JP7326009B2 - ボアベースの医療システムにおいて患者を監視するためのカメラ監視システム及びカメラ監視システムを較正する方法 - Google Patents

Description

本開示は、３Ｄカメラシステムに関する。より具体的には、本開示は、走査及び／又は治療中に患者の位置付け及び動きを監視するための３Ｄカメラシステムに関する。本発明は、患者の動き、例えば不規則な呼吸の検出が治療の成功にとって重要である、放射線治療装置及びコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナ等と一緒に使用するのに特に適している。さらに、本開示は、本明細書に開示される３Ｄカメラシステムによって構成される患者監視システムを較正する方法に関する。この方法は、放射線治療中に患者の位置付け及び位置を監視するための患者監視システムによって必要とされるような、患者の位置を非常に高い精度で監視するための患者監視システムを較正するのに適している。

医療用途におけるＭＲ及びＣＴイメージング等のイメージング技術は、一般に、広範囲に及ぶ疾患を患う患者を診断するため、特に癌を診断するため及び患者の癌治療を計画するために使用される。少なくとも癌診断に使用されるイメージング技術はＣＴ及びＭＲ走査システムを含み、それらシステムのイメージング・モダリティから一連の３Ｄ診断画像が生成される。３Ｄ画像データは一般に専門の医師に提供され、専門の医師は画像を評価及び解析してその後の癌の治療を評価及び計画する。治療計画が専門の臨床医及び医師のチームによって設定されると、患者は放射線治療に曝され、患者は、放射線ビームを患者の体の特定の標的領域に集束させるように構成される放射線ビームを含む放射線治療装置に位置付けされることを含む。

一般に、放射線療法は、内部に存在する腫瘍を破壊又は排除するように、放射線ビームを患者の体の所定の領域に照射することから構成される。このような治療は、通常、定期的にそして繰り返し行われる。各医療介入において、選択された領域を可能な限り最も高い精度で照射して放射線ビームが有害となる隣接組織を照射しないようにするために、放射線源を患者に対して位置付けしなければならない。さらに、治療中に、患者は、機械式カウチ（couch）に横になっており、様々な異なる位置及び角度から放射線源によって照射される。放射線の正確な照射を確実にし、放射線ビームが有害となる隣接組織への放射線照射を回避するために、選択された領域を可能な限り最も高い精度で照射するために、放射線源を患者に対して位置付けしなければならず、患者は、治療計画段階中に及び各医療介入時に採用された姿勢に照射されたのと同一の姿勢を取らなければならない。

現在の放射線治療システムは、治療中に生じる患者の動きを監視するように構成される監視システムを利用している。このような動きの追跡は、異なる視点から取り込まれた患者の表面の対応する部分の特定を容易にするために患者の表面に光を投影する光プロジェクタを用いて構成された現在のシステムにおいて行われている。患者の画像は、治療室のアイソセンタに対する画像を取り込むカメラの相対位置を特定するデータと共に取得及び処理され、患者の表面上の点に対応する多数の点から構成される３Ｄ位置を特定する。そのようなデータは、前の機会に生成されたデータと比較することができ、一貫した方法で患者を位置付けするため、又は患者が位置から外れたときに警告を出すために使用される。典型的には、そのような比較は、ライブ画像に基づいて生成されたデータによって特定された患者の表面上の点と、前の機会に生成されたデータによって特定された患者の表面上の点との間の位置の差を最小にする変換を決定するためのプロクラステス（Procrustes）解析を行うことを含む。

放射線治療セットアップに配置された現在の監視システムは、患者の表面の非常に正確な（例えば、サブミクロンの）モデルを生成するように構成される。そうするために、画像取込み装置／カメラの相対的な位置及び向き、並びに各画像検出器／カメラのレンズの光学設計によって引き起こされるあらゆる光学的歪み（例えば、バレル、ピンクッション、及び口ひげ（moustache）歪み及び偏心／接線方向歪み）等の固有の内部カメラパラメータ、及びカメラ／画像取込み装置の他の内部パラメータ（例えば、焦点距離、画像中心、アスペクト比スキュー、画素間隔等）を確立するために、監視システムが較正される。一旦既知となると、内部カメラパラメータは、取得した画像を操作して歪みのない画像を得るために利用され得る。次に、異なる位置から取得した画像を処理し、それらの画像から３次元位置、及び画像取込み装置／カメラの相対位置及び向きを導出することによって、３次元位置測定値を決定することができる。

こうして、標準的な放射線治療室に位置付けされている間に患者を正確に監視し追跡することができる現在のシステムが存在しており、そこでカウチは、放射線治療のガントリ設定に対して移動するように構成され得る。

しかしながら、放射線療法の設計として、ＭＲ及びＣＴシステムでは、組み合わされ且つ完全に統合された診断及び治療システムとして構成され得るように現在のシステムを開発し続けている。こうして、癌の診断及び治療において、これらのイメージング・モダリティ及び治療モダリティを単一のボアベースのシステムに組み合わせる傾向があり、これは、癌診断の診断段階だけでなく、治療段階に必要な焦点合わせされたビームを用いた放射線治療段階に必要なイメージング・モダリティを実行できる。つまり、癌は患者の体内に含まれているため、患者の体内の解剖学的構造の画像を取得するための撮像マシンを提供することは有益である。このようなマシンは、治療の過程で患者の体内の解剖学的構造を再イメージングすることを可能にする放射線治療装置と同じ部屋に設けられることが増えている。治療セッション中に患者が治療位置と撮像位置との間を移動するので、このようなマシンで患者の位置付けをさらに監視することは困難である。他のシステムでは、走査と治療との両方の間に、患者はボアの内側でカウチに横になっている。

診断及び治療の全ての段階において、患者を監視できること、特に走査及び治療中にカウチに位置付けされている間に患者のあらゆる潜在的な動きを監視できることが重要である。しかしながら、既存の患者監視カメラシステムは、患者が医療装置のボアの内側に位置付けされたときに、カメラによって患者の良好な視野を提供するという観点から最適な方法で治療室に構成及び配置されていない。さらに、患者を監視するためのカメラ監視システムで使用される様々なカメラを較正するための現在の解決策は、患者の走査及び／又は治療中に患者の正確な監視を生成できるように、新しく統合されたボアベース医療装置を考慮して十分に更新する必要がある。

こうして、既存の解決策では、ボアの内側に位置付けされている間に患者の正確な監視を捕捉することは困難であり得る。従って、上述した問題の少なくともいくつかに対処する、カメラ設定を監視するための解決策を提供する必要がある。少なくとも本開示は、少なくとも従来技術に対する代替案を提供する。

ボアベースの医療システム内に横たわる患者の十分な監視が保証されることを確実にするために、本開示を通してカメラ監視システムが提供される。さらに、カメラ監視システムを較正して患者の正確な監視を可能にする方法が提供される。

カメラ監視システムがボアベース医療装置に適したカメラ・セットアップを提供することを確実にするために、そのようなシステムが患者の表面を監視することができる高いレベルの精度を維持しながら、３Ｄカメラシステムの物理的サイズを縮小することが望ましい。

こうして、本開示の一態様によれば、回路基板上に取り付けられた第１及び第２の画像センサを有する３Ｄカメラが提供され、第１及び第２の画像センサは、回路基板の反対側の面に取り付けられる。回路基板は、第１及び第２のミラーも含むハウジング内に収容され、第１及び第２のミラーは、第１の画像センサには第１のミラーを介して撮像される対象物の第１の視野（view）が提示され、第２の画像センサには第２のミラーを介して撮像される対象物の第２の視野が提示されるようにハウジング内に位置付けされる。画像センサの像面（image planes）の有効位置を必ずしもハウジングの内側に配置する必要はないので、このように第１及び第２の画像センサを回路基板の反対側の面に取り付け、１組のミラーを介して撮像される対象物の視野を得ることにより、カメラシステムのハウジングの全体のサイズを小さくすることができる。

さらに、監視システムは、通常、画像を画像センサ上に焦点合わせするためのレンズを必要とする。従来では、このようなレンズ構成は、画像センサの視線と整列された画像センサの前に向き合せされていた。ミラーを介して見るべき対象物の画像を取得するように画像センサを配置することによって、レンズを画像センサの有効視線に対してある角度で配置することができる。そのような構成では、レンズ構成の長さは、画像センサの像面の物理的な分離内にあり、従ってカメラシステムのサイズを縮小することができる。

カメラシステムの視野は、複数対の画像センサ、関連するレンズ構成、及びミラーを設けることによって拡大することができ、異なる対の画像検出器に関連するミラーが互いに対して傾斜している（angled）。３対の画像センサがカメラに設けられる実施形態では、画像センサに関連するミラーは、広角を提供するために２つの菱形台形の表面に設けられ得る。

本発明の実施形態は、撮像される表面上に光のパターンを投影するためのスペックルプロジェクタを含み得る。プロジェクタは、３Ｄカメラによって撮像される表面上に光のパターンを投影する光プロジェクタ等であり得る。画像センサが回路基板の反対側の面に設けられる場合に、プロジェクタ、好ましくは光又はスペックルプロジェクタを、回路基板と整列させるように位置付けしてもよい。そのような配置によって、カメラシステムの全体サイズを縮小することもできる。さらに、スペックルプロジェクタを回路基板と整列させることは、画像センサから見たときの投影スペックルパターンの対称配置を容易にし、これは、他の画像センサと比べて画像センサのうちの１つで見たときの投影スペックルパターンが大きく歪むのを回避するのに役立ち、２つの異なる視点から見た対象物の画像の対応する部分の識別（特定）を容易にする。

上述した３Ｄカメラは、放射線治療を受けている患者を監視するための患者監視システム（すなわち、カメラ監視システム）に組み込むことができる。そのような実施形態では、患者監視システムは、患者の表面の一部のコンピュータモデルを生成し、生成したモデルを記憶したモデルと比較し、そのような比較に基づいて位置付け命令を生成し、及び／又は患者が閾値量より多く位置ずれしていることが検出された場合に、警告を出すか又は治療を中止するように構成することができる。

本開示の別の態様では、走査及び／又は治療中に患者の正確な表面モデルを得るために、カメラ監視システムが十分に較正されていることが重要である。

こうして、本開示の第２の態様では、患者の位置を監視するための患者監視システム（すなわち、カメラ監視システム）を較正する方法が提供され、この監視システムは、第１の位置と第１の位置から物理的に隔てられた第２の位置とにおける患者の画像を取得するように構成される。第１の部分上に第１組の較正マーク及び第２の部分上に第２組の較正マークを有する較正対象物が、提供され、且つ第１組の較正マークが第１の位置の近傍に見え及び第２組の較正マークが第２の位置の近傍に見えるように位置付けされる。次に、患者監視システムは、第１及び第２の位置の近傍に位置付けされた第１組及び第２組の較正マークを用いて、位置付けされた較正対象物の取得した画像を使用して較正される。

出願人は、治療装置が規定されたセットアップ領域及び治療領域、又は規定された治療領域及び撮像領域を有する場合のように、患者位置を互いに固定された関係を有する２つの位置で監視する必要がある場合に、患者位置付け監視システムの較正を単純化できることを理解した。そのようなシステムでは、位置監視システムが２つの固定位置の間で患者の動きを監視する必要はなく、２つの位置の間を移動するときに広い範囲に亘って患者を監視するために監視システムを較正する必要がある。むしろ、識別された領域の近傍のみで患者を監視するように患者監視システムを較正することによって患者監視を達成することができ、患者はそれらの領域間を移動するので、患者の動きは、第１の位置及び第２の位置における患者のモデルのモデル空間が、２つの位置の間の物理的距離に対応する量だけオフセットされるように監視システムが較正される限り、それら特定の領域で見たときの患者の画像から生成したモデルを比較することによって決定することができる。これは、２組の較正マークの間隔が、監視システムが監視するように配置された２つの位置の間の物理的間隔に対応する、２組の較正マークを有する較正対象物を撮像することによって達成できる。次に、較正対象物をこれらの位置で見える較正マークを用いて位置付けすることができ、次に、マークの画像を利用してシステムを較正することができる。

監視システムは複数の３Ｄカメラを含むことができ、少なくとも１つの３Ｄカメラは第１の位置における対象物の画像を取得するように配置され、少なくとも１つの３Ｄカメラは第２の位置における対象物の画像を取得するように配置される。いくつかの実施形態では、３Ｄカメラは立体カメラを含み得る。他の実施形態では、３Ｄカメラは、監視される対象物の表面上への構造化光の投影の画像を取得するように動作可能な３Ｄカメラ又は３Ｄ飛行時間型カメラを含み得る。

