(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
矯正対象の骨を表す骨モデルを矯正前骨モデルとして取得する矯正前骨モデル取得工程と、
前記矯正前骨モデルを切断・分離して形成される骨片Ａ，Ｂに係る切断面ａ，ｂを導出する切断面導出工程と、
前記切断面ａの外周上にｐ個の頂点Ａ（ｎ）（ｎは１からｐの自然数）を設定し、前記切断面ｂの外周上にｑ個の頂点Ｂ（ｍ）（ｍは１からｑの自然数）を設定する頂点設定工程と、
ｐ個の頂点Ａ（ｎ）を構成する１点と、各頂点Ｂ（ｍ）の一部又は全部との距離ＬＡ（ｎ，ｍ）を導出し、導出された距離ＬＡ（ｎ，ｍ）から最小のものを選択して最小距離データＬＡｍｉｎ（ｎ，ｍ）とする最小距離導出動作Ａを、ｐ個の頂点Ａ（ｎ）の一部又は全部について行い、最小距離データ群を構築する最小距離データ群構築工程と、
前記最小距離データ群を構成するデータの一部又は全部において最大のものを選択する最大距離選択工程と、
最大距離選択工程において選択されたデータをなす頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ）をそれぞれ開始点として選択する開始点選択工程と、
前記開始点として選択された頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ）を起点として切断面ａ，ｂの周方向に並ぶ各頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ）間を、前記切断面ａ，ｂ間の領域を横断するように順次線分でつなぐことにより、切断面ａ，ｂ間の領域に補填される補填用人工骨の外表面を複数の三角形群で表現したＳＴＬデータを構築するＳＴＬデータ構築工程とを有することを特徴とする補填用人工骨モデルの形成方法。
【請求項２】
頂点Ａ（ｎ）に対して切断面ａの周方向に隣接する頂点を頂点Ａ（ｎ＋１）とし、頂点Ｂ（ｍ）に対して切断面ｂの周方向に隣接する頂点を頂点Ｂ（ｍ＋１）とした場合に、
頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ＋１）間をつなぐ線分と、頂点Ａ（ｎ＋１），Ｂ（ｍ）間をつなぐ線分のうち、距離の短い線分がＳＴＬデータを構成する線分として選択されることを特徴とする請求項１に記載の補填用人工骨モデルの形成方法。
【請求項３】
最小距離データ群構築工程が、
最小距離導出動作Ａに加えて、
ｑ個の頂点Ｂ（ｍ）を構成する１点と、各頂点Ａ（ｎ）の一部又は全部との距離ＬＢ（ｎ，ｍ）を各頂点Ｂ（ｍ）毎に導出し、導出された距離ＬＢ（ｎ，ｍ）から最小のものを選択して最小距離ＬＢｍｉｎ（ｎ，ｍ）とする最小距離導出動作Ｂをｑ個の頂点Ｂ（ｍ）の一部又は全部について行い、
最小距離データ群を最小距離データＬＡｍｉｎ（ｎ、ｍ）及び最小距離データＬＢｍｉｎ（ｎ，ｍ）を含むものとして構築するものであり、
最大距離選択工程が、
最小距離データ群をなす最小距離データＬＡｍｉｎ（ｎ、ｍ）の一部又は全部において最大のものをＡ側最大距離データＬＡｍａｘ（ｎ，ｍ）として選択すると共に、
最小距離データ群をなす最小距離データＬＢｍｉｎ（ｎ、ｍ）の一部又は全部において最大のものをＢ側最大距離データＬＢｍａｘ（ｎ，ｍ）として選択し、
Ａ側最大距離データＬＡｍａｘ（ｎ，ｍ）及びＢ側最大距離データＬＢｍａｘ（ｎ，ｍ）のうち大きい方を最大距離データＬｍａｘ（ｎ，ｍ）として選択するものであり、
開始点選択工程が、最大距離データＬｍａｘ（ｎ，ｍ）をなす頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ）をそれぞれ開始点として選択するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の補填用人工骨モデルの形成方法。
【請求項４】
矯正前骨モデル取得工程において、矯正対象の骨の外表面を複数の三角形群で表現するＳＴＬデータを構築することにより矯正前骨モデルが取得され、
頂点設定工程において、矯正前骨モデルに係るＳＴＬデータをなす三角形群を構成する各辺と切断面ａ，ｂとの交点が、それぞれ頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ）として設定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の補填用人工骨モデルの形成方法。
【請求項５】
矯正対象の骨と面対称の位置関係にある健常な骨の骨モデルと面対称な骨モデルを基準骨モデルとして取得する基準骨モデル取得工程を有し、
切断面導出工程において、前記基準骨モデルを基準として切断面ａ，ｂが決定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の補填用人工骨モデルの形成方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の補填用人工骨モデルの形成方法によって得られたＳＴＬデータを用いて補填用人工骨を形成することを特徴とする補填用人工骨の形成方法。
【請求項７】
請求項１〜５に係る補填用人工骨モデルの形成方法を用いて補填用人工骨の三次元画像を形成することを特徴とする医療用シミュレーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異常態様に変形した骨を切断分離し、分離された骨片の位置関係を変更することにより正常な位置関係に矯正する際に、分離された骨片の間に配される補填用人工骨モデルの形成方法、医療用シミュレーションシステム、及び補填用人工骨の形成方法に関する。
また、本発明は、所望の部位の三次元画像を取得するための医療用三次元画像の取得方法、及び前記三次元画像の取得方法を用いた医療用シミュレーションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、異常態様に変形した骨の矯正のために骨切り術と称される施術が行われている。従来より一般的に行われている骨切り術は、医師の経験則に基づいて決定された箇所において変形した骨を切断・分離し、分離された骨片同士の間に別途作成された人工骨を埋入することにより実施されていた。したがって、従来技術では、必ずしも理想的な状態で骨切り術が施術されているとは言えず、医師の経験則次第で施術の成否が左右されかねないという問題があった。かかる問題に鑑み、本発明者らは、下記特許文献１に開示されているような骨矯正のための方法や部材、システム及びプログラムを開発した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００６−５１９６３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に開示された方法によれば、施術前に予め医師の経験則によることなく骨の切断箇所（切断面）の特定や、切断された骨片同士の分離の程度（変形量）などを決定し、施術に当たることが可能となった。上記特許文献１に開示されている方法の提供に伴い、手術前のプランニング段階において切断・分離された骨片同士の間に補填する人工骨の骨モデルや、補填用人工骨を容易かつ精度良く形成可能な方法の提供が望まれるようになっていた。【０００５】
また、従来技術の医療画像処理技術では、骨表面モデルを作成するためにＸ線ＣＴ（Computed Tomography）などによって得られたＣＴ画像に係るＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communication in Medicine）データを三次元画像化する場合は、骨表面の境界計算に膨大な工数が必要となり、術前シミュレーションシステムなどにおいてボリュームデータを使用せざるを得なかった。その結果、従来技術のシミュレーションシステムでは、動きを伴うシミュレーションを行ったり、術前プランニングを作成したりするために膨大な時間と労力を要し、シミュレーションシステムそのものが非実用的なものであった。また、ボリュームデータを活用するために、経験を積んだ医師や専門のオペレータが必要とされ、情報処理能力に優れたコンピュータを使用することが必須とされていた。【０００６】
そこで、かかる要望に対応すべく、本発明は骨切り術において使用するのに最適な補填用人工骨モデルや補填用人工骨を容易かつ高精度に形成可能な形成方法、及び骨切り術の術前プランニングなどのために使用可能な医療用シミュレーションシステムの提供を目的とした。またこれに加えて、本発明は、従来技術の医療画像処理技術を用いた場合に比べて要求される情報処理能力が低くて済み、所望の部位の三次元画像を容易かつ正確に形成可能な医療用三次元画像の取得方法、及び前記三次元画像の取得方法を用いた医療用シミュレーションシステムの提供を目的とした。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために提供される本発明の補填用人工骨モデルの形成方法は、矯正前骨モデル取得工程と、切断面導出工程と、頂点設定工程と、最小距離データ群構築工程と、最大距離選択工程と、開始点選択工程と、ＳＴＬデータ構築工程とを有することを特徴としている。本発明において、矯正前骨モデル取得工程は、矯正対象の骨を表す骨モデルを矯正前骨モデルとして取得する工程であり、切断面導出工程は、前記矯正前骨モデルを切断・分離して形成される骨片Ａ，Ｂに係る切断面ａ，ｂを導出する工程である。また、頂点設定工程は、前記切断面ａの外周上にｐ個の頂点Ａ（ｎ）を設定し、前記切断面ｂの外周上にｑ個の頂点Ｂ（ｍ）を設定する工程である。最小距離データ群構築工程は、ｐ個の頂点Ａ（ｎ）を構成する１点と、各頂点Ｂ（ｍ）の一部又は全部との距離ＬＡ（ｎ，ｍ）を各頂点Ｂ（ｍ）毎に導出し、導出された距離ＬＡ（ｎ，ｍ）から最小のものを選択して最小距離データＬＡｍｉｎ（ｎ，ｍ）とする最小距離導出動作Ａを、ｐ個の頂点Ａ（ｎ）の一部又は全部について行い、最小距離データ群を構築する工程である。また、開始点選択工程は、前記最小距離データ群を構成するデータの一部又は全部において最大のものを選択する工程である。ＳＴＬデータ構築工程は、前記距離データ群構築工程において導出された距離データ群に含まれる距離Ｌ（ｎ，ｍ）のうち最も長いものをなす頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ）をそれぞれ開始点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ）として選択し、前記開始点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ）を起点として切断面ａ，ｂの周方向に並ぶ各頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ）間を順次線分でつなぐことにより、切断面ａ，ｂ間に補填する補填用人工骨の外表面を複数の三角形群で表現するＳＴＬデータを構築する工程である。【０００８】
