DE112005002577T5

DE112005002577T5 - Atmungs-Überwachungs-Gerät, Atmungs-Überwachungs-System, medizinisches Verarbeitungssystem, Atmungs-Überwachungs-Verfahren und Atmungs-Überwachungs-Programm

Info

Publication number: DE112005002577T5
Application number: DE112005002577T
Authority: DE
Inventors: Yoshio Miyake
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Digital Solutions Corp
Priority date: 2004-10-18
Filing date: 2005-10-17
Publication date: 2007-09-20
Also published as: GB0707186D0; US20080146911A1; JPWO2006043506A1; GB2443433A; WO2006043506A1

Abstract

Ein Atmungs-Überwachungs-Gerät, welches aufweist:
eine Bildaufnahmeeinheit, welche Bilder zu vorbestimmten Zeiten aufnimmt, wobei jedes Bild in einer Richtung fotografiert wird, welche in einem vorgeschriebenen Winkel zu einer interessierenden Region geneigt ist, welche mindestens einen von Brustkorb und Unterleib einer Person aufweist; und
eine Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungseinheit, welche eine Richtung bestimmt, in welche sich ein Bildpunkt bewegt, von einer Ortsänderung des Bildpunkts in einem Bild, auf der Basis einer Mehrzahl von Bildern, welche zu aufeinanderfolgenden Zeiten durch die Bildaufnahmeeinheit aufgenommen werden, und unterscheidet zwischen der Ausatmung und Einatmung der Person auf der Basis der Richtung, welche bestimmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Atmungs-Überwachungs-Verfahren für die Unterscheidung zwischen der Ausatmung und Einatmung einer Person.
Bisher wird ein Verfahren, genannt Atmungs-synchronisierte Abtastung, in Bildaufnahmeverfahren, wie beispielsweise CT-Abtastung, genutzt. Diese Abtastung ist ein Verfahren der Abtastung von Organen, welche sich bewegen, weil die Person atmet (zum Beispiel Lungen, Leber, Milzen oder ähnliches), in einer bestimmten Phase des Atemzyklus, so dass dabei Bilder der Organe gewonnen werden.
Dieses Verfahren hilft, deutliche Bilder von irgendeinem Organ bereitzustellen, welches empfindlich gegen Bewegungsartefakt aufgrund Atmung ist, wobei die Bilder nicht so viel durch den Bewegungsartefakt beeinflusst sind.
In der konventionellen Atmungs-synchronisierten Abtastung wird in den meisten Fällen an die Person ein Gerät angeschlossen, welches eine Spannung feststellen kann, welche von der Atmung herrührt, so dass dabei zwischen Ausatmung und Einatmung unterschieden wird. (Das Gerät wird beispielsweise an eine Gegend in der Nähe des Brustkorbs oder des Unterleibs angeschlossen.)
Das Gerät wird in der herkömmlichen Methode direkt an die Person angeschlossen, so dass Ausatmung und Einatmung unterschieden werden. Das so an die Person angeschlossene Gerät kann der Person Unannehmlichkeiten bereiten oder kann in das Sichtfeld des Bildaufnahmegeräts kommen.
Die Erfindung ist zur Lösung der oben beschriebenen Probleme gemacht worden. Ein Ziel der Erfindung ist, ein Verfahren bereitzustellen, welches zwischen Ausatmung und Einatmung der Person unterscheiden kann, ohne die Person zu berühren.
Zur Lösung der oben erwähnten Probleme weist ein Atmungs-Überwachungs-Gerät gemäß der Erfindung auf: eine Bildaufnahmeeinheit, welche Bilder zu vorbestimmten Zeiten aufnimmt, wobei jedes Bild in einer Richtung fotografiert wird, welche in einem vorgegebenen Winkel zu einer interessierenden Region geneigt ist, welche mindestens einen von Brust und Unterleib einer Person aufweist; und eine Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungseinheit, welche eine Richtung bestimmt, in welche sich ein Bildpunkt bewegt, aus einer Ortsänderung des Bildpunktes in einem Bild, auf der Basis einer Mehrzahl von Bildern, welche zu aufeinanderfolgenden Zeiten durch die Bildaufnahmeeinheit aufgenommen werden, und unterscheidet zwischen der Ausatmung und Einatmung einer Person auf der Basis der Richtung, welche bestimmt wird.
In dem Atmungs-Überwachungs-Gerät, welches wie oben beschrieben konfiguriert ist, kann die Ausatmungs-/Einatmungs-Bestimmungseinheit feststellen, dass die Person einatmet, wenn sich der Bildpunkt in dem Bild in eine erste Richtung bewegt, welche eine Richtungskomponente in einer Ebene ist, welche im Wesentlichen parallel zu Längs- und Quer-Richtungen der Person ist, und dass die Person ausatmet, wenn sich der Bildpunkt in dem Bild in eine zweite Richtung bewegt, welche entgegen der ersten Richtung ist.
In dem Atmungs-Überwachungs-Gerät, welches wie oben beschrieben konfiguriert ist, kann eine Geschwindigkeit dy/dt aller Bildpunkte in der interessierenden Region wie folgt gegeben sein, bezüglich der Richtung, welche im Wesentlichen parallel zu der Längsrichtung der Person ist: 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)wobei y eine Ordinate in dem Bild ist, welches durch die Bildaufnahmeeinheit aufgenommen wird, bezüglich der Längsrichtung der Person, x eine Abszisse in dem Bild ist, bezüglich der Richtung, welche die Längsrichtung der Person in im Wesentlichen rechten Winkeln schneidet, t die Zeit ist, I(x,y,t) die Helligkeit des Bildpunkts ist, welcher an der Koordinate (x,y) zur Zeit t positioniert ist, das erste Σ die Summe aller Bildpunkte bezüglich einer der x und y Richtungen in der interessierenden Region ist, und das zweite Σ die Summe aller Bildpunkte bezüglich der anderen der x und y Richtungen in der interessierenden Region ist. Die Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungseinheit kann feststellen, dass die Person einatmet, wenn der Bildpunkt sich mit der Geschwindigkeit dy/dt in die erste Richtung bewegt, und dass die Person ausatmet, wenn sich der Bildpunkt mit der Geschwindigkeit dy/dt in die zweite Richtung bewegt.
In dem Atmungs-Überwachungs-Gerät, welches wie oben beschrieben konfiguriert ist, kann die Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungseinheit eine zweite Region eines Bildes extrahieren, welches zu einer vorgegebenen Zeit aufgenommen wird, wobei die zweite Region Bildpunkte mit ungefähr der gleichen Helligkeitsverteilung hat, wie die Bildpunkte einer ersten Region, welche aus gegebenen Bildpunkten besteht, welche in dem Bild vorhanden sind, welches zu der Zeit aufgenommen wird, die der vorgegebenen Zeit unmittelbar vorangeht, und kann feststellen, dass die Person einatmet, wenn die Komponente der Richtung, in welche sich der Bildpunkt von der ersten Region zu der zweiten Region bewegt, in der ersten Richtung orientiert ist, und dass die Person ausatmet, wenn die Komponente der Richtung in der zweiten Richtung orientiert ist.
Vorzugsweise kann das Atmungs-Überwachungs-Gerät, welches wie oben beschrieben konfiguriert ist, ferner aufweisen: eine Atemzyklus-Bestimmungseinheit, welche einen Atemzyklus der Person bestimmt, auf der Basis von Bildern, welche zu vorbestimmten aufeinanderfolgenden Zeiten von der Bildaufnahmeeinheit aufgenommen werden und aus der Helligkeitsänderung der Bildpunkte in den Bildern, welche mit der Zeit auftritt; und eine Ausatmungs-/Einatmungs-Timing-Bestimmungseinheit, welche das Timing der Ausatmung oder Einatmung bestimmt, welche durch die Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungseinheit unterschieden werden, auf der Basis des Atemzyklus, welcher durch die Atemzyklus-Bestimmungseinheit bestimmt wird.
Ein Atemüberwachungs-Gerät gemäß der Erfindung weist auf: eine Bildaufnahmeeinheit, welche Bilder zu vorbestimmten Zeiten durch Fotografieren aufnimmt, seitwärts bezüglich einer Person, eine interessierende Region, welche mindestens einen von dem Brustkorb und Unterleib einer Person aufweist und eine Grenze zwischen mindestens einem von dem Brustkorb und Unterleib und einem Hintergrund, welcher eine niedrigere Lichtintensität aufweist, als mindestens einer von dem Brustkorb und Unterleib; und eine Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungseinheit, welche zwischen Ausatmung und Einatmung der Person unterscheidet, auf der Basis einer Mehrzahl von Bildern, welche zu den vorbestimmten Zeiten durch die Bildaufnahmeeinheit aufgenommen werden und demgemäß, ob ein Teil der interessierenden Region, welche aus Bildpunkten zusammengesetzt ist, welche eine Helligkeit aufweisen, welche höher als ein vorgegebener Wert ist, sich in der Fläche vergrößert oder verkleinert.
In dem Atmungs-Überwachungs-Gerät, welches wie oben beschrieben konfiguriert ist, kann die Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungseinheit feststellen, dass die Person einatmet, wenn der Teil der interessierenden Region, welcher aus Bildpunkten zusammengesetzt ist, welche eine höhere Helligkeit als ein vorgegebener Wert haben, sich in der Fläche vergrößert, und dass die Person ausatmet, wenn der Teil der interessierenden Region, welcher aus Bildpunkten zusammengesetzt ist, welche eine höhere Helligkeit als ein vorgegebener Wert haben, sich in der Fläche verkleinert.
Das Atmungs-Überwachungs-Gerät, welches wie oben beschrieben konfiguriert ist, kann ferner eine Atemzyklus-Bestimmungseinheit aufweisen, welche einen Atemzyklus der Person bestimmt, auf der Basis von Bildern, welche zu vorbestimmten aufeinanderfolgenden Zeiten durch die Bildaufnahmeeinheit aufgenommen werden und aus der Änderung in der Helligkeit der Bildpunkte in den Bildern, welche mit der Zeit auftritt; und eine Ausatmungs-/Einatmungs-Timing-Bestimmungseinheit, welche das Timing der Ausatmung oder Einatmung bestimmt, welche durch die Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungseinheit unterschieden werden, auf der Basis des Atemzyklus, welcher durch die Atemzyklus-Bestimmungseinheit bestimmt wird.
Vorzugsweise kann das Atmungs-Überwachungs-Gerät, welches wie oben beschrieben konfiguriert ist, ferner aufweisen eine Meldeeinheit, welche die Absolutwerte der Helligkeitsänderungen der Bildpunkte in den Bildern akkumuliert, welche durch die Bildaufnahmeeinheit zu vorbestimmten aufeinanderfolgenden Zeiten aufgenommen werden, so lange wie die Ausatmungs-/Einatmungs- Unterscheidungseinheit feststellt, dass die Person einatmet, und meldet, dass die Person einatmet, wenn eine Differenz zwischen dem dadurch aufgerechneten Wert und einem vorbestimmten Wert einen Standardwert überschreitet.
Ein Atmungs-Überwachungs-System gemäß der Erfindung weist auf: ein Atmungs-Überwachungs-Gerät von solch einem Typ, wie oben beschrieben; und eine Bildaufnahmeeinheit, welche sich über den Füßen der Person befindet, welche auf dem Rücken liegt, und die interessierende Region in einer Richtung schräg bezüglich der interessierenden Region fotografiert.
Ein Atmungs-Überwachungs-System gemäß der Erfindung weist auf: ein Atmungs-Überwachungs-Gerät von solch einem Typ, wie oben beschrieben; und eine Bildaufnahmeeinheit, welche, seitwärts bezüglich einer Person, eine interessierende Region fotografiert, welche mindestens einen von dem Brustkorb und Unterleib einer Person aufweist, und eine Grenze zwischen mindestens einen dem Brustkorb und Unterleib, und einen Hintergrund, welcher eine niedrigere Beleuchtungsstärke aufweist, als mindestens einer von dem Brustkorb und Unterleib.
Ein medizinisches Verfahrenssystem gemäß der Erfindung weist auf: ein Atmungs-Überwachungs-Gerät von solch einem Typ, wie oben beschrieben; und eine Medizin-Prozess-Ausführungseinheit, welche einen vorgegebenen medizinischen Prozess in einem Timing der Ausatmung oder Einatmung ausführt, welcher durch die Medizin-Prozess-Ausführungseinheit bestimmt wird.
In dem medizinischen Verfahrenssystem wie oben beschrieben, kann der vorbestimmte medizinische Prozess vorzugsweise ein Bildaufnahmeprozess sein, welcher durch MRI ausgeführt wird. Ebenso kann der Prozess ein Bildaufnahmeprozess sein, welcher durch CT-Abtastung ausgeführt wird.
