JP2016533829A - 表面のシミュレーション - Google Patents

Abstract

身体曲線部の空間熱表現を受信するステップと、身体曲線部の理論的熱シミュレーションを生成するステップと、を含み、空間熱表現は空間データに関連付けられた熱画像を含み、理論的熱シミュレーションの生成は、空間熱表現の空間データと、ある種の身体曲線部の所定の熱力学的論理とに基づいている、撮像方法。

Description

本発明は、表面のシミュレーションに関する。

本発明は、いくつかの実施形態において、ＩＲ（赤外線）画像と放射測定データに関し、より具体的には（しかし限定しない）、ＩＲ画像、ＩＲデータ、及び放射測定データの計算による、すなわち、モデリングと解析による、生成に関する。

診断医学における画像化の利用は１９００年代初期に遡る。現在、硬組織及び軟組織の画像化と正常組織及び病理組織の特性化とが可能な、医師が自由に使用できる、多数の種々の撮像モダリティがある。

赤外線カメラは、ＩＲ（赤外線）画像として知られる２次元の画像を生成する。一般的に、被験者の身体から数個の赤外波長域のうちのいずれか一つにおける放射物を受け取り、その放射物を解析することによって、ＩＲ画像は得られ、表面の２次元放射測定マップ（すなわち、温度）が提供される。ＩＲ画像は、視覚画像と対応する放射測定データのうちの一方又は両方の形式であり得る。

米国特許第７０７２５０４号明細書（その内容は参照することによってこの明細書に組み込まれる）は、２つ（左右）の赤外線カメラを２つ（左右）の可視光カメラと共に利用するアプローチを開示している。赤外線カメラは３次元のサーモグラフィ画像を提供するのに使用され、可視光カメラは３次元の可視光画像を提供するのに使用される。三次元のサーモグラフィ画像と３次元の可視光画像は重ね合わせて、ユーザに対して表示される。

米国特許第７２９２７１９号明細書（その内容は参照することによってこの明細書に組み込まれる）は、生体の１以上の熱的に区別可能な物体の有無を判定するシステムを開示している。

また、関心のあるものとして、米国特許第６４４２４１９号明細書は、物体からの３６０°のデータ抽出を実行する赤外線検出機構と、赤外線検出機構から電気信号を受信してその信号を物体の３次元プロファイルデータに組み込む信号復号機構と、を含む走査システムを開示している

米国特許第６８５０８６２号明細書は、放射測定センサを使用して、電波から赤外線波までの波長域において物体内の種々の層からの放射物を検出する装置を開示している。

米国特許第５９６１４６６号明細書は、短時間の時系列の赤外線画像を解析して、皮膚の様々な領域の体温調節頻度の分布の変化を検出して、短時間の時系列の赤外線画像から乳癌を検出することを開示している。

米国特許第７０７２５０４号明細書 米国特許第７２９２７１９号明細書 米国特許第６４４２４１９号明細書 米国特許第６８５０８６２号明細書 米国特許第５９６１４６６号明細書

下記実施形態及びその観点は、範囲を限定しない、典型例及び実例であることを意図されているシステム、道具、及び方法と共に、説明され示される。

実施形態において、撮像方法が提供される。その撮像方法は、身体曲線部の空間赤外線（ＩＲ）表現を受信するステップと、前記身体曲線部の計算された熱シミュレーションを生成するステップと、を含み、前記空間ＩＲ表現は空間データに関連付けられたＩＲ画像を含み、前記理論的熱シミュレーションの生成は、前記空間ＩＲ表現の空間データと、ある種の前記身体曲線部の所定の熱力学的論理とに基づいている。

実施形態において、さらに、撮像システムが提供される。その撮像システムは、撮像装置とハードウェアデータプロセッサとを有する。前記ハードウェアデータプロセッサは、（ａ）身体曲線部の空間熱表現を生成し、（ｂ）前記身体曲線部の理論的熱シミュレーションを生成する。前記空間熱表現は空間データに関連付けられた熱画像を含み、前記理論的熱シミュレーションの生成は、前記空間熱表現の空間データと、ある種の前記身体曲線部の所定の熱力学的論理とに基づいている。

実施形態において、さらに、撮像方法が提供される。その撮像方法は、身体曲線部の空間データを受信するステップと、前記身体曲線部の理論的熱シミュレーションを生成するステップと、を含む。前記理論的熱シミュレーションの生成は、表現の空間データと、ある種の前記身体曲線部の所定の熱力学的論理とに基づいている。

いくつかの実施形態において、撮像方法は、前記身体曲線部の空間熱表現を受信するステップをさらに含み、前記空間熱表現は、前記空間データと、前記空間データに関連付けられた熱画像とを含む。

いくつかの実施形態において、撮像方法は、前記空間熱表現と前記理論的熱シミュレーションとを比較するステップをさらに含む。

いくつかの実施形態において、撮像方法は、前記空間熱表現と前記理論的熱シミュレーションとの比較に基づいて、前記身体曲線部の異常部分を検出するステップをさらに含む。

いくつかの実施形態において、撮像方法は、前記身体曲線部の内側の異常部分のパラメータを逆方向に解く（back-solving）ステップをさらに含む。

いくつかの実施形態において、前記逆方向に解くステップは、前記身体曲線部の内側の理論上の腫瘍についての複数の追加の理論的熱シミュレーションを生成し、前記複数の追加の理論的熱シミュレーションの各々において、前記理論上の腫瘍のパラメータを調整するステップと、前記空間熱表現と前記複数の追加の理論的熱シミュレーションとを比較して、前記複数の追加の理論的熱シミュレーションの中で、前記空間熱表現に最も近いシミュレーションを決定するステップと、を含む。

いくつかの実施形態において、前記異常部分のパラメータは、前記身体曲線部の内側の異常部分の位置、異常部分のサイズ、及び異常部分の形状からなる群から選択される。

いくつかの実施形態において、前記空間熱表現は寒冷負荷試験に対応し、前記異常部分と前記異常部分に隣接する正常組織とのコントラストを強める。

いくつかの実施形態において、前記所定の熱力学的論理は、理論的寒冷負荷試験の影響を受ける。

いくつかの実施形態において、前記ある種の身体曲線部の前記所定の熱力学的論理は、健常者に基づいて計算される。

いくつかの実施形態において、前記身体曲線部は１つ以上の胸を含む。

いくつかの実施形態において、前記ハードウェアデータプロセッサは、さらに、前記空間熱表現と前記理論的空間熱シミュレーションとを比較するように構成される。

いくつかの実施形態において、前記ハードウェアデータプロセッサは、さらに、前記空間熱表現と前記理論的熱シミュレーションとの比較に基づいて、前記身体曲線部の異常部分を検出するように構成される。

いくつかの実施形態において、前記ハードウェアデータプロセッサは、さらに、前記身体曲線部の内側の異常部分のパラメータを逆方向に解くように構成される。

いくつかの実施形態において、前記逆方向に解くことは、前記身体曲線部の内側の理論上の腫瘍についての複数の追加の理論的熱シミュレーションを生成し、前記複数の追加の理論的熱シミュレーションの各々において、前記理論上の腫瘍のパラメータを調整し、前記空間熱表現と前記複数の追加の理論的熱シミュレーションとを比較して、前記複数の追加の理論的熱シミュレーションの中で、前記空間熱表現に最も近いシミュレーションを決定すること、を含む。

いくつかの実施形態において、前記撮像装置は、熱撮像装置と可視光撮像装置とを含む。

上述した例示的な観点と実施形態に加え、さらなる観点と実施形態が、図面を参照し、以下の詳細な説明を見ることによって、明らかになる。

例示的な実施形態が参照図に示されている。図面に示される構成要素と特徴の寸法は、便宜上及び提示の明確性のために一般的に選択されたものであって、必ずしも縮尺通りに示されていない。図面について以下に記載する。

実施形態における非平面状表面として示される３次元空間表現を示す。 実施形態における平面状の等温線として示されるサーモグラフィ画像を示す。 実施形態におけるサーモグラフィ画像を３次元空間表現の表面上にマッピングすることによって形成される合成ＩＲ空間画像を示す。 実施形態における身体部分の熱画像を解析するのに適した方法のフローチャートを示す。 実施形態における身体部分の熱画像を解析するのに適した他の方法のフローチャートを示す。 実施形態における身体部分の熱画像を解析するのに適した他の方法のフローチャートを示す。 実施形態における身体部分の熱画像を解析するのに適した他の方法のフローチャートを示す。 実施形態におけるＩＲ空間撮像システムの概略図を示す。 実施形態におけるＩＲ空間撮像システムの動作原理の図を示す。 実施形態におけるＩＲ空間撮像システムの他の動作原理の図を示す。 実施形態におけるＩＲ空間撮像システムの他の動作原理の図を示す。 実施形態におけるＩＲ空間撮像システムの他の動作原理の図を示す。 実施形態におけるＩＲ空間撮像システムの他の動作原理の図を示す。 実施形態におけるＩＲ空間撮像システムの他の動作原理の図を示す。 実施形態におけるＩＲ空間撮像システムの他の動作原理の図を示す。 健康な被験者の胸の空間熱表現の絵画図を示す。 健康な被験者の胸の理論的熱シミュレーションの絵画図を示す。 健康な被験者の胸の空間熱表現と健常者の胸の理論的熱シミュレーションとの比較の絵画図を示す。 不健康な被験者の胸の空間熱表現の絵画図を示す。 不健康な被験者の胸の理論的熱シミュレーションの絵画図を示す。 不健康な被験者の胸の空間熱表現と不健康な人の胸の理論的熱シミュレーションとの比較の絵画図を示す。

