(57)【要約】  本発明は、対象物をモニタリングする、特に人の形態の変化をモニタリングする方法に関する。本方法は、モニタリングするために対象物上に放射線のパターンを投影するステップと、第１の時点に、対象物上の放射線の投影パターンの少なくとも一部分を表す第１の画像データを記録するステップであり、第１の画像データが、第１の時点における対象物の３次元形態を表す、ステップと、第２の時点に、対象物上の放射線の投影パターンの少なくとも一部分を表す第２の画像データを記録するステップであり、第２の画像データが、第２の時点における対象物の３次元形態を表す、ステップと、第１の画像データ及び第２の画像データを処理して、第１の時点と第２の時点との間の対象物の形態の変化を表す差分データを生成するステップとを含む。本発明はさらに、本発明による方法を実施する装置及びソフトウェアに関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物をモニタリングする方法であって、
ａ）モニタリングするために対象物に放射線のパターンを投影するステップと、
ｂ）第１の時点に、前記対象物上の前記放射線の投影パターンの少なくとも一部分を表す第１の画像データを記録するステップであり、前記第１の画像データが、前記第１の時点における前記対象物の３次元形態を表す、ステップと、
ｃ）第２の時点に、前記対象物上の前記放射線の投影パターンの少なくとも一部分を表す第２の画像データを記録するステップであり、前記第２の画像データが、前記第２の時点における前記対象物の３次元形態を表す、ステップと、
ｄ）前記第１の画像データ及び前記第２の画像データを処理して、前記第１の時点と前記第２の時点との間の前記対象物の前記形態の変化を表す差分データを生成するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記第１の画像データ及び前記第２の画像データを処理して、前記第１の時点と前記第２の時点との間の前記対象物の体積の変化を表す差分データを生成するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ステップｂ）及び前記ステップｃ）における前記部分が、実質的に前記パターンの同じ部分である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記ステップｂ）及び前記ステップｃ）における前記部分が、前記パターンの異なる部分である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の画像データ及び前記第２の画像データを処理して、前記第１の時点と前記第２の時点との間の前記対象物の全体的な動きを特定するステップを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記放射線のパターンが、強度が空間的に変化するパターンである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記放射線のパターンが、空間的に分散した交差点、角及び／又は円形パッチの組合せを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記放射線のパターンが、非電離電磁放射線のパターンである、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記パターンが可視光線のパターンである、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記パターンが、赤外線のパターンである、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記ステップａ）において、放射線からなる連続する種々のパターンが前記対象物上に投影され、前記種々のパターンの各々が、異なる時点に連続的に投影される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
複数のさらなる時点に前記対象物上の前記放射線の投影パターンの少なくとも一部を表すさらなる画像データを記録するステップであり、前記さらなる画像データが、前記複数のさらなる時点の各々における前記対象物の３次元形態を表す、ステップと、
前記さらなる画像データを処理して、前記複数のさらなる時点のうちの少なくとも２つの間の前記対象物の前記形態の変化を表す差分データを生成するステップと
を含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記さらなる画像データが、１秒当たり５０〜３６０の時点の速度で記録される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記対象物のうちで前記放射線のパターンが投影されない部分の形態を近似するステップを含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記近似に対して前記第１の画像データ及び／又は前記第２の画像データを用いるステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記対象物の前記部分の前記近似された形態を用いて前記差分データを生成するステップを含む、請求項１４又は１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記対象物が人である、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記人を特徴付ける生物物理学的モデルデータを用いて前記第１の画像データ及び前記第２の画像データを処理するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記生物物理学的モデルデータが、前記人のサイズ、年齢、性別及び／又は体格を表すパラメータを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記形態の変化が、前記人の肺機能を示す、請求項１７、１８又は１９に記載の方法。
【請求項２１】
少なくとも前記ステップａ）及び関ステップｂ）を実行するように構成された装置を較正するステップをさらに含み、較正する前記ステップが、
較正対象物上に放射線の較正パターンを投影するサブステップと、
前記放射線の投影された較正パターンの少なくとも一部を表す較正画像データを記録するサブステップであって、前記較正画像データが、前記較正対象物の３次元形態を表す、サブステップと、
前記ステップｄ）において、前記第１の画像データ及び前記第２の画像データを、前記較正画像データを用いて処理して、前記差分データを生成するサブステップと
を含む、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記較正対象物上に放射線からなる連続する種々の較正パターンを投影するステップと、前記放射線の種々の較正パターンの各々に対して前記較正画像データを記録するステップとを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記ステップａ）〜ｄ）を実行する前に前記較正を実行して、前記第１の画像データ及び／又は前記第２の画像データから前記対象物の寸法を確定するために用いる単位尺度を確定するステップを含む、請求項２１又は２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記ステップａ）における前記投影が、前記較正パターンか又は前記較正パターンのうちの少なくとも１つをモニタリングのために前記対象物上に投影するサブステップをさらに含み、前記ステップｂ）及び／又は前記ステップｃ）で記録された前記第１の画像データ及び／又は前記第２の画像データが、当該方法を実行する装置の投影システム及び記録システムの特徴を表す較正画像データを含む、請求項２１、２２又は２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記放射線の投影パターンと前記投影較正パターン又は前記較正パターンのうちの少なくとも１つとが、互いに交互に配置されている、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
