JP2001087290A - Filling artificial bone designing system and manufacture of filling artificial bone using the system - Google Patents

Filling artificial bone designing system and manufacture of filling artificial bone using the system

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JP2001087290A
JP2001087290A JP27146699A JP27146699A JP2001087290A JP 2001087290 A JP2001087290 A JP 2001087290A JP 27146699 A JP27146699 A JP 27146699A JP 27146699 A JP27146699 A JP 27146699A JP 2001087290 A JP2001087290 A JP 2001087290A
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JP
Japan
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bone
curve
data
interpolation
outline
Prior art date
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Japanese (ja)
Inventor
Masahito Nishio
将人 西尾
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Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a filling artificial bone designing system capable of easily and accurately designing an artificial bone even to a defective part unapplicable by a reflection copy, and a manufacturing method of a filling artificial bone using the system. SOLUTION: Interpolative reference lines 149a, 149b reflected with a surface shape of a healthy bone part are set on the basis of bone part external shape line information 125, and a curve control point 152 for forming an interpolative curve is set along the interpolative reference lines 149a, 149b. Next, a defective part-interpolating curve 151 for curvedly interpolating a defective part is formed according to a predetermined curve deciding algorithm by using the preset curve control point 152. Three-dimensional shape data on an artificial bone outside surface for filling the defective part is formed on the basis of the defective part interpolating curve 151.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、X線CT、NMR
等の人体断層画像に基づいて頭蓋骨等の骨部の欠損部を
埋める補填用人工骨を設計するシステムと、それを用い
た補填用人工骨の製造方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to X-ray CT, NMR
The present invention relates to a system for designing a bone prosthesis for filling a bone defect such as a skull based on a human tomographic image of a human body and the like, and a method for manufacturing the bone prosthesis using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば交通事故やその他の事故により骨
に欠損を生じた患者を治療するために、その欠損部を人
工骨で埋める手術が整形外科あるいは形成外科の分野に
て行われている。これに関連する従来技術として、例え
ば特開平7−284501号公報には、X線CTあるい
はMRIの断層イメージ(断層画像)を用いて、人工骨
頭等の内固定部材の挿入部位(例えば欠損部)を三次元
データとして取得し、その三次元データを用いて該挿入
部位の三次元イメージを表示しつつ、内固定部材の画像
をその画面上にて移動させて、手術前に、部材の挿入部
位に対する適合性をシミュレーションできるようにした
技術が開示されている。
2. Description of the Related Art In the field of orthopedic surgery or plastic surgery, for example, in order to treat a patient having a bone defect due to a traffic accident or other accident, the defect is filled with artificial bone. As a related art related thereto, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-284501 discloses an insertion part (for example, a defective part) of an internal fixation member such as an artificial head using an X-ray CT or MRI tomographic image (tomographic image). Is acquired as three-dimensional data, and while displaying a three-dimensional image of the insertion site using the three-dimensional data, the image of the inner fixed member is moved on the screen, and before the operation, the insertion site of the member is inserted. There has been disclosed a technique capable of simulating the suitability for the data.

【0003】他方、特公平6−2137号公報には、X
線CTあるいはMRIの断層イメージを用いて、人工骨
頭等の内固定部材の挿入部位を三次元データとして取得
し、その三次元データを切削装置に出力することによ
り、挿入部位のレプリカ(模型)を作製する装置が開示
されている。
On the other hand, Japanese Patent Publication No. 6-2137 discloses X
Using a tomographic image of X-ray CT or MRI, the insertion site of the internal fixation member such as an artificial bone head is acquired as three-dimensional data, and the three-dimensional data is output to a cutting device, thereby replicating the insertion site (model). An apparatus for making is disclosed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】例えば頭蓋骨に欠損が
生じた場合、図32に示すように、人間の頭蓋骨SKL
は、正面(顔側)から見ると略左右対象な形をしてい
る。そして、図32(a)に示すように、顔面中央に鏡
映基準面MSPを設定したとき、欠損部400が側頭部
など、鏡映基準面MSPに関して片側にのみ存在する場
合に、この欠損部400を埋める補填人工骨の製造方法
として、鏡映コピー(以下、「ミラーコピー」ともい
う)と称される手法が用いられてきた。このことは、特
公平6−2137号公報の請求項5にも示されている通
りである。
For example, when a defect occurs in a skull, as shown in FIG. 32, a human skull SKL is used.
Has a substantially symmetrical shape when viewed from the front (face side). Then, as shown in FIG. 32 (a), when the mirror reference plane MSP is set at the center of the face, if the defect 400 exists only on one side with respect to the mirror reference plane MSP, such as the temporal region, this defect is lost. As a method of manufacturing a supplementary artificial bone that fills the part 400, a technique called mirror copy (hereinafter, also referred to as “mirror copy”) has been used. This is as described in claim 5 of Japanese Patent Publication No. 6-2137.

