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技術 身体マップ作成方法、身体マップ作成プログラム及びその記録媒体

出願人 学校法人東京電機大学
発明者 荒船龍彦中野祐樹矢野智之
出願日 2016年8月4日 (5年4ヶ月経過) 出願番号 2016-153364
公開日 2017年10月26日 (4年2ヶ月経過) 公開番号 2017-192690
状態 特許登録済
技術分野 手術・診断のための補助具 補綴
主要キーワード マーカ点 TD内 三次元計測器 各断面形状 顔面部分 水平面方向 変形データ 歪み状態
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年10月26日)のものです。
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図面 (15)

課題

手術前の3次元データ及び患部切除後における3次元データを元にして、数値化された定量的な判断資料を得ることにより、最適な再建手術を可能とする。

解決手段

術前データDA及び切除後データDBをそれぞれ3次元計測座標統合した状態で、これら各データそれぞれの身体断面の輪郭断面形状データTDとして複数抽出する。断面形状データTDにおける術前データDAと切除後データDBとの間での同一マーカ点P間の変化量を術前後間変化量として導出し、複数領域を有するグリッドマップGMを作成する。術前後間変化量の値に応じて色のグラデーション割り当ててグリッドマップGM上に該当の色を配置した差分画像マップDMを取得すると共に、グリッドマップGMを身体表面に変形して貼り付けて取得した解剖学的マップKM上に差分画像マップDMを重畳する。

概要

背景

近年、救命等のために患部切除する外科的手術が行われることで、平均寿命が一層延びる傾向にある。そして、患部切除後の人生における生活をより満足して送るために、切除された身体部分再建する身体再建手術も行われることが多くなってきている。身体再建手術の内でも乳房再建手術は多くなる傾向にあり、この乳房再建手術に用いるための種々のツールが開発されている。例えば3次元的に乳房形状を扱った既存ソフトウエアとしては、メディクエンニアリングのBreast-Rugle (販売終了)や、 米国のCanfield Scientific社製(国内販売は株式会社インテグラル)の乳房形状計測装置VECTRAシリーズ付属するソフトウエアが挙げられる。

そして、これらのコンピュータプログラムとされるソフトウエアのいずれも乳房再建手術の術前シミュレーション用として開発されており、乳腺切除後に患者上半身立体的なデータである3Dデータを三次元計測器にて一旦取得し、そのデータ上で様々なインプラント材の3Dデータを乳房位置に配置した際の乳房形状(皮膚形状)の変形を相同モデル有限要素解析にて予想提示するソフトウエアとなっている。

しかし、いずれのソフトウエアもパソコンディスプレイ画面上に実際の乳房の3Dデータを提示して様々な角度から観察することで、バーチャルに乳房形状を変形させたりすることが主眼とされていた。つまり、あくまでも仮想的な変形データを提示するソフトウエアであり、再建出術前におおよその手術シミュレーションを行うことはできても、再建出術中術後において術前乳房形状や左右反転乳房形状と、治療中の乳房形状のいずれの部分がどのように異なるのかを具体的に示すことが出来なかった。このため、形成外科医はこれらのソフトウエアを用いたとしても、乳房再建手術時には結局従来と変わらず、医師の経験と知織を元に乳房の再建をするしかなかった。

下記の特許文献1においても、身体の中心線である正中線を挟んで左右対称な位置にある一対の身体部分の内の一方の一部又は全部が欠損した欠損身体部分を、他方の欠損していない非欠損身体部分の形状に基づいて外観を再建している技術を単に開示しているにすぎない。

概要

手術前の3次元データ及び患部切除後における3次元データを元にして、数値化された定量的な判断資料を得ることにより、最適な再建手術を可能とする。術前データDA及び切除後データDBをそれぞれ3次元計測座標統合した状態で、これら各データそれぞれの身体断面の輪郭断面形状データTDとして複数抽出する。断面形状データTDにおける術前データDAと切除後データDBとの間での同一マーカ点P間の変化量を術前後間変化量として導出し、複数領域を有するグリッドマップGMを作成する。術前後間変化量の値に応じて色のグラデーション割り当ててグリッドマップGM上に該当の色を配置した差分画像マップDMを取得すると共に、グリッドマップGMを身体表面に変形して貼り付けて取得した解剖学的マップKM上に差分画像マップDMを重畳する。

目的

本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、患部切除前における身体部分表面の手術前の3次元データ及び患部切除後における身体部分表面の切除後の3次元データを元にして、数値化された定量的な判断資料を得ることにより、最適な再建手術を可能とした身体マップ作成方法、身体マップ作成プログラム及びその記録媒体を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

患部切除手術箇所外の身体部分表面に基準点を設定し、患部切除前における身体部分表面の術前データ及び患部切除後における身体部分表面の切除後データをそれぞれ3次元計測し、術前データと切除後データとの間で基準点を元にして座標統合を行った状態で、これら各データをスライス軸に沿って所定間隔で複数切り取り、このスライス軸に沿ってこれら各データそれぞれの身体断面の輪郭断面形状データとして複数抽出し、断面形状データの一端から他端までマーカ点複数設定し、術前データと切除後データとの間での同一マーカ点間の変化量を術前後間変化量とし、断面形状データ上においてこの術前後間変化量を導出し、スライス軸に沿った複数の線とスライス軸に対して交差する軸に沿った複数の線との間で区画された複数領域を有するグリッドマップを作成し、術前後間変化量の値に応じて色のグラデーション割り当ててグリッドマップ上に該当の色を配置した差分画像マップを取得すると共に、切除後データを基にしてグリッドマップを身体表面に変形して貼り付けた解剖学的マップを取得し、解剖学的マップ上に差分画像マップを重畳する身体マップ作成方法

