(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正中線を挟んで左右対称な位置にある一対の身体部分の、一方の一部又は全部が欠損した欠損身体部分を、他方の欠損していない非欠損身体部分の形状に基づいて外観を再建するための再建モデル形状データ作成装置であって、
a)前記非欠損身体部分の表面形状の三次元形状データに基づいて、該非欠損身体部分の表面の再建基礎領域内に位置するｍ×ｎ個（ｍ、ｎはいずれも３以上の整数）の格子状に配列された点から成る表面点群の位置情報を生成する非欠損側表面点群位置情報生成手段と、
b)前記非欠損身体部分の表面点群の位置情報の中から、前記再建基礎領域の周縁に位置する複数の周縁点群の位置情報を抽出する非欠損側周縁点群位置情報抽出手段と、
c)前記非欠損身体部分の周縁点同士を線分で結び、該線分によって規定される面である基準底面を求め、該基準底面上に位置する、前記表面点群と対応するｍ×ｎ個の格子状に配列された点から成る基準点群の位置情報を生成する非欠損側基準点群位置情報生成手段と、
d)前記非欠損身体部分の前記基準点群の位置情報と前記非欠損身体部分の表面点群の位置情報に基づき、該基準点群の点を始点とし、該始点の点に対応する位置にある前記表面点群の点を終点とするベクトルデータを生成するベクトルデータ生成手段と、
e)前記非欠損身体部分の表面点群の位置情報から正中線を中心として左右反転させた反転表面点群位置情報を求め、該反転表面点群位置情報と前記欠損身体部分の表面形状の三次元形状データから、前記欠損身体部分の表面の前記再建基礎領域に対応する再建対象領域内に位置するｍ×ｎ個の格子状に配列された点から成る表面点群の位置情報を生成する欠損側表面点群位置情報生成手段と、
f)前記欠損身体部分の表面点群の位置情報の中から前記再建対象領域の周縁に位置する複数の点群の位置情報を抽出する欠損側周縁点群位置情報抽出手段と、
g)前記欠損身体部分の周縁点同士を線分で結び、該線分によって規定される面である基準底面を求め、該基準底面上に位置する、前記表面点群と対応するｍ×ｎ個の格子状に配列された点から成る基準点群の位置情報を生成する欠損側基準点群位置情報生成手段と、
h)前記ベクトルデータを正中線を中心として左右反転させた反転ベクトルデータを生成する反転ベクトルデータ生成手段と、
i)前記欠損身体部分の基準点群の位置情報と前記反転ベクトルデータに基づき前記欠損身体部分に再建するモデルの表面形状の三次元形状データを生成する再建モデル形状データ生成手段と
を有することを特徴とする身体再建モデル形状データ作成装置。
【請求項２】
前記再建モデル形状データ生成手段が、再建するモデルの表面形状の三次元形状データと前記欠損身体部分の表面形状の三次元形状データから、再建するモデル全体の三次元形状データを生成することを特徴とする請求項１に記載の身体再建モデル形状データ作成装置。
【請求項３】
前記非欠損身体部分の表面点群、及び前記欠損身体部分の表面点群には、該身体部分の特徴を表す点である特徴点が含まれることを特徴とする請求項１又は２に記載の身体再建モデル形状データ作成装置。
【請求項４】
前記非欠損側基準点群位置情報生成手段が、前記周縁点群の一組の対向する格子列上の点同士を線分で結び、これら線分によって規定される多角面を平滑化処理することにより基準底面を求めることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の身体再建モデル形状データ作成装置。
【請求項５】
前記再建モデル形状データ生成手段が、前記欠損身体部分の基準点群の点を始点としたときの前記反転ベクトルデータの終点の位置情報を、再建するモデルの表面形状の三次元形状データとして求めることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の身体再建モデル形状データ作成装置。
【請求項６】
正中線を挟んで左右対称な位置にある一対の身体部分の、一方の一部又は全部が欠損した欠損身体部分を、他方の欠損していない非欠損身体部分の形状に基づいて外観を再建するための再建モデル形状データ作成方法であって、
a)前記非欠損身体部分の表面形状の三次元形状データに基づいて、該非欠損身体部分の表面の再建基礎領域内に位置するｍ×ｎ個（ｍ、ｎはいずれも３以上の整数）の格子状に配列された点から成る表面点群の位置情報を生成し、
b)前記非欠損身体部分の表面点群の位置情報の中から、前記再建基礎領域の周縁に位置する複数の周縁点群の位置情報を抽出し、
c)前記非欠損身体部分の周縁点同士を線分で結び、該線分によって規定される面である基準底面を求め、該基準底面上に位置する、前記表面点群と対応するｍ×ｎ個の格子状に配列された点から成る基準点群の位置情報を生成し、
d)前記非欠損身体部分の前記基準点群の位置情報と前記非欠損身体部分の表面点群の位置情報に基づき、該基準点群の点を始点とし、該始点の点に対応する位置にある前記表面点群の点を終点とするベクトルデータを生成し、
e)前記非欠損身体部分の表面点群の位置情報から正中線を中心として左右反転させた反転表面点群位置情報を求め、該反転表面点群位置情報と前記欠損身体部分の表面形状の三次元形状データから、前記欠損身体部分の表面の前記再建基礎領域に対応する再建対象領域内に位置するｍ×ｎ個の格子状に配列された点から成る表面点群の位置情報を生成し、
f)前記欠損身体部分の表面点群の位置情報の中から前記再建対象領域の周縁に位置する複数の周縁点群の位置情報を抽出し、
g)前記欠損身体部分の周縁点同士を線分で結び、該線分によって規定される面である基準底面を求め、該基準底面上に位置するｍ×ｎ個の格子状に配列された点から成る基準点群の位置情報を生成し、
