(57)【要約】  本発明は、解剖学的モデルの表面に画像を表示するデバイス、および縮尺に従った解剖学的モデル上に画像を投影して、医療専門家および患者が、特定の外科的処置によってもたらされる効果、または時間の経過に伴って身体の部分に対してもたらされる効果を観察できるようにする、方法に関する。それに加えて、本発明は、人物または生体が存在しないままでそれらを認識するための、法医学および人類学的再建の分野で使用することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
縮尺に従った解剖学的モデルと、
適切な解剖学的モデルを、鉛直軸、水平軸、奥行軸、および垂直回転軸で位置合わせすることを可能にするメカニズムと、
デジタル画像プロジェクタとを備える、解剖学的モデルの表面に画像を表示するデバイス。
【請求項２】
前記適切な解剖学的モデルが、除去可能な形で一般的な支持および表示構造上に装着される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記縮尺に従った解剖学的モデルが、内科的または外科的処置後に期待される、対応する解剖学的修正に従って設計される、請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記縮尺に従った解剖学的モデルが、法医学または人類学的再建基準に従って設計される、請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項５】
解剖学的要素の画像と、
縮尺に従った解剖学的モデル上への前記解剖学的要素の画像のデジタル投影とを含む画像を生成し投影する方法。
【請求項６】
前記解剖学的要素の画像が所与の臨床クライアントの特徴に従って設計される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記解剖学的要素の画像が法医学または人類学的再建基準を用いて設計される、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記画像が、画像が投影される前記解剖学的モデルに対して鏡面対称性を有する、請求項５、６、および７のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、解剖学的モデルの表面上に画像を表示するデバイス、および基準解剖学的モデル上に画像を投影して、医療専門家および患者が、特定の外科的処置によって、または時間の経過に伴って身体の部分に対してもたらされる効果を視覚化できるようにする、方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内科的療法または外科的処置に対する専門的意見を出す場合に医療専門家が経験する主要な問題の１つは、自身の考えを患者に伝達する際の有効性、ならびに患者の期待を医師に伝えることである。例えば、患者が、美容および再建手術の専門家である、美容および／または再建手術に習熟した整形外科医の診察を受ける場合、外科医は、患者の要求を満たすためにどのような処置を実施する必要があるか、期待している結果と実際の処置との間にはどのような差があるかを、患者に対して説明する必要がある。所与の例に倣って、整形外科医および美容外科の専門家は、患者の生活の質を改善するため、美容および再建手術を同様に行うが、患者は、自身の身体が受ける変化を理解していると感じた場合のみ、処置に対して同意する。鼻中隔形成術では、外科医は、鼻中隔をどのような形態に近付けるか、またその結果、患者の顔の外観がどのように変化する可能性があるかを患者に説明しなければならない。中でも特に、顎顔面外科医、整形外科医、キンアンソロポロメトリー、法医学者、および獣医師など、他の医療専門家は、自身の考えを患者に伝えることに関して同様の問題を有しており、本明細書にて特許請求の範囲に記載されるデバイスは、上述したすべての医療専門家、および類似の状況においてデバイスの有用性を認める他の者にとって役立ち得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
かかる課題がある場合、保健専門家は、治療または特定の方法によって得られることが期待される結果について、可能な限り最良の形で説明するために、様々な方法に取り組んできた。従来、外科医は、同じまたは同様の病気があった、過去に治療した患者の写真を表示することに取り組んでいた。しかしながら、この解決策には深刻な問題がある。これらの問題の１つは、患者と医師との間の秘密保持義務に対する違反が起こり得ることである。別の問題として、医療専門家が同一のまたは同様の病気を治療したことがなく、したがって自身の患者に対して表示する写真または画像を有していないことがある。さらに、すべての患者の造作、および医療処置に対する臨床上の反応は患者毎に異なるので、医療的介入によって得られることが期待される結果の一般的な考えを作り出すことが可能な場合であっても、最終的な結果に対して確信を持つことは不可能である。
【０００４】
