(57)【要約】【課題】インプラントが生体骨に組み付けられた様子を十分に把握する。【解決手段】大腿骨および骨盤からなる生体骨の内部の状態を３次元的に識別可能な生体骨画像を画面表示する生体骨表示手段と、インプラントの輪郭を示した輪郭画像を生体骨画像に重ね合せて画面表示する輪郭表示手段と、分離境界領域を生体骨画像に重ね合せて位置調整可能に画面表示する分離境界領域表示手段と、分離境界領域を境界として生体骨画像を分離する生体骨分離手段とを有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体骨の内部の状態を３次元的に識別可能な生体骨画像を画面表示する生体骨表示手段と、
インプラントの輪郭を示した輪郭画像を前記生体骨画像に重ね合せて画面表示する輪郭表示手段と
を有することを特徴とする人工関節部材選定支援装置。
【請求項２】
前記生体骨表示手段は、
Ｘ線ＣＴ画像をボクセル法により生成した３次元骨デジタルデータを指定した視線方向について、Ｘ線強度がボクセルを通過する毎に、一定の値で減衰するものとして積算を行うことによりＸ線写真と同様の表示となるように画像明度を計算することで前記生体骨画像を形成することを特徴とする請求項１に記載の人工関節部材選定支援装置。
【請求項３】
前記生体骨画像と前記輪郭画像との重なった領域に存在するボクセルの個数を計数することにより骨切削量を求める骨切削量算出手段を有することを特徴とする請求項２に記載の人工関節部材選定支援装置。
【請求項４】
前記生体骨画像と前記輪郭画像との空隙領域に存在するボクセルの個数を計数することにより骨補綴量を求める骨補綴量算出手段を有することを特徴とする請求項２または３に記載の人工関節部材選定支援装置。
【請求項５】
髄腔占拠率、骨切削量、インプラント−骨応力分布、インプラント圧縮面積率、骨補綴量、骨−インプラント間最大空隙距離およびインプラント−骨間最小距離から選択される何れか１種以上のインプラント選定情報を画面表示する選定情報表示手段を有することを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項に記載の人工関節部材選定支援装置。
【請求項６】
生体骨の内部の状態を識別可能な生体骨画像を画面表示する生体骨表示手段と、
分離境界領域を前記生体骨画像に重ね合せて位置調整可能に画面表示する分離境界領域表示手段と、
前記分離境界領域を境界として前記生体骨画像を分離する生体骨分離手段と
を有することを特徴とする人工関節部材選定支援装置。
【請求項７】
前記生体骨表示手段は、前記生体骨画像を３次元的に画面表示し、
前記分離境界領域表示手段は、前記分離境界領域を楕円球の外形線に沿った形状に設定することを特徴とする請求項６に記載の人工関節部材選定支援装置。
【請求項８】
前記生体骨表示手段は、
Ｘ線ＣＴ画像をボクセル法により生成した３次元骨デジタルデータを指定した視線方向について、Ｘ線強度がボクセルを通過する毎に、一定の値で減衰するものとして積算を行うことによりＸ線写真と同様の表示となるように画像明度を計算することで前記生体骨画像を形成することを特徴とする請求項７に記載の人工関節部材選定支援装置。
【請求項９】
前記分離境界領域表示手段は、前記分離境界領域を二重線で形成し、
前記生体骨分離手段は、前記分離境界領域の二重線の間に存在するボクセルを除去することにより前記生体骨画像を分離することを特徴とする請求項８に記載の人工関節部材選定支援装置。
【請求項１０】
コンピュータを、
生体骨の内部の状態を３次元的に識別可能な生体骨画像を画面表示する生体骨表示手段と、
インプラントの輪郭を示した輪郭画像を前記生体骨画像に重ね合せて画面表示する輪郭表示手段として機能させるための人工関節部材選定支援プログラム。
【請求項１１】
コンピュータを、
生体骨の内部の状態を識別可能な生体骨画像を画面表示する生体骨表示手段と、
分離境界領域を前記生体骨画像に重ね合せて画面表示する分離境界領域表示手段と、
前記分離境界領域を境界として前記生体骨画像を分離する生体骨分離手段として機能させるための人工関節部材選定支援プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工股関節置換手術の計画時等におけるインプラントの選定を支援する人工関節部材選定支援装置および人工関節部材選定支援プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、大半の臨床医は、人工股関節置換手術の術前計画の際に、生体骨のＸ線写真で透明な用紙上にインプラントの外形線をかたどったテンプレートを何種類か設置し、目視で最も適合性が良いインプラントを経験と勘で選択している。しかしながら、生体骨は３次元構造をもつことやＸ線写真には収差が存在することなどから、経験の少ない医師がこのような方法で選択したのでは不具合が生ずる場合がしばしば起る。生体骨とインプラントの適合性が悪い場合には、生体骨の折損、脱臼やゆるみの発生が生じ、再手術をすぐに行わなければならないなど患者に大きな負担が発生する。そこで、情報技術を活用して、コンピューター上で骨デジタルモデルを作り選定を支援するシステムの開発が始まりつつある。
