要旨
カラー画像に基づく形態学的診断は医療に重要な役割を果たしている。それらの色の再現性と診断精度の関係は、用途により一様ではないが、特定の条件では不十分な色再現が誤診を招く恐れがある。それにも拘わらず、医療現場での十分な検証がなされないまま、急速にデジタルカラー画像が普及しつつある。
診断に耐える色再現の確保には、測色的再現色のキャリブレーション技術が利用できるが、十分とは言えない。マルチスペクトルイメージング技術を用いれば根本的解決が期待されるが、その実用化までの間は、診断等価性の確保に努めるべきである。
色再現の問題について、最も誤診を恐れる筈の医療現場から不安の声があまり聞かれないのは、多くの医療従事者が「錐体細胞が３種類なら３原色による色再現で十分」などと思い込んでいるためである。したがって本来のニーズを顕在化させるには、色についての正しい認識を広めることが不可欠である。

Summary
Morphological diagnosis which requires reliable color imaging plays one of essential roles in medicine. However, a large potential risk of erroneous diagnoses caused by inaccurately reproduced colors has been left in digital imaging that is rapidly spreading in medicine.
Aiming at ensuring enough accuracy of color reproduction for reliable diagnosis, several calibration techniques for colorimetric color reproduction may be put into practice, yet they have serious weak points. Multispectral imaging is the most hopeful technology that would provide perfect solution to medical color complications when it will be available. Until the time comes, every endeavor to ensure the 'diagnostic equivalence' among various display equipment should be required.
An important question is why medical practitioners who are most nervous about erroneous diagnosis do not complain of inaccurate color reproduction. Our experience in collaborative study with researchers from various medical subfields and from the color engineering field has revealed the very reason. That is, most of them have so simplified color conceptions, for example, 'The three primary colors can reproduce every color because we have only three kinds of cone cells,' that they believe present performance of color reproduction reaches a theoretical limit. Therefore, we should make them realize the truth of color by any means.

Key words : medical color imaging, multispectral imaging, color reproduction, diagnostic accuracy, morphological diagnosis

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まえがき

医学診断は人命に直接関わるため、医用画像に極めて高い品質が求められることは、あまりにも当然である。遠隔医療、電子カルテ、電子教科書、遠隔医学教育等の実用化が勢いを増し、大量のデジタル画像やその入出力装置が医療現場に浸透しつつある現在も、そのことに全く変わりはない[1]。しかしながら実際には、デジタル画像に基づく医学的診断の信頼性が十分に検証されないまま、そのことの危険性が驚くほど軽視されている。グレイスケール画像についてはこれまでかなりの検討がなされ、それに基づいて一定の規格が定められているが、カラー画像については殆ど手が付けられていない[2]。
そこで一刻も早く状況を打開すべく、医療の各分野、そして色彩工学から問題意識を共有する研究者が集まり、共同での取り組みがなされてきた。この活動は、1999年からは年１回のシンポジウムの開催[3〜5]、2000年からは研究会活動[6]を通じて、2001年2月には英文成書の発刊などの成果をもたらした[7]。さらに最近、医療現場でこの問題が座視されている大きな要因として、色についての致命的な認識のずれが浮かび上がってきた。
そこで本稿では、各医療分野におけるカラー画像利用の現状、および診断精度に関する研究を紹介すると共に、色を理解する際の落とし穴とその克服の戦略について指摘し、斯界の現状に一石を投じる責を果たしたい。


１．医療におけるカラー画像利用の現状

医用画像に正確な色再現が求められることは言うまでもない。ただし、要求される再現精度は決して一様ではなく、用途によって大きく異なる。

1）病理細胞診 [8]
病理診断では、スライド標本を作製して顕微鏡で観察するか、あるいは臓器をそのまま肉眼で観察する。この分野は専門領域が細分化されているうえ、日本では特に病理医が不足しているので、頻繁に遠隔地の専門家に相談する必要が生じる。これまではスライド標本を郵送していたが、それに代わってカラー画像を通信回線で転送する、いわゆる遠隔病理診断（telepatholoy）が導入されつつある。
高精細な医用画像の転送実験には病理組織画像がよく用いられる。しかし顕微鏡診断の標本は人工的な色素で染色されているため、染まっているか否かが区別できればよく、色調の差が診断に与える影響は少ない。むしろ染色の巧拙の方がはるかに大きな問題である。一方肉眼診断では、臓器そのものの微妙な色が重要であるが、画像を遠隔地へ転送する必要性は少ない。そのため、現在市販されている遠隔病理診断用の機器は、概ね実用の域にあると考えられている。
一方、臓器の保存は著しく場所を取り、かつ保存のための固定処理により新鮮な状態の色は失われてしまうので、新鮮な状態で撮影した写真を保管することが一般的である。近年、膨大な写真の管理負担に耐えきれず、多くの情報を失うことを承知で、やむを得ずデジタル画像に置き換える動きが進んでいる。なお、スライド標本は比較的場所を取らず、またカラー画像では代替しきれない部分が多いために、デジタル化はあまり進んでいない。
また、膨大な検体数の処理を要する細胞診を省力化するため、自動細胞診装置も市販されているが、色情報を含むその画像処理技術には、未だ改善の余地があると言われている。

