(57)【要約】【課題】医療作業者又はその他の物品とベッドとの接触を事前に察知して接触を回避する対応をとるベッドの移動制御技術を提供する。【解決手段】ベッドの移動制御装置２０は、物体が存在する床面に照射したビームの反射を検出して表面形状を導出する導出部２１と、この表面形状から物体を識別する識別部２３と、これら識別された物体のうちベッド１３とその他の物体（例えば、作業者及び医療台）との距離を演算する演算部２４と、この演算された距離と設定閾値とに基づいて対応信号を出力する信号出力部２５とを、備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体が存在する床面に照射したビームの反射を検出して表面形状を導出する導出部と、
前記表面形状から前記物体を識別する識別部と、
前記識別された物体のうちベッドとその他の物体との距離を演算する演算部と、
前記演算された距離と設定閾値とに基づいて対応信号を出力する信号出力部とを、備えることを特徴とするベッドの移動制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のベッドの移動制御装置において、
前記表面形状の水平投影像を生成する生成部をさらに備え、
前記識別部は、前記水平投影像から前記物体を識別することを特徴とするベッドの移動制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のベッドの移動制御装置において、
前記ベッドを移動させるシーケンス情報に基づいてこのベッドの移動範囲を解析する解析部をさらに備え、
前記演算部は、前記その他の物体と前記移動範囲の最外周との距離を演算することを特徴とするベッドの移動制御装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のベッドの移動制御装置において、
前記識別された物体のうち作業者の向きを判定する判定部をさらに備え、
前記信号出力部は、前記作業者の向きにも基づいて前記対応信号を出力することを特徴とするベッドの移動制御装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のベッドの移動制御装置において、
前記導出部は、照射位置の異なる複数のビームに基づいて前記表面形状を導出することを特徴とするベッドの移動制御装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のベッドの移動制御装置において、
前記識別部は、前記表面形状を高さ方向において二値化処理したうえで前記物体を識別することを特徴とするベッドの移動制御装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のベッドの移動制御装置において、
前記識別した前記物体をデータベースに登録された形状モデルに置き換えて、前記距離を演算することを特徴とするベッドの移動制御装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のベッドの移動制御装置において、
前記対応信号は、前記ベッドの移動速度を変化させる信号又はその移動範囲を変更させる信号であることを特徴とするベッドの移動制御装置。
【請求項９】
物体が存在する床面に照射したビームの反射を検出して表面形状を導出するステップと、
前記表面形状から前記物体を識別するステップと、
前記識別された物体のうちベッドとその他の物体との距離を演算するステップと、
前記演算された距離と設定閾値とに基づいて対応信号を出力するステップとを、含むことを特徴とするベッドの移動制御方法。
【請求項１０】
コンピュータに、
物体が存在する床面に照射したビームの反射を検出して表面形状を導出するステップ、
前記表面形状から前記物体を識別するステップ、
前記識別された物体のうちベッドとその他の物体との距離を演算するステップ、
前記演算された距離と設定閾値とに基づいて対応信号を出力するステップを、実行させることを特徴とするベッドの移動制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体を載置して空間内に位置合わせするベッドの移動制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
粒子線を利用した治療装置では、正常な組織を損傷させずに患部へ粒子線を正確に照射することが求められる。