本発明の補填用人工骨モデルの形成方法は、頂点Ａ（ｎ）に対して切断面ａの周方向に隣接する頂点を頂点Ａ（ｎ＋１）とし、頂点Ｂ（ｍ）に対して切断面ｂの周方向に隣接する頂点を頂点Ｂ（ｍ＋１）とした場合に、頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ＋１）間をつなぐ線分と、頂点Ａ（ｎ＋１），Ｂ（ｍ）間をつなぐ線分のうち、距離の短い線分がＳＴＬデータを構成する線分として選択されることが望ましい。【０００９】
上述した最小距離データ群構築工程は、最小距離導出動作Ａに加えて、ｑ個の頂点Ｂ（ｍ）を構成する１点と、各頂点Ａ（ｎ）の一部又は全部との距離ＬＢ（ｎ，ｍ）を各頂点Ｂ（ｍ）毎に導出し、導出された距離ＬＢ（ｎ，ｍ）から最小のものを選択して最小距離ＬＢｍｉｎ（ｎ，ｍ）とする最小距離導出動作Ｂをｑ個の頂点Ｂ（ｍ）の一部又は全部について行い、最小距離データ群を最小距離データＬＡｍｉｎ（ｎ、ｍ）及び最小距離データＬＢｍｉｎ（ｎ，ｍ）を含むものとして構築するものであることが望ましい。また、上述した最大距離選択工程は、最小距離データ群をなす最小距離データＬＡｍｉｎ（ｎ、ｍ）の一部又は全部において最大のものをＡ側最大距離データＬＡｍａｘ（ｎ，ｍ）として選択すると共に、最小距離データ群をなす最小距離データＬＢｍｉｎ（ｎ、ｍ）の一部又は全部において最大のものをＢ側最大距離データＬＢｍａｘ（ｎ，ｍ）として選択し、Ａ側最大距離データＬＡｍａｘ（ｎ，ｍ）及びＢ側最大距離データＬＢｍａｘ（ｎ，ｍ）のうち大きい方を最大距離データＬｍａｘ（ｎ，ｍ）として選択するものであることが望ましい。さらに、上述した開始点選択工程は、最大距離データＬｍａｘ（ｎ，ｍ）をなす頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ）をそれぞれ開始点として選択するものであることが望ましい。【００１０】
本発明の補填用人工骨モデルの形成方法は、矯正前骨モデル取得工程において、矯正対象の骨の外表面を複数の三角形群で表現するＳＴＬデータを構築することにより矯正前骨モデルが取得され、頂点設定工程において、矯正前骨モデルに係るＳＴＬデータをなす三角形群を構成する各辺と切断面ａ，ｂとの交点が、それぞれ頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ）に設定されるものであることが望ましい。また、本発明の補填用人工骨モデルの形成方法は、矯正対象の骨と面対称の位置関係にある健常な骨の骨モデルと面対称な骨モデルを基準骨モデルとして取得する基準骨モデル取得工程を有し、切断面導出工程において、前記基準骨モデルを基準として切断面ａ，ｂが決定されることが好ましい。【００１１】
また、本発明の補填用人工骨モデルの形成方法は、上述した本発明の補填用人工骨モデルの形成方法によって得られたＳＴＬデータを用いて補填用人工骨を形成することを特徴としている。【００１２】
本発明の医療用シミュレーションシステムは、上述した本発明の補填用人工骨モデルの形成方法を用いて補填用人工骨の三次元画像を形成することを特徴としている。【００１３】
また、本発明の医療用三次元画像の取得方法は、二値化工程と、領域設定工程と、領域再設定工程と、三次元化工程とを有することを特徴としている。本発明において、二値化工程は、複数の医療用断層画像を、ＣＴ値を基準として設定された閾値を境界として二色画像化した二色断層画像とする工程である。本発明において、前記領域設定工程は、前記二値化工程において得られた二色断層画像のうちの一つにおいて領域設定された選択領域に対応する領域を他の二色断層画像において選択領域として領域設定する工程である。また、前記領域再設定工程は、領域設定工程において領域設定された各二色断層画像から選ばれる一つの二色断層画像において、領域設定工程で選択領域として領域設定されている既設定の領域から一部が除外された領域を選択領域として再設定し、再設定された選択領域に対応する領域を他の二色断層画像において選択領域として再設定する工程である。前記三次元化工程は、前記領域設定工程及び領域再設定工程を経て得られた二色断層画像を組み合わせて三次元画像を形成する工程である。【００１４】
本発明の医療用三次元画像の取得方法は、医療用断層画像として、互いに交差するＸ，Ｙ，Ｚの三方向に係る断層画像によって構成されたものを使用することが可能である。本発明は、Ｘ方向への断層画像からなるＸ方向断層画像群、Ｙ方向への断層画像からなるＹ方向断層画像群、及びＺ方向への断層画像からなるＺ方向断層画像群をなす各医療用断層画像が、二値化工程において二色画像化され二色断層画像となり、Ｘ方向二色断層画像群、Ｙ方向二色断層画像群、及びＺ方向二色断層画像群が形成されるものとすることが可能である。また、本発明の医療用三次元画像の取得方法は、領域設定工程において、Ｘ方向二色断層画像群、Ｙ方向二色断層画像群、及びＺ方向二色断層画像群から選択された一の二色断層画像群に含まれる一の二色断層画像において領域設定された選択領域に対応する領域が、選択された一の二色断層画像群に含まれる他の二色断層画像、及び非選択である他の二色断層画像群に含まれる二色断層画像において選択領域として領域設定するものとすることが望ましい。また、本発明の医療用三次元画像の取得方法は、領域再設定工程において、Ｘ方向二色断層画像群、Ｙ方向二色断層画像群、及びＺ方向二色断層画像群から選択された一の二色断層画像群に含まれる一の二色断層画像において選択領域として領域設定されている既設定の領域から一部を除外した領域が選択領域として再設定され、再設定された選択領域に対応する領域が、他の二色断層画像において選択領域として再設定されるものであることが望ましい。【００１５】
本発明の医療用三次元画像の取得方法は、領域設定工程において領域設定された領域の二色断層画像を組み合わせることにより三次元画像を形成するサーフェス形成工程を有することが望ましい。【００１６】
上述した本発明の医療用三次元画像の取得方法を用いれば、複数の医療用断層画像に含まれている所定の部位の三次元画像を形成可能な医療用シミュレーションシステムを提供しうる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の補填用人工骨モデルの形成方法によれば、矯正前骨モデル取得工程において取得された矯正前骨モデルを切断面導出工程において切断・分離して形成される骨片Ａ，Ｂの切断面ａ，ｂ間に補填する人工骨の外表面を複数の三角形群で表現したＳＴＬデータを容易かつ精度良く取得することが可能となる。具体的には、本発明によって取得するＳＴＬデータは、頂点設定工程において切断面ａ，ｂの外周上に設定された頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ）間を切断面ａ，ｂ間を横断するように順次線分で繋ぐことにより全周を取り巻くように形成されるが、線分を形成する際の開始点となる頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ）として適切なものを選択しなければ、最終的に形成されるＳＴＬデータに誤差が生じてしまう可能性がある。また、適切な開始点を選択しなければ、前述した誤差を防止するためにＳＴＬデータを何度も構築し直すなどの必要が生じ、ＳＴＬデータの構築に相当の手間を要することになる。【００１８】
かかる知見に基づき、本発明の補填用人工骨モデルの形成方法では、ＳＴＬデータを構築する線分（以下、「ＳＴＬ構築線」とも称す）の候補となるものの長さを精査し、ＳＴＬ構築線となりうる線分において長いものをなす頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ）を開始点とすることによりＳＴＬデータの精度の向上を図り、ＳＴＬデータの構築を容易化している。具体的には、各Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ）間をつなぐ線分のうち最短のものがＳＴＬ構築線となる。また、ＳＴＬ構築線を順次構成していく場合は、ＳＴＬ構築線の候補となりうるもののうち最大のものをなす頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ）を開始点としてＳＴＬ構築線を構築していくことにより誤差を最小限に抑制できるものと考えられる。そこで、本発明では、ｐ個の頂点Ａ（ｎ）の一部又は全部について最小距離導出動作Ａを行うことにより各頂点Ａ（ｎ）を起点とするＳＴＬ構築線の長さを確認すると共に、最小距離導出動作Ａにより構築された最小距離データ群をなすデータの一部又は全部において最大のものをなす頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ）を開始点として選択することとしている。したがって、本発明によれば、ＳＴＬデータの精度を向上させると共に、ＳＴＬデータを容易に構築することが可能となる。【００１９】
本発明によれば、手術前のプランニング段階において、医師の経験則によることなく、補填用人工骨の最適な設計を行うことが可能となる。また、本発明によって補填用人工骨モデルを構築すれば、術前に理想的な形状、大きさに成形された人工骨を提供できるため、手術に要する時間の短縮や、患者に与える負担の軽減に資することが可能となる。【００２０】
本発明の補填用人工骨モデルの形成方法では、頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ＋１）間をつなぐ線分と、頂点Ａ（ｎ＋１），Ｂ（ｍ）間をつなぐ線分のうち、距離の短い線分がＳＴＬデータを構成する線分として選択されるため、補填用人工骨の外表面をなすＳＴＬ構築線によって構成された三角形群により適確に表現することが可能となる。【００２１】