対象物をモニタリングする方法であって、
ａ）モニタリングするために対象物上に放射線のパターンを投影するステップと、
ｂ）第１の時点に、前記対象物上の前記放射線の投影パターンの少なくとも一部を表す第１の画像データを記録するステップであり、前記第１の画像データが、前記第１の時点における前記対象物の３次元形態を表す、ステップと、
ｃ）第２の時点に、前記対象物上の前記放射線の投影パターンの少なくとも一部を表す第２の画像データを記録するステップであり、前記第２の画像データが、前記第２の時点における前記対象物の３次元形態を表す、ステップと、
ｄ）前記第１の画像データ及び前記第２の画像データを処理システムに提供して、前記第１の時点と前記第２の時点との間の前記対象物の前記形態の変化を表す差分データを生成するステップと
を含む方法。
【請求項２７】
対象物をモニタリングする方法であって、
ａ）ｉ）モニタリングするために対象物上に放射線のパターンを投影するサブステップと、
ｉｉ）第１の時点に、前記対象物上の前記放射線の投影パターンの少なくとも一部を表す第１の画像データを記録するサブステップであり、前記第１の画像データが、前記第１の時点における前記対象物の３次元形態を表す、サブステップと、
ｉｉｉ）第２の時点に、前記対象物上の前記放射線の投影パターンの少なくとも一部を表す第２の画像データを記録するサブステップであり、前記第２の画像データが、前記第２の時点における前記対象物の３次元形態を表す、サブステップと
によって記録された第１の画像データ及び第２の画像データを受け取るステップと、
ｂ）前記第１の画像データ及び前記第２の画像データを処理して、前記第１の時点と前記第２の時点との間の前記対象物の前記形態の変化を表す差分データを生成するステップと
を含む方法。
【請求項２８】
請求項１〜２７のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成されたコンピュータソフトウェア。
【請求項２９】
請求項２８に記載のソフトウェアを格納するデータキャリア。
【請求項３０】
対象物をモニタリングする装置であって、
モニタリングするために対象物上に放射線のパターンを投影するように構成された投影システムと、
第１の時点及び第２の時点それぞれにおいて、前記対象物上の前記投影パターンの少なくとも一部を表す第１の画像データ及び第２の画像データを記録するように構成された記録システムであり、前記第１の画像データ及び前記第２の画像データが、前記第１の時点及び前記第２の時点それぞれにおける前記対象物の３次元形態を表す、記録システムと、
前記第１の画像データ及び前記第２の画像データを処理して、前記第１の時点と前記第２の時点との間の前記対象物の前記形態の変化を表す差分データを生成するように構成された処理システムと
を具備する装置。
【請求項３１】
前記記録システムが、１つの時点に前記放射線の投影パターンの少なくとも一部の複数の画像を記録して、前記対象物の３次元形態を表す画像データを記録するように構成され、前記複数の画像の各々が前記対象物の異なる視点で記録される、請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
前記投影システムによる投影のために前記放射線のパターンを生成するように構成されたパターン発生器を具備する、請求項３０又は３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記パターン発生器が、モニタリング及び／又は較正対象物のために前記対象物上に投影する少なくとも１つの較正パターンを生成するように構成されている、請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
前記放射線のパターンが、非電離電磁放射線のパターンである、請求項３０〜３３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３５】
前記投影システムが、可視光線として前記放射線のパターンを投影するように構成され、前記記録手段が可視光線を検出するように構成されている、請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
前記投影システムが、赤外線として前記放射線のパターンを投影するように構成され、前記記録システムが赤外線を検出するように構成されている、請求項３４に記載の装置。
【請求項３７】
前記放射線のパターンが、強度が空間的に変化するパターンである、請求項３０〜３６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３８】
前記放射線のパターンが、空間的に分散した交差点、角及び／又は円形パッチの組合せを含む、請求項３７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物をモニタリングする方法に関し、特に、限定されないが、人の形態の変化をモニタリングすることに関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物の３次元形態のモニタリング、たとえば、人の呼吸及び／又は肺機能を含むバイタルサインのモニタリングを実施することができる多くの応用がある。さらに、肺機能のモニタリングにより、何百万もの人々に影響を与える世界的な健康問題である肺疾患の存在を確定するのに役立つように使用することができるデータを提供することができる。肺疾患の有効な医学的管理には、肺機能の評価及びモニタリングが必要である。これは、臨床的観察によるか又は肺活量測定（１９３０年代に開発された技術）によって広く行われる。
【０００３】
肺機能をモニタリングする現行の技術には、臨床的必要性を満足させることができない、限定的な制限があり、特に、肺活量測定技法では、機敏で協力的な患者が、装置を使用している間に指示に従う必要がある。これら技法は、５歳未満の子供に用いる場合、重症又は意識不明の患者の場合、又は慢性的な病人若しくは高齢者の場合には適していない。こうした患者の場合は、完全に評価しモニタリングすることができないことが多く、評価を主観的な臨床的観察に任せることになる。これは、臨床的判断、たとえば集中治療からそれほど資源を消費しない一般的治療へ又はその逆に患者を移すことに対して主観的な要素を残し、その結果、資源の使用が非効率的になり、臨床的管理が最適ではなくなる。
【０００４】
肺機能をモニタリングする他の技法では、患者との物理的接触が必要であり、たとえば、センサ又は反射マーカを被験者に配置するか又は取り付ける必要がある。これは、たとえば火傷患者のモニタリング、又は未熟児の肺機能の測定等、救命救急診療の状況において、医学的に得策でないか又は不可能である場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記欠点を克服することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、対象物をモニタリングする方法であって、
ａ）モニタリングするために対象物上に放射線のパターンを投影するステップと、
ｂ）第１の時点に、対象物上の前記放射線の投影パターンの少なくとも一部分を表す第１の画像データを記録するステップであり、前記第１の画像データが、前記第１の時点における前記対象物の３次元形態を表す、ステップと、
ｃ）第２の時点に、対象物上の前記放射線の投影パターンの少なくとも一部分を表す第２の画像データを記録するステップであり、前記第２の画像データが、前記第２の時点における前記対象物の３次元形態を表す、ステップと、
ｄ）前記第１の画像データ及び前記第２の画像データを処理して、第１の時点と第２の時点との間の前記対象物の形態の変化を表す差分データを生成するステップと
を含む方法が提供される。
【０００７】
本発明の方法は、有利には、ある期間にわたり対象物の３次元形態の変化を正確にモニタリングするのを可能にする。放射線の投影パターンを用いて、差分データを生成するのに用いる対応する画像データを得ることにより、モニタリングされている対象物とのいかなる接触を行う必要もない。したがって、本発明の方法は、簡単に行うことができ、対象物のモニタリングのために対象物と接触する必要がなく、すなわち対象物との相互作用が対象物上の投影された光学パターンの形態であるため、制御された環境又は隔離された環境にある対象物を含む、動いている対象物及び／又は繊細な対象物をモニタリングするのに適している。
