(57)【要約】三次元画像と実体モデルとを互いに関連づけたシミュレーションを行うことができる医療用シミュレーション装置を提供する。下顎歯列模型６２の移動前後において、その下顎歯列模型６２の表面上の計測対象マークＭＰ１，ＭＰ２，ＭＰ３について、３つの基準マークＭＫ１，ＭＫ２，ＭＫ３で定まる座標系における座標が取得される。この取得された座標は、基準マークＭＫ１，ＭＫ２，ＭＫ３と基準マークＰＫ１，ＰＫ２，ＰＫ３との関係に基づき、基準マークＰＫ１，ＰＫ２，ＰＫ３で定まる座標系の座標に変化される。そして、下顎歯列模型６２の移動前後の座標変化が求められ、この求められた座標変化に基づいて、ディスプレイ５に表示されている三次元画像中の予め指定した領域が移動される。
2003037204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の三次元画像を表示する画像表示手段と、
患者の実体モデル上の少なくとも３つの基準点および三次元画像上の少なくとも３つの基準点を用いて実体モデルと三次元画像とを関連づけておき、実体モデルにおける変化に応じて三次元画像を変化させる表示制御手段と
を含むことを特徴とする医療用シミュレーション装置。
【請求項２】
上記実体モデルにおける変化とは、実体モデルの所定部分を移動させることを含み、
上記表示制御手段は、実体モデル上の上記基準点と三次元画像上の上記基準点との関係に基づいて、上記所定部分の移動の前後における当該所定部分上の少なくとも３つの点に相当する三次元画像上の各点の座標変化を求め、この求めた座標変化に基づいて、三次元画像中の上記所定部分に対応する領域を移動させるものであることを特徴とする請求項１記載の医療用シミュレーション装置。
【請求項３】
上記実体モデルは、上下顎歯列模型であって、
上記所定部分は、上顎歯列模型または下顎歯列模型であることを特徴とする請求項２記載の医療用シミュレーション装置。
【請求項４】
上記実体モデルは、石膏または樹脂材料を用いて、患者の実体に基づいて作成された模型であって、
上記所定部分は、患者の実体において外科手術で移動させるべき部位に対応する部分であることを特徴とする請求項２または３記載の医療用シミュレーション装置。
【請求項５】
上記実体モデルにおける変化とは、実体モデル上に点または線分を描画することを含み、
上記表示制御手段は、実体モデル上の上記基準点と三次元画像上の上記基準点との関係に基づいて、実体モデル上に描画された点または線分上の各点に相当する三次元画像上の各点の座標を求め、この求めた各点の座標に基づいて、実体モデル上に描画された点または線分に相当する画像を三次元画像中に表示させるものであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の医療用シミュレーション装置。
【請求項６】
患者の三次元画像を画像表示手段に表示させ、
実体モデル上の少なくとも３つの基準点および三次元画像上の少なくとも３つの基準点を用いて実体モデルと三次元画像とを関連づけておいて、
実体モデルにおける変化に応じて、上記画像表示手段に表示された三次元画像を変化させることを特徴とする医療用シミュレーション装置における三次元画像の表示制御方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、たとえば、外科手術における術式確認や術後予測などのシミュレーションを行うための医療用シミュレーション装置およびこのような医療用シミュレーション装置における三次元画像の表示制御方法に関する。
従来技術
医療において、レントゲン写真のトレースや実体モデル（石膏または樹脂などで作成した模型）を用いたシミュレーションを行い、そのシミュレーション結果に基づいて術式の確認や術後の予測を行うことがある。口腔外科や形成外科を例にとると、たとえば、上顎骨または下顎骨の前突（いわゆる、出っ歯または受け口）や顎変形症の治療のための外科矯正手術の際に、術式の確認や術後の予測のためのシミュレーションが行われる。
