JPWO2007052755A1 - 呼吸モニタリング装置、呼吸モニタリングシステム、医療的処理システム、呼吸モニタリング方法、呼吸モニタリングプログラム - Google Patents
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Abstract
被験者の呼吸動作に応じて往復動する身体部位を含む撮像対象領域を該往復動する方向に対して所定角度の傾きをもつように撮像した画像を、所定のタイミング毎に取得する画像取得部と、前記画像取得部にて任意のタイミングである第1の時刻に取得された画像上の画素の輝度と該第1の時刻から所定数だけ後のタイミングである第2の時刻に取得された画像上の画素の輝度との差分に基づいて、前記撮像対象領域の位置の前記第1の時刻から前記第2の時刻までの間での変動量を算出する変動量算出部と、前記第1の時刻における前記撮像対象領域の位置に対して、前記変動量算出部にて算出される前記第1の時刻から前記第2の時刻までの間における前記撮像対象領域の位置の変動量を加算した位置を、前記第2の時刻における前記撮像対象領域の位置と判定する位置判定部とを備えてなる。
Description
本発明は、被検者の呼吸状態を把握するための呼吸モニタリング処理に関するものである。
従来、CTスキャン等の撮像を行う場合において、呼吸同期スキャンと呼ばれる技術が利用されている。呼吸同期スキャンとは、呼吸に伴って動くような呼吸性移動臓器(例えば肺、肝臓、脾臓等)を、呼気と吸気を繰り返す呼吸の周期におけるある位相においてスキャンすることにより、一定の位相で撮像することを可能とする技術である。
これによって、呼吸によるモーションアーチファクトの影響を受け易い、鮮明な画像を得ることが困難な身体部位でも、モーションアーチファクトを抑えた画像を取得することができる。
上述のような呼吸同期スキャンを行うためには、被験者の呼吸時における胸部や腹部の往復動による体表面の位置の変動量を把握する必要がある。
従来の呼吸同期スキャンでは、上述のような被験者の呼気または吸気時における体表面の位置の変動量の把握を行うため、呼吸により生ずる張力等を検出する装置を身体(例えば、胸部や腹部の近傍)に装着することで実現するのが一般的であった。
しかし、上記従来技術では、身体に直接装着する装置によって呼吸に伴う体表面の変位を検出する構成上、装着による不快感がある、当該装置が撮影範囲に入ってしまうことによる弊害があるといった問題があった。
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、非接触で被験者の呼気または吸気時における体表面の位置の変動の度合いを把握することのできる技術を提供することを目的とする。
上述した課題を解決するため、本発明に係る呼吸モニタリング装置は、被験者の呼吸動作に応じて往復動する身体部位を含む撮像対象領域を該往復動する方向に対して所定角度の傾きをもつように撮像した画像を、所定のタイミング毎に取得する画像取得部と、前記画像取得部にて任意のタイミングである第1の時刻に取得された画像上の画素の輝度と該第1の時刻から所定数だけ後のタイミングである第2の時刻に取得された画像上の画素の輝度との差分に基づいて、前記撮像対象領域の位置の前記第1の時刻から前記第2の時刻までの間での変動量を算出する変動量算出部と、前記第1の時刻における前記撮像対象領域の位置に対して、前記変動量算出部にて算出される前記第1の時刻から前記第2の時刻までの間における前記撮像対象領域の位置の変動量を加算した位置を、前記第2の時刻における前記撮像対象領域の位置と判定する位置判定部とを備えてなることを特徴とするものである。
上述のような構成の呼吸モニタリング装置において、前記画像取得部にて取得される画像上の前記撮像対象領域内における、前記被験者の身長方向と略平行な方向における画素の座標をy、前記被験者の身長方向と略直交する方向における画素の座標をx、第1の時刻をt1、第2の時刻をt2、時刻tにおける座標(x,y)の画素の輝度をI(x,y,t)とするとき、前記被験者の呼吸動作に伴う前記撮像対象領域の位置の前記第1の時刻から前記第2の時刻までの間での変動量Qは、Q = ΣΣ|(I(x,y,t2) - I(x,y,t1))|(ここで、各ΣΣにおける最初のΣは前記撮像対象領域内でのx方向およびy方向の内いずれか一方における全画素についての和、2番目のΣは前記撮像対象領域内でのx方向およびy方向の内いずれか他方における全画素についての和である。)で算出される構成としてもよい。
上述のような構成の呼吸モニタリング装置において、前記画像取得部において連続する複数の前記所定のタイミングで取得された複数の画像に基づいて、該画像上の画素の時間的変位から該画素の移動方向を判別し、前記画像上における画素が、前記被験者に対して撮像する方向の、前記被験者の身長方向および該被験者に対する横方向と略平行な平面上における方向成分としての第1の方向側に移動する場合には吸気と、前記画像上における画素が前記第1の方向と略反対の第2の方向側に移動する場合には呼気と判別する呼気吸気判別部を有し、前記位置判定部は、前記呼気吸気判別部における判別結果に基づいて、前記撮像対象領域の位置の変動量を呼気または吸気における変動量として加算することが好ましい。
上述のような構成の呼吸モニタリング装置において、前記画像取得部にて取得される画像上の前記撮像対象領域内における、前記被験者の身長方向と略平行な方向における画素の座標をy、前記被験者の身長方向と略直交する方向における画素の座標をx、時刻をt、時刻tにおける座標(x,y)の画素の輝度をI(x,y,t)とするとき、前記被験者の身長方向と略平行な方向における前記撮像対象領域内の全画素に関する速度dy/dtは、dy/dt = -(-ΣΣ((∂I(x,y,t)/∂x)*(∂I(x,y,t)/∂y))*ΣΣ((∂I(x,y,t)/∂t)*(∂I(x,y,t)/∂y))+ΣΣ(∂I(x,y,t)/∂x)2*ΣΣ((∂I(x,y,t)/∂y)*(∂I(x,y,t)/∂t)))/(ΣΣ(∂I(x,y,t)/∂y)2*ΣΣ(∂I(x,y,t)/∂x)2-(ΣΣ((∂I(x,y,t)/∂x)*(∂I(x,y,t)/∂y))2)(ここで、各ΣΣにおける最初のΣは前記撮像対象領域内でのx方向およびy方向の内いずれか一方における全画素についての和、2番目のΣは前記撮像対象領域内でのx方向およびy方向の内いずれか他方における全画素についての和である。)で与えられ、前記呼気吸気判別部は、前記dy/dtの速度方向が、前記画像上における前記第1の方向側を向くときは吸気と、前記画像上における前記第2の方向側を向くときは呼気と判別する構成とすることもできる。
また、本発明に係る呼吸モニタリング装置は、被験者の呼吸動作に応じて往復動する身体部位を含む撮像対象領域を該往復動する方向に対して所定角度の傾きをもつように撮像した画像を、所定のタイミング毎に取得する画像取得部と、前記画像取得部にて任意のタイミングである任意時刻に取得された画像上の画素の輝度と該任意時刻よりも前に前記撮像対象領域が呼吸動作における所定の限界位置に到達したタイミングである基準時刻に取得された画像上の画素の輝度との差分に基づいて、前記撮像対象領域の位置の前記基準時刻から前記任意時刻までの間での変動量を算出する変動量算出部と、前記変動量算出部にて算出される前記基準時刻から前記任意時刻までの間における前記撮像対象領域の位置の変動量を、前記任意時刻における前記撮像対象領域の位置と判定する位置判定部とを備えてなることを特徴とするものだある。
上述のような構成の呼吸モニタリング装置において、前記画像取得部にて取得される画像上の前記撮像対象領域内における、前記被験者の身長方向と略平行な方向における画素の座標をy、前記被験者の身長方向と略直交する方向における画素の座標をx、基準時刻をt0、任意時刻をtn、時刻tにおける座標(x,y)の画素の輝度をI(x,y,t)とするとき、前記被験者の呼吸動作に伴う前記撮像対象領域の位置の前記基準時刻から前記任意時刻までの間での変動量Qbは、Qb = ΣΣ|(I(x,y,tn) - I(x,y,t0))|(ここで、各ΣΣにおける最初のΣは前記撮像対象領域内でのx方向およびy方向の内いずれか一方における全画素についての和、2番目のΣは前記撮像対象領域内でのx方向およびy方向の内いずれか他方における全画素についての和である。)で算出される構成とすることが望ましい。
上述のような構成の呼吸モニタリング装置において、前記被験者を撮像して得られる画像上における画素の輝度の時間的な変化が最も大きくなる所定画素数からなる領域を前記撮像対象領域として設定する撮像領域設定部を有する構成とすることもできる。
また、本発明に係る呼吸モニタリング装置は、被験者の呼吸動作に応じて往復動する身体部位を含む撮像対象領域を該往復動する方向に対して所定角度の傾きをもつように撮像した画像を、所定のタイミング毎に取得する画像取得部と、前記画像取得部にて任意のタイミングである第1の時刻に取得された画像上の撮像対象領域内における任意の複数画素からなる第1の領域と略同じ輝度の分布の画素を有する第2の領域を、該第1の時刻から所定数だけ後のタイミングである第2の時刻に取得された画像上の撮像対象領域内から抽出し、前記撮像対象領域内における前記第1の領域の位置から第2の領域の位置までの移動距離を、前記撮像対象領域の位置の前記第1の時刻から前記第2の時刻までの間での変動量として算出する変動量算出部と、前記第1の時刻における前記撮像対象領域の位置に対して、前記変動量算出部にて算出される前記第1の時刻から前記第2の時刻までの間における前記撮像対象領域の位置の変動量を加算した位置を、前記第2の時刻における前記撮像対象領域の位置と判定する位置判定部とを備えてなることを特徴とするものである。
また、本発明に係る呼吸モニタリング装置は、被験者の呼吸動作に応じて往復動する身体部位を含む撮像対象領域を該往復動する方向に対して所定角度の傾きをもつように撮像した画像を、所定のタイミング毎に取得する画像取得部と、前記画像取得部にて任意のタイミングである任意時刻に取得された画像上の撮像対象領域内から、該任意時刻よりも前に前記撮像対象領域が呼吸動作における所定の限界位置に到達したタイミングである基準時刻に取得された画像上の撮像対象領域内における任意の複数画素からなる第1の領域と略同じ輝度の分布の画素を有する第2の領域を抽出し、前記撮像対象領域内における前記第1の領域の位置から第2の領域の位置までの移動距離を、前記撮像対象領域の位置の前記基準時刻から前記任意時刻までの間での変動量として算出する変動量算出部と、前記変動量算出部にて算出される前記基準時刻から前記任意時刻までの間における前記撮像対象領域の位置の変動量を、前記任意時刻における前記撮像対象領域の位置と判定する位置判定部とを備えてなることを特徴とするものである。
上述のような構成の呼吸モニタリング装置において、前記被験者を撮像して得られる画像上における画素の輝度の時間的な変化が最も大きくなる画素領域を中心として前記撮像対象領域を設定する撮像領域設定部を有することが望ましい。
また、本発明に係る呼吸モニタリングシステムは、上述のような構成の呼吸モニタリング装置と、仰向けの状態の前記被験者の足側において、前記撮像対象領域に対して斜め上方の位置から該撮像対象領域を撮像する撮像部とを備えてなることを特徴とするものである。
また、本発明に係る医療的処理システムは、上述のような構成の呼吸モニタリング装置と、前記位置判定部により判定される前記撮像対象領域の位置が所定位置であるときに、所定の医療的処理を行わせる医療的処理実行部とを有することを特徴とするものである。
上述のような構成の医療的処理システムにおいて、前記所定の医療的処理は、MRIによる撮像処理やCTスキャンによる撮像処理とすることができる。
また、本発明に係る呼吸モニタリング方法は、被験者の呼吸動作に応じて往復動する身体部位を含む撮像対象領域を該往復動する方向に対して所定角度の傾きをもつように撮像した画像を、所定のタイミング毎に取得する画像取得ステップと、前記画像取得ステップにて任意のタイミングである第1の時刻に取得された画像上の画素の輝度と該第1の時刻から所定数だけ後のタイミングである第2の時刻に取得された画像上の画素の輝度との差分に基づいて、前記撮像対象領域の位置の前記第1の時刻から前記第2の時刻までの間での変動量を算出する変動量算出ステップと、前記第1の時刻における前記撮像対象領域の位置に対して、前記変動量算出ステップにて算出される前記第1の時刻から前記第2の時刻までの間における前記撮像対象領域の位置の変動量を加算した位置を、前記第2の時刻における前記撮像対象領域の位置と判定する位置判定ステップとを有することを特徴とするものである。