身体曲線部の熱シミュレーションを生成するための撮像方法がここに開示される。本発明は、いくつかの実施形態において、熱画像に関し、より具体的には（しかし限定しない）、ＩＲ画像と熱データの生成及び解析に関する。

本発明の少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、その適用において、構造の詳細と構成要素の配置、及び／又は以下の説明に示された及び／又は図面に示された方法、及び又は実施例に必ずしも限定されないことが理解されるべきである。本発明は他の実施形態も可能であり、すなわち本発明は様々な方法で実施又は実行されうる。

いくつかの実施形態において、撮像方法は、１人以上の女性の胸などの身体曲線部の空間熱表現を生成し、又は既に生成された空間熱表現を受信することを含む。この空間熱表現は、身体曲線部の空間データに関連付けられた熱（例えば、ＩＲ）画像を含む。それから、身体曲線部の理論的熱シミュレーションが、空間熱表現の空間データとある種の身体曲線部の所定の熱力学的論理とに基づいて、生成される。ある種の身体曲線部の熱力学的論理は、例えば、女性の胸の一般的な熱力学的性状である。有利には、熱力学的論理は、健常者の胸の熱力学的性状に基づいて構築される、一般的な場合の女性の胸の数学的モデリングに基づいている。

いくつかの実施形態において、空間熱表現と理論的熱シミュレーションが比較される。空間熱表現と理論的熱シミュレーションの各々は、身体曲線部の様々な領域の温度を示す三次元のヒートマップとして作成されても良い。よって、それらの比較は、空間熱表現から理論的熱シミュレーションを差し引くことを含んでも良く、それにより、実際に身体曲線部によって示される熱性状と健康な身体曲線部の理論的熱性状との温度差による３次元のヒートマップが得られる。温度差は、身体曲線部の異常部分、例えば胸の１つ以上の腫瘍の存在などを示すことができる。ここで言及する用語「腫瘍」は、悪性、前癌性、又は良性かにかかわらず、組織の異常な塊に関する。

いくつかの実施形態において、方法は、身体曲線部の内側の異常部分のパラメータを逆方向に解くことをさらに含む。ここで言及する用語「逆方向に解く」は、多くの場合に後ろから計算して所定の出力をもたらす入力を得る能力として定義される「目標探索」として知られる計算方法に関する。本実施形態の文脈において、出力は、１つ以上の胸の中に腫瘍があると決定することと、取得された空間熱表現内においてその腫瘍の特有の表現をすることである。逆方向に解くことの目的は、身体曲線部の内側の腫瘍の、現実の（又は現実に近い）３次元の位置、サイズ、形状、及び／又は密度を、空間熱表現内のその兆候に基づいて、決定し又は少なくとも推定することである。すなわち、逆方向に解く処理によって求める入力は、胸の内側の腫瘍の実際の位置であるのに対し、利用可能な出力は、空間熱表現内の腫瘍の兆候である。逆方向に解くことは、さらに、異常部分の種類を見極めることを目的としても良い。すなわち、その異常部分を良性腫瘍又は悪性腫瘍と分類し、さらに悪性腫瘍の場合、任意に、そのステージを決定することを目的としても良い。

逆方向に解くステップは、次のように実施される。最初に、本方法は、身体曲線部の内側の理論上の腫瘍についての複数の追加の理論的熱シミュレーションを生成する。言い換えると、方法は、多数（例えば、数十、数百、数千、又はそれ以上）の可能性のある入力を生成する。各入力は、身体曲線部の内側の異なる位置に形成された理論的異常部分（腫瘍）からなる。すなわち、異常部分のパラメータは、それぞれ次の入力の生成のために調整される。パラメータは、例えば、身体曲線部の内側の異常部分の位置、形状、及び／又はサイズである。

それから、方法は、空間熱表現と複数の入力（すなわち、追加の理論的熱シミュレーション）とを比較して、空間熱表現に最も近い入力を決定する。例えば、形状とサイズがＡで且つ座標Ｂに位置していることを特徴とする腫瘍は、空間熱表現において可視化される異常部分の推定原因であると決定することができる。

いくつかの実施形態において、熱画像と空間データを取得する前に及び／又は取得中に、被験者は寒冷負荷試験を受けても良い。寒冷負荷試験は、例えば、被験者に冷たい物（冷凍の液体で満たされた容器など）を片手又は両手で持つように指示することを含んでも良い。よって、結果として生じる空間熱表現は、寒冷負荷試験に対する被験者の身体の反応に対応する。冷たさは、異常部分に隣接する正常組織への血流の減少よりも高い程度で、異常部分への血流に影響を及ぼさないため、寒冷負荷試験は、異常部分と異常部分に隣接する正常組織とのコントラストを強めることができる。

いくつかの実施形態において、撮像方法又は少なくともその一部は、撮像装置とハードウェアデータプロセッサとを有する撮像システムによって実行されても良い。ハードウェアデータプロセッサは、例えば、（ａ）空間熱表現を生成し、（ｂ）身体曲線部の理論的熱シミュレーションを生成するように構成される。

本発明の実施形態は、熱画像が熱的に区別可能な領域の存在を示している可能性を判断するために、その熱画像の解析を可能にするアプローチを提供する。熱画像が女性の胸などの身体部分のものであるとき、本実施形態の解析は、有利に、下層組織の特性を抽出するのに使用されても良い。例えば、熱的に区別された領域が身体部分に存在する可能性の判断は、身体部分に腫瘍などの病変があるかどうかを診断するために、使用されても良い。

本発明のいくつかの実施形態の解析は、身体部分の表面から得られる表面情報に基づいていても良い。一般に、測定された表面情報は、予測されたものと比較されても良いし、表面情報を算出しても良い。本発明のいくつかの実施形態において、表面の比較は、熱的に区別可能な領域（例えば、腫瘍又は炎症）が身体部分に存在する可能性に関しても良い。

高温、又は不均一な温度、又は不均一な温度パターンは、一般的に、腫瘍で及び／又は腫瘍の近くで且つ胸の表面上で、腫瘍の代謝異常及び血管（血管新生）の増殖に起因して、腫瘍に関連付けられても良い。癌性腫瘍では、細胞がより速く倍増し、それによって、より活発になり、より多くの熱を生成する可能性がある。これは、腫瘍そのものと周囲温度との温度差を大きくする傾向がある。それ故、本実施形態は、有利に、癌（特に乳癌、しかしこれに限定されない）の診断のために使用されても良い。

解析のために使用される表面情報は、空間情報と、任意に熱情報とを含んでも良い。

空間情報は、少なくとも部分的に３次元体積を含む非平面状（すなわち、曲線状）の表面の幾何学的特性に関連するデータを含む。一般的に、非平面状表面は、３次元空間に埋め込まれた２次元の物体であっても良い。公式に、非平面状表面は、滑らかに接続された小型のリーマン２次元多様体によってもたらされる距離空間であっても良い。理想的には、非平面状表面の幾何学的特性は明確に提供される。例えば、非平面状表面の各点における勾配と曲率（又はさらに他の空間導関数又はそれらの組み合わせ）が提供される。しかし、そのような情報はめったに得ることができないかもしれないため、空間情報は、非平面状表面の標本版について提供されても良い。それは、リーマン２次元多様体の一連の点であっても良いし、２次元多様体のトポロジーを描写するのに十分なものであっても良い。一般的に、非平面状表面の空間情報は、３次元空間表現の縮小版であっても良い。それは、点群、又は点群に基づいた３次元再構成（例えば、多角形メッシュ又は曲線メッシュ）であっても良い。３次元の空間表現は、３次元の座標系（例えば、デカルト座標、球座標、楕円座標、３次元放物線又は放物面の座標の、３次元系。しかし、これに限定しない。）を用いて表されても良い。

用語「表面」は、ここでは、用語「非平面状表面」の略語として使用される。

本発明のいくつかの実施形態において、空間データは画像の形式であっても良い。空間データは表面を表すため、そのような画像は一般的に２次元の画像である。その２次元の画像は、身体要素の横の広がりを示すのに加え、さらに身体要素の又はその一部の、いくつかの基準点（例えば、撮像装置の位置）からの相対距離又は絶対距離を示しても良い。それ故、画像は、一般的に、３次元の身体の非平面状表面に存在する情報を含んでも良く、必ずしも大部分でなくても良い。非平面状表面は、便宜上、３次元座標系で定義されるため、そのような画像を「３次元画像」と呼ぶのは一般に受け入れられる。それ故、この明細書とそれに続く特許請求の範囲において、用語「３次元画像」と「３次元表現」は、主に、表面のエンティティに関する。

