(57)【要約】【課題】断層像が印刷された透明薄板を配列した立体模型の作製技術を改良し、実際に見た目のよい立体模型を作製する。【解決手段】Ｘ線ＣＴ装置２００によって撮像された連続的な断層像を含む３次元画像データに基づいてボリュームデータを構築し、ボリュームデータを用いて透明薄板に印刷する断層像データを生成する。集約断層像データ生成部１０５は、断層像データとして、複数枚の断層像を１枚に集約した集約断層像データを生成する。ボリュームレンダリング像データ生成部１０７は、断層像データとして、分割されたボリュームデータに含まれる情報に基づいてボリュームレンダリング像データを生成する。集約断層像データ及びボリュームレンダリング像データは、ボリュームデータを切断した単なる断層像と比較して、より多くの情報を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚の断層像がそれぞれ印刷された複数枚の透明薄板により構成される立体模型であって、前記複数枚の透明薄板の各印刷面が略平行となるよう配列される前記立体模型において用いられる、前記複数枚の断層像のそれぞれに対応した複数の断層像データを生成する断層像データ生成装置であって、
対象の連続的な断層像一式を含む３次元画像データを取得する入力部と、
前記３次元画像データに基づいてボリュームデータを構築するボリュームデータ構築部と、
前記ボリュームデータを複数のグループに分割し、前記複数のグループのそれぞれに含まれる輝度情報を用いて、前記複数のグループのそれぞれに対応する前記複数枚の断層像データを生成する断層像データ生成部とを、
有する断層像データ生成装置。
【請求項２】
前記断層像データ生成部は、前記ボリュームデータの任意の断層に平行な複数の断層に含まれる輝度情報を集約して、前記断層像データを生成するよう構成されている請求項１に記載の断層像データ生成装置。
【請求項３】
前記断層像データ生成部は、ボリュームレンダリング処理を行い、分割されたボリュームデータに含まれる輝度情報を用いて、前記断層像データを生成するよう構成されている請求項１に記載の断層像データ生成装置。
【請求項４】
前記断層像データ生成部は、前記ボリュームデータの任意の断層像を取得し、前記取得した断層像に存在する特定の対象物の輪郭を抽出して、抽出された輪郭が描画される前記断層像データを生成するよう構成されている請求項１から３のいずれか１つに記載の断層像データ生成装置。
【請求項５】
前記断層像データ生成部は、前記ボリュームデータの任意の断層像を取得し、前記取得した断層像に存在する特定の対象物が着色された断層像データを生成するよう構成されている請求項１から４のいずれか１つに記載の断層像データ生成装置。
【請求項６】
複数枚の断層像がそれぞれ印刷された複数枚の透明薄板により構成される立体模型であって、前記複数の透明薄板の各印刷面が略平行となるよう配列される前記立体模型において用いられる、前記複数枚の断層像のそれぞれに対応した複数の断層像データを生成する断層像データ生成方法であって、
対象の連続的な断層像一式を含む３次元画像データを取得するステップと、
前記３次元画像データに基づいてボリュームデータを構築するステップと、
前記ボリュームデータを複数のグループに分割し、前記複数のグループのそれぞれに含まれる輝度情報を用いて、前記複数のグループのそれぞれに対応する前記複数枚の断層像データを生成する断層像データ生成ステップとを
有する断層像データ生成方法。
【請求項７】
前記断層像データ生成ステップにおいて、前記ボリュームデータの任意の断層に平行な複数の断層に含まれる輝度情報を集約して、前記断層像データを生成する請求項６に記載の断層像データ生成方法。
【請求項８】
前記断層像データ生成ステップにおいて、ボリュームレンダリング処理を行い、分割されたボリュームデータに含まれる輝度情報を用いて、前記断層像データを生成する請求項６に記載の断層像データ生成方法。
【請求項９】
前記断層像データ生成ステップにおいて、前記ボリュームデータの任意の断層像を取得し、前記取得した断層像に存在する特定の対象物の輪郭を抽出して、抽出された輪郭が描画される前記断層像データを生成する請求項６から８のいずれか１つに記載の断層像データ生成方法。
【請求項１０】
前記断層像データ生成ステップにおいて、前記ボリュームデータの任意の断層像を取得し、前記取得した断層像に存在する特定の対象物が着色された断層像データを生成する請求項６から９のいずれか１つに記載の断層像データ生成方法。
【請求項１１】
請求項６から１０のいずれか１つに記載の断層像データ生成方法の各ステップを、前記コンピュータに実行させるための断層像データ生成用プログラム。
【請求項１２】
請求項１から５のいずれか１つに記載の断面像データ生成装置によって生成された前記複数枚の断層像データのそれぞれに対応する複数枚の断層像がそれぞれ印刷された複数枚の透明薄板が、前記複数枚の透明薄板の各印刷面が略平行となるよう配列された立体模型。
【請求項１３】
請求項６から１０のいずれか１つに記載の断面像データ生成方法によって生成された前記複数枚の断層像データのそれぞれに対応する複数枚の断層像がそれぞれ印刷された複数枚の透明薄板が、前記複数枚の透明薄板の各印刷面が略平行となるよう配列された立体模型。
【請求項１４】
前記複数枚の透明薄板の各印刷面が略平行かつ第１の配列方向に配列された第１の構成と、前記第１の構成に含まれる前記複数枚の透明薄板の各印刷面とは異なる方向に印刷面を有する、少なくとも１枚以上の透明薄板を含む第２の構成とを組み合わせて構成された請求項１２又は請求項１３に記載の立体模型。
【請求項１５】
前記透明薄板に位相差板を使用した請求項１２から１４のいずれか１つに記載の立体模型。
【請求項１６】
請求項１２から請求項１５のいずれか１つに記載の立体模型を構成する複数枚の透明薄板のそれぞれの間隔が、前記複数のグループ間の間隔と同一の比率となるよう固定するための立体模型用留め具。
【請求項１７】
前記複数枚の透明薄板の少なくとも１つが、立体模型用留め具に対して着脱可能なように固定される請求項１６に記載の立体模型用留め具。
【請求項１８】
前記各印刷面が略平行となるよう配列された前記複数枚の透明薄板の隣り合うもの同士が接着剤により相互に接着され一体化された構成を有する請求項１２又は１３に記載の立体模型。
【請求項１９】
前記断層像が印刷された前記複数枚の透明薄板のそれぞれの間隙に、前記断層像が印刷されていない１枚又は複数枚の透明薄板を挿入した状態で、すべての透明薄板が接着剤により接着され一体化された構成を有する請求項１２又は１３に記載の立体模型。
【請求項２０】
前記断層像が印刷された前記複数枚の透明薄板のそれぞれの間隙に挿入する前記断層像が印刷されていない透明薄板の枚数又は厚さが、前記断層像が印刷された前記複数枚の透明薄板のそれぞれの間隔が前記複数のグループ間の間隔と同一の比率となるよう設定されている請求項１９に記載の立体模型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断層像が印刷された複数の透明薄板により構成されており、複数の透明薄板がその断層像の印刷面に対して略垂直な方向に配列された立体模型の作製に用いられる断層像データを生成するための断層像データ生成装置、断層像データ生成方法、断層像データ生成用プログラム、立体模型並びに立体模型用留め具に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の透明薄板に断層像を印刷し、複数の透明薄板をその断層像の印刷面に対して略垂直な方向に配列又は積層することで立体模型を作製する技術は、従来より多数存在する。
【０００３】
例えば下記の特許文献１には、立体物の断層写真であって、被写体部分以外の部分を透明にした複数枚の断層写真を撮影時のピッチに対応するピッチで固定体に連続して支持させた立体模型を作製する技術が開示されている。
【０００４】
また、例えば下記の特許文献２には、立体物を一定の高さごとに分割（スライス）した平面画像を媒体チップに記録し、スライスした画像の順序に従って順次積層することで立体物を作製する技術が開示されている。
【０００５】
また、例えば下記の特許文献３には、入力された立体物データから生成された３次元モデルデータに基づき、透明の薄い樹脂フィルム上に、立体物模型を構成する各部品や部位毎に色を変えて断面形状を印刷し、この樹脂フィルムを、順次微細寸法の高さ毎に１層ずつ重ねて、各高さに相当する断面形状を順次印刷していくことを繰り返し、多数の印刷された透明フィルムを重ねて貼り合わせる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１−１４９０８４号公報（第１図〜第６図）
