JP2023046998A - プログラム、情報処理装置、方法、造形システム、及び表示制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】身体部位の再現度が向上した医用模型を製造することができるプログラム、情報処理装置、方法、造形システム、及び表示制御装置を提供する。
【解決手段】本開示に係るプログラムは、患者の身体部位の医用模型を造形するためのプログラムであって、前記医用模型は、前記身体部位に含まれる複数の身体構成要素に対応する、力学的特性の異なる複数の模型構成要素を含み、コンピュータのプロセッサに、（ａ）前記患者の前記身体部位の画像データを受け付けるステップと、（ｂ）前記画像データに含まれる前記身体部位の身体構成要素の識別結果を取得するステップと、（ｃ）模型構成要素を造形する造形条件を決定するステップと、（ｄ）前記決定された造形条件に基づいて前記医用模型の造形データを生成するステップと、を実行させる。
【選択図】図１

Description

特許法第３０条第２項適用申請有り （１）日本脳神経外科学会 第７９回学術総会（公開日：令和２年１０月１５日） （２）第３３回 日本頭蓋底外科学会（公開日：令和３年７月１日） （３）第３３回 日本頭蓋底外科学会 プログラム・抄録集（発行日：令和３年６月）

本発明の実施形態は、プログラム、情報処理装置、方法、造形システム、及び表示制御装置に関する。

外科医が手術のトレーニングを行うために、人体の一部を模した医用模型が使用されている。特許文献１には、複数の造形材料を併用してマルチマテリアル・アディティブ・マニュファクチャリングにより医用模型を造形する方法が記載されている。

特開２０１７－２２２１７６号公報

本発明者は、従来の造形方法には、医用模型の各構成要素をまとめて造形すると、隣接する構成要素の境界において当該隣接する構成要素が混ざり合ってしまい、実際の身体構成要素に比べて医用模型の構成要素間の結合力が大きくなることにより、医用模型の再現度が低下するという問題があることを見出した。

本発明が解決しようとする課題は、身体部位の再現度が向上した医用模型を製造することができるプログラム、情報処理装置、方法、造形システム、及び表示制御装置を提供することである。

本発明の一態様において、患者の身体部位の医用模型を造形するためのプログラムであって、医用模型は、身体部位に含まれる複数の身体構成要素に対応する、力学的特性の異なる複数の模型構成要素を含み、コンピュータのプロセッサに、
（ａ）患者の身体部位の画像データを受け付けるステップと、
（ｂ）画像データに含まれる身体部位の身体構成要素の識別結果を取得するステップと、
（ｃ）身体構成要素と身体構成要素に対応する模型構成要素の造形条件との関連付け情報に基づいて、画像データを用いて識別された各身体構成要素に対して、身体構成要素に対応する力学的特性を有する模型構成要素を造形する造形条件を決定するステップと、
（ｄ）隣接する２つの身体構成要素の少なくとも１つの組について、隣接する２つの身体構成要素に対応する２つの模型構成要素が別体として造形されるように、決定された造形条件に基づいて医用模型の造形データを生成するステップと、
を実行させるプログラムが提供される。

本発明の一態様において、患者の身体部位の医用模型の造形するための情報処理装置であって、前記医用模型は、前記身体部位に含まれる複数の身体構成要素に対応する、力学的特性の異なる複数の模型構成要素を含み、前記患者の前記身体部位の画像データを受け付ける入力部と、前記画像データに含まれる前記身体部位の身体構成要素の識別結果を取得する識別部と、前記身体構成要素と当該身体構成要素に対応する前記模型構成要素の造形条件との関連付け情報に基づいて、前記画像データを用いて識別された各身体構成要素に対して、当該身体構成要素に対応する力学的特性を有する模型構成要素を造形する造形条件を決定する造形条件決定部と、隣接する２つの身体構成要素の少なくとも１つの組について、当該隣接する２つの身体構成要素に対応する２つの模型構成要素が別体として造形されるように、前記決定された造形条件に基づいて前記医用模型の造形データを生成する造形データ生成部と、を備える、情報処理装置が提供される。

本発明の一態様において、患者の身体部位の医用模型を造形装置により造形する方法であって、医用模型は、身体部位に含まれる複数の身体構成要素に対応する、力学的特性の異なる複数の模型構成要素を含み、コンピュータのプロセッサが、
（ａ）患者の身体部位の画像データを受け付けるステップと、
（ｂ）画像データに含まれる身体部位の身体構成要素の識別結果を取得するステップと、
（ｃ）身体構成要素と身体構成要素に対応する模型構成要素の造形条件との関連付け情報に基づいて、画像データを用いて識別された各身体構成要素に対して、身体構成要素に対応する力学的特性を有する模型構成要素を造形する造形条件を決定するステップと、
（ｄ）隣接する２つの身体構成要素の少なくとも１つの組について、隣接する２つの身体構成要素に対応する２つの模型構成要素が別体として造形されるように、決定された造形条件に基づいて医用模型の造形データを生成するステップと、
（ｅ）造形データに基づいて、医用模型の造形を行うように前記造形装置に指示するステップと、
を実行する方法が提供される。

本発明の一態様において、患者の身体部位の医用模型を造形する造形装置と、造形装置を制御する情報処理装置と、を備える造形システムであって、医用模型は、身体部位に含まれる複数の身体構成要素に対応する、力学的特性の異なる複数の模型構成要素を含み、情報処理装置は、
（ａ）患者の身体部位の画像データを受け付けるステップと、
（ｂ）画像データに含まれる身体部位の身体構成要素の識別結果を取得するステップと、
（ｃ）身体構成要素と身体構成要素に対応する模型構成要素の造形条件との関連付け情報に基づいて、画像データを用いて識別された各身体構成要素に対して、身体構成要素に対応する力学的特性を有する模型構成要素を造形する造形条件を決定するステップと、
（ｄ）隣接する２つの身体構成要素の少なくとも１つの組について、隣接する２つの身体構成要素に対応する２つの模型構成要素が別体として造形されるように、決定された造形条件に基づいて医用模型の造形データを生成するステップと、
（ｅ）造形データに基づいて、医用模型の造形を行うように造形装置に指示するステップと、
を実行するように構成されている、造形システムが提供される。

本発明の一態様において、患者の身体部位の医用模型の造形データを修正するための表示制御装置であって、医用模型は、身体部位に含まれる複数の身体構成要素に対応する複数の模型構成要素を含み、ユーザの入力操作を受け付ける入力部と、造形データに基づいて、造形される医用模型における隣接する２つの模型構成要素の組を示す情報を表示部に表示させる表示制御部と、２つの模型構成要素を別体として造形するように指示するユーザの入力操作を入力部が受け付けたことに応答して、造形データにおける２つの模型構成要素の少なくとも一方の位置座標情報を変更することにより、修正された造形データを生成する造形データ生成部と、を備える表示制御装置が提供される。

本発明の一態様において、表示制御部は、身体部位の３次元画像及び身体部位の身体構成要素の識別結果を表示部に表示させるとともに、身体構成要素と当該身体構成要素に対応する模型構成要素の造形条件との関連付け情報に基づいて、識別された各身体構成要素に対して、当該身体構成要素に対応する模型構成要素の力学的特性を表示部に表示させる。本発明の一態様において、表示制御部は、模型構成要素の力学的特性の値を変更するユーザの入力操作及び／又は医用模型の各構成要素に対して色及び光透過率の少なくとも一方を選択する入力操作を受け付ける入力部を表示部に表示させる。

本発明の一態様において、表示制御装置は、造形データに基づいて造形される医用模型の第１画像を生成する画像生成部をさらに備え、表示制御部は、第１画像を表示部に表示させ、画像生成部は、造形データ生成部が修正された造形データを生成したことに応答して、修正された造形データに基づいて造形される医用模型の第２画像を生成し、表示制御部は、第２画像が生成されたことに応答して、第２画像を表示部に表示させる。

本発明の一態様において、患者の身体部位の医用模型の造形データを生成するための表示制御装置であって、医用模型は、身体部位に含まれる複数の身体構成要素に対応する複数の模型構成要素を含み、ユーザの入力操作を受け付ける入力部と、複数の身体構成要素の位置座標情報を含む身体部位の画像データに基づいて、隣接する２つの身体構成要素を示す情報を表示部に表示させる表示制御部と、２つの身体構成要素に対応する２つの模型構成要素を別体として造形するように指示するユーザの入力操作を入力部が受け付けたことに応答して、２つの模型構成要素の少なくとも一方の位置座標情報を、画像データにおける模型構成要素に対応する身体構成要素の位置座標情報から変更した造形データを生成する造形データ生成部と、を備える表示制御装置が提供される。

本発明の一態様において、患者の身体部位の医用模型であって、医用模型は、身体部位に含まれる複数の身体構成要素に対応する、力学的特性の異なる複数の模型構成要素を含み、隣接する２つの身体構成要素の少なくとも１つの組について、当該隣接する２つの身体構成要素に対応する２つの模型構成要素が別体として造形されている、医用模型が提供される。

本発明の一態様において、別体として造形された２つの模型構成要素の間に空間又は別の造形材料が配置されている。本発明の一態様において、身体構成要素と当該身体構成要素に対応する模型構成要素の造形条件とは、当該身体構成要素に対応するヒト又は非ヒト動物の身体構成要素のヤング率に基づいて関連付けられる。本発明の一態様において、各模型構成要素の力学的特性の違いは、少なくとも部分的に模型構成要素の空隙率の差によってもたらされている。本発明の一態様において、模型構成要素は、当該模型構成要素に対応する身体構成要素が有しない内部空間を有する。