上述のような構成の呼吸モニタリング方法において、前記画像取得ステップにて取得される画像上の前記撮像対象領域内における、前記被験者の身長方向と略平行な方向における画素の座標をy、前記被験者の身長方向と略直交する方向における画素の座標をx、第1の時刻をt1、第2の時刻をt2、時刻tにおける座標(x,y)の画素の輝度をI(x,y,t)とするとき、前記被験者の呼吸動作に伴う前記撮像対象領域の位置の前記第1の時刻から前記第2の時刻までの間での変動量Qは、Q = ΣΣ|(I(x,y,t2) - I(x,y,t1))|(ここで、各ΣΣにおける最初のΣは前記撮像対象領域内でのx方向およびy方向の内いずれか一方における全画素についての和、2番目のΣは前記撮像対象領域内でのx方向およびy方向の内いずれか他方における全画素についての和である。)で算出される構成とすることができる。
上述のような構成の呼吸モニタリング方法において、前記画像取得ステップにおいて連続する複数の前記所定のタイミングで取得された複数の画像に基づいて、該画像上の画素の時間的変位から該画素の移動方向を判別し、前記画像上における画素が、前記被験者に対して撮像する方向の、前記被験者の身長方向および該被験者に対する横方向と略平行な平面上における方向成分としての第1の方向側に移動する場合には吸気と、前記画像上における画素が前記第1の方向と略反対の第2の方向側に移動する場合には呼気と判別する呼気吸気判別ステップを有し、前記位置判定ステップは、前記呼気吸気判別ステップにおける判別結果に基づいて、前記撮像対象領域の位置の変動量を呼気または吸気における変動量として加算することが好ましい。
上述のような構成の呼吸モニタリング方法において、前記画像取得ステップにて取得される画像上の前記撮像対象領域内における、前記被験者の身長方向と略平行な方向における画素の座標をy、前記被験者の身長方向と略直交する方向における画素の座標をx、時刻をt、時刻tにおける座標(x,y)の画素の輝度をI(x,y,t)とするとき、前記被験者の身長方向と略平行な方向における前記撮像対象領域内の全画素に関する速度dy/dtは、dy/dt = -(-ΣΣ((∂I(x,y,t)/∂x)*(∂I(x,y,t)/∂y))*ΣΣ((∂I(x,y,t)/∂t)*(∂I(x,y,t)/∂y))+ΣΣ(∂I(x,y,t)/∂x)2*ΣΣ((∂I(x,y,t)/∂y)*(∂I(x,y,t)/∂t)))/(ΣΣ(∂I(x,y,t)/∂y)2*ΣΣ(∂I(x,y,t)/∂x)2-(ΣΣ((∂I(x,y,t)/∂x)*(∂I(x,y,t)/∂y))2)(ここで、各ΣΣにおける最初のΣは前記撮像対象領域内でのx方向およびy方向の内いずれか一方における全画素についての和、2番目のΣは前記撮像対象領域内でのx方向およびy方向の内いずれか他方における全画素についての和である。)で与えられ、前記呼気吸気判別ステップは、前記dy/dtの速度方向が、前記画像上における前記第1の方向側を向くときは吸気と、前記画像上における前記第2の方向側を向くときは呼気と判別するようにすることもできる。
また、本発明に係る呼吸モニタリング方法は、被験者の呼吸動作に応じて往復動する身体部位を含む撮像対象領域を該往復動する方向に対して所定角度の傾きをもつように撮像した画像を、所定のタイミング毎に取得する画像取得ステップと、前記画像取得ステップにて任意のタイミングである任意時刻に取得された画像上の画素の輝度と該任意時刻よりも前に前記撮像対象領域が呼吸動作における所定の限界位置に到達したタイミングである基準時刻に取得された画像上の画素の輝度との差分に基づいて、前記撮像対象領域の位置の前記基準時刻から前記任意時刻までの間での変動量を算出する変動量算出ステップと、前記変動量算出ステップにて算出される前記基準時刻から前記任意時刻までの間における前記撮像対象領域の位置の変動量を、前記任意時刻における前記撮像対象領域の位置と判定する位置判定ステップとを有することを特徴とするものである。
上述のような構成の呼吸モニタリング方法において、前記画像取得ステップにて取得される画像上の前記撮像対象領域内における、前記被験者の身長方向と略平行な方向における画素の座標をy、前記被験者の身長方向と略直交する方向における画素の座標をx、基準時刻をt0、任意時刻をtn、時刻tにおける座標(x,y)の画素の輝度をI(x,y,t)とするとき、前記被験者の呼吸動作に伴う前記撮像対象領域の位置の前記基準時刻から前記任意時刻までの間での変動量Qbは、Qb = ΣΣ|(I(x,y,tn) - I(x,y,t0))|(ここで、各ΣΣにおける最初のΣは前記撮像対象領域内でのx方向およびy方向の内いずれか一方における全画素についての和、2番目のΣは前記撮像対象領域内でのx方向およびy方向の内いずれか他方における全画素についての和である。)で算出されることが望ましい。
上述のような構成の呼吸モニタリング方法において、前記被験者を撮像して得られる画像上における画素の輝度の時間的な変化が最も大きくなる所定画素数からなる領域を前記撮像対象領域として設定する撮像領域設定ステップを有する構成とすることができる。
また、本発明に係る呼吸モニタリング方法は、被験者の呼吸動作に応じて往復動する身体部位を含む撮像対象領域を該往復動する方向に対して所定角度の傾きをもつように撮像した画像を、所定のタイミング毎に取得する画像取得ステップと、前記画像取得ステップにて任意のタイミングである第1の時刻に取得された画像上の撮像対象領域内における任意の複数画素からなる第1の領域と略同じ輝度の分布の画素を有する第2の領域を、該第1の時刻から所定数だけ後のタイミングである第2の時刻に取得された画像上の撮像対象領域内から抽出し、前記撮像対象領域内における前記第1の領域の位置から第2の領域の位置までの移動距離を、前記撮像対象領域の位置の前記第1の時刻から前記第2の時刻までの間での変動量として算出する変動量算出ステップと、前記第1の時刻における前記撮像対象領域の位置に対して、前記変動量算出ステップにて算出される前記第1の時刻から前記第2の時刻までの間における前記撮像対象領域の位置の変動量を加算した位置を、前記第2の時刻における前記撮像対象領域の位置と判定する位置判定ステップとを有することを特徴とするものである。
また、本発明に係る呼吸モニタリング方法は、被験者の呼吸動作に応じて往復動する身体部位を含む撮像対象領域を該往復動する方向に対して所定角度の傾きをもつように撮像した画像を、所定のタイミング毎に取得する画像取得ステップと、前記画像取得ステップにて任意のタイミングである任意時刻に取得された画像上の撮像対象領域内から、該任意時刻よりも前に前記撮像対象領域が呼吸動作における所定の限界位置に到達したタイミングである基準時刻に取得された画像上の撮像対象領域内における任意の複数画素からなる第1の領域と略同じ輝度の分布の画素を有する第2の領域を抽出し、前記撮像対象領域内における前記第1の領域の位置から第2の領域の位置までの移動距離を、前記撮像対象領域の位置の前記基準時刻から前記任意時刻までの間での変動量として算出する変動量算出ステップと、前記変動量算出ステップにて算出される前記基準時刻から前記任意時刻までの間における前記撮像対象領域の位置の変動量を、前記任意時刻における前記撮像対象領域の位置と判定する位置判定ステップとを有することを特徴とするものである。
上述のような構成の呼吸モニタリング方法において、前記被験者を撮像して得られる画像上における画素の輝度の時間的な変化が最も大きくなる画素領域を中心として前記撮像対象領域を設定する撮像領域設定ステップを有することが好ましい。
本発明に係る呼吸モニタリングプログラムは、被験者の呼吸動作に応じて往復動する身体部位を含む撮像対象領域を該往復動する方向に対して所定角度の傾きをもつように撮像した画像を、所定のタイミング毎に取得する画像取得ステップと、前記画像取得ステップにて任意のタイミングである第1の時刻に取得された画像上の画素の輝度と該第1の時刻から所定数だけ後のタイミングである第2の時刻に取得された画像上の画素の輝度との差分に基づいて、前記撮像対象領域の位置の前記第1の時刻から前記第2の時刻までの間での変動量を算出する変動量算出ステップと、前記第1の時刻における前記撮像対象領域の位置に対して、前記変動量算出ステップにて算出される前記第1の時刻から前記第2の時刻までの間における前記撮像対象領域の位置の変動量を加算した位置を、前記第2の時刻における前記撮像対象領域の位置と判定する位置判定ステップとをコンピュータに実行させることを特徴とするものである。
また、上述のような構成の呼吸モニタリングプログラムにおいて、前記画像取得ステップにて取得される画像上の前記撮像対象領域内における、前記被験者の身長方向と略平行な方向における画素の座標をy、前記被験者の身長方向と略直交する方向における画素の座標をx、第1の時刻をt1、第2の時刻をt2、時刻tにおける座標(x,y)の画素の輝度をI(x,y,t)とするとき、前記被験者の呼吸動作に伴う前記撮像対象領域の位置の前記第1の時刻から前記第2の時刻までの間での変動量Qは、Q = ΣΣ|(I(x,y,t2) - I(x,y,t1))|(ここで、各ΣΣにおける最初のΣは前記撮像対象領域内でのx方向およびy方向の内いずれか一方における全画素についての和、2番目のΣは前記撮像対象領域内でのx方向およびy方向の内いずれか他方における全画素についての和である。)で算出されるようにすることもできる。
また、上述のような構成の呼吸モニタリングプログラムにおいて、前記画像取得ステップにおいて連続する複数の前記所定のタイミングで取得された複数の画像に基づいて、該画像上の画素の時間的変位から該画素の移動方向を判別し、前記画像上における画素が、前記被験者に対して撮像する方向の、前記被験者の身長方向および該被験者に対する横方向と略平行な平面上における方向成分としての第1の方向側に移動する場合には吸気と、前記画像上における画素が前記第1の方向と略反対の第2の方向側に移動する場合には呼気と判別する呼気吸気判別ステップを有し、前記位置判定ステップは、前記呼気吸気判別ステップにおける判別結果に基づいて、前記撮像対象領域の位置の変動量を呼気または吸気における変動量として加算することが好ましい。
また、上述のような構成の呼吸モニタリングプログラムにおいて、前記画像取得ステップにて取得される画像上の前記撮像対象領域内における、前記被験者の身長方向と略平行な方向における画素の座標をy、前記被験者の身長方向と略直交する方向における画素の座標をx、時刻をt、時刻tにおける座標(x,y)の画素の輝度をI(x,y,t)とするとき、前記被験者の身長方向と略平行な方向における前記撮像対象領域内の全画素に関する速度dy/dtは、dy/dt = -(-ΣΣ((∂I(x,y,t)/∂x)*(∂I(x,y,t)/∂y))*ΣΣ((∂I(x,y,t)/∂t)*(∂I(x,y,t)/∂y))+ΣΣ(∂I(x,y,t)/∂x)2*ΣΣ((∂I(x,y,t)/∂y)*(∂I(x,y,t)/∂t)))/(ΣΣ(∂I(x,y,t)/∂y)2*ΣΣ(∂I(x,y,t)/∂x)2-(ΣΣ((∂I(x,y,t)/∂x)*(∂I(x,y,t)/∂y))2)(ここで、各ΣΣにおける最初のΣは前記撮像対象領域内でのx方向およびy方向の内いずれか一方における全画素についての和、2番目のΣは前記撮像対象領域内でのx方向およびy方向の内いずれか他方における全画素についての和である。)で与えられ、前記呼気吸気判別ステップは、前記dy/dtの速度方向が、前記画像上における前記第1の方向側を向くときは吸気と、前記画像上における前記第2の方向側を向くときは呼気と判別する構成とすることができる。
また、本発明に係る呼吸モニタリングプログラムは、被験者の呼吸動作に応じて往復動する身体部位を含む撮像対象領域を該往復動する方向に対して所定角度の傾きをもつように撮像した画像を、所定のタイミング毎に取得する画像取得ステップと、前記画像取得ステップにて任意のタイミングである任意時刻に取得された画像上の画素の輝度と該任意時刻よりも前に前記撮像対象領域が呼吸動作における所定の限界位置に到達したタイミングである基準時刻に取得された画像上の画素の輝度との差分に基づいて、前記撮像対象領域の位置の前記基準時刻から前記任意時刻までの間での変動量を算出する変動量算出ステップと、前記変動量算出ステップにて算出される前記基準時刻から前記任意時刻までの間における前記撮像対象領域の位置の変動量を、前記任意時刻における前記撮像対象領域の位置と判定する位置判定ステップとをコンピュータに実行させることを特徴とするものである。
