(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
治療対象の撮影画像に基づいて生成された、尺骨、橈骨を含む骨格の３次元モデルを記録する３次元モデル記憶手段と、
画像解析を行なう制御手段とを備えた医療支援システムであって、
前記制御手段が、
前記橈骨の３次元モデルにおいて、骨頭領域及び頚部領域の各断面の中心点を特定し、
前記中心点を通過する橈骨近位軸を特定し、
前記尺骨の３次元モデルの形状に基づいて尺骨遠位軸点を特定し、
前記尺骨遠位軸点及び橈骨の３次元モデルの骨頭領域の断面の中心点を通過する前腕回旋軸を特定し、
前記橈骨近位軸及び前腕回旋軸からなる橈骨回転面を特定し、
前記橈骨回転面と橈骨の３次元モデルの形状に基づいて、前記橈骨回転面における橈骨の最大変曲点を特定し、前記橈骨の最大変曲点において橈骨切断面を特定し、
前記橈骨切断面において橈骨の３次元モデルを遠位側と近位側とに切断し、
遠位側の中心軸と近位側の中心軸との交差角度が所定角度以下になる範囲で、前記橈骨回転面に平行な面上で、前記遠位側の橈骨は遠位点を中心にして回転させ、前記近位側の橈骨は近位点を中心にして回転させた場合について、前記遠位側と近位側とにおいて重複する領域を削除領域として出力することを特徴とする医療支援システム。
【請求項２】
前記制御手段が、前記橈骨切断面において切断した橈骨を、遠位側と近位側とが接触する状態で、遠位側と近位側を両側に引き伸ばし、
この引き伸ばした状態で回旋動作のシミュレーションを実行し、橈骨が尺骨と干渉しない場合には、引き伸ばしを提案することを特徴とする請求項１に記載の医療支援システム
。
【請求項３】
前記制御手段が、前記遠位側と近位側とをそれぞれ回転させるシミュレーションを実行し、前記近位側、遠位側が接合した状態で、重複部分が少ない切断面を特定することを特徴とする請求項１又は２に記載の医療支援システム。
【請求項４】
治療対象の撮影画像に基づいて生成された、尺骨、橈骨を含む骨格の３次元モデルを記録する３次元モデル記憶手段と、
画像解析を行なう制御手段とを備えた医療支援システムを用いて、医療支援を実行する方法であって、
前記制御手段が、
前記橈骨の３次元モデルにおいて、骨頭領域及び頚部領域の各断面の中心点を特定し、
前記中心点を通過する橈骨近位軸を特定し、
前記尺骨の３次元モデルの形状に基づいて尺骨遠位軸点を特定し、
前記尺骨遠位軸点及び橈骨の３次元モデルの骨頭領域の断面の中心点を通過する前腕回旋軸を特定し、
前記橈骨近位軸及び前腕回旋軸からなる橈骨回転面を特定し、
前記橈骨回転面と橈骨の３次元モデルの形状に基づいて、前記橈骨回転面における橈骨の最大変曲点を特定し、前記橈骨の最大変曲点において橈骨切断面を特定し、
前記橈骨切断面において橈骨の３次元モデルを遠位側と近位側とに切断し、
遠位側の中心軸と近位側の中心軸との交差角度が所定角度以下になる範囲で、前記橈骨回転面に平行な面上で、前記遠位側の橈骨は遠位点を中心にして回転させ、前記近位側の橈骨は近位点を中心にして回転させた場合について、前記遠位側と近位側とにおいて重複する領域を削除領域として出力することを特徴とする医療支援方法。
【請求項５】
治療対象の撮影画像に基づいて生成された、尺骨、橈骨を含む骨格の３次元モデルを記録する３次元モデル記憶手段と、
画像解析を行なう制御手段とを備えた医療支援システムを用いて、医療支援を実行するためのプログラムであって、
前記制御手段を、
前記橈骨の３次元モデルにおいて、骨頭領域及び頚部領域の各断面の中心点を特定し、
前記中心点を通過する橈骨近位軸を特定し、
前記尺骨の３次元モデルの形状に基づいて尺骨遠位軸点を特定し、
前記尺骨遠位軸点及び橈骨の３次元モデルの骨頭領域の断面の中心点を通過する前腕回旋軸を特定し、
前記橈骨近位軸及び前腕回旋軸からなる橈骨回転面を特定し、
前記橈骨回転面と橈骨の３次元モデルの形状に基づいて、前記橈骨回転面における橈骨の最大変曲点を特定し、前記橈骨の最大変曲点において橈骨切断面を特定し、
前記橈骨切断面において橈骨の３次元モデルを遠位側と近位側とに切断し、
遠位側の中心軸と近位側の中心軸との交差角度が所定角度以下になる範囲で、前記橈骨回転面に平行な面上で、前記遠位側の橈骨は遠位点を中心にして回転させ、前記近位側の橈骨は近位点を中心にして回転させた場合について、前記遠位側と近位側とにおいて重複する領域を削除領域として出力する手段として機能させることを特徴とする医療支援プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、矯正骨切り術を支援するための医療支援システム、医療支援方法及び医療支援プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