【０００３】
具体的には、生体骨のＣＴ画像データからボクセル法によりボクセルデータを作成し、このボクセルデータに基づいて断面図や鳥瞰図を画面表示する。そして、例えば生体骨の断面図にインプラントの画像を重ね合わせることによって、生体骨にインプラントを組み付けた状態を把握し、適切なインプラントの選定を支援する方法が提案されている（非特許文献１）。
【０００４】
【非特許文献１】平成１３年度成果報告集  安藤知明等著  「人工股関節インプラントの３次元適合性評価システムの開発」、発行所：情報処理振興事業協会、発行年月日：２００２年６月１８日
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の方法では、例えば生体骨の断面図にインプラントの画像を重ね合わせたときに、インプラントの全体が生体骨の断面図に表示された状態になる。これにより、インプラントの影に隠れた領域における生体骨とインプラントとの位置関係、即ち、インプラントを中心とした深さ方向の位置関係を確認することができない。この結果、生体骨とインプラントとの立体的な組み付け状態を上下方向および左右方向からなる２次元の要素に基づいて推測しながら把握する必要があるため、インプラントが生体骨に組み付けられた様子を十分に把握することが困難であるという問題がある。
【０００６】
解決しようとする問題点は、インプラントが生体骨に組み付けられた様子を十分に把握することが困難な点である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、人工関節部材選定支援装置であって、生体骨の内部の状態を３次元的に識別可能な生体骨画像を画面表示する生体骨表示手段と、インプラントの輪郭を示した輪郭画像を前記生体骨画像に重ね合せて画面表示する輪郭表示手段とを有している。
【０００８】
上記の構成によれば、インプラントの輪郭画像と生体骨画像とを重ね合わせたときに、インプラントの輪郭だけが生体骨画像上に表示された状態になる。これにより、インプラントの周辺部における生体骨とインプラントとの位置関係、即ち、インプラントを中心とした上下方向および左右方向の位置関係に加えて、インプラントの影に隠れた領域における生体骨とインプラントとの位置関係、即ち、インプラントを中心とした深さ方向の位置関係を一つの画面上で確認することができる。この結果、インプラントと生体骨との位置関係を上下方向、左右方向および深さ方向からなる３次元の要素で立体的に確認することができるため、インプラントが生体骨に組み付けられた様子を十分に把握することにより適切なインプラントを容易且つ確実に選定することができる。
【０００９】
また、本発明において、前記生体骨表示手段は、Ｘ線ＣＴ画像をボクセル法により生成した３次元骨デジタルデータを指定した視線方向について、Ｘ線強度がボクセルを通過する毎に、一定の値で減衰するものとして積算を行うことによりＸ線写真と同様の表示となるように画像明度を計算することで前記生体骨画像を形成する。上記の構成によれば、透過した状態の生体骨画像を容易に形成することができる。
【００１０】
また、本発明は、前記生体骨画像と前記輪郭画像との重なった領域に存在するボクセルの個数を計数することにより骨切削量を求める骨切削量算出手段を有している。上記の構成によれば、骨切削量を容易に求めることができる。
【００１１】
また、本発明は、前記生体骨画像と前記輪郭画像との空隙領域に存在するボクセルの個数を計数することにより骨補綴量を求める骨補綴量算出手段を有している。上記の構成によれば、骨補綴量を容易に求めることができる。
【００１２】
また、本発明は、髄腔占拠率、骨切削量、インプラント−骨応力分布、インプラント圧縮面積率、骨補綴量、骨−インプラント間最大空隙距離およびインプラント−骨間最小距離から選択される何れか１種以上のインプラント選定情報を画面表示する選定情報表示手段を有している。上記の構成によれば、生体骨画像とインプラントの輪郭画像との画面表示による選定に加えて、インプラント選定情報による選定を行うことができるため、一層インプラントの選定を容易且つ確実に行うことができる。
【００１３】
