(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面分割部が、対象体の表面を３次元多角形格子（ボクセル）に分割し、該分割された各ボクセルについての多角形格子データを表面ボクセル座標として第１の記憶部に格納する第１のステップと、
姿勢変形表面ボクセル座標算出部が、前記第１の記憶部から読み出した表面ボクセル座標に係る各ボクセルデータにメッシュ変形を加え、前記対象体を姿勢変形させた状態における表面ボクセル座標を算出し、前記算出された姿勢変形後の表面ボクセル座標を姿勢変形表面ボクセル座標として第２の記憶部に格納する第２のステップと、
内部分割部が、前記対象体の内部をボクセルに分割し、該分割された各ボクセルについての多角形格子データを内部ボクセル座標とする第３のステップと、
内部ボクセル座標補間部が、前記内部ボクセル座標に係る各データを補間アルゴリズムを用いて補間することで得られる補間後内部ボクセル座標を得る第４のステップとを有する
ことを特徴とする対象体解剖構造解析方法。
【請求項２】
表面分割部が、対象体の表面を３次元多角形格子（ボクセル）に分割し、該分割された各ボクセルについての多角形格子データを表面ボクセル座標として第１の記憶部に格納する第１のステップと、
姿勢変形表面ボクセル座標算出部が、前記第１の記憶部から読み出した表面ボクセル座標に係る各ボクセルデータにメッシュ変形を加え、前記対象体を姿勢変形させた状態における表面ボクセル座標を算出し、前記算出された姿勢変形後の表面ボクセル座標を姿勢変形表面ボクセル座標として第２の記憶部に格納する第２のステップと、
内部分割部が、前記対象体の内部をボクセルに分割し、該分割された各ボクセルについての多角形格子データを内部ボクセル座標とする第３のステップと、
内部ボクセル座標補間部が、前記内部ボクセル座標に係る各データを補間アルゴリズムを用いて補間することで得られる補間後内部ボクセル座標を第３の記憶部に格納する第４のステップと、
表示部が、前記第２及び第３の記憶部に格納されたそれぞれの座標データを読み出し、三次元的に表示する第５のステップとを有する
ことを特徴とする対象体解剖構造の表示方法。
【請求項３】
対象体の表面を３次元多角形格子（ボクセル）に分割するための表面分割部と、
前記表面分割部によって分割された各ボクセルについての多角形格子データを表面ボクセル座標として記憶するための第１の記憶部と、
前記第１の記憶部から表面ボクセル座標に係る各ボクセルデータを読み出し、このデータにメッシュ変形を加え、前記対象体を姿勢変形させた状態における表面ボクセル座標を算出するための姿勢変形表面ボクセル座標算出部と、
前記算出された姿勢変形後の表面ボクセル座標を姿勢変形表面ボクセル座標として記憶するための第２の記憶部と、
前記対象体の内部をボクセルに分割するための内部分割部と、
前記内部分割部によって分割された各ボクセルについての内部ボクセル座標に係る各データを補間アルゴリズムを用いて補間するための内部ボクセル座標補間部と、
前記内部ボクセル座標補間部で得られた補間後内部ボクセル座標を記憶するための第３の記憶部と、
前記第２及び第３の記憶部に格納されたそれぞれの座標データを読み出し、三次元的に表示する表示部と
を具備することを特徴とする対象体解剖構造表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば対象体解剖構造解析方法及び対象体解剖構造の表示方法並びに対象体解剖構造表示装置に係り、特にボクセルをベースにした人体の姿勢変形モデルに係る対象体解剖構造解析方法及び対象体解剖構造の表示方法並びに対象体解剖構造表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波電磁界の利用が増えたことにより、無線通信機器から生ずる高周波電磁界の影響に関する懸念が増えてきた。国際非電離放射線防護委員会とＩＥＥＥ（Ｔｈｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ, Ｉｎｃ.：電気電子学会ＩＥＥＥ）は、高周波電磁界の曝露基準を設けている。これらの基準は、電磁エネルギーの吸収によって起こる体温の上昇に基づいている。比吸収率（ＳＡＲ）は、高周波電磁界の安全性を決めるために使われる推定基準であり、ＳＡＲの正確な推定は重要な役割を担う。
【０００３】
ＳＡＲは、図式（１）のように定義される。
0005527689.tif 000002
ここでσは、組織の伝導率[S/m]を表し、ρは組織の密度[kg/m３]を表し、Ｅは組織内[V/m]の電磁界の強さを表す（ルートは平方根）。
【０００４】
しかし、人間が高周波電磁界にさらされる際、直接ＳＡＲを推定することは困難である。なぜなら、図式（１）にて推定されたＳＡＲの値には、人体内の電界強度や伝導率が含まれるからである。それゆえ、ＳＡＲは、人体の解剖構造を微少の要素で表現した人体のボクセルモデルを用いた数値解析手法で推定されてきた。
【０００５】
まず、１９９０年中ごろ、頭の解剖モデルが、医学画像データを利用して、携帯電話使用時のＳＡＲを推定するために発達した（非特許文献３乃至７）。１９９０年後半以来、医療用画像工学やコンピュータ性能の発達とともに、大人の全身の解剖モデルが、磁気共鳴映像法（ＭＲＩ）や人体の解剖写真を利用して発達した（非特許文献８乃至１３）。これらのモデルは、人体全体のＳＡＲを推定するため、様々な状況のもと利用されてきた（非特許文献８乃至１３）。
【０００６】
ごく最近、いくつかの子供や妊婦の体全体解剖モデルが、子供、妊婦そして胎児のＳＡＲを推定するために開発されている。一方で、電離放射線の評価のための様々な人体ボクセルモデルもまた作製されてきた。これらのモデルは、非電離放射線においても利用可能である（例、ＳＡＲ推定）（非特許文献２０、２１）。
【０００７】
しかし、これらのモデルは、典型的に直立した姿勢を用いており、携帯電話や無線ＬＡＮ装備のラップトップコンピューターのような無線の通信機器の実際の使用状況をシミュレーションするには制約（問題）がある。
【０００８】
様々な姿勢のモデルにより、実際に曝露する状況で、電磁界が安全かどうかの評価が可能になる。しかし、元の立ち姿勢から他の姿勢モデルを作成することは困難である。なぜなら、ボクセルモデルには、内部組織や複雑な体型が含まれるからである。座った姿勢のモデルは、オリジナルモデルの下部の肢を切断したり、くっつけることにより形成され、無線周波数領域で、全身曝露の際の座っている人体への電磁線量測定の研究を可能にする（非特許文献２２、２３）。フィンドレーやディンビローは,オリジナルモデルを基に、立位モデルに座わっているモデルと２体の上半身モデルを加えて形成し、ＳＡＲを推定した（非特許文献２４、２５）。これらのモデルを開発するために、オリジナルモデルの手足の切断、回転、そして胴体に再び装着することが行われた。関節部分を手動で組み替えることにより、体の組織が保たれた。ドーソンとその共著を書いた研究者たちはまた、座った姿勢のモデルや手を伸ばした姿勢のモデルを開発した（非特許文献２６、２７）。これらのモデルは、立ち姿勢のモデルの手足をコンピュータープログラムで回転させた後、手動で編集を行った。しかし、手動作業を行いつつ、新しく複雑な姿勢のモデルの開発を行うことは、時間を費やし困難である。
