(57)【要約】  被験者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、該判別した移動方向に基づいて前記被験者の呼気と吸気とを判別する呼気吸気判別部とを備えてなる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者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、該判別した移動方向に基づいて前記被験者の呼気と吸気とを判別する呼気吸気判別部と
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、
前記呼気吸気判別部は、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吸モニタリング装置。
【請求項３】
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呼吸モニタリング装置。
【請求項４】
請求項２に記載の呼吸モニタリング装置において、
呼気吸気判別部は、所定のタイミングで取得された画像上の撮像対象領域内から、前記所定のタイミングよりも前のタイミングで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の領域の位置へと移動する方向の前記被験者の身長方向における方向成分が前記第１の方向側を向いている場合には吸気と、前記第２の方向側を向いている場合には呼気と判別する呼吸モニタリング装置。
【請求項５】
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、該画像上の画素の輝度の時間的変化から前記被験者の呼吸の周期を判定する周期判定部と、
前記周期判定部において判定された呼吸の周期に基づいて、前記呼気吸気判別部にて判別された呼気または吸気のタイミングを判定する呼気吸気タイミング判定部と
を有する呼吸モニタリング装置。
【請求項６】
被験者の胸部および腹部のうち少なくとも一方と、該胸部および腹部のうち少なくとも一方よりも低い照度に設定されている背景との境界を含む撮像対象領域を前記被験者の身体に対する横方向から撮像した画像を、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、前記撮像対象領域内における所定値以上の輝度を有する画素部分の面積の時間的な増減から前記被験者の呼気と吸気とを判別する呼気吸気判別部と
を備えてなる呼吸モニタリング装置。
【請求項７】
請求項６に記載の呼吸モニタリング装置において、
前記呼気吸気判別部は、前記撮像対象領域内における所定値以上の輝度を有する画素部分の面積が増加している場合には吸気と、前記撮像対象領域内における所定値以上の輝度を有する画素部分の面積が減少している場合は呼気と判別する呼吸モニタリング装置。
【請求項８】
請求項６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、該画像上の画素の輝度の時間的変化から前記被験者の呼吸の周期を判定する周期判定部と、
前記周期判定部において判定された呼吸の周期に基づいて、前記呼気吸気判別部にて判別された呼気または吸気のタイミングを判定する呼気吸気タイミング判定部と
を有する呼吸モニタリング装置。
【請求項９】
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内における画素の輝度の時間的変化の絶対値を、前記呼気吸気判別部において吸気中であると判別される期間中積算し、該積算した値と所定値との差が一定値以上であるとき所定の通知を行う通知部を有する呼吸モニタリング装置。
【請求項１０】
請求項１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１１】
請求項６に記載の呼吸モニタリング装置と、
被験者の胸部および腹部のうち少なくとも一方と、該胸部および腹部のうち少なくとも一方よりも低い照度に設定されている背景との境界を含む撮像対象領域を前記被験者の身体に対する横方向から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５に記載の呼吸モニタリング装置と、
前記呼気吸気タイミング判定部にて判定された呼気または吸気のタイミングに基づいて、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、該判別した移動方向に基づいて前記被験者の呼気と吸気とを判別する呼気吸気判別ステップと
を有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、
前記呼気吸気判別ステップは、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吸モニタリング方法。
【請求項１７】
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呼吸モニタリング方法。
【請求項１８】
請求項１６に記載の呼吸モニタリング方法において、
呼気吸気判別ステップは、所定のタイミングで取得された画像上の撮像対象領域内から、前記所定のタイミングよりも前のタイミングで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の領域の位置へと移動する方向の前記被験者の身長方向における方向成分が前記第１の方向側を向いている場合には吸気と、前記第２の方向側を向いている場合には呼気と判別する呼吸モニタリング方法。
【請求項１９】
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、該画像上の画素の輝度の時間的変化から前記被験者の呼吸の周期を判定する周期判定ステップと、
前記周期判定ステップにおいて判定された呼吸の周期に基づいて、前記呼気吸気判別ステップにて判別された呼気または吸気のタイミングを判定する呼気吸気タイミング判定ステップと
を有する呼吸モニタリング方法。
【請求項２０】
被験者の胸部および腹部のうち少なくとも一方と、該胸部および腹部のうち少なくとも一方よりも低い照度に設定されている背景との境界を含む撮像対象領域を前記被験者の身体に対する横方向から撮像した画像を、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、前記撮像対象領域内における所定値以上の輝度を有する画素部分の面積の時間的な増減から前記被験者の呼気と吸気とを判別する呼気吸気判別ステップと
を有する呼吸モニタリング方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の呼吸モニタリング方法において、