請求項2

術前後間変化量の導出に際して、同一マーカ点間の変化量を距離とし、距離とされる術前後間変化量の値を計算して導出する請求項1に記載の身体マップ作成方法。

請求項3

術前後間変化量の導出に際して、同一マーカ点間の変化量を隣接する4つのマーカ点により構成される四角形の歪み量とし、四角形の歪み量とされる術前後間変化量の値を導出する請求項1に記載の身体マップ作成方法。

請求項4

術前後間変化量の導出に際して、術前データと切除後データとの間の比較すべき範囲を指定した上で、断面形状データをn枚作成すると共に、各断面形状データのマーカ点をk個所設定し、nラk個の術前後間変化量をそれぞれ導出する請求項1〜請求項3の何れかに記載の身体マップ作成方法。

請求項5

グリッドマップの作成において、グリッドマップが、スライス軸に沿った複数の線とスライス軸に対して直交する軸に沿った複数の線との間で区画され、身体の上下方向に対して垂直な身体の水平面方向に沿って断面形状データを等間隔に複数取得する請求項1〜請求項4の何れかに記載の身体マップ作成方法。

請求項6

差分画像マップを取得する際に、術前後間変化量の値に応じてグリッドマップ上に該当色のグラデーションを配置すると共に、術前後間変化量の値を表記する請求項1〜請求項5の何れかに記載の身体マップ作成方法。

請求項7

患部切除手術箇所外の身体部分表面に基準点を設定してから、患部切除前における身体部分表面の術前データ及び患部切除後における身体部分表面の切除後データをそれぞれ3次元計測して予めこれらデータを記憶装置にて保存し得るコンピュータに搭載される身体マップ作成プログラムであって、術前データと切除後データとの間で基準点を元にして座標統合を行った状態で、これら各データをスライス軸に沿って所定間隔で複数切り取り、このスライス軸に沿ってこれら各データそれぞれの身体断面の輪郭を断面形状データとして演算装置にて複数抽出するデータ抽出テップと、断面形状データの一端から他端までマーカ点を複数設定し、術前データと切除後データとの間での同一マーカ点間の変化量を術前後間変化量とし、断面形状データ上においてこの術前後間変化量を演算装置にて導出する変化量導出ステップと、スライス軸に沿った複数の線とスライス軸に対して交差する軸に沿った複数の線との間で区画された複数領域を有するグリッドマップを作成するグリッドマップ作成ステップと、演算装置にて、術前後間変化量の値に応じて色のグラデーションを割り当ててグリッドマップ上に該当の色を配置した差分画像マップを取得すると共に、切除後データを基にしてグリッドマップを身体表面に変形して貼り付けた解剖学的マップを取得する各マップ取得ステップと、解剖学的マップ上に差分画像マップを重畳して表示装置にて表示するマップ重畳ステップと、を備えた身体マップ作成プログラム。

請求項8

変化量導出ステップにおいて、同一マーカ点間の変化量を距離とし、距離とされる術前後間変化量の値を計算して導出する請求項7に記載の身体マップ作成プログラム。

請求項9

変化量導出ステップにおいて、同一マーカ点間の変化量を隣接する4つのマーカ点により構成される四角形の歪み量とし、四角形の歪み量とされる術前後間変化量の値を導出する請求項7に記載の身体マップ作成プログラム。

請求項10

コンピュータ読み取り可能な請求項7の身体マップ作成プログラムを記録した記録媒体

技術分野

0001

本発明は、患部切除前における身体部分表面の手術前の3次元データ及び患部切除後における身体部分表面の切除後の3次元データを元にして、数値化された定量的な判断資料を得ることにより、最適な再建手術を可能とした身体マップ作成方法及び身体マップ作成プログラムに関し、乳房再建手術に好適なものである。

背景技術

0002

近年、救命等のために患部を切除する外科的手術が行われることで、平均寿命が一層延びる傾向にある。そして、患部切除後の人生における生活をより満足して送るために、切除された身体部分を再建する身体再建手術も行われることが多くなってきている。身体再建手術の内でも乳房再建手術は多くなる傾向にあり、この乳房再建手術に用いるための種々のツールが開発されている。例えば3次元的に乳房形状を扱った既存ソフトウエアとしては、メディクエンニアリングのBreast-Rugle (販売終了)や、 米国のCanfield Scientific社製(国内販売は株式会社インテグラル)の乳房形状計測装置VECTRAシリーズ付属するソフトウエアが挙げられる。

0003

そして、これらのコンピュータプログラムとされるソフトウエアのいずれも乳房再建手術の術前シミュレーション用として開発されており、乳腺切除後に患者上半身立体的なデータである3Dデータを三次元計測器にて一旦取得し、そのデータ上で様々なインプラント材の3Dデータを乳房位置に配置した際の乳房形状(皮膚形状)の変形を相同モデル有限要素解析にて予想提示するソフトウエアとなっている。

