(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者（Ｐ）の呼吸サイクルを表す呼吸信号データを決定するためにコンピュータ（２）が実行するデータ処理方法であって、
コンピュータが、患者の身体の表面の少なくとも一部の経時的な一連の訓練用熱画像（Ｔ１〜ＴＮ）を表す画像データを取得するステップを含み、一連の訓練用熱画像は、呼吸サイクルの少なくとも半分にわたり、サーモグラフィーカメラ（３）によって取得され、
さらに、コンピュータが、呼吸信号データとして追跡点（ＴＰ）の軌跡（Ｔ）を定めるために、画像データ中の少なくとも１つの追跡点（ＴＰ）を一連の訓練用熱画像（Ｔ１〜ＴＮ）にわたって追跡するステップを含み、追跡点（ＴＰ）は、患者の身体の表面上の点であり、
さらに、コンピュータが、サーモグラフィーカメラ（３）によって取得された現況の熱画像中に前記軌跡（Ｔ）の周りの通路（Ｃ）を定めるステップ、コンピュータが、現況の熱画像中で前記追跡点（ＴＰ）の位置を特定するステップ、及び、前記追跡点（ＴＰ）の位置が通路（Ｃ）の外である場合、コンピュータが、移動警告信号を出力するステップを含む、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
コンピュータが、サーモグラフィーカメラ（３）によって取得された現況の熱画像中にゲート領域（ＧＲ）を定めるステップ、コンピュータが、現況の熱画像中で前記追跡点（ＴＰ）の位置を特定するステップ、及び、コンピュータが、前記追跡点（ＴＰ）がゲート領域（ＧＲ）内にあるか否かを示すゲート信号を生成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
コンピュータが、サーモグラフィーカメラ（３）によって取得された少なくとも２つの連続する現況の熱画像から前記追跡点（ＴＰ）の速度を特定するステップ、コンピュータが、前記軌跡（Ｔ）の対応する位置における前記追跡点（ＴＰ）の速度を所定の速度と比較するステップ、及び、速度の差が所定のしきい値を超えていた場合、コンピュータが、速度警告を出力するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
コンピュータが、前記軌跡（Ｔ）の次元を一次元に縮減するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
次元を縮減するステップは、コンピュータが、前記軌跡（Ｔ）の主軸（ＭＡ）を定めるステップ、及び、コンピュータが、前記軌跡を主軸（ＭＡ）上に射影するステップを含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記追跡点（ＴＰ）は、自動的に選択されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記追跡点（ＴＰ）は、熱画像のユーザ定義領域内で自動的に選択されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
一連の訓練用熱画像（Ｔ１〜ＴＮ）中で複数の前記追跡点（ＴＰ１ａ、ＴＰ１ｂ、ＴＰ１ｃ、ＴＰ２ａ、ＴＰ２ｂ、ＴＰ２ｃ）が追跡され、それぞれの前記追跡点の前記軌跡（Ｔ１ａ、Ｔ１ｂ、Ｔ１ｃ、Ｔ２ａ、Ｔ２ｂ、Ｔ２ｃ）が定められることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
複数の前記追跡点（ＴＰ１ａ、ＴＰ１ｂ、ＴＰ１ｃ、ＴＰ２ａ、ＴＰ２ｂ、ＴＰ２ｃ）には、前記追跡点の前記軌跡の主軸の互いの角度が所定の範囲内にある前記追跡点のみが含まれることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
コンピュータが、サーモグラフィーカメラ（３）によって取得された現況の熱画像中に複数の前記追跡点（ＴＰ１ａ、ＴＰ１ｂ、ＴＰ１ｃ、ＴＰ２ａ、ＴＰ２ｂ、ＴＰ２ｃ）のそれぞれに対するゲート領域を定めるステップ、コンピュータが、現況の熱画像中の複数の前記追跡点（ＴＰ１ａ、ＴＰ１ｂ、ＴＰ１ｃ、ＴＰ２ａ、ＴＰ２ｂ、ＴＰ２ｃ）の位置を特定するステップ、及び、コンピュータが、複数の前記追跡点（ＴＰ１ａ、ＴＰ１ｂ、ＴＰ１ｃ、ＴＰ２ａ、ＴＰ２ｂ、ＴＰ２ｃ）のうちの全てまたは大部分が、それぞれ対応するゲート領域内にあるか否かを示すゲート信号を生成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
コンピュータが、複数の前記追跡点（ＴＰ１ａ、ＴＰ１ｂ、ＴＰ１ｃ、ＴＰ２ａ、ＴＰ２ｂ、ＴＰ２ｃ）のそれぞれの前記軌跡の主軸を定めるステップ、コンピュータが、複数の前記軌跡をそれぞれの主軸に射影するステップ、及び、コンピュータが、一次元の呼吸信号データを取得するために複数の射影された前記軌跡の平均をとるステップをさらに含むことを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
コンピュータが、前記軌跡（Ｔ）を、腫瘍運動モデルによって記述される腫瘍の動きと関係付けるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
コンピュータ（２）上で実行されたときに、請求項１から１２のいずれか１項に記載の方法のステップをコンピュータ（２）に実行させるプログラム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のプログラムが、特に非一時的な形式で、保存されたプログラムストレージ媒体。
【請求項１５】
請求項１３に記載されたプログラムが保存された、及び／または、該プログラムが実行されているコンピュータ（２）を含む、患者の呼吸サイクルを表す呼吸信号データを決定するためのシステム（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、患者の呼吸サイクルを表す呼吸信号データを決定するためにコンピュータによって実行されるデータ処理方法、並びに、対応するコンピュータプログラム及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの医療応用において、患者の呼吸信号を知ることは有益であり、呼吸信号が必要な場合もある。典型的な応用例は、放射線療法または放射線手術である。この場合、治療用ビームは、呼吸信号に従って、ゲート調整または案内される。呼吸は、典型的には、周期的なサイクルで発生する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、本明細書は、患者の呼吸サイクルを表す呼吸信号データを決定することに関連する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この方法、プログラム、及びシステムは、添付の独立請求項により定められる。本発明の利点、有利な特徴、有利な実施形態、及び有利な態様は、以下に開示されるとともに、従属請求項の主題に含まれる。様々な有利な特徴は、技術的に合理的かつ実行可能である場合には常に、本発明に従って組み合わせることができる。特に、１つの実施形態が備える特徴は、同一または類似の機能を有する他の実施形態が備える他の特徴と入れ換えることができる。また、１つの実施形態が備える他の実施形態にさらなる機能を補足する特徴は、他の実施形態に追加することができる。
【０００５】
