(57)【要約】【課題】３次元加工機の加工ツールの先端の位置及び角度を容易に計算する。【解決手段】測定点の基準面について面対称な位置に在る点である置換点の位置データを求める置換点算出部２１１ａと、全ての置換点について他の全ての置換点との点間距離を求める点間距離算出部２１１ｂと、置換点の中から１の置換点を着目点として選択し、全ての着目点について、着目点との点間距離が所定の範囲内にある置換点である近隣置換点を抽出する抽出部２１１ｃと、着目点及び近隣置換点を用いて生体補綴物の形状を規定するポリゴンを生成するポリゴン生成部２１１ｄとを備え、ＲＡＭ２１２は、原始データを格納する原始データ記憶部２１２ａと、ポリゴン生成部２１１ｄによって生成されたポリゴンの頂点データを格納するポリゴン記憶部２１２ｂとを備えている。【選択図】      図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準面について左右方向に略面対称である形状を有する人体の一部が欠損した場合に使用される生体補綴物の製造システムにおいて、欠損した部位と略面対称の形状を有する部位における複数の測定点の位置データである原始データを用いて生体補綴物の型の加工用データを生成する生体補綴物の型のデータ加工プログラムであって、コンピュータを、
前記原始データを格納する原始データ記憶手段と、
前記測定点の前記基準面について面対称な位置に在る点である置換点の位置データを求める置換点算出手段と、
全ての置換点について他の全ての置換点との点間距離を求める点間距離算出手段と、
前記置換点の中から１の置換点を着目点として選択し、全ての着目点について、着目点との前記点間距離が所定の範囲内にある置換点である近隣置換点を抽出する抽出手段と、
前記着目点及び近隣置換点を用いて生体補綴物の形状を規定するポリゴンを生成するポリゴン生成手段と、
生成されたポリゴンの頂点データを格納するポリゴン記憶手段として機能させることを特徴とする生体補綴物の型のデータ加工プログラム。
【請求項２】
前記抽出手段は、前記近隣置換点として、前記着目点との前記点間距離が所定の範囲内にある置換点の中から前記点間距離が小さい方から所定の割合分の置換点を抽出することを特徴とする請求項１に記載の生体補綴物の型のデータ加工プログラム。
【請求項３】
前記所定の範囲内は、２〜５ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項１又は２に記載の生体補綴物の型のデータ加工プログラム。
【請求項４】
前記ポリゴン生成手段は、仮想３次元空間内における前記置換点を含む人体モデルの内部に設けられた第１基準点と前記着目点とを結ぶ直線である第１基準線を含み、且つ、互いに等角度をなす平面である分割平面で仮想３次元空間を仮想小空間に分割する仮想空間分割部と、
各仮想小空間に含まれる全ての近隣置換点の中から、前記近隣置換点と前記第１基準線との距離が最小となる最小距離置換点を求める最小点抽出部とを備え、
前記着目点と前記最小距離置換点とを頂点とするポリゴンを生成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の生体補綴物の型のデータ加工プログラム。
【請求項５】
前記空間分割部は、全ての近隣置換点の中から前記第１基準線との距離が最小となる点である最近隣点を求め、この最近隣点から前記第１基準線に下ろした垂線と前記第１基準線とを含む平面と隣接する前記分割平面とのなす角Θが次式で定義されることを特徴とする請求項４に記載の生体補綴物の型のデータ加工プログラム。
Θ＝３６０°／ｎ
（ただし、ｎ＝４以上の偶数）
【請求項６】
前記ポリゴン生成手段は、３角形ポリゴンを生成することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の生体補綴物の型のデータ加工プログラム。
【請求項７】
前記コンピュータを、更に、生体補綴物の型を加工するツールの先端の位置及び角度を求める先端条件算出手段として機能させることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の生体補綴物の型のデータ加工プログラム。
【請求項８】
前記ポリゴン記憶手段は、ポリゴン生成手段によって生成されたポリゴンの法線ベクトルデータを格納し、
前記先端条件算出手段は、前記置換点を含む仮想３次元空間内の人体モデルの内部に設けられた第２基準点を通り人体モデルの上下方向に延びる直線を第２基準線とし、この第２基準線と直交し所定間隔に配置された平面内に第２基準線を起点として半直線を所定角度毎に仮想的に生成する半直線生成部と、
前記ポリゴン生成手段によって生成されたポリゴンと前記半直線との交点の位置を求める交点算出部と、
前記交点の位置データを用いて生体補綴物の型を加工するツールの先端の位置を求める位置算出部と、
前記交点をその面内に含むポリゴンの法線ベクトルデータを用いて生体補綴物の型を加工するツールの先端の角度を求める角度算出部とを備えることを特徴とする請求項７に記載の生体補綴物の型のデータ加工プログラム。
【請求項９】
前記位置算出部は、１の半直線上にある前記交点の個数が１つであるか複数であるかを判定する第１判定部と、
前記交点の個数が複数である場合に、１の半直線上にある１の交点と他の全ての交点との点間距離が所定距離以上であるか否かを判定する第２判定部とを備え、
第１判定部によって、１の半直線上にある前記交点の個数が１つであると判定された場合には、その交点をツールの先端位置を求めるために使用する交点とし、
第１判定部によって、１の半直線上にある前記交点の個数が複数であると判定され、且つ、第２判定部によって所定距離未満であると判定された場合に、点間距離が所定距離未満である交点の一方をツールの先端位置を求めるために使用する交点とし、
第１判定部によって、１の半直線上にある前記交点の個数が複数であると判定され、且つ、第２判定部によって所定距離以上であると判定された場合に、点間距離が所定距離以上である交点の両方の交点をツールの先端位置を求めるために使用する交点とすることを特徴とする請求項８に記載の生体補綴物の型のデータ加工プログラム。
【請求項１０】
前記所定距離は、生体補綴物の型を加工するツールの直径の略２倍であることを特徴とする請求項９に記載の生体補綴物の型のデータ加工プログラム。
【請求項１１】
前記位置算出部は、第１判定部によって、１の半直線上にある前記交点の個数が複数であると判定され、且つ、第２判定部によって所定距離未満であると判定された場合に、点間距離が所定距離未満である交点の内、前記第２基準点を通り前記人体モデルの上下方向に延びる直線からの距離が大きい方の交点をツールの先端位置を求めるために使用する交点とすることを特徴とする請求項９または１０に記載の生体補綴物の型のデータ加工プログラム。
【請求項１２】
基準面に対して左右方向に略面対称である形状を有する人体の一部が欠損した場合に使用される生体補綴物の製造システムにおいて、欠損した部位と略面対称の形状を有する部位における複数の測定点の位置データである原始データを用いて生体補綴物の型の加工用データを生成する生体補綴物の型のデータ加工装置であって、
前記原始データを格納する原始データ記憶手段と、
前記測定点の前記基準面について面対称な位置に在る点である置換点の位置データを求める置換点算出手段と、
全ての置換点について他の全ての置換点との点間距離を求める点間距離算出手段と、
前記置換点の中から１の置換点を着目点として選択し、全ての着目点について、着目点との前記点間距離が所定の範囲内にある置換点である近隣置換点を抽出する抽出手段と、
前記着目点及び近隣置換点を用いて生体補綴物の形状を規定するポリゴンを生成するポリゴン生成手段と、
生成されたポリゴンの頂点データを格納するポリゴン記憶手段とを備えることを特徴とする生体補綴物の型のデータ加工装置。
【請求項１３】
欠損した部位と略面対称の形状を有する部位における複数の測定点の位置データである原始データを求める測定装置と、
請求項１２に記載の生体補綴物の型のデータ加工装置と、
前記生体補綴物の型のデータ加工装置によって求められたデータを用いて生体補綴物の型を加工する加工装置とを備えることを特徴とする生体補綴物の製造システム。
【請求項１４】
欠損した部位と略面対称の形状を有する部位における複数の測定点の位置データである原始データを求める工程と、
請求項１〜１１のいずれかに記載の生体補綴物の型のデータ加工プログラムを用いて前記原始データから生体補綴物の型の加工用データを求める工程と、
求められた加工用データを用いて生体補綴物の型を加工する工程とを備えることを特徴とする生体補綴物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基準面について左右方向に略面対称である形状を有する人体の一部が欠損した場合に使用される生体補綴物の製造システムにおいて、欠損した部位と略面対称の形状を有する部位における複数の測定点の位置データである原始データを用いて生体補綴物の型の加工用データを生成する生体補綴物の型のデータ加工プログラム、生体補綴物の型のデータ加工装置、生体補綴物の製造システム及び生体補綴物の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
