Nが選ばれにくくなり、推論結果の導出に影響したより適切な情報を医師に提示することができる。
上述したとおり、第2の実施形態では、ステップS3023において、第1の影響度、即ち、部分情報Nの各構成要素の影響度を用いて、第Nの影響度を算出するものである。その他、第1の影響度ではなく、第N−1の影響度を用いて第Nの影響度を算出してもよい。或いは、第1〜第N−1の影響度を用いて第Nの影響度を算出してもよい。これにより、入力情報のN−1個までの構成要素の組み合わせでは推論結果の導出に対する影響が低かったものの、N個の構成要素の組み合わせでは推論結果の導出に対する影響が大きくなったものが強調される。そのため、推論結果の導出に影響したより適切な情報を医師に提示することが可能となる。
また、第1及び第2の実施形態では、第1〜第Nの影響度を統合して提示情報を生成したが、第1〜第Nの影響度夫々の影響度毎に情報を提示してもよい。これにより、ユーザがその情報を見て自ら判断することができるため、医師がより適切な情報を得ることが可能となる。
また、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(または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。
100:医療診断線装置、102:入力情報取得部、104:推論部、106:影響度取得部、106−1〜106N:第1〜第Nの影響度算出部、108:提示部、200:症例情報入力端末

Claims (14)

  1. 入力された医用情報を取得する取得手段と、
    前記医用情報に基づいて、各診断名である確率を推論する推論手段と、
    前記医用情報の各構成要素の、前記推論手段による推論結果に対する影響度を示す第1の影響度を夫々算出する第1の影響度算出手段と、
    複数の構成要素で構成される前記医用情報の各部分情報の、前記推論手段による推論結果に対する影響度を示す組み合わせ影響度を夫々算出する組み合わせ影響度算出手段と、
    前記第1の影響度及び前記組み合わせ影響度に基づいて、ユーザに対する提示情報を生成する生成手段とを有することを特徴とする医療診断支援装置。
  2. 前記組み合わせ影響度算出手段は、前記部分情報の構成要素数を用いて前記組み合わせ影響度を算出することを特徴とする請求項1に記載の医療診断支援装置。
  3. 前記組み合わせ影響度算出手段は、前記第1の影響度を用いて前記組み合わせ影響度を算出することを特徴とする請求項1に記載の医療診断支援装置。
  4. 前記組み合わせ影響度算出手段は、N個(N≧2)の構成要素で構成される前記医用情報の各部分情報の、前記推論手段による推論結果に対する影響度を示す第Nの影響度を夫々算出するものであって、前記第Nの影響度が算出される前記部分情報の構成要素数Nの最大値がMの場合、第2乃至第Mの影響度を夫々算出することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の医療診断支援装置。
  5. 前記生成手段は、前記第1乃至第Mの影響度に基づいて、ユーザに対する提示情報を生成することを特徴とする請求項4に記載の医療診断支援装置。
  6. 前記組み合わせ影響度算出手段は、第N−1の影響度を用いて前記第Nの影響度を算出することを特徴とする請求項4又は5に記載の医療診断支援装置。
  7. 前記組み合わせ影響度算出手段は、前記第1乃至第N−1の影響度を用いて前記第Nの影響度を算出することを特徴とする請求項4又は5に記載の医療診断支援装置。
  8. 前記部分情報の構成要素数Nは、前記取得手段により取得される前記医用情報の構成要素数以下の数であることを特徴とする請求項4乃至7の何れか1項に記載の医療診断支援装置。
  9. 前記生成手段は、前記第1の影響度及び前記組み合わせ影響度の大きさに従って、前記医用情報の各構成要素及び前記医用情報の各部分情報から前記提示情報の生成の際に用いる情報を選択することを特徴とする請求項1乃至の何れか1項に記載の医療診断支援装置。
  10. 前記生成手段は、前記部分情報について算出された前記組み合わせ影響度が、前記部分情報の真部分集合における少なくとも一つの影響度より小さい場合、前記提示情報の生成の際に前記部分情報を選択しないことを特徴とする請求項に記載の医療診断支援装置。
  11. 前記生成手段は、前記第1の影響度及び前記組み合わせ影響度の大きさに従って選択した情報を、前記推論結果に対する推論根拠として提示するように前記提示情報を生成することを特徴とする請求項又は10に記載の医療診断支援装置。
  12. 前記第1の影響度の算出方法と前記組み合わせ影響度の算出方法が異なることを特徴とする請求項1乃至11の何れか1項に記載の医療診断支援装置。
  13. 医療診断支援装置によって実行される医療診断支援方法であって、
    入力された医用情報を取得する取得ステップと、
    前記医用情報に基づいて、各診断名である確率を推論する推論ステップと、
    前記医用情報の各構成要素の、前記推論ステップによる推論結果に対する影響度を示す第1の影響度を夫々算出する第1の影響度算出ステップと、
    複数の構成要素で構成される前記医用情報の各部分情報の、前記推論ステップによる推論結果に対する影響度を示す組み合わせ影響度を夫々算出する組み合わせ影響度算出ステップと、
    前記第1の影響度及び前記組み合わせ影響度に基づいて、ユーザに対する提示情報を生成する生成ステップとを有することを特徴とする医療診断支援方法。
  14. 入力された医用情報を取得する取得ステップと、
    前記医用情報に基づいて、各診断名である確率を推論する推論ステップと、
    前記医用情報の各構成要素の、前記推論ステップによる推論結果に対する影響度を示す第1の影響度を夫々算出する第1の影響度算出ステップと、
    複数の構成要素で構成される前記医用情報の各部分情報の、前記推論ステップによる推論結果に対する影響度を示す組み合わせ影響度を夫々算出する組み合わせ影響度算出ステップと、
    前記第1の影響度及び前記組み合わせ影響度に基づいて、ユーザに対する提示情報を生成する生成ステップとをコンピュータに実行させるためのプログラム。
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