上述したように、最小距離データ群構築工程を、最小距離導出動作Ａに加えて最小距離導出動作Ｂを行うものとした場合、最大距離選択工程においてＡ側最大距離データＬＡｍａｘ（ｎ，ｍ）及びＢ側最大距離データＬＢｍａｘ（ｎ，ｍ）を選択し、これらのうち大きい方を最大距離データＬｍａｘ（ｎ，ｍ）として選択することとすれば、より一層確実に切断面ａ，ｂ間において最も間隔が開いた位置関係にある頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ）を開始点として選択することが可能となる。したがって、本発明によれば、補填用人工骨モデルを構成するＳＴＬデータをより一層精度良く構築することが可能となる。【００２２】
上述したように、本発明の補填用人工骨モデルの形成方法は、矯正前骨モデル取得工程において、矯正前骨モデルを構築する際に取得されたＳＴＬデータをなす三角形群を構成する各辺と切断面ａ，ｂとの交点が、それぞれ頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ）に設定される。したがって、本発明により補填用人工骨モデルを形成すれば、骨片Ａ，ＢをなすＳＴＬ構築線と、補填用人工骨モデルを構成するＳＴＬ構築線とが頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ）を共用することになる。よって、本発明によれば、骨片Ａ，Ｂの間に補填用人工骨を埋入した状態を示す三次元画像の取得などを容易に行うことができる。【００２３】
ここで、例えば人体をなす骨の多くは左右で面対称の形状となっているため、骨切り術によって骨の矯正を行う場合は、異常態様に変形した骨と面対称の位置関係にある正常な骨の位置や形状を指標とすれば、切断すべき位置を容易かつ適切に設定し、切断面ａ，ｂを形成することが可能となる。本発明の補填用人工骨モデルの形成方法では、基準骨モデル取得工程を設け、矯正対象の骨と面対称の位置関係にある健常な骨と面対称な骨モデルを基準骨モデルとして取得することとしているため、切断面導出工程において前記基準骨モデルを基準として容易かつ適切に骨の切断位置を決定することが可能となる。【００２４】
本発明の補填用人工骨モデルの形成方法のように、上述した補填用人工骨モデルの形成方法によって得られたＳＴＬデータを用いて補填用人工骨を形成することとすれば、骨切り術において使用するのに最適な補填用人工骨を容易かつ高精度に形成することが可能となる。【００２５】
本発明の医療用シミュレーションシステムのように、上述した本発明の補填用人工骨モデルの形成方法を用いて補填用人工骨の三次元画像を形成することとすれば、骨切り術による手術を行う前に補填用人工骨の三次元画像を用いて手術のプランニングなどを行うことが可能となる。【００２６】
本発明の医療用三次元画像の取得方法では、二値化工程において医療用断層画像が二色画像化される。本発明では、二値化工程における医療用断層画像の二色画像化がＣＴ値を基準として設定された閾値に基づいてなされているため、二値化工程において得られた二色断層画像を、所望の部位を含む領域とそれ以外の部位を含む領域とに容易に分離することが可能となる。【００２７】
また、本発明の医療用三次元画像の取得方法では、無次元数であるＣＴ値を指標として医療用断層画像を二色画像化しているため、提供された医療用断層画像の濃淡や色調などの影響を受けることなく、所望の部位を含む領域とそれ以外の部位とに容易かつ精度良く分離できる。したがって、本発明の医療用三次元画像の取得方法によれば、いかなるＸ線ＣＴ装置において撮像された医療用断層画像を用いても、所望の部位の三次元画像を精度良く取得することが可能となる。【００２８】
上述したように、二色画像化することにより、三次元画像化するまでの過程において使用する画像のデータ容量を最小限に抑制できる。したがって、本発明の医療用三次元画像の取得方法では、画像処理のためにコンピュータに要求される情報処理能力が最小限で済み、迅速かつスムーズに画像処理することが可能である。【００２９】
また、本発明の医療用三次元画像の取得方法では、領域設定工程において、二値化工程によって得られた複数の二色断層画像のうちの一つにおいて領域設定された選択領域に対応する領域を他の二色断層画像において選択領域として領域設定することにより、他の二色断層画像においても前記選択領域に対応する部分が選択領域として領域設定された状態になる。したがって、本発明の医療用三次元画像の取得方法では、複数存在する二色断層画像のいずれかにおいて三次元画像化したい部分を含む領域を選択領域として領域設定すれば、他の二色断層画像においても三次元画像化したい部分を含む領域が選択領域として選択された状態になり、選択領域の設定が極めて容易である。【００３０】
ここで、上述した領域設定工程において複数存在する二色断層画像のうちの一つにおいて選択領域として領域設定し、これに対応する領域を他の二色断層画像において選択領域として領域設定することとした場合、前記他の二色断層画像を参照すると三次元画像化を希望しない部分が選択領域に含まれてしまう可能性がある。そこで、かかる不都合を解消すべく、本発明の医療用三次元画像の取得方法では、領域再設定工程を設け、選択領域として領域設定されている既設定の領域から一部を除外することにより選択領域を再設定すると共に、再設定された選択領域に対応する領域を他の二色断層画像において選択領域として再設定できることとされている。したがって、本発明の医療用三次元画像の取得方法によれば、三次元化工程において領域設定工程や領域再設定工程を経て得られた二色断層画像を組み合わせることにより、所望の部位についての三次元画像を確実に形成することが可能となる。【００３１】
上述したように、本発明の医療用三次元画像の取得方法は、二値化工程を経て二色化した断層画像を用いて以後の処理を行うため、医療用断層画像として、互いに交差するＸ，Ｙ，Ｚの三方向に係る断層画像によって構成されたものを使用しても、画像処理のためにコンピュータに過剰な負荷がかからず、スムーズに画像処理することが可能となる。また、医療用断層画像を二色化した二色断層画像を用いることにより、互いに交差するＸ，Ｙ，Ｚの三方向に係る断層画像によって構成された医療用断層画像を医療用三次元画像の取得のために使用することが可能となり、所望の部位についてより一層正確な三次元画像を形成することが可能となる。【００３２】
本発明の医療用三次元画像の取得方法では、領域設定工程において、Ｘ，Ｙ，Ｚの各方向についての二色断層画像群から選択された一の二色断層画像群に含まれる一の二色断層画像において領域設定された選択領域に対応する領域が、選択された二色断層画像群に含まれる他の二色断層画像や、非選択である他の二色断層画像群に含まれる二色断層画像において選択領域として領域設定される。また、本発明の医療用三次元画像の取得方法では、領域再設定工程において、Ｘ，Ｙ，Ｚの各方向についての二色断層画像群から選択された一の二色断層画像群に含まれる一の二色断層画像において既に選択領域として領域設定されている既設定の領域から一部を除外した領域が選択領域として再設定され、再設定された選択領域に対応する領域が、他の二色断層画像について選択領域として再設定される。【００３３】
すなわち、Ｘ，Ｙ，Ｚ二色断層画像群をなす多数の二色断層画像から選ばれた一の二色断層画像において選択領域の設定や再設定が行われると、多数存在する他の二色断層画像においてもこれに連動して前述した選択領域に相当する領域が選択領域として設定されることになり、二色断層画像毎に領域設定や再設定を行う必要がない。したがって、本発明の医療用三次元画像の取得方法では、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の３方向から三次元画像を取得すべき部位を含む領域を確認し、選択領域として指定したり、既に指定されている領域設定されている既設定の領域から一部を除外した領域を選択領域として再設定することにより、他の二色断層画像においては確認しにくい部分を選択領域として確実に設定することが可能である。よって、本発明の医療用三次元画像の取得方法によれば、選択領域をより一層容易かつ正確に設定することが可能である。【００３４】
また、本発明の医療用三次元画像の取得方法は、領域設定工程において領域設定された領域の二色断層画像を組み合わせることにより三次元画像を形成するサーフェス形成工程を設けることにより、領域設定工程において選択領域として指定された領域に三次元画像を作成する上で不要な領域が含まれているか否かや、不要な領域がどの位置の二色断層画像に含まれているのかなどを容易に判断し特定することが可能となる。したがって、サーフェス形成工程を設けることにより、領域再設定工程の作業効率を向上させ、より一層容易かつ正確に医療用三次元画像を取得することが可能となる。【００３５】
上述した本発明の医療用三次元画像の取得方法を用いれば、複数の医療用断層画像に含まれている所定の部位の三次元画像を形成可能であり、情報処理能力が過度に高いコンピュータによらなくてもスムーズに三次元画像を取得することが可能な医療用シミュレーションシステムを提供しうる。また、この医療用シミュレーションシステムは、上述した医療用三次元画像の取得方法を用いたものであるため、操作経験を積んだ医師や専門のオペレータによらなくても容易に正確な三次元画像を取得することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態に係るシミュレーションシステムの構成を示すブロック図である。
【図２】矯正前骨モデル及び基準骨モデルの表示状態の一例を示す図である。
【図３】矯正前骨モデルの骨切り位置を決定する際に出力画面に表示される表示画面の一例を示す図である。
【図４】骨片Ａ，Ｂの切断面ａ，ｂと、骨片のＳＴＬ構築線との関係を模式的に示した斜視図である。
【図５】骨片位置矯正工程において各骨片Ａ，Ｂの位置及び角度を調整した後の状態を模式的に示した斜視図である。
【図６】（ａ）は距離ＬＡ（ｎ，ｍ）を導出する際の頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ）の関係を説明する説明図であり、（ｂ）は距離ＬＢ（ｎ，ｍ）を導出する際の頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ）の関係を説明する説明図である。
【図７】補填用人工骨モデルＺを示す斜視図である。