本発明によれば、身体部位の再現度が向上した医用模型を製造することができるプログラム、情報処理装置、方法、造形システム、及び表示制御装置を提供することができる。

一実施形態に係る造形システム１の概略図である。 一実施形態に係る造形システム１の機能構成を示すブロック図である。 一実施形態に係る身体情報データベース４２の一例を示す図である。 一実施形態に係る関連付けテーブル４４の一例を示す図である。 一実施形態に係る造形システム１におけるデータの流れを示すフロー図である。 一実施形態に係る処理フローを示すフロー図である。 一実施形態に係る表示装置１４の画面例を示す図である。

以下、一実施形態に係るプログラム、情報処理装置、方法、造形システム、及び表示制御装置を、図面を参照して説明する。以下の説明では、同一の構成要素には同一の符号を付している。それらの名称及び機能も同じであるしたがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

＜概要＞
以下の実施形態では、患者の身体部位の医用模型を造形するための造形システムについて説明する。一実施形態に係る造形システムによれば、骨、脳実質、硬膜などの複数の身体構成要素からなる身体部位に対応するように、力学的特性の異なる複数の模型構成要素から成る医用模型を簡便に造形することができる。

本明細書において、「患者」とは、医療処置の対象となるヒト又は非ヒト動物を意味する。ここで、「医療処置」は病気や怪我の治療だけでなく健康体の検査なども含み、「患者」には、病人や怪我人だけでなく具体的な疾患や怪我を有していない健康体も含まれる。

本明細書において、「身体部位」とは、ヒト又は非ヒト動物の身体の一部又は全部を意味する。「身体部位」は身体の任意の領域であってよく、例えば頭部、頚部、胸部、腹部、上肢、下肢などが挙げられるが、これらに限定されず、頭頚部、体幹、体肢といったより上位概念の領域や、頭蓋、顔、肩、腕、手といったより下位概念の領域であってもよい。

本明細書において、「身体構成要素」とは、身体部位を構成する１以上の解剖学的要素を意味する。例えば、身体部位として頭部を想定すると、身体構成要素としては骨、脳実質、硬膜、血管、筋肉などが挙げられるが、これらに限定されない。例えば、「骨」に代えて、前頭骨、頭頂骨、側頭骨など、さらに細かい身体構成要素を観念してもよい。なお、本明細書では、病変部位又は病巣も１つの身体構成要素として扱う。病変部位としては、特に限定されないが、例えば腫瘍部位（神経膠腫、リンパ腫など）、炎症部位などが挙げられる。

本明細書において、「医用模型」とは、医学的用途に供される模型を意味する。例えば、医用模型として、外科医が手術のトレーニングや手術前の練習に使用する、特定の身体部位を模した実物大の模型などが挙げられるが、これに限定されず、スケールや実物の再現度などは適宜決定されてよい。例えば、医用模型においては、実際の身体部位に含まれる１以上の身体構成要素の一部又は全部が省略されてもよく、本来存在しない構成要素が付加されてもよい。

本明細書において、「模型構成要素」とは、医用模型を構成する１以上の要素であって、材質、テクスチャ、力学的特性、光学的特性などの形態及び／又は性質が互いに区別可能なものを意味する。

本明細書において、「造形」とは、所定の３次元形状を有する物体を製造することを意味する。

本明細書において、「力学的特性」とは、負荷に対して材料が示す応答を意味する。力学的特性としては、例えば、硬度、強度、弾性、靭性などが挙げられるが、これらに限定されない。

図１は、一実施形態に係る造形システム１の概略図である。図２は、一実施形態に係る造形システム１の機能構成を示すブロック図である。
図１に示すように、造形システム１は、撮像装置１０、処理装置１２、表示装置１４、及び造形装置１６を備える。各装置のうち任意の２つ以上が互いに有線又は無線で接続されてもよい。各装置のうち任意の２つ以上が一体の装置として構成されてもよい。図１では、撮像装置１０及び造形装置１６がそれぞれ処理装置１２に有線接続されており、表示装置１４は処理装置１２と一体の装置として構成されている。

造形システム１の全体の動作としては、まず撮像装置１０が患者Ｐの身体部位Ｂを撮影し、取得した画像データＤ１を処理装置１２に送信する。処理装置１２は、画像データＤ１を処理することにより医用模型Ｍの造形データＤ２を生成し、造形データＤ２を造形装置１６に送信する。造形装置１６は、造形データＤ２に基づいて医用模型Ｍの造形を行う。一般に身体部位Ｂは複数の身体構成要素ＢＣを含み、これに対応して、身体部位Ｂを模した医用模型Ｍも複数の模型構成要素ＭＣを含むように造形される。身体構成要素ＢＣと模型構成要素ＭＣとは互いに対応しており、模型構成要素ＭＣの各々は互いに異なる力学的特性を有する。好ましくは、造形データＤ２は、造形データＤ２を受け付けた造形装置１６が医用模型Ｍを構成するすべての身体構成要素ＢＣをまとめて一度に造形できるように、全身体構成要素ＢＣの造形条件を含む。例えば、造形装置１６は、３次元造形を行う３Ｄプリンタである。

＜構成＞
撮像装置１０は、患者Ｐの身体部位Ｂを撮影し、画像データＤ１を取得する。例えば、撮像装置１０は、寝台に横たわった状態の患者Ｐに対して放射線や電磁波を照射し、患者Ｐの身体の透視画像を取得する。撮像装置１０は、得られた患者Ｐの身体部位Ｂの画像データＤ１を処理装置１２に送信する。

撮像装置１０としては、特に限定されず、任意の撮像装置が使用可能である。例えばコンピュータ断層撮影（ＣＴ）装置、磁気共鳴画像（ＭＲＩ）装置、超音波画像装置などが挙げられる。これらの装置を使用する場合、得られる画像データＤ１はそれぞれＣＴ画像データ、ＭＲＩ画像データ、及び超音波画像データである。ＣＴ装置は、放射線（Ｘ線）を患者Ｐに照射することにより、身体部位Ｂの透視画像（ＣＴ画像）を取得する。ＭＲＩ装置は、磁場中で電磁波を患者Ｐに照射することにより、核磁気共鳴に基づく身体部位Ｂの透視画像（ＭＲＩ画像）を取得する。超音波画像装置は、体内に発信した超音波の反射波を分析することにより、身体部位Ｂの構造を可視化した画像（超音波画像）を取得する。なお、複数の撮像装置が併用されてもよく、画像データＤ１が２種類以上の画像データを含んでもよい。例えば、画像データＤ１として、ＣＴ画像とＭＲＩ画像とをマージした画像が使用されてもよい。

処理装置１２は、「情報処理装置」及び「表示制御装置」の一例である。処理装置１２は、撮像装置１０から受け付けた画像データＤ１を処理することにより、身体部位Ｂに対応する医用模型Ｍの造形データＤ２を生成する。処理装置１２は、生成した造形データＤ２を造形装置１６に送信する。また、処理装置１２は、テキストデータや画像データを表示装置１４に送信し、これらを表示するように表示装置１４を制御することができる。

図２に示すように、処理装置１２は、入力部２０、処理部２２、記憶部２４、及び出力部２６を含む。これらは、処理装置１２が備えるプロセッサ、メモリ、ストレージ、入出力インタフェース、通信インタフェース、これらを相互接続するバスなどを含むハードウェア構成の協働により実現される機能部である。

入力部２０は、入出力インタフェースを含んで構成され、処理装置１２への入力を受け付ける。

処理部２２は、入力部２０が受け付けた入力の演算処理を行う。処理部２２は、３次元画像生成部３０、識別部３２、造形条件決定部３４、造形データ生成部３６、及び表示制御部３８を含む。

３次元画像生成部３０は、複数の２次元画像から３次元画像を生成することができる。例えば、撮像装置１０が身体部位Ｂの複数の断層画像を取得するＣＴ装置である場合、画像データＤ１は身体部位Ｂの断面を示す複数の２次元ＣＴ画像のセットとして得られる。３次元画像生成部３０は、既知の任意の手法により、複数の２次元ＣＴ画像データＤ１から身体部位Ｂの３次元画像データＤ１’を生成することができる。なお、例えば、撮像装置１０が初めから３次元画像を取得してもよく、処理装置１２とは別に２次元画像から３次元画像を生成する処理装置を使用してもよい。このような場合、３次元画像生成部３０における処理は省略可能である。また、３次元画像生成部３０は、生成された造形データＤ２に基づいて、造形される医用模型Ｍの３次元画像を生成することができる。

