(57)【要約】【解決手段】生理学的ゲート駆動のための方法およびシステム（100）が開示される。生理学的活動または動きの規則的なサイクルを検出し、予測して推定する方法およびシステムが開示される。本発明の他の態様は、システム要素をゲート駆動するための予測動作に関する。さらに、本発明の他の態様は、生理学的活動のフェーズに基づく生理学的ゲート駆動に関する。いろいろなタイプの処置（放射線治療または画像化）、またはMRI、PET、SPECTおよびCT走査などのような他のタイプの医療装置および処置に対して、ゲート駆動が、予測して、または遡及的に実行される。
2004533889.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータ断層撮影のための、放射線ゲート駆動方法であって、
第一の期間の間、患者の生理学的動きを表わす信号データの第一のセットを測定する工程と、
生理学的動きの周期性からの偏差の度合いを識別するために、第二の期間の間、測定された患者の生理学的動きに関連した信号データの第二のセットと、信号データの第一のセットとをパターンマッチングする工程と、
周期性からの偏差の度合いがパターンマッチングの結果に基づいた閾値を超えるときに、患者への放射線のゲート駆動を行う工程と、
を含む、方法。
【請求項２】
信号データの第一のセットと、信号データの第二のセットが自動相関関数を使用してパターンマッチングされる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
信号データの第一のセットと、信号データの第二のセットが絶対差分関数を使用してパターンマッチングされる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
さらに、信号データの第一のセットと、信号データの第二のセットとの間でマッチングの度合いを決定する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
マッチングの度合いが自動相関関数の二次のピーク値により決定される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
マッチングの度合いが絶対差分関数の二次の最小値により決定される、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
さらに、マッチングの度合いを閾値の範囲と比較する工程を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
閾値の範囲外のマッチング度合いは、通常の生理学的動きからの偏差を示す、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
閾値の範囲内のマッチング度合いは、繰り返しのある生理学的動きを示す、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
最良のマッチングポイントが生理学的動きの周期を示す、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
さらに、第三の期間の間、生理学的動きの周期を予測する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
さらに、予測周期に基づいてゲート駆動システムの要素を、予測して駆動する工程を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
さらに、生理学的動きの周期を決定する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
さらに、患者に放射線を適用する処理間隔を決定する工程を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
処理間隔が生理学的動きのフェーズにより規定される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
信号データの第二のセットが、患者の生理学的動きのデータモデルである、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
生理学的ゲート駆動のための方法であって、
生理学的動きの周期を決定する工程と、
生理学的動きの周期のフェーズに基づいた間隔範囲で、生理学的ゲート駆動を行う工程と、
を含む方法
【請求項１８】
生理学的な動きの周期が、第一の期間の間の生理学的な動きを表わすデータの第一のセットと、第二の期間の間の生理学的な動きを表わすデータの第二のセットとをパターンマッチングすることにより決定される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
データの第一のセットとデータの第二のセットとが、自動相関関数を使用してパターンマッチングされる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
データの第一のセットとデータの第二のセットとが、絶対差分関数を使用してパターンマッチングされる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
コンピュータ断層撮影のための放射線ゲート駆動方法であって、
周期的な生理学的動きの周期を決定する工程と、
コンピュータ断層撮影放射線装置のために、ゲート駆動要素を駆動するのに必要な時間を決定する工程と、
周期的な生理学的動きの周期の一部にわたって画成される、放射線を適用する間隔範囲を画成する工程と、
ゲート駆動要素を駆動するのに必要な時間を補償するために、ゲート駆動要素を予測して駆動する工程と、
を含む方法。
【請求項２２】
前記ゲート駆動要素が、放射線源に作用的に接続されたスイッチである、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
さらに、生理学的動きの次の動きを予測する工程を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
間隔範囲が生理学的動きにわたって画成される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
ゲート駆動要素が、ゲート駆動要素の全駆動と間隔範囲の境界とが一致するように予測して駆動される、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
CT撮影のために、放射線の適用をゲート駆動する方法であって、
順序付けられた測定サンプルのセットを形成するために、生理学的動きの少なくとも一部を表わす信号データを測定する工程と、
順序付けられた測定サンプルのセットの周期性からの偏差を決定するために、生理学的動きの、順序付けられた測定サンプルのセットを、前の測定サンプルに対してパターンマッチングを行う工程と、
周期性の偏差が閾値範囲の外であるときに、患者へのCT用の放射線をゲート駆動する工程と、
を含む、方法。
【請求項２７】
順序付けられた測定サンプルの第二のセットが前の測定サンプルと重複する、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
パターンマッチングの工程が、最良のマッチングの位置を決定するために、順序付けられた測定サンプルのセットを前の測定サンプルに対して、複数のずれたサンプル位置にシフトさせる工程を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
絶対差分関数が、最良のマッチングの位置を決定するために使用される、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
生理学的動きに対して付加的な測定サンプルのための予測値を決定する工程を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
予測値が、指定された閾値レベルを超えて、付加的な測定サンプルからずれるときに、放射線のゲート駆動が生じる、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
最良のマッチングの位置に対する検索範囲が予測位置に基づいて形成され、予測位置が前の測定サンプルから形成される周期に基づく、請求項２８に記載の方法。
【請求項３３】
生理学的動きが呼吸の動きである、請求項２６に記載の方法。
【請求項３４】
パターンマッチングが自動相関関数を使用して実行される、請求項２６に記載の方法。
【請求項３５】
パターンマッチングが絶対差分関数を使用して実行される、請求項２６に記載の方法。
【請求項３６】
放射線を患者に適用するための間隔範囲を決定する工程を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３７】
間隔範囲が生理学的動きのフェーズに基づいて規定される、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
ゲート駆動の方法であって、
患者の生理学的動きを表わす信号データのセットを受信する工程と、
信号データのセットのフェーズを推定する工程と、
生理学的動きの周期性からの偏差を識別するために、信号データのセットのベクトルを、信号データのひとつ以上の前のセットと比較する工程と、
周期性からの偏差が識別されるときに患者への放射線をゲート駆動する工程と、
を含み、信号データのセットのベクトルはフェーズに基づき、ひとつ以上の前のセットはひとつ以上の前の周期の間の、測定された患者の生理学的動きに関連する、
ことを特徴とする方法。
【請求項３９】
フェーズが、信号データのセットの周期を計算することにより推定される、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
さらに、同相成分を形成するために、周期Tをもつ余弦波形と、データ信号の最新のT秒長の部分との内積を計算する工程と、
直交成分を形成するために、周期Tをもつ正弦波形での内積を計算する工程と、
フェーズを推定するために、直交成分を同相成分で割った結果の逆正接を計算する工程と、
含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
さらに、周期に対して仮定を識別する工程と、
最大値および最小値に対する位置の値を推定する工程と、
ひとつ以上のサンプルセットに基づき周期を推定する工程と、
を含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
ベクトルが振幅およびフェーズ成分を含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４３】
生理学的動きの周期性からの偏差を識別するために、信号データのセットのベクトルを信号データのひとつ以上の前のセットと比較する工程が信号対フェーズ値の二次元のヒストグラム列を使用することを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４４】
二次元のヒストグラム列が生理学的動きの前記録の間、蓄積される、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
さらに、ベクトルを、二次元のヒストグラム列の他の値と比較する工程と、
クラスタ因子を形成する工程と、
クラスタ因子が閾値を超えるとき、周期性からの偏差を識別する工程と、
を含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項４６】
生理学的動きが呼吸活動である、請求項３８に記載の方法。
【請求項４７】
さらに、最新の吸い込み値、最新の吐き出し値、および対応する時点を推定する工程を含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
放射線が治療用放射線である、請求項３８に記載の方法。
【請求項４９】
放射線がCT撮影のためのものである、請求項３８に記載の方法。
【請求項５０】
医療処置をゲート駆動する方法であって、
生理学的動きに対してデータサンプルを収集する工程と、
周期性からの偏差を識別するためにデータサンプルを分析する工程と、
周期性からの偏差が識別されるときに、医療処置をゲート駆動する工程と、
を含む方法。
【請求項５１】
医療処置をゲート駆動する工程が放射線の適用をゲート駆動することを含む、請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
医療処置がコンピュータ断層撮影を含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
医療処置が断層撮影を含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項５４】
医療処置をゲート駆動する工程がデータ取得をゲート駆動することを含む、請求項５０に記載の方法。
【請求項５５】
データ取得をゲート駆動する工程がデータを廃棄することを含む、請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
医療処置が放射画像法を含む、請求項５４に記載の方法。
【請求項５７】
放射画像法がMRI手順法を含む、請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
放射画像法がPET手順法を含む、請求項５６に記載の方法。
【請求項５９】
ゲート駆動が過去に溯って実行される、請求項５０に記載の方法。
【請求項６０】
生理学的にゲート駆動する方法であって、
ふたつ以上のマーカーを含むマーカーブロックを患者に、共同して配置する工程と、
マーカーブロックをカメラで見る工程と、
マーカーブロックを表わす画像データを形成する工程と、
画像データに基づいてゲート駆動する工程と、
を含む方法。
【請求項６１】
マーカーブロックがふたつのマーカーを含む、請求項６０に記載の方法。
【請求項６２】
マーカーブロックは、二つのマーカーがカメラにより同時に見られるように配置される、請求項６１に記載の方法。
【請求項６３】
ふたつ以上のマーカーの位置が画像データを使用して追跡される、請求項６１に記載の方法。
【請求項６４】
さらに、マーカーブロックに対して動きを識別する工程を含む、請求項６０に記載の方法。
【請求項６５】
ゲート駆動する範囲間隔が、マーカーブロックの動きに基づく、請求項６４に記載の方法。
【請求項６６】
ゲート駆動が、動きデータの振幅に基づいて実行される、請求項６５に記載の方法。
