(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータが、
心臓及び心臓周辺の血管のうち、３次元形状モデルの生成対象となる１又は複数の部位の指定を受け付け、ポリゴンで表される３次元テンプレートを格納するテンプレート格納部から、３次元形状モデルの生成対象部位の３次元テンプレートを取得し、
前記生成対象部位の３次元テンプレートの変形において基準となる心臓弁を特定し、
断層画像格納部に格納されている、心臓を含む生体の複数の断層画像から生成される３次元ボリュームデータにおいて、特定された前記心臓弁の弁輪の内側の軸を通る平面における切断画像から当該心臓弁の弁輪の形状を抽出し、当該心臓弁の弁輪を表す３次元弁輪データを記憶装置に格納し、
前記生成対象部位の３次元テンプレートにおける、特定された前記心臓弁の弁輪上において第１の条件を満たす点を第１の基準点として特定し、前記記憶装置に格納されている前記３次元弁輪データで表される弁輪上において前記第１の条件を満たし且つ前記第１の基準点に対応する点を第２の基準点として特定し、
前記生成対象部位の３次元テンプレートにおける、特定された前記心臓弁の弁輪上に所定の規則に従って前記第１の基準点から所定数の開始点を配置し、前記記憶装置に格納されている前記３次元弁輪データで表される弁輪上に前記所定の規則に従って前記第２の基準点から前記所定数の目標点を配置し、前記開始点及び前記目標点の座標を前記記憶装置に格納し、
前記記憶装置に格納されている前記開始点及び前記目標点の座標を用いて、前記生成対象部位の３次元テンプレートに係るポリゴンの頂点の移動先座標を算出するための所定の関数の係数を算出し、
算出された前記係数と前記所定の関数とを用いて、前記生成対象部位の３次元テンプレートに係るポリゴンの頂点の移動先座標を算出し、算出した前記移動先座標に従って前記生成対象部位の３次元テンプレートを変形し、変形後の３次元テンプレートを前記生成対象部位の３次元形状モデルとして前記記憶装置に格納する
３次元テンプレート変形方法。
【請求項２】
前記心臓弁を特定する処理において、
前記生成対象部位に左心室が含まれる場合、僧帽弁及び大動脈弁を、基準となる前記心臓弁として特定し、
前記生成対象部位に右心室が含まれる場合、三尖弁及び肺動脈弁を、基準となる前記心臓弁として特定し、
前記生成対象部位に左心房が含まれる場合、僧帽弁を、基準となる前記心臓弁として特定し、
前記生成対象部位に右心房が含まれる場合、三尖弁を、基準となる前記心臓弁として特定し、
前記生成対象部位に大動脈が含まれる場合、大動脈弁を、基準となる前記心臓弁として特定する
請求項１記載の３次元テンプレート変形方法。
【請求項３】
前記生成対象部位に左心室が含まれる場合、さらに、
前記係数を算出する前に、前記生成対象部位の３次元テンプレートにおける心尖部の座標を前記開始点の座標として前記記憶装置に格納し、
前記係数を算出する前に、前記３次元ボリュームデータにおいて心尖部を特定し、特定した心尖部の座標を前記目標点の座標として前記記憶装置に格納する
請求項１又は２記載の３次元テンプレート変形方法。
【請求項４】
前記生成対象部位に左心房が含まれる場合、さらに、
前記係数を算出する前に、前記３次元ボリュームデータから、左心房と肺静脈との境界の切断画像を生成し、当該切断画像において肺静脈とみなされる部位の輪郭を表す輪郭データを前記記憶装置に格納し、
前記係数を算出する前に、前記生成対象部位の３次元テンプレートの前記境界における肺静脈の輪郭上において第２の条件を満たす点を第３の基準点として特定し、前記記憶装置に格納されている前記輪郭データで表される輪郭上において前記第２の条件を満たす点を第４の基準点として特定し、
前記係数を算出する前に、前記生成対象部位の３次元テンプレートの前記境界における肺静脈の輪郭上に前記所定の規則に従って前記第３の基準点から前記開始点を配置し、前記記憶装置に格納されている前記輪郭データで表される輪郭上に前記所定の規則に従って前記第４の基準点から前記目標点を配置し、前記開始点及び前記目標点の座標を前記記憶装置に格納する
請求項１又は２記載の３次元テンプレート変形方法。
【請求項５】
前記生成対象部位に大動脈が含まれる場合、さらに、
前記係数を算出する前に、腕頭動脈、左総頚動脈及び左鎖骨下動脈の各々について、前記３次元ボリュームデータから、大動脈との境界の切断画像を生成し、当該切断画像において腕頭動脈、左総頚動脈又は左鎖骨下動脈とみなされる部位の輪郭を表す輪郭データを前記記憶装置に格納し、
前記係数を算出する前に、腕頭動脈、左総頚動脈及び左鎖骨下動脈の各々について、前記生成対象部位の３次元テンプレートの、大動脈との境界における腕頭動脈、左総頚動脈又は左鎖骨下動脈の輪郭上において第２の条件を満たす点を第３の基準点として特定し、前記記憶装置に格納されている前記輪郭データで表される輪郭上において前記第２の条件を満たす点を第４の基準点として特定し、
前記係数を算出する前に、腕頭動脈、左総頚動脈及び左鎖骨下動脈の各々について、前記生成対象部位の３次元テンプレートの、大動脈との境界における腕頭動脈、左総頚動脈又は左鎖骨下動脈の輪郭上に前記所定の規則に従って前記第３の基準点から前記開始点を配置し、前記記憶装置に格納されている前記輪郭データで表される輪郭上に前記所定の規則に従って前記第４の基準点から前記目標点を配置し、前記開始点及び前記目標点の座標を前記記憶装置に格納する
請求項１又は２記載の３次元テンプレート変形方法。
【請求項６】
コンピュータに、
心臓及び心臓周辺の血管のうち、３次元形状モデルの生成対象となる１又は複数の部位の指定を受け付けさせ、ポリゴンで表される３次元テンプレートを格納するテンプレート格納部から、３次元形状モデルの生成対象部位の３次元テンプレートを取得させ、
前記生成対象部位の３次元テンプレートの変形において基準となる心臓弁を特定させ、
断層画像格納部に格納されている、心臓を含む生体の複数の断層画像から生成される３次元ボリュームデータにおいて、特定された前記心臓弁の弁輪の内側の軸を通る平面における切断画像から当該心臓弁の弁輪の形状を抽出させ、当該心臓弁の弁輪を表す３次元弁輪データを記憶装置に格納させ、
前記生成対象部位の３次元テンプレートにおける、特定された前記心臓弁の弁輪上において第１の条件を満たす点を第１の基準点として特定させ、前記記憶装置に格納されている前記３次元弁輪データで表される弁輪上において前記第１の条件を満たし且つ前記第１の基準点に対応する点を第２の基準点として特定させ、
前記生成対象部位の３次元テンプレートにおける、特定された前記心臓弁の弁輪上に所定の規則に従って前記第１の基準点から所定数の開始点を配置させ、前記記憶装置に格納されている前記３次元弁輪データで表される弁輪上に前記所定の規則に従って前記第２の基準点から前記所定数の目標点を配置させ、前記開始点及び前記目標点の座標を前記記憶装置に格納させ、
前記記憶装置に格納されている前記開始点及び前記目標点の座標を用いて、前記生成対象部位の３次元テンプレートに係るポリゴンの頂点の移動先座標を算出するための所定の関数の係数を算出させ、
算出された前記係数と前記所定の関数とを用いて、前記生成対象部位の３次元テンプレートに係るポリゴンの頂点の移動先座標を算出させ、算出した前記移動先座標に従って前記生成対象部位の３次元テンプレートを変形させ、変形後の３次元テンプレートを前記生成対象部位の３次元形状モデルとして前記記憶装置に格納させる
３次元テンプレート変形プログラム。
【請求項７】
ポリゴンで表される３次元テンプレートを格納するテンプレート格納部と、
心臓を含む生体の複数の断層画像を格納する断層画像格納部と、
心臓及び心臓周辺の血管のうち、３次元形状モデルの生成対象となる１又は複数の部位の指定を受け付け、前記テンプレート格納部から、３次元形状モデルの生成対象部位の３次元テンプレートを取得するテンプレート選択手段と、
前記生成対象部位の３次元テンプレートの変形において基準となる心臓弁を特定する心臓弁特定手段と、
前記断層画像格納部に格納されている前記複数の断層画像から生成される３次元ボリュームデータにおいて、特定された前記心臓弁の弁輪の内側の軸を通る平面における切断画像から当該心臓弁の弁輪の形状を抽出し、当該心臓弁の弁輪を表す３次元弁輪データを記憶装置に格納する弁輪抽出手段と、
前記生成対象部位の３次元テンプレートにおける、特定された前記心臓弁の弁輪上において第１の条件を満たす点を第１の基準点として特定し、前記記憶装置に格納されている前記３次元弁輪データで表される弁輪上において前記第１の条件を満たし且つ前記第１の基準点に対応する点を第２の基準点として特定する基準点特定手段と、
前記生成対象部位の３次元テンプレートにおける、特定された前記心臓弁の弁輪上に所定の規則に従って前記第１の基準点から所定数の開始点を配置し、前記記憶装置に格納されている前記３次元弁輪データで表される弁輪上に前記所定の規則に従って前記第２の基準点から前記所定数の目標点を配置し、前記開始点及び前記目標点の座標を前記記憶装置に格納するランドマーク設定手段と、
前記記憶装置に格納されている前記開始点及び前記目標点の座標を用いて、前記生成対象部位の３次元テンプレートに係るポリゴンの頂点の移動先座標を算出するための所定の関数の係数を算出する係数算出手段と、
算出された前記係数と前記所定の関数とを用いて、前記生成対象部位の３次元テンプレートに係るポリゴンの頂点の移動先座標を算出し、算出した前記移動先座標に従って前記生成対象部位の３次元テンプレートを変形し、変形後の３次元テンプレートを前記生成対象部位の３次元形状モデルとして前記記憶装置に格納するテンプレート変形手段と、
を有する３次元テンプレート変形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、心臓及び心臓周辺の血管を含む３次元テンプレートの変形技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、心臓の３次元形状モデルが、教育やシミュレーションなどに用いられている。例えば、ＣＴ（Computed Tomography）画像やＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）画像などの断層画像の集合から３次元的な形状を把握するのは多くの経験と知識が必要であるが、３次元形状モデルを生成して表示することで、医療知識が乏しい者でも直観的な認識が可能になる。
【０００３】
なお、心臓の３次元形状モデルを生成する方法としては、以下のような方法がある。例えば図１に示すように、まず、医師が、数百枚にわたる断層画像に対して心筋内壁部、心筋外壁部、血管などの境界線を引き、いずれの部位であるかを指定する。その後、境界線及び部位の情報に従って３次元化された形状を見て、医師が修正を指示し、修正指示に従って３次元形状モデルを形成していく。また、必要に応じて、形成された３次元形状モデルをポリゴン化する。なお、心臓の位置や角度、心室と心房の割合は患者によってバラツキが大きく、病態などによっても異なってくるため、患者毎に、その患者の実際の心臓形状に近い３次元形状モデルを生成することが必要となってくる。
【０００４】
しかしながら、心臓は、多くの血管や周辺臓器、骨などに囲まれており、部位によって厚さの異なる心筋によって複雑に構成されている上、個人差もあるため、断層画像から３次元の位置情報を把握するには、解剖学的な知識と経験が必要である。なお、造影剤のムラや手術跡などによって境界の判別が困難な場合もある。そのため、熟練した医師でないと断層画像から心筋・血管等の境界を識別することは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００１−５２３０２７号公報