Ein Atmungs-Überwachungs-Verfahren gemäß der Erfindung weist auf: einen Bildaufnahmeschritt, welcher Bilder zu vorbestimmten Zeiten aufnimmt, wobei jedes Bild in einer Richtung fotografiert ist, welche in einem vorgegebenen Winkel zu einer interessierenden Region geneigt ist, welche mindestens einen von Brustkorb und Unterleib einer Person aufweist; und einen Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungsschritt, welcher eine Richtung bestimmt, in welche sich ein Bildpunkt bewegt, aus einer Ortsänderung des Bildpunkts in einem Bild, auf der Basis einer Mehrzahl von Bildern, welche zu aufeinanderfolgenden Zeiten in dem Bildaufnahmeschritt aufgenommen werden, und unterscheidet zwischen der Ausatmung und Einatmung der Person auf der Basis der festgestellten Richtung.
In dem Atmungs-Überwachungs-Verfahren, welches wie oben beschrieben konfiguriert ist, ist es wünschenswert, dass in dem Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungsschritt festgestellt wird, dass die Person einatmet, wenn der Bildpunkt in dem Bild sich in eine erste Richtung bewegt, welche eine Richtungskomponente in einer Ebene ist, welche im Wesentlichen parallel zu den Längs- und Quer-Richtungen der Person ist, und festgestellt wird, dass die Person ausatmet, wenn der Bildpunkt in dem Bild sich in eine zweite Richtung bewegt, welche entgegen der ersten Richtung ist.
In dem Atmungs-Überwachungs-Verfahren, welches wie oben beschrieben konfiguriert ist, kann eine Geschwindigkeit dy/dt aller Bildpunkte in der interessierten Region wie folgt gegeben sein, bezüglich der Richtung, welche im Wesentlichen parallel zu der Längsrichtung der Person ist: 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)wobei y eine Ordinate im Bild ist, welches durch den Bildaufnahmeschritt aufgenommen wird, bezüglich der Längsrichtung der Person, x eine Abszisse in dem Bild ist, bezüglich zu der Richtung, welche die Längsrichtung der Person in im Wesentlichen rechten Winkeln schneidet, t die Zeit ist, I(x,y,t) die Helligkeit des Bildpunktes ist, welcher an der Koordinate (x,y) positioniert ist, das erste Σ die Summe aller Bildpunkte bezüglich einer der x und y Richtungen in der interessierenden Region ist, und das zweite Σ die Summe aller Bildpunkte, bezüglich der anderen der x- und y-Richtungen in der interessierenden Region ist. Ferner, in dem Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungsschritt kann festgestellt werden, dass die Person einatmet, wenn der Bildpunkt sich mit der Geschwindigkeit dy/dt in die erste Richtung bewegt, und kann festgestellt werden, dass die Person ausatmet, wenn der Bildpunkt sich mit der Geschwindigkeit dy/dt in die zweite Richtung bewegt.
In dem Atmungs-Überwachungs-Verfahren, welches wie oben beschrieben ist, wird es gewünscht, dass in dem Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungsschritt eine zweite Region eines Bildes, welches zu einer vorgegebenen Zeit aufgenommen wird und Bildpunkte hat, welche ungefähr die gleiche Helligkeitsverteilung aufweisen, wie die Bildpunkte einer ersten Region, welche aus gegebenen Bildpunkten besteht, welche in dem Bild vorhanden sind, welches zu der Zeit unmittelbar aufgenommen wird, welche der vorgegebenen Zeit unmittelbar vorangeht, extrahiert wird, und dass festgestellt wird, dass die Person einatmet, wenn die Komponente der Richtung, in welche sich der Bildpunkt von der ersten Region zur zweiten Region bewegt, in der ersten Richtung orientiert ist, und dass die Person ausatmet, wenn die Komponente der Richtung in der zweiten Richtung orientiert ist.
Das Atmungs-Überwachungs-Verfahren, welches wie oben beschrieben konfiguriert ist, kann ferner aufweisen: einen Atemzyklus-Bestimmungsschritt, welcher einen Atemzyklus der Person bestimmt, auf der Basis von Bildern, welche zu vorbestimmten aufeinanderfolgenden Zeiten in dem Bildaufnahmeschritt aufgenommen werden und aus der Änderung der Helligkeit der Bildpunkte in den Bildern, welche mit der Zeit auftritt; und einen Ausatmungs-/Einatmungs-Timing-Bestimmungsschritt, welcher das Timing der Ausatmung oder Einatmung bestimmt, welche in dem Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungsschritt unterschieden werden, auf der Basis des Atemzyklus, welcher in dem Atemzyklus-Bestimmungsschritt bestimmt wird.
Vorzugsweise kann ein Atmungs-Überwachungs-Verfahren gemäß dieser Erfindung aufweisen: einen Bildaufnahmeschritt, welcher Bilder zu vorbestimmten Zeiten durch Fotografieren aufnimmt, seitwärts bezüglich einer Person, eine interessierende Region, welche mindestens einen von dem Brustkorb und Unterleib einer Person aufweist und eine Grenze zwischen mindestens einem von dem Brustkorb und Unterleib und einem Hintergrund, welcher eine niedrigere Lichtintensität aufweist, als mindestens einer von dem Brustkorb und Unterleib; und einen Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungsschritt, welcher zwischen der Ausatmung und Einatmung einer Person unterscheidet, auf der Basis einer Mehrzahl von Bildern, welche zu vorbestimmten Zeiten in dem Bildaufnahmeschritt aufgenommen werden und demgemäß, ob ein Teil der interessierenden Region, welche aus Bildpunkten besteht, welche eine Helligkeit aufweisen, welche höher ist als ein vorgegebener Wert, sich in der Fläche vergrößert oder verkleinert.
In dem Atmungs-Überwachungs-Verfahren, welches wie oben beschrieben konfiguriert ist, kann in dem Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungsschritt festgestellt werden, dass die Person einatmet, wenn der Teil interessierenden Region, welcher aus Bildpunkten gebildet wird, welche eine Helligkeit aufweisen, welche höher als ein vorgegebener Wert ist, sich in der Fläche vergrößert, und es kann festgestellt werden, dass die Person ausatmet, wenn der Teil der interessierenden Region, welcher aus Bildpunkten gebildet wird, welche eine Helligkeit aufweisen, welche höher als ein vorgegebener Wert ist, sich in der Fläche verkleinert.
Vorzugsweise kann das Atmungs-Überwachungs-Verfahren, welches wie oben beschrieben konfiguriert ist, aufweisen: einen Atemzyklus-Bestimmungsschritt, welcher einen Atemzyklus der Person bestimmt, auf der Basis von Bildern, welche zu vorbestimmten aufeinanderfolgenden Zeiten im Bildaufnahmeschritt aufgenommenen werden und aus der Änderung der Helligkeit von Bildpunkten in den Bildern, welche mit der Zeit auftritt; und einen Ausatmungs-/Einatmungs-Timing-Bestimmungsschritt, welcher das Timing der Ausatmung oder Einatmung bestimmt, welche in dem Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungsschritt unterschieden werden, auf der Basis des Atemzyklus, welcher in dem Atemzyklus-Bestimmungsschritt bestimmt wird.
Vorzugsweise kann das Atmungs-Überwachungs-Verfahren, welches wie oben beschrieben konfiguriert ist, aufweisen: einen Meldeschritt, welcher die Absolutwerte der Helligkeitsänderungen der Bildpunkte in den Bildern akkumuliert, welche in dem Bildaufnahmeschritt zu vorbestimmten aufeinanderfolgenden Zeiten aufgenommen werden, so lange wie in dem Ausatmungs-/Einatmungs- Unterscheidungsschritt festgestellt wird, dass die Person ausatmet, und gemeldet wird, dass die Person einatmet, wenn eine Differenz zwischen dem dadurch akkumulierten Wert und einem vorbestimmten Wert einen Standardwert überschreitet.
Das Atmungs-Überwachungs-Verfahren, welches wie oben beschrieben konfiguriert ist, kann einen Medizin-Prozess-Ausführungsschritt aufweisen, welcher einen vorbestimmten medizinischen Prozess zu in einem Timing der Ausatmung oder Einatmung ausführt, welches in dem Ausatmungs-/Einatmungs-Timing-Bestimmungsschritt bestimmt wird.
In dem Atmungs-Überwachungs-Verfahren, welches wie oben beschrieben konfiguriert ist, kann der vorbestimmte medizinische Prozess vorzugsweise ein Bildaufnahmeprozess sein, welcher durch MRI ausgeführt wird. Ebenso kann der Prozess ein Bildaufnahmeprozess sein, welcher durch CT-Abtastung ausgeführt wird.
Ein Atmungs-Überwachungs-Programm gemäß der Erfindung ermöglicht einem Computer auszuführen: einen Bildaufnahmeschritt, welcher Bilder zu vorbestimmten Zeiten aufnimmt, wobei jedes Bild in einer Richtung fotografiert wird, welche in einem vorgegebenen Winkel zu einer interessierenden Region geneigt ist, welche mindestens einen von dem Brustkorb und Unterleib einer Person aufweist; und einen Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungsschritt, welcher eine Richtung bestimmt, in welche sich ein Bildpunkt bewegt, aus einer Ortsänderung des Bildpunkts in einem Bild, auf der Basis einer Mehrzahl von Bildern, welche zu aufeinanderfolgenden Zeiten in dem Bildaufnahmeschritt aufgenommen werden, und zwischen der Ausatmung und Einatmung einer Person unterscheidet, auf der Basis der Richtung, welche bestimmt wird.
In dem Atmungs-Überwachungs-Programm, welches wie oben beschrieben konfiguriert ist, kann in dem Ausatmungs- /Einatmungs-Unterscheidungsschritt festgestellt werden, dass die Person einatmet, wenn der Bildpunkt in dem Bild sich in eine erste Richtung bewegt, welche eine Richtungskomponente in einer Ebene ist, welche im Wesentlichen parallel zu den Längs- und Quer-Richtungen der Person ist, und kann festgestellt werden, dass die Person ausatmet, wenn der Bildpunkt in dem Bild sich in eine zweite Richtung bewegt, welche entgegen der ersten Richtung ist.
In dem Atmungs-Überwachungs-Programm, welches wie oben beschrieben konfiguriert ist, ist eine Geschwindigkeit dy/dt aller Bildpunkte in der interessierenden Region wie folgt gegeben, bezüglich der Richtungen, welche im Wesentlichen parallel zur Längsrichtung der Person sind: 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)wobei y eine Ordinate des Bildes ist, welches durch den Bildaufnahmeschritt gewonnen wird, bezüglich zu der Längsrichtung der Person, x eine Abszisse in dem Bild ist, bezüglich der Richtung, welche die Längsachse der Person im Wesentlichen in rechten Winkeln schneidet, t die Zeit ist, I(x,y,t) die Helligkeit des Bildpunktes ist, welcher an der Koordinate (x,y) positioniert ist, das erste Σ die Summe aller Bildpunkte ist, bezüglich einer der x- und y-Richtungen in der interessierenden Region, und das zweite Σ die Summe aller Bildpunkte ist, bezüglich der anderen der x- und y-Richtungen in der interessierenden Region. In dem Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungsschritt wird festgestellt, dass die Person einatmet, wenn der Bildpunkt sich mit der Geschwindigkeit dy/dt in die erste Richtung bewegt, und es wird festgestellt, dass die Person ausatmet, wenn sich der Bildpunkt mit der Geschwindigkeit dy/dt in die zweite Richtung bewegt.
Das Atmungs-Überwachungs-Programm, welches wie oben beschrieben konfiguriert ist, kann vorzugsweise so beschrieben sein, dass in dem Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungsschritt eine zweite Region eines Bildes, welches zu einer vorgegebenen Zeit aufgenommen wird und Bildpunkte von ungefähr der gleichen Helligkeitsverteilung aufweist, wie die Bildpunkte einer ersten Region, welche aus gegebenen Bildpunkten besteht, welche in dem Bild vorhanden sind, welches zu der Zeit aufgenommen wird, welche der vorgegebenen Zeit unmittelbar vorangeht, extrahiert wird, und festgestellt wird, dass die Person einatmet, wenn die Komponente der Richtung, in welche sich der Bildpunkt aus der ersten Region in die zweite Region bewegt in der ersten Richtung orientiert ist und festgestellt wird, dass die Person ausatmet, wenn die Komponente der Richtung in die zweite Richtung orientiert ist.