熱情報は、表面から排出された熱又は表面によって吸収された熱、及び／又は表面から放出されたＩＲ（赤外線）放射物に関連するデータを含んでも良い。表面の異なる部分は、一般的に、異なる量の熱を排出する又は吸収するため、熱情報は、一連のタプルを含んでも良い。各タプルは、領域の座標又は表面上の点と、その点や領域に関連している熱の数値（例えば、温度、熱エネルギー）を含んでも良い。熱情報は、可視信号に変換されても良い。その場合、熱情報はサーモグラフィ画像の形式であっても良い。用語「サーモグラフィ画像」、「ＩＲ画像」、「熱画像」、及び「熱情報」は、この明細書において、本発明の範囲を少しも制限することなく、交換可能に使用される。特に、他の定義がなければ、用語「サーモグラフィ画像」の使用は、熱情報の可視信号への変換に限定するものとして見なされない。例えば、サーモグラフィ画像は、上述した一連のタプルとして、コンピュータ読み取り可能な媒体のメモリに格納されても良い。

身体の表面情報（熱及び空間）は、一般的に、ＩＲ画像を表すＩＲデータと表面を表す空間データの両方を含む合成表現の形式であっても良い。ＩＲデータは空間データに関連付けられていても良い（すなわち、空間データのタプルは、ＩＲデータの熱に関する値に関連付けられる）。そのような表現を、ＩＲ空間表現と呼ぶ。ＩＲ空間表現は、デジタルデータ（例えば、熱量を示すデジタルデータに関連付けられたタプルのリスト）の形式であっても良いし、又は画像（例えば、ＩＲデータに従って色分けされた又は階調分けされた３次元画像）の形式であっても良い。以下、画像形式のＩＲ空間表現をＩＲ空間画像と呼ぶ。

ＩＲ空間画像は、身体の３次元空間表現において定義されていても良く、３次元空間表現の表面に関連付けられた且つ表面上のグリッドのように複数のピクチャエレメント（例えば、ピクセル、ピクセル配列）に配置される熱データを持つ。各ピクセルエレメントは、グリッド上で強度値又は階調によって表される。様々な強度値の数は、階調の数と異なっても良いことが理解される。例えば、８ビット表示は、異なる２５６階調を生成することができる。しかし、原則的に、熱情報に対応する異なる強度値の数は、はるかに多くても良い。代表的な例として、熱情報は３７℃の領域に及ぶと想定して、０．１℃の分解能でデジタル化されても良い。この場合、異なる強度値が３７０個あっても良く、階調を使用すると精度は約１．４倍低下する。本発明のいくつかの実施形態において、熱データの処理は、強度値、温度値を使用して実行されても良い。本発明のいくつかの実施形態において、熱データの処理は、階調を使用して実行されても良い。２つの組み合わせ（例えば、二重の処理）が検討されても良い。

用語「ピクセル」は、ここでは略されたものであって、ピクチャエレメントを示すこともある。しかし、これは、画像の構成単位を言及する用語「ピクチャエレメント」の意味を制限しようとするものではない。

ＩＲ空間表現が、デジタルデータの形式であるとき、熱特性を示すデジタルデータは、上述した強度に関して又は階調に関して表されても良い。デジタルＩＲ空間表現は、ＩＲ空間画像に対応しても良い。それによって、各タプルは画像のピクチャエレメントに対応する。

一般的に、測定された又は算出された１以上のＩＲ画像が、３次元空間表現の表面にマッピングされて、ＩＲ空間表現が形成される。３次元空間表現の表面にマッピングされるＩＲ画像は、３次元空間表現と同一の座標系で表される熱データ及び／又はＩＲデータを含んでも良い。いかなる種類の熱データが使用されても良い。一実施形態において、熱データは絶対温度値を含んでも良い。他の実施形態において、熱データは相対温度値を含んでも良い。相対温度値の各々は、例えば、表面の各点とある基準点との温度差に対応する。さらなる実施形態において、熱データは局所的な温度差を含んでも良い。上述した種類の温度データの組み合わせも考えられる。例えば、熱データは、絶対温度値と相対温度値の両方などを含んでも良い。

一般的に（しかし必須ではない）、サーモグラフィ画像の情報は、１以上の基準マーカでの熱の状態（例えば、温度）を含む。

３次元空間表現の表面へのサーモグラフィ画像のマッピングは、基準マーカの位置を合わせることによって（例えば、ＩＲ画像内の基準マーカの座標を３次元空間表現の基準マーカの座標と比較することによって）行われても良い。それにより、他の点も合致させることができ、合成ＩＲ空間表現が形成される。

任意に、ＩＲ画像のマッピングは修正手順を伴っても良い。修正手順において、熱放射率が考慮されても良い。

身体要素の熱放射率は、身体要素の表面から放出されるＩＲ放射物の量と、身体要素と同一の温度を持つ黒体から放出されるＩＲ放射物の量との比率として定義される無次元量である。それ故、理想的な黒体の熱放射率は１であり、全ての他の身体の熱放射率は０と１の間である。身体の熱放射率は一般的に身体の熱吸収率と等しいと、通常、想定される。

修正手順は、関心のある身体の推定された熱特性を使用して、実施されても良い。具体的に、身体の表面上の領域の放射率の違いと放射率の角度依存性とを考慮して、ＩＲ画像は、身体を示す非平面状表面にマッピングされても良い。異なる放射率の値を持ち、周囲と比較される領域は、例えば、瘢痕領域、着色領域、胸の乳頭領域、母斑などである。さらに、人間の皮膚が完全なランバートソース（Lambertian source）でないと仮定すると、放射率は角度に依存する。他の検討においては、異なる皮膚の色を持つ被験者の放射率の値は異なる可能性があることを考慮すべきである。

本発明のいくつかの実施形態において、ＩＲ画像は、表面の異なる放射率の値に応じて、重み付けされても良い。例えば、ＩＲ撮像装置によって取得される情報が温度又はエネルギーの値を含むとき、温度又はエネルギーの値の少なくとも一部は、身体の表面のそれぞれの領域の放射率の値によって、分けられても良い。当業者であれば、そのような手順がＩＲ撮像装置によって取得される値と異なる可能性がある有効な温度又はエネルギーの値をもたらすことが分かる。異なる領域は異なる放射率の値によって特徴付けられる場合があるため、重み付けされたＩＲ画像は、身体の表面から放出される熱に関してより良い推定をもたらす場合がある。

身体が女性の胸を含む場合における合成ＩＲ空間画像の代表例が、図１Ａ〜図１Ｃに示されている。図１Ａは、非平面状表面として示される３次元空間表現を示す。図１Ｂは、平面状の等温線として示されるサーモグラフィ画像を示す。図１Ｃは、サーモグラフィ画像を３次元空間表現の表面上にマッピングすることによって形成される合成ＩＲ空間画像を示す。図示されているように、ＩＲ空間画像のＩＲデータは、任意に、階調の値として表されるけれども、必ずしも符号１０２で一般的に示されるようなグリッド上でなくても良い。階調の値による表現は、例示を目的としたものであって、限定するものとして見なされないことが、理解される。上述の説明のように、熱データの処理は、強度値を使用して実行されても良い。任意に（しかし必須ではない）マッピングのために使用される基準マーカ１０１が、図１Ａ〜図１Ｃに示されている。

３次元空間表現、サーモグラフィ画像、及び合成ＩＲ空間画像は、当技術分野で公知の任意に技術によって得られても良い。例えば、国際公開第２００６／００３６５８号、米国特許出願公開第２００１／００４６３１６号明細書、米国特許第６４４２４１９号明細書、米国特許第６７６５６０７号明細書、米国特許第６９６５６９０号明細書、米国特許第６７０１０８１号明細書、米国特許第６８０１２５７号明細書、米国特許第６２０１５４１号明細書、米国特許第６１６７１５１号明細書、米国特許第６１６７１５１号明細書、米国特許第６０９４１９８号明細書、及び米国特許第７２９２７１９号明細書に開示されている技術によって得られても良い。

本発明のいくつかの実施形態は、方法ステップを実行するためのコンピュータ（又は「ハードウェアデータプロセッサ」）などの有形的媒体に関し、具体化されても良い。本発明のいくつかの実施形態は、方法ステップを実行するためのコンピュータが読み取り可能な命令を含むコンピュータ読み取り可能な媒体に関し、具体化されても良い。本発明のいくつかの実施形態は、有形的媒体上のコンピュータプログラムを起動する、又はコンピュータ読み取り可能な媒体上の命令を実行するように用意された、デジタルコンピュータの性能を有する電子装置について、具体化されても良い。本実施形態の方法ステップを実行するコンピュータプログラムは、一般的に、有形的媒体でユーザに配布される。コンピュータプログラムは、配布された媒体から、ハードディスク又は類似の中間記憶媒体にコピーされうる。コンピュータプログラムは、配布された媒体から又は中間記憶媒体からコンピュータの実行メモリにコンピュータ命令をロードすることによって、起動されうる。コンピュータは、本発明の方法に従って、作動するように構成される。これらの全ての動作は、コンピュータシステムの技術に精通した者には周知である。