【特許文献２】特開２００３−２０８６２６号公報
【特許文献３】特開２００６−０７２９３３号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】F.L. Bookstein, "Principal Warps: Thin-Plate Splines and the Decomposition of Deformations," IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol. 11, no. 6, pp. 567-585, June, 1989.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上で述べたように、従来の手法では、患者の心臓の３次元形状モデルを生成するには、知識を有する医師が、数百枚にわたる断層画像に対して境界線を引かなければならないため、手間がかかり且つ知識も必要になる。
【０００８】
従って、本技術の目的は、患者の心臓及び心臓周辺の血管の３次元形状モデルを容易に生成するための技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本３次元テンプレート変形方法は、心臓及び心臓周辺の血管のうち、３次元形状モデルの生成対象となる１又は複数の部位の指定を受け付け、ポリゴンで表される３次元テンプレートを格納するテンプレート格納部から、３次元形状モデルの生成対象部位の３次元テンプレートを取得するステップと、生成対象部位の３次元テンプレートの変形において基準となる心臓弁を特定する心臓弁特定ステップと、断層画像格納部に格納されている、心臓を含む生体の複数の断層画像から生成される３次元ボリュームデータにおいて、特定された心臓弁の弁輪の内側の軸を通る平面における切断画像から当該心臓弁の弁輪の形状を抽出し、当該心臓弁の弁輪を表す３次元弁輪データを記憶装置に格納する弁輪抽出ステップと、生成対象部位の３次元テンプレートにおける、特定された心臓弁の弁輪上において第１の条件を満たす点を第１の基準点として特定し、記憶装置に格納されている３次元弁輪データで表される弁輪上において第１の条件を満たし且つ第１の基準点に対応する点を第２の基準点として特定する基準点特定ステップと、生成対象部位の３次元テンプレートにおける、特定された心臓弁の弁輪上に所定の規則に従って第１の基準点から所定数の開始点を配置し、記憶装置に格納されている３次元弁輪データで表される弁輪上に所定の規則に従って第２の基準点から所定数の目標点を配置し、開始点及び目標点の座標を記憶装置に格納するランドマーク設定ステップと、記憶装置に格納されている開始点及び目標点の座標を用いて、生成対象部位の３次元テンプレートに係るポリゴンの頂点の移動先座標を算出するための所定の関数の係数を算出する係数算出ステップと、算出された係数と所定の関数とを用いて、生成対象部位の３次元テンプレートに係るポリゴンの頂点の移動先座標を算出し、算出した移動先座標に従って生成対象部位の３次元テンプレートを変形し、変形後の３次元テンプレートを生成対象部位の３次元形状モデルとして記憶装置に格納する変形ステップとを含む。
【発明の効果】
【００１０】
患者の心臓及び心臓周辺の血管の３次元形状モデルを容易に生成できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、従来手法の流れを示す図である。
【図２】図２は、本実施の形態に係る３次元テンプレート変形装置の機能ブロック図である。
【図３】図３は、３次元テンプレートの一例を示す図である。
【図４】図４は、３次元テンプレートのデータ構造を示す図である。
【図５】図５は、心室部の３次元テンプレートの一例を示す図である。
【図６】図６は、心房部の３次元テンプレートの一例を示す図である。
【図７】図７は、大動脈の３次元テンプレートの一例を示す図である。
【図８】図８は、冠動脈及び冠静脈の３次元テンプレートの一例を示す図である。
【図９】図９は、心臓弁の３次元テンプレートの一例を示す図である。
【図１０】図１０は、基準部位データ格納部に格納されるデータの一例を示す図である。
【図１１】図１１は、心臓の内部及び心臓周辺の血管を模式的に示す図である。
【図１２】図１２は、３次元テンプレートをある方向から見た場合の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、３次元テンプレートを図１２とは別の方向から見た場合の一例を示す図である。
【図１４】図１４は、本実施の形態の全体の流れを示す図である。
【図１５】図１５は、断層画像と３次元テンプレートとを示す図である。
【図１６】図１６は、本実施の形態のメインの処理フローを示す図である。
【図１７】図１７は、心室部、心房部、大動脈などの３次元テンプレートに含まれるデータを示す図である。
【図１８】図１８は、３次元ボリュームデータの一例を示す図である。
【図１９】図１９は、ラインデータ生成処理の処理フロー（第１の部分）を示す図である。
【図２０】図２０は、あるスライス面における切断画像の一例を示す図である。
【図２１】図２１は、切断画像から抽出されたエッジの一例を示す図である。
【図２２】図２２は、ラインデータの一例を示す図である。
【図２３】図２３は、ラインデータ生成処理の処理フロー（第２の部分）を示す図である。
【図２４】図２４は、弁輪部を抽出するための処理を説明するための図である。
【図２５】図２５は、ラインデータ生成処理の処理フロー（第３の部分）を示す図である。
【図２６】図２６は、弁輪部を抽出するための処理を説明するための図である。
【図２７】図２７は、弁輪の３次元的な形状を示す図である。
【図２８】図２８は、基準部位におけるラインデータ及びテンプレートデータの一例を示す図である。
【図２９】図２９は、ランドマーク設定処理の処理フロー（第１の部分）を示す図である。
【図３０】図３０は、基準点を決定するための処理を説明するための図である。
【図３１】図３１は、ランドマーク（開始点・目標点）の一例を示す図である。
【図３２】図３２は、ランドマーク設定処理の処理フロー（第２の部分）を示す図である。
【図３３】図３３は、移動ベクトルを説明するための図である。
【図３４】図３４は、テンプレート変形処理の処理フローを示す図である。
【図３５】図３５は、ランドマーク設定画面の画面例を示す図である。
【図３６】図３６は、心軸に対して垂直な平面について変形が行われた３次元形状モデルの一例を示す図である。
【図３７】図３７は、心軸に対して平行な平面について変形が行われた３次元形状モデルの一例を示す図である。
【図３８】図３８は、本実施の形態の第２のメインの処理フロー（第１の部分）を示す図である。
【図３９】図３９は、心軸を説明するための図である。
【図４０】図４０は、本実施の形態の第２のメインの処理フロー（第２の部分）を示す図である。
【図４１】図４１は、影響範囲を説明するための図である。
【図４２】図４２は、本実施の形態の第２のメインの処理フロー（第３の部分）を示す図である。
【図４３】図４３は、コンピュータの機能ブロック図である。
【図４４】図４４は、本技術の第１の態様に係る３次元テンプレート変形方法の処理フローを示す図である。
【図４５】図４５は、本技術の第２の態様に係る３次元テンプレート変形装置の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本技術の一実施の形態に係る３次元テンプレート変形装置の機能ブロック図を図２に示す。本実施の形態に係る３次元テンプレート変形装置は、入力部１と、断層画像データ格納部３と、ボリュームデータ生成部５と、ボリュームデータ格納部７と、テンプレート処理部９と、３次元形状モデル格納部１１と、出力部１３とを有する。
【００１３】
入力部１は、心臓を含む生体の断層画像（例えばＣＴ画像やＭＲＩ画像など）を、図示しない撮影装置（例えばＣＴ装置やＭＲＩ装置など）から受信して断層画像データ格納部３に格納したり、ユーザから３次元形状モデルの生成対象となる１又は複数の部位の指定を受け付け、テンプレート処理部９に処理開始を指示したりする。なお、ネットワークを介して接続される撮影装置又は他のコンピュータに断層画像データ格納部３が含まれるような場合もあり、この場合には、３次元テンプレート変形装置は、必要に応じて、撮影装置又は他のコンピュータから断層画像を取得する。
【００１４】
ボリュームデータ生成部５は、断層画像データ格納部３に格納されているデータを用いて３次元ボリュームデータを生成し、ボリュームデータ格納部７に格納する。出力部１３は、ボリュームデータ格納部７及び３次元形状モデル格納部１１に格納されているデータを表示装置等に表示する。
【００１５】
テンプレート処理部９は、テンプレート選択部９１と、基準部位特定部９２と、ラインデータ生成部９３と、ランドマーク設定部９４と、テンプレート変形部９５と、テンプレートデータ格納部９６と、基準部位データ格納部９７と、ラインデータ格納部９８と、ランドマーク格納部９９とを含む。テンプレート処理部９は、入力部１から処理開始の指示を受信すると、ボリュームデータ格納部７に格納されている３次元ボリュームデータと、テンプレートデータ格納部９６及び基準部位データ格納部９７に格納されているデータとを用いて、３次元形状モデルを生成するための処理（詳細は後述）を実施し、生成した３次元形状モデルを３次元形状モデル格納部１１に格納する。
【００１６】
テンプレートデータ格納部９６には、心臓及び心臓周辺の血管を含み且つポリゴンで構成される３次元テンプレートが格納されている。例えば、図３に示すように、厚みのある心筋を表す構造部や、心筋内壁部の流体を表す流体部を表すデータを３次元テンプレートとして格納しておく。なお、心臓の形状は、個人差があり、病態によっても異なってくるので、本実施の形態では、代表的な３次元テンプレートをいくつか用意しておく。そして、例えば性別、年齢、心臓及び心臓血管に影響する治療履歴（ステント治療、心室縮小術等）及び疾患（心臓肥大、動脈瘤、心臓弁膜症等）などの選択条件をユーザに入力させ、入力された選択条件に一致する又は最も近い３次元テンプレートを処理に使用する。
【００１７】
また、図４に、テンプレートデータ格納部９６に格納される３次元テンプレートのデータ構造の一例を示す。図４の例では、３次元テンプレートは、データタイプと、頂点数と、セル数と、頂点座標と、セル構成と、頂点上データと、要素上データとを含むデータ構造で管理される。また、いずれの部位であるかを示すラベル情報などを保持する場合もある。なお、ポリゴンのデータを管理できるようなデータ構造であれば、他のデータ構造を採用することも可能である。
【００１８】
図５乃至図９に、心室部、心房部、大動脈、冠動脈等の周辺血管、心臓弁の各々の３次元テンプレートの一例を示す。図５は、心室部の３次元テンプレートの一例を示しており、右心室及び左心室の各々の外壁及び内壁と、右心室と左心室の間の中隔と、左心室における乳頭筋とが表されている。また、図６は、心房部の３次元テンプレートの一例を示しており、右心房及び左心房の各々の外壁及び内壁と、上下大静脈と、肺静脈と、冠静脈と心耳とが表されている。さらに、図７は、大動脈の３次元テンプレートの一例を示しており、上行大動脈と、大動脈弓と、下行大動脈と、腕頭動脈と、左総頚動脈と、左鎖骨下動脈とが表されている。また、図８は、冠動脈及び冠静脈の３次元テンプレートの一例を示している。さらに、図９は、心臓弁のテンプレートの一例を示しており、黒塗り部分が心臓弁を表している。
