(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
断層画像情報を取得する断層画像情報取得部と、
前記断層画像情報取得部に接続されており、前記断層画像情報のボクセル情報を格納するメモリと、
前記メモリに接続されており、前記ボクセル情報に基づいて、視線に対して垂直の方向においてボクセル情報をサンプリングするボリュームレンダリング演算部と、
前記ボリュームレンダリング演算部の演算結果を表示する表示部と、
前記表示部に表示された切削対象物に対する切削指示が入力される入力部と、
前記入力部に入力された切削指示に基づいて、前記切削対象物の切削後の内部を表面とは異なる色情報で前記表示部に表示させるとともに、前記切削対象物の内部に含まれる非切削対象物については前記切削指示による切削部分に含まれている場合でも切削後も切削前のボクセル情報を入れ替えて切削前の色情報で前記表示部に表示させる表示制御部と、を備え、
前記入力部はマウスであり、前記マウスのボタンを押下しながらドラッグする時はボクセル情報および色情報のメモリ更新は行わず一時保存し、前記マウスのボタンを離す時に前記一時保存したボクセル情報および色情報をメモリに反映させる、
切削シミュレーション装置。
【請求項２】
前記切削対象物には、臓器または骨が含まれる、
請求項１に記載の切削シミュレーション装置。
【請求項３】
前記非切削対象物には、神経または骨または血管が含まれる、
請求項１または２に記載の切削シミュレーション装置。
【請求項４】
断層画像情報を取得する取得ステップと、
前記断層画像情報のボクセル情報に基づいて視線に対して垂直の方向においてボクセル情報をサンプリングするボリュームレンダリングステップと、
前記ボリュームレンダリングの演算結果を表示する第１表示ステップと、
前記表示された切削対象物に対して入力部であるマウスから入力された切削指示に基づいて、前記切削対象物の切削後の内部を表面とは異なる色情報で表示部に表示させるとともに、前記切削対象物の内部に含まれる非切削対象物については前記切削指示による切削部分に含まれている場合でも切削後も切削前のボクセル情報を入れ替えて切削前の色情報で前記表示部に表示させる第２表示ステップと、
前記マウスのボタンを押下しながらドラッグする時はボクセル情報および色情報のメモリ更新は行わず一時保存し、前記マウスのボタンを離す時に前記一時保存したボクセル情報および色情報をメモリに反映させるステップと、
を備えた切削シミュレーション方法をコンピュータに実行させる切削シミュレーションプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、医療従事者が手術のシミュレーションを行う際に活用する切削シミュレーション装置および切削シミュレーションプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
医療現場において、より適切な手術を行うために、手術のシミュレーションを行うことが可能な切削シミュレーション装置が活用されている。
従来の切削シミュレーション装置は、例えば、Ｘ線ＣＴ画像や核磁気共鳴画像（ＭＲＩ画像）、ＰＥＴ（陽電子放射断層法）によって取得された画像等の断層画像情報を取得する断層画像情報取得部と、断層画像情報取得部に接続されたメモリと、メモリに接続されたボリュームレンダリング演算部と、ボリュームレンダリング演算部の演算結果を表示するディスプレイと、ディスプレイに表示された表示対象物に対して切削指示を行う入力部と、を備えていた。【０００３】
例えば、特許文献１には、入力部によって、ディスプレイに３次元表示された表示対象物に切削指示を行う手術シミュレーションシステムについて開示されている。
また、特許文献２には、３次元表示において見たい部位（腫瘍等）が他の構造物（血管等）によって隠れてしまう場合でも、他の構造物を半透明表示することで見たい部位を良好に表示することが可能な画像処理装置について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１２３３２７号公報
【特許文献２】特開２００３−９１７３５号公報
【発明の概要】
【０００５】
しかしながら、上記従来の構成では、以下に示すような問題点を有している。
すなわち、上記特許文献２に開示された画像処理装置では、腫瘍等の特定領域の形状をあらゆる方向から認識することができるものの、これを切削した場合の表示制御については何ら開示されていない。
よって、特許文献２の画像処理装置によって表示された３次元表示に、特許文献１の手術シミュレーションシステムによって臓器等の切削対象物に対して切削を行った場合には、その臓器の内部に存在する血管や神経等も一緒に切削された状態でしか表示することができない。このため、切削シミュレーションを行った医師等は、実際の手術に有益な情報を情報共有することができず、効果的な手術シミュレーションを行うことができないおそれがある。