そして、患部の位置をＸ線などにより検出し、この検出位置に粒子線を照射するという手順を踏んで治療が行われる。
このために、粒子線の照射開始前に、患者（被検体）を載置した可動式ベッドの位置・角度を適切に調整し、その照射範囲に患部を正確に位置合わせする必要がある（例えば、特許文献１）。
【０００３】
一方において、前記した粒子線治療は、治療装置当たりの患者数が多く、治療効率を向上させるために、一回の治療当たりの治療室の占有時間の短縮が求められている。
この占有時間の短縮を図るために治療室では、前記した可動式ベッドの位置合わせ時に、複数の準備作業が、それぞれを担当する複数の医療作業者により並行して行なわれる。
【０００４】
このように、多くの医療作業者がひしめく治療室の中では、作業安全性の確保が求められている。
従来の安全対策として、ベッドの周囲に接触センサを設け、医療作業者又は医療机等の物品とベッドとの接触を検知すると、ベッドの移動を停止させる対策が採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４６９５２３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の安全対策は、接触が発生した後に、ベッドの移動を停止させる事後対策である。
しかし、移動中のベッドを停止させることは、患者の不安をあおり、精神的・身体的な負担を増加させるおそれがある。
また、ベッドの移動が停止してから再移動を開始するまでの時間的ロスは、治療効率を低下させることにもつながる。
【０００７】
本発明の実施形態はこのような事情を考慮してなされたもので、医療作業者又はその他の物品とベッドとの接触を事前に察知して接触を回避する対応をとるベッドの移動制御技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態に係るベッドの移動制御装置において、物体が存在する床面に照射したビームの反射を検出して表面形状を導出する導出部と、前記表面形状から前記物体を識別する識別部と、前記識別された物体のうちベッドとその他の物体との距離を演算する演算部と、前記演算された距離と設定閾値とに基づいて対応信号を出力する信号出力部とを、備えている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の実施形態により、医療作業者又はその他の物品とベッドとの接触を事前に察知して接触を回避する対応をとるベッドの移動制御技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係るベッドの移動制御装置の実施形態を示すブロック図。
【図２】第１実施形態に係るベッドの移動制御装置が適用される粒子線治療室の鳥瞰図。
【図３】第１実施形態に係るベッドの移動制御装置が適用される粒子線治療室の水平投影図。
【図４】第２実施形態に係るベッドの移動制御装置が適用される粒子線治療室の説明図。
【図５】（Ａ）（Ｂ）第２実施形態に係るベッドの移動制御装置において水平投影像を導出する方法の説明図。
【図６】本実施形態に係るベッドの移動制御装置の動作を説明するフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１及び図２に示すように、各実施形態に係るベッドの移動制御装置２０は、物体が存在する床面１１に照射したビーム１２の反射を検出して表面形状を導出する導出部２１と、この表面形状の水平投影像（図３）を生成する生成部２２と、この水平投影像（図３）から物体を識別する識別部２３と、これら識別された物体のうちベッド１３とその他の物体（例えば、作業者１４及び医療台１５）との距離を演算する演算部２４と、この演算された距離と設定閾値とに基づいて対応信号を出力する信号出力部２５とを、備えている。
【００１２】
このベッドの移動制御装置が適用される粒子線治療室（図２）は、加速器から出射される高エネルギの荷電粒子ビームを患部に照射させ、患者の治療を行う施設である。
粒子線照射口（図示略）から入射する粒子線が患部に正確に照射されるために、患者を載置したベッド１３をこの粒子線治療室の空間に高精度で位置決めする必要がある。
ベッド移動制御部３０は、予め設定されたシーケンス情報２６に基づいて、ベッド１３を、粒子線治療室における任意の位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に移動させ、さらに任意の回転方向θに回転させる。
【００１３】