【００１９】
また、基準部位データ格納部９７には、図１０に示すようなデータが予め格納される。図１０の例では、基準部位データ格納部９７には、生成対象部位別に、３次元テンプレートの変形において基準となる部位・境界の情報が格納されるようになっている。例えば、大動脈の場合、大動脈弁輪と、冠動脈、腕頭動脈、左総頚動脈及び左鎖骨下動脈の各々と大動脈との境界と、下行大動脈の終端部の形状とが基準となる。また、左心室の場合、大動脈弁輪と、僧帽弁輪と、心尖部とが基準となる。また、左心房の場合、僧帽弁輪と、左心房と肺静脈との境界とが基準となる。また、右心房の場合、三尖弁輪と、右心房と上下大静脈との境界とが基準となる。また、右心室の場合、肺動脈弁輪と、三尖弁輪とが基準となる。なお、各心臓弁と各血管の位置については図１１に示すとおりである。図１１は、心臓の内部及び心臓周辺の血管を模式的に示すものであり、心臓部分については内部構造が分かり易いよう切断面で示している。なお、図１１における矢印は、血流方向を示している。本実施の形態では、３次元テンプレートの変形において基準となる部位・境界のうち心臓弁輪及び心尖部以外の境界を血管境界と呼ぶ場合もある。
【００２０】
また、例えば図１２及び図１３に、異なる方向から３次元テンプレートを見た場合の例を示す。図１２において、楕円１２０１は、腕頭動脈と大動脈との境界を示している。また、楕円１２０２は、左総頚動脈と大動脈との境界を示している。さらに、楕円１２０３は、左鎖骨下動脈と大動脈との境界を示している。また、楕円１２０４は、右心房と上大静脈との境界を示している。さらに、楕円１２０５及び１２０６は、左心房と肺静脈との境界をそれぞれ示している。また、楕円１２０７は、下行大動脈の終端部分の形状を示している。
【００２１】
一方、図１３において、楕円１３０１は、腕頭動脈と大動脈との境界を示している。また、楕円１３０２は、左総頚動脈と大動脈との境界を示している。さらに、楕円１３０３は、左鎖骨下動脈と大動脈との境界を示している。また、楕円１３０４は、右心房と上大静脈との境界を示している。さらに、楕円１３０５は、右心房と下大静脈との境界を示している。また、楕円１３０６乃至１３０９は、左心房と肺静脈との境界をそれぞれ示している。さらに、楕円１３１０は、下行大動脈の終端部分の形状を示している。
【００２２】
次に、図１４乃至図４２を用いて、３次元テンプレート変形装置の動作について説明する。具体的な処理フローを説明する前に、図１４を用いて全体の流れについて説明しておく。まず、（１）今回使用する３次元テンプレートを選択する。例えば性別、年齢、治療履歴、疾患、３次元形状モデルの生成対象部位などをユーザに入力させる。そして、入力された性別、年齢、治療履歴及び疾患に一致する又は最も近い３次元テンプレートを特定し、そのうち生成対象部位の３次元テンプレートを今回使用する３次元テンプレートとして選択する。例えば心室部のみが生成対象部位として指定された場合には、図５に示したような３次元テンプレートを選択する。また、例えば心房部のみが生成対象部位として指定された場合には、図６に示したような３次元テンプレートを選択する。さらに、例えば大動脈のみが生成対象部位として指定された場合には、図７に示したような３次元テンプレートを選択する。
【００２３】
次に、（２）複数の断層画像から３次元ボリュームデータを生成する。そして、（３）おおまかな位置合わせを行う。具体的には、選択された３次元テンプレートと、生成された３次元ボリュームデータとを用いて、図１５に示すように、断層画像における心臓形状とおおまかな位置が合うように３次元テンプレートを変形する。
【００２４】
そして、（４）詳細な形状設定を行う。具体的には、ある平面について、変形後の３次元テンプレートの切断画像と３次元ボリュームデータの切断画像とを表示し、ユーザに開始点及び目標点を指定させる。そして、指定された開始点及び目標点に従って３次元テンプレートをさらに変形する。そして、必要に応じて、様々な平面について、この処理を繰り返す。これにより、３次元テンプレートを変形させて、３次元形状モデルを生成できる。以下、具体的な処理フローについて説明する。
【００２５】
図１６乃至図３４を用いて、図１４で示した（１）乃至（３）の動作についての具体的な処理フローを説明する。なお、前提として、患者を撮影した複数の断層画像が断層画像データ格納部３に格納されているものとする。さらに、テンプレートデータ格納部９６には、代表的なテンプレートが複数格納され、基準部位データ格納部９７には、図１０に示したようなデータが格納されているものとする。
【００２６】
まず、例えば医師であるユーザが、表示装置に表示されたテンプレート条件入力画面（図示せず）において、マウスやキーボードを操作し、テンプレートの選択条件を入力する。テンプレートの選択条件には、例えば患者ＩＤ、性別、年齢、治療履歴、疾患、３次元形状モデルの生成対象部位（心室、心房、大動脈、心臓弁、冠動脈、冠静脈など）が含まれる。そして、入力部１は、ユーザからテンプレートの選択条件の入力を受け付け（図１６：ステップＳ１）、一旦記憶装置に格納する。なお、３次元テンプレート変形装置が電子カルテシステムと接続されている場合には、患者ＩＤを基に、その患者の性別、年齢、治療履歴及び疾患などの情報を電子カルテシステムから取得するようにしてもよい。
【００２７】
そして、テンプレート処理部９のテンプレート選択部９１は、記憶装置に格納された選択条件に従って、テンプレートデータ格納部９６に格納されている３次元テンプレートの中から、使用する３次元テンプレートを選択する（ステップＳ３）。具体的には、性別、年齢、治療履歴及び疾患に従って、これらの条件に一致する又は最も近い３次元テンプレートをテンプレートデータ格納部９６から特定し、そのうち生成対象部位の３次元テンプレートを、今回使用する３次元テンプレートとして選択する。そして、選択した３次元テンプレートをテンプレートデータ格納部９６から取得し、以降の処理で使用する。
【００２８】
例えば図１７に示すように、心室部の３次元テンプレートには、左心室（左心室内壁及び外壁、乳頭筋、腱索）と、右心室（右心室内壁及び外壁）と、心筋境界（左心室右心室境界、左心室左心房境界、右心室右心房境界、左心室大動脈境界）と、流体境界（左心室左心房境界、右心室右心房境界、左心室大動脈境界）と、肺動脈（内壁、外壁、各境界）と、中隔とを表すデータが含まれる。また、心房部分の３次元テンプレートには、左心房（左心房内壁及び外壁）と、右心房（右心房内壁及び外壁）と、心臓血管系（上大静脈、下大静脈及び肺静脈の各々の内壁及び外壁、各境界）と、心筋境界（左心房右心房境界）とを表すデータが含まれる。さらに、大動脈部分の３次元テンプレートには、下行大動脈（内壁、外壁、各境界）と、上行大動脈（内壁、外壁、各境界）と、大動脈弓（内壁、外壁、各境界）と、腕頭動脈（内壁、外壁、各境界）と、左総頚動脈（内壁、外壁、各境界）と、左鎖骨下動脈（内壁、外壁、各境界）とを表すデータが含まれる。また、その他に、冠動脈、冠静脈又は心臓弁（僧帽弁、三尖弁、大動脈弁、肺動脈弁）が生成対象部位として指定されている場合には、これらの３次元テンプレートを使用する。
【００２９】
そして、ボリュームデータ生成部５が、断層画像データ格納部３に格納されている断層画像から３次元ボリュームデータを生成し、ボリュームデータ格納部７に格納する（ステップＳ５）。例えば線形内挿や多項式補間等の手法を用いて３次元ボリュームデータを生成する。図１８に、断層画像から生成される３次元ボリュームデータの一例を示す。なお、３次元ボリュームデータを生成する手法は、周知の技術であるから、これ以上述べない。なお、ステップＳ３及びステップＳ５の処理は、並行して実施しても、順番を入れ替えて実施してもよい。
【００３０】
そして、テンプレート処理部９の基準部位特定部９２が、記憶装置に格納されている生成対象部位の情報を基に基準部位データ格納部９７を検索し、ステップＳ３において選択した３次元テンプレートを変形する際に基準となる部位（境界）を基準部位として特定する（ステップＳ７）。例えば、生成対象部位に心室（左心室及び右心室）が含まれる場合には、基準部位データ格納部９７（図１０）から、大動脈弁輪と、僧帽弁輪と、心尖部と、肺動脈弁輪と、三尖弁輪とが基準部位として特定される。また、生成対象部位に心房（左心房及び右心房）が含まれる場合には、基準部位データ格納部９７から、僧帽弁輪と、左心房と肺静脈との境界と、三尖弁輪と、右心房と上下大静脈との境界とが基準部位として特定される。さらに、生成対象部位に大動脈が含まれる場合には、基準部位データ格納部９７から、大動脈弁輪と、冠動脈、腕頭動脈、左総頚動脈及び左鎖骨下動脈の各々と大動脈との境界と、下行大動脈の終端部形状とが基準部位として特定される。なお、心臓及び心臓周辺の血管の全てが生成対象になっている場合には、基準部位データ格納部９７に設定されている全ての部位（境界）が基準となる。心臓弁や心臓血管系の境界などの特徴的な部位を基準にすることで、適切に３次元テンプレートを変形することができる。
【００３１】
そして、ラインデータ生成部９３が、ボリュームデータ格納部７及びテンプレートデータ格納部９６に格納されているデータを用いて、ラインデータ生成処理を実施する（ステップＳ９）。ラインデータ生成処理については図１９乃至図２７を用いて説明する。
【００３２】
まず、ラインデータ生成部９３は、基準部位のうち未処理の部位を１つ特定し（図１９：ステップＳ２１）、特定した基準部位が血管境界であるか判断する（ステップＳ２３）。
【００３３】
特定した基準部位が血管境界である場合（ステップＳ２３：Ｙｅｓルート）、ラインデータ生成部９３は、いずれの血管境界であるかを表す情報と３次元ボリュームデータとを表示装置に表示し、３次元ボリュームデータにおいて、その血管境界に相当するスライス面の位置をユーザに指定させる。ユーザは、マウスやキーボードを操作し、３次元ボリュームデータを見ながら、血管境界に相当するスライス面の位置を指定する。なお、ユーザは、３次元ボリュームデータを見れば、３次元的な心臓形状を認識することができるため、血管境界に相当するスライス面の位置を容易に指定することができる。そして、入力部１は、ユーザからスライス面の位置の指定を受け付け（ステップＳ２５）、指定されたスライス面の位置情報をラインデータ生成部９３に出力する。
【００３４】
そして、ラインデータ生成部９３は、入力部１からスライス面の位置情報を受け取ると、３次元ボリュームデータから、スライス面の切断画像データを生成し、一旦記憶装置に格納する（ステップＳ２７）。図２０に、あるスライス面における切断画像の一例を示す。そして、ラインデータ生成部９３は、切断画像についてエッジ抽出を実施する（ステップＳ２９）。例えば切断画像における輝度値等に従って、臓器又は血管とみなされる部位のエッジ（輪郭）が抽出される。図２１にエッジ抽出の処理結果の一例を示す。なお、図２１における太枠線は、抽出されたエッジを示している。なお、エッジ抽出については、周知の技術であるため、これ以上述べない。
【００３５】
そして、ラインデータ生成部９３は、エッジ抽出の処理結果を表示装置に表示し、血管境界に対応するエッジをユーザに指定させる。ユーザは、マウスやキーボードを操作し、表示されたエッジの中から、血管境界に対応するエッジを指定する。そして、入力部１は、ユーザから血管境界に対応するエッジの指定を受け付け（ステップＳ３１）、指定されたエッジの識別情報をラインデータ生成部９３に出力する。
【００３６】
