特許 7667984 判定装置、判定方法およびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-04-16

(45)【発行日】2025-04-24

(54)【発明の名称】判定装置、判定方法およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   A61B 10/00 20060101AFI20250417BHJP

   A61B 5/00 20060101ALI20250417BHJP

【ＦＩ】

A61B10/00 Q

A61B5/00 M

A61B5/00 101A

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2023525325

(86)(22)【出願日】2021-06-04

(86)【国際出願番号】 JP2021021411

(87)【国際公開番号】W WO2022254707

(87)【国際公開日】2022-12-08

【審査請求日】2024-03-29

(73)【特許権者】

【識別番号】515074961

【氏名又は名称】株式会社ヒューマン・エンジニアリング

(73)【特許権者】

【識別番号】390001421

【氏名又は名称】学校法人早稲田大学

(73)【特許権者】

【識別番号】504180239

【氏名又は名称】国立大学法人信州大学

(73)【特許権者】

【識別番号】514268637

【氏名又は名称】株式会社Ｑ’ｓｆｉｘ

(74)【代理人】

【識別番号】100145713

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 竜太

(72)【発明者】

【氏名】宗田 孝之

(72)【発明者】

【氏名】中村 厚

(72)【発明者】

【氏名】村田 綾華

(72)【発明者】

【氏名】古賀 弘志

(72)【発明者】

【氏名】皆川 茜

【審査官】後藤 昌夫

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－１３０８９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／２１６６８０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－２５２８９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１７４６７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－２０８９００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２５２９０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ １０／００

Ａ６１Ｂ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被験者の爪甲色素線条における関心領域のデジタルカラー画像データを取得する取得部と、
前記デジタルカラー画像データの各画素のＲ値のばらつきと、Ｇ値のばらつきと、Ｂ値のばらつきとに基づいて、指標値を算出する算出部と、
前記指標値が閾値よりも高い場合、爪甲色素線条の悪性と判定し、前記指標値が閾値よりも低い場合、爪甲色素線条の良性と判定する結果を出力する出力部と、
を備える判定装置。

【請求項2】

色順応変換によって、前記デジタルカラー画像データの色バランスを調整する変換部をさらに備え、
前記取得部は、前記関心領域の色順応変換後のデジタルカラー画像データから、前記指標値を算出する
請求項１に記載の判定装置。

【請求項3】

前記算出部は、式（１）から、前記指標値を算出する
請求項１または２に記載の判定装置。
［数１］

【請求項4】

コンピュータが、被験者の爪甲色素線条における関心領域のデジタルカラー画像データを取得し、
前記コンピュータが、前記デジタルカラー画像データの各画素のＲ値のばらつきと、Ｇ値のばらつきと、Ｂ値のばらつきとに基づいて、指標値を算出し、
前記コンピュータが、前記指標値が閾値よりも高い場合、爪甲色素線条の悪性と判定し、前記指標値が閾値よりも低い場合、爪甲色素線条の良性と判定する結果を出力する、
判定方法。

【請求項5】

コンピュータを、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の判定装置として機能させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、判定装置、判定方法およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

爪母に存在するメラノサイトは、正常状態では不活性でメラニンを産生しない。このメラノサイトが、がん化の有無にかかわらず、メラニンを産生し始める場合がある。産生されたメラニンは爪の成長とともに、爪甲色素線条と呼ばれるパターンを形成する。メラノサイトががん化していないときの爪甲色素線条は、良性母斑とみなされる。爪甲色素線条パターンから、爪母に存在するメラノサイトががん化しているか否かを判定できると考えられる。

【0003】

しかしながら、ダーモスコープを用いて目視によってこのパターンが良性か悪性かを判定するために、相当の経験が必要である。また悪性黒色腫の場合、一般に生検が行われる。生検は、患者の負担が大きく、患者の利益につながらない。これらのことが爪甲色素線条の確定診断は、難しいと考えられ、予後を悪くする要因にもなっている。従って、非侵襲で客観的な爪甲色素線条の判定方法の実現が、臨床現場から強く要求されている。

【0004】

そこで発明者らは、非侵襲で且つ客観的に爪甲色素線条の良性または悪性を判定する方法を発明した（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。特許文献１は、爪甲色素線条のデジタルカラー画像内における各画素のＲＧＢパラメータ値を、それら３つを成分とする３次元ベクトルとみなし、３次元ベクトルと基準ベクトルのなす角の出現確率から、閾値を求める。特許文献２は、３次元ベクトルのＲＧＢ空間における緯度変数と経度変数を求め、求めた緯度変数と経度変数に基づいて規定される点の分布から指標値を求める。特許文献２はさらに、指標値を閾値で区別して爪甲色素線条の悪性または良性を判定する。