骨を切断する外科手術を行なう場合、２次元のＸ線写真を用いて、切断部位を予測している。この切断部位を特定するためには、経験とスキルに基づいて術前計画する必要がある。このため、的確に骨を治療するための技術が検討されている（例えば、特許文献１を参照。）。この文献に記載されている技術においては、対象となる骨の現状の骨モデルを取得するとともに、この骨の治療の目的となる目的骨モデルを取得する。そして、骨モデルと目的骨モデルとに基づいて、現状の骨に対して施されるべき方法を決定し、この方法を用いて手術することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１７２９７７号公報（第１頁、図１８０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、図３０を用いて、腕の骨格を説明する。図３０（ａ）に示すように、腕骨格５０は、上腕骨５１、橈骨５２、尺骨５３により構成されている。上腕骨５１は、上腕の中軸をなす長骨である。この上腕骨５１の近位端では上腕骨頭が肩甲骨（図示せず）と関節し肩関節を形成する。手のひらを表向けたり裏向けたりする動作を回旋動作と呼び、手のひらを表向けた状態から裏向ける回旋動作を回内、その反対の動作を回外という。手のひらを回外させると、図３０（ｂ）に示すように、橈骨５２と尺骨５３とは平行状態になる。一方、回内させると、図３０（ｃ）に示すように、橈骨５２と尺骨５３とが交差した状態になる。
【０００５】
ここで、例えば、前腕（橈骨５２と尺骨５３）の骨折後に変形治癒した場合、腕の回旋が困難になることがある（回旋障害）。具体的には、橈骨５２が湾曲するように変形していると、回旋動作の途中の角度で、橈骨５２と尺骨５３とが干渉して、この角度以上、回旋できないという障害が発生する。この回旋に障害が発生すると、日常生活においても困難になる。このような場合には、橈骨５２の湾曲部位を切断して、干渉が生じないように接合し直す手術（矯正骨切り術）を行なう。
【０００６】
上記の特許文献１においては、骨モデルと目的骨モデルとに基づいて、この対象骨に対して施されるべき治療を行なうことになる。しかしながら、目的骨モデルを入手できない場合には、骨モデルと目的骨モデルとを比較により治療方法を決定することができないという課題があった。
【０００７】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、この目的は、矯正骨切り術において、切断位置の特定を支援するための医療支援システム、医療支援方法及び医療支援プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、治療対象の撮影画像に基づいて生成された、尺骨、橈骨を含む骨格の３次元モデルを記録する３次元モデル記憶手段と、画像解析を行なう制御手段とを備えた医療支援システムであって、前記制御手段が、前記橈骨の３次元モデルにおいて、骨頭領域及び頚部領域の各断面の中心点を特定し、前記中心点を通過する橈骨近位軸を特定し、前記尺骨の３次元モデルの形状に基づいて尺骨遠位軸点を特定し、前記尺骨遠位軸点及び橈骨の３次元モデルの骨頭領域の断面の中心点を通過する前腕回旋軸を特定し、前記橈骨近位軸及び前腕回旋軸からなる橈骨回転面を特定し、前記橈骨回転面と橈骨の３次元モデルの形状に基づいて、前記橈骨回転面における橈骨の最大変曲点を特定し、前記橈骨の最大変曲点において橈骨切断面を特定し、前記橈骨切断面において橈骨の３次元モデルを遠位側と近位側とに切断し、遠位側の中心軸と近位側の中心軸との交差角度が所定角度以下になる範囲で、前記橈骨回転面に平行な面上で、前記遠位側の橈骨は遠位点を中心にして回転させ、前記近位側の橈骨は近位点を中心にして回転させた場合について、前記遠位側と近位側とにおいて重複する領域を削除領域として出力することを要旨とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の医療支援システムにおいて、前記制御手段が、前記橈骨切断面において切断した橈骨を、遠位側と近位側とが接触する状態で、遠位側と近位側を両側に引き伸ばし、この引き伸ばした状態で回旋動作のシミュレーションを実行し、橈骨が尺骨と干渉しない場合には、引き伸ばしを提案することを要旨とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の医療支援システムにおいて、前記制御手段が、前記遠位側と近位側とをそれぞれ回転させるシミュレーションを実行し、前記近位側、遠位側が接合した状態で、重複部分が少ない切断面を特定することを要旨とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、治療対象の撮影画像に基づいて生成された、尺骨、橈骨を含む骨格の３次元モデルを記録する３次元モデル記憶手段と、画像解析を行なう制御手段とを備えた医療支援システムを用いて、医療支援を実行する方法であって、前記制御手段が、前記橈骨の３次元モデルにおいて、骨頭領域及び頚部領域の各断面の中心点を特定し、前記中心点を通過する橈骨近位軸を特定し、前記尺骨の３次元モデルの形状に基づいて尺骨遠位軸点を特定し、前記尺骨遠位軸点及び橈骨の３次元モデルの骨頭領域の断面の中心点を通過する前腕回旋軸を特定し、前記橈骨近位軸及び前腕回旋軸からなる橈骨回転面を特定し、前記橈骨回転面と橈骨の３次元モデルの形状に基づいて、前記橈骨回転面における橈骨の最大変曲点を特定し、前記橈骨の最大変曲点において橈骨切断面を特定し、前記橈骨切断面において橈骨の３次元モデルを遠位側と近位側とに切断し、遠位側の中心軸と近位側の中心軸との交差角度が所定角度以下になる範囲で、前記橈骨回転面に平行な面上で、前記遠位側の橈骨は遠位点を中心にして回転させ、前記近位側の橈骨は近位