JP4914921B2 - 患者モニタ - Google Patents
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Description
少なくとも1呼吸サイクルの間、患者の少なくとも一部の動きを示す測定を表すデータを取得する段階と;
取得されたデータを使って前記少なくとも1呼吸サイクルの間の患者の前記少なくとも一部の位置の変動の呼吸モデルを生成する段階と;
その後のある呼吸期間の間、患者の前記少なくとも一部の位置を示す測定を表すさらなるデータを取得する段階と;
前記の生成された呼吸モデルを使って患者の前記少なくとも一部の位置の表現をモデル化する段階と;
取得されたさらなるデータを、患者の前記少なくとも一部の位置のモデル化された表現と比較する段階とを有する方法、
が提供される。
患者の少なくとも一部の位置を示す測定値を決定するよう動作可能な3D位置決定モジュールと;
前記3D位置決定モジュールによって決定される測定値を使って、前記少なくとも1呼吸サイクルの間の患者の前記少なくとも一部の位置の変動の呼吸モデルを生成するよう動作可能なモデル生成モジュールと;
前記モデル生成モジュールによって生成された呼吸モデルを利用して、患者の前記少なくとも一部の位置の表現をモデル化し、前記3D位置決定モジュールによって決定された患者の前記少なくとも一部の位置の測定値をモデル化された表現と比較するよう動作可能な比較モジュールとを有する患者モニタ、
が提供される。
図1は、本発明の第一の実施形態に基づく患者モニタの概略図である。この実施形態によれば、配線12によってコンピュータ14に接続された立体視カメラ10が設けられる。コンピュータ14は、放射線療法を適用する線形加速器のような治療装置16または放射線療法を計画するX線シミュレータにも接続されている。治療の間に患者20が横たわる機械的な台18が、治療装置の一部として設けられている。治療装置16および機械的な台18は、コンピュータ14の制御のもとで、機械的な台18および治療装置16の相対位置が、横に、垂直に、長手方向に、そして回転的に変えられるよう構成されている。患者20の表面上にはマーカー22が設けられている。
不規則な呼吸を検出するために呼吸モデルを生成するために図1の患者モニタによって実行される処理について、これから図2〜図5を参照して詳細に述べる。
図4を参照すると、この図は呼吸信号をいくつかの区画に分割することに関わる処理の流れ図である。ひとたびいくつかの呼吸サイクルについての位置およびタイミング・データが信号キャッシュ28に記憶されると、位相検出モジュール30はその信号を個々の呼吸サイクルを表す区画に分割する。それには、記憶されている信号を処理して各呼吸サイクルの中間および始まり/終わりに対応する点を識別する。これらの点は最大および最小の位置値を判別することによって識別できる。最大および最小の位置値はそれぞれ、呼吸サイクルに関連する最大の吸気および呼気の点に対応するであろう。
a)対応する曲線が、考えられている点を中心とするある範囲にわたって増加する;
b)対応する曲線が、考えられている点を中心とする前記範囲にわたっての最大値を、前記範囲の中心の右側にもつ;または
c)対応する曲線が、考えられている点を中心とする前記範囲にわたっての最小値を、前記範囲の中心の左側にもつ、
場合に増加(increasing)として分類できる。
図5に目を転じると、この図は、呼吸モデルを生成するための、区分された呼吸信号の処理の流れ図である。位相検出モジュール30が呼吸信号を、それぞれ単一の呼吸サイクルに対応する一連のサンプルに区分してしまうと、各サンプルが順にモデル生成モジュール32によって処理される。信号キャッシュ28に記憶されている絶対的なタイミング・データがまず、相対的なタイミング測定値の集合に変換される。これは、特定の呼吸サイクルに関連する最小のタイミング・データをそのサイクルについてのタイミング・データの全項目から引くことによって行われる。
異常呼吸の期間を識別するための生成された呼吸モデルの使用について、ここで図6および図7を参照して述べる。
本発明の第二の実施形態についてこれから述べる。第一の実施形態による呼吸サイクルの規則性の判定では、患者モニタ・システムによって収集された区分呼吸信号の比較に基づく装置が記載されている。第二の実施形態では、不規則な呼吸と患者の動きの両方を検出できる改良されたシステムが記載される。さらに、この実施形態に基づくシステムは、患者20の表面上にマーカー22を置くことに依存しない。
