JP3263035B2 - 呼吸モニタリングの関心領域設定装置および呼吸モニタリングシステム - Google Patents
呼吸モニタリングの関心領域設定装置および呼吸モニタリングシステムInfo
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- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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- A61B5/103—Measuring devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
- A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor or mobility of a limb
- A61B5/113—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor or mobility of a limb occurring during breathing
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、呼吸状態をビジュ
アルセンシングによって、非接触に、且つ連続的に監視
することができる呼吸モニタリングの関心領域設定装置
および呼吸モニタリングシステムに関するものである。
アルセンシングによって、非接触に、且つ連続的に監視
することができる呼吸モニタリングの関心領域設定装置
および呼吸モニタリングシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、急速に進む高年齢化に伴い、寝た
きり老人等を看護するスタッフの増員が望まれるが、人
件費の増大が医療費の膨大化にさらに拍車をかける等、
大きな社会問題となってきている。このため、従来よ
り、寝たきり老人等の呼吸状態をビジュアルセンシング
によって、非接触に、且つ連続的に監視することができ
る呼吸モニタリングシステムが開発されていることは知
られる。
きり老人等を看護するスタッフの増員が望まれるが、人
件費の増大が医療費の膨大化にさらに拍車をかける等、
大きな社会問題となってきている。このため、従来よ
り、寝たきり老人等の呼吸状態をビジュアルセンシング
によって、非接触に、且つ連続的に監視することができ
る呼吸モニタリングシステムが開発されていることは知
られる。
【０００３】図１３は、バイオメカニズム学会主催の第
１６回バイオメカニズム学術講演会（平成７年１１月２
５日，２６日）予稿集、Ｐ．２７９〜Ｐ．２８２に「ビ
ジュアルセンシングシステムによる完全無拘束下での呼
吸数の自動計測」という名称で報告された従来の呼吸モ
ニタリングシステムの一例を示すブロック図である。
１６回バイオメカニズム学術講演会（平成７年１１月２
５日，２６日）予稿集、Ｐ．２７９〜Ｐ．２８２に「ビ
ジュアルセンシングシステムによる完全無拘束下での呼
吸数の自動計測」という名称で報告された従来の呼吸モ
ニタリングシステムの一例を示すブロック図である。
【０００４】この呼吸モニタリングシステムは、ベッド
上に横になっている撮像対象である患者１の胸部を撮像
するＣＣＤカメラ２と、このＣＣＤカメラ２の出力側に
接続され、連続動画より一定の時間間隔で連続的に差分
を抽出し、変化成分を算出するための所定の画像処理を
行って呼吸数を計測する画像処理装置３と、この画像処
理装置３の出力側に接続され、計測された呼吸数と共
に、呼吸状態を視覚的に表したり、また、異常の場合に
それを表示するモニタ４と、画像処理装置３における処
理領域であるＲＯＩ（Ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｔｅｒ
ｅｓｔ：関心領域）や画像処理における差分間隔（α）
を設定入力するための設定入力部５とを備えてなる。
上に横になっている撮像対象である患者１の胸部を撮像
するＣＣＤカメラ２と、このＣＣＤカメラ２の出力側に
接続され、連続動画より一定の時間間隔で連続的に差分
を抽出し、変化成分を算出するための所定の画像処理を
行って呼吸数を計測する画像処理装置３と、この画像処
理装置３の出力側に接続され、計測された呼吸数と共
に、呼吸状態を視覚的に表したり、また、異常の場合に
それを表示するモニタ４と、画像処理装置３における処
理領域であるＲＯＩ（Ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｔｅｒ
ｅｓｔ：関心領域）や画像処理における差分間隔（α）
を設定入力するための設定入力部５とを備えてなる。
【０００５】図１４は、従来の呼吸モニタリングシステ
ムの動作である呼吸計数の動作を示すフローチャートで
ある。以下、従来の呼吸モニタリングシステムの動作に
ついて説明する。まず、ステップＳ１において、画像処
理装置３はＣＣＤカメラ２からのイメージデータを連続
的に入力し、ステップＳ２において、αフレーム間隔だ
け離れた画像において画素ごとの符号付差分を行い、次
いでステップＳ３においてＲＯＩ内での面積分を行う。
この面積分は、符号付の差演算を行って、それぞれ抽出
されたデータを２値化し、２値化された画像からそれぞ
れの変動量の面積を求め、輝度で面積分を行って変動部
位の符号付変動速度の演算を求めるものである。そし
て、ステップＳ４に示されるように、これをＣＣＤカメ
ラ２によるフレーム撮像毎に時系列的に処理し、その結
果によりステップＳ５において呼吸計数を行う。
ムの動作である呼吸計数の動作を示すフローチャートで
ある。以下、従来の呼吸モニタリングシステムの動作に
ついて説明する。まず、ステップＳ１において、画像処
理装置３はＣＣＤカメラ２からのイメージデータを連続
的に入力し、ステップＳ２において、αフレーム間隔だ
け離れた画像において画素ごとの符号付差分を行い、次
いでステップＳ３においてＲＯＩ内での面積分を行う。
この面積分は、符号付の差演算を行って、それぞれ抽出
されたデータを２値化し、２値化された画像からそれぞ
れの変動量の面積を求め、輝度で面積分を行って変動部
位の符号付変動速度の演算を求めるものである。そし
て、ステップＳ４に示されるように、これをＣＣＤカメ
ラ２によるフレーム撮像毎に時系列的に処理し、その結
果によりステップＳ５において呼吸計数を行う。
【０００６】こうして、従来の呼吸モニタリングシステ
ムでは、呼吸状態をビジュアルセンシングによって、非
接触に、且つ連続的に監視することができる。
ムでは、呼吸状態をビジュアルセンシングによって、非
接触に、且つ連続的に監視することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
呼吸モニタリングシステムでは、上述したように、ＣＣ
Ｄカメラ２により撮像された画像の内、どの部分（領
域）について画像処理を行って、呼吸計数を行うかにつ
いての関心領域（ＲＯＩ）の設定は、オペレータである
監視員がモニタ４を見ながら手動により設定入力しなけ
ればならなかった。
呼吸モニタリングシステムでは、上述したように、ＣＣ
Ｄカメラ２により撮像された画像の内、どの部分（領
域）について画像処理を行って、呼吸計数を行うかにつ
いての関心領域（ＲＯＩ）の設定は、オペレータである
監視員がモニタ４を見ながら手動により設定入力しなけ
ればならなかった。
【０００８】このように、ＲＯＩを手動により設定入力
するようにした呼吸モニタリングシステムでは、例えば
被撮像体である人が動いたような場合には、ＲＯＩがず
れるため、これを放置したのでは、呼吸計数を精度良く
できなくなったり、全く測定不能になったりし、従っ
て、長期にわたり呼吸数を自動計測することができなか
った。一方、長期計測を可能とするため、監視員により
ＲＯＩのずれ（人の動き）を監視するようにしたので
は、自動計測による人件費、労働力の削減という本来の
目的を十分に図ることができない。
するようにした呼吸モニタリングシステムでは、例えば
被撮像体である人が動いたような場合には、ＲＯＩがず
れるため、これを放置したのでは、呼吸計数を精度良く
できなくなったり、全く測定不能になったりし、従っ
て、長期にわたり呼吸数を自動計測することができなか
った。一方、長期計測を可能とするため、監視員により
ＲＯＩのずれ（人の動き）を監視するようにしたので
