JP6620275B2 - 体表面固定具作成支援装置、体表面固定具作成支援方法、及び体表面固定具作成支援プログラム - Google Patents

Description

本発明は、体表面固定具作成支援装置、体表面固定具作成支援方法、及び体表面固定具作成支援プログラムに関し、詳しくは、被検体を撮影した医用画像データを基にして、複数のソフトを組み合わせることなく、短時間で容易に作成者の技量に依存しない一意な体表面固定具用の立体形状データを得ることができる体表面固定具作成支援置、体表面固定具作成支援方法、及び体表面固定具作成支援プログラムに関するものである。

近年、高齢化とがん罹患率が上昇し、放射線治療の需要が増加しているが、我国では、放射線治療を担う医療従事者が不足している。

また、放射線治療を安全、正確に行うには被検体（患者）の補助固定具を必要とし、その作成には緻密、かつ、煩雑な用手的工程を要する。

すなわち、医療や介護の分野において、被検体の対象部位を固定する為の補助具を作製する従来の方法は、例えば熱可塑性素材を体表面に被せて固形化するまでの一定時間体位を保持して成形（整形ギプス等）することで補助固定具とし、その後この補助固定具を実用に供することが通例であった。

また、従来、幾つか出来合いの固定具を用意し、その中から形が合う物を選択して使用していたが、完全なオーダーメードではないために、固定精度が十分とはならない場合が多かった。

最近では、３Ｄプリンターの発達に伴い、汎用されているＤＩＣＯＭ３Ｄモデラーソフトや医療用３Ｄ画像処理ワークステーションを用い、被検体の対象部位を固定する為の補助具を３Ｄプリンターにより作製するための３Ｄ画像データを生成する試みもなされている。

しかし、従来汎用されているＤＩＣＯＭ３Ｄモデラーソフトや医療用３Ｄ画像処理ワークステーションは、当該ビューア内で対象領域を抽出してその表面画像データをＳＴＬファイルに出力する機能は備えているものの、その出力の主たる目的がＤＩＣＯＭデータから体内臓器や消化器、血管、骨等の画像抽出が主な目的である。

そのため、体表面を固定するために必要な、加工パターン、例えば、格子パターンの適用により固定具全体に穴を開けるような形状加工向けの機能がないため、既存の３Ｄモデラーソフトを複数組み合わせて、面倒な演算処理を工夫させる必要があり、体表面固定具を作成するデータ処理を行うまでに大変複雑な工程を踏まなければならないという問題があった。

特許文献１には、関節部分を動作可能にサポートする装具であって、使用時において関節の周囲に位置する身体部分に、関節を挟んで装着される一対の固定部と、上記両固定部を連結するように該固定部と一体に形成された連結部とを具備する構成であって、装着部位確認工程、データ適用工程、モデル構築工程、装具の立体画像データを作成し、更に、可撓性のない硬質材と可撓性を有する軟質材と使用し３Ｄプリンターにより造形した装具が開示されている。

非特許文献１には、図１０に示すように、手指を撮影したＣＴ画像から、手領域を抽出した後、別レイヤーに保存し、スプリントの１厚さを考慮してボクセルサイズを拡大し、別保存した元データと差分するとスプリント元データを作成し、先にデザインや固定抑制箇所を確認した上で、複数のレイヤーを重ねる処理を行った任意の画像表示や任意の断面像からカットしてスプリントをデザインし、３Ｄプリンターで造形するリングスプリントの作成方法が開示されている。

しかし、特許文献１の装具、非特許文献１のリングスプリントいずれの場合も、複数のソフトを組み合わせた煩雑な方法で多くの時間とプロセスをかけなければ立体形状データを作成できないという問題を包含している。

特開２０１５−５３９５０号公報

インナービジョン株式会社、リングスプリントの作成方法（2014年10月）（http://www.innervision.co.jp/ad/suite/aze/jisedai/150）

本発明は、上記従来の事情に鑑み開発されたものであり、被検体を撮影した医用画像データを基にして、複数のソフトを組み合わせることなく、高精度の体表面固定具を造形機で造形するための作成者の技量に依存しない一意な立体形状データを短時間で容易に得ることができる体表面固定具作成支援装置、体表面固定具作成支援方法、及び体表面固定具作成支援プログラムを実現し提供することを目的とする。