外科矯正手術では、上下の顎骨間の位置決めに、上下の歯列の咬み合わせ（咬合）を無視することはできない。歯（臼歯）の咬合面は、山状の咬頭と咬頭間で谷状に窪んだ溝部を有するため、上下の歯の咬頭同士が接触する場合と上下一方の歯の咬頭と他方の歯の溝部とが接触する場合とで、咬合高径（咬合時における上下の顎骨間の距離）に差異が現れる。たとえば、図７（ａ）に示すように、左右両側において、上下一方の歯の咬頭とこれに対向する他方の歯の溝部とが接触するような咬合をなす場合、上顎歯列の正中線ＣＬｕと下顎歯列の正中線ＣＬｄとは一致する。しかし、図７（ｂ）に示すように、右側において上下の歯の咬頭同士が接触し、左側において上下一方の歯の咬頭とこれに対向する他方の歯の溝部とが接触するような咬合をなす場合、右側における咬合高径が左側における咬合高径よりも大きくなり、下顎歯列の正中線ＣＬｄが傾いた状態になる。この場合、臨床では、歯の接触状態を改善するための歯の移動または削合を行う必要が生じる。このような術後に生じる問題点やその解決方法を確認するために、顎骨（とくに下顎骨）を移動させる外科矯正手術に際しては、従来から種々のシミュレーションが行われている。
たとえば、頭部レントゲン規格写真または顔貌写真を用いたシミュレーション（ペーパサージェリ）が行われている。このペーパサージェリは、骨格的なバランスに関する予測診断のためのシミュレーションであって、外科矯正手術後の骨格の形態的な変化を確認することができるが、二次元的な情報しか得ることができないため、歯の接触状態を確認することはできない。そこで、歯列模型を用いたシミュレーション（モデルサージェリ）が併せて行われ、このモデルサージェリによって咬合状態に関する予測診断が行われている。
しかしながら、ペーパサージェリによる二次元的な画像情報とモデルサージェリによる三次元的な画像情報とを互いに反映および関連させることは困難であるため、ペーパサージェリとモデルサージェリとの組合せでは、歯の接触状態による顔貌の変化まで予測することはできない。
そこで、近年、ＣＴ装置またはＭＲＩ装置などの断層撮影装置で取得した多断層データをコンピュータ上で立体構築し、その構築された三次元画像（立体画像）をディスプレイに表示させて、ディスプレイ上で三次元画像を用いたシミュレーションを行うことができるような装置の開発が進められている。現存する装置では、ディスプレイ上で、三次元画像の任意の部分を切り取り、これを三次元的に移動させることが可能である。しかし、下顎骨の画像を切り取って、その切り取った画像を上下歯列が重なり合わないで上手く接触するように移動させることは困難であるため、歯の接触状態をディスプレイ上で確認することはできず、歯の接触状態による顔貌の変化を確認することはできない。
発明の開示
この発明は、上述のような背景の下になされたものであり、その目的は、三次元画像と実体モデルとを互いに関連づけたシミュレーションを行うことができる医療用シミュレーション装置を提供することである。
また、この発明の他の目的は、三次元画像と実体モデルとを互いに関連づけたシミュレーションを行うことができる医療用シミュレーション装置における三次元画像の表示制御方法を提供することである。
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、患者の三次元画像を表示する画像表示手段（５）と、患者の実体モデル（６，８，９，１０）上の少なくとも３つの基準点（ＭＫ１，ＭＫ２，ＭＫ３）および三次元画像上の少なくとも３つの基準点（ＰＫ１，ＰＫ２，ＰＫ３）を用いて実体モデルと三次元画像とを関連づけておき、実体モデルにおける変化に応じて三次元画像を変化させる表示制御手段とを含むことを特徴とする医療用シミュレーション装置である。
請求項２記載の発明は、上記実体モデルにおける変化とは、実体モデルの所定部分を移動させることを含み、上記表示制御手段は、実体モデル上の上記基準点と三次元画像上の上記基準点との関係に基づいて、上記所定部分の移動の前後における当該所定部分上の少なくとも３つの点（ＭＰ１，ＭＰ２，ＭＰ３）に相当する三次元画像上の各点の座標変化を求め、この求めた座標変化に基づいて、三次元画像中の上記所定部分に対応する領域を移動させるものであることを特徴とする請求項１記載の医療用シミュレーション装置である。
請求項３記載の発明は、上記実体モデルは、上下顎歯列模型であって、上記所定部分は、上顎歯列模型または下顎歯列模型であることを特徴とする請求項２記載の医療用シミュレーション装置である。
なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
この発明によれば、実体モデルにおける変化に応じて、画像表示手段に表示された三次元画像を変化させることができる。
請求項２の発明では、実体モデルの所定部分を移動させると、その移動に応じて、画像表示手段に表示されている患者の三次元画像中の当該所定部分に対応する領域が移動する。この医療用シミュレーション装置を用いれば、たとえば、上顎歯列模型および下顎歯列模型を作成し、上顎歯列と下顎歯列との接触状態が良好となるように下顎歯列模型を上顎歯列模型に対して移動させることにより、上顎歯列と下顎歯列の接触状態といった機能的な情報を、患者の三次元画像の変化に反映させることができる。これにより、歯科医師は、三次元画像の変化に基づいて、好ましい咬合状態および頭部全体の形態変化を達成するためには、外科矯正手術で移動させる下顎骨をどの位置で固定し、施術後の歯列矯正によってどの歯をどのように移動させればよいかを決定することができる。この場合、実体モデルが上下顎歯列模型であって、実体モデルの所定部分が下顎歯列模型に相当する。
なお、上記実体モデルは、請求項４に記載のように、上記実体モデルは、石膏または樹脂材料を用いて、患者の実体に基づいて作成された模型であってもよく、この場合、上記所定部分は、患者の実体において外科手術で移動させるべき部位に対応する部分となる。
請求項５記載の発明は、上記実体モデルにおける変化とは、実体モデル上に点または線分を描画することを含み、上記表示制御手段は、実体モデル上の上記基準点と三次元画像上の上記基準点との関係に基づいて、実体モデル上に描画された点または線分上の各点に相当する三次元画像上の各点の座標を求め、この求めた各点の座標に基づいて、実体モデル上に描画された点または線分に相当する画像を三次元画像中に表示させるものであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の医療用シミュレーション装置である。
この発明によれば、実体モデル上に描画した点または線分を三次元画像中に忠実に表示させることができる。
また、実体モデルに人工歯根などの他の部材を付加することを実体モデル上への線分の描画と考えれば、たとえば、人工歯根の植立シミュレーションを行うことができる。
従来、人工歯根を顎骨に植立する際には、その植立方向や深さなどの診査を、頭部レントゲン規格写真または顔貌写真を用いたシミュレーション（ペーパサージェリ）および歯列模型を用いたシミュレーション（モデルサージェリ）によって行っていた。しかし、ペーパサージェリによる二次元的な画像情報とモデルサージェリによる三次元的な画像情報とを互いに反映および関連させることが困難である。そこで、最近では、ＣＴ装置またはＭＲＩ装置などの断層撮影装置で取得した多断層データに基づく三次元画像を用いたシミュレーションとモデルサージェリとにより、人工歯根の植立方向や深さなどの診査を行う試みがなされている。ところが、三次元画像上で診査した人工歯根の植立方向や深さに基づいて、歯列模型に人工歯根を植立するシミュレーションを行っても、そのシミュレーションの結果が三次元画像上で診査した通りであるかどうかを確認することはできない。
これに対し、上記の発明によれば、実体モデルに人工歯根を挿入して、この挿入した人工歯根に対応する画像を三次元画像中に表示させることにより、歯科医師は、人工歯根の植立方向や深さが適切であるかどうかを確認することができ、人工歯根の植立方向や深さを適切に決定することができる。
請求項６記載の発明は、患者の三次元画像を画像表示手段（５）に表示させ、実体モデル上の少なくとも３つの基準点（ＭＫ１，ＭＫ２，ＭＫ３）および三次元画像上の少なくとも３つの基準点（ＰＫ１，ＰＫ２，ＰＫ３）を用いて実体モデルと三次元画像とを関連づけておいて、実体モデルにおける変化に応じて、上記画像表示手段に表示された三次元画像を変化させることを特徴とする医療用シミュレーション装置における三次元画像の表示制御方法である。
この方法によれば、請求項１に関連して述べた効果と同様な効果を達成することができる。
発明の実施の形態