は、自動計測による人件費、労働力の削減という本来の
目的を十分に図ることができない。
【０００９】さらに、この場合、ＲＯＩの設定の位置に
よっては、面積値の変化が小さくなり、このため、ノイ
ズ等の影響により、呼吸計測の精度が落ちたり、呼気吸
気のモニタ上での認識が困難となる場合があった。
よっては、面積値の変化が小さくなり、このため、ノイ
ズ等の影響により、呼吸計測の精度が落ちたり、呼気吸
気のモニタ上での認識が困難となる場合があった。
【００１０】また、従来の呼吸モニタリングシステムで
は、差分を行うためのフレーム間隔αもオペレータによ
り設定入力するようにしているため、ＲＯＩ設定と同
様、長期計測の困難性の問題を有すると共に、このαは
オペレータによる経験により入力されていたため、その
設定値によっては、呼吸計測の精度が落ちたり、呼気吸
気のモニタ上での認識が困難となる場合があった。
は、差分を行うためのフレーム間隔αもオペレータによ
り設定入力するようにしているため、ＲＯＩ設定と同
様、長期計測の困難性の問題を有すると共に、このαは
オペレータによる経験により入力されていたため、その
設定値によっては、呼吸計測の精度が落ちたり、呼気吸
気のモニタ上での認識が困難となる場合があった。
【００１１】さらに、従来の呼吸モニタリングシステム
では、ＲＯＩ内の濃度の変化速度を符号付差分により算
出していたため、ＲＯＩ内で輝度の増加と減少が同面積
となった場合に速度変化がないとして判定されてしま
う。
では、ＲＯＩ内の濃度の変化速度を符号付差分により算
出していたため、ＲＯＩ内で輝度の増加と減少が同面積
となった場合に速度変化がないとして判定されてしま
う。
【００１２】本発明は、かかる従来の問題点を解決する
ためになされたもので、ＲＯＩを自動的に設定できるよ
うにすることにより、監視員等を必要とすることなく、
呼吸計測の長期自動化を可能とし、また、高い測定精度
を維持することができ、さらに、呼気吸気のモニタ上で
の認識も容易に行える呼吸モニタリングの関心領域設定
装置および呼吸モニタリングシステムを得ることを目的
としている。
ためになされたもので、ＲＯＩを自動的に設定できるよ
うにすることにより、監視員等を必要とすることなく、
呼吸計測の長期自動化を可能とし、また、高い測定精度
を維持することができ、さらに、呼気吸気のモニタ上で
の認識も容易に行える呼吸モニタリングの関心領域設定
装置および呼吸モニタリングシステムを得ることを目的
としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明に係る呼吸モニタリングの関心領域設定
装置は、撮像対象を撮像する撮像手段と、前記撮像手段
で得られた画像の時間的変化を画像信号に基づいて抽出
することで画像の変動部分を抽出し、その抽出部分を仮
領域としてその領域を画像上の位置として設定する仮領
域設定手段と、前記仮領域設定手段により設定された仮
領域を呼吸計数のための変動領域として採用できるか否
かを、その仮領域の変動態様が所定の条件を満たすか否
かに基づいて判断する判断手段と、前記判断手段の判断
結果に基づき、前記仮領域を呼吸計測のための変動領域
として採用できる場合に、前記領域を呼吸計数のための
関心領域として画像上の位置として設定する関心領域設
定手段とを備えてなるものである。
ために、本発明に係る呼吸モニタリングの関心領域設定
装置は、撮像対象を撮像する撮像手段と、前記撮像手段
で得られた画像の時間的変化を画像信号に基づいて抽出
することで画像の変動部分を抽出し、その抽出部分を仮
領域としてその領域を画像上の位置として設定する仮領
域設定手段と、前記仮領域設定手段により設定された仮
領域を呼吸計数のための変動領域として採用できるか否
かを、その仮領域の変動態様が所定の条件を満たすか否
かに基づいて判断する判断手段と、前記判断手段の判断
結果に基づき、前記仮領域を呼吸計測のための変動領域
として採用できる場合に、前記領域を呼吸計数のための
関心領域として画像上の位置として設定する関心領域設
定手段とを備えてなるものである。
【００１４】このような構成によれば、監視員等のオペ
レータを必要とすることなく、関心領域を自動設定する
ことができる。
レータを必要とすることなく、関心領域を自動設定する
ことができる。
【００１５】また、本発明に係る呼吸モニタリングの関
心領域設定装置において、前記仮領域設定手段は、少な
くとも呼吸の２分の１周期にわたり所定フレーム毎に撮
像された、複数フレーム画像の所定フレーム毎の差分の
絶対値を求めて、これら差分画像を積算格納するための
差分画像格納手段（例えば、原画像メモリ１１と差分演
算積算回路１２で構成される）と、前記差分画像格納手
段に格納された各差分画像の輝度（変化）情報から変動
領域の位置と大きさを求め、これら変動領域の中で少な
くとも最も大きな領域を仮領域として設定する関心領域
候補設定手段とを備えてなるものである。
心領域設定装置において、前記仮領域設定手段は、少な
くとも呼吸の２分の１周期にわたり所定フレーム毎に撮
像された、複数フレーム画像の所定フレーム毎の差分の
絶対値を求めて、これら差分画像を積算格納するための
差分画像格納手段（例えば、原画像メモリ１１と差分演
算積算回路１２で構成される）と、前記差分画像格納手
段に格納された各差分画像の輝度（変化）情報から変動
領域の位置と大きさを求め、これら変動領域の中で少な
くとも最も大きな領域を仮領域として設定する関心領域
候補設定手段とを備えてなるものである。
【００１６】このような構成によれば、関心領域の候補
として、最も広範囲にわたって変動が認められる一つの
領域を候補とすることができ、ノイズに対しても十分に
測定精度を確保できる領域を候補として挙げることがで
きる。
として、最も広範囲にわたって変動が認められる一つの
領域を候補とすることができ、ノイズに対しても十分に
測定精度を確保できる領域を候補として挙げることがで
きる。
【００１７】さらに、本発明に係る呼吸モニタリングの
関心領域設定装置において、前記仮領域設定手段は、少
なくとも呼吸の２分の１周期にわたり所定フレーム毎に
撮像された、複数フレーム画像の所定フレーム毎の差分
の絶対値を求めて、これら差分画像を積算格納するため
の差分画像格納手段と、前記差分画像格納手段に格納さ
れた各差分画像の輝度（変化）情報から変動領域の位置
と大きさを求め、これら変動領域のなかで最も大きな領
域から順次小さな領域にかけて仮領域として設定する関
心領域候補設定手段（例えば候補領域抽出部１３により
構成される）とを備えてなるものである。
関心領域設定装置において、前記仮領域設定手段は、少
なくとも呼吸の２分の１周期にわたり所定フレーム毎に
撮像された、複数フレーム画像の所定フレーム毎の差分
の絶対値を求めて、これら差分画像を積算格納するため
の差分画像格納手段と、前記差分画像格納手段に格納さ
れた各差分画像の輝度（変化）情報から変動領域の位置
と大きさを求め、これら変動領域のなかで最も大きな領
域から順次小さな領域にかけて仮領域として設定する関
心領域候補設定手段（例えば候補領域抽出部１３により
構成される）とを備えてなるものである。
【００１８】このような構成によれば、大きな領域が関
心領域設定に使用されなかった場合に、次の候補を呼び
出すことにより、再度仮領域設定処理を行う必要がな
く、処理の効率化を図ることができる。
心領域設定に使用されなかった場合に、次の候補を呼び
出すことにより、再度仮領域設定処理を行う必要がな
く、処理の効率化を図ることができる。
【００１９】また、本発明に係る呼吸モニタリングの関
心領域設定装置において、前記判断手段は、仮領域設定
手段により設定された仮領域において、少なくとも、濃
度値毎の画素数の分布を示す濃度値ヒストグラムが、設
定値以上の高さの２峰性を示すか否かを判断するもので
ある。本発明の実施の形態においては、前記判断手段は
ＲＯＩ適正判断部１４で構成される。また、前記設定値
はノイズに対し２峰性のピークが検出可能な値に設定さ
れる。
心領域設定装置において、前記判断手段は、仮領域設定
手段により設定された仮領域において、少なくとも、濃
度値毎の画素数の分布を示す濃度値ヒストグラムが、設
定値以上の高さの２峰性を示すか否かを判断するもので
ある。本発明の実施の形態においては、前記判断手段は
ＲＯＩ適正判断部１４で構成される。また、前記設定値
はノイズに対し２峰性のピークが検出可能な値に設定さ
れる。
【００２０】このような構成によれば、濃度値ヒストグ