【特許文献２】特開２００７−１９６６６８号公報（段落００２２〜００２４、図４、図１０）
【特許文献３】特開２０１０−１８８５４８号公報（要約書）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように、複数の透明薄板に断層像を印刷して配列または積層することで、立体物が内在しているかのように見える立体模型を作製する従来技術は多数存在するが、数百〜数千枚の透明薄板を作って積層することは不可能であり、もしそれをやったとしても透明度が著しく低下してしまう。また、例えば数枚から数十枚程度の断層像を選択的に抜き出して透明薄板に印刷することで、使用する透明薄板の枚数を抑えることができるが、このような断層像に基づいて立体模型を実際に作製してみても、３次元構造の連続性において情報の欠落が起こり、内在する立体物が自然に立体的に見えるような立体模型を実現することは容易ではない。したがって、内在する立体物が立体的に見えるような、実際に見た目のよい立体模型を作製するには、断層像の前処理が必須である。
【０００８】
本発明は、上記の問題点を考慮して立体模型の作製技術を改良し、実際に見た目のよい立体模型を作製するために用いられる断層像データを生成するための断層像データ生成装置、断層像データ生成方法、断層像データ生成用プログラム、立体模型並びに立体模型用留め具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するため、本発明の断想像データ生成装置は、複数枚の断層像がそれぞれ印刷された複数枚の透明薄板が印刷面に対して略垂直な方向に配列される立体模型において用いられる、前記複数枚の断層像のそれぞれに対応した複数の断層像データを生成する断層像データ生成装置であって、
対象の連続的な断層像一式を含む３次元画像データを取得する入力部と、
前記３次元画像データに基づいてボリュームデータを構築するボリュームデータ構築部と、
前記ボリュームデータを複数のグループに分割し、前記複数のグループのそれぞれに含まれる輝度情報を用いて、前記複数のグループのそれぞれに対応する前記複数枚の断層像データを生成する断層像データ生成部とを、
有する。
【００１０】
また、上記目的を達成するため、本発明の断層像データ生成方法は、複数枚の断層像がそれぞれ印刷された複数枚の透明薄板が印刷面に対して略垂直な方向に配列される立体模型において用いられる、前記複数枚の断層像のそれぞれに対応した複数の断層像データを生成する断層像データ生成方法であって、
対象の連続的な断層像一式を含む３次元画像データを取得するステップと、
前記３次元画像データに基づいてボリュームデータを構築するステップと、
前記ボリュームデータを複数のグループに分割し、前記複数のグループのそれぞれに含まれる輝度情報を用いて、前記複数のグループのそれぞれに対応する前記複数枚の断層像データを生成する断層像データ生成ステップとを
有する。
【００１１】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、上記の断面像データ生成方法の各ステップをコンピュータに実行させるための断層像データ生成用プログラムが提供される。さらに、本発明によれば、上記の断面像データ生成装置又は断面積データ生成方法によって生成された前記複数枚の断層像データのそれぞれに対応する複数枚の断層像がそれぞれ印刷された複数枚の透明薄板が、前記複数枚の透明薄板の各印刷面が略平行となるよう配列された立体模型とその立体模型用留め具が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、上記の構成又は処理を有しており、立体模型の作製技術を改良し、実際に見た目のよい立体模型の作製が可能になるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の各実施の形態に係る断層像データ生成装置の一構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態において、Ｎ枚の断層像をＭ枚の集約断層像に集約する過程を模式的に示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態において、複数の断層像の最高輝度の画素又は最低輝度の画素を集め、１枚の画像に投影することで集約断層像を含む集約断層像データを生成する過程を模式的に示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態において、集約断層像がより多くの情報量を有し、立体模型用の断層像として好適であることを示す図である。
【図５】従来の技術におけるＭＰＲ画像の一例を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態における集約断層像の一例を示す図である。
【図７】従来の技術における断層像と、本発明の第１の実施の形態における集約断層像とを比較する一例を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態におけるボリュームレンダリング像データの生成処理の概念を示す図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態における等値面の認識処理の一例を示す図である。
【図１０】本発明の第５の実施の形態において、複数の異なる種類の断層像が交互に配列された立体模型の一例を示す図である。
【図１１】本発明に係る透明薄板の配列方法の一例を示す図であり、（Ａ）印刷面に対して略垂直な方向に複数の透明薄板を配列する方法、（Ｂ）印刷面に対して所定の角度θずれた方向に複数の透明薄板を配列する方法、をそれぞれ示す図である。
【図１２】本発明に係る透明薄板を同軸円筒形状に配列する方法の一例と、同軸円筒形状に複数の透明薄板を配列する際に用いられる断面像データの一例を示す図である。
【図１３】本発明に係る透明薄板を同軸円筒形状に配列する際に用いられる断面像データの生成方法の一例を模式的に示す図である。
【図１４】アルミダイカストの鋳物を産業用Ｘ線ＣＴ装置で撮像した画像データの一例である。
【図１５】図１２に一例として図示されている画像データを含む元画像から生成された集約断層像データの一例である。
【図１６】図１２に一例として図示されている画像データを含む元画像から生成された輪郭断層像データの一例である。
【図１７】図１４に図示されている輪郭断層像データから、さらに鋳巣の輪郭を削除した輪郭断層像データの一例である。
【図１８】図１２に一例として図示されている画像データから鋳巣を抽出し、大きさ別に色分けを行った断層像データの一例である。
【図１９】図１６に図示されている断層像データにおいて、母材の色を白とし、鋳巣のみをカラー表現した断層像データの一例である。
【図２０】図１２に一例として図示されている画像データを含む元画像に対して鋳物の大きさ別に色分けを行った後、ボリュームデータを連続的に薄切りにして、ボリュームレンダリング法により生成されたボリュームレンダリング像データの一例である。
【図２１】図１６に図示されている断層像データが印刷された透明薄板と、これらの透明薄板を配列して作製された立体模型の一例である。
【図２２】図１５に一例として図示されている輪郭断層像データがレーザー加工機によってレーザー加工されるとともに、図１７に図示されている断層像データが印刷された透明薄板と、これらの透明薄板を配列して作製された立体模型の一例である。
【図２３】図１８に図示されているボリュームレンダリング像データが印刷された透明薄板と、これらの透明薄板を配列して作製された立体模型の一例である。
【図２４】ＭＩＰ画像と集約断層像とを合成することで生成された断層像データの一例を示す図である。
【図２５】通常の断層像にＬＵＴを調整した画像と、等値面認識処理によって抽出された等値面を含む画像（等値面画像）とを合成することで生成された断層像データの一例を示す図である。
【図２６】本発明に係る処理で得られた断層像データが印刷された複数の透明薄板が留め具を用いて固定された立体模型の一例を示す図である。
【図２７】本発明に係る処理で得られた断層像データが印刷された複数の透明薄板が接着剤によって接着され一体化された立体模型の一例の斜視図である。
【図２８】本発明に係る処理で得られた断層像データが印刷された複数の透明薄板が接着剤によって接着され一体化された立体模型の一例の正面図である。
【図２９】本発明に係る処理で得られた断層像データが印刷された複数の透明薄板が接着剤によって接着され一体化された立体模型の一例の側面図である。