較正対象物は、それぞれが円形のマークのアレイを含む第１組及び第２組の較正マークを有する較正プレートを含むことができ、アレイ内の円形マークは互いに対して既知の位置に配置される。いくつかの実施形態では、第１組及び第２組の較正マークは、互いに対して所定の角度だけ傾斜してもよい。較正マークは、円形マークのアレイに対して固定された関係で較正対象物の表面上に配置された１つ又は複数の線をさらに含み得る。

較正対象物を位置付けすることは、空間内の位置を強調するようにレーザ照明システムを利用することと、較正対象物の表面上のマークをレーザ照明システムによって投影される光と整列させる（align）こととを含み得る。このような実施形態では、レーザ照明システムは、放射線治療装置の治療室のアイソセンタ、放射線治療を受けている患者のセットアップ位置の中心を特定する点、又は放射線治療を受けている患者の内部画像を取得するための撮像装置と固定関係にある点に対応する空間内の位置を強調するように構成してもよい。

代替的に又は追加的に、較正対象物は、較正対象物の位置付けを補助するために利用され得る一組の放射線不透過性マーカを含み得る。そのような実施形態では、較正対象物を位置付けすることは、放射線不透過性マーカを含む較正対象物を照射してこの較正対象物の照射画像を取得することと、取得した画像を解析して、治療室のアイソセンタ等の照射位置に対する較正対象物の相対位置を決定することと、を含み得る。

位置付けされた較正対象物の画像を使用して、対象物の画像を取得するカメラの像面の相対位置及び／又は向きを決定することができる。位置付けされた較正対象物の画像を使用して、レンズ歪みの存在等のカメラの内部特性を決定することもできる。

較正対象物のマークの部分によって正方形の角部を識別することができ、位置付けされた較正対象物の画像を使用して、そのような正方形の中心に対する対象物の画像を取得するカメラの像面の相対位置及び／又は向きを決定することができる。較正対象物の位置付けは、正方形の中心を、治療室に対する固定位置又は撮像装置のアイソセンタ又はレーザ照明システムによって強調された空間内の点に配置するようなものである。

監視システムを較正することにより、監視システムが、第１のモデル空間内の第１の位置の近傍で観察された対象物のモデルを生成し、第２のモデル空間内の第２の位置の近傍で観察された対象物のモデルを生成することができ、第１及び第２のモデル空間は、第１の位置と第２の位置との間の物理的距離に対応するベクトルだけオフセットされる。

いくつかの実施形態では、患者は、患者を監視すべき２つの位置に位置付けされる間に所定の角度だけ回転され得る。そのようなシステムでは、較正画像の処理は、患者の監視を容易にするために、システムに、同じ所定の角度だけ回転される表面モデルを生成させるようなものであり得る。

本開示の更なる態様は、固定した物理的距離だけ隔てられた第１の位置及び第２の位置に対する患者の位置付けを監視するように動作可能な患者位置付けモニタを較正するための較正対象物を提供する。較正対象物は、較正対象物の表面上に位置付けされた第１組の較正マークと第２組の較正マークとを含むことができる。第１組及び第２組の物理的マークは、患者位置付けモニタによる監視が行われる第１の位置と第２の位置との間の距離に対応する距離だけ互いに物理的に隔てられる。いくつかの実施形態では、第１組の較正マーク及び第２組の較正マークは、互いに対してある角度だけ回転させることができる。いくつかの実施形態では、較正対象物は、一組の放射線不透過性マーカを含み得る。

本開示の範囲内に含まれる更なる詳細及び追加の実施形態が、以下の図面の詳細な説明において説明される。さらに、本開示全体に亘って、システムのプロジェクタはスペックルプロジェクタとして規定されるが、表面上に光のパターンを投影するあらゆるタイプのプロジェクタを使用できることを理解されたい。さらに、本開示は、カメラ監視システムのプロセッサが３Ｄワイヤメッシュモデルを作成するように構成されることを述べているが、当業者は、例えば点群モデル等の他の適切な３Ｄモデル生成方法を使用してもよいことを知っており、これは、本開示の範囲内に含まれるであろう。

本開示の態様は、添付の図面と併せて解釈される以下の詳細な説明から最もよく理解され得る。図面は概略図であり、明確化のために単純化されており、それら図面は特許請求の範囲の理解を向上させるための詳細を単に示しており、他の詳細は省略されている。各態様の個々の特徴は、他の態様及び実施形態のいずれか又は全ての特徴とそれぞれ組み合わせることができる。これら及び他の態様、特徴、及び／又は技術的効果は、以下に説明する図を参照して説明され、明らかになるであろう。

放射線治療装置及び患者監視システムの例示的な概略斜視図である。 監視される患者の画像を処理するように構成されたコンピュータの概略ブロック図である。 本開示の一実施形態によるカメラシステムの外観の概略斜視図である。 図３のカメラシステムの切断断面図である。 図３のカメラシステムの下部の横断平面図である。 本開示の第２の実施形態によるカメラシステムの外観の概略斜視図である。 図６のカメラシステムの切断断面図である。 図６のカメラシステムにおける画像センサ及びミラーの配置の概略図である。 カメラ監視システムに使用される運動及びカウチ監視カメラの一例を示す図である。 図９による運動監視カメラの内部部品を示す図である。 図９及び図１０による運動監視カメラの内部部品の側面図である。 セットアップ位置にある機械式カウチ上の患者の概略平面図である。 治療位置にある図１２の機械式カウチの上の患者の概略平面図である。 本開示の一実施形態に従って較正される監視システムの使用のフロー図である。 本開示の実施形態で使用するための例示的な較正プレートの平面図である。 図１２及び図１３の機械式カウチ上に位置付けされた図１５の例示的な較正プレートの概略平面図である。 組み合わされた放射線治療及び撮像装置の機械式カウチ上の患者の概略平面図である。 図１７の組み合わされた放射線治療及び撮像装置の機械式カウチ上に位置付けされた較正プレートの概略平面図である。 ボアベース医療装置に対して取り付けられたカメラ監視システムの一実施形態を示す図である。 ボアベース医療装置に関連した別のセットアップにおけるカメラ監視システムの実施形態を示す図である。 ボアベース医療装置に関連したセットアップにおけるカメラ監視システムの側面図である。 カウチ・マーカを含むボアベース医療装置のカウチを示す図である。 ボアベース医療装置に関連したセットアップにおけるカメラ監視システムの正面図である。

添付の図面に関連して以下に記載される詳細な説明は、様々な構成の説明として意図されている。詳細な説明は、様々な概念の完全な理解を与える目的で特定の詳細を含む。しかしながら、当業者には、これらの概念がこれらの具体的な詳細なしに実施し得ることは明らかであろう。装置及び方法のいくつかの態様は、様々なブロック、機能ユニット、モジュール、構成要素、回路、ステップ、プロセス、アルゴリズム等（総称して「要素」と呼ばれる）等によって説明される。特定の用途、設計上の制約、又は他の理由に応じて、これらの要素は、電子ハードウェア、コンピュータプログラム、又はこれらの任意の組合せを使用して実装され得る。

放射線治療装置と共に使用するための患者位置付け監視システムの使用の概要について最初に図１～４を参照して説明する。

図１は、患者監視システム１０の概略斜視図の例示図であり、患者監視システム１０において、放射線治療を適用するためのリニア加速器等の治療装置１１を見えるように配置された、治療室の天井から吊り下げられた３つの立体カメラのセットが設けられる。図示の例では、治療装置１１は、中央ボア１２を有する治療装置１１である。より詳細に説明するように、監視システム１０のカメラは、治療装置１１の真正面のセットアップ位置と、ボア１２の中心点に中心が置かれた治療位置とを監視するように配置される。

治療装置１１に隣接して、治療中に患者がその上に横たわる機械式カウチ１３が設けられる。治療装置１１及び機械式カウチ１３は、コンピュータ（図示せず）の制御下で、機械式カウチの位置を横方向及び縦方向に長手方向に変化させ、カウチの表面に横たわっている患者を治療装置１１のボア１２の中央に位置付けることができるように配置される。

図２は、図１の患者監視システム１０によって取得された画像を処理するためのコンピュータ１４の概略ブロック図である。コンピュータがコンピュータ監視システム１０の立体カメラから受信した画像を処理するために、コンピュータ１４は、ソフトウェアによって複数の機能モジュール１５～１９に構成される。この例では、機能モジュール１５～１９は、立体カメラから受信した患者の画像を処理して患者の表面上の点の３Ｄ位置測定値を決定するための３Ｄ位置決定モジュール１５と、３Ｄ位置決定モジュール１５によって生成された位置データを処理して、そのデータを撮像面の３Ｄワイヤメッシュモデルに変換するモデル生成モジュール１６と、撮像面の３Ｄワイヤメッシュモデルを記憶するための生成モデルストア１７と、以前に生成した３Ｄワイヤメッシュモデルを記憶するための標的モデルストア１８と、生成したモデルを標的モデルと一致させるのに必要な変換を決定するためのマッチングモジュール１９と、を含む。

使用中に、この実施形態では、監視システム１０の立体カメラは、機械式カウチ１３の上に横たわる患者のビデオ画像を取得する。これらのビデオ画像はコンピュータ１４に渡され、コンピュータ１４は、カメラの相対位置及び向き、並びに焦点距離、レンズ歪み等の内部カメラ特性を特定するデータと共に患者の画像を処理して、生成モデルストア１７に記憶される患者の表面のモデルを生成する。この生成されたモデルは、標的モデルストア１８に記憶された、以前の治療セッション中に生成された患者の記憶したモデルと比較される。次に、マッチングモジュール１９は、生成したモデルを標的モデルと一致させるのに必要な変換を決定する。患者を位置付けするときに、現在のモデル表面と以前のセッションから取得した標的モデル表面との間の差が特定され、これらの表面を整列させるのに必要な位置付け命令が決定されて機械式カウチ１３に送られる。その後、治療中に初期セットアップから閾値を超えたずれが識別され得る場合に、コンピュータは、患者が再位置付けされ得るまで治療を中止させるように治療装置１１に命令を送信する。

ここで、本発明の一実施形態による立体カメラ２０の構成について図３～図５を参照して詳細に説明する。

先ず図３を参照すると、この図は、治療中にカウチに横になっている少なくとも患者の画像を記録し、これらの画像からモデル生成器において３Ｄ表面モデルを作成するように構成された３Ｄ立体カメラ２０の外観の概略斜視図である。立体カメラ２０は、この実施形態では上部２２及び下部２４から構成されるハウジングを含み、ハウジングの下部２４は、２つの翼２５ａ、２５ｂの形態で上部２２の下で且つその両側に延びる。この実施形態では、ハウジングの上部２２は、ハウジングの下部２４の上面から３ｃｍ上方に延びてもよく、幅３．４６ｃｍ、その最大点での深さ９．４７ｃｍを有してもよい。ハウジングの下部２４は、翼２５ａ、２５ｂの最大範囲において、２．９ｃｍの高さ及び２０．４ｃｍの幅を有してもよい。

ハウジングの上部２２は、カメラ２０の中央に設けられており、スペックルプロジェクタを収容するキャビティを規定する。立体カメラ２０の切断断面図である図４に最もよく確認されるように、スペックルプロジェクタは、この実施形態では赤外線ＬＥＤ光源を含む光源２６と、コリメータ２７と、レンズアセンブリ２８とを含む。光源２６及びコリメータ２７は、赤外光のコリメートビームをレンズアセンブリ２８に供給するように配置される。レンズアセンブリ２８は、光ビームを部分的に遮断する擬似ランダムパターン化透明体を含むことができ、光源２６、コリメータ２７、及びレンズアセンブリ２８が共同して、赤外線光の擬似ランダムパターンをカメラ２０の近傍に存在する表面上に投影させる。

図５は、図３の立体カメラシステムの下部２４の平面図である。図４の切断側面図のおおよその位置は、図５の線Ｘ’－Ｘ’’で示されている。

ハウジングは、上部２２及び下部２４によって規定され、且つハウジング２２の下部２２の中央に主に位置する回路基板３０を含む（図４及び図５参照）。この回路基板３０は、ハウジング２２、２４の中心線に沿ってカメラハウジング２２、２４の前面に対して直角に位置付けされ、且つハウジング２４の下部２４の深さ全体に沿って延びて、ハウジング２４の下部２４によって取り囲まれるキャビティを２つの等しい部分に効果的に分割する。