点を中心にして回転させた場合について、前記遠位側と近位側とにおいて重複する領域を削除領域として出力することを要旨とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、治療対象の撮影画像に基づいて生成された、尺骨、橈骨を含む骨格の３次元モデルを記録する３次元モデル記憶手段と、画像解析を行なう制御手段とを備えた医療支援システムを用いて、医療支援を実行するためのプログラムであって、前記制御手段を、前記橈骨の３次元モデルにおいて、骨頭領域及び頚部領域の各断面の中心点を特定し、前記中心点を通過する橈骨近位軸を特定し、前記尺骨の３次元モデルの形状に基づいて尺骨遠位軸点を特定し、前記尺骨遠位軸点及び橈骨の３次元モデルの骨頭領域の断面の中心点を通過する前腕回旋軸を特定し、前記橈骨近位軸及び前腕回旋軸からなる橈骨回転面を特定し、前記橈骨回転面と橈骨の３次元モデルの形状に基づいて、前記橈骨回転面における橈骨の最大変曲点を特定し、前記橈骨の最大変曲点において橈骨切断面を特定し、前記橈骨切断面において橈骨の３次元モデルを遠位側と近位側とに切断し、遠位側の中心軸と近位側の中心軸との交差角度が所定角度以下になる範囲で、前記橈骨回転面に平行な面上で、前記遠位側の橈骨は遠位点を中心にして回転させ、前記近位側の橈骨は近位点を中心にして回転させた場合について、前記遠位側と近位側とにおいて重複する領域を削除領域として出力する手段として機能させることを要旨とする。
【００１３】
（作用）
請求項１、４又は５に記載の発明によれば、橈骨近位軸及び前腕回旋軸からなる橈骨回転面を特定し、橈骨回転面と橈骨の３次元モデルの形状に基づいて、橈骨切断面を特定する。これにより、橈骨と尺骨の回旋動作の状態を予測し、この状態に応じて、回旋制限を矯正する切断位置を特定して、骨切り手術を支援することができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、橈骨切断面において切断した橈骨の遠位側と近位側とが接触する状態で、遠位側と近位側を両側にずらし、このずらし量が基準範囲を超える場合に、重複する領域を削除領域として出力する。これにより、１度切りによる骨切り手術により、変形を矯正する手術を支援することができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、遠位側と近位側とをそれぞれ回転させるシミュレーションを実行し、近位側、遠位側が接合した状態で、重複部分が少ない切断面を特定する。これにより、骨の削除量を少ない手術を支援することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、矯正骨切り術において、切断位置の特定を支援するための医療支援システム、医療支援方法及び医療支援プログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態のシステム概略図。
【図２】本発明の実施形態の処理手順の説明図。
【図３】本発明の実施形態の処理手順の説明図。
【図４】本発明の実施形態の処理手順の説明図。
【図５】本発明の実施形態の処理手順の説明図。
【図６】本発明の実施形態の処理手順の説明図。
【図７】本発明の実施形態の処理手順の説明図。
【図８】本発明の実施形態の処理手順の説明図。
【図９】本発明の実施形態の処理手順における３次元画像の説明図。
【図１０】本発明の実施形態の処理手順における３次元画像の説明図。
【図１１】本発明の実施形態の処理手順における３次元画像の説明図。
【図１２】本発明の実施形態の処理手順における３次元画像の説明図。
【図１３】本発明の実施形態の処理手順における３次元画像の説明図。
【図１４】本発明の実施形態の処理手順における３次元画像の説明図。
【図１５】本発明の実施形態の処理手順における３次元画像の説明図。
【図１６】本発明の実施形態の処理手順における３次元画像の説明図。
【図１７】本発明の実施形態の処理手順における３次元画像の説明図。
【図１８】本発明の実施形態の処理手順における３次元画像の説明図。
【図１９】本発明の実施形態の処理手順における３次元画像の説明図。
【図２０】本発明の実施形態の処理手順における３次元画像の説明図。
【図２１】本発明の実施形態の処理手順における３次元画像の説明図。
【図２２】本発明の実施形態の処理手順における３次元画像の説明図。
【図２３】本発明の実施形態の処理手順における３次元画像の説明図。
【図２４】本発明の実施形態の処理手順における３次元画像の説明図。
【図２５】本発明の実施形態の処理手順における３次元画像の説明図。
【図２６】本発明の実施形態の処理手順における３次元画像の説明図。
【図２７】本発明の実施形態の処理手順における３次元画像の説明図。
【図２８】本発明の実施形態の処理手順における３次元画像の説明図。
【図２９】本発明の実施形態の処理手順における３次元画像の説明図。
【図３０】腕骨格の説明図であって、（ａ）は全体、（ｂ）は回外動作、（ｃ）は回内動作の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を具体化した一実施形態を、図１〜図２９に従って説明する。本実施形態では、前腕骨骨折の変形治癒による回旋障害の治療を行なう患者に対して、矯正骨切り術を行なう場合を想定する。