【０００６】
本発明の課題は、臓器等の切削対象物の内部に存在する血管や神経等の非切削対象物を切削後も可視化することで、実際の手術プロセスを詳細に表現することが可能な切削シミュレーション装置および切削シミュレーションプログラムを提供することにある。
第１の発明に係る切削シミュレーション装置は、断層画像情報取得部と、メモリと、ボリュームレンダリング演算部と、表示部と、入力部と、表示制御部と、を備えている。断層画像情報取得部は、断層画像情報を取得する。メモリは、断層画像情報取得部に接続されており、断層画像情報のボクセル情報を格納する。ボリュームレンダリング演算部は、メモリに接続されており、ボクセル情報に基づいて、視線に対して垂直の方向においてボクセル情報をサンプリングする。表示部は、ボリュームレンダリング演算部の演算結果を表示する。入力部は、表示部に表示された切削対象物に対する切削指示が入力される。表示制御部は、入力部に入力された切削指示に基づいて、切削対象物の切削後の状態を表示部に表示させるとともに、切削対象物の内部に含まれる非切削対象物については切削指示による切削部分に含まれている場合でも切削後も切削前の状態で表示部に表示させる。
【０００７】
ここでは、例えば、複数のＸ線ＣＴ画像を用いて特定の臓器周辺を３次元表示した状態で切削シミュレーションを実施する際に、特定の臓器（切削対象物）とその内部の血管等（非切削対象物）の両方を含む部分を切削する場合には、切削対象物である特定の臓器のみが切削され、血管等の非切削対象物については切削前の状態のままで表示されるように制御を行う。
【０００８】
ここで、上記断層画像には、例えば、Ｘ線ＣＴやＭＲＩ、ＰＥＴ等の医用機器を用いて取得された２次元画像が含まれる。また、切削対象物と非切削対象物との関係には、例えば、臓器とその内部に存在する血管や神経等の関係が含まれる。
これにより、例えば、３次元表示された臓器の一部を切削するシミュレーションを実施する際に、従来は臓器の切削と同時にその臓器の内部にある血管や神経等の組織まで切削された状態で切削後の表示がなされていたところ、本発明によれば、切削対象物である臓器だけが切削され、その内部に存在する非切削対象物である血管等は切削前の状態のままで表示することができる。
【０００９】
よって、例えば、医師等が外科的な手術を実施する前に、患者の実際の手術部位を含む３次元画像の中で切削部分における血管等の位置を、複数の医師等の間で情報共有することができる。この結果、実際の手術のプロセスを詳細なシミュレーションとして表示することができる。
【００１０】
第２の発明に係る切削シミュレーション装置は、第１の発明に係る切削シミュレーション装置であって、表示制御部は、切削部分に非切削対象物が含まれている場合には、切削部分のボクセルデータを、非切削対象物のボクセルデータと入れ替えて表示部に表示させる。
ここでは、シミュレーション上における切削処理後の表示制御について、切削部分に含まれる非切削対象物については切削部分のボクセルデータを非切削対象物のボクセルデータと入れ替えて表示させる。
これにより、切削部分に含まれる切削対象物についてはそのまま切削処理された状態が表示される一方、切削部分に含まれる非切削対象物については切削前の状態が表示される。よって、医師等は、切削部分に含まれる血管や神経等の非切削対象物の位置を正確に認識した状態で、実際の手術を実施することができる。
【００１１】
第３の発明に係る切削シミュレーション装置は、第１または第２の発明に係る切削シミュレーション装置であって、切削対象物および非切削対象物に対応するボクセル情報には表示部に表示させる際の色情報が付加されて設定されている。そして、表示制御部は、非切削対象物を、切削対象物の色とは異なる色で表示部に表示させる。
ここでは、切削部分を切削処理した後でも表示される非切削対象物を、切削処理された状態で表示される切削対象物と区別して認識しやすくするために、例えば、血管等の非切削対象物を赤色、臓器等の切削対象物を小豆色と、異なる色を用いて表示する。
これにより、シミュレーションを行った医師等は、切削対象物となる臓器の切削部分に、非切削対象物となる血管等がどのように存在しているのかを、より明確に認識することができる。
【００１２】
第４の発明に係る切削シミュレーション装置は、第１から第３の発明のいずれか１つに係る切削シミュレーション装置であって、切削対象物および非切削対象物には、被写体へのＸ線照射時における空間的なＸ線吸収の程度を示すＣＴ値の範囲が設定されている。そして、表示制御部は、入力部を介して入力されたＣＴ値に基づいて、所望の切削対象物および非切削対象物を表示部に表示させる。