0004

しかし、いずれのソフトウエアもパソコンディスプレイ画面上に実際の乳房の3Dデータを提示して様々な角度から観察することで、バーチャルに乳房形状を変形させたりすることが主眼とされていた。つまり、あくまでも仮想的な変形データを提示するソフトウエアであり、再建出術前におおよその手術シミュレーションを行うことはできても、再建出術中術後において術前乳房形状や左右反転乳房形状と、治療中の乳房形状のいずれの部分がどのように異なるのかを具体的に示すことが出来なかった。このため、形成外科医はこれらのソフトウエアを用いたとしても、乳房再建手術時には結局従来と変わらず、医師の経験と知織を元に乳房の再建をするしかなかった。

0005

下記の特許文献1においても、身体の中心線である正中線を挟んで左右対称な位置にある一対の身体部分の内の一方の一部又は全部が欠損した欠損身体部分を、他方の欠損していない非欠損身体部分の形状に基づいて外観を再建している技術を単に開示しているにすぎない。

先行技術

0006

特開2013−165862公報

発明が解決しようとする課題

0007

上より、特に乳腺切除前後の乳房形状だけでなく、身体再建手術の分野においては、実際に計測した身体形状を定量的あるいは数値的に評価することは出来なかった。これに伴い下記のような課題をも有していた。

0008

まず、乳房再建等の身体再建手術において、欠損した身体部分を再建するための定量的な指標が従来は存在せず、医師の目視や記憶に頼った再建手術が行われていた。また、再建後の患者が治療結果について納得するための指標も無かった。さらに、身体形状の内の特に乳房形状は三次元的で比較的複雑な形状をもつことから、医学的にも形状評価を行うための指標が病院医師間バラバラであり、異なる医療組織間で共通に用いることができる指標が存在しないという臨床上の問題もあった。

0009

この一方、乳房形状は、三次元かつ左右非対象な複雑な形状をしているため、乳房のどの場所がどの程度膨らみが多い、足りないといった議論印象論や定性的議論になりがちである。さらに、乳房の形状のボリュームは患者によって非常に様々であり、例えば「上半分の膨らみ、下半分のカーブ」といってもその指標が明瞭な乳房とそうでない乳房が存在していた。

0010

本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、患部切除前における身体部分表面の手術前の3次元データ及び患部切除後における身体部分表面の切除後の3次元データを元にして、数値化された定量的な判断資料を得ることにより、最適な再建手術を可能とした身体マップ作成方法、身体マップ作成プログラム及びその記録媒体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

0011

上記課題を解決した請求項1記載の発明は、患部切除手術箇所外の身体部分表面に基準点を設定し、
患部切除前における身体部分表面の術前データ及び患部切除後における身体部分表面の切除後データをそれぞれ3次元計測し、
術前データと切除後データとの間で基準点を元にして座標統合を行った状態で、これら各データをスライス軸に沿って所定間隔で複数切り取り、このスライス軸に沿ってこれら各データそれぞれの身体断面の輪郭断面形状データとして複数抽出し、
断面形状データの一端から他端までマーカ点複数設定し、術前データと切除後データとの間での同一マーカ点間の変化量を術前後間変化量とし、断面形状データ上においてこの術前後間変化量を導出し、
スライス軸に沿った複数の線とスライス軸に対して交差する軸に沿った複数の線との間で区画された複数領域を有するグリッドマップを作成し、
術前後間変化量の値に応じて色のグラデーション割り当ててグリッドマップ上に該当の色を配置した差分画像マップを取得すると共に、切除後データを基にしてグリッドマップを身体表面に変形して貼り付けた解剖学的マップを取得し、
解剖学的マップ上に差分画像マップを重畳する身体マップ作成方法である。

0012

請求項1の発明のような身体マップ作成方法によれば、患部切除前における身体部分表面の術前データ及び患部切除後における身体部分表面の切除後データをそれぞれ3次元計測し、患部切除手術箇所外の身体部分表面に設定された基準点を元にして術前データと切除後データとの間で座標統合を行う。この座標統合を行った状態で、これら各データをスライス軸に沿って所定間隔で複数切り取ることで、身体断面の輪郭を断面形状データとして複数抽出する。

0013

また、断面形状データの一端から他端までマーカ点を複数設定し、術前データと切除後データとの間での同一マーカ点間の術前後間変化量を断面形状データ上において導出する。
この後、スライス軸に沿った複数の線とスライス軸に対して交差する軸に沿った複数の線との間で区画された複数領域を有するグリッドマップを作成する。そして、術前後間変化量の値に応じて色のグラデーションを割り当てて、グリッドマップ上に該当の色を配置した差分画像マップを取得すると共に、切除後データを基にしてグリッドマップを身体表面に変形して貼り付けた解剖学的マップを取得する。

0014

他方、この解剖学的マップ上に差分画像マップを重畳することで、患部切除手術前後の身体形状の差が、身体のいずれの部分にどの程度生じているかを解剖学的に提示可能となる。
つまり、本発明は仮想的なデータを提示したり、例えば乳房形状の局所名称を付与して曲率や長さを指標に用いたりするものではなく、あくまで乳腺切除手術前の3次元計測データ、もしくは切除されておらず残されたもう一方の乳房形状を左右反転した3次元計測データとの差分を定量的かつ分かり易く表示するものである。このことで、実際に計測した身体部分表面の形状データを基にして変化量を表すものである。例えば、乳房形状の各部分がどの程度大きくあるいは小さいかを数値で表すものである。