前記呼気吸気判別ステップは、前記撮像対象領域内における所定値以上の輝度を有する画素部分の面積が増加している場合には吸気と、前記撮像対象領域内における所定値以上の輝度を有する画素部分の面積が減少している場合は呼気と判別する呼吸モニタリング方法。
【請求項２２】
請求項２０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、該画像上の画素の輝度の時間的変化から前記被験者の呼吸の周期を判定する周期判定ステップと、
前記周期判定ステップにおいて判定された呼吸の周期に基づいて、前記呼気吸気判別ステップにて判別された呼気または吸気のタイミングを判定する呼気吸気タイミング判定ステップと
を有する呼吸モニタリング方法。
【請求項２３】
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内における画素の輝度の時間的変化の絶対値を、前記呼気吸気判別ステップにおいて吸気中であると判別される期間中積算し、該積算した値と所定値との差が一定値以上であるとき所定の通知を行う通知ステップを有する呼吸モニタリング方法。
【請求項２４】
請求項１９に記載の呼吸モニタリング方法において、
前記呼気吸気タイミング判定ステップにて判定された呼気または吸気のタイミングに基づいて、所定の医療的処理を行わせる医療的処理実行ステップと
を有する呼吸モニタリング方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載の呼吸モニタリング方法において、
前記所定の医療的処理は、ＭＲＩによる撮像処理である呼吸モニタリング方法。
【請求項２６】
請求項２４に記載の呼吸モニタリング方法において、
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呼吸モニタリング方法。
【請求項２７】
被験者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、該判別した移動方向に基づいて前記被験者の呼気と吸気とを判別する呼気吸気判別ステップと
をコンピュータに実行させ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、
前記呼気吸気判別ステップは、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吸モニタリングプログラム。
【請求項２９】
請求項２８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呼吸モニタリングプログラム。
【請求項３０】
請求項２８に記載の呼吸モニタリングプログラムにおいて、
呼気吸気判別ステップは、所定のタイミングで取得された画像上の撮像対象領域内から、前記所定のタイミングよりも前のタイミングで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の領域の位置へと移動する方向の前記被験者の身長方向における方向成分が前記第１の方向側を向いている場合には吸気と、前記第２の方向側を向いている場合には呼気と判別する呼吸モニタリングプログラム。
【請求項３１】
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、該画像上の画素の輝度の時間的変化から前記被験者の呼吸の周期を判定する周期判定ステップと、
前記周期判定ステップにおいて判定された呼吸の周期に基づいて、前記呼気吸気判別ステップにて判別された呼気または吸気のタイミングを判定する呼気吸気タイミング判定ステップと
を有する呼吸モニタリングプログラム。
【請求項３２】
被験者の胸部および腹部のうち少なくとも一方と、該胸部および腹部のうち少なくとも一方よりも低い照度に設定されている背景との境界を含む撮像対象領域を前記被験者の身体に対する横方向から撮像した画像を、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、前記撮像対象領域内における所定値以上の輝度を有する画素部分の面積の時間的な増減から前記被験者の呼気と吸気とを判別する呼気吸気判別ステップと
をコンピュータに実行させる呼吸モニタリングプログラム。
【請求項３３】
請求項３２に記載の呼吸モニタリングプログラムにおいて、
前記呼気吸気判別ステップは、前記撮像対象領域内における所定値以上の輝度を有する画素部分の面積が増加している場合には吸気と、前記撮像対象領域内における所定値以上の輝度を有する画素部分の面積が減少している場合は呼気と判別する呼吸モニタリングプログラム。
【請求項３４】
請求項３２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、該画像上の画素の輝度の時間的変化から前記被験者の呼吸の周期を判定する周期判定ステップと、
前記周期判定ステップにおいて判定された呼吸の周期に基づいて、前記呼気吸気判別ステップにて判別された呼気または吸気のタイミングを判定する呼気吸気タイミング判定ステップと
を有する呼吸モニタリングプログラム。
【請求項３５】
請求項３１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、連続する複数の所定のタイミングで取得された複数の画像内における画素の輝度の時間的変化の絶対値を、前記呼気吸気判別ステップにおいて吸気中であると判別される期間中積算し、該積算した値と所定値との差が一定値以上であるとき所定の通知を行う通知ステップを有する呼吸モニタリングプログラム。
【請求項３６】
請求項３１に記載の呼吸モニタリングプログラムにおいて、
前記呼気吸気タイミング判定ステップにて判定された呼気または吸気のタイミングに基づいて、所定の医療的処理を行わせる医療的処理実行ステップと
を有する呼吸モニタリングプログラム。
【請求項３７】
請求項３６に記載の呼吸モニタリングプログラムにおいて、
前記所定の医療的処理は、ＭＲＩによる撮像処理である呼吸モニタリングプログラム。
【請求項３８】
請求項３６に記載の呼吸モニタリングプログラムにおいて、
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、被検者の呼吸の呼気と吸気を判別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】
従来の呼吸同期スキャンでは、被験者の呼吸の周期を把握するため、呼気と吸気の判別を、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。【０００５】
