(57)【要約】  本発明は、被験者の心拍を遠隔に監視する監視装置（１０５）に関し、監視装置は、被験者の心拍によって引き起こされる、被験者の胸壁（１０１）の移動を示す監視信号（１０３）を受信する遠隔センサ（１０２）を備える。本発明の一実施例では、監視装置（１０５）は、監視信号（４０３）にアクセスして、心拍期を表すトリガ信号を生成するよう構成されたトリガ装置（４０１）を更に備える。本発明は、被験者からデータを獲得するよう構成された撮像システム又は分光システム（９０１）（例えば、磁気共鳴撮影システム、コンピュータ断層撮影システムや、心臓用３Ｄ  Ｘ線血管造影システム）に更に関する。システムは、前述の監視装置（１０５）を備え、トリガ信号（４０２）を利用して、被験者の心拍期にデータの獲得を同期化させるよう更に構成される。
2009517166.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者の心拍を遠隔に監視する監視装置であって、前記被験者の胸壁の外面の移動を示す監視信号を受信するよう構成された監視装置。
【請求項２】
請求項１記載の被験者の心拍を遠隔に監視する監視装置であって、
前記心拍を示す出力信号を生成するよう前記監視信号を処理するプロセッサを更に備える監視装置。
【請求項３】
請求項１記載の被験者の心拍を遠隔に監視する監視装置であって、
前記被験者の胸壁に対して測定信号を送信する送信器を更に備え、動作中、前記測定信号は前記胸壁と相互作用して前記監視信号を生成する監視装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一項に記載の被験者の心拍を遠隔に監視する監視装置であって、
前記監視信号にアクセスして、前記心拍の期を表すトリガ信号を生成するよう構成されたトリガ装置を更に備える監視装置。
【請求項５】
請求項２又は３に記載の被験者の心拍を遠隔に監視する監視装置であって、
測定信号が電磁放射であり、
前記監視信号が反射電磁放射であり、
出力信号が、前記測定信号と前記監視信号との間の、周波数におけるドップラ・シフトである監視装置。
【請求項６】
請求項２又は３に記載の被験者の心拍を遠隔に監視する装置であって、
測定信号は光電磁放射であり、
前記監視信号は反射光電磁放射であり、前記反射光電磁放射は、前記被験者の胸壁の時系列のシェアログラムをもたらすよう更に処理され、
出力信号は、前記時系列における連続したシェアログラムを比較することによって得られる装置。
【請求項７】
請求項２記載の被験者の心拍を遠隔に監視する装置であって、
前記監視信号は光電磁放射であり、
前記光電磁放射は、時系列の実体像をもたらすよう更に処理され、
出力信号は、前記時系列における連続した実体像を比較することによって得られる装置。
【請求項８】
請求項２又は３に記載の被験者の心拍を遠隔に監視する装置であって、
測定信号は超音波放射であり、
前記監視信号は反射超音波放射であり、
出力信号は前記測定信号と前記監視信号との間のドップラ・シフトである装置。
【請求項９】
被験者からデータを獲得するよう構成された撮像又は分光システム、例えば磁気共鳴撮像システム又はコンピュータ断層撮像システムであって、
請求項４記載の監視装置を備え、
前記システムは、前記トリガ信号を使用して、前記被験者の心拍の前記期に前記データの前記獲得を同期化させるよう更に構成された撮像又は分光システム。
【請求項１０】
被験者の心拍の遠隔監視の方法であって、前記監視は、
前記被験者の胸壁の外面の移動を示す監視信号に基づき、前記監視信号は遠隔に検出される方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の被験者の心拍の遠隔監視の方法であって、
前記監視信号は、前記心拍を示す出力信号を生成するよう処理される方法。
【請求項１２】
請求項１０記載の被験者の心拍の遠隔監視の方法であって、
測定信号は、前記被験者の胸壁に対して送信され、
前記監視信号は、前記測定信号の前記胸壁との相互作用から生成される方法。
【請求項１３】
請求項１０乃至１２の何れか一項に記載の被験者の心拍を監視する方法であって、
前記監視信号を使用して、前記被験者の心拍の期を表すトリガ信号を生成する工程を更に備える方法。
【請求項１４】
コンピュータ・プログラムであって、
被験者の胸壁の外面から監視装置によって遠隔に受信される監視信号にアクセスし、前記監視信号は前記被験者の心拍を表す旨の命令と、
前記監視信号に基づいてトリガ信号を生成するようトリガ装置を駆動させ、前記トリガ信号が前記被験者の心拍の期を表す旨の命令と、
撮像又は分光システム上のデータ獲得を前記被験者の心拍の前記期に同期化させ、前記同期化が前記トリガ信号によって行われる旨の命令とを前記コンピュータ・プログラムがコンピュータ上で実行されると行う旨の命令を備えるコンピュータ・プログラム。
【請求項１５】
請求項１４記載のコンピュータ・プログラムであって、
測定信号を送信することができる送信器を制御する旨の命令を更に備え、動作中、前記測定信号が前記被験者の胸壁と相互作用して前記監視信号を生成するコンピュータ・プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被験者の心拍を遠隔監視する監視装置に関する。監視装置は、被験者の移動を示す監視信号を受信するよう構成される。