【図８】補填用人工骨モデルＺを骨片Ａ，Ｂの間に嵌め込んだ状態を示す斜視図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る補填用人工骨モデルの形成方法のフローチャートである。
【図１０】本発明の一実施形態に係る医療用シミュレーションシステムの構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の医療用三次元画像の取得方法に係るフローチャートである。
【図１２】二値化工程において取得される二色断層画像を出力画面に出力した状態を示す図である。
【図１３】領域設定工程において選択領域が設定された状態を示す図である。
【図１４】サーフェス画像を示す図である。
【図１５】（ａ）は二値化工程において取得される二色断層画像の一例を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示す二色断層画像において選択領域が設定された状態を示す図である。
【図１６】図１５（ｂ）に示す二色断層画像において、選択領域から一部の領域を除外した状態を示す図である。
【図１７】三次元化工程において取得される三次元画像の一例を示す図である。
【図１８】膨張モデル及び切断面を示す斜視図である。
【図１９】（ａ）はカッティングプレートの形成方法を模式的に説明した斜視図であり、（ｂ）はカッティングプレートの一例を示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
≪補填用人工骨モデルの形成方法、補填用人工骨、及び医療用シミュレーションシステムについて≫
続いて、本発明の一実施形態に係る補填用人工骨モデルの形成方法、及びこの方法によって形成された補填用人工骨１０について図面を参照しつつ詳細に説明する。本実施形態の補填用人工骨モデルの形成方法は、シミュレーションシステム２０を用いて実施される。シミュレーションシステム２０は、従来公知のコンピュータに本実施形態に係る補填用人工骨モデルの形成方法を実行するための実行プログラムを備えたソフトウエアをインストールすることにより構築される。図１に示すように、シミュレーションシステム２０は、矯正前骨モデル取得手段２２と、基準骨モデル取得手段２４と、切断面導出手段２６と、頂点設定手段２８と、距離導出手段３０と、最小距離データ構築手段３２と、最大距離選択手段３４と、開始点選択手段３６と、ＳＴＬデータ構築手段３８とを備えている。
【００３８】
矯正前骨モデル取得手段２２は、異常態様に変形した矯正を行うべき骨（以下、「矯正対象骨」とも称す）の三次元モデル（以下、「矯正前骨モデル」Ｘとも称する）を取得するための手段である。矯正前骨モデル取得手段２２は、例えばいわゆるＸ線ＣＴ（Computed Tomography）などによって得られたＣＴ画像に係るＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communication in Medicine）データから矯正対象骨に係る画像を抽出することが可能である。また、矯正前骨モデル取得手段２２は、矯正対象骨の外表面を複数の線分（ＳＴＬ構築線）を用いて形成された三角形群で表現したＳＴＬデータを取得することが可能である。図２に示すように、シミュレーションシステム２０は、矯正前骨モデル取得手段２２により取得されたＳＴＬデータに基づき、矯正前骨モデルＸを出力画面上に表示することが可能である。
【００３９】
基準骨モデル取得手段２４は、矯正対象骨と面対称の関係にある同一患者の正常な骨（以下、「正常骨」とも称す）の鏡像を三次元モデル化したもの（以下、「基準骨モデル」Ｙとも称す）を取得するための手段である。基準骨モデル取得手段２４は、上述した矯正前骨モデル取得手段２２と同様に、Ｘ線ＣＴなどによって得られたＣＴ画に係るＤＩＣＯＭデータから抽出して得られる正常骨に係る画像を抽出してなる正常骨の三次元モデルの鏡像を基準骨モデルＹとして取得することができる。基準骨モデル取得手段２４は、基準骨の外表面を複数の三角形群で表現したＳＴＬデータを取得することが可能である。図２に示すように、シミュレーションシステム２０は、基準骨モデル２４により取得されたＳＴＬデータに基づき、基準骨モデルＹを出力画面上に表示することが可能である。基準骨モデルＹは、矯正対象骨の骨切りを行うべき位置（以下、「骨切り位置」とも称す）や、骨切りして得られる骨片Ａ，Ｂの間隔や角度調整などを行う上で指標として使用することができる。
【００４０】
切断面導出手段２６は、上述した骨切り位置において矯正前骨モデルＸを切断した場合に形成される骨片Ａ，Ｂの切断面ａ，ｂを導出する手段である。本実施形態のシミュレーションシステム２０では、図３に示すように、表示画面上に仮想面Ｖを表示可能とされており、この仮想面Ｖを矯正前骨モデルＸ上において任意の骨切り位置に配置すると共に、仮想面Ｖの傾斜を調整することにより、この骨切り位置及び角度で矯正前骨モデルＸを切断した場合の切断面ａ，ｂを導出することができる。
【００４１】
頂点設定手段２８は、上述した切断面導出手段２６により導出された切断面ａの外周上に複数（ｐ個）の頂点Ａ（ｎ）（ｎは１からｐの自然数）を設定すると共に、切断面ｂの外周上に複数（ｑ個）の頂点Ｂ（ｍ）（ｍは１からｑの自然数）を設定する手段である。頂点設定手段２８によって設定される頂点Ａ（ｎ）及び頂点Ｂ（ｍ）は、それぞれ補填用人工骨モデルＺを複数の三角形群によって表面形状を表現するＳＴＬ形式で表現する際に、各三角形の頂点をなすものである。本実施形態では、図４に示すように、頂点設定手段２８は、切断面導出手段２６によって導出された切断面ａ，ｂと、矯正前骨モデル取得手段２８によって取得された矯正前骨モデルＸのＳＴＬデータを構成する各線分との交点が頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ）とされる。したがって、本実施形態では、頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ）の個数ｐ，ｑは同一である。
【００４２】
上述したようにして仮想面Ｖの位置及び角度において矯正前骨モデルＸを切断（分割）することにより骨片Ａ，Ｂは、それぞれ基準骨モデルＹに沿うように位置調整される。これにより、骨片Ａ，Ｂを表す骨モデルは骨切り術により矯正を行った後の位置関係となり、骨片Ａ，Ｂの間には補填用人工骨によって補填すべき欠損部分Ｌが生じる（図５参照）。
【００４３】
距離導出手段３０は、上記欠損部分Ｌの距離を導出するものであり、最小距離導出動作Ａ及び最小距離導出動作Ｂを実施することにより、補填用人工骨モデルＺのＳＴＬデータを構成する線分（ＳＴＬ構築線）の距離を導出することが可能である。具体的には、最小距離導出動作Ａは、骨片Ａ側の切断面ａの外周に設けられたｐ個の頂点Ａ（ｎ）を構成する１点と、骨片Ｂ側の切断面ｂの外周に設けられた各頂点Ｂ（ｍ）の一部又は全部との距離ＬＡ（ｎ，ｍ）を各頂点Ｂ（ｍ）毎に導出し（図６（ａ）参照）、導出された距離ＬＡ（ｎ，ｍ）から最小のものを最小距離データＬＡｍｉｎ（ｎ，ｍ）として選択する動作である。最小距離導出動作Ａにより導出された最小距離データＬＡｍｉｎ（ｎ，ｍ）は、各頂点Ａ（ｎ）を起点としてＳＴＬ構築線を形成した場合の長さに相当する。また、最小距離データＬＡｍｉｎ（ｎ，ｍ）をなす頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ）を繋ぐ線分は、補填用人工骨モデルＺのＳＴＬデータを構成する線分（ＳＴＬ構築線）の候補となるものである。
【００４４】
同様に、最小距離導出動作Ｂは、ｑ個の頂点Ｂ（ｍ）を構成する１点と、各頂点Ａ（ｎ）の一部又は全部との距離ＬＢ（ｎ，ｍ）を各頂点Ｂ（ｍ）毎に導出し（図６（ｂ）参照）、導出された距離ＬＢ（ｎ，ｍ）から最小のものを最小距離ＬＢｍｉｎ（ｎ，ｍ）として選択する動作である。最小距離導出動作Ｂにより導出された最小距離データＬＢｍｉｎ（ｎ，ｍ）は、各頂点Ｂ（ｍ）を起点としてＳＴＬ構築線を形成した場合の長さに相当する。また、最小距離データＬＢｍｉｎ（ｎ，ｍ）をなす頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ）を繋ぐ線分は、補填用人工骨モデルＺのＳＴＬ構築線の候補となる線分である。
【００４５】
最小距離データ構築手段３２は、上述した距離導出手段３０によって導出された最小距離データＬＡｍｉｎ（ｎ，ｍ），ＬＢｍｉｎ（ｎ，ｍ）をデータベース化した最小距離データベースＬｍｉｎＤＢを構築する手段である。最小距離データベースＬｍｉｎＤＢは、頂点Ａ（ｎ）を起点とした最小距離データＬＡｍｉｎ（ｎ，ｍ）によって構成されたＡ側最小距離データベースＬＡｍｉｎＤＢと、頂点Ｂ（ｍ）を起点とした最小距離データＬＢｍｉｎ（ｎ，ｍ）によって構成されたＢ側最小距離データベースＬＢｍｉｎＤＢとによって構成される。
【００４６】
最大距離選択手段３４は、最小距離データ構築手段３２によって構築された最小距離データベースＬｍｉｎＤＢを参照し、最大距離のものを選択する手段である。本実施形態では、最大距離選択手段３４は、先ずＡ側最小距離データベースＬＡｍｉｎＤＢに含まれている最小距離データＬＡｍｉｎ（ｎ，ｍ）のうち最大のものをＡ側最大距離データＬＡｍａｘ（ｎ，ｍ）として選択する。また同様に、最大距離選択手段３４は、Ｂ側最小距離データベースＬＢｍｉｎＤＢに含まれている最小距離データＬＢｍｉｎ（ｎ，ｍ）から最大のものをＢ側最大距離データＬＢｍａｘ（ｎ，ｍ）として選択する。最大距離選択手段３４は、このようにして選出されたＡ側最大距離データＬＡｍａｘ（ｎ，ｍ）及びＢ側最大距離データＬＢｍａｘ（ｎ，ｍ）のうち大きな方を最大距離データＬｍａｘ（ｎ，ｍ）として選択する。
【００４７】
開始点選択手段３６は、補填用人工骨モデルＺのＳＴＬデータを構築する際の開始点となる頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ）を選択する手段である。開始点選択手段３６は、上述した最大距離選択手段３４によって選択された最大距離データＬｍａｘ（ｎ，ｍ）をなす頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ）を開始点Ａ（１），Ｂ（１）（ｎ＝１，ｍ＝１）として選択する。
【００４８】