また、上述のような構成の呼吸モニタリングプログラムにおいて、前記画像取得ステップにて取得される画像上の前記撮像対象領域内における、前記被験者の身長方向と略平行な方向における画素の座標をy、前記被験者の身長方向と略直交する方向における画素の座標をx、基準時刻をt0、任意時刻をtn、時刻tにおける座標(x,y)の画素の輝度をI(x,y,t)とするとき、前記被験者の呼吸動作に伴う前記撮像対象領域の位置の前記基準時刻から前記任意時刻までの間での変動量Qbは、Qb = ΣΣ|(I(x,y,tn) - I(x,y,t0))|(ここで、各ΣΣにおける最初のΣは前記撮像対象領域内でのx方向およびy方向の内いずれか一方における全画素についての和、2番目のΣは前記撮像対象領域内でのx方向およびy方向の内いずれか他方における全画素についての和である。)で算出される構成することができる。
また、上述のような構成の呼吸モニタリングプログラムにおいて、前記被験者を撮像して得られる画像上における画素の輝度の時間的な変化が最も大きくなる所定画素数からなる領域を前記撮像対象領域として設定する撮像領域設定ステップを有することが望ましい。
また、本発明に係る呼吸モニタリングプログラムは、被験者の呼吸動作に応じて往復動する身体部位を含む撮像対象領域を該往復動する方向に対して所定角度の傾きをもつように撮像した画像を、所定のタイミング毎に取得する画像取得ステップと、前記画像取得ステップにて任意のタイミングである第1の時刻に取得された画像上の撮像対象領域内における任意の複数画素からなる第1の領域と略同じ輝度の分布の画素を有する第2の領域を、該第1の時刻から所定数だけ後のタイミングである第2の時刻に取得された画像上の撮像対象領域内から抽出し、前記撮像対象領域内における前記第1の領域の位置から第2の領域の位置までの移動距離を、前記撮像対象領域の位置の前記第1の時刻から前記第2の時刻までの間での変動量として算出する変動量算出ステップと、前記第1の時刻における前記撮像対象領域の位置に対して、前記変動量算出ステップにて算出される前記第1の時刻から前記第2の時刻までの間における前記撮像対象領域の位置の変動量を加算した位置を、前記第2の時刻における前記撮像対象領域の位置と判定する位置判定ステップとをコンピュータに実行させることを特徴とするものである。
また、本発明に係る呼吸モニタリングプログラムは、被験者の呼吸動作に応じて往復動する身体部位を含む撮像対象領域を該往復動する方向に対して所定角度の傾きをもつように撮像した画像を、所定のタイミング毎に取得する画像取得ステップと、前記画像取得ステップにて任意のタイミングである任意時刻に取得された画像上の撮像対象領域内から、該任意時刻よりも前に前記撮像対象領域が呼吸動作における所定の限界位置に到達したタイミングである基準時刻に取得された画像上の撮像対象領域内における任意の複数画素からなる第1の領域と略同じ輝度の分布の画素を有する第2の領域を抽出し、前記撮像対象領域内における前記第1の領域の位置から第2の領域の位置までの移動距離を、前記撮像対象領域の位置の前記基準時刻から前記任意時刻までの間での変動量として算出する変動量算出ステップと、前記変動量算出ステップにて算出される前記基準時刻から前記任意時刻までの間における前記撮像対象領域の位置の変動量を、前記任意時刻における前記撮像対象領域の位置と判定する位置判定ステップとをコンピュータに実行させることを特徴とするものである。
また、上述のような構成の呼吸モニタリングプログラムにおいて、前記被験者を撮像して得られる画像上における画素の輝度の時間的な変化が最も大きくなる画素領域を中心として前記撮像対象領域を設定する撮像領域設定ステップを有する構成とすることもできる。
(第1の実施の形態)
以下、本発明の第1の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
以下、本発明の第1の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図1は、本実施の形態による呼吸モニタリング装置、呼吸モニタリングシステムおよび医療的処理システムについて説明するための機能ブロック図である。
本実施の形態による呼吸モニタリング装置1は、撮像領域設定部101、画像取得部102、変動量算出部103、呼気吸気判別部104、位置判定部105、表示部106、CPU108およびMEMORY109を備えてなる構成となっている。また、本実施の形態による医療的処理システムは、上述のような呼吸モニタリング装置1に加え、医療的処理実行部107およびCTスキャン装置3を備えてなる構成となっている。また、本実施の形態による呼吸モニタリングシステムは、上述のような呼吸モニタリング装置と、撮像部2とを備えてなる構成となっている。
撮像部2は、CCDカメラ等から構成され、被験者Mの胸部および腹部のうち少なくとも一方を含む撮像対象領域(すなわち、被験者の呼吸動作に応じて往復動する身体部位を含む撮像対象領域)ROIを、該撮像対象領域に対して所定角度の傾きをもつように撮像する役割を有している。具体的には図1に示すように、撮像部2は、仰向けの状態の被験者Mの足側における、撮像対象領域ROIに対して斜め上方の位置から撮像を行う。
撮像領域設定部101は、被験者Mを撮像して得られる画像上における画素の輝度の時間的な変化が最も大きくなる所定画素数からなる領域を撮像対象領域ROIとして設定する役割を有している。
画像取得部102は、上述のようにして被験者の呼吸動作に応じて往復動する身体部位を含む撮像対象領域を該往復動する方向に対して所定角度の傾きをもつように撮像した画像を、所定のタイミング毎に取得する役割を有している。
変動量算出部103は、画像取得部102にて任意のタイミングである第1の時刻に取得された画像上の画素の輝度と該第1の時刻から所定数だけ後のタイミングである第2の時刻に取得された画像上の画素の輝度との差分に基づいて、撮像対象領域の位置の第1の時刻から第2の時刻までの間での変動量(呼気または吸気による体表面の移動量)を算出する役割を有している。なお、第2の時刻は、呼吸モニタリング装置1におけるCPUの処理能力や画像取得部102にて画像取得可能なフレーム間隔等に応じて設定される。例えば、高精度な呼吸動作のモニタリングを行いたい場合には第1の時刻から1つ後のタイミングとし、少し所定数を多くしても呼吸動作のモニタリングの精度に問題のない場合には、処理負担の軽減を図るため、2つまたは3つ後のタイミングとするといったことが可能である。
呼気吸気判別部104は、画像取得部102において連続する複数の所定のタイミングで取得された複数の画像に基づいて、該画像上の画素の時間的変位から該画素の移動方向を判別し、画像上における画素が、被験者Mに対して撮像する方向の、被験者Mの身長方向および被験者Mに対する横方向と略平行な平面上における方向成分としての(画像上における)第1の方向側に移動する場合には吸気と、画像上における画素が第1の方向と略反対の(画像上における)第2の方向側に移動する場合には呼気と判別する役割を有している。ここで、被験者Mの身長方向および該被験者に対する横方向と略平行な平面とは、図1に示すように被験者Mが仰向けに横たわっている場合、略水平な面を意味する。
ここでは、撮像部2は、仰向けの状態の被験者Mの足側における、撮像対象領域ROIに対して斜め上方の位置から撮像を行う構成となっているため、呼気吸気判別部104は、画像上における画素が被験者Mの頭側(第1の方向側)に移動する場合には吸気と、画像上における画素が被験者の足側(第2の方向側)に移動する場合には呼気と判別する。
位置判定部105は、第1の時刻における撮像対象領域の位置に対して、変動量算出部103にて算出される第1の時刻から第2の時刻までの間における撮像対象領域の位置の変動量を加算した位置を、第2の時刻における撮像対象領域の位置と判定する役割を有している。また、位置判定部105は、呼気吸気判別部104における判別結果に基づいて、撮像対象領域の位置の変動量を呼気または吸気における変動量として加算するようになっている。
表示部106は、液晶ディスプレイやCRTディスプレイ等から構成されており、位置判定部105における判定結果など呼吸モニタリング装置1における処理に関する種々の情報の画面表示を行う役割を有している。
医療的処理実行部107は、位置判定部105により判定される撮像対象領域の位置が所定位置であるときに、所定の医療的処理としての撮像処理をCTスキャン装置3に行わせる役割を有している。
CPU108は、呼吸モニタリング装置における各種処理を行う役割を有しており、またMEMORY109に格納されているプログラムを実行することにより種々の機能を実現する役割も有している。MEMORY109は、例えばROMやRAM等から構成されており、呼吸モニタリング装置において利用される種々の情報やプログラムを格納する役割を有している。
続いて、本実施の形態による呼吸モニタリング装置における呼吸動作による体表面の変動量算出の原理について説明する。図2および図3は、撮像部2の設置位置と、呼吸による胸部または腹部の上下動に基づくROI内における画素の移動との関係を示す図である。
同図に示すように、撮像部2にて撮像対象領域ROIの設定対象である被験者Mの胸部または腹部を撮像する場合、胸部または腹部上の任意の点は、撮像部2により撮像される画像上においては、被験者Mの呼吸に伴って上下動しているように見える。すなわち、撮像部2により撮像される画像上における画素の変位に基づいて、被験者Mの呼吸に伴う胸部または腹部の上下動を判別することができる。
具体的に、撮像部2から撮像対象領域ROIの設定対象である被験者Mの胸部または腹部までの高さ方向の距離をh、撮像部2から被験者Mの胸部または腹部上における任意の点までの水平方向における距離をLとすると、被験者Mが呼吸することにより撮像対象領域ROIが距離mだけ上下するときの、撮像部2により撮像される画像上における画素の移動量dは、
d(=(L×m)/(h−m)) ・・・(1)
で表される。本実施の形態では、ROI内における画素の移動に基づいて、呼吸に基づく被験者の胸部または腹部の上下動の変動量を把握する構成となっている。
d(=(L×m)/(h−m)) ・・・(1)
で表される。本実施の形態では、ROI内における画素の移動に基づいて、呼吸に基づく被験者の胸部または腹部の上下動の変動量を把握する構成となっている。
図4は、本実施の形態による呼吸モニタリング装置における処理(呼吸モニタリング方法)について説明するためのフローチャートである。
まず、撮像部2にて被験者Mの呼吸動作に応じて往復動する身体部位周辺を撮像する(S101)。
撮像対象領域ROIの設定をする場合(S102,設定する)、撮像部2にて撮像された画像上にて、被験者Mを撮像して得られる画像上における画素の輝度の時間的な変化が最も大きくなる所定画素数(予め設定されているROIのサイズ分の画素数)からなる領域を撮像対象領域として設定する(撮像領域設定ステップ)(S103)。画像取得部102は、当該設定された撮像対象領域を該往復動する方向に対して所定角度の傾きをもつように撮像した画像を、所定のタイミング毎に取得する(画像取得ステップ)。
続いて、画像取得部102にて任意のタイミングである第1の時刻に取得された画像(数フレーム前のROI)上の画素の輝度と該第1の時刻から所定数だけ後のタイミングである第2の時刻に取得された画像(カレントフレームのROI)上の画素の輝度との差分の算出処理を行い(S104)、画素毎の差分処理の結果の絶対値を全画素について合算し(S105)、撮像対象領域の位置の第1の時刻から第2の時刻までの間での変動量を算出する(変動量算出ステップ)。
以下、変動量算出部103における処理の詳細について説明する。画像取得部102にて取得される画像上の撮像対象領域ROI内における、被験者Mの身長方向と略平行な方向における画素の座標をy、被験者Mの身長方向と略直交する方向における画素の座標をx、第1の時刻をt1、第2の時刻をt2、時刻tにおける座標(x,y)の画素の輝度をI(x,y,t)とするとき、被験者の呼吸動作に伴う撮像対象領域(具体的には、撮像対象領域ROI内の身体表面)の位置の第1の時刻から第2の時刻までの間での変動量Qは、
Q = ΣΣ|(I(x,y,t2) - I(x,y,t1))| ・・・(2)
(ここで、各ΣΣにおける最初のΣは撮像対象領域ROI内でのx方向およびy方向の内いずれか一方における全画素についての和、2番目のΣは撮像対象領域ROI内でのx方向およびy方向の内いずれか他方における全画素についての和である。)
で算出される。本実施の形態における変動量算出部103は、上記式(2)に基づいて、撮像対象領域の位置の第1の時刻から第2の時刻までの間での変動量を算出する。