また、本発明は、人工関節部材選定支援装置であって、生体骨の内部の状態を識別可能な生体骨画像を画面表示する生体骨表示手段と、分離境界領域を前記生体骨画像に重ね合せて位置調整可能に画面表示する分離境界領域表示手段と前記分離境界領域を境界として前記生体骨画像を分離する生体骨分離手段とを有している。
【００１４】
上記の構成によれば、生体骨画像を分離境界領域の位置調整により任意の位置で分離することができるため、複数の生体骨がつながった生体骨画像を個別の生体骨の画像として取り扱うことができる。
【００１５】
また、本発明において、前記生体骨表示手段は、前記生体骨画像を３次元的に画面表示し、前記分離境界領域表示手段は、前記分離境界領域を楕円球の外形線に沿った形状に設定する。上記の構成によれば、インプラントを組み込む生体骨が関節を含む場合に、関節部分に使用されるインプラントのカップの選定を高精度に行うことができる。
【００１６】
また、本発明において、前記生体骨表示手段は、Ｘ線ＣＴ画像をボクセル法により生成した３次元骨デジタルデータを指定した視線方向について、Ｘ線強度がボクセルを通過する毎に、一定の値で減衰するものとして積算を行うことによりＸ線写真と同様の表示となるように画像明度を計算することで前記生体骨画像を形成する。上記の構成によれば、透過した状態の生体骨画像を容易に形成することができる。
【００１７】
また、本発明において、前記分離境界領域表示手段は、前記分離境界領域を二重線で形成し、前記生体骨分離手段は、前記分離境界領域の二重線の間に存在するボクセルを除去することにより前記生体骨画像を分離する。上記の構成によれば、インプラントの輪郭を境界として生体骨画像を容易に分離することができる。
【００１８】
また、本発明は、人工関節部材選定支援プログラムであって、コンピュータを、生体骨の内部の状態を３次元的に識別可能な生体骨画像を画面表示する生体骨表示手段と、インプラントの輪郭を示した輪郭画像を前記生体骨画像に重ね合せて画面表示する輪郭表示手段として機能させる。
【００１９】
また、本発明は、人工関節部材選定支援プログラムであって、コンピュータを、生体骨の内部の状態を識別可能な生体骨画像を画面表示する生体骨表示手段と、  分離境界領域を前記生体骨画像に重ね合せて画面表示する分離境界領域表示手段と、前記分離境界領域を境界として前記生体骨画像を分離する生体骨分離手段として機能させる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、インプラントと生体骨との位置関係を上下方向、左右方向および深さ方向からなる３次元の要素で立体的に確認することができるため、インプラントが生体骨に組み付けられた様子を十分に把握することにより適切なインプラントを容易且つ確実に選定することができるという利点がある場合がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の実施形態を図１ないし図１０に基づいて以下に説明する。
本実施形態に係る人工関節部材選定支援装置は、図１に示すように、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置１と、情報処理装置１に接続されたハードディスク等の外部記憶装置２とを有している。尚、外部記憶装置２は、情報処理装置１に内蔵されていても良い。情報処理装置１は、演算部３と表示部４と操作入力部５と記憶部６とデータ入出力部７と通信部８と、これら各部３〜８をデータ通信可能に接続したデータバス９とを有している。
【００２２】
上記の通信部８は、外部のＸ線ＣＴ装置等の外部装置１０に通信回線を介して接続されており、外部装置との間でＤＩＣＯＭ（Ｄｉｄｉｔａｌ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ａｎｄ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ）の通信規格に基づいてデータを送受信可能にしている。尚、通信部８は、ＤＩＣＯＭの通信規格以外の規格に基づいてデータを送受信するようにされていても良いし、必要に応じて通信規格が切替え可能にされていても良い。
【００２３】
また、データ入出力部７は、通信回線を介して外部記憶装置２に接続されている。外部記憶装置２は、患者データファイル２ａと、インプラントデータファイル２ｂと、選定結果データファイル２ｃとを記憶している。患者データファイル２ａは、患者の年齢や性別、氏名等を特定する患者データと、各患者の骨盤から大腿骨にかけた置換対象領域におけるＤＩＣＯＭ形式のＸ線ＣＴ画像データとをデータテーブルの形式で記憶するように設定されている。尚、置換対象領域は、骨盤から大腿骨にかけた領域に限定されるものではなく、インプラントを置換する領域であれば良い。インプラントデータファイル２ｂは、カップやステム、人工骨頭等のインプラントの種類と、各種類の形状データとをサイズ毎にデータテーブルの形式で記憶するように設定されている。選定結果データファイル２ｃは、患者データとインプラントの形状データと選定日時等とをデータテーブルの形式で記憶するように設定されている。