ＳＴＬデータ構築手段３８は、補填用人工骨の外表面をなすＳＴＬデータを構築するものである。ＳＴＬデータ構築手段３８は、上述した開始点選択手段３６によって選択された頂点Ａ（１），Ｂ（１）を開始点とし、各頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ）間を切断面ａ，ｂ間の領域を横切るように順次線分を繋ぐことにより複数の三角形群によって補填用人工骨の外表面を表すＳＴＬデータを構築する。
【００４９】
さらに詳細に説明すると、ＳＴＬデータ構築手段３８は、先ず上述した開始点となる頂点Ａ（１），Ｂ（１）を繋ぐ線分を補填用人工骨モデルＺのＳＴＬデータを構築する線分（ＳＴＬデータ構築線）とする。その後、頂点Ｂ（１）に対して切断面ｂの周方向に隣接する頂点Ｂ（２）と頂点Ａ（１）とをつなぐ線分の長さＬ（１，２）と、頂点Ａ（１）に対して切断面ａの周方向に隣接する頂点Ａ（２）と頂点Ｂ（１）とをつなぐ線分の長さＬ（２，１）との長さが比較され、短い方の線分がＳＴＬ構築線として選択される。ここでＬ（１，２）の方が短い場合は、Ａ（１），Ｂ（１），Ｂ（２）間を線分（ＳＴＬ構築線）で結んで構成される三角形の領域によって補填用人工骨モデルＺの外表面の一部が構成されることとなる。また、Ｌ（２，１）の方が短い場合は、Ａ（１），Ｂ（１），Ａ（２）間を線分（ＳＴＬ構築線）で結んで構成される三角形の領域によって補填用人工骨モデルＺの外表面の一部が構成されることとなる。以降、これと同様に、頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ＋１）間をつなぐ線分と、頂点Ａ（ｎ＋１），Ｂ（ｍ）間をつなぐ線分のうち、距離の短い線分を順次ＳＴＬ構築線として選択していくことにより、図７に示すように各頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ）間がＳＴＬ構築線によって繋がれ、Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ），Ａ（ｎ＋１）間、あるいはＡ（ｎ），Ｂ（ｍ），Ｂ（ｍ＋１）間を互いにＳＴＬ構築線で結んで形成される三角形の領域によって補填用人工骨モデルＺの外表面の一部が順次構成されていく。これにより、切断面ａ，ｂ間に形成された空間が全周にわたってＳＴＬ構築線によって形成された三角形群によって取り囲まれた補填用人工骨モデルＺが形成される。
【００５０】
ＳＴＬデータ構築手段３８により構築された補填用人工骨モデルＺのＳＴＬデータは、シミュレーションシステム２０において補填用人工骨モデルＺを形成し、図７に示すように補填用人工骨モデルＺ単独で出力画面上に表示したり、図８に示すように骨片Ａ，Ｂ間に形成された欠損部分Ｌに嵌め込んだ状態で表示することが可能となる。また、ＳＴＬデータ構築手段３８によって構築された補填用人工骨モデルＺのＳＴＬデータを用いれば、例えば光造形法などの造形法により補填用人工骨１０を形成することが可能である。
【００５１】
続いて、上述したシミュレーションシステム２０を用いた補填用人工骨モデルＺの形成方法、及び補填用人工骨１０の形成方法について説明する。シミュレーションシステム２０では、図９に示すステップ１−１〜ステップ１−９に示す各工程を経て、補填用人工骨モデルＺが構築される。具体的には、ステップ１−１に係る矯正前骨モデル取得工程は、上述した矯正前骨モデル取得手段２２により矯正対象骨の三次元モデル（矯正前骨モデルＸ）を取得する工程である。ステップ１−１では、矯正前骨モデルＸに係るＳＴＬデータが取得され、このＳＴＬデータに基づいて矯正前骨モデルＸが構築される。ステップ１−１において取得された矯正前骨モデルＸは、図２に示すように、コンピュータの出力画面上に表示される。
【００５２】
上述したステップ１−１が完了すると、工程がステップ１−２に係る基準骨モデル取得工程に移行する。基準骨モデル取得工程は、基準骨モデル取得手段２４によって基準骨モデルＹを取得する工程である。ステップ１−２では、矯正対象骨と面対称の関係にある同一患者の正常骨の鏡像を作成し、三次元モデル化することにより基準骨モデルＹが取得される。ステップ１−２において取得された基準骨モデルＹは、図２に示すようにコンピュータの出力画面上に矯正前骨モデルＸと並べて表示される。
【００５３】
上述したステップ１−２において基準骨モデルＹが取得されると、工程がステップ１−３に移行する。ステップ１−３に係る切断面導出工程は、上述した切断面導出手段２６により実施される工程であり、指定された骨切り位置において矯正前骨モデルＸを切断した場合に形成される切断面ａ，ｂが導出される。具体的には、工程がステップ１−３に進行すると、マウスやキーボードなどの入力デバイスを用いて表示画面上に表示された切断面導出用の仮想面Ｖの位置や角度を基準骨モデルＹとを比較しながら適宜調整することが可能となる。仮想面Ｖの位置や角度を設定することにより、出力画面上に表示されている矯正前骨モデルＸにおいて骨切り位置や骨切りを行う角度などが指定されると、この位置や角度で矯正前骨モデルＸを切断した場合に形成される切断面ａ，ｂが導出される。
【００５４】
ステップ１−３において切断面ａ，ｂが導出されると、工程がステップ１−４の頂点設定工程に移行する。頂点設定工程では、頂点設定手段２８により切断面ａ，ｂの外周上に複数（ｐ，ｑ個）の頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ）が設定される。本実施形態では、図４に示すように切断面ａ，ｂとステップ１−１において構築された矯正前骨モデルＸを構成するＳＴＬ構築線との交点が頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ）として設定される。
【００５５】
また、ステップ１−３及びステップ１−４において切断面ａ，ｂの導出及び頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ）の設定が完了すると、工程がステップ１−５の骨片位置矯正工程に進む。骨片位置矯正工程では、上述した基準骨モデルＹに沿うように骨片Ａ，Ｂの位置や角度が調整される。これにより、骨片Ａ，Ｂに形成された切断面ａ，ｂの間には図５に示すような欠損部分Ｌが形成される。
【００５６】
ステップ１−５に係る骨片位置矯正工程が完了すると、工程がステップ１−６に係る距離導出工程に移行する。距離導出工程は、距離導出手段３０により実施される。距離導出工程では、最小距離導出動作Ａによりｐ個の頂点Ａ（ｎ）それぞれについて、各頂点Ｂ（ｍ）との距離ＬＡ（ｎ，ｍ）が導出され（図６（ａ）参照）、導出された距離ＬＡ（ｎ，ｍ）から最小のものが最小距離データＬＡｍｉｎ（ｎ，ｍ）として選出される。また、最小距離導出動作Ｂによりｑ個の頂点Ｂ（ｍ）それぞれについて、各頂点Ａ（ｎ）との距離ＬＢ（ｎ，ｍ）が導出され（図６（ｂ）参照）、導出された距離ＬＢ（ｎ，ｍ）から最小のものが最小距離データＬＢｍｉｎ（ｎ，ｍ）として選出される。このようにして選出された最小距離データＬＡｍｉｎ（ｎ，ｍ）及び最小距離データＬＢｍｉｎ（ｎ，ｍ）は、それぞれ最小距離データ構築手段３２によりデータベース化され、Ａ側最小距離データベースＬＡｍｉｎＤＢ、及び最小距離データＬＢｍｉｎ（ｎ，ｍ）によって構成された最小距離データベースＬｍｉｎＤＢが構築される。
【００５７】
上述したようにしてステップ１−６において最小距離データベースＬｍｉｎＤＢが構築されると、制御フローがステップ１−７に係る最大距離選択工程に移行する。ステップ１−７では、最大距離選択手段３４によって最小距離データベースＬｍｉｎＤＢが参照され、Ａ，Ｂ側最小距離データベースＬＡｍｉｎＤＢ，ＬＢｍｉｎＤＢに含まれている最小距離データＬＡｍｉｎ（ｎ，ｍ），ＬＢｍｉｎ（ｎ，ｍ）から最大のものがＡ側最大距離データＬＡｍａｘ（ｎ，ｍ）及びＢ側最大距離データＬＢｍａｘ（ｎ，ｍ）として選択される。その後、最大距離選択手段３４により、Ａ，Ｂ側最大距離データＬＡｍａｘ（ｎ，ｍ），ＬＢｍａｘ（ｎ，ｍ）の大きさが比較され、大きな方が最大距離データＬｍａｘ（ｎ，ｍ）として選択される。最大距離データＬｍａｘ（ｎ，ｍ）が選択されると、工程はステップ１−８に係る開始点選択工程に移行する。
【００５８】
ステップ１−８では、開始点選択手段３６により、複数設定された頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ）から補填用人工骨モデルＺのＳＴＬデータを構築するための開始点とすべきものが選択される。具体的には、ステップ１−８では、上記ステップ１−７において選択された最大距離データＬｍａｘ（ｎ，ｍ）をなす頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ）が開始点Ａ（１），Ｂ（１）として選択される。
【００５９】
開始点Ａ（１），Ｂ（１）が選択されると、工程がステップ１−９に係るＳＴＬデータ構築工程に移行し、補填用人工骨の外表面を表すＳＴＬ構築線が順次決定され、ＳＴＬデータが構築される。具体的には、ステップ１−９では、ＳＴＬデータ構築手段３８により、開始点Ａ（１），Ｂ（１）を起点として各頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ）間をＳＴＬ構築線によって繋ぐことにより、複数の三角形群によって表現された補填用人工骨の外表面を表すＳＴＬデータが構築される。
【００６０】
ステップ１−９において補填用人工骨に係るＳＴＬデータが構築されると、図７や図８に示すように、シミュレーションシステム２０により補填用人工骨モデルＺを単独で表示したり、骨片Ａ，Ｂ間の欠損部分Ｌに嵌め込んだ状態で表示可能な状態になる。また、矯正対象骨に係る矯正前骨モデルＸを切断して形成された骨片Ａ，Ｂを表す三次元モデルの間に補填用人工骨モデルＺを嵌め込むことにより、矯正後の骨モデル（以下、矯正後骨モデルとも称す）を表示可能な状態になる。さらに、ＳＴＬデータ構築手段３８によって構築されたＳＴＬデータを用いることにより、光造形法などの造形法を用いて手術に用いる補填用人工骨１０を術前に準備することが可能となる。
【００６１】
上述したように、本実施形態の補填用人工骨モデルＺの形成方法では、距離導出工程（ステップ１−６）において補填用人工骨モデルＺをなすＳＴＬ構築線の候補となりうるもののの長さを精査し、そのうちで最も長いものをなすものを最大距離選択工程（ステップ１−７）において選択し、最長のものをなす頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ）を開始点Ａ（１），Ｂ（１）として選択している（ステップ１−８）。したがって、上記した補填用人工骨モデルＺの形成方法によれば、補填用人工骨モデルＺをなすＳＴＬ構築線の誤差が生じにくく、補填用人工骨モデルＺを容易かつ高精度に構築することが可能である。