本発明に係る体表面固定具作成支援装置は、被検体を撮影した医用画像データを取得する画像データ入力手段と、取得した医用画像データを基にして、体表面最外形線データの抽出処理、体表面最外形線データを作成する処理、体表面最外形線データを基に対象部位の体長方向範囲を設定補完した対象部位最外形データを作成する処理、前記対象部位最外形データに対するポリゴンのラッピング処理で対象部位凹部データを作成する処理、前記対象部位凹部データに固定具テンプレートデータ形状を適用し、体表面固定具用の立体形状データを作成する処理、を行う体表面固定具作成支援プログラムを記憶したプログラムメモリと、前記体表面固定具作成支援プログラムに基づき、取得した医用画像データを基にして、一連の処理を実行し体表面固定具用の立体形状データを作成する画像データ処理手段と、前記立体形状データを含む各種画像データ、固定具テンプレートデータを記憶する記憶手段と、これら各要素を制御する制御手段と、を有することを最も主要な特徴とする。

請求項１乃至４記載の発明によれば、被検体の医用画像データを基にした高精度の体表面固定具用の立体形状データ作成までの一連の処理を、複数のソフトを組み合わせることなく、非接触型デジタル作成手法にて自動的に行うことができ、また、立体形状データのセキュリティ性も確保できる体表面固定具作成支援装置を実現し提供することができる。

請求項５乃至８記載の発明によれば、被検体の医用画像データを基にした高精度の体表面固定具用の立体形状データ作成までの一連の処理を、複数のソフトを組み合わせることなく、非接触型デジタル作成手法にて自動的に行うことができ、また、立体形状データのセキュリティ性も確保できる体表面固定具作成支援方法を実現し提供することができる。

請求項９乃至１２記載の発明によれば、被検体を撮影した医用画像データを基にして、複数のソフトを組み合わせることなく、高精度の体表面固定具を造形機で造形するための一連の立体形状データの作成処理を容易に、かつ、自動的に実行でき、上述した体表面固定具作成支援装置、体表面固定具作成支援方法を実現することができる体表面固定具作成支援プログラムを提供することができる。

図１は本発明の実施例に係る体表面固定具作成支援装置の構成を示す概略ブロック図である。 図２は本実施例に係る体表面固定具作成支援装置を使用した体表面固定具作成支援方法の処理の流れを示すフローチャートである。 図３は本実施例における被検体の対象部位の医用画像データであるＣＴ画像（ＤＩＣＯＭ画像）データのイメージ図である。 図４は本実施例に係る体表面固定具作成支援プログラムによるＣＴ画像データを基にした体表面最外形線抽出処理、ぼかし処理、閾値処理の流れを示す画像イメージである。 図５は本実施例に係る体表面固定具作成支援プログラムによる閾値処理後の体表面最外形線データから得た体表面最外形データ（凸画像データ）の画像イメージである。 図６は本実施例に係る体表面固定具作成支援プログラムによる体表面最外形データ（凸データ）を基にして体表面固定具作成用の立体形状データを得るために必要な体表面最外形データに対する４段階の処理の流れを示す画像イメージである。 図７は本実施例に係る体表面固定具作成支援プログラムによる４段階の処理が終了した体表面最外形データに基づき体表面固定具作成用の立体形状データを得るまでの５段階の処理の流れを示す画像イメージである。 図８は本実施例に係る体表面固定具作成支援プログラムに基づき作成した体表面固定具作成用の立体形状データにより造形した体表面固定具を示す概略図である。 図９は造形した体表面固定具の使用状態を示す概略図である。 図１０は従来例である非特許文献１に開示されたリングスプリントの作成工程を示す概略図である。

本発明は、被検体を撮影した医用画像データを基にして、複数のソフトを組み合わせることなく、高精度の体表面固定具を造形機で造形するための作成者の技量に依存しない一意な立体形状データを短時間で容易に得ることができる体表面固定具作成支援装置を実現し提供するという目的を、被検体を撮影した医用画像データを取得する画像データ入力手段と、取得した医用画像データを基にして、体表面最外形線データの抽出処理、体表面最外形線データを作成する処理、体表面最外形線データを基に対象部位の体長方向範囲を設定補完した対象部位最外形データを作成する処理、前記対象部位最外形データに対するポリゴンのラッピング処理で対象部位凹部データを作成する処理、前記対象部位凹部データに厚み、間隔、形状パターン、丸め半径、平滑度のうち少なくとも１つ以上を設定して得られる固定具テンプレートデータ形状を適用し、体表面固定具用の立体形状データを作成する処理、を行う体表面固定具作成支援プログラムを記憶したプログラムメモリと、前記体表面固定具作成支援プログラムに基づき、取得した医用画像データを基にして、一連の処理を実行し体表面固定具用の立体形状データを作成する画像データ処理手段と、前記立体形状データを含む各種画像データ、固定具テンプレートデータを記憶する記憶手段と、これら各要素を制御する制御手段と、を有する構成により実現した。

