Outline

赤外線カメラは本体から出た赤外線が被写体に当たって返ってくるまでの飛行時間 (time of flight; TOF) を用いて距離画像を生成することができます。私達は大阪大学とみずほリサーチ&テクノロジーズにより共同開発されたマーカー追跡システム Marker Tracker を用いて、生体の呼吸監視システムの開発とその応用研究に取り組んでいます。

Calibration

先ずはカメラ自体が被験者の体軸に対して相対的にどの位置にどの向きで固定されているかを自動的に校正するアルゴリズムを開発し、マーカーの位置決定精度等の基本的な性能評価を行いました [Saito et al, Medical Physics 46, 1163−1174 (2019).]。解析の結果、体表面に貼られたマーカーを平均で 0.46 mm という非常に高い空間分解能で追跡できることが分かりました。この精度は 30 fps で得られましたが、平均化処理をして実行的なサンプリングレートを 1 fps まで下げることにより、0.1 mm 以下の精度で追跡できることを確認しました。

Baseline Drift Vector

校正された座標系 (被験者の体軸に合わせた座標系) で呼吸時の体表面の経時的な動きを計測したところ、呼気時の体表面の位置 (ベースライン) の経時的変化 (ベースラインドリフト) が、従来から知られている腹背 (anterior-posterior; AP) 方向のみならず、頭尾 (superior-inferior; SI) 方向にも起こっていることを初めて観測しました [Ohashi, Nishio, Saito et al, Physical and Engineering Sciences in Medicine 45, 143−155 (2022).]。この結果は体表面上の「特定の点」を3次元で追跡することにより初めて得られたものです。

Shrinking Mask

放射線治療では患者固定のために熱可塑性シートが用いられます。一時的に温められ柔らかくなったシートを患者の体型にフィットさせ、15分ほどかけて常温に戻し、患者の体型と同じ形の固定シートが完成します。しかしこのシートは数日かけて縮み続けることが経験的に知られており、CT撮影や治療開始の際にそのままではきつくて使用できないため、予めスペーサーを入れておいてきつさに応じてスペーサーを抜いてきつさを調整する等の対策が各施設で行われています。私達はこの収縮を高精度で定量的に分析する手法を開発し、組成の異なるシートでその縮み方の特性が全く異なることを明らかにしました [AS Koganezawa et al, Radiological Physics and Technology, in press.]。今後はシートの伸長の方法や保管方法へのフィードバックにこの手法が活用されることが期待されます。

Collaboration

• Teikyo University 帝京大学

• Osaka University 大阪大学

• Hiroshima University 広島大学

• Mizuho Information & Research Institute みずほリサーチ&テクノロジーズ

Papers

1. AS Koganezawa, T Wada, D Hashimoto, H Maekawa, K Muro, M Suitani, T Nakashima, T Nishio
   Measurement of shrinking immobilization sheets for radiotherapy using a near-infrared camera
   Radiological Physics and Technology, in press. (12 pages) (https://doi.org/10.1007/s12194-025-00963-6, published 2025.9.18.).

2. A Ohashi, T Nishio, A Saito, D Hashimoto, H Maekawa, Y Murakami, S Ozawa, M Suitani, M Tsuneda, H Watanabe, K Ikenaga, Y Nagata
   Baseline drift vector of multiple points on body surface using a near-infrared camera
   Physical and Engineering Sciences in Medicine 45, 143-155 (2022). (13 pages) (https://doi.org/10.1007/s13246-021-01097-w, published 2022.1.4.)

3. A Saito, A Ohashi, T Nishio, D Hashimoto, H Maekawa, Y Murakami, S Ozawa, M Suitani, M Tsuneda, K Ikenaga, Y Nagata
   Automatic calibration of an arbitrarily-set near-infrared camera for patient surface respiratory monitoring
   Medical Physics 46, 1163-1174 (2019). (12 pages) (https://doi.org/10.1002/mp.13377, published 2019.2.4.)

Presentations

1. A Saito (invited)
   Transition from nucleus to medicine
   International Symposium on Nuclear Spectroscopy for Extreme Quantum Systems (NUSPEQ2023) (2023.3.7-9, Numazu, Japan) (oral, English)

2. A Saito, A Ohashi, T Nishio, D Hashimoto, H Maekawa, Y Murakami, S Ozawa, M Suitani, M Tsuneda, K Ikenaga, Y Nagata
   A quick calibration technique of a near-infrared camera for body surface monitoring
   The 61st Annual Meeting & Exhibition of American Association of Physicists in Medicine (2019.7.*-*, San Antonio, TX, USA) (oral, English)

3. A Saito, A Ohashi, T Nishio, D Hashimoto, H Maekawa, Y Murakami, S Ozawa, M Suitani, M Tsuneda, K Ikenaga, Y Nagata
   Development of a quick calibration method of an infrared camera system for respiratory monitoring
   第115回日本医学物理学会学術大会 (2018.4.*-*, 横浜市) (oral, English)