立体視カメラ10によって得られる画像を処理することによって表面データが生成される仕方のため、相続く表面の間の穴(hole)および突出値(outlier)といった不整合(inconsistency)が生じる。こうした不整合を克服するために、変動する表面特性を受け入れるためのメッシュ変形および穴充填が必要とされる。この実施形態においてこれを達成するために、表面を表すデータがまず(S8-1)、エネルギー最小化プロセスを使って処理される。ここで、エネルギー項は:(i)立体視カメラ10によって得られた画像の最初の対についての表面である初期参照表面と、立体視画像のその後の対について生成された表面との間の点と点の関係、ならびに、(ii)初期参照表面の表面メッシュのエッジ属性、について定義される。これらのエネルギー項は、両表面上の対応する頂点について定義される。これらの項の最小化が、参照頂点のその後の表面に向かった変換を与える。その際、前記その後の表面の形と、前記参照表面の表面属性とが保持されるようにされる。
ε(i)=αεdata(i)+βεsmoothness(i)
ここで、εはεdataおよびεsmoothnessの、α,β∈Rとしての重み付きの和である。αおよびβは、その後の表面にマッチするための、よってその後の表面の形をもつが参照表面のなめらかなメッシュをもつ平滑な投影された表面を与えるよう参照表面の変形を制御するために使われる。ゲーティングされた(gated)表面についてαおよびβの値は1.0および0.2に選ばれる。これらの値が形の保持と表面の平滑さの間の良好な兼ね合いを与えるからである。
Zn+1(i)=Xn(i)+tn+1(i)
として定義される頂点iの組をもつことになる。
Z={X1,Z1+t2,Zn-1+tn,…,ZN-1+tN}
ここで、最初の参照表面はサンプリングし直された集合における最初、すなわちZ1=X1であり、その後のすべてのサンプリングし直された表面は直前のサンプリングし直された表面の、生成されたその後の表面上への平滑表面投影として計算される、すなわちZn=Zn-1+tnである。
表面ベースの主成分解析呼吸モデルが呼吸モデル記憶34に記憶されたのち、異常な呼吸および/または患者の動きを識別するために、新たに捕捉されたデータが記憶されているモデルとマッチされる。それについてここで図9を参照して述べる。図9は、呼吸信号を記憶されている呼吸モデルと比較することに関わる処理の流れ図である。
Claims (15)
- 患者をモニタリングする方法であって:
複数の呼吸サイクルの間、患者の表面上の諸点の動きを示す測定値を表すデータを取得する段階と;
取得されたデータを使って1呼吸サイクルの間の患者の前記表面上の諸点の位置の変動の成分解析モデルを生成する段階と;
その後のある呼吸期間の間、患者の前記表面上の諸点の位置を示す測定値を表すさらなるデータを取得する段階と;
前記の生成された成分解析モデルを使ってあてはめされた、前記さらなるデータの表現と、前記成分解析モデルを生成するのに使われたデータの平均表現との間のマハラノビス距離を計算する段階と;
前記計算されたマハラノビス距離を閾値と比較する段階とを含む方法。 - 請求項1記載の方法であって、前記成分解析モデルを生成する段階が、主成分解析モデルまたは独立成分解析モデルを生成することを含む、方法。
- 請求項1または2記載の方法であって、複数の呼吸サイクルの間、患者の表面上の諸点の動きを示す測定値を表すデータを取得する前記段階、ならびに、その後のある呼吸期間の間、患者の前記表面上の諸点の位置を示す測定値を表すさらなるデータを取得する前記段階が:
患者の画像を得る段階と;
得られた画像を処理して、該得られた画像に現れる患者の表面上の諸点の位置を決定する段階とを含む、
方法。 - 請求項3記載の方法であって、さらに:
モニタリングされるべき患者の前記部分にマーカーを位置させる段階を含み、ここで、得られた画像を処理して、該得られた画像に現れる患者の表面上の諸点の位置を決定する前記段階が、画像中に現れるマーカーの位置を決定するよう得られた複数の画像を処理する段階を含む、
方法。 - 請求項3記載の方法であって、得られた画像を処理して、該得られた画像に現れる患者の表面上の諸点の位置を決定する前記段階が:
得られた画像を処理して、該得られた画像に現れる患者の表面の3Dワイヤ・メッシュ・モデルを生成する段階と;
生成された3Dワイヤ・メッシュ・モデルを利用して、前記患者の表面上の一つまたは複数の点の位置を決定する段階とを含み、
成分解析モデルを生成する前記段階が、1呼吸サイクルの間の前記患者の表面上の一つまたは複数の点の位置をモデル化する成分解析モデルを生成する段階を含む、
方法。 - 請求項5記載の方法であって、
前記得られた画像に現れる患者の表面の生成された3Dワイヤ・メッシュ・モデルを、前記生成された成分解析モデルを使って生成された前記表面のモデル化された表現と比較する段階と;