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の呼気と吸気の判別を行う構成上、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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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と吸気を判別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】
【０００７】
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、該判別した移動方向に基づいて前記被験者の呼気と吸気とを判別する呼気吸気判別部とを備えてなるものである。【０００８】
また、上述のような構成の呼吸モニタリング装置において、前記呼気吸気判別部は、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構成とすることが望ましい。【０００９】
また、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ができる。【００１０】
また、上述のような構成の呼吸モニタリング装置において、呼気吸気判別部は、所定のタイミングで取得された画像上の撮像対象領域内から、前記所定のタイミングよりも前のタイミングで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の領域の位置へと移動する方向の前記被験者の身長方向における方向成分が前記第１の方向側を向いている場合には吸気と、前記第２の方向側を向いている場合には呼気と判別することが望ましい。【００１１】
また、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、該画像上の画素の輝度の時間的変化から前記被験者の呼吸の周期を判定する周期判定部と、前記周期判定部において判定された呼吸の周期に基づいて、前記呼気吸気判別部にて判別された呼気または吸気のタイミングを判定する呼気吸気タイミング判定部とを有することが好ましい。【００１２】
また、本発明に係る呼吸モニタリング装置は、被験者の胸部および腹部のうち少なくとも一方と、該胸部および腹部のうち少なくとも一方よりも低い照度に設定されている背景との境界を含む撮像対象領域を前記被験者の身体に対する横方向から撮像した画像を、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、前記撮像対象領域内における所定値以上の輝度を有する画素部分の面積の時間的な増減から前記被験者の呼気と吸気とを判別する呼気吸気判別部とを備えてなる構成となっている。【００１３】
また、上述のような構成の呼吸モニタリング装置において、前記呼気吸気判別部は、前記撮像対象領域内における所定値以上の輝度を有する画素部分の面積が増加している場合には吸気と、前記撮像対象領域内における所定値以上の輝度を有する画素部分の面積が減少している場合は呼気と判別することが好ましい。【００１４】
また、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、該画像上の画素の輝度の時間的変化から前記被験者の呼吸の周期を判定する周期判定部と、前記周期判定部において判定された呼吸の周期に基づいて、前記呼気吸気判別部にて判別された呼気または吸気のタイミングを判定する呼気吸気タイミング判定部とを有する構成とすることができる。【００１５】
また、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、連続する複数の所定のタイミングで取得された複数の画像内における画素の輝度の時間的変化の絶対値を、前記呼気吸気判別部において吸気中であると判別される期間中積算し、該積算した値と所定値との差が一定値以上であるとき所定の通知を行う通知部を有することが望ましい。【００１６】
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。【００１７】
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、被験者の胸部および腹部のうち少なくとも一方と、該胸部および腹部のうち少なくとも一方よりも低い照度に設定されている背景との境界を含む撮像対象領域を前記被験者の身体に対する横方向から撮像する撮像部とを備えてなる構成となっている。【００１８】
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、前記呼気吸気タイミング判定部にて判定された呼気または吸気のタイミングに基づいて、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。【００１９】
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による撮像処理であることが望ましいが、ＣＴスキャンによる撮像処理であってもよい。【００２０】
本発明に係る呼吸モニタリング方法は、被験者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、該判別した移動方向に基づいて前記被験者の呼気と吸気とを判別する呼気吸気判別ステップとを有することを特徴とするものである。【００２１】
上述のような構成の呼吸モニタリング方法において、前記呼気吸気判別ステップは、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ことが望ましい。【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、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もできる。【００２３】
上述のような構成の呼吸モニタリング方法において、呼気吸気判別ステップは、所定のタイミングで取得された画像上の撮像対象領域内から、前記所定のタイミングよりも前のタイミングで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の領域の位置へと移動する方向の前記被験者の身長方向における方向成分が前記第１の方向側を向いている場合には吸気と、前記第２の方向側を向いている場合には呼気と判別することが望ましい。【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、該画像上の画素の輝度の時間的変化から前記被験者の呼吸の周期を判定する周期判定ステップと、前記周期判定ステップにおいて判定された呼吸の周期に基づいて、前記呼気吸気判別ステップにて判別された呼気または吸気のタイミングを判定する呼気吸気タイミング判定ステップとを有する構成とすることもできる。【００２５】