識別部３２は、画像データＤ１に含まれる身体部位Ｂを構成する身体構成要素ＢＣを識別する。例えば、識別部３２は、画像データＤ１における身体部位Ｂを特定し、身体部位Ｂに含まれる身体構成要素ＢＣの情報を（例えば、予め用意された身体情報データベース４２から）取得し、当該取得した情報に基づいて画像データＤ１における身体部位Ｂを身体構成要素ＢＣ単位に分割するとともに各身体構成要素ＢＣを識別する。これにより、識別部３２は、画像データＤ１に含まれる各身体構成要素ＢＣの識別情報（例えば名称、種類など）を、位置座標情報（例えば画像データＤ１における位置座標など）や形態情報（例えば形状、大きさ、身体構成要素ＢＣとの配置関係など）と関連付けて取得することができる。ここで、ある身体構成要素ＢＣの位置座標情報及び形態情報の一方又は両方は、例えば、３次元の画像データＤ１において当該身体構成要素ＢＣが占有する空間領域（複数のボクセルの集合として表され得る）を示す３次元空間座標の組によって表現され得る。

図３は、一実施形態に係る身体情報データベース４２の一例を示す図である。図３に示すように、身体情報データベース４２は、例えば、身体部位ごとに当該身体部位を構成する身体構成要素の名称を列挙した樹形図である。識別部３２は、例えば、身体情報データベース４２において身体部位Ｂの名称を検索することにより、所望の身体部位Ｂを構成する複数の身体構成要素ＢＣの名称を取得することができる。

例えば、身体部位Ｂがヒトの頭部である場合、識別部３２は、身体情報データベース４２において身体部位Ｂとして「頭部」を検索することにより、一般に頭部が骨、脳実質、硬膜、血管、筋肉などの身体構成要素ＢＣを含む旨の情報を取得することができる。次いで、識別部３２は、画像データＤ１において３次元画像として示された身体部位Ｂ（頭部）のどの部分が骨に相当するか、どの部分が脳実質に相当するか、どの部分が硬膜に相当するか、といった識別を行う。このような識別処理によって、識別部３２は、例えば、画像データＤ１において骨、脳実質、硬膜などの身体構成要素ＢＣに相当する空間領域を示す３次元空間座標の組を、身体構成要素ＢＣごとに取得することができる。

識別部３２は、例えば、撮像方式の特性、身体構成要素ＢＣの物理的特徴及び／又は解剖学的特徴などに基づいて、身体構成要素ＢＣの識別を行うことができる。また、識別部３２は、機械学習により訓練された学習済みモデルを用いて、身体構成要素ＢＣの識別を行ってもよい。学習済みモデルは、例えば、画像データＤ１と画像データＤ１に含まれる身体構成要素ＢＣの識別結果との組を教師データとして、画像データＤ１と身体構成要素ＢＣの識別結果との関係を学習させる機械学習によって生成され得る。

識別部３２は、少なくとも部分的に、ユーザが入力した識別結果に基づいて、身体構成要素ＢＣの識別を行うこともできる。例えば、ユーザは、画像データＤ１において身体構成要素ＢＣが占有する空間領域を特定するとともに、当該身体構成要素ＢＣの名称や種類を特定することにより、身体構成要素ＢＣの識別結果を処理装置１２に入力することができる。この場合、身体構成要素ＢＣの識別処理は、入力部２０がユーザから受け付けた、画像データＤ１における身体構成要素ＢＣの占有領域を示す３次元空間座標の組を取得することを含んでもよい。

好ましくは、識別部３２は、身体構成要素ＢＣの位置情報として、複数のボクセルの集合として表される３次元空間領域を特定する際に、当該３次元空間領域を構成するボクセルのうち２つのボクセルが頂点を共有して隣接する場合、当該３次元空間領域を構成するとともに当該頂点を共有する少なくとも１つの別のボクセルが存在するように、当該３次元空間領域を特定する。すなわち、識別部３２による識別結果において、身体構成要素ＢＣに対応する３次元空間領域が、頂点を共有して隣接する２つのボクセルを含む場合、当該３次元空間領域は、当該頂点を共有する少なくとも１つの別のボクセルをさらに含む。このように特定することにより、画像データＤ１において、身体構成要素ＢＣに対応する３次元空間領域は、頂点で接する２つのボクセルの接触点（すなわち、当該２つのボクセルが共有する頂点）の周りに別のボクセルを含むことができる。例えば、１辺の長さが１である単位ボクセル（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の集合から成るＸＹＺ座標空間において、身体構成要素ＢＣに対応する３次元空間領域が、互いに頂点を共有するボクセルＡ（０，０，０）及びボクセルＢ（１，１，１）を含むものとする。この場合、この頂点を共有する別のボクセルとして、ボクセルＣ（１，０，０）、ボクセルＤ（０，１，０）、ボクセルＥ（０，０，１）、ボクセルＦ（１，１，０）、ボクセルＧ（０，１，１）、及びボクセルＨ（１，０，１）の６つが挙げられる。身体構成要素ＢＣに対応する３次元空間領域が、これらの追加ボクセルＣ～Ｈのうち１以上を含んでいれば、追加ボクセルは、ボクセルＡ及びボクセルＢの一方とは面で接し、他方とは辺で接することになる。例えば、追加ボクセルがボクセルＣ（１，０，０）である場合には、ボクセルＣはボクセルＡと面で接し、ボクセルＢと辺で接する。これにより、頂点で接する２つのボクセルＡ、Ｂは、頂点で繋がるだけでなく隣接する別のボクセルを介して繋がることにもなる。これに対し、仮に２つのボクセルが隣接する別のボクセルを介さずに頂点の１点のみで繋がる場合には、造形後の医用模型Ｍにおいて、２つのボクセルが共有する頂点に対応する部分がうまく繋がらずに造形されてしまう可能性がある。この場合、２つのボクセルに対応する部分の間に穴が開いてしまうことになる。この問題は、特に身体構成要素ＢＣの薄い部分を造形する場合などに重要である。そこで、上記のように識別部３２が身体構成要素ＢＣに対応する３次元空間領域を特定することにより、造形後の医用模型Ｍにおいて、２つのボクセルが共有する頂点に対応する部分に穴が開いてしまう可能性を低減することができる。

造形条件決定部３４は、画像データＤ１における身体構成要素ＢＣの識別結果、身体構成要素ＢＣと造形される医用模型Ｍに含まれる模型構成要素ＭＣとの関連付け情報、ユーザからの入力、過去の造形条件などに基づいて、医用模型Ｍの各模型構成要素ＭＣの造形条件を決定する。造形条件は、例えば、模型構成要素ＭＣの大きさ、形状、配置、力学的特性、造形材料の種類、造形材料の供給条件、造形材料の硬化条件、造形材料の空隙率、造形材料の色、造形材料の光透過率（透明度）などを含む。

造形条件決定部３４は、例えば、識別結果に基づく各身体構成要素ＢＣの位置座標情報及び／又は形態情報から、造形条件のうち模型構成要素ＭＣの大きさ、形状、配置などの形態情報を取得することができる。造形条件決定部３４は、例えば、身体構成要素ＢＣと当該身体構成要素ＢＣに対応する模型構成要素ＭＣに望ましい造形条件（例えば、造形材料やその力学的特性など）との対応関係を含む関連付けテーブル４４に基づいて、造形条件のうち模型構成要素ＭＣの力学的特性、造形材料の種類などの造形材料情報や、造形材料の供給条件、造形材料の硬化条件などの造形処理情報、模型構成要素ＭＣの空隙率などの造形物情報を取得することができる。造形条件決定部３４は、例えば、ユーザからの入力や過去の造形条件などに基づいて、造形条件のうち造形材料の色や光透過率などの造形材料情報を取得することができる。なお、模型構成要素ＭＣの色や光透過率は、材料の力学的特性とは独立して、ユーザの視覚的利便性のために適宜設定されてよい。所望の色や光透過率を有する模型構成要素ＭＣを造形する方法としては、造形材料の選択や着色料の添加など任意の方法が使用されてよい。

模型構成要素ＭＣの各々は、異なる造形条件で造形されることにより、互いに異なる力学的特性を有する。例えば、造形条件決定部３４は、所望の力学的特性を実現するために、使用する造形材料の種類、数、配合率、供給量、密度、供給温度、供給速度、硬化手段、硬化温度、硬化用照射光のエネルギー、焼結手段、焼結温度、造形される模型構成要素ＭＣの空隙率、模型構成要素ＭＣの密度、模型構成要素ＭＣの内部構造など、１以上の造形条件を適宜選択することができる。

造形条件決定部３４は、取得した造形条件に基づいて、画像データＤ１を用いて識別された各身体構成要素ＢＣに対して、当該身体構成要素ＢＣに対応する力学的特性を有する模型構成要素ＭＣを造形する造形条件を割り当てる。これにより、身体構成要素ＢＣに対応する模型構成要素ＭＣは、当該身体構成要素ＢＣに割り当てられた造形条件に従って、身体構成要素ＢＣに対応する力学的特性を有するように造形される。

例えば、造形条件決定部３４は、模型構成要素ＭＣに好適な力学的特性に応じて、硬化後の力学的特性が互いに異なる複数の造形材料のうち１つを選択することにより、又は２以上の造形材料及びその配合率を選択することにより、所望の力学的特定を有する模型構成要素ＭＣを造形する造形条件を決定することができる。