本発明は、患者の呼吸サイクルを表す呼吸信号データを決定するためにコンピュータによって実行されるデータ処理方法に関する。この方法は、患者の身体の表面の少なくとも一部の経時的な一連の訓練用熱画像を表す画像データを取得するステップを含み、一連の訓練用熱画像は、呼吸サイクルの少なくとも半分にわたり、サーモグラフィーカメラによって取得される。この方法は、さらに、呼吸信号データとして追跡点の軌跡を定めるために、画像データ中の少なくとも１つの追跡点を一連の訓練用熱画像にわたって追跡するステップを含み、追跡点は、患者の身体の表面上の点である。追跡点は、熱標識とも呼ばれる。
【０００６】
熱画像中に表示される患者の身体の表面の一部は、好ましくは、患者の呼吸とともに動く部分である。これは、この表面の領域内の点が、患者の呼吸とともに動くことを意味する。これによって、一連の訓練用熱画像中にこの点が映される位置は、経時的に変化することになる。簡潔さのため、この位置を、追跡点の位置または熱画像中の追跡点の位置ともいう。
【０００７】
経時的な一連の訓練用熱画像は、呼吸サイクルの半部にわたるものであれば十分である。但し、一連の訓練用熱画像は、呼吸サイクルの全体またはそれ以上にわたるものであってもよい。
【０００８】
画像データ中で点を追跡することは、一連の訓練用熱画像中で追跡点の位置を特定することを意味する。追跡ステップの結果として、一連の追跡点の位置が得られる。この一連の追跡点の位置は、追跡点の軌跡の離散的な標本を表す。軌跡は、この位置の集合によって表される。または、複数の位置によって定められる閉曲線を軌跡とすることもでき、この閉曲線は、例えば、複数の追跡点の位置に曲線を適合させ、最も良く適合する曲線（以下、最適曲線ともいう）を得ることによって、得ることができる。軌跡は、特定の形状を有するだけではなく、全呼吸サイクルの間に１回その上をたどられるものであるため、時間的様相も有するものである。軌跡は、典型的には、熱画像の座標系内の二次元の曲線である。
【０００９】
サーモグラフィーカメラは、好ましくは、空間内に固定される。したがって、一連の訓練用画像中の追跡点の位置は、空間内での追跡点の移動によって定められる。患者が空間内で移動しない場合、空間内での追跡点の移動は、患者の呼吸動作のみによって生じる。
【００１０】
「訓練用熱画像」という語句における「訓練用」という用語は、訓練用熱画像が追跡点の軌跡を定めるために使用されるものであり、これが、一種の訓練過程であることを意味する。この方法の任意に選択される後のステップでは、現況の熱画像が使用される。現況の熱画像は、訓練用熱画像が取得された後に、サーモグラフィーカメラによって取得される画像である。
【００１１】
典型的には、軌跡は、楕円形を有する。このとき、軌跡は、２つの長軸頂点を有する。これらは、軌跡上の互いに最も離れた２点である。典型的には、これらの２つの長軸頂点は、呼吸サイクルの吸気部分が停止し、呼気部分に切り替わる点、または、呼気部分が停止し、吸気部分に切り替わる点、を示すものである。
【００１２】
本発明の態様は、二次元の熱画像の時間系列から呼吸信号を導くことである。熱画像において、画素は、点の可視スペクトル内の色を表すものではなく、その点から放射される温度または温度分布を表す。各点は、最大温度までの範囲で放射するため、熱画像の画素は、例えば、この点の最大温度を表し得る。本明細書において、熱画像は、好ましくは、不可視スペクトル内で患者の身体の表面から放射された熱放射のみを表すものである。熱画像は、周波数変換が実行された場合にのみ、人間の目に有効に提示され得る。これは、しばしば偽色表現とも呼ばれる。
【００１３】
熱画像を使用する利点は、熱放射のスペクトルが、照明のような環境条件及び表面の光学特性に依存せず、したがって、表面の大きな領域が可視スペクトルにおいて同じ光学特性を有している場合でも、熱放射では特有のパターンを呈する可能性があることである。これによって、患者の表面上の点を、高い信頼性をもって特定し、一連の熱画像中で追跡することが可能となる。
【００１４】
一実施形態において、二次元の熱画像は、８μｍと１４μｍの間の波長を表す。この範囲は、患者の身体の表面の典型的な温度に対応する。二次元の熱画像は、好ましくは、近赤外スペクトル内の波長を表さない。近赤外スペクトルは、典型的には、２．５μｍまた３μｍの波長まで広がるものと理解されている。
【００１５】
一実施形態において、この方法は、サーモグラフィーカメラによって取得された現況の熱画像中にゲート領域を定めるステップ、現況の熱画像中で追跡点の位置を特定するステップ、及び、追跡点がゲート領域内にあるか否かを示すゲート信号を生成するステップをさらに含んでいる。上述したように、現況の熱画像は、訓練用熱画像が取得された後に取得される熱画像であり、患者の現在の状態を表す。ゲート領域は、例えば、現況の熱画像中の領域であり、例えば、長方形の領域である。一例において、ゲート領域は、例えば軌跡の頂点を含むように、自動的に設定されるものであってもよい。または、ゲート領域は、ユーザによって入力されるものであってもよい。
【００１６】
追跡点の位置がゲート領域内にある場合、これは、患者が、呼吸サイクルの特定の部分にあることを意味する。同時に、これは、腫瘍のような組織が特定の位置にあることを意味し、これによって、治療用ビームを作動させることができる。ゲート領域は、例えば、その中に軌跡の長軸頂点のうちの１つが存在する領域である。この点は、典型的には、吸気から呼気への、または、呼気から吸気への遷移を表している。これは、追跡点の位置がゲート領域内にある時点において、対象は動かないか、または殆ど動かないことを意味する。ゲート信号は、治療用ビームのオン及びオフを当該技術分野において周知のように調整するために、使用することができる。
【００１７】
この実施形態は、現況の熱画像中にゲート領域を適切に定めることによって、治療用ビームを制御するためのゲート信号を決定するために複雑な計算を殆どともなわない単純な方法を提供するものである。
【００１８】
一実施形態において、この方法は、サーモグラフィーカメラによって取得された現況の熱画像中に軌跡の周りの通路を定めるステップ、現況の熱画像中で追跡点の位置を特定するステップ、及び、追跡点の位置が通路の外である場合、移動警告信号を出力するステップをさらに含んでいる。
【００１９】
上述したように、サーモグラフィーカメラは、好ましくは、空間内に固定されている。したがって、現況の熱画像中の追跡点の位置は、患者の呼吸の動きと追加の動きとの重ね合わせによって定められる。追加の動きは、咳または任意の他の随意もしくは不随意の運動によって生じる場合がある。追跡点が通路の外にある場合、追加の動きが生じたものと仮定される。これは、患者が、もはや所望の位置にはいない可能性が高く、したがって、放射線手術や放射線治療のような医学的処置を停止するのが有益であることを意味する。このように、この実施形態は、患者に望ましくない動きが生じ、したがって患者がもはや所望の位置にいない場合に、警告を出力することを可能にするものである。
【００２０】
この実施形態において、「通路」という語句は、軌跡の左右を囲む領域を意味する。通路は、例えば、軌跡の左側の画素数及び軌跡の右側の画素数によって定められる。「左」及び「右」という用語は、軌跡がたどられる方向に対して定義され、かつ、好ましくは、軌跡に対して直交する方向に関連する。
【００２１】
軌跡を広げるものである通路を定める代わりに、軌跡の全体を囲む領域が定められるものであってもよい。この領域は、例えば、楕円形または長方形の形状を有するものであってもよい。追跡点がこの領域内にない場合、移動警告信号が出力される。これによって、計算の複雑性がさらに低減される。
【００２２】
一実施形態において、移動警告信号が出力された場合、空間内の患者の位置が確認される。移動警告信号は、空間内の患者の位置が変化した可能性があり、したがって、空間内の患者の位置が既知であることを要する処置を正しく行うことができない可能性があることを示す。このように、移動警告信号は、空間内の患者の位置を再度確認するための契機となる。