【図３０】本発明に係る処理で得られた断層像データが印刷された複数の透明薄板が接着剤によって接着され一体化された２つの立体模型を配置した展示例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明の第１〜第６の実施の形態について説明する。
【００１５】
まず、図１を参照しながら、本発明の各実施の形態に係る断層像データ生成装置について説明する。図１は、本発明の第１及び第２の実施の形態に係る断層像データ生成装置の一構成例を示すブロック図である。図１に図示されている断層像データ生成装置１００は、入力部１０１、ボリュームデータ構築部１０３、集約断層像データ生成部１０５、ボリュームレンダリング像データ生成部１０７、輪郭断層像データ生成部１０９、断層像データ格納部１１１、プリンタ出力部１１３、レーザー加工機出力部１１５を有している。
【００１６】
また、図１には、Ｘ線ＣＴ装置２００、３次元画像データ格納部３００、プリンタ４００、レーザー加工機５００が図示されている。Ｘ線ＣＴ装置２００などで対象を撮像した３次元画像データ（対象の連続的な断層像一式）は固有のファイルフォーマットで保存され、３次元画像データ格納部３００に格納されている。断層像データ生成装置１００は、この３次元画像データ格納部３００から読み出した３次元画像データに基づいて構築されるボリュームデータを用いて、複数の断層像データ（複数枚の断層像）を生成する。断層像データ生成装置１００によって生成された各断層像データは、プリンタ４００に供給されて印刷媒体である透明薄板上に印刷されてもよく、あるいは、レーザー加工機５００に供給されて加工媒体である透明薄板にレーザー加工されてもよい。断層像データに対応する断層像が印刷又はレーザー加工された複数の透明薄板は、その断層像の印刷面又は加工面に対して略垂直な方向に配列され（すなわち、各透明薄板の印刷面が略平行となるよう配列され）、各透明薄板上の断層像が重なって立体的な形状が現れる立体模型が作製される。なお、本明細書では、透明性の高い薄板を透明薄板と呼ぶが、素材の特性上、必ずしも完全に透明であるとは言えない。後述のように、アクリル板など様々な材質の薄板を透明薄板として用いることが可能である。
【００１７】
なお、３次元画像データを取得するための３次元画像デバイスはＸ線ＣＴ装置２００に限定されるものではなく、共焦点レーザー顕微鏡、医用画像診断装置などを始めとする任意の画像デバイスを用いることが可能である。また、図１には、断層像データ生成装置１００が、１台の３次元画像デバイス（Ｘ線ＣＴ装置２００）から出力された３次元画像データの処理を行うように図示されているが、断層像データ生成装置１００は、複数の３次元画像デバイスから出力された複数の３次元画像データ、又は、１台の３次元画像デバイスから複数チャンネルを経由して出力された複数の３次元画像データを利用して断層像データの生成を行ってもよい。例えば、Ｘ線ＣＴ装置で対象を分割して撮像した場合や、共焦点レーザー顕微鏡が複数チャンネルの３次元画像データを出力する場合においても、ボリュームデータを統合したり、それぞれのボリュームデータから画像を生成したりすることによって、所望の断層像データを取得することが可能である。
【００１８】
操作部１５１及び表示部１５３はユーザインタフェースであり、ユーザは、断層像データ生成装置１００における断層像データ生成の際に、表示部１５３に表示される情報を確認しながら、操作部１５１を用いて断層像データ生成装置１００の操作や情報入力などを行うことが可能である。
【００１９】
操作部１５１によって、ユーザは、断層像の枚数及び間隔の調整やＬＵＴ（Look Up Table：ルックアップテーブル）の調整などを画面上のインタフェースを用いて行い、表示や設定にフィードバックすることが可能である。また、表示部１５３によって、ユーザは、カーソルを動かして断面を見たり、３次元像を回転させてクリップしたりするなど、対話的に操作しながら、２次元／３次元画像を閲覧したり表示の調整を行ったりすることが可能となる。また、ＷＹＳＩＷＹＧ（What You See Is What You Get）の概念に基づき、表示部１５３に表示されたプレビュー画面で見たままの画面が保存されることを特徴とする。なお、操作部１５１は、例えばマウスやキーボードなどによって実現され、表示部１５３は、例えば視覚的に情報を出力するモニタなどによって実現可能である。また、操作部１５１と表示部１５３とが一体となったタッチパネルインタフェースによって実現されてもよい。
【００２０】
入力部１０１は、固有のファイルフォーマットで保存されている３次元画像データ一式を３次元画像データ格納部３００から断層像データ生成装置１００内のメモリ（不図示）上に読み込む機能を有している。
【００２１】
ボリュームデータ構築部１０３は、３次元画像データ格納部３００から読み込んだ３次元画像データに基づいて、ボリュームデータを構築する機能を有している。３次元画像データは撮像対象物の断層が連続的に撮像された撮像断層像一式により構成されるが、ボリュームデータ構築部１０３は、連続的な断層像一式の輝度値を３次元配列としてメモリ上に保持し、ボリュームデータを構築する。なお、ボクセルの大きさは、３次元画像データに含まれる撮像断層像の解像度や、３次元画像デバイスの空間分解能に依存し、ｍｍ（ミリメートル）など実寸の単位系で表される寸法と対応する。また、各ボクセルに割り当てられるデータは、輝度に関する情報（輝度値）を有し、ＬＵＴを操作することで、色や透明度を任意に設定して、表示を制御することができる。
【００２２】
集約断層像データ生成部１０５は、任意の軸に対してボリュームデータをスライスすることによって得られる連続的な断層像一式に関して、所定の枚数の断層像に含まれる情報を集約した断層像データ（本明細書では、集約断層像データと呼ぶ）を生成する機能を有している。集約断層像データ生成部１０５による集約断層像データの生成については、第１の実施の形態として後述する。
【００２３】
なお、集約断層像データ生成部１０５は、ＭＰＲ（Multi Planar Reconstruction）及びＭＩＰ（Maximum/Minimum Intensity Projection）を用いて３次元対象物の表示を行って、集約断層像データの生成時のユーザ操作を支援してもよい。ＭＰＲは、３次元画像の断面を表示する技術であり、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸の各方向から見た場合の断層像（ＭＰＲ画像）の作成及び表示が行われる。ＭＰＲ画像は、ある位置における３次元対象物の１断面を表す断層像である。また、ＭＩＰは、３次元対象物の外観を表示する技術であり、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸の各方向に対して、全ての断層像の最高あるいは最低輝度の画素を集めて１枚の画像に投影（projection）することで画像（ＭＩＰ画像）を作成する。ＭＩＰ画像は、対象物の外観全てを表すような画像であり、ある位置における１断面を表しているに過ぎない断層像（ＭＰＲ画像）とは意味合いが異なる。
【００２４】
ボリュームレンダリング像データ生成部１０７は、読み込んだ３次元画像にＬＵＴやカメラ、照明などの設定を行い、仮想的なスクリーンに投影することで、３次元画像を描画するボリュームレンダリング処理を行う機能を有している。回転軸、その変位、クリップ切断面の深さなどは内部的なパラメータで示され、このパラメータに関連する数値を自由にコントロールすることで、所望の画像を生成することができる。なお、上述のように、ボリュームレンダリングでは、色や透明度を調整することで、半透明表示をしたりボリュームデータを任意に切断したりするなどして、対象の内部構造を描画することが可能である。なお、デジタル画像はそもそも数字の配列であり、３次元画像は文字通り、３次元の画素の配列で表される。３次元画像を画素の集合と考え、横軸が輝度、縦軸が画素数を表すヒストグラムを定義し、その分布に対して、色や透明度（opacity）の変化を折れ線状に調整することで、画素各々の表示上の属性が決定される。このような折れ線をＬＵＴと呼ぶ。
【００２５】
本発明では、所定の範囲のボリュームデータに係るボリュームレンダリング像データを生成することで、立体模型に用いられる断層像データ生成する。ボリュームレンダリング像データ生成部１０７によるボリュームレンダリング像データの生成については、第２の実施の形態として後述する。
【００２６】