2）臨床検査 [9]
臨床検査というと、数値によって示される検査データがお馴染みであるが、血液、骨髄、尿、微生物等の顕微鏡診断、あるいは免疫電気泳動像や超音波画像診断等、極めて多様な形態診断が行われている。この分野では数値データを大量に処理するためコンピュータの導入が早く、デジタル画像の利用も早かった。デジタル色画像に基づく診断精度の研究がこの分野から始まったのもそのためである。これまでにデジタル画像の問題点として、不正確な色再現、グラディエーションの荒さ、不十分な解像度が指摘され、その診断精度への影響の大きさは、標本ごとに異なることが明らかになっている。
なお、最も色に影響されるのは血球形態検査であり、染色の有無だけでなく、細胞内物質との反応による発色の微妙な変化が診断の決め手となるため、極めて正確な色再現が要求される。

3）消化管内視鏡検査 [10]
食道、胃あるいは大腸の粘膜病変の診断、特に早期癌を見落とさないためには、熟練した技術が必要である。病変部に親和性のある色素を散布して診断精度を高めるなどの工夫はなされているが、術者の巧拙を完全に補うことは困難である。そこで内視鏡画像のデジタル化により、粘膜病変のコンピュータ診断、レーザー焼灼における早期癌領域の自動検出あるいは観察画面への関連情報のリアルタイムスーパーインポーズ表示などが期待されている。これまでの研究によると、健常粘膜と病的粘膜から得られる主波長に有意の差はなかったが、ごく一部の症例では、罹患領域が自動検出され、描出に成功したものもある。

4）皮膚科 [11]
皮膚疾患は病巣表面が肉眼で観察できるので、あらゆる組織変化を反映する皮膚の色は、診断に必須かつ最重要の情報である。皮膚病変が呈する色は、ヘモグロビンやメラニン色素による吸収、角質や皮膚内部での乱反射、皮膚表面の皺などによりさまざまな影響を受け、微妙に変化する。そのため、銀塩写真やデジタルカメラを含め、これまで開発されたどの技術も、皮膚所見の記録には成功していない。即ち、医療分野の中で色に関して最も厳しい条件を要求するのが皮膚科であり、現在まで実物の観察に変わり得る方法はないと言われてきた。このため、未だに遠隔地の専門家へのコンサルテーションは困難であり、医学教育上も十分な教材は得られない。
したがって、今後デジタル画像技術の進歩により、実物同様に観察できる高精度の色再現手段が提供されれば、皮膚科診療には革命的な変化が予想される。逆に、従来の技術を前提にして電子カルテや遠隔医療が実現されても、皮膚科領域では全く無駄になる恐れが高い。

5）形成外科 [12]
皮膚の移植手術では、病気の治療という観点の他、美容面への配慮が必要であり、皮膚の色合わせが極めて重要である。しかし皮膚表面の外観は様々な因子に影響を受けるため、移植前に肉眼で確認するだけではうまく一致しない。そこで定量的に皮膚色の測定が行われるが、従来の測定装置は、皮膚表面のしわや汗腺の穴および照明条件による影響を受け、また照明光の一部が半透明の皮膚から検出範囲外へ漏れるなどの問題があった。そこでそれらの解決を目指し、積分球付きの非接触分光測色計をベースにして新しい測定装置が開発されている。

6）法医学 [13]
一酸化炭素中毒患者の皮膚色や皮下出血の経時変化等、色情報は死因を反映する極めて重要な所見である。従来は専ら写真による剖検記録を行っていたが、最近はデジタル画像を利用する場面が増えており、使用機器には厳密なカラーキャリブレーション機能が求められている。

7）脳神経外科 [14]
脳神経外科では複雑な立体構造の脳組織を対象に微細な手術が要求され、長時間を要することが多い。そのため、術者の目と手の代替機器、術野に立体解剖地図などを重ねて表示するナビゲーションシステム、ビデオカメラとフラットパネルディスプレーを備えた立体視顕微鏡ビデオ画像システムなど、さまざまな手術支援機器を組み合わせた低侵襲手術が実用化されつつある。このようなシステムでは、もし血液や組織の色が不正確に表示されれば手術を誤る恐れがあり、正確な色再現は必須である。