【０００８】
差分データが、対象物の３次元形態を表す、したがってモニタリングされている対象物の３次元特徴に一致する第１の画像データ及び第２の画像データに基づくため、対象物の形態の変化は、本発明の方法を用いて正確に確定される。
【０００９】
本発明の好ましい実施形態では、本方法は、前記第１の画像データ及び前記第２の画像データを処理して、第１の時点と第２の時点との間の前記対象物の体積の変化を表す差分データを生成するステップを含む。モニタリングされる対象物と接触する必要なしに、ある期間にわたり、対象物の体積の変化を確定することができることは、有利且つ単純であり、多くのさまざまな応用で使用することができる対象物の体積データを提供する。
【００１０】
ステップｂ）及びステップｃ）における部分は、実質的にパターンの同じ部分であってもよい。別法として、ステップｂ）及びステップｃ）における部分は、パターンの異なる部分であり、それにより、本方法は、対象物の動きを可能にしながら、対象物の少なくとも一部に対し差分データを生成することができる。
【００１１】
本発明の一実施形態では、本方法は、第１の画像データ及び第２の画像データを処理して、第１の時点と第２の時点との間の所定時間にわたる対象物の全体的な動き（ｇｒｏｓｓ  ｍｏｖｅｍｅｎｔ）を特定するステップを含む。
【００１２】
好ましくは、放射線のパターンは、非電離電磁放射線の強度が空間的に変化するパターンであり、それは、画像として解釈される時、明確且つ容易に位置特定可能な要素の組合せ、たとえば空間的に分散した交差点、角又は円形パッチの組合せを含む。
【００１３】
好ましくは、電磁放射線は、可視光又は非可視赤外線であってもよい。別法として、電磁放射線は他の周波数のものであってもよい。
【００１４】
好ましくは、ステップａ）において、放射線からなる連続する（ｓｅｑｕｅｎｃｅ）種々のパターンが対象物上に投影され、種々のパターンの各々は、異なる時点に連続的に投影される。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態では、本方法は、
複数のさらなる時点に対象物上の放射線の投影パターンの少なくとも一部を表すさらなる画像データを記録するステップであり、前記さらなる画像データが、複数のさらなる時点の各々における前記対象物の３次元形態を表す、ステップと、
前記さらなる画像データを処理して、前記複数のさらなる時点のうちの少なくとも２つの間の前記対象物の形態の変化を表す差分データを生成するステップと
を含む。
【００１６】
さらなる画像データの記録及び処理を、第１の画像データ及び第２の画像データを記録し処理した後に行うことができる。さらなる画像データは、複数の種々の時点にそれぞれ記録された複数の画像データを含むことができる。したがって、さらなる画像データを用いて生成された差分データを用いて、長期間等、任意の持続時間の期間にわたり形態変化をモニタリングすることができる。これは、たとえば、所定期間にわたる患者の呼吸の連続的なモニタリング等、本発明の医学的応用において有利である。
【００１７】
さらなる画像データを、対象物の３次元形態の変化をモニタリングするために必要な時間分解能に応じて、本発明の所与の応用と一貫した速度で記録することができる。医学的応用、たとえば胸部運動及び呼吸のモニタリングに対する好ましい実施形態では、この速度は、１秒間に５０又は６０の時点、すなわち５０又は６０ヘルツであり得る。別法として、さらなる画像データを、より高速に、たとえば１秒間に１８０又は３６０の時点で記録してもよく、それにより時間分解能及び空間精度が向上する。任意の記録速度を、対象物の形態の変化を要求に応じてモニタリングすることができるように選択することができ、たとえば、限定されないが５０〜３６０ヘルツの範囲内の速度である。この速度を、カメラ等のモニタリングを実行する装置の性能及び／又は設定によって確定することができる。
【００１８】
好ましい実施形態では、本方法は、対象物のうちで放射線のパターンが投影されない部分の形態を近似するステップを含む。近似に対して第１の画像データ及び／又は第２の画像データを用いることができる。さらに又は別法として、強度パターンが投影されない対象物の表面を近似するアルゴリズムを用いてもよい。たとえば、平坦面に対する単純な補間アルゴリズムを用いてもよい。別法として、より複雑な表面、たとえば円柱又は球の一部を補間する、より複雑なアルゴリズムを用いてもよい。本方法は、対象物の一部の近似された形態を用いて差分データを生成することを含むことができる。したがって、対象物のスキャンされない部分の形態により、形態、たとえば体積の変化を、本発明の方法を実行している装置により対象物と接触する必要なく正確に確定することができる。形態が近似される対象物の部分は、放射線パターンが投影される対象物の反対側であり得る。たとえば、人の正面側にパターンが投影される場合、人の背面側の形態を近似することができる。
【００１９】
本発明の実施形態では、対象物は人か又は人の少なくとも一部である。こうした実施形態では、本方法は、人を特徴付ける生物物理学的モデルデータを用いて第１の画像データ及び第２の画像データを処理するステップを含むことができる。生物物理学的モデルデータは、人のサイズ、年齢、性別及び体型のうちの任意のものを表すパラメータ及び／又は体の部分の力学的態様を表すパラメータを含むことができる。パラメータは、人の正常な状態及び異常な状態の両方に関連することができる。これにより、本方法を、モニタリングされている人の体型に合わせることができ、それにより差分データの精度が向上する。
【００２０】
好ましい実施形態では、形態の変化は、呼吸数、動的空気流及び／又は呼吸量の動的変化等、人の肺機能を示すことができる。
【００２１】
特許出願、欧州特許出願公開第１６４５８４１号は、３次元形状測定装置について記載しているが、これは、各々が、モニタリングされている対象物の３次元形態を表す、本発明による第１の画像データ及び第２の画像データを記録しない。したがって、それは、本発明の場合のように、第１の画像データ及び第２の画像データを用いて差分データを生成しない。さらに、欧州特許出願公開第１６４５８４１号の装置では、本発明の装置とは異なり、装置構成要素の精密な位置決めが必要である。
【００２２】
好ましい実施形態では、本方法は、少なくともステップａ）及びｂ）を実行するように構成された装置を較正するステップをさらに含み、前記較正するステップが、
較正対象物上に放射線の較正パターンを投影するサブステップと、
前記放射線の投影された較正パターンの少なくとも一部を表す較正画像データを記録するサブステップであって、前記較正画像データが、前記較正対象物の３次元形態を表す、サブステップと、
ステップｄ）において、前記第１の画像データ及び前記第２の画像データを、較正画像データを用いて処理して、差分データを生成するサブステップと
を含む。
【００２３】
装置を較正することにより、有利には、生成された差分データがより正確になることが確実になる。
【００２４】
本方法は、較正対象物上に放射線からなる連続する種々の較正パターンを投影するステップと、前記放射線の種々の較正パターンの各々に対して較正画像データを記録するステップとを含むことができる。
【００２５】
本発明の実施形態では、本方法は、ステップａ）〜ｄ）を実行する前に前記較正を実行して、第１の画像データ及び／又は第２の画像データから対象物の寸法を確定するために用いる単位尺度を確定するステップを含むことができる。
【００２６】
好ましくは、ステップａ）における投影は、前記較正パターンか又は前記較正パターンのうちの少なくとも１つをモニタリングのために対象物上に投影するサブステップをさらに含み、ステップｂ）及び／又はｃ）で記録された第１の画像データ及び／又は第２の画像データは、前記方法を実行する装置の投影システム及び記録システムの特徴を表す較正画像データを含む。
【００２７】
放射線の投影パターンと投影較正パターン又は放射線の較正パターンのうちの少なくとも１つとを、互いに交互に配置することができる。このように、較正を、対象物をモニタリングするのと同時に行うことができる。
【００２８】
本発明のさらなる態様によれば、対象物をモニタリングする方法であって、