輪郭断層像データ生成部１０９は、任意の軸に対してボリュームデータをスライスすることによって得られる連続的な断層像に関して、等値面を認識することによって等しい輝度値を持つエッジ（輪郭）を抽出し、抽出された輪郭を含む断層像データ（本明細書では、輪郭断層像データと呼ぶ）を生成する機能を有している。輪郭断層像データ生成部１０９による輪郭断層像データの生成については、第３の実施の形態として後述する。
【００２７】
断層像データ格納部１１１は、集約断層像データ生成部１０５により生成された集約断層像データ、ボリュームレンダリング像データ生成部１０７により生成されたボリュームレンダリング像データ、輪郭断層像データ生成部１０９により生成された輪郭断層像データの各断層像データを格納する機能を有している。
【００２８】
プリンタ出力部１１３は、断層像データ格納部１１１に格納されている断層像データをプリンタ４００へ出力し、断層像データに含まれる断層像を透明薄板に印刷させる機能を有している。また、レーザー加工機出力部１１５は、断層像データ格納部１１１に格納されている断層像データをレーザー加工機５００へ出力し、断層像データに含まれる断層像を透明薄板にレーザー加工させる機能を有している。なお、断層像データ生成装置１００は、プリンタ出力部１１３及びレーザー加工機出力部１１５を必ずしも有している必要はない。例えば、断層像データ格納部１１１に格納されている断層像データを取り出し、プリンタ出力部１１３及びレーザー加工機出力部１１５を有する別の装置に移して、プリンタ４００やレーザー加工機５００に供給してもよい。
【００２９】
なお、図１では、断層像データ生成装置１００が有する機能が各ブロックによって模式的に図示されているが、これらの各ブロックに係る機能は、例えば、ハードウェア又はＣＰＵがソフトウェア（プログラム）を実行すること、あるいは、本発明に係るソフトウェアを汎用ＰＣ（Personal Computer：パーソナルコンピュータ）によって実行することで実現可能である。また、３次元画像データ格納部３００及び断層像データ格納部１１１は、断層像データ生成装置１００に接続された情報記憶媒体又は情報記憶装置などによって実現されてもよい。また、本発明では、プリンタ４００は透明薄板に印刷を行うことができるものを採用する。
【００３０】
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明の第１の実施の形態について説明する。本発明の第１の実施の形態では、図１に図示されている集約断層像データ生成部１０５が集約断層像データを生成する処理を行う。
【００３１】
ボリュームデータ構築部１０３で構築されたボリュームデータは、３次元的に配列されたボクセルによって構成されており、任意の面で切断した場合の断層像を得ることができる。このように、３次元モデルのある位置における１断面を表す画像は、例えば、ＭＰＲによって表示される断層像（ＭＰＲ画像）に等しい。
【００３２】
本発明の第１の実施の形態における集約断層像データ生成部１０５は、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸のいずれかの方向に関して得られる断層像のうち、連続して配列されている複数枚（所定枚数）の断層像を集約することによって、１枚の集約断層像を含む集約断層像データを生成する。具体的には、集約断層像データ生成部１０５は、連続して配列されている複数枚の断層像を抽出して、抽出した複数枚の断層像における同一の相対位置（同一位置の画素）を比較し、最高輝度（最も明るい輝度）又は最低輝度（最も暗い輝度）の画素を１枚の画像に投影することで、１枚の集約断層像とする。集約断層像データ生成部１０５による集約断層像データの生成は、通常のＭＩＰ画像の生成とは異なり、全ての断層像をいくつかのグループに分けた後、各グループに属する断層像の最高輝度の画素又は最低輝度の画素を集めて１枚の画像に投影することで、グループ数に等しい枚数の集約断層像を含む集約断層像データを生成するものである。
【００３３】
以下、集約断層像データの生成処理の概念について、図２及び図３を参照しながら説明する。ボリュームデータからは通常、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸の各方向に関してそれぞれ数百枚の断層像が得られる。図２の左側には、Ｚ方向に垂直な面（ＸＹ面に平行な面）を持つＮ枚の断層像が模式的に図示されている。従来技術においては、Ｎ枚の断層像の中から等間隔に所定枚数を抽出して立体模型の作製を行うことが示唆されているが、一方、本発明の第１の実施の形態に係る集約断層像データ生成部１０５は、これらＮ枚の断層像を連続したＮ／Ｍ枚ごとにグループ化して（Ｍ個のグループ）、図２の右側に図示されているようなＭ枚の集約断層像を生成する。集約断層像の枚数（すなわち、透明薄板の枚数）は、任意に設定できる。
【００３４】
なお、図２には、Ｎ枚の断層像をＭ枚の集約断層像に集約する過程が模式的に図示されているが、３次元的なデータの配列であるボリュームデータから集約断層像を直接得ることができるので、集約断層像生成部１０５は、集約断層像を得る過程で必ずしも図２の左側に図示されているような断層像を生成する必要はない。
【００３５】
最終的に作製される立体模型は、３次元画像デバイスで撮像した対象物に等しい比率（アスペクト比）にすることが望ましい。比率が大きく異なってしまうと、立体感を損なうだけではなく、立体模型によって表すべき立体的な形状自体を特定できなくなる可能性がある。正しい比率の立体模型を作製するためには、例えば、以下のような方法でパラメータを算出することが可能である。
【００３６】
例えば、解像度が３００×３００×４００ピクセルであり、ボクセルのサイズが０．０５×０．０５×０．０８ｍｍのボリュームデータが存在する場合、その視野サイズは１５．０×１５．０×３２．０ｍｍとなる。ここで、このボリュームデータから、透明薄板をＺ方向に配列、高さ１０ｃｍ程度、透明薄板の厚さは２ｍｍ、透明薄板の間隔は等間隔で４ｍｍの各条件で立体模型の作製を行おうとする。このとき、視野サイズのＺ方向の高さ３２．０ｍｍを考慮して、視野サイズの高さの３倍である９６ｍｍの模型サイズにすることを決定すると、Ｘ、Ｙ方向共に同一の比率を維持することが望ましいことから、模型サイズは４５．０×４５．０×９６．０ｍｍに定まる。また、透明薄板の厚さと間隔の合計が６．０ｍｍであることから、９６／６＝１６枚の集約断層像を印刷する必要があり、透明薄板も１６枚用意する必要がある。また、ボリュームデータのＺ方向の解像度が４００ピクセルであることから、１６枚の集約断層像を生成する場合には、４００／１６＝２５枚のＸＹ平面に平行な断層像（ボリュームデータをＸＹ平面でスライスした断層像）を集約して１枚の集約断層像を生成する必要がある。
【００３７】
また、図３には、複数の断層像の最高輝度の画素又は最低輝度の画素を集め、１枚の画像に投影することで集約断層像を含む集約断層像データを生成する過程が模式的に図示されている。ここでは理解を容易にするため、Ｘ、Ｙ方向の画素配列数がそれぞれ４であり（４ｘ４の画素）、かつ２ビット（０〜３の４階調）の輝度値を持つ３枚の断層像０１〜０３Ｃから、最高輝度の画素を集めた集約断層像、及び、最低輝度の画素を集めた集約断層像を生成する場合を一例として説明する。なお、通常は、Ｘ、Ｙ方向の画素配列数は数百〜数千であり、各画素の輝度は８ビット（２５６階調）又は１６ビット（６５５３６階調）の深さを持っている場合が多い。
【００３８】
図３の左側に図示されている３枚の断層像はそれぞれ４ｘ４の画素を持っており、各画素の位置は座標（Ｘｉ，Ｙｊ）（ｉ，ｊ＝１〜４）で表される。また、各画素には、０〜３の４階調の輝度が設定されている。集約断層像データ生成部１０５は、例えばこれら３枚の断層像を抽出すると、同一の相対位置（すなわち、同一の座標）同士を比較して最高輝度（最も明るい輝度）を抽出して、生成する集約断層像の同一の相対位置に、抽出した最高輝度を設定することが可能である。具体的には、例えば座標（Ｘ１，Ｙ１）に関しては、断層像０１の座標（Ｘ１，Ｙ１）の輝度は１、断層像０３の座標（Ｘ１，Ｙ１）の輝度は０、断層像０２の座標（Ｘ１，Ｙ１）の輝度は１であることから、生成する集約断層像の座標（Ｘ１，Ｙ１）の輝度を１に設定する。その結果、図３の右上に図示されている最高輝度の画素を集めた集約断層像が生成される。
【００３９】
また、集約断層像データ生成部１０５は、例えばこれら３枚の断層像０１〜０３を抽出すると、同一の相対位置（すなわち、同一の座標）同士を比較して最低輝度（最も暗い輝度）を抽出して、生成する集約断層像の同一の相対位置に、抽出した最低輝度を設定することが可能である。具体的には、例えば座標（Ｘ１，Ｙ１）に関しては、断層像０１の座標（Ｘ１，Ｙ１）の輝度は１、断層像０２の座標（Ｘ１，Ｙ１）の輝度は０、断層像０３の座標（Ｘ１，Ｙ１）の輝度は１であることから、生成する集約断層像の座標（Ｘ１，Ｙ１）の輝度を０に設定する。その結果、図３の右下に図示されている最低輝度の画素を集めた集約断層像が生成される。