そして、ラインデータ生成部９３は、入力部１からエッジの識別情報を受け取ると、当該エッジを表すラインデータを、いずれの血管境界であるかを表す情報と対応付けてラインデータ格納部９８に格納する。図２２にラインデータの一例を示す。その後、ステップＳ３７の処理に移行する。
【００３７】
一方、ステップＳ２３において、特定した基準部位が血管境界ではないと判断された場合（ステップＳ２３：Ｎｏルート）、ラインデータ生成部９３は、特定した基準部位が心臓弁の弁輪であるか判断する（ステップＳ３５）。特定した基準部位が心臓弁の弁輪ではない場合（ステップＳ３５：Ｎｏルート）、すなわち特定した基準部位が心尖部である場合、ステップＳ３７の処理に移行する。
【００３８】
一方、特定した基準部位が心臓弁の弁輪である場合（ステップＳ３５：Ｙｅｓルート）、端子Ａを介してステップＳ３９（図２３）の処理に移行する。
【００３９】
図２３の説明に移行して、端子Ａの後、ラインデータ生成部９３は、いずれの心臓弁であるかを表す情報と３次元ボリュームデータとを表示し、その心臓弁の位置と当該心臓弁の弁輪の内側を通る軸である基準軸とをユーザに指定させる。ユーザは、マウスやキーボードを操作し、３次元ボリュームデータを見ながら、心臓弁の位置と当該心臓弁の弁輪の内側を通る基準軸とを指定する。そして、入力部１は、ユーザから心臓弁の位置と当該心臓弁の弁輪の内側を通る基準軸との指定を受け付け（図２３：ステップＳ３９）、心臓弁及び基準軸の位置情報をラインデータ生成部９３に出力する。
【００４０】
そして、ラインデータ生成部９３は、入力部１から心臓弁及び基準軸の位置情報を受け取ると、基準軸をｚ軸に設定する（ステップＳ４１）。そして、ラインデータ生成部９３は、ユーザにより指定された心臓弁の位置情報に従って、向きを変更した後の３次元ボリュームデータから、心臓弁を含む部分領域を抜き出し（ステップＳ４３）、部分領域のデータを一旦記憶装置に格納する。
【００４１】
そして、ラインデータ生成部９３は、部分領域において、ｚ軸を通る面のうち開始面を特定し、開始面における切断画像データを生成して一旦記憶装置に格納する（ステップＳ４５）。そして、ラインデータ生成部９３は、切断画像データを表示装置に表示し、弁輪に相当する部位をユーザに指定させる。ユーザは、切断画像を見ながら、弁輪に相当する部位を指定する。例えば、図２４に示すように、ユーザは、弁輪に相当する部位を２箇所指定する。なお、図２４において、白丸の部分が、ユーザにより指定された部位を示す。そして、入力部１は、切断画像において弁輪に相当する部位の指定を受け付け（ステップＳ４７）、指定された部位の位置情報をラインデータ生成部９３に出力する。その後、処理は端子Ｂを介してステップＳ４９（図２５）に移行する。
【００４２】
図２５の説明に移行して、端子Ｂの後、ラインデータ生成部９３は、現在の面における切断画像をパターンマッチングに用いるテンプレートとして設定する（図２５：ステップＳ４９）。そして、ラインデータ生成部９３は、ｚ軸を回転軸として現在の面から所定角（例えば５度）だけ回転させた面を特定する（ステップＳ５１）。そして、ラインデータ生成部９３は、開始面から１８０度回転したか否か判断する（ステップＳ５３）。すなわち、ステップＳ５１において特定された面が開始面と同じ平面であるか判断する。開始面から１８０度回転していなければ（ステップＳ５３：Ｎｏルート）、ラインデータ生成部９３は、特定された面（すなわち、回転後の面）について切断画像データを生成し、一旦記憶装置に格納する（ステップＳ５５）。そして、ラインデータ生成部９３は、記憶装置に格納された切断画像とテンプレートとのパターンマッチングにより、当該切断画像において弁輪に相当する部位を特定する（ステップＳ５７）。その後、ステップＳ４９の処理に戻る。すなわち、現在の面における切断画像をテンプレートとして設定し、そのテンプレートと、所定角だけ回転させた次の面における断層画像とのパターンマッチングを行い、弁輪に相当する部位（２箇所）を特定する。図２６に示すように、開始面から徐々に回転させて、１８０度回転するまで（すなわち、開始面に戻るまで）、ステップＳ４９乃至ステップＳ５７の処理を繰り返す。
【００４３】
一方、ステップＳ５３において開始面から１８０度回転したと判断された場合（ステップＳ５３：Ｙｅｓルート）、ラインデータ生成部９３は、弁輪に相当する部位を接続することにより、弁輪部の形状を表すラインデータを生成し、いずれの心臓弁の弁輪であるかを表す情報と対応付けてラインデータ格納部９８に格納する（ステップＳ５９）。例えば僧帽弁輪は、図２７に示すような鞍型の形状を有している。本実施の形態では、上で述べたように、ｚ軸を回転軸として所定角ずつ回転させながら処理することで、弁輪部の３次元形状を抽出し、３次元形状を表すラインデータを格納する。その後、端子Ｃを介してステップＳ３７の処理に移行する。
【００４４】
図１９の説明に戻って、ラインデータ生成部９３は、全ての基準部位について処理が完了したか判断する（ステップＳ３７）。全ての基準部位について処理が完了していなければ（ステップＳ３７：Ｎｏルート）、ステップＳ２１の処理に戻り、全ての基準部位について処理が完了するまで上で述べた処理を繰り返す。
【００４５】
一方、全ての基準部位について処理が完了した場合（ステップＳ３７：Ｙｅｓルート）、本処理を終了し、元の処理に戻る。
【００４６】
以上のようなラインデータ生成処理を実施することにより、心臓弁輪については弁輪部の３次元形状を表すラインデータを生成でき、血管境界については２次元形状を表すラインデータを生成できる。
【００４７】
図１６の処理に戻って、ラインデータ生成処理（ステップＳ９）を実施した後、テンプレート処理部９のランドマーク設定部９４が、テンプレートデータ格納部９６とラインデータ格納部９８とに格納されているデータを用いて、ランドマーク設定処理を実施する（ステップＳ１１）。ランドマーク設定処理では、基準部位毎に、ラインデータで表される当該基準部位の形状と、３次元テンプレートにおける当該基準部位の形状との対応付けを行い、ランドマーク（開始点・目標点）を設定する。なお、図２８に、基準部位毎のラインデータとテンプレートデータの一例を示す。ランドマーク設定処理の詳細については図２９乃至図３２を用いて説明する。
【００４８】
まず、ランドマーク設定部９４は、基準部位のうち未処理の部位を１つ特定し（図２９：ステップＳ６１）、特定した基準部位が血管境界であるか判断する（ステップＳ６３）。
【００４９】
特定した基準部位が血管境界である場合（ステップＳ６３：Ｙｅｓルート）、ランドマーク設定部９４は、ラインデータ格納部９８から、特定した基準部位（血管境界）に係るラインデータを取得する（ステップＳ６５）。また、ランドマーク設定部９４は、テンプレートデータ格納部９６から、特定した基準部位（血管境界）に係るテンプレートデータを取得する（ステップＳ６７）。なお、ステップＳ６５及びステップＳ６７の処理は、並行して実施しても、順番を入れ替えて実施してもよい。
【００５０】
そして、ランドマーク設定部９４は、ラインデータの表す血管境界のエッジとテンプレートデータにおける血管境界のエッジとの各々のエッジ上において、エッジ同士を対応付けるための基準点を特定する（ステップＳ６９）。例えば、血管境界は、楕円又は楕円に近い形状を有しているので、長軸及び短軸が合うように対応付けを行う。そして、図３０に示すように、１２時方向の点（短軸との交点）を基準点として決定する。なお、基準点の決定方法は、これに限定されず、他の手法を採用することも可能である。
【００５１】
そして、ランドマーク設定部９４は、テンプレートデータの示すエッジ上に、基準点からｎ個のランドマーク（開始点）を等間隔で配置し、各開始点の座標をランドマーク格納部９９に登録する（ステップＳ７１）。なお、ランドマークの数は、予め決められた数の場合もあれば、エッジの長さから決定される場合もある。例えばｎ＝５の場合、図３１の右側に示すように、基準点に開始点Ｐｔ［０］を配置し、時計回りでＰｔ［１］、Ｐｔ［２］、・・・、Ｐｔ［５］を順に配置する。
【００５２】
そして、ランドマーク設定部９４は、ラインデータの示すエッジ上に、基準点からｎ個のランドマーク（目標点）を等間隔で配置し、各目標点の座標をランドマーク格納部９９に登録する（ステップＳ７３）。例えばｎ＝５の場合、図３１の左側に示すように、基準点に目標点Ｐｅ［０］を配置し、時計回りでＰｅ［１］、Ｐｅ［２］、・・・、Ｐｅ［５］を順に配置する。なお、開始点及び目標点は、基準点から同じ規則で同じ数だけ配置されるため、Ｐｔ［ｉ］とＰｅ［ｉ］とが対応することになる。例えば、図３１では、開始点Ｐｔ［０］と目標点Ｐｅ［０］とが対応し、開始点Ｐｔ［１］と目標点Ｐｅ［１］とが対応し、開始点Ｐｔ［２］と目標点Ｐｅ［２］とが対応し、開始点Ｐｔ［３］と目標点Ｐｅ［３］とが対応し、開始点Ｐｔ［４］と目標点Ｐｅ［４］とが対応し、開始点Ｐｔ［５］と目標点Ｐｅ［５］とが対応することになる。なお、開始点と目標点の対応関係が分かるように開始点及び目標点の座標をランドマーク格納部９９に格納しておく。また、ステップＳ７１及びステップＳ７３の処理は、並行して実施しても、順番を入れ替えて実施してもよい。その後、ステップＳ７５の処理に移行する。
【００５３】
一方、ステップＳ６３において、特定した基準部位が血管境界ではないと判断された場合（ステップＳ６３：Ｎｏルート）、端子Ｄを介してステップＳ７７（図３２）の処理に移行する。
【００５４】
図３２の説明に移行して、端子Ｄの後、ランドマーク設定部９４は、特定した基準部位が心臓弁の弁輪であるか判断する（図３２：ステップＳ７７）。特定した基準部位が心臓弁の弁輪である場合（ステップＳ７７：Ｙｅｓルート）、ランドマーク設定部９４は、ラインデータ格納部９８から、特定した基準部位（弁輪）に係るラインデータを取得する（ステップＳ７９）。また、ランドマーク設定部９４は、テンプレートデータ格納部９６から、特定した基準部位（弁輪）に係るテンプレートデータを取得する（ステップＳ８１）。なお、ステップＳ７９及びステップＳ８１の処理は、並行して実施しても、順番を入れ替えて実施してもよい。
【００５５】
そして、ランドマーク設定部９４は、ラインデータの示す弁輪とテンプレートデータの示す弁輪との各々の弁輪上において、弁輪同士を対応付けるための基準点を特定する（ステップＳ８３）。例えば、三尖弁、大動脈弁及び僧帽弁の各々の弁輪の中心を結ぶ三角形の重心を特定し、その重心から最も近い点を基準点として特定する。なお、基準点の決定方法は、これに限定されず、他の手法を採用することも可能である。
【００５６】
そして、ランドマーク設定部９４は、テンプレートデータの示す弁輪上に、基準点からｎ個のランドマーク（開始点）を等間隔で配置し、各開始点の座標をランドマーク格納部９９に登録する（ステップＳ８５）。本ステップの処理は、基本的にはステップＳ７１の処理と同じである。
【００５７】
そして、ランドマーク設定部９４は、ラインデータの示す弁輪上に、基準点からｎ個のランドマーク（目標点）を等間隔で配置し、各目標点の座標をランドマーク格納部９９に登録する（ステップＳ８７）。本ステップの処理は、基本的にはステップＳ７３の処理と同じである。なお、上でも述べたように、開始点と目標点の対応関係が分かるように開始点及び目標点の座標をランドマーク格納部９９に格納する。また、ステップＳ８５及びステップＳ８７の処理は、並行して実施しても、順番を入れ替えて実施してもよい。その後、端子Ｅを介してステップＳ７５（図２９）の処理に移行する。
【００５８】