ラムが設定値以上の高低差を有することを条件とするこ
とにより、関心領域候補の中から、その領域内でコント
ラスト差が十分に検出でき、光学的な測定精度を十分に
得ることができる関心領域を選択することができる。さ
らに、この場合、前記２峰性が示されることをも条件と
しているので、さらに測定精度維持の信頼性を高めるこ
とができる。
ラムが設定値以上の高低差を有することを条件とするこ
とにより、関心領域候補の中から、その領域内でコント
ラスト差が十分に検出でき、光学的な測定精度を十分に
得ることができる関心領域を選択することができる。さ
らに、この場合、前記２峰性が示されることをも条件と
しているので、さらに測定精度維持の信頼性を高めるこ
とができる。
【００２１】また、本発明に係る呼吸モニタリングの関
心領域設定装置において、前記判断手段（ＲＯＩ適正判
断部１４）は、さらに、前記変動領域面積値が所定値以
上であるか否かを判断するものである。
心領域設定装置において、前記判断手段（ＲＯＩ適正判
断部１４）は、さらに、前記変動領域面積値が所定値以
上であるか否かを判断するものである。
【００２２】このような構成によれば、ノイズに対して
も十分に測定精度を確保できる関心領域を選択すること
ができると共に、例えばモニタ上での呼気吸気の変動観
測が認識し易くなる。
も十分に測定精度を確保できる関心領域を選択すること
ができると共に、例えばモニタ上での呼気吸気の変動観
測が認識し易くなる。
【００２３】また、本発明に係る呼吸モニタリングの関
心領域設定装置は、前記判断手段（ＲＯＩ適正判断部１
４）が、前記仮領域設定手段により設定された仮領域を
呼吸計数のための変動領域として採用できないと判断し
た場合は、前記仮領域設定手段が再度仮領域設定を行う
ようにしたものである。
心領域設定装置は、前記判断手段（ＲＯＩ適正判断部１
４）が、前記仮領域設定手段により設定された仮領域を
呼吸計数のための変動領域として採用できないと判断し
た場合は、前記仮領域設定手段が再度仮領域設定を行う
ようにしたものである。
【００２４】このような構成によれば、関心領域設定が
行われるまで、その処理が繰り返されることとなり、関
心領域設定の信頼性を向上させることができる。
行われるまで、その処理が繰り返されることとなり、関
心領域設定の信頼性を向上させることができる。
【００２５】また、本発明に係る呼吸モニタリングの関
心領域設定装置は、前記関心領域設定を開始する条件と
して、前記撮像対象が前記撮像手段の視野内に入ったこ
とを、検出するための関心領域設定開始条件判断手段
（例えば、撮像対象検出部４０）を更に備えたものであ
る。
心領域設定装置は、前記関心領域設定を開始する条件と
して、前記撮像対象が前記撮像手段の視野内に入ったこ
とを、検出するための関心領域設定開始条件判断手段
（例えば、撮像対象検出部４０）を更に備えたものであ
る。
【００２６】このような構成によれば、撮像対象であ
る、人がベッド等から一度離れた場合でも、その後にお
いてベッドに戻ると再度関心領域が自動的に設定される
こととなり、呼吸モニタリングが自動的に継続可能とな
る。
る、人がベッド等から一度離れた場合でも、その後にお
いてベッドに戻ると再度関心領域が自動的に設定される
こととなり、呼吸モニタリングが自動的に継続可能とな
る。
【００２７】また、本発明に係る呼吸モニタリングシス
テムは、撮像対象を撮像する撮像手段と、前記撮像手段
により撮像された撮像画像の時間的変動部分を抽出し、
その変動態様が所定の条件を具備することを条件とし
て、その変動部分の画像上の位置を呼吸計数を行う関心
領域として画像上の位置として設定するための手段と、
前記手段により設定された関心領域において、前記撮像
手段により撮像される所定数のフレーム毎に差分の絶対
値を求めて積算する変動検出手段と、前記変動検出手段
により求められた変動の時系列上のトレンドに基づいて
呼吸数を計数する計数手段とを備えてなるものである。
テムは、撮像対象を撮像する撮像手段と、前記撮像手段
により撮像された撮像画像の時間的変動部分を抽出し、
その変動態様が所定の条件を具備することを条件とし
て、その変動部分の画像上の位置を呼吸計数を行う関心
領域として画像上の位置として設定するための手段と、
前記手段により設定された関心領域において、前記撮像
手段により撮像される所定数のフレーム毎に差分の絶対
値を求めて積算する変動検出手段と、前記変動検出手段
により求められた変動の時系列上のトレンドに基づいて
呼吸数を計数する計数手段とを備えてなるものである。
【００２８】このような構成によれば、所定数のフレー
ム毎に差分の絶対値を求めて積算することにより、関心
領域内で輝度の増加と減少が同面積で行われた場合に
も、変動を正確に検出することができ、従来、変動が検
出されなかったことに基づく誤計測を防止できる。
ム毎に差分の絶対値を求めて積算することにより、関心
領域内で輝度の増加と減少が同面積で行われた場合に
も、変動を正確に検出することができ、従来、変動が検
出されなかったことに基づく誤計測を防止できる。
【００２９】また、本発明に係る呼吸モニタリングシス
テムは、前記時系列上のトレンドの周波数解析に基づい
て呼吸状態が正常か否かを判定する状態判定手段を備え
てなるものである。
テムは、前記時系列上のトレンドの周波数解析に基づい
て呼吸状態が正常か否かを判定する状態判定手段を備え
てなるものである。
【００３０】このような構成によれば、トレンドが雑音
等に基づいて発生する場合と、正常な呼吸により発生し
ている場合とを識別判断することができ、呼吸モニタリ
ングの信頼性を高めることができる。
等に基づいて発生する場合と、正常な呼吸により発生し
ている場合とを識別判断することができ、呼吸モニタリ
ングの信頼性を高めることができる。
【００３１】また、本発明に係る呼吸モニタリングシス
テムは、撮像画像の明度分布の時間的変化に基づいて、
前記撮像対象が撮像範囲から外れたことを判断する撮像
対象の存否判断手段を備えてなるものである。
テムは、撮像画像の明度分布の時間的変化に基づいて、
前記撮像対象が撮像範囲から外れたことを判断する撮像
対象の存否判断手段を備えてなるものである。
【００３２】このような構成によれば、呼吸モニタリン
グが開始された後、撮像対象である例えば被撮像対象者
が離床徘徊等により被撮像領域から離れた場合、ベッド
等から落下した場合等を判断でき呼吸モニタリングの信
頼性を高めることができる。
グが開始された後、撮像対象である例えば被撮像対象者
が離床徘徊等により被撮像領域から離れた場合、ベッド
等から落下した場合等を判断でき呼吸モニタリングの信
頼性を高めることができる。
【００３３】また、本発明に係る呼吸モニタリングシス
テムにおいて、前記呼吸数を計数する計数手段は前記時
系列上のトレンドの変化において生じるピークの数を計
数することで行い、ピークの検出には各ピーク毎に設定
される閾値が設けられるものである。
テムにおいて、前記呼吸数を計数する計数手段は前記時
系列上のトレンドの変化において生じるピークの数を計
数することで行い、ピークの検出には各ピーク毎に設定
される閾値が設けられるものである。
【００３４】このような構成によれば、呼吸数を信頼性
良く計数することができる。すなわち、トレンドに生じ
るピークの大きさには変動が生じるが、このような場
合、一定の閾値でピークを計数するようにしたのでは、
閾値より小さなピークが生じた場合にこのピークを計数
できなくなる。そこで、ピークの大きさに応じて閾値を
定めることにより、ピークの大きさの変動に関わらず、
ピークの数を正確に計数することができる。
良く計数することができる。すなわち、トレンドに生じ
るピークの大きさには変動が生じるが、このような場
合、一定の閾値でピークを計数するようにしたのでは、
閾値より小さなピークが生じた場合にこのピークを計数
できなくなる。そこで、ピークの大きさに応じて閾値を
定めることにより、ピークの大きさの変動に関わらず、
ピークの数を正確に計数することができる。
【００３５】さらに、本発明に係る呼吸モニタリングシ
ステムは、前記変動検出手段により求められた積算値ま
たは前記計数手段により計数された呼吸数に基づいて、
前記フレーム間隔の所定数を濃度変化が強調されるよう
に設定するフレーム間隔設定手段（フレーム間隔設定部
２８）を備えてなるものである。
ステムは、前記変動検出手段により求められた積算値ま
たは前記計数手段により計数された呼吸数に基づいて、