【００６２】
上記実施形態では、距離導出工程において、ｐ個の頂点Ａ（ｎ）のそれぞれについて各頂点Ｂ（ｍ）との距離ＬＡ（ｎ，ｍ）を導出し、ｑ個の頂点Ａ（ｎ）のそれぞれについて各頂点Ａ（ｎ）との距離ＬＢ（ｎ，ｍ）を導出することにより最小距離データＬＡｍｉｎ（ｎ，ｍ）や最小距離データＬＢｍｉｎ（ｎ，ｍ）を導出する例を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。具体的には、ｐ個の頂点Ａ（ｎ）のうち一部のものと各頂点Ｂ（ｍ）の一部又は全部との距離ＬＡ（ｎ，ｍ）を導出し、導出された距離ＬＡ（ｎ，ｍ）のうちから最小のものを最小距離データＬＡｍｉｎ（ｎ，ｍ）として選択することとしてもよい。同様に、ｑ個の頂点Ｂ（ｍ）のうち一部のものと各頂点Ａ（ｎ）の一部又は全部との距離ＬＢ（ｎ，ｍ）を導出し、導出された距離ＬＢ（ｎ，ｍ）のうちから最小のものを最小距離データＬＢｍｉｎ（ｎ，ｍ）として選択することとしてもよい。すなわち、ｐ個の頂点Ａ（ｎ）あるいはｑ個の頂点Ｂ（ｍ）のいずれかを、距離ＬＡ（ｎ，ｍ），ＬＢ（ｎ，ｍ）を導出する際の頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ）の候補から除外することとしてもよい。
【００６３】
また、上記実施形態では、最大距離導出工程において、Ａ側最小距離データベースＬＡｍｉｎＤＢを構成する最小距離データＬＡｍｉｎ（ｎ，ｍ）から最大のものを選択すると共に、Ｂ側最小距離データベースＬＢｍｉｎＤＢを構成する最小距離データＬＢｍｉｎ（ｎ，ｍ）から最大のものを選択する例を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。具体的には、Ａ側最小距離データベースＬＡｍｉｎＤＢ及びＢ側最小距離データベースＬＢｍｉｎＤＢを構成する最小距離データＬＡｍｉｎ（ｎ，ｍ），ＬＢｍｉｎ（ｎ，ｍ）の一部を最大距離導出工程における選出の対象から除外することも可能である。
【００６４】
上述した補填用人工骨モデルＺの形成方法やシミュレーションシステム２０により補填用人工骨モデルＺを構築すれば、医師の経験則によることなく最適な大きさ及び形状となるように補填用人工骨を設計することができる。また、上述した形成方法やシミュレーションシステム２０により補填用人工骨モデルＺを構築すれば、術前に理想的な形状、大きさに成形された人工骨を作成し準備しておくことが可能となるため、手術に要する時間を短縮し、患者に与える負担を軽減することが可能となる。
【００６５】
上述したように、本実施形態の補填用人工骨モデルの形成方法では、矯正前骨モデルに係るＳＴＬ構築線と切断面ａ，ｂとの交点が、それぞれ頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ）に設定される。したがって、本実施形態により補填用人工骨モデルＺを形成すれば、骨片Ａ，ＢをなすＳＴＬ構築線と、補填用人工骨モデルＺを構成するＳＴＬ構築線とで頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ）が共用され、骨片Ａ，Ｂの間に補填用人工骨を埋入した状態を示す三次元画像の取得などを容易に行うことができる。なお、上記実施形態では、矯正前骨モデルに係るＳＴＬ構築線と切断面ａ，ｂとの交点を頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ）として設定する例を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、頂点Ａ（ｎ），Ｂ（ｍ）を矯正前骨モデルに係るＳＴＬ構築線とは関係なく、適宜設定することも可能である。
【００６６】
上述した補填用人工骨モデルの形成方法では、骨片位置矯正工程（ステップ１−５）において、異常態様に変形した矯正対象骨と面対称の位置関係にある正常骨の鏡像を三次元モデル化した基準骨モデルＹを基準として切断・分離された骨片Ａ，Ｂの位置や姿勢を整えることとしており、切断面ａ，ｂ間に形成される欠損部分Ｌの大きさや形状を容易に特定できる。したがって、上述した補填用人工骨モデルの形成方法によれば、骨切り術を行う際に骨片Ａ，Ｂ間に補填すべき補填用人工骨の三次元モデル（補填用人工骨モデルＺ）や、補填用人工骨を容易かつ正確に形成できる。なお、上記実施形態では、基準骨モデル取得工程（ステップ１−２）において取得された基準骨モデルＹを基準として骨片Ａ，Ｂの位置や切断面ａ，ｂの間隔、骨切り位置、骨切り角度などを調整できる構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、基準骨モデルＹを取得せず、骨片Ａ，Ｂの位置や切断面ａ，ｂの間隔、骨切り位置、骨切り角度などを適宜設定することにより手術後の骨片Ａ，Ｂの配置を決定し、これにより骨片Ａ，Ｂ間に形成される欠損部分Ｌに補填する補填用人工骨１０の骨モデルＺに係るＳＴＬデータを上述した手法で構築することとしてもよい。
【００６７】
≪医療用三次元画像の取得方法、及び医療用シミュレーションシステムについて≫
続いて、本発明の一実施形態に係る医療用シミュレーションシステム１１０、及び医療用三次元画像の取得方法について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１０に示すように、医療用シミュレーションシステム１１０は、従来公知のコンピュータに本実施形態に係る医療用三次元画像の取得方法を実行するための実行プログラムを備えたソフトウエアをインストールすることにより構築される。医療用シミュレーションシステム１１０は、画像取得手段１２０と、二値化手段１２２と、領域設定手段１２４と、サーフェス形成手段１２６と、領域再設定手段１２８と、三次元化手段１３０と、三次元画像データ出力手段１３２とを有する。
【００６８】
画像取得手段１２０は、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）によって得られたＣＴ画像に係るＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communication in Medicine）データなどの画像データを読み込むことができる。画像取得手段１２０は、互いに交差するＸ，Ｙ，Ｚの三方向に係る断層画像として取得される。Ｘ方向への断層画像からなる断層画像群は、Ｘ方向断層画像群を構成するものとして分類される。同様に、Ｙ方向への断層画像からなる断層画像群はＹ方向断層画像群を構成するものとして分類され、Ｚ方向への断層画像からなる断層画像群はＺ方向断層画像群を構成するものとして分類される。
【００６９】
二値化手段１２２は、画像取得手段１２０によって取得されたＸ方向断層画像群、Ｙ方向断層画像群、及びＺ方向断層画像群をなす各医療用断層画像をＣＴ値を基準として設定された閾値を境界として２階調に分類し、二色画像化するものである。具体的には、二値化手段１２２は、各医療用断層画像において前述した閾値以上の階調である領域を白に置換し、階調が閾値を下回っている領域を黒に置換することにより、各医療用断層画像を二色画像化する。これにより、Ｘ方向への断層画像を二色化したＸ方向二色断層画像群、Ｙ方向への断層画像を二色化したＹ方向二色断層画像群、及びＺ方向への断層画像を二色化したＺ方向二色断層画像群がそれぞれ形成される。
【００７０】
領域設定手段１２４は、上述した二値化手段１２２によって二値化することにより得られた二色断層画像から、三次元画像化したい部分を含む領域を選択するためのものである。領域設定手段１２４は、二値化手段１２２により二値化することによって得られた複数の二色断層画像のうちの一つにおいて選択領域として領域設定された場合に、この選択領域に対応する領域を他の二色断層画像においても選択領域として領域指定する機能を有する。さらに詳細には、Ｘ方向二色断層画像群、Ｙ方向二色断層画像群、及びＺ方向二色断層画像群をなす各二色断面画像のうちの一つにおいて、一定の領域を選択領域として領域設定すると、選択された二色断層画像群に含まれる他の二色断層画像において前記した選択領域に相当する部分が選択領域として領域設定される。さらに、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向二色断層画像群のうち、領域設定のために使用された二色断面画像が属する画像群と異なる画像群に含まれている二色断面画像においても、前述した選択領域に相当する領域が選択領域として選択され、領域設定される。
【００７１】
本実施形態の医療用シミュレーションシステム１１０では、セグメンテーション法による領域設定を行うことが可能とされており、表示画面上に表示された二色断面画像において選択領域として領域設定する部分をマウスなどの入力デバイスを用いて指定可能とされている。また、医療用シミュレーションシステム１１０では、リージョングローイング法による領域設定を行うことも可能であり、選択領域として選択しようとしている領域内の部位を指定すると、指定された部分と同一の領域に属すると想定される連結領域が順次取り込まれながら拡張され、選択領域として選択される。
【００７２】
サーフェス形成手段１２６は、領域設定手段１２４によって領域設定された選択領域に係る画像を組み合わせることにより、三次元画像を形成する機能を有する。サーフェス形成手段１２６によって三次元画像を形成することにより、領域設定手段１２４によって領域設定された時点において、三次元画像を取得したい部位の他に不要な部分が含まれているか否かや、不要な部分の位置などを確認することが可能となる。
【００７３】