【００１９】
このような矯正骨切り術を支援するために、図１に示す手術支援システム２０を用いる。この手術支援システム２０は、干渉を抑制するために切断領域を算出するコンピュータ装置である。この手術支援システム２０は、図１に示すように、入力部１０、表示部１５に接続されている。入力部１０は、キーボードやポインティングデバイス等、各種指示を入力するための入力手段から構成される。また、表示部１５は、ディスプレイ等、情報処理結果を出力するための出力手段から構成されている。
【００２０】
更に、この手術支援システム２０は、制御部２１、ＣＴ画像データ記憶部２２、３次元モデル記憶手段としての３次元モデルデータ記憶部２３、前腕回旋軸データ記憶部２４、術後予測データ記憶部２５、切断面データ記憶部２６を備えている。
【００２１】
制御部２１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等から構成された制御手段として機能し、後述する処理（画像取込段階、橈骨近位点算出段階、尺骨遠位軸点算出段階、橈骨回転面算出段階、前腕切断面決定段階、橈骨遠位側軸点決定段階、切断予測段階、回旋予測段階等を含む処理）を行なう。このための医療支援プログラムを実行することにより、制御部２１は、画像取込手段２１１、橈骨近位軸点算出手段２１２、尺骨遠位軸点算出手段２１３、橈骨回転面算出手段２１４、前腕切断面決定手段２１５、橈骨遠位側軸点決定手段２１６、切断予測手段２１７、回旋予測手段２１８等として機能する。
【００２２】
画像取込手段２１１は、患者のＸ線ＣＴ画像を取得し、３次元モデルを生成する処理を実行する。
橈骨近位軸点算出手段２１２は、橈骨５２の３次元モデルにおいて、橈骨頭部（骨頭領域）及び頚部（頚部領域）の各断面の中心点を特定し、橈骨近位軸を算出する処理を実行する。
【００２３】
尺骨遠位軸点算出手段２１３は、尺骨５３の３次元モデルにおいて、尺骨遠位軸点（fovea ）を特定する処理を実行する。
橈骨回転面算出手段２１４は、橈骨５２の３次元モデルにおいて、回旋時の回転面を特定する処理を実行する。
【００２４】
前腕切断面決定手段２１５は、橈骨５２の３次元モデルにおいて、橈骨を切断する切断面（橈骨切断面）を特定する処理を実行する。
橈骨遠位側軸点決定手段２１６は、橈骨５２の３次元モデルにおいて、遠位側の軸点を算出する処理を実行する。
【００２５】
切断予測手段２１７は、橈骨５２の３次元モデルにおいて特定した切断面において切断された近位側と遠位側とを回転させて、橈骨５２において切断を行なう切断面を特定する処理を実行する。この切断予測手段２１７は、近位側と遠位側とを回転させるための複数の近位側回転角及び遠位側回転角に関するデータを保持している。
【００２６】
回旋予測手段２１８は、橈骨５２の３次元モデルと尺骨５３の３次元モデルとについて回内外運動のシミュレーション処理を実行する。この回旋予測手段２１８は、回旋シミュレーションを行なう回旋角度範囲（回内角度、回外角度）に関するデータを保持している。
【００２７】
ＣＴ画像データ記憶部２２には、治療対象の患者の腕の上腕骨５１、橈骨５２、尺骨５３の各断面を撮影したＣＴ画像データが記録される。このＣＴ画像データは、コンピュータ断層撮影（ＣＴ：Computed Tomography ）処理を行なうことにより撮影された画像データが登録された場合に記録される。ＣＴ画像データは、放射線などを利用して物体を走査しコンピュータを用いて処理した物体の内部画像であり、医用画像のフォーマット（ＤＩＣＯＭ：Digital Imaging and COmmunication in Medicine ）により記録される。
【００２８】
３次元モデルデータ記憶部２３には、ＣＴ画像データに基づいて生成された３次元モデルが記録される。この３次元モデルは、ＣＴ画像から３次元モデル化を行なった場合に記録される。
【００２９】
前腕回旋軸データ記憶部２４には、尺骨５３に対して、橈骨５２を回旋させるための回旋軸の位置を特定するための位置データが記録される。
術後予測データ記憶部２５には、近位側回転角及び遠位側回転角に関連付けて、術後の橈骨５２の３次元モデルが記録される。この３次元モデルは、橈骨回転予測処理において、橈骨５２を切断面で分割した近位側及び遠位側を、それぞれ回転させた場合に記録される。
【００３０】
切断面データ記憶部２６には、橈骨５２において、切断する位置を特定するための切断面データが記録される。この切断面データは、橈骨５２の３次元モデルにおいて、近位側及び遠位側に分割して、削除部位を特定した場合に記録される。
【００３１】
次に、上記のように構成された手術支援システム２０において、手術によって除去する干渉部位を特定する場合の処理手順について、図２〜図２９を用いて説明する。
（全体の概要）
まず、全体の概要を、図２を用いて説明する。ここでは、患者の腕（上腕骨５１、橈骨５２、尺骨５３）のコンピュータ断層撮影処理を行ない、ＤＩＣＯＭフォーマットによりＣＴ画像を作成する。そして、手術支援システム２０の記憶部（ハードディスク等）や記憶媒体に保存する。そして、手術支援システム２０の医療支援プログラムを起動する。
【００３２】