【００２４】
また、表示部４は、ＣＲＴ装置や液晶表示装置等からなっており、生体骨画像等の画像データやインプラント選定情報等の各種の文字データを画面表示する。操作入力部５は、キーボードやマウス等からなっており、画面の切替えや各種処理の指令、データ入力時等において使用される。記憶部は、データやプログラムを読出し可能に記憶しており、プログラム領域６ａと演算データ領域６ｂと画面表示データ領域６ｃとを備えている。プログラム領域６ａには、例えば臨床医によるインプラントの選定作業を支援する各種プログラムの集合体である図２のインプラント選定支援ルーチンが格納されている。演算データ領域６ｂには、インプラント選定支援ルーチン等のプログラムの実行時に使用される各種のデータが格納される。画面表示データ領域６ｃには、表示部４に画面表示されるデータが格納される。
【００２５】
上記のインプラント選定支援ルーチンは、コンピュータである情報処理装置１に対してインプラントと生体骨との位置関係を上下方向、左右方向および深さ方向からなる３次元の要素で立体的に確認可能にする機能を実現する手段を備えている。即ち、インプラント選定支援ルーチンは、生体骨の内部の状態を３次元的に識別可能な生体骨画像を画面表示する生体骨表示手段、インプラントの輪郭を示した輪郭画像を前記生体骨画像に重ね合せて画面表示する輪郭表示手段として機能させるプログラムを備えている。より具体的には、インプラント選定支援ルーチンは、Ｘ線ＣＴ画像をボクセル法により生成した３次元骨デジタルデータを指定した視線方向について、Ｘ線強度がボクセルを通過する毎に、一定の値で減衰するものとして積算を行うことによりＸ線写真と同様の表示となるように画像明度を計算することで生体骨画像を形成する生体骨表示手段として機能させるためのプログラムを有している。
【００２６】
さらに、インプラント選定支援ルーチンは、骨切削量を容易に算出可能にする機能を実現する手段と、骨補綴量を容易に算出可能にする機能を実現する手段とを備えている。即ち、インプラント選定支援ルーチンは、生体骨画像と前記輪郭画像との重なった領域に存在するボクセルの個数を計数することにより骨切削量を求める骨切削量算出手段として機能させるプログラムを備えていると共に、生体骨画像と輪郭画像との空隙領域に存在するボクセルの個数を計数することにより骨補綴量を求める骨補綴量算出手段として機能させるプログラムを備えている。
【００２７】
さらに、インプラント選定支援ルーチンは、生体骨画像とインプラントの輪郭画像との画面表示による選定に加えて、インプラント制定情報による文字や数値、画像による選定を行うことを可能にする機能を実現させる手段を備えている。即ち、インプラント選定支援ルーチンは、髄腔占拠率、骨切削量、インプラント−骨応力分布、インプラント圧縮面積率、骨補綴量、骨−インプラント間最大空隙距離およびインプラント−骨間最小距離から選択される何れか１種以上のインプラント選定情報を画面表示する選定情報表示手段として機能させるプログラムを備えている。
【００２８】
また、インプラント選定支援ルーチンは、生体骨画像を分離境界領域の位置調整により任意の位置で分離可能にする機能を実現させる手段を備えている。即ち、インプラント選定支援ルーチンは、生体骨の内部の状態を識別可能な生体骨画像を画面表示する生体骨表示手段、分離境界領域を生体骨画像に重ね合せて位置調整可能に画面表示する分離境界領域表示手段、分離境界領域を境界として生体骨画像を分離する生体骨分離手段として機能させるプログラムを備えている。
【００２９】
より具体的には、インプラント選定支援ルーチンにおける分離境界領域表示手段は、分離境界領域を楕円球の外形線に沿った形状に設定する機能を有している。また、分離境界領域表示手段は、分離境界領域を二重線で形成する機能を有し、生体骨分離手段は、分離境界領域の二重線の間に存在するボクセルを除去することにより生体骨画像を分離する機能を有している。
【００３０】
上記の構成において、人工関節部材選定支援装置の動作を説明する。
人工関節部材選定支援装置が起動されると、先ず、表示部４においてメイン処理選択画面が表示され、例えばＸ線ＣＴ画像のデータの画像取込処理やインプラント選定支援処理等の各種の処理内容が画面表示される。画像取込処理が選択された場合には、外部装置１０である例えばＸ線ＣＴ装置との間で通信が確立され、患者データと共に、患者の骨盤および大腿骨を含む領域の図４のＸ線ＣＴ画像データがＤＩＣＯＭ形式で取り込まれる。そして、患者データおよびＸ線ＣＴ画像データが患者データファイル２ａに格納される。