本発明に係る呼吸モニタリング方法は、被験者の胸部および腹部のうち少なくとも一方と、該胸部および腹部のうち少なくとも一方よりも低い照度に設定されている背景との境界を含む撮像対象領域を前記被験者の身体に対する横方向から撮像した画像を、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、前記撮像対象領域内における所定値以上の輝度を有する画素部分の面積の時間的な増減から前記被験者の呼気と吸気とを判別する呼気吸気判別ステップとを有することが好ましい。【００２６】
上述のような構成の呼吸モニタリング方法において、前記呼気吸気判別ステップは、前記撮像対象領域内における所定値以上の輝度を有する画素部分の面積が増加している場合には吸気と、前記撮像対象領域内における所定値以上の輝度を有する画素部分の面積が減少している場合は呼気と判別する構成とすることもできる。【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、該画像上の画素の輝度の時間的変化から前記被験者の呼吸の周期を判定する周期判定ステップと、前記周期判定ステップにおいて判定された呼吸の周期に基づいて、前記呼気吸気判別ステップにて判別された呼気または吸気のタイミングを判定する呼気吸気タイミング判定ステップとを有することが好ましい。【００２８】
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、連続する複数の所定のタイミングで取得された複数の画像内における画素の輝度の時間的変化の絶対値を、前記呼気吸気判別ステップにおいて吸気中であると判別される期間中積算し、該積算した値と所定値との差が一定値以上であるとき所定の通知を行う通知ステップを有することが望ましい。【００２９】
上述のような構成の呼吸モニタリング方法において、前記呼気吸気タイミング判定ステップにて判定された呼気または吸気のタイミングに基づいて、所定の医療的処理を行わせる医療的処理実行ステップとを有する構成とすることもできる。【００３０】
上述のような構成の呼吸モニタリング方法において、前記所定の医療的処理は、ＭＲＩによる撮像処理であることが好ましいが、ＣＴスキャンによる撮像処理であってもよい。【００３１】
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、該判別した移動方向に基づいて前記被験者の呼気と吸気とを判別する呼気吸気判別ステップとをコンピュータに実行させる構成となっている。【００３２】
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、前記呼気吸気判別ステップは、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ことが望ましい。【００３３】
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もできる。【００３４】
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、呼気吸気判別ステップは、所定のタイミングで取得された画像上の撮像対象領域内から、前記所定のタイミングよりも前のタイミングで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の領域の位置へと移動する方向の前記被験者の身長方向における方向成分が前記第１の方向側を向いている場合には吸気と、前記第２の方向側を向いている場合には呼気と判別することが好ましい。【００３５】
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、該画像上の画素の輝度の時間的変化から前記被験者の呼吸の周期を判定する周期判定ステップと、前記周期判定ステップにおいて判定された呼吸の周期に基づいて、前記呼気吸気判別ステップにて判別された呼気または吸気のタイミングを判定する呼気吸気タイミング判定ステップとを有する構成とすることもできる。【００３６】
また、本発明に係る呼吸モニタリングプログラムは、被験者の胸部および腹部のうち少なくとも一方と、該胸部および腹部のうち少なくとも一方よりも低い照度に設定されている背景との境界を含む撮像対象領域を前記被験者の身体に対する横方向から撮像した画像を、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、前記撮像対象領域内における所定値以上の輝度を有する画素部分の面積の時間的な増減から前記被験者の呼気と吸気とを判別する呼気吸気判別ステップとをコンピュータに実行させる構成となっている。【００３７】
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、前記呼気吸気判別ステップは、前記撮像対象領域内における所定値以上の輝度を有する画素部分の面積が増加している場合には吸気と、前記撮像対象領域内における所定値以上の輝度を有する画素部分の面積が減少している場合は呼気と判別することが望ましい。【００３８】
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、該画像上の画素の輝度の時間的変化から前記被験者の呼吸の周期を判定する周期判定ステップと、前記周期判定ステップにおいて判定された呼吸の周期に基づいて、前記呼気吸気判別ステップにて判別された呼気または吸気のタイミングを判定する呼気吸気タイミング判定ステップとを有することが好ましい。【００３９】
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、連続する複数の所定のタイミングで取得された複数の画像内における画素の輝度の時間的変化の絶対値を、前記呼気吸気判別ステップにおいて吸気中であると判別される期間中積算し、該積算した値と所定値との差が一定値以上であるとき所定の通知を行う通知ステップを有する構成とすることができる。【００４０】
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、前記呼気吸気タイミング判定ステップにて判定された呼気または吸気のタイミングに基づいて、所定の医療的処理を行わせる医療的処理実行ステップとを有することが好ましい。【００４１】
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、前記所定の医療的処理は、ＭＲＩによる撮像処理であることが望ましいが、ＣＴスキャンによる撮像処理であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】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。