この粒子線治療室は、ベッド１３の位置合わせ時に、複数の準備作業が並行して行なわれており、それぞれの作業を担当する作業者１４及び物品類（医療台１５等）が床面１１に存在している。
なお、図示されるベッド１３は、横臥式ベッドが例示されているが、チェアー式ベッドの場合もあり、ベッド１３に対し患部位置を固定するものであれば、患者の拘束姿勢に関係なく適宜採用される。
また、このベッドの移動制御装置２０の適用は、粒子線治療室に限定されない。
【００１４】
図２において、床面１１にビーム１２を照射して反射を検出するセンサ１０の照射軸Ｐは、床面１１に対し傾斜している。
このように、照射軸Ｐを傾斜させてセンサ１０を設置することにより、床面１１に対しビーム１２の照射領域を広くとることができる。
【００１５】
しかし、この場合、物体（ベッド１３、作業者１４及び医療台１５等）に対し斜めにビーム１２が照射するために、照射が遮られる反対面が死角領域となってしまう。すると、図３の水平投影像において破線で示すように、物体の全体像が認識できない場合が生じる。
このような水平投影像において認識されない死角領域を少なくするために、ビーム１２の照射軸Ｐを床面１１に対し垂直に設定してもよい（図示略）。
【００１６】
センサ１０は、治療室内の天井に設けられ、床面１１及び物体（ベッド１３、作業者１４及び医療台１５等）の表面距離を計測する距離センサが好適に用いられる。
そのような距離センサは、照射軸Ｐを対称として放射状に赤外光を照射し、反射した赤外光のパターンを照射位置から離れたカメラで撮影し、三角測量の原理に則って対象表面までの距離を計測する。
【００１７】
このような距離センサでは、使用するカメラの画素数が多いほど、計測精度を向上させもしくはこの計測精度を維持しつつビーム１２の照射範囲を広く設定することができる。
例えば、ハイビジョンカメラを備えた距離センサを適用することにより、床面１１の上に存在する物体の検出精度を向上させることができる。
【００１８】
なお、本発明に適用することができるセンサ１０は、前記したものに限定されることはなく、床面１１に向かってビーム１２を照射してその反射を検出し、床面１１の上に存在する物体の表面形状を導出できるものであれば、適宜採用される。
【００１９】
導出部２１で導出される物体の表面形状は、三次元のボリューム表面データとして表現されるために、二次元の投影像に変換することができる。
生成部２２は、図３に示すように、この表面形状データを床面１１に平行なＸ−Ｙ座標に、物体（ベッド１３、作業者１４及び医療台１５等）の水平投影像を生成する。
【００２０】
ＸＹＺ空間座標の表面形状データを、ＸＹ平面座標の水平投影像に変換した際に、高さ（Ｚ軸）が異なり水平面（ＸＹ平面）に重複する領域は、下側領域がキャンセルされ上側領域で水平投影像が構成される。
つまり、図２の作業者１４を例に挙げて具体的に説明すると、ビーム照射面１９における表面形状データを、ＸＹ平面座標の水平投影像に変換すると、肩部部分の上側領域と下肢部分の下側領域が重複する。
この場合に形成される作業者１４の水平投影像は、図３に示すように、下側の下肢部分の表面形状のデータがキャンセルされ、上側の表面形状のデータで構成する。
【００２１】
識別部２３は、図３に示される水平投影像のうち、床面１１に対して高さを有する領域を、物体として識別する。
一方において、ベッド１３の下に、背の低い物体が入り込むことが許容される場合、識別部２３は、高さの閾値を用いて表面形状データを二値化処理する。
これにより、床面１１から低背の物体は、移動するベッド１３と干渉するおそれが無いことが明白であるために、存在を認識する必要がない。
【００２２】
もしくは、この表面形状データの二値化処理により、上下方向に分離しているが水平投影像が重複する二つ物体を、それぞれ別々の物体として識別することができる。
なお、これら識別された物体のうちベッド１３は、形状は既知であり、位置もシーケンス情報２６から既知であるために、他の物体（作業者１４及び医療台１５）から識別することができる。
【００２３】
また識別部２３は、識別した物体をデータベースに登録された形状モデル２９に置き換えて、ベッド１３と物体の距離を後段の演算部２４で演算させる場合もある。
このデータベースには、治療室内に存在する作業者や医療台などの物体の３次元の形状モデル２９が登録されている。
【００２４】
物体は、ビーム照射面１９以外は死角領域となるために、水平投影像が実際の形状を正確に反映していない場合があり得る。