【００２３】
一実施形態において、画像データを取得するステップ及び画像データ中で少なくとも１つの追跡点を追跡するステップは、移動警告信号が出力された後に繰り返される。患者の間内の位置が変化していた場合、患者とサーモグラフィーカメラとの間の相対位置が変化している。これは、軌跡が、もはや患者の表面上の追跡点の移動を表さないことを意味する。この場合、新たな一連の訓練用熱画像から新たな軌跡が定められる。
【００２４】
一実施形態において、この方法は、サーモグラフィーカメラによって取得された少なくとも２つの連続する現況の熱画像から追跡点の速度を特定するステップ、軌跡の対応する位置における追跡点の速度を所定の速度と比較するステップ、及び、速度の差が所定のしきい値を超えていた場合、速度警告を出力するステップをさらに含んでいる。速度は、例えば、２つの連続する現況の熱画像中の２つの追跡点の位置の間の距離から算出することができる。この距離は、特に２つの連続する現況の熱画像の取得の間の時間が既知の場合、追跡点の速度を表す。
【００２５】
呼吸サイクルの持続時間は、典型的には、３秒と６秒の間である。例えば数分といった特定の期間内において、呼吸サイクルの持続時間は、典型的には、一定である。したがって、現況の熱画像から特定された追跡点の速度が、訓練用熱画像から導かれる速度と大きく異なる場合、これは、患者の異常状態を示している可能性がある。
【００２６】
速度の代わりに、加速度を使用することもできる。これは、連続する現況の熱画像から追跡点の加速度を特定するステップ、軌跡の対応する位置における追跡点の加速度を所定の加速度と比較するステップ、及び、加速度の差が所定のしきい値を超えていた場合、加速度警告を出力するステップが実行されることを意味する。追跡点の加速度は、例えば、３つの連続する現況の熱画像から特定される。一実施形態において、第１及び第２の連続する現況の熱画像から追跡点の第１の速度が特定され、第２及び第３の連続する現況の熱画像から追跡点の第２の速度が特定される。次いで、第１及び第２の速度から加速度が特定される。
【００２７】
一実施形態において、追跡点の速度または加速度は、それぞれ軌跡の対応する点における速度または加速度と比較されるのではなく、統計的な許容誤差と比較される。統計的な許容誤差は、例えば、訓練用熱画像における、１回の呼吸サイクルまたは呼吸サイクルの一部にわたる速度または加速度の平均をとり、そして、標準偏差を算出することによって得られる。このように、統計的な許容誤差は、速度または加速度の平均に対する標準偏差として得られ、任意選択で、標準偏差に、好ましくは１よりも大きい、因子が乗算される。別の実施形態において、速度または加速度の最小値または最大値は特定され、統計的な許容誤差は、最小値から最大値までの範囲である。この許容誤差には、任意選択で、１よりも大きな因子によって広げられる。これは、最小値が因子によって除算され、最大値に因子が乗算されることを意味する。
【００２８】
一実施形態において、正常な呼吸が行われているか、または、異常呼吸または追加の動きといった異常が発生しているかの判別は、クラス分類器（classificator）を適用することによって実行される。クラス分類器は、クラス分類（classification）とも呼ばれ、患者の現在の状態が正常であるか否かを判別する。このため、クラス分類器は、少なくとも訓練用熱画像で訓練される。クラス分類器の訓練は、現況の熱画像でも継続されるものであってもよい。クラス分類器は、２つの可能な状態（クラスとも呼ばれる）のうちの１つを割り当てるものであるため、これらの２つの状態の間に決定境界がある。
【００２９】
一実施形態において、この方法は、軌跡の次元を一次元に縮減するステップをさらに含んでいる。上述したように、軌跡は、典型的には、熱画像の座標系における二次元の曲線である。幾つかの応用のために、呼吸サイクルの経時的なグラフを描けば十分である。これは、典型的には、正弦曲線のグラフになる。次元の縮減は、例えば、軌跡（その軌跡が経時的にどのようにたどられるのかを含む）を、経時的な一次元のグラフに変換するものである。
【００３０】
一実施形態において、次元を縮減するステップは、軌跡の主軸を定めるステップ、及び軌跡を主軸上に射影するステップを含んでいる。主軸は、例えば、軌跡Ｔ上の２点を結ぶ線のうち、最大限可能な距離を有する線である。したがって、この線の長さは、経時的な一次元のグラフの最大振幅を示す。グラフは、一連の訓練用熱画像中の追跡点の軌跡または位置をたどり、そして、それぞれの点を主軸上に射影することによって取得することができる。
【００３１】
上述したように、熱画像を使用することの１つの利点は、患者の表面上の点を、可視スペクトルにおける照明のような外部の状況に関わらず、高い信頼性をもって検出することが可能であることである。一連の訓練用熱画像及び任意の現況の熱画像のような複数の画像中で、患者の表面上の同一の点である追跡点を特定するには幾つかの方法がある。１つの方法は、追跡点の特定の温度を割り当て、熱画像中で同一の温度を有する点を特定する方法である。より複雑な方法は、追跡点自体の温度のみを考慮するのではなく、追跡点の周りの領域の熱的特徴（サーマル・シグネチャ）を考慮することである。
【００３２】
一実施形態において、この方法は、追跡点のような患者の表面上の点にデスクリプタを割り当てるステップを含んでいる。デスクリプタは、例えば、その点の特性から、及び任意選択でその点の近傍の点の特性から、算出される値である。デスクリプタは、典型的には、１点を明確に特定するために使用される。本明細書において、デスクリプタは、複数のデスクリプタまたはデスクリプタ値の組であってもよい。デスクリプタは、例えば、熱画像から算出される。デスクリプタは、例えば、表面上のその点を表す画素の特性から、及び／または、この画素の近傍の画素の特性から、算出される。
【００３３】
デスクリプタの１つの利点は、基本的に、経時的に（例えば、１秒間、２秒間、５秒間、１０秒間、１５秒間、３０秒間、６０秒間、またはこれらよりも長時間）不変であることである。これは、デスクリプタは、様々に異なる時点で取得された熱画像中で患者の身体の表面上の同一の点を示す画素を特定するために、有利に使用可能であることを意味する。
【００３４】
デスクリプタを算出するための原理は、例えば、M． Calonder, V. Lepetit, M. Ozuysal, T. Trzcinski, C. Strecha, P, Fua 著，”BRIEF: Computing a Local Binary Descriptor Very Fast”, IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 第３４巻，第７号，２０１２年７月，１２８１−１２９８頁、に開示されており、これは、参照によって本明細書に援用される。
【００３５】
別の方法は、点の周りの近傍を使用する方法である。この近傍は、１つの熱画像中のこの近傍は、別の熱画像中のいわゆる積分窓内の相似関数を定義及び解析するために使用される。他の熱画像中で、１つの熱画像中の近傍に最も類似する近傍を有するように、積分窓の中央に位置する点は、他の熱画像における同一の点と見なされる。この方法は、いわゆる Lukas-Kanade アルゴリズムにより有効に実行することができる。
【００３６】
一実施形態において、追跡点は、自動的に選択される。例えば、表面上の点が追跡点として選択されるのは、その点が一連の訓練用熱画像中で明確に特定可能な場合である。これは、一連の訓練用熱画像の全体にわたって追跡可能な点が、追跡点として自動的に選択されることを意味する。
【００３７】