この実施形態では、回路基板３０の部分３２が、スペックルプロジェクタの後ろ側でハウジング２２の上部２２内に上向きに延びている（図４参照）。この実施形態では、カメラシステムを電源に接続し、且つカメラシステムから画像データを送信するためのＵＳＢインターフェイス３４が、回路基板３０のこの部分３２に設けられる。他の実施形態では、回路基板３０のサイズをさらに縮小することができる場合に、回路基板３０のこの部分を省略することができ、その場合に、カメラのハウジング２２、２４の全深さを、スペックルプロジェクタをハウジングの上部２２に収容するのに十分なサイズに制限するように減らすことができる。

この実施形態では１／３インチＣＭＶ３００ＣＭＯＳセンサとして構成され得る第１の画像センサ３６及び第２の画像センサ３８が、回路基板３０上で回路基板３０の他端でＵＳＢインターフェイス３４に設けられ、第１の画像センサ３６及び第２の画像センサ３８は、回路基板３０のカメラハウジング２２、２４の前面に向かい合う反対側の面に設けられる（図５参照）。この実施形態に示されている画像センサは同じ回路基板の各面に設けられるが、画像センサは２つの別々の回路基板に取り付けることもできることに留意されたい。こうして、図示の実施形態では、画像センサは同じ回路基板を介して「背中合わせ」に構成されるが、これらの画像センサは２つの別々の回路基板を介して「背中合わせに」配置することもできる。

第１のレンズアセンブリ４０は、カメラハウジングの下部２４の一方の翼２５ｂ内で第１の画像センサ３６の前のブラケット４２に取り付けられ、第２のレンズアセンブリ４４は、カメラハウジングの下部２４の他方の翼２５ａにおいて第２の画像センサ３８の前の第２のブラケット４６に取り付けられる。第１のレンズアセンブリ４０及び第２のレンズアセンブリ４４は、回路基板３０の反対側の面から離れる方向に垂直に延びている。

第１の画像センサ３６は、スペックルプロジェクタによって光のパターンがカメラ２０の前の窓４７を通して、第１のレンズアセンブリ４０及びハウジング２４の下部の一端に設けられた角度付きミラー４８を介して投影される表面を見るように構成される。この窓４７は、図３に示されるように装置の右側に、そして図５に示される装置の平面図の装置の左側に現れる。

第２の画像センサ３８は、スペックルプロジェクタによって光のパターンが第２の窓を通して、第２のレンズアセンブリ４４及びハウジング２４の下部の反対側の端部に設けられた第２の角度付きミラー５２を介して投影される表面を見るように構成される。この第２の窓５０は、図３に示されるように装置の左側に、そして図５の平面図に示されるように装置の右側に現れる。

この実施形態では、装置に含まれるミラー４８、５２は、赤外線の反射率を有するＣＯＭＡＲ２５ＭＰ１６ミラー等の市販の１５×２５ｍｍミラーである。ミラー４８、５２は、これらミラーの中心点同士の間の距離が１５．１５４ｃｍとなるように、ハウジングの下部２４内に配置される。ミラー４８、５２及び画像センサ３６、３８の中心点は全て、回路基板３０の平坦面に垂直な軸線に沿って整列している。この実施形態では１．６ｍｍの回路基板３０の厚さ、回路基板の周りにミラー４８、５２の対称的な配置を可能にし、画像センサ３６、３８のそれぞれの中心は、それら画像センサが見るミラー４８、５２の中心から７．４９ｃｍとされる。

この実施形態では、ミラー４８、５２はそれぞれ、回路基板３０の表面に対して４３．５°の角度をなしている。画像センサ３６、３８及びミラー４８、５２のこの配置によって、図５においてＡ及びＢとして示される位置で画像センサ３６、３８の有効像面を生じさせ、像面がハウジング２４の外側に位置し、互いに対して６°だけ（すなわち、向きの相対的な変化が、ミラーへの入射角とミラーからの反射角との両方に影響を与えるので、２つのミラーの間で９０°から３°の２倍）傾けられる（toed）。

上述したカメラ設計は、従来の設計と比較して、患者監視に必要なカメラのサイズを大幅に縮小させる。カメラシステムの全幅は、画像センサ３６、３８によって得られる画像が十分に異なるように画像センサ３６、３８の像面を十分に分離させる必要があるという要件によって大きく左右され、患者とカメラシステムとの間の距離及び画像センサ３６、３８の画素密度が与えられると、３次元位置測定を所望の精度レベルで行うことができる。

回路基板の反対側の面に画像センサ３６、３８を設け、且つミラー４８、５２での反射を見ることによって画像センサが対象物を見ることによって、上述した設計は、レンズアセンブリ４０、４４がハウジング内に位置付けされる配置を容易にする。また、レンズアセンブリ４０、４４の長さも、画像センサ３６、３８の像面の有効位置Ａ、Ｂを分離するように作用する物理的距離の一部を形成する。

回路基板３０、画像センサ３６、３８、及びミラー４８、５２の対称配置もまた、どちらかのセンサ３６、３８が他方よりも多少歪んでいる投影を見ることなしに、画像センサ３６、３８が見たときの投影された光のパターンが実質的に同様になるように、スペックルプロジェクタと装置の中心との整列を容易にし、これは画像センサ３６、３８によって取得した画像内の一致点の識別を容易にする。

図６は、本発明の第２の実施形態による３Ｄ立体カメラ１００の概略斜視図である。この実施形態の立体カメラ１００は、プロジェクタ１１０がハウジング１１２の上部内に収容されるという点で、前の実施形態の立体カメラ２０と類似している。プロジェクタ１１０は、前の実施形態のプロジェクタ２６、２７、２８と類似している。前の実施形態と同様に、ハウジング１１４の下部は、ハウジング１１２の上部の下側に突き出し、上部の両側に延びる。ハウジングの下部１１４は、前の実施形態のハウジングと比較してより大きな深さを有するが、ハウジング１１２の上部の遥か後ろまで延びていない。第１及び第２の窓１１６、１１８が、ハウジング１１４の下部の前において、プロジェクタ１１０の下に位置するハウジングの中心部から離れたハウジングの両端部に設けられる。好ましくは、このタイプの運動監視カメラは、対象物内の異なる対象物同士の間の衝突が起こり得る治療室においてセットアップするのに特に適している。このカメラは、この構造によって非常に広い視野をカバーできるため、衝突の可能性があるかどうかを監視するのに特に適している。

図７に示されるように、回路基板１２０が、６つのレンズ構成から構成されるセットと共にハウジングの下部１１４内に収容され、そのうちの３つ１２１、１２２、１２３が図７に示されている。この実施形態では、ハウジングの下部１１４の深さが前の実施形態よりも大きいので、ハウジングの下部１１４は、回路基板１２０の一部がプロジェクタ１１０の背後に突出することなく、回路基板１２０の全体を収容することができるので、プロジェクタ１１０を収容するのに必要なサイズを超えないようにカメラの厚さを小さくすることができる。レンズ構成１２１、１２２、１２３はブラケット１２４によって定位置に保持される。３つの更なるレンズ構成１２５、１２６、１２７の対称配置（図７では見えない）が、回路基板１２０の反対側にある別のブラケット（これも図７では見えない）によって定位置に保持される。

前の実施形態では、第１及び第２の画像センサ３６、３８を有するカメラ２０について説明した。この実施形態では、１対の画像センサ３６、３８を有するのではなく、６つの画像センサ１３０～１３５が回路基板１２０上に設けられており、これにより、特定のミラー配置と共に、この実施形態の立体カメラ１００が前の実施形態のカメラ２０よりも広角にすることができる。図８に示されるように、画像センサ１３０～１３５は、３対の画像センサ１３０／１３１、１３２／１３３、１３４／１３５として回路基板１２０上に設けられており、各対の画像センサは回路基板１２の反対側の面に設けられる。レンズ構成１２１～１２３、１２５～１２７が、各画像センサ１３０～１３５の前に設けられる。画像センサ１３０～１３５は、３つのミラー１５０／１５２／１５４、１５１／１５３／１５４から構成される２セットで配置された６つのミラー１５０～１５５のうちの１つを検査する（review）ように配置され、ここで、各セットのミラーは菱形台形の表面上に配置されており、ミラー面は回路基板１２０の向きに対して約４５°の角度で傾斜している。

このようにして、中央の１対の画像センサ１３２、１３３によって見られるミラー１５２、１５３には、画像センサ３６、３８が前の実施形態においてレンズ構成４０、４４及びミラー４８、５２を介して対象物を見るのと同様の方法で、中央のレンズ構成１２６、１２２を介して画像が提示される。上側の１対の画像センサ１３０、１３１には、上側の１対のレンズ構成１２５、１２１及び菱形台形ミラー装置の上側ミラー面１５０、１５１を介して画像が提示され、下側の１対の画像センサ１３４、１３５には、下側の１対のレンズ構成１２７、１２３及びミラー装置の下側ミラー面１５４、１５５を介して画像が提示される。ミラー装置のミラー面１５０／１５２／１５４、１５１／１５３／１５４がそれぞれ互いに対して角度が付けられているので、これは、上側の画像センサ１３０、１３１及び下側の画像センサ１３４、１３５の有効像面を中央の１対の画像センサ１３２、１３３の有効像面に対して向き合わせする効果を有し、こうして、画像センサ１３０～１３５の合成された視野角は、前の実施形態における１対の画像センサ３６、３８よりも大きく、従って、カメラは、前の実施形態のカメラよりも患者の大部分を見ることができる。

上述した実施形態では画像センサ及びミラーの特定の配置について説明したが、他の実施形態では、装置のサイズの縮小を達成するために代替の配置を潜在的に利用することができることが理解されよう。こうして、例えば単一のミラーを介して画像を取得するのではなく、複数のミラーの配置を介して画像を潜在的に取得することができる。さらに、画像センサ、レンズアセンブリ、及びミラーを対称的に配置するのではなく、非対称的配置を利用することができることが理解されよう。

第２の実施形態では、単一のプロジェクタ１１０を有するカメラについて説明したが、他の実施形態では、光のパターンが投影されるボリュームを増大させることが望まれる場合に、追加のプロジェクタを設けることができる。そのようなボリュームは、レンズ構成１２１～１２３、１２５～１２７及びミラー１５０～１５５を介して１つ又は複数の画像センサ１３０～１３５によって見られた。

第２の実施形態では、１対の画像センサを有するカメラよりも大きな視野を有することを可能にする３対の画像センサを有するカメラについて説明したが、同様の利点が、２対の画像センサ、あるいは３対以上の画像センサを利用して達成される得られることが理解されよう。

異なる実施形態の説明から明らかになるように、本明細書に記載のカメラ監視システムでは、複数の異なるカメラを使用することができる。１つ又は複数のカメラは、前の段落及び／又は以下の段落で説明するように構成することができる。

従って、説明全体を通して、患者が治療及び／又は走査の前にカウチに位置付けされるときに、少なくとも患者を監視するために利用されるセットアップ・カメラが規定されることに留意されたい。

さらに、カメラ監視システムは、治療及び／又は走査中に患者を監視するように構成された１つ又は複数の運動監視カメラを含むことができる。この又はこれらの運動監視カメラは、説明全体を通して、「運動監視カメラ」及び／又は「治療カメラ」及び／又は「中央に位置付けされたカメラ」として規定される。中央に位置付けされる規定は、カメラを中央に位置付けするという理解に限定するものではない。本明細書に記載の全ての実施形態に共通するのは、運動監視カメラが治療及び／又は走査中に視野を患者の標的領域に向き合わせするように構成することである。しかしながら、明らかなように、これ又はこれらの監視カメラは、治療室／走査のセットアップにおいて異なる構成に位置付けすることができる。