この場合、物体のビーム照射面１９から得られている水平投影の部分像に基づいて、その全体像に対応する形状モデル２９をデータベースから選択する。
この選択方法としては、物体から導出された表面形状データと、形状モデル２９の輪郭とを対比して、最も一致する形状モデル２９が選択される。
【００２５】
さらに、この一致性の判定過程において、形状モデル２９の配置方向も決定される。
そして、水平投影像が形状モデル２９に置換されることにより、ベッド１３と物体との配置関係がより忠実に再現される。
なお、識別部２３は、水平投影像から物体を識別するだけでなく、ＸＹＺ空間座標の表面形状データから直接、三次元の形状モデルをあてはめ、物体を識別してもよい。
【００２６】
演算部２４は、これら識別された物体のうちベッド１３とその他の物体（例えば、作業者１４及び医療台１５）との距離を演算する。
この距離の演算は、識別したベッド１３の領域の輪郭と、その周辺にある物体の領域の輪郭との間を結ぶ最短距離を演算する。
この演算された距離が、大きい場合は問題ないが、小さい場合は、ベッド１３と周辺の物体との接触を回避するために、何らかの対応がとられる。
また、演算された距離の大きさによって数通りの対応を採ることが考えられる。
【００２７】
信号出力部２５は、演算部２４により演算された距離と設定閾値とに基づいて、ベッド移動制御部３０に対し対応信号を出力する。
設定閾値は、複数の値が用意され、接触の回避行動の緊急性に応じて、それぞれ異なる対応信号を出力させる。
【００２８】
具体的に対応信号は、制御部３０に出力されて、ベッド１３の移動速度を変化させたり、シーケンス情報２６を変更して物体を避けるようにベッドの移動範囲１６を変更させたりする。
もしくは対応信号は、作業者１４に対し、ベッド１３と接触するおそれのあることの警告を発生されるものである場合も含まれる。
このように、ベッド１３とその周辺の物体との距離をリアルタイムで評価することにより、動きのある物体（ベッド１３及び作業者１４）の接触を効果的に回避することができる。
【００２９】
一方において、このベッド１３の移動範囲１６は、シーケンス情報２６が定まれば、一意的に決定されるために、ベッド１３が移動を開始した時点において物体に接触する可能性のある範囲は、既に決定されている。
解析部２７は、ベッド１３を移動させるシーケンス情報２６に基づいてこのベッド１３の移動範囲１６を解析する、
この場合、演算部２４は、ベッドの移動範囲１６の最外周とその他の物体（作業者１４及び医療台１５）との最短距離を演算する。
【００３０】
ところで、作業者１４は、移動するベッド１３を視界に入れて、接触を回避することを意識しながら、ベッド１３に近接して治療準備作業を行う場合がある。
このような場合、ベッド移動制御部３０が、この作業者１４との接触を回避する対応をとることは不要である。
【００３１】
そこで判定部２８は、物体の中から識別された作業者１４の向きを判定し、信号出力部２５は、作業者１４の向きにベッド１３が存在するか否かに基づいて異なる対応信号を出力することとする。
つまり、作業者１４の向きが、ベッド１３の存在方向に向いている場合は、作業者１４の視界にベッド１３が入っているために、接触回避対応の必要性は無いと判断される。
他方において、作業者１４の向きが、ベッド１３の反対方向に向いている場合は、作業者１４の視界にベッド１３が入っていないために、接触回避対応の必要性が有ると判断される。
【００３２】
判定部２８は、作業者１４の表面形状データから、頭部領域と腕領域を抽出し、水平投影した後の両領域の相対位置関係から作業者１４の向きを判定する。
なお、この頭部領域及び腕領域の抽出は、登録された作業者１４の身長に基づいて高さ方向の二値化処理により実行することにより、向き判定の精度を高めることができる。
また、頭部領域及び腕領域の相対位置関係は、それぞれの領域の水平投影像の重心位置や、この水平投影像の領域囲む外接矩形の中心位置に基づいて導かれる。
【００３３】
このように、ベッド１３と作業者１４との距離に加え、作業者１４が向いている方向も加味することにより、状況に応じてベッドの移動範囲１６や移動速度などを調整して、接触を事前に防止し安全性と作業効率を両立することができる。
【００３４】
（第２実施形態）
図１、図４及び図５に基づいて、第２実施形態に係るベッドの移動制御装置を説明する。
第２実施形態においては、複数（例示は二つ）のセンサ１０ａ，１０ｂが設けられている。そして、導出部２１は、照射位置の異なる複数（例示は二つ）のビーム１２ａ，１２ｂに基づいて、床面１１に存在する物体（図示は作業者１４）の表面形状を導出する。