【００３１】
一方、インプラント選定支援処理が選択された場合には、図２のインプラント選定支援ルーチンが実行される。即ち、先ず、患者データファイル２ａから患者データが読み出され、患者の氏名等の患者情報の一覧表が画面表示される。そして、患者に付されたＩＤ番号のキー入力やカーソル位置のクリックにより患者の選択を可能な状態とする（Ｓ１）。
【００３２】
オペレータである臨床医が検査対象である患者を選択すると、この選択した患者データと、患者データに対応したＤＩＣＯＭ形式のＸ線ＣＴ画像データとが患者データファイル２ａから読み出され、記憶部６の演算データ領域６ｂに格納される（Ｓ２）。この後、Ｘ線ＣＴ画像データに基づいて生体骨の内部の状態を３次元的に識別可能な生体骨画像データが形成される。
【００３３】
具体的には、図５に示すように、Ｘ線ＣＴ画像データがボクセル法により多数のボクセルからなる３次元骨デジタルデータとされる。そして、この３次元骨デジタルデータにおいて、指定した視線方向についてＸ線強度がボクセルを通過する毎に、一定の値で減衰するものとして積算を行うことによりＸ線写真と同様の表示となるように画像明度が下記の計算式（１）に基づいて計算される。この結果、生体骨を３次元的に透過した骨デジタルモデルの生体骨画像データが形成される。そして、生体骨画像データが画面表示データ領域６ｃに転送され、図６に示すように、骨デジタルモデルが生体骨画像１２として表示部４に画面表示される（Ｓ３：生体骨表示処理）。
【００３４】
【数１】
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【００３５】
次に、骨デジタルデータに基づいて骨頭位置が求められ、この骨頭位置に楕円球形状の外形線からなる分離境界領域１１の画像が生体骨画像１２に重合される。尚、分離境界領域１１は、インプラントであるカップの輪郭に対応した楕円球の外形線からなっているが、その他のインプラントの輪郭に対応した形状であっても良い。
【００３６】
分離境界領域１１が生体骨画像１２に重合して表示されると、分離境界領域１１と生体骨画像１２との位置関係が３次元的に確認される。この際、分離境界領域１１が生体骨画像１２の所望位置に存在しない場合には、操作入力部５のマウス等の操作により分離境界領域１１が移動可能に保持され、生体骨画像１２の所望位置に移動されて位置決めされる（Ｓ４：分離境界領域表示処理）。
【００３７】
この後、画面上に表示された図示しない分離スイッチがクリックされたり、操作入力部５の分離スイッチが押圧されたときに、図３に示すように、分離境界領域１１を境界として生体骨画像１２（骨デジタルモデル）が大腿骨画像１４（大腿骨デジタルモデル）と骨盤画像１３（骨盤デジタルモデル）とに分離される。即ち、分離境界領域１１は、二重線で形成されており、分離スイッチが押圧されると、分離境界領域１１の二重線の間に存在するボクセルが除去されることによって、生体骨画像１２が大腿骨画像１４と骨盤画像１３とに分離される。そして、これらの大腿骨画像１４および骨盤画像１３は、表示部４において単独の表示および両方の表示とが切替え可能にされる（Ｓ５：生体骨分離処理）。
【００３８】
次に、大腿骨画像１４のサイズに基づいて最適と推測されるサイズのステムが選択される。尚、この選択は、人工関節部材選定支援装置において自動で行われても良いし、インプラントの一覧表を表示部４に画面表示して臨床医が手動で行っても良い（Ｓ６：ステム選択処理）。
【００３９】
ステムが選択されると、図７に示すように、このステムに対応する形状データが外部記憶装置２のインプラントデータファイル２ｂから読み出される。そして、形状データに基づいてステムの輪郭を示した輪郭画像１６が生体骨画像の一部である大腿骨画像１４に重合して画面表示される。尚、ステムの輪郭画像１６は、マウス等の操作により任意の位置に移動可能にされている。そして、ステムの輪郭が大腿骨画像１４上に所望の位置に自動または手動で表示されると、臨床医は、ステムの周辺部における大腿骨とステムとの位置関係、即ち、ステムを中心とした上下方向および左右方向の位置関係を把握することができる。さらに、ステムの輪郭だけが表示されているため、ステムの影に隠れた領域における大腿骨とステムとの位置関係、即ち、ステムを中心とした深さ方向の位置関係も把握することができる。この結果、一方向から目視した一つの画面上において、ステムと大腿骨との位置関係を上下方向、左右方向および深さ方向からなる３次元の要素で立体的に確認することができるため、ステムが大腿骨に組み付けられた様子を十分に把握することが可能になる（Ｓ７：ステム選定処理）。
【００４０】