Q = ΣΣ|(I(x,y,t2) - I(x,y,t1))| ・・・(2)
(ここで、各ΣΣにおける最初のΣは撮像対象領域ROI内でのx方向およびy方向の内いずれか一方における全画素についての和、2番目のΣは撮像対象領域ROI内でのx方向およびy方向の内いずれか他方における全画素についての和である。)
で算出される。本実施の形態における変動量算出部103は、上記式(2)に基づいて、撮像対象領域の位置の第1の時刻から第2の時刻までの間での変動量を算出する。
上述のようにして変動量算出部103にて算出される変動量に基づいて、呼吸動作に伴う身体表面の位置の変動を把握するためには、当該変動量が呼気によるものなのか吸気によるものなのかを判別する必要がある。そこで、呼気吸気判別部104によって、画像取得部102において連続する複数の所定のタイミングで取得された複数の画像に基づいて、該画像上の画素の時間的変位から該画素の移動方向を判別し、画像上における画素が、被験者Mに対して撮像する方向の、被験者Mの身長方向および該被験者に対する横方向と略平行な平面上における方向成分としての第1の方向側に移動する場合には吸気と、画像上における画素が第1の方向と略反対の第2の方向側に移動する場合には呼気と判別する(呼気吸気判別ステップ)(S106)。
以下、呼気吸気判別部104における処理の詳細について説明する。呼気と吸気の判別は、撮像した画像上における画素の移動に基づいて判別することができる。以下、呼気吸気判別部104における、撮像部2により撮像した画像上における画素の移動方向の判別方法について述べる。
yを画像取得部102にて取得される画像上における、被験者Mの身長方向における座標、xを被験者Mの身長方向と略直交する方向における座標、tを時間、I(x,y,t)を時間tにおける画像上における座標(x,y)の位置の画素の輝度とするとき、呼吸に伴って移動する被験部位の画像上の画素が一定短時間(δt)後に他の位置へ移動することから、
I(x,y,t)=I(x+δx,y+δy,t+δt) ・・・(3)
という式が成立する。
I(x,y,t)=I(x+δx,y+δy,t+δt) ・・・(3)
という式が成立する。
次に、右辺の式をTailor展開し、dx、dy、dtの高次項は微小であるとして無視し、dtで割ると、
(dx/dt)*∂I(x,y,t)/∂x+(dy/dt)*∂I(x,y,t)/∂y+∂I(x,y,t)/∂t=0 ・・・(4)
が成立する。
(dx/dt)*∂I(x,y,t)/∂x+(dy/dt)*∂I(x,y,t)/∂y+∂I(x,y,t)/∂t=0 ・・・(4)
が成立する。
ここで、ある時間における近傍の画素の速度変化は殆ど同じと見做せることから、近傍画素全てに対する左式の誤差が最小であるとする式が成立する。即ち、E=ΣΣ((dx/dt)*∂I(x,y,t)/∂x+(dy/dt)*∂I(x,y,t)/∂y+∂I(x,y,t)/∂t) 2とし、u= dx/dt、v= dy/dtとおくと、∂E/∂u=0、∂E/∂v=0の2式が成り立つ。これら2式より全画素に関する速度dy/dtが、
dy/dt=-(-ΣΣ((∂I(x,y,t)/∂x)*(∂I(x,y,t)/∂y))*ΣΣ((∂I(x,y,t)/∂t)*(∂I(x,y,t)/∂y))+ΣΣ(∂I(x,y,t)/∂x)2*ΣΣ((∂I(x,y,t)/∂y)*(∂I(x,y,t)/∂t)))/(ΣΣ(∂I(x,y,t)/∂y)2*ΣΣ(∂I(x,y,t)/∂x)2-(ΣΣ((∂I(x,y,t)/∂x)*(∂I(x,y,t)/∂y))2) ・・・(5)
と求められる。ここで、各ΣΣにおける最初のΣは撮像対象領域内でのx方向およびy方向の内いずれか一方における全画素についての和、2番目のΣは撮像対象領域内でのx方向およびy方向の内いずれか他方における全画素についての和である。
dy/dt=-(-ΣΣ((∂I(x,y,t)/∂x)*(∂I(x,y,t)/∂y))*ΣΣ((∂I(x,y,t)/∂t)*(∂I(x,y,t)/∂y))+ΣΣ(∂I(x,y,t)/∂x)2*ΣΣ((∂I(x,y,t)/∂y)*(∂I(x,y,t)/∂t)))/(ΣΣ(∂I(x,y,t)/∂y)2*ΣΣ(∂I(x,y,t)/∂x)2-(ΣΣ((∂I(x,y,t)/∂x)*(∂I(x,y,t)/∂y))2) ・・・(5)
と求められる。ここで、各ΣΣにおける最初のΣは撮像対象領域内でのx方向およびy方向の内いずれか一方における全画素についての和、2番目のΣは撮像対象領域内でのx方向およびy方向の内いずれか他方における全画素についての和である。
この解を撮像対象領域ROIの画像の範囲で計算すると、被験部位(ROI)の画像の上下への変位幅と向きがわかる。この式の結果、被験部位が上(頭部方向)に変位したと判断した時は吸気とし、下(足元方向)への移動したと判断した時は呼気とする(すなわち、y方向において頭側が「+」、足側が「−」である場合、dy/dtが、正の値であるときは吸気と、負の値であるときは呼気と判別する。)。
図5は、呼気吸気判別部104における処理の詳細について説明するためのフローチャートである。
まず、画像上における画素のインデックスnおよびkの初期化を行う(S201)。
次に、画像取得部102にて、連続する複数の所定のタイミングで取得した複数の画像間において、画像上のある画素(インデックスにより特定される画素)の輝度の差分加算処理(各画素についてのフレーム間での輝度の差分をとることにより得られる差分の絶対値の加算処理)を行う(S202)。
続いて、当該画素のX方向における画素間の輝度の差分dx、Y方向における画素間の輝度の差分dyおよび連続する異なるタイミングで取得されたフレーム間での同位置画素間での輝度の差分dtを算出する(S203)。
次に、上述のステップ(S203)にて求めたdx、dyおよびdtに基づいて、dx×dy、dt×dx、dx×dx、dy×dt、dy×dy、dt×dtを算出する(S204)。
そして、上述のステップ(S204)における結果を、上述のステップ(S204)における式毎に加算する(S205)。
次に、X方向における画素のインデックスkを1つ増加させ(S206)、X方向におけるインデックスkが撮像対象領域ROIの幅を超えているかチェックする(S207)。
X方向におけるインデックスkが撮像対象領域ROIのX方向における範囲を超えている場合(S207,No)、Y方向における画素のインデックスnを1つ増加させる(S208)。
次に、Y方向における画素のインデックスnが撮像対象領域ROIのY方向における範囲を超えているかどうかをチェックする(S209)。
このようにして、画素のインデックスが撮像対象領域ROIの範囲内である間、画素の輝度の差分処理を行う。
上述の式(1)に基づき、撮像対象領域ROI内における全ての画素についてY方向における時間的変位(速度と向き)を算出する(S210)。
上述のステップ(S210)において算出された全ての画素についてのY方向における時間的変位に基づいて、撮像対象領域ROI内の画素が全体として頭部方向と足部方向のいずれに向かって移動しているかを判別する(S211)。このとき、現在の呼吸のステータスと判別結果とに矛盾がないかを判定する。
例えば、現在の呼吸のステータスが吸気であり、撮像対象領域ROI内の画素が全体として頭側(第1の方向)の方向に移動していると判断された場合、次のフレーム(現在判断対象となっているフレームの次のタイミングで取得された画像のフレーム)の画素の処理に移る(S201)。
一方、呼吸のステータスが吸気であり、撮像対象領域ROI内の画素が全体として足側(第2の方向側)の方向に移動していると判断された場合、現在の呼吸のステータスと判別結果とが矛盾しているため、呼気と吸気の判別内容を「呼気」に修正する(S212)。
次に、変動量算出部103にて算出される変動量が呼気または吸気のいずれであるかを区別するため、上述のような呼気吸気判別部104における判別処理の結果に基づいて、算出された変動量に対して付す符号の向きを呼気と吸気とで異ならせる(S107)。
続いて、位置判定部105は、呼気吸気判別ステップにおける判別結果に基づいて、第1の時刻(数フレーム前のタイミング)における撮像対象領域の位置に対して、変動量算出ステップにて算出される第1の時刻から第2の時刻までの間における撮像対象領域の位置の変動量を(呼気または吸気動作における変動量として)加算した位置を、第2の時刻(カレントフレームの画像取得タイミング)における撮像対象領域の位置と判定する(位置判定ステップ)(S108)。なお、ここで位置判定ステップにて判定される撮像対象領域の位置とは、被験者の一連の呼吸動作による胸部や腹部の身体表面の変動幅に対して第2の時刻における当該身体表面が何%の位置にあるかといった割合を示している。
次に、医療的処理実行部107は、CTスキャン装置3に対してスキャン命令を出すタイミングを、呼気時とするか吸気時とするかを確認し(S109)、吸気時にスキャン命令を出す場合(S109,吸気時に信号出力)、吸気から呼気までの一連の呼吸周期(カレントの呼吸周期)の中で、位置判定部105により判定された位置が始めて閾値以上となった場合(S110,カレント呼吸周期で初めて閾値以上になった)、CTスキャン装置3に対してスキャン命令を出す(医療的処理実行ステップ)(S112)。当該スキャン命令を出した後、位置判定部105により判定された位置を、表示部106にてグラフ表示させる(S111)。また、位置判定部105により判定された位置が閾値より小さい場合、或いは閾値を越えたのが始めてではない場合、位置判定部105により判定された位置を、表示部106にてグラフ表示させる(S111)。図6は、表示部106における撮像対象領域の位置の表示例を示す図である。同図に示すように、被験者の呼吸動作に伴う撮像対象領域の往復動による位置の変動の様子が「変位」としてあらわれている。
一方、呼気時にスキャン命令を出す場合(S109,呼気時に信号出力)、吸気から呼気までの一連の呼吸周期(カレントの呼吸周期)の中で、位置判定部105により判定された位置が始めて閾値以下となった場合(S114,カレント呼吸周期で初めて閾値以下になった)、医療的処理実行部107がCTスキャン装置3に対してスキャン命令を出す(S116)。当該スキャン命令を出した後、位置判定部105により判定された位置を、表示部106にてグラフ表示させる(S115)。また、位置判定部105により判定された位置が閾値より大きい場合、或いは閾値を下回ったのが初めてではない場合、位置判定部105により判定された位置を、表示部106にてグラフ表示させる(S115)。
なお、ここでは位置判定部105により判定された位置と比較する閾値は、例えば図6に示すように、所定期間だけ位置判定部105により判定された位置の情報から得られる波形(胸部または腹部周辺の身体表面の変位波形)における振幅の平均値Swの息を吐ききった位置から平均値Swの70%の位置Spに設定されている。このように、位置判定部105により判定される「位置」とは、胸部または腹部周辺の身体表面の変位波形の振幅に対して何%の位置にあるかを意味している。
上述のようにして位置判定部105により判定された位置のグラフ表示(S111、S115)を行い、処理を終了する場合(S113,フラグが立っている)、処理を終了する。一方、処理を終了しない場合(S113,フラグが立っていない)、再度画像の取得処理に戻る(S101)。
以上のように、本実施の形態によれば、非接触で被験者の呼吸動作に伴う胸部や腹部等の身体表面の位置の変動量を把握することができ、呼吸動作において身体表面が任意の位置に到達するタイミング(一連の呼吸動作における何%の位置まで胸部が膨らんでいるかなど)を指定して、医療的処理を実行させることが可能となる。
また、本実施の形態によれば、ROI内における画素の輝度変化に基づいて撮像対象領域の位置を判定する構成とすることにより、輝度の差分を検出可能であれば撮像対象領域の位置を判定することができ、例えば被験者が無地の服を着ているような微妙な輝度変化しかない場合でも、撮像対象領域の位置を判定することができる。
(第2の実施の形態)
続いて、本発明の第2の実施の形態について説明する。
続いて、本発明の第2の実施の形態について説明する。
本実施の形態は、上述の第1の実施の形態の変形例であるため、第1の実施の形態において述べた部分と同一の部分については同一符号を付し、説明は割愛する。本実施の形態は、変動量算出部における、変動量の算出方法が、上述の第1の実施の形態と異なる。