【請求項６７】
ゲート駆動が、動きデータの周期性の偏差に基づいて実行される、請求項６５に記載の方法。
【請求項６８】
さらに、
二つ以上のマーカーの間の物理的距離を識別する工程と、
物理的距離を使用してスケール因子を決定する工程と、
を含み、スケール因子は、カメラにより見られたマーカーブロックの増加的移動を物理的領域に変換するために使用されることを特徴とする、請求項６４に記載の方法。
【請求項６９】
コンピュータ断層撮影をゲート駆動する方法であって、
カメラを患者に向ける工程と、
患者による生理学的動きを見る工程と、
患者による生理学的動きを表わす画像データを形成する工程と、
放射線の適用のために、形成された範囲間隔に対して画像データを分析する工程と、
画像データの分析に基づいて患者への放射線をゲート駆動する工程と、
を含む方法。
【請求項７０】
さらに、
マーカーブロックを患者と共同して配置する工程を含み、
マーカーブロックの動きが、患者の生理学的動きを決定するために測定されることを特徴とする、請求項６９に記載の方法。
【請求項７１】
マーカーブロックがふたつ以上のマーカーを含む、請求項７０に記載の方法。
【請求項７２】
さらに、
ゲート駆動要素を予測して駆動する工程を含む、請求項７０に記載の方法。
【請求項７３】
ゲート駆動が、動きデータの周期性からの偏差に基づいて実行される、請求項６９に記載の方法。
【請求項７４】
ゲート駆動が、範囲間隔の閾値を超える動き信号データに基づいて実行される、請求項６９に記載の方法。
【請求項７５】
ゲート駆動が、生理学的動きのフェーズに基づいて実行される、請求項６９に記載の方法。
【請求項７６】
患者を配置するシステムであって、
複数の識別された標識を有するマーカーブロックと、
マーカーブロックを見るために配置されるひとつの光学カメラと、
ひとつのカメラにより見られた識別された標識の位置に基づいて、マーカーブロックの位置および向きを計算するための計算装置と、
を含むシステム。
【請求項７７】
患者の位置を識別する方法であって、
複数の識別された標識を含むマーカーブロックを患者と共同して配置する工程と、
ひとつのカメラでマーカーブロックを見る工程と、
ひとつのカメラで見られた、識別された標識に対する画像座標を形成する工程と、
画像座標を、標識の基準座標と比較する工程と、
患者の位置および向きを決定する工程と、
を含む方法。
【請求項７８】
患者に生理学的活動を促すインターフェースであって、
生理学的活動に対しリアルタイムの可視的なフィードバックを示すように構成され、コンピュータにより形成された画像からなり、
コンピュータにより形成された画像が、生理学的活動に対し所望の範囲を示すように構成され、
コンピュータにより形成された画像が、生理学的活動を所望の範囲内に維持するように指示するために、所望の範囲のおよび視覚的なリアルタイムのフィードバックを同時に示す方法。
【請求項７９】
患者の生理学的活動を促すインターフェースであって、
生理学的活動に対しリアルタイムの可視的なフィードバックを見せるように構成され、生理学的活動に対し所望の範囲を見せるように構成された、コンピュータにより形成された画像と、
生理学的活動を所望の範囲内に維持するように、コンピュータのより形成された口頭の指示と、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療方法およびシステムに関するものである。特に、本発明は、生理学的ゲート駆動の方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くのタイプの医療処置は患者の身体の特定の部位に作用する装置および機械に関連する。たとえば、放射線治療は、癌性腫瘍などといった人体の或る領域に対して、多量の放射線を選択的に照射する医学的処置を含む。放射線治療の目的は、有害組織が破壊されるように目標生体組織に放射線を照射することである。ある種の放射線治療では、必要以上の放射線照射が健全な組織を損傷するのを避けるために、腫瘍または目標組織領域の寸法および形状に合わせて放射線照射容量が限定され得る。立体照射治療(conformal therapy)は、処置領域を目標とされた腫瘍とより合致するように放射線量分布を最適化するのにしばしば用いられるひとつの放射線治療技術である。
【０００３】
他の医療処置がまた、患者の身体の特別の部位に向けられる。たとえば、放射線画像化では典型的に、放射線が画像化される患者の身体の部分にのみ向けられる。コンピュータトモグラフィー（CT）、PETおよびMRI走査のような三次元画像化装置は、患者の特定の部位に向けられる。
【０００４】
正常な生理学的な動きは、患者への医学的処置の臨床計画ならびにその実行に制限を課する。呼吸または心臓の鼓動などといった正常な生理学的な動きは、処理、測定または画像化をなす身体の部分の位置の移動を引き起こすかもしれない。照射線治療に関して、もし放射線ビームが、処理部分を腫瘍の正確な寸法に合致するように形づくられていれば、処理中におけるその腫瘍の移動は、放射線ビームが、目標とされる腫瘍組織を完全にカバーするのに十分な寸法または形状を備えたものとはならないといった結果を招くであろう。画像化装置では、正常な生理学的な動きは、画像や画像結果を不鮮明にするであろう。
【０００５】
この問題に対するひとつのアプローチは、処理時に患者の身体の動きに同期したゲート駆動信号を用いる放射線ビームの生理学的ゲート駆動といった医学的処理のゲート駆動に関連する。このアプローチにおいては、患者の生理学的な状態および／または動きを測定するのに複数の機器が利用される。呼吸は、患者の身体内の肺腫瘍の位置の移動を引き起こすことが証明されている。放射線治療が肺腫瘍に適用される場合は、患者を呼吸サイクル中、測定するために、温度センサ、ひずみ計、プレモタクトログラフ（preumotactrograph）または光学的画像処理システムが利用されるであろう。これらの機器は、呼吸サイクル中での患者の動きを示す信号を形成することができる。放射線ビームは、肺腫瘍の過度な動きに対応する呼吸信号中の特定の時点では、該放射線ビームが解除または停止されるよう、測定された呼吸信号のある閾値振幅レベルに基づいてゲート駆動され得る。
【０００６】
放射線治療の生理学的ゲート駆動に対する多くのアプローチは反応性のものである。反応性のゲート駆動システムのひとつの欠点は、測定された生理学的な動きが、ゲート駆動をなす画像または治療装置の反応時間に比べて比較的速い動きに関連するかもしれないということである。したがって、純粋に反応性ゲート駆動システムは、照射された放射線を有効にゲート駆動するのに十分に速く反応を及ぼすことはできないであろう。たとえば、ゲート駆動システムは、放射線処理をゲート駆動するためのスイッチまたはトリガーを含んでいてもよく、ここで、スイッチまたはトリガーが十分に動作するには、所定の期間Δｔを必要とする。遅延期間Δｔが、測定された生理学的な動きサイクルに比較して相対的に長いとすると、反応性の仕様でこのようなトリガーを用いるシステムは、動きの影響を最小化するように適当な時点で放射線の照射を有効にゲーテ駆動することはできないであろう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、関連技術における種々の問題に対処するためのシステムおよび方法が必要とされている（特許文献１を参照）。生理学的な動きの信号を測定するために、純粋に反応性の生理学的ゲート駆動のための方法及びシステムも必要とされている。
【特許文献１】
特表２００２−５２８１９３号公報
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は生理学的ゲート駆動のための、改良された方法およびシステムを提供する。一実施例にしたがって、ゲート駆動は、生理学的活動に関連する患者の動きの視覚的検出に基づいて実行される。実施例では、光学式システムが、生理学的な患者の動きを測定および記憶するために使用される。ここで、カメラは、マーカーブロックまたはマーカーの動きを追跡し、生理学的活動または動きの規則的なサイクルを検出し、予測して推定する方法およびシステムが提供される。本発明の実施例の他の態様は、システム要素をゲート駆動するための予測動作に関する。本発明の他の態様は、生理学的活動のフェーズまたは非予測に基づく生理学的ゲート駆動に関する。本発明は、いろいろなタイプの処置（放射線治療または画像化）、MRI、PET、SPECTおよびCT走査などのような他のタイプの医療装置および処置を予測して、または遡及的にゲート駆動するために利用することもできる。
【０００９】
本発明の実施例がまた、患者が息を止めるようにすることを含む位置および動きのモニタリング、および患者の息止め状態のモニタリングのためのシステムおよび方法を提供する。一実施例では、患者の位置決めシステムが、少なくとも一つのカメラ、マーカーブロック、およびマーカーブロックの位置および向きを計算するための計算装置を含む。マーカーブロックは好適に、たとえば逆反射性マーカーのような複数の標識点を含む。一実施例にしたがって、患者の位置を識別する方法が、まず、マーカーブロックを患者に配置すること、マーカーブロックを少なくともひとつのカメラで見ること、カメラで見た識別標識点に対する画像座標を形成すること、標識点の画像座標と基準座標とを比較すること、その後患者の位置および向きを決定することを含む。
【００１０】
本発明の一実施例にしたがった、光学式位置付けシステムの使用は、異なる区分に対して同じ装置内に、または多数の装置の間に患者を一貫して配置することを容易にする。同じ装置内で、位置付けシステムは、各処理区分の間で、再度形成することができる患者に対する絶対的位置情報を与える。多数の装置の間では、光学式位置付けシステムは、患者に対する相対的位置情報を形成することができる。相対的位置情報は多数の装置の間で、患者の位置を正しく合わせるために使用することができる。一実施例では、患者は第一の装置で処置計画を受け、その間、光学式位置付けシステムが患者に対する第一の相対的位置を識別する。その後、患者はたとえば可動な処置テーブルを使用して治療装置に制御して位置付けされ、または患者は固定され、処理計画または治療装置がたとえば、レールの上で、患者に関して移動する。患者の治療装置に対する相対的位置は、所望の治療方針に沿うように形成され、操作される。
【００１１】
本発明はまた、呼吸モニターのような生理学的モニターを使うための新規な方法および機構を提供する。一実施例では、生理学的モニターが、ビデオカメラがモニターされるべき生理学的活動に関連した動きを記憶する光学式システムを使用して使われる。身体の動きに関連した画像データは生理学的な動きを表わすために、処理され表示される。動きデータは、生理学的活動をモニターするために分析され、眺められる。
【００１２】
使用者インターフェースの発明が、動きの制御および表示、位置付けならびにゲート駆動情報に関して開示される。一実施例では、円形インターフェースが生理学的な動きのフェーズに基づきゲート駆動および処理間隔を制御するために提供される。本発明のインターフェースの実施例は、ゲート駆動の稼働/停止のため、およびゲート駆動閾値の形成ための表示ならびに制御を与える。他のインターフェースの実施例が、息止めパラメータおよび生理学的な動きの範囲の情報を表示する。
【００１３】
本発明の一実施例では、所望の生理学的の動きのパターンを維持するために、患者への指示の画像および音声のための方法および機構が提供される。開示の実施例では、生理学的な動きならびに動きの所望の範囲の視覚的フィードバックを同時に表示するスライダー画像が使用される。呼吸活動では、スライダーは、患者の吸い込み−吐き出しの動きに応答して移動する可動なスライダーバーを含む。これは、呼吸活動に関連した視覚的指示メッセージおよびフィードバックを与える。実施例では、口頭指示メッセージが、当該生理学的活動の制御、維持または操作を助けるために利用される。呼吸活動に関し、このような口頭指示メッセージは、患者に息を吸うことおよび息を吐くように指示するために、コンピュータに基づくものでもよい。
【００１４】
本発明のこれらおよび他の態様、目的ならびに利点は、以下の説明、図面および特許請求の範囲において記述される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の思想は、添付図面を参照して、以下で詳説される。
【００１６】
本発明の実施例の態様は、生理学的活動または動きの規則的な周期を検出し、予測的して推定するための方法からなる。患者の配置、位置のモニタリング、動きのモニタリング、および画像化および放射線治療のような医学的処置の生理学的ゲート駆動のためのシステムおよび装置の実施例が開示される。本発明のシステムおよび方法は、呼吸または心臓の周期といった規則的な生理学的活動、および患者の一時的息止め状態のモニタリングのために利用することができる。
【００１７】
患者の位置のモニタリングおよび生理学的ゲート駆動のためのシステム
図１は生理学的ゲート駆動、位置のモニタリングおよび動きのモニタリング（生理学的な活動を表わすデータは光学画像化装置により収集される）のためのシステム100の実施例の要素を示す。図示の目的で、システムは放射線治療の生理学的ゲート駆動を参照して説明される。したがって、システム100は処理テーブル104上に位置する患者106に、放射線ビームが向くように構成された従前の線形加速器のような放射線ビーム源102を含む。しかし、MRIのような非放射性画像化装置またはCT画像化装置のゲート駆動のような他の医学的手順をゲート駆動するために利用することができる。
【００１８】
生理学的ゲート駆動のためのシステム100では、スイッチ116が放射線ビーム源102に接続されている。スイッチ116は患者106への放射線ビームの一時停止のために操作することができる。一実施例においては、スイッチ116は放射線ビーム源102の機械的および電気的な構成の一部をなす。これに代えて、スイッチ116は、放射線ビーム源102の制御電子系に接続される外部装置を含んでもよい。スイッチ116はまたソフトウエアに基づく制御機構を含んでもよい。
【００１９】
ビデオカメラ108のような、光学的またはビデオ画像装置が患者106の少なくとも一部がカメラの視野に入るように向けられる。カメラ108は測定される特定の生理学的活動に関連した動きについて、患者106をモニターする。たとえば、患者の呼吸の動きがモニターされる場合、カメラ108は患者の胸部の動きをモニターするために配置することができる。一実施例では、カメラ108は、患者106の水平方向の縦軸に関して、20度から70度の間で傾斜した軸線をもって、天井、壁または他の支持構造物上に配置される。呼吸の動きの測定のために、ビデオの視野画像は患者の胸部の約30cm×30cmの領域を見るために向けられる。図示だけのために、ひとつのカメラ108が図１に示されている。しかし、本発明に使用できるカメラ108の数はその数を超えてもよく、本発明で使用される数は、特定対象に依存する。