【０００９】
これらの問題に対処するため、本発明者らは、以前、自由形状変形（ＦＦＤ）アルゴリズムを利用したボクセル人体モデルのための姿勢変形技法を開発した（非特許文献２８）。
【００１０】
この技法により、ボクセルモデル上、体型と内部組織と臓器を保持しつつ、姿勢モデルを円滑に変形させることが可能になった。しかし、この技法は、モデルの組織や臓器の構造の質が、自由形状変形（ＦＦＤ）アルゴリズムの制御格子点の配置位置や数に大いに左右される点に改善すべき余地がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】ＩＣＮＩＲＰ著  “電磁界の曝露制限のガイドライン（３００ＧＨｚまで）  ７４巻の４９４ページから５２２ページまで  １９９８年
【００１２】
【非特許文献２】ＩＥＥＥ著  “ＩＥＥＥの人体電磁波曝露に関する安全基準”（３kHZから３００ＧＨｚまで）  ＩＥＥＥの文献Ｃ９５  ２００５年
【００１３】
【非特許文献３】ディンビローとマン共著  “携帯電話電波の９００ＭＨｚレベルおよび１．８ＧＨｚにおける人体頭部への比吸収率”メディカルバイオ誌  ４２号  １５３７ページから１５５３ページ  １９９４年
【００１４】
【非特許文献４】オコニエスキーとスツチリー共著  “アンテナと人体への影響の研究”ＩＥＥＥのマイクロウェーブの論理と技術  ４４号  １８５５ページから１８６４ページ  １９９６年
【００１５】
【非特許文献５】ガンジー、ラジー及びファース共著  “８３５ＭＨＺと１９９０ＭＨＺにおける人体の頭及び首の部分への携帯利用時の電磁波吸収率”  ＩＥＥＥのマイクロウェーブの論理と技術  ４４号  １８８４ページから１８９７ページ  １９９６年
【００１６】
【非特許文献６】ワタナベ、タキ、ノジマ及びフジワラ共著  “携帯ラジオによる頭部が電磁波の曝露する際のＳＡＲ配分の特徴”   ＩＥＥＥのマイクロウェーブの論理と技術  ４４号  １８７４ページから１８８３ページ  １９９６年
【００１７】
【非特許文献７】ワンとフジワラ共著  “ヘリカルアンテナ携帯電話利用時の頭部モデルの測量のＦＤＴD分析”ＩＥＩＣＥトランスコミュニケーション誌Ｅ８３-B号  ５４９ページから５５４ページ２０００年
【００１８】
【非特許文献８】ティニスウッド、ファース、ガンジー共著“人体モデルの頭部や首が電磁波にさらされる際の蓄積”  メディカルバイオ誌  ４３号  ２３６１ページから２３７８ページ  １９９８年
【００１９】
【非特許文献９】メイソンとジリアックス、ハート、ウヲルター、ライアン、ネルソン、スミス、ダンドレア著作  “人体モデルの測定の最近の進歩”クローエンバーグとミクラビックの電磁波測定  １４１ページから１５５ページ  ２０００年
【００２０】
【非特許文献１０】ディンビロー著作  “１ＭＨzから１ＧＨｚにおける人体モデルの平均ＳＡＲのＦＤＴＤ計算法”  メディカルバイオ誌  ４２号  ４７９ページから４９０ページ  １９９７年
【非特許文献１１】ディンビロー著 “３ＧＨｚまでの人体のＳＡＲの正確な計算方法”  メディカルバイオ誌  ４７号  ２８３５ページから２８４６ページ  ２００２年
【００２１】
【非特許文献１２】ナガオカ、ワタナベ、サクライ、クニエダ、ワタナベ、タキ、ヤマナカ  共著“日本人平均身長体重男女ボクセルモデルの電磁波測定の際の高画像の発展について”  メディカルバイオ誌  ４９号  １ページか５ページ  ２００４年
【００２２】
【非特許文献１３】ディンビロー著  “女性ボクセルモデル  ナオミの人体におけるＳＡＲの推移”  メディカルバイオ誌  ５０号  ４０３５ページから４０６３ページ  ２００５年
【００２３】
【非特許文献１４】ピー・ジェー・ディンビロー著  “母親と胎児の電磁波曝露の際のＳＡＲ”  メディカルバイオ誌  ５２号  ３７９１ページから３８０２ページ  ２００７年
【００２４】
【非特許文献１５】ナガオカ、トガシ、サイトウ、タカハシ、イトウ、ワタナベ著  “妊婦の人体モデルと妊婦の１０MHzから２ＧＨｚの平面電磁波曝露時のＳＡＲ”  メディカルバイオ誌  ５２号  ６７３１ページから６７４５ページ  ２００７年
【００２５】
【非特許文献１６】クーン、ジェニング、クライスト、クスター著作  “いろいろな人体モデルの電磁波曝露評価”  メディカルバイオ誌  ５４号  ８７５ページから８９０ページ  ２００９年
【００２６】
【非特許文献１７】ナガオカ、クニエダ、ワタナベ著  “日本人子供の正確に計測されたボクセルモデルと３０MHzから３ＧＨｚ時のＳＡＲ推定メディカルバイオ誌  ５３号  ６６９５ページから６７１１ページ  ２００８年
【００２７】
【非特許文献１８】カオン著  “人体構造のコンピュータボクセルモデルと展望”ラディエートエンバイロメントバイオ誌  ４２号  ２２９ページから２３５ページ  ２００４年
【００２８】
【非特許文献１９】ザイディーとズー著作  “コンピュータ化された人体モデル：放射線科学上のモンテカルロモデルへの道”  バイオメディカル誌  ９号  ４７１ページから５００ページ  ２００７年
【００２９】
【非特許文献２０】コンリー、ハジェム、ラクロウス、ウヲング、ウィアート共著  “２０MHzから２．４ＧＨzの際の大人と子供のモデルのSARの推移分析”  メディカルバイオ誌  ５３号  １５１１ページから１５２５ページ  ２００８年
【非特許文献２１】ディンビローとボルチ共著  “フロリダ大学研究  ５０ＭHzから４ＧＨｚの際の子供モデルの平均ＳＡＲ値”  メディカルバイオ誌  ５２号  ６６３９ページから６６４９ページ  ２００７年
【００３０】
【非特許文献２２】アレン、アダール、ミラクレーン、ハート、ジリアックス共著“ボランティアの人体を使った１００MHzの際の電磁波曝露の測定”  バイオエレクトロマグネティック誌  ２４号  ５０２ページから５０９ページ  ２００３年
【００３１】
【非特許文献２３】アレン、アダール、ミラクレーン、ハート、ジリアックス共著  “ボランティアの人体を使った２２０MHzの際の電磁波曝露の測定”  バイオエレクトロマグネティック誌  ２６号  ５０２ページから５０９ページ  ２００３年
【００３２】
【非特許文献２４】フィンドレーとディンビロー共著  “FDTＤ法による人体ボクセルモデルのＳＡＲ推定の効果”  メディカルバイオ誌  ５０号  ３８２５ページから３８３５ページ  ２００５年
【００３３】
【非特許文献２５】フィンドレーとディンビロー共著  “ＦＤＴＤ法による１０ＭＨｚから３ＧＨｚの際の座位人体ボクセルモデルのＳＡＲ値”  メディカルバイオ誌  ５１号  ２３３９ページから２３５２ページ  ２００６年
【００３４】
【非特許文献２６】ドーソン著  “複雑な職場環境における人体が６０MHzの電磁波を曝露する際の測定法”  メディカルバイオ誌  ４４号  １０２５ページから１０４０ページ  １９９９年
【００３５】