【０００２】
本発明は、被験者からデータを獲得するよう構成された撮像システム又は分光システム（例えば、磁気共鳴（ＭＲ）システム、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）システム、心臓用３次元（３Ｄ）Ｘ線血管造影システム）に更に関する。システムは、トリガ信号を利用して、被験者の心拍期にデータの獲得を同期化させるよう更に構成される。
【０００３】
本発明は、被験者の心拍の遠隔監視の方法に更に関する。監視は、被験者の移動を示す監視信号に基づくものであり、監視信号は遠隔に検出される。
【０００４】
本発明は、
監視装置によって遠隔に受信される監視信号にアクセスするための命令であって、監視信号が被験者の心拍を表す命令と、
監視信号に基づいてトリガ信号を生成するためのトリガ装置を駆動させるための命令であって、トリガ信号は、被験者の心拍期を表す命令と、
撮像システム又は分光システム上のデータ獲得を被験者の心拍期に同期化させるための命令であって、同期化がトリガ信号によって行われる命令とを、コンピュータ上で実行されると備えるコンピュータ・プログラムに更に関する。
【背景技術】
【０００５】
前述の方法を実現する装置の実施例は米国特許第５５７３０１２号明細書に開示されている。米国特許第５５７３０１２号明細書は、身体内部の部位（心臓など）の移動を監視するための方法及び装置を教示している。前述の実施例は、パルスエコー・レーダを反復モードで使用し、電磁（ＥＭ）パルスの双方向飛行時間をクロッキングすることによる、非常に短い電圧パルスの放出及び検出に関する。多数の反射パルスを平均化して、心臓壁からの反射によって変調される電圧を生成する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術の問題点は、前述の装置によって実現される方法が幾分煩雑であるという点である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
よって、本発明の目的は、被験者の心拍を監視するためのより煩雑でない手法を実現する装置を提供することである。
【０００８】
この目的は、被験者の胸壁の外面から監視信号が受信される、最初の段落に記載した監視装置によって達成される。心拍を検出するために装置が心臓壁又は心臓の組織を直接監視する必要がある従来技術と違って、本発明は、種々の遠隔検出手法を使用して胸壁に対する心拍の影響を検出することにより、被験者の心拍を遠隔に検出する。前述の非接触手法の例には、実体像、高分解能ビデオ等の捕捉が含まれる。
【０００９】
本発明の前述及びその他の局面は、従属請求項に規定した以下の実施例に基づいて更に明らかにする。
【００１０】
本発明による監視装置の実施例は、心拍を示す出力信号を生成するよう監視信号を処理するプロセッサを更に備える。監視信号は、心拍についての情報を有するが、他の装置に入力することが可能であるように出力信号に変換するよう監視信号を処理することが時には必要であり得る。例えば、プロセッサは、画面上又はモニタ上に波形として表示される電流信号又は電圧信号に監視信号を変換することが可能である。プロセッサは、例えば、特定の期間にわたって複数の心拍を平均化し、平均心拍数を示す信号を出力することも可能である。前述の平均心拍数を次いで使用して、次の心拍が生じ得る時点を予測することが可能である。
【００１１】
更なる実施例では、本発明による監視装置は、被験者の胸壁に対して測定信号を送信する送信器を更に備え、動作中、測定信号は胸壁と相互作用して監視信号を生成する。送信器は、患者から適切な距離に配置され、患者に対して放射（例えば、ＥＭ放射、超音波等）を送信するよう構成される。送信された放射は被験者の胸壁によって反射され、それにより、監視信号が生成される。あるいは、送信された放射は、胸壁と相互作用して、監視信号を形成することが可能な別の放射を生成する。例えば、特定の波長の光に露光されると蛍光を発する材料で患者の上をしっかりと覆うことが可能であり、又は前述の材料を胸壁上に塗布することも可能である。蛍光材料が入射光によって励起されると、心臓の動きを監視するよう蛍光を検出することができる。
【００１２】
更なる実施例では、本発明による監視装置は、監視信号にアクセスして、心拍期を表すトリガ信号を生成するよう構成されたトリガ装置を更に備える。トリガ装置は、特定の心拍期（例えば、心室収縮期や心房拡張期等）に対応するトリガ信号を生成することができる。トリガ信号の形式は、電流パルス若しくは電圧パルス、又は光パルス等の形式であり得る。これは、同様に、監視処理における次の工程をトリガするために使用することが可能である。
【００１３】
本発明による監視装置の更なる実施例では、測定信号はＥＭ放射であり、監視信号は反射ＥＭ放射であり、出力信号は、測定信号と監視信号との間に周波数におけるドップラ・シフトである。例えば、マイクロ波送受信器は、胸郭に対して測定信号として連続波のマイクロ波ビームを放出し、胸壁からの反射を監視信号として受信する。移動面における波の反射により、送信信号に対する反射信号の周波数シフトが生じる。周波数シフトの振幅は、反射面の動きを表す。よって、送信ＥＭ波と反射ＥＭ波との間の周波数におけるドップラ・シフトを測定することにより、胸壁に対する心拍の影響を孤立させ、よって、心拍の監視を非接触的に行うことが可能になる。