【0005】しかしながら、怪我等による骨部の欠損
が、常に図32(a)のような形で発生するという保証
は、実はどこにもないのである。現実に、同図(b)あ
るいは(c)に示すように、欠損部400が額や頭頂部
など、鏡映基準面MSPに関して両側にまたがって生じ
てしまうことも決して少なくはないが、これらのケース
についてはいうまでもなく、ミラーコピーの手法は全く
無力となる。というのは、鏡映基準面MSPの片側に拡
がった欠損部分に対し、コピー元として期待される反対
側にも欠損が拡がっているため、参照すべきデータが存
在しないからである。また、いかに左右対照的といえど
も、実際の頭蓋骨には対称からの微妙なずれがあり、機
械的なミラーコピーが必ずしも最上の方法とはいえない
場合もある。
[0005] However, there is no guarantee that bone loss due to injury or the like always occurs in the form shown in FIG. Actually, as shown in FIG. 7B or FIG. 7C, it is not rare that the defective portion 400 occurs on both sides of the mirrored reference plane MSP such as the forehead and the top of the head. Needless to say about the case, the mirror copy method is completely powerless. This is because there is no data to be referred to because the loss portion that spreads to one side of the mirror reference plane MSP also spreads to the opposite side expected as a copy source. Also, no matter how contrasting, the actual skull has subtle deviations from symmetry, and mechanical mirror copying may not always be the best method.

【0006】本発明の課題は、鏡映コピーが適用不能な
欠損部に対しても、容易にかつ正確に人工骨を設計する
ことが可能な補填用人工骨設計システムと、それを用い
た補填用人工骨の製造方法とを提供することにある。
An object of the present invention is to provide a prosthetic artificial bone design system capable of easily and accurately designing an artificial bone even for a defective portion to which mirror copying cannot be applied, and a prosthesis using the same. And a method for producing an artificial bone for use.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記の課
題を解決するために、本発明の補填用人工骨設計システ
ムは、人体断層画像に基づいて骨部欠損部を埋める補填
用人工骨を設計するシステムにおいて、互いに異なる複
数の断層位置にて撮影された断層画像のそれぞれにおい
て、骨部の画像領域を抽出する骨部領域抽出手段と、そ
の抽出された骨部領域に基づいて、最終的に骨部として
定めるべき領域の外形線情報である骨部外形線情報を生
成する骨部外形線情報生成手段と、各断層位置毎の骨部
外形線情報に基づいて、骨部の欠損部の三次元形状デー
タを生成する三次元形状データ生成手段とを備え、三次
元形状データ生成手段は、骨部外形線情報に基づいて、
骨部の健常部の表面形状を反映した補間基準線を設定す
る補間基準線生成手段と、その補間基準線に沿って補間
曲線生成用の曲線制御点を設定する曲線制御点設定手段
と、その設定された曲線制御点を用いて、予め定められ
た曲線決定アルゴリズムに従い、欠損部を曲線補間する
欠損部補間曲線を生成する欠損部補間曲線生成手段とを
備え、その欠損部補間曲線に基づいて、欠損部を補填す
る人工骨外面の三次元形状データを生成することを特徴
とする。
Means for Solving the Problems and Actions / Effects In order to solve the above problems, a replacement artificial bone design system according to the present invention provides a replacement artificial bone for filling a bone defect based on a human tomographic image. In the system to be designed, in each of the tomographic images photographed at a plurality of different tomographic positions, a bone region extracting means for extracting a bone image region, and a final bone region extracted based on the extracted bone region. A bone outline information generating unit that generates bone outline information that is outline information of an area to be determined as a bone, and a bone outline defect information based on the bone outline information for each tomographic position. And three-dimensional shape data generating means for generating three-dimensional shape data, the three-dimensional shape data generating means based on the bone outline information,
Interpolation reference line generating means for setting an interpolation reference line reflecting the surface shape of the healthy part of the bone, and curve control point setting means for setting a curve control point for generating an interpolation curve along the interpolation reference line; Using a set curve control point, according to a predetermined curve determination algorithm, comprising a missing part interpolation curve generating means for generating a missing part interpolation curve for curve interpolation of the missing part, based on the missing part interpolation curve And generating three-dimensional shape data of the outer surface of the artificial bone for filling the defect.

【0008】また、本発明の補填用人工骨の製造方法
は、上記の補填用人工骨設計システムにより作成された
三次元形状データを参照しつつ、被加工材料を前記三次
元形状データが示す補填用人工骨形状に加工する工程を
含むことを特徴とする。
Further, the method for producing a prosthetic artificial bone according to the present invention provides a method for preparing a material to be processed by referring to the three-dimensional shape data created by the above-described artificial prosthetic bone design system. A step of processing into an artificial bone shape for use.

【0009】なお、骨部は例えば頭蓋骨であり、この場
合、断層画像は、軸線方向をその頭蓋骨を縦方向に貫く
形で設定することにより得られる頭部の輪切り画像とす
ることができるが、これに限られるものではなく、欠損
が生じうるあらゆる骨部を対象とすることができる。ま
た、被加工材料は、人工骨素材であるセラミックスの未
焼成成形素材とすることができる。この場合、補填用人
工骨形状に加工された素材を焼成することにより、補填
用人工骨を得ることができる。なお、作成された三次元
形状データは、例えば焼成による収縮等を考慮するため
に、所定の比率にて寸法の拡大(あるいは縮小)を行っ
た形で使用することもできる。また、本明細書において
画素濃度とは、画素の濃淡、色彩及びその両者の組み合
わせのいずれかにより示される広義の情報をいい、色彩
のみが異なって濃淡の度合いが同一の画素も、「濃度が
異なる」ものとして取り扱う。
The bone part is, for example, a skull. In this case, the tomographic image can be a sliced image of the head obtained by setting the axial direction so as to penetrate the skull in the vertical direction. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to any bone where a defect may occur. Further, the material to be processed may be an unfired molded material of ceramics which is an artificial bone material. In this case, the artificial bone for supplementation can be obtained by firing the material processed into the shape of the artificial bone for supplementation. Note that the created three-dimensional shape data can be used in a form in which the dimensions are enlarged (or reduced) at a predetermined ratio in order to take into account, for example, shrinkage due to firing. Further, in this specification, the pixel density refers to information in a broad sense that is indicated by any one of the density and color of a pixel and a combination of the two. Treated as "different".