0015

以上に伴い、本発明により提示される数値情報により、再建手術中の例えば乳房形状を医師が修正し易くなり、より理想的な形状に近づけることが可能となる。つまり、本発明は、切除手術前、切除手術後或いは再建手術中それぞれに計測した乳癌患者の乳房形状の3次元計測データを元に、切除手術前後や切除手術前と再建手術中の間における乳房のボリュームや形状の差を正確かつ明確に数値で二次元画像上に示すことが出来る。

0016

請求項2の発明は、術前後間変化量の導出に際して、同一マーカ点間の変化量を距離とし、距離とされる術前後間変化量の値を計算して導出することを特徴とする請求項1に記載の身体マップ作成方法である。
このように同一マーカ点間の変化量を距離とし、計算により術前後間変化量の値を導出することにより、患部切除手術前後の身体形状の寸法的な相違が確実かつ容易に理解できるようになる。

0017

請求項3の発明は、術前後間変化量の導出に際して、同一マーカ点間の変化量を隣接する4つのマーカ点により構成される四角形の歪み量とし、四角形の歪み量とされる術前後間変化量の値を導出することを特徴とする請求項1に記載の身体マップ作成方法である。
このように同一マーカ点間の変化量を隣接する4つのマーカ点により構成される四角形の歪み量とし、術前後間変化量の値を導出することにより、患部切除手術前後の身体形状の形状的な相違が確実かつ容易に理解できるようになる。

0018

請求項4の発明は、術前後間変化量の導出に際して、術前データと切除後データとの間の比較すべき範囲を指定した上で、断面形状データをn枚作成すると共に、各断面形状データのマーカ点をk個所設定し、
nラk個の術前後間変化量をそれぞれ導出することを特徴とする請求項1〜請求項3の何れかに記載の身体マップ作成方法である。
このように断面形状データの枚数及び各断面形状データのマーカ点の数を予め具体的に設定可能とすることで、再建手術の用途や場合に合わせて最適なデータ数での表示が可能となる。

0019

請求項5の発明は、グリッドマップの作成において、グリッドマップが、スライス軸に沿った複数の線とスライス軸に対して直交する軸に沿った複数の線との間で区画され、
身体の上下方向に対して垂直な身体の水平面方向に沿って断面形状データを等間隔に複数取得することを特徴とする請求項1〜請求項4の何れかに記載の身体マップ作成方法である。
このようにすることで、グリッドマップが相互に直交する2軸沿った複数の線により区画された複数の領域とすることで、一区画が正方形或いは長方形となり、最適な形状かつ見やすい区画が複数並んだ形になる。また、身体の頭側から足側に向かって例えば乳房形状のデータが順次等間隔に複数得られるようにもなる。このように身体の頭側から順次最適な間隔を予め設定することによって、切除手術された患部周辺形状変化の把握が容易ともなる。

0020

請求項6の発明は、差分画像マップを取得する際に、術前後間変化量の値に応じて、グリッドマップ上に該当色のグラデーションを配置すると共に、術前後間変化量の値を表記することを特徴とする請求項1〜請求項5の何れかに記載の身体マップ作成方法である。
このように差分画像マップにおいて、術前後間距離の値に応じてグリッドマップ上に色のグラデーションを配置するだけでなく、術前後間距離の値自体を表記することで、再建手術の際に術前後間距離の値をより正確に理解し易くなる。

0021

請求項7の発明のような身体マップ作成プログラムは、患部切除手術箇所外の身体部分表面に基準点を設定してから、患部切除前における身体部分表面の術前データ及び患部切除後における身体部分表面の切除後データをそれぞれ3次元計測して予めこれらデータを記憶装置にて保存し得るコンピュータに搭載されるプログラムである。
まず、データ抽出テップにおいて、術前データと切除後データとの間で基準点を元にして座標統合を行った状態で、これら各データをスライス軸に沿って所定間隔で複数切り取り、このスライス軸に沿ってこれら各データそれぞれの身体断面の輪郭を断面形状データとして演算装置にて複数抽出する。
次に、変化量導出ステップにおいて、断面形状データの一端から他端までマーカ点を複数設定し、術前データと切除後データとの間での同一マーカ点間の変化量を術前後間変化量とし、断面形状データ上においてこの術前後間変化量を演算装置にて導出する。
この後、グリッドマップ作成ステップにおいて、スライス軸に沿った複数の線とスライス軸に対して交差する軸に沿った複数の線との間で区画された複数領域を有するグリッドマップを作成する。
次に、各マップ取得ステップにおいて、演算装置にて、術前後間変化量の値に応じて色のグラデーションを割り当ててグリッドマップ上に該当の色を配置した差分画像マップを取得すると共に、切除後データを基にしてグリッドマップを身体表面に変形して貼り付けた解剖学的マップを取得し、最後にマップ重畳ステップにおいて、解剖学的マップ上に差分画像マップを重畳して表示装置にて表示する。

0022

以上に伴い本発明は、請求項1の発明と同様に、提示される数値情報により、再建手術中の例えば乳房形状を医師が修正し易くなり、より理想的な形状に近づけることが可能となる。これに伴って、本発明は請求項1と同様に、切除手術前、切除手術後或いは再建手術中それぞれに計測した乳癌患者の乳房形状の3次元計測データを元に、切除手術前後や切除手術前と再建手術中の間における乳房のボリュームや形状の差を正確かつ明確に数値で二次元画像上に示すことが出来る。

