JP6714006B2 - 医療イメージングモダリティで使用するための患者の生体計測パラメータ及び生理学的パラメータを自動測定するためのカメラシステム - Google Patents
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Description
本発明は、医療イメージングモダリティにより検査される関心対象者の生体計測パラメータ及び生理学的パラメータを決定する非接触の方法と、医療イメージングモダリティを用いて検査される関心対象者の生体計測パラメータ及び生理学的パラメータを非接触で決定するカメラシステムと、そのようなカメラシステムを備える医療イメージングモダリティ、特に磁気共鳴イメージングシステム又はコンピュータ断層撮影イメージングシステムとに関する。
医療走査の分野では、通常は患者である、検査される関心対象者に関する複数の生体計測パラメータが決定され、見込まれる走査データに永久に関連付けられる必要があることが知られている。これは通常、用務員（ｏｒｄｅｒｌｙ）又は他の医療スタッフメンバーにより、複数の生体計測パラメータをデータシステムに手動で入力することによって実施される。典型的な生体計測パラメータは、検査台上の関心対象者の体重、姿勢（仰臥位、伏臥位、左側臥位、右側臥位）及び向き（頭から、足から）を含む。
加えて、生理学的パラメータが走査検査中に決定される必要があることが多い。典型的な生理学的パラメータは、関心対象者の心拍波形又は呼吸波形を含む。
生体計測パラメータのデータシステムへの手動入力は、人的エラーが生じやすい。多くの場合、デフォルトの生体計測パラメータが使用され、その理由は、それらを個々の患者に対して決定することがあまりに複雑であるか又は時間がかかるためである。走査検査中に生理学的パラメータを決定することは通常、関心対象者に対するセットアップを必要とする適切なセンサによって行われる。たとえば、関心対象者の呼吸波形を決定する１つの従来の方式は、通常は関心対象者の胸部に取り付けられ、胸部に巻かれたベルトによって保持される呼吸センサを含む呼吸ベルト式監視デバイスを利用するものである。
したがって、本発明の目的は、医療イメージングモダリティにより検査される関心対象者の生体計測パラメータ及び生理学的パラメータを決定する非接触の方法であって、個々の関心対象者に関するセットアップ時間を必要とせず、適切な実施形態を自動的に実施できる方法を提供することである。
本発明の一態様では、医療イメージングモダリティにより検査される関心対象者の生体計測パラメータ及び生理学的パラメータを決定する非接触の方法により、目的が実現される。医療イメージングモダリティは、検査目的で関心対象者を内部に配置するための検査空間と、検査空間外で検査の前後に、並びに検査中に検査空間内に配置されている間に、関心対象者を支持するための上面を有する検査台とを備える。
「生体計測パラメータ」という語句は、本出願で使用される場合、具体的には、個々の関心対象者の少なくとも一部分を特徴付ける機械的尺度として理解されるべきであり、具体的には、たとえば、限定はされないが、関心対象者の特徴的な自然のランドマーク（ｎａｔｕｒａｌ ｌａｎｄｍａｒｋ）の間の距離などの人体計測パラメータを包含するものとする。
「生理学的パラメータ」という語句は、本出願で使用される場合、具体的には、個々の関心対象者の少なくとも一部分の機能を特徴付ける身体的尺度として理解されるべきであり、具体的には、たとえば、限定はされないが、呼吸周期パラメータ及び心周期パラメータなどのパラメータを包含するものとする。
本方法は、
− 関心対象者を検査空間内に配置する前に、少なくとも１つの写真を第１のデジタルカメラで撮影するステップであって、第１のデジタルカメラの視野が検査台の上面の全体像を含む、撮影するステップと、
− コンピュータビジョンアルゴリズム及び画像処理アルゴリズムの少なくとも１つを、第１のデジタルカメラにより撮影された少なくとも１つの写真に適用して、検査台の上面に対する関心対象者の少なくとも１つの生体計測パラメータを決定するステップと、
− 少なくとも１つの写真を第２のデジタルカメラで撮影するステップであって、その視野が少なくとも１つの決定された生体計測パラメータに関する関心対象者の領域を含む、撮影するステップと、
− 関心対象者の少なくとも１つの決定された生体計測パラメータを少なくとも示すデータを用いて、関心対象者の少なくとも１つの生理学的パラメータが決定される関心領域を定義する第２のデジタルカメラにより撮影された少なくとも１つの写真のピクセルのサブセットを特定するステップと、
− 関心対象者の領域の複数の写真を第２のデジタルカメラで撮影するステップと、
− コンピュータビジョンアルゴリズム及び画像処理アルゴリズムの少なくとも１つを、第２のデジタルカメラにより撮影された複数の写真の中の写真に適用して、複数の写真の中の写真内の関心領域を計算することによって、検査中に関心対象者の少なくとも１つの生理学的パラメータを決定するステップと
を備える。
− 関心対象者を検査空間内に配置する前に、少なくとも１つの写真を第１のデジタルカメラで撮影するステップであって、第１のデジタルカメラの視野が検査台の上面の全体像を含む、撮影するステップと、
− コンピュータビジョンアルゴリズム及び画像処理アルゴリズムの少なくとも１つを、第１のデジタルカメラにより撮影された少なくとも１つの写真に適用して、検査台の上面に対する関心対象者の少なくとも１つの生体計測パラメータを決定するステップと、
− 少なくとも１つの写真を第２のデジタルカメラで撮影するステップであって、その視野が少なくとも１つの決定された生体計測パラメータに関する関心対象者の領域を含む、撮影するステップと、
− 関心対象者の少なくとも１つの決定された生体計測パラメータを少なくとも示すデータを用いて、関心対象者の少なくとも１つの生理学的パラメータが決定される関心領域を定義する第２のデジタルカメラにより撮影された少なくとも１つの写真のピクセルのサブセットを特定するステップと、
− 関心対象者の領域の複数の写真を第２のデジタルカメラで撮影するステップと、
− コンピュータビジョンアルゴリズム及び画像処理アルゴリズムの少なくとも１つを、第２のデジタルカメラにより撮影された複数の写真の中の写真に適用して、複数の写真の中の写真内の関心領域を計算することによって、検査中に関心対象者の少なくとも１つの生理学的パラメータを決定するステップと