【0005】

特許文献１－２に記載の方法で、時間をおいて複数回の検査をすると、良性または悪性の判定結果が変わる場合があった。そこで発明者らは、各検査の指標値の経過を考慮して、判定する方法を提案した（特許文献３）。

【0006】

また発明者らは、皮膚疾患の診断のための爪甲色素線条等の解析方法を発明した（例えば、特許文献４参照）。特許文献４は、被験者の爪甲色素線条等のカラーデジタル画像の色バランス調整を色順応変換によって行うことを開示する。特許文献４により、ダーモスコピー検査の画像の色合いを補正し、検査者や撮影デバイスに依存しないカラーデジタル画像を得ることが可能になる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０１０－２５２８９５号公報

【文献】特開２０１１－１３０８９７号公報

【文献】特開２０１６－１７４６７１号公報

【文献】国際公開２０１８／２１６６８０

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

爪甲色素線条の良性または悪性を、より早く適切に判定可能な方法の開発が求められている。特許文献１－２に記載の方法は、時間の経過とともに判定結果が変わる場合がある。特許文献３に記載の方法は、各検査の指標値の経過を考慮して判定するので、生検の要否の判明までに時間がかかる場合がある。

【0009】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、爪甲色素線条の良性または悪性を、より早く適切に判定可能な技術を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の一態様の判定装置は、被験者の爪甲色素線条における関心領域のデジタルカラー画像データを取得する取得部と、前記デジタルカラー画像データの各画素のＲＧＢ値のばらつきから、指標値を算出する算出部と、前記指標値が閾値よりも高い場合、爪甲色素線条の悪性と判定し、前記指標値が閾値よりも低い場合、爪甲色素線条の良性と判定する結果を出力する出力部と、を備える。

【0011】

本発明の一態様の判定方法は、コンピュータが、被験者の爪甲色素線条における関心領域のデジタルカラー画像データを取得し、前記コンピュータが、前記デジタルカラー画像データの各画素のＲＧＢ値のばらつきから、指標値を算出し、前記コンピュータが、前記指標値が閾値よりも高い場合、爪甲色素線条の悪性と判定し、前記指標値が閾値よりも低い場合、爪甲色素線条の良性と判定する結果を出力する。

【0012】

本発明の一態様は、上記判定装置として、コンピュータを機能させるプログラムである。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、爪甲色素線条の良性または悪性を、より早く適切に判定可能な技術を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本発明の実施の形態に係る判定装置の機能ブロックを説明する図である。

【図2】図２は、ダーモスコープを用いて爪甲色素線条を撮影する様子を説明する図である。

【図3】図３は、爪甲色素線条の一例である。

【図4】図４は、判定装置による判定処理を説明するフローチャートである。

【図5】図５は、本発明の実施の形態に係る判定装置による判定結果を説明する図である。

【図6】図６は、判定装置に用いられるコンピュータのハードウエア構成を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付し説明を省略する。

【0016】

（判定装置）
図１に示す本発明の実施の形態に係る判定装置１は、図２－３に示すように、被験者の爪１０１に生じた爪甲色素線条１０２をダーモスコープ２で撮影した画像データに基づいて、指標値を算出する。判定装置１は、指標値と閾値を比較して、爪甲色素線条１０２の悪性または良性を判定する。判定装置１による判定結果は、医師等のユーザによる、爪甲色素線条１０２の診断を支援する。

【0017】

判定装置１は、デジタルカラー画像データ１１および指標値１２の各データと、取得部２１、変換部２２、算出部２３および出力部２４の各機能を備える。各データは、メモリ９０２またはストレージ９０３に記憶される。各機能は、CPU９０１に実装される。

【0018】

デジタルカラー画像データ１１は、被験者の爪甲色素線条１０２における関心領域のデータである。デジタルカラー画像データ１１は、例えばカメラ機能付きのダーモスコープ２で撮影される。関心領域（ＲＯＩ：Region of Interest）は、被験者の爪甲色素線条１０２を含む部分、または爪甲色素線条１０２の一部分である。デジタルカラー画像データ１１は、関心領域に対応する各画素に、その画素で表現される色の値を対応づけて、関心領域をデジタル化したデータである。本発明の実施の形態においてデジタルカラー画像データ１１は、領域内の各画素に、赤緑青（ＲＧＢ）の各色の値を対応づける。

【0019】

指標値１２は、デジタルカラー画像データ１１の各画素のＲＧＢ値のばらつきから算出される。指標値１２は、関心領域が良性か悪性かを判断する指標である。指標値は、識別指標（ＤＩ：Discrimination Index）値とも呼ばれる。