本実施の形態における変動量算出部103は、画像取得部102にて任意のタイミングである任意時刻に取得された画像上の画素の輝度と該任意時刻よりも前に撮像対象領域が呼吸動作における所定の限界位置に到達したタイミングである基準時刻に取得された画像上の画素の輝度との差分に基づいて、撮像対象領域の位置の基準時刻から任意時刻までの間での変動量を算出する構成となっている。
ここで、撮像対象領域が呼吸動作における所定の限界位置に到達したタイミングとは、例えば吸気動作において息を吸いきったタイミングや呼気動作において息を吐ききったタイミングを意味している。これにより、息を吸いきったタイミング以降の撮像対象領域の位置の変動量は、呼気動作によるものであることが分かり、息を吐ききったタイミング以降の撮像対象領域の変動量は、吸気動作によるものであることが分かる。すなわち、本実施の形態のように基準となるタイミングを設定することによって、呼気と吸気の判別を特別な処理を行うことなく把握することが可能となる。
また、本実施の形態における位置判定部105は、変動量算出部103にて算出される基準時刻から任意時刻までの間における撮像対象領域の位置の変動量を、任意時刻における撮像対象領域の位置と判定するようになっている。すなわち、上述の第1の実施の形態における位置判定部が、変動量算出部103にて算出される変動量をインクメンタルに加算して位置を判定するのに対し、本実施の形態における位置判定部はある基準からの絶対的な位置として判定する。
図7は、本実施の形態による呼吸モニタリング装置における処理(呼吸モニタリング方法)について説明するためのフローチャートである。以下、同図に示すS401〜S403、S409〜S415は、図4に示したS101〜S103、S109〜S116と同様であるため、説明は割愛する。
撮像領域設定部101により撮像対象領域ROIが設定された後(S403)、基準画像の保存を行う場合(S404,保存する)、当該撮像を行うタイミングが吸気波形の始まりかを判断し(S405)、吸気波形の始まりである場合(撮像対象領域が呼吸動作における所定の限界位置に到達したタイミング(基準時刻)である場合)、当該撮像された画像を基準画像として例えばMEMORY109に保存する(S406)。一方、当該撮像を行うタイミングが吸気波形の始まりではない場合あるいは基準画像の保存を行わない場合(S404,保存しない)、次の処理(S407)へと進む。
続いて、変動量算出部103は、画像取得部102にて任意のタイミングである任意時刻に取得された画像上の画素の輝度と基準時刻に取得された画像上の画素の輝度との差分を画素毎に算出し(S407)、これら画素毎に算出された差分の絶対値を全画素について合算して、撮像対象領域の位置の基準時刻から任意時刻までの間での変動量を算出する(変動量算出ステップ)(S408)。
位置判定部105は、変動量算出部103にて算出される基準時刻から任意時刻までの間における撮像対象領域の位置の変動量を、任意時刻における撮像対象領域の位置と判定する(位置判定ステップ)。
以下、変動量算出部103における処理の詳細について説明する。画像取得部102にて取得される画像上の撮像対象領域ROI内における、被験者Mの身長方向と略平行な方向における画素の座標をy、被験者Mの身長方向と略直交する方向における画素の座標をx、基準時刻をt0、任意時刻をtn、時刻tにおける座標(x,y)の画素の輝度をI(x,y,t)とするとき、被験者Mの呼吸動作に伴う撮像対象領域の位置の基準時刻から任意時刻までの間での変動量Qbは、
Qb = ΣΣ|(I(x,y,tn) - I(x,y,t0))| ・・・(6)
(ここで、各ΣΣにおける最初のΣは撮像対象領域ROI内でのx方向およびy方向の内いずれか一方における全画素についての和、2番目のΣは撮像対象領域内でのx方向およびy方向の内いずれか他方における全画素についての和である。)
で算出される。本実施の形態における変動量算出部103は、上記式(6)に基づいて、撮像対象領域の位置の基準時刻から任意時刻までの間での変動量を算出する。
Qb = ΣΣ|(I(x,y,tn) - I(x,y,t0))| ・・・(6)
(ここで、各ΣΣにおける最初のΣは撮像対象領域ROI内でのx方向およびy方向の内いずれか一方における全画素についての和、2番目のΣは撮像対象領域内でのx方向およびy方向の内いずれか他方における全画素についての和である。)
で算出される。本実施の形態における変動量算出部103は、上記式(6)に基づいて、撮像対象領域の位置の基準時刻から任意時刻までの間での変動量を算出する。
上述のように、本実施の形態によれば、任意時刻に取得する画像と基準時刻に取得された画像との輝度の差分を算出するようにしたことで、任意時刻におけるフレームと直前フレームとを比較して差分を算出する方法に比べて、演算誤差が累積されることがなく、被験者の呼吸動作を正確に把握することができる。
(第3の実施の形態)
続いて、本発明の第3の実施の形態について説明する。
続いて、本発明の第3の実施の形態について説明する。
本実施の形態は、上述の第1の実施の形態の変形例であるため、第1の実施の形態において述べた部分と同一の部分については同一符号を付し、説明は割愛する。本実施の形態は、変動量算出部における、変動量の算出方法が、上述の第1の実施の形態と異なる。
本実施の形態における撮像領域設定部101は、被験者Mを撮像して得られる画像上における画素の輝度の時間的な変化が最も大きくなる画素領域を中心として撮像対象領域ROIを設定する構成となっている。
また、本実施の形態における変動量算出部103は、画像取得部102にて任意のタイミングである第1の時刻に取得された画像上の撮像対象領域ROI内における任意の複数画素からなる第1の領域と略同じ輝度の分布の画素を有する第2の領域を、該第1の時刻から所定数だけ後のタイミングである第2の時刻に取得された画像上の撮像対象領域ROI内から抽出し、撮像対象領域ROI内における第1の領域の位置から第2の領域の位置までの移動距離を、撮像対象領域の位置の第1の時刻から第2の時刻までの間での変動量として算出する構成となっている。
また、本実施の形態における位置判定部105は、第1の時刻における撮像対象領域の位置に対して、変動量算出部103にて算出される第1の時刻から第2の時刻までの間における撮像対象領域の位置の変動量を加算した位置を、第2の時刻における撮像対象領域の位置と判定する。
図8は、本実施の形態による呼吸モニタリング装置における処理(呼吸モニタリング方法)について説明するためのフローチャートである。以下、同図に示すS507〜S514は、図4に示したS109〜S116と同様であるため、説明は割愛する。
まず、撮像部2にて被験者Mの呼吸動作に応じて往復動する身体部位(胸部や腹部など)周辺を撮像する(S501)。
次に、撮像対象領域ROIを設定する場合(S502,設定する)、撮像部2にて被験者Mを撮像して得られる画像上における画素の輝度の時間的な変化が最も大きくなる画素領域(ブロック領域)を探し出し(S503)、当該画素領域を中心として撮像対象領域ROIを設定する(撮像領域設定ステップ)(S504)。画像取得部102は、当該設定された撮像対象領域を該往復動する方向に対して所定角度の傾きをもつように撮像した画像を、所定のタイミング毎に取得する(画像取得ステップ)。
続いて、変動量算出部103は、画像取得ステップにて任意のタイミングである第1の時刻に取得された画像上の撮像対象領域内における任意の複数画素からなる第1の領域と略同じ輝度の分布の画素を有する第2の領域を、該第1の時刻から所定数だけ後のタイミングである第2の時刻に取得された画像(カレントフレーム)上の撮像対象領域内から抽出し、撮像対象領域内における第1の領域の位置から第2の領域の位置までの移動距離を、撮像対象領域の位置の第1の時刻から第2の時刻までの間での変動量として算出(ブロックマッチング処理)する(変動量算出ステップ)(S505)。
位置判定部105は、第1の時刻における撮像対象領域の位置に対して、変動量算出部103にて算出される第1の時刻から第2の時刻までの間における撮像対象領域の位置の変動量を加算した位置を、第2の時刻における撮像対象領域の位置と判定する(位置判定ステップ)(S506)。
以下、変動量算出部103における処理の詳細について説明する。図9および図10は、本実施の形態における呼気吸気判別部104での画像上における画素の移動方向の判別方法について説明するためのフローチャートである。ここでは、便宜上1つのフローチャートを図9および図10に分割して示している。図11および図12は、画面上における所定のブロックの移動と、そのマッチングの方法について説明するための図である。ここでは、前フレームにおけるブロックBが現フレームのタイミングのときには矢印Wの方向に移動した位置にある場合を示している。
呼気と吸気を判別する方法として、所定タイミングで取得された画像(現フレーム)内における撮像対象領域ROIと、当該所定タイミングよりも1つ前のタイミングで取得された画像(前フレーム)内における同位置の撮像対象領域ROIにおいて、前フレームの撮像対象領域ROI内にX方向およびY方向において均等に区分された複数の矩形ブロックB(第1の領域)を設定し、これら複数の矩形ブロックそれぞれについて、そのブロックと現フレームにおけるそのブロックがあった位置近傍の、当該ブロックと同範囲の画素との画素毎の濃度値の差をブロック毎に加算する。
このとき、前フレームにあったブロックBと、現フレームにおける画素分布との比較は、前フレームにあったブロックBを現フレームにおける当該ブロックBがあった場所近傍を、当該ブロックBの大きさよりも小さい単位で移動させながら行うことで、当該ブロックBが微小に移動した場合にも正確なマッチングを行うことができる。もちろん、ブロックBを、上述の均等に区分された複数の矩形ブロックの区分毎の単位で移動させながらマッチングを行うこともできる。
上述のようにして前フレームにおける各ブロックについて加算された結果をMEMORY109に格納し、前フレームにおける全てのブロックについて上述の加算処理を行う。
その結果、濃度差の合計が一番小さい、前フレームのブロックと現フレームのブロック(第2の領域)を見つけた場合、その2つのブロック同士は画素のパターン(画素から構成される模様)が最も似ていると言える。これは前フレームにおける当該ブロックが、現フレームにおけるそのブロックの位置に移動したことによると推定できる。
このようにして、撮像対象領域ROI内の被撮像物(被験部位)がこのブロックの位置の変位分だけ移動したと推定し、当該ブロックの移動量と移動方向を前フレームのブロックのある一点からカレントフレームのブロックの同じ位置の点へのベクトルで考え、そのY方向の成分の符号で上向きか、下向きかを判断する。
まず、撮像対象領域ROI内に設定されるブロック内の濃度差分の最小合計値バッファを初期化する(S301)。なお、本実施の形態において示すアルゴリズムでは、「min」に代入する数値はできるだけ大きい値にすることが好ましい。
Y方向における所定のサーチ範囲を設定し、Y方向インデックスjを初期化する(S302)。
次に、X方向における所定のサーチ範囲を設定し、X方向インデックスiを初期化する(S303)。
続いて、サーチ範囲高さのインデックス(Y方向におけるサーチ範囲を設定するためのインデックス)を初期化する(S304)。
処理効率向上のため計算結果をバッファに格納する(S305)。
サーチ範囲幅のインデックス(X方向におけるサーチ範囲を設定するためのインデックス)を初期化する(S306)。
処理効率向上のため計算結果をバッファに格納、ブロック内濃度差合計値バッファを初期化する(S307)。
マッチング高さ(所定のブロックBのY方向におけるサイズの1/2の負にした値)インデックスを初期化する(S308)。
処理効率向上のため計算結果をバッファに格納する(S309)。
X方向におけるマッチング幅(X方向における所定のブロックBのサイズの1/2の負にした値)のインデックスを初期化する(S310)。
処理効率向上のため計算結果をバッファに格納する(S311)。
所定のブロックB内における濃度差(画素の輝度の差分)の絶対値の合計値を加算する(S312)。
所定のブロックB内における濃度差分最小合計値とブロック内濃度差合計値との比較を行う(S313)。
ブロックB内における画素の濃度の差分の最小合計値バッファへのブロック内濃度差合計値の格納を行う(S314)。
次に、マッチング幅のインデックスのインクリメントを行う(S315)。
マッチング幅のインデックスがX方向におけるマッチング幅より小さいかの判定を行う(S316)。
次に、マッチング高さのインデックスのインクリメントを行う(S317)。