を備える。
「検査台の上面に対する」という語句は、本出願で使用される場合、具体的には、検査台の上面の特有の特徴に対する少なくとも１つの生体計測パラメータの向き、又は検査台の上面の特有の特徴に対する少なくとも１つの生体計測パラメータの距離の少なくとも１つを示すデータを包含するように理解されるべきである。さらに、検査台に対する少なくとも１つの生体計測パラメータの空間座標を示すデータが包含されるものとする。多くの医療走査モダリティではそうであるように、検査台の上面（又は台面）の位置が記録される場合、関心対象者の少なくとも１つの生体計測パラメータもまた、そのように医療走査モダリティに対して決定される。
上面の「全体像」という語句は、本出願で使用される場合、具体的には、全体像が検査台の上面の各辺の長さの少なくとも３０％、より好ましくは少なくとも４０％、及び最も好ましくは、検査台の上面の各辺の長さの少なくとも５０％の割合を含むように理解されるべきである。
「コンピュータビジョンアルゴリズム及び画像処理アルゴリズム」という語句は、本出願で使用される場合、具体的には、２Ｄ又は３Ｄ画像の２Ｄ及び３Ｄ解析の方法のいずれか、たとえば、限定はされないが、Ｒｉｃｈａｒｄ Ｓｚｅｌｉｓｋｉ、Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｖｉｓｉｏｎ：Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ、２０１０年、ＩＳＢＮ９７８−１８４８８２９３４３などの標準的なテキストに記載されている方法を含むように理解されるべきである。
第１のデジタルカメラ及び第２のデジタルカメラはそれぞれ、シングルショットのカメラ又はビデオカメラの一方とすることができる。カメラの分光感度は、人間に可視の電磁波の光学的領域、並びに／又は近ＵＶ（波長３８０−２００ｎｍ、ＮＵＶ）の領域、赤外放射（近赤外（ＮＩＲ）、中赤外（ＭＩＲ）及び遠赤外（ＦＩＲ））、並びに／又は極高周波（ＥＨＦ：ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）の無線周波数放射の領域を包含する範囲、すなわち、可視光から３０ＧＨｚの低さの無線周波数に至るまでの周波数帯域幅における電磁放射を含むことができる。
他の選択肢として、本方法は、放出される電磁放射のスペクトルがカメラの分光感度に適合される放出源によって、関心対象者の領域を照明するステップを含むことができる。
本方法の１つの利点は、関心対象者の生体計測パラメータ及び生理学的パラメータが非接触で決定されるということにある。
また、本方法は、以前に撮影された写真から決定された生体計測パラメータに関する調整のさらなる努力なしに、関心対象者の厳密にその領域における生理学的パラメータを決定することを可能にする。
他の利点は、生体計測パラメータ及び生理学的パラメータの決定が、適切な装置を設置するための一般的なセットアップ時間の他に、パラメータが決定される個々の関心対象者に関する追加のセットアップ時間を必要としないことにある。この結果、総検査時間を短縮することができる。
好ましい実施形態では、関心対象者の領域の複数の写真を第２のデジタルカメラで撮影するステップと、コンピュータビジョンアルゴリズム及び画像処理アルゴリズムの少なくとも１つを、第２のデジタルカメラにより撮影された複数の写真の中の写真に適用して、複数の写真の中の写真内の関心領域を計算することによって、関心対象者の少なくとも１つの生理学的パラメータを決定するステップとは、検査中に半自動的又は自動的に実施することができる。
「半自動的に」という語句は、本出願で使用される場合、具体的には、人間又は時間若しくはトリガ信号によって起動時に自動的に実行されるものと理解されるべきである。
このようにして、関心対象者の少なくとも１つの生理学的パラメータを、検査中に再現性よく、信頼性高く、及び人的エラーが生じにくい方式で決定することができる。
他の好ましい実施形態では、少なくとも１つの写真を第１のデジタルカメラで撮影するステップは、深度データを含む深度画像として形成され、デジタル距離カメラにより撮影される少なくとも１つの写真を取得することを含む。
好ましくは、距離カメラは、飛行時間（ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔ）カメラ、又は構造化光技術に基づく距離カメラの１つとして設計される。
一実施形態では、距離カメラは、ピクセルにより形成される複数の画像要素を有するフォトニックミキサデバイス（ＰＭＤ）を含む。
一実施形態では、距離カメラは、指示方向ごとに距離測定を行う３Ｄレーザ走査デバイスとして設計される。
一般に知られているように、深度マップとしても知られる深度画像は、撮像されたシーンにおける深度変動を描画する。深度画像は、光学画像データと、光学画像の、ピクセルなどにより形成される画像点に割り当てられる深度値とを含む。
このようにして、生体計測パラメータを、関心対象者の部分が検査台の上面から上方に伸びている構成についても正確に決定することができる。
さらに他の好ましい実施形態では、本方法は、数値的フィッティング手順を深度画像のデータに適用することによって、関心対象者を表す変形可能人体モデルの複数のパラメータを決定するステップをさらに備える。変形可能人体モデルの複数のパラメータは、生体計測パラメータ、並びに決定された生体計測パラメータとは独立したパラメータを含むことができる。
このようにして、検査台の上面に対する関心対象者の位置及び向きを全体的に決定することができ、これを用いて関心対象者の少なくとも１つの生理学的パラメータが決定される関心領域の特定を支援することができる。
一実施形態では、複数の写真を第２のデジタルカメラで撮影するステップは、複数の深度画像を撮影することを備える。このようにして、生理学的パラメータ、たとえば呼吸周期を、深度画像における深度情報の分散から容易に決定することができる。
他の好ましい実施形態では、本方法は、
− 関心対象者が検査空間内に配置されている間に、複数の写真を第１のデジタルカメラ及び第２のデジタルカメラの少なくとも１つで撮影するステップと、
− コンピュータビジョンアルゴリズム及び画像処理アルゴリズムの少なくとも１つを複数の写真の中の写真に適用して、検査台の位置を追跡するステップと、