【００２０】
一実施例では、カメラ当たりのひとつの照明源（好適実施例では、赤外線源である）が処理テーブル104上の患者に光を投射する。発生した光は、患者の体上にあるひとつ以上の標識点（ランドマーク）で反射する。カメラ108（患者106に向けられている）は、ひとつ以上の標識点からの反射光を捕捉し、検出する。標識点は、対象の生理学的活動に基づいて選択される。呼吸の測定のために、標識点は好適に、患者の胸部上のひとつ以上の位置に配置される。
【００２１】
カメラ108の出力信号は、ビデオ画像を受信する機能をもつコンピュータ110または他のタイプの処理ユニットに送信される。特定の実施例では、コンピュータ110はマイクロソフト社のウインドウズ（登録商標）NTまたは2000が走るインテル社のペンティアム（登録商標）搭載のプロセッサからなり、システムにおいて利用される各ビデオ源に対して別個のチャネルをもつビデオフレーム取り込みカードを含む。カメラ108により記録された画像は処理のためにコンピュータ110に送られる。カメラ108がアナログ出力を形成するときは、フレーム取り込み装置は、カメラの信号を、コンピュータ110による処理に先だって、デジタル信号に変換する。コンピュータ110により受信されたビデオ信号に基づき、制御信号がスイッチ116を操作するためにコンピュータ11から送られてもよい。
【００２２】
一実施例において、ひとつ以上の受動マーカー114が、動きを検出すべき、患者の領域に配置される。各マーカー114は好適に、光（可視光であろうとも、可視的でないものであろうとも）を反射することができる、反射性または逆反射性材料からなる。照明源がカメラ108と同じ位置に配置されている場合は、マーカー114は好適に、照明源へと大部分の光を反射する逆反射性材料からなる。これに代えて、各マーカー114は自ら光源を含んでもよい。マーカー114は患者の動きを検出するために、カメラ108により画像化される患者の体の上の身体的な標識点に代えて、またはこれと併用して用いられる。マーカー114は好適に、このようなマーカー114がカメラ108により発生したビデオ画像を介して、検出され、より正確に追跡され得ることから、身体標識点に代えて利用できる。好適なマーカー114の反射または逆反射の特性から、マーカー114は本質的に、カメラ108のような光検出装置、とりわけカメラ108と照明源とが一緒に配置されているときに、ビデオ画像に優れたコントラストを与える。
【００２３】
患者の動きを追跡するために、ビデオまたは光学的システムを利用することは、いくつかの利点を提供する。まず、ビデオまたは光学的システムは、ひとりの患者に対して、複数回使用する際に測定結果を繰り返すための信頼性のある機構を提供する。第二に、本発明の方法は非侵襲的であり、たとえマーカーが使用されても、患者にケーブル、接続器具をつける必要がない。さらに、マーカーの使用が実用的でないとき、選択された身体標識点につながりのある生理学的活動の測定を実行することにより、マーカーなしでも利用できる。最後に、本発明の方法は、外部の解剖学的な身体の動きの、絶対的な測定に基づくことから、より正確なものとなる。本患者モニタリングシステムは特に、割り込み式/面倒な設備を使用することができない、または使用すべきでない患者の動き、位置を追跡するのに特に適している。たとえば、本発明の、光学に基づくシステムは、幼児の動きや位置をモニターするのに適している。
【００２４】
マーカー114を追跡する上で考えられる非効率性は、該マーカーがビデオフレームのどこにでも現れる可能性があり、ビデオフレーム画像要素のすべてを、マーカー114の位置を決定するために、検査しなければならないことである。したがって、一実施例において、マーカー114の位置の最初の決定は、ビデオフレームの画像要素のすべての検査に関連してくる。ビデオフレームが、640×480の画像要素からなると、307200（640*480）の画像要素すべてがマーカー114の位置を見出すため、最初に検査される。
【００２５】
マーカー114をリアルタイムで追跡するために、マーカー114の位置をリアルタイムで決定すべく、ビデオフレーム全てに対して画像要素全てを検査することは、システム資源の大半を消費することになる。したがって、一実施例においては、マーカー114のリアルタイム追跡はビデオフレームの小さな領域（これは「追跡ゲート」といわれ、前のビデオフレーム中の、既に識別されたマーカー114の位置の推定に基づいて設けられる）を処理することにより容易にすることができる。前のビデオフレームにおいて画成されたマーカー114の、前に決定された位置は、リアルタイムで、同じマーカーに対する初期検索範囲（すなわち、追跡ゲート）を定義するために使用される。追跡ゲートは、一実施例においては、マーカー114の前の位置を中心とする、ビデオフレームの比較的小さい部分である。追跡ゲートは、追跡アルゴリズムがそのゲート内にマーカー114を位置づけできないときにのみ、拡張される。たとえば、前に決定した特定のマーカーの位置がビデオフレームの画像要素（50、50）であるとする。追跡ゲートがビデオフレームの50×50領域に限定されるならば、この例の追跡ゲートは座標（25，25）、（25，75）、（75，25）および（75，75）により画成される領域内の画像境界からなる。ビデオフレームの他の部分は、マーカー106がこの追跡ゲート内で見つからないときのみ調査される。
【００２６】
カメラ108からコンピュータ110に送られるビデオ画像信号は、患者の身体上のマーカー114の動きおよび/または標識点の構造を示す動きを表わす信号を発生し、追跡するために使用される。図２は、或る測定期間内での、マーカー114の動きに関する情報を含む呼吸について動きに対する動き信号チャート200の例を示す。横軸は時間を示し、縦軸はマーカー114の相対的な位置または動きを示す。一実施例では、図２に図示の信号は、動作信号チャート200にそった、複数のデータ点からなる。
【００２７】
図６aおよび図６bは生理学的な動きを表わすデータを、光学的または視覚的に収集するために、本発明において使用することができるカメラ108を例示する。カメラ108はひとつ以上の光電陰極およびひとつ以上のCCD素子を有する電荷結合素子（「CCD」）である。CCD素子は、局所的な領域に電荷を蓄え、適切な制御信号で、その電荷を読み出し点へと移す素子である。画像化される光景からの光が光電陰極に集められると、カメラで受信した光の強度に比例して電子が放出される。その電子は、CCD素子内に位置する電荷バケットに捕獲される。電荷バケットに捕獲された電子の分布はカメラで受信した画像を表わす。CCDはこれら電子をアナログ-デジタルコンバーターに送る。アナログ-デジタルコンバーターの出力は、ビデオ画像を処理し、逆反射性マーカー406の位置を計算するために、コンピューター410に送られる。本発明の実施例にしたがって、カメラ108はRS-170出力および640×480画素解像度をもつ白黒CCD型カメラである。これに代えて、カメラ408は、CCIR出力および756×567画素解像度をもつCCDカメラであってもよい。
【００２８】
本発明の特定の実施例では、赤外線照明器602（「IR照明器」）がカメラ108に取り付けられている。IR照明器602はカメラ108と同じ方向に向いたひとつ以上の赤外線ビームを形成する。IR照明器602は、カメラ本体608のレンズ606の周りを取り囲む面を含む。IR照明器602の面は、赤外線を発生するための複数のLED素子604を含む。LED素子604はカメラレンズ606を取り囲むIR照明器602上に、ひとつ以上の円状または螺旋状のパターンで配置されている。カメラ108の一部ともなる赤外線フィルターは、赤外線のカメラ感度を高めるために、除去され、または無効にされる。
【００２９】
一実施例において、患者のデジタル画像がカメラ108を通じて記録される。患者の動きを追跡するために使用されるのと同じカメラ108は、次での参照のために、患者のビデオ画像を記録するために使用することができる。患者の、通常の周囲光による一連の画像は、測定されたマーカー114の動き信号と同期して得ることできる。
【００３０】
図７aおよび図７bは、本発明とともに使用することができる逆反射性マーカー700の実施例を示す。逆反射性マーカー700は光を反射するための、隆起した反射面702を有する。隆起した反射面702は、光源の入射角度に関係なく、光を反射することができる半球形状をもつ。平坦面704が、隆起した反射面702を取り囲む。平坦面704の裏面は、患者の身体上の特定の位置に、逆反射性マーカー700を取り付けるための取り付け領域となっている。一実施例にしたがって、逆反射性マーカー700は、３Mコーポレイションから入手可能な逆反射性材料３M＃7610WSからなる。一実施例では、マーカー700は、直径が約0.5cmで、隆起した反射性表面702の高さが約1cmのものである。これに代えて、マーカーは、円形、球形、または円筒形であってもよい。
【００３１】
図８は、逆反射性マーカー700を製造するために使用することができる装置802を示す。装置802は、弾性リング806が固定されたベース部804を含む。弾性リング806は中心から突き出た膨らみをもつ下型部808に取り付けられている。制御レバー810が支持ロッド814にそって、頂部812を移動するようにする。頂部812はスプリングが装着された上型部814からなる。上型部814の下側には半球状空洞が形成されている。まず、逆反射性材料片が下型部808に配置される。制御レバー810が、ベース部804に向けて頂部812を移動するようにする。逆反射性材料が下型部808と上型部814との間で、圧縮され、形状付けられる。上型部814は逆反射性材料の上側を半球状に形成する。
【００３２】
他の実施例としては、マーカー114はその表面にひとつ以上の基準位置をもつマーカーブロックからなってもよい。マーカー上の各基準位置は好適に、カメラ108のような光学画像装置により検出可能な逆反射性または反射性材料からなる。
【００３３】
本発明の一実施例にしたがって、生理学的ゲート駆動はマーカーブロックに付着された逆反射性マーカーを追跡するビデオを使用して、たとえば呼吸動作のような生理学的な動きを検知することにより実行される。マーカーブロック1471の実施例では、図１４cに示されているように、約6cm×4cm×4cmを測定する剛直で、中空の光プラスチックブロック1477上に二つのマーカー1473および1475が利用される。二つのマーカー1473および1475は好適に、追跡カメラに面することになるブロックの側面上に３センチメートルの固定距離をもって配置されている。二つのマーカー1473および1475の間の固定距離は、二つのマーカーを結ぶ線の方向で、ブロックの動きを較正するために、知られ使用さている。
【００３４】
一実施例としては、ビデオフレーム中の各マーカーの画素座標が追跡される。各ビデオフレームに対して、二つのマーカーの間の画素領域の距離はその後測定される。ふたつのマーカーの既知の物理的距離は、二つのマーカーを結ぶ距離の方向に、ブロックの付加的な動きを変換するためのスケールファクタを与えるために、測定距離で割られる。このスケールファクタは、新しい各ビデオフレームに対して更新され、各マーカーの付加的な動きを画素領域から物理的領域に変換する。変化は、動きの追跡の間、カメラの視野角、マーカーブロックの方向、および、カメラまでの距離に変化をもたらす。
【００３５】
図１１は、表面に位置する逆反射性要素1102からなる、多数の基準位置をもつ、円筒状のマーカーブロック1100の他の実施例を示す。マーカーブロック1100は剛直な（たとえば、プラスチック）ブロックのように作ることができる。このような形態のブロックは、たとえば、通常の病院のように、抗感染処理が続いてなされるときには、多数の患者に対して、何度も再利用することができる。逆反射性要素1102は、図７aおよび図７bの逆反射性マーカーを構成するために使用されるのと同じ材料から作られてもよい。マーカーブロックは好適に、患者の通常の呼吸の邪魔にならないように十分に軽量な材料から作られてもよい。
【００３６】
基準位置の大きさ、間隔、および位置が、カメラまたは他の光学画像装置から眺め易く、マーカーブロックの位置を正確に示す画像が得られるかぎり、マーカーブロックはいかなる形状、大きさで作られてもよい。たとえば、図１０は表面に付着された、複数の逆反射性要素1002を含む、半球状の他のマーカーブロックを示す。
【００３７】
マーカーブロックは特定の身体の部分と整合する形状をもつように作られてもよい。たとえば、身体上の特定の位置に整合する成形物または鋳造物がマーカーブロックとして使用されてもよい。身体の或る領域に整合する形状をもつマーカーブロックは患者の特定の位置に、マーカーブロックを繰り返して配置することを容易にする。これに代えて、マーカーブロックは、患者の身体に付着された固定物に整合するように作られてもよい。たとえば、マーカーを、めがねに取り付けることができるように、へこみや溝が形成されてもよい。さらに、他の実施例としては、固定物が反射性または逆反射性マーカーをもつ、マーカーブロックと一体となってもよい。
【００３８】
マーカーブロックの他の実施例はその表面上に、ひとつの基準位置/反射性素子のみを含む。この実施例のマーカーブロックは、光学画像装置でもって、患者の身体上の特定の位置を測定するために、逆反射性マーカー406に代えて使用することができる。
【００３９】
図１４aおよび図１４bは本発明で使用することができる、マーカーブロック1402および1406の他の実施例を示す。マーカーブロック1402は矩形の形状をもち、その上に多数の反射性または逆反射性マーカー要素1404を有する。マーカーブロック1402はほぼ1.5”（3.8cm）×3”（7.6cm）×4”（10.1cm）の容積にわたって分布する、剛直に取り付けられたマーカー要素1404のセットを支持する。マーカーは、ビデオカメラ（その画像はデジタル化され、コンピュータシステムにより処理される）のようなリアルタイム画像化装置において、コントラストの高い形態として現れるべきである。マーカーブロックの具体化として、剛直なプラスチック箱またはプラットフォーム上に貼り付け、または付着される、直径が0.25インチ（0.64cm）の球を逆反射性材料で覆う。マーカーブロック1406は、その上に位置する、多数の反射性または逆反射性マーカー要素を含む、矩形とはならない構造物も含む。実施例として、マーカーブロックは、標準的な病院用の接着テープを使用して患者に付着される。基準座標の共通セット内で何度も患者が受診を受け、患者の位置および動きが何度もモニターされる装置では、たとえば、患者の皮膚上にひとつ以上の、消すことの出来ないマークを使用することで、好適に受診毎に、マーカーブロックが同じ位置に位置する。