0023

請求項8の発明は、請求項2の発明と同様に、同一マーカ点間の変化量を距離とし、計算により術前後間変化量の値を導出することにより、患部切除手術前後の身体形状の寸法的な相違が確実かつ容易に理解できるようになる。

0024

請求項9の発明は、請求項3の発明と同様に、同一マーカ点間の変化量を隣接する4つのマーカ点により構成される四角形の歪み量とし、術前後間変化量の値を導出することにより、患部切除手術前後の身体形状の形状的な相違が確実かつ容易に理解できるようになる。

0025

請求項10の発明は、コンピュータ読み取り可能な請求項7の身体マップ作成プログラムを記録した記録媒体とされる。

発明の効果

0026

本発明の身体マップ作成方法、身体マップ作成プログラム及びその記録媒体によれば、解剖学的マップ上に差分画像マップを重畳することで、患部切除手術前後の身体形状の差が、身体のいずれの部分にどの程度生じているかを提示可能となる。これに伴い、本発明が提示する数値情報により、再建手術中の例えば乳房形状を医師が修正し易くなり、より理想的な形状に近づけることが可能となる。

図面の簡単な説明

0027

本発明の実施形態に適用される3次元計測装置の斜視図である。
本発明の実施形態に適用されるパソコンのブロック図である。
本発明の実施形態に適用される3次元計測装置の別の斜視図である。
本発明の一実施形態に係る身体マップ作成手順を示すフローチャートである。
本発明の一実施形態に係る患者の手術前後を比較する図である。
本発明の一実施形態に係る患者の手術前後を比較する図であって、スライスの状態を表す。
本発明の一実施形態に係る患者の手術前後のデータの統合を表す斜視概念図である。
本発明の一実施形態に係る断面形状データからグリッドマップの作成を表す概念図である。
本発明の一実施形態に係るグリッドマップ上に術前後間変化量の距離の値及びこの値に割り当てられた色のグラデーションを表す概念図である。
本発明の一実施形態に係る差分画像マップを表す概念図である。
本発明の一実施形態に係る解剖学的マップを乳房に直接投影して身体表面に変形して貼り付けた状態を示す写真である。
本発明の変形例に係る身体マップ作成手順を示すフローチャートである。
本発明の変形例に係るスライス面とマーカ点との関係を表す概念図である。
本発明の変形例に係る乳腺切除前グリッドと再建手術中グリッドとの関係を表す概念図である。

実施例

0028

以下、本発明に係る身体マップ作成方法、身体マップ作成プログラム及びその記録媒体の一実施形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。本実施形態は、図1に示すような3次元計測装置10により、まず患者Kの身体部分表面の3次元計測データを取得する。

0029

具体的には半径Rが例えば500mm程度の円形に敷設されたレール16上を、キャスタ18を有した台車20が図示しないモータ等の駆動源を作動する図2に示すパソコン14の指示により自動的に矢印方向に沿って移動する。この台車20上には、レーザ等を用いて非接触で計測するkinect等の計測装置本体12が搭載されており、レール16内の中心位置に被写体である患者Kが腰掛ける図示しないいすが設置されている。このため、患者Kを中心に計測装置本体12が回転して患者Kの上半身の身体部分表面の立体データである3次元計測データが取得されるようになる。

0030

また、前述のパーソナルコンピュータであるパソコン14はレール16外に配置されていて、計測装置本体12に設置された図示しないアンテナからこのパソコン14内のアンテナ44に無線で3次元計測データが送られるようになっている。但し、パソコン14と計測装置本体12との間は有線で接続しても良く、これらパソコン14と計測装置本体12とを一体化しても良い。そして、このパソコン14内に3次元計測データを保存して蓄積するだけでなく、このパソコン14内に搭載されているデータ処理用のソフトウエアとされる身体マップ作成プログラムがこの3次元計測データを処理する。

0031

次に、本実施形態で用いられるパソコン14について具体的に説明する。
図2に示すように、このパソコン14は、CPU30、RAM32、記憶部34、入力部36、表示部38、出力部40、入力操作部42、アンテナ44及びこれらを接続する内部バス46で構成されている。

0032

記憶部34は、本実施例に係るコンピュータプログラムである身体マップ作成プログラム、再建対象の身体部分の3次元計測データ、この3次元計測データに基づいて作成した断面形状データTD等を記憶して保存するハードディスクスやソリッドステートドライブ(Solid State Drive)が考えられる。なお、再建対象の身体部分とは、患部とされる種々の身体部分とされるが、例えば乳癌患者であれば乳房を再建することが考えられる。

0033

CPU30は、記憶部34から読み出されてRAM32に記憶されている身体マップ作成プログラムに従い、かつ各種データに基づき種々の処理を実行する演算装置である。入力部36は、再建身体部分の3次元計測データを外部から入力するための部分であり、該入力部36を介して、レーザ式光学式の非接触の3次元計測装置10で得られた3次元計測データが入力される。但し、3次元計測データとしては、CTやPET、MRIで得られたデータや、接触式の3次元計測装置で得られたデータでも良い。

0034

表示部38は、CRTモニタやLCD等の表示装置から成り、記憶部34に記憶されている身体部分の3次元計測データや作成された再建モデルの3次元計測データ等を3次元画像として表示する。出力部40は、計測装置本体12やプロジェクタ22等の外部機器を接続して、この計測装置本体12の動作指令信号を出力すると共に、プロジェクタ22により3次元計測データを3次元画像として表示するためのものである。