【００４０】
なお、集約断層像データ生成部１０５に最高輝度の画素を集めた集約断層像を生成させるか、あるいは、最低輝度の画素を集めた集約断層像を生成させるかは自由に設定可能であり、最終的に得られる集約断層像の見た目によって決定してもよい。例えば、断層像内の関心対象が空隙（暗い領域を形成している）などの場合には、その全体像を把握出来るようにするため、最低輝度の画素を集めた集約断層像のほうが適切である。
【００４１】
次に、集約断層像を生成する有利な効果について説明する。集約断層像データ生成部１０５によって生成される集約断層像は、３次元モデルをスライスして抜き出した単なる１枚の断層像ではなく、Ｚ軸方向に所定の幅を持つ空間に含まれる複数枚の断層像を１枚に集約して生成されたものである。すなわち、集約断層像は、複数枚の断層像を集約したものであることから、単に３次元モデルから抜き出された１枚の断層像や、Ｘ線ＣＴ装置２００などによって撮像された３次元画像データの各断層像に比べて、複数枚の断層像に含まれているより多くの情報量を有している。以下、図４（ａ）〜（ｃ）を参照しながら、集約断層像がより多くの情報量を有し、立体模型用の断層像として好適であることについて説明する。
【００４２】
ここでは、図４（ａ）に図示されている物体Ｓを表す断層像を考える。図４（ａ）に図示されているように、物体Ｓは屈曲した構造を有している。なお、ここでは便宜上「物体」と表現するが、このような屈曲した構造は、空隙（周囲を物体に囲まれている空間）によって形成される場合もある。また、図４（ａ）では、紙面内の左右方向をＸ軸、紙面内の上下方向をＺ軸とし、紙面に垂直な方向をＹ軸とする。したがって、図４（ａ）では、Ｚ軸に垂直なＸＹ平面は、紙面内の左右方向の線によって表される。
【００４３】
物体ＳをＸＹ平面で切り取った場合、その断層像には切り取ったＸＹ面を通過する物体Ｓの一部のみが表示される。例えば、図４（ｂ）には、物体Ｓを面ａで切り取った断層像、面ｂで切り取った断層像、面ｃで切り取った断層像がそれぞれ図示されているが、これらの断層像から（あるいは、面ａ、ｂ、ｃ以外の断層像においても）物体Ｓの全体像を把握することは困難である。一方、図４（ｃ）には、面αから面βまでの範囲に存在する断層像の最低輝度を抽出して投影することで生成された１枚の集約断層像が図示されている。図４（ｃ）の断層像は、集約断層像データ生成部１０５によって生成される集約断層像であり、物体Ｓの形状や大きさなどを含む全体像を直感的に把握することができるものである。
【００４４】
さらに、集約断層像を生成する有利な効果を示す図５〜図７について説明する。なお、図５及び図６は歯の画像、図７はマウスの画像であり、これらの画像はＸ線ＣＴ装置２００から得られた３次元画像データから実際に作成されたものである。
【００４５】
図５は、従来の技術におけるＭＰＲ画像の一例を示す図である。図５には、ある位置を通過するＸＹ面の断層像、ＹＺ面の断層像、ＺＸ面の断層像がＭＰＲによって表示されている。歯は亀裂や歯髄腔（歯の神経が通る穴）などの屈曲した構造を有している。したがって、図５に図示されているように、従来のＭＰＲ表示で直線的に切断した断面をＸ、Ｙ、Ｚの各方向に対応して表示するだけでは、その構造を部分的にしか把握することができない。
【００４６】
一方、図６は、本発明の第１の実施の形態における集約断層像の一例である。図５のＭＰＲ画像とは異なり、図６では所定の幅（断層幅）に含まれる断層像を集約することで生成された集約断層像（最低輝度の画素を集めたもの）が表示されている。図６では、ＸＹ面の集約断層像はＸＹ断面幅に含まれる複数の断層像を集約することで生成され、ＹＺ面の集約断層像はＹＺ断層幅に含まれる複数の断層像を集約することで生成され、ＺＸ面の集約断層像はＺＸ断層幅に含まれる複数の断層像を集約することで生成されている。図６の集約断層像は、亀裂や歯髄腔などの屈曲した構造を含む全体像が把握できるものであり、少ない枚数の透明薄板によって作製される立体模型において、内部構造の全体像を直感的に把握できる集約断層像を使用することは非常に有効である。
【００４７】
また、図７は、従来の技術における断層像と、本発明の第１の実施の形態における集約断層像とを比較する一例を示す図である。なお、図７の左側には、従来の技術における通常の断層像が図示されており、図７の右側には、本発明の第１の実施の形態における集約断層像が図示されている。
【００４８】
これらの断層像は、マウス体軸方向の横断面の断層像に基づいて生成されたものであり、実際に使用したデータでは、矢状面方向（紙面に平行な方向）に３４４枚の断層像が存在している。図７の左側には、比較対象として、矢状面方向に対して１００枚目、１５０枚目、２００枚目、２５０枚目、３００枚目の５枚の断層像が図示されている。これら従来の技術における通常の断層像はいずれも、矢状面に平行な面で切断した単なる１枚の断面像に過ぎない。一方、図７の右側には、同じマウスの断層像のデータを利用して生成された集約断層像（最高輝度の画素を集めたもの）が図示されている。図７の右側には、上から、１００枚目を中心に計４９枚の画像を集約して生成された集約断層像、１５０枚目を中心に計４９枚の画像を集約して生成された集約断層像、２００枚目を中心に計４９枚の画像を集約して生成された集約断層像、２５０枚目を中心に計４９枚の画像を集約して生成された集約断層像、３００枚目を中心に計４９枚の画像を集約して生成された集約断層像の５枚の集約断層像が図示されている。
【００４９】
両者を比較した場合、従来の技術における通常の断層像ではマウスの体内の構造が断片的にしか写っていない。したがって、従来の技術における通常の断層像を用いて立体模型を作製しても、模型で実際に表現したい体内の構造が断片的にしか写っていないことから、マウスの体内の構造が把握できる立体模型を実現することは不可能である。これは、特定の断層像のみを抽出した結果、抽出されなかった断層像が間引かれて情報が欠落してしまっていることに原因がある。一方、集約断層像では、例えばマウスの肋骨や大腿骨が繋がった構造が再現されているなど、マウスの体内の構造を直感的に把握できるものとなっている。数少ない枚数の透明薄板によって構成される立体模型において、より現実に近いマウスの模型を再現する際には、明らかに集約断層像のほうが好適である。
【００５０】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本発明の第２の実施の形態では、図１に図示されているボリュームレンダリング像データ生成部１０７がボリュームレンダリング像データを生成する処理を行う。
【００５１】
ボリュームレンダリング技術を用いた場合、３次元に配列されたボリュームデータを任意の面で切断したり、内部構造を描画したりすることが可能である。また、ＬＵＴを適切に設定することで、半透明や立体的な陰影表現も可能である。
【００５２】
本発明の第２の実施の形態におけるボリュームレンダリング像データ生成部１０７は、透明薄板に印刷するための断層像として、ボリュームデータを連続的に薄切りにしたボリュームレンダリング像を含むボリュームレンダリング像データを生成する。なお、ボリュームデータを薄切りにするとは、ボリュームデータを所定の厚さ（奥行き）に分割することを意味する。
【００５３】
以下、ボリュームレンダリング像データの生成処理の概念について、図８を参照しながら説明する。ボリュームレンダリング像データ生成部１０７は、例えば、ＸＹ面に平行な広がりを持ち、Ｚ軸方向に所定の厚さを有する３次元空間によってボリュームデータを複数に分割するとともに、分割された各ボリュームデータ内の情報を用いて２次元の断層像を生成する。具体的には、図８に図示されているように、例えばボリュームデータをＸＹ面に平行な広がりを持ち、Ｚ軸方向に厚さＤを有する複数の直方体に分割する。このとき、Ｍ枚の２次元画像を取得する場合には、ボリュームデータ全体のＺ軸方向の高さをＬとすると、厚さＤはＬ／Ｍに設定される。
【００５４】
ボリュームレンダリング像データ生成部１０７は、分割されたボリュームデータ（厚さＤを有する薄切ボリュームデータ）を用いて、各薄切ボリュームデータに対応するボリュームレンダリング像データを生成する。このとき、ボリュームレンダリング像データは、従来のボリュームレンダリング法に基づいて生成可能である。例えば、Ｚ軸遠方に視点を配置し、薄切ボリュームデータ内の各ボクセルから視点に至る光線を追跡する演算処理（レイキャスティング）を行い、仮想的なスクリーンに投影することで断層像を生成する。なお、図８では、１個の薄切ボリュームデータ（Ｍ−１番目の薄切ボリュームデータ）から１枚の２次元画像を生成する過程のみが模式的に図示されているが、ボリュームレンダリング像データ生成部１０７は、Ｍ個の薄切ボリュームデータのそれぞれから、対応するＭ枚の断層像（ボリュームレンダリング像データ）を生成する。