前記フレーム間隔の所定数を濃度変化が強調されるよう
に設定するフレーム間隔設定手段（フレーム間隔設定部
２８）を備えてなるものである。
【００３６】このような構成によれば、測定精度を高め
ることができると共に、例えばモニタ上での変動観測が
認識し易くなる。
ることができると共に、例えばモニタ上での変動観測が
認識し易くなる。
【００３７】また、本発明に係る呼吸モニタリングシス
テムにおいて、前記撮像手段により撮像された撮像画像
において呼吸計数を行う関心領域を設定するための手段
は、上述した本発明に係る呼吸モニタリングシステムの
関心領域設定装置（ＲＯＩ設定部１０）を用いてなるも
のである。
テムにおいて、前記撮像手段により撮像された撮像画像
において呼吸計数を行う関心領域を設定するための手段
は、上述した本発明に係る呼吸モニタリングシステムの
関心領域設定装置（ＲＯＩ設定部１０）を用いてなるも
のである。
【００３８】このような構成によれば、呼吸モニタを関
心領域の設定から全て自動的に行うことができ、呼吸モ
ニタリングを監視員を必要とすることなく、長期にわた
って行うことができる。
心領域の設定から全て自動的に行うことができ、呼吸モ
ニタリングを監視員を必要とすることなく、長期にわた
って行うことができる。
【００３９】更に、本発明に係る呼吸モニタリングシス
テムにおいては、前記仮領域設定手段又は、前記仮領域
設定手段及び判断手段は、呼吸数の計数中にも動作する
ようにしたものである。
テムにおいては、前記仮領域設定手段又は、前記仮領域
設定手段及び判断手段は、呼吸数の計数中にも動作する
ようにしたものである。
【００４０】このような構成によれば、例えば、呼吸計
数中に、ＲＯＩを再設定する必要が生じた場合に、直ち
にその再設定が可能となり、呼吸モニタリングが長時間
に渡って中断されることがない。
数中に、ＲＯＩを再設定する必要が生じた場合に、直ち
にその再設定が可能となり、呼吸モニタリングが長時間
に渡って中断されることがない。
【００４１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。 実施の形態１．図１は、実施の形態に係る呼吸のモニタ
リングシステムの全体構成を示すブロック図である。こ
のモニタリングシステムは、介護されている老人や患者
である撮像対象の胸部付近を撮像するＣＣＤカメラ２
と、このＣＣＤカメラ２の出力側に接続され、ＲＯＩ設
定を行うためのＲＯＩ設定部１０と、ＲＯＩ設定部１０
の出力側に接続されると共に、ＣＣＤカメラ２の出力側
に接続され、ＲＯＩ設定部１０により設定されたＲＯＩ
において呼吸数の計測を行うための呼吸数計測部２０
と、呼吸数計測部２０の出力側に接続され、呼吸数に異
常がある場合を判断する異常判断部３０と、異常判断部
３０の出力側に接続されると共に、ＣＣＤカメラ２の出
力側に接続され、撮像対象を検出するための撮像対象検
出部４０とを備えてなる。
を用いて説明する。 実施の形態１．図１は、実施の形態に係る呼吸のモニタ
リングシステムの全体構成を示すブロック図である。こ
のモニタリングシステムは、介護されている老人や患者
である撮像対象の胸部付近を撮像するＣＣＤカメラ２
と、このＣＣＤカメラ２の出力側に接続され、ＲＯＩ設
定を行うためのＲＯＩ設定部１０と、ＲＯＩ設定部１０
の出力側に接続されると共に、ＣＣＤカメラ２の出力側
に接続され、ＲＯＩ設定部１０により設定されたＲＯＩ
において呼吸数の計測を行うための呼吸数計測部２０
と、呼吸数計測部２０の出力側に接続され、呼吸数に異
常がある場合を判断する異常判断部３０と、異常判断部
３０の出力側に接続されると共に、ＣＣＤカメラ２の出
力側に接続され、撮像対象を検出するための撮像対象検
出部４０とを備えてなる。
【００４２】撮像対象検出部４０は、ＲＯＩ設定時に撮
像対象が画面に入ることを、画像上の大きな変位を一定
時間継続して検出することにより検出し、この検出信号
をトリガとしてＲＯＩ設定部１０を起動する。また、撮
像対象が一時的にベッド等から離れたときに、異常判断
部３０が計測数に異常を判断するので、この判断信号に
基づいて、再度撮像対象がベッドに戻るのを検出し、か
かる場合に再度ＲＯＩ設定部１０を起動するためにも用
いられる。
像対象が画面に入ることを、画像上の大きな変位を一定
時間継続して検出することにより検出し、この検出信号
をトリガとしてＲＯＩ設定部１０を起動する。また、撮
像対象が一時的にベッド等から離れたときに、異常判断
部３０が計測数に異常を判断するので、この判断信号に
基づいて、再度撮像対象がベッドに戻るのを検出し、か
かる場合に再度ＲＯＩ設定部１０を起動するためにも用
いられる。
【００４３】図２は、モニタリングシステムの全体動作
を示すフローチャートである。以下、図２に従ってモニ
タリングシステムの全体動作を説明する。まず、ステッ
プＳ１１において、システムを起動すると、ステップＳ
１２において撮像対象検出部４０が撮像対象の所在検出
を行う。所在検出が行われるとステップＳ１３におい
て、ＲＯＩ設定部１０によるＲＯＩ設定が行われる。こ
のＲＯＩ設定には、ＲＯＩの候補設定と、その有効、無
効が判断される。ＲＯＩの候補設定が無効の場合は、ス
テップＳ１２の所在検出に戻り、得られたＲＯＩ候補が
有効となるまで上記動作が繰り返される。
を示すフローチャートである。以下、図２に従ってモニ
タリングシステムの全体動作を説明する。まず、ステッ
プＳ１１において、システムを起動すると、ステップＳ
１２において撮像対象検出部４０が撮像対象の所在検出
を行う。所在検出が行われるとステップＳ１３におい
て、ＲＯＩ設定部１０によるＲＯＩ設定が行われる。こ
のＲＯＩ設定には、ＲＯＩの候補設定と、その有効、無
効が判断される。ＲＯＩの候補設定が無効の場合は、ス
テップＳ１２の所在検出に戻り、得られたＲＯＩ候補が
有効となるまで上記動作が繰り返される。
【００４４】ＲＯＩの候補設定が有効と判断された場合
は、ステップＳ１４に進み、呼吸計数が行われる。そし
て、ステップＳ１５において、呼吸数や体動に異常があ
ると判断された場合は、撮像対象がベッドを離れた可能
性があるとして、所在検出に戻り、所定の場合はアラー
ムを発生する。
は、ステップＳ１４に進み、呼吸計数が行われる。そし
て、ステップＳ１５において、呼吸数や体動に異常があ
ると判断された場合は、撮像対象がベッドを離れた可能
性があるとして、所在検出に戻り、所定の場合はアラー
ムを発生する。
【００４５】図３は、モニタリングシステムのＲＯＩ設
定部１０と呼吸数計測部２０を詳細に示すブロック図で
ある。ＲＯＩ設定部１０は、波形整形処理等を行う前処
理回路６の出力側に接続され、ＣＣＤカメラ２より得ら
れる画像を呼吸周期の２分の１の時間にわたって取り込
む原画像メモリ１１と、原画像メモリ１１の出力側に接
続され、これら原画像メモリ１１に格納された画像の変
化部分を抽出するための差分演算積算回路１２と、差分
演算積算回路１２の出力側に接続され、積算回路１２に
より得られた積算された画像に対してラベリング処理を
行ってＲＯＩの候補領域を抽出するための候補領域抽出
部１３と、候補領域抽出部１３と原画像メモリ１１の出
力側に接続され、抽出部１３により抽出された領域（仮
領域）がＲＯＩとして使用できるか否かを判断するため
のＲＯＩ適正判断部１４と、ＲＯＩ適正判断部１４の出
力側に接続され、判断部１４によりＲＯＩに適正と判断
された仮領域をＲＯＩとして設定するＲＯＩ設定格納部
１５とを備えている。なお、これらの図示しない動作制
御部が図１に示した撮像対象検出部４０の出力に接続さ
れている。
定部１０と呼吸数計測部２０を詳細に示すブロック図で
ある。ＲＯＩ設定部１０は、波形整形処理等を行う前処
理回路６の出力側に接続され、ＣＣＤカメラ２より得ら
れる画像を呼吸周期の２分の１の時間にわたって取り込
む原画像メモリ１１と、原画像メモリ１１の出力側に接
続され、これら原画像メモリ１１に格納された画像の変
化部分を抽出するための差分演算積算回路１２と、差分
演算積算回路１２の出力側に接続され、積算回路１２に
より得られた積算された画像に対してラベリング処理を
行ってＲＯＩの候補領域を抽出するための候補領域抽出
部１３と、候補領域抽出部１３と原画像メモリ１１の出
力側に接続され、抽出部１３により抽出された領域（仮
領域）がＲＯＩとして使用できるか否かを判断するため
のＲＯＩ適正判断部１４と、ＲＯＩ適正判断部１４の出
力側に接続され、判断部１４によりＲＯＩに適正と判断