この場合、手術支援システム２０の制御部２１は、Ｘ線ＣＴ画像の取込処理を実行する（ステップＳ１−１）。具体的には、制御部２１の画像取込手段２１１は、表示部１５に、処理対象を撮影したＣＴ画像を指定するための画像指定画面を出力する。ここで、画像指定画面を用いて、手術支援システム２０の記憶部（ハードディスク等）や記憶媒体内に記録された評価対象のＣＴ画像を指定する。この場合、画像取込手段２１１は、指定された記憶領域に格納されたＣＴ画像を取得し、ＣＴ画像データ記憶部２２に登録する。
【００３３】
次に、手術支援システム２０の制御部２１は、３次元化処理を実行する（ステップＳ１−２）。具体的には、制御部２１の画像取込手段２１１は、公知の方法を用いて、ＤＩＣＯＭフォーマットのＣＴ画像から、図９に示すサーフェスデータ（メッシュソリッド表現ファイル形式）を生成する。そして、画像取込手段２１１は、このサーフェスデータを用いて、図１０に示すように、橈骨５２、尺骨５３の３次元モデルを生成し、３次元モデルデータ記憶部２３に記録する。この３次元モデルデータ記憶部２３には、図３に示すように、橈骨５２、尺骨５３のそれぞれについて３次元モデルが記録される。ここで、橈骨５２の３次元モデルを、図１１に示す。
【００３４】
次に、手術支援システム２０の制御部２１は、橈骨近位点の算出処理を実行する（ステップＳ１−３）。ここでは、上腕骨５１側（近位点）において、橈骨５２の３次元モデルの近位側において中心軸（橈骨近位軸）を特定する。この処理については、後述するように、図３を用いて説明する。
【００３５】
次に、手術支援システム２０の制御部２１は、尺骨遠位軸点の算出処理を実行する（ステップＳ１−４）。ここでは、前腕回旋軸を決定するための尺骨遠位軸点（fovea ）を特定する。この処理については、後述するように、図４を用いて説明する。
【００３６】
次に、手術支援システム２０の制御部２１は、前腕回旋軸及び橈骨回転面の算出処理を実行する（ステップＳ１−５）。ここでは、橈骨５２、尺骨５３からなる前腕の回内外時の回旋軸（前腕回旋軸）を特定する。更に、この前腕回旋軸を中心軸として、橈骨５２が回内外する回転面を特定する。この処理については、後述するように、図５を用いて説明する。
【００３７】
次に、手術支援システム２０の制御部２１は、前腕切断面の決定処理を実行する（ステップＳ１−６）。ここでは、特定した橈骨回転面、橈骨５２において、近位側と遠位側とに分ける前腕切断面を特定する。この処理については、後述するように、図６を用いて説明する。
【００３８】
次に、手術支援システム２０の制御部２１は、橈骨遠位側軸点の決定処理を実行する（ステップＳ１−７）。ここでは、橈骨５２の遠位側において回転させる軸点を特定する。この処理については、後述するように、図７を用いて説明する。
【００３９】
次に、手術支援システム２０の制御部２１は、橈骨回転予測処理を実行する（ステップＳ１−８）。ここでは、橈骨５２の３次元モデルにおいて、近位側、遠位側を形成するための、二つの仮想切断面を特定する。そして、この仮想切断面により、分割された近位側、遠位側を結合した手術後橈骨の３次元モデルを生成する。この処理については、後述するように、図８を用いて説明する。
【００４０】
次に、手術支援システム２０の制御部２１は、回内外結果の出力処理を実行する（ステップＳ１−９）。具体的には、制御部２１の回旋予測手段２１８は、尺骨５３の３次元モデルに対して、手術後橈骨の３次元モデルを回内外の回旋運動を行なうシミュレーションを実行する。そして、シミュレーション結果を算出し、表示部１５に出力する。
【００４１】
（橈骨近位軸点算出処理）
次に、図３を用いて、橈骨近位軸点算出処理を説明する。
ここでは、まず、手術支援システム２０の制御部２１は、作業平面の作成処理を実行する（ステップＳ２−１）。具体的には、制御部２１の橈骨近位軸点算出手段２１２は、橈骨５２の３次元モデルにおいて、橈骨頭部を特定する。そして、橈骨近位軸点算出手段２１２は、特定した橈骨頭部において、ベストフィット法により作業平面として作成する。このベストフィット法においては、図１２に示すように、橈骨頭部の３次元モデルからの距離（誤差）の総和が最小になる作業平面を作成する。
【００４２】
次に、手術支援システム２０の制御部２１は、橈骨頭部において円弧の作成処理を実行する（ステップＳ２−２）。具体的には、制御部２１の橈骨近位軸点算出手段２１２は、作成した作業平面において、この橈骨頭部を投影する領域に対応した円弧をベストフィット法により生成する。このベストフィット法においては、作業平面において３次元モデルの外延部から距離（誤差）の総和が最小になる作業平面を作成する。
【００４３】
次に、手術支援システム２０の制御部２１は、橈骨における頭部円弧中心の特定処理を実行する（ステップＳ２−３）。具体的には、制御部２１の橈骨近位軸点算出手段２１２は、図１２に示すように、橈骨頭部において生成した円弧の中心を特定する。
【００４４】
次に、手術支援システム２０の制御部２１は、橈骨頚部の作業平面の作成処理を実行する（ステップＳ２−４）。具体的には、制御部２１の橈骨近位軸点算出手段２１２は、表示部１５に橈骨頭部の作業領域指定画面を出力する。この作業領域指定画面には、橈骨頭部の３次元モデル画像が表示されており、ポインタを用いて橈骨頸部領域を指定することができる。ここで、橈骨近位軸点算出手段２１２は、利用者による橈骨頸部領域の指定を検知した場合、指定された領域において、橈骨５２の３次元モデルの断面積が最も小さくなる平面をベストフィット法により特定する。このベストフィット法においては、図１３に示すように、３次元モデルからの距離（誤差）の総和が最小になる作業平面を作成する。