− 検査台の追跡された位置を示すデータと、検査台の上面に対する関心対象者の少なくとも１つの生体計測パラメータを示すデータの少なくともサブセットとを用いて、関心領域の位置を決定するステップと
をさらに備える。
− 関心対象者が検査空間内に配置されている間に、複数の写真を第１のデジタルカメラ及び第２のデジタルカメラの少なくとも１つで撮影するステップと、
− コンピュータビジョンアルゴリズム及び画像処理アルゴリズムの少なくとも１つを複数の写真の中の写真に適用して、検査台の位置を追跡するステップと、
− 検査台の追跡された位置を示すデータと、検査台の上面に対する関心対象者の少なくとも１つの生体計測パラメータを示すデータの少なくともサブセットとを用いて、関心領域の位置を決定するステップと
をさらに備える。
このようにして、少なくとも１つの生体計測パラメータ及び関心領域の間の空間相関を容易に決定することができる。
一実施形態では、検査台の位置を示す第２のデジタルカメラに転送されるデータは、医療イメージングモダリティの台制御ユニットにより提供される。この場合、台制御ユニット及び第２のデジタルカメラの間の有線又は無線による適切なデータリンクが提供される必要がある。
一実施形態では、検査台の上面に対する関心対象者の少なくとも１つの生体計測パラメータを決定するステップは、検査台の上面に対する、複数の写真が第２のデジタルカメラにより撮影される関心対象者の領域の正確な位置及び向きの少なくとも１つを決定することを含む。
それによって、関心領域を定義するステップを、支援し加速することができる。
本発明の他の態様では、医療イメージングモダリティを用いて検査される関心対象者の生体計測パラメータ及び生理学的パラメータを非接触で決定するためのカメラシステムが提供される。医療イメージングモダリティは、検査中に関心対象者を内部に配置するための検査空間と、検査空間外で検査の前後に、並びに検査中に検査空間内に配置されている間に、関心対象者を支持するための上面を有する検査台とを備える。
カメラシステムは、医療イメージングモダリティの入口領域に配置され、関心対象者を検査空間内に配置する前に少なくとも１つの写真を撮影するように構成される第１のデジタルカメラを備え、第１のデジタルカメラの視野は検査台の上面の全体像を含む。「入口領域」という語句は、本出願で使用される場合、具体的には、関心対象者が検査空間に入る前に通過する必要があるボリュームとして理解されるべきである。
カメラシステムは、関心対象者が検査中に検査空間内に配置されている間に、関心対象者の少なくとも一領域の写真を撮影するように構成される第２のデジタルカメラをさらに備える。
また、カメラシステムは、少なくとも１つのデジタルメモリ及び少なくとも１つのプロセッサユニットを有するカメラシステム制御ユニットと、カメラシステム制御ユニット、第１のデジタルカメラ及び第２のデジタルカメラを接続してデータ伝送を可能にするデータリンクとを含む。
カメラシステム制御ユニットは、
− コンピュータビジョンアルゴリズム及び画像処理アルゴリズムの少なくとも１つを、第１のデジタルカメラにより撮影された少なくとも１つの写真に適用して、検査台の上面に対する関心対象者の少なくとも１つの生体計測パラメータを決定し、
− 少なくとも１つの写真を第２のデジタルカメラで撮影し、その視野は少なくとも１つの決定された生体計測パラメータに関する関心対象者の領域を含み、
− 関心対象者の少なくとも１つの決定された生体計測パラメータを少なくとも示すデータを用いて、関心対象者の少なくとも１つの生理学的パラメータが決定される関心領域を定義する第２のデジタルカメラにより撮影された少なくとも１つの写真のピクセルのサブセットを特定し、
− 少なくとも１つの決定された生体計測パラメータに関する関心対象者の領域の複数の写真を第２のデジタルカメラによって撮影し、
− 第２のデジタルカメラにより撮影された複数の写真の中の写真を表すデータを第２のデジタルカメラから検索し、コンピュータビジョンアルゴリズム及び画像処理アルゴリズムの少なくとも１つを適用して、複数の写真の中の写真内の関心領域を計算することによって、検査中に関心対象者の少なくとも１つの生理学的パラメータを決定する
ように構成される。
− コンピュータビジョンアルゴリズム及び画像処理アルゴリズムの少なくとも１つを、第１のデジタルカメラにより撮影された少なくとも１つの写真に適用して、検査台の上面に対する関心対象者の少なくとも１つの生体計測パラメータを決定し、
− 少なくとも１つの写真を第２のデジタルカメラで撮影し、その視野は少なくとも１つの決定された生体計測パラメータに関する関心対象者の領域を含み、
− 関心対象者の少なくとも１つの決定された生体計測パラメータを少なくとも示すデータを用いて、関心対象者の少なくとも１つの生理学的パラメータが決定される関心領域を定義する第２のデジタルカメラにより撮影された少なくとも１つの写真のピクセルのサブセットを特定し、
− 少なくとも１つの決定された生体計測パラメータに関する関心対象者の領域の複数の写真を第２のデジタルカメラによって撮影し、
− 第２のデジタルカメラにより撮影された複数の写真の中の写真を表すデータを第２のデジタルカメラから検索し、コンピュータビジョンアルゴリズム及び画像処理アルゴリズムの少なくとも１つを適用して、複数の写真の中の写真内の関心領域を計算することによって、検査中に関心対象者の少なくとも１つの生理学的パラメータを決定する
ように構成される。
カメラシステム制御ユニットは、特にカメラシステムに割り当てられる別個のユニットとすることができる。代替的には、カメラシステム制御ユニットのタスクは、代わりに、医療イメージングモダリティの制御ユニットにより少なくとも部分的に実行することができる。
そのようなカメラシステムの適切な実施形態によって、本明細書に記載の医療イメージングモダリティにより検査される関心対象者の生体計測パラメータ及び生理学的パラメータを決定する非接触の方法の任意の実施形態を実施することができる。
カメラシステム制御ユニット、第１のデジタルカメラ及び第２のデジタルカメラにより形成される任意のペアの間で、データ伝送を相互に可能にすることができる。代替的には、カメラシステム制御ユニット及び第１のデジタルカメラの間、並びにカメラシステム制御ユニット及び第２のデジタルカメラの間のみで、データ伝送を可能にすることができる。