【図２】撮像部１０１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１０１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】本実施の形態における呼吸モニタリング方法における全体の処理の流れについて説明するためのフローチャートである。
【図５】図４における差分処理（Ｓ１０３）の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】本実施の形態における呼気吸気判別部での画像上における画素の移動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７】本実施の形態における呼気吸気判別部での画像上における画素の移動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８】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９】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を被験者Ｍの身体に対する横方向から撮像部１０１に撮像させる構成について説明するための図である。
【図１０】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を被験者Ｍの身体に対する横方向から撮像部１０１に撮像させる構成について説明するための図である。
【図１１】本実施の形態による呼吸モニタリング装置を含む、医療的処理システムにおける全体的な処理の流れを示す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】
【００４３】
（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。【００４４】
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。【００４５】
本実施の形態による呼吸モニタリング装置は、呼吸周期判定部１０２、呼気吸気判別部１０３、呼気吸気タイミング判定部１０４、画像取得部１０５、不図示の記憶部、ＣＰＵや画像処理回路（画像処理チップなど）から構成される不図示の制御部、不図示の表示部および不図示の通知部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に加え、スキャン信号出力部（医療的処理実行部に相当）２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、仰向けの状態の被験者の足側において、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１０１とを備えてなる構成となっている。【００４６】
撮像部１０１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１０１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。【００４７】
画像取得部１０５は、撮像部１０１で撮像した画像を、所定のタイミング毎に取得する役割を有している。【００４８】
呼吸周期判定部（周期判定部）１０２は、画像取得部１０５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、該画像上の画素の輝度の時間的変化から被験者Ｍの呼吸の周期を判定する役割を有している。【００４９】
呼気吸気判別部１０３は、画像取得部１０５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、該判別した移動方向に基づいて被験者の呼気と吸気とを判別する。具体的に、呼気吸気判別部１０３は、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（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。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１０１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１０３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】
呼気吸気タイミング判定部１０４は、呼吸周期判定部１０２において判定された呼吸の周期に基づいて、呼気吸気判別部１０３にて判別された呼気または吸気のタイミングを判定する役割を有している。【００５２】
スキャン信号出力部（医療的処理実行部）２は、呼気吸気タイミング判定部１０４にて判定された呼気または吸気のタイミングに基づいてスキャン信号を出力し、所定の医療的処理としての撮像をＣＴスキャン装置３に行わせる役割を有している。【００５３】
図２および図３は、撮像部１０１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。【００５４】
同図に示すように、撮像部１０１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１０１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１０１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。【００５５】
具体的に、撮像部１０１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１０１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１０１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））
で表される。【００５６】
ＣＴスキャン装置による撮像処理を呼吸周期の一定の位相で継続的に実施するためには（呼吸同期スキャンを行うためには）、呼吸量の大小に拘らず呼吸の位相を把握する必要がある。【００５７】
本実施の形態における呼吸周期判定部１０２は、連続する複数の所定のタイミングで撮像された撮像対象領域の画像上の画素の輝度の時間的変化（フレーム間での差分）を計算して変化量を求め、これに基づいて呼吸の周期を判定する構成となっている。【００５８】