【００１３】
ここでは、切削対象物としての臓器等、非切削対象物としての血管や神経等は、それぞれ予め設定されたＣＴ値の範囲を指定することで、表示部に表示される表示対象物（切削対象物、非切削対象物）を切り替える。
ここで、上記ＣＴ値とは、人体におけるＸ線吸収の程度を数値化したものであり、水を０とする相対値（単位：ＨＵ）として表される。例えば、肝臓のＣＴ値は６０〜７０ＨＵ、腎臓のＣＴ値は３０〜４０ＨＵ、血液のＣＴ値は３０〜５０ＨＵ、骨のＣＴ値は５００〜１０００ＨＵである。
【００１４】
これにより、例えば、マウスやキーボード等の入力部によって実際に手術を行う臓器等をＣＴ値の範囲を入力することで、容易に表示部に所望の臓器等を表示させて、上述した切削シミュレーションを実施することができる。
【００１５】
第５の発明に係る切削シミュレーション装置は、第１から第４の発明のいずれか１つに係る切削シミュレーション装置であって、切削対象物には、臓器または骨が含まれる。
ここでは、上述した切削シミュレーションを実施する対象となる切削対象物として、肝臓、腎臓、すい臓、十二指腸、胃、大腸、小腸等の臓器、あるいは骨を用いている。
これにより、外科的な手術が必要な所望の臓器や骨に対して、上述した切削シミュレーションを実施することができる。
【００１６】
第６の発明に係る切削シミュレーション装置は、第１から第５の発明のいずれか１つに係る切削シミュレーション装置であって、非切削対象物には、血管や神経が含まれる。
ここでは、上述した切削シミュレーションを実施する対象となる非切削対象物として、例えば、切削対象物としての臓器の内部に存在する血管や神経等を用いている。
これにより、手術が必要な臓器等の切削部分に含まれる血管等がどのように位置しているのかを明確に認識することができる。
【００１７】
第７の発明に係る切削シミュレーションプログラムは、取得ステップと、ボリュームレンダリングステップと、第１表示ステップと、第２表示ステップと、を備えた切削シミュレーション方法をコンピュータに実行させる。取得ステップでは、断層画像情報を取得する。ボリュームレンダリングステップでは、断層画像情報のボクセル情報に基づいて視線に対して垂直の方向においてボクセル情報をサンプリングする。第１表示ステップでは、ボリュームレンダリングの演算結果を表示する。第２表示ステップでは、表示された切削対象物に対して入力された切削指示に基づいて、切削対象物の切削後の状態を表示部に表示させるとともに、切削対象物の内部に存在する非切削対象物については切削指示による切削部分に含まれている場合でも切削後も切削前の状態で表示部に表示させる。
ここでは、例えば、複数のＸ線ＣＴ画像を用いて特定の臓器周辺を３次元表示した状態で切削シミュレーションを実施する際に、特定の臓器（切削対象物）とその内部に含まれる血管等（非切削対象物）の両方を含む部分を切削する場合には、切削対象物である特定の臓器のみが切削され、血管等の非切削対象物については切削前の状態のままで表示されるように制御を行う。
【００１８】
ここで、上記断層画像には、例えば、Ｘ線ＣＴ画像やＭＲＩ画像、ＰＥＴによって取得された画像等が含まれる。また、切削対象物と非切削対象物との関係には、例えば、臓器とその内部に存在する血管や神経等の関係が含まれる。
これにより、例えば、３次元表示された臓器の一部を切削するシミュレーションを実施する際に、従来は臓器の切削と同時にその臓器の内部に含まれる血管や神経等の組織まで切削された状態で切削後の表示がなされていたところ、本発明によれば、切削対象物である臓器だけが切削され、その内部に存在する非切削対象物である血管等は切削前の状態のままで表示することができる。
よって、例えば、医師等が外科的な手術を実施する前に、患者の実際の手術部位を含む３次元画像の中で切削部分における血管等の位置を、複数の医師等の間で情報共有することができる。この結果、実際の手術のプロセスを詳細なシミュレーションとして表示することができる。
【００１９】
（発明の効果）
本発明に係る切削シミュレーション装置によれば、切削対象物の内部に存在する血管や神経等を可視化することで、実際の手術プロセスを詳細に表現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係るパーソナルコンピュータ（切削シミュレーション装置）を示す斜視図。
【図２】図１のパーソナルコンピュータの制御ブロック図。
【図３】図２の制御ブロックに含まれるメモリ内のボクセルラベル格納部の構成を示すブロック図。
【図４】図２の制御ブロックに含まれるメモリ内の色情報格納部の構成を示すブロック図。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、図１のパーソナルコンピュータの動作フローチャート。