領域再設定手段１２８は、領域設定手段１２４によって選択領域として既に設定されている領域から、三次元画像を取得する際に不要な領域（除外領域）を除外し、選択領域を再設定するための手段である。領域再設定手段１２８は、領域設定手段１２４により領域設定された各二色断面画像から選ばれる一つの二色断層画像において選択領域の再設定を行うと、他の二色断面画像においても、既に選択領域として領域指定されている領域設定されている既設定の領域から前記除外領域に対応する領域を除外した領域が選択領域として再設定される。したがって、領域再設定手段１２８は、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向二色断層画像群のうちいずれかに含まれる二色断層画像において選択領域から除外領域を除いた領域を選択領域として再設定することにより、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向二色断層画像群をなす各二色断面画像においても除外領域に該当する領域を除外した領域を選択領域として再設定することができる。
【００７４】
本実施形態の医療用シミュレーションシステム１１０では、セグメンテーション法により選択領域から不要な領域（除外領域）を指定し、選択領域を再設定することが可能である。具体的には、表示画面上に表示された既に選択領域の領域設定がなされている二色断面画像において、除外領域に該当する部分をマウスなどの入力デバイスを用いて指定することにより、除外領域を指定することにより選択領域を再設定することが可能とされている。
【００７５】
三次元化手段１３０は、上述した領域指定手段２６により領域指定された選択領域、あるいは領域再設定手段１２８により再設定された選択領域に係る部分の二色断面画像を組み合わせて三次元画像を形成する機能を有する。三次元化手段１３０によって形成された三次元画像は、三次元画像データ出力手段１３２により、ＳＴＬデータなどのデータ形式で出力することが可能である。
【００７６】
続いて、上述した医療用シミュレーションシステム１１０の動作、及び医療用三次元画像の取得方法の実施方法について図面を参照しつつ説明する。図１１に示すように、本実施形態の医療用三次元画像の取得方法は、ステップ２−１〜ステップ２−９に係る工程を経て実施される。ステップ２−１に係る画像取得工程は、画像取得手段１２０により、ＤＩＣＯＭデータなどのＣＴ画像に係る画像データを読み込み、Ｘ，Ｙ，Ｚの三方向に係る断層画像として取得する工程である。ステップ２−１において読み込まれた断層画像データは、いわゆるグレースケール画像などのように多数の階調からなる画像であり、このまま画像処理したり、三次元化するにはデータ容量が大きい。
【００７７】
そこで、ステップ２−１の二値化工程において断層画像のデータが読み込まれると、各断層画像が二色画像化される。具体的には、画像取得手段１２０によって取得されたＸ，Ｙ，Ｚの三方向に係る断層画像は、いずれもＣＴ値を基準として設定された閾値以上のＣＴ値に該当する領域と、閾値よりも小さな領域とに分類される。各断層画像において閾値以上である領域は白色に置換され、閾値を下回っている領域は黒色に置換される。このようにして各断層画像が二色断層画像に変換される。さらに詳細には、例えば断層画像中に含まれている骨の三次元画像を取得したい場合は、１００程度のＣＴ値に相当する閾値を設定することにより、骨を含む領域が白色に置換され、それ以外の領域が黒色に置換される。
【００７８】
Ｘ方向への断層画像を二色化した各二色断層画像は、Ｘ方向二色断層画像群を構成する。同様に、Ｙ方向への断層画像を二色化した各二色断層画像は、Ｙ方向二色断層画像群を構成し、Ｚ方向への断層画像を二色化した各二色断層画像は、Ｚ方向二色断層画像群を構成する。二色化工程において得られた各二色断層画像は、図１２に示すように各画像群毎に医療用シミュレーションシステム１１０がインストールされているコンピュータの出力画面上に表示される。また、出力画面上に表示されている二色断層画像は、コンピュータに接続されているマウスやキーボードなどの入力デバイスを用いて座標の指定や変更を行うことにより、表示されているものからＸ，Ｙ，Ｚの各方向に移動した位置のものに適宜変更することが可能である。したがって、入力デバイスを用いて座標の指定や変更を行うことにより、出力画面上に任意の位置（座標）における二色断層画像を表示させることが可能である。
【００７９】
上記したようにして各断層画像が二色画像化されると、工程がステップ２−３〜ステップ２−８に係る各工程に進み、各二色断層画像において三次元画像を構築する際に用いる画像領域の設定が行われる。具体的には、工程がステップ２−３に係る領域設定工程に移行すると、上述した二値化工程において得られた各二色断層画像のうち、適宜選択された二色断層画像において選択領域として領域設定された領域に対応する領域が、他の二色断層画像においても選択領域として選択される。
【００８０】
さらに具体的には、工程がステップ２−３に進行すると、マウスやキーボードなどの入力デバイスを操作することにより、出力画面上に表示されている二色断面画像において選択領域とすべき領域、すなわち三次元画像化しようとしている部分に該当するであろう領域を領域設定することが可能となる。上述したように、本実施形態ではセグメンテーション法及びリージョングローイング法の双方により領域設定を行うことができ、いずれの方法により領域設定を行う場合であっても、出力画面上に表示されている三つのＸ，Ｙ，Ｚ方向二色断層画像のうちの一つにおいてマウスなどの入力デバイスを用いて指定することにより、選択領域とすべき領域を選択できる。
【００８１】
出力画面上に表示されている三つのＸ，Ｙ，Ｚ方向二色断層画像のうちの一つにおいて選択領域とすべき領域が指定されると、図１３に示すように、指定された領域が白及び黒以外の色で着色等された領域が形成され、他の領域と区別される。具体的には、リージョングローイング法により選択領域の指定を行う場合は、例えば図１３において編み目状のハッチングで示された領域の一部を選択すると、ハッチングが付された領域全体がひと続きであると認識され、選択領域として領域設定された状態になる。一方、セグメンテーション法により領域設定を行う場合は、図１３において網目状のハッチングが付された領域全体を塗りつぶすようにマウスやキーボードなどの入力デバイスを操作し選択することにより、選択領域として領域設定された状態になる。
【００８２】
上述したようにして選択領域とすべき領域が指定されると、出力画面上に表示されている他の二色断層画像においても選択領域に該当する領域が着色された状態になる。さらに、選択領域の指定時に出力画面上に表示されていない他の二色断面画像についても、上述したように選択領域に対応する領域が選択領域として選択されている。よって、選択領域の設定後、入力デバイスを操作して別の二色画像を出力画面上に表示すると、前述した選択領域に対応する領域が着色された状態で表示される。
【００８３】
上述したようにしてステップ２−３において領域設定がなされると、工程がステップ２−４に至る。ステップ２−４では、サーフェス画像形成の要否、すなわち領域設定手段１２４によって領域設定された選択領域に係る画像を組み合わせることにより三次元画像を形成する必要があるか否かが確認される。ステップ２−４においてサーフェス画像の形成が必要であることが確認された場合は、工程がステップ２−５に進み、不要であることが確認された場合はステップ２−７に進む。
【００８４】
工程がステップ２−５に進行した場合は、サーフェス形成手段１２６により領域設定手段１２４によって領域設定された選択領域に係る画像を組み合わせられ、三次元画像が形成される。サーフェス形成手段１２６によって形成された三次元画像は、図１４に示すように、サーフェス画像としてコンピュータの出力画面上に表示される。これにより、ステップ２−３に係る領域設定工程において領域設定された選択領域に、三次元画像として取得したい部位の他に不要な部分が含まれているか否かや、不要な部分の位置などが存在しないか確認できる。
【００８５】
ステップ２−５においてサーフェス画像の形成が完了すると、工程がステップ２−６に進み、上述したステップ２−３において選択領域として領域設定されている既選択の領域から除外すべき領域が存在するか否か、すなわち選択領域の再設定が必要か否かが確認される。同様に、ステップ２−４においてサーフェス画像の形成が不要であるとされた場合についても、ステップ２−８において、選択領域として領域設定された領域から除外すべき領域が存在するか否かが確認される。ステップ２−６及びステップ２−８において選択領域として領域設定されている領域から除外すべき領域が存在し、選択領域の再設定が必要であると判断された場合は、工程がステップ２−７に進められ、除外すべき領域が存在せず、選択領域の再設定が不要であると判断された場合は、工程がステップ２−９に進められる。
【００８６】
工程がステップ２−７に係る領域再設定工程に進行すると、領域再設定手段１２８により、ステップ２−３において選択領域として設定された領域から、三次元画像として取得不要な領域（除外領域）を除外した領域が選択領域として再設定される。具体的には、例えば図１５（ａ）に示す二色断面画像に描かれている２箇所の白色の領域のうち、一方が三次元画像化したい部分を示す領域であり、他方がそれ以外の部分である場合において、他の二色断面画像において両方の領域が一体として現れているなどして領域設定手段１２４により一連の領域と認識されている場合がある。このような場合は、上述したステップ２−３に係る領域設定工程において図１５（ａ）以外の他の二色断面画像を用いて選択領域を指定すると、図１５（ｂ）に網目状のハッチングで示すように、異なる部位を示す２箇所の白色の領域の双方が選択領域として指定されてしまうことがある。
【００８７】
そこで、選択領域から除外すべき領域が存在する場合は、上述したサーフェス画像などに基づいて図１５（ｂ）に示すように除外領域を判別可能な位置（座標）を指定し、この位置における二色断面画像を出力画面上に表示させた状態においてマウス等の入力デバイスの操作により除外領域を指定することにより、該当部分を選択領域から除外して残る領域（図１６において網目状のハッチングで示した領域）を選択領域として再設定することが可能である。選択領域が再設定されると、出力画面上に表示されている他の二つの二色断層画像においても除外領域に該当する領域を選択領域から除外した領域が選択領域として再設定された状態になる。さらに、選択領域の再設定が行われると、出力画面上に表示されていない他の二色画像についても、除外領域に対応する領域を選択領域から除外した領域が選択領域として再設定された状態になる。
【００８８】