基準面について左右方向に略面対称である形状を有する人体の一部が欠損した場合に使用される生体補綴物は、従来、欠損した部位と略面対称の形状を有する部位（正常な部位）の形状を型取りし、その形状に基づいて、欠損した部位が正常な場合の形状を推定し、手作りで作成されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一方、ＣＡＤ／ＣＡＭ技術の進展に伴い、複雑な形状を有する生体補綴物であっても、ＣＡＤによって生成された形状データを用いて生体補綴物の型を３次元加工機によって切削加工を行うことができるようになっている。また、センサ技術の進展に伴い、欠損した部位と略面対称の形状を有する部位（正常な部位）の形状データを容易に得ることが出来るセンサが開発されている。
【０００４】
そこで、基準面について左右方向に略面対称である形状を有する人体の一部が欠損した場合に使用される生体補綴物の型を、まず、欠損した部位と略面対称の形状を有する部位（正常な部位）をセンサによって測定し、次に得られた形状データを用いて３次元加工機によって切削加工を行う方法により製作することが考えられる。
【０００５】
しかし、センサによって測定される欠損した部位と略面対称の形状を有する部位（正常な部位）は、通常複雑な形状を有しているため、正確な形状を測定するために形状データは膨大なものとなる。この膨大な形状データを用いて３次元加工機によって切削加工を行う場合には、３次元加工機の加工ツールの先端の位置（以下、カットポイントという）及び角度の計算に膨大な処理が必要となる。
【０００６】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたもので、３次元加工機の加工ツールの先端の位置及び角度を容易に計算することの可能な生体補綴物の型のデータ加工プログラム、生体補綴物の型のデータ加工装置、生体補綴物の製造システム及び生体補綴物の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の生体補綴物の型のデータ加工プログラムは、基準面について左右方向に略面対称である形状を有する人体の一部が欠損した場合に使用される生体補綴物の製造システムにおいて、欠損した部位と略面対称の形状を有する部位における複数の測定点の位置データである原始データを用いて生体補綴物の型の加工用データを生成する生体補綴物の型のデータ加工プログラムであって、コンピュータを、前記原始データを格納する原始データ記憶手段と、前記測定点の前記基準面について面対称な位置に在る点である置換点の位置データを求める置換点算出手段と、全ての置換点について他の全ての置換点との点間距離を求める点間距離算出手段と、前記置換点の中から１の置換点を着目点として選択し、全ての着目点について、着目点との前記点間距離が所定の範囲内にある置換点である近隣置換点を抽出する抽出手段と、前記着目点及び近隣置換点を用いて生体補綴物の形状を規定するポリゴンを生成するポリゴン生成手段と、生成されたポリゴンの頂点データを格納するポリゴン記憶手段として機能させることを特徴としている。
【０００８】
上記のプログラムによれば、原始データ記憶手段に、原始データが格納されており、置換点算出手段によって、測定点の基準面について面対称な位置に在る点である置換点の位置データが求められる。そして、点間距離算出手段によって、全ての置換点について他の全ての置換点との点間距離が求められ、抽出手段によって、置換点の中から１の置換点が着目点として選択され、全ての着目点について、着目点との点間距離が所定の範囲内にある置換点である近隣置換点が抽出される。更に、ポリゴン生成手段によって、着目点及び近隣置換点を用いて生体補綴物の形状を規定するポリゴンが生成され、生成されたポリゴンの頂点データがポリゴン記憶手段に格納される。
【０００９】
従って、形状データがポリゴンの頂点データに加工されるため、３次元加工機の加工ツールの先端の位置及び角度を効率的に計算することの可能なデータであるポリゴンの頂点データが得られる。
【００１０】
請求項２に記載の生体補綴物の型のデータ加工プログラムは、前記抽出手段が、前記近隣置換点として、前記着目点との前記点間距離が所定の範囲内にある置換点の中から前記点間距離が小さい方から所定の割合分の置換点を抽出することを特徴としている。
【００１１】
上記のプログラムによれば、抽出手段によって、近隣置換点として、着目点との点間距離が所定の範囲内にある置換点の中から点間距離が小さい方から所定の割合分の置換点が抽出される。
【００１２】
従って、近隣置換点として点間距離が小さい方から所定の割合分の置換点が抽出されるため、ポリゴン生成手段によるポリゴンを生成するために使用される置換点の個数が減少し、ポリゴン生成手段の行う処理の負荷が軽減される。
【００１３】
請求項３に記載の生体補綴物の型のデータ加工プログラムは、前記所定の範囲内は、２〜５ｍｍの範囲内であることを特徴としている。上記のプログラムによれば、抽出手段によって、着目点との点間距離が２〜５ｍｍの範囲内にある置換点の中から点間距離が小さい方から所定の割合分の置換点が抽出される。従って、ポリゴン生成手段によって生成されるポリゴンの一辺の長さが２〜５ｍｍの範囲内になるため、生体補綴物を製造する対象である人体の一部の形状を適切に且つ効率的に表現することが可能となる。
【００１４】
請求項４に記載の生体補綴物の型のデータ加工プログラムは、前記ポリゴン生成手段が、仮想３次元空間内における前記置換点を含む人体モデルの内部に設けられた第１基準点と前記着目点とを結ぶ直線である第１基準線を含み、且つ、互いに等角度をなす平面である分割平面で仮想３次元空間を仮想小空間に分割する仮想空間分割部と、各仮想小空間に含まれる全ての近隣置換点の中から、前記近隣置換点と前記第１基準線との距離が最小となる最小距離置換点を求める最小点抽出部とを備え、前記着目点と前記最小距離置換点とを頂点とするポリゴンを生成することを特徴としている。
【００１５】
上記のプログラムによれば、空間分割部によって、仮想３次元空間内における置換点を含む人体モデルの内部に設けられた第１基準点と着目点とを結ぶ直線である第１基準線を含み、且つ、互いに等角度をなす平面である分割平面で仮想３次元空間が仮想小空間に分割され、最小点抽出部によって、各仮想小空間に含まれる全ての近隣置換点の中から、近隣置換点と第１基準線との距離が最小となる最小距離置換点が求められる。そして、ポリゴン生成手段によって、着目点と最小距離置換点とを頂点とするポリゴンが生成される。
【００１６】
従って、各仮想小空間に含まれる全ての近隣置換点の中から、近隣置換点と第１基準線との距離が最小となる最小距離置換点が求められ、着目点と最小距離置換点とを頂点とするポリゴンが生成されるため、ポリゴンの頂点が効率的に且つ適切に求められる。
【００１７】
請求項５に記載の生体補綴物の型のデータ加工プログラムは、前記空間分割部が、全ての近隣置換点の中から前記第１基準線との距離が最小となる点である最近隣点を求め、この最近隣点から前記第１基準線に下ろした垂線と前記第１基準線とを含む平面と隣接する前記分割平面のなす角Θが次式で定義されることを特徴としている。
Θ＝３６０°／ｎ
（ただし、ｎ＝４以上の偶数）
上記のプログラムによれば、空間分割部によって、全ての近隣置換点の中から第１基準線との距離が最小となる点である最近隣点を求められ、この最近隣点から第１基準線に下ろした垂線と第１基準線とを含む平面と隣接する分割平面とのなす角Θが次式で定義される。
Θ＝３６０°／ｎ
（ただし、ｎ＝４以上の偶数）
従って、最近隣点から第１基準線に下ろした垂線と第１基準線とを含む平面と隣接する分割平面とのなす角ΘがΘ＝３６０°／ｎ（ただし、ｎ＝４以上の偶数）で定義されるため、仮想３次元空間は分割平面によって均等に分割され、最小距離置換点が第１基準線を中心とする略円筒上に求められる。その結果、ポリゴンの頂点が適切な位置に求められる（歪な形状のポリゴンとならない）。
【００１８】
また、ポリゴンの頂点として求められる最近隣点が、隣接する２つの分割平面から等距離に位置するように分割平面が設定されるため、ポリゴンの頂点が更に適切な位置に求められる（歪な形状のポリゴンとならない）。
【００１９】
請求項６に記載の生体補綴物の型のデータ加工プログラムは、前記ポリゴン生成手段が、３角形ポリゴンを生成することを特徴としている。上記のプログラムによれば、ポリゴン生成手段によって、３角形ポリゴンが生成される。従って、生成されるポリゴンが３角形ポリゴンであるため、形状の表現の自由度が高く、且つ、処理が容易なポリゴンが生成される。
【００２０】
請求項７に記載の生体補綴物の型のデータ加工プログラムは、前記コンピュータを、更に、生体補綴物の型を加工するツールの先端の位置及び角度を求める先端条件算出手段として機能させることを特徴としている。
【００２１】