具体的には、撮像対象領域の画像上の画素の輝度の時間的変化（差分）の絶対値のリアルタイム平均を求め、それに対するある定めた固定値の割合を、上述の差分の絶対値に乗じると、振幅の最大値が常に固定値に近い値となる波形が得られる（正規化）。すなわち、スキャン信号出力部２にてスキャン信号を出力するタイミングを、このように加工された波形に基づいて指定することができる。【００５９】
また、最新のタイミングで撮像した画像とこの最新のタイミングに対する１つ前のタイミング（前回のタイミング）で撮像した画像との間でのフレーム間差分（画素の輝度の時間的変化）の絶対値が、前回のタイミングで撮像した画像とこの前回のタイミングに対する１つ前のタイミング（前々回のタイミング）で撮像した画像との間でのフレーム間差分の絶対値に比べ減少し、かつ直近の数フレームではフレーム間差分の絶対値が増加し続けている場合、その前回のタイミングの時点を呼気／吸気の波形の頂点とし、その頂点からの一定時間を経過した時をスキャン信号出力部２における信号出力のタイミングとすることもできる。【００６０】
呼吸同期スキャンを行うためには、さらに上述のようにして求められる呼吸の波形のうち、どの波が呼気または吸気であるのかを判別する必要がある。上述のように、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１０３における、撮像部１０１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。【００６１】
ｙを画像取得部１０５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)という式が成立する。【００６２】
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
が成立する。【００６３】
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)  ・・・（１）
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。【００６４】
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。）。【００６５】
なお、上記と同様の方法で求めた撮像対象領域ＲＯＩの画像上における画素のx、ｙ方向の変位の絶対値を加算することによって呼吸の変化量（呼気または吸気の動作量）を知ることもできる。【００６６】
図４は、本実施の形態における呼吸モニタリング方法における全体の処理の流れについて説明するためのフローチャートである。【００６７】
まず、システムを起動する（Ｓ１０１）。【００６８】
次に、撮像部１０１にて被験者Ｍの胸部または腹部を含む撮像対象領域ＲＯＩ（いわゆる関心領域）を初期設定する（Ｓ１０２）。例えば、撮像対象領域ＲＯＩを、画像取得部１０５にて連続的な複数の所定のタイミングで取得した複数の画像間の画素の輝度の変動に基づいて最も変動のある領域を含むように設定する。【００６９】
次に、呼吸周期判定部１０２および呼気吸気判別部１０３にて、取得した画像上の各画素の輝度の差分をとる差分処理を行う（Ｓ１０３）。差分処理に基づいて、判定された呼吸の周期と、呼気吸気の判別結果に基づいて、呼気吸気タイミング判定部１０４にて呼気と吸気のタイミングを判定する。【００７０】
続いて、スキャン信号出力部２にて、呼気または吸気のタイミングが所定のスキャン信号出力を行うタイミングであるか否かの判定を行い（呼吸波形周期の位相チェック）（Ｓ１０４）、所定のスキャン信号出力を行うタイミングであれば（Ｓ１０５，Ｙｅｓ）、スキャン信号をＣＴスキャン装置３に対して出力する
（Ｓ１０６）。【００７１】
その後、その旨のグラフ表示を不図示の表示部にて行う（Ｓ１０７）。なお、ここでのグラフ表示とは、呼吸周期判定部１０２、呼気吸気班別部１０３および呼気吸気タイミング判定部１０４にて判定された被験者の呼吸の周期や呼気吸気のタイミングを画面表示したものである。このとき、該被験者の呼吸を表すグラフ表示と共に、所定の模範的な呼吸状態を示すグラフを同時に画面表示することで、ユーザが画面表示されている両グラフを容易に比較することができ、該被験者の呼吸状態が正常であるかどうかを把握しやすくなるという効果を奏する。【００７２】
一方、呼気または吸気のタイミングが、所定のスキャン信号出力を行うタイミングでない場合（Ｓ１０５，Ｎｏ）、その旨のグラフ表示を不図示の表示部にて行う（Ｓ１０７）。【００７３】
図５は、図４における差分処理（Ｓ１０３）の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。【００７４】
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）。【００７５】
次に、画像取得部１０５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）。【００７６】
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）。【００７７】
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）。【００７８】
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）。【００７９】
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）。【００８０】
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）。【００８１】
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）。【００８２】
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。【００８３】
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）。【００８４】
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。【００８５】
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）。【００８６】
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）。【００８７】
このようにして、呼気吸気判別部１０３、呼吸周期判定部１０２および呼気吸気タイミング判定部１０４にて算出された情報（呼吸のステータスに関する情報を含む）は、不図示の記憶部に格納される。【００８８】