8）耳鼻咽喉科 [15]
耳、鼻腔、咽頭あるいは喉頭といった病変の部位に応じ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ストロボスコープ、電子内視鏡など、さまざまな機器が医学所見の記録に利用されている。しかし機器が標準化されてないうえ、医師の好みにより撮影条件が変えられてしまうため、記録された映像間での比較ができない。一部には、一定規格のカラーチャートを対象物と同時に写し込み、同じ色が再現されるように表示装置を較正している医師もいる。ただし補正効果には限界があるため、入出力仕様の根本的な標準化が求められている。

9）看護 [16]
看護は最も密接に患者と接する分野であり、本来その観察記録には膨大なマルチメディア情報が含まれる。しかしこれまでは適切な記録媒体がなかったため、殆どの情報が文字に置き換えて記録されてきた。しかし今後は在宅看護へのニーズ拡大により、患者やその家族とも共有できる、より分かりやすい情報が求められている。そのため、デジタルカメラによる褥瘡の記録などが積極的に試みられるようになり、色がうまく再現できない問題に直面し始めている。看護領域は医療現場で最もビジュアル情報が重用される分野だが、デジタル医用画像における正確な色再現の重要性については、議論が始まったところである。


２．色と診断

1）診断への色の影響
冒頭にも述べたように、色再現精度がどの程度医学的診断に影響するかについて、総合的な検討はなされていない。そこで本稿では、臨床検査分野で行われた予備的な研究結果を紹介する[17]。
実験では、尿検査、血液検査、微生物検査および病理検査の典型的標本から判定用のデジタル画像が計３６枚作成され、市販のディスプレー７機種（CRT４機種、液晶３機種）による表示画像を、それぞれの分野の専門家が６段階で評価した。その結果、多くは問題なしとされたが、微生物検査の１画像は３機種で、病理検査の１画像は１機種で診断不能とされた。即ち、特定の医用画像を特定の表示装置で観察した場合に限り問題が発生した（Table 1）。この結果から考えると、医師が診断に用いるディスプレーは通常１種類だけであるから、頻度は低いとしても、偶発的に誤診が発生する可能性は十分にある[18]。

2）診断に耐える色再現の確保
(a)測色的色再現のキャリブレーション [18]
現在実用化されている色のキャリブレーション方法は、すべて測色的色再現を対象としている。色校正機器はCRTや液晶パネル用のものはあるが、液晶プロジェクターやヘッドマウントディスプレー等にはない。カラーマネジメント技術は印刷物やディスプレーなど、測色的に再現された色を補正することはできるが、スペクトルを持った自然の色は扱えない。また決められたカラーチャートを対象物と同時に写し込み、同じ色が出るように表示装置を較正する方法は、照明の違いあるいは人間の眼の明暗順応や色順応は補えない。即ち、いずれも測色的色再現を対象としているが故の限界があり、十分な解決策を与えるものではない。

(b)マルチスペクトルイメージング [19〜21]
物体の分光反射率あるいは分光透過率そのものが記録できれば、入出力機器や照明に依存しない、極めて正確な色再現が可能となる。これを実現するマルチスペクトルイメージング技術の医療応用には、大きな期待が寄せられている。現時点では、コスト、感度および撮像速度の改善と、マルチスペクトル表示装置の開発が今後の課題である。

(c)診断等価性の確保 [18]
ゆくゆくはマルチスペクトルイメージング技術によって問題が解消されるとしても、それまでの間、誤診発生の危険性を放置しておく訳にはいかない。そこで、汎用表示装置のばらつきを、診断に影響しない程度にまで軽減する、簡便で実用的な方法が提案されている。この方法では、色再現性能の異なる表示装置であっても、ある医用画像の観察に用いて同じ診断が得られれば、医学診断用途において等価である、即ち「診断等価性」が確保されていると考える。
形態学的診断は、診断対象と医師の頭の中にある典型像とを比較することにより行われる。そこで、実際のキャリブレーターとしては、予め診断が確定した典型症例の医用画像集を用いる。医師は、自分の使っている表示装置で典型画像集を観察し、自分の診断と確定している診断とを比較することによって、自ら装置の評価や調整ができる。