図２は、本発明のいくつかの実施形態における身体部分の熱画像を解析するのに適した方法のフローチャートを示す。以下の説明又は図２のフローチャートの図に見られるいくつかの方法ステップは、選択的であって、実行されなくても良いことが理解される。

方法は、ステップ２０から始まり、ステップ２２に進む。ステップ２２では、身体曲線部の空間熱表現（ＩＲ空間表現とも呼ばれる）が取得される。ＩＲ空間表現は、上述したように、熱画像を示すＩＲデータと身体曲線部の非平面状表面を示す空間データとを含んでも良い。ＩＲデータは、空間データに関連付けられても良い。ＩＲ空間表現はこの方法によって生成されても良いし、又は他の方法又はシステムによって生成されても良い。方法によって、そのシステムからＩＲ空間表現が読み込まれても良い。

任意に、方法はステップ２４に進む。ステップ２４において、ＩＲ空間表現のデータは前処理される。前処理は、熱データ、空間データ、又は空間データとＩＲデータの両方について、行われても良い。

ＩＲデータの前処理は、限定しないが、累乗（例えば、二乗）、正規化、増強、及び平滑化などを含んでも良い。空間データの前処理は、限定しないが、モルフォロジー演算（例えば、収縮、膨張、オープニング、クロージング）、サイズ変更演算（拡大、縮小）、パディング演算、等化演算（例えば、累積密度の等価、ヒストグラムの等価）、及びエッジ検出（例えば、勾配エッジ検出）などの様々な処理演算を使用した、限定しないが、ピクチャエレメントの除去、置換、及び補間を含んでも良い。

方法は、ステップ２６に進む。このステップ２６は、解析的な方法で又は任意の他の既知の方法で、表面についての理論的熱シミュレーションを計算する最初のステップである。身体の外表面の温度を計算する２つの主要な方法；適当な境界条件を持つ熱伝達方程式を解析的に解く方法と、有限要素の計算又は他の数値計算技術によって数値的に解く方法とがある。解析的な熱伝達方程式の解は、平らな表面、又は球や円柱のような対称体についてのみ、存在する。非対称体については、有限要素の方法を利用するべきである。しかし、有限要素の方法は、リアルタイムで又は種々の形状と境界条件を持つ大きな形状で行うときは、あまりにも複雑すぎる。それ故、異なるアプローチが適応されても良い。本アプローチにおいて、表面の理論的熱シミュレーションは、正常な健康体の性状と身体曲線部の非平面状表面を示す空間データとに基づく、既知の解析的な熱伝達方程式の解（所定の熱力学的論理とも呼ぶ）に基づいて、解析的に計算されても良い。計算の最初のステップは、身体の基準点又は等温表面を決めることであっても良い。

身体の基準等温表面を決めると、方法はステップ２８に進む。ステップ２８では、身体の表面上の各点から計算された基準等温表面までの適正距離が決定される。一般に、身体の表面上の各点から計算された基準等温表面までの適正距離は、単に、身体の表面上の点から計算された基準等温表面上の最も近い点までの距離であっても良い。適正距離は、任意の他の関数によって決定されても良い。試行錯誤の有限要素ソフトウェア（例えば、ＡＮＳＹＳ）の計算に基づいて、改良されても良い。

身体表面上の各点から計算された基準等温表面までの適正距離が決定された後、方法はステップ３０に進む。ステップ３０において、理論的熱シミュレーション及び／又は表面のＩＲデータが計算される。一般に、しかし限定しないが、身体の熱マップの計算は、所定の熱力学的論理（例えば、Ｐｅｎｎｅｓの生体熱方程式）に基づいても良い。適当な境界条件を持つＰｅｎｎｅｓの生体熱方程式の解は、身体の各点の温度をその座標の関数として決定することができる。

例えば、人体についてのＰｅｎｎｅｓの生体熱方程式は、円筒座標において、以下である。

Ｗ_ｂは容積血液かん流量（ｋｇ／ｓ ｍ３）
Ｃ_ｂは血液比熱（Ｊ／ｋｇ ℃）
Ｋ_ｔは組織の熱伝導率（Ｗ／ｍ Ｋ）
Ｔａｒｔは動脈血液温度（℃）
ｒは半径（ｍ）

一定の境界条件について、この微分方程式を解くことは、ｒ−円筒軸からの点の距離の関数として、温度を与える方程式を実現する。

Ｐｅｎｎｅｓの生体熱方程式は対称体についてのみ適用可能であるため、多数の研究において、人体の表面の一部が円筒によって近似されるときは、人体の熱性状はＰｅｎｎｅｓの生体熱方程式の解を使用して計算された。これらの研究において、Ｐｅｎｎｅｓの生体熱方程式に基づいて計算された身体の表面についての表面熱データは、９５％よりも高い適合性で、測定された表面熱データと比較可能であることが分かった。表面熱データの精度の計算を増加させるために、本方法は、人体表面の実際の空間データと既知の所定の熱力学的論理（ここでの例における対称的な身体についてのＰｅｎｎｅｓの生体熱方程式の解析的な解）とを結合することによって、理論的熱シミュレーションを取得しても良い。これらの近似において、身体表面上の各点の温度は、基準等温表面に対するその空間座標を実際の空間座標と見なして、それらをＰｅｎｎｅｓの生体熱方程式の解において決めることによって、計算されても良い。例えば、人体についてのＰｅｎｎｅｓの生体熱方程式を円筒座標で解くときに、人体表面上の各点から基準等温表面までの適当な距離はｒと見なされ、解においてｒを決定することによって、各点の温度が計算されうる。この方法は、各点の空間座標をｒと見なし、ｒを解において決定し、その点で温度を計算することによって、身体の内側の温度を近似的に計算するために使用されても良い。よって、他の境界条件についてのＰｅｎｎｅｓの生体熱方程式の他の解析的な解、例えば半球の解析的な解が、表面の熱データの計算のために使用されても良い。この解を使用して、最小二乗法により、半球が身体の表面に適合されても良い。身体の表面の各点の温度は、半球の内側で調整された適当な点で解析的に計算された温度として定義されても良い。他の実施形態において、楕円の境界条件についてのＰｅｎｎｅｓの生体熱方程式の解析的な解は、表面熱データの計算のために使用されも良い。この解を使用して、最小二乗法により、適当な半楕円体が身体の表面に適合されても良い。身体の表面の各点の温度は、半楕円体の内側で調整された適当な点で解析的に計算された温度として定義されても良い。この方法は、解の各点の空間座標を設定し、その点の温度を計算することによって、身体の内側の温度を近似的に計算するのに使用されうる。適当な半楕円体が、ユーザによって決定されても良い。身体表面上の数個の点をマーキングすることによって、自動ソフトウェアが、最も良く適合した半楕円体を身体表面に適合させても良い。

身体表面の各点の温度マップを計算した後、方法はステップ３２に進む。ステップ３２では、温度が階調に変換される。変換スケールは、キャリブレーションターゲットに基づいても良い。

次のステップ３４では、例えば、身体表面の投影画像を生成して、理論的熱シミュレーションを生成する（すなわち、サーマルカメラで捉えたシーンをシミュレーションする）ことによって、計算された温度マップを３Ｄモデルにマッチングさせる。この段階で、修正手順が、関心のある身体の推定された熱特性を使用して、実行されても良い。特に、放射率の角度依存性が考慮されても良い。

次のステップ３６では、結果として生じた身体表面の理論的熱シミュレーションと、ＩＲカメラによって得られた身体表面の熱画像とを比較する。この比較によって、身体曲線部に、異常部分及び／又は腫瘍などの病変があるかどうかの決定がなされる。

方法は、ステップ３８で終了する。

図３は、本発明のいくつかの実施形態における身体曲線部の熱画像を解析するのに適した他の方法のフローチャートを示す。以下の説明又は図３のフローチャートの図に見られるいくつかの方法ステップは、選択的であって、実行されなくても良いことが理解される。

方法は、ステップ４０から始まり、ステップ４２に進む。ステップ４２では、身体曲線部の空間熱表現（ＩＲ空間表現とも呼ばれる）が取得される。ＩＲ空間表現は、上述したように、熱画像を示すＩＲデータと身体曲線部の非平面状表面を示す空間データとを含んでも良い。熱データは、空間データに関連付けられても良い。このＩＲ空間表現は、後の計算のための最初の境界条件となる。ＩＲ空間表現はこの方法によって生成されても良いし、又は他の方法又はシステムによって生成されても良い。方法によって、そのシステムからＩＲ空間表現が読み込まれても良い。

任意に、方法はステップ４４に進む。ステップ４４において、ＩＲ空間表現のデータは前処理される。前処理は、熱データ、空間データ、又は空間データと熱データの両方について、行われても良い。

熱データの前処理は、限定しないが、累乗（例えば、二乗）、正規化、増強、及び平滑化などを含んでも良い。空間データの前処理は、限定しないが、モルフォロジー演算（例えば、収縮、膨張、オープニング、クロージング）、サイズ変更演算（拡大、縮小）、パディング演算、等化演算（例えば、累積密度の等価、ヒストグラムの等価）、及びエッジ検出（例えば、勾配エッジ検出）などの様々な処理演算を使用した、限定しないが、ピクチャエレメントの除去、置換、及び補間を含んでも良い。