上記のプログラムによれば、先端条件算出手段によって、生体補綴物の型を加工するツールの先端の位置及び角度が求められる。従って、生体補綴物の型を加工するために必須の情報であるツールの先端の位置及び角度が求められる。
【００２２】
請求項８に記載の生体補綴物の型のデータ加工プログラムは、前記ポリゴン記憶手段が、ポリゴン生成手段によって生成されたポリゴンの法線ベクトルデータを格納し、前記先端条件算出手段が、前記置換点を含む仮想３次元空間内の人体モデルの内部に設けられた第２基準点を通り人体モデルの上下方向に延びる直線を第２基準線とし、この第２基準線と直交し所定間隔に配置された平面内に第２基準線を起点として半直線を所定角度毎に仮想的に生成する半直線生成部と、前記ポリゴン生成手段によって生成されたポリゴンと前記半直線との交点の位置を求める交点算出部と、前記交点の位置データを用いて生体補綴物の型を加工するツールの先端の位置を求める位置算出部と、前記交点をその面内に含むポリゴンの法線ベクトルデータを用いて生体補綴物の型を加工するツールの先端の角度を求める角度算出部とを備えることを特徴としている。
【００２３】
上記のプログラムによれば、半直線生成部によって、置換点を含む仮想３次元空間内の人体モデルの内部に設けられた第２基準点を通り人体モデルの上下方向に延びる直線を第２基準線とし、この第２基準線と直交し所定間隔に配置された平面内に第２基準線を起点として半直線が所定角度毎に仮想的に生成され、交点算出部によって、ポリゴン生成手段により生成されたポリゴンと半直線との交点の位置が求められる。そして、位置算出部によって、交点の位置データを用いて生体補綴物の型を加工するツールの先端の位置が求められ、角度算出部によって、交点をその面内に含むポリゴンの法線ベクトルデータを用いて生体補綴物の型を加工するツールの先端の角度が求められる。
【００２４】
従って、人体モデルの上下方向及び左右方向に略一定の間隔で交点が求められ、この交点の位置における位置データとポリゴンの法線ベクトルデータとを用いて生体補綴物の型を加工するツールの先端の位置及び角度が求められるため、加工に適したツールの先端の位置及び角度が求められる。
【００２５】
請求項９に記載の生体補綴物の型のデータ加工プログラムは、前記位置算出部が、１の半直線上にある前記交点の個数が１つであるか複数であるかを判定する第１判定部と、前記交点の個数が複数である場合に、１の半直線上にある１の交点と他の全ての交点との点間距離が所定距離以上であるか否かを判定する第２判定部とを備え、第１判定部によって、１の半直線上にある前記交点の個数が１つであると判定された場合には、その交点をツールの先端位置を求めるために使用する交点とし、第１判定部によって、１の半直線上にある前記交点の個数が複数であると判定され、且つ、第２判定部によって所定距離未満であると判定された場合に、点間距離が所定距離未満である交点の一方をツールの先端位置を求めるために使用する交点とし、第１判定部によって、１の半直線上にある前記交点の個数が複数であると判定され、且つ、第２判定部によって所定距離以上であると判定された場合に、点間距離が所定距離以上である交点の両方の交点をツールの先端位置を求めるために使用する交点とすることを特徴としている。
【００２６】
上記のプログラムによれば、第１判定部によって、１の半直線上にある交点の個数が１つであるか複数であるかが判定され、交点の個数が複数である場合に、第２判定部によって、１の半直線上にある１の交点と他の全ての交点との点間距離が所定距離以上であるか否かが判定される。そして、第１判定部によって、１の半直線上にある前記交点の個数が１つであると判定された場合には、その交点をツールの先端位置を求めるために使用する交点とされる。また、第１判定部によって、１の半直線上にある交点の個数が複数であると判定され、且つ、第２判定部によって所定距離未満であると判定された場合に、点間距離が所定距離未満である交点の一方がツールの先端位置を求めるために使用する交点とされ、第１判定部によって、１の半直線上にある交点の個数が複数であると判定され、且つ、第２判定部によって所定距離以上であると判定された場合に、点間距離が所定距離以上である交点の両方の交点がツールの先端位置を求めるために使用する交点とされる。
【００２７】
従って、ツールの先端位置を求めるために使用する交点は、点間距離が所定距離以上である条件を満たすため、ツールの先端位置を求めるために不適切な近接する交点が排除され、適切な交点がツールの先端位置を求めるために使用する交点として選定される。
【００２８】
請求項１０に記載の生体補綴物の型のデータ加工プログラムは、前記所定距離が、生体補綴物の型を加工するツールの直径の略２倍であることを特徴としている。
【００２９】
上記のプログラムによれば、所定距離が生体補綴物の型を加工するツールの直径の略２倍であるため、実施可能な加工条件を設定するためツールの先端位置を求めるために使用する交点が選定される。
【００３０】
請求項１１に記載の生体補綴物の型のデータ加工プログラムは、前記位置算出部が、第１判定部によって、１の半直線上にある前記交点の個数が複数であると判定され、且つ、第２判定部によって所定距離未満であると判定された場合に、点間距離が所定距離未満である交点の内、前記第２基準点を通り前記人体モデルの上下方向に延びる直線からの距離が大きい方の交点をツールの先端位置を求めるために使用する交点とすることを特徴としている。
【００３１】
上記のプログラムによれば、位置算出部によって、第１判定部により１の半直線上にある前記交点の個数が複数であると判定され、且つ、第２判定部により所定距離未満であると判定された場合に、点間距離が所定距離未満である交点の内、第２基準点を通り人体モデルの上下方向に延びる直線からの距離が大きい方の交点がツールの先端位置を求めるために使用する交点とされる。
【００３２】
従って、第２基準点を通り人体モデルの上下方向に延びる直線からの距離が大きい方の交点がツールの先端位置を求めるために使用する交点とされるため、生体補綴物の外形を規定するために適切な交点がツールの先端位置を求めるために使用する交点として選定される。
【００３３】
請求項１２に記載の生体補綴物の型のデータ加工装置は、基準面に対して左右方向に略面対称である形状を有する人体の一部が欠損した場合に使用される生体補綴物の製造システムにおいて、欠損した部位と略面対称の形状を有する部位における複数の測定点の位置データである原始データを用いて生体補綴物の型の加工用データを生成する生体補綴物の型のデータ加工装置であって、前記原始データを格納する原始データ記憶手段と、前記測定点の前記基準面について面対称な位置に在る点である置換点の位置データを求める置換点算出手段と、全ての置換点について他の全ての置換点との点間距離を求める点間距離算出手段と、前記置換点の中から１の置換点を着目点として選択し、全ての着目点について、着目点との前記点間距離が所定の範囲内にある置換点である近隣置換点を抽出する抽出手段と、前記着目点及び近隣置換点を用いて生体補綴物の形状を規定するポリゴンを生成するポリゴン生成手段と、生成されたポリゴンの頂点データを格納するポリゴン記憶手段とを備えることを特徴としている。
【００３４】
上記の構成によれば、原始データ記憶手段に、原始データが格納されており、置換点算出手段によって、測定点の基準面について面対称な位置に在る点である置換点の位置データが求められる。そして、点間距離算出手段によって、全ての置換点について他の全ての置換点との点間距離が求められ、抽出手段によって、置換点の中から１の置換点が着目点として選択され、全ての着目点について、着目点との点間距離が所定の範囲内にある置換点である近隣置換点が抽出される。更に、ポリゴン生成手段によって、着目点及び近隣置換点を用いて生体補綴物の形状を規定するポリゴンが生成され、生成されたポリゴンの頂点データがポリゴン記憶手段に格納される。
【００３５】
従って、形状データがポリゴンの頂点データに加工されるため、３次元加工機の加工ツールの先端の位置及び角度を効率的に計算することの可能なデータであるポリゴンの頂点データが得られる。
【００３６】
請求項１３に記載の生体補綴物の製造システムは、欠損した部位と略面対称の形状を有する部位における複数の測定点の位置データである原始データを求める測定装置と、請求項１２に記載の生体補綴物の型のデータ加工装置と、前記生体補綴物の型のデータ加工装置によって求められたデータを用いて生体補綴物の型を加工する加工装置とを備えることを特徴としている。
【００３７】
上記の構成によれば、測定装置によって、欠損した部位と略面対称の形状を有する部位における複数の測定点の位置データである原始データが求められ、データ加工装置によって、原始データを用いて生体補綴物の型の加工用データが生成され、加工装置によって、データ加工装置によって求められたデータを用いて生体補綴物の型が加工される。従って、効率的に且つ正確な生体補綴物の型を加工可能な生体補綴物の製造システムが実現される。
【００３８】