上述の医療処置の写真または画像を表示することによって提示される問題が理由で、保健専門家は他の方法に取り組んできた。これらの方法の１つは、米国特許第８，６２０，０３８号明細書、「Method, system and computer program product for automatic and semi-automatic modification of digital images of faces」、および米国特許第６，５０２，５８３号明細書、「Method of correcting face image, makeup simulation method, makeup method makeup supporting device and foundation transfer film」によって予期されるように、コンピュータによってデジタル画像を操作するものであり、上述の方法、ならびに現在の最新技術である他のデバイスおよび方法を用いて、医療専門家は、医療処置または外科的処置を行う前に自身の患者の写真を撮り、その画像を操作して、処置によって期待される結果をシミュレートする。この種のシミュレーションを実施する保健専門家が直面する問題は、処置によって影響を受ける解剖学的部分の全体画像を患者に対して表示できず、そのため、コンピュータの画面に表示することができる二次元の視野に限定されることである。
【０００５】
コンピュータの画面によって課せられる二次元という制限に重ね合わせるため、保健専門家は三次元のシミュレーションに取り組んできた。この種の改変の一例は、米国特許第８，０２６，９１６号明細書、名称「Image-based viewing system」によって提供されている。コンピュータによる三次元シーンを作成する場合、従来は座標系（カルテシアン面）が使用される。それにより、高さ、長さ、および奥行きの軸線が定義され、間欠的な等距離の値が割り当てられて、座標系内で特定の地点を位置決めすることができる。このように、幾何学的物体の描画が座標系内で必要とされるとき、例えば角錐のような場合、頂点の座標が決定される。三角形の表面は、通常、常に共面である唯一の図形であり、それにより、コンピュータによって生成される画像の変形の問題を防ぐという理由で使用される。物体の面を表すためには、物体の各面の各頂点に対して１つずつ、３つの座標で固定される。次に、系が決定され、それにより、座標指定の順序によってそれが各面の前面にあるか後面にあるかが指定される。次に、変形を、拡大縮小、並進、および回転として、コンピュータによって既に描画されている幾何学的物体に加えることができる。三次元シーンが既に描画されている場合、コンピュータは、それをコンピュータ画面の画素の形で投影できるようにするために、二次元に変換しなければならない。このようにして、画面内に二次元シーンとして画面上に表示されるので、三次元シーンを作成するために行われる労力のすべてが減少される。確かに、多くの実現されているコンピュータ方法は、シーンをリアルタイムで描画して、三次元であるような錯覚を起こさせることができるので、画像を回転させ、異なる角度から見ることができる。しかしながら、患者は、画面の画素によって投影されるような二次元画像しか実際には見ることができないとき、三次元で画像を見ている錯覚のみを有する。同様に、患者がコンピュータの画面に精密に直面していない場合、画面に関連する自身の視野角に従って、画像はさらに歪む。このことは、患者が自身の視覚化の結果として、医療的介入の結果を投影したものが最終結果と根本的に異なることがあるという、さらなる問題につながる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
これらの問題を回避するため、解剖学的モデルの表面に画像を表示する新しいデバイス、および医療的介入の後で患者が受ける変化を正確に視覚化する方法を提案する。
【０００７】
本発明の目的のデバイスおよび関連する方法は、法医学者および人類学者が使用することもできる。法医学者がここで主張する本発明の使用の一例は、人物を特定する際に、その特定する人物のデジタル画像を対応する解剖学的モデル上に重ねて投影するというものである。さらに、肖像画家（portrait spoken artist）は、本明細書で特許請求されるデバイスに配置される解剖学的モデル上に作成される描画のデジタル投影を使用して、人物の造作に対してさらに奥行きおよび起伏を与え、結果としてその人物の早期の特定を助けることができる。人類学者は、同様の技術を使用して、彼らが特定したいと考える人物に対して、人類学および史学の専門家による専門活動の間に明らかにされた後で、より良い生活を提供することができる。
【０００８】
本発明の目的は、患者の身体に特定の内科的または外科的介入を行った結果を、三次元の相互作用的な形で、また可能な限り短時間で、患者またはクライアントに示す、ヒトまたは動物の健康の専門家に適したデバイスおよびそれに関連する方法である。それに加えて、同様の問題に対する他の解決策と比べて作業コストが低下し、画像を二次元および三次元で操作する専用のソフトウェアライセンスを獲得する必要性が排除され、移動サービスのために他の場所に搬送することができる。