一方、ステップＳ７７において、特定した基準部位が心臓弁の弁輪ではないと判断された場合（ステップＳ７７：Ｎｏルート）、ランドマーク設定部９４は、特定した基準部位が心尖部であるか判断する（ステップＳ８９）。特定した基準部位が心尖部でなければ（ステップＳ８９：Ｎｏルート）、端子Ｅを介してステップＳ７５（図２９）の処理に移行する。
【００５９】
一方、特定した基準部位が心尖部である場合（ステップＳ８９：Ｙｅｓルート）、ランドマーク設定部９４は、３次元ボリュームデータにおける心尖部を特定する（ステップＳ９１）。なお、３次元ボリュームデータを表示し、心尖部をユーザに指定させるような場合もある。
【００６０】
そして、ランドマーク設定部９４は、３次元テンプレートにおける心尖部に開始点を設定し、特定した心尖部に目標点を設定し、開始点及び目標点の座標をランドマーク格納部９９に格納する（ステップＳ９３）。その後、端子Ｅを介してステップＳ７５（図２９）の処理に移行する。
【００６１】
図２９の説明に戻って、ランドマーク設定部９４は、全ての基準部位について処理が完了したか判断する（ステップＳ７５）。全ての基準部位について処理が完了していなければ（ステップＳ７５：Ｎｏルート）、ステップＳ６１の処理に戻り、全ての基準部位について処理が完了するまで上で述べた処理を繰り返す。
【００６２】
一方、全ての基準部位について処理が完了した場合（ステップＳ７５：Ｙｅｓルート）、本処理を終了し、元の処理に戻る。
【００６３】
図１６の処理に戻って、ランドマーク設定処理（ステップＳ１１）を実施した後、テンプレート処理部９のテンプレート変形部９５が、ステップＳ３において選択された３次元テンプレートに係るポリゴンの頂点を変形対象として選択する（ステップＳ１３）。そして、テンプレート変形部９５は、テンプレートデータ格納部９６とランドマーク格納部９９とに格納されているデータを用いて、テンプレート変形処理を実施する（ステップＳ１５）。テンプレート変形処理については図３３及び図３４を用いて説明する。なお、本実施の形態では、ＴＰＳ（Thin-Plate Spline）変形を利用して、３次元テンプレートの変形を行う。ＴＰＳ変形の詳細については、背景技術の欄で示した非特許文献１などを参照のこと。
【００６４】
なお、テンプレート変形処理の具体的な処理フローを説明する前に、３次元テンプレートの変形に用いる関数について説明する。本実施の形態では、以下に示す関数ｚ（ｘ，ｙ）を用いて、変形対象となっている頂点の移動先の位置を計算する。
【００６５】
【数１】
0005610129.tif 000002
【００６６】
なお、（１）式において、ａ1＋ａ2ｘ＋ａ3ｙは、線形処理であり、面の移動を示している。また、ΣｗiＵ（｜［ｘiｙi］−［ｘｙ］｜）は、非線形処理であり、スプライン面の生成を示している。そして、関数ｚ（ｘ，ｙ）によって、移動後の座標が算出され、移動ベクトルの座標系で表される。すなわち、図３３に示すように、開始点と目標点をつなぐベクトルをｚ座標とし、当該ベクトルと直交するｘ,ｙ座標で表される（原点は、ベクトルの開始点となる）。なお、Ｕは任意の関数を示し、ｐはランドマークの個数を示している。また、（１）式において、変数ａ1、ａ2、ａ3、ｗi（ｉ＝１，２，・・・，ｐ）は、未知変数であり、以下の連立方程式を解くことにより、変数ａ1、ａ2、ａ3、ｗiの値を求める。
【００６７】
【数２】
0005610129.tif 000003
【００６８】
ここで、Ｋは、ｐ×ｐ行列であり、ｉ行ｊ列目の要素をＫijとすると、Ｋij＝Ｕ（｜[ｘiｙi]−[ｘjｙj]｜）で表される。なお、｜[ｘiｙi]−[ｘjｙj]｜は、座標ｘiｙiと座標ｘjｙjとの間の距離を示している。また、（２）式におけるＰ、Ｏ、ｗ、ａ、ｖ、ｏは、以下に示すような行列である。なお、ランドマークの位置については、ｚ（ｘ，ｙ）の値が既に分かっているので、既知の値が以下に示すようなＰ、ｖに設定される。また、ＰTは、Ｐの転置行列である。
【００６９】
【数３】
0005610129.tif 000004
【００７０】
なお、図３３において、曲線３３０１は、ポリゴンで表現される面を模式的に示している。詳細は後で説明するが、局所的な変形を行う場合には、ランドマーク（開始点）を基準にして影響範囲が決定され、影響範囲内にある頂点が変形対象となる。なお、図３３では、曲線３３０１の太線部分が、影響範囲となっている。
【００７１】
以下、テンプレート変形処理の処理フローについて説明する。まず、テンプレート変形部９５は、ランドマーク格納部９９から各ランドマークに係る開始点及び目標点の座標を取得し、開始点及び目標点の座標から、（１）式における変数ａ1、ａ2、ａ3、ｗiの値を算出する（図３４：ステップＳ１０１）。具体的には、ランドマークに従って、（２）式におけるＫ、Ｐ、ＰT、ｖに値を代入し、連立方程式を解くことにより、変数ａ1、ａ2、ａ3、ｗiの値を求める。そして、テンプレート変形部９５は、ステップＳ１０１において算出した変数ａ1、ａ2、ａ3、ｗiの値を（１）式に設定する（ステップＳ１０３）。そして、ステップＳ１３において選択した各頂点について、（１）式を用いて移動先の位置を計算する（ステップＳ１０５）。なお、ランドマークが設定されている点については、ｚ（ｘ，ｙ）が分かっているので、移動先の位置を計算しなくとも良い。
【００７２】
そして、テンプレート変形部９５は、各頂点の移動先の位置を用いて、３次元テンプレートを変形させ、変形後の３次元テンプレートを３次元形状モデルとして３次元形状モデル格納部１１に格納する（ステップＳ１０７）。その後、元の処理に戻る。
【００７３】
図１６の処理に戻って、テンプレート変形処理（ステップＳ１５）を実施した後、出力部１３が、３次元形状モデル格納部１１に格納された３次元形状モデルを表示装置等に表示する（ステップＳ１７）。その後、本処理を終了する。
【００７４】
以上のような処理を実施することにより、断層画像における心臓形状の位置及び角度に合うよう心臓の３次元テンプレートを変形させ、３次元形状モデルを生成することができる。なお、心臓と血管との境界や心臓弁など、血流の出入り口となる部位が、心臓の特徴的な位置となる。このような特徴的な位置を基準として変形を行うことで、患者の実際の心臓形状に近い３次元形状モデルを生成することができる。また、数百枚にわたる断層画像に対して心筋内壁部、心筋外壁部、血管などの境界線を引く手間が省け、医師の負担を大幅に減らすことができる。
【００７５】
また、例えば腱索などの部位は、ＣＴ画像やＭＲＩ画像などの断層画像に写りにくく、断層画像から判別するのは困難であるが、上で述べた手法によれば、そのような部位を含む３次元形状モデルを容易に生成することができる。
【００７６】
次に、図３５乃至図４２を用いて、図１４で示した（４）の動作についての具体的な処理フローを説明する。なお、以下で説明する処理は、生成された３次元形状モデルの細部の形状を、断層画像における心臓形状に合わせるための処理である。例えば、図３５に示すようなランドマーク設定画面において、ユーザが、手動でランドマーク（開始点・目標点）を設定しながら、３次元形状モデルの変形を行っていく。
【００７７】
図３５に示した画面では、ｘｙ面のスライダー３５０１のつまみ３５０１ａと、ｙｚ面のスライダー３５０２のつまみ３５０２ａと、ｚｘ面のスライダー３５０３のつまみ３５０３ａとを動かすことによって、スライス面を指定できるようになっている。そして、切断画像表示欄３５０４には、３次元ボリュームデータと３次元形状モデルとの各々におけるスライス面の切断画像が表示されるようになっている。なお、切断画像表示欄３５０４における白丸「○」は、開始点を示しており、黒丸「●」は、目標点を示している（以下、同様）。また、全体的な変形を行うか、局所的な変形を行うかを、ラジオボタン３５０５で選択可能となっている。ラジオボタンで「局所領域」が選択された場合には、ユーザは、影響距離を入力欄３５０６に入力し、影響範囲をポリゴンの接続情報に依存させるか否かをチェックボックス３５０７で指定する。なお、影響範囲については後で図４１を用いて説明する。また、ランドマークの表示・非表示の切り替えボタン３５０８によって、切断画像表示欄３５０４におけるランドマーク（開始点・目標点）の表示・非表示を切り替え可能となっている。さらに、「add point」（ランドマークの追加）、「move point」（ランドマークの移動）及び「delete point」（ランドマークの削除）のいずれの操作を行うかをラジオボタン３５０９で選択可能となっている。また、テンプレートの表示・非表示の切り替えボタン３５１０によって、切断画像表示欄３５０４における３次元テンプレートの表示・非表示を切り替え可能となっている。さらに、変形結果の表示・非表示の切り替えボタン３５１１によって、切断画像表示欄３５０４における変形結果の表示・非表示を切り替え可能となっている。例えば、ユーザは、図３６に示すように、心軸に対して垂直な複数平面上にランドマークを設定したり、図３７に示すように、心軸に対して平行な複数平面上にランドマークを設定したりしながら、３次元形状モデルの変形を行う。
【００７８】
図３８に、図１４で示した（４）の動作についての具体的な処理フローを示す。なお、図３８に示す処理フローを開始する前に、図１４（１）乃至（３）の動作が事前に完了しているものとする。まず、入力部１が、３次元ボリュームデータについて、ユーザから心軸の指定を受け付け（図３８：ステップＳ１１１）、指定された心軸の位置情報をテンプレート変形部９５に出力する。なお、図３９に示すように、僧帽弁輪部の中心である心基部と心尖部とを通る軸を心軸と呼ぶ。
【００７９】
そして、テンプレート変形部９５は、入力部１から心軸の位置情報を受け取ると、ボリュームデータ格納部７から３次元ボリュームデータを読み出し、３次元形状モデル格納部１１から３次元形状モデルを読み出す。そして、テンプレート変形部９５は、３次元ボリュームデータ及び３次元形状モデルの各々について、心軸をｚ軸に設定する（ステップＳ１１３）。なお、３次元形状モデルについては、予め３次元テンプレートに含まれる心軸のデータを用いる。
【００８０】
その後、出力部１３が、図３５に示したようなランドマーク設定画面データを生成し、表示装置に表示する（ステップＳ１１５）。そして、ユーザが、表示されたランドマーク設定画面において、スライダー３５０１乃至３５０３のつまみ３５０１ａ乃至３５０３ａを動かしてスライス面の位置を指定したり、ボタン３５０８、ボタン３５１０又はボタン３５１１をクリックして各情報の表示・非表示を切り替えたりするなどの操作を行う。
【００８１】
そして、入力部１が、ユーザからの操作を受け付け（ステップＳ１１７）、受け付けた操作がスライス面の位置の指定であるか判断する（ステップＳ１１９）。受け付けた操作がスライス面の位置の指定の場合（ステップＳ１１９：Ｙｅｓルート）、入力部１は、出力部１３に、スライス面の切断画像を表示させる。出力部１３は、３次元ボリュームデータ及び３次元形状モデルの各々について、指定されたスライス面の切断画像データを生成し、各々の切断画像データを重ね合わせた画像データを生成して、ランドマーク設定画面の切断画像表示欄３５０４に表示する（ステップＳ１２１）。なお、重ね合わせた画像ではなく、各々の切断画像を別々に表示させるようにしてもよい。その後、端子Ｆを介してステップＳ１５３（図４２）の処理に移行する。
【００８２】