【0010】上記本発明によれば、断層画像に基づく骨
部外形線情報により、骨部の健健常部側の表面形状を反
映した補間基準線を設定し、さらに、その補間基準線に
沿って設定された曲線制御点を用いて、予め定められた
曲線決定アルゴリズムに従い、欠損部を曲線補間する欠
損部補間曲線を生成し、その欠損部補間曲線に基づい
て、欠損部を補填する人工骨外面の三次元形状データを
生成するようにした。この方法の特徴は、欠損部周辺の
健常部の形状情報から、その形状に適合する補間曲線を
欠損部に発生させることで、欠損部を補填する人工骨外
面の三次元形状データを、健常部形状からの推定データ
として作成する点にある。従って、ミラーコピーが適用
不能な欠損部に対しても、容易にかつ正確に人工骨を設
計・製造することが可能となる。また、ミラーコピーが
適用可能な欠損部に対しても、左右の対称性のずれが大
きい場合などは、上記のように欠損部周辺の健常部から
欠損部形状を推定したほうが、却って違和感のない補填
用人工骨を製造できる場合もある。
According to the present invention, an interpolation reference line reflecting the surface shape of the healthy part on the side of the healthy part is set based on the bone outline information based on the tomographic image, and further along the interpolation reference line. Using the set curve control points, according to a predetermined curve determination algorithm, generate a missing portion interpolation curve for curve interpolation of the missing portion, and based on the missing portion interpolation curve, an artificial bone outer surface for filling the missing portion. 3D shape data was generated. The feature of this method is that, based on the shape information of the healthy part around the defective part, an interpolation curve matching the shape is generated in the defective part, so that the three-dimensional shape data of the artificial bone outer surface that compensates for the defective part can be obtained. The point is that it is created as estimated data from the shape. Therefore, an artificial bone can be easily and accurately designed and manufactured even for a defective portion where mirror copying cannot be applied. In addition, when there is a large shift in left-right symmetry with respect to a defective portion to which mirror copying can be applied, it is better to estimate the shape of the defective portion from the healthy portion around the defective portion as described above, rather than feeling uncomfortable In some cases, artificial bone for replacement can be produced.

【0011】以下、上記補填用人工骨設計システムに、
さらに付加可能な構成について説明する。 (構成1)互いに異なる複数の断層位置にて撮影された
断層画像のそれぞれにおいて、骨部画像領域を抽出する
骨部領域抽出手段と、その抽出された骨部画像領域に基
づいて、最終的に骨部として定めるべき領域の外形線情
報である骨部外形線情報を生成する骨部外形線情報生成
手段と、各断層位置毎の骨部外形線情報に基づいて、骨
部の欠損部の三次元形状データを生成する三次元形状デ
ータ生成手段とを備え、骨部領域抽出手段は、断層画像
を構成する画素濃度に対する、骨部領域抽出のための閾
濃度レベルを、断層位置に応じて異なる固有の値に設定
する。
In the following, the artificial bone design system for replacement is
Further, a configuration that can be added will be described. (Configuration 1) In each of the tomographic images photographed at a plurality of mutually different tomographic positions, a bone region extracting means for extracting a bone image region, and finally, based on the extracted bone image region, Bone outline information generating means for generating bone outline information that is outline information of an area to be determined as a bone, and a tertiary bone defect part based on the bone outline information for each tomographic position. Three-dimensional shape data generating means for generating original shape data, wherein the bone region extracting means changes a threshold density level for extracting a bone region with respect to a pixel density constituting a tomographic image according to a tomographic position. Set to a unique value.

【0012】X線CT等により骨部の断層画像を撮影し
た場合、所定幅の人体スライス領域からの累積断層情報
に基づいて画像化されるケースが圧倒的に多い。例え
ば、頭蓋骨の場合、頭頂部に向かうほど縮径する形状を
呈するが、頭頂部に近づくにつれ、頭蓋骨壁部の傾斜に
由来した骨部画像領域のぼけ拡がりの影響が大きくなっ
て、断層画像上での骨部領域とそうでない領域との境界
が判然としなくなる。そして、決められた画素濃度以上
の領域を骨部と判断する場合、このようなぼけ拡がりが
大きくなるほど、画像上での骨部領域が実際の骨部領域
よりも小さく表れることとなり、欠損部形状を誤認識す
る不具合にもつながりかねない。
When a tomographic image of a bone is taken by X-ray CT or the like, an image is overwhelmingly often formed based on accumulated tomographic information from a human body slice region having a predetermined width. For example, in the case of a skull, the shape of the skull decreases in diameter toward the top of the head. The boundary between the bone region and the non-bone region in the above becomes unclear. When judging a region having a pixel density equal to or higher than the determined pixel density to be a bone portion, the larger the blur spread, the smaller the bone region on the image becomes than the actual bone region. This may lead to a problem of misrecognition of.

