(57)【要約】  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。
2007052755.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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２】
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３】
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４】
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。
【請求項５】
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６】
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７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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１０】
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１１】
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１２】
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１３】
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１４】
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。
【請求項１５】
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１６】
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１７】
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１８】
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。
【請求項１９】
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２０】
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２１】
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。
【請求項２２】
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。
【請求項２３】
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２４】
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。
【請求項２５】
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２６】
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２７】
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２８】
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。
【請求項２９】
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３０】
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３１】
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。
【請求項３２】
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。
【請求項３３】
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３４】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。【０００４】
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。【０００５】
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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。【０００９】
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。【００１０】
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。【００１１】
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。【００１２】
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。【００１３】
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。【００１４】
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。【００１５】
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。【００１６】
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。【００１７】
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。【００１８】
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。【００１９】
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。【００２０】
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。【００２１】
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。【００２２】
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。【００２３】
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。【００２４】
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。【００２５】
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。【００２６】
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。【００２７】
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。【００２８】
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。【００２９】
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。【００３０】
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。【００３１】
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。【００３２】
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。【００３３】
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。【００３４】
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。【００３５】
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。【００３６】
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。【００３７】
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。【００３８】
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。【００３９】
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。【００４０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】本発明の第２の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。
【図８】本発明の第３の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。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】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。
【図１２】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。
【図１３】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。
【図１４】本発明の第４の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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
（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。【００４３】
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。【００４４】
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。【００４５】
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。【００４６】
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。【００４７】
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。【００４８】
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。【００４９】
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。【００５０】
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。【００５１】
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。【００５２】
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。【００５３】
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。【００５４】
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。【００５５】
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。【００５６】
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。【００５７】
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。【００５８】
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。【００５９】
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）。【００６０】
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）。【００６１】
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）。【００６２】
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。【００６３】
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）。【００６４】
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。【００６５】
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。【００６６】
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。【００６７】
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。【００６８】
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。）。【００６９】
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。【００７０】
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）。【００７１】
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）。【００７２】
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）。【００７３】
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）。【００７４】
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）。【００７５】
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）。【００７６】
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）。【００７７】
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）。【００７８】
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。【００７９】
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）。【００８０】
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。【００８１】
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）。【００８２】
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）。【００８３】
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）。【００８４】
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。【００８５】
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。【００８６】
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）。【００８７】
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。【００８８】
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）。【００８９】
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。【００９０】
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。【００９１】
（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。【００９２】
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。【００９３】
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。【００９４】
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。【００９５】
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。【００９６】
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。【００９７】
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。【００９８】
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）。【００９９】
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）。【０１００】
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。【０１０１】
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。【０１０２】
（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。【０１０３】
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。【０１０４】
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。【０１０５】
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。【０１０６】
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。【０１０７】
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。【０１０８】
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）。【０１０９】
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）。【０１１０】
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）。【０１１１】
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）。【０１１２】
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。【０１１３】
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。【０１１４】
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。【０１１５】
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。【０１１６】
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。【０１１７】
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。【０１１８】
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。【０１１９】
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）。【０１２０】
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）。【０１２１】
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）。【０１２２】
処理効率向上のため計算結果をバッファに格納する（Ｓ３０５）。【０１２３】
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）。【０１２４】
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）。【０１２５】
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）。【０１２６】
処理効率向上のため計算結果をバッファに格納する（Ｓ３０９）。【０１２７】
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）。【０１２８】
処理効率向上のため計算結果をバッファに格納する（Ｓ３１１）。【０１２９】
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）。【０１３０】
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）。【０１３１】
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）。【０１３２】
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）。【０１３３】
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）。【０１３４】
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）。【０１３５】
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）。【０１３６】
サーチ範囲幅のインデックスをインクリメントする（Ｓ３１９）。【０１３７】
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）。【０１３８】
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）。【０１３９】
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）。【０１４０】
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）。【０１４１】
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）。【０１４２】
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）。【０１４３】
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）。【０１４４】
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。【０１４５】
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。【０１４６】
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。【０１４７】
（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。【０１４８】
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。【０１４９】
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。【０１５０】
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。【０１５１】
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。【０１５２】
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。【０１５３】
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）。【０１５４】
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。【０１５５】
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。【０１５６】
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。【０１５７】
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。【０１５８】
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。【０１５９】
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。【０１６０】
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。【０１６１】
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。【０１６２】
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。【０１６３】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１６４】
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。
【図１】
2007052755.tif 000003
【図２】
2007052755.tif 000004
【図３】
2007052755.tif 000005
【図４】
2007052755.tif 000006
【図５】
2007052755.tif 000007
【図６】
2007052755.tif 000008
【図７】
2007052755.tif 000009
【図８】
2007052755.tif 000010
【図９】
2007052755.tif 000011
【図１０】
2007052755.tif 000012
【図１１】
2007052755.tif 000013
【図１２】
2007052755.tif 000014
【図１３】
2007052755.tif 000015
【図１４】
2007052755.tif 000016
【国際調査報告】
2007052755.tif 000017
2007052755.tif 000018
2007052755.tif 000019
2007052755.tif 000020