方法は、ステップ４６に進む。ステップ４６では、熱衝撃が人体に加えられる。

方法は、ステップ４８に進む。このステップ４８は、時間の関数として、表面についての理論的熱シミュレーションを解析的に計算する最初のステップである。上述したように、時間の関数として、身体の外表面の温度を計算する２つの主要な方法；適当な境界条件を持ち、時間に依存する偏微分熱伝達方程式を解析的に解く方法と、ＦＤＴＤ（有限差分時間領域）計算又は他の数的技術によって数値的に解く方法とがある。熱伝達時間依存方程式の解析的な解は、平らな表面、又は球や円柱のような対称体についてのみ、存在する。非対称体については、ＦＤＴＤ法を適用すべきである。本アプローチにおいて、表面の理論的熱シミュレーションは、正常な健康体の性状と、最初の熱データと、身体曲線部の非平面状表面を示す空間データとに基づく、既知の解析的な熱伝達時間依存方程式の解（所定の熱力学的論理とも呼ぶ）に基づいて、解析的に計算されても良い。計算の最初のステップは、身体の基準等温表面を決めることであっても良い。身体の基準等温表面は、身体部分の非平面状表面を示す空間データから実際の胸を実質的に「取り除き」、周囲の空間データを使用して空き部分における表面を推定することによって、得られる。身体の基準等温表面は、平らな表面又は任意の他の非平面状表面を使用して、空き部分における表面を近似することによって、得られても良い。適当な非平面状表面の定義が、試行錯誤の有限要素ソフトウェア（例えば、ＡＮＳＹＳ）のＩＲ空間計算に基づいて、改良されても良い。

身体の基準等温表面を決めると、方法はステップ５０に進む。ステップ５０では、身体の表面上の各点から計算された基準等温表面までの適正距離が決定される。一般に、身体の表面上の各点から計算された基準等温表面までの適正距離は、単に、身体の表面上の点から計算された基準等温表面上の最も近い点までの距離であっても良い。適正距離は、任意の他の関数によって決定されても良い。試行錯誤の有限要素ソフトウェア（例えば、ＡＮＳＹＳ）の計算に基づいて、改良されても良い。

身体表面上の各点から計算された基準等温表面までの適正距離が決定された後、時間の関数としての表面の理論的熱シミュレーションが計算されても良い。一般に、時間の関数としての身体の熱マップの計算は、所定の熱力学的論理、例えば、対流及び放射の境界条件のもとで適当な人間の組織と血液の熱パラメータを持つ偏微分熱伝達方程式に基づいても良い。偏微分熱伝達方程式の解は、身体の点の空間座標とそれの温度との関係性を時間の関数として決定しても良い。

偏微分熱伝達方程式の解は単純な身体についてのみ適用可能であるため、本方法は、人体表面の実際の空間データと既知の所定の熱力学的論理（ここの例では偏微分熱伝達方程式の解析的な解）を組み合わせることにより、時間依存の理論的熱シミュレーションを取得することができる。これらの近似において、ある時間の身体表面の各点の温度は、基準等温表面に対するその空間座標を実際の空間座標と見なし、空間座標と偏微分熱伝達方程式の解の時間を設定することにより、計算されうる。例えば、厚さＬで、対流及び放射の境界条件のもとで、初期温度の境界条件を持つ、平面の偏微分熱伝達方程式は解析的に解かれる。各表面の点で測定された温度は、境界条件の初期温度として見なすことができる。身体表面の各点から基準等温表面までの適正距離は、Ｌと見なすことができる。適正距離と、適当な初期温度と、解の時間とを設定することにより、時間の関数として、各点の温度を計算することができる。よって、他の幾何学的な身体についての偏微分熱伝達方程式の他の解析的な解は、半球の解析的な解などの、表面の熱データの計算のために使用されうる。この解を使用して、最小二乗法により、半球が身体の表面に適合されても良い。各表面の点で測定された温度が境界条件の初期温度と見なされるとき、身体の表面の各点の温度は、半球の内側で調整された適当な点で時間の関数として解析的に計算された温度として定義されても良い。他のスキームにおいて、偏微分熱伝達方程式は、半径Ｌで、対流及び放射の境界条件と初期温度の境界条件のもとで、半球について解かれても良い。身体表面の各点から基準等温表面までの適正距離は、Ｌと見なすことができる。適正距離と、初期温度と、解の時間とを設定することにより、時間の関数として、各点の温度を計算しても良い。他の実施形態において、楕円体についての偏微分熱伝達方程式の解析的な解が、表面の熱データの計算のために使用されても良い。この解を使用して、最小二乗法により、適当な半楕円体が身体の表面に適合されても良い。時間の関数として身体の表面の各点の温度は、解の初期条件を設定するときに、半楕円体の内側で調整された適当な点で時間の関数として解析的に計算された温度として定義されても良い。

適当な半楕円体は、ユーザによって決定されても良い。身体表面上の数個の点をマーキングすることによって、自動ソフトウェアが、最も良く適合した半楕円体を身体表面に適合させても良い。

身体表面の各点の温度マップを計算した後、方法はステップ５２に進む。ステップ５２では、温度が階調に変換される。変換スケールは、キャリブレーションターゲットに基づいても良い。

次のステップ５４では、例えば、身体表面の投影画像を生成して、理論的熱シミュレーションを生成する（すなわち、サーマルカメラで捉えたシーンをシミュレーションする）ことによって、計算された温度マップを３Ｄモデルにマッチングさせる。この段階で、修正手順が、関心のある身体の推定された熱特性を使用して、実行されても良い。特に、放射率の角度依存性が考慮されても良い。

次のステップ５６では、結果として生じた身体表面の理論的熱シミュレーション（階調マップ）と、サーマルカメラによって得られた身体表面の測定された熱画像（階調マップ）とを比較する。この比較によって、身体部分に、異常部分及び／又は腫瘍などの病変があるかどうかの決定がなされる。

方法は、ステップ５８で終了する。

図４は、本発明のいくつかの実施形態における身体曲線部の熱画像を解析するのに適した他の方法のフローチャートを示す。以下の説明又は図４のフローチャートの図に見られるいくつかの方法ステップは、選択的であって、実行されなくても良いことが理解される。

方法は、ステップ６０から始まり、ステップ６２に進む。ステップ６２では、少なくとも２人の同一の身体曲線部の空間熱表現（ＩＲ空間表現とも呼ばれる）が取得される。

任意に、方法はステップ６４に進む。ステップ６４において、ＩＲ空間表現のデータは前処理される。前処理は、熱データ、空間データ、又は空間データと熱データの両方について、行われても良い。

方法は、ステップ６６に進む。ステップ６６において、少なくとも２人の一連のＩＲ空間表現は、身体曲線部の空間特性に従って、少なくとも２つのグループに分類される。各グループは、ほぼ同一の空間寸法を持つ身体部分のＩＲ空間表現を含んでも良い。「同一の空間特性」の語句は、体積、表面領域、高さ、長さ、幅、又は形状などを意味する。

方法は、ステップ６８に進む。このステップでは、各グループについて、全てのＩＲ空間表現が登録されて、変形ソフトウェアにより、代表の身体部分に変形される。全てのＩＲ空間表現の対応する点の熱データを平均化することによって、代表の身体表面の各点の温度が計算されても良い。取得した熱画像は、基準ＩＲ空間表現として見なすことができる。

基準ＩＲ空間表現の温度マップを計算した後、方法はステップ７０に進む。ステップ７０では、任意に、温度が階調に変換される。変換スケールは、キャリブレーションターゲットに基づいても良い。この段階で、修正手順が表面の放射率の角度依存性を考慮して、実行されても良い。

身体の階調の基準ＩＲ空間表現が取得されると、方法はステップ７２に進む。ステップ７２では、検査される身体部分の一つ又は一連のＩＲ空間表現が生成される。

検査される身体部分の一連のＩＲ空間表現が生成された後、方法はステップ７４に進む。この段階で、検査される身体部分は、その空間特性に従って、グループの一つに帰属しても良い。それから、身体部分は登録されて、変形ソフトウェアにより、そのグループの代表の身体部分に変形される。

次のステップ７６では、結果として生じた検査した身体表面の理論的熱シミュレーション（階調マップ）と、基準ＩＲ空間表現の測定された熱画像（階調マップ）とを比較する。この比較によって、身体部分に、異常部分及び／又は腫瘍などの病変があるかどうかの決定がなされる。

方法は、ステップ７８で終了する。

図５は、本発明のいくつかの実施形態における身体曲線部の熱画像を解析するのに適した他の方法のフローチャートを示す。

方法は、ステップ８０から始まり、ステップ８２に進む。ステップ８２では、少なくとも２人の同一の身体曲線部の空間熱表現（ＩＲ空間表現とも呼ばれる）が、熱衝撃を加えた後に、時間の関数として取得される。

任意に、方法はステップ８４に進む。ステップ８４において、ＩＲ空間表現のデータは前処理される。前処理は、熱データ、空間データ、又は空間データと熱データの両方について、行われても良い。