例えば、造形条件決定部３４は、模型構成要素ＭＣに好適な力学的特性に応じて、造形される模型構成要素ＭＣの空隙率を選択してもよい。例えば、硬度の小さい模型構成要素ＭＣを造形する場合において、造形条件決定部３４は、当該硬度を実現するように、模型構成要素ＭＣが１以上の内部空間（例えば、一続きの空洞状の内部空間や、互いに離間した複数の内部空間）を有するように造形条件を決定することができる。模型構成要素ＭＣの内部空間は、例えば身体構成要素ＢＣが本来内部空間を有しない部分に形成されてよい。造形条件決定部３４は、模型構成要素ＭＣの内部空間の大きさや形状などを適宜選択することにより、所望の硬度が得られる造形条件を決定することができる。内部空間は、模型構成要素ＭＣの外部と連通する開空間であってもよく、外部と連通しない閉空間であってもよい。あるいは、造形条件決定部３４は、模型構成要素ＭＣが内部に多数の空隙を有する多孔質体であるように造形条件を決定してもよい。この場合、造形条件決定部３４は、空隙の数、大きさ、密度などを適宜選択することにより、所望の硬度が得られる造形条件を決定することができる。内部空間などの空隙は、例えば、サポート材を利用して形成することができる。サポート材は、例えば、孔からの吸い出し、溶剤添加、加熱、光照射などの任意の手段で医用模型Ｍから除去可能な任意の材料である。例えば、模型構成要素ＭＣの表面にサポート材を除去するための孔を造形時又は造形後に形成し、当該孔を通して内部のサポート材を除去することができる。好ましくは、造形時には、空隙に対応する位置にサポート材が配置され、造形完了後に任意の手段によってサポート材が医用模型Ｍから除去されることにより、医用模型Ｍの内部に空隙が形成される。

なお、模型構成要素ＭＣの硬度は、実際の身体構成要素ＢＣの硬度と異なってもよく、例えば身体構成要素ＢＣの硬度よりも小さく設定されてもよい。

図４は、一実施形態に係る関連付けテーブル４４の一例を示す図である。関連付けテーブル４４は、例えば「身体構成要素」、「ヤング率」、「模型ショア硬度」、「造形材料」、及び「空隙率」の列を含む。関連付けテーブル４４は、各列に示された各要素を互いに関連付けている。「身体構成要素」は、身体構成要素ＢＣの名称である。「ヤング率」は、身体構成要素ＢＣのヤング率の典型的な値であり、ヒト又は非ヒト動物の身体構成要素ＢＣのヤング率の実測値や推定値などであってよい。「模型ショア硬度」は、身体構成要素ＢＣに対応する模型構成要素ＭＣの「力学的特性」の一例であり、模型構成要素ＭＣが有するショア硬度の値である。例えば、模型構成要素ＭＣのショア硬度の値は、当該模型構成要素ＭＣに対応する身体構成要素ＢＣのヤング率に基づいて設定される。例えば、ショア硬度の値は、身体構成要素ＢＣのヤング率の値を一定程度再現するように決定されてよい。ヤング率をどの程度再現するかは、用途などに応じて適宜決定され得る。「造形材料」は、身体構成要素ＢＣに対応する模型構成要素ＭＣを造形するための好適な材料である。なお、「血管」に対応する模型構成要素ＭＣの造形材料としては、樹脂Ｂと樹脂Ｃとを配合した材料が配合率とともに記載されている。「空隙率」は、身体構成要素ＢＣに対応する模型構成要素ＭＣの硬度を実現するために好適な模型構成要素ＭＣの空隙率である。なお、関連付けテーブル４４に含まれる項目は上記例に限定されず、図４に示された項目の１以上が省略されてもよく、任意の項目が追加されてもよい。例えば、関連付けテーブル４４は、造形材料の供給条件や硬化条件など他の造形条件、ヤング率以外の身体構成要素ＢＣの力学的特性値、ショア硬度以外の模型構成要素ＭＣの力学的特性値などを含んでもよい。

好ましくは、関連付けテーブル４４は、身体構成要素ＢＣごとに当該身体構成要素ＢＣに対応する模型構成要素ＭＣに好適な硬度の情報を含む。造形条件決定部３４は、関連付けテーブル４４に基づいて、模型構成要素ＭＣごとに硬度（「力学的特性」の一例）を決定する。硬度としては、ショア硬度、ビッカース硬度、デュロメータ硬度などが挙げられるが、特に限定されず、任意の指標が使用可能である。

関連付けテーブル４４の「模型ショア硬度」、「造形材料」、「空隙率」などの項目は、実際に造形した医用模型Ｍを使用したユーザの評価などに基づいて適宜更新されてよい。

造形データ生成部３６は、画像データＤ１及び造形条件決定部３４により決定された造形条件に基づいて、医用模型Ｍの造形データＤ２を生成する。造形データＤ２は、例えば、３次元空間上の医用模型Ｍの造形モデルの情報を含む。造形データＤ２は、例えば、３次元空間内の各ボクセル（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に対して、当該ボクセルにおける造形材料の有無の情報及び当該ボクセルに造形材料がある場合には造形材料の種類などの造形条件の情報を含む。すなわち、造形データＤ２では、位置座標情報（例えばボクセル情報）と造形条件情報とが関連付けられている。

造形データ生成部３６は、画像データＤ１における隣接する２つの身体構成要素ＢＣの少なくとも１つの組について、当該隣接する身体構成要素ＢＣに対応する２つの模型構成要素ＭＣが別体として造形されるように、造形データＤ２を生成することができる。本明細書において、「別体」とは、２つの物体が実質的に混ざり合っていない状態を意味し、互いに接する２つの物体間に界面が存在する状態や、２つの物体間に別の層や隙間が存在する状態なども含む。例えば、隣接する２つの模型構成要素ＭＣを同一又は類似の材料（例えば樹脂材料）で造形する場合において、当該２つの模型構成要素ＭＣを連続的に造形すると、隣接する模型構成要素ＭＣがその境界で互いに混ざり合って一体化する場合がある。そこで、隣接する２つの模型構成要素ＭＣを別体として造形するために、例えば、造形データ生成部３６は、一旦元の画像データＤ１の位置座標情報に従って一次造形データを生成した後、一次造形データ中で隣接する模型構成要素ＭＣの組を検出し、隣接する２つの模型構成要素ＭＣの一方又は両方の位置や大きさを修正することができる。例えば、造形データ生成部３６は、隣接する２つの模型構成要素ＭＣの間に薄い空間が形成されるように、一次造形データにおける模型構成要素ＭＣの位置情報を修正することができる。造形データ生成部３６は、上記修正によって形成された模型構成要素ＭＣ間の空間に別の材料が造形されるように、一次造形データにおける造形条件をさらに修正してもよい。模型構成要素ＭＣ間に充填される別の材料としては、特に限定されないが、模型構成要素ＭＣの造形材料に対する接着性が低い材料が好ましい。あるいは、造形データ生成部３６は、隣接する模型構成要素ＭＣの一方を先に造形して完全に硬化させた後で、隣接する模型構成要素ＭＣの他方を先に造形した模型構成要素ＭＣ上に造形するように、一次造形データにおける造形条件を修正してもよい。このようにして、造形データ生成部３６は、最終的な造形データＤ２を生成することができる。ただし、造形データ生成部３６が隣接する２つの模型構成要素ＭＣを別体として造形する方法は上記例に限定されず、任意の方法が使用可能である。

造形データ生成部３６は、必ずしも一次造形データを生成する必要はなく、一次造形データを経由せずに初めから上記修正事項を入れ込んだ造形データＤ２を生成してもよい。例えば、造形データ生成部３６は、画像データＤ１の識別結果に含まれる模型構成要素ＭＣの位置情報を造形データＤ２に反映させる際に、隣接する模型構成要素ＭＣの組を検出して、例えば当該模型構成要素ＭＣ間に隙間が生じるように、当該模型構成要素ＭＣの位置情報を修正してもよい。また、このような位置情報の修正は、造形データの生成とは別のタイミングで行われてもよい。例えば、識別部３２が画像データＤ１に含まれる身体構成要素ＢＣを識別して身体構成要素ＢＣの位置座標を特定する際に、識別部３２は、隣接する身体構成要素ＢＣの組を検出して、例えば当該身体構成要素ＢＣ間に隙間が生じるように、当該身体構成要素ＢＣの位置座標（例えば、身体構成要素ＢＣが占有する空間領域を特定する位置座標）を決定してもよい。造形データ生成部３６は、そのように修正された識別結果に基づいて造形データＤ２を生成するので、結果として、当該隣接する身体構成要素ＢＣに対応する模型構成要素ＭＣが別体として造形されるような造形データＤ２が生成される。

なお、造形データ生成部３６は、必ずしも隣接する模型構成要素ＭＣのすべての組に対して上記処理を行わなくてもよい。例えば、造形材料の種類や特性の違い、供給条件や硬化条件などにより、隣接する模型構成要素ＭＣが互いに混ざり合うことなく造形可能な場合もある。また、医用模型Ｍの用途に照らして重要性が低い模型構成要素ＭＣなども、上記処理の対象外とされてよい。例えば、造形データ生成部３６は、入力部２０が受け付けたユーザの選択に基づいて、上記処理を行う模型構成要素ＭＣを決定することができる。例えば、造形データ生成部３６は、まず画像データＤ１の位置座標情報に従って一次造形データを生成し、一次造形データにおける隣接する模型構成要素ＭＣの組を検出し、出力部２６を介して表示装置１４に一次造形データ及び検出した模型構成要素ＭＣの組を表示させ、入力部２０を介してユーザによる模型構成要素ＭＣの組の選択結果を受け付け、当該選択結果に基づいて、選択された模型構成要素ＭＣの組に含まれる各模型構成要素ＭＣが別体として造形されるように一次造形データを修正し、造形データＤ２を生成する。