h)前記ベクトルデータを正中線を中心として左右反転させた反転ベクトルデータを生成し、
i)前記欠損身体部分の基準点群の位置情報と前記反転ベクトルデータに基づき前記欠損身体部分に再建するモデルの表面形状の三次元形状データを作成する
ことを特徴とする身体再建モデル形状データ作成方法。
【請求項７】
前記再建モデル形状データ生成手段が、再建するモデルの表面形状の三次元形状データと前記欠損身体部分の表面形状の三次元形状データから、再建するモデル全体の三次元形状データを生成することを特徴とする請求項６に記載の身体再建モデル形状データ作成方法。
【請求項８】
正中線を挟んで左右対称な位置にある一対の身体部分の、一方の一部又は全部が欠損した欠損身体部分を、他方の欠損していない非欠損身体部分の形状に基づいて外観を再建するための再建モデル形状データ作成プログラムであって、
コンピュータを、
a)前記非欠損身体部分の表面形状の三次元形状データに基づいて、該非欠損身体部分の表面の再建基礎領域内に位置するｍ×ｎ個（ｍ、ｎはいずれも３以上の整数）の格子状に配列された点から成る表面点群の位置情報を生成する非欠損側表面点群位置情報生成手段、
b)前記非欠損身体部分の表面点群の位置情報の中から、前記再建基礎領域の周縁に位置する複数の周縁点群の位置情報を抽出する非欠損側周縁点群位置情報抽出手段、
c)前記非欠損身体部分の周縁点同士を線分で結び、該線分によって規定される面である基準底面を求め、該基準底面上に位置する、前記表面点群と対応するｍ×ｎ個の格子状に配列された点から成る基準点群の位置情報を生成する非欠損側基準点群位置情報生成手段、
d)前記非欠損身体部分の前記基準点群の位置情報と前記非欠損身体部分の表面点群の位置情報に基づき、該基準点群の点を始点とし、該始点の点に対応する位置にある前記表面点群の点を終点とするベクトルデータを生成するベクトルデータ生成手段、
e)前記非欠損身体部分の表面点群の位置情報から正中線を中心として左右反転させた反転表面点群位置情報を求め、該反転表面点群位置情報と前記欠損身体部分の表面形状の三次元形状データから、前記欠損身体部分の表面の前記再建基礎領域に対応する再建対象領域内に位置するｍ×ｎ個の格子状に配列された点から成る表面点群の位置情報を生成する欠損側表面点群位置情報生成手段、
f)前記欠損身体部分の表面点群の位置情報の中から前記再建対象領域の周縁に位置する複数の点群の位置情報を抽出する欠損側周縁点群位置情報抽出手段、
g)前記欠損身体部分の周縁点同士を線分で結び、該線分によって規定される面である基準底面を求め、該基準底面上に位置する、前記表面点群と対応するｍ×ｎ個の格子状に配列された点から成る基準点群の位置情報を生成する欠損側基準点群位置情報生成手段と、
h)前記ベクトルデータを正中線を中心として左右反転させた反転ベクトルデータを生成する反転ベクトルデータ生成手段、
i)前記欠損身体部分の基準点群の位置情報と前記反転ベクトルデータに基づき前記欠損身体部分に再建するモデルの表面形状の三次元形状データを作成する再建モデル形状データ生成手段
として機能させるためのプログラム。
【請求項９】
前記再建モデル形状データ生成手段が、再建するモデルの表面形状の三次元形状データと前記欠損身体部分の表面形状の三次元形状データから、再建するモデル全体の三次元形状データを生成することを特徴とする請求項８に記載の身体再建モデル形状データ作成プログラム。
【請求項１０】
一対の乳房のうちの一方が欠損している被検者の乳房再建モデルを、欠損していない健常側乳房の三次元形状データに基づいて作成する乳房再建モデル形状データ作成装置であって、
a)前記健常側乳房の三次元形状データに基づいて該健常側乳房の表面の再建基礎領域内に位置するｍ×ｎ個（ｍ、ｎはいずれも３以上の整数）の格子状に配列された点からなる表面点群の位置情報を生成する健常側表面点群位置情報生成手段と、
b)前記健常側乳房の表面点群のうち該健常側乳房の再建基礎領域の周縁部に位置する複数の周縁点群の位置情報を抽出する健常側周縁点群位置情報抽出手段と、
c)前記健常側乳房の周縁点同士を線分で結び、該線分によって規定される面である基準底面を求め、該基準底面上に位置するｍ×ｎ個の格子状に配列された点からなる基準点群の位置情報を生成する健常側基準点群位置情報生成手段と、
d)前記健常側乳房の基準点群の位置情報と、該点群に対応する表面点群の位置情報に基づき、該基準点群の点を始点とし、該始点の点に対応する位置にある前記表面点群の点を終点とするベクトルデータを生成するベクトルデータ生成手段と、
e)前記健常側乳房の表面点群の位置情報から正中線を中心として左右反転させた反転表面点群位置情報を求め、該反転表面点群位置情報と欠損している側の乳房である欠損側乳房の表面形状の三次元形状データから、該欠損側乳房の表面の前記再建基礎領域に対応する再建対象領域内に位置するｍ×ｎ個の格子状に配列された点から成る表面点群の位置情報を生成する欠損側乳房表面点群位置情報生成手段と、
f)前記欠損側乳房の表面点群の位置情報の中から該欠損側乳房の再建対象領域の周縁に位置する複数の周縁点群の位置情報を抽出する欠損側乳房周縁点群位置情報抽出手段と、
g)前記欠損側乳房の周縁点同士を線分で結び、該線分によって規定される面である基準底面を求め、該基準底面上に位置する、前記表面点群と対応するｍ×ｎ個の格子状に配列された点から成る基準点群の位置情報を生成する欠損側乳房基準点群情報生成手段と、
h)前記ベクトルデータを正中線を中心として左右反転させた反転ベクトルデータを生成する反転ベクトル生成手段と、