請求項１４に記載の生体補綴物の製造方法は、欠損した部位と略面対称の形状を有する部位における複数の測定点の位置データである原始データを求める工程と、請求項１〜１１のいずれかに記載の生体補綴物の型のデータ加工プログラムを用いて前記原始データから生体補綴物の型の加工用データを求める工程と、求められた加工用データを用いて生体補綴物の型を加工する工程とを備えることを特徴としている。
【００３９】
上記の方法によれば、欠損した部位と略面対称の形状を有する部位における複数の測定点の位置データである原始データが求められ、請求項１〜１１のいずれかに記載の生体補綴物の型のデータ加工プログラムを用いて原始データから生体補綴物の型の加工用データが生成され、データ加工装置によって求められたデータを用いて生体補綴物の型が加工される。従って、効率的に且つ正確な生体補綴物の型を加工可能な生体補綴物の製造方法が実現される。
【００４０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明が適用される生体補綴物の製造システムの全体構成図の一例である。生体補綴物の製造システムは、欠損した部位と略面対称の形状を有する部位における複数の測定点の位置データである原始データを求める測定装置１と、測定装置１によって得られた原始データを用いて生体補綴物の型の加工用データを生成する生体補綴物の型のデータ加工装置２と、生体補綴物の型のデータ加工装置２によって求められたデータを用いて生体補綴物の型を加工する加工装置３とを備える。
【００４１】
測定装置１は、欠損した部位と略面対称の形状を有する部位における複数の測定点の位置データである原始データを、図２を用いて後述するレーザスキャン等の方法を用いて求めるものである。尚、測定点の間隔は、欠損した部位と略面対称の形状を有する部位の形状を正確に把握するために充分に小さく、ここでは、例えば０．５ｍｍ程度の間隔であるものとする。
【００４２】
データ加工装置２は、例えばパーソナルコンピュータ等を備え、測定装置１によって得られた原始データを用いて加工装置３において使用する生体補綴物の型の加工用データを生成するものである。
【００４３】
加工装置３は、生体補綴物の型のデータ加工装置２によって求められたデータを用いて生体補綴物の型を加工するものであって、例えば、図５を用いて後述する５軸切削機等を備えている。
【００４４】
図２は、測定装置１の全体構成図の一例である。測定装置１は、測定者によって把持され他の構成要素が適所に配設される筐体部１０と、レーザ光を発生して被測定物４に向けて照射するレーザダイオードを備え、このレーザダイオードを幅方向に所定の速度でスキャンするレーザスキャン部１１と、測定装置１の所定位置を基準位置とする被測定物４上に投射されたレーザスキャン部１１からのレーザ光の相対位置を測定するための画像情報を取得する２台のＣＣＤカメラ１２（１２１、１２２）と、所定の位置に配設され磁界を発生するトランスミッタ１３と、トランスミッタ１３によって発生された磁界による起電流を検出するレシーバ１４１、１４２と、ＣＣＤカメラ１２及びレシーバ１４１、１４２からの信号を受信しレシーバ１４１を基準位置とする被測定物４上に投射されたレーザスキャン部１１からのレーザ光の位置を求める制御部１５（図略）とを備えている。
【００４５】
筐体部１０の上部と下部とには、それぞれ１台のＣＣＤカメラ１２（１２１、１２２）が配設され、筐体部１０の略中央部には、レーザスキャン部１１及びレシーバ１４２が配設されている。また、筐体部１０は測定者によって把持され、縦方向（図のｚ軸方向）に測定装置１が測定者によって測定を所望する範囲分だけ動かされる。
【００４６】
レーザスキャン部１１は、所定の波長（ここでは、６７０ｎｍ）のレーザ光を発生するレーザダイオードを備え、所定の振幅（ここでは±２０度）及び所定の速度（ここでは、５０ライン／秒）でレーザダイオードを被測定物４の横方向（図のｙ軸方向）にスキャンし、レーザダイオードからのレーザ光を被測定物４上で走査するものである。
【００４７】
ＣＣＤカメラ１２（１２１、１２２）は、電荷結合素子（ＣＣＤ）が格子状に配設され、レーザスキャン部１１から投射された被測定物４上のレーザ光の位置を画像情報として取り込むものである。２台のＣＣＤカメラ１２（１２１、１２２）によって取り込まれた画像情報は制御部１５に伝送され、制御部１５によって三角測量法を用いてレシーバ１４１を基準位置とする被測定物４上に投射されたレーザスキャン部１１からのレーザ光の相対位置が求められる。
【００４８】
トランスミッタ１３は、略立方体の鉄芯に互いに直交する３方向にコイル（以下、直交コイルという）を巻きつけられた構造であって、図略の交流電源によって直交コイルに交流電流が流されることによって、磁界を発生するものである。なお、このトランスミッタ１３は、所定の位置（例えば、測定装置１近傍に配設された机上）に固定されている。
【００４９】
レシーバ１４１、１４２は、略立方体の鉄芯に互いに直交する３方向にコイル（以下、直交コイルという）を巻きつけられた構造であって、トランスミッタ１３によって発生された磁界による起電流を検出するものである。レシーバ１４１は、被測定物４上に図略のゴムベルト等で固定されており、レシーバ１４２は、レーザスキャン部１１の近傍に配設されている。レシーバ１４１、１４２からのの起電流は、制御部１５に伝送され、制御部１５によってレシーバ１４１の位置を基準位置とする測定装置１（レシーバ１４２）の相対位置が求められる。
【００５０】
制御部１５は、ＣＣＤカメラ１２及びレシーバ１４１、１４２からの信号を受信しトランスミッタ１３を基準位置とする被測定物４上に投射されたレーザスキャン部１１からのレーザ光の位置を求めるものである。より具体的には、レシーバ１４からの起電流情報を用いてレシーバ１４１の位置を基準位置とする測定装置１の相対位置を求め、ＣＣＤカメラ１２からの画像情報を用いて測定装置１の所定位置を基準位置とする被測定物４上に投射されたレーザスキャン部１１からのレーザ光の相対位置を求め、上記２つの相対位置を合成することによってレシーバ１４１を基準位置とする被測定物４上に投射されたレーザスキャン部１１からのレーザ光の位置を求めるものである。
【００５１】
図３は、測定装置１の測定値（レシーバ１４１を基準位置とする被測定物４上に投射されたレーザスキャン部１１からのレーザ光の位置データ）の一例を示す図表である。１行目のｘ、ｙ、ｚは、それぞれ図２に示すｘ、ｙ、ｚ軸によって規定されるｘ、ｙ、ｚ座標を表し、２行目以下が測定値の一例である。なお、測定値の単位はｍｍである。また、測定装置１の測定値は、測定装置１の制御部１５に設けられたＲＡＭ等からなる記憶部に格納される。
【００５２】
図４は、データ加工装置２の機能構成図の一例である。データ加工装置２は、汎用のパーソナルコンピュータ等からなり、データ加工装置２全体の動作を制御する制御部２１と、測定装置１及び加工装置３とデータ加工装置２との間でデータの送受信を行う通信部２２と、画像を表示するモニタ２３と、ビデオＲＡＭ等を備え制御部２１からの画像表示指示に従って所要の画像をモニタ２３に表示させる描画処理部２３１と、キーボード２４１と、マウス２４２と、キーボード２４１及びマウス２４２からの操作信号を制御部２１に伝送するインターフェイス部２４３と、データ伝送路であるバスＢＡとを備えている。
【００５３】
制御部２１は、情報処理部（ＣＰＵ）２１１と、処理途中の情報を一時的に格納するＲＡＭ２１２と、所定の画像情報、制御プログラム等が予め記憶されたＲＯＭ２１３とを備える。なお、制御部２１の機能の説明については、図６を用いて後述する。
【００５４】
図５は、加工装置３の全体構成図の一例である。ここでは、加工装置３が５軸切削加工機である場合について説明する。加工装置３は、後述する各移動台（第１〜第４移動台３３、３４、３５、３６）を支持する水平方向の支柱３２及び垂直方向の支柱３１と、前後方向（Ｙ軸方向）及び左右方向（Ｘ軸方向）に摺動可能に支柱３２上に配設された第１移動台３３と、第１移動台３３の略中心点を中心として第１移動台３３上に図のＴ軸方向に回転可能に配設され、被加工物である生体補綴物の型がその上面に固定される第２移動台３４と、上下方向（Ｚ軸方向）に摺動可能に支柱３１上に配設された第３移動台３５と、第３移動台３５の所定位置を中心軸として図のＡ軸方向に回転可能に配設され、端部に生体補綴物の型を加工するツール３７が固定される第４移動台３６と、加工装置３の全体の動作を制御する図略の制御部３８とを備えている。すなわち、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｔ及びＡ軸方向に移動可能であり、５つの軸の方向に移動可能な加工機となっている。
【００５５】
制御部３８は、第１移動台３３及び第２移動台３４を用いて、生体補綴物の型の位置及び向きを調整し、第３移動台３５及び第４移動台３６を用いて、生体補綴物の型を加工するツール３７の位置及び向きを適正な条件に設定するものである。また、生体補綴物の型の位置及び向きとツール３７の位置及び向きとは、データ加工装置２（後述する先端条件算出部２１１ｅ）によって生成される先端条件に基づいて制御部３８によって設定される。
【００５６】