表示制御部３８は、表示装置１４の表示を制御する。表示制御部３８は、必要に応じて、各種データを表示装置１４で表示可能な形式に変換し、当該データを表示するように表示装置１４に指示する。

記憶部２４は、プログラム４０、身体情報データベース４２、関連付けテーブル４４などを記憶する。プログラム４０は、処理装置１２のプロセッサに所定の命令を実行させる。なお、プログラム４０、身体情報データベース４２、及び関連付けテーブル４４は、必ずしも処理装置１２の記憶部２４に記憶されていなくてもよく、外部サーバなど別の装置に記憶されてもよい。

出力部２６は、入出力インタフェースを含んで構成され、処理部２２における演算処理の結果（例えば、身体部位Ｂの３次元画像、身体構成要素ＢＣの識別結果、模型構成要素ＭＣの好適な硬度、造形データＤ２など）を出力する。

表示装置１４は、処理装置１２のユーザインタフェースとして機能する。表示装置１４は、撮像装置１０が取得した画像データＤ１や処理装置１２による画像データＤ１の処理結果を出力部２６から受け付けて、ユーザに対して表示する。

表示装置１４は、表示部５０を含む。表示部５０は、表示制御部３８によって制御されて、出力部２６から受け付けた情報や、ユーザからの入力を受け付けるためのテキストボックスやボタンなどの各種オブジェクトを、ユーザに対して表示する。例えば、表示部５０は、３次元画像生成部３０が生成した身体部位Ｂの３次元画像や、造形データ生成部３６が生成した造形データＤ２に基づく医用模型Ｍの３次元画像をユーザに対して表示することができる。好ましくは、表示部５０は、並進及び回転可能に３次元画像を表示することができる。例えば、表示制御部３８は、入力部２０がユーザの入力操作を受け付けたことに応答して、表示されている３次元画像を並進又は回転させるように表示部５０を制御する。

造形装置１６は、処理装置１２から受け付けた造形データＤ２に基づいて、医用模型Ｍの造形を行う。造形装置１６としては、特に限定されず、任意の造形装置が使用可能である。例えば、光造形装置、付加製造装置、インクジェット造形装置、粉末焼結造形装置、熱溶融積層造形装置などが挙げられる。好ましくは、造形装置１６は、医用模型Ｍの造形材料として光硬化性樹脂を使用した光造形装置である。造形装置１６は、造形材料以外に、サポート材や添加剤など任意の材料を適宜使用することができる。

なお、処理装置１２は、撮像装置１０及び造形装置１６の一方又は両方を制御する制御装置として機能してもよい。撮像装置１０の制御装置としての処理装置１２は、撮像装置１０に指示して、患者Ｐの位置移動や撮影などを行わせる。造形装置１６の制御装置としての処理装置１２は、造形装置１６に指示して、出力した造形データに基づいて、医用模型Ｍの造形を行わせる。具体的には、処理装置１２は、造形装置１６が造形データのとおりに医用模型Ｍの造形を行うように、造形装置１６の造形材料供給機構、造形材料固化機構（レーザなど）、ステージ移動機構などの動作を制御する。

＜データフロー＞
図５は、一実施形態に係る造形システム１におけるデータの流れを示すフロー図である。
撮像装置１０により取得された画像データＤ１又は３次元画像生成部３０によって画像データＤ１から生成された３次元画像データＤ１’（以下、まとめて「画像データ５００」という。）は、身体部位Ｂ及び当該身体部位Ｂを構成する複数の身体構成要素ＢＣの位置座標情報５０２及び形態情報５０４を含む。例えば、位置座標情報５０２は、画像データ５００における位置座標（例えばボクセル）及び各位置座標に対応する値（例えばＣＴ値、ＣＴ値から変換された色特性値など）などを含む。例えば、形態情報５０４は、画像データ５００に含まれる身体部位Ｂの形状や大きさ、画像データ５００においてひとまとまりの要素として抽出される身体構成要素ＢＣの形状、大きさ、他の要素との配置関係などを含む。

形態情報５０４は、識別部３２及び／又はユーザが画像データ５００に含まれる身体構成要素ＢＣを識別するために使用される（５１０）。識別部３２及び／又はユーザは、画像データ５００に含まれる各要素の形態情報５０４、各身体構成要素ＢＣの既知の物理的特徴及び／又は解剖学的特徴などに基づいて、どの要素がどの身体構成要素ＢＣに対応するのかを識別する。

身体構成要素ＢＣの識別結果は、造形条件決定部３４が各身体構成要素ＢＣに対応する模型構成要素ＭＣのための造形材料を選択するために使用される（５２０）。例えば、造形条件決定部３４は、識別された身体構成要素ＢＣの名称を関連付けテーブル４４で検索することにより、当該身体構成要素ＢＣに対応する模型構成要素ＭＣに適した造形材料や力学的特性（例えば硬度）などの造形条件を決定する。

決定された造形条件は、造形データ生成部３６が画像データ５００の位置座標情報５０２と組み合わせて造形データＤ２を生成するために使用される（５３０）。例えば、造形データＤ２は、位置座標情報５０２に基づく造形モデルの位置座標情報と、造形条件情報とを関連付けることにより生成される。このとき、位置座標情報５０２に基づいて、隣接する２つの模型構成要素ＭＣの組が別体として造形されるように、造形データＤ２の修正処理が行われ得る。その後、生成された造形データＤ２が処理装置１２から造形装置１６に送信される。造形装置１６は、造形データＤ２に基づいて医用模型Ｍの造形を行う（５４０）。

このようにして、身体部位Ｂの画像データ５００に含まれる位置座標情報５０２及び形態情報５０４から造形データＤ２が生成され、生成された造形データＤ２に基づいて、身体部位Ｂに対応する医用模型Ｍの造形が行われる。

＜処理フロー＞
図６は、一実施形態に係る処理フローを示すフロー図である。
ステップＳ６０１では、撮像装置１０が、患者Ｐの身体部位Ｂの画像データＤ１を取得する。処理装置１２の入力部２０は、撮像装置１０から画像データＤ１を受け付ける。画像データＤ１は、例えば、２次元画像の組又は３次元画像である。画像データＤ１が２次元画像の組である場合、処理装置１２の３次元画像生成部３０が画像データＤ１を３次元画像データＤ１’に変換することができる。

ステップＳ６０２では、処理装置１２の識別部３２が、画像データＤ１、Ｄ１’に含まれる身体部位Ｂの身体構成要素ＢＣの識別結果を取得する。識別結果は、例えば、身体構成要素ＢＣごとの識別情報（名称、種類など）、位置座標情報、形態情報などを含む。

ステップＳ６０３では、処理装置１２の造形条件決定部３４が、身体構成要素ＢＣと当該身体構成要素ＢＣに対応する模型構成要素ＭＣの造形条件との関連付け情報に基づいて、画像データＤ１、Ｄ１’を用いて識別された各身体構成要素ＢＣに対して、当該身体構成要素ＢＣに対応する力学的特性を有する模型構成要素ＭＣを造形する造形条件を決定する。造形条件は、模型構成要素ＭＣの形態情報、造形材料の情報、造形処理情報（例えば、材料供給や硬化などの各造形処理における処理条件の情報）などを含む。

ステップＳ６０４では、処理装置１２の造形データ生成部３６が、隣接する２つの身体構成要素ＢＣの少なくとも１つの組について、当該隣接する２つの身体構成要素ＢＣに対応する２つの模型構成要素ＭＣが別体として造形されるように、決定された造形条件に基づいて医用模型Ｍの造形データＤ２を生成する。造形装置１６が造形データＤ２を読み取って造形した医用模型Ｍにおいて当該２つの模型構成要素ＭＣが別体として造形される限りにおいて、当該２つの模型構成要素ＭＣを別体として造形する方法は任意に選択可能である。例えば、上述のように、画像データＤ１における身体構成要素ＢＣを識別する際に、隣接する身体構成要素ＢＣの間に僅かな空間が生じるように身体構成要素ＢＣの位置座標を特定してもよく、造形データＤ２において模型構成要素ＭＣの間に僅かな空間又は別の材料が形成されるように模型構成要素ＭＣの位置座標や造形条件を設定してもよく、隣接する模型構成要素ＭＣ同士が混ざり合わないように造形材料や造形のタイミングなどの造形条件を適宜設定してもよい。

ステップＳ６０５では、造形装置１６が、造形データＤ２に基づいて、医用模型Ｍの造形を行う。

＜画面例＞
図７は、一実施形態に係る表示装置１４の画面例を示す図である。
表示制御部３８は、図７に示すような造形データを生成するための画面をユーザに対して表示するように、表示装置１４の表示部５０を制御することができる。図７に示すように、表示制御部３８は、３次元画像表示部７００と、造形条件設定部７０２と、データ修正部７０４と、出力指示部７０６と、をユーザに対して表示するように表示部５０を制御する。