一方、受け付けた操作がスライス面の位置の指定ではなければ（ステップＳ１１９：Ｎｏルート）、入力部１は、受け付けた操作が固定点の設定であるか判断する（ステップＳ１２３）。なお、テンプレート変形処理において、移動させたくない点がある場合には、その点を固定点として指定する。受け付けた操作が固定点の設定の場合（ステップＳ１２３：Ｙｅｓルート）、テンプレート処理部９のランドマーク設定部９４は、固定点として指定された位置に開始点及び目標点を設定する（ステップＳ１２５）。すなわち、開始点と目標点とが同じ座標に設定されるため、その点は移動しないこととなる。その後、端子Ｆを介してステップＳ１５３（図４２）の処理に移行する。
【００８３】
一方、受け付けた操作が固定点の設定でなければ（ステップＳ１２３：Ｎｏルート）、端子Ｇを介してステップＳ１２７（図４０）の処理に移行する。
【００８４】
図４０の説明に移行して、端子Ｇの後、入力部１は、受け付けた操作がランドマークの追加、移動又は削除であるか判断する（図４０：ステップＳ１２７）。受け付けた操作がランドマークの追加、移動又は削除でなければ（ステップＳ１２７：Ｎｏルート）、端子Ｈを介してステップＳ１４１（図４２）の処理に移行する。
【００８５】
一方、受け付けた操作がランドマークの追加、移動又は削除の場合（ステップＳ１２７：Ｙｅｓルート）、入力部１は、ランドマーク格納部９９にデータを登録したり、ランドマーク格納部９９に格納されているデータを更新又は削除したりする。
【００８６】
その後、テンプレート処理部９のテンプレート変形部９５が、局所的な変形が指定されているか判断する（ステップＳ１２９）。具体的には、図３５に示したランドマーク設定画面のラジオボタン３５０５で「局所領域」が選択されているか判断する。局所的な変形が指定されていなければ（ステップＳ１２９：Ｎｏルート）、３次元形状モデルに係るポリゴンの頂点を変形対象として選択する（ステップＳ１３１）。そして、ステップＳ１３９の処理に移行する。
【００８７】
一方、局所的な変形が指定されている場合（ステップＳ１２９：Ｙｅｓルート）、テンプレート変形部９５は、影響範囲をポリゴンの接続情報に依存させるか否かを判断する（ステップＳ１３３）。具体的には、図３５に示したランドマーク設定画面のチェックボックス３５０７にチェックが付されているか判断する。なお、影響範囲については図４１を用いて説明する。
【００８８】
図４１は、３次元テンプレートの一部分を示している。なお、図４１の頂点４１０１は、ランドマーク（開始点）であるものとする。例えば、影響範囲をポリゴンの接続情報に依存させない場合には、図４１の例では、ランドマーク（開始点）を中心とする半径Ｌ（Ｌは影響距離）の円４１００の内側が影響範囲となる。すなわち、ランドマーク（開始点）からの直線距離が影響距離以内の頂点（図４１では、４１０１乃至４１０４）が変形対象となり、ランドマーク（開始点）からの直線距離が影響距離を超える頂点（図４１では、４１０５）は変形対象外となる。なお、図３５に示したランドマーク設定画面の入力欄３５０６に入力された値を影響距離Ｌとして用いる。一方、影響範囲をポリゴンの接続情報に依存させる場合には、ランドマーク（開始点）から頂点までの経路の距離が影響距離以内である頂点が変形対象となる。例えば、図４１において、頂点４１０１から頂点４１０４までの経路が、「頂点４１０１−＞頂点４１０２−＞頂点４１０３−＞頂点４１０４」であったとすると、エッジ４１１１の長さと、エッジ４１１２の長さと、エッジ４１１３の長さとの合計が、頂点４１０１から頂点４１０４までの経路の距離となる。ここで、頂点４１０１から頂点４１０４までの経路の距離が影響距離を超える場合には、頂点４１０４は、円４１００の内側にあったとしても変形対象外となる。
【００８９】
そして、影響範囲をポリゴンの接続情報に依存させない場合（ステップＳ１３３：Ｎｏルート）、すなわちチェックボックス３５０７にチェックが付されていない場合、テンプレート変形部９５は、３次元形状モデルに係るポリゴンの頂点のうち、ランドマーク（開始点）からの直線距離が影響距離以内である頂点を変形対象として選択する（ステップＳ１３５）。そして、ステップＳ１３９の処理に移行する。
【００９０】
一方、影響範囲をポリゴンの接続情報に依存させる場合（ステップＳ１３３：Ｙｅｓルート）、すなわちチェックボックス３５０７にチェックが付されている場合、テンプレート変形部９５は、３次元形状モデルに係るポリゴンの頂点のうち、ランドマーク（開始点）からの経路の距離が影響距離以内である頂点を変形対象として選択する（ステップＳ１３７）。そして、ステップＳ１３９の処理に移行する。
【００９１】
そして、テンプレート変形部９５は、テンプレートデータ格納部９６とランドマーク格納部９９とに格納されているデータを用いて、テンプレート変形処理を実施する（ステップＳ１３９）。すなわち、ユーザの設定したランドマークを用いてテンプレート変形処理を実施する。なお、テンプレート変形処理は、上で説明した処理（図３４）と変わらないため、ここでは説明は省略する。但し、局所的な変更が指示されている場合には、ステップＳ１３５又はＳ１３７において選択された頂点を対象に、ステップＳ１０７（図３４）の変形を実行する。なお、変形結果を表示するように設定されている場合には、変形結果を表示する。その後、端子Ｉを介してステップＳ１５３（図４２）に移行する。
【００９２】
図４２の説明に移行して、端子Ｈの後、入力部１は、受け付けた操作がランドマークの表示切り替えであるか判断する（図４２：ステップＳ１４１）。受け付けた操作がランドマークの表示切り替えの場合（ステップＳ１４１：Ｙｅｓルート）、入力部１は、出力部１３にランドマークの表示・非表示を切り替えさせる（ステップＳ１４３）。出力部１３は、ランドマーク設定画面のボタン３５０８がクリックされたときに切断画像表示欄３５０４にランドマークが表示されていれば、ランドマークを非表示にする。一方、ボタン３５０８がクリックされたときに切断画像表示欄３５０４にランドマークが表示されていなければ、ランドマークを表示するようにする。その後、ステップＳ１５３の処理に移行する。
【００９３】
一方、受け付けた操作がランドマークの表示切り替えでなければ（ステップＳ１４１：Ｎｏルート）、入力部１は、受け付けた操作がテンプレートの表示切り替えであるか判断する（ステップＳ１４５）。受け付けた操作がテンプレートの表示切り替えの場合（ステップＳ１４５：Ｙｅｓルート）、入力部１は出力部１３にテンプレートの表示・非表示を切り替えさせる（ステップＳ１４７）。出力部１３は、ランドマーク設定画面のボタン３５１０がクリックされたときに切断画像表示欄３５０４にテンプレートが表示されていれば、テンプレートを非表示にする。一方、ボタン３５１０がクリックされたときに切断画像表示欄３５０４にテンプレートが表示されていなければ、テンプレートを表示するようにする。その後、ステップＳ１５３の処理に移行する。
【００９４】
一方、受け付けた操作がテンプレートの表示切り替えでなければ（ステップＳ１４５：Ｎｏルート）、入力部１は、受け付けた操作が変形結果の表示切り替えであるか判断する（ステップＳ１４９）。受け付けた操作が変形結果の表示切り替えの場合（ステップＳ１４９：Ｙｅｓルート）、入力部１は、出力部１３に、変形結果の表示・非表示を切り替えさせる（ステップＳ１５１）。出力部１３は、ランドマーク設定画面のボタン３５１１がクリックされたときに切断画像表示欄３５０４に変形結果が表示されていれば、変形結果を非表示にする。一方、ボタン３５１１がクリックされたときに切断画像表示欄３５０４に変形結果が表示されていなければ、変形結果を表示するようにする。その後、ステップＳ１５３の処理に移行する。
【００９５】
一方、受け付けた操作が変形結果の表示切り替えでなければ（ステップＳ１４９：Ｎｏルート）、処理はステップＳ１５３に移行する。
【００９６】
そして、入力部１は、ユーザによる操作が終了したか判断する（ステップＳ１５３）。例えば、次の操作が行われた場合には（ステップＳ１５３：Ｎｏルート）、端子Ｊを介してステップＳ１１７（図３８）の処理に戻り、上で述べた処理を繰り返す。
【００９７】
一方、次の操作がない場合や操作終了が指示された場合（ステップＳ１５３：Ｙｅｓルート）、本処理を終了する。
【００９８】
以上のような処理を実施することにより、ユーザの指示に従って、３次元形状モデルの細部の形状を、断層画像における心臓形状に合うように変形できるようになる。なお、３次元テンプレートの変形を行う場合、断層画像と３次元テンプレートとの間で３次元的な位置や角度が対応していないと正確なデータが得られないが、本実施の形態では、先におおまかな位置及び角度を合わせているので、問題なく変形を行うことができる。
【００９９】
また、図１４で示した（４）の動作では、ユーザは、スライス面に対して、３次元形状モデルと３次元ボリュームデータとの間で各部位の境界の位置が合うようにランドマークを設定するだけで済むので、熟練した医師でなくても、３次元形状モデルの細部の形状を調整することができる。
【０１００】
このように、上で述べた手法によれば、作業コストを大幅に削減でき、少ない医療知識で多様な３次元形状モデルを生成できるようになる。また、生成した３次元形状モデルは、シミュレーションの入力データとして用いることができ、教育などのプレゼンテーションに用いることもできる。
【０１０１】
以上本技術の一実施の形態を説明したが、本技術はこれに限定されるものではない。例えば、図２に示した３次元テンプレート変形装置の機能ブロックは必ずしも実際のプログラムモジュール構成と一致するわけではない。データ格納部の構成も同様に一例にすぎない。また、処理フローにおいても、処理結果が変わらなければ処理の順番を入れ替えることも可能である。さらに、並列に実行させるようにしてもよい。
【０１０２】
また、図３５に示した画面例は一例であって、同様の内容を表示する他の画面構成を採用することも可能である。
【０１０３】
なお、上で述べた３次元テンプレート変形装置は、コンピュータ装置であって、図４３に示すように、メモリ２５０１とＣＰＵ２５０３とハードディスク・ドライブ（ＨＤＤ）２５０５と表示装置２５０９に接続される表示制御部２５０７とリムーバブル・ディスク２５１１用のドライブ装置２５１３と入力装置２５１５とネットワークに接続するための通信制御部２５１７とがバス２５１９で接続されている。オペレーティング・システム（ＯＳ：Operating System）及び本実施例における処理を実施するためのアプリケーション・プログラムは、ＨＤＤ２５０５に格納されており、ＣＰＵ２５０３により実行される際にはＨＤＤ２５０５からメモリ２５０１に読み出される。必要に応じてＣＰＵ２５０３は、表示制御部２５０７、通信制御部２５１７、ドライブ装置２５１３を制御して、必要な動作を行わせる。また、処理途中のデータについては、メモリ２５０１に格納され、必要があればＨＤＤ２５０５に格納される。本技術の実施例では、上で述べた処理を実施するためのアプリケーション・プログラムはコンピュータ読み取り可能なリムーバブル・ディスク２５１１に格納されて頒布され、ドライブ装置２５１３からＨＤＤ２５０５にインストールされる。インターネットなどのネットワーク及び通信制御部２５１７を経由して、ＨＤＤ２５０５にインストールされる場合もある。このようなコンピュータ装置は、上で述べたＣＰＵ２５０３、メモリ２５０１などのハードウエアとＯＳ及び必要なアプリケーション・プログラムとが有機的に協働することにより、上で述べたような各種機能を実現する。
【０１０４】
以上述べた本実施の形態をまとめると、以下のようになる。
【０１０５】