【００５５】
また、本発明の第１の実施の形態と同様、最終的に作製される立体模型は、３次元画像デバイスで撮像した対象物に等しい比率（アスペクト比）を維持する必要があるが、上述した集約断層像の枚数と同様の算出方法で、ボリュームレンダリング像データの枚数を算出することが可能である。
【００５６】
本発明の第２の実施の形態におけるボリュームレンダリング像は、例えば、任意の方向に所定の幅を持つ空間に含まれるボリュームデータの情報に基づいて生成される。すなわち、本発明の第２の実施の形態によって生成される断層像（ボリュームレンダリング像）もまた、本発明の第１の実施の形態によって生成される断層像（集約断層像）と同様に、単に３次元モデルから抜き出された１枚の断層像や、Ｘ線ＣＴ装置２００などによって撮像された３次元画像データの断層像に比べて、より多くの情報量を有している。
【００５７】
＜第３の実施の形態＞
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本発明の第３の実施の形態では、図１に図示されている輪郭断層像データ生成部１０９が輪郭断層像を生成する処理を行う。
【００５８】
輪郭断層像データ生成部１０９は、ボリュームデータから断層像を取得し、その断層像に描画されている対象物の輪郭を抽出して、輪郭部分のみを描画した断層像（輪郭断層像）を生成する。なお、輪郭断層像データ生成部１０９は、ボリュームデータを直線的に切断した通常の断層像を用いて対象物の輪郭を抽出してもよく、また、上述の集約断層像やボリュームレンダリング像を用いてもよい。さらには、３次元画像であるボリュームデータにおいて輪郭を抽出してもよい。
【００５９】
以下、輪郭断面像の生成処理の概念について、図９を参照しながら説明する。ボリュームレンダリング像データ生成部１０７は、輪郭の抽出を行う際、例えば従来の等値面の認識処理を実行してもよい。図９に図示されているように、動的に設定した閾値と同一の輝度値を持つ画素を通るエッジを抽出する等値面の認識処理を行うことで、対象物の輪郭を抽出することが可能である。
【００６０】
輪郭断層像データ生成部１０９は、抽出された輪郭を用いて、例えば線画によって輪郭部分のみを描画した輪郭断層像を生成することが可能である。立体模型を構成する透明薄板に輪郭断層像を印刷することで、対象物の外観の輪郭や関心領域部分の輪郭を強調することが可能となる。また、例えば、輪郭断層像に関しては、レーザー加工機５００によって透明薄板にレーザー加工することで、彫刻による半透明感や立体感を伴った立体模型を実現できるようになる。
【００６１】
＜第４の実施の形態＞
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。立体模型においては、着色を行うことによって、より立体的な形状を際立たせることができるようになるとともに、実物に近い立体感を実現することができる。また、物体内部の構造物を強調して表現したい場合にも有効である。３次元画像処理においては、例えば、ボリュームデータから抽出される関心対象物に着色を行ったり、また、大きさ別に色分けを行ったりするなど、様々なルールに基づく着色を行うことが可能である。また、複数の透明薄板が配列された立体模型は、物体内部の構造が可視化できることに大きな特徴があり、特に物体内部の構造に対して着色を行うことが有効である。この場合、より不透明な色や透明度の低い色などが目立つ傾向にあるため、より内部の構造やより強調したい構造、あるいは輪郭部分などに対して、周囲の色よりも不透明な色や透明度の低い色などで着色を行うようにしてもよい。
【００６２】
＜第５の実施の形態＞
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。３次元画像処理においては、複数の関心対象物が複雑に混在しているような３次元モデルであっても、複数の関心対象物のそれぞれを抽出することが可能である。例えば、図１０の左側に図示されているメロンは、内部構造として、複数の細かい種と、その周囲に存在するワタと呼ばれる組織を有している。これらの種とワタをそれぞれ抽出することで、図１０の右側に図示されているように、種のみの画像を含む断層像と、ワタのみの画像を含む断層像とを別々に生成することが可能である。また、例えば、奇数番目の透明薄板には種のみの画像を含む断層像を印刷し、偶数番目の透明薄板にワタのみの画像を含む断層像を印刷して、複数の異なる種類の断層像が交互に配列された立体模型を作製してもよい。
【００６３】
＜第６の実施の形態＞
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。上述の各実施の形態では、３次元モデルをＸ、Ｙ、Ｚの各軸によって形成されるＸＹ面、ＹＺ面、ＺＸ面に平行な面で切断した場合の断層像を想定しているが、傾斜した切断面であるオブリーク（oblique）断面の断層像データを生成し、透明薄板に印刷して立体模型を作製してもよい。
【００６４】
また、上述の各実施の形態では、直交座標系に基づき、複数枚の透明薄板の各印刷面に対して略垂直な方向に複数の透明薄板が配列されるような（すなわち、印刷面と配列方向がほぼ等しい）断層像データの生成を行っているが（図１１（Ａ））、複数の透明薄板の各印刷面に対して所定の角度θ（任意の角度）ずれた方向に複数の透明薄板が配列されるような断層像データの生成を行ってもよい（図１１（Ｂ））。また、上述の各実施の形態では、立体模型が１つの軸方向（例えばＺ軸方向）にのみ配列される場合を想定し、断層像データ生成装置１００は、当該１つの軸方向のみに配列される断層像データの生成を行っているが、さらに、別の軸方向（例えば上記Ｚ軸方向とは異なるＸ軸方向及び／又はＹ軸方向など）に複数の透明薄板を配列（あるいは、少なくとも１枚の透明薄板を配置）し、印刷面の向きが複数の方向を有する立体模型を作製してもよい（図１１（Ｃ））。立体模型が立体的に見えるのは、透明薄板が配列された軸方向付近に視点を置いたときであるが、例えば、さらに異なる軸方向に対して透明薄板を重ねて配列することで、多視点から立体的に見える立体模型が実現でき、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向に対してそれぞれ異なる構造を持った立体模型を効果的に表現できる。なお、ある配列方向に配列された複数の透明薄板（第１のセット）と、別の配列方向に配列された複数の透明薄板（第２のセット）とを組み合わせて構成する際、例えば、第１及び第２のセットにおいてそれぞれ異なる画像処理によって生成された断層像データが用いられてもよい。また、ある配列方向に配列された透明薄板の第１のセットに対して、第１のセットに含まれる透明薄板の印刷面の方向とは異なる方向に印刷面を持つ透明薄板（例えば、通常の断層像を印刷）を１枚のみ組み合わせてもよい。さらに、例えば印刷面がＸ、Ｙ、Ｚ軸方向のそれぞれを向いた、各軸方向に対応する透明薄板を１枚ずつ作り、これらの透明薄板を組み合わせて立体模型を作製してもよい。
【００６５】
さらに、上述の各実施の形態では、直交座標系に基づいて、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向のいずれかに配列される断層像データの生成を行っているが、他の座標系に基づく断層像データの生成を行ってもよい。例えば、円筒座標系において、連続して異なる半径を有する同軸円筒を想定して断層像データの生成を行ってもよい（図１２左上）。すなわち、複数枚の透明薄板は同軸円筒形状となるが、この場合も複数枚の透明薄板の各印刷面は円周の接線方向に対して略平行となる。なお、複数枚の透明薄板を同軸円筒形状とする場合、透明薄板は、あらかじめ筒状をした素材、ないしは円筒形状に曲げることのできるフレキシブルな素材を用いることが望ましい。
【００６６】
例えば、同軸円筒形状の透明薄板によって、図１２の左下に図示されている立体物（招き猫）が立体的に見えるような透明模型を表現する場合には、図１２の右側に図示されているように、円筒形状の各半径の大きさ（すなわち、円筒形状の断面の円の直径）に応じて、円周方向に展開したレンダリング像を生成すればよい。
【００６７】