３次元画像表示部７００は、３次元画像として表される身体部位Ｂの画像データＤ１や医用模型Ｍの造形データＤ２を、ＸＹＺ座標軸７１０とともに表示する。３次元画像表示部７００は、各身体構成要素ＢＣ又は各模型構成要素ＭＣを互いに異なる表示態様で表示することができる。３次元画像表示部７００は、例えば、図７に示すように、各身体構成要素ＢＣに、造形条件設定部７０２と関連付けられる参照符号１、２、３、……を付して表示してもよい。３次元画像表示部７００は、ユーザの入力操作（例えばマウスドラッグやスワイプ）に応答して、例えば、表示している３次元画像の倍率、位置、向きなどを変更することができる。３次元画像表示部７００は、ユーザの入力操作（例えばマウスクリックやタッチ）に応答して、例えば、入力操作の対象となった身体構成要素ＢＣや模型構成要素ＭＣを強調表示することにより、当該構成要素が選択されている状態であることを表示することもできる。３次元画像表示部７００は、身体部位Ｂ（画像データＤ１）の画像及び医用模型Ｍ（造形データＤ２）の画像の両方を同時に（例えば並べて又は重ねて）表示してもよい。また、表示制御部３８は、３次元画像表示部７００に表示される画像を身体部位Ｂ（画像データＤ１）と医用模型Ｍ（造形データＤ２）との間で切り替えるための切替えボタンを表示部５０に表示させてもよい。

画像データＤ１において身体構成要素ＢＣが未識別である場合には、３次元画像表示部７００は、例えば、身体構成要素ＢＣを区別せずに表示する。この場合、３次元画像表示部７００は、例えば、表示された画像中の特定領域を囲むように複数の座標点を選択するユーザの入力操作に応答して、当該特定領域を身体構成要素ＢＣとして識別することができる。ユーザは、識別された身体構成要素ＢＣに対して、名称や種類のような識別情報などをさらに付与してもよい。

造形条件設定部７０２は、３次元画像表示部７００に表示された身体構成要素ＢＣごとに各種の造形条件を表示する。例えば、造形条件設定部７０２は、図７に示すように、身体構成要素ＢＣの参照符号（７２０）及び名称（７２２）、並びに当該身体構成要素ＢＣに対応する模型構成要素ＭＣの模型ショア硬度（７２４）、色（７２６）、及び光透過率（７２８）を表示する。造形条件設定部７０２は、例えば、関連付けテーブル４４において身体構成要素ＢＣの名称を検索することにより取得される、当該身体構成要素ＢＣに対応する模型ショア硬度（７２４）を表示することができる。造形条件設定部７０２は、模型ショア硬度の値を変更するユーザの入力操作を受け付け、当該入力操作に応答して模型ショア硬度（７２４）の表示や３次元画像表示部７００における身体構成要素ＢＣの表示を変更し、必要に応じて関連付けテーブル４４の模型ショア硬度の値や、造形材料、空隙率など模型ショア硬度に関連する項目を変更してもよい。なお、造形条件設定部７０２は、模型ショア硬度以外の力学的特性の項目を表示してもよい。造形条件設定部７０２は、身体構成要素ＢＣごとに、色及び光透過率の値を変更するユーザの入力操作を受け付け、当該入力操作に応答して色（７２６）及び光透過率（７２８）の表示や３次元画像表示部７００における身体構成要素ＢＣの表示を変更し、必要に応じて関連付けテーブル４４の造形材料の項目などを変更してもよい。

データ修正部７０４は、現在選択されている模型構成要素ＭＣ（７３０）、現在選択されている模型構成要素ＭＣに隣接する他の模型構成要素ＭＣのリスト（７３２）、隣接する２つの模型構成要素ＭＣの間隔を開ける操作の実行ボタン（７３４）、及び隣接する２つの模型構成要素ＭＣの間に別の材料を追加する操作の実行ボタン（７３６）を含む。例えば、３次元画像表示部７００が医用模型Ｍの一次造形データを表示している場合において、図７に示すように、模型構成要素ＭＣのうち硬膜が選択されている場合、データ修正部７０４は、一次造形データにおいて硬膜に隣接している模型構成要素ＭＣとして、骨、脳実質などをリスト化して表示する。図７は、隣接する模型構成要素ＭＣのリストから骨が選択されている状態を示す。

データ修正部７０４は、ユーザが「間隔を開ける」ボタン７３４を操作したことに応答して、選択されている隣接する模型構成要素ＭＣ（ここでは硬膜及び骨）の間に空間が生じるように、一次造形データにおいて硬膜及び骨のうち少なくとも一方が占有する空間領域を修正して、修正後の成形データによる医用模型Ｍの画像を３次元画像表示部７００に表示させることができる。データ修正部７０４は、ユーザが模型構成要素ＭＣ間の間隔を調整するための入力部などをさらに含んでもよい。また、データ修正部７０４は、ユーザが「間に材料を追加」ボタン７３６を操作したことに応答して、選択されている隣接する模型構成要素ＭＣ（ここでは硬膜及び骨）の間に別の材料が追加されるように、一次造形データにおいて硬膜及び骨のうち少なくとも一方が占有する空間領域を修正するとともに硬膜と骨との間に別の造形材料を割り当てて、修正後の成形データによる医用模型Ｍの画像を３次元画像表示部７００に表示させることができる。データ修正部７０４は、ユーザが模型構成要素ＭＣ間の間隔を調整したり追加される材料を選択したりするための入力部などをさらに含んでもよい。

データ修正部７０４は、造形データＤ２だけでなく、画像データＤ１に基づく身体構成要素ＢＣの識別結果を修正するために使用されてもよい。例えば、３次元画像表示部７００が画像データＤ１及び識別された身体構成要素ＢＣを表示している状態において、データ修正部７０４は、例えば、現在選択されている身体構成要素ＢＣ（７３０）、現在選択されている身体構成要素ＢＣに隣接する他の身体構成要素ＢＣのリスト（７３２）、及び隣接する２つの身体構成要素ＢＣの間隔を開ける操作の実行ボタン（７３４）を含むことができる。例えば、上記の造形データＤ２の修正と同様に、ユーザが「間隔を開ける」ボタン７３４を操作したことに応答して、識別部３２が、選択されている隣接する身体構成要素ＢＣの間に空間が生じるように、模型構成要素ＭＣの識別結果を修正する。例えば、識別部３２は、模型構成要素ＭＣの識別結果のうち、画像データＤ１において身体構成要素ＢＣが占有する空間領域を特定する位置座標情報を修正することができる。表示制御部３８は、位置座標情報が修正されたことに応答して、修正された身体構成要素ＢＣの占有空間領域を画像データＤ１上に重ねた画像を生成し、３次元画像表示部７００に表示させることができる。

出力指示部７０６は、ユーザから造形データＤ２を出力する旨の指示を受け付ける。造形データ生成部３６は、ユーザが出力指示部７０６を操作したことに応答して、現在選択されている造形条件に基づいて造形データＤ２を生成する。

＜効果＞
隣接する２つの模型構成要素ＭＣを一度に造形する場合において、隣接する模型構成要素ＭＣはその境界で互いに混ざり合って一体化することがある。このような場合、隣接する模型構成要素ＭＣ間の結合力が、実際の隣接する身体構成要素ＢＣ間の結合力に比べて大きくなり得るため、医用模型Ｍにおける身体部位Ｂの再現度が低下するおそれがある。例えば、本来の手術においては手術具で容易に分離可能な２つの身体構成要素ＢＣに対して、医用模型Ｍの対応する２つの模型構成要素ＭＣが分離困難であったとすると、外科医が医用模型を使用した手術トレーニングにおいて当該２つの模型構成要素ＭＣを分離する際には、本来の手術に必要な力よりも大きな力を加える必要があるので、実際の手術において身体構成要素ＢＣに必要以上の力を加えてしまうおそれがある。
しかしながら、上記の実施形態によれば、隣接する２つの身体構成要素ＢＣに対応する２つの模型構成要素ＭＣが別体として造形されることにより、隣接する模型構成要素ＭＣの境界における模型構成要素ＭＣ間の混ざり合いが抑制され、身体部位Ｂの再現度が向上した医用模型Ｍを製造することができる。また、力学的特性の異なる様々な模型構成要素ＭＣをまとめて造形することができる。

一実施形態によれば、模型構成要素ＭＣの力学的特性は、模型構成要素ＭＣの硬度を含む。一実施形態によれば、関連付け情報において、複数の身体構成要素ＢＣと複数の模型構成要素ＭＣの造形条件とは、身体構成要素ＢＣに対応するヒト又は非ヒト動物の身体構成要素ＢＣのヤング率に基づいて関連付けられる。実際の身体構成要素ＢＣの力学的特性に基づいて模型構成要素ＭＣの硬度を設定することにより、医用模型Ｍを用いた手術トレーニングにおいて、実際の手術の感覚の再現度を向上させることができる。

一実施形態によれば、関連付け情報において身体構成要素ＢＣと関連付けられた造形条件は、所定の力学的特定及び色を有する造形材料の情報を含み、ステップ（ｃ）において、関連付け情報において身体構成要素ＢＣと関連付けられた造形条件を基準として、当該身体構成要素ＢＣに対応する模型構成要素ＭＣの造形条件が決定される。身体構成要素ＢＣと力学的特性及び色が設定された造形材料との関連付け情報を基準として模型構成要素ＭＣの造形条件を決定することにより、造形条件の決定の簡便性及び効率性を向上させることができる。

