JP6885564B2 - 腫瘍および/または健常組織の非侵襲的検出方法およびハイパースペクトルイメージング装置 - Google Patents
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Description
ハイパースペクトルイメージングは異なる医療用途において、特に、器官間の区別および、例えば健常か悪性かなどの組織の同定のために使用される。最も見込みのある実装例の1つは脳腫瘍の同定に関するものである。
同じクラスタに属するすべての画素に対して同じ類別を割り当てる前に、画素毎の類別の空間的均質化を行うことを包含してもよい。画素毎の類別の均質化を行うことにより、本方法の出力は標的組織のさらにより正確な位置特定および拡張を持ち得ることがわかった。
機械学習アプローチをグラウンドトルース標識データセットにより仕込むことを包含してもよい。本方法は、信頼できる出力を提供するために患者の以前のプローブ測定データを必要としなくてもよい。出力は1人より多い患者(異なる人々)および1タイプの組織にとって有効であるとよい。
標識(分類)すべきハイパースペクトル画像内の少なくとも1つの参照画素を選択することと、
各画素の参照画素に対するスペクトル角度を計算することと、
参照画素に関連する所定のスペクトル角度閾値を考慮に入れ得るスペクトル角度マップ(またはいかなる他の視覚表現)を生成することと、
所定のスペクトル角度閾値内のスペクトル角度を持つ画素を備え得るハイパースペクトル画像のある領域(またはゾーン)に標識を割り当てることと、
標識領域を備え得るグラウンドトルースマップ(またはいかなる他の視覚表現)を生成することと、によって得られ、
ここで標識(分類)は病理学的状態を備えてもよい。
別の局面では、ハイパースペクトルイメージング装置が開示される。本装置は、
標的組織の可視画像を表示するように構成された光学装置と、
標的組織のハイパースペクトル画像を得るように構成されたカメラと、
カメラおよび光学装置とデータ通信を行う処理プラットホームと、を備え、
光学装置はまた、処理されたハイパースペクトル画像から得られる(マップなどの)情報を表示するように構成され、
処理プラットホームは、ここで開示した方法の例のいずれかによる方法を実装するように構成されてもよい。
緑=通常組織
赤=腫瘍組織
青=血管および血管過多組織
黒=背景要素および他の組織、材料または物質
各画素のハイパースペクトルデータの次元縮退を行うことと、
画素毎の類別データおよび次元縮退ハイパースペクトルデータが供給されるフィルタリングアプローチを実装することと、を包含してもよく、ここでフィルタリングアプローチは画素にその画素近隣のうちで最も一般的な(共通する)類別を割り当ててもよい。
極端な帯域を避ける別の可能な理由としては、ハイパースペクトルカメラは再現性インデックスが劣るということであり得る。
画像のスペクトル分解能が極端に高いため、連続した帯域が相互に関連し、除去してもよい冗長情報が提供され得る。帯域平均化は、ハイパースペクトル画像の少なくとも1つの帯域を除去することを包含してもよく、除去された帯域は別の連続した帯域と相互に関連し得る。
標識すべき(ラベルを付すべき)ハイパー画像の少なくとも1つの参照画素を選択することと、
各画素の参照画素に対するスペクトル角度を計算することと、
参照画素に関連する所定のスペクトル角度閾値を考慮に入れてスペクトル角度マップを生成することと、
標識を、所定のスペクトル角度閾値内のスペクトル角度を持つ画素を備え得るハイパースペクトル画像のある領域に割り当てることと、
標識領域を備え得るグラウンドトルースマップを生成することと、を提供してもよく、
ここで標識は病理学的状態を備えてもよい。
処理プラットホーム/装置4からハイパースペクトルカメラなどのカメラ3へと制御信号を送ることおよび/または標的組織5のハイパースペクトル画像を受け取ることを包含してもよい。制御信号およびハイパースペクトル画像は通信ネットワークを通して送るとよい。
標的組織5の視覚画像を表示するように構成され得る光学装置2と、
標的組織5のハイパースペクトル画像を得るように構成され得るカメラ3であって、いくつかの例では、この装置は2つのハイパースペクトルカメラ、NIRおよびVNIRを備えてもよい、カメラ3と、
カメラ3および光学装置2とデータ通信する処理プラットホーム4と、を備えてもよく、
光学装置2はまた、処理されたハイパースペクトル画像から得られる少なくともマップまたはいかなる他の視覚表現などの情報を表示するように構成されてもよく、
処理プラットホーム4はここに開示した例のいずれかによる方法を実装するように構成されてもよい。
Claims (18)
- ハイパースペクトルイメージングを用いた腫瘍および/または健常組織の非侵襲的検出方法であって、