（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。【００８９】
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、呼気吸気判別部１０３における、撮像部１０１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が、上述の第１の実施の形態と異なる。【００９０】
図６および図７は、本実施の形態における呼気吸気判別部での画像上における画素の移動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６および図７に分割して示している。図８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。同図では、前フレーム（ａ）におけるブロックＢが現フレーム（ｂ）のタイミングのときには矢印Ｑの方向に移動した位置にある場合を示している。【００９１】
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。【００９２】
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。【００９３】
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不図示の記憶部に格納し、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。【００９４】
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。【００９５】
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。【００９６】
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。【００９７】
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）。【００９８】
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）。【００９９】
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）。【０１００】
処理効率向上のため計算結果をバッファに格納する（Ｓ３０５）。【０１０１】
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）。【０１０２】
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）。【０１０３】
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）。【０１０４】
処理効率向上のため計算結果をバッファに格納する（Ｓ３０９）。【０１０５】
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）。【０１０６】
処理効率向上のため計算結果をバッファに格納する（Ｓ３１１）。【０１０７】
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）。【０１０８】
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）。【０１０９】
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）。【０１１０】
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）。【０１１１】
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）。【０１１２】
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）。【０１１３】
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）。【０１１４】
サーチ範囲幅のインデックスをインクリメントする（Ｓ３１９）。【０１１５】
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）。【０１１６】
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）。【０１１７】
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）。【０１１８】
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）。【０１１９】
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）。【０１２０】
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）。【０１２１】
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）。【０１２２】
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。【０１２３】
すなわち、本実施の形態における呼気吸気判別部は、所定のタイミングで取得された画像上における、所定のタイミングよりも前のタイミングで取得された画像上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、第１の領域の位置から第２の領域の位置へと移動する方向の被験者の身長方向における方向成分が被験者の頭側を向いている場合には吸気と、被験者の足側を向いている場合には呼気と判別する。【０１２４】
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１０１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１０１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。【０１２５】
（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。【０１２６】
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、呼気吸気判別部における、呼気と吸気の判別方法が、上述の第１の実施の形態と異なる。【０１２７】