【００１４】
本発明による監視装置の更なる実施例では、測定信号は、光ＥＭ放射（例えば、光ビーム）であり、監視信号は、被験者の胸壁の時系列のシェアログラム（ｓｈｅａｒｏｇｒａｍ）を生成するよう処理される反射光ＥＭ放射であり、出力信号は、時系列のシェアログラムにおける連続したシェアログラムを比較することによって得られる。通常の光ビームの代わりに、レーザのような単光光源を用いて測定信号を送信することもできる。光学系により、胸郭の一連の画像が生成される。対象（すなわち、胸郭）の各画像は更に（例えば、光学手段によって）複製され、同時に時間シフトさせられ、元の画像上にスーパインポーズされる。これにより、画像上に剪断歪が押圧され、生成画像はシェアログラムと呼ばれる。
【００１５】
シェアログラフィは、時間上シフトされた記録対象の２つの状態間の差を生成画像が表す相対的な測定手法である。各シェアログラムを例えば、その先行シェアログラムと比較して比較画像を生成する。２つの画素の光路長が同程度変わるか又は全く変わらない場合、差分情報は得ることが可能でない。しかし、画素の位置が近傍画素の位置に対して変わった場合、光路長におけるこの差は、局所変動についての量的情報につながり、これは同様に、比較画像における局所のスペック・パターン又はストライプ・パターンにつながる。前述の局所のスペック・パターン又はストライプ・パターンは、胸壁に対する心拍の影響を示す。シェアログラフィの概念は、Ｗｏｌｆｇａｎｇ  Ｓｔｅｉｎｃｈｅｎ及びＬｉａｎｘｉａｎｇ  Ｙａｎによる「Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｈｅａｒｏｇｒａｐｈｙ：  Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｐｅｃｋｌｅ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ｓｈｅａｒｉｎｇ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ、  （ＳＰＩＥ−Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｆｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅ、  Ｆｅｂｒｕａｒｙ  ２００３）」に更に説明されている。
【００１６】
本発明による、監視装置の更なる実施例では、監視信号は、時系列の実体像をもたらすよう処理される光ＥＭ放射であり、出力信号は、時系列の実体像における連続した実体像を比較することによって得られる。ステレオ・カメラが患者の胸郭を監視する。単一チャネル・カメラを代わりに使用することが可能であるが、監視対象の寸法、距離の評価を拡充し、よって、監視対象の移動の評価も拡充するという利点を有する。心拍によって生じる、患者の胸郭のわずかな移動も、ステレオ・カメラによって記録される。測定中に得られる連続した画像捕捉は、胸壁の移動（心臓の動きによって生じる）による、画像特性における変動を示す。
【００１７】
本発明による監視装置の更なる実施例では、測定信号は超音波放射であり、監視信号は反射超音波放射であり、出力信号は、測定信号と監視信号との間のドップラ・シフトである。超音波送信器は、測定信号としての超音波ビームを胸郭に対して放出し、超音波受信器は、胸壁からの反射を監視信号として受け取る。移動面における波の反射により、送信信号に対する反射信号の周波数シフトが生じる。周波数シフトの振幅は、反射面の動きを表す。よって、送信超音波と反射超音波との間の周波数におけるドップラ・シフトを測定することにより、胸壁に対する心拍の影響を孤立させ、よって、心拍の監視を非接触的に行うことを可能にし得る。
【００１８】
本発明の更なる目的は、被験者の心拍がより煩雑でないやり方で検出される冒頭の段落と同様な撮像システム又は分光システムを提供することである。
【００１９】
この目的は、トリガ信号の生成に使用される監視信号が被験者の胸壁の外面から受信される、最初の段落による撮像システム又は分光システムによって達成される。撮像データ獲得システム又は分光データ獲得システムは、被験者の心拍期にデータ獲得が同期化されるように設定される。例えば、ＭＲ撮像システムでは、データ獲得は、ｋ空間の特定領域若しくは特定行、又は完全なｋ空間が特定の心拍期中に獲得されるように同期化される。例えば、心臓の移動はその拡張期中が最も少なく、よって、この期を示すトリガ信号を用いて、獲得画像内の動きアーチファクトが最小になるようにｋ空間の中心領域の獲得をトリガする。心臓が最も大きく移動する心室収縮期中、トリガ信号は、ｋ空間の外側の行の獲得をトリガし得る。あるいは、各トリガ中にデータセット全体が獲得されるように獲得（例えば、ＣＴスキャナ上の獲得）をトリガすることも可能である。例えば、画像獲得を、各心室収縮期の最後に起動させることができ、各起動後に画像全体が収集されるように続けることが可能である。同様に、心臓用３次元ｘ線血管造影の場合の心拍期に画像獲得を同期化させることも効果的である。