【００４０】
患者の位置および動きは患者の胸部、腹部、背中または他の適当な患者の位置に付着される、マーカーブロック1402または1406のようなマーカーブロックを光学的に追跡することにより、モニターすることができる。動作において、マーカーブロックへのカメラまたはビデオ視野は、マーカーブロック上のマーカー要素に対して、画像座標のセットを形成する。マーカーブロック上に位置する、マーカー要素の位置および距離は、同じマーカーブロック上の他のマーカー要素に対して知られている。記録された画像フレーム上のマーカー要素の間の位置および距離と、モニター装置に対して記憶された基準位置および画像とを比較することにより、マーカーブロックの絶対的位置および方向が、高度の精度でもって推定することができる。このことにより、順に、マーカーブロックが付着された患者または患者の身体の位置に対して、正確な位置および向きが推定できる。患者の位置および向きの推定は本発明において、患者のいろいろな皮膚の部分上に多数マーカーを配置することが必要ではなくなり、ひとつのマーカーブロックのみを使用して実行することができる点に留意されたい。さらに、マーカーブロックの位置を追跡するために、いろいろな位置にある多数のカメラを使用して、三角測量を行う必要なく、ひとつのカメラが使用できる。
【００４１】
図１５は、発明の実施例にしたがって、ひとつのカメラを使用して、マーカーブロック（たとえば、図14aまたは図１４bに示されたマーカーブロック）を追跡するためのプロセスのフローチャートを示す。工程1502で、マーカーブロック上のマーカーの座標は、マーカーブロックに固定された座標系で、正確に測量される。この測量データは基準データとして記憶され、マーカーブロック上のマーカー間の、既知の相対的な配置および距離を与える。工程1504で、全体の画像化チェーンの幾何学的較正モデルが得られ、記憶される。このモデルのパラメータは、部屋または処理領域の三次元基準座標（ここで、患者はデジタル画像中の対応画素の二次元画像座標に位置する）の点の位置に関連する。両工程1502および1504に対するこの較正は、たとえばカメラが部屋にしっかりと取り付けられた後、オフラインで導出することができ、好適にチェックとして、しばしば繰り返される。
【００４２】
工程1506で、新しい画像フレームが、カメラビデオフレームからデジタル化される。工程1508で、マーカーブロックに対する予測位置および向きが決定される。マーカーブロックの位置および向きは、六つの自由度（DOF）で、たとえばx座標、y座標、z座標、ピッチ、ヨー（yaw）およびロールで定量化される。この予測位置および向きは好適に、マーカーブロックに固定され、工程1502の調査のために使用される同じ座標系を使用する。この最初の六つのDOFは、たとえば、ビデオフレームの前の画像フレームにおけるマーカーブロックの六つのDOFの最新予測からの、適切な既知のマーカーブロックの位置および向きであってもよい。
【００４３】
工程1509で、予測マーカーブロックの六つのDOF、工程1504からの幾何学的較正モデル、および工程1502からのマーカー調査データは、数学的に、各マーカーの中心を推定し、画像フレーム中の各マーカーの推定画素座標を得るために、使用される。
【００４４】
工程1510で、工程1406からのデジタル化された画像は、マーカーを画素座標に位置付けるために検出され、分析される。前の追跡が成功したときには、計算効率を高めるべく、各マーカーに対し検索領域を限定するために、工程1509の推定中心を使用する。最初の画像フレームを処理するとき、または喪失して追跡からの回復をなすとき、全フレームはマーカーを見つけ出し、位置付けるために分析される。三つ以上のマーカーが画像分析プロセスにより見出されると、工程1512に進む。あるいは、プロセスは、入力ビデオストリーム中の新規な画像フレームのために、工程1506に戻る。本発明の実施例では、三つ以上のマーカーのサブセットが、マーカーブロックに対する六つのDOF座標の適切な計算を確実にするため可視的でなければならない。しかし、このサブセットは入力ビデオストリームにおいて、フレームからフレームに変化してもよい。
【００４５】
工程1512において、数学的に射影された画素座標は実際のマーカー画素座標と比較される。たとえば、画素領域の距離の二乗平均で測定した違いが閾値より低いときは、マーカーブロックの六つのDOF（工程1508から）は現画像フレームに対してマーカーブロックの最終予測として受け入れられる。プロセスは、ビデオストリームにおける次の画像フレームに対して、工程1506に戻る。
【００４６】
数学的に投影された画素座標と実際のマーカー画素座標との違いが、定義された閾値を超えるときは、手順は、マーカーブロックに対して新たな六つのDOFを予測するために工程1516に進む。マーカーブロックに対する新たな六つのDOFは、数学的に射影された点と実際のデジタル画像に見出されたマーカー座標との間で非常に整合するようにする、想定マーカーブロックの六つのDOFへの徐々に増加する変化に基づき予測される。この予測のためのひとつのアプローチとして、六つのDOFパラメータの関数で、画素の位置の逆ヤコビ行列の計算に基づくガウス方法が使用される。プロセスは、マーカーブロックの想定した新たな六つのDOFのように、この増加したマーカーブロックを使用する。
【００４７】
図１５のプロセスは一つのカメラでのみ使用できるが、多数のカメラが患者モニターシステムの観察値を拡張するために使用でき、またはひとつのカメラによる観察が妨げられたとき、システムの連続した操作を可能にする。多数のカメラが使用されるとき、上記プロセスは各カメラに対して独立して用いることができ、またはこれに代えて画像データの三角測量がマーカーブロックの座標を与えるために使用できる。
【００４８】
図１５のプロセスの出力は、マーカーブロックに対する位置および向き（マーカーブロックが付着された患者の位置および向きに相関させることができる）を含む。同時に記録された内部画像、たとえば蛍光透視画像の分析を、外から付着されたマーカーと内部の組織の動きとの相関を確認するために使用することができる。マーカーブロックの追跡は、画像データの取得がゲート駆動され、または周期的な動きと同期化される診断または治療における患者の動きのモニターを可能にする。息止め法を使用する処置に対して、画像化または治療機座標の位置をモニターすることも利用することができる。以下で詳説されるが、マーカーブロック座標対時間の振幅および/またはフェーズ（患者の生理学的な活動の動きおよびフェーズに対応）も、患者の動きによる画像歪み効果を最小にするために、通常の周期サイクル（たとえば、呼吸サイクル）の間、特定の時点での、画像の取得または非取得をトリガーするために使用することができる。
【００４９】
マーカーブロックの位置はまた、咳をすることにより引き起こされることのような周期的な呼吸からはずれたものを検出するために処理される信号として処理することができる。この条件は、計画されていない動きの効果を最小にするために、放射線治療の画像取得または伝達の停止のために使用することができる。
【００５０】
さらに、瞬間的なマーカーブロックの位置は、呼吸のモニター信号として使用することができる。患者の呼吸をモニターするために厄介で押しつけがましい装置を必要性せず、この発明の実施例のビデオアプローチは患者の呼吸をモニターするための、押しつけがましいようなことのない機構を提供する。マーカーブロックの測定された動きは、患者の呼吸に指標として使用することができる。したがって、マーカーブロックの動きの振幅および/またはフェーズのような定量化することのできる値を、患者の呼吸をモニターするために発生することができる。これらの値は、呼吸パターンに対して、従前の呼吸分析アルゴリズムを使用して、表示され、分析することができる。
【００５１】
生理学的なゲート駆動
以下の説明する生理学的なゲート駆動は、放射線治療/画像化に際して放射線を制御し、そして画像化に際して、画像取得プロセスを制御することに関する。さらに、この技術は、通常の周期的な呼吸モードにおける治療および画像化ならびにゲート駆動の息止め法に適用可能である。たとえば、X線放射線治療およびCT画像化のような放射線処置に対して、ゲート駆動は、患者の動きのような生理学的活動に放射線の適用を同期することにより実施される。PETおよびMRIのような放射画像化法において、データの取得は、患者の特定の位置または状態に対応するデータが動きの影響を最小化するため、個別に破棄されるように、患者の動きと同期化することができる。
【００５２】
本発明の実施例にしたがって、生理学的ゲート駆動を実行するために、対象となる生理学的活動を表わす、ひとつ以上のデータのセットが本発明の実施例において、患者に対して収集される。マーカーまたはマーカーブロックを使用して、図１のシステム100のような光学式システムが、本発明に利用できる生理学的活動のためのデータを形成するために使用され得る。
【００５３】
生理学的なゲート駆動の一態様は、放射線を適用し、またはデータ取得のゲート駆動を行うための、処理間隔または間隔の範囲の境界を決定することである。ゲート駆動を目的として、処理間隔の境界を定めるために、動き信号の振幅範囲にわたって閾値点を定めることができる。処理間隔の境界外の患者の動きは、許容できないレベルの動きを引き起こすものと予測される動きに対応する。外部のマーカーの動きはしたがって、内部の解剖学的構造に対して代りとなるべきものとして受け入れられ、画像化または治療プロセスを制御するために使用される。実施例にしたがって、処理間隔は、臨床上の目標部分の動きが最小化される生理学的サイクルの部分に対応する。処理間隔の境界を決定するその他の要因は、目標部分の最小の動きに関する動き信号の部分、または危険にさらされている器官からの目標部分の最大の離間に関する動き信号の部分を確認することを含む。かくして、放射線ビームパターンは、患者の動きを考慮した上で、可能な限り最小のマージン(margin)でもって形作ることができる。
【００５４】
放射線治療についての図示のために、放射線は、動き信号が所定の処理間隔内にあるときに限り患者に照射される。図３に、動き信号チャート200中に示された動きデータについて定義された、信号範囲302により示された処理間隔の一例が示されている。図３の例において、0.4の値(上側の境界線304で示されている)を超える測定された身体の位置の動き、又は0.0の値(下側の境界線306で示されている)より下で移動する測定された身体の位置の動きは、いずれも処理間隔の境界外となっている。
【００５５】
図３には、動き信号チャート200にあてはまるゲート駆動信号チャート300の一例が示されている。処理間隔信号範囲302の外側にあるどの動き信号も、結果的に、患者に対する放射線の照射を停止する「ビームホールド」ゲート駆動信号閾値310となる。処理間隔信号範囲302の内側にあるどの動き信号も、結果的に、患者に対する放射線の照射を許容する「ビームオン」ゲート駆動信号閾値312となる。実施例では、動き信号チャート200中に示された情報を表わすデジタル信号は、コンピュータ110により処理され、そして処理間隔信号範囲302の閾値レベルと比較されてゲート駆動信号閾値310および312を形成する。これに代え、ゲート駆動信号閾値310および312は、アナログの動き信号を比較器に送って、処理間隔信号範囲302に対応するアナログの閾値信号と比較することにより得られる。いずれの場合も、ゲート駆動信号閾値310および312は、コンピュータ110により形成され、そして患者106に対する放射線の照射を停止または開始させるために、放射線ビーム源102（図１）の操作を制御するスイッチ116に適用される。
【００５６】
図４は、本発明の一実施例で実行される処理プロセスのフローチャートである。最初の処理プロセスは、カメラによって検出されるべき動き信号の範囲にわたって処理間隔の境界を定めることである（402）。前述したように、処理間隔の境界外にあるどの動きも、結果的に放射線の目標とされる腫瘍または組織の許容できないレベルの動きになると予測される動きに対応する。ビデオカメラなどの光学的システムまたはビデオ画像化システムは、患者の生理学的な動きを測定するのに用いられ（404）、そして光学システムまたはビデオ画像化システムの出力信号は処理され、測定された動き信号を処理間隔の閾値境界と比較する（406）。
【００５７】
もし動き信号が処理間隔の境界外にあれば、「ビームオフ」ゲート駆動信号閾値が、放射線ビーム源に作用的に連結されたスイッチに適用される（408）。もし射線ビーム源が現に患者に放射線を照射していれば（410）、スイッチの設定は、放射線ビームがホールドまたは停止するように操作される（411）。この後、プロセスはプロセス動作406に戻る。
【００５８】
もし動き信号が治療間隔の境界内にあれば、「ビームオン」ゲート駆動信号閾値が形成され（412）、そして照射線ビーム源に作用的に連結されたスイッチに適用される。もし放射線ビーム源が現に患者に適用されている最中でなければ（413）、スイッチの設定は、患者に放射線を照射するために、放射線ビーム源をオンさせまたは動作するように操作される（414）。この後、プロセスはプロセス動作406に戻る。
【００５９】
一実施例にしたがって、もし患者の正規の生理学的動きにおいて著しい偏差（偏奇）が検出されるならば、放射線ビーム源は非動作とすることができる。このような偏差は、患者による突然の動きまたは咳から生じる。たとえ動き信号の振幅範囲がこの偏差の間処理間隔の境界内にあったとしても、目標とされる組織の位置および/または向きはこの偏差の結果として許容できないほど変化するかもしれない。かくして、このような偏差の検出は放射線処理をゲート駆動するための適当な周期（期間）を定める上で役立つものである。
【００６０】