【０００９】
同様に、人類学者および法医学者は、人物およびヒトの遺体をより良好に特定することにより、本発明によって特許請求されるデバイスおよび方法を使用することによる利益を得ることができる。
【００１０】
上述の発明の好ましい実施形態について、添付の図面を参照した単なる一例として以下に記載する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】好ましい実施形態の解剖学的モデルの表面に画像を表示する、表示デバイスを示す正面図であり、解剖学的モデルを表示するデバイス１００が下部にあり、デジタル画像を解剖学的モデル１３０上に投影するデジタル投影デバイス２００がそれに対向し、位置合わせのための任意の支持体３００が、解剖学的モデルの表示デバイス１００をデジタル投影デバイス２００に対して完全に垂直に位置合わせして保持している、正面図である。
【図２】デジタル投影デバイス２００が動作中である、解剖学的モデルの表示デバイス１００を示す斜視図である。
【図３】特許請求される解剖学的モデルの表示デバイス１００を示す側面図である。
【図４】解剖学的モデルの表示デバイス１００の内部メカニズムを示す図である
【図５】解剖学的モデルの表示デバイス１００およびそれに対応する内部メカニズムを示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
パターンは、特許請求されるデバイスの好ましい実施形態を表す。
【００１３】
図１は、解剖学的モデルの表示デバイス１００を示している。解剖学的モデルの表示デバイス１００の正面には、デジタル投影デバイス２００がある。あるモードでは、位置合わせのための任意の支持体３００を使用して、解剖学的モデルの表示デバイス１００をデジタル投影デバイス２００と位置合わせすることができる。
【００１４】
デジタル投影デバイス２００は、図２に見られるように、解剖学的モデル１３０上に画像を連続的かつ恒久的に投影するのに使用される。一実施形態では、前記解剖学的モデル１３０は、ヒトまたは動物の一部の一般的モデルであってもよい。別の実施形態では、解剖学的モデル１３０は、患者またはクライアントの要求を満たすように具体的な規格で準備される。
【００１５】
解剖学的モデル１３０は、解剖学的モデルの支持および配置用プレート１０１に固定される。一実施形態では、前記解剖学的モデル１３０は、任意のタイプの接着剤またはセメントを用いて、解剖学的モデルの支持および配置用プレート１０１に固定される。別の実施形態では、解剖学的モデル１３０は、磁石を用いて、解剖学的モデルの支持および配置用プレート１０１に固定される。さらに別の実施形態では、解剖学的モデル１３０は、ねじまたは釘を用いて、解剖学的モデルの支持および配置用プレート１０１に固定される。
【００１６】
解剖学的モデルの支持および配置用プレート１０１は、望ましくない形の移動を防ぐように固定された、径方向調節プレート１０２に配設される。プレートは、回転継手１１９上で３６０°回転して、解剖学的モデル１３０が、デジタル投影デバイス２００によって生成される投影に対して垂直面内で、任意の所望の配向を有することを可能にする。回転継手１１９は、径方向調節プレート１０２を垂直傾斜プレート１０３に取り付ける。前記垂直傾斜プレート１０３は、ヒンジによって支持アーム１１４に取り付けられる。スピンドルを用いて、径方向調節ノブ１１８は垂直傾斜プレート１０３が固定の角度をとることを可能にする。好ましい実施形態では、垂直傾斜プレート１０３によって鉛直に対して達成することができる傾斜角度は、移動軸が支持アーム１１４とのヒンジ継手であることを考慮に入れて、上端部または下端部から測定して４５°である。支持アーム１１４のヒンジ継手に対して前記プレートの重量によって生成される角運動量によって引き起こされる、垂直傾斜プレート１０３の望ましくない移動を回避するため、抵抗器１１６および１１７が追加されることによって、デジタル画像を投影するための解剖学的モデル１３０の位置が精密になる。
【００１７】
支持アーム１１４は、２つの接触点で移動コンパートメント１１５に取り付けられる。第１の接触点は支持アーム１１４の遠位端に位置する。一実施形態では、支持アーム１１４の遠位端は、解剖学的モデルの表示デバイス１００の休止面に平行なガイドバーによって接続されるので、垂直傾斜プレート１０３の重量および横方向移動スピンドル１１３の支承点によって引き起こされる、前記支持アーム１１４の角運動量が防止される。第２の接触点は、移動コンパートメント１１５の壁の１つを貫通し、主要支持構造１１１の外側に延在する、横方向移動スピンドル１１３によるものである。横方向調節ノブ１１２は、横方向移動スピンドル１１３にその延長端部で取り付けられるので、ユーザがノブを回転させて、支持アーム１１４の鉛直方向中心に対する、またしたがって垂直傾斜プレート１０３および解剖学的モデル１３０に対する位置を修正することができる。
【００１８】