i)前記欠損側乳房の基準点群の位置情報と前記反転ベクトルデータに基づき前記欠損側乳房に再建する乳房再建モデルの表面形状の三次元形状データを生成し、この再建するモデルの表面形状の三次元形状データと前記欠損側乳房の表面形状の三次元形状データから乳房再建モデル全体の三次元形状データを生成する再建モデル形状データ生成手段と
を有することを特徴とする乳房再建モデル形状データ作成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、病気や事故等で身体の一部、特に左右一対の身体部分の一方が欠損した人の該欠損部分を再建するための身体再建モデルデータ作成装置及び方法並びにプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
事故や病気の治療のために身体の一部が失われた人の精神的ストレスを緩和し、予後の生活の質の向上を図るために、失われた身体部分の外観や機能を元の状態に回復する「再建」と呼ばれる治療が行われている。例えば乳癌患者の場合、腫瘍の大きさや進行の程度にもよるが、腫瘍組織を取り除くために乳房の一部若しくは全部を切除することがあり、そのような患者に対して、手術後に乳房の再建が行われている（特許文献１参照）。
【０００３】
乳房再建の方法には、シリコン製の人工乳房を胸部に貼り付ける方法、人工材料を胸部に挿入するインプラント法、腹部等の皮膚や皮下組織を胸部に移植（移動）させる皮弁移植法等、いくつかの方法がある。いずれの方法においても、失われた乳房の形状を推定し、その形状に復元するように再建が行われる。人間の乳房は略左右対称な形状を有していることから、通常、切除しなかった乳房、つまり健常側の乳房を左右反転させた形状に基づき欠損側の乳房の形状が推定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表2011-505992号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】土井章男、千葉則茂共著「３次元ＣＧの基礎と応用（新訂版）」サイエンス社, 2004年10月25日, pp.55-57
【非特許文献２】谷尻豊寿著「パソコンによる＜最新＞画像処理入門  CとVisual Basicによるイメージ・プロセッシング」技術評論社, 1996年4月15日, pp.138-145
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、実際は人間の体は完全な左右対称ではなく、左右の乳房の上下や左右の位置が違ったり、幅が異なったりする。従って、健常側の乳房形状を左右反転させただけの形状では、欠損側の胸部にフィットしないことが多い。このため、例えば人工乳房を作製する場合には、人工乳房のマスター型を健常側の乳房を左右反転させた形状から作製した後、このマスター型を患者の欠損側胸部に当てながら形状を微修正するという作業を繰り返し行う。こうして完成したマスター型からネガティブ型を作製し、このネガティブ型を元に人工乳房が作製される。このように、人工乳房の作製には多数の手間や工程を必要とするため、時間や費用がかかるという問題があった。
なお、このような問題は乳房に限らず、その他の様々な身体部分を再建する場合にも生じる。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、一部が欠損した身体部分を再建するための再建モデルを簡便且つ安価に作製することができる身体再建モデル形状データ作成装置及び方法並びにプログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために成された本発明は、正中線を挟んで左右対称な位置にある一対の身体部分の、一方の一部又は全部が欠損した欠損身体部分を、他方の欠損していない非欠損身体部分の形状に基づいて外観を再建するための再建モデル形状データ作成装置であって、
a)前記非欠損身体部分の表面形状の三次元形状データに基づいて、該非欠損身体部分の表面の再建基礎領域内に位置するｍ×ｎ個（ｍ、ｎはいずれも３以上の整数）の格子状に配列された点から成る表面点群の位置情報を生成する非欠損側表面点群位置情報生成手段と、
b)前記非欠損身体部分の表面点群の位置情報の中から、前記再建基礎領域の周縁に位置する複数の周縁点群の位置情報を抽出する非欠損側周縁点群位置情報抽出手段と、
c)前記非欠損身体部分の周縁点同士を線分で結び、該線分によって規定される面である基準底面を求め、該基準底面上に位置する、前記表面点群と対応するｍ×ｎ個の格子状に配列された点から成る基準点群の位置情報を生成する非欠損側基準点群位置情報生成手段と、
d)前記非欠損身体部分の前記基準点群の位置情報と前記非欠損身体部分の表面点群の位置情報に基づき、該基準点群の点を始点とし、該始点の点に対応する位置にある前記表面点群の点を終点とするベクトルデータを生成するベクトルデータ生成手段と、
e)前記非欠損身体部分の表面点群の位置情報から正中線を中心として左右反転させた反転表面点群位置情報を求め、該反転表面点群位置情報と前記欠損身体部分の表面形状の三次元形状データから、前記欠損身体部分の表面の前記再建基礎領域に対応する再建対象領域内に位置するｍ×ｎ個の格子状に配列された点から成る表面点群の位置情報を生成する欠損側表面点群位置情報生成手段と、
f)前記欠損身体部分の表面点群の位置情報の中から前記再建対象領域の周縁に位置する複数の点群の位置情報を抽出する欠損側周縁点群位置情報抽出手段と、
g)前記欠損身体部分の周縁点同士を線分で結び、該線分によって規定される面である基準底面を求め、該基準底面上に位置する、前記表面点群と対応するｍ×ｎ個の格子状に配列された点から成る基準点群の位置情報を生成する欠損側基準点群位置情報生成手段と、