【図６】図１のパーソナルコンピュータの動作を説明する概念図。
【図７】（ａ）は、一般的な切削シミュレーション装置に表示される切削後の表示画像の一例を示す参考図。（ｂ）は、肝臓周辺に存在する血管の一例を示す図。（ｃ）は、図１のパーソナルコンピュータに表示される切削後の表示画像の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の一実施形態に係るパーソナルコンピュータ（切削シミュレーション装置）について、図１〜図７（ｃ）を用いて説明すれば以下の通りである。
本実施形態に係るパーソナルコンピュータ１は、図１に示すように、ディスプレイ（表示部）２と、各種入力部（キーボード３、マウス４、およびタブレット５（図２参照））と、を備えている。
【００２２】
ディスプレイ２は、Ｘ線ＣＴ画像等の複数の断層画像から形成される臓器（図１の例では腎臓を表示）等の３次元画像を表示するとともに、後述する切削シミュレーションの結果を表示する。
また、パーソナルコンピュータ１は、図２に示すように、内部に、断層画像情報取得部６等の制御ブロックを形成する。
【００２３】
断層画像情報取得部６には、ボクセル情報抽出部７を介して、断層画像情報部８が接続されている。つまり、断層画像情報部８では、ＣＴあるいはＭＲＩ、ＰＥＴ等の断層画像を撮影する機器から断層画像情報が供給され、この断層画像情報がボクセル情報抽出部７によってボクセル情報として抽出される。
メモリ９は、パーソナルコンピュータ１内に設けられており、ボクセル情報格納部１０、ボクセルラベル格納部１１、および色情報格納部１２を有している。また、メモリ９には、ボリュームレンダリング演算部１３が接続されている。
【００２４】
ボクセル情報格納部１０は、ボクセル情報抽出部７から断層画像情報取得部６を介して受信したボクセル情報を格納している。
ボクセルラベル格納部１１は、図３に示すように、第１ボクセルラベル格納部１１ａ、第２ボクセルラベル格納部１１ｂ、第３ボクセルラベル格納部１１ｃを有している。これらの第１〜第３ボクセルラベル格納部１１ａ〜１１ｃは、後述する予め設定されたＣＴ値の範囲、つまり表示対象となる臓器にそれぞれ対応して設けられている。例えば、第１ボクセルラベル格納部１１ａは、肝臓を表示するＣＴ値の範囲に対応しており、第２ボクセルラベル格納部１１ｂは、血管を表示するＣＴ値の範囲に対応しており、第３ボクセルラベル格納部１１ｃは、骨を表示するＣＴ値の範囲に対応している。
【００２５】
色情報格納部１２は、図４に示すように、第１色情報格納部１２ａ、第２色情報格納部１２ｂ、第３色情報格納部１２ｃを有している。これらの第１〜第３色情報格納部１２ａ〜１２ｃは、上述した第１〜第３ボクセルラベル格納部１１ａ〜１１ｃと同様に、後述する予め設定されたＣＴ値の範囲、つまり表示対象となる臓器にそれぞれ対応して設けられている。例えば、第１色情報格納部１２ａは、肝臓を表示するＣＴ値の範囲に対応しており、第２色情報格納部１２ｂは、血管を表示するＣＴ値の範囲に対応しており、第３色情報格納部１２ｃは、骨を表示するＣＴ値の範囲に対応している。このとき、第１〜第３色情報格納部１２ａ〜１２ｃには、表示対象となる臓器や血管、骨ごとにそれぞれ異なる色情報が設定されている。例えば、肝臓に対応するＣＴ値の範囲には小豆色の色情報、血管に対応するＣＴ値の範囲には赤色の色情報、骨に対応するＣＴ値の範囲には白色の色情報がそれぞれ格納されている。
【００２６】
なお、表示対象となる臓器や血管、骨ごとに設定されるＣＴ値とは、人体におけるＸ線吸収の程度を数値化したものであり、水を０とする相対値（単位：ＨＵ）として表される。例えば、肝臓が表示されるＣＴ値の範囲は６０〜７０ＨＵ、腎臓が表示されるＣＴ値の範囲は３０〜４０ＨＵ、血液が表示されるＣＴ値の範囲は３０〜５０ＨＵ、骨が表示されるＣＴ値の範囲は５００〜１０００ＨＵである。
【００２７】
ボリュームレンダリング演算部１３は、ボクセル情報格納部１０に格納されているボクセル情報と、ボクセルラベル格納部１１に格納されているボクセルラベルと、色情報格納部１２に格納されている色情報とに基づいて、視線に対して垂直で、かつＺ方向の間隔が一定の複数枚のスライス情報を取得する。そして、ボリュームレンダリング演算部１３は、その演算結果を３次元画像としてディスプレイ２に表示する。また、ボリュームレンダリング演算部１３には、バス１６を介して深さ検出部１５が接続されている。
【００２８】
深さ検出部１５は、後述するレイキャスティング走査距離を測定するとともに、深さ制御部１７とボクセルラベル設定部１８とが接続されている。
ボクセルラベル設定部１８は、ボクセルラベル格納部１１と被切削ボクセルラベル算出表示部１９とが接続されている。