0035

入力操作部42は、計測装置本体12の動作を医師等の操作者が操作して3次元計測データを得たり、身体マップ作成プログラムの動作に必要な操作や処理に必要なデータを操作者が入力したりするための装置であり、具体的にはマウスキーボードなどである。アンテナ44は、計測装置本体12等の外部機器への動作指令信号を送信すると共に、計測装置本体12との間で無線によるデータのやりとりをし、再建身体部分の3次元計測データ等をパソコン14内に入力するものである。内部バス46は、上記した身体マップ作成プログラム、各種データ及び3次元計測データ等のパソコン14内の各部間でのやり取りを可能としている。

0036

この一方、3次元計測装置10の計測装置本体12及びパソコン14を手術室に持ち込むことによって身体再建手術の際に患者Kの身体を3次元計測することもできる。図3に示すようにこのパソコン14に、映像を投影Wするプロジェクタ22及び計測装置本体12を有線でつなぎ合わせることにより、これらを組み合わせて手術中にこのプロジェクタ22により3次元計測データを投影Wすることが出来る。

0037

具体的には、図3に示すように手術現場においてパソコン14に動作を制御されつつ計測装置本体12が支持台24に載せられてベッド26に寝ている患者Kの例えば乳房形状を3次元計測する。この3次元計測データの保存や3次元計測データの加工処理をパソコン14が行い、プロジェクタ22がパソコン14から送られた画像データを投影Wする。

0038

次に、乳癌発見された患者Kの乳癌切除に伴う乳房再建のためのマップ等を作成する場合を例として、以下に身体再建手術の内容を具体的に説明する。
図4は、パソコン14によるマップ等の作成手順を示すフローチャートであり、このフローチャートを参照しつつ、身体マップ作成方法の手順及び身体マップ作成プログラムのアルゴリズムを説明する。

0039

まず、3次元計測装置10による3次元計測に際して、予め患部切除手術箇所外の身体部分表面に基準点となるマーキングMKを複数設定する。この際、図5に示すように乳房が患部であるので身体の肩や腹の周辺にマーキングMKを設置する。そして、乳癌の患者Kであるので、患部切除の図5(A)に「術前」で示す手術前と図5(B)に「術後」で示す手術後とでは、患部である乳房周辺の形状が変化する。このため、予め記憶部34から身体マップ作成プログラムをRAM32に読み出して、CPU30にて処理を実行するのに伴い、患部切除前後の身体部分表面の3次元計測データをこの3次元計測装置10によりそれぞれ計測して取得する。

0040

つまり、ステップS1にて患部である乳腺の切除前の患者の3次元計測データを計測すると共にステップS2にて乳腺の切除後の患者の3次元計測データを計測する。このように本実施形態では、患部切除前と患部切除後の少なくとも2回にわたり患者Kから身体部分表面の3次元計測データを図1に示す3次元計測装置10により計測して取得することになる。但し、患部切除前と再建手術中の2回にわたり患者Kから身体部分表面の3次元計測データを計測して取得しても良く、再建手術中の3次元計測は、3次元計測装置10を図3に示すように用いて行うことが考えられる。そして、この患部切除前における身体部分表面の3次元計測データを術前データDAとし、患部切除後おける身体部分表面の3次元計測データを切除後データDBとする。

0041

次に、これら術前データDAと切除後データDBとを重ね合わせる処理をパソコン14内のCPU30において実行する。この重ね合わせる処理の際には、ステップS3にて術前データDAと切除後データDBとの間でマーキングMKを元にして座標統合を行う。この座標統合された状態で、これら各データをスライス軸Sに沿って図6に示すように数cmずつ等間隔に複数枚とされるn枚である例えば図6において「LINE1〜LINE20」という形で表すように、20枚等間隔でスライスして各スライス面にS1からSnまでのIDを付与する。

0042

ここでスライス軸Sは任意な方向に沿って延びる形で設定できるが、本実施例ではスライス軸Sを身体の上下方向に沿って延びる軸とする。但し、身体の上下方向と直交する方向に沿った軸とするなど、他の方向に沿った軸としても良い。尚、このようにスライス軸Sが身体の上下方向に延びる軸とした場合、この方向に対して垂直な身体の水平面方向に沿った断面形状データTDを等間隔で複数抽出することになる。

0043

さらに、ステップS4にてIDが付与された各スライス面を切り取り、各スライス面から身体断面の輪郭を断面形状データTDとして複数抽出する。この後、ステップS5にて術前データDA及び切除後データDBの具体的に比較すべき範囲をパソコン14の入力操作部42より指定する。すなわち、手術前に対して比較を行いたい範囲(例えば左乳房は温存し、右乳房のみ乳腺切除をして、右乳房のみ手術前との比較評価を行いたい場合は右乳房にかかる範囲)を指定する。

0044

このように比較すべき範囲を指定した上で、図7に示すように術前データDA、切除後データDBおよび断面形状データTDそれぞれにおける一端から他端までマーカ点Pを各複数個であるk個ずつ設定し、これらにIDを付与する。例えば術前データDAのIDを1,2,3・・・kとし、切除後データDBのIDを1’,2’,3’・・・k’とする。以上より、これらの処理をデータ抽出ステップとする。

0045

そして、ステップS6にて図8(A)に示すようにこの断面形状データTDを複数枚集めた状態で、各1枚のデータシートである断面形状データTD内それぞれにおいて、術前データDAと切除後データDBとの間での同一マーカ点P間の距離を術前後間変化量とする。つまり、距離である術前後間変化量をこれら断面形状データTD上においてCPU30によりそれぞれ計算して数値として導出する。