カメラシステムの好ましい実施形態では、カメラシステム制御ユニットは、第１のデジタルカメラ又は第２のデジタルカメラとの一体部分である。この構成は、部品及びコストを節約する追加の利益を有する。
カメラシステムの他の好ましい実施形態では、第１のデジタルカメラ及び第２のデジタルカメラの少なくとも１つは距離カメラである。最も好ましくは、第１のデジタルカメラ及び第２のデジタルカメラの両方が距離カメラとして設計され、本発明による方法の一実施形態に関して前述された利点が提供される。
本発明の他の態様は、関心対象者の少なくとも一部分の走査データを取得するように構成される医療イメージングモダリティを提供することである。医療イメージングモダリティは、関心対象者の少なくともその部分を内部に配置するために設けられる検査空間を有する走査ユニットを備える。検査空間に隣接して、医療イメージングモダリティは、関心対象者が検査用に検査空間に入るために通過する必要がある入口領域を有する。
医療イメージングモダリティは、医療イメージングモダリティの機能を制御するように構成される制御ユニットと、取得された走査データから走査画像を生成するように構成される信号処理ユニットとをさらに備える。
さらに、医療イメージングモダリティは、本明細書で開示されたカメラシステムの一実施形態を含む。
医療イメージングモダリティの好ましい実施形態では、第１のデジタルカメラは、第１のデジタルカメラのレンズを実質的に下方に向けて、医療イメージングモダリティの入口領域の上部に配置される。
さらに他の実施形態では、医療イメージングモダリティは、関心対象者の少なくとも一部分の磁気共鳴画像を取得するように構成される磁気共鳴イメージングシステムとして形成される。走査データは磁気共鳴信号により形成され、生成された走査画像は磁気共鳴画像により形成される。
磁気共鳴イメージングシステムの走査ユニットは、
− 少なくとも検査空間において静磁場Ｂ０を発生させるために設けられる主磁石であって、検査空間が主磁石のボア領域内に設けられる、主磁石と、
− 静磁場Ｂ０に重畳される勾配磁場を生成するように構成される磁場勾配コイルシステムと、
− 磁気共鳴励起のために関心対象者の部分の、又はその内部の核に無線周波数励起場Ｂ１を印加するように構成される少なくとも１つの無線周波数アンテナデバイスと、
− 無線周波数励起場Ｂ１を印加して励起された関心対象者の部分の、又はその内部の核から磁気共鳴信号を受信するように構成される少なくとも１つの無線周波数アンテナデバイスと
をさらに含む。
− 少なくとも検査空間において静磁場Ｂ０を発生させるために設けられる主磁石であって、検査空間が主磁石のボア領域内に設けられる、主磁石と、
− 静磁場Ｂ０に重畳される勾配磁場を生成するように構成される磁場勾配コイルシステムと、
− 磁気共鳴励起のために関心対象者の部分の、又はその内部の核に無線周波数励起場Ｂ１を印加するように構成される少なくとも１つの無線周波数アンテナデバイスと、
− 無線周波数励起場Ｂ１を印加して励起された関心対象者の部分の、又はその内部の核から磁気共鳴信号を受信するように構成される少なくとも１つの無線周波数アンテナデバイスと
をさらに含む。
本明細書で開示されたカメラシステムが、他の医療イメージングモダリティにも適用可能であることは当業者には容易に理解されよう。具体的には、医療イメージングモダリティは、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）デバイス、陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ：Ｐｏｓｉｔｒｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）デバイス又は組み合わせられたＰＥＴ／ＣＴデバイスとして設計することができる。
開示された方法のさらなる技術的特徴及び利点に関して、カメラシステムに関する説明、図及びそれらに対応する図の説明が、ここで明示的に参照され、逆もまた同様である。
本発明のこれら及び他の態様が、以下で説明される実施形態から明らかとなり、これらを参照して解明される。しかしながら、そのような実施形態は必ずしも本発明の全範囲を表すわけではなく、したがって、本発明の範囲を解釈するために、特許請求の範囲及び本明細書が参照される。
図１は、通常は患者である、関心対象者２０の少なくとも一部分の走査データを取得するように構成される、本発明による医療イメージングモダリティ１０の一実施形態の一部の概略図を示す。医療イメージングモダリティ１０は、保護範囲の限定なく、磁気共鳴イメージングシステムとして設計される。医療イメージングモダリティ１０のこの実施形態について説明されるカメラシステム５０は、当業者に理解されるように、他の医療イメージングモダリティ、たとえば陽電子放出断層撮影デバイス又はコンピュータ断層撮影デバイスにも適用可能である。
取得される走査データは磁気共鳴信号により形成され、生成される走査画像は磁気共鳴画像により形成される。
したがって、磁気共鳴イメージングシステムは、関心対象者２０の少なくとも一部分の磁気共鳴画像を取得するように構成される。この目的で、磁気共鳴イメージングシステムは、静磁場Ｂ０を発生させるために設けられる主磁石１４を有する走査ユニット１２を備える。主磁石１４は、関心対象者２０が内部に配置されるための、中心軸１８の周囲の検査空間１６を提供する中央のボアを有する。静磁場Ｂ０は、少なくとも検査空間１６内で、主磁石１４により発生する。静磁場Ｂ０は、中心軸１８に平行に位置合わせされた、検査空間１６の軸方向を定める。
中央のボアに隣接して、磁気共鳴イメージングシステムは、関心対象者２０が検査空間１６に通常は頭から入るために通過する必要がある入口領域４０を有する。磁気共鳴イメージングシステムは、検査空間１６外で検査の前後に、並びに検査中に検査空間１６内に配置されている間に関心対象者２０を支持するための上面４８を有するスライド可能に配置された台面４６を有する検査台４４を備える。図１に示されるように、関心対象者２０は、検査空間１６に入るために、上面４８に仰臥位で横たわっている。しかしながら、関心対象者２０は、検査台４４に他の体勢で、たとえば伏臥位又は側臥位で横たわってもよいと考えられる。