一実施形態において、追跡点は、熱画像のユーザ定義領域内で自動的に選択される。ユーザ定義領域は、例えば、胸部または腹部といった特定の解剖学的領域を示す。これらの例示した領域では、患者の呼吸動作と強く相関した動作が行わることが知られている。したがって、追跡点がユーザ定義領域内に存在していれば、追跡点の動きは呼吸動作を表していると仮定することができる。
【００３８】
一実施形態において、一連の訓練用熱画像中で複数の追跡点が追跡され、それぞれの追跡点の軌跡が定められる。これによって、この方法の、例え、画像データ中で追跡手を追跡するときのノイズまたは他の不正確性に対する、ロバスト性が向上する。
【００３９】
上述したように、軌跡は、画像データ中の複数の追跡点の位置に適合された最適曲線であってもよい。熱画像中での追跡点の位置の特定における不正確性のため、患者の表面上の互いに近接する異なる追跡点の軌跡は、それらの追跡点に対する軌跡の形状が僅かに異なる場合がある。これは、例えば、患者の表面上の２つまたはそれより多くの（近接する）追跡点の軌跡の平均をとることによって、矯正することができる。そして、平均化された軌跡を、軌跡の平均がとられたそれぞれの追跡点に割り当てることができる。
【００４０】
一実施形態において、複数の追跡点には、追跡点の軌跡に同様の主軸を備える追跡点のみが含まれる。上述したように、軌跡は、典型的には、楕円形を有しており、それぞれの楕円形は、主軸を有している。主軸は、楕円の頂点を結ぶ線である。上述したように、頂点は、軌跡上の最大限可能な距離を有する２点である。したがって、軌跡に同様の主軸を備える追跡点は、呼吸サイクルの間に同様の動きを行う。したがって、例えば、同様の主軸を備える軌跡のみの平均をとることが有利である。この場合、「同様の」という用語は、主軸同士の角度が、例えば、１°、２°、３°、５°、または１０°のような限定された範囲内にあることを意味する。
【００４１】
この実施形態の１つの修正または追加は、複数の追跡に、同様の位相を備えた追跡点のみが含まれることである。軌跡の位相は、例えば、軌跡の頂点のうちの１つのような軌跡上の特定の点における時点と基準となる時点との間の時間差によって定義される。位相は、例えば、これらの時間差が、０．１秒、０．２秒、０．３秒、または０．５秒よりも小さい場合に、同様であるとみなされる。あるいは、位相は、これらの時間差が、呼吸サイクルの持続時間の所定の割合、例えば、呼吸サイクルの持続時間の２％、５％、または１０％、を下回る場合、同様であると見なされる。
【００４２】
一実施形態において、この方法は、サーモグラフィーカメラによって取得された現況の熱画像中に複数の追跡点のそれぞれに対するゲート領域を定めるステップ、現況の熱画像中の複数の追跡点の位置を特定するステップ、及び、複数の追跡点のうちの全てまたは大部分が、それぞれ対応するゲート領域内にあるか否かを示すゲート信号を生成するステップをさらに含んでいる。この実施形態は、単一の追跡点に対して単一のゲート領域が定められる実施形態と同様である。但し、この実施形態では、複数の追跡点に対して、独立にゲート領域を定めることができる。一実施例では、ゲート信号は、（同一の）現況の熱画像中で全ての追跡点がそれぞれのゲート領域内にあることを示しており、これは、複数の追跡点が、同じ時点において軌跡の所定の位置にあることを意味する。別の実施例では、追跡点のうちの大部分がそれぞれのゲート領域内にあれば十分である。複数の追跡点の軌道同士に位相差が存在する可能性は、ゲート領域を適切に定めることによって補償することができる。これは、複数のゲート領域は、必ずしもそれらの軌跡の同一の頂点の箇所にある必要はないことを意味する。
【００４３】
この実施形態において、「大部分」という用語は、全ての追跡点の特定の割合、例えば、全ての追跡点の８０％、９０％、９５％、９８％、または９９％、を意味する。
【００４４】
この実施形態では、ゲート信号の生成のロバスト性が向上する。例えば熱画像中のノイズによって、少数の追跡点の位置が正確には特定できない場合、それにもかかわらず正しいゲート信号を生成することができる。
【００４５】
一実施形態において、この方法は、複数の追跡点のそれぞれの軌跡の主軸を定めるステップ、複数の軌跡をそれぞれの主軸に射影するステップ、及び、一次元の呼吸信号データを取得するために複数の射影された軌跡の平均をとるステップをさらに含んでいる。この実施形態は、単一の追跡点の軌跡の主軸が定められ、単一の追跡点の軌跡及び／または複数の位置が主軸上に射影される実施形態と同様である。但し、この実施形態では、複数の追跡点の複数の射影された軌跡の平均をとり、それによって、一次元の呼吸信号データの信頼性を向上されることができる。
【００４６】
一実施形態において、この方法は、軌跡を、腫瘍運動モデルによって記述される腫瘍の動きと関係付けるステップをさらに含んでいる。
【００４７】
腫瘍は、典型的には、患者の体内の固定された位置にあるのではなく、例えば患者の呼吸動作によって、動く場合がある。呼吸動作による腫瘍の動きを記述する腫瘍運動モデルが知られている。追跡点の軌跡が、腫瘍運動モデルによって記述される腫瘍の動きと関係付けられた場合、腫瘍の位置を、軌跡上の追跡点の位置から算出することができる。これによって、呼吸信号データは、患者の体内での腫瘍の動きを示す腫瘍運動信号を代替するものとなる。
【００４８】
一実施形態において、撮像された患者の身体の表面の（一部）は、２つまたそれよりも多数の領域に分割され、それぞれの領域中で少なくとも１点の軌跡が上述したように定められる。これは、それぞれの領域中に少なくとも１つの軌跡が存在することを意味する。一実施形態において、これらの複数の領域中の軌跡から、特に、同一の領域中の軌跡の平均をとることによって、それぞれの領域について１つまたはそれより多数の平均の軌跡を算出することができる。これは、それぞれの領域中の表面上の点が同一のまたは類似した軌跡を有しており、一方、異なる領域の表面上の点の軌跡が互いに異なっている場合、特に有用である。
【００４９】
一実施形態において、この方法は、さらに、サーモグラフィーカメラによって取得された少なくとも２つの連続する現況の熱画像から追跡点の方向を特定するステップ、定められた方向を、軌跡の対応する位置における追跡点の方向と比較するステップ、及び、方向の差が所定のしきい値を超えた場合、方向警告を出力するステップをさらに含んでいる。所定のしきい値は、例えば、５°、１０°、２０°、３０°、４５°、または６０°である。この実施形態では、例えば追跡点の位置が通路または軌跡の周囲の領域の外側に出る前においても、追跡点のその軌跡からの逸脱を判別することができる。
【００５０】
本発明の１つの利点は、呼吸信号データが決定される前に、較正工程を何ら必要としないことである。加えて、本発明では、呼吸信号データを決定するために、単一のサーモグラフィーカメラ、特に、単一の二次元のサーモグラフィーカメラ、で十分である。さらに、本発明では、患者の表面の追跡点を、サーモグラフィーカメラのフレームレートに応じた高い周波数で追跡することが可能となる。この周波数は、典型的には、３０Ｈｚと６０Ｈｚの間、または、それよりも高い周波数である。
【００５１】
本発明は、非一時的なコンピュータ可読媒体上に保存されたコンピュータプログラムにも関連する。このプログラムは、コンピュータ上で実行されたとき、またはコンピュータ上にロードされたとき、コンピュータに上述したデータ処理方法のうちの１つまたは複数のステップを実行させるものである。
【００５２】
本発明は、さらに、患者の呼吸サイクルを表す呼吸信号データを決定するためのシステムにも関連する。このシステムには、上述したプログラム保存された、及び／または上述したプログラムが実行されているコンピュータが含まれる。