バス１６には、上述したボリュームレンダリング演算部１３および深さ検出部１５に加えて、メモリ９内の色情報格納部１２、ウィンドウ座標取得部２０が接続されており、キーボード３、マウス４、タブレット５等から入力された内容に基づいて、ディスプレイ２に３次元画像等を表示する。
【００２９】
ウィンドウ座標取得部２０には、深さ検出部１５と色情報設定部２１とが接続されている。色情報設定部２１は、メモリ９内の色情報格納部１２に接続されている。
図５（ａ）および図５（ｂ）は、本実施形態の切削シミュレーション装置における動作説明を行うための制御フローを示している。
本実施形態のパーソナルコンピュータ１では、図５（ａ）に示すように、まずＳ１において、上述したように、断層画像情報部８からの断層画像情報が入力され、これがボクセル情報抽出部７に供給される。
【００３０】
次に、Ｓ２において、ボクセル情報抽出部７において、断層画像情報からボクセル情報が抽出される。抽出されたボクセル情報は、断層画像情報取得部６を介して、メモリ９のボクセル情報格納部１０に格納される。ボクセル情報格納部１０に格納されるボクセル情報は、例えば、Ｉ（ｘ，ｙ，ｚ，α）で構成される点の情報である。このとき、Ｉは当該点の輝度情報であり、ｘ，ｙ，ｚは座標点を示し、αは透明度情報である。
【００３１】
次に、Ｓ３において、ボリュームレンダリング演算部１３が、ボクセル情報格納部１０に格納されているボクセル情報に基づいて、視線に対して垂直で、かつ間隔が一定の複数のスライス情報を算出し、スライス情報群を取得する。そして、スライス情報群は、ボリュームレンダリング演算部１３内に少なくとも一時的に格納される。
なお、上述した視線に対して垂直なスライス情報とは、視線に対して直交する面を意味している。例えば、ディスプレイ２を鉛直方向に沿って立てた状態で、これと顔の面とを平行にした状態で見た場合に、スライス情報が視線に対して垂直な面となる。
【００３２】
このようにして得られた複数のスライス情報は、上述したように、Ｉ（ｘ，ｙ，ｚ，α）で構成される点の情報を保有している。よって、スライス情報は、例えば、図６に示すように、ボクセルラベル１４がＺ方向に複数枚配置されている。なお、例えば、図６に示すボクセルラベル１４の集合体は、ボクセルラベル格納部１１に収納されている。
次に、Ｓ４において、ディスプレイ２には、レンダリング像が表示される。このとき、ディスプレイ２では、マウス４等を用いてＣＴ値の範囲が指定されることで、切削対象物となる臓器（本実施形態では肝臓２２）が選択され、図７（ａ）等に示すように表示される。
【００３３】
なお、図７（ａ）〜図７（ｃ）において、２２は肝臓、２３は血管、Ｃは後述する切削部分を示している。つまり、本実施形態では、肝臓２２を手術するためのシミュレーションを実施しようとしている。
ここで、一般的な切削シミュレーションを実施すると、図７（ａ）に示すように、ディスプレイ２には、切削部分Ｃに含まれる肝臓２２の一部や血管２３の一部を所定の深さまで切削した後の状態が表示される。
【００３４】
本実施形態では、このような肝臓２２の手術シミュレーションを実施する際に、ディスプレイ２の画面上において、肝臓２２の一部を切り取る手術を実施する際に、その切削部分Ｃに、図７（ｂ）に示す血管２３がどのように存在しているのかを表示することができるようにするために、以下のように制御が行われる。
すなわち、Ｓ５において、マウス４等を用いて、切削シミュレーションを実施する際の切削対象物となる臓器等に対応するＣＴ値、非切削対象物となる血管２３等に対応するＣＴ値がそれぞれ設定される。なお、切削対象物および非切削対象物の設定は、キーボード３、マウス４、あるいはタブレット５等の何れを用いて行ってもよい。
【００３５】
次に、Ｓ６において、マウス４等を用いて切削指示がなされる。なお、切削指示を入力する入力部としては、切削対象物および非切削対象物の設定と同様に、キーボード３、マウス４、あるいはタブレット５等の何れを用いて行ってもよい。
具体的な切削指示の入力方法としては、マウス４を机の上で水平方向に移動させることで、ディスプレイ２上において表示されるカーソルを、肝臓２２の上において左右あるいは上下に往復させる。
【００３６】
このとき、マウス４の左右方向、上下方向における動きは、ウィンドウ座標取得部２０において検出される。そして、その情報が、深さ検出部１５を介してボクセルラベル設定部１８、ボクセルラベル格納部１１へと伝達される。これにより、肝臓２２と血管２３のＺ方向の位置を考慮した切削が行われる。
具体的には、ボリュームレンダリング演算部１３において、ボクセル情報を視線に対して垂直の方向に一定間隔にてサンプリング（レイキャスティングと呼ぶ。）する。そして、ボリュームレンダリング演算部１３は、マウス４の移動中に求められた全ての点について、Ｓ７において、深さ検出部１５によってそれぞれのレイキャスティング走査距離（深さ）を検出する。