【0020】

取得部２１は、被験者の爪甲色素線条１０２における関心領域のデジタルカラー画像データ１１を取得する。取得部２１は、ダーモスコープ２から、被験者の爪１０１部分を撮影したデジタル形式の画像データを取得する。取得部２１は、取得した画像データのうち、関心領域を切り出して、デジタルカラー画像データ１１を生成する。関心領域は、ユーザが指定しても良いし、所定のプログラムが指定しても良い。

【0021】

変換部２２は、色順応変換によって、デジタルカラー画像データ１１の色バランスを調整して、デジタルカラー画像データ１１を更新する。変換部２２は、色バランスを調整して、デジタルカラー画像データ１１の色合いを補正して標準化する。

【0022】

一般的に、ダーモスコピー検査において、ダーモスコープによる撮影環境、ダーモスコープに用いられる画像処理エンジン等によって、色バランスが異なる場合がある。例えば、ダーモスコープによる撮影環境としては、ダーモスコピー検査で使用する装置に依存して変化する照明光の分光分布等の影響がある。そこで変換部２２は、色バランスの調整により、検査における撮影環境および画像処理エンジン等に起因する色バランスの相違を、排除する。変換部２２は、色バランス調整により、精度高く爪甲色素線条１０２を判定することが可能になる。

【0023】

変換部２２は、各種装置で撮影されたデジタルカラー画像データにおいて、白色の見え方が一定になるように各デジタルカラー画像データの色合いを調整する。変換部２２は、種々の条件下で得られたデジタルカラー画像データにおいて、所定の画素の平均色度座標を、予め設定した基準となる色度座標に変換することで、色合いを標準化する。詳細は、特許文献４に記載される。なお特許文献４は、本明細書の一部として援用する。

【0024】

算出部２３は、デジタルカラー画像データ１１の各画素のＲＧＢ値のばらつきから、指標値１２を算出する。算出部２３は、変換部２２による色合い調整後のデジタルカラー画像データ１１を用いるのが好ましい。

【0025】

算出部２３は、各画素のＲ値のばらつき、Ｇ値のばらつきおよびＢ値のばらつきから、指標値１２を算出する。指標値１２は、デジタルカラー画像データ１１の各画素のＲ値、Ｇ値およびＢ値の各値の標準偏差の合計を、画素数で正規化して算出される。

【0026】

算出部２３は、式（１）から、指標値１２を算出する。

【0027】

【数1】

【0028】

算出部２３は、デジタルカラー画像データ１１における色の多様性が高いほど、高い指標値１２を算出する。算出部２３は、デジタルカラー画像データ１１における色の多様性が低いほど、低い指標値を算出する。

【0029】

出力部２４は、指標値が閾値よりも高い場合、爪甲色素線条１０２の悪性と判定し、指標値が閾値よりも低い場合、爪甲色素線条１０２の良性と判定する結果を出力する。ＲＧＢの各値が８ビットで表現され、０－２５５の範囲を有する場合、閾値は、例えば４０である。

【0030】

なお出力部２４による判定結果は、医師としての最終判断ではなく、医師の判断を支援する要素の一つである。例えば指標値１２が閾値よりも高い場合、爪甲色素線条１０２の悪性の可能性が高いので、出力部２４は、生検を促すメッセージを表示しても良い。指標値が閾値よりも低い場合、爪甲色素線条１０２の良性の可能性が高いので、出力部２４は、生検不要、または経過観察等のメッセージを表示しても良い。

【0031】

図４を参照して、本発明の実施の形態に係る判定装置１による判定方法を説明する。図４に示す処理の順序は一例であって、これに限るものではない。

【0032】

ステップＳ１において判定装置１は、被験者の爪甲色素線条１０２の関心領域のデジタルカラー画像データ１１を取得する。ステップＳ２において判定装置１は、ステップＳ１で取得したデジタルカラー画像データ１１を、色順応変換によって色バランスを調整して、更新する。

【0033】

ステップＳ３において判定装置１は、ステップＳ２における色バランスが調整されたデジタルカラー画像データ１１の各画素のＲＧＢ値のばらつきから、指標値を算出する。

【0034】

ステップＳ４において、ステップＳ３で算出された指標値と閾値を比較して、悪性または良性を判定する。指標値が閾値よりも高い場合、ステップＳ５において判定装置１は、デジタルカラー画像データ１１で撮影された爪甲色素線条１０２が悪性の可能性が高いと判定する。指標値が閾値よりも低い場合、ステップＳ６において判定装置１は、デジタルカラー画像データ１１で撮影された爪甲色素線条１０２が良性の可能性が高いと判定する。