【００５３】
本発明は、例えば、出願人の製品であるＥｘａｃＴｒａｃ（登録商標）に関連する。これは、放射線治療における患者の定位及び監視のために使用される。本発明は、治療用ビームのゲートを調整するためのゲート信号を算出する、または、治療用ビームの方向を制御するために腫瘍のような組織の運動を表す運動信号を算出する、ために使用されるものであってもよい。
【００５４】
本発明に従う方法は、例えば、データ処理方法である。このデータ処理方法は、好ましくは、技術的手段、例えばコンピュータを使用して実行される。このデータ処理方法は、好ましくは、コンピュータにより、またはコンピュータ上で、実行されるように構成され、例えば、コンピュータにより、またはコンピュータ上で、実行される。例えば、本発明に従う方法の全てのステップまたは幾つかのステップ（すなわち、全てのステップよりも少数のステップ）は、コンピュータによって実行することができる。
【００５５】
例えば、コンピュータは、例えば電子的及び／または光学的に、データを処理するための演算処理装置及び記憶装置を含む。本明細書に記載された計算（算出）ステップは、例えば、コンピュータにより実行される。計算（算出）する、または決定する（特定する、定める）ステップは、例えば、データ処理方法の技術的フレームワーク、例えばプログラムのフレームワークにおいて、データを決定する（特定する、定める）ステップである。コンピュータは、例えば、任意の種類のデータ処理装置であり、例えば電子的データ処理装置である。コンピュータは、例えば、デスクトップ型パーソナルコンピュータ、ノートブック型パーソナルコンピュータ、ネットブック型パーソナルコンピュータ等の、一般的にコンピュータと見なされる装置であってもよい。但し、コンピュータは、例えば携帯電話機または埋め込み型プロセッサ等の、任意のプログラム可能な装置であってもよい。
【００５６】
コンピュータは、例えば、複数の「下位コンピュータ」のシステム（ネットワーク）を含むものであってもよい。ここで、各下位コンピュータは、それぞれ独立したコンピュータに相当する。「コンピュータ」という用語は、クラウドコンピュータ、例えばクラウドサーバを含む。「クラウドコンピュータ」という用語は、クラウドコンピュータシステムを含む。クラウドコンピュータシステムは、例えば、少なくとも１つのクラウドコンピュータからなるシステムを含み、例えばサーバファームのように、動作可能に相互接続された複数のクラウドコンピュータを含む。好ましくは、クラウドコンピュータは、ワールドワイドウェブ（ＷＷＷ）のような広域ネットワークに接続される。このようなクラウドコンピュータは、全てワールドワイドウェブに接続された複数のコンピュータからなるいわゆるクラウド中に存在する。このような基盤構造は、「クラウドコンピューティング」に使用される。クラウドコンピューティングには、特定のサービスを提供するコンピュータの物理的位置及び／または構成についてエンドユーザが知る必要のない計算、ソフトウェア、データのアクセス及びストレージサービスが含まれる。例えば、「クラウド」という用語は、インターネット（ワールドワイドウェブ）の暗喩として使用される。例えば、クラウドは、サービスの１つとして計算の基盤構造を提供する（ＩａａＳ）。クラウドコンピュータは、本発明に係る方法を実行するために使用されるオペレーティングシステム及び／またはデータ処理アプリケーションの仮想ホストとして機能するものであってもよい。クラウドコンピュータは、例えば、Ａｍａｚｏｎ Ｗｅｂ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ（登録商標）によって提供される Ｅｌａｓｔｉｃ  Ｃｏｍｐｕｔｅ  Ｃｌｏｕｄ（ＥＣ２）である。
【００５７】
コンピュータは、例えば、データの入出力及び／またはアナログ−デジタル変換を実行するためのインタフェースを含む。このデータは、例えば、物理的特性を表すデータ及び／または工学的信号から生成されたデータである。工学的信号は、特に、（工学的）検出装置（例えば、マーカーデバイスを検出するための装置）及び／または（工学的）分析装置（例えば、画像を用いた方法を実行する装置）であり、この場合、工学的信号は、例えば、電気信号または光信号である。工学的信号は、例えば、コンピュータにより受信または出力されたデータを表す。
【００５８】
コンピュータは、好ましくは、表示装置に動作可能に結合される。表示装置は、コンピュータによって出力された情報を、例えばユーザに対して、表示することを可能にする。表示装置の一例は、拡張現実デバイス（拡張現実メガネとも呼ばれる）であり、これをナビゲーションのための「ゴーグル」として使用することができる。このような拡張現実メガネの特定の例は、グーグル社製のグーグル・グラス（登録商標）である。拡張現実デバイスは、ユーザ相互作用による情報のコンピュータへの入力と、コンピュータによって出力された情報の表示の両方に使用することができる。表示装置の別の例は、標準的なコンピュータ用モニターである。このモニターには、例えば、表示装置上に画像情報のコンテンツを表示するために使用される信号生成するためのコンピュータからの表示制御データを受信するために、コンピュータと動作可能に結合される液晶ディスプレイが含まれる。このようなコンピュータ用モニターの特定の実施形態は、ディジタル・ライトボックスである。モニターは、例えば携帯型の、可搬性のデバイスであってもよく、例えば、スマートホン、またはパーソナル・ディジタル・アシスタント、または、ディジタル・メディア・プレーヤーであってもよい。
【００５９】
「データの取得」という語句には、例えば、（データ処理方法のフレームワークにおいて）データ処理方法またはプログラムによってデータが決定されることが含まれる。データの決定には、例えば、物理量を測定し、その測定値を、例えばデジタルデータのような、データに変換すること、及び／または、そのデータをコンピュータにより計算すること、特に、本発明に係る方法によりデータを計算することが含まれる。例えば、「データの取得」の意味には、例えば別のプログラム、方法の先行するステップ、またはデータストレージ媒体からのデータが、例えばデータ処理方法またはプログラムによる後の処理のために、データ処理方法またはプログラムによって受け取られることまたは引き取られることも含まれる。したがって、「データの取得」は、例えば、データを受け取るために待機すること及び／またはそのデータを受け取ることを意味する場合もある。受け取られたデータは、例えば、インタフェースを介して入力されるものであってもよい。「データの取得」は、データ処理方法またはプログラムが、例えばデータストレージ媒体（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、データベース、ハードドライブ等）のようなデータ源から、または（例えば、別のコンピュータまたはネットワークから）インタフェースを介して、データを（能動的に）受け取るまたは取り出すためのステップを実行することを意味する場合もある。
【００６０】
データは、取得ステップの前に別のステップを実行することによって、「利用可能」状態となるものであってもよい。この別のステップにおいて、データは、取得されるために生成される。データは、（例えば、分析デバイスによって）、例えば検出されるかまたは取得される。その代わりに、または、それに加えて、別のステップにおいて、データは、例えばインタフェースを介して、入力される。例えば、生成されたデータが、（例えば、コンピュータに）入力されるものであってもよい。（取得ステップに先行する）別のステップにおいて、本発明に係る方法またはプログラムのフレームワークでデータが利用可能となるようにそのデータをデータストレージ媒体（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＤ、及び／またはハードドライブ）に保存する別のステップを実行することにより、データを準備するものであってもよい。したがって、「データの取得」には、取得されるべきデータを取得するように及び／または準備するように、装置に指令することも含まれる。