３．色問題のピットフォール

これまで説明したように、現在のデジタルカラー画像を形態学的診断に用いると、誤診を招く恐れがある。この問題は、程度の差こそあれ、デジタル医用画像の普及と共に医療の各分野で表面化しつつある。万一それが原因で患者の命に関わるような事態が起これば、最も糾弾され矢面に立たされるのは現場の医師である。なぜ医師はそのような危険を声高に叫ぶことなく、むしろ進んでデジタル画像の導入を進めているのだろうか。
医師が文句を言わずに使っているということは、少なくともその時点でのニーズを満たしている証拠だと理解されがちであるが、全くそうではない。また、デジタル画像には保存、転送および複製による劣化がないという、あまりにも大きなメリットがあるので、多少の不満には目をつぶっていると考えるのも、事実と異なる。
現場の医師は、どんなに不満足なものであっても、現実に手に入る手段で最善を尽くすよう、常に強いられている。そのような環境の中では、実は「技術的な限界」という言葉が最も大きな力を持つ。ある手段がいかに大きな欠陥を抱えていても、この言葉によって、医師の自尊心も倫理的な責任も完全に充足されてしまう。即ち、医師は色覚についての医学的知識を持っているが故に、以下に列記するような認識のずれに気付かず、多くは現在得られる色再現精度が技術的な限界だと思い込んでいる。

1）センサーである錐体細胞は３種類しかないので、RGB３原色ですべての色を再現で きる→【本当は】３種類の錐体細胞の分光感度曲線は重なっており、等色関数のRGB値に負の値が生ずるために、理論的に再現できない色が存在する。特に，彩度の極め て高い色などは、現状のRGB３原色では再現できない。言い換えれば，原色点を改善することにより色再現が向上する余地がある。

2）表示装置の物理的特性には自ずから限界があるため、もともと完璧な色再現など 不可能である→【本当は】ヒトのセンサーである錐体細胞は３種類しかないので，スペクトルを完全に再現しなくとも，原色点がカバーする再現域内ならオリジナルと同等の色知覚を与える色再現は可能である。すなわち，測色的色再現を行うことによって、知覚的に十分良好な色再現が可能となる。

3）色のセンサーとしての各錐体は広い波長域に感度をもっているので、色再現精度向上の効用は少ない→【本当は】３種類の錐体の情報を複合処理することにより、生存に必須な認知能力は高度に発達している。したがって色再現精度向上は効用が多い。

4）RGBベースのインフラストラクチャーが既に普及しているので、マルチスペクトルイメージング技術に入れ替えるのは不可能である→【本当は】分光反射率の推定に用いる主成分スペクトルの数を３として十分に近似できるとすれば、３チャンネルを有する現状の撮像装置でも，データ処理により対象物のスペクトルを推定できる可能性 がある。また、表示については、３原色ディスプレイを適切にキャリブレーションすることにより、対象物のスペクトルの三刺激値を再現することができる。


おわりに

本稿の表題である「医療におけるカラー画像の重要性」をかけ声だけに終わらせないためには、誰よりも誤診の怖さを知っている臨床医や看護スタッフに、実はそれを回避できる技術があるのだと気付かせることが不可欠である。そのためにも、例えば前項の 4）を実証し、その効果を医療現場の医師や看護スタッフに見せて回るといった、具体的なアプローチが必要と考えられる。

謝辞
　本論文の執筆に当たり貴重なアドバイスをいただいた、千葉大学工学部情報画像工学科 羽石秀昭助教授に深謝いたします。

文献
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[2] Nishibori M : Color Representation of Digital Imaging in Medicine. In : Melo E ed. XX World Congress of Pathology and Laboratory Medicine, Monduzzi Editore, Bologna 1999, pp167-172 (http://mn.umin.ac.jp/work19990921.html)
[3] 第１回デジタル医用画像の「色」シンポジウム抄録集．1999 (http://biocolor.umin.ac.jp/から各抄録アクセス可）
[4] 第２回デジタル生体医用画像の「色」シンポジウム抄録集．2000 (http://biocolor.umin.ac.jp/sympo200004/proceedings.pdf)
[5] 第３回デジタル生体医用画像の「色」シンポジウム抄録集．2001 (http://biocolor.umin.ac.jp/sympo200107/program.htmlから各抄録アクセス可）
[6] デジタルバイオカラー研究会ホームページ (http://biocolor.umin.ac.jp/)
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[9] Nishibori M: Proposal for Standardization of Digital Color Imaging in Morphological Laboratory Diagnosis. In : Tanaka H, Miyake Y, Nishibori M and Mukhopadhyay D ed. Digital Color Imaging in Biomedicine. ID corporation, Tokyo 2001, pp53-60 (http://biocolor.umin.ac.jp/book200102/din01022808.pdf)
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[12] Uchida A : A New Instrument for Measuring the Human Skin Color. In : Tanaka H, Miyake Y, Nishibori M and Mukhopadhyay D ed. Digital Color Imaging in Biomedicine. ID corporation, Tokyo 2001, pp39-47 (http://biocolor.umin.ac.jp/book200102/din01022802.pdf)
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