方法は、ステップ８６に進む。ステップ８６において、少なくとも２人の、時間の関数としての一連のＩＲ空間表現は、身体曲線部の空間寸法に従って、少なくとも２つのグループに分類される。各グループは、ほぼ同一の空間特性を持つ身体部分のＩＲ空間表現を含んでも良い。「同一の空間特性」の語句は、体積、表面領域、高さ、長さ、幅、形状などを意味する。

方法は、ステップ８８に進む。このステップでは、各グループについて、全てのＩＲ空間表現が登録されて、変形ソフトウェアにより、代表の身体部分に変形される。全てのＩＲ空間表現の対応する点と時間での熱データを平均化することによって、時間の関数として代表の身体表面の各点の温度が計算されても良い。時間の関数として取得した熱画像は、基準ＩＲ空間表現として見なすことができる。

時間の関数として基準ＩＲ空間表現の温度マップを計算した後、方法はステップ９０に進む。ステップ９０では、温度が階調に変換される。変換スケールは、キャリブレーションターゲットに基づいても良い。この段階で、修正手順が表面の放射率の角度依存性を考慮して、実行されても良い。

時間の関数として身体の階調の基準ＩＲ空間表現が取得されると、方法はステップ９２に進む。ステップ９２では、時間の関数として、検査される身体部分の一連のＩＲ空間表現が生成される。

検査される身体部分の一連のＩＲ空間表現が生成された後、方法はステップ９４に進む。この段階で、検査される身体部分は、その空間特性に従って、グループの一つに帰属しても良い。それから、身体部分は登録されて、変形ソフトウェアにより、そのグループの代表の身体部分に変形される。

次のステップ９６では、結果として生じた検査した身体表面の各一定時間での理論的熱シミュレーション（階調マップ）と、基準ＩＲ空間表現の対応する測定された熱画像（階調マップ）とを比較する。この比較によって、身体部分に、異常部分及び／又は腫瘍などの病変があるかどうかの決定がなされる。

方法は、ステップ９８で終了する。

上述した全ての方法において、熱的に区別可能な領域が身体部分に存在する可能性を判断する方法が１つ以上ある。

いくつかの実施形態において、身体表面の異なる時間での基準階調マップと、サーマルカメラによって異なる時間に取得された身体表面の測定された階調マップとの差又は比率が、閾値と比較されても良い。その比較は、熱的に区別可能な領域（異常部分とも呼ぶ）が存在する可能性を判断するために使用されても良い。一般的に、しかし必須ではないが、差又は比率が閾値よりも低い場合、熱的に区別可能な領域は存在しない。異なる時間及び異なる身体部分で、閾値は異なっても良い。

いくつかの実施形態において、区別能力を強化して、異常部分を区別する可能性を向上させるために、撮像は、寒冷負荷試験（単なる例として、被験者が冷たい物を持ち、身体の血流をどうにか変化させる試験）に対応して、行われても良い。

さらに、いくつかの実施形態において、身体の内側の異常部分（又は熱的に区別可能な領域）の位置、及び／又はサイズ、及び／又は形状が推定されても良い。例えば、熱的に区別可能な領域の温度が分かっている場合、熱的に区別可能な領域の温度に相当する近似温度を持つ身体の内側の領域が、熱的に区別可能な領域の位置として推定されても良い。

身体表面の基準階調マップは、サーマルカメラによって取得された身体表面の測定された階調マップとのあらゆる種類の比較のためのプラットフォームとして使用されても良い。例えば、参照身体表面の階調値の積分と、測定された身体表面の階調値の積分とが比較される。他の例として、参照身体表面の階調値の局部的な標準偏差と、測定された身体表面の階調値の局部的な標準偏差とが比較される。

上述したように、異なる時間の参照身体表面の結果として生じた階調マップと、異なる時間にサーマルカメラで取得された身体表面の測定された階調マップとの差又は比率の計算は、前処理演算によって、先行されても良い。

本発明のいくつかの実施形態において、前処理演算は、身体部分の表面内の関心のある領域の定義を含んでも良い。これらの実施形態において、差又は比率は、関心のある領域について計算されても良い。１つ以上の関心のある領域が定義されても良い。この場合において、関心のある領域の各々について、表面積分が別々に計算されても良い。関心のある領域は、例えば、高温に関連付けられた表面の一部として、定義されても良い。そのような関心のある領域の代表例は、表面の熱的に区別可能なスポットを取り囲む領域であっても良い。図１Ｃは、熱的に区別可能なスポット２０１を概略的に示す。スポット２０１を取り囲むグレー領域が、関心のある領域として定義されうる。

ＩＲ空間表現又は画像は、１以上のサーモグラフィ画像を取得して、サーモグラフィ画像を３次元空間表現にマッピングすることによって、生成され取得されても良い。

次に図６Ａを参照する。図６Ａは、本発明の実施形態のＩＲ空間撮像システムの概略図を示す。ＩＲ空間撮像システム１２０が示されている。生体２１０又は人２１２の生体の一部が、撮像装置２１４の前に位置している。人２１２は、撮像装置２１４に対し、立位、座位、又は任意の他の適当な位置にいる。人２１２は、位置決め装置２１５によって撮像装置２１４に対して、最初に位置付けられても良いし又は後で再配置されても良い。位置決め装置２１５は、一般的に、エンジンの力によって又は任意の他の適当な力によってレール上を動く台を含む。さらに、腫瘍などの熱的に区別可能な物体２１６が、人２１２の身体２１０内にある。例えば、身体２１０が胸を含む場合、物体２１６は癌性腫瘍などの乳房の腫瘍である。

本発明の実施形態において、人２１２はシャツなどの衣服２１８を着用している。衣服２１８は、可視波長（４００〜７００ナノメートルなど）を透過しない又は一部透過し、可視波長よりも長い波長（赤外波長など）を透過する。さらに、基準マーク２２０は、人２１２の近くに、任意に人２１２の身体上に直接及び身体２１０に接近して、位置付けされる。任意に、基準マーク２２０は、直接、身体２１０に取り付けられても良い。基準マーク２２０は、一般的に、以下に示すように、物質の一部、人２１２に描かれたマーク、又は任意の他の適当なマークを含んでも良い。

撮像装置２１４は、一般的に、少なくとも可視波長を感知する少なくとも１つの可視光撮像装置２２２と、一般的に３〜５マイクロメートル及び／又は８〜１２マイクロメートルの範囲の、赤外波長を感知できる少なくとも１つのサーモグラフィ撮像装置２２４とを含む。一般的に、撮像装置２２２，２２４は、上述した基準マーク２２０を検知できる。

任意に、偏光板２２５が、可視光撮像装置２２２の前方に配置されても良い。さらなる代替手段として、少なくとも可視波長の一部を遮断するカラーフィルタ２２６が、可視光撮像装置２２２の前方に配置されても良い。

一般的に、少なくとも１つの可視光撮像装置２２２は、白黒又はカラーの静止画撮像装置、又はＣＣＤ又はＣＭＯＳなどのデジタル撮像装置を含む。さらに、少なくとも１つの可視光撮像装置２２２は、複数の撮像素子を含む。複数の撮像素子の各々は、３次元撮像素子である。

任意に、撮像装置２１４は、位置決め装置２２７によって、人２１２に対して再配置されても良い。さらなる代替手段として、撮像装置２２２，２２４の各々は、少なくとも１つの位置決め装置２２８によって、人２１２に対して再配置されても良い。位置決め装置２２７は、エンジン、レバー、又は任意の他の適当な力を含んでも良く、さらにその上で撮像装置２１４を動かすためのレールを含んでも良い。再位置決め装置２２８は、同様に構成されうる。

可視光撮像装置２２２とサーモグラフィ撮像装置２２４とによって取得されたデータは、通信ネットワーク２３２を介してデータプロセッサ２３０に出力され、一般的に、データプロセッサ上で起動されるアルゴリズムによって解析されて処理される。結果として生じるデータは、少なくとも１つの表示装置２３４に表示される。表示装置２３４は、任意に、通信ネットワーク２３６を介して、データプロセッサ２３０に接続されている。データプロセッサ２３０は、一般的に、ＰＣ、ＰＤＡ、又は任意の他の適当なハードウェアデータプロセッサを含む。通信ネットワーク２３２，２３６は、一般的に、インターネット又はイントラネットなどの物理的な通信ネットワークを含んでも良いし、代わりに、セルラーネットワーク、赤外線通信ネットワーク、無線周波数（ＲＦ）通信ネットワーク、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（ＢＴ）通信ネットワーク、又は任意の他の適当な通信ネットワークなどの、ワイヤレスネットワークを含んでも良い。

本発明の実施形態において、表示装置２３４は、一般的に、スクリーン、例えば、ＬＣＤスクリーン、ＣＲＴスクリーン、又はプラズマスクリーンを含む。さらなる代替手段として、表示装置２３４は、２つのＬＣＤ又は２つのＣＲＴを含み、ユーザの目の前に位置付けされ、眼鏡の構造に類似した構造でパッケージ化された少なくとも１つの可視化装置を含んでも良い。表示装置２３４は、一般的に、表示されたモデルのＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に沿って移動可能で、表示されたデータの種々の位置又は要素を指すのに使用されうるポインタ２３８を表示しても良い。