【００４５】
次に、手術支援システム２０の制御部２１は、橈骨頚部における円弧の作成処理を実行する（ステップＳ２−５）。具体的には、制御部２１の橈骨近位軸点算出手段２１２は、この断面形状を近似する円弧をベストフィット法により生成する。このベストフィット法においては、図１４に示すように、作業平面において３次元モデルの外延部から距離（誤差）の総和が最小になる円弧を作成する。
【００４６】
次に、手術支援システム２０の制御部２１は、橈骨における頚部円弧中心の特定処理を実行する（ステップＳ２−６）。具体的には、制御部２１の橈骨近位軸点算出手段２１２は、橈骨頚部において生成した円弧の中心を特定する。
【００４７】
次に、手術支援システム２０の制御部２１は、橈骨近位軸の特定処理を実行する（ステップＳ２−７）。具体的には、制御部２１の橈骨近位軸点算出手段２１２は、図１５に示すように、橈骨５２の３次元モデルにおいて特定した頭部円弧中心、頚部円弧中心を連結する直線分を算出する。これにより、図１６に示すように橈骨近位軸を特定する。
【００４８】
（尺骨遠位軸点の算出処理）
次に、図４を用いて、尺骨遠位軸点の算出処理を説明する。
ここでは、まず、手術支援システム２０の制御部２１は、尺骨の遠位側の特定処理を実行する（ステップＳ３−１）。具体的には、制御部２１の尺骨遠位軸点算出手段２１３は、表示部１５に遠位領域指定画面を出力する。この遠位領域指定画面には、尺骨５３の３次元モデル画像が表示されており、ポインタを用いて遠位領域を指定することができる。ここで、尺骨遠位軸点算出手段２１３は、利用者による遠位領域の指定を検知した場合、指定された領域を遠位領域として特定する。
【００４９】
次に、手術支援システム２０の制御部２１は、尺骨遠位軸点の特定処理を実行する（ステップＳ３−２）。具体的には、制御部２１の尺骨遠位軸点算出手段２１３は、図１７に示すように、尺骨の遠位領域において、最も低い点を尺骨遠位軸点（fovea ）として特定する。
【００５０】
（前腕回旋軸及び橈骨回転面の算出処理）
次に、図５を用いて、前腕回旋軸及び橈骨回転面の算出処理を説明する。
ここでは、まず、手術支援システム２０の制御部２１は、前腕回旋軸の特定処理を実行する（ステップＳ４−１）。具体的には、制御部２１の橈骨回転面算出手段２１４は、橈骨５２の３次元モデルにおいて特定した橈骨近位軸点から、尺骨５３の３次元モデルにおいて特定した尺骨遠位軸点までの直線線分により、前腕回旋軸を作成する。図１８において、上方の線分は前腕回旋軸であり、下方の線分は橈骨近位軸を示す。そして、橈骨回転面算出手段２１４は、前腕回旋軸の位置情報を前腕回旋軸データ記憶部２４に記録する。
【００５１】
次に、手術支援システム２０の制御部２１は、橈骨回転面の特定処理を実行する（ステップＳ４−２）。具体的には、制御部２１の橈骨回転面算出手段２１４は、作成した橈骨近位軸及び前腕回旋軸を含む平面を特定する。これにより、図１９に示すように、橈骨５２の３次元モデル及び尺骨５３の３次元モデルに対して、橈骨回転面を定義する。すなわち、正常な撓骨近位軸は前腕回転軸上にあるため、撓骨近位軸と前腕回転軸とを一致させるための面を特定する。
【００５２】
（前腕切断面決定処理）
次に、図６を用いて、前腕切断面決定処理を説明する。
ここでは、まず、手術支援システム２０の制御部２１は、橈骨回転平面における最大変曲点の算出処理を実行する（ステップＳ５−１）。具体的には、制御部２１の前腕切断面決定手段２１５は、橈骨回転面によって、橈骨５２の３次元モデルの切断面を特定する。そして、前腕切断面決定手段２１５は、この切断面において、橈骨５２の外縁部の中で最大変曲点を特定する。
【００５３】
次に、手術支援システム２０の制御部２１は、切断面の特定処理を実行する（ステップＳ５−２）。具体的には、制御部２１の前腕切断面決定手段２１５は、特定した最大変曲点において、図２０に示すように、橈骨回転面と直行する断面を前腕切断面として特定する。ここで、図２１は、図２０における最大変曲点近傍を拡大したものである。
【００５４】
（橈骨遠位側軸点決定処理）
次に、図７を用いて、橈骨近位点算出処理を説明する。
まず、手術支援システム２０の制御部２１は、橈骨遠位側の所定領域で中心点の算出処理を実行する（ステップＳ６−１）。具体的には、制御部２１の橈骨遠位側軸点決定手段２１６は、表示部１５に橈骨遠位側の作業領域指定画面を出力する。この作業領域指定画面には、図２２に示すように、橈骨５２の３次元モデル画像が表示されている。そして、図２３に示すように、この画像の遠位側を拡大して、ポインタを用いて、３次元空間において橈骨遠位領域（図中の楕円領域）を指定する。ここで、橈骨遠位側軸点決定手段２１６は、利用者による橈骨遠位領域の指定を検知した場合、指定された領域の中心点を算出する。
【００５５】
次に、手術支援システム２０の制御部２１は、中心点から表面への投影点の特定処理を実行する（ステップＳ６−２）。具体的には、制御部２１の橈骨遠位側軸点決定手段２１６は、特定して中心点を、橈骨５２の３次元モデルの表面（曲面）上に垂線を落とした投影点を特定する。図２４は、橈骨遠位領域を拡大したものであり、上方の「×」は指定領域上の中心点、下方の「×」は投影点を示す。