【0013】そこで、上記の構成では、ぼけ拡がりの影
響等を考慮して、断層画像を構成する画素濃度に対す
る、骨部領域抽出のための閾濃度レベルを、断層位置に
応じて異なる固有の値に設定するようにした。これによ
り、より正確な骨部外形線の決定が可能となり、ひいて
は最終的に得られる補填用人工骨の欠損部に対する適合
性を一層良好なものとすることができるようになる。
In view of the above, in the above configuration, the threshold density level for extracting the bone region with respect to the pixel density forming the tomographic image is set to a unique value that differs depending on the tomographic position, in consideration of the influence of the blur spread. Was set to. This makes it possible to more accurately determine the outline of the bone portion, and furthermore, it is possible to further improve the suitability of the finally obtained artificial prosthesis for the defective portion.

【0014】(構成2)互いに異なる複数の断層位置に
て撮影された断層画像のそれぞれにおいて、予め定めら
れた濃度レベルの画素領域を、骨部候補領域として抽出
する骨部候補領域抽出手段と、その骨部候補領域のう
ち、最終的に骨部領域として使用するもの(以下、確定
骨部領域という)を選択する領域選択手段と、その確定
骨部領域に基づいて、最終的に骨部として定めるべき領
域の外形線情報である骨部外形線情報を生成する骨部外
形線情報生成手段と、各断層位置毎の骨部外形線情報に
基づいて、骨部の欠損部の三次元形状データを生成する
三次元形状データ生成手段とを備えたことを特徴とす
る。
(Structure 2) In each of the tomographic images photographed at a plurality of mutually different tomographic positions, a bone part candidate area extracting means for extracting a pixel area having a predetermined density level as a bone part candidate area, A region selecting means for selecting a bone region to be finally used as a bone region (hereinafter referred to as a defined bone region) among the bone candidate regions, and finally a bone region based on the determined bone region. Bone outline information generating means for generating bone outline information which is outline information of a region to be determined, and three-dimensional shape data of a bone defect based on bone outline information for each tomographic position. And three-dimensional shape data generating means for generating

【0015】例えば頭蓋骨を例に取ると、形状は大まか
には回転楕円体あるいは卵型の外形を呈するが、内部構
造はそれほど単純でなく、例えば鼻部や耳部には、小さ
な別の骨部として形成されている部分もあるし、また、
眼窩などの大きな開口部も形成されているから、断層を
取れば、本来は一体の骨部が分離して現われることも当
然にありうる。さらに、測定上の問題として、骨部以外
の領域にも、ノイズ等の影響により骨部と同じ濃度レベ
ルの小さな領域が現われてしまうこともある。
For example, taking a skull as an example, the shape generally has a spheroidal or oval shape, but the internal structure is not so simple. Some parts are formed as
Since a large opening such as an eye socket is also formed, naturally, if a tomogram is taken, it is naturally possible that an integral bone part appears separately. Further, as a measurement problem, a small area having the same density level as the bone may appear in an area other than the bone due to the influence of noise or the like.

【0016】上記の構成によれば、断層画像に表れた骨
部候補領域のうち、例えば鼻部など、欠損部形状の正確
な形状補間に好都合な影響を与えると思われる部分は、
最終的に骨部領域として使用する確定骨部領域として選
択し、逆に組み入れないほうがよいと思われる部分や、
明らかにノイズ等によるもの考えられる領域は、確定骨
部領域から除外することができる。これにより、骨部の
欠損部の三次元形状データを精度よく決定することが可
能となる。
According to the above configuration, of the bone candidate regions appearing in the tomographic image, portions, such as the nose, which are considered to have a favorable effect on accurate shape interpolation of the missing portion shape,
Select the final bone area to be finally used as the bone area, and conversely,
Regions that are apparently due to noise or the like can be excluded from the definite bone region. This makes it possible to accurately determine the three-dimensional shape data of the bone defect.

【0017】(構成3)互いに異なる複数の断層位置に
て撮影された断層画像のそれぞれにおいて、骨部の画像
領域を抽出する骨部領域抽出手段と、その抽出された骨
部領域に基づいて、最終的に骨部として定めるべき領域
の外形線情報である骨部外形線情報を生成する骨部外形
線情報生成手段と、欠損部が関与する骨部外形線に対
し、その骨部外形線の形状情報に基づいて、欠損部の推
定外形線情報である欠損部推定外形線情報を生成する欠
損部推定外形線情報生成手段と、骨部外形線情報と、欠
損部推定外形線情報とに基づいて、骨部外形線を欠損部
の推定外形線とともに表示する骨部外形線表示手段と、
その骨部外形線表示手段に表示される骨部外形線と推定
外形線とが識別可能となるように、それら外形線の表示
状態を互いに異ならせる表示制御手段と、各断層位置毎
の骨部外形線情報に基づいて、骨部の欠損部の三次元形
状データを生成する三次元形状データ生成手段とを備え
る。
(Structure 3) In each of the tomographic images photographed at a plurality of mutually different tomographic positions, a bone region extracting means for extracting a bone image region, and based on the extracted bone region, A bone outline information generating means for generating bone outline information which is outline information of an area to be finally determined as a bone, and a bone outline in which a defective part is involved, Based on the shape information, based on the bone outline information and the bone outline information, the defect estimated outline information generating means for generating the estimated loss outline information, which is the estimated outline information of the defect, based on the shape information. A bone outline display means for displaying the bone outline together with the estimated outline of the defective part;
Display control means for differentiating the display states of the outlines and the estimated outlines displayed on the bone outline display means so that the outlines and the estimated outlines can be distinguished from each other; And a three-dimensional shape data generating means for generating three-dimensional shape data of the bone defect based on the outline information.