以下、図面を参照して、本発明の実施例に係る体表面固定具作成支援装置、体表面固定具作成支援方法、及び体表面固定具作成支援プログラムについて説明する。

本実施例に係る体表面固定具作成支援装置１は、図１に示すように、全体の制御を行う制御手段２と、全体の動作プログラム、本実施例に係る体表面固定具作成支援プログラムを搭載したプログラムメモリ３と、ＣＴ画像（ＤＩＣＯＭ画像）データを入力する画像データ入力手段４と、前記体表面固定具作成支援プログラムに基づき一連の画像データ処理等を行い、体表面固定具作成用の立体形状データを作成する画像データ処理手段５と、各種画像データ、固定具テンプレートデータ（ＳＴＬ（Standard Template Library）データ）等を記憶する記憶手段６と、各種入力操作を行うキーボード等の入力手段７と、液晶ディスプレイ等からなる表示手段８と、３Ｄプリンター等の造形機１０に向けて立体形状データを出力するための出力インターフェース９と、を有している。

前記プログラムメモリ３には、被検体の対象部位の医用画像データであるＣＴ画像（ＤＩＣＯＭ画像）データに基づいて体表面最外形線データの抽出処理、ぼかし処理、閾値処理を行い体表面最外形線データを作成する処理、前記体表面最外形線データに基づいて対象部位最外形データ（凸画像データ）作成する処理、前記対象部位最外形データ（凸画像データ）に対してポリゴンメッシュ処理を適用して対象部位凹部データを作成する処理、前記対象部位凹部データに対して予め記憶している固定具テンプレートデータ形状を適用し、立体形状データを作成する処理、前記立体形状データを暗号化する暗号化処理を自動的に実行する体表面固定具作成支援プログラムを搭載している。

次に、前記体表面固定具作成支援装置１による体表面固定具作成支援方法について、図２乃至図７を参照して詳細に説明する。

まず、図２に示すように、前記体表面固定具作成支援装置１の画像データ入力手段４により被検体の対象部位を撮影した医用画像データである図３に示すようなＣＴ画像（ＤＩＣＯＭ画像）データを取得する。

次に、図２、図４に示すように、取得した体表面最外形線データを基にして、画像データ処理手段５を動作させ、体表面固定具作成支援プログラムにより、体表面最外形線データに対するガウスぼかし処理、閾値処理を行い、膨張表面データを作成する。

すなわち、体表面最外形線データに対してガウスぼかし処理を施してから閾値処理で体表面から一律に設定した距離分膨張させた膨張表面データを作成するものである。

更に、マーチング・キューブ（Marching Cubes）法により図５に示すような対象部位最外形データ（凸画像データ）を作成する。

上述した閾値処理では、必要に応じて寝台や他の不要な領域を削除したり、鼻・喉等の気道を埋める処理を行ってもよい。

次に、図２、図６、図７に示すように、対象部位最外形データ（凸画像データ）を基に、体表面固定具１１用の立体形状データを作成する。

すなわち、体表面固定具作成支援プログラムにより予め３ＤＣＧ作成プログラムＭｅｔａｓｅｑｕｏｉａ（http://www.metaseq.net/jp/）で作成し記憶している一対の固定パーツを表示手段８の画面に表示させ（図６(ａ））、対象部位最外形データ（凸画像データ）を配置する（図６（ｂ））。

そして、前記対象部位最外形データ（凸画像データ）の向きと位置を調整し（図６（ｃ））、対象部位最外形データ（凸画像データ）の耳の付け根から後頭部箇所を一対の固定パーツに揃え、この状態で対象部位最外形データ（凸画像データ）を上方に引き伸ばす（図６（ｄ））。