【００５６】
（橈骨回転予測処理）
次に、図８を用いて、橈骨回転予測処理を説明する。この処理においては、切断面において切り離された橈骨５２の３次元モデルにおいて、近位側と遠位側とを順次、回転させる。ここでは、予め決められた角度を用いて、近位側と遠位側とを回転させ、近位側と遠位側との接合状態を予測する。このため、予め定められた近位側回転角、及び遠位側回転角（例えば、それぞれ１０〜２０度、２０〜３０度において５度刻みで設定された角度）を、順次、処理対象角度として特定して、以下の処理を実行する。
【００５７】
まず、手術支援システム２０の制御部２１は、近位側、遠位側の回転処理を実行する（ステップＳ７−１）。具体的には、制御部２１の切断予測手段２１７は、処理対象角度の近位側回転角及び遠位側回転角により、近位側の３次元モデル、遠位側の３次元モデルを、橈骨回転面に平行な面上で回転させる。図２５においては、近位側の３次元モデルを１０度、遠位側の３次元モデルを２０度、それぞれ上方に回転させた形状を示している。
【００５８】
次に、手術支援システム２０の制御部２１は、重複部分の特定処理を実行する（ステップＳ７−２）。具体的には、制御部２１の切断予測手段２１７は、図２６に示すように、橈骨５２の近位側の３次元モデル、遠位側の３次元モデルの重複部分を特定する。この重複部分において、遠位側の端部が近位側の３次元モデルに接触する部分が近位側仮想切断面であり、近位側の端部が遠位側の３次元モデルに接触する部分が遠位側仮想切断面となる。そして、切断予測手段２１７は、近位側回転角及び遠位側回転角に関連付けて、術後の橈骨５２の３次元モデルを術後予測データ記憶部２５に登録する。図２７には切断部分の拡大図を示す。
【００５９】
この処理を、予め定められたすべての近位側回転角、遠位側回転角について実行する。
次に、手術支援システム２０の制御部２１は、仮想切断面の特定処理を実行する（ステップＳ７−３）。具体的には、制御部２１の回旋予測手段２１８は、術後予測データ記憶部２５に記録された術後の橈骨５２の３次元モデルを取得する。そして、回旋予測手段２１８は、術後の橈骨５２の各３次元モデルを、尺骨５３の３次元モデルに対して、回旋角度範囲で回旋シミュレーションを行なう。そして、回旋予測手段２１８は、回旋シミュレーションにおいて、橈骨５２、尺骨５３の干渉が最も少ない術後３次元モデルを特定する。更に、干渉が最も少ない術後３次元モデルが複数ある場合には、回旋予測手段２１８は、橈骨５２、尺骨５３の３次元モデルの重複部分の体積が最も少ないものを特定する。そして、回旋予測手段２１８は、この３次元モデルの近位側仮想切断面、遠位側仮想切断面を特定する。そして、切断予測手段２１７は、回旋予測手段２１８が特定した近位側仮想切断面〜遠位側仮想切断面の間の領域において、重複部分を削除するとともに、橈骨５２の切断面積のずれが少ない近位側切断面、遠位側切断面を削除領域として特定する。
【００６０】
（回内外結果の出力）
そして、手術支援システム２０の制御部２１は、回内外結果画面を表示部１５に出力する。この回内外結果画面には、橈骨５２において特定した近位側切断面、遠位側切断面及び、術前後の回旋動作のシミュレーション結果が含まれる。図２８は術前の回旋動作のシミュレーション結果であり、橈骨５２は、約２６度の回内で干渉が生じている。また、図２９は術後の回旋動作のシミュレーション結果であり、９０度までの回内で干渉は生じていないことを示している。
【００６１】
本実施形態の医療支援システムによれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、手術支援システム２０の制御部２１は、橈骨近位点算出処理（ステップＳ１−３）、尺骨遠位軸点の算出処理（ステップＳ１−４）、前腕回旋軸及び橈骨回転面の算出処理（ステップＳ１−５）を実行する。これにより、橈骨５２、尺骨５３の回旋動作を予測することができる。
【００６２】
（２）本実施形態では、手術支援システム２０の制御部２１は、前腕切断面決定処理を実行する（ステップＳ１−６）。ここでは、橈骨回転平面における最大変曲点に基づいて、前腕切断面を決定する。これにより、最も変形が大きい変曲点において切断するため、効率的に変形を矯正することができる。
【００６３】
（３）本実施形態では、手術支援システム２０の制御部２１は、橈骨遠位側軸点決定処理（ステップＳ１−７）、橈骨回転予測処理（ステップＳ１−８）を実行する。ここでは、橈骨５２の近位側の３次元モデル、遠位側の３次元モデルの重複部分を特定する。干渉が最も少ない術後３次元モデルが複数ある場合には、回旋予測手段２１８は、橈骨５２、尺骨５３の３次元モデルの重複部分の体積が最も少ないものを特定する。これにより、橈骨と尺骨の干渉を矯正するとともに、負担が小さいと予想される切断位置を提案することができる。
【００６４】
更に、切断予測手段２１７は、回旋予測手段２１８が特定した近位側仮想切断面〜遠位側仮想切断面の間の領域において、重複部分をなくすとともに、橈骨５２の切断面積のずれが少ない近位側切断面、遠位側切断面を特定する。これにより、橈骨の近位側と遠位側との接合面のずれを抑制することができる。