【００３７】
そして、Ｓ８において、その深さの変化率が、一定の範囲内であるか否かを判定する。
具体的には、深さ検出部１５において測定されたレイキャスティング走査距離ｄを集計し、その勾配∇ｄを算出する。そして、勾配∇ｄと、閾値Ｔとの比較を行い、切削実行の要否を判断する。例えば、切削点ｐiにおける勾配∇ｄiが閾値Ｔi以上であった場合には、無効な切削点と判断して、切削を実施しない。一方、切削点ｐiにおける勾配∇ｄiが閾値Ｔi以内であった場合には、有効な切削点と判断して、Ｓ９において、そのまま切削を実施する。
【００３８】
閾値Ｔは、切削処理の度に直近の切削点ｎ個の勾配平均と倍数係数ｍとに基づいて閾値Ｔiが決定される。
0006051158.tif 000002
なお、倍数係数ｍと切削点ｎとは、例えば、ｍを５程度、ｎを１０等と、これら数値は対象画像に応じて適宜設定すればよい。
【００３９】
本実施形態では、以上のように、直近の切削点ｎ個の勾配平均と倍数係数ｍに基づいて算出された閾値Ｔiと、勾配∇ｄとを比較した結果を変化率として、切削を実施するか否かを決定する。
なお、変化率の算出方法は、これに限定されるものではなく、勾配の変化状態が確認できるのであれば、どのような計算式を用いてもよい。
【００４０】
また、閾値Ｔについても、切削対象となるそれぞれの臓器の特徴に応じて適宜変化させることが好ましい。これにより、誤切削回避の精度をさらに上げることができる。
ここで、上述した切削処理では、所定の閾値以上の変化率をもつ点を無効な切削点とし、深さ制御部１７がボクセルラベル設定部１８に指示を出す。これにより、ボクセルラベルの更新は中止され、切削は実施されない。よって、医師等の使用者の誤操作によって急激に深さ位置が変化する切削点を深さ検出部１５が検出した場合には、誤切削を回避することができる。
【００４１】
このとき、切削を実施するとは、ボクセルラベル設定部１８がボクセルラベルを更新し、ボクセルラベル格納部１１に格納することを意味する。つまり、切削を実施しない場合には、ボクセルラベルは変化しない。
従って、マウス４を肝臓２２上において摺動させた場合でも、その奥側に存在する背骨等が誤って切削されてしまうことを回避することができる。そして、この場合には、マウス４の左右方向、上下方向における摺動回数に応じて、肝臓２２の一部が切削された画像が表示される。
【００４２】
なお、肝臓２２が切削された状態は、ウィンドウ座標取得部２０の情報が色情報設定部２１を介して色情報格納部１２に伝達されることで、肝臓２２の色が変化することによって認識することができる。ここで、色情報設定部とは、いわゆるルックアップテーブルを用いた変換部を意味する。つまり、本実施形態のパーソナルコンピュータ１では、上述したように、Ｉ（ｘ，ｙ，ｚ，α）で構成される点の情報を保有しており、肝臓２２の表面と内部とに対して、色情報設定部２１によって予め異なる輝度情報と色情報とが設定されている。これにより、肝臓２２を表面から切削するように操作した場合には、その切削度合いに応じて、切削部分Ｃの色はその周りの色とは明らかに違う色で表示される。
【００４３】
次に、Ｓ１０およびＳ１１において、切削対象物である肝臓２２の切削部分Ｃに対応する部分のボクセル情報（ボクセルラベルの値）と色情報ラベルとが更新される。
図６は、切削処理を行う場合のボクセルラベルと色情報ラベルの更新状態を示しており、最も表面のボクセルラベル１４の大部分は“１”の状態、つまり、肝臓２２の表面状態を示している。また、図６において、“０”の部分は、切削されたボクセルを示している。
【００４４】
本実施形態では、上述したように、肝臓２２および血管２３がそれぞれ対応するボクセルラベルをボクセルラベル格納部１１の第１ボクセルラベル格納部１１ａ，１１ｂ内に、色情報ラベルと色情報格納部１２の第１色情報格納部１２ａ，１２ｂ内に、それぞれ格納している。
よって、マウス４等を用いて肝臓２２の一部を切削するように指示入力した場合には、肝臓２２は切削対象物であるため、Ｓ１０において、ボクセルラベル設定部１８が、肝臓２２の切削部分Ｃのボクセルラベル値を更新すると同時に、Ｓ１１において、肝臓２２の切削部分Ｃの色情報ラベルを更新する。これにより、ディスプレイ２の表示画面上には、図７（ａ）に示すように、肝臓２２の切削部分Ｃを切り取った肝臓２２の内部が肝臓２２の表面とは若干異なる色で表示される。
【００４５】
ここで、本実施形態では、上述したＳ５において非切削対象物として指定された血管２３については、肝臓２２の切削部分Ｃに含まれている場合でも、切削部分Ｃに図７（ｂ）に示す血管２３のボクセルラベルを置き換えることで、図７（ｃ）に示すように、切削処理されることなく切削部分Ｃの部分に表示される。