Das Atmungs-Überwachungs-Programm, welches wie oben beschrieben konfiguriert ist, kann ferner aufweisen: einen Atemzyklus-Bestimmungsschritt, welcher einen Atemzyklus der Person bestimmt, auf der Basis von Bildern, welche zu vorherbestimmten aufeinanderfolgenden Zeiten in dem Bildaufnahmeschritt aufgenommen werden und aus der Änderung in der Helligkeit der Bildpunkte in den Bildern, welche mit der Zeit auftritt; und einen Ausatmungs-/Einatmungs-Timing-Bestimmungsschritt, welcher das Timing der Ausamtung oder Einatmung bestimmt, welche in dem Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungsschritt unterschieden werden, auf der Basis des Atemzyklus, welcher in den Atemzyklus-Bestimmungsschritt bestimmt wird.
Ein Atmungs-Überwachungs-Programm gemäß der Erfindung ermöglicht einem Computer auszuführen: einen Bildaufnahmeschritt, welcher Bilder zu vorbestimmten Zeiten durch Fotografieren aufnimmt, seitwärts bezüglich einer Person, eine interessierende Region, welche mindestens einen von dem Brustkorb und Unterleib einer Person aufweist und eine Grenze zwischen mindestens einem von dem Brustkorb und Unterleib und einem Hintergrund, welcher eine niedrigere Lichtintensität aufweist, als mindestens einer von dem Brustkorb und Unterleib; und einen Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungsschritt, welcher zwischen der Ausatmung und Einatmung einer Person unterscheidet, auf der Basis einer Mehrzahl von Bildern, welche zu den vorbestimmten Zeiten in dem Bildaufnahmeschritt aufgenommen werden, und demgemäß, ob ein Teil der interessierenden Region, welche aus Bildpunkten besteht, welche eine Helligkeit aufweisen, welche höher ist als ein Standardwert, sich in der Fläche vergrößert oder verkleinert.
Vorzugsweise kann das Atmungs-Überwachungs-Programm, welches wie oben beschrieben konfiguriert ist, so beschrieben sein, dass in dem Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungsschritt festgestellt wird, dass die Person einatmet, wenn der Teil der interessierenden Region, welcher aus Bildpunkten besteht, welche eine Helligkeit aufweisen, welche höher als ein vorbestimmter Wert ist, sich in der Fläche vergrößert und festgestellt wird, dass die Person ausatmet, wenn der Teil der interessierenden Region, welcher aus Bildpunkten besteht, welche eine Helligkeit aufweisen, welche höher ist als ein vorgegebener Wert, sich in der Fläche verkleinert.
Vorzugsweise kann das Atmungs-Überwachungs-Programm, welches wie oben beschrieben konfiguriert ist, aufweisen: einen Atemzyklus-Bestimmungsschritt, welcher einen Atemzyklus der Person bestimmt, auf der Basis von Bildern, welche zu vorbestimmten aufeinanderfolgenden Zeiten in dem Bildaufnahmeschritt aufgenommen werden und aus der Änderung in der Helligkeit der Bildpunkte in den Bildern, die mit der Zeit auftritt; und einen Ausatmungs-/Einatmungs-Timing-Bestimmungsschritt, welcher das Timing der Ausatmung oder Einatmung bestimmt, welche in dem Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungsschritt unterschieden werden, auf der Basis des Atemzyklus, welcher in dem Atemzyklus-Bestimmungsschritt bestimmt wirde.
Das Atmungs-Überwachungs-Programm, welches wie oben beschrieben konfiguriert ist, kann aufweisen: einen Meldeschritt, welcher die Absolutwerte der Helligkeitsänderung der Bildpunkte in den Bildern akkumuliert, welche in dem Bilderfassungsschritt zu vorgegebenen aufeinanderfolgenden Zeiten aufgenommen werden, so lange wie in dem Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungsschritt festgestellt wird, dass die Person einatmet, und meldet, dass die Person einatmet, wenn eine Differenz zwischen dem so akkumulierten Wert und einem vorbestimmten Wert einen Standardwert überschreitet.
Das Atmungs-Überwachungs-Programm, welches wie oben beschrieben konfiguriert ist, kann aufweisen: einen Medizin-Prozess-Ausführungsschritt, welcher einen vorbestimmten medizinischen Prozess in einem Timing der Ausatmung oder Einatmung ausführt, welche in dem Medizin-Prozess-Ausführungsschritt bestimmt wird.
In dem Atmungs-Überwachungs-Programm, welches wie oben beschrieben konfiguriert ist, kann der vorbestimmte medizinische Prozess vorzugsweise ein Bildaufnahmeprozess sein, welcher durch MRI aufgeführt wird. Ebenso kann der Prozess ein Bildaufnahmeprozess sein, welcher durch CT-Abtastung ausgeführt wird.
Kurzbeschreibung der Figuren
1 ist ein funktionales Blockschema, welches ein Atmungs-Überwachungs-Gerät, ein Atmungs-Überwachungs-System und ein medizinisches Verfahrenssystem erklärt, alle gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 ist ein Schema, welches eine Beziehung zwischen dem Installationsort der Bildaufnahmeeinheit 101 und der Bewegung eines Bildpunkts in der interessierenden Region ROI repräsentiert, wobei die Bewegung auftritt, wenn Brustkorb oder Unterleib der Person sich auf und ab bewegen durch die Atmung;
3 ist ein anderes Schema, welches eine Beziehung zwischen dem Installationsort der Bildaufnahmeeinheit 101 und der Bewegung eines Bildpunkts in der ROI repräsentiert, wobei die Bewegung auftritt, wenn der Brustkorb oder Unterleib einer Person sich auf und ab bewegen wegen der Atmung;
4 ist ein Ablaufschema, welches die gesamte Abfolge eines Atmungs-Überwachungs-Verfahrens erklärt, welches in dem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgeführt wird;
5 ist ein Ablaufschema, welches im Detail das Differenz-Verfahren (S103) erklärt, welches in 4 gezeigt ist;
6 ist ein Ablaufschema, welches ein Verfahren zur Bestimmung, wie sich ein Bildpunkt im Bild bewegt, erklärt, und zur Nutzung der Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungseinheit in dem Ausführungsbeispiel;
7 ist ein anderes Ablaufschema, welches eine Methode zur Bestimmung, wie sich ein Bildpunkt in einem Bild bewegt, erklärt, unter Nutzung der Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungseinheit in dem Ausführungsbeispiel;
8 ist ein Schema, welches die Bewegung eines speziellen Blocks auf dem Bildschirm zeigt und ein Verfahren zum Abgleich des Blocks erklärt;
9 ist ein Schema, welches eine Konfiguration erklärt, welche die Bildaufnahmeeinheit 101 die zu fotografierende Region abtasten lässt, wobei die Konfiguration den Brustkorb oder Unterleib von Person M, oder beide aufweist, seitwärts bezüglich des Körpers von Person M;
10 ist ein anderes Schema, welches eine Konfiguration erklärt, welche die Bildaufnahmeeinheit 101 die zu fotografierende Region abtasten lässt, wobei die Konfiguration aufweist den Brustkorb oder Unterleib von Person M, oder beide, seitwärts bezüglich des Körpers von Person M; und
11 ein Ablaufschema ist, welches den gesamten Ablauf eines Verfahrens zeigt, welches unter Nutzung eines medizinischen Prozess-Systems ausgeführt wird, welches ein Atmungs-Überwachungs-Gerät gemäß der Erfindung aufweist.
Erstes Ausführungsbeispiel
Das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung wird beschrieben bezüglich der beigefügten Zeichnungen.
1 ist ein funktionales Blockschema, welches ein Atmungs-Überwachungs-Gerät, ein Atmungs-Überwachungs-System und ein medizinisches Verfahrenssystem erklärt, alle gemäß der Erfindung.
Das Atmungs-Überwachungs-Gerät gemäß der Erfindung weist auf eine Atemzyklus-Bestimmungseinheit 102, eine Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungseinheit 103, eine Ausatmungs-/Einatmungs-Timing-Bestimmungseinheit 104, eine Bildaufnahmeeinheit 105, eine Speichereinheit (nicht gezeigt), eine Steuereinheit (nicht gezeigt), eine Anzeigeeinheit (nicht gezeigt) und eine Meldeeinheit (nicht gezeigt). Die Steuereinheit wird gebildet von einer CPU, einem Bildverarbeitungs-Schaltkreis (Bildverarbeitungs-Chip) und ähnlichem.
Das medizinische Verfahrenssystem gemäß der Erfindung weist auf, zusätzlich zu dem Atmungs-Überwachungs-Gerät, eine Abtastsignal-Ausgangseinheit (äquivalent zu einer Medizin-Prozess-Ausführungseinheit) 2 und ein CT-Abtastgerät 3. Das Atmungs-Überwachungs-System gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist auf das Atmungs-Überwachungs-Gerät und eine Bildaufnahmeeinheit 101. Die Bildaufnahmeeinheit 101 befindet sich über den Füßen der Person, welche auf den Rücken liegt und so positioniert ist, dass die interessierende Region von oben und schräg fotografiert wird.
Die Bildaufnahmeeinheit 101 weist eine CCD-Kamera und ähnliches auf. Sie hat die Funktion, die interessierende Region ROI zu fotografieren, welche aufweist den Brustkorb oder Unterleib der Person M, oder beide, den Brustkorb oder den Unterleib, in einer Richtung, welche in einem vorbestimmten Winkel zu der Ebene der interessierenden Region ROI geneigt ist. Speziell, wie in 1 gezeigt, befindet sich die Bildaufnahmeeinheit über den Füßen der Person M und ist schräg auf die interessierende Region ROI gerichtet, so dass die interessierende Region ROI fotografiert wird.
Die Bildaufnahmeeinheit 105 hat die Funktion, Videodaten aufzunehmen, welche von der Bildaufnahmeeinheit 101 erzeugt werden, in vorbestimmten Zeitintervallen.
Die Atemzyklus-Bestimmungseinheit (Zyklus-Bestimmungseinheit) 102 hat die Funktion, den Atemzyklus der Person M zu bestimmen, auf der Basis der Änderung in der Helligkeit von Bildpunkten, welche mit der Zeit auftritt und aus den aufeinanderfolgenden Bildern ermittelt wird, welche zu vorbestimmten Zeitintervallen gewonnen werden.
Die Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungseinheit 103 bestimmt die Richtung, in welche sich die Bildpunkte bewegen, auf der Basis der Helligkeitsänderung von Bildpunkten, welche mit der Zeit auftritt und aus den aufeinanderfolgenden Bildern ermittelt wird, welche in den vorbestimmten Zeitintervallen gewonnen werden. Aus der so bestimmten Richtung unterscheidet die Einheit 103 zwischen der Ausatmung und Einatmung der Person. Genauer gesagt, stellt die Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungseinheit 103 fest, dass die Person M einatmet, wenn die Bildpunkte sich in die erste Richtung (in dem Bild) in einer Ebene bewegen, welche im Wesentlichen parallel zu den Längs- und Quer-Richtungen der Person M ist, d.h. eine Richtung, in welcher die Person M fotografiert wird. Wenn die Bildpunkte sich in die zweite Richtung (im Bild) bewegen, welche entgegen der ersten Richtung ist, stellt Einheit 103 fest, dass die Person M ausatmet. Die Formulierung „Ebene im Wesentlichen parallel zu den Längs- und Quer-Richtungen der Person M" bezeichnet eine Ebene, welche fast horizontal ist, während die Person M auf dem Rücken liegt, wie in 1 gezeigt.
Die Bildaufnahmeeinheit 101 befindet sich über den Füßen der Person M, welche auf dem Rücken liegt, und fotographiert die interessierende Region ROI in einer Richtung schräg bezüglich der interessierenden Region ROI. Die Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungseinheit 103 bestimmt daher, dass die Person M einatmet, wenn sich die Bildpunkte in dem Bild zum Kopf der Person M hin (in die erste Richtung) bewegen und dass die Person M ausatmet, wenn sich die Bildpunkte zu dem Fuß der Person M hin (in die zweite Richtung) bewegen. Die Ausatmungs-/Einatmungs-Timing-Bestimmungseinheit 104 hat die Funktion, das Timing der Ausatmung oder Einatmung zu bestimmen, welche durch die Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungseinheit 103 unterschieden werden, auf der Basis des Atemzyklus, welchen die Atemzyklus-Bestimmungseinheit 102 bestimmt hat.
Die Abtastsignal-Ausgangseinheit (Medizin-Prozess-Ausführungseinheit) 2 erzeugt ein Abtastsignal auf der Basis des Timings der Ausatmung oder Einatmung, welches durch die Ausatmungs-/Einatmungs-Timing-Bestimmungseinheit 104 bestimmt wird. Das Abtastsignal wird an das CT-Abtast-Gerät 3 geliefert, welches CT-Abtastung ausführt, welche ein medizinischer Prozess ist.