h)前記ベクトルデータを正中線を中心として左右反転させた反転ベクトルデータを生成する反転ベクトルデータ生成手段と、
i)前記欠損身体部分の基準点群の位置情報と前記反転ベクトルデータに基づき前記欠損身体部分に再建するモデルの表面形状の三次元形状データを生成する再建モデル形状データ生成手段と
を有することを特徴とする。
【０００９】
この場合、前記再建モデル形状データ生成手段は、再建するモデルの表面形状の三次元形状データと前記欠損身体部分の表面形状の三次元形状データから、再建するモデル全体の三次元形状データを作成することが好ましい。
【００１０】
正中線を挟んで左右対称な位置にある一対の身体部分とは、例えば、乳房や手足、顔面の頬や耳等を指す。また、一対の身体部分は分離していなくても良く、胸部や腹部、臀部等、左右対称な形状の身体部分も、一対の身体部分に含まれることとする。
【００１１】
非欠損身体部分の再建基礎領域とは、非欠損身体部分のうち欠損身体部分を復元するための基礎となる領域を指し、身体部分の一部が欠損している場合には欠損した一部分に対応する非欠損身体部分の一部分を再建基礎領域とし、身体部分の全体が欠損している場合には非欠損身体部分の全体を再建基礎領域とする。再建基礎領域は、身体再建モデル形状データ作成装置の操作者が手動で設定しても良く、三次元形状データに基づき、例えばその他の部分よりも隆起している部分を再建基礎領域として非欠損側表面点群位置情報生成手段が自動的に設定するようにしても良い。
【００１２】
再建基礎領域内に位置する表面点群の位置情報は、例えば各点のＸＹＺ座標で表すことができる。表面点群の各点の位置は再建基礎領域内にランダムに設定しても良いが、本発明のように、再建基礎領域内をｍ×ｎに分割するメッシュ（格子）の頂点とすると、身体部分の形状や大きさ等に関する個体間の違いに関係なく点群の数や配列を規格化、相同化することができる。このため、再建モデルの表面形状の三次元形状データを作成するための処理が簡単になる。また、点群には、身体部分の特徴を表す点である特徴点を１ないし複数個含まれるようにすると良い。このようにすることで、被検者の身体的特徴を表現した再建モデルの表面形状の三次元形状データを作成することができる。
【００１３】
非欠損身体部分の基準底面とは、非欠損身体部分、つまり健常な身体部分の形状を規定する面であり、該基準底面と非欠損身体部分の表面で囲まれた部分が、健常な身体部分の全体形状となる。基準底面は身体の内部に位置し、外側から見えないため、本発明では非欠損身体部分の周縁点群の任意の点同士を線分で結び、該線分によって規定される面を基準面とする。また、前記周縁点群の一組の対向する格子列上の点同士を線分で結び、これら線分によって規定される多角面を平滑化処理することにより得られる面を基準底面とすると、基準底面を滑らかな曲面とすることができる。なお、非欠損身体部分の再建基礎領域が略矩形状である場合は、該領域の上辺上の点と、下辺上の点同士を線分で結び、これら線分で規定される多角面を平滑化処理することにより基準面を得ることができる。
なお、上記の説明は、欠損身体部分の再建対象領域や表面点群、基準底面等においても同様に当てはまる。また、欠損身体部分の基準底面の推定方法についても、上記した非欠損身体部分の基準底面の推定方法と同様の方法によって推定することができる。
【００１４】
また、本発明は、正中線を挟んで左右対称な位置にある一対の身体部分の、一方の一部又は全部が欠損した欠損身体部分を、他方の欠損していない非欠損身体部分の形状に基づいて外観を再建するための再建モデル形状データ作成方法であって、
a)前記非欠損身体部分の表面形状の三次元形状データに基づいて、該非欠損身体部分の表面の再建基礎領域内に位置するｍ×ｎ個（ｍ、ｎはいずれも３以上の整数）の格子状に配列された点から成る表面点群の位置情報を生成し、
b)前記非欠損身体部分の表面点群の位置情報の中から、前記再建基礎領域の周縁に位置する複数の周縁点群の位置情報を抽出し、
c)前記周縁点群の位置情報に基づいて前記非欠損身体部分の基準底面を求め、該基準底面上に位置するｍ×ｎ個の格子状に配列された点から成る基準点群の位置情報を生成し、
d)前記非欠損身体部分の前記基準点群の位置情報と前記非欠損身体部分の表面点群の位置情報に基づき、該基準点群の点を始点とし、該始点の点と対応する位置にある前記表面点群の点を終点とするベクトルデータを生成し、
e)前記非欠損身体部分の表面点群の位置情報から正中線を中心として左右反転させた反転表面点群位置情報を求め、該反転表面点群位置情報と前記欠損身体部分の表面形状の三次元形状データから、前記欠損身体部分の表面の前記再建基礎領域に対応する再建対象領域内に位置するｍ×ｎ個の格子状に配列された点から成る表面点群の位置情報を生成し、
f)前記欠損身体部分の表面点群の位置情報の中から前記再建対象領域の周縁に位置する複数の点群の位置情報を抽出し、
g)前記欠損身体部分の周縁点群の位置情報に基づいて前記欠損身体部分の基準底面を求め、該基準底面上に位置するｍ×ｎ個の格子状に配列された点から成る基準点群の位置情報を生成し、
h)前記ベクトルデータを正中線を中心として左右反転させた反転ベクトルデータを生成し、
i)前記欠損身体部分の基準点群の位置情報と前記反転ベクトルデータに基づき前記欠損身体部分に再建するモデルの表面形状の三次元形状データを作成することを特徴とする。
【００１５】
さらに、本発明は、正中線を挟んで左右対称な位置にある一対の身体部分の、一方の一部又は全部が欠損した欠損身体部分を、他方の欠損していない非欠損身体部分の形状に基づいて外観を再建するための再建モデル形状データ作成プログラムであって、