前記3Dワイヤ・メッシュ・モデルを前記モデル化された表現と一致させるために必要とされる変換を決定する段階とをさらに含む、
方法。 - 請求項6記載の方法であって、前記3Dワイヤ・メッシュ・モデルを前記モデル化された表現と一致させるよう決定された変換に基づいて、機械的な台に患者の位置を直させる信号を生成する段階をさらに含む、方法。
- 請求項1ないし7のうちいずれか一項記載の方法であって、成分解析モデルを生成する前記段階が:
取得されたデータを処理して、該データを異なる呼吸サイクルに関連付けられるデータに分割する段階と;
呼吸サイクルの過程での患者の前記表面上の諸点の位置の変動の成分解析モデルを生成する段階とを含む、
方法。 - 前記計算されたマハラノビス距離が前記閾値を超える場合、治療装置に治療を中断させる信号を生成する段階をさらに含む、請求項1ないし8のうちいずれか一項記載の方法。
- コンピュータが解釈できる命令を記憶するコンピュータ可読媒体であって、前記命令は、プログラム可能なコンピュータによって実行されると、該コンピュータに:
複数の呼吸サイクルの間、患者の表面上の諸点の動きを示す測定値を表すデータを取得する段階と;
取得されたデータを使って1呼吸サイクルの間の患者の前記表面上の諸点の位置の変動の成分解析モデルを生成する段階と;
その後のある呼吸期間の間、患者の前記表面上の諸点の位置およびタイミングを示す測定値を表すさらなるデータを取得する段階と;
前記の生成された成分解析モデルを使ってあてはめされた、前記さらなるデータの表現と、前記成分解析モデルを生成するのに使われたデータの平均表現との間のマハラノビス距離を計算する段階と;
前記計算されたマハラノビス距離を閾値と比較する段階とを実行させる、
コンピュータ可読媒体。 - 患者モニタであって:
患者の表面上の諸点の位置を示す測定値を決定するよう動作可能な3D位置決定モジュールと;
前記3D位置モジュールによって決定された患者の表面上の諸点の位置を示す測定値をタイミング・データと関連付けるよう動作可能なクロック・モジュールと;
複数の呼吸サイクルについての得られた位置およびタイミング・データを使って、1呼吸サイクルの間の患者の前記表面上の諸点の位置の変動の成分解析モデルを生成するよう動作可能なモデル生成モジュールと;
前記モデル生成モジュールによって生成された成分解析モデルを使ってあてはめされた、前記3D位置決定モジュールおよび前記クロック・モジュールによって得られた位置およびタイミング・データの表現と、前記生成された成分解析モデルを生成するのに使われたデータの平均表現との間のマハラノビス距離を計算し、前記計算されたマハラノビス距離を閾値と比較するよう動作可能な比較モジュールとを有する、
患者モニタ。 - 請求項11記載の患者モニタであって、さらに:
前記3D位置決定モジュールによって得られた患者の表面上の諸点の位置を示す測定値を処理して、測定値を種々の呼吸サイクルに関連付けるよう動作可能な位相検出モジュールを有しており、前記モデル生成モジュールは、前記3D位置決定モジュールによって決定された測定値を前記位相検出モジュールによって種々の呼吸サイクルに関連付けたものを使って、1呼吸サイクルの間の患者の前記表面上の諸点の位置の変動の成分解析モデルを生成するよう動作可能である、
患者モニタ。 - 請求項11または12記載の患者モニタであって、さらに:
モニタリングされるべき患者の画像を取得するよう動作可能な立体視カメラを有しており、前記3D位置決定モジュールは、前記立体視カメラによって得られた画像を処理して、モニタリングされる患者の表面上の諸点の位置を示す測定値を決定するよう動作可能である、
患者モニタ。 - 請求項13記載の患者モニタであって、さらに機械的な台を有しており、前記比較モジュールが:
前記立体視カメラによって得られた画像に現れる患者の表面の3Dワイヤ・メッシュ・モデルを、前記モデル生成モジュールによって生成された成分解析モデルを使って生成された前記表面のモデル化された表現と比較する段階と;
前記3Dワイヤ・メッシュ・モデルを前記モデル化された表現と一致させるために必要とされる変換を決定する段階と、
前記決定された変換に基づいて、前記機械的な台に患者の位置を直させる信号を生成する段階とを実行するよう動作可能である、
患者モニタ。 - 治療装置をさらに有する、請求項11ないし14のうちいずれか一項記載の患者モニタであって、前記比較モジュールは、前記計算されたマハラノビス距離が前記閾値を超える場合、前記治療装置に治療を中断させる信号を生成するよう動作可能である、患者モニタ。
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