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る医療用シミュレーション装置の構成を示すブロック図である。この医療用シミュレーション装置は、たとえば、口腔外科または形成外科における外科矯正手術に際して、三次元画像を用いたシミュレーションを行うための装置であり、マイクロプロセッサおよびハードディスクを内蔵した装置本体１を備えている。
装置本体１には、データやコマンドなどを入力するためのキーボードやマウスなどの入力デバイス２と、ＤＶＤ（ディジタルビデオディスク）などのリムーバブルディスク３に対するデータの書込および読出のためのリムーバブルディスクリーダ／ライタ４と、三次元画像を表示するためのディスプレイ５と、実体モデル６の表面上の任意の点について、予め定められた３点で定まる座標系における座標を取得するための三次元計測器７とが接続されている。
図２は、シミュレーション実行時の処理動作の流れを示すフローチャートである。この医療用シミュレーション装置において外科矯正手術のシミュレーションを行うためには、その外科矯正手術を受ける患者の頭部の多断層画像データが必要である。
多断層画像データは、たとえば、ＣＴ装置またはＭＲＩ装置などの断層撮影装置で多数枚の断層写真を撮影することによって取得され、リムーバブルディスク３を介して、医療用シミュレーション装置の装置本体１に入力されるようになっている。すなわち、断層撮影装置で取得された多断層画像データは、リムーバブルディスク３に書き込まれる。この多断層画像データが書き込まれたリムーバブルディスク３がリムーバブルディスクリーダ／ライタ４にセットされて、入力デバイス２から装置本体１にデータ読み込み指令が入力されると、リムーバブルディスクリーダ／ライタ４によってリムーバブルディスク３から多断層画像データが読み出され、その読み出された多断層画像データが装置本体１に与えられる（ステップＳ１）。こうして装置本体１に読み込まれた多断層画像データは、装置本体１に内蔵されているハードディスクに保存される（ステップＳ２）。
その後、入力デバイス２から装置本体１に三次元画像表示指令が与えられると（ステップＳ３でＹＥＳ）、装置本体１内のハードディスクに保存されている多断層画像データが立体構築されて、三次元画像データが生成される。そして、その三次元画像データに基づいて、患者の頭部の頭蓋顔面顎骨の三次元画像がディスプレイ５に表示される（ステップＳ４）。
また、この医療用シミュレーション装置において外科矯正手術のシミュレーションを行うためには、外科矯正手術を受ける患者の上顎歯列模型および下顎歯列模型（実体モデル）が必要である。そこで、このシミュレーションの開始前に、図３（ａ）に示すような上顎歯列模型６１および下顎歯列模型６２が、石膏または樹脂材料などを用いて、患者の実体に基づいて作成されている。上顎歯列模型６１の表面には、三次元計測器７を用いて座標を取得する際に座標系を定めるための基準点として、３つの基準マークＭＫ１，ＭＫ２，ＭＫ３が付されている。また、下顎歯列模型６２の表面には、３つの計測対象マークＭＰ１，ＭＰ２，ＭＰ３が付されている。
歯科医師またはオペレータは、上顎歯列模型６１を予め定める位置に固定し、さらに、下顎歯列模型６２を上顎歯列模型６１との咬み合わせが患者の現状の咬み合わせと同じになるように配置する。その後、入力デバイス２を操作して、装置本体１に基準点座標取得指令を入力する。また、歯科医師またはオペレータは、入力デバイス２を操作して、ディスプレイ５に表示されている三次元画像上で、上顎歯列模型６１に付されている基準マークＭＫ１，ＭＫ２，ＭＫ３とそれぞれ対応する位置に基準マークＰＫ１，ＰＫ２，ＰＫ３を描く。
装置本体１に基準点座標取得指令が入力されると（ステップＳ５でＹＥＳ）、三次元計測器７により、下顎歯列模型６２の表面上の計測対象マークＭＰ１，ＭＰ２，ＭＰ３について、３つの基準マークＭＫ１，ＭＫ２，ＭＫ３で定まる座標系における座標（以下「モデル座標」という。）が取得される（ステップＳ６）。この取得された計測対象マークＭＰ１，ＭＰ２，ＭＰ３のモデル座標は、装置本体１に与えられて、基準マークＭＫ１，ＭＫ２，ＭＫ３と基準マークＰＫ１，ＰＫ２，ＰＫ３との関係に基づき、基準マークＰＫ１，ＰＫ２，ＰＫ３で定まる座標系の座標（以下「画像座標」という。）に変換される（ステップＳ７）。すると、図３（ｂ）に示すように、その座標変換により得られた各画像座標の位置ＰＰ１，ＰＰ２，ＰＰ３が、ディスプレイ５に表示されている三次元画像上に表示される（ステップＳ８）。