ａ）モニタリングするために対象物上に放射線のパターンを投影するステップと、
ｂ）第１の時点に、対象物上の前記放射線の投影パターンの少なくとも一部を表す第１の画像データを記録するステップであり、前記第１の画像データが、前記第１の時点における前記対象物の３次元形態を表す、ステップと、
ｃ）第２の時点に、対象物上の前記放射線の投影パターンの少なくとも一部を表す第２の画像データを記録するステップであり、前記第２の画像データが、前記第２の時点における前記対象物の３次元形態を表す、ステップと、
ｄ）前記第１の画像データ及び前記第２の画像データを処理システムに提供して、前記第１の時点と前記第２の時点との間の前記対象物の形態の変化を表す差分データを生成するステップと
を含む方法が提供される。
【００２９】
本発明のさらに別の態様によれば、対象物をモニタリングする方法であって、
ａ）以下の方法、すなわち、
ｉ）モニタリングするために対象物上に放射線のパターンを投影するサブステップと、
ｉｉ）第１の時点に、対象物上の前記放射線の投影パターンの少なくとも一部を表す第１の画像データを記録するサブステップであり、前記第１の画像データが、前記第１の時点における前記対象物の３次元形態を表す、サブステップと、
ｉｉｉ）第２の時点に、対象物上の前記放射線の投影強度パターンの少なくとも一部を表す第２の画像データを記録するサブステップであり、前記第２の画像データが、前記第２の時点における前記対象物の３次元形態を表す、サブステップと
によって記録された第１の画像データ及び第２の画像データを受け取るステップと、
ｂ）前記第１の画像データ及び前記第２の画像データを処理して、第１の時点と第２の時点との間の前記対象物の形態の変化を表す差分データを生成するステップと
を含む方法が提供される。
【００３０】
したがって、本発明の本方法のステップａ）〜ｃ）を、本発明のステップｄ）から遠隔に、たとえばコンピュータネットワークを介して行うことができる。
【００３１】
本発明の別のさらなる態様によれば、本発明の方法による方法を実行するように構成されたコンピュータソフトウェアが提供される。
【００３２】
本発明のさらなる態様によれば、本発明のコンピュータソフトウェアを格納するデータキャリアが提供される。
【００３３】
本発明のさらなる態様によれば、対象物をモニタリングする装置であって、
モニタリングするために対象物上に放射線のパターンを投影するように構成された投影システムと、
第１の時点及び第２の時点それぞれにおいて、対象物上の前記投影パターンの少なくとも一部を表す第１の画像データ及び第２の画像データを記録するように構成された記録システムであり、前記第１の画像データ及び前記第２の画像データが、前記第１の時点及び前記第２の時点それぞれにおける前記対象物の３次元形態を表す、記録システムと、
前記第１の画像データ及び前記第２の画像データを処理して、第１の時点と第２の時点との間の前記対象物の形態の変化を表す差分データを生成するように構成された処理システムと
を備える装置が提供される。
【００３４】
好ましくは、記録システムは、１つの時点に放射線の投影パターンの少なくとも一部の複数の画像を記録して、対象物の３次元形態を表す画像データを記録するように構成され、複数の画像の各々は、前記対象物の異なる視点で記録される。
【００３５】
好ましい実施形態では、本装置は、投影システムによる投影のために前記放射線のパターンを生成するように構成されたパターン発生器を備える。
【００３６】
パターン発生器を、モニタリング及び／又は較正対象物のために対象物上に投影する少なくとも１つの較正パターンを生成するように構成することができる。
【００３７】
投影システムを、非電離電磁放射線の放射線のパターンを投影するように構成することができる。
【００３８】
投影システムを、可視光線として放射線のパターンを投影するように構成することができ、記録手段は、可視光線を検出するように構成されている。
【００３９】
投影システムを、別法として、赤外線として放射線のパターンを投影するように構成することができ、記録システムを、赤外線を検出するように構成することができる。
【００４０】
さらに、パターンを、強度が空間的に変化するパターンとすることができ、それは、空間的に分散した交差点、角及び／又は円形パッチの組合せを含むことができる。
【００４１】
本発明のさらなる特徴及び利点は、添付図面を参照してなされる、単に例として示す本発明の好ましい実施形態の以下の説明から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の方法の概要を示すフローチャートである。
【図２】本発明の実施形態によるモニタリング装置のブロック図である。
【図３ａ】本発明の第１の実施形態によるモニタリング装置の側面図である。
【図３ｂ】本発明の第１の実施形態によるモニタリング装置の端面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態によるモニタリング装置の側面図である。
【図５ａ】本発明の第３の実施形態による保育器の一部として組み込まれたモニタリング装置を示す図である。
【図５ｂ】本発明の第３の実施形態による保育器の一部として組み込まれたモニタリング装置を示す図である。
【図６】本発明の第４の実施形態による複数の投影システムを備えたモニタリング装置を示す図である。
【図７】既知の対象物上に投影されている放射線の較正パターンを示す図である。
【図８ａ】対象物上に投影されている放射線の異なるパターンを示す図である。
【図８ｂ】対象物上に投影されている放射線の異なるパターンを示す図である。
【図９】幼児のモデルの上に投影された放射線のパターンを示す図である。
【図１０】本発明の方法によって作成された、図９に示す幼児のモデルの補間された３次元モデルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
本発明は、対象物をモニタリングする方法及びその方法を実行する装置に関する。さらに、本発明は、本発明の方法を実行するように構成されたコンピュータソフトウェアと、こうしたソフトウェアを格納するデータキャリアとに関する。以下に開示する例示的な実施形態では、人の胸郭の容積の変化をモニタリングすることにより、人の肺機能を示す形態をモニタリングする方法を参照する。こうした方法は、胸部及び腹部の動的な体積の変化を安全にモニタリングし、医療診断及び患者治療に役立つように空気流及び肺機能データを正確に導出することができる、非接触、非侵襲方法である。人の肺機能には、限定されないが、胸郭の容積、呼吸数、１回換気量、吸気時間及び呼気時間、強制肺活量測定、胸壁の動きの局所的な変化並びに局所的な肺機能がある。後に説明するように、本発明の他の応用が考えられる。
【００４４】
本発明の方法の概要を示すフローチャートを示す図１を参照すると、ステップＳ１において、モニタリングされる対象物上に放射線のパターンを投影する。
【００４５】
ステップＳ２において、第１の時点に第１の画像データを記録する。第１の画像データは、対象物上に投影された放射線のパターンの少なくとも一部を表し、第１の時点における対象物の３次元形態を表すデータを含む。
【００４６】
ステップＳ３において、第１の時点とは異なる第２の時点において第２の画像データを記録する。第２の画像データは、対象物上に投影された放射線のパターンの少なくとも一部を表し、第２の時点における対象物の３次元形態を表すデータを含む。
【００４７】
ステップＳ４において、第１の画像データ及び第２の画像データを処理して、第１の時点と第２の時点との間の対象物の形態の変化を表す差分データを生成する。対象物の形態が第１の時点と第２の時点との間で変化しない場合、形態の変化はゼロ変化であり得る。
【００４８】
このように対象物の形態をモニタリングすることには、対象物と物理的に接触する必要なしに、所定時間にわたり対象物の正確なコンピュータ生成表現を提供することができるという利点がある。さらに、本発明の方法により、差分データを用いて対象物の形態の変化をモニタリングすることができ、差分データは、たとえば、モニタリングされている対象物の表面形状、位置、体積（容積）及び／又は３次元形状の変化を表すことができる。さらに、本発明の方法を適用して、対象物全体ではなく、対象物の一部の形態の変化をモニタリングしてもよい。