具体的には、Ｓ１２において、非切削対象物として指定された血管２３については、切削処理後に、切削部分Ｃにおけるボクセル情報および色情報と血管２３のボクセル情報および色情報とを置換する。
【００４６】
これにより、ディスプレイ２の表示画面上には、切削指示が入力された切削部分Ｃに含まれる肝臓２２の部分だけが切削された状態で表示されるとともに、非切削対象物として指定された血管２３については切削されない状態で表示される。この結果、手術シミュレーションを実施した医師等は、切削対象物である肝臓２２の一部（切削部分Ｃ）を切り取った際に、切削部分Ｃ内に血管２３がどのように位置しているのかを、複数人の間で情報を共有しつつ、同時に認識することができる。
【００４７】
また、本実施形態では、切削対象物である肝臓２２と非切削対象物である血管２３とに対して互いに異なる色情報が設定しているため、図７（ｃ）に示すように、赤色で表示される血管２３の位置や形状をより正確に認識することができる。
さらに、本実施形態では、例えば、マウスボタンのＯＮ／ＯＦＦによって切削開始／終了の切り替えを行うことができるため、医師等の使用者は３次元表示画面を見ながらマウスボタンＯＮ時にマウス４をドラッグ操作することで、意図した肝臓２２の一部領域の切削を容易かつ連続的に行うことができる。
【００４８】
また、本実施形態では、メモリ９の更新を、パーソナルコンピュータ１の電源ＯＦＦ時に行うことができる。医師等の使用者がマウス４のマウスボタンを押下しながらドラッグを開始すると、ボリュームレンダリング演算部１３の情報のみをメモリ９内において更新することで、視覚的に使用者へインタラクティブの切削機能を提供することができる。
このとき、メモリ９を更新せず、作業中のボリュームラベルを一時的に保存しておく。そして、使用者がマウスボタンを離す際に、一時保存しておいたメモリ内容をメモリ９へ反映させる。これにより、使用者は一度のドラッグ操作において、切削対象物である肝臓２２の表面から一定の深さまで切削されたように表示することができ、過度に切削された状態で表示されることを防ぐことができる。
【００４９】
また、本実施形態では、ボクセルラベルを初期のボクセル情報と同サイズとしているが、より細かい切削を表現するには、ボクセルラベルをより小さいサイズのボクセルラベルとして生成してもよい。本手法では、ボクセル情報を直接編集せず、ボクセルラベルに時刻情報を持たせることで、Ｕｎｄｏ（元に戻す）やＲｅｄｏ（再入力）などの操作に対応することも可能である。
また、本実施形態では、マウス４を平面的に動かすだけで手術シミュレーションを行うことができる。よって、この点からも適切な手術シミュレーションを行うことができる。
【００５０】
［他の実施形態］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００５１】
（Ａ）
上記実施形態では、切削シミュレーション装置として本発明を実現した例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、図５（ａ）および図５（ｂ）に示す制御方法をコンピュータに実行させる切削シミュレーションプログラムとして、本発明を実現してもよい。
さらに、この切削シミュレーションプログラムを格納した記録媒体として、本発明を実現してもよい。
【００５２】
（Ｂ）
上記実施形態では、非切削対象物として指定された血管２３については、切削処理後に、切削部分Ｃにおけるボクセル情報および色情報と血管２３のボクセル情報および色情報とを置換するように制御される例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５３】
例えば、切削部分におけるボクセル情報だけを非切削対象物のボクセル情報と置換するように制御してもよい。
ただし、図７（ｃ）に示すように、非切削対象物である血管を分かり易く表示するという点では、切削対象物とは異なる色情報が設定された非切削対象物の色情報も併せて置換するように制御することがより好ましい。
【００５４】
（Ｃ）
上記実施形態では、３次元画像を形成するための断層画像情報として、Ｘ線ＣＴ画像を用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、放射線を使用しない核磁気共鳴画像（ＭＲＩ）によって取得された断層画像情報等を用いて３次元画像を形成してもよい。
【００５５】
（Ｄ）
上記実施形態では、本発明に係る切削シミュレーションの一例として、切削対象物として肝臓２２、非切削対象物として血管２３、をそれぞれ指定した例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、胃や肺、腎臓、すい臓、大腸、小腸、十二指腸等の他の臓器や骨を切削対象物として設定してもよい。あるいは、神経や骨周辺に存在する腫瘍等を切削するシミュレーションを実施する場合には、非切削物として神経、あるいは骨を設定してもよい。