上述したようにしてステップ２−７に係る領域再設定工程が完了した場合や、ステップ２−６やステップ２−８において選択領域の再設定が不要であると判断された場合は、工程がステップ２−９に係る三次元化工程に進行する。ステップ２−９では、選択領域として領域指定されている部分の二色断面画像が三次元化手段１３０によって組み合わせられ、図１７に示すように三次元画像として出力画面上に表示される。また、ステップ２−９において形成された三次元画像は、三次元画像データ出力手段１３２により、ＳＴＬデータなどのデータ形式で出力することが可能とされる。
【００８９】
上述したように、本実施形態で示した医療用シミュレーションシステム１１０、及び医療用三次元画像の取得方法では、ステップ２−１〜ステップ２−３に係る各工程を経て医療用断層画像を二値化し、二色断層画像としている。したがって、ステップ２−３以降の工程において取り扱う画像（二色断層画像）のデータ容量が極めて小さく、ステップ２−３以降の工程における画像処理のためにコンピュータに要求される情報処理能力が最小限で済み、迅速に処理できる。
【００９０】
また、医療用シミュレーションシステム１１０では、医療用断層画像を二値化した二色断層画像を用いるため、医療用断層画像として、互いに交差するＸ，Ｙ，Ｚの三方向に係る断層画像によって構成されたものを使用しても、ステップ２−３以降の工程における画像処理のためにコンピュータに過剰な負荷がかからず、スムーズに画像処理することが可能となる。
【００９１】
また、上記実施形態では、ステップ２−２に係る二値化工程においてＣＴ値を基準として設定された閾値に基づいて各医療用断層画像を２階調に分類し、二色断層画像化しているため、所望の部位を含む領域とそれ以外の部位を含む領域とに正確に分離することが可能となる。したがって、上記した医療用シミュレーションシステム１１０によれば、所望の部位についての三次元画像を正確に取得することが可能となる。
【００９２】
また、上記実施形態で示した医療用シミュレーションシステム１１０では、ステップ２−３に係る領域設定工程において出力画面上に表示されている二色断層画像において選択領域として領域設定すれば、他の二色断層画像において選択領域として領域設定された部分に該当する部分についても選択領域として領域設定された状態になる。同様に、医療用シミュレーションシステム１１０では、ステップ２−７に係る領域再設定工程において出力画面上に表示されている二色断層画像において選択領域から除外すべき領域（除外領域）を指定し、選択領域の再設定を行えば、他の二色断層画像においても除外領域に対応する領域を既設定の選択領域除外した領域が選択領域として再設定された状態になる。したがって、医療用シミュレーションシステム１１０では、出力画面上に表示されているいずれかの二色断層画像において選択領域として領域設定すべき領域を指定したり、再設定したりすることにより、他の二色断層画像においても選択領域の領域設定や再設定の結果を反映させることが可能であり、二色断層画像毎に選択領域の領域設定や再設定を行う必要がない。よって、医療用シミュレーションシステム１１０によれば、操作経験を積んだ医師や専門のオペレータによらなくても容易に選択領域の設定や再設定を行い、所望の部位についての三次元画像を容易かつ正確に取得することが可能である。
【００９３】
上述した医療用シミュレーションシステム１１０では、互いに交差するＸ，Ｙ，Ｚの三方向に係る断層画像によって構成された医療用断層画像に基づいて作成されたＸ方向二色断層画像群、Ｙ方向二色断層画像群、及びＺ方向二色断層画像群がステップ２−３以降の工程において医療用三次元画像を取得するために使用される。したがって、上記した医療用シミュレーションシステム１１０によれば、Ｘ，Ｙ，Ｚ三方向から見た二色断層画像に基づいて選択領域の設定や再設定を行うことが可能であり、精度の高い医療用三次元画像を容易に作成することが可能である。なお、上記実施形態では、Ｘ，Ｙ，Ｚの三方向に係る断層画像によって構成された医療用断層画像を用いて医療用三次元画像を作成する例を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向のいずれか一方向あるいは二方向に係る断層画像に基づいて医療用三次元画像を作成することとしてもよい。
【００９４】
本実施形態に示した医療用シミュレーションシステム１１０では、サーフェス形成工程（ステップ２−５）において、先に行われたステップ２−３に係る領域設定工程において領域設定された領域の二色断層画像を組み合わせ、三次元画像（サーフェス画像）を形成することが可能とされている。したがって、サーフェス画像を参照することにより、ステップ２−７に係る領域再設定工程において選択領域として指定されている既設定の領域に三次元画像を作成する上で不要な領域が含まれているか否かや、不要な領域がどの位置の二色断層画像に含まれているのかなどを容易に判断し、特定することが可能となる。よって、上述した医療用シミュレーションシステム１１０によれば、領域再設定工程における作業効率を向上させることが可能である。なお、上記実施形態では、サーフェス形成工程を実施可能な例を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、サーフェス形成手段１２６を備えずサーフェス形成工程を実施できないものとすることが可能である。
【００９５】
≪カッティングプレート、及びカッティングプレートの製造方法について≫
上述したシミュレーションシステム２０や医療用シミュレーションシステム１１０によれば、骨切り術による骨の矯正を予めシミュレーションし、骨切りを行う位置を適切に定めることが可能となる。骨切り術をさらに的確に実施可能とするためには、切開部分やボーンソーの差し込み方向など、術中に対応しなければならならい手術器械の使用方法などを考慮に入れ、術中に骨切り位置を確実かつ適切に定め得るガイドを準備することが好ましい。
【００９６】
上述したシミュレーションシステム２０や医療用シミュレーションシステム１１０によって形成された矯正前骨モデルＸを用いれば、骨切り用のガイド部材（以下、「カッティングプレート」１５０とも称す）の三次元モデルを構築し、この三次元モデルに基づいて最小限度の大きさのカッティングプレート１５０を形成することが可能である。
【００９７】
手順を追って具体的に説明すると、先ず、上述したシミュレーションシステム２０などにより骨切り術により矯正する前の状態の骨に相当する矯正前骨モデルＸが形成され、矯正骨モデルＸにおいて骨切りを行う部分を示す切断面ａ，ｂが設定される。その後、矯正前骨モデルＸを切断面ａ，ｂにおいて切断した切断片のモデルを構成し、骨を正常な状態とするために要する切断片の移動距離や、切断片間に挿入される人工骨の形状、大きさ、術中に使用されるワイヤーを刺し入れる位置（以下、「ワイヤー刺入位置」とも称す）などが決定される。このようにして切断面ａ，ｂやワイヤー刺入位置の情報が決定されると、この位置情報に基づいて演算がなされ、矯正骨モデルＸ上において切断面ａ，ｂやワイヤー刺入位置がいずれの位置になるのか導出される。
【００９８】
続いて、矯正前骨モデルＸの表面から所定の厚みｔ分だけ膨張させることにより、図１８や図１９に示すような骨モデルα（以下、「膨張モデル」αとも称す）が構成される（図１９では説明の簡略化のため、矯正前骨モデルＸ及び膨張モデルαを円筒状に示している。）。膨張骨モデルαは、矯正前骨モデルＸの外面に沿うように形成され、矯正骨モデルＸに相当する部分が中空とされた厚みｔの筒状体である。膨張骨モデルαの厚みｔは、作成するカッティングプレート１５０の厚みに応じて設定される。
【００９９】
膨張モデルαにおいて、上述したようにして設定された切断面ａ，ｂやワイヤー刺入位置を含む領域δが設定されると、この領域δに相当する部分が切り出され、カッティングプレート１５０の三次元モデルが構築される。このようにして形成されたカッティングプレート１５０をなす面と切断面ａ，ｂとの交線部分には、ボーンソーなどの切断具を差し込むための切り込み口γ１，γ２が形成される。また、ワイヤー刺入位置を通る法線とカッティングプレート１５０の交点部分には、ワイヤーを挿通するための刺入孔φ（図中ではφ１〜φ４）が形成される。
【０１００】
上述した手法により得られたカッティングプレート１５０の三次元モデルに基づき樹脂などの素材を用いて造形することにより、カッティングプレート１５０が形成される。このようにして形成されたカッティングプレート１５０は、骨切りを行う骨に沿うように形成されているため、適切な位置に装着しやすく、適切な位置において骨切りを行うことができる。また、上述したような方法によれば、シミュレーション時に実際に手術に使用するボーンソーやワイヤーなどの手術器械やカッティングプレート１５０の使用方法を想定しつつカッティングプレート１５０を設計可能であるため、骨切り術の術前計画をより一層確実かつ安全なものとすることができ、その結果として患者負担を大幅に抑制することが可能となる。
【符号の説明】
【０１０１】
１０  補填用人工骨
２０  シミュレーションシステム（医療用シミュレーションシステム）
２２  矯正前骨モデル取得手段
２４  基準骨モデル取得手段
２６  切断面導出手段
２８  頂点設定手段
３０  距離導出手段
３２  最小距離データ構築手段
３４  最大距離選択手段
３６  開始点選択手段
３８  ＳＴＬデータ構築手段
【図１】
0005410525.tif 000002
【図４】
0005410525.tif 000003
【図５】
0005410525.tif 000004
【図６】
0005410525.tif 000005
【図７】
0005410525.tif 000006
【図８】
0005410525.tif 000007
【図９】
0005410525.tif 000008
【図１０】
0005410525.tif 000009
【図１１】
0005410525.tif 000010
【図１９】
0005410525.tif 000011
【図２】
0005410525.tif 000012
【図３】
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【図１２】
0005410525.tif 000014
【図１３】
0005410525.tif 000015
【図１４】
0005410525.tif 000016
【図１５】
0005410525.tif 000017
【図１６】
0005410525.tif 000018
【図１７】
0005410525.tif 000019
【図１８】
0005410525.tif 000020