移動コンパートメント１１５は、主要支持構造１１１の上蓋で延在して鉛直調節ノブ１２１に当接する、鉛直移動スピンドルによって支持される。鉛直調節ノブの回転によって、鉛直移動スピンドルが回転して、移動コンパートメント１１５を解剖学的モデルの表示デバイス１００の残り部分の面に対して上昇または下降させる。したがって、ユーザは、デジタル投影デバイス２００によって投影される画像を調節するため、解剖学的モデル１３０の位置を調節する能力を有する。
【００１９】
開示のデバイスが使用される位置で装着されているので、ユーザは、デジタル投影デバイス２００を解剖学的モデルの表示デバイス１００の前方に配置することが必要になる。デジタル投影デバイス２００のプロジェクタレンズは、解剖学的モデル１３０に面していなければならない。好ましい実施形態では、デジタル投影デバイス２００の投影レンズとの間の視線は、解剖学的モデル１３０に面して９０°の角度で位置付けられるので、解剖学的モデルに投影される画像が調節される。
【００２０】
デバイスのユーザは、解剖学的モデルの表示デバイス１００上に位置決めされる解剖学的モデル１３０を準備しなければならない。一実施形態では、解剖学的モデル１３０は、成形用材料で作成されるので、ユーザは、解剖学的要素上に表示する変化を手作業で規定することができる。例えば、整形外科医のユーザは、プラスター、粘土、またはシーラントなどの材料を使用して患者の顔面のモデルを作成することができ、その上で特定の造作を修正して、医療処置後を所望のように示し、患者の仕様に従ってそれを修正する。別の実施形態では、修正不能な固体成形方法によって解剖学的モデル１３０が作成される。例えば、法医学者のユーザは、行方不明者の顔面を形成するために、プラスチックを熱成形することによって解剖学的モデル１３０を作ってもよい。
【００２１】
デバイスのユーザは、解剖学的モデル１３０上に投影する画像を準備しなければならない。一実施形態では、ユーザは、後で修正される患者の解剖学的要素の写真を撮る。例えば、整形外科医は、解剖学的モデル１３０に投影される患者の正面の顔写真を撮ってもよく、それによって患者の造作および特徴が解剖学的モデル１３０に反映される。別の実施形態では、ユーザは、通常は隠れているような特徴を示す画像を準備することができる。例えば、法医学者のユーザは、外傷を図式的に実証するため、解剖学的モデル１３０に投影されている解剖学的要素の中枢神経系を見る画像を準備することができる。しかしながら、すべての事例において、画像が解剖学的モデル１３０に投影されるように、ユーザが準備する画像は前記解剖学的モデル１３０に対して鏡面対称でなければならない。
【符号の説明】
【００２２】
１００  解剖学的モデルを表示するデバイス
１０１  解剖学的モデルの支持および配置用プレート
１０２  径方向調節プレート
１０３  垂直傾斜プレート
１１１  主要支持構造
１１２  横方向調節ノブ
１１３  横方向移動スピンドル
１１４  支持アーム
１１５  移動コンパートメント
１１６  抵抗器
１１７  抵抗器
１１８  径方向調節ノブ
１１９  回転継手
１２１  鉛直調節ノブ
１３０  解剖学的モデル
２００  デジタル投影デバイス
３００  支持体
【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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【手続補正書】
【提出日】平成29年5月1日(2017.5.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
解剖学的モデルの表面に画像を表示するデバイスであって、 除去可能な形で一般的な支持および表示構造上に装着された、縮尺に従った解剖学的に正確なモデルであって、患者に対する外科的または美容的処置に適合する今後の期待される修正に成型された前記解剖学的に正確なモデルと、
前記適切な解剖学的モデルを、鉛直軸、水平軸、奥行軸、および垂直回転軸で位置合わせすることを可能にするメカニズムと、
デジタル画像プロジェクタであって、その投影レンズが垂直軸において前記解剖学的モデルの前に位置する、前記デジタル画像プロジェクタと
を備えた前記デバイス。
【請求項２】
前記解剖学的モデルと前記デジタル画像プロジェクタとの間の垂直的位置合わせを調達するための位置合わせ支持体を備える請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
画像を生成し投影する方法であって、
患者の現在の特徴に従い鏡面対称に生成された該患者の解剖学的要素の画像と、
縮尺に従った解剖学的モデル上への前記患者の解剖学的要素の画像のデジタル投影と、ここで、前記患者の解剖学的モデルは、美容外科または再建処置において行われるであろう修正に適合するように、前記画像の角度投影を調節し、
医療専門家および前記美容外科または再建処置を受ける患者による適切な評価と
を含む前記方法。
【国際調査報告】
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