続いて、マッチング高さのインデックスがY方向におけるマッチング高さよりも小さいか否か判定する(S318)。
サーチ範囲幅のインデックスをインクリメントする(S319)。
次に、サーチ範囲幅のインデックスがサーチ範囲の幅より小さいか否かの判断を行う(S320)。
サーチ範囲高さのインデックスをインクリメントする(S321)。
次に、サーチ範囲高さのインデックスがサーチ範囲高さより小さいか否かの判断を行う(S322)。
サーチ範囲を決定し、X方向におけるインデックスをインクリメントする(S323)。
サーチ範囲を決定し、X方向におけるインデックスがROI幅より小さいか(S324)。
サーチ範囲を決定し、Y方向におけるインデックスをインクリメントする(S325)。
サーチ範囲を決定し、Y方向におけるインデックスがROI高さより小さいか(S326)。
そして、撮像対象領域ROI内における画像変動(時間的変位)の向きを判断する(S327)。このようにして、撮像対象領域ROI内における画素の移動方向が上向き、或いは下向きである旨の判別(S329,S328)を行う。
図13は、位置判定部105により判定された位置を、表示部106にてグラフ表示させた例を示す図である。
以上、本実施の形態によれば、複数画素からなるブロック領域を用いてマッチング処理を行うことにより、個々の画素の輝度の変化のバラツキ等の誤差の影響を受け難く、撮像対象領域の位置の変動量を正確に把握することができる。また、撮像領域設定部101にて、時間的な輝度変化が最も大きい画素部分が中心となるように撮像対象領域を設定することで、時間的な輝度変化の大きい領域を中心としたブロックマッチング処理を行うことができ、呼吸動作に伴って往復動する被験者の身体部位の変動量をより確実に算出することが可能となる。
(第4の実施の形態)
続いて、本発明の第4の実施の形態について説明する。
続いて、本発明の第4の実施の形態について説明する。
本実施の形態は、上述の第1の実施の形態の変形例であるため、第1の実施の形態において述べた部分と同一の部分については同一符号を付し、説明は割愛する。本実施の形態は、変動量算出部における、変動量の算出方法が、上述の第1の実施の形態と異なる。
本実施の形態における変動量算出部103は、画像取得部102にて任意のタイミングである任意時刻に取得された画像上の撮像対象領域ROI内から、該任意時刻よりも前に撮像対象領域が呼吸動作における所定の限界位置に到達したタイミングである基準時刻に取得された画像上の撮像対象領域ROI内における任意の複数画素からなる第1の領域と略同じ輝度の分布の画素を有する第2の領域を抽出し、撮像対象領域ROI内における第1の領域の位置から第2の領域の位置までの移動距離を、撮像対象領域の位置の基準時刻から任意時刻までの間での変動量として算出する構成となっている。
位置判定部105は、変動量算出部にて算出される基準時刻から任意時刻までの間における撮像対象領域の位置の変動量を、任意時刻における撮像対象領域の位置と判定する構成となっている。
図14は、本実施の形態による呼吸モニタリング装置における処理(呼吸モニタリング方法)について説明するためのフローチャートである。以下、同図に示すS601〜S604、S609〜S616は、図8に示したS501〜S504、S507〜S514と同様であるため、説明は割愛する。
撮像領域設定部101により撮像対象領域ROIが設定された後(S604)、基準画像の保存を行う場合(S605,保存する)、撮像を行うタイミングが吸気波形の始まりかを判断し(S606)、吸気波形の始まりである場合(撮像対象領域が呼吸動作における所定の限界位置に到達したタイミング(基準時刻)である場合)、当該撮像された画像を基準画像として例えばMEMORY109に保存する(S607)。一方、当該撮像を行うタイミングが吸気波形の始まりではない場合、あるいは基準画像の保存を行わない場合(S605,保存しない)、次の処理(S608)へと進む。
続いて、画像取得部102にて任意のタイミングである任意時刻に取得された画像上の撮像対象領域ROI内から、該任意時刻よりも前に撮像対象領域が呼吸動作における所定の限界位置に到達したタイミングである基準時刻に取得された画像上の撮像対象領域内における任意の複数画素からなる第1の領域と略同じ輝度の分布の画素を有する第2の領域を抽出し、撮像対象領域ROI内における第1の領域の位置から第2の領域の位置までの移動距離を、撮像対象領域の位置の基準時刻から任意時刻までの間での変動量として算出する(変動量算出ステップ)。位置判定部105は、変動量算出部103にて算出される基準時刻から任意時刻までの間における撮像対象領域の位置の変動量を、任意時刻における撮像対象領域の位置と判定する(位置判定ステップ)(S608)。
上述のように、本実施の形態によれば、任意時刻に取得する画像上におけるブロック領域と同じ輝度パターンを有する領域を基準時刻に取得された画像上から抽出する構成としたことで、任意時刻におけるフレームと直前フレームとを比較して上述のようなブロックマッチング処理を行う方法に比べて、演算誤差が累積されることがなく、被験者の呼吸動作を正確に把握することができる。
また、上述の各実施の形態にて示した呼吸モニタリング方法における処理の各ステップは、MEMORY109に格納された呼吸モニタリングプログラムをCPU108に実行させることにより実現される。
本実施の形態では装置内部に発明を実施する機能が予め記録されている場合で説明をしたが、これに限らず同様の機能をネットワークから装置にダウンロードしても良いし、同様の機能を記録媒体に記憶させたものを装置にインストールしてもよい。記録媒体としては、CD−ROM等プログラムを記憶でき、かつ装置が読み取り可能な記録媒体であれば、その形態は何れの形態であっても良い。またこのように予めインストールやダウンロードにより得る機能は装置内部のOS(オペレーティング・システム)等と共働してその機能を実現させるものであってもよい。
なお、上述の各実施の形態において示した呼吸モニタリング方法における撮像領域設定ステップでは、画像上における画素の輝度の時間的な変化が最も大きくなる所定画素数(ROIサイズ分の画素数)からなる領域を撮像対象領域として設定する、或いは画像上における画素の輝度の時間的な変化が最も大きくなる画素領域(ブロック領域)を探し出し、当該画素領域を中心として撮像対象領域を設定する手法を採用している。もちろん、これに限らず、以下のような手法によって撮像対象領域を設定することもできる。まず、被験者を撮像して得られる画像領域を所定数の画素(例えば8×8画素)からなる小ブロックによってメッシュ分割し、画像取得ステップにて任意のタイミングである第1の時刻に取得された画像上の画素と、該第1の時刻から所定数だけ後のタイミングである第2の時刻に取得された画像上の画素との輝度の差分の絶対値を当該小ブロックを単位として平均し、その平均値をその小ブロックの値(特徴量)とみなす。次に、上述の画像全体における各小ブロックの値(特徴量)に対して、
1 1 1
0 0 0
−1 −1 −1
という3行3列の行列を掛け、横強調処理を行う。
1 1 1
0 0 0
−1 −1 −1
という3行3列の行列を掛け、横強調処理を行う。
続いて、当該横強調処理の処理結果の値を、撮像画像上における呼吸による画素の移動方向とは略直交する方向に長い所定画素数からなる領域分だけ合算した値が最も大きくなる領域をサーチし、サーチされた領域を撮像対象領域ROIの中心に設定する。ここで、撮像画像上における呼吸による画素の移動方向とは略直交する方向に長い所定画素数からなる領域とは、例えば呼吸による画素の移動方向とは略直交する方向にROIまたは上記ブロック領域と同じサイズをもち、且つ呼吸による画素の移動方向に所定画素数分(例えば、2画素分等)の高さを有する領域を意味する。なお、ここで呼吸による画素の移動方向とは略直交する方向に長い領域を基準としているのは、呼吸による画素の移動方向とは異なる方向に延びるコントラストの高い領域の方が、呼吸による画素の移動を検出する上で有効であることによる。
このように、画像上における画素の輝度の時間的な変化が大きく、且つコントラストの高い(明暗のはっきりとした)所定画素数からなる領域を中心として撮像対象領域を設定することにより、被験者の胸部または腹部の往復動が輝度の変化として表れ易い領域を撮像対象領域とすることができるため、被験者の呼吸に応じた体表面の往復動をより高精度にモニタリングすることができる。なお、この撮像対象領域の設定手法は、パターンマッチング処理を行い易い領域をROIとして設定することができるため、上述のブロックマッチング処理において特に有効である。
なお、本実施の形態では、医療的処理実行部により行わせる所定の医療的処理の一例として、CTスキャン装置による撮像を挙げたが、これに限られるものではなく、例えば他の断層撮像装置であるMRI(Magnetic-Resonance-Imaging)装置による撮像や、外科的処置などを採用することも可能である。
なお、上述の各実施の形態においては、医療的処理を実行させるタイミングを、呼吸による胸部(または腹部)の往復動の幅(範囲)における息を吐ききる位置から該往復動の幅の20%分だけ上がった位置、あるいは呼吸による胸部(または腹部)の往復動の幅(範囲)における息を吸いきる位置から該往復動の幅の10%分だけ下がった位置といったかたちで指定するために、変動量算出部では撮像対象領域の位置の変動量を、一連の呼吸動作における変動量(呼吸による胸部等の変位波形)に対する割合(変位波形に対してどの程度の割合で変動しているかといった尺度)として算出している。すなわち、上述の各実施の形態における位置判定部にて判定される「位置」とは、被験者の胸部や腹部が何cm上昇したといったような寸法としての数値ではない。
なお、上述の実施の形態において示した呼吸モニタリング装置において、被験者の呼吸動作に応じた胸部や腹部の往復動の変動量(往復動方向における位置の変化量)を具体的に何cmといった数値で把握したい場合には、画像上における画素の移動量、撮像部の配置位置および配置角度等に基づいて、算出可能であることは言うまでもない。
なお、上述の第1および第2の実施の形態においては、撮像部2により、仰向けの状態の被験者Mの足側における、撮像対象領域ROIに対して斜め上方の位置から撮像を行う構成を示しているが、これに限られるものではなく、例えば撮像部2を、仰向けの状態の被験者Mの頭側における、撮像対象領域ROIに対して斜め上方の位置から撮像を行う構成としてもよく、この場合には、画像上における画素が被験者Mの足側(第1の方向側)に移動する場合には吸気と、画像上における画素が被験者の頭側(第2の方向側)に移動する場合には呼気と判別する。もちろん、被験者に対する横側の位置における撮像対象領域ROIに対して斜め上方の位置から撮像を行う構成とすることもできる。すなわち、被験者Mの胸部または腹部に対して傾きを有する状態で撮像を行う構成であればよい。
以上説明したように、非接触で被験者の呼気または吸気時における体表面の位置の変動の度合いを把握することのできる技術を提供することができる。
Claims (34)
- 被験者の呼吸動作に応じて往復動する身体部位を含む撮像対象領域を該往復動する方向に対して所定角度の傾きをもつように撮像した画像を、所定のタイミング毎に取得する画像取得部と、
前記画像取得部にて任意のタイミングである第1の時刻に取得された画像上の画素の輝度と該第1の時刻から所定数だけ後のタイミングである第2の時刻に取得された画像上の画素の輝度との差分に基づいて、前記撮像対象領域の位置の前記第1の時刻から前記第2の時刻までの間での変動量を算出する変動量算出部と、
前記第1の時刻における前記撮像対象領域の位置に対して、前記変動量算出部にて算出される前記第1の時刻から前記第2の時刻までの間における前記撮像対象領域の位置の変動量を加算した位置を、前記第2の時刻における前記撮像対象領域の位置と判定する位置判定部と
を備えてなる呼吸モニタリング装置。 - 請求項1に記載の呼吸モニタリング装置において、
前記画像取得部にて取得される画像上の前記撮像対象領域内における、前記被験者の身長方向と略平行な方向における画素の座標をy、前記被験者の身長方向と略直交する方向における画素の座標をx、第1の時刻をt1、第2の時刻をt2、時刻tにおける座標(x,y)の画素の輝度をI(x,y,t)とするとき、前記被験者の呼吸動作に伴う前記撮像対象領域の位置の前記第1の時刻から前記第2の時刻までの間での変動量Qは、
Q = ΣΣ|(I(x,y,t2) - I(x,y,t1))|