【００２０】
本発明の更なる目的は、被験者の心拍を監視する、より煩雑でない方法を提供することである。
【００２１】
この目的は、被験者の胸壁の外面から監視信号が受信される、最初の段落に記載した方法によって達成される。本発明は、種々の遠隔検出手法又は非接触手法を使用して、胸壁に対する心拍の影響を検出することにより、被験者の心拍を遠隔に検出する。前述の非接触手法の例には、実体像、高分解能ビデオ等の捕捉が含まれる。
【００２２】
本発明の前述及びその他の局面は、従属請求項に規定した以下の実施例に基づいて更に明らかにする。
【００２３】
本発明による方法の一実現形態では、監視信号は、心拍を示す出力信号を生成するよう処理される。監視信号は、心拍についての情報を有するが、他の装置に入力することが可能であるように出力信号に変換するよう監視信号を処理することが時には必要であり得る。例えば、画面上又はモニタ上に波形として表示される電流信号又は電圧信号に監視信号を処理し、変換することが可能である。監視信号の処理の他の例には、フィルタリング、増幅、光信号への変換等が含まれる。
【００２４】
更なる実現形態では、本発明による方法は、被験者の胸壁に対して測定信号を送信する工程を更に備え、監視信号は、測定信号の胸壁との相互作用から生成される。送信された放射は、ＥＭ放射、レーザ光、超音波等を含み得る。これらは被験者の胸壁によって反射して監視信号を生成し得る。あるいは、送信された放射は、胸壁と相互作用して、監視信号を形成することが可能な別の放射を生成する。例えば、特定の波長のＥＭ放射に露出されると蛍光を発する材料で患者の胸壁上をしっかりと覆い、又は前述の材料を前述の胸壁上に塗布し、又はさもなければ、被験者の胸壁上に他のやり方で表すことが可能である。蛍光材料が入射ＥＭ放射によって励起されると、非接触のやり方で心臓の動きを監視するよう蛍光が検出される。
【００２５】
更なる実現形態では、本発明による方法は、監視信号を使用して、被験者の心拍期を表すトリガ信号を生成する工程を更に備える。トリガ信号は、特定の心拍期（例えば、心室収縮期や心房拡張期等）に対応し得る。各種トリガ信号は、アナンシエータからの可聴信号、電圧パルスや電流パルスなどの電気信号等を含み得る。
【００２６】
本発明の更なる目的は、コンピュータ装置によってロードされる対象のコンピュータ・プログラムを提供することである。コンピュータ・プログラムは、撮像システム上又は分光システム上のデータ獲得を被験者の心拍期と同期化させる旨の命令を備え、被験者の心拍はより煩雑でないやり方で検出される。
【００２７】
この目的は、被験者の胸壁の外面から監視信号が遠隔に受信される、最初の段落に記載したコンピュータ・プログラムによって達成される。監視装置（例えば、ステレオ・カメラや高分解能ビデオ・カメラ）は監視信号を受け取る。コンピュータ・プログラムは、監視信号にアクセスするための機能を提供する。コンピュータ・プログラムは、監視信号を処理するための命令を提供し、それにより、被験者の心拍を示す処理済信号を生成することも可能である。コンピュータ・プログラムはあるいは、監視信号を処理するよう構成されたプロセッサに命令を提供することが可能であり、プロセッサは処理済信号を出力として生成する。コンピュータ・プログラムは、監視信号又は処理済信号をその入力として受け入れるトリガ装置を制御するための命令を更に提供する。トリガ装置は、被験者の心拍期を表すトリガ信号を出力する。コンピュータ・プログラムは、被験者の心拍期を識別するための命令も提供する。コンピュータ・プログラムは、撮像システム又は分光システム上のデータ獲得を同期化させるための命令を更に提供し、同期化はトリガ信号に基づく。コンピュータ・プログラムは、コンピュータ読み取り可能な媒体上（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ上やＤＶＤ上）に常駐するコンピュータ・プログラムであり得る。あるいは、コンピュータ・プログラムは、ダウンロードされるか又は他のやり方で（例えば、インターネット経由で）コンピュータに転送されるダウンロード可能なプログラムであり得る。
【００２８】
本発明の前述及びその他の局面は、従属請求項に規定した以下の実施例に基づいて更に明らかにする。
【００２９】
本発明によるコンピュータ・プログラムの一実施例では、コンピュータ・プログラムは、測定信号を送信することができる送信器を制御するための命令を更に提供する。測定信号は、被験者の胸壁と相互作用して、監視装置によって検出される監視信号を生成する。コンピュータ・プログラムは、測定信号の送信を起動させるよう送信器に命令することが可能である。コンピュータ・プログラムは、測定信号の強度又は持続時間を更に制御することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明の前述及びその他の局面は、以下の実施例及び添付図面を参照しながら例として以下に詳細に説明する。
【００３１】
種々の図中で使用する対応する参照符号は、図中の対応する構造を表す。
【実施例】
【００３２】