2 und 3 sind Schemata, welche eine Beziehung zwischen dem Installationsort der Bildaufnahmeeinheit 101 und der Bewegung eines Bildpunkts in der ROI repräsentieren, welche auftritt, wenn sich der Brustkorb oder Unterleib der Person auf und ab bewegen wegen der Atmung.
Wie in den 2 und 3 gezeigt, sieht ein gegebener Punkt auf dem Brustkorb oder Unterleib der Person M, welcher die interessierende Region ROI ist, welche von der Bildaufnahmeeinheit 101 fotografiert wird, aus, als würde er sich auf und ab bewegen, in dem Bild, welches von der Bildaufnahmeeinheit 101 geschaffen wird, wenn die Person M atmet. Dadurch kann die Auf- und Ab-Bewegung von Brustkorb oder Unterleib der Person aus den Ortsänderungen eines Bildpunktes des Bildes bestimmt werden, welches durch die Bildaufnahmeeinheit 101 gebildet wird.
Speziell ist der Abstand b, um welchen sich der Bildpunkt in dem Bild bewegt, welches durch die Bildaufnahmeeinheit 101 geschaffen wird, wie folgt gegeben: d = (L × m)/(h – m)wobei h der vertikale Abstand zwischen der Bildaufnahmeeinheit 101 und dem gegebenen Punkt auf dem Brustkorb oder Unterleib der Person M, d.h. der interessierenden Region ROI, ist, L der horizontale Abstand zwischen der Bildaufnahmeeinheit 101 und dem gegebenen Punkt auf dem Brustkorb oder Unterleib der Person M ist und m der Abstand ist, um den die interessierende Region ROI sich auf und ab bewegt, wenn die Person M atmet.
Um dem CT-Abtast-Gerät zu ermöglichen, seine Funktion kontinuierlich in einer bestimmten Phase des Atemzyklus auszuführen (d.h. eine Atmungs-synchronisierte Abtastung zu erreichen), müssen die Phasen der Atmung bestimmt werden, egal wie groß oder klein das Atemvolumen ist.
In dem Ausführungsbeispiel ermittelt die Atemzyklus-Bestimmungseinheit 102, wie sich die Helligkeit eines Bildpunkts in dem Bild der interessierenden Region verändert, wenn die Region zu vorbestimmten aufeinanderfolgenden Zeiten fotografiert wird (d.h. die Einheit 102 berechnet die Differenz in der Helligkeit zwischen irgendwelchen zwei benachbarten Rahmen). Aus der Helligkeitsänderung der Bildpunkte bestimmt die Einheit 102 den Atemzyklus.
Speziell wird die absolute durchschnittliche Änderung in Echtzeit (Differenz) in der Helligkeit der Bildpunkte in dem Bild der interessierenden Region gewonnen und der Absolutwert der Differenz wird mit dem Anteil eines festen Werts an dieser durchschnittlichen Änderung multipliziert. Die Wellenform der Spitzenamplitude, welcher sich der feste Wert stets nähert, wird gewonnen (die Differenz wird dadurch normiert). Mit anderen Worten kann das Ausgabetiming des Abtastsignals von der Abtastsignal-Ausgangseinheit 2 auf der Basis der so verarbeiteten Wellenform bestimmt werden.
Der Absolutwert der Zwischenrahmen-Differenz (die Helligkeitsänderung des Bildpunkts) zwischen dem Bild, welches zur letzten Zeit fotografiert wird, und dem Bild, welches zu der Zeit unmittelbar vor der letzten Zeit fotografiert wird, kann kleiner sein, als der Absolutwert der Zwischenrahmen-Differenz zwischen dem Bild, welches zu der Zeit unmittelbar vor der letzten Zeit fotografiert wird und dem Bild, welches zu der Zeit unmittelbar vor dieser Zeit fotografiert wird. Ferner hat sich der Absolutwert der Helligkeitsdifferenz zwischen verschiedenen unmittelbar vorhergehenden Frames vergrößert. In diesem Fall wird die Zeit unmittelbar vor der letzten Zeit als die Spitze der Ausatmungs-/Einatmungs-Welle betrachtet. Außerdem kann die Zeit nach einer vorbestimmten Periode von dieser Spitze als Zeit der Ausgabe des Abtastsignals aus der Abtastsignal-Ausgabeeinheit 2 benutzt werden.
Um die Atmungs-synchronisierte Abtastung auszuführen, ist es notwendig, zu bestimmen, was jede Welle repräsentiert, Einatmung oder Ausatmung. Wie oben beschrieben, können Ausatmung und Einatmung voneinander demgemäß unterschieden werden, wie der Bildpunkt sich in dem fotografierten Bild bewegt. Es wird erklärt, wie die Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungseinheit 103 die Richtung bestimmt, in die sich der Bildpunkt in dem Bild bewegt, welches durch die Bildaufnahmeeinheit 101 fotografiert wird.
Der Bildpunkt in dem Bild der interessierenden Region bewegt sich an einen anderen Ort, nachdem eine vorbestimmte kurze Zeit (δt) vergangen ist, während die Person atmet. Dafür wird die folgende Gleichung aufgestellt: I(x,p,t) = I(x + δx, y + δy, t + δt)wobei y die Ordinate in dem Bildes ist, welches durch die Bildaufnahmeeinheit 105 aufgenommen wird, bezüglich der Längsrichtung der Person M, x die Abszisse in dem Bild ist, bezüglich der Richtung, welche die Längsrichtung der Person M in im Wesentlichen rechten Winkeln schneidet, t die Zeit ist und I(x,y,t) die Helligkeit des Bildpunkts ist, der an der Koordinate (x,y) positioniert ist.
Als Nächstes wird die rechte Seite dieser Gleichung einer Taylor-Entwicklung unterworfen und die Terme höherer Ordnung dx, dy und dt werden als unendlich klein vernachlässigt. Der rechte Term wird dann durch dt dividiert. Ergebnis: (dx/dt)·∂I(x,y,t)/∂x + (dy/dt)·∂I(x,y,t)/∂y + ∂I(x,y,t)/∂t= 0
Die Änderungen in der Geschwindigkeit benachbarter Bildpunkte, welche zu einer bestimmten Zeit stattfinden, können meist als gleich betrachtet werden. Folglich kann der Fehler des linken Terms der Gleichung minimal sein für alle benachbarten Bildpunkte. Deshalb: E = ΣΣ((dx/dt)·∂I(x,y,t)/∂x + (dy/dt)·∂I(x,y,t)/∂y + ∂I(x,y,t)/∂t)2 u = dx/dt, v = dy/dt
Außerdem werden die folgenden zwei Gleichungen aufgestellt: ∂E/∂u = 0, ∂E/∂v = 0
Aus diesen Gleichungen wird die Geschwindigkeit dy/dt für alle Bildpunkte gegeben: –(–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)
Hierbei ist vom doppelten Σ das erste Summzeichen die Summe aller Bildpunkte bezüglich einer der x- und y-Richtungen in der interessierenden Region und das Summzeichen ist die Summe aller Bildpunkte bezüglich der anderen x und y Richtungen in der interessierenden Region.
Die Lösung der Gleichung (1), wenn für das Bild der fotografierten interessierenden Region ROI gewonnen, der Abstand und die Richtung, in die sich das Bild der untersuchten Region (ROI) bewegt, können bestimmt werden. Wenn sich die Region aufwärts (zum Kopf hin) bewegt, wird festgestellt, dass die Person einatmet. Wenn sich die Region nach unten (zu den Füßen hin bewegt), wird festgestellt, dass die Person ausatmet. (D.h., wenn dy/dt einen positiven Wert hat, bewegt sich das Bild in der y-Richtung zum Kopf hin, wobei angezeigt wird, dass die Person ausatmet, wobei, wenn der dy/dt einen negativen Wert hat, bewegt sich das Bild in der y-Richtung zu den Füßen hin, wobei angezeigt wird, dass die Person einatmet).
Die absoluten Richtungswerte der Bildpunkte in dem Bild der interessierenden Region, welche durch das oben beschriebene Verfahren gewonnen werden, können akkumuliert werden. Außerdem können die Veränderungen im Atemvolumen (entweder Ausatmungs-Volumen oder Einatmungs-Volumen) bestimmt werden.
4 ist ein Ablaufschema, welches die gesamte Abfolge des Atmungs-Überwachungs-Verfahrens erklärt, welches in dem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgeführt wird.
Als erstes wird das System aktiviert (S101).
Als Nächstes macht die Bildaufnahmeeinheit 101 eine anfängliche Justierung oder bestimmt eine zu fotografierende Region ROI (d.h. so genannte interessierende Region), welche den Brustkorb oder Unterleib der Person M (S102) aufweist. Die so bestimmte Region ist zum Beispiel eine Region, in welcher die Helligkeitsänderung am markantesten ist, wie aus der Differenz zwischen den aufeinanderfolgenden Rahmen hinsichtlich der Helligkeit der Bildpunkte bestimmt wird.
Dann führen die Atemzyklus-Bestimmungseinheit 102 und die Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidung 103 ein Differenzverfahren aus, wobei die Differenz in der Helligkeit zwischen den Bildpunkten gefunden wird, welche das aufgenommene Bild (S103) bilden. Auf der Basis des Ergebnisses des Differenzverfahrens des ermittelten Atemzyklus und des Ergebnisses der Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidung bestimmt die Ausatmungs-/Einatmungs-Timing- Bestimmungseinheit 104 das Timing der Ausatmung und das Timing der Einatmung.
Die Abtast-Signal-Ausgangseinheit 2 prüft dann die Phase des Atmungs-Wellenform-Zyklus (S104). Dann bestimmt die Einheit 2, ob das Timing der Ausatmung oder Einatmung ein Timing der Ausgabe des Abtastsignals ist. Wenn das Timing ein Timing der Ausgabe des Abtastsignals ist (d.h. falls JA in S105), dann gibt die Abtastsignal-Ausgangseinheit 2 das Abtastsignal an das CT-Abtastgerät 3 (S106).
Danach zeigt die Anzeigeeinheit (nicht gezeigt) einen Graphen (S107). Der Graph repräsentiert den Atemzyklus und das Ausatmungs-/Einatmungs-Timing, welches durch die Atemzyklus-Bestimmungseinheit 102, die Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungseinheit 103 und die Ausatmungs-/Einatmungs-Timing-Bestimmungseinheit 104 bestimmt worden sind. Die Anzeigeeinheit zeigt einen Graphen, welcher ein Standard-Atmungs-Modell zeigt, zusammen mit dem Graphen, welcher den Atemzyklus und das Ausatmungs-/Einatmungs-Timing zeigt. Durch Vergleich der beiden gleichzeitig gezeigten Graphen kann der Anwender leicht bestimmen, ob die Atmung der Person normal ist oder nicht.
Das Timing muss nicht ein Timing der Ausgabe des Abtastsignals sein (d.h., wenn NEIN in S105), die Anzeigeeinheit (nicht gezeigt) zeigt einen Graphen, welcher diesen Fakt zeigt (S107).
5 ist ein Ablaufschema, welches im Detail das Differenzverfahren (S103) erklärt, welches in 4 gezeigt ist.
Zuerst werden die Indices n und k der Bildpunkte in dem Bild initialisiert (S201).
Als Nächstes führt die Bildaufnahmeeinheit 105 ein Differenzverfahren zwischen den Helligkeitswerten aus (bestimmt durch die Indizes), die der Bildpunkt in verschiedenen Bildern zu aufeinanderfolgenden Zeiten (S202) erhalten hat. (Das Differenzverfahren ist ein Verfahren des Addierens der Absolutwerte der Helligkeitsdifferenzen, wobei jede Helligkeitsdifferenz eine Bildpunkt-Helligkeitsdifferenz zwischen zwei benachbarten Rahmen ist.)
Als Nächstes werden die Helligkeitsdifferenz dx zwischen den Bildpunkten, welche in der X-Richtung angeordnet sind, die Helligkeitsdifferenz dy zwischen den Bildpunkten, welche in der Y-Richtung angeordnet sind, und die Helligkeitsdifferenz zwischen den Rahmen, welche zu verschiedenen Zeiten für den Bildpunkt an der gleichen Stelle gewonnen werden, berechnet (S203).
Dann werden aus dx, dy und dt, welche in Schritt S203 gewonnen werden, dxXdy, dtXdx, dxXdx, dyXdt, dyXdy und dtXdt gewonnen (S204).
Die in Schritt S204 gewonnenen Ergebnisse werden addiert für jedes Element, welches zu Schritt S204 gehört (S205).
Der X-Richtungs-Index k der Bildpunkte wird um 1 erhöht (S206). Es wird dann festgestellt, ob der X-Richtungs-Index k die Breite der interessierenden Region ROI (S207) noch nicht überschritten hat.