次に、歯科医師は、下顎歯列模型６２を、図３（ｃ）に示すように、上顎骨または下顎骨の前突もしくは顎変形症が治り、かつ、上顎歯列と下顎歯列とが良好に咬合する位置に移動させる。その後、歯科医師またはオペレータは、入力デバイス２を操作して、装置本体１に座標取得指令を入力する。また、入力デバイス２を操作して、ディスプレイ５に表示されている三次元画像上で、外科矯正手術によって移動させるべき顎骨に相当する領域（ハッチングを付した領域）を指定する。
下顎歯列模型６２の移動後、装置本体１に座標取得指令が入力されると（ステップＳ９でＹＥＳ）、三次元計測器７によって、その移動後の下顎歯列模型６２の表面上の計測対象マークＭＰ１，ＭＰ２，ＭＰ３のモデル座標が取得される（ステップＳ１０）。この取得された計測対象マークＭＰ１，ＭＰ２，ＭＰ３のモデル座標は、装置本体１に与えられ、基準マークＭＫ１，ＭＫ２，ＭＫ３と基準マークＰＫ１，ＰＫ２，ＰＫ３との関係に基づいて、画像座標に座標変換される（ステップＳ１１）。
その後、下顎歯列模型６２の移動前後における計測対象マークＭＰ１，ＭＰ２，ＭＰ３の画像座標の変化に基づいて、三次元画像中の外科矯正手術によって移動させるべき顎骨に相当する領域（移動対象領域）の移動方向および移動量が算出される（ステップＳ１２）。すなわち、三次元画像中の移動対象領域内のすべての点について、計測対象マークＭＰ１，ＭＰ２，ＭＰ３の画像座標の変化に応じた移動方向および移動量が算出される。そして、その算出された移動方向および移動量に基づいて、図３（ｄ）に示すように、三次元画像中の移動対象領域が移動される（ステップＳ１３）。
領域移動後は、入力デバイス２から装置本体１に三次元画像表示終了指令が与えられたか否かが判断される（ステップＳ１４）。三次元画像表示終了指令が与えられていない場合には、ステップＳ９に戻って、入力デバイス２から装置本体１に座標取得指令が与えられたか否かが判断される。これらの座標取得指令または三次元画像表示終了指令が与えられたか否かの判断は、座標取得指令または三次元画像表示終了指令のどちらかが与えられるまで繰り返される。そして、その間に座標取得指令が与えられた場合には（ステップＳ９でＹＥＳ）、上述のステップＳ１０〜Ｓ１３の処理が行われる。また、三次元画像表示終了指令が与えられると（ステップＳ１４でＹＥＳ）、この医療用シミュレーション装置における外科矯正手術のシミュレーションが終了される。
以上のように、この医療用シミュレーション装置では、下顎歯列模型６２を移動させると、その移動に応じて、ディスプレイ５に表示されている患者の三次元画像中の予め指定した領域（外科矯正手術によって移動させるべき顎骨に相当する領域）が移動する。すなわち、この医療用シミュレーション装置では、上顎歯列と下顎歯列の接触状態といった機能的な情報を、患者の三次元画像の変化に反映させることができる。これにより、歯科医師は、ディスプレイ５の表示に基づいて、好ましい咬合状態および頭部全体の形態変化を達成するためには、外科矯正手術で移動させる下顎骨をどの位置で固定し、施術後の歯列矯正によってどの歯をどのように移動させればよいかを決定することができる。
また、患者の頭部の多断層画像データには、皮膚および皮下組織などの軟組織の画像データも含まれているから、これに基づいて、図３（ｅ）に示すように、患者の軟組織を含む三次元画像をディスプレイ５に表示させることができる。そして、下顎歯列模型６２の移動に応じて、三次元画像中の外科矯正手術によって移動させるべき顎骨およびこの顎骨に付帯する軟組織に相当する領域を移動させることにより、図３（ｆ）に示すように、施術後の患者の軟組織を含む三次元画像をディスプレイ５に表示させることができる。これにより、外科矯正手術による患者の顔貌の変化を容易に予測および評価することができる。
図４は、この発明の他の実施形態について説明するための図である。上述の実施形態においては、シミュレーションの開始前に、実体モデルとしての上顎歯列模型６１および下顎歯列模型６２が、患者の実体に基づいて作成されているとした。これに対し、この実施形態では、患者の多断層画像データを立体構築して生成された三次元画像データに基づいて、患者の顔面頭蓋顎骨の実体モデル８が作成される。そして、その実体モデル８と顔面頭蓋顎骨の三次元画像とを関連づけたシミュレーションを行うことができる。