次に図６Ｂ、図６Ｃ、及び図７Ａ〜図７Ｅを参照する。図６Ｂ、図６Ｃ、及び図７Ａ〜図７Ｅは、本発明の様々な例示的な実施形態のＩＲ空間撮像システムの様々な動作原理の図を示す。

最初に、図６Ｂ及び図６Ｃを参照して、可視光撮像について説明する。次に、図７Ａ〜図７Ｅを参照して、サーモグラフィ撮像について説明する。図６Ｂ及び図６Ｃに示される可視光画像データの取得は、図７Ａ〜図７Ｅに示されるサーモグラフィ画像の取得の前、後、又は同時に実行されてもいいことは理解される。

図６Ｂ及び図６Ｃを参照すると、身体２１０を含む人２１２は、位置決め装置２１５の上で撮像装置２１４の前方の、撮像装置に対して第一の位置２４０に位置している。身体２１０の第１の画像データは、可視光撮像装置２２２によって、任意に偏光板２２５を使用して、又は代替の選択肢としてカラーフィルタ２２６を使用して、取得される。カラーフィルタを使用する利点は、カラーフィルタが信号対雑音を改善することである。例えば、人が特定カラーのパターン又はマークで照射されるとき、カラーフィルタを使用して特定のカラーのみを透過させて、背景の読み込みを低減することができる。さらに、身体２１０が撮像装置２１４に対して少なくとも第２の位置２４２に位置するようにして、身体２１０の少なくとも第２の画像データが可視光撮像装置２２２によって取得される。それ故、身体２１０に対して撮像装置の少なくとも２つの異なる視点から、第１の画像データ、第２の画像データ、及び任意にさらなる画像データが取得される。

第２の相対的な位置２４２は、図６Ｂに見られるように位置決め装置２１５を使用して人２１２を再配置することによって、図６Ｃに見られるように位置決め装置２２７を使用して撮像装置２１４を再配置することによって、又は図６Ｃに見られるように位置決め装置２２８を使用して撮像装置２２２を再配置することによって、設定される。さらなる代替手段として、第２の相対的な位置２４２は、図７Ｄに見られるように２つの別個の撮像装置２１４を使用して設定されても良いし、又は図７Ｅに見られるように２つの別個の可視光撮像装置２２２（及び装置２２４）を使用して設定されても良い。

図７Ａ〜図７Ｅを参照して、身体２１０を含む人２１２は、位置決め装置２１５の上で撮像装置２１４の前の、撮像装置に対して第一の位置２４４に位置している。身体２１０の第１のサーモグラフィ画像のデータは、サーモグラフィ撮像装置２２４によって取得される。任意に、身体２１０が撮像装置２１４に対して少なくとも第２の位置２４６に位置するようにして、身体２１０の少なくとも第２のサーモグラフィ画像のデータがサーモグラフィ撮像装置２２４によって取得されても良い。それ故、身体２１０に対してサーモグラフィ撮像装置の少なくとも２つの異なる視点から、第１のサーモグラフィ画像データ、第２のサーモグラフィ画像データ、及び任意にさらなるサーモグラフィ画像データが取得される。

第２の相対的な位置２４６は、図７Ａに見られるように位置決め装置２１５を使用して人２１２を再配置することによって、図７Ｂに見られるように位置決め装置２２７を使用して撮像装置２１４を再配置することによって、又は図７Ｃに見られるように位置決め装置２２８を使用してサーモグラフィ撮像装置２２４を再配置することによって、設定される。さらなる代替手段として、第２の相対的な位置２４６は、図７Ｄに見られるように２つの別個の撮像装置２１４を使用して設定されても良いし、又は図７Ｅに見られるように２つの別個のサーモグラフィ撮像装置２２４を使用して設定されても良い。

身体２１０の画像データは、サーモグラフィ撮像装置２２４により、身体２１０の完全な画像の複数の細長い一片を別々に撮像することによって、取得される。これに代えて、身体２１０の完全な画像は、サーモグラフィ撮像装置によって、取得されても良い。また、画像は、複数の細長い一片で又は別の方法として処理用に形成された部分において、サンプリングされても良い。さらなる代替手段として、身体２１０の撮像は、異なる露光時間で実施されても良い。

撮像装置２１４から取得されたサーモグラフィ画像データ及び可視光画像データは、以下のようにデータプロセッサ２３０によって解析されて処理される。撮像装置２２２から取得される画像データは、当技術分野で周知のアルゴリズム及び方法、例えば、米国特許第６４４２４１９号明細書（参照することによって、ここで十分に説明するかのように、この明細書に組み込まれる）に記載の方法を使用して、データプロセッサ２３０によって処理され、身体２１０の３次元空間表現が作られる。３次元空間表現は、基準マーカ２２０の位置を含む（図６Ａ参照）。任意に、３次元空間表現は、身体２１０のカラー、色相、及び組織のテクスチャに関する情報を含んでも良い。撮像装置２２４から取得されるサーモグラフィ画像データは、当技術分野で周知のアルゴリズム及び方法、例えば、米国特許第６４４２４１９号明細書に記載の方法を使用して、データプロセッサ２３０によって処理され、身体２１０のサーモグラフィ３次元モデルが作られる。サーモグラフィ３次元モデルは、基準マーカ２２０を含む（図７Ａ参照）。それから、サーモグラフィ３次元モデルが、プロセッサ２３０により、例えば基準マーカ２２０を位置合わせすることによって、３次元空間表現にマッピングされて、ＩＲ空間画像が形成される。

次に、図８Ａ、図８Ｂ、及び図８Ｃを参照する。図８Ａ、図８Ｂ、及び図８Ｃは、胸の異常部分（例えば、腫瘍）がない健常者の、空間熱表現８００、理論的熱シミュレーション８０２、及び比較８０４の絵画図をそれぞれ示す。空間熱表現８００と理論的熱シミュレーション８０２は、ヒートマップとして示される。ヒートマップでは、より暗い領域はより低い温度を意味するのに対し、より明るい領域はより高い温度を意味する。ヒートマップは、２９℃〜３４℃の目盛りで表示されている。

図８Ａに見られるように、空間熱表現８００は、本撮像装置によって実際に取得されるような、不規則に、配置され、大きさにされ、形作られた、様々な温度領域を含む。一方、図８Ｂの理論的熱シミュレーション８０２は、より滑らかに、はるかにきれいに並べられた温度勾配を示している。すなわち、理論的熱シミュレーション８０２は、患者の胸の３Ｄ再構成の温度勾配の数学的モデルを示している。

図８Ｃの比較８０４は、空間熱表現８００と理論的熱シミュレーション８０２の温度差を示している。見られるように、比較８０４の領域の大部分は約０〜０．５℃の温度差を示しているのに対し、残りの領域は約１〜１．５℃の温度差を示している。すなわち、比較８０４は、温度差が比較的最小であることを示している。

次に、図９Ａ、図９Ｂ、及び図９Ｃを参照する。図９Ａ、図９Ｂ、及び図９Ｃは、胸の異常部分（例えば、腫瘍）がある病人の、空間熱表現９００、理論的熱シミュレーション９０２、及び比較９０４の絵画図をそれぞれ示す。空間熱表現９００と理論的熱シミュレーション９０２は、ヒートマップとして示される。ヒートマップでは、より暗い領域はより低い温度を意味するのに対し、より明るい領域はより高い温度を意味する。ヒートマップは、２６℃又は２７℃から３４℃の目盛りで表示されている。

図９Ａに見られるように、空間熱表現９００は、本撮像装置によって実際に取得されるような、不規則に、配置され、大きさにされ、形作られた、様々な温度領域を含む。一方、図９Ｂの理論的熱シミュレーション９０２は、より滑らかに、はるかにきれいに並べられた温度勾配を示している。すなわち、理論的熱シミュレーション９０２は、患者の胸の３Ｄ再構成の温度勾配の数学的モデルを示している。

図９Ｃの比較９０４は、空間熱表現９００と理論的熱シミュレーション９０２の温度差を示している。見られるように、比較９０４の領域の大部分は約２．５〜５℃の温度差を示しているのに対し、残りの領域は約０〜１．５℃の温度差を示している。すなわち、比較８０４は、温度差が大きいことを示している。

つまり、３Ｄにおける、空間熱表現と理論的熱シミュレーションの大きな温度差は、温度差が現れる場所において、１つ以上の腫瘍などの異常部分を示している可能性がある。いくつかの実施形態において、ユーザは温度差の閾値を設定しても良く、方法は閾値より上のときに異常部分が存在している可能性があることを警告する。閾値は、任意に、その温度差の領域のサイズに関連しても良く、実際の異常部分を表すには小さすぎる又は大きすぎる領域を除外しても良い。

上記比較に基づいて、任意の物体内に、熱的に区別可能な物体が存在する可能性を判定するのに、上述した実施形態が適用可能であることが理解される。

用語「有する、有している、含む、含んでいる、持っている（“comprises”、“comprising”、“includes”、“including”、“having”）」とそれらの同根語は、「含むが限定しない」ことを意味する。