【0018】上記の構成によれば、断層画像に基づいて
生成された骨部外形線情報により、欠損部の推定外形線
情報を作成し、骨部外形線と推定外形線とが識別可能と
なるように、それら外形線の表示状態を互いに異ならせ
る形で表示させるようにした。これによれば、欠損部の
最終的な三次元形状データを作成する前の段階で、骨部
外形線情報に基づく欠損部の推定外形線情報が作成さ
れ、しかもそれが画素の濃淡や色彩などにより、異なる
表示状態にて表示される。その結果、欠損部の大まかな
三次元形状を直感的に把握することができ、かつ、空間
中の曲線姿勢を錯覚等により見誤る不具合も低減される
ので、最終的な三次元形状データを設計・作成する際
に、明確な完成イメージをもって混乱なく効率的に作業
を行うことができるようになる。
According to the above configuration, the estimated outline information of the defective part is created based on the outline information of the bone generated based on the tomographic image, and the outline of the bone and the estimated outline can be identified. As described above, the display states of these outlines are displayed in different forms. According to this, at the stage before creating the final three-dimensional shape data of the defective part, the estimated outline information of the defective part based on the bone outline information is created, and furthermore, it is used for shading and color of the pixel. Are displayed in different display states. As a result, it is possible to intuitively grasp the rough three-dimensional shape of the defective part, and it is possible to reduce the inconvenience of mistaking the curved posture in space due to illusion, etc., so that the final three-dimensional shape data is designed・ When creating, you can work efficiently without confusion with a clear completed image.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
き、図面に示す実施例を参照して説明する。この実施例
では、欠損補填の対象が頭蓋骨であり、その補填用人工
骨を設計するための三次元形状データを、X線CTによ
る断層画像に基づいて作成する場合を例に取る。ただ
し、断層画像の撮影手段としてはX線CTに限らず、M
RI、ポジトロンCT、エミッションCT、超音波断層
撮像等を採用してもよい。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the embodiments shown in the drawings. In this embodiment, an example is described in which a skull is to be filled with a defect, and three-dimensional shape data for designing an artificial bone for filling is created based on a tomographic image by X-ray CT. However, the means for photographing tomographic images is not limited to X-ray CT.
RI, positron CT, emission CT, ultrasonic tomography, or the like may be employed.

【0020】まず、装置構成を説明するに先立って、公
知のX線CTの原理について簡単に説明しておく。図1
は、X線CTの一例を示す原理図であり、X線管からコ
リメータを通って細く絞られたX線ビームは被写体であ
る人体(この場合、頭部)に放射される。X線ビームは
途中の生体組織に僅かに吸収されて減衰した後、残りの
大部分は透過する。透過したX線は検出器により測定さ
れる。
First, prior to describing the configuration of the apparatus, the principle of known X-ray CT will be briefly described. FIG.
FIG. 3 is a principle diagram showing an example of an X-ray CT. An X-ray beam narrowed down from an X-ray tube through a collimator is emitted to a human body (head in this case) as a subject. The X-ray beam is slightly absorbed by the living tissue in the middle and attenuated, and then most of the remaining beam is transmitted. The transmitted X-rays are measured by a detector.

【0021】いま、放射するX線の強度をI0、被写体
を透過した後の強度をIとし、被写体すなわち人体内部
の組織によって吸収されるX線の吸収係数をμ(x,
y)とすると、概ね数1の関係が成立することが知られ
ている。
Assume that the intensity of the radiated X-ray is I0, the intensity after passing through the subject is I, and the absorption coefficient of the X-ray absorbed by the subject, that is, the tissue inside the human body is μ (x,
If y), it is known that the relationship of Equation 1 is approximately established.

【0022】[0022]

【数1】 (Equation 1)

【0023】ここで、積分は透過したX線ビームの方向
Lに沿った線積分を表す。この式で、両辺の対数をとる
と数2となる。
Here, the integral indicates a line integral of the transmitted X-ray beam along the direction L. In this equation, the logarithm of both sides is given by Equation 2.

【0024】[0024]

【数2】 (Equation 2)

【0025】すなわち、X線の入射強度と透過強度の比
の対数が、X線ビームに沿った吸収係数の積分値に略等
しい。そこで、X線ビームの方向を一定に保ちながらX
線源と検出器とを同期させて移動(並進運動)させる
と、この並進運動による操作によりこの角度の投影デー
タが得られる。そして、角度を所定間隔(例えば1°)
ずつ回転させて同様の操作を繰り返すことにより、全て
の方向からの投影データ(投影積分値)が得られる。こ
れらのデータは全てコンピュータに記憶され、そこでそ
の投影データから、逐次近似法やフーリエ変換法あるい
はフィルタ補正逆投影法等の公知の像再構成法によって
各点でのX線吸収係数μ(x,y)が算出され、断層像
が得られる。
That is, the logarithm of the ratio between the incident intensity and the transmitted intensity of the X-ray is substantially equal to the integral value of the absorption coefficient along the X-ray beam. Therefore, while keeping the direction of the X-ray beam constant,
When the source and the detector are moved synchronously (translational movement), the projection data of this angle is obtained by the operation by the translational movement. Then, set the angle to a predetermined interval (for example, 1 °).
By repeating the same operation while rotating each time, projection data (projection integral value) from all directions can be obtained. All of these data are stored in a computer, and the X-ray absorption coefficient μ (x, x, x) at each point is calculated from the projection data by a known image reconstruction method such as a successive approximation method, a Fourier transform method, or a filtered back projection method. y) is calculated, and a tomographic image is obtained.