【0035】

ステップＳ７において判定装置１は、ステップＳ５またはステップＳ６での判定結果を、ディスプレイ等の出力装置に出力する。

【0036】

図５を参照して、本発明の実施の形態に係る判定装置１による判定結果を説明する。図５（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、爪甲色素線条１０２の関心領域を判定したＲＯＣ（Receiver Operating Characteristic）曲線である。ＲＯＣ曲線の縦軸は、真陽性率で、横軸は偽陽性率である。ＡＵＣ（Area Under the Curve）は、ＲＯＣ曲線より下部分の面積である。ＡＵＣは、１に近いほど判別能が高いことを示す。

【0037】

図５（ａ）は、特許文献１および特許文献２で記載した方法による判定結果である。図５（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る判定装置１の判定結果である。図５（ａ）および図５（ｂ）の判定結果は、爪甲色素線条の１００症例について判定したものである。１００症例のうち、医師の診断により、８０症例が良性と判断され、２０症例が悪性と判断される。各判定方法による判定結果と、医師の診断結果による正解ラベルから、真陽性率と偽陽性率が算出される。

【0038】

図５（ａ）に示す従来の判定結果において、ＡＵＣは０．７１１である。一方、図５（ｂ）に示す本発明の実施の形態に係る判定結果において、ＡＵＣは０．８４８であり、従来の判定結果よりも判別能が高いことがわかる。

【0039】

また、畳み込みニューラルネットワークによるディープラーニングを用いた判定結果において、ＲＯＣ曲線のＡＵＣは、０．６２１である（J.K. Winkler et al., European Journal of Cancer 127 (2020) e21-29）。一方、本発明の実施の形態に係る判定装置１による判定結果において、ＡＵＣが０．８４８である。判定装置１は、ディープラーニングによる判定結果よりも高い判別能を有することがわかる。

【0040】

また本発明の実施の形態に係る判定装置１による悪性（メラノーマ）の検出に関する感度は０．８５で、特異度は０．７９である。これに対し皮膚科専門医８人平均の感度は０．６６で、特異度は０．９８である。非皮膚科医８人平均の感度は０．４６で、特異度は０．９７である。このことから、特異度は、皮膚科専門医および非皮膚科医の判断の方が高いものの、感度は判定装置１による判定の方が高い傾向がある。判定装置１は、医師の判断に比べ、悪性を適切に判定し、早急に被験者に生検を促すことができる。

【0041】

爪部メラノーマの豊富な診療実績を持つエキスパート３人の多数決による生検要否判定を正解ラベルとすると、判定装置１による判定結果において感度は０．９５、特異度は０．８２、ＡＵＣは０．９２となる。判定装置１は、爪部メラノーマのエキスパートの医師と同等に、爪甲色素線条の良性または悪性を判定することができる。

【0042】

本発明の実施の形態に係る判定装置１は、ダーモスコープ２で爪甲色素線条１０２の関心領域が撮影されたデジタルカラー画像データ１１において、各画素のＲＧＢ値のばらつきから、指標値を算出して、爪甲色素線条１０２の良性または悪性を判定する。発明者らの知見によると、「悪性黒色腫の本質は、色調を含む形態の無秩序さである」ことから、判定装置１が、関心領域における色調の多様性を考慮して指標値を算出することで、爪甲色素線条１０２の判定に好適な指標値を算出することができる。

【0043】

また判定装置１は、変換部２２が色バランスを調整することにより、撮影機器、撮影者、撮影環境等の差異による指標値の影響を抑制することができる。判定装置１が算出する指標値は、入力画像に対する堅牢性が高く、爪甲色素線条１０２を客観的に評価することができる。

【0044】

上記説明した本実施形態の判定装置１は、例えば、CPU（Central Processing Unit、プロセッサ）９０１と、メモリ９０２と、ストレージ９０３（HDD：Hard Disk Drive、SSD：Solid State Drive）と、通信装置９０４と、入力装置９０５と、出力装置９０６とを備える汎用的なコンピュータシステムが用いられる。このコンピュータシステムにおいて、CPU９０１がメモリ９０２上にロードされたプログラムを実行することにより、判定装置１の各機能が実現される。

【0045】

なお、判定装置１は、１つのコンピュータで実装されてもよく、あるいは複数のコンピュータで実装されても良い。また判定装置１は、コンピュータに実装される仮想マシンであっても良い。

【0046】

判定装置１のプログラムは、HDD、SSD、USB（Universal Serial Bus）メモリ、CD (Compact Disc)、DVD (Digital Versatile Disc)などのコンピュータ読取り可能な記録媒体に記憶することも、ネットワークを介して配信することもできる。

【0047】

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。

【符号の説明】

【0048】

１ 判定装置
２ ダーモスコープ
１１ デジタルカラー画像データ
１２ 指標値
２１ 取得部
２２ 変換部
２３ 算出部
２４ 出力部
９０１ CPU
９０２ メモリ
９０３ ストレージ
９０４ 通信装置
９０５ 入力装置
９０６ 出力装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】