一実施形態によれば、医用模型Ｍの造形データＤ２を生成するステップにおいて、別体として造形される２つの模型構成要素ＭＣの間に空間又は別の造形材料が配置されるように、造形データＤ２が生成される。これにより、隣接する模型構成要素ＭＣを容易に別体として造形することができる。特に隣接する模型構成要素ＭＣの間に別の造形材料を配置する場合には、当該別の造形材料の量や種類を調節することにより、隣接する模型構成要素ＭＣの結合の程度などを調節することができるので、医用模型Ｍによる身体部位Ｂの再現度をさらに向上させることができる。

一実施形態によれば、医用模型Ｍの造形データＤ２を生成するステップは、（ｄ－１）画像データＤ１及び造形条件に基づいて医用模型Ｍの一次造形データを生成するステップと、（ｄ－２）隣接する２つの身体構成要素ＢＣの少なくとも１つの組について、隣接する２つの身体構成要素ＢＣに対応する２つの模型構成要素ＭＣが別体として造形されるように、一次造形データを修正することにより、医用模型Ｍの造形データＤ２を生成するステップと、を含む。これにより、一次造形データを表示させた状態で一次造形データに含まれる模型構成要素ＭＣの位置、大きさなどを視覚的に編集することができるので、造形データＤ２の生成における利便性を向上させることができる。

一実施形態によれば、識別結果は、画像データＤ１において各身体構成要素ＢＣが占有するボクセルの集合としての３次元空間領域を示す身体構成要素ＢＣごとの位置情報を含み、識別結果において、身体構成要素ＢＣに対応する３次元空間領域が、頂点を共有して隣接する２つのボクセルを含む場合、当該３次元空間領域は、当該頂点を共有する少なくとも１つの別のボクセルをさらに含む。これにより、画像データＤ１において、身体構成要素ＢＣを構成するとともに頂点を共有する２つのボクセルが、当該頂点を共有する別のボクセルを介して結合されるので、造形後の医用模型Ｍにおいて、２つのボクセルが共有する頂点に対応する部分に穴が開いてしまう可能性を低減することができる。

一実施形態によれば、造形条件を決定するステップは、関連付け情報に含まれる造形条件に基づいて、少なくとも１つの模型構成要素ＭＣの空隙率を決定するステップを含む。一実施形態によれば、造形条件を決定するステップは、関連付け情報に含まれる造形条件に基づいて、少なくとも１つの模型構成要素ＭＣが、模型構成要素ＭＣに対応する身体構成要素ＢＣが有しない内部空間を有するように、造形条件を決定するステップを含む。模型構成要素ＭＣの空隙率を調節したり模型構成要素ＭＣに内部空間を形成することにより、各模型構成要素ＭＣの力学的特性の相違を容易に実現することができる。

一実施形態によれば、造形条件を決定するステップは、複数の模型構成要素ＭＣの各々に対して色及び光透過率の少なくとも一方を決定するステップを含む。これにより、各模型構成要素ＭＣに対して視覚的な相違を付与することができるので、手術トレーニングにおける医用模型Ｍの利便性を向上させることができる。

一実施形態によれば、造形条件を決定するステップは、身体部位Ｂの画像データＤ１と画像データＤ１に含まれる身体部位Ｂの身体構成要素ＢＣの識別結果との関係を学習した学習済みモデルを使用して、画像データＤ１から識別結果を取得するステップを含む。これにより、ユーザが手動で識別処理を行う手間を削減するとともに、画一的なルールベース処理では困難な身体構成要素ＢＣの識別を行うことができる。

一実施形態によれば、身体部位Ｂは、病変部位を含み、医用模型Ｍは、病変部位に対応する模型構成要素ＭＣを含む。一実施形態によれば、病変部位は、腫瘍部位及び炎症部位からなる群より選択される。一実施形態によれば、画像データＤ１は、ＣＴ画像データ、ＭＲＩ画像データ、及び超音波画像データからなる群より選択された１以上を含む。一実施形態によれば、医用模型Ｍは、骨に対応する模型構成要素ＭＣ、脳実質に対応する模型構成要素ＭＣ、硬膜に対応する模型構成要素ＭＣ、神経に対応する模型構成要素ＭＣ、血管に対応する模型構成要素ＭＣ、及び筋肉に対応する模型構成要素ＭＣからなる群より選択された１以上の模型構成要素ＭＣと、病変部位に対応する模型構成要素ＭＣと、を含む。一実施形態によれば、医用模型Ｍは、硬膜に対応する模型構成要素ＭＣを含む。実際の手術前に、患者のＣＴ画像やＭＲＩ画像などから病変部位に対応する模型構成要素ＭＣを含む医用模型Ｍを作成し、当該医用模型Ｍを使用して手術トレーニングを行うことにより、術前に手術をシミュレーションすることができ、実際の手術の精度を向上させることができる。また、脳外科手術において硬膜は非常に重要な組織であるが、硬膜を含めて頭蓋をまとめて３次元造型可能な技術は開発されていない。模型構成要素ＭＣとして硬膜を含むように製造した医用模型Ｍは、手術トレーニングに非常に有用である。

＜変形例＞
プログラムは、コンピュータで読取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供されてもよい。
上記実施形態では、処理装置１２の各構成要素をソフトウェア機能部として説明したが、ＬＳＩなどのハードウェア機能部であってもよい。

画像データＤ１における造形条件の選択などにおいて、機械学習アルゴリズムが用いられてもよい。例えば、教師あり学習を想定した場合、処理装置１２は、過去の造形データＤ２や過去に製造した模型構成要素ＭＣの力学的特性などを教師データとして使用して、画像データＤ１、身体構成要素ＢＣの力学的特性、模型構成要素ＭＣの力学的特性、各種造形条件、造形データＤ２などを含む学習ネットワークを構成することにより、医用模型Ｍの造形条件や関連付けテーブル４４の各項目値などを最適化するための学習を行うことができる。例えば、処理装置１２は、関連付けテーブル４４を参照せずに、機械学習により得られた学習済みモデルに内包された身体構成要素ＢＣと模型構成要素ＭＣの造形条件との関連付け情報に基づいて、模型構成要素ＭＣごとの造形条件を決定してもよい。なお、学習アルゴリズムは特に限定されず、教師あり学習、教師なし学習、強化学習などを適宜選択可能である。

造形データ生成部３６は、例えば、教育のために又は仮想的な様々なケースを想定した手術トレーニングができるように、身体部位Ｂの任意の位置に病変部位を配置した造形データを生成してもよい。病変部位の配置は、ユーザが決定してもよく、コンピュータがランダムに又は実際の症例などに基づいて決定してもよく、機械学習を用いたアルゴリズムによって決定してもよい。

造形した医用模型Ｍにおいて、血管などの管状の模型構成要素ＭＣには、必要に応じて血液などを模した流体を流してもよい。これにより、手術中に血管を傷つけて出血させることを避けるためのトレーニング装置として、医用模型Ｍを使用することができる。また、内部空間が形成された模型構成要素ＭＣは、必要に応じて当該内部空間に液体やゲルなどを含んでもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

以下、本発明の実施例を説明するが、本発明を限定するものではない。
本発明者は、様々な硬度の身体構成要素ＢＣが造形可能となるように、下記の表１に示す種々の造形材料を用意するとともに、下記の表２のとおり実際の身体構成要素ＢＣと当該身体構成要素ＢＣに対応する模型構成要素に適した造形条件（造形材料及び内部空間の有無）との関連付けテーブルを作成した。

表１は、本発明者が用意した１０種類の造形材料の詳細を示す。造形試験は、Ｓｔｒａｔａｓｙｓ社製の３ＤプリンタＪ７５０ＤＡＰ又はＪ７５０を用いて行った。各造形材料は、３次元造形ソフトウェアＧｒａｂＣＡＤ Ｐｒｉｎｔ（Ｓｔｒａｔａｓｙｓ社製）において使用可能な１つの材料又は２以上の材料の組合せによって特定される。なお、Ｓ－４０Ａ、Ｓ－５０Ａ、Ｓ－６０Ａ、Ｓ－７０Ａ、Ｓ－８５Ａ、Ｓ－９５Ａ、及びＰＰ－ｌｉｋｅの７材料については、Ａｇｉｌｕｓ－ＣｌｅａｒとＶｅｒｏ－ｆａｍｉｌｙ又はＶｅｒｏ Ｐｕｒｅ Ｗｈｉｔｅとの組合せにより形成されるので、概ねの配合割合がわかるように破線の境界線を付した。表１は、各造形材料のショアＡ硬度及びヤング率の実測値、定性的な硬度、並びに色の鮮明さを示す。ヤング率は、ヤング率測定装置ＳＯＦＴＧＲＡＭ（登録商標；新光電子株式会社製）を使用して測定した。なお、Ｓ－７０Ａ、Ｓ－８５Ａ、Ｓ－９５Ａ、及びＰＰ－ｌｉｋｅの４材料のヤング率は、測定範囲外であったため測定できなかった。

表２は、身体構成要素ごとに推奨される造形条件（造形材料及び内部空間の有無）及び造形した模型構成要素を用いて実践可能な手術手技の例を示す。ここで、複数の造形材料が推奨されるものについて特に推奨される造形材料を太字で示す。例えば、表２から、大脳を造形する材料としては表１に示すＥｘＳ－１０Ａが最も推奨され、模型構成要素に内部空間を形成することが推奨されることがわかる。他の身体構成要素についても同様である。なお、表２では各身体構成要素をグループ１～３に分類しているが、これは単に便宜上の分類である。