【００６１】
特に、取得ステップには、侵襲的手順は含まれない。この侵襲的手順は、身体に対する実質的な物理的干渉を意味し、医療の専門家によって実施されることを要するともともに、必要とされる専門的配慮と技能をもって実施された場合でも、健康に対する実質的な危険性を伴うものである。特に、データを取得すること、例えばデータを決定することには、外科的処置は含まれておらず、かつ、特に、人間または動物の身体を手術または治療を用いて処置する手順は含まれていない。このことは、特に、データを決定することを目的とするいずれのステップについても同様である。本発明に係る方法によって使用される様々なデータを区別するために、データは、「ＸＹデータ」等のように記載（または、参照）され、このデータが記述する情報の観点から定義される。この情報は、好ましくは「ＸＹ情報」等と呼ばれる。
【００６２】
本発明に従う方法は、好ましくは、コンピュータによって少なくとも部分的に実行される。すなわち、本発明に係る方法の全てのスッテプまたは幾つかのステップ（すなわち、全てのステップよりも少数のステップ）は、コンピュータによって実行することができる。
【００６３】
本発明は、コンピュータ上で実行されたときに、本明細書に記載された方法のうちの１つ、複数、または全てのステップをコンピュータに実行させるプログラム、及び／または、上記プログラムが（特に、非一時的な形式で）保存されたプログラムストレージ媒体、及び／または、上記プログラムストレージ媒体を含むコンピュータ、及び／または、プログラム（特に、上述したプログラム）、特に、本明細書に記載された方法の任意のまたは全てのステップを実行するために適したコード手段を含むプラグラム（例えば、上記プログラム）を表す情報を搬送する（物理的な、例えば電気的な、例えば工学的に生成された）信号波（例えば、デジタル信号波）にも関連する。
【００６４】
本発明のフレームワークにおいて、コンピュータプログラム要素は、ハードウェア及び／または（ファームウェア、常駐型ソフトウェア、マイクロコード等を含む）ソフトウェアによって実現される。本発明のフレームワークにおいて、コンピュータプログラム要素は、コンピュータプログラム製品の形をとるものであってもよい。コンピュータプログラム製品は、コンピュータが使用可能な、例えばコンピュータが読み取り可能なデータストレージ媒体として実現されているものであってもよい。このデータストレージ媒体には、指令実行システム上でまたは指令実行システムと関連して使用するために、このデータストレージ媒体内に具体的に表されている、コンピュータが使用可能な、特にコンピュータが読み取り可能なプログラム指令、「コード」、または「コンピュータプログラム」が含まれる。このような指令実行システムは、コンピュータであってもよい。コンピュータは、本発明に係るコンピュータプログラム要素及び／またはプログラムを実行するための手段を含むデータ処理装置、特に、コンピュータプログラム要素を実行するためのデジタルプロセッサ（中央処理装置：ＣＰＵ）を含み、さらに、任意選択で、コンピュータプログラム要素を実行するために使用されるデータ、及び／または、コンピュータプログラム要素を実行することによって生成されたデータを保存するための揮発性メモリー（特に、ランダムアクセスメモリー：ＲＡＭ）を含むデータ処理装置である。
【００６５】
本発明のフレームワークにおいて、コンピュータが使用可能な、特にコンピュータが読み取り可能なデータストレージ媒体は、指令実行システム、指令実行装置、または指令実行デバイス上で、または、これらのシステム、装置、デバイスと関連して使用するためのプログラムについて、それを含む、それを保存する、それと通信する、それを伝搬させる、またはそれを輸送することが可能な任意のデータストレージ媒体とすることができる。コンピュータが使用可能な、例えばコンピュータが読み取り可能なデータストレージ媒体は、例えば、電子的、磁気的、光学的、電磁的、赤外線、または半導体のシステム、装置、またはデバイスであってもよく、もしくは、例えばインターネットのような伝搬媒体であってもよいが、これらに限定されるものではない。コンピュータが使用可能なまたはコンピュータが読み取り可能なデータストレージ媒体は、プログラムが印刷された紙または他の適切な媒体ですらあってもよい。それは、例えば、紙または他の適切な媒体を光学的にスキャンすることによりプログラムを電子的に取り込み、次いで、適切な手段によりコンパイル、インタープリット、または、他の処理をすることが可能であるからである。好ましくは、データストレージ媒体は、不揮発性のデータストレージ媒体である。
【００６６】
本明細書に記載されたコンピュータプログラム製品、並びに、任意のソフトウェア及び／またはハードウェアは、例示的な実施形態において、本発明の機能を実施するための様々な形をとるものである。コンピュータ及び／またはデータ処理装置は、特に、ガイダンス情報を出力するための手段を含むガイダンス情報装置を含むものであってもよい。ガイダンス情報は、例えば、視覚的指示手段（例えば、モニター及び／またはランプ）による視覚的な方法、及び／または、聴覚的指示手段（例えば、スピーカー及び／またはデジタル音声出力装置）による聴覚的な方法、及び／または、触覚的指示手段（例えば、機器に組み込まれた振動要素）による触覚的な方法により、例えばユーザに対して、出力されるものであってもよい。本明細の目的に対して、コンピュータは工学的コンピュータであり、例えば工学的な（例えば触知可能な）構成要素）、例えば機械的な構成要素、及び／または、電子的な構成要素を含むものである。本明細書にこのように記載された任意の装置は、工学的かつ例えば触知可能な装置である。
【００６７】
治療用ビームは、身体の部位を治療する。この部位は、治療されるべき部位であり、「治療部位」とも呼ばれる。これらの身体の部位は、例えば患者の身体の一部（すなわち、解剖学的身体部位）である。
【００６８】
本発明は、医療分野、及び、例えば、放射線ビームのようなビームを使用して患者の身体部位を治療することに関する。このビームは、治療用ビームともよばれる。治療用ビームは、治療されるべき身体部位（「治療部位」）を治療するものである。これらの身体部位は、例えば患者の身体の一部、すなわち解剖学的部位である。治療の目的のために、例えば電離放射線が使用される。例えば、治療用ビームは、電離放射線を含むかまたは電離放射線からなるものである。電離放射線は、原子または分子から電子を解離させてそれらをイオン化するために十分なエネルギーを有する粒子（例えば、亜原子粒子またはイオン）または電磁波を含むか、またはこのような粒子または電磁波からなる。このような電離放射線の例には、Ｘ線、高エネルギー粒子（高エネルギー粒子ビーム）、及び／または、放射性元素から放出される電離放射線が含まれる。治療用放射線、例えば治療用ビームは、例えば、腫瘍学の分野における放射線治療のような放射線治療で使用される。特に癌を治療するために、腫瘍のような病理学的構造または組織を含む身体部位が、電離放射線を使用して治療される。したがって、腫瘍は治療部位の例である。
【００６９】
治療用ビームは、好ましくは、治療用ビームが治療部位を通過するように制御される。しかし、治療用ビームは、治療部位の外側の身体部位に悪影響を及ぼす可能性がある。本明細書において、これらの部位を「外側部位」ともいう。一般に、治療用ビームを治療部位に到達させて通過させるためには、外側部位を通過させる必要がある。