ここで図９～図１１を参照すると、運動監視カメラ４００の前述した以外の他の例が説明されている。運動監視カメラ４００は、医療装置内の少なくとも患者の表面及び／又は較正対象物に面するように向き合せされるように構成された前部４０１を含む。前部４０１は、実質的に５つの部分を含み、中央部分４０３が、カメラ４００内に、カメラの較正に使用するために構成された小型（compact）プロジェクタを収容するように構成される。小型プロジェクタは、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）等のレンズ－レンズ半導体ソリューションとして構成することができる。これらのタイプのレーザダイオードは、上面から垂直にアレンジされたレーザビーム放射を含む。較正のためにＶＣＳＥＬ半導体ＬＥＤを使用すると、よりコンパクトなカメラ構造が可能になり、プロジェクタのＬＥＤが、そのような統合が可能でない従来のプロジェクタとは異なり、同じＰＣＢ上でわずか数ｍｍ離れて存在するように構成される。こうして、少なくとも図９～図１１に示されるカメラ構造では、カメラの高さを最小限に抑え、こうしてボアベース医療装置の少なくともボア内に挿入し得る非常に小型のカメラを可能にする。

さらに、図９に示されるように、前部４０１は中央から左部分４０２及び右部分４０４を含むように構成され、左部分４０２及び右部分４０４は、カメラ内部に一組のミラーを含む。左部分４０２及び右部分４０４はそれぞれ、カメラ内部の２つの前面カバー４０５、４０６によって覆われている空間によって、組み合わされたプロジェクタ及び較正ユニットを含む中央部分４０３から隔てられている。一般に、カメラの別の作動距離を提供するためにミラーのみが互いから隔てられる必要があるという事実のために、本明細書に記載されるようなカメラの構造によって、カメラの容易な再構成が可能になる。こうして、カメラの中央に位置付け及び構造を有する回路基板及びレンズは、作動距離の変更が好ましい場合に、ミラーの移動のみが必要とされる一方で、それらの特徴を適所に残すことを可能にする。

ここで図１０を参照すると、図９の運動監視カメラの内部部品がより詳細に示されている。図３～図５及び図６～図８の実施形態に対応して見られるように、カメラは一般に、左部分４０２に第１のミラー４０７を含み、それに対応して右部分４０４に第２のミラー４１０を含む。中央部分は、第１のレンズ４０８及び第２のレンズ４０９を含み、第１及び第２のレンズ４０８、４０９は、ＰＣＢ４３０の両側に位置付けされる。ＰＣＢ４３０は、図５及び図８に関連して説明したように配置されるように構成される。しかしながら、図１０に示される実施形態では、更なるプロジェクタＰＣＢ４１１が示される。このプロジェクタＰＣＢ４１１はＰＣＢ４３０に接続され、プロジェクタＰＣＢは低出力干渉パターンを生成するように構成されたプロジェクタを含む。図に確認されるように、プロジェクタＰＣＢ４１１は、カメラＰＣＢ４３０の平面に対して略垂直に向き合わせされる。プロジェクタＰＣＢ４１１のプロジェクタは、撮像される患者の表面等の対象物に干渉パターンを実質的に向き合わせするように構成される。こうして、図示されるように、プロジェクタは、本明細書で説明した実施形態に関して前に規定したように、下部２４に実質的に一体化される。こうして、図９～図１１に示される実施形態では、本明細書に記載の他の実施形態のように上部を含まない。これにより、実質的により小型のカメラが可能になる。

図１１を参照すると、図９及び図１０の運動監視カメラの側面図が示されている。図１１に示され且つ前述したように、このタイプの運動監視カメラは、プロジェクタＰＣＢ４１１を有する一体型プロジェクタを用いて構成される。さらに、この運動監視カメラは、ミラー及び画像センサの互いに対する内部構造及び向きにより、ボアベース医療装置での使用に最適化される。すなわち、本明細書に記載の実施形態で説明されるように、監視カメラがボアベースのシステム内に取り付けられるときに、カメラの内側のミラーは、カメラが取り付けられるボアの表面に対して内向き且つ下向きに向くように構成される。こうして、ミラー４０７、４１０は、図１０に示されるように、例えばカメラＰＣＢ４３０の平面によって規定されるカメラの中心を向くように傾斜している。同時に、図１１により正確に示されるように、ミラー４１０（及びミラー４０７、図示せず）は、カメラが取り付けられるか、又は少なくとも当接するボアベースの装置の表面に対して下方向を向いている。このようなミラーの向きは、カメラによって取得した画像において、画像を回転させて見えるようにする。しかしながら、これらのタイプの監視カメラによって記録された画像のそのような回転は、実質的に回転するセンサを含むように構成されるカメラによって回避される。これは図１１により詳細に示されており、ミラー４１０及びセンサ４１２は、ミラー４１０及びセンサ４１２が略垂直な視平面を含むように傾斜していることが分かる。換言すれば、３Ｄカメラは、カメラの上部がボアの内側上面と実質的に整列するように、ボアの内側上面に沿ってボアベース医療装置のボアに挿入されるように構成される。カメラは、第１のミラー及び第２のミラーがカメラの上部からカメラの底部に向かう下向きに傾斜しており、さらに第１及び第２のミラーがカメラの中心に向けて内向きに傾斜しており、さらに、第１及び第２のセンサから略垂直な視野平面を提供するように、第１及び第２のセンサが第１及び第２のミラーに対して傾斜しているように構成される。

本明細書に記載の実施形態に鑑みて、他のタイプのカメラをカメラ監視システムに使用することもできる。すなわち、本明細書に記載の実施形態では、セットアップ段階中に患者の位置付けを監視するために１つ又は複数のセットアップ・カメラも使用される。これらのセットアップ・カメラタイプのカメラは、それらセットアップ・カメラが患者とカメラとの間の距離として規定される異なる作動距離で構成され得るという点で、運動監視カメラとは異なり得る。あるいはまた、同じタイプのカメラ構造をセットアップ・カメラと監視カメラとの両方に使用することができる。

明らかになるように、第３のタイプのカメラは、カメラ監視システムの一部を形成してもよい。この第３のタイプのカメラ、すなわちカウチ監視カメラは、第１のタイプのセットアップ・カメラ及び第２のタイプの運動監視カメラとは僅かに異なるように構成され得る。すなわち、第３のタイプのカメラは、治療／走査セットアップにおいて、カウチ又はカウチに取り付けられた一意に識別可能な特徴をカバーする視野を有するように主に構成及び配置される。さらに、カウチ監視カメラは、カウチ監視カメラの視野内に配置された対象物を照明するように構成された照明体を用いて構成することができる。

特に、カウチ監視カメラは、一実施形態では、図２１Ａに関して説明するように、カウチ上の再帰反射マーカを照らすための近赤外ＬＥＤをオプションで含む立体視カメラとすることができる。

あるいはまた、カウチに配置されたマーカはアクティブなマーカであり得、この実施形態では、マーカはそれ自体を照らすので、カウチ監視カメラからの照明は必要とされない。

代替実施形態では、カウチは、その上に一意に規定される特徴を有する構造及び／又は物体で構成することができ、図２１に関して説明するように、カウチ監視カメラを介した特徴の追跡を使用してカウチの動きを追跡することができる。カウチの位置は、カウチ較正中に又はカウチ制御システム内のフィードバック機構を介して決定されたカウチ位置を思い出すことによって決定してもよい。従って、一実施形態では、セットアップ・カメラ位置と治療位置との間の、任意の潜在的なカウチ移動オフセットに関連する一組の記憶されたオフセット値は、カウチが、カウチの移動中に経験し易いことが知られているあらゆるたるみ／ドリフトを考慮するために較正セットアップで利用され得る。別のオプションは、カウチによって提供されるフィードバック信号を利用して、カウチによるあらゆるオフセットを調整することであり得る。

カウチ監視カメラの更なる詳細及び使用は、図１９～図２２の説明において明らかになるであろう。

ここで図１２～図１６を参照すると、本明細書に記載のカメラ監視システムの較正の例示的実施形態がここに説明される。最初に図１２を参照すると、治療装置１１のボア１２の前方に配置されたセットアップ位置にある機械式カウチ１３上の患者２２０の概略平面図が示されている。図１３は、図１２の機械式カウチ１３上の治療位置にある患者２２０の概略平面図である。

図に示される実施形態では、レーザ照明システム（図示せず）は、患者２２０の位置付けを容易にするために、第１のレーザ光平面（plane）２２２、第２のレーザ光平面２２４、及び第３のレーザ光平面（第３の光平面は図示せず）を投影する。第１の光平面２２２は、ある軸線に沿って治療室のアイソセンタ２２６（すなわち、治療装置１１が放射線ビームを向けるように配置される空間内の点）と整列され、その軸線に沿って機械式カウチ１３は、治療装置１１のボア１２内に入るように構成される。第２の光平面２２４は、第１の光平面２２２に対して垂直に配置され、第１の光平面２２２と治療室のアイソセンタ２２６の前方の一定距離の点２２８で交差するように配置される。第３の光平面（図示せず）は、治療室のアイソセンタ２２６の高さに対応するレベルで第１及び第２のレーザ光平面に対して互いに垂直になるように投影される。

この例における患者監視システム１０は、３つのカメラ２３０、２３２、２３４を含む。カメラ２３０、２３２、２３４は、中央に位置付けされたカメラ２３２が治療装置１１のボア１２内を覗くように配置されるが、２つの外側カメラ２３０、２３４は、治療装置１１の前方のセットアップ領域を見るように配置される。セットアップ領域は、レーザ光平面２２２、２２４の交差部によって強調された点２２８を実質的に中心としている。カメラの視野のアウトラインは、カメラ２３０、２３２、２３４から出る破線によって図１２及び図１３に示されている。換言すれば、２つのカメラ２３４、２３０は、一組のセットアップ・カメラ２３０、２３４を構成しており、これらセットアップ・カメラは、患者２２０をカウチ１３上に位置付けする間に、患者２２０の画像を記録するように構成される。

使用時には、最初に、患者２２０は、図１２に示されるセットアップ位置にある機械的カウチ１３上で機械的カウチ１３と共に位置付けされる。このセットアップ位置では、患者２２０は、照射される患者の部分（患者の標的領域とも呼ばれる）がレーザ照明システムによって強調された点２２８に位置するように位置付けされる。セットアップ位置では、患者２２０の表面は、患者監視システム１０の２つの外側カメラ２３０、２３４（すなわち、２つのセットアップ・カメラ）によって見られ、それによって患者監視システム（本開示を通してカメラ監視システム又は単に監視システムとも呼ばれる）が、プロセッサを介して患者２２０のモデル表面を生成して、以前に記憶したモデルと比較することができ、それによって生成した表面と記憶したモデル表面との間の差異を識別し、患者２２０の位置付けは、患者２２０の表面が記憶したモデルによって規定された表面と一致するように調整される。換言すれば、セットアップ・カメラ２３０、２３４は、カウチ上に横たわっている患者２２０の画像を記録し、これらの画像を患者監視プロセッサに送信する。プロセッサは、患者のコンピュータ表面モデルを生成するように構成され、そのコンピュータ表面モデルは、同じ患者の以前のコンピュータモデルと比較される。記憶したモデルと生成したモデルとの間に何らかのずれが存在する場合に、臨床医に通知され、患者は現在カウチに横たわっているので、患者の実際のカウチ位置とその後に生成されたコンピュータ表面モデルの更新とが、記憶したコンピュータモデルと一致するように患者の位置を変えるべきである。

続いて、治療中に、機械式カウチ１３は、図１３に示される位置に移動されるように、一定量だけ並進させられる。この位置では、患者監視システム１０の２つの外側カメラ２３０、２３４（すなわち、詳細な説明全体に亘ってセットアップ・カメラとも呼ばれる）によって以前見た患者２２０の表面の部分（すなわち、標的領域）が、患者監視システム１０の中央カメラ２３２（詳細な説明全体に亘って運動監視カメラとも呼ばれる）によって見られるようになる。これにより、患者２２０の表面のモデルを生成して、記憶したモデルと比較して、予測位置からの患者２２０の位置付けのずれを検出することが可能になる。

こうして、換言すれば、詳細な説明全体に亘ってカメラ監視システム又は患者監視システムとしても規定される監視システムは、放射線治療システム、ＣＴスキャナ、ＭＲスキャナ、又はこれらの組合せ等の医療装置の使用中のカウチに横になっている患者の少なくとも標的領域の画像を記録するように構成された少なくとも１つの運動監視カメラを有する。さらに、監視システムは、治療又は走査の前に患者をカウチに位置付けする間に、少なくとも同じ標的領域の画像を記録するように構成された少なくとも１つのセットアップ・カメラを含む。