次に、体表面固定具作成支援プログラムにより引き伸ばした対象部位最外形データ（凸画像データ）に対するポリゴンメッシュ処理を行う。

すなわち、引き伸ばした対象部位最外形データ（凸画像データ）に対して、その頭部を包み込む円柱状のポリゴンメッシュを付加し（図７（ａ））、次いで円柱状のポリゴンメッシュを頭部の外面を覆うようにラッピィング処理を行い（図７（ｂ））、ラッピィング処理したポリゴンの両側端辺部と一対の固定パーツとのつなぎ箇所を調整し（図７（ｃ））、更にポリゴン一枚ずつに所定の大きさの多数の穴開け処理を行い、対象部位凹部データ（図７（ｄ））とする。

そして、前記対象部位凹部データに対して厚み、間隔、形状パターン、丸め半径、平滑度のうちの少なくとも一つ以上の固定具テンプレートデータを適用し、また、必要に応じて任意形状データの追加、削除を行い、前記体表面固定具１１用の立体形状データを作成する（図７（ｅ））。

例えば、前記立体形状データにおける特定の位置と半径を指定して数ｃｍ以内の領域を削除したり、鼻位置の付近のマスク部分を削除し呼吸し易くするものである。

更に、体表面固定具作成支援プログラムにより上述した一連の処理により作成された立体形状データに対するセキュリティ性を確保するための暗号化処理を行い、暗号化された立体形状データを前記記憶手段６に記憶し、この立体形状データを必要に応じて３Ｄプリンター等の造形機１０に出力し、体表面固定具１１を造形する。

上述した一連の処理は、各ステップごとに結果を確認しながらパラメータ調整等を行って処理を進めるようにすることもできる。

上述した体表面固定具作成支援方法により作成した立体形状データを基に造形機１０により造形した体表面固定具１１を図８に示す。

また、図９に、造形した体表面固定具１１の実際の使用状態を示す。

なお、上述した立体形状データは、ＳＴＬファイル等のサーフェスデータ（表面のみが定義された３次元構造データ）として出力して３Ｄプリンターに転送したり、ボリュームデータのままＤＩＣＯＭファイルで保存して他の画像保存通信システム（Picture Archiving and Communication Systems）に転送したり、ボリュームデータのまま連番画像ファイル（ＢＭＰ／ＰＮＧ形式等）で出力して、その形式で受け取りが可能な３Ｄプリンター（光造形機等）に転送するようにすることもできる。

以上説明した本実施例の体表面固定具作成支援装置１、及び体表面固定具作成支援方法によれば、被検体の医用画像データを基にした体表面固定具１１用の立体形状データ作成までの一連の処理を、複数のソフトを組み合わせることなく、自動的に行うことができ、個々の被検体の体型に着実にフィットし、医療・介護を支援する高品質の体表面固定具１１の造形機１０による造形をオーダーメードで行える環境を整えることが可能となる。

また、本実施例の体表面固定具作成支援装置１、及び体表面固定具作成支援方法によれば、体表面固定具１１を作成するために、作成素材を柔らかいうちに直接身体に固定し、固形化するまでそのままの状態で待つといった従来の接触型作成アナログ作成手法から、非接触型デジタル作成手法に転換することができ、当該被検体における体表面固定具１１の作成にかかる身体的、時間的負担を軽減させることができる。

更に、本実施例の体表面固定具作成支援装置１、及び体表面固定具作成支援方法によれば、体表面固定具１１用の立体形状データの作成のプロセスを全てデジタル化することにより、体表面固定具１１用の立体形状データをデータベースで管理するこが可能となり、必要なときに必要な体表面固定具１１を作成できる等の効率的な２次利用や体表面固定具１１の精度等の検証が容易になるという効果を奏することができる。

加えて、本実施例の体表面固定具作成支援装置１、及び体表面固定具作成支援方法によれば、既述した高品質の体表面固定具１１のような医療・介護補助固定具を効率良く自動作成することによって、医療・介護対象者側の負担を減らし、医療資源問題を解消することも可能となる。

更に、本実施例によれば、被検体を撮影した医用画像データを基にして、複数のソフトを組み合わせることなく、高精度の体表面固定具１１を造形機１０で造形するための一連の立体形状データの作成処理を容易に実行でき、上述した効果を奏する体表面固定具作成支援装置１、体表面固定具作成支援方法を実現することができる体表面固定具作成支援プログラムを提供することができる。