この後、図８の髄腔占拠率や大腿骨切削体積（大腿骨切削量）、大腿骨-ステム応力分布等が計算され、ステムのインプラント選定情報として大腿骨画像中の別ウインドウに画面表示される。また、必要に応じて画面が切替え表示される。ここで、大腿骨切削体積は、大腿骨画像とステムの輪郭画像との重なった領域に存在するボクセルの個数を計数することにより求められる（骨切削量算出処理）。大腿骨-ステム応力分布は、図９に示すように、ステムを設置した大腿骨系のボクセルデータから有限要素法の節点・要素にモデル化し、そのモデルに体重を荷重として載荷することにより求められる。これにより、臨床医は、大腿骨画像とステムの輪郭画像との画面表示によるな選定に加えて、インプラント選定情報による選定を行うことができるため、ステムの選定を容易且つ確実に行うことができる（Ｓ８：ステム判断情報計算処理）。
【００４１】
次に、図１０に示すように、画面表示が大腿骨画像１４から骨盤画像１３に切替えられた後、骨盤画像１３のサイズに基づいて最適と推測されるサイズのカップが選択される。尚、この選択は、上述のステムの選択の場合と同様に、自動および手動の何れで行われても良い（Ｓ９：カップ選択処理）。
【００４２】
カップが選択されると、このカップに対応する形状データが外部記憶装置２のインプラントデータファイル２ｂから読み出される。そして、形状データに基づいてカップの輪郭を示した輪郭画像１５が生体骨画像１２の一部である骨盤画像１３に重合して画面表示される。尚、セメントレスタイプのカップでは、スクリュー配置も表示される。そして、上述のステムの場合と同様の操作および動作によって、一方向から目視した一つの画面上において、カップと骨盤との位置関係を上下方向、左右方向および深さ方向からなる３次元の要素で立体的に確認することができる。これにより、カップが骨盤に組み付けられた様子を十分に把握することが可能になる。（Ｓ１０：カップ選定処理）。
【００４３】
この後、骨盤骨切削体積（量）や骨鋪綴量、カップ圧縮面積率、カップ-大腿骨表面間最大距離、涙根-骨頭高さ、カップ外開き角、スクリュー-骨表面間最小距離等が計算され、カップのインプラント選定情報として別ウインドウに画面表示される。尚、骨鋪綴量は、骨盤画像とカップの輪郭画像との空隙領域に存在するボクセルの個数を計数することにより求められる（骨補綴量算出処理）。また、カップ-大腿骨表面間最大距離は、図１１に示すように、カップの表面に垂直な方向におけるカップと骨盤骨との空隙の最大長さを得ることにより求められる。カップ圧縮面積は、カップ表面で骨盤骨と接してカップ中心を通る水平面より上のカップ表面積の計算により求められる。これにより、臨床医は、骨盤画像とカップの輪郭画像との画面表示による選定に加えて、インプラント選定情報により選定を行うことができるため、カップの選定を容易且つ確実に行うことができる（Ｓ１１：カップ判断情報計算処理）。
【００４４】
上記のようにして、ステムおよびカップの選定が完了すると、続いて脚長差が生じないように骨頭が選定される。（Ｓ１２：骨頭選定処理）。また、この選定時においては、図１２に示すように、大腿骨回転可能角がインプラント選定情報として別ウインドウに画面表示され、臨床医の判断に用いられる。尚、大腿骨回転可能角は、置換手術後の骨―インプラント系をモデル化して接触判断解析を実施することで求められる。即ち、骨盤-大腿骨の計算断面における最小接触角を骨頭中心に対して等距離に位置するボクセル表面の２点から大腿骨回転可能角として算出される（Ｓ１３：大腿骨回転可能角計算処理）。
【００４５】
そして、患者の生体骨にとって最適なステム、カップおよび骨頭が選定されたか否かを臨床医の操作指令により判定する（Ｓ１４）。選定が終了していない旨の操作指令が入力された場合には（Ｓ１４、ＮＯ）、上述のＳ６におけるステム選択処理が再実行され、ステムやカップ等の再選定が行われる。一方、選定が終了した旨の操作指令が入力された場合には（Ｓ１４、ＹＥＳ）、選定結果登録処理に実行が移され、選定されたステム、カップおよび骨頭のインプラントデータと共に、患者データが外部記憶装置２の選定結果データファイル２ｃに格納される。そして、この選定結果データファイル２ｃが経年管理に役立てるデータベースとされる。尚、この選定結果データファイル２ｃは、ステムやカップ、骨頭を上述のステム選択処理やカップ選択処理等において選択する際のデータベースとして利用されても良い（Ｓ１５）。
【００４６】
次に、本実施形態における人工関節部材選定支援装置により選定した効果を確認するため、実際のデータに基づき実証的な試験を行った。具体的には４名の臨床医（中堅医師２名、新人医師２名）で有効性を確認する試験を行った。尚、中堅医師とは、経験５〜１０年程度の医師を意味する。新人医師とは、経験１〜５年年程度の医師を意味する。