理論的には、機械式カウチ１３が、レーザ照明システム２２８によって強調された空間内の点と治療室のアイソセンタ２２６との間の固定距離に対応する一定量だけ並進するので、カウチ１３の位置を変えることによって、レーザ照明システムによって強調された空間２２８内の点に以前に位置していた患者の部分を治療室のアイソセンタ２２６に位置させ、患者の標的領域が治療装置１１によって照射されることになる。しかしながら、実際には、機械的カウチは、ある程度のたるみ及び他の機械的不正確性の影響を受ける。このため、機械式カウチ１３の位置付け精度を頻繁に確認する必要がある。しかしながら、そうであっても、これらの確認の間にエラーが発生したときに患者２２０を正しく位置付けできない可能性がある。

図示された患者監視システム１０は、機械式カウチ１３による位置付けの際の物理的及び機械的エラーによって生じる潜在的なずれを検出するための手段を提供する。そうするために、患者２２０がセットアップ位置にあり、且つ治療位置が一致しているときに、患者の表面のモデルを生成する必要がある。特に、外側カメラ２３０、２３４からの画像に基づいて生成したモデルは、中央カメラ２３２からの画像に基づいて生成したモデルと一致させる必要がある。この一貫性は、患者監視システムを較正することによって達成でき、セットアップ位置及び治療位置に位置する患者の画像に基づいて生成されたモデルは、これら２つの位置の間の差に対応する並進によって互いに対してオフセットされる２つのモデル空間において生成される。

この一貫性を達成する監視システム１０を較正する方法を、図１４～図１６を参照して説明する。

最初に図１４を参照すると、この図は本開示の実施形態に従って較正される監視システム１０の使用のフロー図である。最初のステップ（Ｓ１）において、レーザ照明システムは、治療室のアイソセンタ２２６の位置と治療室のアイソセンタ２２６から設定距離だけ離れた位置にある固定位置２２８とを特定するように設定される。

典型的には、これは二段階プロセスで達成されるであろう。最初に、治療室のアイソセンタ２２６の位置の特定は、この特許の導入部で説明したような従来の技術を使用して確立することができ、次にレーザ照明システムは、治療室のアイソセンタ２２６を通過する光の面２２２を投影するように設定される。好ましくは、この光平面２２２は、治療室カウチ１３がそれに沿って移動するように配置される軸線と整列している。次に、第２のレーザ光の平面２２４を治療室のアイソセンタ２２６の特定された部分から一定の距離だけ照射するように設定することができ、第３の平面の光（図示せず）は、第１及び第２の平面に対して互いに垂直となるように設定される。

レーザ照明システムが、選択された固定点２２８を通過する光平面２２２、２２４を治療室のアイソセンタ２６からある距離だけ投影するようにレーザ照明システムを調整すると、光平面２２２の一方も治療室のアイソセンタ２２６自体を通過し、この実施形態では較正プレートの形態である較正対象物は、機械式カウチ１３上に配置され、且つレーザ照明システムによって投影されるレーザ光の平面２２２、２２４と整列される（Ｓ２）。

図１５は、本明細書に記載の監視システムの実施形態で使用するための例示的な較正プレート２５０の平面図である。

一実施形態では、較正対象物２５０は、高精度パターンの較正マークがその上に機械加工又は印刷されている、アルミニウム等の堅い剛性材料で作られている長方形の較正プレート２５０の形態である。この実施形態では、較正マークは２組の較正マーク２５２、２５４を含み、１組は較正プレート２５０の両端にあり、各セットの較正マーク２５２、５４は円のアレイを含む。図１５に示されるように、２組の較正マークは、較正プレート２５０の反対側の端部領域を覆うように構成され、且つ各較正マーク領域の中央領域を含むように構成される。各中央領域には、４つの円２５５～２６２が規定され、４つの円は、較正マーク領域の他の円よりも僅かに大きい半径で構成される。較正マーク２５２、２５４の各セット内のより大きな円２５５～２５８、２５９～２６２の中心は、正方形の角部に対応する。

加えて、較正マークはまた、較正プレート２５０の表面上にエッチングされた一組の線２６５～２６７を含み、これらの線は、較正プレートの中心に沿って延びる中心線２６５と、中心線２６５に対して垂直な２本の交差線２６６、２６７とを含む。２本の交差線２６６、２６７は正方形の中心に対応する位置で中心線２６５と交差し、その角部は較正マークのより大きい円２５５～２５８、２５９、２６２の中心に対応する。中心線２６５と２本の交差線２６６、２６７との間の交点同士の間の距離は、治療室のアイソセンタ２２６とレーザ照射システムによって投影される光平面２２２、２２４の交差点２２８との間のオフセットに対応する。

図１６は、図１２及び図１３の治療システムの機械式カウチ１３上に位置付けされた例示的な較正プレート２５０の概略平面図である。こうして、図１６は、治療位置にあるカウチ１３をレーザ強調表示システムからのレーザ光平面２２２、２２４と共に示しており、レーザ強調表示システムは、較正プレート２５０の中心線２６５及び交差線２６７のうちの１つと整列している。交差線２６６、２６７と中心線２６５との交点同士の間の距離の対応により、レーザ光平面２２２、２２４と治療室のアイソセンタ２２６との交点によって強調された点２２８間の距離を用いて、交差線２６７及び中心線２６５をレーザ光平面２２２、２２４と整列させる。較正プレート２５０が平らで、第３のレーザ光平面のレーザ光がスキミングされると、較正プレート２５０の表面は、他方の交差線２６６と中心線２６５との間の交点を治療室のアイソセンタ ２２６に位置付けされる。

較正プレート２５０をこの位置（すなわち、図１６に示されるような治療位置）に配置した状態で、２つの較正セットの較正マーク２５２、２５４の画像を監視システム１０のカメラ２３０～２３４によって取り込むことができる（Ｓ３）。より具体的には、治療室のアイソセンタ２２６の近傍に配置された一組の較正マーク２５２の画像は、監視システム１０の中央カメラ２３２によって取り込まれ、レーザ照明面２２２、２２４の交差点２２８の近傍に配置された一組の較正マーク２５４の画像は、監視システム１０の他の２つのカメラ２３０、２３４によって取り込まれる。

次に、カメラ２３０～２３４によって取得した画像を使用して、監視システム１０を較正することができる（Ｓ４）。

これを達成するために、最初に、カメラ２３０～２３４によって取り込まれた画像は、画像内に現れるように、較正プレート２５０上のより大きな円２５５～２５８、２５９～２６２の位置を画像内で識別するように処理される。これは、従来の技術を使用して自動的に行われるか、あるいはユーザが４つの円を手動で識別することができる。

円２５５～２５８、２５９～２６２の相対位置から、各画像について、識別された円の推定中心を説明する第１の射影変換が決定され、推定中心は、較正プレート２５０及び画像を取得するカメラ２３０、２３２、２３４の相対的な向きによる投影され歪んだ正方形の角部を規定する。

次に、この計算された変換は、カメラ２３０、２３２、２３４によって撮像される較正領域２５２、２５４内の各円の推定三次元座標中心を決定するために利用される。次に、これら計算された座標中心を使用して、画像を取得した位置に対する較正プレート２５０の表面に対応する平面の推定位置及び向きを特定する。

各カメラ２３０、２３２、２３４によって取得された画像内の各画素が、次に処理されて、円の中心の推定位置を含む平面内で各画素がどこに対応するかが決定される。次に、推定された円の中心が順番に処理され、計算された平面内の各円の中心から所定の距離内にある点に対応する画像内の画素が識別される。これらの領域は、較正プレート２５０上に現れる円の半径より僅かに大きい距離まで、較正プレート２５０の平面内にある点を包含するように選択することができる。こうして、このようにして、各円について、推定された中心位置を中心とし、問題の円の外縁を僅かに超えて延びるプレートの部分の出現に対応する１組の画素が識別される。各組の各画素のグレースケール値は、円の中心の座標の改善された推定値を決定するために利用される。各画素がセット内で表す較正プレートの表面を含む推定平面内の点の位置に対するｘ座標及びｙ座標が決定される。次に、これらの計算されたｘ座標及びｙ座標を利用して、円の中心のｘ座標及びｙ座標の改善された推定値を推定する。

次に、新しく推定された円の中心に対応する画像内の点の座標が、これらのｘ、ｙ座標から決定され、次に、より大きい円２５５～２５８、２５９～２６２の中心のこれらの更新された推定値を利用して、較正プレート２５０の位置及び向きを説明するためのより正確な推定変換を決定する。次に、実際の円の中心位置の正確な推定がなされ、較正プレート２５０の相対的な向きを説明するのに必要な真の（すなわち、最終的な）変換が決定されるまで、上記プロセスを繰り返すことができる。

次に、最終的に決定された変換を使用して、カメラ２３０～２３４によって取り込まれた画像に現れる較正プレート２５０上の全ての円の予想位置が計算される。各円について、円の中心までの予め設定された距離内の点に対応する一組の画素が識別され、次に、画像のこれらの部分のグレースケール値を使用して改善された円の中心座標が計算される。

カメラ２３０、２３２、２３４によって見たときの、較正プレート２５０上の円の表現のそれぞれの全ての中心の座標が計算されると、治療室のアイソセンタ２２６に対する中央カメラ２３２の相対的な向き、及びレーザ光平面２２２、２２４の交差部２２８によって強調された空間内の点に対する他のカメラ２３０、２３４の相対的な向きは、画像内のこれらの点の相対位置から計算され、較正シートの表面上のこれらの円の既知の相対位置は、“A Versatile Camera Calibration Technique for High Accuracy 3D Machine Vision Metrology Using Off the Shelf TV Camera and Lenses,”Roger Tsai, IEEE Journal of Robotics and Automation, Vol. Ra-3, No.4 August 1987に詳細に説明されており、この文献は参照により本明細書に組み込まれる。さらに、較正プレート２５０上のマークに対応する個々の画像内の点の相対位置から、カメラ画像内の焦点距離及び半径方向の歪み等の内部カメラパラメータも決定することができる。

治療室のアイソセンタ２２６とレーザ光平面２２２、２２４の交差部によって強調される位置２２８との間の距離に対応する一定距離だけ分離された、較正プレート２５０上の２組の較正マーク２５２、２５４に基づいて監視システムを較正することにより、中央カメラ２３２及び外側の２つのカメラ２３０、２３４によって生成されたモデルのモデル空間は、これら２つの点２２６、２２８の間の物理的距離に対応する並進によってオフセットするように配置される。

続いて、使用時に、患者２２０が機械的カウチ１３上で図１２に示されるようなセットアップ位置にある機械的カウチ１３に位置付けされると、患者２０の部分のモデルが、レーザ光平面２２２、２２４の交差部２２８によって強調された空間内の点に対するカメラ２３０、３４の相対位置を特定する較正データを使用して、監視システム１０の外側の２つのカメラ２３０、２３４によって取得された画像に基づいて生成され得る（Ｓ５）。

次に、患者が図１３に示されるような治療位置に再位置付けされると（Ｓ６）、患者２２０のこの部分が監視システム１０の中央カメラ２３２によって撮像され、患者２２０の撮像部分のモデルを生成するのが可能になる（Ｓ７）。中央カメラ２３２によって取得した画像を使用して生成したモデルの場合に、そのようなモデルは、レーザ光平面２２２、２２４の交差部２２８によって強調された空間内の点に対する中央カメラ２３２の相対位置ではなく、治療室のアイソセンタ２２６に対する中央カメラ２３２の相対位置を特定する較正データを利用して生成される。

理論的には、機械式カウチ１３の物理的並進が、強調表示されたセットアップ位置２２８と治療室のアイソセンタ２２６との間のオフセットに正確に対応する場合に、外側の２つのカメラ２３０、２３４及び中央カメラ２３２からの画像を処理することによって生成されるモデルが対応しているはずである。何らかの差異が生じる場合に、これは、機械式カウチ１３の位置付け誤差、又は患者２２０がセットアップ位置から治療位置に移動している間に患者２２０が移動した場合の位置付け誤差のいずれかを特定する。

このように、監視システム１０の較正によって、監視システム１０が機械式カウチ１３の移動又は患者の移動の不正確さに起因して生じ得る患者の位置付けにおけるエラーを特定することが可能になる。さらに、このようなエラーの検出は、セットアップ位置と治療位置との間の患者２２０の移動中に、監視システム１０が患者を観察下におく必要なしに達成される。