さらに、非切削対象物として血管の種類まで指定した場合には、ＣＴ値を適切に指定することで、動脈や静脈を見分けられるように色分けして表示することも可能である。
【００５６】
（Ｅ）
上記実施形態では、マウス４によって切削指示されたボクセルラベル１４における切削対象物の輝度情報および色情報の両方を変化させた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、表示対象物の輝度情報および色情報のうち、少なくとも一方を変化させるように表示制御してもよい。
【００５７】
（Ｆ）
上記実施形態では、切削されたボクセルの体積を算出する被切削ボクセルラベル算出表示部１９の出力として、マウス４によって入力された切削量（体積）をディスプレイ２に表示してもよい。
あるいは、マウス４によって入力された切削深さを、ディスプレイ２に表示してもよい。
【００５８】
（Ｇ）
上記実施形態では、ディスプレイ２の表示画面上に表示される３次元画像を見ながら、切削シミュレーションを実施する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、ボリュームレンダリングの結果を示す３次元画像に、２次元の断層画像をディスプレイに追加して投影し、２次元の断層画像に対して切削動作を実施してもよい。
この場合でも、切削動作が３次元画像に反映されるように、切削シミュレーションを実施することができる。
【００５９】
（Ｈ）
本発明においては、ボクセル情報格納部１０に格納されたボクセル情報を、ディスプレイ２に２次元あるいは３次元画像に変換して表示させると共に、ディスプレイ２に表示された切削対象部におけるマウス４で指示された部分の色情報を変更する色情報設定部２１を設けてもよい。
【００６０】
つまり、ディスプレイ２上に表示された切削対象部について、例えば、医者として気になる部分に意図的に色を付けておき、その状態でボクセルラベル１４の集合体をボクセルラベル格納部１１に格納させておけばよい。
これにより、この情報から切り出される多方面からの表示に色情報を付加した情報が反映される。よって、切削対象物における気になる部分を立体的に全周から観察することができ、かつこの切削シミュレーションも行うことができる。
【００６１】
（Ｉ）
本発明においては、内視鏡手術をシミュレーションすることも可能である。この場合には、ボリュームレンダリング演算部１３において、内視鏡に設けられた魚眼レンズ等の収束特性を座標変換テーブルとして用いればよい。
【００６２】
（Ｊ）
本発明においては、視点を複数持ち、各視点ごとに作成したボリュームレンダリング演算部１３の出力画像を複数個のメモリに蓄積し、メモリからの出力を順次ディスプレイに表示させ、立体視画像を生成してもよい。
この場合には、それぞれの画像出力に同期した液晶めがね等を使用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明の切削シミュレーション装置は、切削対象物の内部に存在する血管や神経等を可視化することで、実際の手術プロセスを詳細に表現することができるという効果を奏することから、外科的な手術の切削シミュレーションを実施する装置として広く活用が期待される。
【符号の説明】
【００６４】
１      パーソナルコンピュータ（切削シミュレーション装置）
２      ディスプレイ（表示部）
３      キーボード（入力部）
４      マウス（入力部）
５      タブレット（入力部）
６      断層画像情報取得部
７      ボクセル情報抽出部
８      断層画像情報部
９      メモリ
１０      ボクセル情報格納部
１１      ボクセルラベル格納部
１１ａ〜１１ｃ  第１〜第３ボクセルラベル格納部
１２      色情報格納部
１３      ボリュームレンダリング演算部
１４      ボクセルラベル
１５      深さ検出部
１６      バス
１７      深さ制御部
１８      ボクセルラベル設定部（表示制御部）
１９      被切削ボクセルラベル算出表示部
２０      ウィンドウ座標取得部
２１      色情報設定部
２１ａ〜２１ｃ  第１〜第３色情報設定部
２２      肝臓
２３      血管
Ｃ      切削部分
【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７】
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