【非特許文献２７】ドーソン、カプタ、スツチリー共著  “イギリスの活線工事労働者の電磁波曝露の研究”  メディカルバイオ誌  ４７号  ９９５ページから１０１２ページ  ２００２年
【００３６】
【非特許文献２８】ナガオカとワタナベ共著  “電磁波測定のための人体姿勢モデル”  メディカルバイオ誌  ５３号  ７０４７ページから７０６１ページ  ２００８年
【００３７】
【非特許文献２９】セデルベルグとパリー共著  “自由姿勢幾何学モデル”  ACM シーグラフ  コンフェレンスプロシーディング  １５１ページから１６おページ  １９８６年
【００３８】
【非特許文献３０】トムソン、ワージ、マスティン共著  “格子生成の基礎と応用”  ニューヨーク  エルセヴィア  ノースホーランド社出版  １９８５年
【００３９】
【非特許文献３１】ローレンセンとクリン共著  “マーチングキューブ  高画像３Ｄの建築アルゴリズム”  コンピュータグラフィック誌  ２１号  NO4  163ページから１６９ページ  １９８７年
【００４０】
【非特許文献３２】デスブラン、メイヤー、シュロッダー、バー共著  “拡散と曲率流を使った不規則メッシュの作成”  シグラー９９文献  ３１７ページから３２４ページ  １９９９年
【００４１】
【非特許文献３３】グラフト、ドウェリー、リーズベルグ、モグ共著  “マヤを学び動画を作成”  アリアス  ウェーブフロント  ２００２年
【００４２】
【非特許文献３４】マグネナット・タルマン、ラペリエール、タルマン  “動画や対象物の局部変形”  カナダのエドモントン  アルバータで行われたグラフィックインターフェース８８の文献  ２６ページから３３ページ  １９８８年
【００４３】
【非特許文献３５】ファングとチェン  “高速ハードウェアボクセル化”  コンピュータグラフィック誌  ２４号  ４３３ページから４４２ページ  ２０００年
【００４４】
【非特許文献３６】独立行政法人  産業技術総合研究所（旧：生命工学工業研究所）著  “人間工学に基づく人体のデザイン”  人間生活工学研究センター  １９９６年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００４５】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明者は新しい姿勢変形技術を提案するものである。すなわち、本発明の目的は、モデルの組織や臓器の構造の質が、自由形状変形（ＦＦＤ）アルゴリズムの制御格子点の配置位置や数に大いに左右されずに、体型と内部組織と臓器を保持しつつ、姿勢モデルを円滑に変形させることが可能な、自由形状変形（ＦＦＤ）アルゴリズムを利用したボクセル人体モデルのための姿勢変形技法、より具体的にはかかる可能性を有する対象体の解剖構造解析方法及び対象体解剖構造の表示方法並びに対象体解剖構造表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００４６】
そのために本発明では、人体ボクセルモデルのために自由形状変形（ＦＦＤ）アルゴリズムを用いた姿勢変形技法の見直し、姿勢変形に関する従来技術の技術的にマイナスな面を除去する新しい方法を構築し、さらにその新規方法について実験により検証する。
【００４７】
具体的に、上記課題を解決するために、本願の請求項１に係る対象体解剖構造解析方法は、対象体の表面を３次元多角形格子（ボクセル）に分割し、該分割された各ボクセルについての多角形格子データを表面ボクセル座標として第１の記憶部に格納し、
前記第１の記憶部から読み出した表面ボクセル座標に係る各ボクセルデータにメッシュ変形を加え、前記対象体を姿勢変形させた状態における表面ボクセル座標を算出し、前記算出された姿勢変形後の表面ボクセル座標を姿勢変形表面ボクセル座標として第２の記憶部に格納し、
前記対象体の内部をボクセルに分割し、該分割された各ボクセルについての多角形格子データを内部ボクセル座標とし、この内部ボクセル座標に係る各データを補間アルゴリズムを用いて補間することで得られる補間後内部ボクセル座標を得る
ことを特徴とする。
【００４８】
第１の記憶部、第２の記憶部はたとえばデータベースをいい、具体的には、本願に係る算出方法により求められたデータを格納、記憶する機能を有するものであればよい。
【００４９】
対象体とはたとえば人体をいうが、そのほかには、動物、植物、昆虫等の生物であってもよく、或いは非生物であっても、関節もしくはこれに類する構造を備えたもの（たとえば関節構造をもった人体モデル、ロボット等）であってもよい。
【００５０】
３次元多角形格子（ボクセル）とはボックス型のピクセルの意味であり、立体的に単位格子によって分割する技術に係るものをいう。
【００５１】
表面ボクセル座標に係る各ボクセルデータにメッシュ変形を加えるとは、対象体（たとえば人体）の姿勢を直立から椅子に座る姿勢に変形するにおいて、当該対象体のボクセルデータをかかる姿勢変形に対応させて変形させるものをいい、本願では、後述する数学的処理によっているが、その他の処理方法による変形であっても、ある態様から別の態様に変形される旨を合理的に処理できるものであればあらゆるものを含めて考えることができる。
【００５２】
内部ボクセル座標に係る各データを補間アルゴリズムを用いて補間するとは、たとえば、ボクセル座標データについてラプラス方程式を立式し、有限差分法（ＦＤＭ）を用いて離散化して解を求めることによる。境界域のボクセルすべてを体表ポリゴンメッシュの点がついたボクセル座標と関連づけ、変形したボリュームの境界域からソースボリュームの領域までの写像を一定の法則を適用して行う他の解法を用いるものであってもよい。
【００５３】
上記構成によれば、体表面のボクセルデータを姿勢変形させるのに対応させて、一定の補間ルールにより数学的に、内部ボクセルデータの姿勢変形後のデータが求められるので、モデルの組織や臓器の構造の質が、自由形状変形（ＦＦＤ）アルゴリズムの制御格子点の配置位置や数に大いに左右されずに、体型と内部組織と臓器を保持しつつ、姿勢モデルを円滑に変形させることが可能となる。
【００５４】
また、上記課題を解決するために、本願の請求項２に係る対象体解剖構造の表示方法は、対象体の表面を３次元多角形格子（ボクセル）に分割し、該分割された各ボクセルについての多角形格子データを表面ボクセル座標として第１の記憶部に格納し、
前記第１の記憶部から読み出した表面ボクセル座標に係る各ボクセルデータにメッシュ変形を加え、前記対象体を姿勢変形させた状態における表面ボクセル座標を算出し、前記算出された姿勢変形後の表面ボクセル座標を姿勢変形表面ボクセル座標として第２の記憶部に格納し、
前記対象体の内部をボクセルに分割し、該分割された各ボクセルについての多角形格子データを内部ボクセル座標とし、この内部ボクセル座標に係る各データを補間アルゴリズムを用いて補間することで得られる補間後内部ボクセル座標を第３の記憶部に格納し、
前記第２及び第３の記憶部に格納されたそれぞれの座標データを読み出し、三次元的に表示する
ことを特徴とする。
【００５５】