磁気共鳴イメージングシステムは、静磁場Ｂ０に重畳される勾配磁場を発生させるために設けられる磁場勾配コイルを有する磁場勾配コイルシステム２２をさらに備える。磁場勾配コイルは、当技術分野で知られているように、主磁石１４のボアの中に同心円上に配置される。
さらに、磁気共鳴イメージングシステムは、関心対象者２０の、又はその内部の核を励起するための無線周波数送信フェーズ中に検査空間１６に無線周波数磁場を印加するために設けられる全身コイルとして設計される無線周波数アンテナデバイス３４を含む。無線周波数アンテナデバイス３４は、無線周波数励起場Ｂ１を印加して励起された関心対象者２０の部分の、又はその内部の核から無線周波数受信フェーズ中に磁気共鳴信号を受信するようにさらに構成される。磁気共鳴イメージングシステムの動作状態において、無線周波数送信フェーズ及び無線周波数受信フェーズが連続的に行われる。無線周波数アンテナデバイス３４は、主磁石１４のボアの中に同心円状に配置される。当技術分野でよく知られているように、円筒形金属製の無線周波数シールド２４が、磁場勾配コイルシステム２２の磁場勾配コイル及び無線周波数アンテナデバイス３４の間に同心円状に配置される。
磁気共鳴イメージングシステムは、磁気共鳴イメージングシステムの機能を制御するために設けられる制御ユニット２６をさらに備える。制御ユニット２６は、タッチスクリーンデバイス２８として設計される、表示及び制御のためのヒューマンインターフェースデバイスを備える。
さらに、磁気共鳴イメージングシステムは、制御ユニット２６に接続され、これにより制御される無線周波数送信機ユニット３６を含む。無線周波数送信機ユニット３６は、無線周波数送信フェーズ中に無線周波数切替ユニット３８を介して無線周波数アンテナデバイス３４に磁気共鳴無線周波数の無線周波数電力を供給するために設けられる。無線周波数受信フェーズ中に、無線周波数切替ユニット３８は、無線周波数アンテナデバイス３４から制御ユニット２６内の信号処理ユニット３０に磁気共鳴信号を向かわせる。信号処理ユニット３０は、取得された磁気共鳴信号を処理して、関心対象者２０の部分の磁気共鳴画像により表される走査画像を、磁気共鳴信号により表される取得された走査データから生成するように構成される。この技法は当業者にはよく知られており、したがって、本明細書ではさらに詳細に説明される必要はない。
制御ユニット２６は、生成された磁気共鳴画像を少なくとも一時的に記憶するためのデジタルメモリユニット３２をさらに備える。磁気共鳴イメージングシステムは、医療センターの写真アーカイブ及び通信システム（ＰＡＣＳ：Ｐｉｃｔｕｒｅ Ａｒｃｈｉｖｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）に接続され、これはデータ接続６６を介してインストールされる。このようにして、磁気共鳴イメージングシステム及びＰＡＣＳの間でデータを転送することができる。
また、磁気共鳴イメージングシステムは、磁気共鳴イメージングシステムを用いて検査される関心対象者２０の生体計測パラメータ及び生理学的パラメータを非接触で決定するためのカメラシステム５０を含む。
カメラシステム５０は、ピクセルにより形成される複数の画像要素を有するフォトニックミキサデバイス（ＰＭＤ）を含む、飛行時間型のオートフォーカス距離カメラとして設計される第１のデジタルカメラ５２を備える。
第１のデジタルカメラ５２は、磁気共鳴イメージングシステムの入口領域４０の上部４２に配置され、関心対象者２０を検査空間１６内に配置する前に少なくとも１つの写真を撮影するように構成される。図１に示されるように、第１のデジタルカメラ５２のレンズ５４を下方に向けて、第１のデジタルカメラ５２の視野５６が、検査台４４の上面４８の全体像を含むようにする。
さらに、カメラシステム５０は、第１のデジタルカメラ５２と同様に設計される第２のデジタルカメラ５８を含む。第２のデジタルカメラ５８は、入口領域４０より遠位の検査空間１６の終端の近くに設置される。第２のデジタルカメラ５８は、関心対象者２０が検査中に検査空間１６内に配置されている間に、関心対象者２０の少なくとも一領域の写真を撮影するように構成される。第２のデジタルカメラ５８の視野６０は、検査空間１６の一部分を含む。
カメラシステム５０のカメラシステム制御ユニット６２は、共通の筐体（図１）に設置される、第１のデジタルカメラ５２との一体部分である。カメラシステム制御ユニット６２及び第１のデジタルカメラ５２は、共通の筐体内で有線データリンクによって接続され、これによりデータ伝送が可能になる。さらに、データ伝送用のＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）の無線データリンクが、カメラシステム制御ユニット６２及び第２のデジタルカメラ５８の間に確立される。データリンクを介して伝送されるデータは、画像データ並びにコマンドを含むことができる。
後でより詳細に説明されるように、カメラシステム制御ユニット６２は、
− コンピュータビジョンアルゴリズムを第１のデジタルカメラ５２により撮影された写真に適用して、検査台４４の上面４８に対する関心対象者２０の少なくとも１つの生体計測パラメータを決定し、
− 少なくとも１つの写真を第２のデジタルカメラ５８で撮影し、その視野６０が少なくとも１つの決定された生体計測パラメータに関する関心対象者２０の領域を含み、
− 関心対象者２０の少なくとも１つの決定された生体計測パラメータを少なくとも示すデータを用いて、関心対象者２０の少なくとも１つの生理学的パラメータが決定される関心領域６４を定義する第２のデジタルカメラ５８により撮影された少なくとも１つの写真のピクセルのサブセットを特定し、
− 少なくとも１つの決定された生体計測パラメータに関する関心対象者２０の領域の複数の写真を第２のデジタルカメラ５８によって撮影し、
− 第２のデジタルカメラ５８により撮影された複数の写真の中の写真を表すデータを第２のデジタルカメラ５８から検索し、コンピュータビジョンアルゴリズムを適用して、複数の写真の中の写真内の関心領域６４を計算することによって、検査中に関心対象者２０の少なくとも１つの生理学的パラメータを決定する
ように構成される。
− コンピュータビジョンアルゴリズムを第１のデジタルカメラ５２により撮影された写真に適用して、検査台４４の上面４８に対する関心対象者２０の少なくとも１つの生体計測パラメータを決定し、