Wenn der X-Richtungs-Index k die Breite der interessierenden Region ROI überschritten hat, welche in X-Richtung gemessen wird (d.h., wenn NEIN in Schritt S207), dann wird der Y-Richtungs-Index n des Bildpunkts um 1 erhöht (S208).
Es wird dann bestimmt, ob der Y-Richtungs-Index n die Höhe der interessierenden Region ROI noch nicht überschritten hat, welche in Y-Richtung gemessen wird (S209).
Dadurch wird das Differenzverfahren so lange an der Helligkeit des Bildpunkts ausgeführt wie die Indizes des Bildpunkts im Bereich der interessierenden Region ROI bleiben.
Unter Verwendung der Gleichung (1) wird die Ortsänderung in Y-Richtung mit der Zeit (Änderung in Geschwindigkeit und Orientierung) für alle Bildpunkte in der Region ROI berechnet, welche fotografiert werden sollte.
Auf der Basis der Ortsänderung in Y-Richtung mit der Zeit, welche für alle Bildpunkte in Schritt S210 berechnet wird, wird ermittelt, ob der sich Bildpunkt in der Region ROI, welche fotografiert werden sollte, zum Kopf hin oder zu den Füßen hin bewegt (S211).
An dieser Stelle wird auch bestimmt, ob der Status der momentanen Atmung mit den Ergebnissen von Schritt S211 übereinstimmt.
Es wird angenommen, dass der Status der momentanen Atmung Einatmung ist und dass der Bildpunkt in der Region ROI, welche fotografiert werden sollte, sich zum Kopf hin bewegt (Bewegen in die erste Richtung). Dann geht das Verfahren zu dem Verfahren (S201) an dem Bildpunkt in dem nächsten Rahmen (d.h., der Bildrahmen, welcher zu der Zeit aufgenommen wird, welche der Zeit am nächsten kommt, zu welcher der verarbeitete Rahmen jetzt aufgenommen worden ist).
Andererseits kann der Status der momentanen Atmung Einatmung sein und der Bildpunkt in der Region ROI, welche fotografiert werden sollte, kann sich zu den Füßen hin bewegen (Bewegen in die zweite Richtung). In diesem Fall stimmt der Status der momentanen Atmung nicht mit den Ergebnissen von Schritt S211 überein. Folglich werden die Ergebnisse der Unterscheidung zwischen Ausatmung und Einatmung zu „Ausatmung" korrigiert (S212).
Dadurch werden die Daten (welche die Dateneinheit über den Atmungs-Status enthalten), welche durch die Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungseinheit 103, Atemzyklus-Bestimmungseinheit 102 und Ausatmungs-/Einatmungs-Timing- Bestimmungseinheit 104 gewonnen werden, in der Speichereinheit (nicht gezeigt) gespeichert.
Zweites Ausführungsbeispiel
Das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung wird beschrieben.
Dieses Ausführungsbeispiel ist eine Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels. Deshalb werden die Komponenten, welche identisch mit denen des ersten Ausführungsbeispiels sind, mit den gleichen Referenznummern bezeichnet und werden nicht beschrieben. Das Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass die Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungseinheit 103 die Richtung, in welche sich der Bildpunkt in dem Bild bewegt, welches durch die Bildaufnahmeeinheit 101 fotografiert wird, durch ein anderes Verfahren bestimmt.
6 und 7 sind Ablaufschemata, welche ein Verfahren erklären, welches ermittelt, wie sich ein Bildpunkt in dem Bild bewegt, durch Nutzung der Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungseinheit in dem Ausführungsbeispiel. Zu beachten ist, dass ein einzelnes Ablaufschema zweckmäßigerweise in die 6 und 7 unterteilt worden ist. 8 ist ein Schema, welches die Bewegung eines speziellen Blocks zeigt und ein Verfahren des Abgleichs des Blocks erklärt. Diese Figur zeigt, dass zur Zeit des aktuellen Rahmens (b), Block B in dem unmittelbar vorhergehenden Rahmen (a) sich in die Richtung von Pfeil Q an einen speziellen Ort bewegt hat.
Ausatmung und Einatmung können voneinander wie folgt unterschieden werden. Man stelle sich ein Bild der interessierenden Region ROI vor, welches zu einer bestimmten Zeit aufgenommen wird (gegenwärtiger Rahmen), und ein Bild der interessierenden Region ROI, welches zu der unmittelbar vorangehenden Zeit aufgenommen worden ist (vorangehender Rahmen). Eine Mehrzahl von rechtwinkligen Blöcken B (erste Region) werden in die interessierende Region ROI gesetzt, welche in dem vorhergehenden Rahmen vorhanden ist. Zu bemerken ist, dass die rechtwinkligen Blöcke B von der gleichen Größe sind, die durch Aufteilen der Region ROI in beide Richtungen, die X-Richtung und die Y-Richtung, erhalten wird. Jeder rechtwinklige Block des vorhergehenden Rahmens wird verglichen mit dem zugehörigen rechtwinkligen Block des gegenwärtigen Rahmens hinsichtlich der Dichte jeden Bildpunkts. Dann werden die Differenzen in der Bildpunkt-Dichte für jeden Block addiert.
Gleichzeitig werden die Blöcke des vorhergehenden Rahmens mit denen des gegenwärtigen Rahmens hinsichtlich der Bildpunktverteilung verglichen, indem jeder Block B des gegenwärtigen Rahmens in die Region bewegt wird, wo der zugehörige Block B des gegenwärtigen Rahmens in dem vorhergehenden Block B vorhanden war, Einheit für Einheit, wobei die Einheiten kleiner als der Block B sind. Dadurch kann die präzise Angleichung erreicht werden, sogar wenn sich der Block B exakt bewegt. Die Anpassung kann natürlich in Einheiten kleiner rechtwinkliger Blöcke ausgeführt werden, welche durch Unterteilen der Region ROI, wie oben beschrieben erhalten werden.
Die Ergebnisse der Addition der Differenzen in der Bildpunktdichte, welche für alle Blöcke des vorhergehenden Rahmens erhalten werden, werden in der Speichereinheit (nicht gezeigt) gespeichert. Alle Blöcke des vorhergehenden Rahmens werden dann addiert.
Als Ergebnis können ein Block des vorhergehenden Rahmens und ein Block (zweite Region) des gegenwärtigen Rahmens gefunden werden, zwischen welchen die Dichtedifferenz am kleinsten ist. Dann werden diese beiden Blöcke als am meisten einander ähnlich betrachtet im Vergleich zu irgendeinem anderen Blockpaar, hinsichtlich der Bildpunkt-Muster (d.h. Muster, definiert durch Bildpunkte). Daraus kann gefolgert werden, dass der Block des vorhergehenden Rahmens sich an den Ort bewegt hat, an den sich der zugehörige Block des gegenwärtigen Rahmens vermutlich vorher hinbewegt hat.
Dadurch kann abgeleitet werden, dass das Objekt der Fotografie (d.h. das zu untersuchende Objekt), welches in der interessierenden Region ROI vorhanden ist, sich um den Abstand bewegt hat, den sich der Block des vorhergehenden Rahmens bewegt hat, wie oben beschrieben. Der Abstand und die Richtung, die sich der Block bewegt hat, wird als ein Vektor betrachtet, welcher sich von einem Punkt in dem Block des vorhergehenden Rahmens zu dem identischen Punkt in den Block des gegenwärtigen Rahmens erstreckt. Ob das Objekt aufwärts oder abwärts orientiert ist, wird in Übereinstimmung damit bestimmt, welches Vorzeichen, positiv oder negativ, die Y-Richtungs-Komponente des Vektors hat.
Als erstes wird ein Puffer für das Speichern der minimalen Summe der Dichtedifferenzen in einem Block initialisiert (S301), welcher in die interessierende Region ROI gesetzt wird. In dem Algorithmus, welcher in dem Ausführungsbeispiel angewandt wird, sollte der numerische Wert, welcher für „min" steht, vorzugsweise so groß wie möglich sein.
Eine vorgegebene Suchregion wird in Y-Richtung festgelegt, und der Y-Richtungs-Index j wird initialisiert (S302).
Als nächstes wird eine vorgegebene Suchregion in X-Richtung festgelegt, und der X-Richtungs-Index i wird initialisiert (S303).
Danach wird der Index für die Höhe der Suchregion (d.h., der Index für das Festlegen der Suchregion in Y-Richtung) initialisiert (S304).
Die Ergebnisse der Berechnung werden in einem Puffer zur Verbesserung des Verfahrens gespeichert (S305).
Der Index der Breite der Suchregion (d.h., Index für das Festlegen der Suchregion in der X-Richtung) wird initialisiert (S306).
Die Ergebnisse der Berechnung werden zur Verbesserung des Verfahrens in einem Puffer gespeichert, und der Puffer wird für die Speicherung der Summe der blockinternen Dichtedifferenz initialisiert (S307).
Der Index der passenden Höhe (negativer Wert, der die Hälfte (1/2) der Ausdehnung, die ein spezieller Block B gemessen in der Y-Richtung hat) wird initialisiert (S308).
Die Ergebnisse der Berechnung für die Verfahrensverbesserung werden in Puffer (S309) gespeichert.
Der Index der passenden Breite (negativer Wert, der die Hälfte (1/2) der Ausdehnung des spezifischen Blocks B gemessen in der X-Richtung hat) wird initialisiert (S310).
Die Ergebnisse der Berechnung für die Verfahrensverbesserung werden in Puffer (S311) gespeichert.
Die Summen der Absolutwerte der Dichtedifferenzen (Differenzen in der Helligkeit zwischen den Bildpunkten) in dem speziellen Block B werden addiert (S312).
Die minimale Summe der Dichtedifferenzen in dem speziellen Block B wird mit der Summe der blockinternen Dichtedifferenzen verglichen (S313).
Die Summe der blockinternen Dichtedifferenzen wird in dem Puffer gespeichert, welcher die minimale Summe der Dichtedifferenzen zwischen den Bildpunkten in dem speziellen Block B speichert (S314).
Als nächstes wird der Index der passenden Breite erhöht (S315).
Bestimmt wird, ob der Index der passenden Breite kleiner ist als die passende Breite gemessen in der X-Richtung (S316).
Dann wird der Index der passenden Höhe erhöht (S317).
Ferner wird bestimmt, ob der Index der passenden Höhe kleiner ist als die passende Höhe gemessen in der Y-Richtung (S318).
Der Index der Breite der Suchregion wird erhöht (S319).
Dann wird bestimmt, ob der Index der Breite der Suchregion kleiner ist als die Breite der Suchregion (S320).
Der Index der Höhe der Suchregion wird erhöht (S321).
Als nächstes wird bestimmt, ob der Index der Höhe der Suchregion kleiner ist als die Höhe der Suchregion (S322).
Die Suchregion wird bestimmt und der Index in der X-Richtung wird erhöht (S323).
Die Suchregion wird bestimmt, und es wird bestimmt, ob der Index in der X-Richtung kleiner ist als die Breite der interessierenden Region ROI (S324).
Die Suchregion wird bestimmt, und der Index in der Y-Richtung wird erhöht (S325).
Die Suchregion wird bestimmt, und es wird bestimmt, ob der Index in der Y-Richtung kleiner ist als die Höhe der interessierenden Region ROI (S326).
Ferner wird die Richtung, in welcher das Bild sich (mit der Zeit) ändert in der interessierenden Region ROI bestimmt (S327). Dadurch wird bestimmt, in welche Richtung sich der Bildpunkt bewegt, aufwärts oder abwärts in der interessierenden Region ROI (S329 und S328).
D.h., in dem Ausführungsbeispiel unterscheidet die Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungseinheit zwischen Ausatmung und Einatmung in der folgenden Weise. Die zweite Region eines Bildes, welches zu einer vorgegebenen Zeit aufgenommen wird und Bildpunkte von ungefähr der gleichen Helligkeitsverteilung hat, wie die von der ersten Region, welche aus gegebenen Bitpunkten besteht, welche in dem Bild vorhanden sind, welches zu der Zeit aufgenommen wird, welche der vorgegebenen Zeit unmittelbar vorangeht, wird extrahiert. Wenn die Komponente der Richtung, in welche sich der Bildpunkt aus der ersten Region in die zweite Region bewegt, zum Kopf der Person hin orientiert ist, wird festgestellt, dass die Person einatmet. Wenn die Komponente der Richtung zu den Füßen der Person hin orientiert ist, wird festgestellt, dass die Person ausatmet.