本発明は、放射線治療に加え、患者の動きにより影響を受ける他の医学的処置の生理学的ゲート駆動を実行するために適用することができる。たとえば、CT、PET、およびMRI走査のような画像化処置は、ぼんやりすること、不鮮明になるなど患者の動きによる画像のエラーの範囲、および画像に現れる人為的結果の影響を受ける。たとえば、図３に示されているようにひとつ以上の処理間隔または範囲間隔は、患者からの画像データの収集をゲート駆動するために、画像サイクルにわたって確立される。処理間隔は、画像エラーの可能性を増加させるために、予測される生理学的な動きの境界を画成する。処理間隔の境界内にある動きは、ほとんどない画像エラーに応答して予測される。処理間隔は、照射線の適用または画像化装置を使用する患者からの画像の取得をゲート駆動するために使用される。たとえば、処理間隔の「ビームホールド」部分の間、CTシステムに対する放射線の適用は一時停止することができる。処理間隔の「ビームオン」部分の間、放射線は、画像データを形成するために、CTシステムから患者に適用される。これに代え、画像化装置が依然として稼働状態にあるにしても、データの収集を単に一時停止することにより、ゲート駆動は実行することができる。たとえば、CTシステムは、全サイクルを通して、患者に放射線を適用することができるが、しかし、ゲート駆動期間の間、データの記録を一時停止するために生理学的ゲート駆動が実行される。
【００６１】
CT、PETおよびMRIのような三次元画像化の例では、生理学的活動を表わす信号は、再構成プロセスを遡及的にゲート駆動するために使用することができる。この目的のために、生の送信または放出データの取得は、生理学的な信号をもつ共通時間ベースに同期化することができる。問題の動きサイクル間隔に対応する、取得した生のデータの一部が、体積画像を再構成するために使用でき、したがって、患者の動きにより引き起こされる歪みや大きさの変化が最小化される。
【００６２】
本発明の一実施例は、生理学的活動の周期を検出しかつ予測的に推定するための方法を提供する。事実上、本発明は、患者の生理学的な動きに対して「フェーズロック（phase lock）」を行うことができる。ゲート駆動システムが動き周期にフェーズロックされることから、周期的信号からの偏差は確認しかつ適切に定めることができる。たとえば、呼吸サイクルに対するゲート駆動の場合は、患者による突然の動きまたは咳は結果的に呼吸サイクルの検出された周期からの偏差となる。放射線処理は、正規の周期からこれらの偏差が発生している間ゲート駆動することができる。予測からのこれらの偏差の確認は、医療処理の他のタイプのゲート駆動を行うために使用することができる。本発明はまた、後に続く生理学的な動きの周期を予測的に推定するための方法を提供する。
【００６３】
図５は、正規の生理学的な動きサイクルの検出および予測的推定を実行するための本発明の実施例のプロセスフローチャートである。プロセス動作502においては、対象となっている生理学的活動をあらわすデータ信号を形成するために、ある機器またはシステム（図１のシステム100のような）が用いられる。一実施例では、データ信号は、検査下にある生理学的な動きをあらわす信号波パターンを集合的に形成するデジタルデータサンプルのストリームを含む。多数の離散的な測定サンプルは、任意の周期中における生理学的活動のために採取される。たとえば、呼吸の測定に向けられた本発明の実施例では、およそ200〜210のデータサンプルが、それぞれおよそ7秒の時間間隔で測定される。
【００６４】
プロセス動作504では、測定されたデータサンプルに対してパターンマッチング分析が実行される。一実施例においては、生理学的信号のための最新のデータサンプルのセットが直前のデータサンプル信号のセットに対して相関させられ、該信号の周期および反復性が決定される。このパターンマッチングを実行するために自動相関関数が用いられることができる。生理学的な動きまたは生理学的モニターセンサー信号の新しい各サンプルポイントに対して、該プロセスは、該信号中の最後のn個のサンプルの自動相関関数を計算する。ここで、nは、およそ1.5〜2の信号呼吸周期に対応する。この後、信号の周期および反復性を決定するために、自動相関関数の第２のピークが確認される。
【００６５】
他の実施例では、自動相関関数に代えて、絶対差分関数が用いられる。第二のピークに代えて、絶対差分における第二の最小値が検索される。生理学的な動きまたは生理学的モニターセンサー信号の新しい各サンプル点に対して、該プロセスは、重複しているデータサンプルの範囲にわたって２つのデータのセット間の最小絶対差分を計算する。第二の最小値は、最近のデータサンプルのセットを先行するデータサンプルのセットに最も良くマッチングさせるデータ位置に対応する。
【００６６】
さらに他の実施例では、測定される生理学的活動のモデルに基づいてパターンマッチングが実行される。該モデルは、この生理学的活動に対する生理学的な動きまたは生理学的モニターセンサー信号を動的に表現するものである。最新のデータサンプルのセットは、反復的なプロセスのパラメータを推定するためにモデルに対してマッチングさせられる。
【００６７】
測定された生理学的信号を用いるパターンマッチング（504）は、反復的なプロセスに対する最良のマッチング位置と同様に、マッチングの度合いに関する情報を与える。プロセス動作504において自動相関関数が用いられる場合は、第二のピークの相対的な強度は、該信号がどのように反復的であるかの尺度を与える。二つのデータサンプルのセット間のマッチングの度合いの指標を与えるために、閾値範囲の値が定められる。もし第二のピークの強度が定められた閾値範囲内にあれば（処理動作508）、マッチングの度合いは、該信号が反復的であることを示し、第２のピークの位置は、信号の周期の推定値を与える。もし処理動作504において絶対差分関数が用いられれば、第二の最小値の相対的な値は、該信号がどのように反復的であるかの尺度を与える。もし第二の最小値が定められた閾値範囲に合致すれば（508）、マッチングの度合いは、該信号が反復的であることを示し、第二の最小値の位置は信号の周期の推定値を与える。
【００６８】
もし第二のピークまたは第二の最小値の相関値が、定められた閾値範囲に合致しなければ、正規の生理学的活動からの偏差が検出され、これにより患者の正規の生理学的な動きにおける不規則性が示される（510）。この不規則性は、たとえば、患者の突然の動きまたは咳の結果生じるかもしれない。ある実施の形態においては、この検出された不規則性は、結果的に、患者への放射線の適用を一時停止させる「ビームホールド」信号の形成をもたらす。
【００６９】
もしマッチングの度合いが反復性を示していれば、周期が合理的な範囲内にあるかどうかを決定するために、最良のマッチングポイントがテストされる。第二のピークまたは第二の最小値の位置は、生理学的活動の周期の推定値を与える。一実施例では、最良のマッチングポイントは、閾値範囲と比較される（509）。もし最良のマッチングポイントが閾値範囲内に入っていなければ、正規の生理学的活動からの偏差が検出される（510）。もし最良のマッチングポイントが閾値範囲内に入っていれば、該信号は反復的なものとして受け入れられる（512）。
【００７０】
最良のマッチングポイントに基づく周期の推定は、該信号に対する次のデータサンプルのセットの周期および波形パラメータを予測するのに用いられる（514）。処理動作504、508および509は、このようなサンプルの範囲にわたって、複数のデータサンプルに基づいて反復性をテストすることに注目されたい。しかしながら、ある環境においては、規則的な生理学的な動きからの大きな偏差は、分析されている新しいまたは最新のデータサンプル内で実際に生じるかもしれない。なぜなら、データサンプルの全セットが反復性を示し（たとえば、比較されているデータサンプルの範囲にわたっての絶対差分の平均化により）、プロセス動作504、508および509は偏差を検出しないかもしれないからである。急激な偏差に対しテストを実行するために、プロセス動作514からの予測値は、次の対応するデータサンプルと比較される（515）。もし予測値が定義された閾値範囲内の実際のデータサンプルとマッチしなければ、偏差が検出される（510）。もし予測されたデータサンプル値と実際のデータサンプル値との比較が定義された閾値範囲内に入っていれば、反復性が確認され、このデータサンプル範囲については、偏差は検出されない（516）。
【００７１】
一実施例では、第一回目は図５の処理が実行され、パターンマッチング処理動作（504）がデータサンプルの全範囲にわたって実行される。この後、パターンマッチングプロセス動作は、該処理の直前の実行の結果によって定められる、限られた検索間隔にわたって実行することができる。たとえば、プロセス動作514からの予測値は、次のデータサンプルのセットのための検索間隔の位置を定義するのに用いることができる。しかしながら、もしプロセス動作508、509および514が最初の検索間隔の分析に基づいて偏差を検出すれば、検索間隔は、該偏差が実際に生じることを確実化するために拡張することができる。図５のプロセスは、最初の検索間隔の外側の最良のマッチングポイントを見出すよう試みるために、増加された検索間隔で繰り返すことができる。一実施例では、この増加された検索間隔はデータサンプルの全範囲を含む。これに代えて、増加された検索間隔は、データサンプルの全範囲の拡張された部分のみを含む。
【００７２】
本発明の一実施例にしたがって、生理学的ゲート駆動は、生理学的活動の振幅ではなく生理学的活動のフェーズに基づいて実行されることができる。これは、生理学的な動き信号の振幅が放射線の適用のための処理間隔の境界を定義するようになっている図３に示された例とは対照的なものである。
【００７３】
図９には、生理学的な動き信号のフェーズの進行を示すチャート900の一例が示されている。処理間隔範囲902はフェーズチャート900にわたって定義される。図９の例では、処理間隔範囲902の境界は、検出された信号のフェーズにより定義される。生理学的な動き信号のフェーズが処理間隔範囲902の境界内に入っているときにのみ、患者に放射線が適用される。図９は、30度から300度にわたる境界を有する処理間隔領域902の例を示している。かくして、生理学的な動き信号のフェーズが301度と29度との間にあるときには、患者に対して適用される放射線は一時停止または停止される。
【００７４】
図９には、フェーズチャート900と整列されたゲート駆動信号チャート906が示されている。もし生理学的な動き信号のフェーズが処理間隔範囲902の外側にあれば、「ビームホールド」信号閾値910が生じる。もし生理学的な動き信号のフェーズが処理間隔範囲902の境界内にあれば、「ビームオン」信号閾値912が生じる。「ビームオン」および「ビームホールド」の信号閾値910および912は、放射線ビーム源102（図１）の操作を作用的に制御するスイッチ116に適用される。患者に放射線が適用されていると、「ビームホールド」信号閾値910の適用は、スイッチ116に放射線の適用を一時停止させ、または停止させる。患者に放射線が適用されてないと、「ビームオン」信号閾値912の適用は、患者に対する放射線の照射を開始させる。
【００７５】
本発明の予測特性は、たとえ測定された生理学的な動きが、ゲート駆動システムの構成要素の有効操作速度に比べて比較的速い動きを含んでいても、ゲート駆動システムの操作を可能にする。これに該当するひとつの例として、完全にはたらくのに既知の時間間隔Δtを必要とする、放射線処理をゲート駆動するためのスイッチを含んでいるゲート駆動システムについて考察する。もし切り替えの時間間隔Δtが、測定された生理学的な動きサイクルに比べて相対的に遅ければ、反作用的な仕様でこのようなスイッチを用いているシステムは、患者に対する放射線の適用を有効にゲート駆動することはできないであろう。
【００７６】
本発明は、スイッチ116の予測的な作動が、該スイッチを完全に動作させるのに必要とされる時間Δtの長さを補償することを可能にする。生理学的活動に対する予測周期は、図５の処理を用いることにより得られることができる。処理間隔範囲は、生理学的活動の周期の一部にわたって定義される。スイッチ116を完全に駆動するのに必要とされる時間Δtに基づいて、スイッチ116は、処理間隔の境界の時間に先だって、この時間間隔Δtによって予め駆動することができ、これによりスイッチ116の完全な駆動のための時間は処理間隔の境界と一致する。かくして、スイッチ116の操作速度にかかわりなく、放射線を処理間隔の境界で、有効にゲート駆動することができる。同様の手法は、その他のゲート駆動システムの構成要素の操作速度を補償するためにも用いられることができる。
【００７７】
以下、ビジュアルベーシック（Visual Basic）プログラム言語で作成された本発明の１つの実施例を示す。以下のプログラムコードは、絶対差分関数を用いて呼吸サイクル周期を検出しかつ予測的に推定するための処理についてのものである。
【００７８】
2004533889.tif 000003
【００７９】
2004533889.tif 000004
【００８０】
2004533889.tif 000005
【００８１】
2004533889.tif 000006
【００８２】
このプログラムコードにおいて、変数「i」は、処理されるデータサンプルに対するカウンタまたはインデックス（指標）を表わす。変数「Range」は、分析されるべき検索範囲を表わす。もし生理学的サイクルの周期がすでに決定されていれば（すなわち、このプログラムコードの前の実行から）、変数「Period」は、検出された周期を含む。もし周期がまだ決定されていなければ、変数「Period」は、通常の呼吸サイクルを表わすデフォルト値（default value）に設定される（たとえば、通常の呼吸サイクルにおけるデータポイント数であり、これはおよそ200〜210のデータサンプルがおよそ7秒の時間周期にわたって得られる本発明の一実施例ではおよそ95のデータサンプルである）。変数「MinAbsDiff」は、検索範囲にわたっての最小絶対差分値である。変数「Diff」は、次のデータサンプルの実際の値とその次のデータサンプルの予測された値との間の比較を表わしている。
【００８３】
変数「j」、「StartJ」および「CurrJ」は、処理されるデータサンプルへのカウンタまたはインデックスである。変数「k」は、検索範囲に対するカウンタである。変数「MaxK」は、最小絶対差分値を有する検索範囲内における位置を表わす。変数「AbsDiff」は、重複しているデータサンプルのための絶対差分値の合計を保持する。変数「NormAbsDiff」は、パーセント値で表わされた、検索範囲内における特定の位置に対する平均絶対差分値である。変数「n」は、パーセント値で表わされた検索範囲に対する相対的なデータサンプルの位置を追跡するために用いられる。「Predict」は、このプログラムコードによって戻される予測値である。
【００８４】
変数「MinAbsDiff」は、初期値がある高い値に設定され、これによりこの後のすべての絶対差分値がこの初期値より小さくなる。一実施例では、処理されているデータサンプルのセットは、200のデータポイントを含む。かくして、このプログラムコードでは、変数「StartJ」は、201のデータサンプルで初期化しなおされる。変数「CurrJ」は、ひとつのデータサンプルで初期化しなおされる。サークル状の配列が用いられているので、変数「BufLength」は、「StartJ」および「CurrJ」の両方の初期化の間参照される。