図１は、遠隔センサ１０２を備えた監視装置１０５を使用して被験者の胸壁１０１が監視される本発明の実施例を示す。監視装置１０５への入力は胸壁１０１からの監視信号１０３である。監視装置１０５は出力信号１０４を出力する。
【００３３】
監視装置１０５は、患者と物理的に直接接触せず、監視信号１０３は、非接触的に受信される。監視装置１０５は、例えば、胸壁１０１の動画を捕捉する高分解能の高速ビデオ・カメラであり得る。フレーム捕捉レートが毎秒１００フレーム以上のビデオ・カメラ・システムにより、胸壁の心拍によって引き起こされた移動の高信頼度の検出が可能になる。胸壁に対する心臓の動きの影響が５００ミクロン程度であるので、心拍から生じる、胸壁上の移動を空間的に分解することは、分解能が２５ミクロンのビデオ・カメラで十分である。
【００３４】
図２は、被験者の胸壁１０１に対する影響を検討することにより、被験者の心拍を検討するために監視装置１０５が使用される本発明の更なる実施例を示す。監視装置１０５は遠隔センサ２０４を有する。遠隔センサ２０４は、被験者との物理的な接触が直接なく監視信号１０３を受信し、信号２０３をプロセッサ２０１に出力する。プロセッサ２０１は信号２０３を処理して出力信号２０２を生成する。
【００３５】
遠隔センサ２０４は高分解能の高速ビデオ・カメラであり、その出力２０３は、処理装置２０１に送出される。処理装置２０１はフレーム・グラバを有する。フレーム・グラバは、プロセッサ（処理装置）２０１がフレーム単位で入力ビデオ画像を比較して胸壁の移動を検出することを可能にする。処理装置２０１は信号２０３を電圧信号又は電流信号に変換する。電圧信号又は電流信号は表示装置（例えば、画面やモニタ）に更に供給される。プロセッサ２０１はあるいは、写真画像からの、関心の対象（例えば、患者の胸郭）の識別を容易にするソフトウェアを備える。光マーカやその他のマーカ（図示せず）は、被験者の胸郭に（例えば、粘着テープにより、）着脱可能に付され、マーカは、関心の対象の識別を更に容易にすることが可能である。ソフトウェアは、画像のフレーム単位の比較を行って、患者の心拍を検出し、監視する。
【００３６】
図３は、監視装置１０５が、患者の胸壁１０１に対して入射放射３０１を送信する送信装置３０４を更に備える。監視装置１０５は、患者の胸壁１０１から監視信号３０２を受信する遠隔受信器又はセンサ３０５も有する。検出装置３０５は出力信号３０３を出力する。
【００３７】
送信装置３０４は患者の胸壁領域を照射する光源である。遠隔検出モジュール３０５は、図１の説明で説明したようなビデオ・カメラである。あるいは、検出装置３０５は、胸壁のスナップショットを捕捉する高速カメラである。例えば、毎秒１００の写真を撮影することができるカメラは、胸壁に対する個々の心拍の影響を十分分解することが可能である。カメラの時間分解能（フレーム・レート）は、被験者の平均心拍数の事前知識又は推定に基づいて調節することが可能である。例えば、心拍間の間隔中、フレーム・レートを削減することが可能である。次の心拍が開始することが予測される時点の直前に、フレーム・レートを高速に増加させて、動きを厳密に捕捉し、時間領域に局所化することが可能である。
【００３８】
図４は、監視装置１０５が、トリガ回路４０１乃至処理回路４０５に接続された遠隔受信器４０４を備える本発明の実施例を示す。遠隔センサ４０４は監視信号４０３を被験者の胸壁１０１から受信し、トリガ回路４０１はトリガ信号４０２を出力する。
【００３９】
遠隔センサ４０４は、通常、毎秒１００フレーム以上を捕捉することができる高速写真カメラである。捕捉されたフレームはそれぞれ、連続したフレームと比較して、胸壁の位置におけるわずかな変動を検出し、比較は処理装置４０５によって行われる。あるいは、遠隔センサ４０４は、図１の説明で説明したように、高い空間分解能及び時間分解能を備えたビデオ・カメラであり得る。周囲光状態において写真画像又はビデオ画像を捕捉することで十分であり得る。あるいは、被験者の胸壁１０１に対する光を放出する高強度光源を有することが効果的であり得る。カメラの手前に光フィルタ（例えば、ＩＲフィルタ）を挿入することにより、光スペクトルのわずかな部分のみを使用することも効果的であり得る。放出光は測定信号である一方、被験者の胸壁１０１の表面によって反射される光は監視信号である。
【００４０】
処理モジュールは、一定期間にわたって計算される平均心拍数に基づいて次の心拍を予測するためのハードウェア又はソフトウェアを更に備えることが可能である。心拍数は、呼吸サイクルにわたってわずかに変動する（通常、吸入中はわずかに増加する一方、呼気中は減少する）。呼吸相（洞性不整脈と呼ばれる）による変動に加えて、心拍は通常、固有のばらつきを有する。前述の場合の何れにおいても、先行する心拍からの情報を使用して、次の心拍をより正確に予測することが効果的である。
【００４１】
トリガ回路４０１は、特定の心拍期においてトリガ信号４０２を生成する。心臓の位相は、監視装置１０５によって心拍が検出された後に経過した時間から算出することが可能である。例えば、毎分７２ビートの平均心拍数では、一心周期は約８３ｍｓ続く。心室収縮期は、心周期の最初から約１０ｍｓ後に生じる（心房収縮期を心周期の開始点とみなす）。心室収縮期は、心臓の変位がこの期中、最大であり、よって、胸壁に対する最大の影響をもたらすので、体外での検出が最も容易である可能性が高い。心室収縮期において心拍が検出されると、検出された心室期後に経過した時間に基づいて、心周期のその他の期を算出することが可能である。例えば、心臓の心室拡張期は、心室収縮期の約３０ｍｓ後に生じる。トリガ信号４０２を使用して、撮像システム内（例えば、ＭＲシステム内や、ＣＴシステム内や、３ＤＸ線血管造影システム内）でのデータの獲得を同期化させる。