【００４９】
後にさらに説明するように、本発明の方法は、任意に、複数のさらなる時点において対象物上の放射線の投影されたパターンの少なくとも一部を表すさらなる画像データを記録するステップであって、さらなる画像データが、複数のさらなる時点の各々における対象物の３次元形態を表す、記録するステップと、さらなる画像データを処理して、複数のさらなる時点のうちの少なくとも２つの間の対象物の形態の変化を表す差分データを生成するステップとを含む。
【００５０】
図２は、本発明の実施形態による本発明の方法を実行するように構成された装置のブロック図を示す。装置１０は、スキャニングシステム１２、データ処理及びマンマシンインタフェース（ＭＭＩ）システム１４、ディスプレイシステム１６、画像データ記憶システム１８、生物物理学的モデリングデータ２０並びに統計的データベース２２を備えている。
【００５１】
スキャニングシステム１２は、たとえば少なくとも２つのビデオカメラを含む記録システム２４と、少なくとも１つの投影システム２６、たとえばビデオプロジェクタと、記録システム２４を制御し、記録システム２４の各々から画像を取り込むビデオキャプチャハードウェア２８と、処理プラットフォーム、たとえばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を投影システム２６に接続するインタフェースシステム３０と、投影システム２６に対して少なくとも１つのパターンを作成するパターン発生器３２とを有している。
【００５２】
本発明の一実施形態では、モニタリング装置１０は、２つの２００Ｈｚ、６４０×４８０解像度のカメラ２４とビデオプロジェクタ２６とを含むことができ、それらはすべて、カメラ２４及びビデオプロジェクタ２６の相対的な位置決めを画定するように、調整可能な取付け装置に取り付けられている。カメラ２４及びビデオプロジェクタ２６をともに、カメラ２４用のビデオキャプチャカードとビデオプロジェクタ２６を駆動するグラフィックスカードとを組み込んだ、標準パーソナルコンピュータ（ＰＣ）プラットフォームによって制御することができる。他の実施形態では、カメラ自体が、標準ＰＣ等のさらなるプロセッサに、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）、ファイヤーワイヤー（Ｆｉｒｅｗｉｒｅ）（商標）又はイーサネット接続等のデジタルバス接続を介して送信するように、記録された画像データを少なくとも部分的に処理することができる。
【００５３】
本発明の装置は、投影及び記録システムの互いに対する且つモニタリングされている対象物に対する正確な幾何学的位置決め及び分離が柔軟である、すなわち正確な位置決めを必要としないという点で有利である。後述するように、投影及び記録システムの較正により、正確なデータを生成するために投影及び記録システムの物理的な位置決めを考慮することができる。
【００５４】
記録システムの各カメラを、対象物の異なる視点に配置することができ、それら各カメラが、投影されたパターンの画像を一定の時点に記録することができるため、種々のカメラによりその一定の時点に記録された画像の組合せによって、対象物のより大きい割合をモニタリングすることができる。このように、たとえば、１つのカメラを、別のカメラがたとえば死角であるために正確に取り込むことができない対象物の部分を取り込むように位置決めすることにより、対象物のより広い有効範囲を提供するようにカメラを配置することができる。したがって、各時点に記録された画像データは、対象物のより広い部分を表し、したがって、種々の時点の間にその対象物に対してより正確なデータを生成することができる。
【００５５】
データ処理及びＭＭＩ（マンマシンインタフェース）システム１４は、４つの主な要素、すなわち、３次元処理システム３６、医療データ抽出システム３８、提示処理及びシステム制御システム４０並びに較正処理システム４２を備えている。
【００５６】
提示処理及びシステム制御システム４０は、モニタリング装置１０のユーザによる制御を可能にするように処理を実行し、ディスプレイシステム１６を介して結果を提示することができる。提示処理及び制御は、画像及びデータ記憶処理システム１８と連動して実行され、画像及びデータ記憶処理システム１８は、画像を記録する記録システム２４からのデータと、３Ｄ処理からの画像データと、導出された医療データと、他の中間計算結果とを、記憶装置４４を介して記憶し検索することができる。記憶装置４４は、コンピュータディスク又は固体記憶装置であってもよい。
【００５７】
本発明の方法を実行する際、投影システム２６は、モニタリングのために対象物上に放射線の１つ又は複数のパターンを投影し（本明細書ではスキャニングとも呼ぶ）、記録システム２４の各カメラは、対象物上に現れる放射線の少なくとも１つの投影パターンの少なくとも一部を表す画像を、種々の視点で同時に取り込む。このように、投影パターンの同じ部分及び／又は異なる部分の複数の画像を、１つ時点で記録することができる。そして、記録システム２４の各カメラからの取り込まれた画像は、第１の時点に対して第１の画像データを記録するため等、対応するパターン部分がその時点に投影された対象物の部分の３次元形態を表す画像データとして、処理され記録される。第２の時点に、且つ連続した第３の時点及び第４の時点等、さらなる任意の時点に記録された画像データを、特定の時点に対象物の複数の画像を記録し処理することによって、同様に記録することができる。ある時点に、記録システム２４の各カメラによって画像を同時に取り込むことにより、種々の画像に対する画像データ間のデータ点を、さらなるデータ処理中に正確に相関させることができることが確実になる。取り込まれた画像を、たとえば雑音を低減する既知の画像処理技法を用いて処理することができる。
【００５８】
放射線の少なくとも１つのパターンは、明確且つ容易に位置特定可能なパターン要素の組合せ、たとえば空間的に分散した交差点、角又は小さい円形パッチの組合せを含む、空間的に強度が変化するパターンを含むことができる。たとえば、対象物に投影される放射線の少なくとも１つのパターンは、線及び点のモザイク式の組合せを含むことができる。パターンは、パターンの照明されたパッチの間に間隔を空けて配置された、照明されていないパターンパッチを含むことができる。パターン要素は、対象物に投影されると歪んで見え、この歪みによって、第１の画像データ又は第２の画像データ等、パターン要素が投影される対象物の部分の部分の３次元形態データを、取り込まれた画像データから導出することができ、対象物をスキャンするこの方法は、一般に、構造化光技法と呼ばれる。放射線のパターンは、単純な繰返しパターンであってもよく、及び／又はたとえば、カメラによって記録されたパターンの画像における曖昧さを回避し、対象物のより高解像度の画像を取り込むために、スポット、明るい／暗いエッジ等の特徴の複雑な繰返しパターンを有するように選択されてもよい。曖昧さは、対象物上に入るパターンの一部が、その対象物がそこになかった場合と同じように現れるように歪められる場合に発生する。こうした曖昧さにより、対象物の形態を正確に確定することが困難になる。他の実施形態では、対象物上に連続する種々の放射線パターンを投影させてもよく、種々のパターンの各々は、種々の時点に連続して投影される。投影システム２６は、いくつかの選択された波長の放射線、たとえば可視光線又は不可視赤外線のパターンを、対象物上に投影することができるが、パターン放射線は、非電離電磁放射線のスペクトルの他の波長のものであってもよいことが考えられる。したがって、記録システム２４は、適切な波長（複数可）の投影された放射線を取り込むように構成されている。投射システム２６は、コヒーレントレーザ照明ではなく通常の非コヒーレント光源を必要とし、すなわち、これにより、レーザベースの投影法に比較して、被験者／対象物、たとえば子供の医学的により安全なスキャニングが可能になる。
【００５９】
３次元処理システム３６は、記録システム２４によって取り込まれた画像を処理し、対象物の表面の等価の点に対応する対象物の３次元形態を表す画像データを抽出する。この処理は、取り込まれた画像内の使用可能なコントラスト及びダイナミックレンジを最大化する画像解析、画像雑音低減、放射線の投影パターンの特定の特徴の位置、対象物表面によるパターン歪みによる特定のパターン特徴の予測された位置における曖昧さの解決、データ誤差の抑制、及び／又は所定時間にわたって対象物をモニタリングする時に対象物の全体的な動きの追跡に役立つシルエットの識別を含むことができる。そして、画像データは補間されて、モニタリングされている対象物の連続的な表面表現が作成される。