本発明は、様々な用途に使用する用具のテンプレートデータを選択できるようにすることで、上述した体表面固定具１１のような高品質の医療・介護用の各種補助固定具や、整形ギプス等、その他の各種用具等を、作成者の技量を要することなく効率的に自動作成する用途に広範に適用できる。

１ 体表面固定具作成支援装置
２ 制御手段
３ プログラムメモリ
４ 画像データ入力手段
５ 画像データ処理手段
６ 記憶手段
７ 入力手段
８ 表示手段
９ 出力インターフェース
１０ 造形機
１１ 体表面固定具

Claims (12)

1. 被検体を撮影した医用画像データを取得する画像データ入力手段と、
   取得した医用画像データを基にして、体表面最外形線データの抽出処理、体表面最外形線データを作成する処理、体表面最外形線データを基に対象部位の体長方向範囲を設定補完した対象部位最外形データを作成する処理、前記対象部位最外形データに対するポリゴンのラッピング処理で対象部位凹部データを作成する処理、前記対象部位凹部データに固定具テンプレートデータ形状を適用し、体表面固定具用の立体形状データを作成する処理を行う体表面固定具作成支援プログラムを記憶したプログラムメモリと、
   前記体表面固定具作成支援プログラムに基づき、取得した医用画像データを基にして一連の処理を実行し体表面固定具用の立体形状データを作成する画像データ処理手段と、
   前記立体形状データを含む各種画像データ、固定具テンプレートデータを記憶する記憶手段と、
   これら各要素を制御する制御手段と、
   を有することを特徴とする体表面固定具作成支援装置。
2. 前記固定具テンプレートデータ形状は、厚み、間隔、形状パターン、丸め半径、平滑度のうち少なくとも１つ以上を設定して得られることを特徴とする請求項１に記載の体表面固定具作成支援装置。
3. 前記立体形状データに更に位置及び形状を設定して、任意の形状を追加及び削除する機能を有する請求項１又は２に記載の体表面固定具作成支援装置。
4. 前記体表面固定具作成支援プログラムは、前記立体形状データに対して復号が必要な暗号化処理を行う機能を更に有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の体表面固定具作成支援装置。
5. 被検体を撮影した医用画像データから対象部位の体表面最外形線データを自動的に抽出し、
   体表面最外形線データを基に対象部位の体長方向範囲を設定補完した対象部位最外形データを作成し、
   前記対象部位最外形データに対するポリゴンのラッピング処理で対象部位凹部データを作成し、
   前記対象部位凹部データに固定具テンプレートデータ形状を適用して体表面固定具用の立体形状データを作成し、
   前記立体形状データを造形機への出力用として記憶する、
   ことを特徴とする体表面固定具作成支援方法。
6. 前記固定具テンプレートデータ形状は、厚み、間隔、形状パターン、丸め半径、平滑度のうち少なくとも１つ以上を設定して得られることを特徴とする請求項５に記載の体表面固定具作成支援方法。
7. 前記立体形状データに更に位置及び形状を設定して、任意の形状を追加及び削除する処理を更に含むことを特徴とする請求項５又は６に記載の体表面固定具作成支援方法。
8. 前記立体形状データに対して復号が必要な暗号化処理を行う更に含むことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の体表面固定具作成支援方法。
9. 被検体を撮影した医用画像データを基に、
   体表面最外形線データの抽出処理、ぼかし処理、閾値処理を行い体表面最外形線データを作成する処理、
   前記体表面最外形線データを基に対象部位の体長方向範囲を設定補完した対象部位最外形データを作成する処理、
   前記対象部位最外形データに対するポリゴンのラッピング処理で対象部位凹部データを作成する処理、
   前記対象部位凹部データに対して予め記憶している固定具テンプレートデータ形状を適用し、立体形状データを作成する処理、
   をコンピュータ実行可能としたことを特徴とする体表面固定具作成支援プログラム。
10. 前記固定具テンプレートデータ形状は、厚み、間隔、形状パターン、丸め半径、平滑度のうち少なくとも１つ以上を設定して得られることを特徴とする請求項９に記載の体表面固定具作成支援プログラム。
11. 前記立体形状データに更に位置及び形状を設定して、任意の形状を追加及び削除する処理を更に含むことを特徴とする請求項９又は１０に記載の体表面固定具作成支援プログラム。
12. 前記立体形状データを暗号化する暗号化処理を更に含むことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の体表面固定具作成支援プログラム。