【0026】なお、通常の臨床診断では便宜的にCT値
と呼ばれる相対吸収係数が導入され、例えば水を0、空
気−500、骨500にとり、その中を例えば1000
等分して値を示す。本発明においては、特に骨の画像を
抽出する必要があるが、基本的には他の組織のCT値と
の隔たりにより、その抽出処理が行われることとなる。
そして、断層画像では、図14(b)に示すように、そ
のCT値を適当な階調閾値により区切り、各閾値間のC
T値の区間に異なる表示色(あるいは濃度)の画素出力
を表示色インデックスを用いて割りふることにより、同
じCT値区間に属する画素領域が同一色にて表示される
形で画像化されるのである。なお、画像表示に関して
は、特定の吸収係数の幅の中にだけ階調を付けて、他は
黒(又は白)で表現する、ウィンドウ機能が導入されて
いることも多く、関心のある対象(例えば骨部)につい
てコントラストのよい画像を得るようにすることも可能
である。
In ordinary clinical diagnosis, a relative absorption coefficient called a CT value is introduced for convenience. For example, water is taken as 0, air is taken as 500, and bone is taken as 500.
Show the value by dividing equally. In the present invention, it is particularly necessary to extract a bone image. However, basically, the extraction processing is performed depending on the distance from the CT value of another tissue.
Then, in the tomographic image, as shown in FIG. 14B, the CT value is divided by an appropriate gradation threshold, and the C
By dividing the pixel outputs of different display colors (or densities) into the T value section by using the display color index, the pixel areas belonging to the same CT value section are imaged in the form of being displayed in the same color. is there. In addition, regarding image display, a window function is often introduced, in which a gradation is provided only within a specific absorption coefficient width and the other is expressed in black (or white). For example, it is also possible to obtain an image with good contrast for the bone part).

【0027】図2は、本発明の一実施例に係る補填用人
工骨設計システム(以下、単に設計システムともいう)
40、及び、それを用いた補填用人工骨製造用加工シス
テム(以下、単に加工システムともいう)1の電気的構
成を示すブロック図である。設計システム40の中核を
なすのはコンピュータ50であり、I/Oポート2と、
これに接続されたCPU3、ROM4、RAM5、ハー
ドディスク装置等で構成された記憶装置6とを含む。な
お、I/Oポート2には、フロッピーディスク、光磁気
ディスク、光ディスク(CD−ROM)など、デジタル
断層画像データを記録したデータ記録媒体を読み込むた
めのデータ読取り装置8、断層画像のフィルムやハード
コピー出力を読み取るためのイメージスキャナ7、表示
制御部10とこれに接続された表示装置11、キーボー
ド12及びマウス13等の入力部が接続されている。
FIG. 2 shows a prosthetic artificial bone design system according to one embodiment of the present invention (hereinafter simply referred to as a design system).
FIG. 1 is a block diagram showing an electrical configuration of a machining system 40 for producing a prosthetic bone for supplementation using the same (hereinafter, simply referred to as a machining system) 1. The core of the design system 40 is the computer 50, the I / O port 2,
It includes a CPU 3, a ROM 4, a RAM 5, and a storage device 6 composed of a hard disk device and the like connected thereto. The I / O port 2 has a data reading device 8 for reading a data recording medium on which digital tomographic image data is recorded, such as a floppy disk, a magneto-optical disk, or an optical disk (CD-ROM). An image scanner 7 for reading a copy output, a display control unit 10, and input units such as a display device 11, a keyboard 12, and a mouse 13 connected thereto are connected.

【0028】記憶装置6には、設計システム40及び加
工システム1の基本機能を実現するための、制御プログ
ラム200が記憶されている。該制御プログラム200
は、骨部データ抽出プログラム201、骨部外形線三次
元合成プログラム202、三次元形状データ作成プログ
ラム203、切削(加工)最適位置決定プログラム20
4、切削(加工)プログラム205、シミュレーション
プログラム206を含む。また、記憶装置6には、設計
データ記憶部207が形成され、図5に示すように、オ
ペ対象者(患者)を特定するためのオペ対象者特定デー
タと対応づけられた形にて、その欠損部を埋める補填用
人工骨の設計データが記憶されている。そして、CPU
3は、記憶装置6に記憶された各プログラム201〜2
06を、RAM5のプログラムワークエリア5aを用い
て実行することにより、設計システム40及び加工シス
テム1の基本的な作動制御処理、すなわち、工程毎に必
要な機能実現手段を実現するための制御を行う。また、
三次元形状データ作成に必要な設計データは、RAM5
のデータ格納エリア5bに格納してプログラム処理に供
される。
The storage device 6 stores a control program 200 for realizing the basic functions of the design system 40 and the processing system 1. The control program 200
Are a bone part data extraction program 201, a bone part outline three-dimensional synthesis program 202, a three-dimensional shape data creation program 203, a cutting (machining) optimum position determination program 20
4. Includes a cutting (machining) program 205 and a simulation program 206. Further, a design data storage unit 207 is formed in the storage device 6, and as shown in FIG. 5, the design data storage unit 207 is associated with operation target person specifying data for specifying the operation target person (patient). The design data of the prosthesis for filling the defect is stored. And CPU
3 is each program 201 to 2 stored in the storage device 6
06 is performed using the program work area 5a of the RAM 5, thereby performing basic operation control processing of the design system 40 and the processing system 1, that is, control for realizing a function realizing unit required for each process. . Also,
The design data necessary for creating the three-dimensional shape data is stored in the RAM 5
And stored in the data storage area 5b for program processing.