0046

以上より、術前データDA及び切除後データDBからそれぞれデータをn枚である例えば20枚作成すると共に各データのマーカ点Pをk個所設定し、これら2つのデータを統合して断面形状データTDとし、nラk個の術前後間変化量をそれぞれこの断面形状データTD上で計算して導出することになる。そして、これを変化量導出ステップとする。

0047

次に、ステップS7にてnラk個の術前後間変化量が各マス目であるグリッドG内に入るように、スライス軸Sに沿って等間隔に配置した複数の線とスライス軸Sに対して直交する軸に沿って等間隔に配置した複数の線との間で区画された複数の領域(グリッドG)を有するグリッドマップGM図8(B)に示す表のように作成する。これと共に術前後間変化量とされる距離の値に応じてグリッドG内に色のグラデーションを割り当てる。なお、このように直交する軸とする替りに、90°以外の角度で単に交差する軸としても良い。これをグリッドマップ作成ステップとする。

0048

また、色のグラデーションに関しては、距離が小さく0のときには青く(これを例えば「C1」で表す)なり、大きくなるに従い赤く(「C2〜C10」で表す)なる。最も距離が大きい場合には真紅(これを例えば「C10」で表す)とする。そして、ステップS8にてグリッドマップGM上に術前後間変化量の距離の値(図9(A)に示す)とこの値に応じて割り当てられた色のグラデーション(図9(B)に示す)を配置した差分画像マップDMを取得する。この結果として、図10に示すようにこの差分画像マップDMの各マス目であるグリッドG内には、距離の値が数値として配置されるだけでなく、この数値に対応した色のグラデーションが割り当てられる。なお、術前後間変化量の距離の値の単位は、mmである。

0049

さらに、このように差分画像マップDMを取得するだけでなく、ステップS9にて切除後データDBを基にしてこのグリッドマップGMを身体表面に変形して貼り付けた解剖学的マップKMを取得する。具体的には、乳癌治療で癌摘出手術後の患者Kの乳房形状に合わせてプロジェクションマッピング投影装置等により画像処理することで、グリッドマップGMを変形させた解剖学的マップKMを作成する。さらに、ステップS10にてこのグリッドマップGMを乳房上に直接投影して身体表面に変形して貼り付けることとする。尚、これを各マップ取得ステップとする。

0050

ステップS11にてこの解剖学的マップKM上に差分画像マップDMを図11に示すように乳房再建手術時に重畳する。これをマップ重畳ステップとする。この際、プロジェクタ22から差分画像マップDMを投影Wする場合、患者Kの3次元データをプロジェクタ22から見た姿勢や位置に見えるように、方向や視点を一旦変えてから投影Wする。これに伴って、術前後間変化量とされる距離の値と色のグラデーションから、医師や看護師が目視により容易に術前後間変化量を把握可能になるので、より適切な再建手術ができるようになる。

0051

乳癌治療で癌摘出手術に併せて行われる以上のような乳房再建手術においては、以下のような効果が得られる。
第1に、自家組織乳房内移植する場合、術前形状データや摘出しない側の乳房の左右反転データと比較して、いずれの部位がどの程度の体積差があるかを乳房再建手術中に提示可能となる。
第2に、シリコンインプラントを乳房内に移植する場合、インプラント材移植後における数か月ごとに行う液体注入によって乳房形状を変化させることにより、術前形状や左右反転形状に近づけていく際の定量的な指標を医師や患者Kに提示することが可能となる。

0052

さらに、本実施例に係る身体マップ作成プログラムで導出した、術前後間変化量とされる距離の値及びこの値に応じて色のグラデーションを変化させる差分画像マップDMを患者Kの乳房に直接投影して映像可能ともなる。このことで、再建手術を実際に行う際に、患者Kの身体表面上でボリュームや形状の確認をしながら乳房の再建を行うことが出来、パソコンのモニタ等で単に確認するよりも手術者が形状評価をより直観的に行いつつ再建手術を実施できる効果が期待できる。

0053

以上より、手術前後の形状差を単に目視で行っていた従来の乳房再建手術に比べ、乳房再建手術の時間短縮化やより精度の高い再建乳房形状の構築が可能になることが期待される。また、乳房再建手術の結果に患者Kが納得いくための材料にもできるので、患者Kの満足度を高めることや患者Kの術後の生活の質の向上も期待される。

0054

次に、本実施例の変形例として上記と異なり身体形状の歪みを術前後間変化量の指標とする場合について、以下に具体的に説明する。つまり、前記のように術前データDAと切除後データDBとの間の寸法変化の大きさを利用するのでは無く、本変形例では術前データDAと切除後データDBとの間の身体形状の歪みの大きさを利用する。

0055

図12は、パソコン14によるマップ等の作成手順を示す変形例のフローチャートであり、このフローチャートを参照しつつ、本変形例に係る身体マップ作成方法の手順及び身体マップ作成プログラムのアルゴリズムを説明する。
ここでステップS1からステップS5までは、図4のフローチャートとほぼ同一で有り、説明を省略する。但し、患部切除後の患者の3次元計測データを計測する替わりに、ステップS2にて再建手術中の患者の3次元計測データを切除後データDBとして図3に示すように計測することとする。