かかる構成によれば、上述の構成にさらに表示機能が付加されるので、対象体内部のボクセルデータの姿勢変形後について、より正確な画像表示が可能となり、たとえば人体に対する治療、診断等の場において、より精密な医療行為を行うことをシステム面からサポートできる。
【００５６】
また、上記課題を解決するために、本願の請求項３に係る対象体解剖構造表示装置は、対象体の表面を３次元多角形格子（ボクセル）に分割するための表面分割部と、
前記表面分割部によって分割された各ボクセルについての多角形格子データを表面ボクセル座標として記憶するための第１の記憶部と、
前記第１の記憶部から表面ボクセル座標に係る各ボクセルデータを読み出し、このデータにメッシュ変形を加え、前記対象体を姿勢変形させた状態における表面ボクセル座標を算出するための姿勢変形表面ボクセル座標算出部と、
前記算出された姿勢変形後の表面ボクセル座標を姿勢変形表面ボクセル座標として記憶するための第２の記憶部と、
前記対象体の内部をボクセルに分割するための内部分割部と、
前記内部分割部によって分割された各ボクセルについての内部ボクセル座標に係る各データを補間アルゴリズムを用いて補間するための内部ボクセル座標補間部と、
前記内部ボクセル座標補間部で得られた補間後内部ボクセル座標を記憶するための第３の記憶部と、
前記第２及び第３の記憶部に格納されたそれぞれの座標データを読み出し、三次元的に表示する表示部と
を具備する。
【００５７】
かかる構成によれば、上記の構成を有する対象体解剖構造解析方法及び対象体解剖構造の表示方法を単体の機器として実現できる。したがって、この機能を有する機器を広く流通させることで、地域、国全体としての医療診断、治療等のサービスの質の向上をもたらすことができる。
【発明の効果】
【００５８】
本願によれば、体表面のボクセルデータを姿勢変形させるのに対応させて、一定の補間ルールにより数学的に、内部ボクセルデータの姿勢変形後のデータが求められるので、モデルの組織や臓器の構造の質が、自由形状変形（ＦＦＤ）アルゴリズムの制御格子点の配置位置や数に大いに左右されずに、体型と内部組織と臓器を保持しつつ、姿勢モデルを円滑に変形させることが可能となる。
【００５９】
また、本願によれば、対象体内部のボクセルデータの姿勢変形後について、より正確な画像表示が可能となり、たとえば人体に対する治療、診断等の場において、より精密な医療行為を行うことをシステム面からサポートできる。
【００６０】
さらに本願によれば、この機能を有する機器を広く流通させることで、地域、国全体としての医療診断、治療等のサービスの質の向上をもたらすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】人体モデルの節点（関節）節をもとにして体の部分を仕分けする概念を説明する図である。
【図２】人体ボクセルモデルの体全体に亘って割り当てられる制御格子点を示した図である。
【図３】２次元相似器官に例示されるボリューム充填の基礎的概念を説明するための概念図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る姿勢変形技法の概要を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るスケルトン組立作業の概要を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るオリジナル姿勢図（ａ）と姿勢変形図（ｂ）の３Ｄグリッド表示を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る立ち姿の日本人男女のボクセルモデルを表した図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る補間アルゴリズムで座っている姿勢のボクセルモデルを構築したものを表した図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る補間アルゴリズムやＦＦＤアルゴリズムを利用してつくられた座った姿勢モデルの組織量をオリジナル立ち姿勢モデルと比較したパーセンテージ差を示した図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る人体解剖構造解析・表示装置の構成を示した機能ブロック図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る人体解剖構造解析・表示装置２０の動作を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００６２】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。なお、以下では、本発明の目的を達成するための説明に必要な範囲を模式的に示し、本発明の該当部分の説明に必要な範囲を主に説明することとし、説明を省略する箇所については公知技術によるものとする。
【００６３】
＜従来技術の見直し＞
以前、本発明者らにより提案した人体ボクセルモデルの姿勢変形技法を見直す（非特許文献２８）。組織の境界線が人体ボクセルモデルを形成しながら、滑らかになっていないようなことを含む大雑把なモデルの作り方は、より高い周波数において、数値シミュレーションによる電磁界曝露量推定の際の数値誤差が大きくなってしまう。自由形状変形方法（ＦＦＤ）は、セデルベルグとパリーにより紹介されたが、コンピュータを使ったデザインやコンピュータ・グラフィックス（ＣＧ）などにみられる３次元の幾何学的なモデルにおいて、多目的に効果を発揮する。この方法により、３次元の対象物の周囲で制御格子点を配置したり、動かすことにより、容易に変形させることができる。したがって、筆者らは、自由形状変形（ＦＦＤ）アルゴリズムを応用し、節点回転などの複雑な動きを含む人体ボクセルモデルを変形させた。まず、モデルの腕や足などの体の部分が実際の人間と同じように動かせるようなボクセルモデルの節点（関節）の概念を紹介した。これを行うにあたり、ひとつの節点（関節）がボクセルモデル上の点として定義される。その点は、人体の動きの中心であると仮定する。
【００６４】
図１は、人体モデルの節点（関節）節をもとにして体の部分を仕分けする概念を説明する図である。同図において、モデルは、節点（関節）に応じて１９の部分に分けられ、それぞれ色の濃淡によって区別して表示され、関節部分は○で表示される。
【００６５】
次に図２は、人体ボクセルモデルの体全体に亘って割り当てられる制御格子点を示した図である。同図に示されるように、ＦＦＤの制御格子点が人体ボクセルモデルの体全体に割り当てられる。制御格子点は、モデルの節点（関節）の動きや回転によって影響を受けるスペースを定める。制御格子点はそれぞれの節点（関節）と関連がある。それから、ボクセルは４面にそれぞれ頂点を持った多面体に変換される。最後に、制御格子点を動かすことにより姿勢変形した後、６面体メッシュが再ボクセル化される。
【００６６】