図１２の右側に図示されている断層像データは、例えば図１３に模式的に図示されているボリュームレンダリング法を用いた方法によって生成することができる。すなわち、（１）視点から奥行き方向に向けて手前と奥に２枚の断面を固定して、薄切りボリュームデータを設定し、（２）ボリュームデータ全体を連続的に回転させながら（例えば、２°ずつ１８０回（１周分）回転）、（３）連続的なボリュームレンダリング像を得る。そして、（４）これらの連続的なボリュームレンダリング像の画像の中心である、垂直方向の１ライン分の画素を集めて展開画像を作り、できた画像のアスペクト比を正しく調整して、１つの円筒形状（１枚の透明薄板）に対応する断層像データを生成する。さらに、（５）手前と奥の２枚の断面を移動させながら（すなわち、薄切ボリュームデータを移動させながら）、上記（１）〜（４）の一連の処理を繰り返すことで、立体模型に必要な全ての円筒形状に対応した断面像データを取得する。
【００６８】
また、上述の各実施の形態では、透明薄板に印刷される断層像データが等間隔で配列される場合（すなわち、透明薄板が等間隔で配列される場合）を想定しているが、断層像データ間の各間隔（透明薄板間の各間隔）はそれぞれ独立して任意に設定されてもよい。例えば、３次元モデルの構造が複雑な部分や関心領域が存在する部分においては、他の部分よりも間隔を狭くしてもよい。この場合、間隔に応じて、集約する画像枚数を変動させることが適切である。
【００６９】
＜上述した各実施の形態の組み合わせ＞
また、上述の第１〜第６の実施の形態を組み合わせることも可能であり、さらに、従来の技術によって得られるＭＩＰ画像やＭＰＲ画像などを組み合わせてもよい。これらの各技術は排他的ではないことから、任意に組み合わせることができ、その組み合わせの数は膨大である。以下では、本発明に係る研究段階で生成された断層像、及び、試作された立体模型について列挙する。
【００７０】
図１４は、アルミダイカストの鋳物を産業用Ｘ線ＣＴ装置で撮像した画像データの一例である。なお、図１４には、数百枚の元画像から選別した４枚の画像データが図示されている。図１４の画像データから分かるように、鋳物には内部欠陥（鋳巣）が存在していることが観察できる。
【００７１】
また、図１５は、図１４に一例として図示されている画像データを含む元画像から生成された集約断層像データの一例である。この集約断層像データは、上述の第１の実施の形態において説明した処理によって生成されたものである。
【００７２】
また、図１６は、図１４に一例として図示されている画像データを含む元画像から生成された輪郭断層像データの一例である。この輪郭断層像データは、上述の第３の実施の形態において説明した処理によって生成されたものであり、等値面を用いて鋳物の輪郭のみを線画で表現したものである。
【００７３】
また、図１７は、図１６に図示されている輪郭断層像データから、さらに鋳巣の輪郭を削除した輪郭断層像データの一例である。すなわち、図１７には、内部欠陥が存在しない場合の母材自体の輪郭が描画されている。
【００７４】
また、図１８は、図１４に一例として図示されている画像データから鋳巣を抽出し、大きさ別に色分けを行った断層像データの一例である。この断層像データは、上述の第４の実施の形態において説明したように着色が施されている。図１８から判別することは困難であるが、大きい鋳巣は赤で着色され、小さくなるにつれて、黄色、緑、青、紫の５色に色分けされている。
【００７５】
また、図１９は、図１８に図示されている断層像データにおいて、母材の色を白とし、鋳巣のみをカラー表現した断層像データの一例である。
【００７６】
また、図２０は、図１４に一例として図示されている画像データを含む元画像に対して鋳物の大きさ別に色分けを行った後、ボリュームデータを連続的に薄切りにして、ボリュームレンダリング法により生成されたボリュームレンダリング像データの一例である。このボリュームレンダリング像データは、上述の第３の実施の形態において説明した処理によって生成されたものであり、また、上述の第４の実施の形態において説明したように着色が施されている。
【００７７】
また、図２１は、図１８に図示されている断層像データが印刷された透明薄板と、これらの透明薄板を配列して作製された立体模型の一例である。
【００７８】
また、図２２は、図１７に一例として図示されている輪郭断層像データがレーザー加工機５００によってレーザー加工されるとともに、図１９に図示されている断層像データが印刷された透明薄板と、これらの透明薄板を配列して作製された立体模型の一例である。
【００７９】
また、図２３は、図２０に図示されているボリュームレンダリング像データが印刷された透明薄板と、これらの透明薄板を配列して作製された立体模型の一例である。
【００８０】
また、図２４は、ＭＩＰ画像と集約断層像とを合成することで生成された断層像データの一例を示す図である。
【００８１】
また、図２５は、通常の断層像にＬＵＴを調整した画像と、等値面認識処理によって抽出された等値面を含む画像（等値面画像）とを合成することで生成された断層像データの一例を示す図である。
【００８２】
＜透明薄板の素材と色の選定＞
また、本発明に用いる透明薄板は、透明性が高く、かつ、画像の印刷が可能であれば、その材質は限定されるものではない。具体的には、アクリル板、低反射アクリル板、ポリカーボネート板、ポリエステル板、フロートガラス、ＯＨＰシート、転写シートなどを透明薄板の素材として用いることが可能である。なお、素材の選定に当たっては、光線の透過率（透明度）、反射率、屈折率、コスト、加工しやすさ、ほこりや指紋などの付着しにくさ、取り扱いやすさ、色の再現性などを考慮することが望ましい。
【００８３】
また、断層像を着色する場合には、透明模型の立体感がより大きく出るようにするための色の選定を行うことが望ましい。透明薄板にカラー印刷を行った場合には印刷する色によって透明度が大きく異なっており、透明薄板を積層して立体模型を作ると、上述のように、より不透明な色や透明度の低い色などが目立つ。立体模型は、物体内部の構造が可視化できることが大きな特徴であることから、物体内部の最も可視化させたい部分を不透明な色や透明度の低い色などで着色して強調するとともに、その他の周囲の部分などについては、より透明性の高い色を用いるようにすることで、立体感を伴う透明模型を実現することが可能である。
【００８４】
＜透明薄板の留め具＞
また、立体模型において、複数の透明薄板がその断層像の印刷面又は加工面に対して略垂直な方向に配列される場合、留め具などを用いて、透明薄板の配列状態を維持できるようにすることが望ましい。留め具に必要な機能は、例えば、透明薄板を固定できること、好適な立体模型としての比率（アスペクト比）を保つように透明薄板間の間隔を維持すること、立体模型に内在する立体物を視認する際の邪魔にならないことなどである。所望の留め具を得るため、例えば、積層造形法を用いた立体物造形機（３Ｄプリンタ）によって作成を行ってもよい。また、透明基板が留め具に着脱可能となるようにしてもよい。透明基板に印刷された断層像自体、立体物内部の構造を描画するものであり、個々の透明薄板を取り外したり、ユーザが任意の枚数を重ねて観察できるようにしたりすることは有用である。なお、好適な立体模型としての比率（アスペクト比）を保つように透明薄板間の間隔を維持した状態で、例えばレジンなどの透明樹脂を透明薄板間に満たして固めてしまってもよい。
【００８５】
＜照明＞
また、立体模型に内在する立体物を視認しやすくするために、立体模型周辺の任意の場所に照明を配置してもよい。例えば、平版のＬＥＤ（Light Emitting Diode）照明を立体模型の下に配置したり、観察者の視点と立体模型とを結ぶ延長線上に配置したりすることで、視認性が向上される。
【００８６】
＜位相差板及び偏光板＞
また、透明薄板に位相差板を使用して立体模型を作製してもよい。位相差板は、視線の角度によって色が変化したり、透明になったり、位相差板上に画像／文字などが現れたりする素材であり、観察者の視点の動きに伴ってその見え方も動的に変化する。また、観察者が偏光板を通して位相差板によって構成された立体模型を見た場合も、見え方が大きく変化する。
【００８７】
＜接着材による透明薄板の接着＞
また、断層像の印刷面又は加工面に対して略垂直な方向に配列された複数の透明薄板（すなわち、断層像の印刷面又は加工面が略平行となるよう配列された複数の透明薄板）を、接着剤などを用いて接着することで、複数の透明薄板が一体化された立体模型を作製してもよい。このように、複数の透明薄板を接着して一体化した立体模型を作製する場合においても、好適な立体模型としての比率（アスペクト比）を保つように、断層像が印刷された透明薄板間の間隔を設定することが重要である。
【００８８】