ここで、図６〜図１２を用いて、データ加工装置２の制御部２１の機能構成及び内容について説明する。図６は、データ加工装置２の制御部２１（ＣＰＵ２１１及びＲＡＭ２１２）の機能構成図の一例である。なお、以下の説明において、基準面は、本発明に係る生体補綴物の製造システムが、この面について左右方向に略面対称である形状を有する人体の一部が欠損した場合に使用されるものである。つまり、基準面は、欠損した人体に一部と対応する正常な部位との対称面である。また、原始データは、欠損した部位と略面対称の形状を有する部位における測定装置１によって測定された複数の測定点の位置データである。また、図６のＣＰＵ２１１が備える各機能部は、各機能部に対応するプログラムが予め作成されてＲＡＭ２１２（またはＲＯＭ２１３）に格納されており、これらのプログラムがＣＰＵ２１１によって実行されることにより各機能部として機能するものである（各機能部の機能が実現されるものである）。
【００５７】
ＣＰＵ２１１は、測定点の基準面について面対称な位置に在る点である置換点の位置データを求める置換点算出部２１１ａ（置換点算出手段に相当する）と、全ての置換点について他の全ての置換点との点間距離を求める点間距離算出部２１１ｂ（点間距離算出手段に相当する）と、置換点の中から１の置換点を着目点として選択し、全ての着目点について、着目点との点間距離が所定の範囲内にある置換点である近隣置換点を抽出する抽出部２１１ｃ（抽出手段に相当する）と、着目点及び近隣置換点を用いて生体補綴物の形状を規定するポリゴンを生成するポリゴン生成部２１１ｄ（ポリゴン生成手段に相当する）と、生体補綴物の型を加工するツール３７の先端の位置及び角度を求める先端条件算出部２１１ｅ（先端条件算出手段に相当する）とを備えている。
【００５８】
ＲＡＭ２１２は、原始データを格納する原始データ記憶部２１２ａ（原始データ記憶手段に相当する）と、ポリゴン生成部２１１ｄによって生成されたポリゴンの頂点データを格納するポリゴン記憶部２１２ｂ（ポリゴン記憶手段に相当する）と、先端条件算出部２１１ｅによって算出されたツール３７の先端の位置データを格納する先端位置記憶部２１２ｃと、先端条件算出部２１１ｅによって算出されたツール３７の先端の角度データを格納する先端角度記憶部２１２ｄとを備えている。
【００５９】
置換点算出部２１１ａは、原始データ記憶部２１２ａから原始データを読み出して測定点の基準面について面対称な位置に在る点である置換点の位置データを求めるものである。
【００６０】
図７は、測定点、置換点及び基準面の説明図の一例である。（ａ）は上面図であり、（ｂ）は正面図である。ここでは、便宜上、胸部の一部（図の右側の胸部の一部）が欠損した場合について説明する。（ａ）における人体モデルの中心部を原点ＳＰ０として、下向き（胸側の向き）をｘ軸の正方向とし、右向きをｙ軸の正方向とする。また、（ｂ）における臍の位置を原点ＳＰ０として、上向きをｚ軸の正方向とする。このようにして定義された直交座標系において、基準面はｘ−ｚ平面である。ｘ−ｚ平面の左側に測定点Ａ１があり、測定点Ａ１のｘ−ｚ平面について面対称な点が置換点Ｂ１である。なお、原点ＳＰ０は、予め設定された基準位置であって、原始データ記憶部２１２ａに格納される原始データは、このような直交座標系における測定点Ａ１の座標データである。ただし、図中には、便宜上、測定点として測定点Ａ１のみを図示しているが、測定点は、複数（例えば、１００００００個）存在する。なお、測定点の個数は、測定領域の広さ（面積）と測定間隔とによって決定するものである。
【００６１】
点間距離算出部２１１ｂは、全ての置換点について他の全ての置換点との点間距離を求めるものである。具体的には、置換点の位置データは、直交座標系であるｘ、ｙ、ｚ座標の座標値によって表されるため、置換点である２点の点間距離は、２点のｘ、ｙ、ｚ座標のそれぞれの座標値の差の２乗和の平方根によって与えられる。
【００６２】
抽出部２１１ｃは、置換点の中から１の置換点を着目点として選択し、全ての着目点について、着目点との点間距離が所定の範囲内（ここでは、２〜５ｍｍの範囲内）にある置換点である近隣置換点を抽出するものである。また、抽出部２１１ｃは、近隣置換点として、着目点との点間距離が所定の範囲内にある置換点の中から点間距離が小さい方から所定の割合分（ここでは、１０％）の置換点を抽出するものである。このように、近隣置換点として点間距離が小さい方から所定の割合分の置換点が抽出されるため、ポリゴン生成部２１１ｄによるポリゴンを生成するために使用される置換点の個数が減少し、ポリゴン生成部２１１ｄの行う処理の負荷が軽減される。
【００６３】
なお、後述するように所定の範囲内の下限値（ここでは、２ｍｍ）は、ポリゴン生成部２１１ｄによって生成されるポリゴンの１辺の長さを規定する（ポリゴンの１辺の長さ≒所定の範囲内の下限値）ため、所定の範囲内の下限値を適切に設定することによってユーザが所望する大きさのポリゴンが得られる。一方、所定の範囲内の上限値は、所定の範囲内に含まれる置換点の個数を規定するため、置換点の間隔、すなわち測定点の間隔に応じて適宜設定する必要がある。
【００６４】
ポリゴン生成部２１１ｄは、仮想３次元空間内における置換点を含む人体モデルの内部に設けられた第１基準点と着目点とを結ぶ直線である第１基準線を含み、且つ、互いに等角度をなす平面である分割平面で仮想３次元空間を仮想小空間に分割する仮想空間分割部２１１ｄ１と、各仮想小空間に含まれる全ての近隣置換点の中から、近隣置換点と第１基準線との距離が最小となる最小距離置換点を求める最小点抽出部２１１ｄ２とを備え、着目点と最小距離置換点とを頂点とするポリゴンを生成し、ポリゴン記憶部２１２ｂに格納するものである。なお、ポリゴン生成部２１１ｄは、三角形ポリゴンを生成するものである。
【００６５】
仮想空間分割部２１１ｄ１は、全ての近隣置換点の中から、仮想３次元空間内における置換点を含む人体モデルの内部に設けられた第１基準点と着目点とを結ぶ直線である第１基準線との距離が最小となる点である最近隣点を求めるものであり、この最近隣点から第１基準線に下ろした垂線と第１基準線とを含む平面と隣接する分割平面とのなす角Θが次の（１）式で定義されるものである。
【００６６】
Θ＝３６０°／ｎ・・・（１）
ただし、ｎ＝４以上の偶数（ここではｎ＝１２）である。
【００６７】
ここで、図８、９を用いて仮想空間分割部２１１ｄ１の処理について説明する。図８は、第１基準線及び最近隣点の説明図の一例である。抽出部２１１ｃによって置換点から抽出された近接置換点Ｐ１が仮想３次元空間内にあり、抽出部２１１ｃによって近接置換点Ｐ１の内の１点が着目点ＰＥとして選択されている。また、第１基準点ＳＰ１の位置は、生体補綴物を製作する対象の人体モデルの部位に応じて適宜設定されるものであり、ここでは、人体モデルの胸部の略中心位置である。仮想空間分割部２１１ｄ１によって、第１基準点ＳＰ１を起点として着目点ＰＥを通る第１基準線ＳＬ１との距離が最も短い近接置換点Ｐ１が最近隣点Ｐ１０として求められる。
【００６８】
図９は、分割平面及び仮想小空間の説明図の一例である。この図は、図８における第１基準点ＳＰ１を視点位置として第１基準線ＳＬ１の向きを見た図である。従って、図の中心位置に第１基準点ＳＰ１、着目点ＰＥ及び第１基準線ＳＬ１が存在している。また、第１基準点ＳＰ１の左上側に最近隣点Ｐ１０がある。仮想空間分割部２１１ｄ１によって、最近隣点Ｐ１０から第１基準線ＳＬ１に下ろした垂線と第１基準線ＳＬ１とを含む平面ＰＬＳと隣接する分割平面ＰＬ０、Ｐｌ１とのなす角Θが３０°（ここでは、ｎ＝１２であるから３６０°／１２＝３０°である）となるように分割平面ＰＬ０、ＰＬ１が設定される。そして、仮想空間分割部２１１ｄ１によって、互いに等角度（ここでは６０°）をなす平面である分割平面ＰＬ０〜ＰＬ５で仮想３次元空間を仮想小空間ＳＰ１〜ＳＰ６に分割するように分割平面ＰＬ２〜ＰＬ５が設定される。このようにして、分割平面ＰＬ０〜ＰＬ５によって仮想３次元空間が仮想小空間ＳＰ１〜ＳＰ６に分割される。
【００６９】
最小点抽出部２１１ｄ２は、仮想空間分割部２１１ｄ１によって仮想３次元空間が分割されて生成された各仮想小空間に含まれる全ての近隣置換点の中から、近隣置換点と第１基準線との距離が最小となる最小距離置換点を求めるものである。図９においては、最小点抽出部２１１ｄ２は、６つの仮想小空間ＳＰ１〜ＳＰ６に含まれる全ての近隣置換点Ｐ１の中から、近隣置換点Ｐ１と第１基準線ＳＬ１との距離が最小となる６個の最小距離置換点を求めるものである。ポリゴン生成部２１１ｄは、この６個の最小距離置換点と着目点ＰＥと頂点とする６個の３角形ポリゴンを生成するものである。すなわち、２つの隣接する仮想小空間内の最小距離置換点（２点）と着目点ＰＥとを頂点とする３角形ポリゴンが６個生成される。
【００７０】