【００６５】
（４）本実施形態では、手術支援システム２０の制御部２１は、回内外結果の出力処理を実行する（ステップＳ１−９）。これにより、手術において、骨の切断位置を予め特定した手術計画を作成することができる。
【００６６】
また、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・  上記実施形態では、手術支援システム２０の制御部２１は、橈骨回転予測処理を実行する（ステップＳ１−８）。ここで、近位側と遠位側とを両側に引き離し、これにより変形を矯正できる場合、１ヶ所の骨切りのシミュレーションを行なうようにしてもよい。この場合には、手首側又は上腕骨側において、引き伸ばし可能な許容長さに関するデータを、制御部２１のメモリに記憶させておく。そして、制御部２１の前腕切断面決定手段２１５は、近位側及び遠位側において、許容長さ分だけ両側に引き伸ばすシミュレーションを実行する。そして、回旋予測手段２１８が、この引き伸ばした状態で回旋動作のシミュレーションを実行する。回旋予測手段２１８は、このような状態で、橈骨５２が尺骨５３と干渉しない場合には、引き伸ばしを提案する。これにより、より簡易な手術を用いて、変形の矯正を提案することができる。更に、切断予測手段２１７は、引き伸ばした状態での近位側、遠位側の回転処理（ステップＳ７−１）〜仮想切断面の特定処理（ステップＳ７−３）を実行するようにしてもよい。
【００６７】
・  上記実施形態では、手術支援システム２０の制御部２１は、仮想切断面の特定処理を実行する（ステップＳ７−３）。ここでは、回旋予測手段２１８は、橈骨５２、尺骨５３の３次元モデルの重複部分の体積が最も少ないものを特定する。仮想切断面の特定方法は、これに限定されるものではない。例えば、予め定められた近位回転角度、遠位回転角度に関するデータを保持させておき、これらのデータを用いるようにしてもよい。
【００６８】
・  上記実施形態では、手術支援システム２０の制御部２１は、仮想切断面の特定処理を実行する（ステップＳ７−３）。ここでは、切断予測手段２１７は、近位側仮想切断面〜遠位側仮想切断面の間の領域において、重複部分を無くすとともに、橈骨５２の切断面積のずれが少ない近位側切断面、遠位側切断面を特定する。近位側切断面、遠位側切断面の特定方法は、これに限定されるものではない。例えば、近位側の長さと、遠位側の長さとを比較して、長い方を切断するように、近位側切断面、遠位側切断面を特定するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１０…入力部、１５…表示部、２０…手術支援システム、２１…制御部、２１１…画像取込手段、２１２…橈骨近位軸点算出手段、２１３…尺骨遠位軸点算出手段、２１４…橈骨回転面算出手段、２１５…前腕切断面決定手段、２１６…橈骨遠位側軸点決定手段、２１７…切断予測手段、２１８…回旋予測手段、２２…ＣＴ画像データ記憶部、２３…３次元モデルデータ記憶部、２４…前腕回旋軸データ記憶部、２５…術後予測データ記憶部、２６…切断面データ記憶部。
【要約】
【課題】矯正骨切り術において、切断位置の特定を支援するための医療支援システム、医療支援方法及び医療支援プログラムを提供する。
【解決手段】手術支援システム２０の制御部２１は、橈骨近位点算出処理において、橈骨近位軸を特定する。次に、制御部２１は、尺骨遠位軸点を算出し、前腕回旋軸を特定する。そして、橈骨近位軸及び前腕回旋軸により、橈骨回転面を算出する。次に、制御部２１は、橈骨回転面を用いて前腕切断面を決定する。次に、制御部２１は、橈骨遠位側軸点を決定し、前腕切断面で分割した橈骨の近位側と遠位側とを回転させて接合状態を予測する。そして、制御部２１は、接合状態に基づいて、近位側切断面、遠位側切断面を特定し、回内外結果と併せて出力する。
【選択図】図１【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】
0005224621.tif 000008
【図８】
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【図３０】
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【図９】
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【図１０】
0005224621.tif 000012
【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】
0005224621.tif 000017
【図１６】
0005224621.tif 000018
【図１７】
0005224621.tif 000019
【図１８】
0005224621.tif 000020
【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】
0005224621.tif 000028
【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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