コンピュータを、
a)前記非欠損身体部分の表面形状の三次元形状データに基づいて、該非欠損身体部分の表面の再建基礎領域内に位置するｍ×ｎ個（ｍ、ｎはいずれも３以上の整数）の格子状に配列された点から成る表面点群の位置情報を生成する非欠損側表面点群位置情報生成手段、
b)前記非欠損身体部分の表面点群の位置情報の中から、前記再建基礎領域の周縁に位置する複数の周縁点群の位置情報を抽出する非欠損側周縁点群位置情報抽出手段、
c)前記非欠損身体部分の周縁点同士を線分で結び、該線分によって規定される面である基準底面を求め、該基準底面上に位置する、前記表面点群と対応するｍ×ｎ個の格子状に配列された点から成る基準点群の位置情報を生成する非欠損側基準点群位置情報生成手段、
d)前記非欠損身体部分の前記基準点群の位置情報と前記非欠損身体部分の表面点群の位置情報に基づき、該基準点群の点を始点とし、該始点の点に対応する位置にある前記表面点群の点を終点とするベクトルデータを生成するベクトルデータ生成手段、
e)前記非欠損身体部分の表面点群の位置情報から正中線を中心として左右反転させた反転表面点群位置情報を求め、該反転表面点群位置情報と前記欠損身体部分の表面形状の三次元形状データから、前記欠損身体部分の表面の前記再建基礎領域に対応する再建対象領域内に位置するｍ×ｎ個の格子状に配列された点から成る表面点群の位置情報を生成する欠損側表面点群位置情報生成手段、
f)前記欠損身体部分の表面点群の位置情報の中から前記再建対象領域の周縁に位置する複数の点群の位置情報を抽出する欠損側周縁点群位置情報抽出手段、
g)前記欠損身体部分の周縁点同士を線分で結び、該線分によって規定される面である基準底面を求め、該基準底面上に位置する、前記表面点群と対応するｍ×ｎ個の格子状に配列された点から成る基準点群の位置情報を生成する欠損側基準点群位置情報生成手段と、
h)前記ベクトルデータを正中線を中心として左右反転させた反転ベクトルデータを生成する反転ベクトルデータ生成手段、
i)前記欠損身体部分の基準点群の位置情報と前記反転ベクトルデータに基づき前記欠損身体部分に再建するモデルの表面形状の三次元形状データを作成する再建モデル形状データ生成手段
として機能させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、非欠損身体部分の表面形状及び欠損身体部分の表面形状の三次元形状データから、非欠損身体部分の基準底面及び欠損身体部分の基準底面を推定し、これら基準底面から再建モデルの表面形状の三次元形状データを得、さらにこの表面形状の三次元形状データと欠損身体部分の表面形状の三次元形状データから、再建モデル全体の形状を表す三次元形状データを生成するようにしたため、再建モデルを簡便に作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】身体再建モデル形状データ作成装置の概略構成を示すブロック図。
【図２】データ作成の手順を示すフローチャート。
【図３】オブジェクト座標系を示す図。
【図４】表示画面に表示された身体部分の三次元画像を示す図。
【図５】Ｙ軸回りに回転させる前の三次元画像上にモアレを発生させた状態（ａ）、Ｙ軸回りに回転させた後の三次元画像上にモアレを発生させた状態（ｂ）を示す表示画面の図。
【図６】三次元画像上の指定点を示す図。
【図７】三次元画像上にメッシュを生成させた後の表示画面を示す図。
【図８】21×21のメッシュと、このメッシュの各格子内の6×6のメッシュの関係を説明するための図。
【図９】平滑化処理により得られた基準底面（胸板）を示す図。
【図１０】乳房再建の場合のベクトルデータが示すベクトルの一例を示す図。
【図１１】乳房再建の場合のベクトル及び変換後の反転ベクトルの一例を示す図。
【図１２】再建乳房モデルの三次元画像（ａ）〜（ｅ）。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の具体的な実施例を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は、身体再建モデル形状データ作成装置の概略構成を示すブロック図である。身体再建モデル形状データ作成装置１（以下、「データ作成装置」という）は、ＣＰＵ１０、ＲＡＭ１２、記憶部１４、入力部１６、表示部１８、出力部２０、入力操作部２２及びこれらを接続する内部バス２４で構成されている。ＣＰＵ１０は、ＲＡＭ１２に記憶されているコンピュータプログラムに従って種々のソフトウェア的機能を実行する。
【００２０】
記憶部１４は、再建対象の身体部分の三次元形状データや、この三次元形状データに基づいて作成した再建モデル形状データを記憶する。なお、再建対象の身体部分（以下、再建身体部分ともいう。）とは、一部或いは全部が欠損した身体部分（以下、欠損身体部分という。）と、この身体部分と正中線を挟んで左右対称な位置にある健常な身体部分であって欠損身体部分と対の関係にある身体部分（以下、健常側身体部分、或いは非欠損身体部分ともいう。）の両方を含む。
【００２１】
入力部１６は、再建身体部分の三次元形状データを入力する装置であり、該入力部１６を通して、レーザ式、光学式の非接触の三次元計測装置で得られたデータが入力される。また、ＣＴやＰＥＴ、ＭＲＩで得られたデータや、接触式の三次元計測装置で得られたデータでも良い。表示部１８は、ＣＲＴモニタやＬＣＤ等の表示装置から成り、記憶部１４に記憶されている身体部分の三次元形状データや作成された再建モデルの三次元形状データを三次元画像として表示する。出力部２０はレーザプリンター、ドットプリンターなどの印刷装置である。また、三次元プリンタ（３Ｄプリンタ）やその他の造形装置を出力部２０としても良い。入力操作部２２は、再建モデルの三次元形状データの作成処理に必要なデータを作業者が入力するための装置であり、マウスやキーボードなどである。