先端条件算出部２１１ｅは、置換点を含む仮想３次元空間内の人体モデルの内部に設けられた第２基準点を通り人体モデルの上下方向に延びる直線を第２基準線とし、この第２基準線と直交し所定間隔に配置された平面内に第２基準線を起点として半直線を所定角度毎に仮想的に生成する半直線生成部２１１ｅ１と、ポリゴン生成部２１１ｄによって生成されたポリゴンと半直線との交点の位置を求める交点算出部２１１ｅ２と、ポリゴンと半直線との交点の位置データを用いて生体補綴物の型を加工するツール３７の先端の位置を求める位置算出部２１１ｅ３と、ポリゴンと半直線との交点をその面内に含むポリゴンの法線ベクトルデータを用いて生体補綴物の型を加工するツール３７の先端の角度を求める角度算出部２１１ｅ４とを備える。
【００７１】
半直線生成部２１１ｅ１は、置換点を含む仮想３次元空間内の人体モデルの内部に設けられた第２基準点を通り人体モデルの上下方向に延びる直線を第２基準線とし、この第２基準線と直交し所定間隔に配置された平面内に第２基準線を起点として半直線を所定角度毎に仮想的に生成するものである。
【００７２】
ここで、半直線生成部２１１ｅ１によって行われる処理について図１０、１１を用いて説明する。図１０は、第２基準点、第２基準線及び座標系の説明図の一例である。図７と同様に、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は正面図である。（ａ）における人体モデルの胸の中心の位置を第２基準点ＳＰ２として設定し、第２基準点ＳＰ２を原点として下向き（胸側の向き）をｘ軸の正方向とし、右向きをｙ軸の正方向とする。また、（ｂ）における第２基準点ＳＰ２を原点として、上向きをｚ軸（第２基準線ＳＬ２に相当する）の正方向とする。
【００７３】
図１１は、半直線生成部２１１ｅ１による半直線の生成方法の説明図の一例である。（ａ）は、ｘ−ｚ平面であり、（ｂ）は、ｘ−ｙ平面である。半直線生成部２１１ｅ１によって、（ａ）に示すように、第２基準線（ｚ軸）と直交し所定間隔（例えば、０．５ｍｍ間隔）に配置された平面ＰＭ１、ＰＭ２・・・が生成される。そして、（ｂ）に示すように、各平面ＰＭ１、ＰＭ２・・・内に第２基準線ＳＬ２（正確には、第２基準線ＳＬ２と各平面ＰＭ１、ＰＭ２・・・との交点）を起点として半直線ＨＬを所定角度毎（例えば１°毎）に仮想的に生成するものである。
【００７４】
交点算出部２１１ｅ２は、ポリゴン生成部２１１ｄによって生成されたポリゴンの頂点データをポリゴン記憶部２１２ｂから読み出して、この頂点データと半直線生成部２１１ｅ１によって生成された半直線との交点の位置を求めるものである。ポリゴンは、所定の３角形の領域を有する平面であるから、ポリゴンを含む平面と、半直線との交点を求めて、その交点がポリゴンを規定する領域に含まれるか否かを判定し、含まれる場合にその交点の位置をポリゴンと半直線との交点の位置として求めればよい。
【００７５】
このようにして、人体モデルの上下方向及び左右方向に略一定の間隔で交点が求められ、この交点の位置における位置データとポリゴンの法線ベクトルデータとを用いて生体補綴物の型を加工するツール３７の先端の位置及び角度が求められるため、加工に適したツール３７の先端の位置及び角度が求められる。
【００７６】
位置算出部２１１ｅ３は、１の半直線上にあるポリゴンと半直線との交点の個数が１つであるか複数であるかを判定する第１判定部２１１ｅ３１と、ポリゴンと半直線との交点の個数が複数である場合に、１の半直線上にある１の交点と他の全ての交点との点間距離が所定距離（ここでは、ツール３７先端の直径の２倍）以上であるか否かを判定する第２判定部２１１ｅ３２とを備え、第１判定部２１１ｅ３１によって、１の半直線上にあるポリゴンと半直線との交点の個数が１つであると判定された場合には、その交点をツール３７の先端位置を求めるために使用する交点とし、第１判定部２１１ｅ３１によって、１の半直線上にあるポリゴンと半直線と交点の個数が複数であると判定され、且つ、第２判定部２１１ｅ３２によって所定距離未満であると判定された場合に、点間距離が所定距離未満である交点の一方をツール３７の先端位置を求めるために使用する交点とし、第１判定部２１１ｅ３１によって、１の半直線上にあるポリゴンと半直線との交点の個数が複数であると判定され、且つ、第２判定部２１１ｅ３２によって所定距離以上であると判定された場合に、点間距離が所定距離以上である交点の両方の交点をツール３７の先端位置を求めるために使用する交点とするものである。また、位置算出部２１１ｅ３は、求めたツール３７の先端の位置を先端位置記憶部２１２ｃに格納するものである。
【００７７】
また、位置算出部２１１ｅ３は、第１判定２１１ｅ３１部によって、１の半直線上にある交点の個数が複数であると判定され、且つ、第２判定部２１１ｅ３２によって所定距離未満であると判定された場合に、点間距離が所定距離未満である交点の内、第２基準点を通り人体モデルの上下方向に延びる直線からの距離が大きい方の交点をツールの先端位置を求めるために使用する交点とするものである。
【００７８】
このようにしてツール３７の先端位置を求めるために使用する交点が選定され、ツール３７の先端位置を求めるために使用する交点が、点間距離が所定距離以上である条件を満たすため、ツール３７の先端位置を求めるために不適切な近接する交点が排除され、適切な交点がツール３７の先端位置を求めるために使用する交点として選定される。
【００７９】
また、所定距離が生体補綴物の型を加工するツール３７の直径の２倍であるため、実施可能な加工条件を設定するためツール３７の先端位置を求めるために使用する交点が選定される。
【００８０】
さらに、第２基準点を通り人体モデルの上下方向に延びる直線からの距離が大きい方の交点がツール３７の先端位置を求めるために使用する交点とされるため、生体補綴物の外形を規定するために適切な交点がツール３７の先端位置を求めるために使用する交点として選定される。
【００８１】
第１判定部２１１ｅ３１は、１の半直線上にあるポリゴンと当該半直線との交点の個数が１つであるか複数であるかを判定するものである。言い換えれば、１の半直線と交点を有するポリゴンが１つであるか複数であるかを判定するものである。
【００８２】
第２判定部２１１ｅ３２は、第１判定部２１１ｅ３１によってポリゴンと半直線との交点の個数が複数であると判定された場合に、１の半直線上にある１の交点と他の全ての交点との点間距離が所定距離以上であるか否かを判定するものである。
【００８３】
角度算出部２１１ｅ４は、ポリゴンと半直線との交点をその面内に含むポリゴンの法線ベクトルデータを用いて生体補綴物の型を加工するツール３７の先端の角度を求めるものである。また、角度算出部２１１ｅ４は、求めたツール３７の先端の角度を先端角度記憶部２１２ｄに格納するものである。
【００８４】
図１２は、角度算出部２１１ｅ４によるツール３７の先端の角度を求める方法の説明図の一例である。図の直交座標系の原点は、図５に示す加工装置３の第２移動台３４上面の中心位置であり、Ｘ軸の正方向は図５の手前方向であり、Ｙ軸の正方向は図５の右方向であり、Ｚ軸の正方向は図５の上方向である。すなわち、加工装置３の第２移動台３４上面はＸ−Ｙ平面内にある。ここでは、（ａ）に示すように、ポリゴン生成部２１１ｄによって生成されたポリゴンＰＯと、半直線生成部２１１ｅ１によって生成された半直線ＨＬ１とが１つの交点ＣＰを有する場合について説明する。なお、ベクトルＶＶはポリゴンＰＯの法線ベクトルである。
【００８５】
（ｂ）に示すように、法線ベクトルＶＶの先端位置からＸ−Ｙ平面に垂線を下ろし、その垂線の足ＰＶＶと原点とを結ぶ直線ＰＰＶＬと、法線ベクトルＶＶを含む直線ＶＶＬを仮想的に生成する。そして、直線ＰＰＶＬとＸ軸とのなす角ＴＴＡを用いて第２移動台３４の角度を設定する。また、直線ＰＰＶＬと直線ＶＶＬとのなす角ＭＴＡを用いてツール３７の角度を設定する。このようにして、ポリゴンＰＯの法線ベクトルＶＶを用いてツール３７の角度が容易に設定される。
【００８６】
原始データ記憶部２１２ａは、欠損した部位と略面対称の形状を有する部位における測定装置１によって測定された複数の測定点の位置データである原始データを格納するものである。具体的には、測定点毎の位置のｘ、ｙ、ｚ座標をそれぞれ格納するものである（図３参照）。
【００８７】
ポリゴン記憶部２１２ｂは、ポリゴン生成部２１１ｄによって生成されたポリゴンの頂点データ及び法線ベクトルデータを格納するものである。ポリゴンの頂点データとしては、ポリゴン毎の頂点位置のｘ、ｙ、ｚ座標をそれぞれ格納し、法線ベクトルデータとしては、正規化された法線ベクトルのｘ、ｙ、ｚ方向成分をそれぞれ格納するものである。
【００８８】
先端位置記憶部２１２ｃは、先端条件算出部２１１ｅによって算出されたツール３７の先端の位置データを格納するものである。具体的には、ツール３７の先端の位置データとして、ツール３７の先端位置のｘ、ｙ、ｚ座標をそれぞれ格納するものである。
【００８９】
先端角度記憶部２１２ｄは、先端条件算出部２１１ｅによって算出されたツール３７の先端の角度データを格納するものである。ツール３７の先端の角度データとして、ツール３７の先端角度を規定する方向ベクトルのｘ、ｙ、ｚ方向成分をそれぞれ格納するものである。
【００９０】