された仮領域をＲＯＩとして設定するＲＯＩ設定格納部
１５とを備えている。なお、これらの図示しない動作制
御部が図１に示した撮像対象検出部４０の出力に接続さ
れている。
【００４６】また、呼吸数計測部２０は、前処理回路６
の出力側に接続されると共に、ＲＯＩ設定格納部１５の
出力側に接続され、ＣＣＤカメラ２より得られる画像デ
ータのうちＲＯＩ内にある画像データのみを抽出するＲ
ＯＩ画像抽出部２１と、ＲＯＩ画像抽出部２１の出力側
に接続され、ｎ個のフレーム画像についてＲＯＩ画像デ
ータを格納する前フレームメモリ２２と、ＲＯＩ画像抽
出部２１の出力側に接続されると共に、後述するフレー
ムメモリ選択部２３の出力側に接続され、αフレームだ
け離れた画像間で画像差分を行うための画像差分部２４
と、画像差分部２４の出力側に接続され、画像差分部２
４で得られた値を面積分する面積分部２５とを備える。
の出力側に接続されると共に、ＲＯＩ設定格納部１５の
出力側に接続され、ＣＣＤカメラ２より得られる画像デ
ータのうちＲＯＩ内にある画像データのみを抽出するＲ
ＯＩ画像抽出部２１と、ＲＯＩ画像抽出部２１の出力側
に接続され、ｎ個のフレーム画像についてＲＯＩ画像デ
ータを格納する前フレームメモリ２２と、ＲＯＩ画像抽
出部２１の出力側に接続されると共に、後述するフレー
ムメモリ選択部２３の出力側に接続され、αフレームだ
け離れた画像間で画像差分を行うための画像差分部２４
と、画像差分部２４の出力側に接続され、画像差分部２
４で得られた値を面積分する面積分部２５とを備える。
【００４７】さらに、呼吸数計測部２０は、面積分部２
５の出力側に接続され、上述の画像差分を時系列的に行
って得られる面積分値を時系列データとして所定時間に
わたって記憶する時系列データ記憶部２６と、このデー
タ記憶部２６に記憶されたデータに基づいて呼吸数を演
算出力する呼吸数演算部２７と、呼吸数演算部２７の出
力側に接続され、演算部２７の演算結果に基づいて画像
差分部２４で差分を行うフレーム間隔（α）を設定する
フレーム間隔設定部２８と、この設定部２８の出力側に
接続され、現在得られた画像からα間隔前のフレーム画
像を前フレームメモリ２２から選択し、画像差分部２４
に出力するフレームメモリ選択部２３とを備えている。
５の出力側に接続され、上述の画像差分を時系列的に行
って得られる面積分値を時系列データとして所定時間に
わたって記憶する時系列データ記憶部２６と、このデー
タ記憶部２６に記憶されたデータに基づいて呼吸数を演
算出力する呼吸数演算部２７と、呼吸数演算部２７の出
力側に接続され、演算部２７の演算結果に基づいて画像
差分部２４で差分を行うフレーム間隔（α）を設定する
フレーム間隔設定部２８と、この設定部２８の出力側に
接続され、現在得られた画像からα間隔前のフレーム画
像を前フレームメモリ２２から選択し、画像差分部２４
に出力するフレームメモリ選択部２３とを備えている。
【００４８】図４は、ＲＯＩ設定部１０の動作を示すフ
ローチャートである。以下、このフローチャートに従っ
て、ＲＯＩ設定部１０の動作について説明する。まず、
ステップＳ２１においては、呼吸周期の２分の１の時間
にわたって、ＣＣＤカメラ２からの画像を原画像メモリ
１１に格納する。ステップＳ２２では、差分演算積算回
路１２が所定の差分間隔（例えば１フレーム）で差分を
行い、差分の絶対値より得られる変化情報を積算する。
この積算された変化情報を図５に例示している。図５に
おいては、暗く示された複数の部分が呼吸周期の２分の
１の時間において変動の認められた画像部分を示してい
る。ステップＳ２３では、図５で示される画像変化情報
に対して、候補領域抽出部１３がラベリング処理を行っ
て、ラベル毎の面積値とその面積を包括する矩形情報を
算出し、ＲＯＩ候補を設定する。
ローチャートである。以下、このフローチャートに従っ
て、ＲＯＩ設定部１０の動作について説明する。まず、
ステップＳ２１においては、呼吸周期の２分の１の時間
にわたって、ＣＣＤカメラ２からの画像を原画像メモリ
１１に格納する。ステップＳ２２では、差分演算積算回
路１２が所定の差分間隔（例えば１フレーム）で差分を
行い、差分の絶対値より得られる変化情報を積算する。
この積算された変化情報を図５に例示している。図５に
おいては、暗く示された複数の部分が呼吸周期の２分の
１の時間において変動の認められた画像部分を示してい
る。ステップＳ２３では、図５で示される画像変化情報
に対して、候補領域抽出部１３がラベリング処理を行っ
て、ラベル毎の面積値とその面積を包括する矩形情報を
算出し、ＲＯＩ候補を設定する。
【００４９】なお、この実施の形態では、ＲＯＩ候補は
面積値の大きいラベルから小さいラベルへと、複数のＲ
ＯＩ候補を準備するようにしているが、最も大きい面積
値のラベルのみを候補として得るようにし、後述するＲ
ＯＩ適正判断で適正でないとされた場合は、ステップＳ
２１に戻り、再度ＲＯＩ候補の設定処理を行うようにし
ても良い。
面積値の大きいラベルから小さいラベルへと、複数のＲ
ＯＩ候補を準備するようにしているが、最も大きい面積
値のラベルのみを候補として得るようにし、後述するＲ
ＯＩ適正判断で適正でないとされた場合は、ステップＳ
２１に戻り、再度ＲＯＩ候補の設定処理を行うようにし
ても良い。
【００５０】ステップＳ２４においては、ＲＯＩ適正判
断部１４によるＲＯＩ適正判断が行われる。この適正判
断は、まず、第１候補において設定された矩形情報よ
り、その位置と大きさに係る原画像データを原画像メモ
リ１１より得て、濃度値毎の画素数の分布を示す濃度値
ヒストグラムを得る。濃度値は２５５階調により定めら
れており、得られる濃度値ヒストグラムの例を図６に示
す。この濃度値ヒストグラムにおいて、設定値以上の高
さの２峰性が認められるか否か、かつ、候補として挙げ
られた領域（矩形）面積が所定値以上あるか否かが判断
される。この条件が満たされない場合は、この実施の形
態では上述したように、第２候補が次のＲＯＩ候補とし
て、その適否が判断される。
断部１４によるＲＯＩ適正判断が行われる。この適正判
断は、まず、第１候補において設定された矩形情報よ
り、その位置と大きさに係る原画像データを原画像メモ
リ１１より得て、濃度値毎の画素数の分布を示す濃度値
ヒストグラムを得る。濃度値は２５５階調により定めら
れており、得られる濃度値ヒストグラムの例を図６に示
す。この濃度値ヒストグラムにおいて、設定値以上の高
さの２峰性が認められるか否か、かつ、候補として挙げ
られた領域（矩形）面積が所定値以上あるか否かが判断
される。この条件が満たされない場合は、この実施の形
態では上述したように、第２候補が次のＲＯＩ候補とし
て、その適否が判断される。
【００５１】そして、ステップＳ２５においては、ステ
ップＳ２４において判断条件が満たされた場合に、ＲＯ
Ｉ設定格納部１５にそのＲＯＩ位置と矩形の大きさが格
納され、ＲＯＩ領域が設定される。一方、判断条件が満
たされなかった場合は、ステップＳ２１に戻り、再度Ｒ
ＯＩ設定の処理が行われる。
ップＳ２４において判断条件が満たされた場合に、ＲＯ
Ｉ設定格納部１５にそのＲＯＩ位置と矩形の大きさが格
納され、ＲＯＩ領域が設定される。一方、判断条件が満
たされなかった場合は、ステップＳ２１に戻り、再度Ｒ
ＯＩ設定の処理が行われる。
【００５２】以上のようにして、ＲＯＩ設定が行われる
と、次に、このＲＯＩを用いて、呼吸計数が呼吸数計測
部２０において行われる。図７は呼吸数計測部２０の動
作を示すフローチャートである。以下、このフローチャ
ートに従って、呼吸数計測部２０の動作について説明す
る。まず、ステップＳ３１では、設定されたＲＯＩにお
いて、ＣＣＤカメラ２よりイメージデータが入力され、
前フレームメモリ２２に格納される。次に、ステップＳ
３２においては、画像差分部２４において、画像差分が
行われ、画素ごとの差分の絶対値が得られ、これがステ
ップＳ３３において面積分される。この面積分は面積分
部２５で行われる。以上の処理はステップＳ３４に示さ
れるように、時系列的に行われ、その間に得られたデー
タが時系列データ記憶部２６に格納され、この格納され
た時系列データに基づいて、呼吸数演算部がステップＳ
３５において、呼吸数計数を行う。
と、次に、このＲＯＩを用いて、呼吸計数が呼吸数計測
部２０において行われる。図７は呼吸数計測部２０の動
作を示すフローチャートである。以下、このフローチャ
ートに従って、呼吸数計測部２０の動作について説明す