【００２２】
図２は、データ作成装置によるデータ作成手順を示すフローチャートである。このフローチャートを参照しつつ、乳房再建のための三次元形状データを作成する場合を例に挙げて説明する。
【００２３】
１．再建身体部分の表面形状の計測データの取得（図２のＳ１）
例えばレーザ式の非接触の三次元計測装置で被検者の再建身体部分の表面形状を計測し、計測データを取得する。この計測データは再建身体部分のみの計測データでも良いが、再建身体部分よりも広い範囲の身体部分の計測データでも良い。例えば乳房再建用の三次元形状データを得る場合、乳房だけでなく胸部全体の表面形状を計測し、計測データを得るようにすると良い。計測データは例えば三角形ポリゴンデータの集積から成る。なお、均一で精度の良い計測データを得るために身体部分の表面形状を計測するときは下記の４点に注意する。
【００２４】
（1-1）計測装置に対して被検者はまっすぐに立つ。例えば壁面の前に被検者は立ち、後頭部、および両方の肩甲骨を壁面につけた状態で計測する。
（1-2）脇を約15度開いた状態で、両腕を自然な状態で下におろす。
（1-3）左右の肩峰点（肩峰（けんぽう）：肩の上に位置する、肩甲骨にある突起のこと）の高さを同じにする。
（1-4）胸部の表面形状の場合は喉仏から乳房下縁の５cm下まで計測する。
【００２５】
ここで得られた計測データはオブジェクト座標系のデータから成る。本実施例で用いたオブジェクト座標系は図３に示すＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸から成る。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は次のように定義されている。
Ｘ軸：表示画面の左部から右部に向かって（身体の右部から左部に向かって）延びる、地面と水平な軸。左から右に向かう方向を正方向とする。
Ｙ軸：地面から垂直な軸。下から上に向かう方向を正方向とする。
Ｚ軸：身体の後部から前部に向かって延びる、地面と水平な軸。後から前に向かう方向を正方向とする。
図４に、計測データに基づき表示部１８の表示画面に表示された身体部分の三次元画像の一例を示す。
【００２６】
２．計測データの調整（図２のＳ２）
上述の（1-1）〜（1-4）に注意して計測しても、被検者の立ち方や姿勢等の癖により、得られた計測データに傾きや回転が含まれる場合がある。そこで、計測データが表す身体部分の姿勢を整えるために、次の（2−1）〜（2−4）の処理によって計測データを調整する。
【００２７】
（2-1）Ｙ軸周りの回転
表示画面に表示された身体部分の三次元画像にモアレを発生させて、乳房領域を除いた領域の左右のモアレが対称になるように三次元形状データをＹ軸回りに回転させる。図５の（ａ）は、図４に示す三次元画像、つまりＹ軸周りに回転させる前の三次元画像にモアレを発生させた様子、図５の（ｂ）はＹ軸周りに回転させた後の三次元画像にモアレを発生させた様子を示す。
（2-2）Ｚ軸周りの回転
肩峰点の高さが左右で等しくなるように計測データをＺ軸周りに回転させる。これにより計測データが表す身体部分の左右方向の傾きが調整される。
（2-3）Ｘ軸周りの回転
身体の正中線（胸骨）がＹ軸と一致するように計測データをＸ軸周りに回転させる。これにより、計測データが表す身体部分の前後の傾きが調整される。
（2-4）平行移動
鎖骨の中点と鳩尾を結ぶ線を３：７に内分する点がオブジェクト座標系の原点に位置するように、計測データを平行移動する。
【００２８】
３．メッシュの生成及び割り付け（図２のＳ３）
（3-1）メッシュの生成
調整後の計測データに対し、頂点数が例えば21×21のメッシュを生成する。メッシュの頂点の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、例えば表示画面に表示されている三次元画像上の指定された１０点の位置を示す座標と計測データに基づき作成される周知のポリゴンモデルの頂点座標から得られる。指定点は作業者が入力操作部を操作することにより手動で指定しても良く、自動的に設定されるようにしても良い。図６に示すように、胸部の場合、両脇や鎖骨の中点と鳩尾を結ぶ線分を３：７に内分する点等や左右の乳房の乳頭上の点など、再建身体部分の特徴を表す点（特徴点）が指定点に含まれる。図７に、図６に示す１０個の指定点座標と計測データに基づき作成されたメッシュを、三次元画像と共に示す。
【００２９】
図７に示す例では、メッシュは、表示画面上では頂点数が21×21であり、４個の頂点で規定される面、つまり格子の数が400の格子状のメッシュから成る。しかし、実際は各格子の中にはさらに頂点数が6×6のメッシュが形成されている。従って、メッシュ全体の頂点数は101×101となる。21×21のメッシュと、このメッシュの各格子内の6×6のメッシュの関係を図８に示す。
【００３０】
21×21のメッシュの頂点、101×101のメッシュの頂点を、それぞれ、メッシュ頂点、格子点と呼ぶ。各頂点を表示画面の左上隅部（被検者の右肩付近に相当）を原点とする二次元座標で表すと、図８に示すように、原点に位置するメッシュ頂点と格子点はいずれも（0,0）となる。
一方、表示画面の右下隅（被検者の左下隅に相当）に位置するメッシュ頂点は（20,20）であるが、格子点は（100,100）となる。その他、メッシュの代表的なラインの位置、及びメッシュ頂点（格子点）の座標を以下に示す。
メッシュの上縁ライン（メッシュ頂点及び格子点の0行目）：鎖骨に重なるライン