(ここで、各ΣΣにおける最初のΣは前記撮像対象領域内でのx方向およびy方向の内いずれか一方における全画素についての和、2番目のΣは前記撮像対象領域内でのx方向およびy方向の内いずれか他方における全画素についての和である。)
で算出されることを特徴とする呼吸モニタリング装置。 - 請求項1または請求項2に記載の呼吸モニタリング装置において、
前記画像取得部において連続する複数の前記所定のタイミングで取得された複数の画像に基づいて、該画像上の画素の時間的変位から該画素の移動方向を判別し、前記画像上における画素が、前記被験者に対して撮像する方向の、前記被験者の身長方向および該被験者に対する横方向と略平行な平面上における方向成分としての第1の方向側に移動する場合には吸気と、前記画像上における画素が前記第1の方向と略反対の第2の方向側に移動する場合には呼気と判別する呼気吸気判別部を有し、
前記位置判定部は、前記呼気吸気判別部における判別結果に基づいて、前記撮像対象領域の位置の変動量を呼気または吸気における変動量として加算することを特徴とする呼吸モニタリング装置。 - 請求項3に記載の呼吸モニタリング装置において、
前記画像取得部にて取得される画像上の前記撮像対象領域内における、前記被験者の身長方向と略平行な方向における画素の座標をy、前記被験者の身長方向と略直交する方向における画素の座標をx、時刻をt、時刻tにおける座標(x,y)の画素の輝度をI(x,y,t)とするとき、前記被験者の身長方向と略平行な方向における前記撮像対象領域内の全画素に関する速度dy/dtは、
dy/dt = -(-ΣΣ((∂I(x,y,t)/∂x)*(∂I(x,y,t)/∂y))*ΣΣ((∂I(x,y,t)/∂t)*(∂I(x,y,t)/∂y))+ΣΣ(∂I(x,y,t)/∂x)2*ΣΣ((∂I(x,y,t)/∂y)*(∂I(x,y,t)/∂t)))/(ΣΣ(∂I(x,y,t)/∂y)2*ΣΣ(∂I(x,y,t)/∂x)2-(ΣΣ((∂I(x,y,t)/∂x)*(∂I(x,y,t)/∂y))2) (ここで、各ΣΣにおける最初のΣは前記撮像対象領域内でのx方向およびy方向の内いずれか一方における全画素についての和、2番目のΣは前記撮像対象領域内でのx方向およびy方向の内いずれか他方における全画素についての和である。)
で与えられ、
前記呼気吸気判別部は、前記dy/dtの速度方向が、前記画像上における前記第1の方向側を向くときは吸気と、前記画像上における前記第2の方向側を向くときは呼気と判別することを特徴とする呼吸モニタリング装置。 - 被験者の呼吸動作に応じて往復動する身体部位を含む撮像対象領域を該往復動する方向に対して所定角度の傾きをもつように撮像した画像を、所定のタイミング毎に取得する画像取得部と、
前記画像取得部にて任意のタイミングである任意時刻に取得された画像上の画素の輝度と該任意時刻よりも前に前記撮像対象領域が呼吸動作における所定の限界位置に到達したタイミングである基準時刻に取得された画像上の画素の輝度との差分に基づいて、前記撮像対象領域の位置の前記基準時刻から前記任意時刻までの間での変動量を算出する変動量算出部と、
前記変動量算出部にて算出される前記基準時刻から前記任意時刻までの間における前記撮像対象領域の位置の変動量を、前記任意時刻における前記撮像対象領域の位置と判定する位置判定部と
を備えてなる呼吸モニタリング装置。 - 請求項5に記載の呼吸モニタリング装置において、
前記画像取得部にて取得される画像上の前記撮像対象領域内における、前記被験者の身長方向と略平行な方向における画素の座標をy、前記被験者の身長方向と略直交する方向における画素の座標をx、基準時刻をt0、任意時刻をtn、時刻tにおける座標(x,y)の画素の輝度をI(x,y,t)とするとき、前記被験者の呼吸動作に伴う前記撮像対象領域の位置の前記基準時刻から前記任意時刻までの間での変動量Qbは、
Qb = ΣΣ|(I(x,y,tn) - I(x,y,t0))|
(ここで、各ΣΣにおける最初のΣは前記撮像対象領域内でのx方向およびy方向の内いずれか一方における全画素についての和、2番目のΣは前記撮像対象領域内でのx方向およびy方向の内いずれか他方における全画素についての和である。)
で算出されることを特徴とする呼吸モニタリング装置。 - 請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の呼吸モニタリング装置において、
前記被験者を撮像して得られる画像上における画素の輝度の時間的な変化が最も大きくなる所定画素数からなる領域を前記撮像対象領域として設定する撮像領域設定部を有することを特徴とする呼吸モニタリング装置。 - 被験者の呼吸動作に応じて往復動する身体部位を含む撮像対象領域を該往復動する方向に対して所定角度の傾きをもつように撮像した画像を、所定のタイミング毎に取得する画像取得部と、
前記画像取得部にて任意のタイミングである第1の時刻に取得された画像上の撮像対象領域内における任意の複数画素からなる第1の領域と略同じ輝度の分布の画素を有する第2の領域を、該第1の時刻から所定数だけ後のタイミングである第2の時刻に取得された画像上の撮像対象領域内から抽出し、前記撮像対象領域内における前記第1の領域の位置から第2の領域の位置までの移動距離を、前記撮像対象領域の位置の前記第1の時刻から前記第2の時刻までの間での変動量として算出する変動量算出部と、
前記第1の時刻における前記撮像対象領域の位置に対して、前記変動量算出部にて算出される前記第1の時刻から前記第2の時刻までの間における前記撮像対象領域の位置の変動量を加算した位置を、前記第2の時刻における前記撮像対象領域の位置と判定する位置判定部と
を備えてなる呼吸モニタリング装置。 - 被験者の呼吸動作に応じて往復動する身体部位を含む撮像対象領域を該往復動する方向に対して所定角度の傾きをもつように撮像した画像を、所定のタイミング毎に取得する画像取得部と、
前記画像取得部にて任意のタイミングである任意時刻に取得された画像上の撮像対象領域内から、該任意時刻よりも前に前記撮像対象領域が呼吸動作における所定の限界位置に到達したタイミングである基準時刻に取得された画像上の撮像対象領域内における任意の複数画素からなる第1の領域と略同じ輝度の分布の画素を有する第2の領域を抽出し、前記撮像対象領域内における前記第1の領域の位置から第2の領域の位置までの移動距離を、前記撮像対象領域の位置の前記基準時刻から前記任意時刻までの間での変動量として算出する変動量算出部と、
前記変動量算出部にて算出される前記基準時刻から前記任意時刻までの間における前記撮像対象領域の位置の変動量を、前記任意時刻における前記撮像対象領域の位置と判定する位置判定部と
を備えてなる呼吸モニタリング装置。 - 請求項8または請求項9に記載の呼吸モニタリング装置において、
前記被験者を撮像して得られる画像上における画素の輝度の時間的な変化が最も大きくなる画素領域を中心として前記撮像対象領域を設定する撮像領域設定部を有することを特徴とする呼吸モニタリング装置。 - 請求項1乃至請求項10のいずれか1項に記載の呼吸モニタリング装置と、
仰向けの状態の前記被験者の足側において、前記撮像対象領域に対して斜め上方の位置から該撮像対象領域を撮像する撮像部とを備えてなる呼吸モニタリングシステム。 - 請求項1乃至請求項10のいずれか1項に記載の呼吸モニタリング装置と、
前記位置判定部により判定される前記撮像対象領域の位置が所定位置であるときに、所定の医療的処理を行わせる医療的処理実行部と
を有する医療的処理システム。 - 請求項12に記載の医療的処理システムにおいて、
前記所定の医療的処理は、MRIによる撮像処理である医療的処理システム。 - 請求項12に記載の医療的処理システムにおいて、
前記所定の医療的処理は、CTスキャンによる撮像処理である医療的処理システム。 - 被験者の呼吸動作に応じて往復動する身体部位を含む撮像対象領域を該往復動する方向に対して所定角度の傾きをもつように撮像した画像を、所定のタイミング毎に取得する画像取得ステップと、
前記画像取得ステップにて任意のタイミングである第1の時刻に取得された画像上の画素の輝度と該第1の時刻から所定数だけ後のタイミングである第2の時刻に取得された画像上の画素の輝度との差分に基づいて、前記撮像対象領域の位置の前記第1の時刻から前記第2の時刻までの間での変動量を算出する変動量算出ステップと、
前記第1の時刻における前記撮像対象領域の位置に対して、前記変動量算出ステップにて算出される前記第1の時刻から前記第2の時刻までの間における前記撮像対象領域の位置の変動量を加算した位置を、前記第2の時刻における前記撮像対象領域の位置と判定する位置判定ステップと
を有することを特徴とする呼吸モニタリング方法。 - 請求項15に記載の呼吸モニタリング方法において、
前記画像取得ステップにて取得される画像上の前記撮像対象領域内における、前記被験者の身長方向と略平行な方向における画素の座標をy、前記被験者の身長方向と略直交する方向における画素の座標をx、第1の時刻をt1、第2の時刻をt2、時刻tにおける座標(x,y)の画素の輝度をI(x,y,t)とするとき、前記被験者の呼吸動作に伴う前記撮像対象領域の位置の前記第1の時刻から前記第2の時刻までの間での変動量Qは、
Q = ΣΣ|(I(x,y,t2) - I(x,y,t1))|
(ここで、各ΣΣにおける最初のΣは前記撮像対象領域内でのx方向およびy方向の内いずれか一方における全画素についての和、2番目のΣは前記撮像対象領域内でのx方向およびy方向の内いずれか他方における全画素についての和である。)
で算出されることを特徴とする呼吸モニタリング方法。 - 請求項15または請求項16に記載の呼吸モニタリング方法において、
前記画像取得ステップにおいて連続する複数の前記所定のタイミングで取得された複数の画像に基づいて、該画像上の画素の時間的変位から該画素の移動方向を判別し、前記画像上における画素が、前記被験者に対して撮像する方向の、前記被験者の身長方向および該被験者に対する横方向と略平行な平面上における方向成分としての第1の方向側に移動する場合には吸気と、前記画像上における画素が前記第1の方向と略反対の第2の方向側に移動する場合には呼気と判別する呼気吸気判別ステップを有し、
前記位置判定ステップは、前記呼気吸気判別ステップにおける判別結果に基づいて、前記撮像対象領域の位置の変動量を呼気または吸気における変動量として加算することを特徴とする呼吸モニタリング方法。 - 請求項17に記載の呼吸モニタリング方法において、
前記画像取得ステップにて取得される画像上の前記撮像対象領域内における、前記被験者の身長方向と略平行な方向における画素の座標をy、前記被験者の身長方向と略直交する方向における画素の座標をx、時刻をt、時刻tにおける座標(x,y)の画素の輝度をI(x,y,t)とするとき、前記被験者の身長方向と略平行な方向における前記撮像対象領域内の全画素に関する速度dy/dtは、
dy/dt = -(-ΣΣ((∂I(x,y,t)/∂x)*(∂I(x,y,t)/∂y))*ΣΣ((∂I(x,y,t)/∂t)*(∂I(x,y,t)/∂y))+ΣΣ(∂I(x,y,t)/∂x)2*ΣΣ((∂I(x,y,t)/∂y)*(∂I(x,y,t)/∂t)))/(ΣΣ(∂I(x,y,t)/∂y)2*ΣΣ(∂I(x,y,t)/∂x)2-(ΣΣ((∂I(x,y,t)/∂x)*(∂I(x,y,t)/∂y))2) (ここで、各ΣΣにおける最初のΣは前記撮像対象領域内でのx方向およびy方向の内いずれか一方における全画素についての和、2番目のΣは前記撮像対象領域内でのx方向およびy方向の内いずれか他方における全画素についての和である。)
で与えられ、
前記呼気吸気判別ステップは、前記dy/dtの速度方向が、前記画像上における前記第1の方向側を向くときは吸気と、前記画像上における前記第2の方向側を向くときは呼気と判別することを特徴とする呼吸モニタリング方法。 - 被験者の呼吸動作に応じて往復動する身体部位を含む撮像対象領域を該往復動する方向に対して所定角度の傾きをもつように撮像した画像を、所定のタイミング毎に取得する画像取得ステップと、
前記画像取得ステップにて任意のタイミングである任意時刻に取得された画像上の画素の輝度と該任意時刻よりも前に前記撮像対象領域が呼吸動作における所定の限界位置に到達したタイミングである基準時刻に取得された画像上の画素の輝度との差分に基づいて、前記撮像対象領域の位置の前記基準時刻から前記任意時刻までの間での変動量を算出する変動量算出ステップと、
前記変動量算出ステップにて算出される前記基準時刻から前記任意時刻までの間における前記撮像対象領域の位置の変動量を、前記任意時刻における前記撮像対象領域の位置と判定する位置判定ステップと