0056

また、切除手術前において計測された術前データDAを基にしてスライス軸Sに沿って隣り合って抽出された例えばスライス面Syとスライス面Sy+1とを考える。そして、これらスライス面Sy上のマーカ点Px及びマーカ点Px+1と、スライス面Sy+1上のマーカ点Px及びマーカ点Px+1とで形成される図13に示す四角形のグリッドGについて注目する。この際、図14(A)に示すようにこのグリッドにおける各頂点の角度がほぼ90°となるようにする。ここで、図13及び図14において各スライス面を「S1,S2」と表し、各マーカ点を「Pi,Pi+1」と表す。

0057

さらに、同様にスライス面Sy上のマーカ点Px及びマーカ点Px+1と、スライス面Sy+1上のマーカ点Px及びマーカ点Px+1とで形成される図14(B)に示す切除後データDBの四角形のグリッドGについても注目する。

0058

以上より、図12のステップS6にて、対応するこれら術前データDAに対する切除後データDBの歪み量の大きさから断面形状データTDを作成する。つまり、切除手術前と再建手術中の同一頂点における角度差の絶対値をそのグリッドGの歪み指標として、術前データDAと切除後データDBとの間での同一マーカ点間の歪みの大きさを術前後間変化量とし、この断面形状データTDを複数枚集める。そして、歪みである術前後間変化量をこれら断面形状データTD上においてそれぞれ計算して、図8(B)に示す表と同様に数値として導出する。

0059

ステップS7にて縦軸S1〜Sn、横軸1〜kにより構成される複数のグリッドGの集合体とされるグリッドマップGMを作成する。この際、前述と同様にnラk個の術前後間変化量が各マス目であるグリッドG内に入るように、図6に示すスライス軸Sに沿って等間隔に配置した複数の線とスライス軸Sに対して直交する軸に沿って等間隔に配置した複数の線との間で区画された複数の領域(グリッドG)を有するようにグリッドマップGMを作成する。これと共に術前後間変化量とされる歪み量の値に応じてグリッドG内に色のグラデーションを割り当てる。

0060

また、ステップS8にて縦軸S1〜Sn、横軸1〜kのこのグリッドマップGM上での切除手術前に対する再建手術中における各グリッドの4つの頂点の角度差の平均値に応じて色のグラデーションを割り当てて、各グリッドG上に該当の色と角度差の平均値の数字を置き、それぞれ歪み状態を表す差分画像マップDMを取得する。

0061

これ以降は、図4のステップS9からステップS11までのフローチャートとほぼ同一とする。但しこの際、前述のプロジェクションマッピングを利用する。すなわち、図3に示すように手術現場において乳房形状を計測する3次元計測装置10、データを投影Wするプロジェクタ22及び、術前データDAや切除後データDBである再建手術中データの保存とこれらデータの加工処理を行うパソコン14により、プロジェクションマッピングが行われる。

0062

次に、距離を術前後間変化量の指標としたものと身体形状の歪みを術前後間変化量の指標としたものを同時に使用可能とした場合を以下に再建手術中を例として説明する。
以上のようにして得られた術前データDAと切除後データDBとの間の寸法変化の大きさや身体形状の歪みの大きさが差分画像マップDMとして、例えばパソコン14により切り替え可能に表される。

0063

これらはいずれも執刀医が再建手術時の参考にするためのものであり、前述のようにパソコン14の表示部38に「距離情報」や「歪み情報」を投影Wしてもよいし、表示部38を使わず、患者Kの身体表面に「距離情報」や「歪み情報」をプロジェクタ22により直接投影するプロジェクションマッピングを行ってもよい。

0064

この際、切除手術前と再建手術中に計測した患者Kの乳房の3次元形状データから差分画像マップDMを作成し、前述のアルゴリズムで導出したグリッドマップGMの各グリッドG上に、切除手術前と再建手術中との間の「寸法差情報」や「歪み情報」を色として表現することになる。ただし、プロジェクタ22から差分画像マップDMを投影Wする場合、ステップS11のように患者Kの3次元データをプロジェクタ22から見た姿勢や位置に見えるように方向や視点を一旦変えて、投影Wする。これにより寸法差情報や歪み情報の大きい領域とそうでない領域を患者Kの身体表面に色情報として図11に示すように提示することができる。

0065

尚、上記のような身体マップ作成プログラムだけで無く、このようなソフトウエアを記録した記録媒体であっても良い。記録媒体としてはCD、DVD、USBメモリー等が考えられるが、これら記録媒体に限定されるものではない。
また、本発明においては、上記のように「距離情報」と「歪み情報」を得る2種類の手法が存在するが、患者特性や移植するインプラントや自家組織の状態など必要に応じてこれらの手法を選択することが考えられる。

0066

以上のように、本発明は乳房の再建手術を例として説明したが、乳房以外の身体部分である例えば、手足等の顔面部分胸部腹部臀部等の他の身体部分を再建手術の対象としても良い。

0067

以上、本発明に係る実施の形態を説明したが、本発明は係る実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

0068

本発明は、身体の再建手術の他にさまざまな産業分野に適用可能となる。

0069

10 3次元計測装置
12計測装置本体
14パソコン
22プロジェクタ(表示装置)
30 CPU(演算装置)
34 記憶部
38 表示部(表示装置)
K患者
MKマーキング(基準点)
DA術前データ
DB切除後データ
TD断面形状データ
GMグリッドマップ
DM差分画像マップ
KM 解剖学的マップ

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