少なくとも1つの画素のハイパースペクトルデータが供給される機械学習アプローチを実装することによって、標的組織から得られるハイパースペクトル画像の画素毎の類別を決定することと、
各画素のハイパースペクトルデータに基づいて画素を少なくとも1つのクラスタにグループ分けすることによって、前記ハイパースペクトル画像の分割を行うことと、
同じクラスタに属するすべての画素に同じ類別を割り当て、これにより各クラスタを一定の類別と関連付けることと、
前記同じクラスタに属するすべての画素に対して同じ類別を割り当てることの前に、画素毎の類別の空間的均質化を行うことと、を包含する方法。 - 前記画素毎の類別を決定すること、前記分割を行うこと、および前記同じ類別を割り当てることのうちの少なくとも1つの前に、前記ハイパースペクトルデータの前処理を行うことをさらに包含する、請求項1に記載の方法。
- 前記同じクラスタに属するすべての画素に同じ類別を割り当てることの後に、前記ハイパースペクトル画像のクラスタ毎の類別マップを生成することをさらに包含する、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記クラスタ毎の類別マップにおいて、互いに異なる類別を持つクラスタに異なる色特性を割り当てることであって、所定の色特性は各類別に関連していることをさらに包含する、請求項3に記載の方法。
- 割り当てられた類別の確率に依存してクラスタの色特性を低下させることをさらに包含する、請求項4に記載の方法。
- クラスタ内の異なる類別の確率のパーセンテージを考慮に入れて、同じクラスタ内の異なる類別に関連する異なる色特性を混合させることをさらに包含する、請求項4に記載の方法。
- 前記画素毎の類別の空間的均質化を行うことの後に、前記ハイパースペクトル画像の空間的に均質化された画素毎の類別マップを生成することをさらに包含する、請求項1に記載の方法。
- 前記類別は以下のクラス:腫瘍組織、健常組織、血管過多組織、血管、背景要素、原発性腫瘍組織および転移性腫瘍組織のうちの少なくとも1つを備える、請求項1〜7のいずれかに記載の方法。
- 類別は各クラスタにおける最も頻繁な画素類別に対応して前記クラスタに割り当てられる、請求項1〜8のいずれかに記載の方法。
- 前記画素毎の類別の空間的均質化は、
各画素のハイパースペクトルデータの次元縮退を行うことと、
画素毎の類別データおよび次元縮退したハイパースペクトルデータが供給されるフィルタリングアプローチを実装することであって、前記フィルタリングアプローチは画素にその画素近隣のうちで最も共通する類別を割り当てるものであることと、を包含する、請求項1〜9のいずれかに記載の方法。 - 前記ハイパースペクトルデータの前処理は、画像較正、ノイズフィルタリングおよびノイズ除去、帯域平均化および正規化のうちの少なくとも1つを包含する、請求項2に記載の方法。
- 前記画像較正は、前記標的組織の表面にわたる非均一の照射によって生じる各画素のスペクトルシグネチャのバラツキを訂正することを包含する、請求項11に記載の方法。
- 前記帯域平均化は、前記ハイパースペクトル画像の少なくとも1つの帯域を除去することを包含し、除去された帯域は別の連続した帯域と相互に関連する、請求項11又は12に記載の方法。
- 前記正規化は、各画素の大きさをそのスペクトルシグネチャの形状を修正することなく均質化することを包含する、請求項11〜13のいずれかに記載の方法。
- 標的組織の可視画像を表示するように構成された光学装置と、
前記標的組織のハイパースペクトル画像を得るように構成されたカメラと、
前記カメラおよび前記光学装置とデータ通信を行う処理プラットホームと、を備え、
前記光学装置はまた、処理されたハイパースペクトル画像から得られる情報を表示するように構成され、
前記処理プラットホームは、請求項1〜14のいずれかに記載の方法を実装するように構成される、ハイパースペクトルイメージング装置。 - 前記光学装置は外科用顕微鏡を備え、前記外科用顕微鏡は、前記標的組織の視覚画像を表示するように構成された1つの接眼レンズと、処理されたハイパースペクトル画像から得られる前記情報を表示するように構成された別の接眼レンズとを備えている、請求項15に記載のハイパースペクトルイメージング装置。
- 計算システムに請求項1〜14のいずれかに記載の方法を行わせるためのプログラム命令を備えている、コンピュータプログラム製品。
- メモリおよびプロセッサを備え、前記メモリに記憶され前記プロセッサによって実行可能な命令を具体化する計算装置であって、前記命令は、請求項1〜14のいずれかに記載のハイパースペクトルイメージングを用いた腫瘍および/または健常組織の非侵襲的検出方法を実行する機能性を備えている、計算装置。
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