【００８５】
外側のDoループは、現在および先行するデータサンプルのセットを互いに相対的に移動させる。外側のDoループは活動的（active）であり、他方変数「k」は、プログラムコードが検索範囲内で処理を行っていることを示す。一実施例では、検索範囲は、最初に、予測された位置のいずれかの側部に対して三つの位置で設定される。予測される位置は、プログラムコードの直前の実行に対して得られる周期に基づく。もしプログラムコードが直前に実行されていなければ、デフォルト周期値が用いられる。もしこの検索範囲内で許容できる最小絶対差分値が見出されなければ、検索範囲は、たとえば、予測される位置のいずれかの側部に対して50の位置に拡張されることができる。
【００８６】
変数「j」は、「StartJ」の値に対して初期化される。変数「AbsDiff」および「n」もまた、内側Doループの実行に先だって初期化される。
【００８７】
内側Doループは、データサンプルの現在の集合と前の集合との間の絶対差分値の計算を実行する。変数「AbsDiff」は、比較されるデータサンプルを重複させるために絶対差分値の合計を保持する。絶対差分値を決定するために分析されるデータサンプルの数は、処理される検索範囲内の位置に基づいて変化することに注目されたい。これは、検索範囲内での異なる位置は、比較されるる前のデータサンプルのセットと重複するデータサンプルの異なる数をもつことに起因する。このプログラムコードの実施例においては、絶対差分関数は、十番目毎の信号サンプルポイントを用いて計算される。すなわち、サブサンプル式減算（subsampled substruction）が用いられる。サークル状の配列が用いられているので、変数「ChartWidth」は、「AbsDiff」の計算中に参照される。
【００８８】
変数「MaxSignal」および「MinSignal」は、前にサンプリングされた信号値に対する最大および最小の範囲を示している。これらの値は、たとえば、データサンプルが複数の呼吸サイクルについて得られるシステムのための学習期間中に形成することができる。変数「NormAbsDiff」は、「MaxSignal」および「MinSignal」の値に基づいて、パーセント値であらわされた平均絶対差分値を保持する。
【００８９】
もし「NormAbsDiff」の値が、前に形成された「MinAbsDiff」の値より小さいかまたは等しければ、変数「MinAbsDiff」が「NormAbsDiff」の値に設定される。もし「MinAbsDiff」の値がリセットされれば、変数「MaxK」は、値「k」に設定される。この後、変数「k」は増加し、もし「k」の値がなお検索範囲内にあれば、プログラムコードは外側Doループの最初の部分に戻る。
【００９０】
このプログラムコードの結果は、最小絶対差分値の候補であり、かつ最小絶対差分の位置の候補である。MaxKの値は、これが処理される生理学的活動に対する値の正確な範囲内に入るのを確実化するために、予め設定された閾値と比較される。かくして、一実施例では、MaxKの値は、これが40以上でありかつ150以下となるのを確実化するためにテストされる。もしマーク値が閾値範囲に合致すれば、変数「Period」は「MaxK」の値に設定される。変数「Predict」は、処理されるべき次のデータサンプルのセットに対する予測値に戻る。変数「Diff」は、現在のデータサンプル値と予測されたデータサンプル値との間の差分値を示し、かつ「MaxSignal」および「MinSignal」の値に対するパーセントであらわされる。
【００９１】
一実施例では、進行バー（progress bar）の画像を、信号サンプルの周期性を可視的に示すために表示することができる。プログラムコードによれば、もし「MinAbsDiff」の値が20％の差分以下であれば、可視的な進行バーは、計算された「MinAbsDiff」の値でもって更新される。あるいは、可視的な進行バーは、「20」のデフォルト値である20％の差分を超えているその他のすべての「MinAbsDiff」の値を表示する。
【００９２】
図１３aは、生理学的活動の周期性からの偏差を検出するための他のアプローチのフローチャートを示す。図示の目的のみで、本発明の範囲を限定するものではないが、本説明は呼吸活動の周期性に関連してなされる。このプロセスは予測信号のフェーズを追跡し、各呼吸信号サンプルに対しこのアプローチは患者の呼吸サイクルフェーズを示すフェーズ値の推定をなす。ここで記述した実施例では、フェーズ角は0から2πの範囲をとり、この0と2πは呼吸の信号の吸い込み限界の近傍に対応する。図１３cは、例示の呼吸振幅信号1352とともに呼吸信号のサンプルに対する例示のフェーズ値チャート1350を示す。
【００９３】
図１３aのプロセスは、工程1302で呼吸データサンプルを受信する。呼吸信号の新しい各サンプルに対し、プロセスは最新の吸入および最新の吐き出しの極値の推定（呼吸信号の時点に対応する）を得て、そして更新する。これらの値は、吐き出し周期、吸い込み周期、したがってT（呼吸の全周期）の最新の推定を確立するために使用される（1304）。
【００９４】
工程1306において、プロセスは、新規に取得した呼吸信号サンプルのフェーズ値を推定する。一実施例では、このことは、周期T（工程1304で推定）をもつ余弦波形と、信号の最新のT秒長の部分との内積を計算するために実行される。このことは周期Tをもつ正弦での内積を計算することにより繰り返される。これら二つの内積は、それぞれ、信号のフェーズ一致成分および直交成分といわれている。直交成分値をフェーズ一致成分で割った結果の逆タンジェントは現在の呼吸信号サンプルの予測フェーズを与える。
【００９５】
工程1308において、プロセスは、信号の周期性を決定するために、前のデータサンプル値と、現在の呼吸サンプルのベクトル、たとえば、振幅、フェーズと比較する。この比較工程を実行するひとつのアプローチは、呼吸信号の記録前に、蓄積された信号対フェーズ値の二次元ヒストグラムアレーを使用することである。図１３dは、振幅―フェーズ値の二次元ヒストグラムアレー1360の実施例を示す。ヒストグラムアレー1360は、水平次元では0から2πのフェーズと、垂直次元では呼吸信号振幅の範囲をカバーする64×64のビン列である。各新規なサンプルの振幅および推定フェーズはヒストグラムアレー1360における、対応するビンを増加するために使用される。
【００９６】
一実施例において、現在の呼吸データサンプルのベクトルが、これまで観測されたクラスター値にどれほど近いかを、クラスタリング因子が決定する。各信号サンプルの振幅―フェーズベクトルと、近傍の前の値のクラスター値とを比較することにより、このプロセスは信号の周期性の尺度を与える。信号は、クラスタリング因子が、定めた閾値または許容レベル（1314）を超えるときに、現サンプル時間に対して周期的と考えられる。そうでないならば、信号は非周期的と宣言される（1312）。ひとつのアプローチは、現在のデータサンプルに対して、8振幅×5フェーズで囲まれたビンに対して、ビンの集団の総和を計算することである。この集団（いままで集積されたすべてのヒストグラムのビンの全集団の割合として）は、新しいサンプルが周期的な信号に属する度合いを決定する。閾値をこの割合の値に適用することにより、信号サンプルは、周期的または非周期的と宣言される。この閾値は、周期性からの偏差を検出するためのアルゴリズムの感度として、ユーザーによりセットすることができる。図１３dの例において、データサンプルのセット1362は、データサンプルのセット1362の値が、決定された割合の値が決定された閾値を超えるようにすると、データサンプルの値1364の主要部から実質的に逸脱することから、おそらく非周期的と宣言されよう。
【００９７】
実施例にしたがって、図１３aの工程1304にしたがい吸い込みおよび吐き出し周期の推定がこれら周期の初期仮定を確認することにより始まる。プロセスがまさにその初期であるか、または周期性の喪失から回復するとき、名目またはデフォルト値（吸い込み周期が1.6秒、吐き出し周期が3.4秒のような値）が使用される。これらの値の集計は、生理学的な動きの周期の現在の推定である。本実施例のアプローチは、たとえば、呼吸の動きにより引き起こされる最小および最大値の位置および値を推定するために、nの信号サンプルを使用する。一実施例では、周期の二十分の一の間隔で信号をサブサンプリングを行うことで、七つのサンプルが選択される。七つのサンプルの選択は、補間プロセスの計算負荷を処理し易くする一方、サブサンプリングは信号の大部分をカバーすることを可能にし、かくしてノイズによる位置の最小および最大の誤った検出を避けることができる。すべての新しい検知信号サンプル（サブサンプリングされたものではない）に対して、上述したように選択されたnのサンプルは、まず、対応する間隔が最小または最大値を含むことを確かにするために、有効なものとされる。このことは、サンプル列の二つの端部サンプルの絶対的な違いと、中心サンプルと二つの端部サンプルとの違いの平均とを比較することにより実行される。一実施例では、サンプル列が最小または最大値を含むかどうかを決定するために、以下のテストが使用された。
Abs(Y(0)-Y(6))＜2.0*Abs(Y(0)+Y(0)-2*Y(3))
この例では、七つのサンプルの列、Y(0)、Y(1)、Y(2)、Y(3)、Y(4)、Y(5)、Y(6)はひとつの周期の現在の予測を構成するサンプルの数の二十分の一でサブサンプリングされる。このテストの結果がポジティブであると、サンプルへの曲線の当てはめが実行される。一実施例では、二次曲線が、サンプル列の七つの点のうちの中央の五つの点と一致する。この曲線の最小点または最大点の位置および値は補間法を使用して計算される。この点でまた、サンプル列の再度のサンプルと中央のサンプルとを比較することにより、推定点が最小点または最大点であるかどうかが決定される。最小または最大点の推定点は、後の平均化のために、個々のアキュムレータの変数に加えられる。
【００９８】
上記プロセスは、上記テスト結果がネガティブとなる最初のサンプルと出くわすまで、次の検知された信号サンプルで繰り返される。このことは、最小点または最大点が推定され得る点の連続が終了したことを示す。この時点で、アキュムレータの変数が連続点の数で割られて、連続点の平均位置および値を得る。
【００９９】
このプロセスは、新しいすべての検知した信号のサンプルに先だって、サンプル列に上記テストを繰り返すことにより続行する。テストの結果がポジティブであると、上記した平均化プロセスが再び開始する。図１３bは、サンプル列の三つの例を示し、ここで、サンプル列1360は局所的な最大値を含み、サンプル列1362は局所的な最小値を含み、サンプル列1364は最大または最小点のいずれも含まない。
【０１００】
この方法は、サンプル列の長さだけ、極値の実際の位置よりも後のいずれかの点の局所的最小位置または最大位置を推定する。吸い込みまたは吐き出し周期の現在に推定は、この時点で更新される。吸い込み周期に対して、たとえば、このことは最新の最大位置を最新の最小値から引くことにより、実行される。これら推定は、全周期の現在の値を更新するために使用される。
【０１０１】
ここで記述した実施例は、呼吸信号の周期性を測るためのツールを提供し、かくして、通常の生理学的な動きからの偏差、たとえば患者の咳こみまたは動きにより引き起こされる通常の呼吸からの偏差の検出が可能となる。さらに、生理学的活動のフェーズの知識は、これらシステムが既知の遅延の後に応答するという場合に、放射線治療ビームの始まりまたは画像取得の予測または期待をもたらし得る。
【０１０２】
計画フェーズおよびインターフェース
放射線処理の計画フェーズの間、ゲート駆動シミュレーションが、処理間隔の最適な境界を決定するために実行され得る。図１２aはゲート駆動シミュレーションを実行するために採用できるシステム1200を示す。図１に図示のシステム100とともに、システム1200は処理テーブル104上の患者に向けられるカメラ108を有する。カメラ108の出力信号は処理のために、コンピュータ110に送られる。システム1200はさらに、患者の身体内の内部構造の画像を形成することができる画像化システムを含む。一実施例では、システム1200は、X線源1202および蛍光X線検出装置1204を含むデジタル蛍光画像化システムを含む。生じた蛍光ビデオは、蛍光表示装置1206上に表示することができる。さらに、蛍光透視X線検出装置からの出力信号は、コンピュータ110に送ることができる。
【０１０３】
ゲート駆動の間、患者の身体上の１つ以上の標識またはマーカー114の動きは、カメラ108を使用して光学的に測定される。標識またはマーカー114の検出された動きは、図２を参照して記述されたプロセスにしたがって、動き信号の形成をもたらす。動きデータが収集されるとともに、蛍光透視ビデオシステムは照射対象の腫瘍または組織のための画像データを形成する。本発明は、共通の時間ベースで、蛍光装置画像データおよびマーカーの動きデータを同時に記録する。実施例では、処理のために放射線ビームの適用に際して使用される放射線ビーム源の照射に関連して、蛍光透視画像化システムの配置、構成が決められる。このことは、実際の処理の間、行うべき対象容積の正確なシミュレーションを可能にする。
【０１０４】
図１２bは、蛍光画像および動き信号の記録されたデータを表わすためのユーザーインターフェース1210の実施例を示す。ユーザーインターフェース1210の一部は、測定された動き信号のチャート1212を表示する。ユーザーインターフェース1210の他の部分は、内部画像データ、たとえば、蛍光ビデオ1214を表示する。処理の計画フェーズの間、対象の身体の一部または位置、たとえば腫瘍または、蛍光透視画像では見ることのできない場合において、腫瘍と非常に相関のある解剖学的な標識の動きの蛍光ビデオ1214は、動き信号の表示と同期して表示することができる。データの両セットの同時表示は、動き信号の特定の部分の間、対象の身体部分、位置、組織または腫瘍の動き範囲に基づき、処理間隔の適正な境界を、可視的な方法で決定することを可能にする。
【０１０５】
ゲート駆動シミュレーションは「ゲート駆動された再生」を実施することにより達成できる。ゲート駆動された再生は、処理間隔に対するシミュレートされた閾値境界を設定することに関する。ゲート駆動された再生の間、ユーザーインターフェースは、動き信号がシミュレートされた処理間隔の境界内にあるとき、蛍光画像の表示のみ行うように構成することができる。蛍光ビデオは、動き信号がシミュレートされた処理間隔の外であるときには、オフになり、または停止する。ゲート駆動閾値は、蛍光ビデオおよび動き信号の両方がユーザーインターフェースに表示される間、動的に調節可能である。再生/調節手順は、医師が処理窓に示されたゲート駆動閾値で満足するまで、実行される。表示レートは、蛍光ビデオの可視的再生の速度を速め、または遅くするように動的に調節可能である。