【００７０】
背景技術については、次の２つのウェブページも参照されたい。
http://www.elekta.com/healthcare_us_elekta_vmat.php
http://www.varian.com/us/oncology/treatments/treatment_techniques/rapidarc
【００７１】
特に、本発明には、侵襲的手順は含まれない。この侵襲的手順は、身体に対する実質的な物理的干渉を意味し、医療の専門家によって実施されることを要するともともに、必要とされる専門的配慮と技能をもって実施された場合でも、健康に対する実質的な危険性を伴うものである。例えば、本発明は、解剖学的組織に医療用インプラントを固定するために医療用インプラントを配置するステップ、または、解剖学的組織に医療用インプラントを固定するステップ、または、医療用インプラントが固定されるように解剖学組織を準備するステップを含まない。さらに、本発明は、いかなる手術のまたは治療上の活動を含まない。代わりに、本発明は、適用可能な場合は、患者の身体の外にある可能性のある医療用インプラントに対してツールを配置することに関するものである。この理由のみをとっても、本発明を実行することには、手術的または治療上の動作、及び、特に手術または治療のステップは不要である、または含まれていない。
【００７２】
以下に、本発明の実施形態を表す添付図面を参照して本発明を説明する。但し、本発明の範囲は、図示された特定の特徴によって限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】図１は、本発明に従うシステムを模式的に表す図である。
【図２】図２は、一連の訓練用熱画像を示す図である。
【図３ａ】図３ａは、一連の訓練用熱画像の追跡点の位置を重ね合わせた画像である。
【図３ｂ】図３ｂは、図３ａの示す複数の位置から定められた軌跡である。
【図４】図４は、追跡点の軌跡を定める工程のフローチャートである。
【図５】図５は、ゲート領域を示す画像である。
【図６】図６は、治療用ビームのゲートを調整する工程のフローチャートである。
【図７】図７は、軌跡の周りの通路を含む画像示す図である。
【図８】図８は、移動警告信号を出力する工程のフローチャートである。
【図９】図９は、軌跡の主軸を示す画像である。
【図１０】図１０は、経時的な軌跡の主軸への射影を示すグラフである。
【図１１】図１１は、２つの領域と複数の軌跡を含む画像である。
【発明を実施するための形態】
【００７４】
図１には、患者Ｐの呼吸サイクルを表す呼吸信号データを決定するためのシステム１が示されている。システム１は、サーモグラフィーカメラ３に接続されたコンピュータ２、入力機器１０、及び出力機器１１を含む。
【００７５】
サーモグラフィーカメラ３は、サーモグラフィー撮像ユニット４を含む。この撮像ユニット４は、レンズ系５及びセンサ６を含む。レンズ系５は、入射熱放射をセンサ６へと案内する。センサ６は、二次元の熱画像を生成する。この熱画像は、好ましくは、８μｍと１４μｍの間の波長を表す。レンズ系５は、可視スペクトルにおける画像を取得するカメラの光軸と同様の特性軸を有している。特性軸は、図１に破線として示されている。
【００７６】
患者の身体の一点から放射された熱放射は、その点の患者の身体の表面上の空間位置及びレンズ系５の特性に従って、センサ６の１つまた複数の画素上に案内される。
【００７７】
この例において、センサ６は、入射熱放射を電圧に変換するセンサセルの二次元配列であり、この電圧は、患者の身体の表面上の対応する点の温度に対応する。この温度は、典型的には、入射熱放射のスペクトル内の最大波長から導かれる。
【００７８】
サーモグラフィーカメラ３は、例えば手術室内の、固定された空間位置に配置される。患者Ｐは、例えば手術台上に、横たわっている。
【００７９】
コンピュータ２は、中央処理装置７、記憶装置８、及びインタフェース９を含む。記憶装置８は、プログラムデータ、及び／または、サーモグラフィーカメラ３から取得された画像データのような作業用データを保存する。コンピュータ２は、インタフェース９を介して、入力機器１０、出力機器１１、及び／またはサーモグラフィーカメラ９に接続される。
【００８０】
コンピュータ２は、サーモグラフィーカメラ３から画像データを取得する。この画像データは、センサ６を使用して取得された一連の二次元の訓練用熱画像を表す。コンピュータ２は、二次元の訓練用熱画像中で、患者の身体の表面上の追跡点である同一の点から出射された熱放射を示す画素を特定する。この画素は、例えば、追跡点の熱的特徴（サーマル・シグネチャ）及び追跡点を囲む領域の熱的特徴を記述し、それによって追跡点の指標となるデスクリプタによって特定される。
【００８１】
図２には、Ｎ枚の一連の訓練用熱画像のうち、幾つかの訓練用熱画像Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、及びＴＮが示されている。訓練用熱画像Ｔ１〜ＴＮのそれぞれにおいて、追跡点ＴＰの像の位置は黒丸によって示されている。訓練用熱画像において、追跡点ＴＰは、既知のアルゴリズムによって特定され、その位置が定められる。一連の訓練用熱画像Ｔは、サーモグラフィーカメラ３によって、患者Ｐの呼吸サイクルの全体にわたって取得される。
【００８２】
図３ａには、一連の訓練用熱画像中の追跡点ＴＰの位置が重ね合わされた画像が示されている。これらの複数の位置は、位置集合を構成する。図３ｂには、図３ａに示す位置集合が軌跡Ｔとともに示されている。軌跡Ｔは、位置集合に最も良く適合する曲線（以下、最適曲線ともいう）である。軌跡Ｔは、訓練用熱画像中の追跡点の位置を表す曲線というだけでなく、追跡点が特定の位置にあるときの時刻を表す時間成分も有している。患者Ｐの呼吸サイクルの間に軌跡Ｔがたどられる方向は、矢印によって示されている。
【００８３】
図４は、呼吸信号データを決定するための工程のフローチャートである。ステップＳ０１には、コンピュータ２がサーモグラフィーカメラ３から画像データを取得することが含まれる。画像データには、例えば図２に示す一連の訓練用熱画像Ｔ１〜ＴＮのように、患者の身体の表面の少なくとも一部の経時的な一連の訓練用熱画像が含まれる。画像データは、記憶装置８に保存される。
【００８４】
ステップＳ０２には、患者の身体の表面の、一連の訓練用熱画像中で追跡される点を特定することが含まれる。これは、追跡点が特定されることを意味する。言い換えれば、適切な点、特に、一連の訓練用熱画像で、例えばその熱的特徴によって、高い信頼性をもって追跡し得る点が特定される。
【００８５】
ステップＳ０３には、追跡点のメタデータを決定することが含まれる。メタデータは、一連の訓練用熱画像中に追跡点を特定するために使用可能な追跡点の特徴を記述するものである。メタデータは、例えば、追跡点の温度、追跡点の熱的特徴または追跡点を含む追跡点の周りの領域の熱的特徴、または、追跡点のデスクリプタであってもよい。
【００８６】
ステップＳ０４には、一連の訓練用熱画像中で追跡点を追跡することが含まれる。これは、訓練用熱画像のそれぞれにおいて、例えば追跡点のメタデータを使用して、追跡点の位置が特定されることを意味する。図２には、一連の訓練用熱画像Ｔ１〜ＴＮ中の追跡点の位置が示されている。
【００８７】
ステップＳ０５には、一連の訓練用熱画像中の追跡点の複数の位置から追跡点の軌跡を定めることが含まれる。このステップには、例えば、訓練用熱画像中の追跡点の位置集合に対して曲線を適合させることが含まれる。図３ａに示す追跡点の位置集合に対して、図３ｂに示すような軌跡Ｔが定められる。この軌跡は、患者Ｐの呼吸サイクルにわたる訓練用熱画像中での追跡点の移動を記述する。したがって、この軌跡は、患者の呼吸サイクルを表す呼吸信号データである。一連の訓練用熱画像中の追跡点の複数の位置及び／または軌跡は、出力機器１１に表示される。