【００６０】
記録システム２４は、本発明の実施形態では、第１の時点及び第２の時点の各々においてパターンの同じ部分を記録するように構成されている。このように、対象物が静止したままであると想定すると、対象物の同じ部分の形態の変化を、第１の時点及び第２の時点の両方においてモニタリングすることができる。他の実施形態では、記録システム２４を、第１の時点及び第２の時点に投影されたパターンの異なる部分を記録するように構成してもよい。これにより、たとえば、対象物部分の全体的な動きではなく、モニタリングされている対象物の同じ部分、したがって観察されている対象物部分に入っているパターンの異なる部分に対して、画像データを記録することができる。
【００６１】
画像データ処理に対し、対象物の総合的な（全体的な）動きから対象物のスキャンされた表面（複数可）をモニタリングするために、求められる動きの識別を促進することにより、画像データの計算精度を向上させるように、モニタリングされている対象物のより大きい（全体的な）動きを追跡する、追跡アルゴリズムを用いてもよい。このアルゴリズムはまた、対象物が記録システム２４の視野内にない時を検出することも可能であり、対象物が、たとえば人である場合に、急速に動いている場合、このアルゴリズムを、人の咳を全体的な動きとしてみなすことができるように構成することができる。
【００６２】
さらに、追跡アルゴリズムを用いて、対象物の全体的な動きが発生する時を確定し、これをエンドユーザに示し、全体的な動きが発生する時点に発生している画像データを無視し、又はたとえば対象物が回転又は並進により幾何学的に位置を移動した場合に対象物の新たな位置を確定することができる。
【００６３】
対象物の３次元形態を表す画像データを用いて、対象物の３次元処理システム３６によって生成される連続した（順次）画像データを処理することにより、スキャンされた対象物領域に対応する体積を示すデータを得ることができる。それぞれの第１の時点及び第２の時点に取得された第１の画像データと第２の画像データとの間で、差分データを生成することができ、それは、２つの時点の間のスキャンされた対象物の形態の変化を表す。第１の画像データを第２の画像データと比較して、第１の時点における対象物の３次元形態と、第２の時点における対象物の３次元形態との差を特定することにより、差分データを生成することができる。差分データは、これら特定された差を示し、したがって、第１の時点と第２の時点との間の対象物の形態の変化を表す。２つの時点は、記録された２つの連続した時点であってもよく、別法として、２つの時点は、ある期間に記録された任意の２つの時点であってもよく、それは、画像データが記録される他の時点によって分離されてもよい。したがって、任意の２つの時点の間で、且つ複数の時点を含むある期間にわたって対象物の少なくとも一部の形態の任意の変化を動的に追跡することが可能である。対象物が人である実施形態では、形態の変化は、対象物の少なくとも一部の体積の変化、たとえば胸腔及び／又は腹腔の容積の変化を表してもよい。
【００６４】
たとえば後に参照する図３、図４及び図５に示すように、装置が医療環境で用いられる実施形態では、医療データ抽出システム３８は、差分データから装置がモニタリングしている身体部分に対する体積変化を導出するアルゴリズム計算を実行する。
【００６５】
対象物の少なくとも一部の体積等の形態変化の確定に役立つように、記録システム２４のいずれかには可視でない、及び／又は放射線の投影されたパターンで照明されない、対象物部分の一部の形態を近似することにより、対象物のスキャンされた部分の体積の近似が計算される。たとえば、パターンは、モニタリングされている人の胸部の正面側に投影される場合、その人の胸部の背面側には入らず、背面側の画像データを記録することによって、胸部の背面側の形態を確定することができない。しかしながら、その人の胸部の背面側の形態を、胸部の背面側の少なくとも生の、より好ましくは精緻化された形態を確定するように近似することができる。投影パターンのない対象物部分のこの近似して確定された形態を、記録された画像データ、たとえば第１の画像データ及び第２の画像データを用いて処理することにより、所定時間にわたる人の胸部の形態の変化に対しより正確な差分データを生成することができる。近似を、平坦面に対する補間アルゴリズムを用いて確定することができる。別法として、より複雑なアルゴリズムを用いて、たとえば対象となる対象物の部分、この場合は人の胸部のより代表的な形状を用いて、投影パターンのない部分の形態を補間することができる。こうした代表的な形状は、円柱又は球の一部であってもよく、及び／又は場合によっては、後述するように、人、又は実際にはモニタリングされている特定の人のタイプの生物物理学的データを使用して、近似を精緻化することができる。スキャンされた対象物の部分に対して取り込まれた画像データから導出される記録された画像データと組み合わせてこの近似された形態を用いることにより、モニタリングされている対象物の部分の体積等、形態の変化をより正確に確定することができ、対象物の３次元形態を表すより信頼性の高い画像データ及び差分データが提供される。これは、たとえば医療分野において、生成されたデータを用いて病状及び適切な治療を診断することができる場合、高水準のデータ精度を必要とする方法の応用において特に重要である。さらに、容易に動かすことができない、病気患者等の繊細な対象物の場合、この近似により、患者を静止したまま、たとえばベッドに横臥したままにすることができ、一方で、対象物の３次元形態の正確な画像データ及び差分データを依然として確定することができる。
【００６６】
したがって、記録システム２４によって取り込まれるデータの処理を用いて、被験者の身体の運動、体積、表面積及び他の同様の物理的パラメータの動的な３次元モデルが作成される。そして、同時のデータ画像を比較して体積の変化を表す差分データを生成することにより、呼吸数を計算することができる。
【００６７】
そして、情報を、ディスプレイシステムを介して数値及び／又はグラフィカルフォーマットでエンドユーザに表示してもよく、及び／又は遠隔表示又はさらなる分析のために、処理プラットフォーム（たとえばパーソナルコンピュータ）の一部として提供されるデータネットワークインタフェースを介して、他のシステムに送信してもよい。出力情報を分類し、臨床管理及び診療方式に関連する意思決定支援プロセス又はエキスパートシステムの一部として用いることができる。復元により、対象物の完全な３次元表現を提供することができるため、放射線パターンで照明されない対象物の部位の近似を用いるいくつかの実施形態では、いずれかの新規な視点から画面上に対象物表面を見ることができる。
【００６８】
肺機能に関連する呼吸気流を、対象物の体積の動的体積変化から計算することができる。このプロセスを、装置の以前の基準（試験）操作から、及び／又は多数の異なる人に対する装置の以前の測定操作からのデータを含む、統計データベース２２のデータと比較することによって、強化することができる。本発明の実施形態では、統計データベースのデータは、年齢、性別、体重及び体格の選択された農場（ｇｒａｎｇｅ）に従って、選択された人の組に対して標準化された統計的に平均されたパラメータを提供する。統計データベースデータを用いる比較は、統計的基準と比較して、計算された動的な体積の変化の高度化した補間に役立つ。統計データベースのデータを用いて、生物物理的モデルデータ２０に対してスケーリング及び基準パラメータの精緻化をもたらすことも可能である。
【００６９】
体積計算の精度を、たとえばマッピング及び「最良フィット」アルゴリズムを用いて、記録された画像データを対象物の体積モデルと統合する、生物物理学的モデリングデータ２０によって向上させることができる。体積又は生物物理学的モデルデータ２０は、スキャンされている対象物又は被験者の解剖学的構造の「物理学ベースの」近似を含み、対象物の部位の物理的特性、たとえば、胸部／腹部の物理的特性及び弾性と、関節及び骨格構造による運動制約とをモデル化する。生物物理学的モデルデータ２０は、被験者のタイプ、年齢、性別、体重及び／又は他の形態による平均値に従って調整され且つ較正された物理的モデリングパラメータを用いて、検討中の対象物に対する汎用モデルに基づく。生物物理学的モデルデータは、先の基準（試験）操作からの記憶されたデータを含むことができる。