を有することを特徴とする呼吸モニタリング方法。 - 請求項19に記載の呼吸モニタリング方法において、
前記画像取得ステップにて取得される画像上の前記撮像対象領域内における、前記被験者の身長方向と略平行な方向における画素の座標をy、前記被験者の身長方向と略直交する方向における画素の座標をx、基準時刻をt0、任意時刻をtn、時刻tにおける座標(x,y)の画素の輝度をI(x,y,t)とするとき、前記被験者の呼吸動作に伴う前記撮像対象領域の位置の前記基準時刻から前記任意時刻までの間での変動量Qbは、
Qb = ΣΣ|(I(x,y,tn) - I(x,y,t0))|
(ここで、各ΣΣにおける最初のΣは前記撮像対象領域内でのx方向およびy方向の内いずれか一方における全画素についての和、2番目のΣは前記撮像対象領域内でのx方向およびy方向の内いずれか他方における全画素についての和である。)
で算出されることを特徴とする呼吸モニタリング方法。 - 請求項15乃至請求項20のいずれか1項に記載の呼吸モニタリング方法において、
前記被験者を撮像して得られる画像上における画素の輝度の時間的な変化が最も大きくなる所定画素数からなる領域を前記撮像対象領域として設定する撮像領域設定ステップを有することを特徴とする呼吸モニタリング方法。 - 被験者の呼吸動作に応じて往復動する身体部位を含む撮像対象領域を該往復動する方向に対して所定角度の傾きをもつように撮像した画像を、所定のタイミング毎に取得する画像取得ステップと、
前記画像取得ステップにて任意のタイミングである第1の時刻に取得された画像上の撮像対象領域内における任意の複数画素からなる第1の領域と略同じ輝度の分布の画素を有する第2の領域を、該第1の時刻から所定数だけ後のタイミングである第2の時刻に取得された画像上の撮像対象領域内から抽出し、前記撮像対象領域内における前記第1の領域の位置から第2の領域の位置までの移動距離を、前記撮像対象領域の位置の前記第1の時刻から前記第2の時刻までの間での変動量として算出する変動量算出ステップと、
前記第1の時刻における前記撮像対象領域の位置に対して、前記変動量算出ステップにて算出される前記第1の時刻から前記第2の時刻までの間における前記撮像対象領域の位置の変動量を加算した位置を、前記第2の時刻における前記撮像対象領域の位置と判定する位置判定ステップと
を有することを特徴とする呼吸モニタリング方法。 - 被験者の呼吸動作に応じて往復動する身体部位を含む撮像対象領域を該往復動する方向に対して所定角度の傾きをもつように撮像した画像を、所定のタイミング毎に取得する画像取得ステップと、
前記画像取得ステップにて任意のタイミングである任意時刻に取得された画像上の撮像対象領域内から、該任意時刻よりも前に前記撮像対象領域が呼吸動作における所定の限界位置に到達したタイミングである基準時刻に取得された画像上の撮像対象領域内における任意の複数画素からなる第1の領域と略同じ輝度の分布の画素を有する第2の領域を抽出し、前記撮像対象領域内における前記第1の領域の位置から第2の領域の位置までの移動距離を、前記撮像対象領域の位置の前記基準時刻から前記任意時刻までの間での変動量として算出する変動量算出ステップと、
前記変動量算出ステップにて算出される前記基準時刻から前記任意時刻までの間における前記撮像対象領域の位置の変動量を、前記任意時刻における前記撮像対象領域の位置と判定する位置判定ステップと
を有することを特徴とする呼吸モニタリング方法。 - 請求項22または請求項23に記載の呼吸モニタリング方法において、
前記被験者を撮像して得られる画像上における画素の輝度の時間的な変化が最も大きくなる画素領域を中心として前記撮像対象領域を設定する撮像領域設定ステップを有することを特徴とする呼吸モニタリング方法。 - 被験者の呼吸動作に応じて往復動する身体部位を含む撮像対象領域を該往復動する方向に対して所定角度の傾きをもつように撮像した画像を、所定のタイミング毎に取得する画像取得ステップと、
前記画像取得ステップにて任意のタイミングである第1の時刻に取得された画像上の画素の輝度と該第1の時刻から所定数だけ後のタイミングである第2の時刻に取得された画像上の画素の輝度との差分に基づいて、前記撮像対象領域の位置の前記第1の時刻から前記第2の時刻までの間での変動量を算出する変動量算出ステップと、
前記第1の時刻における前記撮像対象領域の位置に対して、前記変動量算出ステップにて算出される前記第1の時刻から前記第2の時刻までの間における前記撮像対象領域の位置の変動量を加算した位置を、前記第2の時刻における前記撮像対象領域の位置と判定する位置判定ステップと
をコンピュータに実行させることを特徴とする呼吸モニタリングプログラム。 - 請求項25に記載の呼吸モニタリングプログラムにおいて、
前記画像取得ステップにて取得される画像上の前記撮像対象領域内における、前記被験者の身長方向と略平行な方向における画素の座標をy、前記被験者の身長方向と略直交する方向における画素の座標をx、第1の時刻をt1、第2の時刻をt2、時刻tにおける座標(x,y)の画素の輝度をI(x,y,t)とするとき、前記被験者の呼吸動作に伴う前記撮像対象領域の位置の前記第1の時刻から前記第2の時刻までの間での変動量Qは、
Q = ΣΣ|(I(x,y,t2) - I(x,y,t1))|
(ここで、各ΣΣにおける最初のΣは前記撮像対象領域内でのx方向およびy方向の内いずれか一方における全画素についての和、2番目のΣは前記撮像対象領域内でのx方向およびy方向の内いずれか他方における全画素についての和である。)
で算出されることを特徴とする呼吸モニタリングプログラム。 - 請求項25または請求項26に記載の呼吸モニタリングプログラムにおいて、
前記画像取得ステップにおいて連続する複数の前記所定のタイミングで取得された複数の画像に基づいて、該画像上の画素の時間的変位から該画素の移動方向を判別し、前記画像上における画素が、前記被験者に対して撮像する方向の、前記被験者の身長方向および該被験者に対する横方向と略平行な平面上における方向成分としての第1の方向側に移動する場合には吸気と、前記画像上における画素が前記第1の方向と略反対の第2の方向側に移動する場合には呼気と判別する呼気吸気判別ステップを有し、
前記位置判定ステップは、前記呼気吸気判別ステップにおける判別結果に基づいて、前記撮像対象領域の位置の変動量を呼気または吸気における変動量として加算することを特徴とする呼吸モニタリングプログラム。 - 請求項27に記載の呼吸モニタリングプログラムにおいて、
前記画像取得ステップにて取得される画像上の前記撮像対象領域内における、前記被験者の身長方向と略平行な方向における画素の座標をy、前記被験者の身長方向と略直交する方向における画素の座標をx、時刻をt、時刻tにおける座標(x,y)の画素の輝度をI(x,y,t)とするとき、前記被験者の身長方向と略平行な方向における前記撮像対象領域内の全画素に関する速度dy/dtは、
dy/dt = -(-ΣΣ((∂I(x,y,t)/∂x)*(∂I(x,y,t)/∂y))*ΣΣ((∂I(x,y,t)/∂t)*(∂I(x,y,t)/∂y))+ΣΣ(∂I(x,y,t)/∂x)2*ΣΣ((∂I(x,y,t)/∂y)*(∂I(x,y,t)/∂t)))/(ΣΣ(∂I(x,y,t)/∂y)2*ΣΣ(∂I(x,y,t)/∂x)2-(ΣΣ((∂I(x,y,t)/∂x)*(∂I(x,y,t)/∂y))2) (ここで、各ΣΣにおける最初のΣは前記撮像対象領域内でのx方向およびy方向の内いずれか一方における全画素についての和、2番目のΣは前記撮像対象領域内でのx方向およびy方向の内いずれか他方における全画素についての和である。)
で与えられ、
前記呼気吸気判別ステップは、前記dy/dtの速度方向が、前記画像上における前記第1の方向側を向くときは吸気と、前記画像上における前記第2の方向側を向くときは呼気と判別することを特徴とする呼吸モニタリングプログラム。 - 被験者の呼吸動作に応じて往復動する身体部位を含む撮像対象領域を該往復動する方向に対して所定角度の傾きをもつように撮像した画像を、所定のタイミング毎に取得する画像取得ステップと、
前記画像取得ステップにて任意のタイミングである任意時刻に取得された画像上の画素の輝度と該任意時刻よりも前に前記撮像対象領域が呼吸動作における所定の限界位置に到達したタイミングである基準時刻に取得された画像上の画素の輝度との差分に基づいて、前記撮像対象領域の位置の前記基準時刻から前記任意時刻までの間での変動量を算出する変動量算出ステップと、
前記変動量算出ステップにて算出される前記基準時刻から前記任意時刻までの間における前記撮像対象領域の位置の変動量を、前記任意時刻における前記撮像対象領域の位置と判定する位置判定ステップと
をコンピュータに実行させることを特徴とする呼吸モニタリングプログラム。 - 請求項29に記載の呼吸モニタリングプログラムにおいて、
前記画像取得ステップにて取得される画像上の前記撮像対象領域内における、前記被験者の身長方向と略平行な方向における画素の座標をy、前記被験者の身長方向と略直交する方向における画素の座標をx、基準時刻をt0、任意時刻をtn、時刻tにおける座標(x,y)の画素の輝度をI(x,y,t)とするとき、前記被験者の呼吸動作に伴う前記撮像対象領域の位置の前記基準時刻から前記任意時刻までの間での変動量Qbは、
Qb = ΣΣ|(I(x,y,tn) - I(x,y,t0))|
(ここで、各ΣΣにおける最初のΣは前記撮像対象領域内でのx方向およびy方向の内いずれか一方における全画素についての和、2番目のΣは前記撮像対象領域内でのx方向およびy方向の内いずれか他方における全画素についての和である。)
で算出されることを特徴とする呼吸モニタリングプログラム。 - 請求項25乃至請求項30のいずれか1項に記載の呼吸モニタリングプログラムにおいて、
前記被験者を撮像して得られる画像上における画素の輝度の時間的な変化が最も大きくなる所定画素数からなる領域を前記撮像対象領域として設定する撮像領域設定ステップを有することを特徴とする呼吸モニタリングプログラム。 - 被験者の呼吸動作に応じて往復動する身体部位を含む撮像対象領域を該往復動する方向に対して所定角度の傾きをもつように撮像した画像を、所定のタイミング毎に取得する画像取得ステップと、
前記画像取得ステップにて任意のタイミングである第1の時刻に取得された画像上の撮像対象領域内における任意の複数画素からなる第1の領域と略同じ輝度の分布の画素を有する第2の領域を、該第1の時刻から所定数だけ後のタイミングである第2の時刻に取得された画像上の撮像対象領域内から抽出し、前記撮像対象領域内における前記第1の領域の位置から第2の領域の位置までの移動距離を、前記撮像対象領域の位置の前記第1の時刻から前記第2の時刻までの間での変動量として算出する変動量算出ステップと、
前記第1の時刻における前記撮像対象領域の位置に対して、前記変動量算出ステップにて算出される前記第1の時刻から前記第2の時刻までの間における前記撮像対象領域の位置の変動量を加算した位置を、前記第2の時刻における前記撮像対象領域の位置と判定する位置判定ステップと
をコンピュータに実行させることを特徴とする呼吸モニタリングプログラム。 - 被験者の呼吸動作に応じて往復動する身体部位を含む撮像対象領域を該往復動する方向に対して所定角度の傾きをもつように撮像した画像を、所定のタイミング毎に取得する画像取得ステップと、
前記画像取得ステップにて任意のタイミングである任意時刻に取得された画像上の撮像対象領域内から、該任意時刻よりも前に前記撮像対象領域が呼吸動作における所定の限界位置に到達したタイミングである基準時刻に取得された画像上の撮像対象領域内における任意の複数画素からなる第1の領域と略同じ輝度の分布の画素を有する第2の領域を抽出し、前記撮像対象領域内における前記第1の領域の位置から第2の領域の位置までの移動距離を、前記撮像対象領域の位置の前記基準時刻から前記任意時刻までの間での変動量として算出する変動量算出ステップと、
前記変動量算出ステップにて算出される前記基準時刻から前記任意時刻までの間における前記撮像対象領域の位置の変動量を、前記任意時刻における前記撮像対象領域の位置と判定する位置判定ステップと
をコンピュータに実行させることを特徴とする呼吸モニタリングプログラム。 - 請求項32または請求項33に記載の呼吸モニタリングプログラムにおいて、
前記被験者を撮像して得られる画像上における画素の輝度の時間的な変化が最も大きくなる画素領域を中心として前記撮像対象領域を設定する撮像領域設定ステップを有することを特徴とする呼吸モニタリングプログラム。
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