上記のアプローチは、画像データの処理を簡素化し、異なる位置にあるモデルを比較するのを可能にする。監視システム１０のカメラ２３０、２３２、２３４からの画像を処理する場合に、外側の２つのカメラ２３０、２３４、あるいは中央カメラ２３２の画像からモデルを生成するときに患者２２０が異なる位置にいるという事実を考慮する必要はない。外側の２つのカメラ２３０、２３４及び中央カメラ２３２によって生成されたモデル空間内のモデルの座標は、治療室のアイソセンタ２２６とレーザ照明システムによって強調された空間２２８内の点との間の距離を自動的に考慮する。

ここで、本発明による較正方法の使用の更なる例を説明する。

セットアップ位置と治療位置との間の患者２２０の動きを監視するための監視システム１０を較正するのに適していることに加えて、上記の方法は、患者が複数の治療位置の間で移動する他の状況における患者の動きを監視するために適合され得る。

図１７及び図１８は、組み合わされた放射線治療及び撮像装置の概略平面図である。図１７では、組み合わされた放射線治療及び撮像装置を治療位置にある機械式カウチ１３上の患者２２０に使用する状態を示しているが、図１８では、機械式カウチ１３は、患者監視システムを較正するための較正プレート３５０を支持する別の向きで示している。

この例では、第１の監視システム３８０は、患者２２０が撮像装置３８４、例えばＣＴ又はＭＲＩスキャナ等のボア３８２内に位置するときに、患者２２０を監視するように構成される。一方、第２の監視システム３８６は、患者２２０を放射線治療マシン３８８によって照射するときに患者２２０を監視するように構成される。この例では、放射線治療マシン３８８は、治療室アイソセンタ３９２の周りを回転するように構成されるガントリ３９０を有し、このガントリ３９０は、（この例ではロボットアーム上の機械式カウチである）機械式カウチ１３の移動と共に、複数の異なる角度及び向きからの患者２２０の照射を容易にする。

使用中に、機械式カウチ１３が（図１７に図示される）治療位置に向き合わせされると、放射線は患者の標的領域に対応する位置にある治療室のアイソセンタ３９２に向けられる。換言すれば、放射線療法で治療すべき患者の標的領域は、標的領域のみが放射線に曝されるのを確実にするように、治療室のアイソセンタに位置付けされるように構成される。患者２２０の内部の解剖学的構造の画像を取得して標的領域を特定するために、定期的に、患者のこの部分を撮像装置３８４のボア３８２の中心の固定位置３９４に配置するように機械式カウチ１３を回転及び並進させる。図示の例では、この第２の固定位置３９４は、放射線治療マシン３８８のガントリ３９０が回転するように配置される軸線に対して直角な平面に沿って治療室のアイソセンタ３９２から変位している。

患者２２０の位置付けを監視するために監視装置３８０、３８６を較正するときに、図１８に示されるように機械式カウチ１３を位置付けすることができ、較正プレート３５０を機械式カウチ１３の上に配置することができ、それによって較正マークを有する
（bearing）較正プレート３５０の中心領域は、治療室のアイソセンタ３９２及び撮像装置３８４のボア３８２の中心３９４にそれぞれ配置される。これは、治療室のアイソセンタ３９２と撮像装置３８４のボア３８２の中心３９４との間の既知の固定距離だけ較正マークを互いに分離させ、且つ治療室のアイソセンタ３９２及び撮像装置３８４のボア３８２の中心３９４を強調するレーザ照明システム（図示せず）からのレーザ光の投影に基づいて較正プレート３５０を整列させることによって達成することができる。

次に、第１の監視システム３８０及び第２の監視システム３８６によって、較正マークのパターン画像を取得することができ、次に、撮像装置３８４のボア３８２の中心３９４及び治療室のアイソセンタ３９２に対する第１及び第２の監視システム３８０、３８６のカメラの像面の相対位置は、監視システム３８０、３８６によって取り込まれた較正マークの画像に基づいて決定することができる。

図１５に示されるものと同様のマークを有する較正プレート３５０の場合に、監視システムのカメラの位置及び向きは、正方形の角部に対応する一組の円２５５～２５８、２５９～２６２の識別に基づいて決定され、システムの較正は、これから説明するように、撮像位置と治療位置との間で患者２２０を９０°だけ回転するのを考慮するようなものであり得る。

図１８に示されるように位置付けされると、第１組の較正マーク２５２の画像が第１の監視システム３８０によって取得され、第２組の較正マーク２５４の画像が第２の監視システム３８６によって取得される。次に、第１の監視システム３８０によって取得された第１組の較正マーク２５２の画像が、正方形の角部であるとして第１組の較正マーク２５２内の特定の円２５５～２５８の識別、例えば正方形の左上角部として円２５５、正方形の右上角部として円２５６、正方形の左下角部として円２５７、正方形の右下角部として円２５８を特定することに基づいて処理される。次に、第２の監視システム３８６によって取得された第２組の較正マーク２５４の画像は、正方形の角部を規定する第２組の較正マーク２５４内の特定の円２５９～２６２の識別、例えば正方形の左上角部として円２６１、正方形の右上角部として円２５９、正方形の左下角部として円２６２、正方形の右下角部として円２６０を特定することに基づいて処理される。第１組の較正マーク２５２及び第２組の較正マーク２５４からの特定の円を互いに９０°だけ回転した正方形の角部として特定することによって、これにより、第１及び第２の監視システム３８０、３８６のモデル空間が、９０°だけ回転されるだけでなく、治療室のアイソセンタ３９２と撮像装置３８４のボア３８２の中心３９４との間の距離に対応する距離だけ並進されるように、第１及び第２の監視システム３８０、３８６が較正され、こうして、２つの監視システムによって生成されたモデル同士の間の比較が容易になる。

監視システム及び較正方法の上記の２つの特定の例について説明してきたが、監視システム及び較正方法の様々な詳細が変更され得ることが理解されるであろう。

こうして、例えば第２の記載例では、撮像装置３８４及び治療装置３８８は互いに直角であると記載されており、システムは、正方形の角部を含む特定の円の識別によって撮像位置と治療位置との間の患者の回転を説明するものとして記載されている。他の実施形態では、他の回転角度は、較正マークのパターンを較正プレート２５０に設けることによって考慮され得、いくつかのマークは、２つの異なる領域、つまり、治療室のアイソセンタ及び撮像アイソセンタの近傍に位置する領域のマークが、治療位置と撮像位置との間の固定した回転角に対応する角度で傾斜されるように、所定の角度だけ回転され、こうして、較正時に監視システムはモデル空間内に同じ角度だけ回転したモデルを生成する。

上述した実施形態では特定のパターンの較正マークについて説明したが、他の実施形態では他のパターンを使用して監視システムのカメラの相対位置及び向きを決定することができることをさらに理解されよう。

上述した例では長方形の較正プレート２５０の形態の較正対象物について説明したが、他の形態の較正対象物を使用することもできることも理解されよう。こうして、例えば、形状が長方形ではなく、較正対象物は、ロッドによって接続された較正マークを有する２つの平面領域を含み得、ここでロッドは、例えば、セットアップ領域と治療領域との間の距離、又は治療領域と撮像領域との間の距離等の第１の監視位置と第２の監視位置との間の距離に対応する固定距離だけ較正領域を隔てるように作用する。

いくつかの実施形態では、較正プレート２５０等の較正対象物は、監視システムカメラ２３０～２３４、３８０、３８６の相対位置、及び治療室のアイソセンタ２２６、３９２等の照射位置、又は撮像装置に対する固定位置３９４の特定を補助するために一組の放射線不透過性マーカを含むように構成することができる。

このような実施形態では、前の実施形態で説明したように位置付けされ撮像されることに加えて、較正対象物は、治療装置によってさらに照射されて、治療室のアイソセンタ２２６、３９２の近傍に位置する放射線不透過性マーカの照射画像を取得することができる。次に、取得した放射線画像を解析して、較正対象物の位置付けと治療室のアイソセンタ２２６、３９２との間の対応関係を特定することができる。患者監視システム１０を較正するときに、治療室のアイソセンタ２２６、３９２の特定された位置は、患者監視システム１０の座標系を固定するために使用され、患者監視システム１０は、特定された位置に関してモデルを生成し、モデル空間においてその位置から一定の距離を置いて配置される。このように、放射線不透過性マーカを含む較正対象物を提供することによって、患者監視システム１０を治療室のアイソセンタ２２６、３９２に対してより正確に較正することができる。このようにしてシステムを較正することにより、レーザ強調表示システムの潜在的な不正確性に起因するいかなるエラーも回避される。

上述した実施形態では、患者を監視するための立体カメラを含む監視システムを較正するものとして説明したが、患者監視システムを較正するための説明されるアプローチは、一般に、モデル化される対象物の表面上に投影される構造化光のパターンの撮像に基づくカメラ及び飛行時間型カメラ等の他の形態の３Ｄカメラを利用する患者監視システムを含む、他の形態の患者監視システムにも適用可能である。

前の段落で規定されたもの以外の他のタイプの較正対象物も使用できることに留意されたい。すなわち、一実施形態では、較正プレートはアクティブな較正プレートであり得る。アクティブな較正プレートは、能動的に照明するように構成される、すなわちその上に照明マーカを含む較正プレートとして規定される。較正プレートのパターンは、本明細書に記載の通りであり得るが、他のタイプの較正パターンも考えられ得る。

本開示の前の段落では、例えばボアベース医療装置によって治療を受けている及び／又は走査されている患者の監視に関する複数の実施形態について説明してきた。特に、説明した実施形態は、カメラ監視システムを介して、セットアップ段階における患者の動き、及び、例えば走査及び／又は治療段階における患者の動きをどのように監視するかに関する。前述したように、医療診断及び治療の分野には、例えば癌患者の走査及び治療に関する処置を最適化することを目的とする傾向がある。その点で、図１２～図１８に関しても述べたように、ＣＴ及びＭＲスキャナ等の走査モダリティと放射線治療スキャナとを組み合わせることが目的とされ、こうして患者の監視を可能にするカメラ監視システムが必要とされる一方、患者はボアベース医療装置内に位置付けされる。そのようなシステムの一例が、本開示全体に亘って説明されるように、カメラ監視システム及び較正方法を用いて少なくとも図１７及び図１８に関して説明された。

しかしながら、そのようなシステムの更なる発展において、医療装置の放射線治療部分は、ＣＴ及び／又はＭＲスキャナ等のボアベース撮像装置の一体部分を形成することが考えられる。そのような場合に、カウチは、組み合わされた走査及び治療のボアベースのシステムのボア内に位置付けされるだけでよい。図１９～図２２に概略的に示されているこのようなシステムでは、本明細書に記載されているように患者の監視を可能にするための同様の必要性がある。

こうして、走査モダリティと治療モダリティとの両方を統合したボアベース医療装置のためのカメラ監視システムの実施形態について、これでさらに詳細に説明する。

図１９を参照すると、一実施形態のカメラ監視システムが示されている。カメラ監視システムは、ボアベース医療装置５０１に関連して配置されるように構成され、ボアベース医療装置５０１は、ボア５１１を有し、放射線治療の放射線ビームと共にＣＴ又はＭＲイメージング・モダリティを囲むエンクロージャ構造５１０を有する。エンクロージャ構造５１０のボア５１１は、カウチ５１２を受容するように構成され、使用中に患者はカウチ５１２上に位置付けされることになる。

図に確認されるように、カメラ監視システム５００は、エンクロージャ構造に関連して配置されるように構成され、より詳細には、ボア５１１の内側の方向に向けられた第１の視野を有し、医療装置の使用中に、特に放射線治療中に、患者の少なくとも標的領域の画像を記録するように構成される少なくとも１つの運動監視カメラ５２０を有する。運動監視カメラは、好ましくは、ボア内にある距離を延ばすので、運動監視カメラがエンクロージャ構造５１０によって実質的に覆われていることを示すために点線で示されている。