In den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen befindet sich die Bildaufnahmeeinheit 101 über den Füßen der Person M, welche auf den Rücken liegt, und die Bildaufnahmeeinheit 101 fotografiert die interessierende Region ROI in einer Richtung schräg bezüglich der interessierenden Region ROI. Die Erfindung ist nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Zum Beispiel kann die Bildaufnahmeeinheit 101 sich über dem Kopf der Person M befinden, welche auf dem Rücken liegt, und die interessierende Region in einer Richtung schräg bezüglich der interessierenden Region fotografieren. Wenn das der Fall ist, dann wird festgestellt, dass die Person M einatmet, wenn die Bitpunkte sich in dem Bild zu den Füßen der Person M hin bewegen (in die erste Richtung) und dass die Person M ausatmet, wenn die Bildpunkte sich zum Kopf der Person M hin bewegen (in die zweite Richtung). Die Bildaufnahmeeinheit 101 kann natürlich so positioniert werden, dass die interessierende Region ROI, welche an der Seite der Person vorhanden ist, von oben in einer Richtung schräg zu der interessierenden Region ROI fotografiert wird. Mit anderen Worten, die Ausführungsbeispiele können irgendeine Konfiguration haben, so lange wie die Einheit 101 die interessierende Region fotografieren kann, schräg bezüglich des Brustkorbs oder Unterleibs der Person M.
Drittes Ausführungsbeispiel
Das dritte Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unten beschrieben.
Dieses Ausführungsbeispiel ist eine Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels. Deshalb werden die Komponenten, welche identisch mit denen des ersten Ausführungsbeispiels sind, durch die gleichen Referenznummern bezeichnet und werden nicht beschrieben. Das Ausführungsbeispiel unterscheidet sind von dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass die Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungseinheit mittels eines Differenzverfahrens zwischen Ausatmung und Einatmung unterscheidet.
In dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Bildaufnahmeeinheit 101 geneigt zu der interessierenden Region ROI angeordnet, welche in der Person vorhanden ist (siehe 1 und 2). In dem Ausführungsbeispiel, wie in den 9 und 10 gezeigt, wird die Bildaufnahmeeinheit 101 so angeordnet, dass die interessierende Region ROI fotografiert wird, welche den Brustkorb oder Unterleib der Person M, oder beides, aufweist, seitwärts bezüglich der Person M. Die interessierende Region ROI weist auch die Grenze zwischen dem Brustkorb oder Unterleib der Person M, oder beides, auf, und den Hintergrund S. Der Hintergrund in der interessierenden Region ROI hat eine niedrigere Lichtintensität, als der Brustkorb oder Unterleib oder beides.
Wenn die Person M einatmet, schwillt der Unterleib oder Brustkorb der Person M an. Umgekehrt schrumpft der Unterleib oder Brustkorb, wenn die Person M ausatmet. Folglich dehnt sich der Teil des Bildes der interessierenden Region ROI aus, welcher eine hohe Lichtintensität hat, wenn die Person M einatmet, und kontrahiert, wenn die Person ausatmet, wie an der Änderung der Helligkeitsdifferenz zwischen den Bildpunkten in dem Bild der interessierenden Region ROI gesehen werden kann. Ausatmung und Einatmung können deshalb voneinander unterschieden werden.
D.h., die Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungseinheit 103 unterscheidet zwischen Ausatmung und Einatmung auf der Basis einer Mehrzahl von Bildern, welche die Bildaufnahmeeinheit zu aufeinanderfolgenden Zeiten aufgenommen hat und gemäß der Änderung in der Fläche des Teils des Bilds, welcher durch Bildpunkte definiert ist, welche eine Helligkeit haben, welche höher als ein vorbestimmter Wert in der interessierenden Region ist. Genauer gesagt, die Einheit 103' bestimmt, dass die Person einatmet, wenn die Fläche des Teils mit hoher Lichtstärke der interessierenden Region sich vergrößert, und dass die Person ausatmet, wenn die Fläche des Teils mit hoher Lichtintensität sich verkleinert.
Um eine effektive Unterdrückung von Bewegungsartefakten zu erreichen, welche sich aus der Atmung in dem Bildaufnahmegerät, beispielsweise einem CT-Abtastgerät 3, entwickeln, wird es gewünscht, dass das maximale Atemvolumen, d.h., die Amplitude der Atmung, zu allen Zeiten konstant sei.
Im Hinblick darauf werden die Absolutwerte aller Bildpunkdichte-Differenzen zwischen Rahmen in der interessierenden Region ROI addiert, während die Person einatmet. Es wird dann bestimmt, ob der Maximalwert, welcher dabei erhalten wird (d.h., die maximale Tiefe der Atmung) zu allen Zeiten konstant bleibt. Wenn der Maximalwert sich ändert, sollte dieser Fakt vorzugsweise in der Form beispielsweise einer Hörbotschaft gemeldet werden.
Speziell wird die Summe der Absolutwerte der Bildpunktdichte (Helligkeit) zwischen dem Rahmen in der interessierenden Region ROI, welche gewonnen worden sind, während ein Standard-Atmungs-Modell während der Einatmung addiert wird und während der Ausatmung subtrahiert wird. Die Ergebnisse der Addition oder Subtraktion werden in zeitlicher Reihenfolge gespeichert. Die dadurch gespeicherten Zeiten der Ausatmung oder Einatmung werden der Person in Form von Hörbotschaften gemeldet, wodurch die Person veranlasst wird, synchron mit den Botschaften zu atmen. Dann wird bestimmt, ob die maximale Tiefe der Atmung der Person ähnlich der maximalen Tiefe des Standard-Atmungs-Modells ist. Wenn die Atmungstiefe oder der Zyklus sich von der Standard-Atmungstiefe oder Standard-Atmungszyklus um einen Wert unterscheidet, welcher größer als der vorgegebene Wert ist, wird dieser Fakt durch eine Meldeeinheit (nicht gezeigt) gemeldet.
D.h., die Absolutwerte der Helligkeitsänderungen der Bildpunkte in dem Bild, welches durch die Bildaufnahmeeinheit zu vorbestimmten aufeinanderfolgenden Zeiten aufgenommen wird, werden akkumuliert, solange wie die Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungseinheit feststellt, dass die Person einatmet. Wenn die Differenz zwischen dem dadurch akkumulierten Wert und einen vorbestimmten Wert einen Standardwert überschreitet, dann meldet die Meldeeinheit (nicht gezeigt), dass die Person einatmet.
11 ist ein Ablaufschema, welches den gesamten Ablauf des Atmungs-Überwachungs-Verfahrens zeigt, welches durch Nutzung eines medizinischen Verfahrenssystems ausgeführt wird, welches ein Atmungs-Überwachungs-Gerät gemäß dem Ausführungsbeispiel aufweist.
Als erstes werden die Bilder der interessierenden Region, welche den Brustkorb oder Unterleib der Person, oder beides aufweist, zu vorbestimmten Zeiten durch Fotografieren der interessierenden Region in einem vorbestimmten Winkel aufgenommen (Bildaufnahmeschritt S401).
Auf der Basis der Bilder, welche zu den aufeinanderfolgenden vorbestimmten Zeiten in Bildaufnahmeschritt aufgenommen werden, wird die Richtung bestimmt, in welche sich die Bildpunkte bewegen, wenn die Zeit vergeht. Basierend auf der dadurch bestimmten Richtung werden Ausatmung und Einatmung der Person voneinander unterschieden (Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungsschritt) (S402).
Auf der Basis der Bilder, welche zu den aufeinanderfolgenden vorbestimmten Zeiten in dem Bildaufnahmeschritt aufgenommen werden, wird auch der Zyklus der Atmung der Person aus den Helligkeitsänderungen bestimmt, denen die Bildpunkte in den Bildern unterliegen, wenn die Zeit vergeht (Atemzyklus-Bestimmungsschritt) (S403).
Danach wird auf der Basis des Atemzyklus, welcher in dem Atemzyklus-Bestimmungsschritt bestimmt wird, das Timing von entweder der Ausatmung oder der Einatmung, welche in dem Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungsschritt bestimmt worden ist, bestimmt (Ausatmungs-/Einatmungs-Timing-Bestimmungsschritt) (S404).
Als nächstes gibt die Abtastsignal-Ausgangseinheit 2 ein Abtastsignal aus, mit dem Ausatmungs- oder Einatmungs-Timing, welches in dem Ausatmungs-/Einatmungs-Timing-Bestimmungsschritt bestimmt wird, wobei eine CT-Abtastung, d.h., der vorgegebene medizinische Prozess ausgeführt wird (Medizin-Prozess-Ausführungsschritt) (S405).
Die Steuereinheit (nicht gezeigt) führt ein Atmungs-Überwachungs-Programm aus, welches in der Speichereinheit (nicht gezeigt) gespeichert ist. Die Schritte des Atmungs- Überwachungs-Verfahrens, welche oben beschrieben werden, werden dabei ausgeführt.
In dem Ausführungsbeispiel werden die Programme, welche die Funktionen der Erfindung beschreiben, in dem Gerät gespeichert, wie oben beschrieben. Alternativ können die Programme in das Gerät über ein Netzwerk heruntergeladen werden, oder ein Aufnahmemedium, welches die Programme speichert, kann in dem Gerät installiert sein. Das Aufnahmemedium kann von irgendeinem Typ sein, beispielsweise eine CD-ROM, solange wie es die Programme speichern kann und die Programme davon gelesen werden können. Die Funktionen, welche durch einmalige Installation implementiert sein können, oder durch Download in das Gerät, können von dem Typ sein, welcher mit dem Betriebssystem (OS, Operating System) zusammenarbeitet, welches in dem Gerät installiert ist.
In dem Ausführungsbeispiel wird die Atmung bestimmt, so dass ein Atmungs-synchronisierter medizinischer Prozess erreicht wird, in einem besonderen Verfahren. D.h., die Bildaufnahmeeinheit befindet sind über den Füßen der Person und fotografiert den Brustkorb oder Unterleib der Person von oben, in einer Richtung schräg bezüglich des Brustkorbs oder Unterleibs, wobei ein Teil gefunden wird, welches sich bewegt. Dieser Teil wird als interessierende Region ROI betrachtet. Die Differenz zwischen den Bildern des Teils, aufgenommen zu aufeinanderfolgenden Zeiten, wird als eine Änderung in der Atmung bestimmt. Der Absolutwert dieser Änderung wird als Daten für die Betonung der Änderung genutzt.
In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen unterscheidet die Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungseinheit 103 zwischen Ausatmung und Einatmung, bevor die Atemzyklus-Bestimmungseinheit 102 den Atemzyklus bestimmt. Die Erfindung ist nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Die Atemzyklus-Bestimmungseinheit 102 und die Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungseinheit 103 können in jedweder möglichen Reihenfolge arbeiten. Stattdessen können diese Einheiten 102 und 103 gleichzeitig arbeiten.
In dem Ausführungsbeispiel ist der medizinische Prozess, welchen die Medizin-Prozess-Ausführungseinheit ausführt, zum Beispiel eine CT-Abtastung, welche unter Nutzung eines CT-Abtastgeräts ausgeführt wird. Der medizinische Prozess ist dennoch nicht auf dieses beschränkt. Er kann irgendeine andere Tomographie sein, welche zum Beispiel ein Magnetresonanz(MRI, Magnet Resonance Imaging)-Gerät nutzt, oder eine chirurgische Behandlung.
Die Erfindung wird bezüglich spezieller Ausführungsbeispiele beschrieben. Dennoch wird es für die Fachleute offensichtlich sein, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen gemacht werden können, ohne vom Bereich und Sinn der Erfindung abzuweichen.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie beschrieben wird, kann die Erfindung ein Verfahren bereitstellen, welches zwischen Ausatmung und Einatmung der Person unterscheiden kann, ohne die Person zu berühren.
Zusammenfassung
Ein Atmungs-Überwachungs-Gerät weist eine Bildaufnahmeeinheit auf, welche Bilder zu vorbestimmten Zeiten aufnimmt, wobei jedes Bild in einer Richtung fotografiert wird, welche in einem vorgegebenen Winkel zu einer interessierenden Region geneigt ist, welche mindestens eines von Brust und Unterleib einer Person aufweist; und eine Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungseinheit, welche eine Richtung bestimmt, in welche sich ein Bildpunkt bewegt, aus einer Ortsänderung des Bildpunktes in einem Bild, auf der Basis einer Mehrzahl von Bildern, welche zu aufeinanderfolgenden Zeiten durch die Bildaufnahmeeinheit aufgenommen werden, und unterscheidet zwischen der Ausatmung und Einatmung einer Person auf der Basis der Richtung, welche bestimmt wird.