【００４２】
図５は、被験者の胸壁１０１に対してＥＭ放射又は超音波放射５０１を送信する送信器５０２を監視装置１０５が備える、本発明の実施例を示す。遠隔受信器５０７は、対象によって反射されたＥＭ波又は超音波５０３を受信する。処理回路５０８は、送信器５０２及び受信器５０７から入力を受信するミクサ５０４を有する。低域通過フィルタ５０５を使用して混合信号をフィルタリングして出力信号５０６を生成する。
【００４３】
放出される送信波又は測定波の主ローブは、関心の対象（この場合は、被験者の胸壁である）に対して向けられる。対象によって反射されるＥＭ波又は超音波の周波数は、送信波の周波数に対してシフトさせられる。周波数シフトｄＤｏｐｐｌｅｒは、周知の式により、関心の対象の速度に関係する。
【００４４】
【数１】
2009517166.tif 000003
ここで、ｆ０は送信器によって放出されるＥＭ波又は超音波の周波数であり、ｃはＥＭ波又は超音波それぞれの伝搬速度であり、ｖは、送信器に接近するか、又は送信器から離れ、それぞれ、正の周波数シフト又は負の周波数シフトをもたらす対象の速度である。測定信号５０１及び監視信号５０３を混合又は乗算し、混合信号を低域通過フィルタリングすると、送信信号の周波数に対して受信信号のドップラ周波数シフトが正であるか、又は負であるかにかかわらず、周波数がｆＤｏｐｐｌｅｒの信号５０６が出力においてもたらされる。
【００４５】
例えば、ｆ０＝１ＧＨｚでは、毎秒０．１メートルという一定の速度で関心の対象が移動した場合、信号出力における周波数シフトは０．６７Ｈｚになる。各心拍によって引き起こされる、皮膚表面の動きは、数分の１秒しか続かないので、この短時間の間に、速度が一定の動きであるとみなしても、出力では、周期がｆＤｏｐｐｌｅｒの完全な正弦波はみられないことになる。むしろ、各心拍において、出力信号上のピークが単一であることを期待することがより妥当である。
【００４６】
図６は、呼吸６０２によって生じる胸壁の動きの上にスーパインポーズされて、患者の心拍６０１の影響が示された、患者の胸壁の移動を示す図である。
【００４７】
胸の呼吸運動は、周波数が非常に低い（例えば、約０．２Ｈｚ）のほぼ正弦形状の信号６０２を生成することが可能であり、呼吸運動によって生成されるこの信号上にスーパインポーズされるのは、心拍によって引き起こされるピーク６０１になる。よって、信号の変動が急激であることは心拍によって引き起こされる動きを示す一方、変動がよりゆるやかであることは呼吸に帰因し得る。
【００４８】
図７は、可視ＥＭ放射を送信するための送信器７０２と、バッファリング媒体７０４及び比較器装置７０５を備える処理装置７０８に接続されたシェアログラフィ光学系７０７とを監視装置１０５が備えた本発明の実施例を示す。入射放射又は入射光７０１は、監視信号７０９として患者の胸壁１０１によって反射される。シェアログラフィ光学系は、時系列のシェアログラム７０３を出力する。このシェアログラム７０３はプロセッサ７０８によって処理される。処理装置７０８は出力信号７０６を出力する。
【００４９】
一実施例では、シェアログラフィック・センサ装置は、患者の胸郭の移動を測定するために、より広げたレーザ光を使用する。好ましくは、高性能半導体レーザ装置を使用する。記録装置として、ＣＣＤカメラを使用する。光学系７０７により、一連のシェアログラム７０３が連続して生成される。シェアログラムはバッファリング媒体７０４に記憶され、連続したシェアログラムが比較器７０５により、互いに比較される。処理装置は、患者の胸郭の移動についての情報を含む差画像を生成する。レーザ光源の代わりに、赤外、可視又は紫外波長におけるＥＭ放射を放出する光源を使用してシェアログラムを生成することが可能である。
【００５０】
図８は、被験者の胸郭１０１からの信号８０１を検出するセンサ装置８０２を監視装置１０５が備えた本発明の実施例を示す。センサ装置８０２は、フレーム・グラバ８０７と、バッファリング媒体８０４と、動き解析装置８０５と、心拍検出装置８０９とを備えるプロセッサ８０３に接続される。フレーム・グラバ８０７は時系列の実体像８０８を出力し、処理装置８０３は、被験者の心拍を表す出力信号８０６を出力する。
【００５１】
対象が別々の２つの位置から写真撮影された場合、２つの投影中心間の線は「ベース」と呼ばれる。両方のカメラは、互いに平行の視線方向を有し、ベースに対する角度が９０°である場合（いわゆる「垂直のケース」）、２つの網膜上に２つの画像を人間の眼が発生させることと同様な特性を有する。したがって、「立体写真」と呼ばれる、前述の２つの画像の重なる領域は、人間立体視をシミュレートして、３次元でみることが可能である。実際には、立体写真は、２つの位置から単一のカメラによって生成するか、又はステレオ・カメラを使用することによって生成することが可能である。しかし、単一チャネル・カメラと比較すれば、ステレオ・カメラ・システムを使用すると、監視対象の寸法、距離の評価が向上し、よって、監視対象の移動の評価も向上するという利点を有する。通常、ステレオ・カメラは、正確に校正された長さ（例えば、４０ｃｍ）を有するバーの２つの端部において搭載された２つのカメラを有する。このバーは、ベースとして機能する。何れのカメラも同じ幾何学的特性を有する。３Ｄ視覚に必要であるように、何れのカメラも、互いに平行であり、ベースに対する角度が９０°である視線方向を有する。