次に、図１３、１４を用いてデータ加工装置２の動作を説明する。図１３、１４は、データ加工装置２の動作を表すフローチャートの一例である。まず、置換点算出部２１１ａによって、原始データ記憶部２１２ａから原始データが読み出されて（ステップＳ１）、測定点の基準面について面対称な位置に在る点である置換点の位置データが求められる（ステップＳ３）。そして、点間距離算出部２１１ｂによって、全ての置換点について他の全ての置換点との点間距離が求められる（ステップＳ５）。次いで、抽出部２１１ｃによって、置換点の中から１の置換点が着目点として選択され（ステップＳ７）、全ての着目点について、着目点との点間距離が所定の範囲内（ここでは、２〜５ｍｍの範囲内）にある置換点である近隣置換点が抽出される（ステップＳ９）。
【００９１】
そして、仮想空間分割部２１１ｄ１によって、全ての近隣置換点の中から、仮想３次元空間内における置換点を含む人体モデルの内部に設けられた第１基準点と着目点とを結ぶ直線である第１基準線との距離が最小となる点である最近隣点が求められる（ステップＳ１１）。そして、仮想空間分割部２１１ｄ１によって、この最近隣点から第１基準線に下ろした垂線と第１基準線とを含む平面と隣接する分割平面とのなす角Θが次の（１）式で定義され、仮想３次元空間内における置換点を含む人体モデルの内部に設けられた第１基準点と着目点とを結ぶ直線である第１基準線を含み、且つ、互いに等角度をなす平面である分割平面で仮想３次元空間が仮想小空間に分割される（ステップＳ１３）。
【００９２】
Θ＝３６０°／ｎ・・・（１）
ただし、ｎ＝４以上の偶数（ここではｎ＝１２）である。
【００９３】
つぎに、最小点抽出部２１１ｄ２によって、仮想空間分割部２１１ｄ１により生成された各仮想小空間に含まれる全ての近隣置換点の中から、近隣置換点と第１基準線との距離が最小となる最小距離置換点が求められる（ステップＳ１５）。そして、ポリゴン生成部２１１ｄによって、着目点と最小距離置換点とを頂点とするポリゴンが生成され（ステップＳ１７）、ポリゴン記憶部２１２ｂに格納される（ステップＳ１９）。ついで、抽出部２１１ｃによって、全着目点が選択されたか否かが判定される（ステップＳ２１）。全着目点が選択されていないと判定された場合には、ステップＳ７に戻り、ステップＳ７で選択されていない着目点が選定され、ステップＳ７〜ステップＳ１９の処理が繰り返される。
【００９４】
ステップＳ２１において、全着目点が選択されたと判定された場合には、半直線生成部２１１ｅ１によって、置換点を含む仮想３次元空間内の人体モデルの内部に設けられた第２基準点を通り人体モデルの上下方向に延びる直線を第２基準線とし、この第２基準線と直交し所定間隔に配置された平面内に第２基準線を起点として半直線が所定角度毎に仮想的に生成される（ステップＳ２３）。そして、交点算出部２１１ｅ２によって、半直線生成部２１１ｅ１により生成された半直線から１の半直線が選定され（ステップＳ２５）、選定された半直線と、ポリゴン生成部２１１ｄによって生成されたポリゴンとの交点の位置が求められる（ステップＳ２７）。
【００９５】
次いで、第１判定部２１１ｅ３１によって、１の半直線上にあるポリゴンと半直線との交点の個数が判定される（ステップＳ２９）。ステップＳ２９において交点の個数が１個であると判定された場合には、位置算出部２１１ｅ３によって、その交点がツール３７の先端位置を求めるために使用する交点として採用され（ステップＳ３１）、ステップＳ４８に進む。ステップＳ２９において交点の個数が２個であると判定された場合には、第２判定部２１１ｅ３２によって、２個の交点との点間距離が所定距離（ここでは、ツール３７先端の直径Ｄの２倍）以上であるか否かが判定される（ステップＳ３３）。所定距離以上であると判定された場合には、位置算出部２１１ｅ３によって、その２個の交点がツール３７の先端位置を求めるために使用する交点として採用され（ステップＳ３５）、ステップＳ４８に進む。
【００９６】
ステップＳ２９において交点の個数が３個以上であると判定された場合には、第２判定部２１１ｅ３２によって、第２基準点を通り人体モデルの上下方向に延びる直線（図１０でのｚ軸）から最も遠い交点と２番目に遠い交点との点間距離が所定距離（ここでは、ツール３７先端の直径Ｄの２倍）以上であるか否かが判定される（ステップＳ３９）。ステップＳ３９において、所定距離以上ではないと判定された場合には、位置算出部２１１ｅ３によって、ｚ軸から最も遠い交点がツール３７の先端位置を求めるために使用する交点として採用され（ステップＳ４１）、ステップＳ４８に進む。ステップＳ３９において、所定距離以上であると判定された場合には、位置算出部２１１ｅ３によって、ｚ軸から最も遠い交点がツール３７の先端位置を求めるために使用する交点として採用され（ステップＳ４３）、ｚ軸から２番目に遠い交点と３番目に遠い交点との点間距離が所定距離（ここでは、ツール３７先端の直径Ｄの２倍）以上であるか否かが判定される（ステップＳ４５）。ステップＳ４５において、所定距離以上であると判定された場合には、位置算出部２１１ｅ３によって、ｚ軸から２番目に遠い交点と３番目に遠い交点がツール３７の先端位置を求めるために使用する交点として採用され（ステップＳ４７）、ステップＳ４８に進む。ステップＳ４５において、所定距離以上ではないと判定された場合には、ステップＳ４８に進む。
【００９７】
ステップＳ３１、Ｓ３５、Ｓ３７、Ｓ４１及びＳ４７のいずれかの処理が完了した場合、又はステップＳ４５の処理においてＮＯと判定された場合には、位置算出部２１１ｅ３によって、生体補綴物の型を加工するツール３７の先端の位置が求められて、角度算出部２１１ｅ４によって、ポリゴン記憶部２１２ｂからポリゴン生成部２１１ｄにより生成されたポリゴンの法線ベクトルデータが読み出され、ポリゴンと半直線との交点をその面内に含むポリゴンの法線ベクトルデータを用いて生体補綴物の型を加工するツール３７の先端の角度が求められる（ステップＳ４８）。そして、求められたツール３７の先端の位置及び角度が、位置算出部２１１ｅ３及び角度算出部２１１ｅ４によって、それぞれ先端位置記憶部２１２ｃ及び先端角度記憶部２１２ｄに格納される（ステップＳ４９）。
【００９８】
次いで、交点算出部２１１ｅ２によって、半直線生成部２１１ｅ１により生成された半直線が全て選定されたか否かの判定が行われる（ステップＳ５１）。ステップＳ５１において、全ては選定されてはいない（選定されていない半直線が残っている）と判定された場合には、ステップＳ２５に戻り、選定されていない半直線が選定され、ステップＳ２５からステップＳ４９の処理が繰り返される。ステップＳ５１において、全て選定されたと判定された場合には、処理が終了される。
【００９９】
図１５、１６は、ポリゴン生成部２１１ｄによって生成されたポリゴンを表す図の一例である。ここでは、女性の向かって右側の乳房が欠損している状態で両側の乳房を含む胸部のポリゴンを生成した場合について説明する。図１５は、抽出部２１１ｃによって、近隣置換点として抽出される条件である着目点と置換点との点間距離の範囲が、２〜１０ｍｍである場合に生成されるポリゴンであり、図１６は、この範囲が２０〜３０ｍｍである場合に生成されるポリゴンである。
【０１００】
図１５では、生体補綴物の対象となる乳房の外形が充分に正確に表現されており、近隣置換点として抽出される条件である着目点と置換点との点間距離の範囲が適切であることが分かる。これに対して、図１６では、特に乳房の下側の輪郭が正確に表現できておらず、近隣置換点として抽出される条件である着目点と置換点との点間距離の範囲が不適切であることが分かる。
【０１０１】
なお、本発明は、以下の態様にも適用可能である。
【０１０２】
（Ａ）本実施形態では、本発明のデータ加工プログラムが全てデータ加工装置２の制御部２１に格納されており、実行される場合について説明したが、本発明のデータ加工プログラムの一部が測定装置１の制御部１５及び加工装置３の制御部３８に格納されており、実行される形態でもよい。この場合には、データ加工装置２のＣＰＵ２１１の負荷が軽減されると共にＲＡＭ２１２に必要な容量が削減される。
【０１０３】
（Ｂ）本実施形態では、測定装置１がレーザスキャン部１１とＣＣＤカメラ１２とを備えたハンディタイプの測定装置である場合について説明したが、その他の固定式の測定装置でもよいし、レーザスキャン部１１とＣＣＤカメラ１２とを備えない測定装置でもよい。例えば、レーザ光の反射型の測距装置である形態でもよいし、超音波測距装置である形態でもよい。
【０１０４】
（Ｃ）本実施形態では、置換点算出部２１１ａが全ての測定点の基準面について面対称な位置に在る点である置換点の位置データを求める場合について説明したが、測定点を適宜間引いて置換点を求める形態でもよい。
【０１０５】
（Ｄ）本実施形態では、抽出部２１１ｃが着目点との点間距離が２〜５ｍｍの範囲内にある置換点である近隣置換点を抽出する場合について説明したが、近隣置換点を抽出する点間距離の範囲は、生体補綴物を使用する人体の部位の形状に応じて適宜設定する形態でもよい。例えば、生体補綴物を使用する人体の部位が複雑な形状を有する耳部、鼻部等の場合には点間距離の範囲を小さく設定し、簡単な形状を有する腹部、太腿部等の場合には点間距離の範囲を大きく設定すればよい。すなわち、生体補綴物を使用する人体の部位の形状が正確に表現できる程度の点間距離を設定すればよい。