ここで使用されているように、単数形（“a”、“an”、及び“the”）は、文脈に別のことが明確に記されていない限り、複数の参照を含む。例えば、用語「合成物」又は「少なくとも１つの合成物」は、それらの混合物を含む複数の合成物を含んでも良い。

この明細書中において、本発明の様々な実施形態が範囲の形式で提供されても良い。範囲の形式での説明は、単なる便宜上及び簡潔にするためであって、本発明の範囲についての柔軟性のない限定として解釈されるべきではない。よって、範囲の説明は、その範囲内の個々の数値に加え、可能性のある部分的な範囲の全てを特に開示したものとして考慮されるべきである。例えば、１〜６のような範囲の説明は、その範囲内の個々の数、例えば、１，２，３，４，５，６に加え、１〜３、１〜４、１〜５、２〜４、２〜６、３〜６などの部分的な範囲を特に開示されたものとして考慮されるべきである。これは、範囲の幅にかかわらず、適用される。

数値範囲がここで示されるときは、その示された範囲内の任意の引用された数字（分数又は整数）を含むことを意味している。語句「第１に示す数と第２に示す数との間で変動している／変動する」と「第１に示す数から第２に示す数まで変動している／変動する」は、ここでは交換可能に使用され、第１に示された数と第２に示された数とそれらの間の分数及び整数の数字の全てを含むことを意味している。

本発明のある特徴は明確にするために別々の実施形態の文脈において説明したけれども、単一の実施形態において組み合わせて提供されても良いことが理解される。逆に、本発明の様々な特徴は簡潔にするために単一の実施形態の文脈内で説明したけれども、別々に、又は任意の適当なサブコンビネーションで、又は本発明の任意の他の説明した実施形態に適した方法で、提供されても良い。様々な実施形態の文脈で説明したある特徴は、実施形態がそれらの要素なしでは動作できない場合を除いて、実施形態の必須の特徴と見なされない。

本発明は、その特定の実施形態と共に説明されたけれども、当業者には多数の代替、改良、及び変形が明らかであることは明白である。よって、添付の特許請求の範囲の精神と広い範囲内にある、このような全ての代替、改良、及び変形を含むことが意図される。

個々の刊行物、特許、又は特許出願のそれぞれが参照することによってこの明細書に組み込まれることが具体的に及び個別に示されたのと同程度に、この明細書で記載した全ての刊行物、特許、及び特許出願は参照することによってその全体がこの明細書に組み込まれる。さらに、この出願の参照文献の引用又は識別は、そのような参照文献が本発明の先行技術として利用可能であることを承認するものとして、解釈されない。それらは、セクションの見出しが使用される範囲まで、必ずしも限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (32)

1. 身体曲線部の空間熱表現を受信するステップと、
   前記身体曲線部の理論的熱シミュレーションを生成するステップと、
   を含み、
   前記空間熱表現は、空間データに関連付けられた熱画像を含み、
   前記理論的熱シミュレーションの生成は、前記空間熱表現の前記空間データと、ある種の前記身体曲線部の所定の熱力学的論理とに基づいている、
   撮像方法。
2. 前記空間熱表現と前記理論的熱シミュレーションとを比較するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記空間熱表現と前記理論的熱シミュレーションとの比較に基づいて、前記身体曲線部の異常部分を検出するステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記身体曲線部の内側の異常部分のパラメータを逆方向に解くステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記逆方向に解くステップは、
   前記身体曲線部の内側の理論上の腫瘍についての複数の追加の理論的熱シミュレーションを生成し、前記複数の追加の理論的熱シミュレーションの各々において、前記理論上の腫瘍のパラメータを調整するステップと、
   前記空間熱表現と前記複数の追加の理論的熱シミュレーションとを比較して、前記複数の追加の理論的熱シミュレーションの中で、前記空間熱表現に最も近いシミュレーションを決定するステップと、
   を含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記異常部分のパラメータは、前記身体曲線部の内側の異常部分の位置、異常部分のサイズ、異常部分の形状、及び異常部分の種類からなる群から選択される、請求項４又は請求項５に記載の方法。
7. 前記空間熱表現は寒冷負荷試験に対応する、請求項３に記載の方法。
8. 前記所定の熱力学的論理は理論的寒冷負荷試験の影響を受ける、請求項７に記載の方法。
9. 前記ある種の身体曲線部の前記所定の熱力学的論理は健常者に基づいて計算される、請求項１に記載の方法。
10. 前記身体曲線部は１つ以上の胸を含む、請求項１から請求項９のいずれかに記載の方法。
11. 撮像装置とハードウェアデータプロセッサとを有する撮像システムであって、
    前記ハードウェアデータプロセッサは、
    （ａ）身体曲線部の空間熱表現を生成し、
    （ｂ）前記身体曲線部の理論的熱シミュレーションを生成し、
    前記空間熱表現は、空間データに関連付けられた熱画像を含み、
    前記理論的熱シミュレーションの生成は、前記空間熱表現の前記空間データと、ある種の前記身体曲線部の所定の熱力学的論理とに基づいている、
    撮像システム。
12. 前記ハードウェアデータプロセッサは、さらに、前記空間熱表現と前記理論的熱シミュレーションを比較するように構成される、請求項１１に記載の撮像システム。
13. 前記ハードウェアデータプロセッサは、さらに、前記空間熱表現と前記理論的熱シミュレーションとの比較に基づいて、前記身体曲線部の異常部分を検出するように構成される、請求項１２に記載の撮像システム。
14. 前記ハードウェアデータプロセッサは、さらに、前記身体曲線部の内側の異常部分のパラメータを逆方向に解くように構成される、請求項１３に記載の撮像システム。
15. 前記逆方向に解くことは、
    前記身体曲線部の内側の理論上の腫瘍についての複数の追加の理論的熱シミュレーションを生成し、前記複数の追加の理論的熱シミュレーションの各々において、前記理論上の腫瘍のパラメータを調整し、
    前記空間熱表現と前記複数の追加の理論的熱シミュレーションとを比較して、前記複数の追加の理論的熱シミュレーションの中で、前記空間熱表現に最も近いシミュレーションを決定すること、
    を含む、請求項１４に記載の撮像システム。
16. 前記異常部分のパラメータは、前記身体曲線部の内側の異常部分の位置、異常部分のサイズ、異常部分の形状、及び異常部分の種類からなる群から選択される、請求項１４又は請求項１５に記載の撮像システム。
17. 前記空間熱表現は寒冷負荷試験に対応し、前記異常部分と前記異常部分に隣接する正常組織とのコントラストを強める、請求項１３に記載の撮像システム。
18. 前記所定の熱力学的論理は理論的寒冷負荷試験の影響を受ける、請求項１７に記載の撮像システム。
19. 前記ある種の身体曲線部の前記所定の熱力学的論理は健常者に基づいて計算される、請求項１１に記載の撮像システム。
20. 前記身体曲線部は１つ以上の胸を含む、請求項１１から請求項１９のいずれかに記載の撮像システム。
21. 前記撮像装置は、熱撮像装置と可視光撮像装置とを含む、請求項１１から請求項１９のいずれかに記載の撮像システム。
22. 身体曲線部の空間データを受信するステップと、
    前記身体曲線部の理論的熱シミュレーションを生成するステップと、
    を含み、
    前記理論的熱シミュレーションの生成は、表現の前記空間データと、ある種の前記身体曲線部の所定の熱力学的論理とに基づいている、
    撮像方法。
23. 前記身体曲線部の空間熱表現を受信するステップをさらに含み、
    前記空間熱表現は、前記空間データと、前記空間データに関連付けられた熱画像とを含む、請求項２２に記載の方法。
24. 前記空間熱表現と前記理論的熱シミュレーションとを比較するステップをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
25. 前記空間熱表現と前記理論的熱シミュレーションとの比較に基づいて、前記身体曲線部の異常部分を検出するステップをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
26. 前記身体曲線部の内側の異常部分のパラメータを逆方向に解くステップをさらに含む、請求項３５に記載の方法。
27. 前記逆方向に解くステップは、
    前記身体曲線部の内側の理論上の腫瘍についての複数の追加の理論的熱シミュレーションを生成し、前記複数の追加の理論的熱シミュレーションの各々において、前記理論上の腫瘍のパラメータを調整するステップと、
    前記空間熱表現と前記複数の追加の理論的熱シミュレーションとを比較して、前記複数の追加の理論的熱シミュレーションの中で、前記空間熱表現に最も近いシミュレーションを決定するステップと、
    を含む、請求項２６に記載の方法。
28. 前記異常部分のパラメータは、前記身体曲線部の内側の異常部分の位置、異常部分のサイズ、異常部分の形状、及び異常部分の種類からなる群から選択される、請求項２６又は請求項２７に記載の方法。
29. 前記空間熱表現は寒冷負荷試験に対応する、請求項２５に記載の方法。
30. 前記所定の熱力学的論理は理論的寒冷負荷試験の影響を受ける、請求項２９に記載の方法。
31. 前記ある種の身体曲線部の前記所定の熱力学的論理は健常者に基づいて計算される、請求項２２に記載の方法。
32. 前記身体曲線部は１つ以上の胸を含む、請求項２２から請求項３１のいずれかに記載の方法。

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