る。まず、ステップＳ３１では、設定されたＲＯＩにお
いて、ＣＣＤカメラ２よりイメージデータが入力され、
前フレームメモリ２２に格納される。次に、ステップＳ
３２においては、画像差分部２４において、画像差分が
行われ、画素ごとの差分の絶対値が得られ、これがステ
ップＳ３３において面積分される。この面積分は面積分
部２５で行われる。以上の処理はステップＳ３４に示さ
れるように、時系列的に行われ、その間に得られたデー
タが時系列データ記憶部２６に格納され、この格納され
た時系列データに基づいて、呼吸数演算部がステップＳ
３５において、呼吸数計数を行う。
【００５３】図８は、面積分部２５で得られた時系列デ
ータをリアルタイムで示した図である。この図は、差分
の絶対値による呼吸の速さを示すもので、後述の差分間
隔αに関して説明するように、ノイズによるグラフへの
影響にもかかわらず、呼気吸気を示す二個一組の峰が高
く、変化が強調されている。
ータをリアルタイムで示した図である。この図は、差分
の絶対値による呼吸の速さを示すもので、後述の差分間
隔αに関して説明するように、ノイズによるグラフへの
影響にもかかわらず、呼気吸気を示す二個一組の峰が高
く、変化が強調されている。
【００５４】ここで、呼吸数は閾値ＳＨを一定として、
この閾値ＳＨを越えたピークの数を計数することによ
り、計数される。
この閾値ＳＨを越えたピークの数を計数することによ
り、計数される。
【００５５】ステップＳ３６では、得られた呼吸数に基
づいて、面積分の変化（濃度値変化）が最も強調される
ように、フレーム間隔設定部２８がフレーム間隔である
差分間隔αを自動設定し、フレームメモリ選択部２３に
出力する。この差分間隔αに基づいて、フレームメモリ
選択部２３は、現在の画像に対し、αフレームだけ前の
フレーム画像が格納されているフレームメモリを選択
し、画像差分部２４にそのデータを出力させる。
づいて、面積分の変化（濃度値変化）が最も強調される
ように、フレーム間隔設定部２８がフレーム間隔である
差分間隔αを自動設定し、フレームメモリ選択部２３に
出力する。この差分間隔αに基づいて、フレームメモリ
選択部２３は、現在の画像に対し、αフレームだけ前の
フレーム画像が格納されているフレームメモリを選択
し、画像差分部２４にそのデータを出力させる。
【００５６】なお、αは濃度値変化が最も強調されるよ
う、例えば呼吸周期の半周期に相当するフレーム間隔が
選択される。従って、また、前フレームメモリ２２で格
納されるフレーム数は、このようなことを考慮し、単位
時間当りのフレーム数と呼吸周期とから適当な数が選択
されて準備される。画像差分に使われたデータを格納し
ていた前フレームメモリは次の画像データの格納に使用
される。上述のように、呼吸周期（呼吸数）に基づいて
αを定める場合において、面積分の変化を同じ比率で表
すために、得られた面積分の変化に１／αを乗じるよう
にしても良い。
う、例えば呼吸周期の半周期に相当するフレーム間隔が
選択される。従って、また、前フレームメモリ２２で格
納されるフレーム数は、このようなことを考慮し、単位
時間当りのフレーム数と呼吸周期とから適当な数が選択
されて準備される。画像差分に使われたデータを格納し
ていた前フレームメモリは次の画像データの格納に使用
される。上述のように、呼吸周期（呼吸数）に基づいて
αを定める場合において、面積分の変化を同じ比率で表
すために、得られた面積分の変化に１／αを乗じるよう
にしても良い。
【００５７】実施の形態２．以上に説明した実施の形態
１において、呼吸数計測部２０はＲＯＩ設定部１０によ
り設定されたＲＯＩにより呼吸数を計測するようにした
が、この場合、ＲＯＩ設定部１０は呼吸計測部２０によ
る呼吸数の計測中にも、常時、新たなＲＯＩの設定を行
うための準備動作をするようにしても良い。この場合
は、図９に示されように、ＲＯＩ適正判断部１４Ａに一
時記憶部１４ａを設け、ＲＯＩ適正判断が成される毎に
そのＲＯＩを一時記憶部１４ａに記憶しておき、例えば
異常判断部３０より異常が判断された場合に、直ちに、
一時記憶部１４ａに記憶されたＲＯＩをＲＯＩ設定格納
部１５に設定されているＲＯＩに代えて再設定するよう
にする。このようにすれば、ＲＯＩ設定のための時間に
より呼吸計数が中断されることなく、再度の呼吸計数を
直ちに開始することができる。そして、再度の呼吸計数
によっても異常が判断されるような場合は、ＲＯＩ設定
に基づく異常でないことが直ちに判断され、迅速な対処
を得ることができる。
１において、呼吸数計測部２０はＲＯＩ設定部１０によ
り設定されたＲＯＩにより呼吸数を計測するようにした
が、この場合、ＲＯＩ設定部１０は呼吸計測部２０によ
る呼吸数の計測中にも、常時、新たなＲＯＩの設定を行
うための準備動作をするようにしても良い。この場合
は、図９に示されように、ＲＯＩ適正判断部１４Ａに一
時記憶部１４ａを設け、ＲＯＩ適正判断が成される毎に
そのＲＯＩを一時記憶部１４ａに記憶しておき、例えば
異常判断部３０より異常が判断された場合に、直ちに、
一時記憶部１４ａに記憶されたＲＯＩをＲＯＩ設定格納
部１５に設定されているＲＯＩに代えて再設定するよう
にする。このようにすれば、ＲＯＩ設定のための時間に
より呼吸計数が中断されることなく、再度の呼吸計数を
直ちに開始することができる。そして、再度の呼吸計数
によっても異常が判断されるような場合は、ＲＯＩ設定
に基づく異常でないことが直ちに判断され、迅速な対処
を得ることができる。
【００５８】実施の形態３．また、以上に説明した実施
の形態１において、呼吸数演算部２７は図８に示したよ
うに、一定の閾値ＳＨによりピークの数を計測するよう
にしたが、閾値をピーク毎に変動して設けるようにして
も良い。図１０はこの場合の呼吸数演算部の構成例を示
すブロック図であり、この場合の呼吸数演算部２７Ａ
は、時系列データ記憶部２６（図３）の出力に接続され
た微分回路２７ａ及びホールド回路２７ｂと、ホールド
回路２７ｂの出力及び時系列データ記憶部２６の出力に
接続された減算器７ｃと、所定の値が設定された設定器
２７ｅと、減算器２７ｃの出力及び設定器２７ｅの出力
に接続された比較器２７ｄと、比較器２７ｄの出力に接
続されたカウンタ２７ｆとを備えて構成される。
の形態１において、呼吸数演算部２７は図８に示したよ
うに、一定の閾値ＳＨによりピークの数を計測するよう
にしたが、閾値をピーク毎に変動して設けるようにして
も良い。図１０はこの場合の呼吸数演算部の構成例を示
すブロック図であり、この場合の呼吸数演算部２７Ａ
は、時系列データ記憶部２６（図３）の出力に接続され
た微分回路２７ａ及びホールド回路２７ｂと、ホールド
回路２７ｂの出力及び時系列データ記憶部２６の出力に
接続された減算器７ｃと、所定の値が設定された設定器
２７ｅと、減算器２７ｃの出力及び設定器２７ｅの出力
に接続された比較器２７ｄと、比較器２７ｄの出力に接
続されたカウンタ２７ｆとを備えて構成される。
【００５９】以上の構成において、微分回路２７ａは時
系列データの微分計数を算出することで、そのピークを
検出して、ホールド回路２７ｂにその時の値（ピーク
値）をホールドさせる。減算器２７ｃはこのホールド値
とその後の時系列データとの差を演算し、その減算値を
比較器２７ｄに出力する。比較器２７ｄはその減算値が
設定器２７ｅに設定されている設定値と比較し、減算値
が大きくなった場合に出力を行う。カウンタ２７ｆはこ
の出力の数を計数することで、ピークの数を計数するこ
とができる。
系列データの微分計数を算出することで、そのピークを
検出して、ホールド回路２７ｂにその時の値（ピーク
値）をホールドさせる。減算器２７ｃはこのホールド値
とその後の時系列データとの差を演算し、その減算値を
比較器２７ｄに出力する。比較器２７ｄはその減算値が
設定器２７ｅに設定されている設定値と比較し、減算値
が大きくなった場合に出力を行う。カウンタ２７ｆはこ
の出力の数を計数することで、ピークの数を計数するこ
とができる。
【００６０】そして、このような呼吸数演算部２７Ａに
よれば、ピーク値が変動した場合に、その閾値を変動さ
せてピークを検出していることになるので、ピークの大
きさの大小に関わらずピークの数を正確に計数すること
ができる。
よれば、ピーク値が変動した場合に、その閾値を変動さ
せてピークを検出していることになるので、ピークの大
きさの大小に関わらずピークの数を正確に計数すること
ができる。
【００６１】実施の形態４．更に、上述した実施の形態