【００７０】
図３ａ及び図３ｂは、本発明の実施形態によるモニタリング装置の例示的な部分を示す。装置１０は、たとえばアライドビジョンテクノロジー（Ａｌｌｉｅｄ  Ｖｉｓｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）のパイク（Ｐｉｋｅ）Ｆ０３２Ｂカメラであってもよい、記録システム２４の一部としての第１のカメラ及び第２のカメラと、たとえばエイサー（Ａｃｅｒ）Ｐ１６２５プロジェクタであってもよい、取付枠５０に取り付けられた投影システム２６とを備えている。記録システム２４の各々が取付枠５０に対して取り付けられている角度は、約１０度から約４０度まで変化してもよく、それは、記録システム２４から対象物５２までの距離によって決まる。この実施形態では、投影システム２６は、放射線のパターンを、表面５４の上で伏臥している被験者５２の胸部及び腹部部位上に投影することが分かる。投影速度は、たとえば約５０若しくは６０Ｈｚ、又は１８０Ｈｚ若しくは３６０Ｈｚであり得る。記録システム２４からの記録速度は、投影速度と一貫しており、たとえば、投影速度が１８０Ｈｚである場合、記録速度もまた、第１の記録システム及び第２の記録システムの各々に対して１８０画像／秒となる。第１の画像データ、第２の画像データ及びさらなる画像データの他の投影速度及び記録速度は、限定されないが５０〜３６０Ｈｚの範囲内で想定され、したがって、投影速度及び記録速度は、５０又は３６０Ｈｚの速度より低速であっても高速であってもよい。記録システム２４の第１のカメラ及び第２のカメラを、記録システムのうちの一方の視野が、他方の記録システムの視野に完全に又は少なくとも部分的に重なるように向けることができる。装置１０を、たとえば大人、子供、未熟児、非協力的な被験者、又はいかなる形態の接触方法も実際的でない場合、たとえば未熟児、火傷患者、救命救急患者のモニタリング及び診断に対して構成することができる。装置１０を、図４に示すように、被験者を直立位でモニタリングすることができるように構成してもよい。
【００７１】
ここで図５ａを参照すると、乳児用の保育器を組み込んだ本発明によるモニタリング装置１０の一部の実施形態が示されている。モニタリング装置１０は、投影システムから保育器６０に置かれた乳児６２上に放出される放射線を反射する反射光学装置６４、たとえば鏡の上に放射線を投影するように配置された投影システム２６と、記録システム２４の２つのカメラとを備えている。モニタリング装置１０は、図５ａに示すように、封止されたハウジング６６内に取り付けられると共に、保育器６０の内部表面に取り付けられている。図５ｂに示すように、モニタリング装置１０を、保育器６０の外面に位置するように構成してもよいことが理解されよう。
【００７２】
図６は、さらなる実施形態による本発明の方法を実行するモニタリング装置の配置を示す。複数のパターンの放射線を対象物上に同時に投影することができ、それにより、モニタリングされている対象物のより広い有効範囲が達成される。したがって、図６に示すように、放射線の２つ以上のパターンが、対象物上に、３つのプロジェクタを用いて、対象物の２つの両側と２つの両側の間の表面とに投影される。３つのプロジェクタの間に配置された２つのカメラは、各々、差分データを導出するように処理されるように、異なる時点の各々において投影されたパターンの画像データを同時に記録する。
【００７３】
使用時、図３、図４、図５及び図６の装置を、環境及び／又はモニタリングされる対象物に対する特定の形態に対して設定することができる。装置を、許容可能な水準の精度で本発明の方法を実行するために較正することができる。本発明の方法は、本発明を実行する装置を較正することを含む。較正は、較正対象物上に放射線の較正パターンを投影することと、放射線の投影された較正パターンの少なくとも一部を表す較正画像データを記録することとを含み、較正画像データは、較正対象物の３次元形態を表す。ステップｄ）における第１の画像データ及び第２の画像データを、較正画像データを用いて処理することにより、較正に基づいて差分データを生成することができる。こうした較正に従って、本発明の実施形態では、２つのタイプの較正、すなわちプロジェクタ及び記録システムの較正と単位の較正とを行うことができる。
【００７４】
プロジェクタ及び記録システムの較正を、上述した対象物の形態の変化のモニタリング中に自動的に且つ連続的に行うことができる。これを、モニタリングのために対象物上に放射線パターンを投影することの一部として、モニタリングされている対象物上に１つ又は複数の較正パターンを投影することによって達成することができる。したがって、モニタリングされている対象物を、較正対象物であるとみなすことができる。較正パターンを、較正対象物上に投影し、較正画像データを、第１の時点及び第２の時点とは異なる１つ又は複数の時点において記録することができる。たとえば、較正パターンを、第１の時点の直前と第２の時点の直前とに投影してもよく、それにより、較正データは、対象物をモニタリングするための画像データの記録と同時に較正を行うことなく、第１の時点及び第２の時点におけるプロジェクタ及び記録システム特性を示す。このように、較正パターン（複数可）及び対象物モニタリングのためのパターンを、所定時間にわたって互いに交互に配置してもよい。そして、記録された第１の画像データ及び／又は第２の画像データを、プロジェクタシステム及び記録システムの一部、たとえばカメラの、相対位置及び光学的焦点等の特徴を、３次元空間で表す記録された較正画像データを用いて処理することができる。これにより、第１の画像データ及び／又は第２の画像データの精度が向上する。
【００７５】
較正パターン（複数可）及び対象物モニタリングのためのパターン（複数可）を投影する、且つそれらの画像データを記録するタイミングの適切な選択により、プロジェクタ及び記録システムの較正を、対象物モニタリングと略同時であり得るように迅速に行うことができる。したがって、プロジェクタシステム及び記録システムの一部の特徴、たとえば、プロジェクタ及びカメラの光学特性及び／又は相対位置を、対象物モニタリングを停止させる必要なく、対象物モニタリング中に繰返し確定することができる。このように、たとえばプロジェクタ及び／又は記録システムの焦点のドリフト、ズーム比及び／又は角度位置による、こうした特徴の所定時間にわたるわずかな変化を、プロジェクタ及び記録システム較正プロセスによって確定することができ、それにより、それを用いて、対象物のモニタリングから生成される画像データを補正することができる。モニタリングされている対象物の動きは、プロジェクタ及び記録システムの較正に影響を与えない。対象物の動きを、たとえば上述した追跡アルゴリズムを用いることによって処理することができる。
【００７６】
単位の較正は、好ましくは、図１に関して説明した本発明の方法による対象物のモニタリングが開始する前に行われる。単位の較正は、対象物をモニタリングしている時に対し絶対測定値を正確に確定するために用いられ、少なくとも１つの絶対距離を確定することを含み、それにより、較正中に、プロジェクタシステムと、記録システムの一部と、たとえば対象物が人である例でのベッド等、モニタリングされる対象物が配置される場所との間の距離すべてを、較正画像データ及び／又は較正中にそれから、たとえば異なる時点の較正画像データ間で生成された任意の差分データから、正確に確定することができる。装置がモニタリング手続きに対して設定されると、投影システムによって生成される放射線の較正パターンを既知の寸法の較正対象物上に投影し、記録システムを用いて較正対象物の画像データを記録することにより、単位の較正が実行される。較正対象物の寸法が既知であるため、較正システム４２は、記録及び投影システムの絶対位置を確定することができる。したがって、較正システム４２は、寸法単位に対する単位尺度を確定することができ、それに対して、本発明の方法のモニタリング中に記録された画像データを比較することができ、それにより、モニタリングされている対象物の絶対寸法を正確に確定することができる。たとえば、モニタリングされている対象物の少なくとも一部のセンチメートルでの高さ及び／又は幅を、単位尺度で対象物の画像データから導出された対象物寸法を比較することにより正確に測定することができる。このことから、モニタリングされている対象物の一部のたとえばリットルでの体積測定値を計算することができる。モニタリング中に対象物の測定を正確に行うことができることにより、差分データを高水準の精度で生成することができる。