カメラ監視システムは、ボア５１１の外側の方向に第２の視野を向いており、患者をカウチ５１２上に位置付けする間に患者の画像を記録するように構成される少なくとも１つのセットアップ・カメラ５２２をさらに含む。運動カメラ５２０とセットアップ・カメラ５２２との両方は、少なくとも１つの患者監視プロセッサ５３０とデータ通信するように構成され、この患者監視プロセッサは、各カメラから画像データを受信するように構成される。この実施形態に関して説明した運動監視プロセッサは、図２に関して説明したコンピュータ１４に実質的に対応する。運動監視プロセッサは、ｉ）セットアップ段階でセットアップ・カメラ５２２からの画像データを処理して、カウチに横たわっている患者の３Ｄ表面を生成し、生成した３Ｄモデル表面を患者監視プロセッサに記憶された基準面と相関させ、その後、ｉｉ）監視段階において運動監視カメラ５２０から受信した画像データを処理して、カウチ５１２に横たわっている患者の及びカウチ５１２が医療装置のボア５１１内に移動したときの時間依存３Ｄ表面モデルを生成するように構成される。このように、患者監視プロセッサ５３０は、基準面に対する患者の時間依存３Ｄ表面モデルのあらゆる動きを追跡するように構成され、ここで、基準面に対する時間依存３Ｄ表面モデルの動きは、変位値として出力される。

図は少なくとも２つのセットアップ・カメラ５２１、５２２を示しているが、カメラをセットアップするために１つのみカメラを使用してもよいことを理解されたい。

本明細書に記載の全ての実施形態について、一実施形態では、運動監視プロセッサは変位値を出力するように構成されることを理解されたい。本明細書に記載の実施形態では、１つ又は複数の変位値を出力できることを理解されたい。この／これらの変位値は、設定された閾値と比較されるように構成され、変位値が設定された閾値を超える場合に、変位インジケータが臨床医に対して例えばコンピュータ画面上に表示される。これにより、潜在的な患者の動きに関する臨床医への情報が可能になり、放射線療法の標的領域が放射線ビームの焦点を考慮して移動させられ得る。このようにして、臨床医は、治療が潜在的に中止され、そして患者を再位置付けすべきであることを知らされる。

代替実施形態では、変位値は設定された閾値と比較されるように構成され、変位値が設定された閾値を超える場合に、制御信号が医療装置に送信され、制御信号は治療及び走査プロセスを中止するように構成される。

図１９にも示される更なる実施形態では、カメラ監視システムは、カウチの端部に向かう方向に向き合わせされ、ボア５１１から離れる方向を向く第３の視野を有する少なくとも１つのカウチ監視カメラ５２３を含み得る。これによって、本開示の前の実施形態で説明したように、カウチの動きを追跡するのが可能になる。こうして、図１９～図２２に示されるカウチ監視カメラは、図１２～図１３等に関して説明したカウチ監視カメラに対応して構成され得ることに留意されたい。しかしながら、主な違いは、図１９～図２２の実施形態では、カウチ監視カメラ及びセットアップ・カメラは、それぞれの視野がボア５１１から離れる方向に向くように構成されることである。これは、図１９～図２２のカメラが、図１２～図１３等に図示され説明されたエンクロージャ構造と異なるように構成されるためである。しかしながら、動作及び機能の原理は同様である。カウチ監視カメラ５２３を使用することによって、患者セットアップ・カメラ５２１、５２２及び運動監視カメラ５２０を較正するために簡易較正プレートを使用することが可能である。各位置での較正データと共に、カウチ監視カメラは、較正プレート位置同士の間のオフセットが既知となるように、２つのグループのカメラの間の共通の較正を決定する。

運動監視カメラ５２０及びセットアップ・カメラ５２１、５２２と整列させて、カウチカメラ５２３は、カウチ画像データを運動監視プロセッサに送信するように構成され、プロセッサは、カウチ画像データを利用して、セットアップ段階におけるカウチの位置と、前述したように監視段階におけるカウチの位置と間のカウチの移動を評価するように構成される。

一実施形態では、運動監視カメラ５２０、及びセットアップ・カメラ５２１、５２２は、監視カメラ及びセットアップ・カメラの第１及び第２の視野内でそれぞれカウチに光を投影するように構成されたプロジェクタを有する３Ｄ立体カメラシステムとして構成され、ここで、視野は少なくとも患者の標的領域と相関するように向き合せされる。前述したように他のタイプのカメラを使用してもよいことに留意されたい。

より詳細には、図１９に示されるように、少なくとも１つの運動監視カメラ５２０は、少なくとも１つのセットアップ・カメラ５２１と共にカメラマウント５２４上に位置付けされるように構成される。こうして、図１９に確認されるように、遠藤監視カメラ５２０は、カメラマウント５２４の第１の分岐部５２５に位置付けされ、この第１の分岐部５２５は、医療装置のボア５１１内に少なくとも部分的に延びる。

さらに、この実施形態では、セットアップ・カメラ５２１、５２２は、カメラマウント５２４の第２の分岐部５２６上に配置されるように構成される。さらに、カメラマウント５２４は、カウチ監視カメラ５２３と共に構成してもよく、カウチ監視カメラ５２３は、第２の分岐部５２６上に配置してもよい。他の適切な構造を使用してもよいことに留意されたい。これは、カメラ監視システムをボアベース医療装置に対してどのように配置するかの一例として提供されているに過ぎない。カメラ５２１、５２２の位置は、治療システムの本体内にあり得る。それらカメラが例えば患者を見下ろす天井に配置される場合に、治療士の体がカメラの視野を遮らないので、それらの位置は、治療士が治療のために患者をセットアップすることによるいかなる閉塞（occlusion）も最小化されるような位置である。

ここで図２０を参照すると、ボアベース医療装置５０１のカメラ監視システムの実施形態が示されている。この実施形態では、前述したのと同じタイプのカメラも使用される。こうして、同じ番号が適用され、相違のみについてより詳細に説明する。図２０に示されるように、この実施形態では、運動監視カメラ６２０は、ボア５１１の内側６４０の一部に一体化されるように構成される。一体化された運動監視カメラ６２０は、ボア５１１内で患者の少なくとも標的領域をカバーする視野と共に配置及び位置付けされる。

さらに詳細には図示していないが、一実施形態では、カメラ監視システムは、少なくとも２つの運動監視カメラを含むことができ、第１の運動監視カメラ６２０がボア５１１の第１の側６４０に一体化するように構成され、第２の運動監視カメラ（図示せず）が、ボア５１１の第２の側（図示せず）に一体化するように構成されることを理解されたい。こうして、第１及び第２の運動監視カメラは、エンクロージャ構造の対向する２つの側面の一体化部分として構成され、患者の標的領域と相関する共通の視野を共有するように向き合わせされる。

ここで図２１及び図２２を参照すると、ボアベース医療装置のボア内に部分的に挿入されているカメラ監視システムの例示的な図が示されている。図２１は、カウチ７１２がボア７１１内に少なくとも部分的に位置付けされているボアベース医療装置の概略側面図を示す。図に示されるように、システムは、それぞれのカメラが向き合わせされるセットアップアイソセンタ７５１と治療アイソセンタ７５２とを含むように構成される。こうして、図示されるように、セットアップ・カメラ７２１は、セットアップアイソセンタ７５１を少なくともカバーする視野を有するように構成される一方、運動監視カメラ７２０は、治療アイソセンタを少なくともカバーするように構成される。特に治療室のアイソセンタは、患者が放射線ビームの焦点の位置から外れないようにするために重要である。

図２１にさらに示されるように、カメラ監視システムは、カウチ監視カメラ７２３が一意に識別可能な特徴７６０を覆う視野をカバーするように構成されるように、ボアベース医療装置と接続される。従って、一実施形態では、カウチには、追跡可能な一意に識別可能な特徴が組み込まれる。この一例は、カウチの脚部に取り付けられたＣＣＴＶタイプのカメラであり得る。特徴認識アルゴリズムを使用して、（おそらく生の画像に適用されているハフ（Hough）変換の後に）固有の特徴について訓練されたその特徴の形状を検出することができる。この特徴の重心が計算され、較正されたカメラ内の１対のセンサを使用してｘ、ｙ及びｚ座標が計算され得る。この特徴を連続的に追跡することによって、カウチの動き／位置を決定することができる。

代替実施形態では、カウチは、カウチに関連して位置付け又は配置されたマーカを使用することによって監視してもよい。こうして、図２１Ａに示される一実施形態では、マーカ７６０が、カウチの脚端部に配置され、ボアシステムの前方（あるいはその上方）に配置されたカウチ監視カメラ７２３から観察される。図２１Ａに示されるカウチ７１２は、図２１に示されるのと同様の方法でボア内に挿入されることを理解されたい。こうして、マーカ７５０は、図２１に示されるマーカ７６０と実質的に同じカウチの端部に位置付けされる。マーカ７５０は、１つ又は複数のアクティブな放射体又は再帰反射マーカ７５０Ａ、７５０Ｂ、７５０Ｃから構成してもよい。完全な３Ｄマーカ追跡のために、好ましくは３つのマーカが使用され得る。これにより、カウチの移動中にカウチの位置を追跡して患者の位置に関する情報を取得することができる。

図２２は、図２１に示されるようなボアベース医療装置の正面図を示す。図２２に示されるように、システムは、一体化されるように構成されるか、又は少なくともボアベース医療装置内に延びる２つの運動監視カメラ７２０’、７２０’’で構成され得る。この図は運動監視カメラ７２０’、７２０’’の裏側を示しており、こうしてカメラは対象物、例えばボア内の患者を撮像していると考えられることに留意されたい。運動監視カメラ７２０’、７２０’’は、第１の分岐部７２５及び第２の分岐部７２６を有するカメラマウントに取り付けられる。これらの分岐部７２５、７２６のそれぞれも、セットアップ・カメラ７２１’、７２１’’を含んでおり、これらのカメラは、セットアップ・カメラの視野が運動監視カメラ７２０’、７２０’’によって遮られないように分岐部に位置付けされる。こうして、運動監視カメラ７２０’、７２０’’は治療アイソセンタを含む視野をカバーするように構成され、セットアップ・カメラ７２１’、７２１’’は、他のそれぞれのカメラの視野を遮ることなくセットアップアイソセンタをカバーするように構成される。

さらに、分岐部７２６、７２５は、ボアベース医療装置のエンクロージャ構造の表面に当接する、又は少なくともその表面に追従するように構成された、ボアベース医療装置上に取り付けられた位置に実質的にあることを理解されたい。

更なる実施形態は以下を含む。
実施形態１：一定距離離れた第１及び第２の位置における患者の位置付けを監視するための患者監視システムを較正する方法であって、この方法は、
第１及び第２の位置の近傍にある患者の画像を取得するように動作可能な監視システムを提供するステップと、
第１組の較正マーク及び第２組の較正マークを有する較正対象物を提供するステップであって、第１組の較正マークは、第１の位置と第２の位置との間の距離に対応する距離だけ第２組の較正マークからオフセットされる、提供するステップと、
第１組の較正マークが第１の位置の近傍に配置され、第２組の較正マークが第２の位置の近傍に配置されるように較正対象物を位置付けするステップと、
監視システムを使用して第１組及び第２組の較正マークの画像を取得するステップと、
取得した画像に基づいて監視システムを較正するステップと、を含む。

実施形態２：監視システムは複数の３Ｄカメラを含み、少なくとも１つの３Ｄカメラが第１の位置の近傍にある対象物の画像を取得するように配置され、少なくとも１つの３Ｄカメラが第２の位置の近傍にある対象物の画像を取得するように配置される、実施形態１に記載の方法。

実施形態３：３Ｄカメラは、立体カメラ、３Ｄ飛行時間型カメラ、及び監視される対象物の表面に構造化光を投影するために利用する３Ｄカメラを含むグループから選択された３Ｄカメラを含む、実施形態２に記載の方法。

実施形態４：第１組の較正マーク及び第２組の較正マークは、円形のマークのアレイを含み、アレイ内の円形のマークは互いに対して既知の位置に配置される、実施形態１～３のいずれか１つに記載の方法。

実施形態５：較正マークは、円形のマークのアレイに対して固定関係で較正対象物の表面上に配置された１つ又は複数の線をさらに含む、実施形態４に記載の方法。

実施形態６：レーザ照明システムを利用して空間内の位置を強調する（highlight）ステップをさらに含み、第１及び第２の較正マークが第１の位置の近傍に配置され、第２組の較正マークが第２の位置の近傍に配置されるように較正対象物を位置付けするステップは、較正対象物の表面上のマークをレーザ照明システムによって照射された光と整列させるステップを含む、実施形態１～５のいずれか１つに記載の方法。