【００５２】
例示的な実施例では、ステレオ・カメラ８０２は患者の胸郭１０１を監視する。ステレオ・カメラ・システムの出力は、フレームを捕捉し、胸郭１０１の一連の実体像８０８を生成するフレーム・グラバ回路８０７に送出される。画像は、動き解析装置８０５及び心拍検出装置８０９に送出される前にバッファリング媒体８０４に記憶することができる。動き解析装置８０５及び心拍検出装置８０９は、ハードウェア若しくはソフトウェア又はその２つの組み合わせで実現することが可能である。測定中に得られる連続画像捕捉により、心臓の運動による画像特性の変動が示される。動き解析装置８０５は、心拍検出装置８０９とともに、画像特性における変動を検出する。処理装置８０３はよって、被験者の心拍を表す出力信号８０６を生成する。
【００５３】
図９は、患者から画像データを獲得するよう構成されたシステム（例えば、ＭＲシステムあるいはＣＴシステムあるいは心臓用３ＤＸ線血管造影システム）を示す。遠隔センサ４０４は、患者の胸壁１０１から監視信号４０３を受信する。監視信号４０３が処理装置４０５に送出される。処理装置４０５の出力はトリガ装置４０１に送出される。トリガ装置４０１はトリガ信号４０２を生成する。撮像システム９０１は、トリガ信号４０２を利用して撮像装置９０３上のデータ獲得を起動させることができる同期化回路９０２を備える。トリガ信号を用いてデータ獲得を同期化することに関する更なる情報は、ＭＲシステムにおいては、Ｗｅｎｄｔ  ＲＥ、  Ｒｏｋｅｙ  Ｒ、  Ｖｉｃｋ  ＧＷらによる「Ｅｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏｇｒａｐｈｉｃ  ｇａｔｉｎｇ  ａｎｄ  ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  ｉｎ  ＮＭＲ  ｉｍａｇｉｎｇ，  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ，  Ｖｏｌ．  ６，  ページ８９−９５  （１９８８）」から、ＣＴシステムにおいては、  Ｓｃｈｏｅｐｆ  Ｕ、  Ｂｅｃｋｅｒ  ＣＲ、  Ｂｒｕｅｎｉｎｇ  ＲＤらによる「Ｅｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏｇｒａｐｈｉｃａｌｌｙ  Ｇａｔｅｄ  Ｔｈｉｎ−Ｓｅｃｔｉｏｎ  ＣＴ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｌｕｎｇ，  Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ，  Ｖｏｌ．  ２１２，  Ｐｐ．  ６４９−６５４  （１９９９）」から、  心臓用３ＤＸ線血管造影システムにおいては、Ａｓｃｈｅｎｂａｃｈ  Ｓ、  Ｕｌｚｈｅｉｍｅｒ  Ｓ、  Ｂａｕｍ  Ｕらによる「Ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ  Ｃｏｒｏｎａｒｙ  Ａｎｇｉｏｇｒａｐｈｙ  ｂｙ  Ｒｅｔｒｏｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ  ＥＣＧ−ｇａｔｅｄ  Ｍｕｌｔｉｓｌｉｃｅ  Ｓｐｉｒａｌ  ＣＴ，  Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ，  Ｖｏｌ．  １０２，  ページ２８２３−２８２８  （２０００））から得ることができる。
【００５４】
前述の参照文献に記載されているように、撮像システム上のデータ獲得は、被験者の心拍に同期化され、心拍は、心電図（ＥＣＧ）装置を使用して検出される。通常のＥＣＧは金属線を使用してＥＣＧ信号を伝える。前述の金属線は、ＭＲ画像内にアーチファクトをもたらし、それにより、画像品質を劣化させ得る。よって、ＭＲシステム上のデータ獲得をトリガするために、本発明におけるような遠隔検出手法から得られるトリガ信号を使用することが効果的である。ＣＴ又はＸ線血管造影の場合、本発明において概説したように非接触で検出される信号を使用してデータ獲得をトリガすることにより、患者にＥＣＧリード線を付けなくてよいので、患者をより容易に扱うという利点がもたらされる。
【００５５】
図１０は、本発明による方法の実現形態を示す。方法は、監視信号を受信する工程１００１と、患者の心拍を示す出力信号を生成する工程１００２とを備える。監視信号は、検出工程１００１で、患者との物理的な直接接触なしで受信される。
【００５６】