好適な立体模型としての比率（アスペクト比）を保つため、あらかじめ用意された断層像の枚数や隣接する断層像間の間隔などに応じて、立体模型を作製する際に用いる透明薄板の厚さや枚数などを調整してもよい。例えば、上述の例のように、４５．０×４５．０×９６．０ｍｍの模型サイズを有する立体模型の作製に際して１６枚の断層像（隣接する断層像の間隔は６．０ｍｍ）があらかじめ用意されている場合、６．０ｍｍの厚さを有する複数の透明薄板を準備して、上記１６枚の断層像を各透明薄板に印刷した後、接着剤などを用いて各透明薄板を接着することで、隣接する断層像の間隔が６．０ｍｍに設定された立体模型を作製することが可能である。
【００８９】
また、例えば、３．０ｍｍの厚さを有する複数の透明薄板を準備して、上記１６枚の断層像を各透明薄板に印刷した後、断層像が印刷された透明薄板（厚さ３．０ｍｍ）と、何も印刷されていない透明薄板（同じく厚さ３．０ｍｍ）とを交互に配列して、接着剤などを用いて各透明薄板を接着することで、隣接する断層像の間隔が６．０ｍｍに設定された立体模型を作製してもよい。このように、断層像が印刷された複数の透明薄板のそれぞれの間隙に、断層像が印刷されていない透明薄板を挿入した状態で、接着剤などを用いてすべての透明薄板を接着することで、好適な立体模型としての比率（アスペクト比）が保たれた立体模型を作製することが可能である。なお、上記の例では、断層像が印刷された透明薄板と、何も印刷されていない透明薄板とを１枚ずつ交互に配列しているが、隣接する断層像を所望の間隔で配列する条件を満たせば、透明薄板の厚さや枚数は特に制限されるものではない。例えば、２．０ｍｍの透明薄板を用いて、断層像が印刷された透明薄板間に何も印刷されていない透明薄板を２枚挿入するなどの構成としてもよい。
【００９０】
また逆に、あらかじめ用意された透明薄板の厚さや枚数などに応じて、生成すべき断層像の枚数や隣接する断層像間の間隔（すなわち、断層像を生成する際に用いるグループ数）を調整することで、好適な立体模型としての比率（アスペクト比）を保つようにしてもよい。例えば、５．０ｍｍの厚さを有する複数の透明薄板を用意した場合、好適な立体模型としての比率（アスペクト比）を実現するために、隣接する断層像の間隔を５．０ｍｍに設定して、新たな複数の断層像を生成してもよい、また、例えば、隣接する断層像の間隔を１０．０ｍｍに設定した複数の断層像を新たに生成して、断層像が印刷された透明薄板と何も印刷されていない透明薄板とを交互に配列した構成としてもよい。この場合も同様に、隣接する断層像を所望の間隔で配列する条件を満たせば、透明薄板の厚さや枚数は特に制限されるものではない。
【００９１】
複数の透明薄板が一体化された立体模型は、例えば以下の手順によって作製される。まず、好適な立体模型としての比率（アスペクト比）を実現する複数の断層像データ（所定の枚数の断層像に含まれる情報を集約した集約断層像データを含む）のそれぞれを、複数の透明薄板のそれぞれに印刷して、断層像が印刷された複数の透明薄板を用意する。そして、立体模型を作製した際に配列される順序に従って、透明薄板の片面（印刷面又は加工面と平行な面）に、へらなどを用いて接着剤を塗布し、気泡が入らないように注意しながら次の透明薄板を重ねる作業を繰り返し行う。断層像が印刷された透明薄板の間に、断層像が印刷されていない透明薄板を１枚又は複数枚挿入する構成とする場合も同様に、所望の順序で、断層像が印刷された透明薄板と断層像が印刷されていない透明薄板とを重ねていけばよい。
【００９２】
以下、図面を参照しながら、複数の透明薄板を接着して一体化した立体模型について説明する。まず、比較対象として、各印刷面に断層像が印刷された複数の透明薄板が留め具を用いて固定されている立体模型を図２６に示す。なお、図２６に示す複数の透明薄板には、Ｘ線ＣＴ装置２００で人体を撮像して得られたボリュームデータに基づいて本発明に係る処理によって生成された集約断層像データが印刷されている。
【００９３】
一方、図２７〜図２９は、本発明に係る処理によって各印刷面に断層像が印刷された複数の透明薄板を接着して一体化することで作製された立体模型の一例が示されている。図２７は、立体模型の斜視図、図２８は立体模型の正面図、図２９は立体模型の側面図である。なお、図２６と同様、図２７〜図２９に示す立体模型においても、Ｘ線ＣＴ装置２００で人体を撮像して得られたボリュームデータに基づいて本発明に係る処理によって生成された集約断層像データが用いられている。
【００９４】
図２７〜図２９に示す立体模型は、８枚の透明薄板が接着剤によって接着され一体化されている。８枚の透明薄板のうち、断層像が印刷されている透明薄板は４枚のみであり、断層像が印刷されている４枚の透明薄板と、何も印刷されていない４枚の透明薄板とが交互に配列されている。また、透明薄板２枚分の厚さが断層像の間隔となるよう設定されており、これによって、好適な立体模型としての比率（アスペクト比）が実現されている。
【００９５】
図２６に示すような留め具を用いて複数の透明薄板を固定した立体模型では、例えば、個々の透明薄板を取り外したり、ユーザが任意の枚数を重ねて観察できるようにしたりすることが可能である。これに対し、図２７〜図２９に示すような複数の透明薄板を接着して一体化した立体模型は、以下に述べるような別の利点を有する。複数の透明薄板を接着して一体化した立体模型とした場合、例えば、複数の透明薄板が接着によって一体化していることで光の反射や屈折が抑えられ、より透明感の高い立体模型、より見やすい立体模型、より美しい立体模型が実現可能となる。また、留め具が不要であり、可搬性に優れた立体模型が実現可能となる。また、複数の透明薄板がばらばらになることがなく、立体模型を自立させることが可能となる。また、各透明薄板の表面の細かい傷などが、例えば接着剤による埋め込みによって目立たなくなり、また、透明薄板表面の露出が少ないことから、経年劣化（細かい傷、歪みなど）を防ぐことが可能となる。また、立体模型を手にしたユーザに、複数の透明薄板によって構成されていることを感じさせず、ひとまとまりのオブジェ（組立物）としての質感を与えることで、元の被写体である３次元対象物の存在を感じさせることが可能となる。
【００９６】
また、図３０に示すように、１つの３次元対象物（１つのボリュームデータ）を分割して、複数の立体模型を作製して展示してもよい。例えば、図３０には、複数の透明薄板を接着して一体化した２つの立体模型（立体模型Ａ、Ｂ）が示されている。立体模型Ａ、Ｂを構成する複数の透明薄板には、人体を撮像して得られたボリュームデータに基づいて本発明に係る処理によって生成された集約断層像データが印刷されており、立体模型Ａは人体の前側（腹側ａから体の中心ｂまで）の断面像が印刷された立体模型、立体模型Ｂは人体の後側（体の中心ｂから背中側ｃまで）の断面像が印刷された立体模型である。立体模型Ａと立体模型Ｂとはそれぞれを重ね合わせることで人体の胸部全体の立体模型となる（すなわち、線分ａ−ｂと線分ｂ−ｃを点ｂにおいて繋ぐと１直線となる）。図３０に示すように、これら立体模型Ａ、Ｂを並べて配置することで、人体の中心を通る断面から腹側（立体模型Ａ）及び背中側（立体模型Ｂ）をそれぞれ観察することができる展示が実現でき、分かりやすい配置で人体を観察できるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明は、断層像が印刷された複数の透明薄板が、その断層像の印刷面が略平行となるよう配列される立体模型の作製技術、及び、当該立体模型の作製に用いられる断層像データを生成するための断層像データ生成技術に適用可能である。
【符号の説明】
【００９８】
１００  断層像データ生成装置
１０１  入力部
１０３  ボリュームデータ構築部
１０５  集約断層像データ生成部
１０７  ボリュームレンダリング像データ生成部
１０９  輪郭断層像データ生成部
１１１  断層像データ格納部
１１３  プリンタ出力部
１１５  レーザー加工機出力部
２００  Ｘ線ＣＴ装置（３次元画像デバイス）
３００  ３次元画像データ格納部
４００  プリンタ
５００  レーザー加工機
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【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】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【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】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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