すなわち、患者の多断層画像データが装置本体１（図１参照）に読み込まれた後、三次元画像表示指令が与えられると、その多断層画像データに基づいて三次元画像データが生成され、図４（ａ）に示すように、患者の頭部の頭蓋顔面顎骨の三次元画像がディスプレイ５に表示される。
その後、歯科医師またはオペレータは、たとえば、ディスプレイ５に表示されている三次元画像上で、外科矯正手術によって移動させるべき顎骨に相当する領域（ハッチングを付した領域）を指定する。そして、その指定した移動対象領域上に３つのマークＰＰ１，ＰＰ２，ＰＰ３を入力し、また、その指定した領域対象領域以外の領域上に座標系を定めるための３つの基準マークＰＫ１，ＰＫ２，ＰＫ３を入力する。
マークＰＰ１，ＰＰ２，ＰＰ３および基準マークＰＫ１，ＰＫ２，ＰＫ３の入力後、これらのマークＰＰ１，ＰＰ２，ＰＰ３および基準マークＰＫ１，ＰＫ２，ＰＫ３に関するデータを含む三次元画像データを立体モデル生成装置（図示せず）に与える。立体モデル生成装置は、たとえば、光造形法により立体モデルを生成する装置であり、かかる三次元画像データが与えられると、その三次元画像データに基づいて、患者の頭部の頭蓋顔面顎骨の立体モデル（実体モデル）８を生成する。この生成された実体モデル８には、図４（ｂ）に示すように、マークＰＰ１，ＰＰ２，ＰＰ３および基準マークＰＫ１，ＰＫ２，ＰＫ３とそれぞれ対応する位置に、計測対象マークＭＰ１，ＭＰ２，ＭＰ３および基準マークＭＫ１，ＭＫ２，ＭＫ３が付されている。
次に、歯科医師またはオペレータは、たとえば、実体モデル８の頭蓋部分を予め定める位置に固定し、装置本体１に座標取得指令を入力する。装置本体１に座標取得指令が入力されると、三次元計測器７（図１参照）により、実体モデル８に付されている計測対象マークＭＰ１，ＭＰ２，ＭＰ３についてのモデル座標（３つの基準マークＭＫ１，ＭＫ２，ＭＫ３で定まる座標系における座標）が取得される。この取得された計測対象マークＭＰ１，ＭＰ２，ＭＰ３のモデル座標は、装置本体１に与えられ、基準マークＭＫ１，ＭＫ２，ＭＫ３と基準マークＰＫ１，ＰＫ２，ＰＫ３との関係に基づいて、画像座標（基準マークＰＫ１，ＰＫ２，ＰＫ３で定まる座標系の座標）に座標変換される。
その後、歯科医師は、実体モデル８の下顎骨部分を、図４（ｃ）に示すように、上顎骨または下顎骨の前突もしくは顎変形症が治り、かつ、上顎歯列と下顎歯列とが良好に咬合する位置に移動させ、さらに、装置本体１に座標取得指令を入力する。装置本体１に座標取得指令が入力されると、三次元計測器７によって、その移動後の計測対象マークＭＰ１，ＭＰ２，ＭＰ３のモデル座標が取得される。この取得された計測対象マークＭＰ１，ＭＰ２，ＭＰ３のモデル座標は、装置本体１に与えられ、基準マークＭＫ１，ＭＫ２，ＭＫ３と基準マークＰＫ１，ＰＫ２，ＰＫ３との関係に基づいて、画像座標に座標変換される。
すると、実体モデル８の下顎骨部分の移動前後における計測対象マークＭＰ１，ＭＰ２，ＭＰ３の画像座標の変化に基づいて、三次元画像中の先に指定された移動対象領域の移動方向および移動量が算出される。すなわち、三次元画像中の移動対象領域内のすべての点について、計測対象マークＭＰ１，ＭＰ２，ＭＰ３の画像座標の変化に応じた移動方向および移動量が算出される。そして、その算出された移動方向および移動量に基づいて、図４（ｄ）に示すように、三次元画像中の移動対象領域が移動される。
したがって、歯科医師は、実体モデル８の移動前後における三次元画像の変化に基づいて、好ましい咬合状態および頭部全体の形態変化を達成するためには、外科矯正手術で移動させる下顎骨をどの位置で固定し、施術後の歯列矯正によってどの歯をどのように移動させればよいかを決定することができる。また、上述の実施形態の場合と同様に、患者の頭部の多断層画像データに含まれている軟組織の画像データに基づいて、図４（ｅ），（ｆ）に示すように、施術前後の患者の軟組織を含む三次元画像をディスプレイ５に表示させることにより、外科矯正手術による患者の顔貌の変化を容易に予測および評価することもできる。