図１１は、本発明による方法の更なる実現形態を示す。方法は、非接触で患者の胸壁から監視信号を受信する工程１１０１と、監視信号を処理する工程１１０２と、患者の心拍を示す出力信号を生成する工程１１０３とを含む。
【００５７】
図１２は、本発明による方法の更なる実現形態を示す。方法は、患者に対して測定信号を送信する工程１２０１と、患者の胸壁から監視信号を受信する工程１２０２と、患者の心拍を示す出力信号を生成する工程１２０３とを含み、監視信号は患者の胸壁との測定信号の相互作用から生成される。
【００５８】
図１３は、本発明による方法の更なる実現形態を示す。方法は、患者の胸壁から監視信号を受信する工程１３０１と、監視信号を処理する工程１３０２と、患者の心拍を示す出力信号を生成する工程１３０３と、患者の心拍期を示すトリガ信号を生成する工程１３０４とを含む。
【００５９】
上記実施例は本発明を限定するよりも例証するものであり、特許請求の範囲記載の範囲から逸脱しない限り、別の多くの実施例を当業者が企図することができるであろう。特許請求の範囲では、括弧内にある参照符号は何れも、本特許請求の範囲を限定するものとして解釈されないものとする。「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」という語は、特許請求の範囲記載の構成要素又は工程以外の構成要素又は工程が存在することを排除するものでない。構成要素に語「ａ」又は「ａｎ」が先行していることは、前述の構成要素が複数存在することを排除するものでない。本発明は、別個のいくつかの構成要素を備えるハードウェアによって、かつ、適切にプログラムされるコンピュータによって実施することが可能である。いくつかの手段を列挙した装置クレームでは、これらの手段のいくつかを、コンピュータ読み取り可能な同一のハードウェア品目又はソフトウェア品目によって実施することが可能である。単に特定の方策が互いに別々の従属請求項に記載されていることは、こうした方策の組み合わせを利用することが可能でないことを示すものでない。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明による装置を示す概略図である。
【図２】処理装置を更に備える本発明による装置を示す概略図である。
【図３】送信装置を更に備える本発明による装置を示す概略図である。
【図４】トリガ装置を更に備える本発明による装置を示す概略図である。
【図５】測定信号がＥＭ放射又は超音波放射であり、監視信号が、反射されたＥＭ放射又は超音波放射であり、出力信号が測定信号と監視信号との間の周波数におけるドップラ・シフトである、本発明による装置の一実施例を示す概略図である。
【図６】患者の心拍の影響が呼吸運動にスーパインポーズされ、「ｏ」と付された軸が胸壁の変位の振幅を表し、「ｔ」と付された軸が時間を表す、被験者の胸壁の移動を示す概略図である。
【図７】測定信号が光ＥＭ放射であり、監視信号が、被験者の胸壁の時系列のシェアログラムを生成するよう処理される反射光ＥＭ放射であり、出力信号が、時系列のシェアログラムにおける連続したシェアログラムを比較することによって得られる、本発明による装置の更なる実施例を示す概略図である。
【図８】監視信号が、時系列の実体像を生成するよう処理される光ＥＭ放射であり、出力信号が、時系列の実体像における連続した実体像を比較することによって得られる、本発明による装置の更なる実施例を示す概略図である。
【図９】システムが、本発明の一実施例による監視装置を備え、トリガ信号を利用して被験者の心拍期にデータの獲得を同期化させるよう更に構成される、被験者からデータを獲得するよう構成された撮像システム又は分光システムの一実施例を示す概略図である。
【図１０】被験者の胸壁の外面の移動を示す監視信号が遠隔に検出される本発明による方法の実現形態を示す概略図である。
【図１１】心拍を示す出力信号を生成するよう監視信号が処理される、本発明による方法の実現形態を示す概略図である。
【図１２】測定信号が被験者の胸壁に対して送信され、監視信号が胸壁との測定信号の相互作用によって生成される、本発明による方法の実現形態を示す概略図である。
【図１３】被験者の心拍期を表すトリガ信号を生成するために監視信号が使用される、本発明による方法の実現形態を示す概略図である。
【図１】
2009517166.tif 000004
【図２】
2009517166.tif 000005
【図３】
2009517166.tif 000006
【図４】
2009517166.tif 000007
【図５】
2009517166.tif 000008
【図６】
2009517166.tif 000009
【図７】
2009517166.tif 000010
【図８】
2009517166.tif 000011
【図９】
2009517166.tif 000012
【図１０】
2009517166.tif 000013
【図１１】
2009517166.tif 000014
【図１２】
2009517166.tif 000015
【図１３】
2009517166.tif 000016
【国際調査報告】
2009517166.tif 000017
2009517166.tif 000018
2009517166.tif 000019
2009517166.tif 000020
2009517166.tif 000021