第１の態様に係る３次元テンプレート変形方法は、心臓及び心臓周辺の血管のうち、３次元形状モデルの生成対象となる１又は複数の部位の指定を受け付け、ポリゴンで表される３次元テンプレートを格納するテンプレート格納部から、３次元形状モデルの生成対象部位の３次元テンプレートを取得するステップと（図４４：Ｓ１００１及びＳ１００３）、生成対象部位の３次元テンプレートの変形において基準となる心臓弁を特定する心臓弁特定ステップと（図４４：Ｓ１００５）、断層画像格納部に格納されている、心臓を含む生体の複数の断層画像から生成される３次元ボリュームデータにおいて、特定された心臓弁の弁輪の内側の軸を通る平面における切断画像から当該心臓弁の弁輪の形状を抽出し、当該心臓弁の弁輪を表す３次元弁輪データを記憶装置に格納する弁輪抽出ステップと（図４４：Ｓ１００７）、生成対象部位の３次元テンプレートにおける、特定された心臓弁の弁輪上において第１の条件を満たす点を第１の基準点として特定し、記憶装置に格納されている３次元弁輪データで表される弁輪上において第１の条件を満たし且つ第１の基準点に対応する点を第２の基準点として特定する基準点特定ステップと（図４４：Ｓ１００９及びＳ１０１１）、生成対象部位の３次元テンプレートにおける、特定された心臓弁の弁輪上に所定の規則に従って第１の基準点から所定数の開始点を配置し、記憶装置に格納されている３次元弁輪データで表される弁輪上に所定の規則に従って第２の基準点から所定数の目標点を配置し、開始点及び目標点の座標を記憶装置に格納するランドマーク設定ステップと（図４４：Ｓ１０１３）、記憶装置に格納されている開始点及び目標点の座標を用いて、生成対象部位の３次元テンプレートに係るポリゴンの頂点の移動先座標を算出するための所定の関数の係数を算出する係数算出ステップと（図４４：Ｓ１０１５）、算出された係数と所定の関数とを用いて、生成対象部位の３次元テンプレートに係るポリゴンの頂点の移動先座標を算出し、算出した移動先座標に従って生成対象部位の３次元テンプレートを変形し、変形後の３次元テンプレートを生成対象部位の３次元形状モデルとして記憶装置に格納する変形ステップと（図４４：Ｓ１０１７及びＳ１０１９）を含む。
【０１０６】
このようにすれば、生成対象部位に係る心臓弁を基準として３次元テンプレートの変形が行われ、生成対象部位の３次元形状モデルが生成される。すなわち、数百枚にわたる断層画像に対して境界線を引く作業が不要になるので、手間をかけず且つ少ない医療知識で、３次元形状モデルを生成できるようになる。また、心臓の特徴の一つである心臓弁を基準とすることで、患者の実際の心臓形状に近い３次元形状モデルを生成することができる。
【０１０７】
また、上で述べた心臓弁特定ステップが、生成対象部位に左心室が含まれる場合、僧帽弁及び大動脈弁を、基準となる心臓弁として特定するステップと、生成対象部位に右心室が含まれる場合、三尖弁及び肺動脈弁を、基準となる心臓弁として特定するステップと、生成対象部位に左心房が含まれる場合、僧帽弁を、基準となる心臓弁として特定するステップと、生成対象部位に右心房が含まれる場合、三尖弁を、基準となる心臓弁として特定するステップと、生成対象部位に大動脈が含まれる場合、大動脈弁を、基準となる心臓弁として特定するステップとを含むようにしてもよい。このようにすれば、生成対象部位に応じて適切な心臓弁が基準として特定されるので、実際の心臓形状に近くなるように３次元テンプレートを変形することができる。
【０１０８】
さらに、変形ステップの後に、切断面の指定を受け付けた場合、３次元ボリュームデータから切断面における第１の切断画像を生成し、３次元形状モデルから切断面における第２の切断画像を生成し、第１の切断画像と第２の切断画像とを重ね合わせた第３の切断画像を表示するステップと、第３の切断画像の表示画面において開始点及び目標点の入力を受け付けた場合、入力された開始点の座標及び目標点の座標を記憶装置に格納し、係数算出ステップ及び変形ステップの処理を実施するステップとをさらに含むようにしてもよい。このようにすれば、実際の心臓形状に、より近い３次元形状を生成できるようになる。
【０１０９】
また、生成対象部位に左心室が含まれる場合、係数算出ステップの前に、生成対象部位の３次元テンプレートにおける心尖部の座標を開始点の座標として記憶装置に格納するステップと、係数算出ステップの前に、３次元ボリュームデータにおいて心尖部を特定し、特定した心尖部の座標を目標点の座標として記憶装置に格納するステップとをさらに含むようにしてもよい。このように、心臓弁の他に、心尖部を基準として扱うことで、変形後の左心室の位置がより正確になる。
【０１１０】
さらに、生成対象部位に左心房が含まれる場合、係数算出ステップの前に、３次元ボリュームデータから、左心房と肺静脈との境界の切断画像を生成し、当該切断画像において肺静脈とみなされる部位の輪郭を表す輪郭データを記憶装置に格納するステップと、係数算出ステップの前に、生成対象部位の３次元テンプレートの境界における肺静脈の輪郭上において第２の条件を満たす点を第３の基準点として特定し、記憶装置に格納されている輪郭データで表される輪郭上において第２の条件を満たす点を第４の基準点として特定するステップと、係数算出ステップの前に、生成対象部位の３次元テンプレートの境界における肺静脈の輪郭上に所定の規則に従って第３の基準点から開始点を配置し、記憶装置に格納されている輪郭データで表される輪郭上に所定の規則に従って第４の基準点から目標点を配置し、開始点及び目標点の座標を記憶装置に格納するステップとをさらに含むようにしてもよい。このように、心臓弁の他に、左心房と肺静脈との境界を基準として扱うことで、変形後の左心房の位置がより正確になる。
【０１１１】
また、生成対象部位に大動脈が含まれる場合、係数算出ステップの前に、腕頭動脈、左総頚動脈及び左鎖骨下動脈の各々について、３次元ボリュームデータから、大動脈との境界の切断画像を生成し、当該切断画像において腕頭動脈、左総頚動脈又は左鎖骨下動脈とみなされる部位の輪郭を表す輪郭データを記憶装置に格納するステップと、係数算出ステップの前に、腕頭動脈、左総頚動脈及び左鎖骨下動脈の各々について、生成対象部位の３次元テンプレートの、大動脈との境界における腕頭動脈、左総頚動脈又は左鎖骨下動脈の輪郭上において第２の条件を満たす点を第３の基準点として特定し、記憶装置に格納されている輪郭データで表される輪郭上において第２の条件を満たす点を第４の基準点として特定するステップと、係数算出ステップの前に、腕頭動脈、左総頚動脈及び左鎖骨下動脈の各々について、生成対象部位の３次元テンプレートの、大動脈との境界における腕頭動脈、左総頚動脈又は左鎖骨下動脈の輪郭上に所定の規則に従って第３の基準点から開始点を配置し、記憶装置に格納されている輪郭データで表される輪郭上に所定の規則に従って第４の基準点から目標点を配置し、開始点及び目標点の座標を記憶装置に格納するステップとをさらに含むようにしてもよい。このように、心臓弁の他に、腕頭動脈、左総頚動脈及び左鎖骨下動脈の各々と大動脈との境界を基準として扱うことで、変形後の大動脈の位置がより正確になる。
【０１１２】
さらに、上で述べた第１の条件が、三尖弁、大動脈弁及び僧帽弁の各々の弁輪の中心を結ぶ三角形の重心から最も近い点であるという条件を含む場合もある。これにより、３次元ボリュームデータから抽出した弁輪と、３次元テンプレートにおける弁輪とを適切に対応付けることができる。
【０１１３】
また、上で述べた第２の条件が、血管に相当する楕円と当該楕円における長軸又は短軸との交差する２点のうちいずれかの点であるという条件を含む場合もある。これにより、３次元ボリュームデータから抽出した血管境界の輪郭と、３次元テンプレートにおける血管境界の輪郭とを適切に対応付けることができる。
【０１１４】
さらに、上で述べた所定の規則が、開始点又は目標点を等間隔に配置するという規則を含む場合もある。
【０１１５】
第２の態様に係る３次元テンプレート変形装置は、ポリゴンで表される３次元テンプレートを格納するテンプレート格納部（図４５：１５０１）と、心臓を含む生体の複数の断層画像を格納する断層画像格納部（図４５：１５０３）と、心臓及び心臓周辺の血管のうち、３次元形状モデルの生成対象となる１又は複数の部位の指定を受け付け、テンプレート格納部から、３次元形状モデルの生成対象部位の３次元テンプレートを取得するテンプレート選択手段（図４５：テンプレート選択部１５０７）と、生成対象部位の３次元テンプレートの変形において基準となる心臓弁を特定する心臓弁特定手段（図４５：心臓弁特定部１５０９）と、断層画像格納部に格納されている複数の断層画像から生成される３次元ボリュームデータにおいて、特定された心臓弁の弁輪の内側の軸を通る平面における切断画像から当該心臓弁の弁輪の形状を抽出し、当該心臓弁の弁輪を表す３次元弁輪データを記憶装置（図４５：１５０５）に格納する弁輪抽出手段（図４５：弁輪抽出部１５１１）と、生成対象部位の３次元テンプレートにおける、特定された心臓弁の弁輪上において第１の条件を満たす点を第１の基準点として特定し、記憶装置に格納されている３次元弁輪データで表される弁輪上において第１の条件を満たし且つ第１の基準点に対応する点を第２の基準点として特定する基準点特定手段（図４５：基準点特定部１５１３）と、生成対象部位の３次元テンプレートにおける、特定された心臓弁の弁輪上に所定の規則に従って第１の基準点から所定数の開始点を配置し、記憶装置に格納されている３次元弁輪データで表される弁輪上に所定の規則に従って第２の基準点から所定数の目標点を配置し、開始点及び目標点の座標を記憶装置に格納するランドマーク設定手段（図４５：ランドマーク設定部１５１５）と、記憶装置に格納されている開始点及び目標点の座標を用いて、生成対象部位の３次元テンプレートに係るポリゴンの頂点の移動先座標を算出するための所定の関数の係数を算出する係数算出手段（図４５：係数算出部１５１７）と、算出された係数と所定の関数とを用いて、生成対象部位の３次元テンプレートに係るポリゴンの頂点の移動先座標を算出し、算出した移動先座標に従って生成対象部位の３次元テンプレートを変形し、変形後の３次元テンプレートを生成対象部位の３次元形状モデルとして記憶装置に格納するテンプレート変形手段（図４５：テンプレート変形部１５１９）とを有する。
【０１１６】
なお、上で述べたような処理をコンピュータに実施させるためのプログラムを作成することができ、当該プログラムは、例えばフレキシブル・ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、光磁気ディスク、半導体メモリ、ハードディスク等のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体又は記憶装置に格納される。なお、処理途中のデータについては、コンピュータのメモリ等の記憶装置に一時保管される。
【０１１７】
以上の実施例を含む実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
【０１１８】
（付記１）
心臓及び心臓周辺の血管のうち、３次元形状モデルの生成対象となる１又は複数の部位の指定を受け付け、ポリゴンで表される３次元テンプレートを格納するテンプレート格納部から、３次元形状モデルの生成対象部位の３次元テンプレートを取得するステップと、
前記生成対象部位の３次元テンプレートの変形において基準となる心臓弁を特定する心臓弁特定ステップと、
断層画像格納部に格納されている、心臓を含む生体の複数の断層画像から生成される３次元ボリュームデータにおいて、特定された前記心臓弁の弁輪の内側の軸を通る平面における切断画像から当該心臓弁の弁輪の形状を抽出し、当該心臓弁の弁輪を表す３次元弁輪データを記憶装置に格納する弁輪抽出ステップと、