【００４７】
試験は、臼蓋不全などの骨盤欠陥患者を模擬した模擬骨に対し、従来通りのＸ線写真とインプラントテンプレートとを組み合わせて決定した場合と、本実施形態の人工関節部材選定支援装置を用いた場合との比較を行った。比較項目は、カップの選定と骨欠補綴量である。表１に新人医師、表２に中堅医師の比較結果を示す。この結果、明らかに新人医師にとって、本装置を用いることにより適合の成績を向上できることが示された。
【００４８】
【表１】
2005185767.tif 000004
【００４９】
【表２】
2005185767.tif 000005
【００５０】
以上のように、本実施形態の人工関節部材選定支援装置は、生体骨（大腿骨、骨盤）の内部の状態を３次元的に識別可能な生体骨画像（大腿骨画像、骨盤画像）を画面表示する生体骨表示手段（図２のＳ３）と、インプラント（ステム、カップ、骨頭）の輪郭を示した輪郭画像を生体骨画像に重ね合せて画面表示する輪郭表示手段（図２のＳ７・Ｓ１０）とを有している。また、人工関節部材選定支援装置は、コンピュータである情報処理装置１を、生体骨の内部の状態を３次元的に識別可能な生体骨画像を画面表示する生体骨表示手段と、インプラントの輪郭を示した輪郭画像を前記生体骨画像に重ね合せて画面表示する輪郭表示手段として機能させるための人工関節部材選定支援プログラム（インプラント選定支援ルーチン）を有している。
【００５１】
尚、本実施形態においては、生体骨として大腿骨と骨盤とを用いて説明したが、これに限定されるものではなく、他の部位であっても良い。また、生体骨画像および輪郭画像の画面表示は、カラー画像および白黒画像の何れであっても良い。また、本実施形態におけるインプラントは、ステムとカップと骨頭とを用いて説明したが、これら以外のものであっても良い。また、本実施形態においては、ボクセル法により求めた生体骨画像を画面表示しているが、有限要素法等の他の方法で生体骨画像が求められていても良い。
【００５２】
上記の構成によれば、支援装置および支援プログラムは、生体骨画像にインプラントの輪郭画像を重合して画面表示するという方法によりインプラントの選定を臨床医に実施させることを可能にしている。即ち、インプラントの輪郭画像と生体骨画像とを重ね合わせたときに、インプラントの輪郭だけが生体骨画像上に表示された状態になる。これにより、インプラントの周辺部における生体骨とインプラントとの位置関係、即ち、インプラントを中心とした上下方向および左右方向の位置関係に加えて、インプラントの影に隠れた領域における生体骨とインプラントとの位置関係、即ち、インプラントを中心とした深さ方向の位置関係を一つの画面上で確認することができる。この結果、インプラントと生体骨との位置関係を上下方向、左右方向および深さ方向からなる３次元の要素で立体的に確認することができるため、インプラントが生体骨に組み付けられた様子を十分に把握することにより適切なインプラントを容易且つ確実に選定することができる。
【００５３】
また、生体骨表示手段は、Ｘ線ＣＴ画像をボクセル法により生成した３次元骨デジタルデータを指定した視線方向について、Ｘ線強度がボクセルを通過する毎に、一定の値で減衰するものとして積算を行うことによりＸ線写真と同様の表示となるように画像明度を計算することで生体骨画像を形成する。これにより、透過した状態の生体骨画像を容易に形成することができる。
【００５４】
また、人工関節部材選定支援装置は、生体骨画像と輪郭画像との重なった領域に存在するボクセルの個数を計数することにより骨切削量を求める骨切削量算出手段を有していると共に、生体骨画像と輪郭画像との空隙領域に存在するボクセルの個数を計数することにより骨補綴量を求める骨補綴量算出手段を有している。これにより、骨切削量および骨補綴量を容易に求めることができる。
【００５５】
また、人工関節部材選定支援装置は、髄腔占拠率、骨切削量、インプラント−骨応力分布、インプラント圧縮面積率、骨補綴量、骨−インプラント間最大空隙距離およびインプラント−骨間最小距離から選択される何れか１種以上のインプラント選定情報を画面表示する選定情報表示手段（図２のＳ８・Ｓ１１）を有している。上記の構成によれば、生体骨画像とインプラントの輪郭画像との画面表示による選定に加えて、インプラント選定情報による選定を行うことができるため、一層インプラントの選定を容易且つ確実に行うことができる。
【００５６】