本発明者はまた、この姿勢変形方法を日本人モデルに応用し、６種類の姿勢モデルの質を検証した（非特許文献２８）。実験の結果、複雑な姿勢変形モデルの変形した節点（関節）周辺は、解剖学上の正しい構造を保持することが難しかった。一方で、本発明者はモデルの連続性や内部組織や臓器を保持しながら、提案した技法により円滑に姿勢変形が行われることを確認した。しかし、これらの組織や臓器の構造の質は、自由形状変形（ＦＦＤ）アルゴリズムにおける制御格子点の配置位置や数に大いに左右され、制御格子点の配置には専門の技術が要求される。
【００６７】
＜姿勢変形技法の提案＞
必要とされるのは、利用者が使いやすい姿勢変形制御方法であり、円滑な姿勢変形技術である。幸い、多角形メッシュモデルの姿勢変形のためのツールは広く研究されてきており、多角形(ポリゴン)メッシュモデル、スケルトンそしてスキニングの姿勢変形の一般的な方法は存在する。結果、筆者らはユーザーが効率的に相互利用できるよう多角形(ポリゴン)メッシュを使用することにした。本稿では以後、人体の表面を意味する多角形(ポリゴン)メッシュである「体表ポリゴンメッシュ」という用語を用いる。
【００６８】
体表ポリゴンメッシュは、ボリュームデータへと埋め込まれる。体表ポリゴンメッシュには組織や臓器のような内部構造が含まれていない。したがって、ボクセル化など現在行われている技法により変換されたボリュームデータは体内や他の領域などのように大別されたバイナリー情報のみに限られる。この限界を克服するため、本発明者は、補間という新しい方法を着想するに至った。
【００６９】
図３は、２次元相似器官に例示されるボリューム充填の基礎的概念を説明するための概念図である。同図において、（ａ）はソース（原版）の画像データを、（ｆ）は変形後の画像データを、それぞれ示す。（ｂ）及び（ｅ）は、それぞれ（ａ）と（ｆ）の座標画像データ（以下、「コーディネートイメージデータ」ともいう。）を示す。（ｃ）はソース画像データから抽出された体表ポリゴンメッシュと変形したポリゴンメッシュを示す。（ｄ）は変形した体表ポリゴンメッシュをラスタライズすることによって表示されたコーディネートイメージデータを示す。境界部分のピクセルのみが座標値で示される。
【００７０】
同図はすなわち、２Ｄ画像を使い、本発明の一実施形態に係る補間の基礎的な概念を説明した図である。同図に示すように、寸法を増やすことにより３Ｄボリュームデータに応用可能である。（ａ）は、変形させるための画像ソースを示し、（ｆ）は、結果である変形した画像のデータである。図３（ｆ）のような画像をつくるためには、図３（ｅ）のピクセルＩ、Ｊ（大文字は変形した画像上の表記）を画像ソースのピクセルｉ、ｊ（小文字は、画像ソース上表記し、淡い色付き丸印で表示）に関連付けが必要である。それゆえ画像変形は、画像データ（図３（ｅ））をつくる過程とみなし、ピクセルＩ、Ｊは、ピクセルｉ、ｊと同じ単位価値であり、Ｖ（Ｉ、Ｊ）＝ｉ，ｊ.と表示する。本発明者は、この画像データを“コーディネート画像データ”と呼ぶ。図３（ｂ）と（ｅ）は、それぞれソースと変形したコーディネート画像データを示す。図３（ｂ）と（ｅ）上のグリッドは、ｉ、ｊに必要な曲線カーブを意味する。それぞれのグリッドは、画像ソース上のピクセルと対応している。本発明では、コーディネート画像データの３Ｄ版を“コーディネートボリュームデータ”と呼ぶ。
【００７１】
本発明者の着想した方法は、図３（ｃ）に示すように体表ポリゴンメッシュを使い姿勢変形を行うというものである。体表ポリゴンメッシュは、人体モデルの境界領域のみ表示するため、内部のピクセル座標の情報のみではメッシュの変形をたどることができない。メッシュをラスタライジングすることにより、青丸で表示しているソースのピクセルと境界域の一致を含む不完全コーディネート画像（図３（ｄ））を入手する。不完全コーディネート画像から完全なコーディネート画像（図３（e））を作り出すために、境界域のピクセルから赤丸に代表される内部全てのピクセルの調和を再構築することが必要である。
【００７２】
補間アルゴリズムを実現させるため、発明者はいくつかの格子生成の方法を応用した。バウンダリーフィット法（ＢＦＭ。以下、「ＢＦＭ」と表記する。）は、よく確立された格子生成法である（非特許文献３０）。ＢＦＭは、境界域での数組の格子点から曲線域の中でメッシュを構築する。内部領域の座標は境界域での座標から楕円型偏微分方程式の解を使って決められる。この方法により、連続性があり滑らかで正確な変形ができるというすぐれた結果をもたらし、本発明者の目的にかなうものであると考える。
【００７３】
本発明者の提案する姿勢変形技法は、３つのステップから成り立つ。（図４参照）
１）            人体モデルからの体表ポリゴンメッシュの抽出
２）            スケルトンの組み立てと交連骨格付きの姿勢の変形
３）            補間
【００７４】
図４は、本発明の一実施形態に係る姿勢変形技法の概要を示す図である。同図において（ａ）は、オリジナルボクセルモデルにボリュームを表示したものである。図４（ｂ）（ｃ）は、それぞれオリジナル体表ポリゴンメッシュと姿勢変形した体表ポリゴンメッシュである。下記Ａで説明するようにポリゴンメッシュの色（の濃淡）はメッシュ上の格子点と一致するボクセル座標を表す。本発明者は、このメッシュ変形段階においいて市販のオートデスクマヤ２００８（商標）を使用した。この時点で、ユーザーとしてはソフトウェアを使う技術のみあれば良い。なぜなら、ボリュームデータという懸念事項がないからである。本発明者は、下記Ｂで、メッシュの変形過程について説明する。図４（ｄ）は結果のボリュームデータを図示している。図４（ｃ）から図４（ｄ）への段階でもっとも重要なことは、補間である。補間の詳細は、以下で説明する。
【００７５】
Ａ  体表ポリグラムメッシュ抽出
ボリュームデータからポリゴンメッシュを抽出するのに、いくつかの方法がある。マーチング・キューブ（以下、「ＭＣ」と表記する。）は、最も有名なアルゴリズムである（非特許文献３１）。しかし、ＭＣは時々閉曲面を作るさいに失敗することがあり、体表ポリゴンに穴が生じる可能性がある。体表ポリゴンメッシュは、補間の段階でボリュームに転換する際、閉ざされる必要がある。体表ポリゴンメッシュに穴があると、その結果、ボリュームも崩壊する可能性がある。それゆえ、本発明者は、人体のボクセルと背景のボクセルの間にポリゴンをつくるメッシュ抽出技法を用いる。（疑似コードでの）この技法のアルゴリズムは次のとおりである。
【００７６】
For each voxel in a volume dataset
For each 6-adjacent voxels
If the current voxel belongs to the human body
region and the adjacent voxel belongs to the
background
Then generate a polygon between these voxels
End If
End for
End
for
【００７７】