なお、第２実施形態におけるその他の構成要素は、第１実施形態の場合と機能は同じであるので重複する説明を省略する。
【００３５】
図５（Ａ）に示すように、一つのビーム１２では、物体を全方位照射することができない場合がある。このために、一つのビーム１２ａ，１２ｂのそれぞれから得られる水平投影像１７ａ，１７ｂは、死角領域を有している。
しかし、図５（Ｂ）に示すように、別方向から得られた表面形状データを合成して合成像とすることにより、死角領域の表面形状を互いに補完しあい、物体の完全な水平投影像１８を得ることができる。
【００３６】
なお、二つの表面形状データが重複する領域については、平均値に置き換えて、合成処理を行う。
このように、複数のビーム１２に基づいて物体の表面形状が導出されることにより、広域な治療室に分散して配置される複数の物体の水平投影像を忠実に生成することができる。
【００３７】
図６のフローチャートに基づいてベッドの移動制御装置の動作を説明する（適宜、図１参照）。
ベッド移動のシーケンス情報２６が予め設定される（Ｓ１１）。そして、このシーケンス情報２６に基づいて治療室内におけるベッドの移動範囲１６が解析される（Ｓ１２）。
シーケンス情報２６に基づいてベッド１３が移動する過程において、センサ１０からビーム１２を照射し（Ｓ１３）、その反射を検出することにより、床面１１及びその上に存在する物体の表面形状データが得られる。
さらに、この表面形状データから床面１１に存在する物体の水平投影像が生成される（Ｓ１４）。
【００３８】
そして、生成した水平投影像から物体（ベッド１３、作業者１４及び医療台１５等）をそれぞれ識別する（Ｓ１５）。
識別された物体のうちベッド１３とその他の物体（作業者１４及び医療台１５）との距離（第１演算距離）を演算し（Ｓ１６）、この第１演算距離が第１閾値以下であれば（Ｓ１７ ＹＥＳ）、移動中のベッド１３が接触する危険性が高いとして、第１信号を出力し（Ｓ１８）、ベッド移動を減速する等の危険回避対応をとる（Ｓ１９）。
【００３９】
一方、第１演算距離が第１閾値よりも大きいときは（Ｓ１７ ＮＯ）、ベッドの移動範囲１６とその他の物体（作業者１４及び医療台１５）との距離（第２演算距離）を演算する（Ｓ２０）。なお、ベッドの移動範囲１６に、その他の物体がすてに入り込んでいる場合の第２演算距離は、マイナス値をとることとする。
そして、第２演算距離が第２閾値以下であれば（Ｓ２１ ＹＥＳ）、移動中のベッド１３が接触する可能性があるとして、第２信号を出力し（Ｓ２２）、警告したりベッドの移動範囲１６を変更したりする等の危険回避対応をとる（Ｓ２１）。
【００４０】
そして、第２演算距離が第２閾値よりも大きいときは（Ｓ２０ ＮＯ）、移動中のベッド１３が接触する可能性がないとして、ベッド移動が終了するまで（Ｓ１３）から（Ｓ２１）のフローを継続する（Ｓ２３）。
【００４１】
以上述べた少なくともひとつの実施形態のベッドの移動制御装置によれば、ビーム照射により得られる水平投影像から、ベッドとその他の物体との距離を逐一演算することにより、ベッドの接触を事前に察知し、接触回避のための有効策をとることが可能となる。
【００４２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
また、ベッドの移動制御装置の構成要素は、コンピュータのプロセッサで実現することも可能であり、ベッドの移動制御プログラムにより動作させることが可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１０（１０ａ，１０ｂ）…センサ、１１…床面、１２（１２ａ，１２ｂ）…ビーム、１３…ベッド、１４…作業者、１５…医療台、１６…移動範囲、１７ａ，１７ｂ…水平投影像、１８…水平投影像、１９…ビーム照射面、２０…移動制御装置、２１…表面形状導出部（導出部）、２２…水平投影像生成部（生成部）、２３…物体識別部（識別部）、２４…距離演算部（演算部）、２５…対応信号出力部（信号出力部）、２６…ベッド移動シーケンス情報（シーケンス情報）、２７…移動範囲解析部（解析部）、２８…作業者向き判定部（判定部）、２９…形状モデルデータベース（形状モデル）、３０…ベッド移動制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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