また、人工関節部材選定支援装置は、生体骨の内部の状態を識別可能な生体骨画像を画面表示する生体骨表示手段（図２のＳ３）と、分離境界領域を前記生体骨画像に重ね合せて位置調整可能に画面表示する分離境界領域表示手段（図２のＳ４）と、分離境界領域を境界として生体骨画像を分離する生体骨分離手段（図２のＳ５）とを有している。また、人工関節部材選定支援装置は、コンピュータである情報処理装置１を、生体骨の内部の状態を識別可能な生体骨画像を画面表示する生体骨表示手段と、分離境界領域を生体骨画像に重ね合せて画面表示する分離境界領域表示手段と、分離境界領域を境界として生体骨画像を分離する生体骨分離手段として機能させるための人工関節部材選定支援プログラムを有している。
【００５７】
尚、本実施形態においては、生体骨画像を３次元的に画面表示しているが、２次元的に画面表示しても良い。また、分離境界領域は、生体骨画像に重合して画面表示された後に、臨床医により任意の位置に移動可能であることが望ましい。さらに、分離境界領域は、臨床医の操作により任意の形状に変形可能であると共に、筆記具で線を描くようにして任意の形状に形成できることが望ましい。
【００５８】
上記の構成によれば、支援装置および支援プログラムは、生体骨画像に分離境界領域を重ね合せた後、この分離境界領域を境界として生体骨画像を分離するという方法によりインプラントの選定を臨床医に実施させることを可能にしている。即ち、生体骨画像を分離境界領域で分離することができるため、複数の生体骨がつながった生体骨画像を個別の生体骨の画像として取り扱うことができる。
【００５９】
また、上記の生体骨表示手段は、生体骨画像を３次元的に画面表示し、分離境界領域表示手段は、前記分離境界領域を楕円球の外形線に沿った形状に設定する。この構成によれば、インプラントを組み込む生体骨が関節を含む場合に、関節部分に使用されるインプラントのカップの選定を高精度に行うことができる。
【００６０】
また、上記の分離境界領域表示手段は、分離境界領域を二重線で形成し、生体骨分離手段は、分離境界領域の二重線の間に存在するボクセルを除去することにより生体骨画像を分離する。これにより、インプラントの輪郭を境界として生体骨画像を容易に分離することができる。
【００６１】
以上、本発明は、上記の好ましい実施形態に記載されているが、本発明はそれだけに制限されない。本発明の精神と範囲から逸脱することのない様々な実施形態が他になされることは理解されよう。さらに、本実施形態において、本発明の構成による作用および効果を述べているが、これら作用および効果は、一例であり、本発明を限定するものではない。また、人工関節部材選定支援プログラム（インプラント選定支援ルーチン）は、記憶部のＲＯＭに予め読み出し専用に書き込まれていても良いし、ＣＤ等の記録媒体に記録されたものが必要時に読み出されて記憶部に書き込まれても良いし、さらにはインターネット等の電気通信回線を介して伝送されて記憶部に書き込まれても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】人工関節部材選定支援装置のブロック図である。
【図２】インプラント選定支援ルーチンのフローチャートである。
【図３】骨盤画像と大腿骨画像とに分離した状態を示す説明図である。
【図４】Ｘ線ＣＴ画像の説明図である。
【図５】骨デジタルモデルの説明図である。
【図６】生体骨画像に分離境界領域を重合した状態を示す説明図である。
【図７】大腿骨画像にステムを重合した状態を示す説明図である。
【図８】随腔占拠率の状態を画面表示したときの説明図である。
【図９】大腿骨-ステム応力分布の状態を画面表示したときの説明図である。
【図１０】大腿骨画像にカップを重合した状態を画面表示したときの説明図である。
【図１１】カップ-大腿骨表面間最大距離の算出方法を示す説明図である。
【図１２】大腿骨回転可能角の画面表示したときの説明図である。
【符号の説明】
【００６３】
１     情報処理装置
２     外部記憶装置
２ａ   患者データファイル
２ｂ   インプラントデータファイル
２ｃ   選定結果データファイル
３     演算部
４     表示部
５     操作入力部
６     記憶部
６ａ   プログラム領域
６ｂ   演算データ領域
６ｃ   画面表示データ領域
７     データ入出力部
８     通信部
９     データバス
１０   外部装置
１１   分離境界領域
１２   生体骨画像
１３   骨盤画像
１４   大腿骨画像
１５   輪郭画像
【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７】
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【図１１】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１２】
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