ここでは、体表ポリゴンメッシュの頂点部分はボクセルのすみの部分で、（ｉ,ｊ,ｋ）と表す。ここでいうｉ,ｊ,ｋは整数である。筆者らは、体表ポリゴンメッシュの頂点とインデックス（ｉ,ｊ,ｋ）の表示のボクセルの関連付けをする。これを実行する際、インデックスに関連するテクスチャ座標は、関連するボクセルインデックス（ｉ,ｊ,ｋ）の記録を保持するために利用される。姿勢変形した体表ポリゴンメッシュに対応するボクセルの頂点は、補間を必要とする（下記Ｃ）。それゆえ、頂点とボクセルの一致は、メッシュの変形を通してたどる必要がある。たとえ頂点が変わってもテクスチャ座標は変わらないままであるので、二つは一致しないことになる。本発明者は、抽出したメッシュにメッシュ・スムージングを行う（非特許文献３２）。ボクセル頂点は、以前に述べた同じ理由で変化はないが、位置はメッシュ・スムージングの結果変化する。
【００７８】
Ｂ  スケルトンの組み立てと交連骨格付き姿勢の変形
図５は、本発明の一実施形態に係るスケルトン組立作業の概要を示す図である。同図において、（ａ）はスケルトン構造を、（ｂ）はスケルトンにつけられた境界メッシュを、（ｃ）は境界メッシュを、それぞれ示している。同図に示されるように、スケルトン構造をメッシュにつける。スケルトン構造は骨と関節から成り立つ。骨は関節とつながり、階層構造をつくる。スケルトン構造につける作業を”スケルトンセットアップ”という（非特許文献３３）。ＣＧ上、スケルトン構造は人体モデルを動かすための人体メッシュモデルにつけ、一旦、スケルトン構造がメッシュにつけられると、それぞれのメッシュの頂点がこのスケルトン構造と共に変形する（非特許文献３４）。
【００７９】
スケルトンは主に２つの方法で明瞭にされる。フォワードキネマティクス（ＦＫ。以下、「ＦＫ」と表記する。）とインバースキネマティクス（ＩＫ。以下、「ＩＫ」と表記する。）である。ＦＫは、ジョイント角度が明確であることを必要とする一方、ＩＫは、姿勢を明確にするための簡単な方法を提供する。本発明者は、メッシュの姿勢変形に関してはいずれかの方法を選択している。
【００８０】
スケルトンを設定すると、付けられたメッシュ、スキニングアルゴリズムの利用により、円滑に変形が可能になる。スケルトンアニメーションとスキニングはＣＧやゲーム産業で一般的な技法であり、オートデスクマヤ（商標）のような容易に入手可能なアプリケーションソフトウェア製品がこの技術を支えている。この作業はソフトウェア独特のものなので本稿では、記述していない。本稿では、単にスケルトンを設定することによって成しうる姿勢変形について説明する。
【００８１】
Ｃ  補間
現在、姿勢変形した体表ポリゴンメッシュがある。まず、グラフィックハードウェアを利用したボクセル化技法を用いて、体表ポリゴンメッシュをバイナリーボリュームデータベースに変換する（非特許文献３５）。体表ポリゴンメッシュは、スライス型ボクセルに転換される。プログラムインターフェースのオープングラフィックス・ライブラリ（Ｏｐｅｎ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｌｉｂｒａｒｙ（Ｏｐｅｎ ＧＬ））を通してスライス内の体表ポリゴンメッシュを三角形に表示する方法を使う。ボクセルが姿勢変形体表ポリゴンメッシュの内側にある場合、その値を１とする。他の場合は、値を０とする。本発明においては、ボリュームデータの境界領域を０以外そして０のとなりのボクセルと定義する。どの境界域のボクセルも体表ポリゴンメッシュの点がついたボクセル座標と関連する。変形したボリュームの境界域からソースボリュームの領域まで画像を写すことが構築される。最後の作業は、内部のボクセル座標を作ることである。境界域では、変形したボリュームのコーディネートボリュームデータを完成させるためにボクセル座標を補間する。
【００８２】
本発明者は、数学的定式化のためにいくつかの用語と表記を定義する。本発明者のボリュームデータは人体のデータに特化されており人体と背景の２つの領域を含む。人体モデルの内部のボクセルに名前をつける。例えば、前に述べたノンゼロボクセルはサポート領域という具合につける。Ｓがサポート領域の場合、境界域のボクセルを「∂Ｓ」と表記する。本発明者は、問題を以下のように定義する。
【００８３】
Ｖｓをソースボリュームのサポート領域、Ｖｄをバイナリーボリュームのサポート領域とする。１対１写像
0005527689.tif 000003
を仮定する。
0005527689.tif 000004
となるような１対１写像Ｆ：Ｖｄ→Ｖｓを見つける。
（Ｆとｆは、Ｆｉ（ｉ＝１，２，３）及びｆｉ（ｉ＝１，２，３）がスカラー関数であるとき、Ｆ＝（Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３）とｆ＝（ｆ１、ｆ２、ｆ３）と定義付けられる３Ｄベクトル関数である。）
【００８４】
ｆは境界域のボクセル座標、Ｆはサポート領域のボクセル座標である。
【００８５】
ディリクレの境界値問題があるので、Ｆに関しては、次のラプラス方程式で解を求める。
0005527689.tif 000005
ここで、Δは、３Ｄラプラシアン演算子で、
Δ＝∂２/∂x２＋∂２/∂ｙ２＋∂２/∂ｚ２
と定義される。
【００８６】
ディリクレの境界値でラプラス方程式の解を求め、解Ｆは、連続性のある円滑な１対１写像となる。この方程式は次の最小化問題から成り立つ。
0005527689.tif 000006
ここで、∇は、勾配演算子（∂ｘ、∂ｙ、∂ｚ）である。
【００８７】
（｜∇Ｆ１｜２＋｜∇Ｆ２｜２＋｜∇Ｆ３｜２）はボリュームや密度の変化率と考えることができる（非特許文献３０）。この意味で、Ｆは変形最少化マップであり、再構築されたボリュームデータが円滑になることが期待できる。
【００８８】
この方程式を数字で離散化し解答を与える。計算領域は直線格子、つまりボクセル格子なので有限差分法（ＦＤＭ）で簡単に計算できる。すべてのＦｌ（ｌ=１，２，３）をも解くためのラプラス方程式は有限差分方程式で
0005527689.tif 000007
のように離散化される。ｉ,ｊ,ｋは格子点を表す。
【００８９】
（ｉ,ｊ,ｋ）がＶｄの内側にある場合、Ｆｌ（ｉ,ｊ,ｋ）は未知数である。（ｉ,ｊ,ｋ）が∂Ｖｄ境界上にある場合、Ｆｌ（ｉ,ｊ,ｋ）は一定である。最後に、ある一次方程式を導きだす。いろいろな数値法がこの大きな一次方程式を解くために利用可能である。逐次過緩和法（ＳＯＲ。以下、「ＳＯＲ」と表記する。）をＦｉ（ｉ＝１，２，３）の構成ごとの有限差分方程式に応用させる。ＳＯＲは、簡単におこなうことができ、本発明に十分な成果をもたらす。
【００９０】
コーディネートボリュームは補間により生み出される。（ｉ,ｊ,ｋ）のコーディネートボリュームのボクセル値は、（Ｆ１（ｉ,ｊ,ｋ）、Ｆ２（ｉ,ｊ,ｋ）、Ｆ３（ｉ,ｊ,ｋ））である。変形したボリュームデータをつくるため、ソースボリュームは、コーディネートボリュームを参照することにより、リサンプルする。
【００９１】
図６は、本発明の一実施形態に係るオリジナル姿勢図（ａ）と姿勢変形図（ｂ）の３Ｄグリッド表示を示す図である。同図において、（ａ）の中で、最も薄い線（オリジナルでは赤線）はｉ軸に平行、次に薄い線（オリジナルでは緑線）は軸ｊに平行、最も濃い線（オリジナルでは青線）は軸ｋに平行である。（ｂ）で、上記３つの色の曲線は（ａ）における線の写像イメージを示す。同図においては、体表ポリゴンメッシュの頂点部分はボクセルのすみの部分で、（ｉ,ｊ,ｋ）と表す。ここでいうｉ,ｊ,ｋは整数である。同図はつまり、ソースコーディネートボリュームデータと変形したボリュームデータのボクセル座標の曲線を示している。ソースコーディネートボリュームの曲線は、直交格子で、変形したボリュームデータは、曲線格子である。格子の変形は途切れなく、円滑に行われている。格子の変形は間接の曲がる領域に限られており、ボリューム変形の特性であると期待できる。