前記生成対象部位の３次元テンプレートにおける、特定された前記心臓弁の弁輪上において第１の条件を満たす点を第１の基準点として特定し、前記記憶装置に格納されている前記３次元弁輪データで表される弁輪上において前記第１の条件を満たし且つ前記第１の基準点に対応する点を第２の基準点として特定する基準点特定ステップと、
前記生成対象部位の３次元テンプレートにおける、特定された前記心臓弁の弁輪上に所定の規則に従って前記第１の基準点から所定数の開始点を配置し、前記記憶装置に格納されている前記３次元弁輪データで表される弁輪上に前記所定の規則に従って前記第２の基準点から前記所定数の目標点を配置し、前記開始点及び前記目標点の座標を前記記憶装置に格納するランドマーク設定ステップと、
前記記憶装置に格納されている前記開始点及び前記目標点の座標を用いて、前記生成対象部位の３次元テンプレートに係るポリゴンの頂点の移動先座標を算出するための所定の関数の係数を算出する係数算出ステップと、
算出された前記係数と前記所定の関数とを用いて、前記生成対象部位の３次元テンプレートに係るポリゴンの頂点の移動先座標を算出し、算出した前記移動先座標に従って前記生成対象部位の３次元テンプレートを変形し、変形後の３次元テンプレートを前記生成対象部位の３次元形状モデルとして前記記憶装置に格納する変形ステップと、
を含み、コンピュータにより実行される３次元テンプレート変形方法。
【０１１９】
（付記２）
前記心臓弁特定ステップが、
前記生成対象部位に左心室が含まれる場合、僧帽弁及び大動脈弁を、基準となる前記心臓弁として特定するステップと、
前記生成対象部位に右心室が含まれる場合、三尖弁及び肺動脈弁を、基準となる前記心臓弁として特定するステップと、
前記生成対象部位に左心房が含まれる場合、僧帽弁を、基準となる前記心臓弁として特定するステップと、
前記生成対象部位に右心房が含まれる場合、三尖弁を、基準となる前記心臓弁として特定するステップと、
前記生成対象部位に大動脈が含まれる場合、大動脈弁を、基準となる前記心臓弁として特定するステップと、
を含む付記１記載の３次元テンプレート変形方法。
【０１２０】
（付記３）
前記変形ステップの後に、切断面の指定を受け付けた場合、前記３次元ボリュームデータから前記切断面における第１の切断画像を生成し、前記３次元形状モデルから前記切断面における第２の切断画像を生成し、前記第１の切断画像と前記第２の切断画像とを重ね合わせた第３の切断画像を表示するステップと、
前記第３の切断画像の表示画面において前記開始点及び前記目標点の入力を受け付けた場合、入力された前記開始点の座標及び前記目標点の座標を前記記憶装置に格納し、前記係数算出ステップ及び前記変形ステップの処理を実施するステップと、
をさらに含む付記１又は２記載の３次元テンプレート変形方法。
【０１２１】
（付記４）
前記生成対象部位に左心室が含まれる場合、
前記係数算出ステップの前に、前記生成対象部位の３次元テンプレートにおける心尖部の座標を前記開始点の座標として前記記憶装置に格納するステップと、
前記係数算出ステップの前に、前記３次元ボリュームデータにおいて心尖部を特定し、特定した心尖部の座標を前記目標点の座標として前記記憶装置に格納するステップと、
をさらに含む付記１乃至３のいずれか１つ記載の３次元テンプレート変形方法。
【０１２２】
（付記５）
前記生成対象部位に左心房が含まれる場合、
前記係数算出ステップの前に、前記３次元ボリュームデータから、左心房と肺静脈との境界の切断画像を生成し、当該切断画像において肺静脈とみなされる部位の輪郭を表す輪郭データを前記記憶装置に格納するステップと、
前記係数算出ステップの前に、前記生成対象部位の３次元テンプレートの前記境界における肺静脈の輪郭上において第２の条件を満たす点を第３の基準点として特定し、前記記憶装置に格納されている前記輪郭データで表される輪郭上において前記第２の条件を満たす点を第４の基準点として特定するステップと、
前記係数算出ステップの前に、前記生成対象部位の３次元テンプレートの前記境界における肺静脈の輪郭上に前記所定の規則に従って前記第３の基準点から前記開始点を配置し、前記記憶装置に格納されている前記輪郭データで表される輪郭上に前記所定の規則に従って前記第４の基準点から前記目標点を配置し、前記開始点及び前記目標点の座標を前記記憶装置に格納するステップと、
をさらに含む付記１乃至３のいずれか１つ記載の３次元テンプレート変形方法。
【０１２３】
（付記６）
前記生成対象部位に大動脈が含まれる場合
前記係数算出ステップの前に、腕頭動脈、左総頚動脈及び左鎖骨下動脈の各々について、前記３次元ボリュームデータから、大動脈との境界の切断画像を生成し、当該切断画像において腕頭動脈、左総頚動脈又は左鎖骨下動脈とみなされる部位の輪郭を表す輪郭データを前記記憶装置に格納するステップと、
前記係数算出ステップの前に、腕頭動脈、左総頚動脈及び左鎖骨下動脈の各々について、前記生成対象部位の３次元テンプレートの、大動脈との境界における腕頭動脈、左総頚動脈又は左鎖骨下動脈の輪郭上において第２の条件を満たす点を第３の基準点として特定し、前記記憶装置に格納されている前記輪郭データで表される輪郭上において前記第２の条件を満たす点を第４の基準点として特定するステップと、
前記係数算出ステップの前に、腕頭動脈、左総頚動脈及び左鎖骨下動脈の各々について、前記生成対象部位の３次元テンプレートの、大動脈との境界における腕頭動脈、左総頚動脈又は左鎖骨下動脈の輪郭上に前記所定の規則に従って前記第３の基準点から前記開始点を配置し、前記記憶装置に格納されている前記輪郭データで表される輪郭上に前記所定の規則に従って前記第４の基準点から前記目標点を配置し、前記開始点及び前記目標点の座標を前記記憶装置に格納するステップと、
をさらに含む付記１乃至３のいずれか１つ記載の３次元テンプレート変形方法。
【０１２４】
（付記７）
前記第１の条件が、三尖弁、大動脈弁及び僧帽弁の各々の弁輪の中心を結ぶ三角形の重心から最も近い点であるという条件を含む
付記１乃至６のいずれか１つ記載の３次元テンプレート変形方法。
【０１２５】
（付記８）
前記第２の条件が、血管に相当する楕円と当該楕円における長軸又は短軸との交差する２点のうちいずれかの点であるという条件を含む
付記５又は６記載の３次元テンプレート変形方法。
【０１２６】
（付記９）
前記所定の規則が、前記開始点又は前記目標点を等間隔に配置するという規則を含む
付記１乃至６のいずれか１つ記載の３次元テンプレート変形方法。
【０１２７】
（付記１０）
心臓及び心臓周辺の血管のうち、３次元形状モデルの生成対象となる１又は複数の部位の指定を受け付け、ポリゴンで表される３次元テンプレートを格納するテンプレート格納部から、３次元形状モデルの生成対象部位の３次元テンプレートを取得するステップと、
前記生成対象部位の３次元テンプレートの変形において基準となる心臓弁を特定する心臓弁特定ステップと、
断層画像格納部に格納されている、心臓を含む生体の複数の断層画像から生成される３次元ボリュームデータにおいて、特定された前記心臓弁の弁輪の内側の軸を通る平面における切断画像から当該心臓弁の弁輪の形状を抽出し、当該心臓弁の弁輪を表す３次元弁輪データを記憶装置に格納する弁輪抽出ステップと、
前記生成対象部位の３次元テンプレートにおける、特定された前記心臓弁の弁輪上において第１の条件を満たす点を第１の基準点として特定し、前記記憶装置に格納されている前記３次元弁輪データで表される弁輪上において前記第１の条件を満たし且つ前記第１の基準点に対応する点を第２の基準点として特定する基準点特定ステップと、
前記生成対象部位の３次元テンプレートにおける、特定された前記心臓弁の弁輪上に所定の規則に従って前記第１の基準点から所定数の開始点を配置し、前記記憶装置に格納されている前記３次元弁輪データで表される弁輪上に前記所定の規則に従って前記第２の基準点から前記所定数の目標点を配置し、前記開始点及び前記目標点の座標を前記記憶装置に格納するランドマーク設定ステップと、
前記記憶装置に格納されている前記開始点及び前記目標点の座標を用いて、前記生成対象部位の３次元テンプレートに係るポリゴンの頂点の移動先座標を算出するための所定の関数の係数を算出する係数算出ステップと、
算出された前記係数と前記所定の関数とを用いて、前記生成対象部位の３次元テンプレートに係るポリゴンの頂点の移動先座標を算出し、算出した前記移動先座標に従って前記生成対象部位の３次元テンプレートを変形し、変形後の３次元テンプレートを前記生成対象部位の３次元形状モデルとして前記記憶装置に格納する変形ステップと、
をコンピュータに実行させるための３次元テンプレート変形プログラム。
【０１２８】
（付記１１）
ポリゴンで表される３次元テンプレートを格納するテンプレート格納部と、
心臓を含む生体の複数の断層画像を格納する断層画像格納部と、
心臓及び心臓周辺の血管のうち、３次元形状モデルの生成対象となる１又は複数の部位の指定を受け付け、前記テンプレート格納部から、３次元形状モデルの生成対象部位の３次元テンプレートを取得するテンプレート選択手段と、
前記生成対象部位の３次元テンプレートの変形において基準となる心臓弁を特定する心臓弁特定手段と、
前記断層画像格納部に格納されている前記複数の断層画像から生成される３次元ボリュームデータにおいて、特定された前記心臓弁の弁輪の内側の軸を通る平面における切断画像から当該心臓弁の弁輪の形状を抽出し、当該心臓弁の弁輪を表す３次元弁輪データを記憶装置に格納する弁輪抽出手段と、
前記生成対象部位の３次元テンプレートにおける、特定された前記心臓弁の弁輪上において第１の条件を満たす点を第１の基準点として特定し、前記記憶装置に格納されている前記３次元弁輪データで表される弁輪上において前記第１の条件を満たし且つ前記第１の基準点に対応する点を第２の基準点として特定する基準点特定手段と、
前記生成対象部位の３次元テンプレートにおける、特定された前記心臓弁の弁輪上に所定の規則に従って前記第１の基準点から所定数の開始点を配置し、前記記憶装置に格納されている前記３次元弁輪データで表される弁輪上に前記所定の規則に従って前記第２の基準点から前記所定数の目標点を配置し、前記開始点及び前記目標点の座標を前記記憶装置に格納するランドマーク設定手段と、
前記記憶装置に格納されている前記開始点及び前記目標点の座標を用いて、前記生成対象部位の３次元テンプレートに係るポリゴンの頂点の移動先座標を算出するための所定の関数の係数を算出する係数算出手段と、
算出された前記係数と前記所定の関数とを用いて、前記生成対象部位の３次元テンプレートに係るポリゴンの頂点の移動先座標を算出し、算出した前記移動先座標に従って前記生成対象部位の３次元テンプレートを変形し、変形後の３次元テンプレートを前記生成対象部位の３次元形状モデルとして前記記憶装置に格納するテンプレート変形手段と、
を有する３次元テンプレート変形装置。
【符号の説明】
【０１２９】
１  入力部    ３  断層画像データ格納部
５  ボリュームデータ生成部    ７  ボリュームデータ格納部
９  テンプレート処理部    １１  ３次元形状モデル格納部
１３  出力部
９１  テンプレート選択部    ９２  基準部位特定部
９３  ラインデータ生成部    ９４  ランドマーク設定部
９５  テンプレート変形部    ９６  テンプレートデータ格納部
９７  基準部位データ格納部    ９８  ラインデータ格納部
９９  ランドマーク格納部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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