１では、異常判断部３０は呼吸数演算部２７により計数
された呼吸数のみに基づいて異常を判断するようにし
た。しかしながら、体動によりＲＯＩが本来の設定位置
から外れたり、或いはノイズの影響を受けて、本来の呼
吸（呼吸動作）を正常に計測していない場合もあり得
る。そこで、呼吸を正常に計測しているか否かを判断す
るため、時系列データの周波数スペクトラムを得て、こ
れを正常に計測される呼吸の周波数スペクトラムと比較
するようにすることもできる。この場合、周波数スペク
トラムを統計学の検定を用いて比較するようにすること
もできる。
１では、異常判断部３０は呼吸数演算部２７により計数
された呼吸数のみに基づいて異常を判断するようにし
た。しかしながら、体動によりＲＯＩが本来の設定位置
から外れたり、或いはノイズの影響を受けて、本来の呼
吸（呼吸動作）を正常に計測していない場合もあり得
る。そこで、呼吸を正常に計測しているか否かを判断す
るため、時系列データの周波数スペクトラムを得て、こ
れを正常に計測される呼吸の周波数スペクトラムと比較
するようにすることもできる。この場合、周波数スペク
トラムを統計学の検定を用いて比較するようにすること
もできる。
【００６２】図１１はこのような構成例を示すブロック
図であり、時系列データ記憶部２６の出力側に、新たに
ＦＦＴ部（高速フーリエ変換部）５１を設け、このＦＦ
Ｔ部５１より得られる周波数スペクトラムと、周波数ス
ペクトラム設定部５３に設定された正常な周波数スペク
トラムとを、比較部５２で比較するようにする。この比
較においては例えば所定の周波数成分の強度を比較す
る。そして、異常判断部３０Ａはこの比較部５２による
比較結果に基づき、正常な呼吸計測が行われているか否
かを判断する。
図であり、時系列データ記憶部２６の出力側に、新たに
ＦＦＴ部（高速フーリエ変換部）５１を設け、このＦＦ
Ｔ部５１より得られる周波数スペクトラムと、周波数ス
ペクトラム設定部５３に設定された正常な周波数スペク
トラムとを、比較部５２で比較するようにする。この比
較においては例えば所定の周波数成分の強度を比較す
る。そして、異常判断部３０Ａはこの比較部５２による
比較結果に基づき、正常な呼吸計測が行われているか否
かを判断する。
【００６３】実施の形態５．また、上述した実施の形態
１において、撮像対象検出部４０はＲＯＩ設定時に撮像
対象が画面に入ることを画像上の大きな時間的変化を検
出することにより検出するようにしたが、更に、呼吸計
測が始まった後において、撮像対象が画面より外れるこ
とを画像上の大きな時間的変化を検出することにより検
出するようにしても良い。画像上の大きな時間的変化
は、例えば、明暗部の所定時間毎の変化を、画像の相
関、或いは濃度値ヒストグラムの変化を検出することで
検出することができる。この場合において、撮像対象検
出部４０Ａは検出処理用の画像メモリを独自に備えても
良いが、図１２に示すように、ＲＯＩ設定部１０に備え
られている原画像メモリ１１を用いて、画像の相関を調
べたり、濃度値ヒストグラムを統計学の検定を用いて所
定時間毎に比較することで検出することができる。そし
て、撮像対象が画面より外れたことが検出された場合
は、例えば異常判断部３０Ｂにその結果を伝達すること
により、呼吸異常と撮像対象が存在しないことにより正
常な呼吸計測ができない状態判定とを区別して異常状態
を取り扱うことが可能となる。
１において、撮像対象検出部４０はＲＯＩ設定時に撮像
対象が画面に入ることを画像上の大きな時間的変化を検
出することにより検出するようにしたが、更に、呼吸計
測が始まった後において、撮像対象が画面より外れるこ
とを画像上の大きな時間的変化を検出することにより検
出するようにしても良い。画像上の大きな時間的変化
は、例えば、明暗部の所定時間毎の変化を、画像の相
関、或いは濃度値ヒストグラムの変化を検出することで
検出することができる。この場合において、撮像対象検
出部４０Ａは検出処理用の画像メモリを独自に備えても
良いが、図１２に示すように、ＲＯＩ設定部１０に備え
られている原画像メモリ１１を用いて、画像の相関を調
べたり、濃度値ヒストグラムを統計学の検定を用いて所
定時間毎に比較することで検出することができる。そし
て、撮像対象が画面より外れたことが検出された場合
は、例えば異常判断部３０Ｂにその結果を伝達すること
により、呼吸異常と撮像対象が存在しないことにより正
常な呼吸計測ができない状態判定とを区別して異常状態
を取り扱うことが可能となる。
【００６４】
【発明の効果】以上に詳述したように、本発明によれ
ば、ＲＯＩを自動的に設定できるようにすることによ
り、監視員等を必要とすることなく、呼吸計測の長期自
動化を可能とし、また高い測定精度を維持することがで
き、さらに、呼気吸気のモニタ上での認識も容易に行え
る呼吸モニタリングの関心領域設定装置および呼吸モニ
タリングシステムを得ることができるという効果を奏す
る。
ば、ＲＯＩを自動的に設定できるようにすることによ
り、監視員等を必要とすることなく、呼吸計測の長期自
動化を可能とし、また高い測定精度を維持することがで
き、さらに、呼気吸気のモニタ上での認識も容易に行え
る呼吸モニタリングの関心領域設定装置および呼吸モニ
タリングシステムを得ることができるという効果を奏す
る。
【図１】本発明の実施の形態１における呼吸モニタリン
グシステムの全体構成を示すブロック図である。
グシステムの全体構成を示すブロック図である。
【図２】呼吸モニタリングシステムの全体動作を示すフ
ローチャートである。
ローチャートである。
【図３】実施の形態１におけるＲＯＩ設定部と呼吸数計
測部を詳細に示すブロック図である。
測部を詳細に示すブロック図である。
【図４】実施の形態１におけるＲＯＩ設定部の動作を示
すフローチャートである。
すフローチャートである。
【図５】差分演算積算回路により得られる画像の変化情
報を示す図である。
報を示す図である。
【図６】濃度値ヒストグラムを示す図である。
【図７】呼吸計数を示すフローチャートである。
【図８】差分の絶対値による呼吸の速さを示すタイムチ
ャートである。
ャートである。
【図９】本発明の実施の形態２のＲＯＩ適正判断部を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図１０】本発明の実施の形態３を示す呼吸数演算部を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
【図１１】本発明の実施の形態４を示す時系列データの
周波数解析を行うための一例を示すブロック図である。
周波数解析を行うための一例を示すブロック図である。
【図１２】本発明の実施の形態５を示す呼吸モニタリン
グシステムの全体構成を示すブロック図である。
グシステムの全体構成を示すブロック図である。
【図１３】従来の呼吸モニタリングシステムを示すブロ
ック図である。
ック図である。
【図１４】従来の呼吸モニタリングシステムの動作を示
すフローチャートである。
すフローチャートである。
２ ＣＣＤカメラ（撮像手段） １０ ＲＯＩ設定部 １１ 原画像メモリ １２ 差分演算積算回路 １３ 候補領域抽出部 １４，１４Ａ ＲＯＩ適正判断部 １４ａ 一時記憶部 １５ ＲＯＩ設定格納部 ２０ 呼吸数計測部 ２１ ＲＯＩ画像抽出部 ２２ 前フレームメモリ ２３ フレームメモリ選択部 ２４ 画像差分部 ２５ 面積分部 ２６ 時系列データ記憶部 ２７，２７Ａ 呼吸数演算部 ２８ フレーム間隔設定部 ３０，３０Ａ，３０Ｂ 異常判断部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 睦 兵庫県神戸市東灘区本山南町８丁目６番 26 株式会社東芝 関西研究所内 (72)発明者 高田 敬輔 神奈川県川崎市幸区堀川町66番２ 東芝 エンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−54916（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−168626（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−331385（ＪＰ，Ａ) 特表 平３−500974（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) A61B 5/08 G06T 1/00
Claims (14)