【0029】図8は、オペ対象者(患者)の頭部を示す
レントゲン写真の一例であり、頭部上部をそれぞれ水平
に横切る形にて、上下に略等間隔(例えば頭部に対する
実寸法にて約5mm間隔)に並ぶ白抜きの破線が、断層
撮影を行う断層位置SCを示している。図6に示すよう
に、設計データは、これら各断層位置(以下、スライス
ともいう)を特定するスライスNo.と対応づける形
で、断層撮影により得られる断層画像の多階調原イメー
ジデータと、後に述べる処理により、骨部のみを抽出す
る形でこれを二値化した骨部抽出二値化データとを含
む。また、その二値化した骨部抽出二値化データを用い
て生成された骨部外形線データを、断層位置配列に従い
三次元合成した骨部外形線三次元合成データと、これを
用いて後に述べる処理により設計・作成される補填用人
工骨の三次元形状データも含まれる。
FIG. 8 is an example of an X-ray photograph showing the head of an operation subject (patient). (At intervals of about 5 mm) indicate tomographic positions SC where tomographic imaging is performed. As shown in FIG. 6, the design data includes a slice No. specifying each of these tomographic positions (hereinafter, also referred to as a slice). In the form corresponding to the above, the multi-tone original image data of the tomographic image obtained by tomography and the bone extraction binary data obtained by binarizing this by extracting only the bone by the processing described later Including. In addition, the bone outline data generated using the binarized bone extraction binarized data, the bone outline three-dimensional synthesized data three-dimensionally synthesized according to the tomographic position array, and later used by using this The three-dimensional shape data of the artificial bone for replacement designed and created by the processing described below is also included.

【0030】人体断層画像の画像データとしては、例え
ば、図3(b)に示すように、X線CT(あるいは、N
MR)等の断層画像撮影装置にて取得された撮影信号に
基づいて、直接デジタル画像信号として記録されたもの
を使用することができる。例えばCTスキャナの場合、
CTスキャナを介して撮影されたX線吸収率を反映した
原信号データは、入力信号ケーブルを介してCT装置解
析コンピュータに取り込まれ、ここで前述の像再構成の
ための公知の処理が行われて、断層画像出力のためのデ
ジタル濃淡画像データ(断層データ)が作成される。こ
の断層データはは、データ出力ケーブルを介して直接設
計システム40のコンピュータ50に直接転送してもよ
いが、それが不可能な場合は、通信ネットワークを用い
て転送したり、あるいは前述のデータ記録媒体9(図
2)に一旦記憶して、データ読取り装置8を介して読み
取らせてもよい。
As the image data of the human body tomographic image, for example, as shown in FIG.
For example, an image signal directly recorded as a digital image signal based on a photographing signal acquired by a tomographic image photographing apparatus such as MR) can be used. For example, in the case of a CT scanner,
The original signal data reflecting the X-ray absorptance taken through the CT scanner is taken into the CT device analysis computer via the input signal cable, where the known processing for image reconstruction described above is performed. Thus, digital grayscale image data (tomographic data) for outputting a tomographic image is created. This tomographic data may be transferred directly to the computer 50 of the design system 40 via a data output cable, but if this is not possible, the tomographic data may be transferred using a communication network or the data recording described above. The information may be temporarily stored in the medium 9 (FIG. 2) and read through the data reading device 8.

【0031】上記方式の利点は、デジタル濃淡画像デー
タを直接利用するために画像が極めて鮮明であり、ノイ
ズ等の影響も受けにくいこと、デジタル合成によりスラ
イス間の像の位置決めに際しても、アナログ的な誤差の
影響を全く受けない点にある。しかしながら、以下のよ
うな欠点もある。まず、断層撮影装置の機種により断層
データのフォーマットが異なることが多く、特殊なフォ
ーマットのデータは利用できない場合もあることが挙げ
られる。また、断層撮影を行った病院側でデータ消去し
てしまった場合や、あるいは装置機種によりデジタル画
像データの出力が不能な場合などは、根本的に対応不可
能である。
The advantages of the above method are that the image is extremely clear because the digital gray image data is directly used, and the image is hardly affected by noise and the like. It is not affected by errors at all. However, there are the following disadvantages. First, the format of tomographic data often differs depending on the type of tomographic apparatus, and data in a special format may not be used in some cases. Further, when data is erased at the hospital where the tomography was performed, or when digital image data cannot be output depending on the device model, it is basically impossible to cope.

【0032】そこで、この欠点を補完する方式として、
図3(a)に示すように、人体断層画像の画像データと
して、X線CT、NMR等の断層画像撮影装置におい
て、モニタ画像の撮影フィルムあるいは画像印刷物とし
て出力された画像ハードコピー80を、イメージスキャ
ナ7により画像データ化したものを使用する態様を例示
できる。この方法であれば、データ消去された場合や、
あるいはデータ出力不能のCT装置等の場合でも、撮影
フィルムあるいは画像印刷出力等の画像ハードコピー8
0さえ残っていれば、これを画像読取りすることでデジ
タル濃淡画像データを得ることができる。
Therefore, as a method for compensating for this drawback,
As shown in FIG. 3A, an image hard copy 80 output as a photographing film of a monitor image or an image printout in a tomographic image photographing apparatus such as X-ray CT or NMR is used as image data of a human body tomographic image. An example in which image data converted by the scanner 7 is used can be exemplified. With this method, if data is erased,
Alternatively, even in the case of a CT device or the like that cannot output data, an image hard copy 8 such as a photographic film or an image printout
If 0 remains, digital grayscale image data can be obtained by reading the image.