実施形態７：レーザ照明システムによって強調された空間内の位置は、放射線治療装置の治療室のアイソセンタ、放射線治療を受けている患者のセットアップ位置の中心を特定する点、及び放射線治療を受けている患者の内部画像を取得するための撮像装置と固定関係を有する点を含むグループから選択された位置に対応する位置を含む、実施形態６に記載の方法。

実施形態８：取得した画像に基づいて監視システムを較正するステップは、取得した画像を処理して、撮像された較正対象物の表面上の点に対する位置付けされた対象物の取得した画像の像面の相対位置及び／又は向きを決定するステップを含む、実施形態１～７のいずれか１つに記載の方法。

実施形態９：取得した画像を処理して、位置付けされた較正対象物に対する取得した画像に対応する像面の位置又は向きを決定するステップは、取得した画像を利用して、取得した画像に現れる較正対象物の表面に設けられた較正マークに関する固定点に対する取得した画像に対応する像面の位置又は向きを決定するステップを含む、実施形態８に記載の方法。

実施形態１０：較正マークの少なくともいくつかは、正方形の角部に対応する点を規定し、取得した画像を処理して、取得した画像に現れる較正対象物の表面に設けられた較正マークに関する固定点に対する取得した画像に対応する像面の位置又は向きを決定するステップは、取得した画像を利用して、較正マークによって識別された正方形の中心に対する取得した画像に対応する像面の位置又は向きを決定するステップを含む、実施形態９に記載の方法。

実施形態１１：較正対象物は１組の放射線不透過性マーカを含み、方法は、治療装置を利用して、位置付けされた較正対象物を照射して較正対象物の照射画像を取得するステップと、取得した画像を解析して、治療室のアイソセンタに対する較正対象物の相対位置を決定するステップとをさらに含む、実施形態１～１０のいずれか１つに記載の方法。

実施形態１２：取得した画像に基づいて監視システムを較正するステップは、監視システムを較正して、第１のモデル空間内の第１の位置の近傍で観察される対象物のモデルを生成し、第２のモデル空間内の第２の位置の近傍で観察される対象物のモデルを生成するステップを含み、第１及び第２のモデル空間は、第１の位置と第２の位置との間の物理的距離に対応するベクトルだけオフセットされる、実施形態１～１１のいずれか１つに記載の方法。

実施形態１３：取得した画像に基づいて監視システムを較正するステップは、監視システムを較正して、第１のモデル空間内の第１の位置の近傍で観察される対象物のモデルを生成し、第２のモデル空間内の第２の位置の近傍で観察される対象物のモデルを生成するステップを含み、第１及び第２のモデル空間は、互いに対してある角度だけ回転している、実施形態１～１２のいずれか１つに記載の方法。

実施形態１４：較正マークは較正マークのアレイを含み、取得した画像に基づいて監視システムを較正するステップは、取得した画像のアレイを利用して、取得した画像内にアレイが現れることに基づいて、取得した画像に存在するレンズ歪みを特定するステップを含む、実施形態１～１３のいずれか１つに記載の方法。

実施形態１５：一定の物理的距離だけ隔てられた第１の位置と第２の位置に対する患者の位置付けを監視するように動作可能な患者位置付けモニタを較正するための較正対象物であって、較正対象物は、較正対象物の表面に位置付けされた第１組の較正マーク及び第２組の較正マークを含み、第１組及び第２組の物理的マークは、患者位置付けモニタによって監視されるように動作可能である、第１の位置と第２の位置との間の距離に対応する距離だけ互いに物理的に隔てられた較正対象物の表面上の点同士の間に固定関係を有する。

実施形態１６：第１組の較正マーク及び第２組の較正マークは、互いに対してある角度だけ回転される、実施形態１５に記載の較正対象物。

実施形態１７：放射線対象物は１組の放射線不透過性マーカを含む、実施形態１６に記載の較正対象物。

詳細な説明及び／又は特許請求の範囲のいずれかに記載された上記の装置の構造的特徴は、対応するプロセスによって適切に置き換えられるとき、方法のステップと組み合わせることができることが意図されている。

使用されるとき、単数形「１つの（a, an）」、及び「その（the）」は、他に明記されていない限り、複数形も含むことを意図する（すなわち、「少なくとも１つの」という意味を有する）。用語「含む、有する（includes, including）」、及び／又は「備える、有する、含む（comprises, comprising）」は、本明細書で使用されるとき、述べられた特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／又は構成要素の存在を指定するが、１つ又は複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、及び／又はこれらのグループの存在又は追加を排除するものではないことをさらに理解されよう。要素が別の要素に「接続（connected）」又は「結合（coupled）」されると言及されるとき、その要素は他の要素に直接的に接続又は結合され得るが、他に明記されていない限り、介在要素も存在し得ることも理解されよう。さらに、本明細書で使用される「接続された」又は「結合された」は、無線で接続された又は結合されたことを含み得る。本明細書で使用されるとき、用語「及び／又は」は、列挙された関連する項目のうちの１つ又は複数のありとあらゆる組合せを含む。他に明記されていない限り、開示された方法のステップは、ここに述べられた正確な順序に限定されるものではない。

本明細書を通して、「一実施形態」又は「実施形態」又は「一態様」又は「し得る／することができる（may）」として含まれる特徴への言及は、その実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、又は特性が、本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。さらに、特定の特徴、構造、又は特性は、本開示の１つ又は複数の実施形態において適切に組み合わせることができる。前述の説明は、当業者が本明細書に記載の様々な態様を実施できるようにするために提供される。これらの態様に対する様々な修正は当業者には容易に明らかとなり、本明細書に規定された一般的な原理は他の態様に適用することができる。

特許請求の範囲は、特許請求の範囲の文言と一致する全範囲を与えられるべきであり、単数形の要素への言及は、特に明記しない限り、「唯一の」を意味することを意図しておらず、むしろ「１つ又は複数」を意味することと意図している。他に具体的に述べられていない限り、「いくつかの」という用語は、１つ又は複数を指す。

従って、その範囲は以下の特許請求の範囲によって判断されるべきである。

Claims (12)

1. ボアベース医療装置（１１、５０１）内の対象物を監視するための３Ｄカメラ（２０、１００、４００）であって、当該３Ｄカメラは、
   前記ボアベース医療装置（１１、５０１）に配置された前記対象物に面するように構成された第１及び第２の窓（１１６、１１８）を備えた前部（４０１）を有するハウジング（２２、２４、１１２）と、
   前記前部（４０１）に対して垂直に前記ハウジング（２２、２４、１１２）に取り付けられた回路基板（３０）を中央にして背中合せに取り付けられた第１及び第２の画像センサ（３６、３８）と、
   前記ハウジング（２２、２４、１１２）内で前記回路基板の一方の表面から離れる方向に位置付けされ、前記第１の画像センサ（３６）に対して角度が付けられた第１のミラー（４８、４０７）であって、前記第１の画像センサ（３６）には第１の窓（１１６）を通して撮像される前記対象物の第１の視野が提示される、第１のミラーと、
   前記ハウジング（２２、２４、１１２）内で前記回路基板の他方の表面から離れる方向に位置付けされ、前記第２の画像センサ（３８）に対して角度が付けられた第２のミラー（５２、４１０）であって、前記第２の画像センサ（３８）には第２の窓（１１８）を通して撮像される前記対象物の第２の視野が提示される、第２のミラーと、
   前記ハウジングに取り付けられ、前記第１及び第２の画像センサ（３６、３８）によって撮像される前記対象物に光を投影するように構成されたプロジェクタ（２６、２７、２８、１１０）と、を有しており、
   当該３Ｄカメラ（２０、１００、４００）は、前記前部（４０１）がボア（１２、３８２）の表面と整列するように、前記ボアベース医療装置（１１、５０１）の前記ボア（１２、３８２）に挿入されるように構成され、
   前記第１の視野の延長方向が前記第２の視野の延長方向と交差する、
   ３Ｄカメラ。
2. 前記第１の画像センサ（３６）と前記第１のミラー（４８、４０７）との間に位置付けされる第１のレンズ構成（４０）をさらに有しており、前記第１の画像センサ（３６）には、前記第１のレンズ構成（４０）及び前記第１のミラー（４８、４０７）を介して撮像される対象物の第１の視野が提示される、請求項１に記載の３Ｄカメラ。
3. 前記第２の画像センサ（３８）と前記第２のミラー（５２、４１０）との間に位置付けされる第２のレンズ構成（４４）をさらに有しており、前記第２の画像センサ（３８）には、前記第２のレンズ構成（４４）及び前記第２のミラー（５２、４１０）を介して撮像される対象物の第２の視野が提示される、請求項２に記載の３Ｄカメラ。
4. 前記第１及び第２のレンズ構成（４０、４４）は、前記回路基板（３０）の表面に対して略垂直である軸線に沿って延びる、請求項３に記載の３Ｄカメラ。
5. 前記第１のミラー（４８、４０７）は、前記回路基板（３０）の表面に対して＋４５°の角度で傾斜しており、前記第２のミラー（５２、４１０）は、前記回路基板（３０）の前記表面に対して－４５°の角度で傾斜している、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の３Ｄカメラ。
6. 前記第１のミラー（４８、４０７）は、前記回路基板（３０）の表面に対して＋４３．５°の角度で傾斜しており、前記第２のミラー（５２、４１０）は、前記回路基板（３０）の前記表面に対して－４３．５°の角度で傾斜している、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の３Ｄカメラ。
7. 第３及び第４の画像センサ（１３２、１３３、１３４、１３５）をさらに有しており、前記第３及び第４の画像センサ（１３２、１３３、１３４、１３５）は、前記回路基板（１２０）を中央にして背中合せに取り付けられ、当該３Ｄカメラは、前記ハウジング内で前記回路基板の前記一方の表面から離れる方向に位置付けされる第３のミラー（１５２、１５４）と前記ハウジング内で前記回路基板の前記他方の表面から離れる方向に位置付けされる第４のミラー（１５３、１５５）とをさらに有しており、前記第３の画像センサ（１３３、１３５）には前記第３のミラー（１５３、１５５）を介して撮像される前記対象物の第３の視野が提示され、前記第４の画像センサ（１３２、１３４）には前記第４のミラー（１５２、１５４）を介して撮像される前記対象物の第４の視野が提示される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の３Ｄカメラ。
8. 前記第３の画像センサ（１３３、１３５）と前記第３のミラー（１５３、１５５）との間に位置付けされる第３のレンズ構成（１２２、１２３）と、前記第４の画像センサ（１３２，１３４）と前記第４のミラー（１５２、１５４）との間に位置付けされる第４のレンズ構成（１２６，１２７）とをさらに有しており、前記第３の画像センサ（１３３、１３５）には前記第３のレンズ構成（１２２、１２３）及び前記第３のミラー（１５３、１５５）を介して撮像される前記対象物の第３の視野が提示され、前記第４の画像センサ（１３２、１３４）には前記第４のレンズ構成（１２６、１２７）及び前記第４のミラー（１５２、１５４）を介して撮像される前記対象物の第４の視野が提示される、請求項７に記載の３Ｄカメラ。
9. 前記第３及び第４のミラー（１５２、１５３、１５４、１５５）は、前記第１及び第２のミラー（１５０、１５１）に対して傾斜している、請求項８に記載の３Ｄカメラ。
10. 前記プロジェクタは、スペックルプロジェクタ（２６、２７、２８、１１０）であり、且つ光源、コリメータ、及びレンズ構成を有する、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の３Ｄカメラ。
11. 前記光源、前記コリメータ、及び前記レンズ構成は、前記回路基板を含む平面内に垂直な軸線に沿って整列している、請求項１０に記載の３Ｄカメラ。
12. ボアベース医療装置（１１、５０１）のためのカメラ監視システムであって、当該カメラ監視システムは、
    患者の診断画像を記録するように動作可能な撮像装置と、
    前記ボアベース医療装置内に組み込まれ、放射線を患者に照射するように動作可能である治療装置と、
    前記ボアベース医療装置のボア（１２）に対して患者を位置付けするように動作可能である機械式カウチ（１３）と、を有しており、
    当該カメラ監視システムは、
    請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の１つ又は複数の３Ｄカメラ（２０、１００、４００）と、
    前記１つ又は複数の３Ｄカメラの画像センサによって取得した画像を処理し、撮像される対象物の表面の３Ｄモデルを生成するように動作可能であるプロセッサと、を含んでいる、
    カメラ監視システム。

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