− 少なくとも１つの写真を第２のデジタルカメラ５８で撮影し、その視野６０が少なくとも１つの決定された生体計測パラメータに関する関心対象者２０の領域を含み、
− 関心対象者２０の少なくとも１つの決定された生体計測パラメータを少なくとも示すデータを用いて、関心対象者２０の少なくとも１つの生理学的パラメータが決定される関心領域６４を定義する第２のデジタルカメラ５８により撮影された少なくとも１つの写真のピクセルのサブセットを特定し、
− 少なくとも１つの決定された生体計測パラメータに関する関心対象者２０の領域の複数の写真を第２のデジタルカメラ５８によって撮影し、
− 第２のデジタルカメラ５８により撮影された複数の写真の中の写真を表すデータを第２のデジタルカメラ５８から検索し、コンピュータビジョンアルゴリズムを適用して、複数の写真の中の写真内の関心領域６４を計算することによって、検査中に関心対象者２０の少なくとも１つの生理学的パラメータを決定する
ように構成される。
以下、磁気共鳴イメージングシステムによって検査される関心対象者２０の生体計測パラメータ及び生理学的パラメータを決定する非接触の方法の一実施形態が説明される。本方法のフローチャートが図３に与えられている。磁気共鳴イメージングシステムの動作に備えて、全ての関連するユニット及びデバイスが動作状態にあり、図１に示されるように構成されていることを理解されたい。
本方法を実施できるようにするために、カメラシステム制御ユニット６２は、ソフトウェアモジュール６８（図１）を備える。実施される本方法のステップは、ソフトウェアモジュール６８のプログラムコードに変換され、ここでプログラムコードはカメラシステム制御ユニット６２のデジタルメモリユニットに実装され、カメラシステム制御ユニット６２のプロセッサユニットによって実行可能である。代替的には、ソフトウェアモジュール６８は、磁気共鳴イメージングシステムの制御ユニット２６内にあってもよく、これにより実行可能であってもよく、カメラシステム制御ユニット６２及び磁気共鳴イメージングシステムの制御ユニット２６の間にデータ通信手段が確立されて、データの相互転送が可能になる。
磁気共鳴イメージングシステムが動作準備完了状態にあること、関心対象者２０が検査台４４の台面４６の上面４８に仰臥位で横たわっていること、及び全ての必要な補助デバイスが磁気共鳴イメージング検査に備えて起動されていることを理解されたい。
準備的なステップ７０において、検査される関心対象者の領域が、磁気共鳴イメージングシステムのオペレータによってヒューマンインターフェースデバイスを介して選択される。検査される領域は、関心対象者２０の心臓となるように選択される。関心対象者２０の選択される領域に関する１つの生体計測パラメータは、たとえば、関心対象者２０の胸骨の、関心対象者２０の他の自然のランドマークに対する位置であろう。
本方法の次のステップ７２において、関心対象者２０を検査空間１６内に配置する前に、関心対象者２０が入口領域４０を通過する間に、第１のデジタルカメラ５２で写真が撮影される。写真は、光学画像データと、光学画像のピクセルに割り当てられた深度値とを含む深度画像である。
本方法の次のステップ７４において、カメラシステム制御ユニットは、コンピュータビジョンアルゴリズムを深度画像に適用して、検査台４４の上面４８に対する関心対象者２０の複数の生体計測パラメータ、とりわけ、関心対象者２０の胸骨及び右鎖骨の間の距離を決定する。複数の生体計測パラメータが、台面４６の上面４８の２つの側辺の最前辺及び最前部に対して決定される。自然のランドマークである生体計測パラメータは、上面４８の辺の最も近い距離に関して記述される。２つの自然のランドマークを接続する線により与えられる生体計測パラメータの向きは、線の長さと、上面４８の辺の１つとその線の延長線との間の交差角とによって記述される。上面４８の辺の任意の部分が関心対象者２０により覆われている場合、コンピュータビジョンアルゴリズムは、可視の辺の部分の間で直線接続を行なって、可視の辺を推定する。
代替的なアプローチでは、カメラシステム制御ユニット６２は、深度画像を表すデータを磁気共鳴イメージングシステムの制御ユニット２６に転送することができ、制御ユニット２６は、制御ユニット２６のデジタルメモリユニット３２内のコンピュータビジョンアルゴリズムを適用し、コンピュータビジョンアルゴリズムで得られた結果を第１のデジタルカメラ５２又は第２のデジタルカメラ５８に転送することができる。データの転送は、無線データ通信リンク、たとえばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）によって可能にすることができる。
任意選択のステップ７６として、関心対象者２０を表す変形可能人体モデルの複数のパラメータが、数値的フィッティング手順を深度画像のデータに適用することによって決定される。この場合、台面４６の上面４８に対する関心対象者２０の部分の正確な位置及び向きが決定される。
次いで、次のステップ７８において、写真が第２のデジタルカメラ５８により撮影され、その視野６０は、複数の決定された生体計測パラメータに関する関心対象者の領域、すなわち、関心対象者の胸部の右側を含む。
本方法の他のステップ８０において、決定された複数の生体計測パラメータと、決定された複数の生体計測パラメータに関する関心対象者２０の領域である胸部の右側とを示すデータが、カメラシステム制御ユニット６２に転送される。カメラシステム制御ユニット６２は、次のステップ８２において、関心対象者２０の呼吸状態により与えられる、関心対象者２０の生理学的パラメータが決定される関心領域６４を定義する、第２のデジタルカメラ５８により撮影される写真のピクセルのサブセットを特定するように構成される。
本方法の次のステップ８４において、第２のデジタルカメラ５８は、選択された関心領域の写真の撮影を開始する。このステップ８４は、磁気共鳴イメージングシステムを用いた関心対象者２０の検査中に自動的に反復され、磁気共鳴イメージングシステムが走査を開始した場合に生成されカメラシステム制御ユニット６２に転送されるトリガ信号によって開始される。代替的には、ステップ８４は、オペレータによる最初の起動時に、自動的に実施することができる。