第１の実施の形態では、被験者の撮像対象領域ＲＯＩに対して撮像部１０１を傾斜させて配置する構成となっている（図１および図２参照）が、本実施の形態では、図９および図１０に示すように、撮像部１０１を被験者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を被験者Ｍの身体に対する横方向から撮像するように配置している。また、撮像対象領域ＲＯＩは、被験者Ｍの胸部および腹部のうち少なくとも一方と背景との境界を含み、撮像対象領域ＲＯＩ内における背景Ｓの照度は、該胸部および腹部のうち少なくとも一方よりも低い照度に設定されている。【０１２８】
すなわち、被験者Ｍの呼吸状態が吸気の場合は被験者Ｍの腹部または胸部は膨れ上がり、呼気の場合は被験者Ｍの腹部または胸部は縮む。これにより、撮像対象領域ＲＯＩ内における画素の輝度の時間的差分を取ると、吸気の場合は照度の高い部分の面積が増加し、呼気の場合は照度の高い部分の面積が減少する。これにより呼気と吸気を区別できる。【０１２９】
すなわち、呼気吸気判別部１０３'は、画像取得部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、撮像対象領域内における所定値以上の輝度を有する画素部分の面積の時間的な増減から被験者の呼気と吸気とを判別する。具体的に、呼気吸気判別部１０３'は、撮像対象領域内における所定値以上の輝度を有する画素部分の面積が増加している場合には吸気と、撮像対象領域内における所定値以上の輝度を有する画素部分の面積が減少している場合は呼気と判別する。【０１３０】
また、ＣＴスキャン装置３のような断層撮影を行う撮像装置において、呼吸によるモーションアーチファクトをより効果的に抑えるには、さらに最大呼吸気量、つまり呼吸の振幅が常に一定であることが好ましい。【０１３１】
このため、撮像対象領域ＲＯＩ内における全画素の濃度値のフレーム間差分の絶対値の合計を吸気中加算し、その結果得られる最大値（呼吸の最大深さ）が常に一定となっているどうかを判別し、異なっていれば音声などで知らせる構成とすることが望ましい。【０１３２】
具体的には、模範となる呼吸動作中における、撮像対象領域ＲＯＩ内における全画素の濃度値（輝度）のフレーム間の差分の絶対値の合計を、吸気中は加算し、呼気中は減算した結果を時系列で保存し、当該保存した呼吸の吸気または呼気のタイミングを不図示の通知部によって音などで被験者に通知し、これに同期した呼吸を被験者にしてもらう。このときの被験者の呼吸の最大深さが、当該保存した模範となる呼吸の最大深さと同等になっているかを判断し、例えば呼吸の深さや周期が所定値以上異なっていれば、不図示の通知部によって音などで通知する。【０１３３】
すなわち、画像取得部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内における画素の輝度の時間的変化の絶対値を、呼気吸気判別部において吸気中であると判別される期間中積算し、該積算した値と所定値との差が一定値以上であるとき不図示の通知部によって通知する。【０１３４】
図１１は、本発明の第１の実施の形態による呼吸モニタリング装置を含む、医療的処理システムにおける呼吸モニタリング方法の全体的な処理の流れを示すフローチャートである。【０１３５】
まず、被験者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）（Ｓ４０１）。【０１３６】
画像取得ステップにおいて、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、該判別した移動方向に基づいて被験者の呼気と吸気とを判別する（呼気吸気判別ステップ）（Ｓ４０２）。【０１３７】
画像取得ステップにおいて、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、該画像上の画素の輝度の時間的変化から被験者の呼吸の周期を判定する（周期判定ステップ）（Ｓ４０３）。【０１３８】
続いて、周期判定ステップにおいて判定された呼吸の周期に基づいて、呼気吸気判別ステップにて判別された呼気または吸気のタイミングを判定する（呼気吸気タイミング判定ステップ）（Ｓ４０４）。【０１３９】
次に、スキャン信号出力部２にて、呼気吸気タイミング判定ステップにて判定された呼気または吸気のタイミングに基づいて、所定の医療的処理としてのＣＴスキャン処理を行わせる。（医療的処理実行ステップ）（Ｓ４０５）。【０１４０】
このように、不図示の記憶部に格納された呼吸モニタリングプログラムを不図示の制御部に実行させることにより、上述した呼吸モニタリング方法における各ステップが実現される。【０１４１】
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。【０１４２】
以上のように、本実施の形態では、呼吸に同期した医療的処理を行うために呼吸を計測する方法として、撮像部を被験者の足元の上方に設置して斜め下方に胸部または腹部を撮像し、動きのある部分を見つけ出し、その部分を撮像対象領域ＲＯＩとし、その部分の画像の時系列上の差分を計算して変化量を出し、それを呼吸の変化量とするしくみを考えた。その際、変化を強調するため差分の絶対値を変化量とする。【０１４３】
なお、上述した実施の形態では、呼気吸気判別部１０３による呼気と吸気の判別を、呼吸周期判定部１０２による呼吸の周期の判定に先立って行う例を示したが、これに限られるものではなく、呼吸周期判定部１０２による処理および呼気吸気判別部１０３による処理のいずれかを先に行ってもよいし、両者を同時に行うようにしてもよいことは言うまでもない。【０１４４】
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。【０１４５】
本発明を特定の態様により詳細に説明したが、本発明の精神および範囲を逸脱しないかぎり、様々な変更および改質がなされ得ることは、当業者には自明であろう。
【産業上の利用可能性】
【０１４６】
以上に詳述したように本発明によれば、非接触で被験者の呼気と吸気を判別することのできる技術を提供することができる。
【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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【国際調査報告】
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2006043506.tif 000014
2006043506.tif 000015
2006043506.tif 000016
2006043506.tif 000017
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