レーザーレンジファインダ等による距離測定機器との併用について

一般に、FG モニタ以外にも距離測定を行うための装置は存在している。例えば、赤外 レーザーを発振して目標物に照射し、その反射の度合いで距離測定を行うレーザーレンジ ファインダや、超音波を目標物に照射し、その反射の度合いで距離測定を行う超音波測定 器である。レーザーレンジファインダ等を用いて身体概形の形状を再現し、各輝点から

Respiration Cameraまでの距離が判明するのであれば、Body Cameraに代わって、レー

ザーレンジファインダ等の距離計測機器を用いることができる。

しかしながら、本システムではRespiration Cameraから身体上の輝点までの距離を取 得することによって、呼吸運動による定量的な体積変動量を算出する。そのため、レーザ ーレンジファインダ等を用いて身体の 3 次元形状を取得した場合にも、各輝点から

Respiration Cameraまでの距離を、それぞれ算出する必要がある。

レーザーレンジファイダ等により算出した身体概形を生成するためにサンプリングした 点を、輝点の位置と全く合わせた状態で測定することは難しい。したがって、レーザーレ ンジファインダがサンプリングした点から、身体形状を生成し、生成した身体形状から輝 点が照射されている点の座標を算出して、マッチングする処理が必要となると考えられる。

したがって、本システムに比べて、演算が複雑化し、処理時間が増加する可能性が考えら れる。

4.11 1 台 の カ メ ラ の み を 設 置 し て 身 体 概 形 と 呼 吸 運 動 の 同 時 測 定 に つ い て

2台のCCDカメラの中間となる位置に、1台のCCDカメラを設置して撮影することで、

身体概形と呼吸運動の両方を取得できれば、例えば2台のCCDカメラで撮影した輝点ど うしの対応付けが必要なくなり、より高速な処理を行うことが出来る可能性がある。した がって、1 台のカメラのみを用いて身体概形と呼吸運動の計測が可能であるか否かを考察 する。

ここで被験者の体の厚さが30 cmであり、被験者の体位を仰臥位に限定し、呼吸によっ て変動する胸部及び腹部の厚さの変動量は上下に2 cmであるものとする。CCDカメラと

FG Projectorを設ける位置は、ベッド上から1800 mmとする。CCDカメラは焦点距離

12 mmとする。

このとき、FG projectorとCCDカメラの距離と、被験者の体が測定領域に入った場合 の輝点の移動量の関係は以下の通りである。

表4.5 厚さ300mm変動時の画面上の輝点移動量

FG Projector - CCD Camera間距離 (cm) 20 30 40 50 60 70 輝点移動量 (pixel) 27 41 54 67 80 94

ここで、呼吸運動の一方（例えば呼気）を2秒に1回行い、1秒あたりの撮影回数を20 回とすると、平均的には0.5 mm / frame を測定することとなる。ここで、厚さ0.5 mm 変動時の画面上の輝点移動量は、以下のようになる。

表4.6 厚さ0.5 mm変動時の画面上の輝点移動量

FG Projector - CCD Camera間距離 (cm) 20 30 40 50 60 70 厚さ0.5mm変動時の輝点移動量(pixel) 0.11 0.16 0.21 0.26 0.31 0.36

ここで、1点の輝点について着目した場合、1フレームにつき約0.3 pixel程度のノイズ が入ることが判明している。FG ProjectorとCCD Camera間の距離は60 cm以上とする のが望ましい。

したがって、例えばFG ProjectorとCCD Cameraの距離を60 cmとした場合、ピクセ ル間距離が80 pixel以上となるように、FG Projectorに用いるファイバーの径を変更する。

4.11 1台のカメラのみを設置して身体概形と呼吸運動の同時測定について

すなわち、CCD Cameraで撮影される輝点間隔は80 pixel以上となる。この場合、640×480

pixelの画面上に、約40個の輝点のみが表示されており、胸部及び腹部に照射される輝点

の個数は、10点程度となる。

図4.19は現在の配置で測定する場合の輝点の密度の例であり、図4.20は、FG Projector

とCCD Cameraの距離を60cmとして身体概形を取得するための輝点を照射した場合の

密度の例である。

図4.21は、図4.20に示した輝点が照射されている場合に、身体概形を生成した場合の 例である。図4.21に示すように、詳細な身体概形の構築は難しく、さらに胸部と腹部の位 置を図4.21に示した身体概形から決定するのは難しい。また、胸部領域と腹部領域のそれ ぞれに照射される輝点数は数点ずつとなってしまうため、体積変動量を定量的に算出する には輝点すうが尐なすぎることとなる。また、図4.21に示した身体概形上に吸気運動と呼 気運動を表示した場合、

さらに、CCDカメラの画像取得の速度の上昇や、1分あたりの呼吸数が多い場合や浅い 呼吸に対応できなくなる可能性がある。特に、COPDの判定を行う場合には1 秒間に20

frame/sec での画像取得が望ましく、この場合には、さらに輝点間隔を広げなければなら

ないため、1カメラのみでの身体概形と呼吸運動の両方の計測は不可能となる。

図4.19 現在の配置で測定する場合の輝点の密度例

図4.20 FG ProjectorとCCD Cameraの距離を60cmとするときの輝点の密度例

図4.20 FG ProjectorとCCD Cameraの距離を60cmとしたときに作成できる身体概形