【００９２】
＜実験結果＞
ここでは、本発明者が提案する姿勢変形技法の実験結果を評価する。この技法を本発明者が開発した成人男女のボクセルモデルに応用した。図７は、本発明の一実施形態に係る立ち姿の日本人男女のボクセルモデルを表した図である。これらのモデルは、２ミリ分解能を持つ立法モデルで構成され、５１の異なる組織に分けられる。ボリュームが加えられた図では、モデルの骨が強調される。矢状面の図では、組織や器官は異なる色（の濃淡）で表示される。骨は白色と濃い色（オリジナルでは茶色）で表示される。これらのモデルは、日本人の平均、男性は１７１．４ｃｍ，６３．３ｋｇ女性は１５９．１ｃｍ，５２．６ｋｇに近い健康的な人々のＭＲＩデータからつくりあげた。これらのモデルは図７でみられるような両手を横に置いたスタイルでの立ち姿である。２ミリ分解能を持つ立法モデルで５１の組織や臓器に分けられている。
【００９３】
本発明者は、これらのモデルに体表メッシュモデルをつくり、ソフトウェアマヤを使いスケルトンを設定した。一例だが、ソフトウェアマヤで座った姿勢のメッシュモデルをつくった。図８は、本発明の一実施形態に係る補間アルゴリズムで座っている姿勢のボクセルモデルを構築したものを表した図である。座った姿勢モデルは、ここで提案する変形技法により構築される。ボリュームが加えられた図で、モデルの骨が強調される。矢状面の図では、組織や器官は異なる色で表示される。骨は白色と濃い色（オリジナルでは茶色）で表示される。補間による再構築は、ＡＭＤ  Ｏｐｔｅｒｏｎ ２．６−ＧＨｚ×２  ｄｕａｌ−ｃｏｒｅ  ｐｒｏｃｅｓｓｐｒと３ギガバイトＲＡＭのＸＰプロフェショナル（３２ビット）のＰＣで実行し、３０分以内で行った。この時間は、以前の姿勢変形に費やした時間と同じである。
【００９４】
図７と図８から、座位男女モデルを内部組織や臓器を保持しながら、円滑に変形させることが可能であるのは明らかである。図８の男性モデルの矢状面に見られるように、モデルの膝蓋骨は、ＦＦＤアルゴリズム（非特許文献２８）により、前面に対して膝より上でつくられているが（これは解剖学的には誤りである）、座位モデルの膝蓋は、解剖学的に正しい位置である。
【００９５】
座位男女モデルの体重は、元になる立位モデルより、それぞれ３．８％と２．２％軽量である。本発明者は、立位モデルと座位モデルの主な組織の大きさを比べてみた。図９はその差を示しているもので、本発明の一実施形態に係る補間アルゴリズムやＦＦＤアルゴリズム（非特許文献２８）を利用してつくられた座った姿勢モデルの組織量をオリジナル立ち姿勢モデルと比較したパーセンテージ差を示した図である。
【００９６】
すなわち図９に示されるのは、座位モデルの大きさの差（非特許文献２８）である。結果、補間アルゴリズムによりつくられた座位モデルの組織の大きさは元のモデルより軽量であるという傾向が判明した。補間アルゴリズムによりつくられたモデルの組織の誤差が８％以内である一方、元のモデル組織の誤差は、座位モデルよりも少し大きめであった。本稿で姿勢変形した技法のケースの場合、組織の大きさの誤差は、おもにメッシュ変形の際生じると結論づけられる。メッシュによる領域の内部ボリュームは、メッシュを変形した際に変更された。変更率は、スキニングアルゴリズムによって変わる。本発明者の場合、スキニングアルゴリズムは、オートデスクマヤ２００８ソフトウェア（商標）の”スムーズスキニング”機能を意味する。ボリュームは曲がる部分の近くの領域で変更になり、その他の部分ではほとんど変更がない。ボリューム変更率は、曲がるジョイント部分で均等になるが、これは、ディリクレの境界問題の数字的特性である。ボリューム変更率は、空間変更のみにより決まり、組織の誤差は関係がない。姿勢変形技法のリサンプリング過程（上記「Ｃ」を参照）はまた、別の誤差を生み出す可能性がある。ソースボリュームのサンプリング過程は、コンピュータ上で曲線がギザギザに表現されるエイリアシング問題を引き起こす。リサンプリング過程で生じた誤差は、アンチエイリアシング技法を使うと減少するものと推定される。しかし、この誤差は、人体が電磁界の曝露評価の際は、さほど重要ではない。一般的に２０％から３０％の不確実性が含まれるからである。
【００９７】
一方、本発明で提案する方法には限界があることも明記しておく。姿勢変形したメッシュ自体は、交差することができない。人体を表すメッシュは、ひとつの内部領域のみを持っている。しかし、自ら交差したメッシュが２つの内部領域を持つ可能性がある。そして補間の段階でボクセル化する際、誤った領域で２つ以上の交差領域に転換する可能性がある。その結果、姿勢変形メッシュが自ら交差する際、補間作業により姿勢変形モデル内で、エラーのあるボリュームデータがつくられる可能性がある。
【００９８】
＜結論＞
本発明者は、新しい人体ボクセルモデルの姿勢変形技法を提案した。提案した技法においては、モデルのポリゴンメッシュは、ボクセルモデルの体表をもとに作られ、市販の３Ｄ  ＣＧソフトウェア機能のスケルトンアニメーションを使い変形させる。任意のボクセルモデルを、変形したメッシュデータに補間アルゴリズムを適用することにより構築する。提案した姿勢変形技法の動作を検証するために、この技法を立位の日本人男女から座位の姿勢モデルを構築するために使った。この結果、これらの座位姿勢モデルは、内部組織や臓器の構造状態を保ちつつ、姿勢変形を円滑に行うことができた。さらに、人体への電磁界の曝露評価においては、元の立位モデル組織、臓器重量に対する任意のモデルの組織と臓器の重量は妥当な差であった。ここで提案する姿勢変形技法により簡単で素早くさまざまな人体ボクセルモデルを構築することができる。筆者らの技法により構築された姿勢モデルは、無線通信機器や無線端末を実際に使用される際、電磁界の曝露評価をシミュレーションするために使用可能になる。
【００９９】
＜対象体解剖構造表示装置としての実施形態＞