【００７７】
較正対象物は、記録システムの視野内で可視である既知の相対位置及び距離の３つの点を有することができる。較正対象物は、例として、モニタリングが開始する前の患者の上で振られた「ワンド」の形態であるか、又は患者の背中を固定するために用いられる、患者が位置している台、椅子又はベッド上の正確な寸法の既知の印刷又は投影されたパターンの形態であり得る。較正対象物は、当然ながら、他の実施形態では、既知の寸法の他の対象物であってもよい。
【００７８】
単位の較正を、モニタリング装置の物理的設定及び位置決めが変更されないものとして、一度だけ行うことができる。物理的設定が変更された場合、単位の較正を再び行う必要がある。
【００７９】
プロジェクタ及び記録システムの較正と単位の較正との一方又は両方に対し、較正パターンは、モニタリング方法に対して上述した放射線のパターンと同様であるか又は同じであってもよい。図７は、生理食塩水バッグ上に投影された例示的な較正パターンを示す。さらに、他の実施形態では、較正パターンは、較正対象物上に連続的に投影される連続する種々の較正パターンと、種々のパターンの各々に対する較正画像データを記録することとを含むことができる。たとえば、連続するパターンは、対象物上に立て続けに投影された、多数の、たとえば通常は約１６の明確なパターンを含むことができる。パターンの形態を、パターン内により細かいピッチの特徴を連続的に提供するように配置することができる。放射線の投影パターンは、限定されないが、水平（Ｘ）方向及び垂直（Ｙ）方向両方において繰り返される（モザイク式の）単純なパターンの汎用形態であってもよい。さらに、他の実施形態では、プロジェクタ及び記録システムの較正に対し、較正パターンを、モニタリング方法中に対象物上に投影されたパターンと交互に配置してもよい。他の実施形態では、プロジェクタ及び記録システムの較正の画像データを、第１の画像データ及び／又は第２の画像データから導出してもよく、すなわち、対象物モニタリングに対する投影パターンは、こうした較正で用いられるパターン特徴を含んでいてもよい。
【００８０】
図８及び図９に示すように、その後、単位の較正の後、対象物上に既知の構造（限定されないが線又は点等の規則的な構造を含む）の１つ又は複数のパターンを投影することにより、対象物のモニタリングを開始することができる。これらパターンは、システムのサイズ、精度及び視野に対する要件に応じて、細かいか粗いか又はそれらの組合せであってもよい。
【００８１】
そして、記録システム２４は、先に説明したように対象物の部位（複数可）の画像と、対象物上に現れる構造化された放射線のパターンとを取り込み、対象物形態、たとえば表面形状、動き及び３次元形態形状を表す情報を取り込む。
【００８２】
上記実施形態は、本発明の例示的な例として理解されるべきである。本発明のさらなる実施形態が考えられる。
【００８３】
連続的な第３の時点及び第４の時点等、複数のさらなる時点で、対象物上の放射線の投影されたパターンの少なくとも一部を表すさらなる画像データを記録することを含む、本方法のさらなる実施形態が考えられる。さらなる画像データは、それぞれのさらなる時点における対象物の３次元形態を表す、第１の時点及び第２の時点の後の複数の時点において連続的に記録された複数の画像データを含むことができる。さらなる画像データは処理され、複数のさらなる時点のうちの少なくとも２つの間の対象物の形態の変化を表す差分データが生成される。さらなる画像データの特性は、上述した第１の画像データ及び第２の画像データの特性に類似していてもよい。したがって、さらなる画像データを、上述した第１の画像データ及び／又は第２の画像データの任意の記録、処理及び／又は使用と同様に、記録し、処理し、及び／又は使用することができる。このように、本発明の方法は、第１の時点、第２の時点及びさらなる時点に及ぶある期間にわたり対象物の体積等の形態の変化をモニタリングすることができる。したがって、対象物の形態変化を、連続的にモニタリングすることができる。
【００８４】
さらなる例示的な実施形態では、上述したモニタリング装置を、対象物の３次元形態のモニタリングが必要な他の応用に加えて、動物のモニタリング及び獣医医療、身体研究に対するデータ取込み、生物学的モデリング及びアバターアニメーションに用いることができる。
【００８５】
さらに、本発明の方法は、たとえば病院、医療センター又は地域診療所環境において、又は移動環境、たとえば救急医療／外来、野戦病院（民間、軍隊）又は災害復旧センターにおける呼吸及び他の生命兆候をモニタリングすることができる。
【００８６】
投影システムは、一組の光学パターンを照明する光源（たとえばコリメートＬＥＤ源）を含むことができ、光学パターンは、物理的媒体、たとえばフィルム又はガラス上に生成され、そのパターンが取り付けられ光源の正面に配置される機械システム、たとえば回転ホイールを介して配列される。
【００８７】
視野角を、３つ以上の記録システム及び２つ以上の投影システムを用いることによって増大させることができ、それにより、対象物／被験者のより広い表面積を取り込むことができ、取り込まれる領域が、配置されるｎ個のカメラのうちの少なくとも２つを有することが確実になる。図６は、被験者／対象物のスキャン有効範囲を増大させる１つの配置を示す。
【００８８】
上述したように、対象物の少なくとも一部の３次元表現を、たとえば２つのカメラを用いて、対象物上の投影パターンの１つの時点に取り込まれた複数の画像を用いて導出することができる。１つの時点に複数の画像を取得することにより、対象物の有効範囲がより広い及び／又はある対象物の部分の閉鎖問題が軽減した画像データを得ることができる。本発明の他の有利な実施形態では、記録システムは、第１の時点及び第２の時点、並びに場合によってはさらなる時点に対象物上の投影パターンの少なくとも一部の１つの画像を記録する１つのカメラのみを有することができる。対象物の少なくとも一部の３次元表現を、それぞれの画像各々における記録されたパターンを解釈することによって、各時点に導出することができる。したがって、こうした実施形態では、複数のカメラは不要である。
【００８９】
本装置は、記録システム及び投影システムを備えることができ、記録システムによって取り込まれた画像データを、３次元形態を表す画像データと差分データとを生成するために、処理に適した形態で提供することができる。画像データのこうした処理を、記録システム及び投影システムから遠隔で処理することができ、したがって、処理システムを、別の部屋に配置することができ、又は別の国に配置し、コンピュータネットワークを介して記録及び投影システムに接続し、画像データを処理システムに提供するように構成される記録及び投影システムから画像データを受け取るように構成することができる。
【００９０】
任意の１つの実施形態に関連して説明した任意の特徴を、単独で用いても、説明した他の特徴と組み合わせて用いてもよく、実施形態の他の任意のものの１つ又は複数の特徴と組み合わせて、又は実施形態のうちの他の任意のものと任意の組合せで用いてもよいことが理解されるべきである。さらに、上述していない均等物及び変更形態も、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の範囲から逸脱することなく採用してもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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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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【国際調査報告】
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