- 【請求項１】 撮像対象を撮像する撮像手段と、 前記撮像手段で得られた画像の時間的変化を画像信号に
基づいて抽出することで画像の変動部分を抽出し、その
抽出部分を仮領域としてその領域を画像上の位置として
設定する仮領域設定手段と、 前記仮領域設定手段により設定された仮領域を呼吸計数
のための変動領域として採用できるか否かを、その仮領
域の変動態様が所定の条件を満たすか否かに基づいて判
断する判断手段と、 前記判断手段の判断結果に基づき、前記仮領域を呼吸計
測のための変動領域として採用できる場合に、前記領域
を呼吸計数のための関心領域として画像上の位置として
設定する関心領域設定手段とを備えてなる呼吸モニタリ
ングの関心領域設定装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の呼吸モニタリングの関心
領域設定装置において、 前記仮領域設定手段は、少なくとも呼吸の２分の１周期
にわたり所定フレーム毎に撮像された、複数フレーム画
像の所定フレーム毎の差分の絶対値を求めて、これら差
分画像を積算格納するための差分画像格納手段と、 前記差分画像格納手段に格納された各差分画像の輝度情
報から変動領域の位置と大きさを求め、これら変動領域
の中で少なくとも最も大きな領域を仮領域として設定す
る関心領域候補設定手段とを備えてなる呼吸モニタリン
グの関心領域設定装置。 - 【請求項３】 請求項１記載の呼吸モニタリングの関心
領域設定装置において、 前記仮領域設定手段は、少なくとも呼吸の２分の１周期
にわたり所定フレーム毎に撮像された、複数フレーム画
像の所定フレーム毎の差分の絶対値を求めて、これら差
分画像を積算格納するための差分画像格納手段と、 前記差分画像格納手段に格納された各差分画像の輝度情
報から変動領域の位置と大きさを求め、これら変動領域
の中で最も大きな領域から順次小さな領域にかけて仮領
域として設定する関心領域候補設定手段とを備えてなる
呼吸モニタリングの関心領域設定装置。 - 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
の呼吸モニタリングの関心領域設定装置において、 前記判断手段は、前記仮領域設定手段により設定された
仮領域において、少なくとも、濃度値毎の画素数の分布
を示す濃度値ヒストグラムが、所定値以上の高さの２峰
性を示すか否かを判断する呼吸モニタリングの関心領域
設定装置。 - 【請求項５】 請求項４記載の呼吸モニタリングの関心
領域設定装置において、 前記判断手段は、さらに、前記変動領域の面積値が所定
値以上であるか否かを判断する呼吸モニタリングの関心
領域設定装置。 - 【請求項６】 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載
の呼吸モニタリングの関心領域設定装置において、 前記判断手段が、前記仮領域設定手段により設定された
仮領域を呼吸計数のための変動領域として採用できない
と判断した場合は、前記仮領域設定手段が再度仮領域設
定を行うようにした呼吸モニタリングの関心領域設定装
置。 - 【請求項７】 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載
の呼吸モニタリングの関心領域設定装置において、 前記関心領域設定を開始する条件として、前記撮像対象
が前記撮像手段の視野内に入ったことを、検出するため
の関心領域設定開始条件判断手段を更に備えてなる呼吸
モニタリングの関心領域設定装置。 - 【請求項８】 撮像対象を撮像する撮像手段と、 前記撮像手段により撮像された撮像画像の時間的変動部
分を抽出し、その変動態様が所定の条件を具備すること
を条件として、その変動部分の画像上の位置を呼吸計数
を行う関心領域として画像上の位置として設定するため
の手段と、 前記手段により設定された関心領域において、前記撮像
手段により撮像される所定数のフレーム毎に差分の絶対
値を求めて積算する変動検出手段と、前記変動検出手段
により求められた変動の時系列上のトレンドに基づいて
呼吸数を計数する計数手段とを備えてなる呼吸モニタリ
ングシステム。 - 【請求項９】 請求項８記載の呼吸モニタリングシステ
ムにおいて、 前記時系列上のトレンドの周波数解析に基づいて呼吸状
態が正常か否かを判定する状態判定手段を備えてなる呼
吸モニタリングシステム。 - 【請求項１０】 請求項８又は請求項９記載の呼吸モニ
タリングシステムにおいて、 撮像画像の明度分布の時間的変化に基づいて、前記撮像
対象が撮像範囲から外れたことを判断する撮像対象の存
否判断手段を備えてなる呼吸モニタリングシステム。 - 【請求項１１】 請求項８乃至請求項１０のいずれかに
記載の呼吸モニタリングシステムにおいて、 前記呼吸数を計数する計数手段は前記時系列上のトレン
ドの変化において生じるピークの数を計数することで行
い、ピークの検出には各ピーク毎に設定される閾値が設
けられる呼吸モニタリングシステム。 - 【請求項１２】 請求項８乃至請求項１１のいずれかに
記載の呼吸モニタリングシステムにおいて、 前記変動検出手段により求められた積算値または前記計
数手段により計数された呼吸数に基づいて、前記所定数
を濃度変化が強調されるように設定するフレーム間隔設
定手段を備えてなる呼吸モニタリングシステム。 - 【請求項１３】 請求項８乃至請求項１２のいずれかに
記載の呼吸モニタリングシステムにおいて、 前記撮像手段により撮像された撮像画像において呼吸計
数を行う関心領域を設定するための手段は、請求項１乃
至請求項７のいずれかに記載の呼吸モニタリングシステ
ムの関心領域設定装置を用いてなる呼吸モニタリングシ
ステム。 - 【請求項１４】 請求項１３記載の呼吸モニタリングシ
ステムにおいて、 前記仮領域設定手段又は、前記仮領域設定手段及び判断
手段は、呼吸数の計数中にも動作している呼吸モニタリ
ングシステム。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32412998A JP3263035B2 (ja) | 1997-11-21 | 1998-11-13 | 呼吸モニタリングの関心領域設定装置および呼吸モニタリングシステム |
| US09/196,197 US6110123A (en) | 1997-11-21 | 1998-11-20 | Region-of-interest setting apparatus for respiration monitoring and a respiration monitoring system |
| EP98309569A EP0919184A1 (en) | 1997-11-21 | 1998-11-23 | Region-of-interest setting apparatus for respiration monitoring and a respiration monotoring system |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9-321324 | 1997-11-21 | ||
| JP32132497 | 1997-11-21 | ||
| JP32412998A JP3263035B2 (ja) | 1997-11-21 | 1998-11-13 | 呼吸モニタリングの関心領域設定装置および呼吸モニタリングシステム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11225997A JPH11225997A (ja) | 1999-08-24 |
| JP3263035B2 true JP3263035B2 (ja) | 2002-03-04 |
Family
ID=26570434
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6110123A (ja) |
| EP (1) | EP0919184A1 (ja) |
| JP (1) | JP3263035B2 (ja) |
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| CN105007806B (zh) | 2013-03-13 | 2019-04-05 | 皇家飞利浦有限公司 | 用于确定来自对象的生命体征的装置和方法 |
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