以上、この発明の２つの実施形態について、外科矯正手術で下顎骨を移動させる場合のシミュレーションを例にとって説明したが、これ以外のシミュレーションも行うことができる。
たとえば、図５（ａ）に示すように、頭蓋顔面上顎骨の三次元画像をディスプレイ５に表示させた後、光造形法などによって、図５（ｂ）に示すような三次元画像に応じた実体モデル９を作成する。その後、図５（ｃ）に破線で示すように、実体モデル９上に手術の際の切断線を書き込む。そして、この書き込んだ切断線上の各点のモデル座標を三次元計測器７（図１参照）によって取得し、その取得したモデル座標を装置本体１（図１参照）に与えることにより、図５（ｄ）に示すように、実体モデル９上に書き込んだ切断線に相当する線を三次元画像中に表示させることができる。こうすることにより、実体モデル９に書き込んだ切断線を見ながら、歯科医師またはオペレータが手作業（たとえば、マウス操作）で三次元画像中に切断線を描く場合よりも、三次元画像中の正確な位置に切断線を表示させることができる。さらに、三次元画像を表示させるために装置本体１に取り込まれた多断層画像データに基づいて、図５（ｅ）に示すように、三次元画像中に表示された切断線に沿った断面画像をディスプレイ５に表示させることができる。これにより、切断による影響などを予測することができ、最も好ましい切断位置を設定することができる。
また、人工歯根の植立のシミュレーションを行うこともできる。たとえば、下顎骨に人工歯根を植立する場合、図６（ａ）に示すように、多断層画像データに基づく下顎骨の三次元画像をディスプレイ５に表示させた後、その三次元画像に応じた実体モデル１０を光造形法などによって作成する。次いで、図６（ｂ）に示すように、実体モデル１０に所定の長さの人工歯根１１を植立する。その後、人工歯根１１の上端点および挿入点（刺入点）のモデル座標を三次元計測器７（図１参照）によって取得し、その取得したモデル座標を装置本体１（図１参照）に与える。すると、装置本体１において人工歯根１１の上端点および挿入点のモデル座標の画像座標への変換が行われ、この座標変換により得られる人工歯根１１の上端点および挿入点の画像座標および予め入力されている人工歯根１１の長さに関するデータに基づいて、図６（ｃ）に示すように、人工歯根１１に相当する画像が三次元画像とともに表示される。これにより、ディスプレイ５を見て、人工歯根１１の植立方向や深さが適切であるかどうかを確認することができ、人工歯根１１の植立方向や深さを適切に決定することができる。また、三次元画像を表示させるために装置本体１に取り込まれた多断層画像データに基づいて、図６（ｄ），（ｅ）に示すように、下顎骨の断面画像をディスプレイ５に表示させて、人工歯根と傷つけてはならない組織（血管など）との位置関係を確認することも可能である。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、この発明の一実施形態に係る医療用シミュレーション装置の構成を示すブロック図である。
図２は、外科矯正手術で下顎骨を移動させる場合に行われるシミュレーション時の処理動作の流れを示すフローチャートである。
図３は、実体モデルに対する処置と患者の三次元画像との対応付けを説明するための図である。
図４は、この発明の他の実施形態について説明するための図である。
図５は、他のシミュレーションについて説明するための図である。
図６は、さらに他のシミュレーションについて説明するための図である。
図７は、外科矯正手術に際してシミュレーションが必要な理由について説明するための図である。
【図１】
2003037204.tif 000003
【図２】
2003037204.tif 000004
【図３】
2003037204.tif 000005
【図４】
2003037204.tif 000006
【図５】
2003037204.tif 000007
【図６】
2003037204.tif 000008
【図７】
2003037204.tif 000009
【国際調査報告】
2003037204.tif 000010
2003037204.tif 000011
2003037204.tif 000012
2003037204.tif 000013