メッシュの下縁ライン（メッシュ頂点の20行目／格子点の100行目）：乳房の下縁からおよそ5cm
オブジェクト座標系の原点（鎖骨の中点と鳩尾を３：７に分ける点）：メッシュ頂点(10, 4)／格子点の(50, 20)
右乳房の上縁： メッシュ頂点の(1, 4)〜(9, 4)／格子点の(5, 20)〜(45, 20)
右乳房の下縁：メッシュ頂点の(1, 15)〜(9, 15)／格子点の(5, 75)〜(45, 75)
右乳頭：メッシュ頂点の(5, 11)／格子点の(25, 55)
左乳房の上縁：メッシュ頂点の(11, 4)〜(19, 4)／格子点の(55, 20)〜(95, 20)
左乳房の下縁：メッシュ頂点の(11, 15)〜(19, 15)／格子点の(55, 75)〜(95, 75)
左乳頭：メッシュ頂点の(15, 11)／格子点の(75, 55)
【００３１】
このようにメッシュの頂点（メッシュ頂点及び格子点）の数を多くすることにより、後述する再建モデルの表面形状の三次元形状データが精密になり、その結果得られる再建モデルを精密にすることができる。
【００３２】
（3-2）メッシュの割り付け
上述したように、本実施例では、身体部分の三次元形状データと指定点の座標データからコンピュータが自動的にメッシュの各頂点のＸＹＺ座標から成るデータ（頂点データ）を作成する。作成されたメッシュは身体部分の表面をぴったりと覆っているが、被検者の身体的特徴を正確に表現するには不十分である。
【００３３】
そこで、メッシュを個々の被検者の身体的特徴を再現できるように変形する作業、つまり、メッシュの頂点データを身体部分の三次元形状データに合わせる作業としての割り付け処理を実行する。割り付け処理には、周知のＺバッファ法（非特許文献１及び２）を用いる。
【００３４】
メッシュの割り付け処理は、まず、健常側身体部分に対して行う。そのため、表示画面の三次元画像における健常側身体部分の領域（本発明の再建基礎領域に相当）を設定する。例えば乳房の場合は、肩から下に降りていき、乳房のふくらみが始まるあたりを上辺、ブラジャーのワイヤーが当たるラインを下辺とする略矩形形状の乳房領域を設定し、この乳房領域に対してメッシュを割り付ける。この結果、自動的に作成されたメッシュの各頂点の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が身体部分の表面の三次元形状データの座標に更新され、メッシュは被検者の身体的特徴を再現するように変形される。
【００３５】
（3-3）反転メッシュの作成及び割り付け
健常側身体部分にメッシュを割り付けた後、そのメッシュデータを正中線を中心に左右反転する。この段階では、反転させたメッシュの各頂点のＺ座標は健常側身体部分のＺ座標であるため、メッシュの各頂点は欠損身体部分の表面から離れている。そこで反転メッシュについても、各頂点データと三次元形状データを位置合わせするための割り付け処理を実行する。この結果、反転メッシュの頂点データの座標（Ｘ，Ｙ、Ｚ）が新しい座標に変更され、反転メッシュが欠損身体部分の表面に沿うように変形される。
【００３６】
なお、メッシュ及び反転メッシュの割り付け処理を実行するにあたっては、表示画面に表示された身体部分の表面形状をいろいろな方向から見て、表面の法線ベクトルに沿う方向にメッシュ及び反転メッシュの頂点を移動させて該表面に貼り付けるようにすると良い。この作業は、例えば、表示画面上の三次元画像を適宜の方向に回転させながら行うことができる。このように法線ベクトルに沿う方向にメッシュ及び反転メッシュを移動させることにより、曲面である再建身体部分の表面に対して頂点が略等間隔に位置するようにメッシュ及び反転メッシュを割り付けることができる。
【００３７】
また、人間の身体は完全な左右対称形ではないため、健常側の身体部分に割り付けたメッシュを左右反転させただけの反転メッシュは、欠損側の身体部分に対して、Ｘ軸、Ｙ軸方向にもずれが生じる場合がある。従って、割り付け処理では、元のメッシュ形状をできるだけ損なわないように留意しつつ、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向にも反転メッシュの頂点を移動させるようにする。そのため、本実施例では、表示画面に表示された三次元画像上のメッシュの頂点や格子点をマウス等で指示しながらＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動させて割り付け処理を実行することができるようになっている。
【００３８】
４．基準底面の推定（図２のＳ４）
基準底面とは、健常側及び欠損側の身体部分の形状を規定する面であり、基準底面と表面で囲まれた部分の形状が身体部分の全体形状となる。乳房の場合は胸板が基準底面となる。基準底面は外側から見えないため、健常側及び欠損側のいずれについても、身体部分に割り付けた後のメッシュ及び反転メッシュから推定する。
まず、身体部分の周縁に位置するメッシュの頂点を抽出する。これら周縁部の頂点のうち、身体部分の上縁と下縁に位置する頂点（ただし、上縁及び下縁の左端及び右端に位置する頂点を除く）同士を直線で結ぶ。
【００３９】
図７に示すように、乳房の場合は、乳房領域のメッシュは9×12であり、上縁及び下縁にはそれぞれ9個の頂点があるため、そのうち両端の2個を除いた7個の頂点同士を直線で結ぶ。なお、実際は9×12のメッシュの各格子面に6×6のメッシュを設けているため、健常側及び欠損側の乳房に割り付けたメッシュは、いずれも41×56のメッシュで構成されていることになり、上縁の39個の頂点及び下縁の39個の頂点同士を直線で結ぶことになる。
【００４０】