【０１０６】
（Ｅ）本実施形態では、抽出部２１１ｃが着目点との点間距離が小さい方から１０％の置換点を抽出する場合について説明したが、他の所定の割合分（例えば、２０％）の置換点を抽出する形態でもよい。また、抽出部２１１ｃが着目点との点間距離が小さい方から所定の個数の置換点を抽出する形態でもよい。
【０１０７】
（Ｆ）本実施形態では、仮想空間分割部２１１ｄ１が仮想３次元空間を６個の仮想小空間に分割する場合について説明したが、２以上の他の個数の仮想小空間に分割する形態でもよい。仮想小空間の個数が少ない程、処理に要する負荷は軽減される。
【０１０８】
（Ｇ）本実施形態では、仮想空間分割部２１１ｄ１が仮想３次元空間を互いに等角度をなす平面である分割平面で仮想小空間に分割する場合について説明したが、互いに所定の角度（等角度に限らず、例えば、分割平面のなす角が９０°、１８０°、９０°である形態でもよい）をなす平面である分割平面で仮想小空間に分割する形態でもよい。
【０１０９】
（Ｈ）本実施形態では、ポリゴン生成部２１１ｄが三角形ポリゴンを生成する場合について説明したが、他の多角形ポリゴンを生成する形態でもよい。
【０１１０】
（Ｉ）本実施形態では、半直線生成部２１１ｅ１が置換点を含む仮想３次元空間内の人体モデルの内部に設けられた第２基準点を通り人体モデルの上下方向に延びる直線を第２基準線とし、この第２基準線と直交し所定間隔に配置された平面内に第２基準線を起点として半直線を所定角度毎に仮想的に生成する場合について説明したが、他の方法で半直線を生成する形態でもよい。例えば、人体モデルの上下方向及び左右方向に等間隔に前方向に延びる半直線を生成する形態でもよい。
【０１１１】
（Ｊ）本実施形態では、第２判定部２１１ｅ３２が１の半直線上にある１の交点と他の全ての交点との点間距離がツール３７先端の直径の２倍以上であるか否かを判定する場合について説明したが、１の半直線上にある１の交点と他の全ての交点との点間距離が他の所定距離（例えば、１０ｍｍ）以上であるか否かを判定する形態でもよい。
【０１１２】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、形状データがポリゴンの頂点データに加工されるため、３次元加工機の加工ツールの先端の位置及び角度を効率的に計算することの可能なデータであるポリゴンの頂点データを得ることができる。
【０１１３】
請求項２に記載の発明によれば、近隣置換点として点間距離が小さい方から所定の割合分の置換点が抽出されるため、ポリゴン生成手段によるポリゴンを生成するために使用される置換点の個数が減少し、ポリゴン生成手段の行う処理の負荷を軽減できる
請求項３に記載の発明によれば、ポリゴン生成手段によって生成されるポリゴンの一辺の長さが２〜５ｍｍの範囲内になるため、生体補綴物を製造する対象である人体の一部の形状を適切に且つ効率的に表現することができる。
【０１１４】
請求項４に記載の発明によれば、各仮想小空間に含まれる全ての近隣置換点の中から、近隣置換点と第１基準線との距離が最小となる最小距離置換点が求められ、着目点と最小距離置換点とを頂点とするポリゴンが生成されるため、ポリゴンの頂点を効率的に且つ適切に求めることができる。
【０１１５】
請求項５に記載の発明によれば、最近隣点から第１基準線に下ろした垂線と第１基準線とを含む平面と隣接する分割平面とのなす角ΘがΘ＝３６０°／ｎ（ただし、ｎ＝４以上の偶数）で定義されるため、仮想３次元空間は分割平面によって均等に分割され、最小距離置換点が第１基準線を中心とする略円筒上に求められる。その結果、ポリゴンの頂点を適切な位置に求めることができる（歪な形状のポリゴンとならない）。また、ポリゴンの頂点として求められる最近隣点が、隣接する２つの分割平面から等距離に位置するように分割平面が設定されるため、ポリゴンの頂点を更に適切な位置に求めることができる（歪な形状のポリゴンとならない）。
【０１１６】
請求項６に記載の発明によれば、生成されるポリゴンが３角形ポリゴンであるため、形状の表現の自由度が高く、且つ、処理が容易なポリゴンを生成できる。請求項７に記載の発明によれば、生体補綴物の型を加工するために必須の情報であるツールの先端の位置及び角度を求めることができる。
【０１１７】
請求項８に記載の発明によれば、人体モデルの上下方向及び左右方向に略一定の間隔で交点が求められ、この交点の位置における位置データとポリゴンの法線ベクトルデータとを用いて生体補綴物の型を加工するツールの先端の位置及び角度が求められるため、加工に適したツールの先端の位置及び角度を求めることができる。
【０１１８】
請求項９に記載の発明によれば、ツールの先端位置を求めるために使用する交点は、点間距離が所定距離以上である条件を満たすため、ツールの先端位置を求めるために不適切な近接する交点を排除でき、適切な交点を、ツールの先端位置を求めるために使用する交点として選定できる。
【０１１９】
請求項１０に記載の発明によれば、所定距離が生体補綴物の型を加工するツールの直径の略２倍であるため、実施可能な加工条件を設定するためツールの先端位置を求めるために使用する交点を選定できる。
【０１２０】
請求項１１に記載の発明によれば、第２基準点を通り人体モデルの上下方向に延びる直線からの距離が大きい方の交点がツールの先端位置を求めるために使用する交点とされるため、生体補綴物の外形を規定するために適切な交点を、ツールの先端位置を求めるために使用する交点として選定できる。
【０１２１】
請求項１２に記載の発明によれば、形状データがポリゴンの頂点データに加工されるため、３次元加工機の加工ツールの先端の位置及び角度を効率的に計算することの可能なデータであるポリゴンの頂点データを得ることができる。
【０１２２】
請求項１３に記載の発明によれば、効率的に且つ正確な生体補綴物の型を加工可能な生体補綴物の製造システムを実現できる。請求項１４に記載の発明によれば、効率的に且つ正確な生体補綴物の型を加工可能な生体補綴物の製造方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される生体補綴物の製造システムの全体構成図の一例である。
【図２】測定装置の全体構成図の一例である。
【図３】測定装置の測定値の一例を示す図表である。
【図４】データ加工装置の機能構成図の一例である。
【図５】加工装置の全体構成図の一例である。
【図６】データ加工装置の制御部の機能構成図の一例である。
【図７】測定点、置換点及び基準面の説明図の一例である。
【図８】図８は、第１基準線及び最近隣点の説明図の一例である。
【図９】分割平面及び仮想小空間の説明図の一例である。
【図１０】第２基準点、第２基準線及び座標系の説明図の一例である。
【図１１】半直線生成部による半直線の生成方法の説明図の一例である。
【図１２】角度算出部によるツールの先端の角度を求める方法の説明図の一例である。
【図１３】データ加工装置２の動作を表すフローチャートの一例である。
【図１４】データ加工装置２の動作を表すフローチャートの一例である。
【図１５】ポリゴン生成部によって生成されたポリゴンを表す図の一例である。
【図１６】ポリゴン生成部によって生成されたポリゴンを表す図の一例である。
【符号の説明】
１  測定装置
２  データ加工装置
２１  制御部
２１１  ＣＰＵ
２１１ａ  置換点算出部（置換点算出手段）
２１１ｂ  点間距離算出部（点間距離算出手段）
２１１ｃ  抽出部（抽出手段）
２１１ｄ  ポリゴン生成部（ポリゴン生成手段）
２１１ｄ１  仮想空間分割部
２１１ｄ２  最小点抽出部
２１１ｅ  先端条件算出部（先端条件算出手段）
２１１ｅ１  半直線生成部
２１１ｅ２  交点算出部
２１１ｅ３  位置算出部
２１１ｅ３１  第１判定部
２１１ｅ３２  第２判定部
２１１ｅ４  角度算出部
２１２  ＲＡＭ
２１２ａ  原始データ記憶部（原始データ記憶手段）
２１２ｂ  ポリゴン記憶部（ポリゴン記憶手段）
２１２ｃ  先端位置記憶部
２１２ｄ  先端角度記憶部
３  加工装置
【図１】
2004351080.tif 000003
【図２】
2004351080.tif 000004
【図３】
2004351080.tif 000005
【図４】
2004351080.tif 000006
【図５】
2004351080.tif 000007
【図６】
2004351080.tif 000008
【図７】
2004351080.tif 000009
【図８】
2004351080.tif 000010
【図９】
2004351080.tif 000011
【図１０】
2004351080.tif 000012
【図１１】
2004351080.tif 000013
【図１２】
2004351080.tif 000014
【図１３】
2004351080.tif 000015
【図１４】
2004351080.tif 000016
【図１５】
2004351080.tif 000017
【図１６】
2004351080.tif 000018