図１０は、本発明の一実施形態に係る人体解剖構造解析・表示装置の構成を示した機能ブロック図である。同図に示すとおり、人体解剖構造解析・表示装置２０は、立位姿勢の人体モデル１の表面を３次元多角形格子（ボクセル）に分割する機能をアルゴリズムとして実行する表面分割部２１０と、こうして得られた表面ボクセルデータ３１０にメッシュ変形を加え、人体モデル１を姿勢変形させた変形姿勢（たとえば座位姿勢）後人体モデル１１の姿勢変形表面ボクセル座標３２０を算出する機能をアルゴリズムとして実行する姿勢変形表面ボクセル座標算出部２２０と、人体モデル１１の内部をボクセルに分割する機能をアルゴリズムとして実行する内部分割部２３０と、この分割された各内部ボクセル座標データ３３０に対して補間アルゴリズムを適用することで補間し、補間後内部ボクセル座標データ３４０を得る機能をアルゴリズムとして実行する内部ボクセル座標補間部２４０と、それぞれの記憶装置に格納された姿勢変形表面ボクセル座標３２０、補間後内部ボクセル座標データ３４０を読み出し、モニタ４０に三次元的に表示する表示部２５０とを具備して構成される。また、表面ボクセルデータ３１０を表面ボクセル座標データベースとして記憶・格納するための第１の記憶装置２６０と、姿勢変形表面ボクセル座標３２０を姿勢変形表面ボクセル座標データベースとして記憶・格納するための第２の記憶装置２７０と、補間後内部ボクセル座標データ３４０を補間後内部ボクセル座標データベースとして記憶・格納するための第３の記憶装置２８０とが具備される。図１では第１の記憶装置２６０、第２の記憶装置２７０、第３の記憶装置２８０が人体解剖構造解析・表示装置２０とは別に具備される例を示しているが、これらは人体解剖構造解析・表示装置２０の内部に蔵されるものでもよい。また、人体解剖構造解析・表示装置２０とこれらの各記憶装置２６０乃至２８０、人体解剖構造解析・表示装置２０とモニタ４０とは、ネットワークによって繋がっている態様でも、直接接続される態様でもよい。
【０１００】
表面分割部２１０、内部分割部２３０は、それぞれ人体表面、対象体たる人体内部について３次元多角形格子（ボクセル）を単位に立体的に単位格子によって分割し、該分割されたそれぞれをボクセル座標としてデータ化する機能を有し、こうした機能を実行する演算装置（部）、中央処理装置（部）、プロセッサ、或いはかかる機能をコンピュータに実行させるプログラム或いはソフトウェア、ルーチンもしくはこれらを実行可能形式にして搭載した記録媒体、もしくはこの記録媒体を内蔵しているもの（以下、「プログラム等」という。）によって実現される。
【０１０１】
姿勢変形表面ボクセル座標算出部２２０は、上述したように、メッシュ変形を加えることで、人体の姿勢をたとえば直立から椅子に座る姿勢に変形する際のデータ変換を行う機能を有し、こうした機能を実行するプログラム等によって実現される。
【０１０２】
内部ボクセル座標補間部２４０は、上述したように、ボクセル座標データについてラプラス方程式を立式し、有限差分法（ＦＤＭ）を用いて離散化して解を求めることによる。境界域のボクセルすべてを体表ポリゴンメッシュの点がついたボクセル座標と関連づけ、変形したボリュームの境界域からソースボリュームの領域までの写像を行う機能を有し、こうした機能を実行するプログラム等によって実現される。
【０１０３】
表示部２５０は、情報を記憶装置等から読みだし、一定の表示可能化操作を加えた上でモニタ（装置）４０に対して情報をアウトプットすることで所望のデータを可視化する働きを持つ。具体的には、記憶装置２７０、２８０に格納された姿勢変形表面ボクセル座標３２０、補間後内部ボクセル座標データ３４０を基に３次元表示データを作り、これをモニタ４０上に表示させる機能を有し、こうした機能を実行するプログラム等によって実現される。
【０１０４】
次に、上記のように構成される人体解剖構造解析・表示装置の動作について説明する。
【０１０５】
図１１は、本発明の一実施形態に係る人体解剖構造解析・表示装置２０の動作を説明するためのフローチャートである。同図に示すとおり、まず、表面分割部２１０が立位姿勢の人体モデル１の表面を３次元多角形格子（ボクセル）に分割し、こうして得られた表面ボクセルデータ３１０を表面ボクセル座標データベースとして第１の記憶装置２６０に格納する（ステップＳ１０１）。
【０１０６】
次に、姿勢変形表面ボクセル座標算出部２２０が、表面ボクセルデータ３１０にメッシュ変形を加え、変形姿勢後人体モデル１１の姿勢変形表面ボクセル座標３２０を算出し、こうして得られた姿勢変形表面ボクセル座標３２０を姿勢変形表面ボクセル座標データベースとして第２の記憶装置２７０に格納する（ステップＳ１０２）。
【０１０７】
次に、内部分割部２３０が、人体モデル１１の内部をボクセルに分割し、内部ボクセル座標データ３３０を得る（ステップＳ１０３）。
【０１０８】
次に、内部ボクセル座標補間部２４０が、各内部ボクセル座標データ３３０に対して補間アルゴリズムを適用することで補間し、補間後内部ボクセル座標データ３４０を得、こうして得られた補間後内部ボクセル座標データ３４０を補間後内部ボクセル座標データベースとして第３の記憶装置２８０に格納する（ステップＳ１０４）。
【０１０９】
次に、表示部２５０が、それぞれの記憶装置に格納された姿勢変形表面ボクセル座標３２０、補間後内部ボクセル座標データ３４０を読み出し、モニタ４０に三次元的に表示する（ステップＳ１０５）。
【０１１０】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、体表面のボクセルデータを姿勢変形させるのに対応させて、一定の補間ルールにより数学的に、内部ボクセルデータの姿勢変形後のデータが求められるので、モデルの組織や臓器の構造の質が、自由形状変形（ＦＦＤ）アルゴリズムの制御格子点の配置位置や数に大いに左右されずに、体型と内部組織と臓器を保持しつつ、姿勢モデルを円滑に変形させることが可能となる。
【０１１１】
また、本発明によれば、対象体内部のボクセルデータの姿勢変形後について、より正確な画像表示が可能となり、たとえば人体に対する治療、診断等の場において、より精密な医療行為を行うことをシステム面からサポートできる。
【０１１２】
また、本発明によれば、この機能を有する機器を広く流通させることで、地域、国全体としての医療診断、治療等のサービスの質の向上をもたらすことができる。
【０１１３】
上述した実施形態は、本発明に係る技術思想を具現化するため一例を示したにすぎないものであり、他の実施形態でも本発明に係る技術思想を適用することが可能である。
【０１１４】
さらにまた、本発明を用いて生産される装置、方法、システムが、その２次的生産品に搭載されて商品化された場合であっても、本発明の価値は何ら減ずるものではない。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
上述したように、本願によれば、対象体内部のボクセルデータの姿勢変形後について、より正確な画像表示が可能となり、たとえば人体に対する治療、診断等の場において、より精密な医療行為を行うことが可能となる。
【０１１６】
したがって、本願は、医療機械産業を始め、情報産業にとっても、大いなる利用可能性がある。
【符号の説明】
【０１１７】
１…人体モデル、１１…変形姿勢（たとえば座位姿勢）後人体モデル、２０…人体解剖構造解析・表示装置、４０…モニタ、２１０…表面分割部、２２０…姿勢変形表面ボクセル座標算出部、２３０…内部分割部、２４０…内部ボクセル座標補間部、２５０…表示部、２６０…第１の記憶装置、２７０…第２の記憶装置、２８０…第３１の記憶装置
【図１】
0005527689.tif 000008
【図２】
0005527689.tif 000009
【図３】
0005527689.tif 000010
【図４】
0005527689.tif 000011
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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