他のステップ８６において、カメラシステム制御ユニット６２は、コンピュータビジョンアルゴリズムを、第２のデジタルカメラ５８により撮影された深度画像によって形成される複数の写真の中の写真に適用して、深度画像における深度情報の分散から決定される呼吸状態により与えられる検査中の関心対象者２０の生理学的パラメータを決定する。
本発明は図面及び前述の説明において詳細に図示され説明されているが、そのような図示及び説明は説明的又は例示的であって限定的ではないものとみなされるべきであり、本発明は開示された実施形態に限定されない。開示された実施形態の他の変形は、当業者によって特許請求された発明を実践する際に、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲を研究することから理解され達成され得る。特許請求の範囲では、「備える」という単語は他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数を排除するものではない。特定の方策が相異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの方策の組合せを有利に使用できないことを示すものではない。特許請求の範囲におけるいかなる参照符号も、範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
１０ 医療イメージングモダリティ
１２ 走査ユニット
１４ 主磁石
１６ 検査空間
１８ 中心軸
２０ 関心対象者
２２ 磁場勾配コイルシステム
２４ 無線周波数シールド
２６ 制御ユニット
２８ タッチスクリーンデバイス
３０ 信号処理ユニット
３２ デジタルメモリユニット
３４ 無線周波数アンテナデバイス
３６ 無線周波数送信機ユニット
３８ 無線周波数切替ユニット
４０ 入口領域
４２ 上部
４４ 検査台
４６ 台面
４８ 上面
５０ カメラシステム
５２ 第１のデジタルカメラ
５４ レンズ
５６ 視野
５８ 第２のデジタルカメラ
６０ 視野
６２ カメラシステム制御ユニット
６４ 関心領域
６６ データ接続
６８ ソフトウェアモジュール
７０ 領域を選択するステップ
７２ 第１のカメラで写真を撮影するステップ
７４ コンピュータビジョンアルゴリズムを適用するステップ
７６ フィッティング手順を適用してパラメータを決定するステップ
７８ 第２のカメラで写真を撮影するステップ
８０ データをカメラ制御ユニットに転送するステップ
８２ 関心領域を特定するステップ
８４ 第２のカメラで写真を撮影するステップ
８６ コンピュータビジョンアルゴリズムを適用するステップ
１２ 走査ユニット
１４ 主磁石
１６ 検査空間
１８ 中心軸
２０ 関心対象者
２２ 磁場勾配コイルシステム
２４ 無線周波数シールド
２６ 制御ユニット
２８ タッチスクリーンデバイス
３０ 信号処理ユニット
３２ デジタルメモリユニット
３４ 無線周波数アンテナデバイス
３６ 無線周波数送信機ユニット
３８ 無線周波数切替ユニット
４０ 入口領域
４２ 上部
４４ 検査台
４６ 台面
４８ 上面
５０ カメラシステム
５２ 第１のデジタルカメラ
５４ レンズ
５６ 視野
５８ 第２のデジタルカメラ
６０ 視野
６２ カメラシステム制御ユニット
６４ 関心領域
６６ データ接続
６８ ソフトウェアモジュール
７０ 領域を選択するステップ
７２ 第１のカメラで写真を撮影するステップ
７４ コンピュータビジョンアルゴリズムを適用するステップ
７６ フィッティング手順を適用してパラメータを決定するステップ
７８ 第２のカメラで写真を撮影するステップ
８０ データをカメラ制御ユニットに転送するステップ
８２ 関心領域を特定するステップ
８４ 第２のカメラで写真を撮影するステップ
８６ コンピュータビジョンアルゴリズムを適用するステップ
Claims (13)
- 医療イメージングモダリティにより検査される関心対象者の生体計測パラメータ及び生理学的パラメータを決定する非接触の方法であって、前記医療イメージングモダリティは、検査目的で前記関心対象者を内部に配置するための検査空間と、前記検査空間外で前記検査の前後に、並びに検査中に前記検査空間内に配置されている間に、前記関心対象者を支持するための上面を有する検査台とを備え、前記方法は、
前記関心対象者を前記検査空間内に配置する前に、少なくとも１つの写真を第１のデジタルカメラで撮影するステップであって、前記第１のデジタルカメラの視野が前記検査台の前記上面の全体像を含む、撮影するステップと、
コンピュータビジョンアルゴリズム及び画像処理アルゴリズムの少なくとも１つを、前記第１のデジタルカメラにより撮影された前記少なくとも１つの写真に適用して、前記検査台の前記上面に対する前記関心対象者の少なくとも１つの生体計測パラメータを決定するステップと、
少なくとも１つの写真を第２のデジタルカメラで撮影するステップであって、その視野が前記少なくとも１つの決定された生体計測パラメータに関する前記関心対象者の領域を含む、撮影するステップと、
前記関心対象者の前記少なくとも１つの決定された生体計測パラメータを少なくとも示すデータを用いて、前記第２のデジタルカメラにより撮影された前記少なくとも１つの写真のピクセルのサブセットであって、前記関心対象者の少なくとも１つの生理学的パラメータが決定される関心領域を定義する前記サブセットを特定するステップと、
前記関心対象者の前記領域の複数の写真を前記第２のデジタルカメラで撮影するステップと、
コンピュータビジョンアルゴリズム及び画像処理アルゴリズムの少なくとも１つを、前記第２のデジタルカメラにより撮影された前記複数の写真の中の写真に適用して、前記複数の写真の中の写真内の前記関心領域を計算することによって、検査中に前記関心対象者の前記少なくとも１つの生理学的パラメータを決定するステップと
を備える、方法。 - 前記関心対象者の前記領域の複数の写真を前記第２のデジタルカメラで撮影する前記ステップと、コンピュータビジョンアルゴリズム及び画像処理アルゴリズムの少なくとも１つを、前記第２のデジタルカメラにより撮影された前記複数の写真の中の写真に適用して、前記複数の写真の中の前記写真内の前記関心領域を計算することによって、前記関心対象者の前記少なくとも１つの生理学的パラメータを決定する前記ステップとは、検査中に半自動的又は自動的に実施することができる、請求項１に記載の方法。