上縁上の複数の頂点が同一直線上になく、また、下縁上の複数の頂点が同一直線上にないため、上縁及び下縁上の頂点同士を直線で結び、これら直線とメッシュ周縁の頂点から規定される面は凹凸した多角面となる。そこで、平滑化処理を施し、直線とメッシュ周縁の頂点から規定される面を滑らかな曲面にする。
平滑化処理では、メッシュの頂点（メッシュ頂点及び格子点）のうち注目する１点とその周りの８個の頂点の合計９個の頂点の移動平均をとり、その結果得られる値を注目する１点の座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）とする。ただし、身体部分の周縁に位置する頂点については移動平均をとらず、身体部分の表面に割り付けたときの座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）値とする。平滑化処理は、上記の移動平均を求める処理を例えば２０回繰り返す。図９に平滑化処理の結果、得られた非欠損側の基準底面（胸板）及び欠損側の基準底面の一部の三次元画像を示す。
【００４１】
５．ベクトルデータの生成（図２のＳ５）
健常側身体部分の表面に割り付けたメッシュデータと、基準底面上の頂点データに基づき、基準底面上の頂点を始点とし、メッシュの頂点を終点とするベクトルのデータを作成する。このとき、ベクトルデータの始点となる頂点の基準底面における位置と、終点となる頂点のメッシュにおける位置を対応させる。本実施例では、健常側身体部分の表面に割り付けたメッシュの頂点データと基準底面上の頂点データは、頂点の数、及び配置が同じであり、且つ、その頂点が解剖学的な意味を持つ相同モデルであるため、対応するメッシュの頂点と基準底面の頂点の座標の差分値がベクトルデータとなる。図１０に、乳房再建の場合に得られたベクトルデータが示すベクトルの一例を示す。図１０中、ベクトルの始点付近に位置する滑らかな曲面が基準底面である。なお、実際は基準底面上の頂点の数だけベクトルがあるため、基準底面上に多数のベクトルが密集することになるが、図１０では基準底面上からベクトルが延びている様子が分かり易いように、ベクトルを間引いて示す。
【００４２】
６．再建モデルの表面形状データの生成（図２のＳ６）
ベクトルデータを正中線を中心に左右反転させた反転ベクトルデータを求め、この反転ベクトルの始点が欠損身体部分の基準底面上の各頂点となるように反転ベクトルデータを変換する。反転ベクトルデータと基準底面の各頂点のデータも相同モデルであるため、ある反転ベクトルに対応する欠損身体部分の基準底面上の頂点の座標が、変換後の反転ベクトルデータの始点になり、変換後の反転ベクトルデータの終点が、再建モデルの表面に位置する座標となる。つまり、変換後の反転ベクトルデータの終点が再建モデルの表面形状を表す三次元形状データとなる。
図１０に示すベクトルと、該ベクトルの変換後の反転ベクトルを図１１に示す。
【００４３】
７．再建モデルの全体形状データの生成（図２のＳ７）
再建モデルの裏面形状のデータは、欠損身体部分の表面形状の計測データの姿勢を整えた後のデータ（三次元形状データ）となる。欠損身体部分の表面形状の三次元形状データと、再建モデルの表面形状を表す三次元形状データは、周縁部に位置する点群を共有するため、これら共有する点群で、欠損身体部分の表面形状の三次元形状データと、再建モデルの表面形状を表す三次元形状データを結合することにより、再建モデルの全体形状を表すデータが生成される。
【００４４】
このようにして得られた再建モデルの全体形状を表すデータに基づき作製された乳房再建モデルの三次元画像を図１２に示す。図１２中、(ａ）は正面から見た三次元画像、（ｂ）は裏側から見た三次元画像、（ｃ）は推定した基準底面（胸板）を裏側からみた三次元画像、（ｄ）は斜め前方から見た三次元画像、（ｅ）は斜め後方から見た三次元画像を示す。
【００４５】
このように本実施例では、表示画面に表示された三次元画像を使って再建モデルの全体形状を表すデータを作成することができるため、簡単且つ安価に、元の形状を正確に復元した再建モデルを作製することができる。また、人工材料を欠損身体部分に挿入するインプラント法や、腹部等の皮膚や皮下組織を欠損身体部分に移植（移動）させる皮弁移植法のような手法においても、欠損身体部分の三次元形状データと欠損身体部分の表面形状を表す三次元形状データから、挿入する人工材料の量や、移植する皮下組織、皮膚の量を正確に推定できるというメリットがある。
【００４６】
また、本実施例において作成された再建モデルは、身体が完全な左右対称形ではないことを考慮した上で元の形状を復元するため、再建モデルを欠損身体部分に装着したときの違和感はもちろん、外観上の違和感をも低減することができる。そのため、身体の一部が失われた人の精神的ストレスの緩和、予後の生活の質をより一層向上することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１０…ＣＰＵ
１２…ＲＡＭ
１４…記憶部
１６…入力部
１８…表示部
２０…出力部
２２…入力操作部
２４…内部バス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図８】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005391293.tif 000009
【図９】
0005391293.tif 000010
【図１０】
0005391293.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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