Claims

Ein Atmungs-Überwachungs-Gerät, welches aufweist: eine Bildaufnahmeeinheit, welche Bilder zu vorbestimmten Zeiten aufnimmt, wobei jedes Bild in einer Richtung fotografiert wird, welche in einem vorgeschriebenen Winkel zu einer interessierenden Region geneigt ist, welche mindestens einen von Brustkorb und Unterleib einer Person aufweist; und eine Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungseinheit, welche eine Richtung bestimmt, in welche sich ein Bildpunkt bewegt, von einer Ortsänderung des Bildpunkts in einem Bild, auf der Basis einer Mehrzahl von Bildern, welche zu aufeinanderfolgenden Zeiten durch die Bildaufnahmeeinheit aufgenommen werden, und unterscheidet zwischen der Ausatmung und Einatmung der Person auf der Basis der Richtung, welche bestimmt wird.
Das Atmungs-Überwachungs-Gerät gemäß Anspruch 1, wobei die Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungseinheit feststellt, dass die Person einatmet, wenn sich der Bildpunkt in dem Bild in eine erste Richtung bewegt, welche eine Richtungskomponente in einer Ebene ist, welche im Wesentlichen parallel zu Längs- und Quer-Richtungen der Person ist, und dass die Person ausatmet, wenn sich der Bildpunkt in dem Bild in eine zweite Richtung bewegt, welche entgegen der ersten Richtung ist.
Das Atmungs-Überwachungs-Gerät gemäß Anspruch 2, wobei eine Geschwindigkeit dy/dt aller Bildpunkte in der interessierenden Region wie folgt gegeben ist, bezüglich zu der Richtung, welche im Wesentlichen parallel zu der Längsrichtung der Person ist: 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)wobei y eine Ordinate in dem Bild ist, welches durch die Bildaufnahmeeinheit aufgenommen wird, bezüglich zu der Längsrichtung der Person, x eine Abszisse in dem Bild ist, bezüglich der Richtung, welche die Längsrichtung der Person in im Wesentlichen rechten Winkeln schneidet, t Zeit ist, I(x,y,t) die Helligkeit der Bildpunkte ist, an der Koordinate (x,y) zu der Zeit t, das erste Σ die Summe aller Bildpunkte bezüglich einer der x und y-Richtungen in der interessierenden Region ist, und das zweite Σ die Summe aller Bildpunkte bezüglich zu der anderen der x und y-Richtungen in der interessierenden Region ist, und die Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungseinheit feststellt, dass die Person einatmet, wenn sich der Bildpunkt mit der Geschwindigkeit dy/dt in die erste Richtung bewegt, und dass die Person ausatmet, wenn sich der Bildpunkt mit der Geschwindigkeit dy/dt in die zweite Richtung bewegt.
Das Atmungs-Überwachungs-Gerät gemäß Anspruch 2, wobei die Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungseinheit eine zweite Region des Bildes extrahiert, wobei das Bild zu einer vorgegebenen Zeit aufgenommen wird und Bildpunkte von ungefähr der gleichen Helligkeitsverteilung aufweist, wie die in einer ersten Region, welche aus gegebenen Bildpunkten besteht, welche in dem Bild vorhanden sind, welches zu der Zeit aufgenommen wird, welche der vorgegebenen Zeit unmittelbar vorangeht, und feststellt, dass die Person einatmet, wenn die Komponente der Richtung, in welche sich der Bildpunkt aus der ersten Region in die zweite Region bewegt, in der ersten Richtung orientiert ist, und dass die Person ausatmet, wenn die Komponente der Richtung in die zweite Richtung orientiert ist.
Das Atmungs-Überwachungs-Gerät gemäß Anspruch 1, welches ferner aufweist: eine Atemzyklus-Bestimmungseinheit, welche einen Atemzyklus der Person bestimmt, auf der Basis von Bildern, welche zu vorbestimmten aufeinanderfolgenden Zeiten durch die Bildaufnahmeeinheit aufgenommen werden und aus der Änderung in der Helligkeit von Bildpunkten in den Bildern, welche mit der Zeit auftritt; und eine Ausatmungs-/Einatmungs-Timing-Bestimmungseinheit, welche das Timing der Ausatmung oder Einatmung, unterschieden durch die Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungseinheit, bestimmt, auf der Basis des Atemzyklus, welcher von der Atemzyklus-Bestimmungseinheit bestimmt wird.
Ein Atmungs-Überwachungs-Gerät, welches aufweist: eine Bildaufnahmeeinheit, welche Bilder zu vorbestimmten Zeiten durch Fotografieren aufnimmt, seitwärts bezüglich einer Person, eine interessierende Region, welche mindestens einen von Brustkorb und Unterleib der Person aufweist, und eine Grenze zwischen mindestens einem den Brustkorb und Unterleib und einem Hintergrund, welcher eine niedrigere Lichtintensität hat, als mindestens einer von dem Brustkorb und Unterleib; und eine Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungseinheit, welche zwischen Ausatmung und Einatmung der Person unterscheidet, auf der Basis einer Mehrzahl von Bildern, welche zu den vorbestimmten Zeiten durch die Bildaufnahmeeinheit aufgenommen werden, und demgemäß, ob ein Teil der interessierenden Region, welcher aus Bildpunkten besteht, welche eine Helligkeit haben, welche höher als ein vorgegebener Wert ist, sich in der Fläche vergrößert oder verkleinert.
Das Atmungs-Überwachungs-Gerät gemäß Anspruch 6, wobei die Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungseinheit feststellt, dass die Person einatmet, wenn der Teil der interessierenden Region, welcher aus Bildpunkten besteht, welche eine Helligkeit haben, welche höher als ein vorgegebener Wert ist, sich in der Fläche vergrößert, und dass die Person ausatmet, wenn der Teil der interessierenden Region, welcher aus Bildpunkten besteht, welche eine Helligkeit höher als ein vorgegebener Wert haben, sich in der Fläche verkleinert.
Das Atmungs-Überwachungs-Gerät gemäß Anspruch 6, welches ferner aufweist, eine Atemzyklus-Bestimmungseinheit, welche einen Atemzyklus der Person bestimmt, auf der Basis von Bildern, welche zu den vorbestimmten aufeinanderfolgenden Zeiten durch die Bildaufnahmeeinheit bestimmt werden, und von der Änderung in der Helligkeit von Bildpunkten in den Bildern, welche mit der Zeit auftritt; und eine Ausatmungs-/Einatmungs-Timing-Bestimmungseinheit, welche das Timing der Ausatmung oder Einatmung, unterschieden durch die Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungseinheit, bestimmt, auf der Basis des Atemzyklus, bestimmt durch die Atemzyklus-Bestimmungseinheit.
Das Atmungs-Überwachungs-Gerät gemäß Anspruch 5, welches ferner aufweist eine Meldeeinheit, welche die Absolutwerte der Helligkeitsänderungen der Bildpunkte in den Bildern aufrechnet, welche durch die Bildaufnahmeeinheit zu vorbestimmten aufeinanderfolgenden Zeiten aufgenommen werden, solange die Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungseinheit feststellt, dass die Person einatmet, und meldet dass die Person einatmet, wenn eine Differenz zwischen den dadurch aufgerechneten Wert und einen vorbestimmten Wert einen Standardwert überschreitet.
Ein Atmungs-Überwachungs-System, welches aufweist: ein Atmungs-Überwachungs-Gerät von solch einem Typ, wie in Anspruch 1 beschrieben; und eine Bildaufnahmeeinheit, welche sich über den Füßen der Person befindet, welche auf dem Rücken liegt, und die interessierende Region in einer Richtung schräg bezüglich der interessierenden Region fotografiert.
Ein Atmungs-Überwachungs-System, welches aufweist: ein Atmungs-Überwachungs-Gerät von solch einem Typ, wie in Anspruch 6 beschrieben; und eine Bildaufnahmeeinheit, welche seitwärts bezüglich einer Person eine interessierende Region fotografiert, welche mindestens einen von Brustkorb und Unterleib der Person aufweist, und eine Grenze zwischen mindestens einen von dem Brustkorb und Unterleib und einem Hintergrund, welcher eine niedrigere Lichtintensität hat, als mindestens einen von dem Brustkorb und Unterleib.
Ein medizinisches Verarbeitungssystem, welches hat: ein Atmungs-Überwachungs-Gerät von solch einem Typ, wie in Anspruch 5 beschrieben; und eine Medizin-Prozess-Ausführungseinheit, welche einen vorbestimmten medizinischen Prozess in einem Timing der Ausatmung oder Einatmung, bestimmt durch die Ausatmungs-/Einatmungs-Timing-Bestimmungseinheit, ausführt.
Das medizinische Verarbeitungssystem gemäß Anspruch 12, wobei der vorbestimmte medizinische Prozess ein Bildaufnahmeprozess ist, welcher durch MRI durchgeführt wird.
Das medizinische Verarbeitungssystem gemäß Anspruch 12, wobei der vorbestimmte medizinische Prozess ein Bildaufnahmeprozess ist, welcher durch CT-Abtastung ausgeführt wird.
Ein Atmungs-Überwachungs-Verfahren, welches aufweist: einen Bildaufnahmeschritt, welcher Bilder zu vorbestimmten Zeiten aufnimmt, wobei jedes Bild fotografiert wird in einer Richtung, welche um einen vorgegebenen Winkel zu einer interessierenden Region geneigt ist, welches mindestens einen von Brustkorb und Unterleib einer Person aufweist; und einen Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungsschritt, welcher einer Richtung bestimmt, in welche sich ein Bildpunkt bewegt, von einer Ortsänderung des Bildpunkts in einem Bild, auf der Basis einer Mehrzahl von Bildern, welche zu aufeinanderfolgenden Zeiten in dem Bildaufnahmeschritt aufgenommen werden, und unterscheidet zwischen Ausatmung und Einatmung der Person auf der Basis der Richtung, welche bestimmt wird.
Das Atmungs-Überwachungs-Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei in dem Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungsschritt festgestellt wird, dass die Person einatmet, wenn der Bildpunkt in dem Bild sich in eine erste Richtung bewegt, welches eine Richtungskomponente in einer Ebene ist, welche im Wesentlichen parallel zu Längs- und Querrichtungen der Person ist, und festgestellt wird, dass die Person ausatmet, wenn sich der Bildpunkt in dem Bild in eine zweite Richtung bewegt, welche entgegen der ersten Richtung ist.
Das Atmungs-Überwachungs-Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei eine Geschwindigkeit dy/dt aller Bildpunkte in der interessierenden Region wie folgt gegeben ist, bezüglich zu der Richtung, welche im Wesentlichen parallel zu der Längsrichtung der Person ist: 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)wobei y eine Ordinate in dem Bild ist, welches durch den Bildaufnahmeschritt aufgenommen wird, bezüglich zu der Längsrichtung der Person, x eine Abszisse in dem Bild ist, bezüglich zu der Richtung, welche die Längsrichtung der Person in im Wesentlichen rechten Winkeln schneidet, t Zeit ist, I(x,y,t) die Helligkeit der Bildpunkte ist, welche an der Koordinate (x,y) positioniert sind, dass erste Σ die Summe aller Bildpunkte bezüglich einer der x und y-Richtungen in der interessierenden Region ist, und das zweite Σ die Summe aller Bildpunkte bezüglich einer der x und y-Richtungen in der interessierenden Region ist, und in dem Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungsschritt festgestellt wird, dass die Person einatmet, wenn der Bildpunkt sich mit der Geschwindigkeit dy/dt in die erste Richtung bewegt und festgestellt wird, dass die Person ausatmet, wenn sich der Bildpunkt mit der Geschwindigkeit dy/dt in die zweite Richtung bewegt.
Das Atmungs-Überwachungs-Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei in dem Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungsschritt eine zweite Region eines Bildes, welches zu einer vorgegebenen Zeit aufgenommen wird und Bildpunkte von ungefähr der gleichen Helligkeitsverteilung hat, wie diese einer ersten Region, welche aus gegebenen Bildpunkten besteht, welche in dem Bild vorhanden sind, welches zu der Zeit aufgenommen wird, welche der vorgegebenen Zeit unmittelbar vorangeht, extrahiert wird, und festgestellt wird, dass die Person einatmet, wenn die Komponente der Richtung, in welche sich der Bildpunkt aus der ersten Region in die zweite Region bewegt, in der ersten Richtung orientiert ist, und festgestellt wird, dass die Person ausatmet, wenn die Komponente der Richtung in die zweite Richtung orientiert ist.
Das Atmungs-Überwachungs-Verfahren gemäß Anspruch 15, welches ferner aufweist: einen Atemzyklus-Bestimmungsschritt, welcher einen Atemzyklus der Person bestimmt, auf der Basis von Bildern, welche zu den vorbestimmten aufeinanderfolgenden Zeiten in dem Bildaufnahmeschritt aufgenommen werden und von der Änderung in der Helligkeit der Bildpunkte in den Bildern, welche mit der Zeit auftritt; und einen Ausatmungs-/Einatmungs-Timing-Bestimmungsschritt, welcher das Timing der Ausatmung oder Einatmung bestimmt, welche in dem Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungsschritt unterschieden werden, auf der Basis des Atemzyklus, welcher in dem Atemzyklus-Bestimmungsschritt bestimmt wird.