- 少なくとも１つの写真を前記第１のデジタルカメラで撮影する前記ステップは、深度データを含む深度画像として形成される少なくとも１つの写真であって、デジタル距離カメラにより撮影される少なくとも１つの写真を取得することを含む、請求項１又は２に記載の方法。
- 数値的フィッティング手順を前記深度画像のデータに適用することによって、前記関心対象者を表す変形可能人体モデルの複数のパラメータを決定するステップをさらに備える、請求項３に記載の方法。
- 複数の写真を前記第２のデジタルカメラで撮影する前記ステップは、複数の深度画像を撮影することを備える、請求項１乃至４の何れか一項に記載の方法。
- 前記関心対象者が前記検査空間内に配置されている間に、複数の写真を前記第１のデジタルカメラ及び前記第２のデジタルカメラの少なくとも１つで撮影するステップと、
コンピュータビジョンアルゴリズム及び画像処理アルゴリズムの少なくとも１つを前記複数の写真の中の写真に適用して、前記検査台の位置を追跡するステップと、
前記検査台の追跡された位置を示すデータと、前記検査台の前記上面に対する前記関心対象者の前記少なくとも１つの生体計測パラメータを示すデータの少なくともサブセットとを用いて、前記関心領域の位置を決定するステップと
をさらに備える、請求項１乃至５の何れか一項に記載の方法。 - 前記検査台の前記上面に対する前記関心対象者の少なくとも１つの生体計測パラメータを決定するステップは、前記検査台の前記上面に対する、複数の写真が前記第２のデジタルカメラにより撮影される前記関心対象者の前記領域の正確な位置及び向きの少なくとも１つを決定することを含む、請求項１乃至６の何れか一項に記載の方法。
- 医療イメージングモダリティを用いて検査される関心対象者の生体計測パラメータ及び生理学的パラメータを非接触で決定するためのカメラシステムであって、前記医療イメージングモダリティは、
検査中に前記関心対象者を内部に配置するための検査空間と、
前記検査空間外で前記検査の前後に、並びに検査中に前記検査空間内に配置されている間に、前記関心対象者を支持するための上面を有する検査台と
を備え、
前記カメラシステムは、
前記医療イメージングモダリティの入口領域に配置され、前記関心対象者を前記検査空間内に配置する前に少なくとも１つの写真を撮影する第１のデジタルカメラを備え、前記第１のデジタルカメラの前記視野は前記検査台の前記上面の全体像を含み、
前記関心対象者が検査中に前記検査空間内に配置されている間に、前記関心対象者の少なくとも一領域の写真を撮影する第２のデジタルカメラを備え、
少なくとも１つのデジタルメモリ及び少なくとも１つのプロセッサユニットを有するカメラシステム制御ユニットと、
前記カメラシステム制御ユニット、前記第１のデジタルカメラ及び前記第２のデジタルカメラを接続してデータ伝送を可能にするデータリンクと
を含み、
前記カメラシステム制御ユニットは、
コンピュータビジョンアルゴリズム及び画像処理アルゴリズムの少なくとも１つを、前記第１のデジタルカメラにより撮影された前記少なくとも１つの写真に適用して、前記検査台の上面に対する前記関心対象者の少なくとも１つの生体計測パラメータを決定し、
少なくとも１つの写真を前記第２のデジタルカメラで撮影し、その視野は前記少なくとも１つの決定された生体計測パラメータに関する前記関心対象者の領域を含み、
前記関心対象者の前記少なくとも１つの決定された生体計測パラメータを少なくとも示すデータを用いて、前記第２のデジタルカメラにより撮影された前記少なくとも１つの写真のピクセルのサブセットであって、前記関心対象者の少なくとも１つの生理学的パラメータが決定される関心領域を定義する前記サブセットを特定し、
前記少なくとも１つの決定された生体計測パラメータに関する前記関心対象者の領域の複数の写真を前記第２のデジタルカメラによって撮影し、
前記第２のデジタルカメラにより撮影された前記複数の写真の中の写真を表すデータを前記第２のデジタルカメラから検索し、コンピュータビジョンアルゴリズム及び画像処理アルゴリズムの少なくとも１つを適用して、前記複数の写真の中の前記写真内の前記関心領域を計算することによって、検査中に前記関心対象者の前記少なくとも１つの生理学的パラメータを決定する、
カメラシステム。 - 前記カメラシステム制御ユニットは、前記第１のデジタルカメラ又は前記第２のデジタルカメラの一体部分である、請求項８に記載のカメラシステム。
- 前記第１のデジタルカメラ及び前記第２のデジタルカメラの少なくとも１つは距離カメラである、請求項８又は９に記載のカメラシステム。
- 関心対象者の少なくとも一部分の走査データを取得する医療イメージングモダリティであって、前記医療イメージングモダリティは、
前記関心対象者の少なくとも前記一部分を内部に配置するために設けられる検査空間を有する走査ユニットと、前記関心対象者が前記検査用に検査空間に入るための入口領域と、
前記医療イメージングモダリティの機能を制御する制御ユニットと、
取得された前記走査データから走査画像を生成する信号処理ユニットと、
請求項８乃至１０の何れか一項に記載のカメラシステムと
を含む、医療イメージングモダリティ。 - 前記第１のデジタルカメラは、前記第１のデジタルカメラのレンズを実質的に下方に向けて、医療イメージングモダリティの前記入口領域の上部に配置される、請求項１１に記載の医療イメージングモダリティ。
- 前記医療イメージングモダリティは、関心対象者の少なくとも一部分の磁気共鳴画像を取得する磁気共鳴イメージングシステムとして形成され、前記走査データは磁気共鳴信号により形成され、前記生成された走査画像は磁気共鳴画像により形成され、
前記走査ユニットは、
少なくとも前記検査空間において静磁場を発生させるために設けられる主磁石であって、前記検査空間が前記主磁石のボア領域内に設けられる、主磁石と、
前記静磁場に重畳される勾配磁場を生成する磁場勾配コイルシステムと、
磁気共鳴励起のために前記関心対象者の前記一部分の、又はその内部の核に無線周波数励起場を印加する少なくとも１つの無線周波数アンテナデバイスと、
前記無線周波数励起場を印加して励起された前記関心対象者の前記一部分の、又はその内部の前記核から磁気共鳴信号を受信する少なくとも１つの無線周波数アンテナデバイスと
をさらに含む、
請求項１１又は１２に記載の医療イメージングモダリティ。
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