【００８８】
ステップＳ０２からステップＳ０５は、特に、コンピュータ２の中央処理装置７によって実行される。
【００８９】
図５には、軌跡Ｔ及びゲート領域ＧＲを備えた画像が示されている。ゲート領域は、この例では、軌跡Ｔの下側の頂点を含んだ軌跡Ｔの一部を含む長方形である。
【００９０】
図６には、ゲート信号を生成するための工程のフローチャートが示されている。ゲート信号は、治療用ビームのオン及びオフを調整するために使用することができる。この工程は、図４に示すフローチャートのステップＳ０５に続いて実行される。
【００９１】
ステップＳ１１において、例えば図５に示すゲート領域ＧＲのようなゲート領域が定められる。一般に、ゲート領域は、軌跡の一部を含む。ゲート領域は、例えば、入力機器１０を使用してユーザによって入力される。
【００９２】
ステップＳ１２において、サーモグラフィーカメラ３によって現況の熱画像が取得される。現況の熱画像が取得される時点は、一連の訓練用熱画像のうちの最後の画像が取得された時点の後である。
【００９３】
ステップＳ１３において、現況の熱画像中の追跡点の位置が特定される。ステップＳ１３では、例えば、ステップＳ０３において決定された追跡点のメタデータが使用される。
【００９４】
ステップＳ１４において、現況の熱画像中の追跡点の位置が、図５に示すゲート領域ＧＲのようなゲート領域内であるか否かが判別される。追跡点の位置がゲート領域の外である場合（ステップＳ１４の「ｎｏ」）、ステップＳ１５において、治療用ビームがオフに調整されることを示すゲート信号が生成され、工程は、ステップＳ１２に戻る。追跡点がゲート領域内にあると判別された場合（ステップＳ１４の「ｙｅｓ」）、ステップＳ１６において、治療用ビームがオンに切り替えられることを示すゲート信号が生成され、工程は、ステップＳ１２に進行する。
【００９５】
図６に示す工程において、追跡点の位置がゲート領域内である（これは、患者の呼吸動作の現在の状態が呼吸サイクルの定められた部分内にあることを意味する）か否かは、連続して判別される。これに応じて、ゲート信号を生成することができる。これによって、呼吸サイクルの特定の段階の間にのみ治療用ビームがオンに切り替えられる。
【００９６】
図７には、軌跡Ｔ及び軌跡Ｔの周りの通路Ｃを備えた画像が示されている。通路Ｃは、破線で示されている。通路Ｃは、画像中の軌跡Ｔの周りの二次元の領域である。
【００９７】
図８には、移動警告を出力するための工程のフローチャートが示されている。この工程は、ステップＳ０５に続いて実行される。
【００９８】
ステップＳ２１において、例えば図７に示す軌跡Ｔの周りの通路Ｃのような、軌跡の周りの通路が定められる。
【００９９】
ステップＳ２２において、ステップＳ１２と同様に現況の熱画像が取得され、ステップＳ２３において、ステップＳ１３と同様に現況の熱画像中の追跡点の位置が特定される。したがって、これらのステップの詳細を繰り返すことは省略する。
【０１００】
ステップＳ２４において、ステップＳ２３で特定された追跡点の位置が、図７に示す通路Ｃのような通路内にあるか否かが判別される。追跡点の位置が通路内にない場合（ステップＳ２４の「ｎｏ」）、ステップＳ２５において移動警告が出力される。追跡点の位置が通路内にある場合（ステップＳ２４の「ｙｅｓ」）、工程は、ステップＳ２２に戻る。
【０１０１】
軌跡の周りに定められた通路は、追跡点が、（最適曲線であり得る）軌跡から異常と見なされることなく逸脱可能な余裕を定めるものである。追跡点の位置が、通路によって定められる余裕よりも大きく逸れた場合、その追跡点の位置は、異常と見なされる。これは、例えば、患者の呼吸動作によって生じる動き以外の動きによって生じる可能性がある。
【０１０２】
図９には、軌跡Ｔの主軸ＭＡが描かれた画像が示されている。主軸ＭＡは、軌跡Ｔ上の２点を結ぶ線のうち、最大限可能な距離を有する線である。例示した軌跡Ｔは楕円形であるため、主軸は、楕円の長手対称軸（長軸）である。
【０１０３】
上述したように、軌跡Ｔは、追跡点の経時的な複数の位置から定められる。図１０には、追跡点の経時的な複数の位置を、主軸ＭＡ上に正射影した点が示されている。図１０には、さらに、追跡点の経時的な複数の位置の主軸ＭＡ上への正射影点に対する最適曲線である連続曲線が示されている。この曲線は、正弦曲線であり、訓練用熱画像における追跡点の動きの主要な成分を表す。患者Ｐの呼吸動作を監視するために、現況の熱画像中の追跡点の位置が特定され、主軸ＭＡ上に射影される。これによって、実際の経時的な呼吸動作のグラフを実時間で描くことができる。
【０１０４】
図１１には、２つの領域、すなわち領域Ｒ１及び領域Ｒ２が定められた画像が示されている。領域Ｒ１には、追跡点ＴＰ１ａ、ＴＰ１ｂ、及びＴＰ１ｃ（図示は省略する）の軌跡Ｔ１ａ、Ｔ１ｂ、及びＴ１ｃが示されている。領域Ｒ２には、追跡点ＴＰ２ａ、ＴＰ２ｂ、及びＴＰ２ｃの軌跡Ｔ２ａ、Ｔ２ｂ、及びＴ２ｃが示されている。図１１から分かるように、軌跡Ｔ１ａ、Ｔ１ｂ、及びＴ１ｃは、非常に類似しているか、または同一の形状を有しており、追跡点ＴＰ１ａ、ＴＰ１ｂ、及びＴＰ１ｃが患者Ｐの表面上で互いにずれているために、互いにずれているのみである。同様に、軌跡Ｔ２ａ、Ｔ２ｂ、及びＴ２ｃは、類似しているか、または同一の形状を有しており、追跡点ＴＰ２ａ、ＴＰ２ｂ、及びＴＰ２ｃが患者Ｐの表面上で互いにずれているために、互いにずれているのみである。
【０１０５】
図１１から、さらに、領域Ｒ１中の軌跡は、領域Ｒ２中の軌跡とは異なることも分かる。この相違の理由は、患者の身体の表面の異なる領域は、呼吸動作によって異なる動きを実行することによることが考えられる。例えば、領域Ｒ１は胸部を表し、一方、領域Ｒ２は腹部を表すものであってもよい。
【０１０６】
領域Ｒ１及び領域Ｒ２のそれぞれの中の追跡点の動きの類似性を、呼吸信号データの決定のロバスト性を向上させるために使用することができる。一実施形態において、それぞれの領域内の軌跡の平均がとられ、それぞれの領域内の全ての追跡点に対して割り当てられるものであってもよい。別の実施形態において、領域内のそれぞれの軌跡に対してゲート領域または通路が割り当てられ、移動警告信号、速度警告信号のような警告信号またはゲート信号は、領域内のそれぞれの軌跡を考慮して生成されるものであってもよい。したがって、一例において、移動警告信号は出力されないという判別がなされるために、領域内の各追跡点または追跡点の所定の一部は、対応する通路内に存在しなければならない。別の例において、一次元の経時的な呼吸信号を取得するために、領域内のそれぞれの軌跡の主軸が定められて平均がとられ、追跡点の位置は、この平均の主軸上に射影される。
【０１０７】
図２、図３ａ、図３ｂ，図５、図７、図９、及び図１１において、追跡点の位置及び／または軌跡は、画像の座標系に準拠して与えられる。この座標系は、センサ６に対応する。熱画像中の追跡点の位置は、その空間位置からセンサ６の画像平面へ、サーモグラフィーカメラ３の特性、特にレンズ系５の特性に応じて、追跡点を射影することによって定められる。サーモグラフィーカメラ３は、空間内に固定されていると考えられているため、図２、図３ａ、図３ｂ，図５、図７、図９、及び図１１は、一致するものと考えられる。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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