本発明者は、表１及び表２のように身体構成要素と造形条件との関連付けを行い、医用模型の造形における造形条件の選択基準を作成した。これにより、造形条件の選択が簡便になり、医用模型の造形処理の効率性が向上した。

１…造形システム、１０…撮像装置、１２…処理装置、１４…表示装置、１６…造形装置、２０…入力部、２２…処理部、２４…記憶部、２６…出力部、３０…３次元画像生成部、３２…識別部、３４…造形条件決定部、３６…造形データ生成部、３８…表示制御部、４０…プログラム、４２…身体情報データベース、４４…関連付けテーブル、５０…表示部、７００…３次元画像表示部、７０２…造形条件設定部、７０４…データ修正部、７０６…出力指示部、Ｐ…患者、Ｂ…身体部位、ＢＣ…身体構成要素、Ｍ…医用模型、ＭＣ…模型構成要素、Ｄ１…画像データ、Ｄ２…造形データ。

Claims (16)

1. 患者の身体部位の医用模型を造形するためのプログラムであって、前記医用模型は、前記身体部位に含まれる複数の身体構成要素に対応する、力学的特性の異なる複数の模型構成要素を含み、
   コンピュータのプロセッサに、
   （ａ）前記患者の前記身体部位の画像データを受け付けるステップと、
   （ｂ）前記画像データに含まれる前記身体部位の身体構成要素の識別結果を取得するステップと、
   （ｃ）前記身体構成要素と当該身体構成要素に対応する前記模型構成要素の造形条件との関連付け情報に基づいて、前記画像データを用いて識別された各身体構成要素に対して、当該身体構成要素に対応する力学的特性を有する模型構成要素を造形する造形条件を決定するステップと、
   （ｄ）隣接する２つの身体構成要素の少なくとも１つの組について、当該隣接する２つの身体構成要素に対応する２つの模型構成要素が別体として造形されるように、前記決定された造形条件に基づいて前記医用模型の造形データを生成するステップと、
   を実行させる、プログラム。
2. 前記模型構成要素の前記力学的特性は、前記模型構成要素の硬度を含む、
   請求項１に記載のプログラム。
3. 前記関連付け情報において、前記複数の身体構成要素と前記複数の模型構成要素の造形条件とは、当該身体構成要素に対応するヒト又は非ヒト動物の身体構成要素のヤング率に基づいて関連付けられる、
   請求項１又は２に記載のプログラム。
4. 前記関連付け情報において前記身体構成要素と関連付けられた前記造形条件は、所定の力学的特定及び色を有する造形材料の情報を含み、
   前記ステップ（ｃ）において、前記関連付け情報において前記身体構成要素と関連付けられた前記造形条件を基準として、当該身体構成要素に対応する模型構成要素の造形条件が決定される、
   請求項１～３のいずれか一項に記載のプログラム。
5. 前記ステップ（ｄ）において、前記別体として造形される前記２つの模型構成要素の間に空間又は別の造形材料が配置されるように、前記造形データが生成される、
   請求項１～４のいずれか一項に記載のプログラム。
6. 前記ステップ（ｄ）は、
   （ｄ－１）前記画像データ及び前記造形条件に基づいて前記医用模型の一次造形データを生成するステップと、
   （ｄ－２）隣接する２つの身体構成要素の少なくとも１つの組について、当該隣接する２つの身体構成要素に対応する２つの模型構成要素が別体として造形されるように、前記一次造形データを修正することにより、前記医用模型の造形データを生成するステップと、
   を含む、
   請求項１～５のいずれか一項に記載のプログラム。
7. 前記識別結果は、前記画像データにおいて各身体構成要素が占有するボクセルの集合としての３次元空間領域を示す身体構成要素ごとの位置情報を含み、
   前記識別結果において、身体構成要素に対応する３次元空間領域が、頂点を共有して隣接する２つのボクセルを含む場合、当該３次元空間領域は、当該頂点を共有する少なくとも１つの別のボクセルをさらに含む、
   請求項１～６のいずれか一項に記載のプログラム。
8. 前記ステップ（ｃ）は、前記関連付け情報に含まれる造形条件に基づいて、少なくとも１つの模型構成要素の空隙率を決定するステップを含む、
   請求項１～７のいずれか一項に記載のプログラム。
9. 前記ステップ（ｃ）は、前記関連付け情報に含まれる造形条件に基づいて、少なくとも１つの模型構成要素が、当該模型構成要素に対応する身体構成要素が有しない内部空間を有するように、前記造形条件を決定するステップを含む、
   請求項１～８のいずれか一項に記載のプログラム。
10. 前記ステップ（ｃ）は、前記複数の模型構成要素の各々に対して色及び光透過率の少なくとも一方を決定するステップを含む、
    請求項１～９のいずれか一項に記載のプログラム。
11. 前記ステップ（ｂ）は、身体部位の画像データと当該画像データに含まれる前記身体部位の身体構成要素の識別結果との関係を学習した学習済みモデルを使用して、前記画像データから前記識別結果を取得するステップを含む、
    請求項１～１０のいずれか一項に記載のプログラム。
12. 前記身体部位は、病変部位を含み、
    前記医用模型は、前記病変部位に対応する模型構成要素を含む、
    請求項１～１１のいずれか一項に記載のプログラム。
13. 患者の身体部位の医用模型を造形装置により造形するための情報処理装置であって、前記医用模型は、前記身体部位に含まれる複数の身体構成要素に対応する、力学的特性の異なる複数の模型構成要素を含み、
    前記患者の前記身体部位の画像データを受け付ける入力部と、
    前記画像データに含まれる前記身体部位の身体構成要素の識別結果を取得する識別部と、
    前記身体構成要素と当該身体構成要素に対応する前記模型構成要素の造形条件との関連付け情報に基づいて、前記画像データを用いて識別された各身体構成要素に対して、当該身体構成要素に対応する力学的特性を有する模型構成要素を造形する造形条件を決定する造形条件決定部と、
    隣接する２つの身体構成要素の少なくとも１つの組について、当該隣接する２つの身体構成要素に対応する２つの模型構成要素が別体として造形されるように、前記決定された造形条件に基づいて前記医用模型の造形データを生成する造形データ生成部と、
    を備える、情報処理装置。
14. 患者の身体部位の医用模型を造形装置により造形する方法であって、前記医用模型は、前記身体部位に含まれる複数の身体構成要素に対応する、力学的特性の異なる複数の模型構成要素を含み、
    コンピュータのプロセッサが、
    （ａ）前記患者の前記身体部位の画像データを受け付けるステップと、
    （ｂ）前記画像データに含まれる前記身体部位の身体構成要素の識別結果を取得するステップと、
    （ｃ）前記身体構成要素と当該身体構成要素に対応する前記模型構成要素の造形条件との関連付け情報に基づいて、前記画像データを用いて識別された各身体構成要素に対して、当該身体構成要素に対応する力学的特性を有する模型構成要素を造形する造形条件を決定するステップと、
    （ｄ）隣接する２つの身体構成要素の少なくとも１つの組について、当該隣接する２つの身体構成要素に対応する２つの模型構成要素が別体として造形されるように、前記決定された造形条件に基づいて前記医用模型の造形データを生成するステップと、
    （ｅ）前記造形データに基づいて、前記医用模型の造形を行うように前記造形装置に指示するステップと、
    を実行する、方法。
15. 患者の身体部位の医用模型を造形する造形装置と、前記造形装置を制御する情報処理装置と、を備える造形システムであって、前記医用模型は、前記身体部位に含まれる複数の身体構成要素に対応する、力学的特性の異なる複数の模型構成要素を含み、
    前記情報処理装置は、
    （ａ）前記患者の前記身体部位の画像データを受け付けるステップと、
    （ｂ）前記画像データに含まれる前記身体部位の身体構成要素の識別結果を取得するステップと、
    （ｃ）前記身体構成要素と当該身体構成要素に対応する前記模型構成要素の造形条件との関連付け情報に基づいて、前記画像データを用いて識別された各身体構成要素に対して、当該身体構成要素に対応する力学的特性を有する模型構成要素を造形する造形条件を決定するステップと、
    （ｄ）隣接する２つの身体構成要素の少なくとも１つの組について、当該隣接する２つの身体構成要素に対応する２つの模型構成要素が別体として造形されるように、前記決定された造形条件に基づいて前記医用模型の造形データを生成するステップと、
    （ｅ）前記造形データに基づいて、前記医用模型の造形を行うように前記造形装置に指示するステップと、
    を実行するように構成されている、造形システム。
16. 患者の身体部位の医用模型の造形データを修正するための表示制御装置であって、前記医用模型は、前記身体部位に含まれる複数の身体構成要素に対応する複数の模型構成要素を含み、
    ユーザの入力操作を受け付ける入力部と、
    前記造形データに基づいて、造形される医用模型における隣接する２つの模型構成要素の組を示す情報を表示部に表示させる表示制御部と、
    当該２つの模型構成要素を別体として造形するように指示するユーザの入力操作を前記入力部が受け付けたことに応答して、前記造形データにおける当該２つの模型構成要素の少なくとも一方の位置座標情報を変更することにより、修正された造形データを生成する造形データ生成部と、
    を備える、表示制御装置。

Images