Ein Atmungs-Überwachungs-Verfahren, welches aufweist: einen Bildaufnahmeschritt, welcher Bilder zu vorbestimmten Zeiten durch Fotografieren aufnimmt, seitwärts bezüglich einer Person, eine interessierende Region, welche mindestens einen vom Brustkorb und Unterleib der Person aufweist, und eine Grenze zwischen mindestens einen von dem Brustkorb und Unterleib und einem Hintergrund, welcher eine niedrigere Lichtintensität hat, als mindestens einer der Brustkorb und Unterleib; und ein Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungsschritt, welcher unterscheidet zwischen Ausatmung und Einatmung der Person, auf der Basis einer Mehrzahl von Bildern, welche zu den vorbestimmten Zeiten in dem Bildaufnahmeschritt aufgenommen werden, und demgemäß, ob ein Teil der interessierenden Region, welche aus Bildpunkten besteht, welche eine Helligkeit höher als ein vorgegebener Wert haben, sich in der Fläche vergrößert oder verkleinert.
Das Atmungs-Überwachungs-Verfahren gemäß Anspruch 20, wobei in dem Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungsschritt festgestellt wird, dass die Person einatmet, wenn der Teil der interessierenden Region, welcher aus Bildpunkten besteht, welche eine Helligkeit haben, welche höher ist als ein vorgegebener Wert, sich in der Fläche vergrößert, und es wird festgestellt, dass die Person ausatmet, wenn der Teil der interessierenden Region, welcher aus Bildpunkten besteht, welche eine Helligkeit haben, welche höher ist als ein vorgegebener Wert, sich in der Fläche verkleinert.
Atmungs-Überwachungs-Verfahren gemäß Anspruch 20, welches ferner aufweist: einen Atemzyklus-Bestimmungsschritt, welcher einen Atemzyklus der Person bestimmt, auf der Basis von Bildern, welche zu den vorbestimmten aufeinanderfolgenden Zeiten in den Bildaufnahmeschritt aufgenommen werden und aus der Änderung in der Helligkeit der Bildpunkt in den Bildern, die mit der Zeit auftritt; und einen Ausatmungs-/Einatmungs-Timing-Bestimmungsschritt, welcher das Timing der Ausatmung oder Einatmung bestimmt, welche in dem Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungsschritt unterschieden werden, auf der Basis des Atemzyklus, welcher in dem Atemzyklus-Bestimmungsschritt bestimmt wird.
Atmungs-Überwachungs-Verfahren gemäß Anspruch 19, welches ferner einen Meldeschritt aufweist, welcher die Absolutwerte der Helligkeitsänderungen der Bildpunkte in den Bildern aufrechnet, welche in dem Bildaufnahmeschritt zu vorbestimmten aufeinanderfolgenden Zeiten aufgenommen werden, solange wie festgestellt wird, dass die Person einatmet in dem Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungsschritt und meldet, dass die Person einatmet, wenn eine Differenz zwischen dem dadurch aufgerechneten Wert und einem vorbestimmten Wert einen Standardwert überschreitet.
Atmungs-Überwachungs-Verfahren gemäß Anspruch 19, welches einen Medizin-Prozess-Ausführungsschritt hat, welcher einen vorbestimmten medizinischen Prozess in einem Timing der Ausatmung oder Einatmung ausführt, welcher in dem Ausatmungs-/Einatmungs-Timing-Bestimmungsschritt bestimmt wird.
Atmungs-Überwachungs-Verfahren gemäß Anspruch 24, wobei der vorbestimmte medizinische Prozess ein Bildaufnahmeprozess ist, welcher durch MRI ausgeführt wird.
Atmungs-Überwachungs-Verfahren gemäß Anspruch 24, wobei der vorbestimmte medizinische Prozess ein Bildaufnahmeprozess ist, welcher durch CT-Abtastung ausgeführt wird.
Atmungs-Überwachungs-Programm, welches einem Computer ermöglicht auszuführen: einen Bildaufnahmeschritt, welcher Bilder zu vorbestimmten Zeiten aufnimmt, wobei jedes Bild in einer Richtung fotografiert wird, welche in einem vorgegebenen Winkel zu einer interessierenden Region geneigt ist, welche mindestens einen von einem Brustkorb und Unterleib einer Person aufweist; und einen Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungsschritt, welcher eine Richtung bestimmt, in welcher sich ein Bildpunkt bewegt, aus einer Ortsänderung des Bildpunktes in einem Bild, auf der Basis einer Mehrzahl von Bildern, welche zu aufeinanderfolgenden Seiten in dem Bildaufnahmeschritt aufgenommen werden, und unterscheidet zwischen Ausatmung und Einatmung der Person auf der Basis der Richtung, welche bestimmt wird.
Atmungs-Überwachungs-Programm gemäß Anspruch 27, wobei in dem Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungsschritt bestimmt wird, dass die Person einatmet, wenn der Bildpunkt in dem Bild sich in eine erste Richtung bewegt, welche eine Richtungskomponente in einer Ebene ist, welche im Wesentlichen parallel zu Längs- und Quer-Richtungen der Person ist, und festgestellt wird, dass die Person ausatmet, wenn der Bildpunkt in dem Bild sich in eine zweite Richtung bewegt, welche entgegen der ersten Richtung ist.
Atmungs-Überwachungs-Programm gemäß Anspruch 28, wobei eine Geschwindigkeit dy/dt aller Bildpunkte in der interessierenden Region wie folgt gegeben ist, bezüglich der Richtung, welche im Wesentlichen parallel zu der Längs-Richtung der Person ist: dy/dt = –(–SS((∂I(x,y,t)/∂x)·(∂I(x,y,t)/∂y))·SS((∂I(x,y,t)/∂t)·(∂I(x,y,t)/∂y)) + SS((∂I(x,y,t)/∂x)2·SS((∂I(x,y,t)/∂y)·(∂I(x,y,t)/∂t)))/(SS((∂I(x,y,t)/∂y)2·ΣΣ((∂I(x,y,t)/∂x)2 – (SS((∂I(x,y,t)/∂x)·(∂I(x,y,t)/∂y))2)wobei y eine Koordinate in dem Bild ist, welches durch den Bildaufnahmeschritt aufgenommen wird, bezüglich zu der Längsrichtung der Person, x eine Abszisse in dem Bild ist, bezüglich der Richtung, welche die Längsrichtung der Person in im Wesentlichen rechten Winkeln schneidet, t Zeit ist, I (x,y,t) die Helligkeit der Bildpunkte ist, welche an der Koordinate (x,y) zu der Zeit t positioniert sind, das erste Σ (Σ) die Summe aller Bildpunkte ist, bezüglich einer der x und y Richtungen in der interessierenden Region, und das zweite Σ (Σ) die Summe aller Bildpunkte ist, bezüglich zu der anderen der x und y Richtungen in der interessierenden Region, und in dem Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungsschritt festgestellt wird, dass die Person einatmet, wenn sich der Bildpunkt mit der Geschwindigkeit dy/dt in die erste Richtung bewegt und festgestellt wird, dass die Person ausatmet, wenn sich der Bildpunkt dy/dt in die zweite Richtung bewegt.
Atmungs-Überwachungs-Programm gemäß Anspruch 28, wobei in dem Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungsschritt eine zweite Region eines Bildes, welches zu einer vorgegebenen Zeit aufgenommen wird und Bildpunkte hat, welche ungefähr die gleiche Helligkeitsverteilung aufweisen, wie diese einer ersten Region, welche aus gegebenen Bildpunkten besteht, welche in dem Bild vorhanden sind, welches zu der Zeit aufgenommen wird, welche der vorgegebenen Zeit unmittelbar vorangeht, extrahiert wird, und festgestellt wird, dass die Person einatmet, wenn die Komponente der Richtung, in welche sich der Bildpunkt von der ersten Region in die zweite Region bewegt, in der ersten Richtung orientiert ist und festgestellt wird, dass die Person ausatmet, wenn die Komponente der Richtung in die zweite Richtung orientiert ist.
Atmungs-Überwachungs-Programm gemäß Anspruch 27, welches ferner aufweist: einen Atemzyklus-Bestimmungsschritt, welcher einen Atemzyklus der Person bestimmt, auf der Basis von Bildern, welche zu vorbestimmten aufeinanderfolgenden Zeiten in dem Bildaufnahmeschritt aufgenommen werden und aus der Änderung in der Helligkeit von Bildpunkten in den Bildern, welche mit der Zeit auftritt; und einen Ausatmungs-/Einatmungs-Timing-Bestimmungsschritt, welcher das Timing der Ausatmung oder Einatmung bestimmt, welche in dem Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungsschritt unterschieden werden, auf der Basis des Atemzyklus, welcher in dem Atemzyklus-Bestimmungsschritt bestimmt wird.
Atmungs-Überwachungs-Programm, welches einem Computer ermöglicht auszuführen: einen Bildaufnahmeschritt, welcher Bilder zu vorbestimmten Zeiten durch Fotografieren aufnimmt, seitwärts bezüglich einer Person, eine interessierende Region, welche mindestens einen von Brustkorb und Unterleib der Person aufweist, und eine Grenze zwischen mindestens einem von dem Brustkorb und Unterleib und einen Hintergrund, welcher eine niedrigere Lichtintensität hat, als mindestens einer von dem Brustkorb und Unterleib; und einen Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungsschritt, welcher zwischen Ausatmung und Einatmung der Person unterscheidet, auf der Basis einer Mehrzahl von Bildern, welche zu den vorbestimmten Zeiten in dem Bildaufnahmeschritt aufgenommen werden, und gemäß damit, ob ein Teil der interessierenden Region, welcher aus Bildpunkten besteht, welche eine Helligkeit haben, welche höher als ein vorgegebener Wert ist, sich in der Fläche vergrößert oder verkleinert.
Atmungs-Überwachungs-Programm gemäß Anspruch 32, wobei in dem Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungsschritt festgestellt wird, dass die Person einatmet, wenn der Teil der interessierenden Region, welcher aus Bildpunkten besteht, welche eine Helligkeit aufweisen, welche höher als ein vorgegebener Wert ist, sich in der Fläche vergrößert, und festgestellt wird, dass die Person ausatmet, wenn der Teil der interessierenden Region, welcher aus Bildpunkten besteht, welche eine Helligkeit haben, welche höher ist als ein vorgegebener Wert sich in der Fläche verkleinert.
Atmungs-Überwachungs-Programm gemäß Anspruch 32, welches ferner aufweist: einen Atemzyklus-Bestimmungsschritt, welcher einen Atemzyklus der Person bestimmt, auf der Basis von Bildern, welche zu vorbestimmten aufeinanderfolgenden Zeiten in dem Bildaufnahmeschritt aufgenommen werden und aus der Änderung in der Helligkeit der Bildpunkte in den Bildern, welche mit der Zeit auftritt; und einen Ausatmungs-/Einatmungs-Timing-Bestimmungsschritt, welcher das Timing der Ausatmung oder Einatmung bestimmt, welche in dem Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungsschritt unterschieden werden, auf der Basis des Atemzyklus, welcher in dem Atemzyklus-Bestimmungsschritt bestimmt wird.
Atmungs-Überwachungs-Programm gemäß Anspruch 31, welches ferner aufweist einen Meldeschritt, welcher die Absolutwerte der Helligkeitswechsel der Bildpunkte in den Bildern aufrechnet, welche in dem Bildaufnahmeschritt zu vorbestimmten aufeinanderfolgenden Zeiten aufgenommen werden, solange wie festgestellt wird, dass die Person einatmet in dem Ausatmungs-/Einatmungs-Unterscheidungsschritt, und meldet, dass die Person einatmet, wenn eine Differenz zwischen dem dadurch aufgerechneten Wert und einem vorbestimmten Wert einen Standardwert überschreitet.
Atmungs-Überwachungs-Programm gemäß Anspruch 31, welches einen Medizin-Prozess-Ausführungsschritt aufweist, welcher einen vorbestimmten medizinischen Prozess in einem Timing der Ausatmung oder Einatmung ausführt, welches in dem Ausatmungs-/Einatmungs-Timing-Bestimmungsschritt bestimmt wird.
Atmungs-Überwachungs-Programm gemäß Anspruch 36, wobei der vorbestimmte medizinische Prozess ein Bildaufnahmeprozess ist, welcher durch MRI ausgeführt wird.
Atmungs-Überwachungs-Programm gemäß Anspruch 36, wobei der vorbestimmte medizinische Prozess ein Bildaufnahmeprozess ist, welcher durch CT-Abtastung ausgeführt wird.