【０１０６】
一実施例では、可視的表示の輪郭は、蛍光ビデオ1214における対象領域の周りに形成することができる。たとえば、箱形表示の輪郭は、蛍光ビデオ1214に示された腫瘍のまわりに引くことができる。これに代えて、腫瘍の形状にほぼマッチした表示の境界は腫瘍のまわりに引くことができる。可視的表示の輪郭は、適用される放射線ビームの形状をシミュレートするために使用することができる。再生の間、腫瘍の動きは、動き信号範囲の特定の点にある可視的表示境界と関連して、処理間隔の適切な境界を決定するのを支援する。
【０１０７】
記録された蛍光画像は、規則的な生理学的な動きから生ずる腫瘍の動きの程度をデジタル分析および数量化することを可能にする。各画像フレームに対して、腫瘍または対象組織に対応する画像データは強調表示され、またはコンピュータ110により選択される。規則的な生理学的な動きの間、腫瘍または組織の動きを分析するために、この画像データに基づいて計算が実行される。
【０１０８】
実施例にしたがって、この分析はエッジ検出および追跡により実施することができる。このことは、肺を支持する横隔膜（蛍光透視画像で、強度のエッジを示す）のような解剖学的標識に適用される。ユーザーは、記録された蛍光部分のフレームで、エッジを指定する。このことは、エッジで、またはその近くで線形部分を描くことで行うことができる。そして、エッジ検出および位置測定は、見出されるべきエッジの正確な位置を決定するために実行される。ムービーは次のフレームに移る。この新しいフレームでは、前のフレームのエッジの位置に対応する線形部分の位置は再度、エッジを見出すために使用される。このプロセスは、記録された蛍光部分の長さに対して続けられる。エッジの位置およびその変化率は最良の処理間隔を選択するために使用される。
【０１０９】
他の実施例にしたがって、蛍光画像の領域がテンプレートマッチングを使用して、フレームからフレームへと追跡される。動きが腫瘍と関連する腫瘍の領域または他の標識のまわりに、ボックスを描くことにより、テンプレートが第一のフレームで選択される。ボックスの下のこの領域は、ビデオ区分の次のフレームで、検索を行うテンプレートとして使用される。動きの内容が、単位秒当たり10またはそれ以上のフレームといる典型的なフレーム率に制限されていることから、テンプレートマッチングのための検索領域もまた制限される。テンプレートマッチングの一実施例では、二次元相互相関（相関ピークの位置が、新しい画像フレームにおけるテンプレートの位置を見出すために使用される）が使用される。他の実施例では、新しい画像でのテンプレートと候補テンプレートとの間の最小絶対差分が使用される。絶対差分アプローチを使用して、最小絶対差分の位置が、新しいフレームにおけるテンプレートの位置を示す。相互相関および最小絶対差分の両方実施例では、マッチングプレートが新しいフレームで見出されると、記録されたビデオの、続く画像フレームにおいて検索されるべきテンプレートとして使用される。このようにして見出されたテンプレートの位置の二次元の軌跡は、つぎに、追跡されたテンプレートの位置の特定の範囲の最も少ない動きに対応する最適な処理間隔を決定するために分析される。
【０１１０】
目標の身体部分、場所、腫瘍、または組織の数値化された動きデータにより、処理間隔に対するゲート駆動の閾値を正確に決定することができる。たとえば、医者が、ある閾値の動きマージンを超えない動きの周期を含むために、処理間隔を必要とするならば、数値化された動きのデータは、必要な動きマージンを達成する処理間隔の正確な境界を決定するために分析することができる。これに代えて、予め定められた動きマージンの閾値が、コンピュータ110で、プログラムされてもよい。予め定められた動きマージンに基づき、予め設定された動きマージンを達成すべく、処理間隔の最良なゲート駆動閾値を決定するために、システムは動きデータを分析する。このゲート駆動閾値は、対応する患者に対して、デフォルトまたは提案処理間隔として、指定され得る。
【０１１１】
処理間隔のゲート駆動閾値の設定を妥当なものとするために、検証が実行されてもよい。このことは特に、分割処理の実行のために有用である。このことは、放射線ビーム源でもって、処理間隔の間、実行されるゲート駆動検証画像化によりなすことができる。ゲート駆動された電子ポータル画像が、分割放射線処理の実行の間得られる。このことを実施するために、ゲート駆動システムは、元々の基準画像と可視的にまたは自動的に比較できる一回の照射または連続した照射を実施する。検証は、処理予定の間、臨床的に適切とされる時に繰り返すことができる。
【０１１２】
患者の配置
位置および動きモニターシステム100はまた、多数の患者が医療装置、システムまたは部屋に移動することになる治療方法、および画像化において、患者を正確に配置するために使用することができる。患者の準備の間、マーカーブロックの位置および向きが記録される。各セッションで、患者の同じ位置にマーカーブロックを配置することにより、部屋または機械のアイソセンタ座標系の三次元位置が患者の位置の正確な表示となる。続くセッションで、患者の位置は、マーカーブロックが記録された位置および向きと一致するまで、調節される。
【０１１３】
図１８は、多数の医療装置の間に、患者108を配置するために、本発明がどのように使用されるかを示す。図示の目的で、放射線治療のために共通したシナリオを考える。放射治療の第一のフェーズが、たとえば、CT、MRI、SPECT、またはPET手順を使用して、処理されるべき患者の身体の位置および領域を定めるべく、走査または画像化手順を患者になすことを含む、準備または処理計画操作である。画像データは、放射線処理計画の進展のために使用される。処理計画はしばしば、患者に適用するために、放射線治療の被爆レベルおよび処理容積を含む。処理計画フェーズはまた、処理計画の適切さを検証するためのシミュレーション手順を含む。処理計画が進展すると、第二フェーズとして、処理計画を実施するために、放射線治療装置へと患者を移動する。この手順を最適化するために、放射線治療装置に対する、患者の相対位置は、処理計画を進展させるために使用される画像データに対して、患者の画像化の位置と矛盾してはならない。
【０１１４】
本発明の実施例にしたがって、本発明の光学的位置および動きモニターシステムは、多数の医療装置の間に患者を正確かつ矛盾なく配置するために利用可能である。マーカーブロック114は配置された患者106が図１８に示されている。準備操作の間、患者はMRI装置1802またはCTシステムのような画像化装置を使用して走査され、画像が形成される。患者の準備の間、第一のビデオカメラ108aが、マーカーブロック114の位置および向きを記録するために患者の画像を与える。MRI装置1802で画像セッションのために、マーカーブロック114の三次元位置または機械のアイソセンサ座標係が基準データとして記憶される。
【０１１５】
続く処理セッションの間、患者106は放射線治療装置1804へと移動する。一実施例では、患者106が位置する処理テーブル104はMRI装置1802および放射線治療装置1804の間で移動できるように構成される。このことは、たとえば、処理テーブル104を床レール1806に移動可能に取り付けることにより達成することができる。患者106ではなく、医療器械の間に患者106を移動させるために、全処理テーブル104を移動することは、患者の体の中の組織が移動中に変動する機会を減少させる。
【０１１６】
MRI装置1802に対する第一のカメラ108aの幾何学的位置は知られ、放射線治療装置1804に対する第二のビデオカメラ108bの幾何学的位置は知られていることから、MRI装置1802の前の画像セッションの間、患者の相対位置を、放射線治療装置1804での対応相対位置に平行移動することは可能である。この対応相する相対位置は、MRI装置1802での画像化のための幾何学的位置に基づいて進展する処理計画の有効性を最大にするための、放射線治療装置1804における所望の位置である。
【０１１７】
処理テーブルが放射線治療装置1804に移動するとき、第二のビデオカメラ108bは、マーカーブロック114の三次元位置または機械のアイソセンタ座標係を計算するために使用することができる患者106の画像を与える。所望の患者/マーカーブロックの位置が知られていることから、患者106または処理テーブル104は、マーカーブロックが所望の位置および向きと一致するまで上昇させられる。
【０１１８】
患者の配置の間、治療師は、図１６に示されたスライダーインターフェース1600のようなインジケータを使用して、リアルタイムで患者の位置をモニターすることができる。インターフェース1600の各スライダーは基準セッションに対する特定の次元での位置を示す。スライダー1602のスライダー要素1610は、前／後−後／前の寸法で患者の動きを追跡する。スライダー1604は患者の横方向の動きを追跡する。スライダー1606は患者の上方−下方の動きを追跡する。インターフェース1600のスライダー要素の正確な位置は、患者の準備の間記録される。患者の配置を実施するために、患者の位置は、スライダーバーが準備のフェーズからスライダー要素の測定位置と矛盾しなくなるまで、調節される。患者が準備の間調査されると、患者の座標を表わすスライダーの位置は記録される。各スライダーは、基準間隔（各スライダー1602、1604および1606内の黒色バーとして、インターフェース1600に示されている）として、呼吸の動きの期待範囲を示すように構成される。たとえば、黒色バー1608は、スライダー1602のスライダー要素1610に対する動きの、通常の期待範囲を示す。
【０１１９】
患者のフィードバックおよび息止め
発明の実施例にしたがって、リアルタイムの位置インジケータディスプレーが用意され、通常の呼吸モードでの呼吸の動きを規則化および限定化の両方のために、患者の可視的フィードバックとして機能する。位置インジケータディスプレーはまた、患者が画像化および介入手順の息止めモードにあるときに、積極的な補助となるために有用である。
【０１２０】
患者に息止めを行うように指示をする医療手順には、画像取得手順および生検針挿入のような介入手順が含まれる。典型的に、通常の患者の呼吸により分離されるいくつかの息止めは、画像の取得または治療のための放射線量の投与を完了するために通常必要とされる。従前の息止めの場合、患者が、ひとつの息止めから他の息止めまで一貫した位置を保つことは非常に困難なことである。この困難性は、患者がひとつの状態から他の状態に一貫して息止めを行うための正確な点を正しく決定できないことから、生ずる。かくして、患者の胸部/腹部の容積または位置がひとつの息止めから他の息止めまで異なることはあり得る。
【０１２１】
上述したように、図１の光学的モニターシステムは、マーカーブロックまたはマーカーのセットに対応する患者の位置および向きを数量化するために使用することができる。かくして、呼吸止めの間の患者の動きの位置およびずれは数量化することができる。息止めの間、これらの値を数量化することにより、息止めの間の患者の位置は信頼性をもってかつ一貫して繰り返すことができる。
【０１２２】
図１７は、コンピュータディスプレー上で患者に表示されるスライダーを使用するリアルタイムの位置インジケータ1700の一実施例を示す。スライダー位置1702はたとえば、患者が水平になった時に、上下動する胸部の位置を示す。吐き出す間、スライダー位置1702は上昇し、吸い込みの間、スライダー位置1702は下降する。たとえば、息止めに対し、予測する位置の範囲は感覚1704として示される。
【０１２３】
患者は、スライダーバー1702の位置が示された範囲1704の境界内に維持されるように指示される。ここで、この動きの範囲の位置および幅は、計画セッションにおいて、患者が気持ちよく実施できるように選択される。一実施例において、視覚的フィードバックツールは、患者が通常行うであろうよりも浅い呼吸を行うのを助けるために使用することができる。口頭の促しおよびフィードバックは、より一貫した生理学的パターンに影響を与えるように、患者に与えることができる。たとえば、音声メッセージ「息を吸って」は、所望の吸飲期間の間、患者にそのことを促すことができる。音声メッセージ「息を吐いて」は、所望の吐き出し期間の間、患者にそのことを促すことができる。
【０１２４】
図１６のインターフェースはまた、患者の息止め位置の数量化を図示するために使用することができます。インジケータ範囲が、所望の息止め位置にあるインターフェース1600のひとつ以上のスライダーで示される。息止めの位置を再現するために、適切なスライダー内のスライダーバーがスライダー上のマーカー位置に対応するまで、患者は息止めを行うように指示される。画像化の例では、各息止めに対する画像の取得は、マーカーブロックの位置が息止めに対応する範囲に入ると始まり、患者がくつろぎ、マーカーブロックが息止め範囲から出ると、自動的に停止する。このことは、このような位置をモニタリングする能力にかかわらず、患者の息止め位置が、息止めから息止めへと変化することから、息止めの画像化をより正確で強いものにする。
【０１２５】
インターフェース制御
図２０は、動きの制御および表示、ならびに情報のゲート駆動のためのインジケータディスプレー2000を示す。ディスプレー2000はたとえば、マーカーブロックの動きを追跡することにより、患者の生理学的な動きを追跡する、信号図示チャート2002を含む。フェーズ表示部分2004は生理学的動きのフェーズを追跡する可動ディスプレーバー2006を含む。フェーズに基づいてゲート駆動が行われると、ゲート駆動範囲またはゲート非駆動範囲は、フェーズ表示部分2004の処理窓2008を画成することにより制御することができる。処理窓2008はフェーズ表示部分2004内で、第一のフェーズ値から第二のフェーズ値へ拡張するように画成される。これに代えて、生理学的な動きの振幅信号チャート2004にわたって処理間隔2010を画成することにより、ゲート駆動を実施してもよい。
【０１２６】
患者に対してより視覚的にするために、所望の動き窓2012は信号チャート2002以上に表示される。吐き出し周期では、信号チャート2002の位置が、動き窓2012に対し、示された範囲のより低い境界内に、信号チャート2002の位置尾を維持するように、患者は指示を受ける。
【０１２７】
図２１は、CTゲート駆動およびモニターシステムを制御するインターフェース窓を示す。制御部2102がCTゲート駆動のオン、オフのために使用される。制御部2106は、たとえば図１３aのために使用されるように、呼吸サイクルの周期性からの偏差を決定するための閾値を節制する。制御部2108は、ゲート駆動が振幅かフェーズかのいずれかに基づいて実施されるどうかを決定する。制御部2104は、これらスキャナー遅延、走査長パラメータを自動検知するフィードバックインターフェースをもたないCTスキャナーに対して、既知のまたは推定CTスキャナー遅延および走査長パラメータの入力を可能にする。本発明の実施例では、CT走査期間に対応する呼吸チャートの部分は緑色で描かれている。たとえば、治療の場合、このことは、ビームオン期間とCT画像取得間隔との最適なマッチングをもたらすゲート駆動閾値、すなわち、ユーザーがビームオン期間を呼吸チャートの緑色部分とマッチングするようにするゲート駆動閾値の選択を可能にする。
【０１２８】
図２２は、患者への指示およびフィードバックを制御するためのインターフェース窓を示す。制御部202は、生理学的な動きを規制するために音声指示を行ううかどうかを決定する。制御部2204は患者へのフィードバックに対する吸い込みおよび吐き出し周期が手動でまたは自動的に設定されるかどうかを決定する。吸入および吐き出し周期が手動で設定されると、制御部2206に示される吸入/吐き出し周期の値は手動で出ることになる。吸入および吐き出し周期が自動的に設定されると、これらの周期は、たとえば図１３bに示されたプロセスと使用して、自動的に決定される。この場合、制御部2206は患者を指示するためにこれら制御部を使用する前に自動的に検知した吸い込みおよび吐き出し周期を増減するために使用される。これは、たとえば、患者が通常の呼吸よりもゆっくりと呼吸するようにもっていくときに利用される。
【０１２９】
図２３は、生理学的な動きに対して、動きの範囲を制限するために使用される可視的なフィードバックを制御するためのインターフェースを示す。制御部2302が、動き範囲が手動でまたは自動的に設定されるかどうかを決定する。動き範囲が手動で設定されると、制御部2304に示された動き範囲の値は、手動ででるようになる。そうでないときは、制御部2304は、たとえば、マーカーブロックに対して検知された動き範囲に基づいて、自動的となる。
【０１３０】
図２４は、本発明の実施例にしたがったディスプレー窓の一画面を示す。ディスプレーの第一の部分は、マーカーブロックのリアルタイムの動きを数量化する図１５のスライダーを示す。ディスプレー窓の第二の部分が図２０の制御インターフェースを示す。ディスプレー窓の第三の部分が、ビデオカメラを通して見た患者のリアルタイムの画像を示す。
【０１３１】
コンピュータシステムアーキテクチャー
図１９は、本発明の例を実施することができるコンピュータシステム1900の一実施例を示すブロック図である。コンピュータシステム1900は、情報をやり取りするためのバス1902またはその他の通信機構と、情報処理のためにバス1902に接続されたプロセッサ1904とを含む。コンピュータシステム1900はまた、プロセッサ1904によって実行されるべき情報および命令を格納するための、バス1902に接続されたランダムアクセスメモリ（RAM）またはその他の動的な記憶装置などの主メモリ1906を含んでいる。主メモリ1906はまた、プロセッサ1904によって実行されるべき命令の実行中に一時的変数（temporary variables）またはその他の中間情報を格納するためにも用いることができる。コンピュータシステム1900はさらに、プロセッサ1904のための静的な情報または命令を格納するための、バス1902に接続されたリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）1908またはその他の静的な記憶装置を含んでいる。磁気ディスクまたは光ディスクなどのデータ記憶装置1910は、情報および命令を格納するために設けられ、バス1902に接続されている。
【０１３２】
コンピュータシステム1900は、ユーザーに対して情報を表示するために、バス1902を介して、陰極線管（CRT）などのディスプレー1912に接続されてもよい。プロセッサ1904に対して情報および命令選択をやり取りするための、文字・数字キーおよびその他のキーを含む入力装置1914がバス1902に接続されている。その他のタイプのユーザー用入力装置としては、プロセッサ1904と方向情報および命令選択をやり取りし、かつディスプレー1912上でカーソルの移動を制御するための、マウス、トラックボールまたはカーソル方向キーなどのカーソル制御器1916があげられる。この入力装置は典型的に、第一の軸（たとえば、x軸）および第二の軸（たとえば、y軸）の二つの軸について二つの自由度をもち、該装置は面内における位置を特定することができる。
【０１３３】
本発明は、生理学的サイクルを検出しかつ予測的に推定するためのコンピュータシステム1900の使用手順に関するものである。本発明の一実施例では、このような使用手順は、主メモリ1906内に格納されているひとつ以上の命令のひとつ以上のシーケンス（連鎖）を実行するプロセッサ1904に応答して、コンピュータシステム1900によって与えられる。このような命令は、記憶装置1910などのその他のコンピュータによる読み取りが可能な媒体から主メモリ1906に読み込まれてもよい。主メモリ1906に格納されている命令のシーケンスの実行は、プロセッサ1904がここに記載されたプロセス工程を実行する結果となる。複数処理方式の処理装置におけるひとつ以上のプロセッサはまた、主メモリ1906に格納されている命令のシーケンスを実行するためにも用いられる。これに代わる実施例では、本発明を実施するためのソフトウエア命令に代えて、またはこれと組み合わせて、配線で接続された回路が用いられる。かくして、本発明の実施例では、ハードウエア回路とソフトウエアとの特定の組み合わせに限定されるものではない。
【０１３４】
ここでは、「コンピュータによる読み取りが可能な媒体」との用語は、プロセッサ1904に実行命令を与えることにかかわるあらゆる媒体を意味するものとして用いられている。このような媒体は、限定されるわけではないが、非揮発性媒体、揮発性媒体および伝達媒体を含む多数の形態のものであってもよい。非揮発性媒体は、たとえば、記憶装置1910などの光ディスクまたは磁気ディスクを含む。揮発性媒体は、主メモリ1906などのダイナミックメモリを含む。伝達媒体は、バス1902を含むワイヤを含んでいる同軸ケーブル、銅線および光ファイバを含む。伝達媒体はまた、ラジオ波および赤外線データの通信の際に形成されるような音響波または光波の形態をとることもできる。
【０１３５】
コンピュータによる読み取りが可能な媒体の普通の形態は、たとえば、フロッピー（登録商標）ディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープないしはその他のあらゆる磁気媒体、CD-ROMないしはその他のあらゆる光媒体、パンチカード、紙テープ、穴のパターンを伴ったその他のあらゆる物理的媒体、RAM、PROM及びEPROM、FRASH-EPROM、その他のあらゆるメモリーチップないしはカートリッジ、この後説明される搬送波、またはコンピュータが読み取ることができるその他のあらゆる媒体を含む。
【０１３６】
種々の形態の、コンピュータによる読み取りが可能な媒体は、プロセッサ1904に対して、ひとつ以上の実行命令のひとつ以上のシーケンスを伴っていてもよい。たとえば、命令は、最初に、遠隔のコンピュータの磁気ディスクに与えられてもよい。遠隔のコンピュータは、命令をそのダイナミックメモリにロードし、そしてモデムを用いて電話回線で該命令を送ることができる。コンピュータシステム1900に対してローカルなモデムは、電話回線でデータを受信し、赤外線トランスミッタを用いてデータを赤外線信号に変換することができる。バス1902に接続された赤外線検出器は、赤外線信号でもって与えられるデータを受信し、該データをバス1902にのせることができる。バス1902は、データを主メモリ1906に与え、プロセッサ1904はこれを回復して命令を実行する。主メモリ1906によって受信された命令は、プロセッサ1904による実行の前または後のいずれかで、任意に記憶装置1910に格納されてもよい。
【０１３７】
コンピュータシステム1900はまた、バス1902に接続された通信インターフェース1918を含む。通信インターフェース1918は、ローカルネットワーク1922に接続されたネットワークリンク1920に対する二方向性のデータ通信結合を与える。たとえば、通信インターフェース1918は、対応するタイプの電話回線とデータ通信接続を行う一体型サービスデジタルネットワーク（ISDN）のカードまたはモデムであってもよい。もうひとつの例としては、通信インターフェース1918は、両立式LANとデータ通信接続を行うローカルエリアネットワーク（LAN）のカードであってもよい。無線接続もまた用いられることができる。このようなあらゆる実施態様において、通信インターフェース1918は、種々のタイプの情報を表わすデータストリームを含む電気信号、磁気信号または光信号を送信し、かつ受信する。
【０１３８】
ネットワークリンク1920は典型的に、ひとつ以上のネットワークを経由して、その他の装置とデータ通信を行う。たとえば、ネットワークリンク1920は、放射線ビーム源または放射線ビーム源に作用的に接続されたスイッチなどの医療機器1926またはホストコンピュータ1924と、ローカルネットワーク1922を経由して接続することができる。ネットワークリンク1920に伝達されるデータストリームは、電気信号、磁気信号または光信号を含むことができる。データをコンピュータシステム1900に送り込みまたはここから取り出す通信インターフェース1918を介しての信号およびネットワークリンク1920上の信号と、種々のネットワーク上の信号とは、情報を伝送する搬送波の典型的な形態である。コンピュータシステム1900は、ネットワーク、ネットワークリンク1920および通信インターフェース1918を介して、プログラムコードを含むメッセージを送信しかつデータを受信することができる。
【０１３９】
以上の説明においては、本発明は、その特定の実施例について説明されている。しかしながら、本発明のより広い思想および範囲から逸脱することなく、種々の変形例および修正例がなされることができるのは明らかなことである。たとえば、コンピュータ110によって実行される操作は、本発明の範囲に含まれるハードウエアとソフトウエアとの任意の組合せにより実行されることができ、「コンピュータ」についての特定の定義にあてはまるような特定の実施例に限定されるべきではない。したがって、この明細書および図面は、例示のためのものと考えられるべきであり、限定的なものとして考えられるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【０１４０】
【図１】図１は、本発明の実施例にしたがった生理学的ゲーティングのためのシステム要素を示す。
【図２】図２は、呼吸運動信号チャートの例を示す。
【図３】図３は運送信号チャートおよびゲーティング信号チャートを示す。
【図４】図４は本発明の実施例で達成されたプロセス処置を示すフローチャートである。
【図５】図５は、規則的な生理学的動作を測定し、予測するプロセス処置を示す。
【図６】図６aは本発明に利用することができるカメラおよび照明器の実施例の側面図を示し、図６bは図６aのカメラの正面図を示す。
【図７】図７aは本発明の実施例にしたがった逆反射性マーカーを示し、図７bは図７aの逆反射性マーカーの断面図を示す。
【図８】図８は逆反射性マーカーを作る装置を示す。
【図９】図９はゲーティング信号チャートで同期したパルスチャートを示す。
【図１０】図１０は半球状マーカーブロックの実施例を示す。
【図１１】図１１は円筒状マーカーブロックの実施例を示す。
【図１２ａ】図１２aは本発明の実施例にしたがった生理学的ゲーティングのためのシステムを示す。
【図１２ｂ】図１２bはゲーティング計画を観るため、制御するためおよび/または計画するためのインターフェースを示す。
【図１３ａ】図１３aは本発明の実施例にしたがった周期性および周期性の欠如を検出するプロセスのフローチャートを示す。
【図１３ｂ】図１３bは本発明の実施例にしたがったサンプル列を示す。
【図１３ｃ】図１３cは周期信号に対するフェーズおよび振幅を示すチャートを例示する。
【図１３ｄ】図１３dは周期信号振幅対フェーズのヒストグラムチャートの例を示す。
【図１４】図１４a、図１４b、および図１４cはマーカーブロックの実施例を示す。
【図１５】図１５は本発明にしたがったマーカーブロックの位置および方向を推定するためのプロセスのフローチャートを示す。
【図１６】図１６は本発明にしたがったスライダーインターフェースの実施例を示す。
【図１７】図１７は本発明にしたがったスライダーインターフェースの実施例を示す。
【図１８】図１８は本発明にしたがって、患者を多数の装置の間に配置するシステムを示す。
【図１９】図１９は本発明を実施するコンピュータハードウエア図である。
【図２０】図２０は本発明にしたがって、制御し、表示し、および計画するためのインターフェースを示す。
【図２１】図２１は本発明にしたがって、制御し、表示し、および計画するためのインターフェースを示す。
【図２２】図２２は本発明にしたがって、制御し、表示し、および計画するためのインターフェースを示す。
【図２３】図２３は本発明にしたがって、制御し、表示し、および計画するためのインターフェースを示す。
【図２４】図２４は本発明にしたがって、制御し、表示し、および計画するためのインターフェースを示す。
【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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【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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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１３ｃ】
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【図１３ｄ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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