【0033】図2に戻り、設計システム40にはデータ
インターフェース14を介して加工装置15が接続さ
れ、前記設計システム40とともに加工システム1を構
成している。この加工装置は、セラミック被加工材料の
切削加工に適したものであれば、特に限定されるもので
はないが、この実施例では例えば縦フライス盤を利用し
たNC加工機で構成している。図4は、そのハードウェ
ア構成の一例を概略的に示すブロック図である。すなわ
ち、セラミック被加工材料Wは、公知のねじ軸機構によ
り水平面内のワーク送り(X−Y方向)を司るX−Yテ
ーブル60上に固定され、他方、工具(フライす)TL
をモータ64にて回転させる加工ヘッド65は、ねじ軸
機構を介してモータ63により上下方向(Z方向)に移
動可能となっている。
Returning to FIG. 2, a processing apparatus 15 is connected to the design system 40 via the data interface 14, and forms the processing system 1 together with the design system 40. This processing apparatus is not particularly limited as long as it is suitable for cutting a ceramic material to be processed. In this embodiment, for example, the processing apparatus is constituted by an NC processing machine using a vertical milling machine. FIG. 4 is a block diagram schematically showing an example of the hardware configuration. That is, the ceramic work material W is fixed on the XY table 60 that controls the work feed (XY directions) in a horizontal plane by a known screw shaft mechanism, and on the other hand, the tool (flying tool) TL
Is rotated by a motor 64, and can be moved in a vertical direction (Z direction) by a motor 63 via a screw shaft mechanism.

【0034】X−Yテーブル60のX軸方向及びY軸方
向の送りを司るモータ61,62、加工ヘッド65のZ
軸方向送りを司るモータ63、さらには、工具回転用の
モータ64は、全て、各モータの回転軸と連動回転する
パルスジェネレータPGにより回転角度位置及び回転速
度の検出がなされ、その検出情報のフィードバックを受
けるサーボコントローラにより回転制御される。各サー
ボコントローラは、制御用コンピュータ55(I/Oポ
ート56とこれに接続されたCPU57、ROM58、
RAM59等を含む)に接続されている。制御用コンピ
ュータ55は、データインタフェース14を介して設計
システム40に接続されており、作成された三次元形状
データに基づいて出される加工制御信号(例えば加工パ
スデータの信号)を受けて、各サーボコントローラへモ
ータ61〜64の駆動指令信号を送る。
Motors 61 and 62 that control the X-Y table 60 in the X-axis direction and the Y-axis direction, and the Z
In the motor 63 for controlling the axial feed and the motor 64 for rotating the tool, the rotation angle position and the rotation speed are all detected by the pulse generator PG which rotates in conjunction with the rotation axis of each motor, and the detection information is fed back. The rotation is controlled by a servo controller receiving the rotation. Each servo controller includes a control computer 55 (an I / O port 56, a CPU 57 connected thereto, a ROM 58,
(Including the RAM 59). The control computer 55 is connected to the design system 40 via the data interface 14, receives a processing control signal (for example, a signal of processing path data) output based on the created three-dimensional shape data, and controls each servo. A drive command signal for the motors 61 to 64 is sent to the controller.

【0035】以下、三次元形状データの作成処理の流れ
について、順に説明を行う。まず、断層画像に基づく骨
部外形線情報の生成処理であるが、これは図2の骨部デ
ータ抽出プログラム201により実行される。ここで
は、該プログラム201は、CPU3が主体となるコン
ピュータ50を、以下の手段として機能させる役割を果
たす。 骨部領域抽出手段:互いに異なる複数の断層位置にて
撮影された断層画像90のそれぞれにおいて、骨部画像
領域85を抽出する。 骨部外形線情報生成手段:その抽出された骨部画像領
域85に基づいて、最終的に骨部として定めるべき領域
の外形線情報である骨部外形線情報103を生成する。
また、断層画像90を構成する画素濃度に対する、骨部
領域抽出のための閾濃度レベルKSを、断層位置SCに
応じて異なる固有の値に設定する。
Hereinafter, the flow of the process of creating three-dimensional shape data will be described in order. First, processing for generating bone outline information based on a tomographic image is executed by the bone data extraction program 201 in FIG. Here, the program 201 plays a role of causing the computer 50 mainly composed of the CPU 3 to function as the following means. Bone region extracting means: Bone image region 85 is extracted from each of tomographic images 90 taken at a plurality of different tomographic positions. Bone outline information generation means: Based on the extracted bone image region 85, bone outline information 103 which is outline information of a region to be finally determined as a bone is generated.
Further, the threshold density level KS for extracting the bone region with respect to the pixel density forming the tomographic image 90 is set to a unique value different depending on the tomographic position SC.

【0036】図9は、X線CTによる断層画像90の例
を示しており、(a)は図8の最も下層側から見て第3
層目(眼窩を横切る位置)の、(b)は第14層目(眼
窩の上縁よりも数層上の位置)の、(c)は第24層目
(頭頂部に近い)の各断層位置の多階調原イメージを示
すである。いずれも、画像上側が顔側(正面側)であ
り、やや暗い灰色の領域として頭部の輪切り輪郭が表
れ、頭蓋骨部として推定される画像領域(骨部推定画像
領域;頭部外形に沿って環状に表れている部分)がなる
べく白っぽく表れるように、画素の濃度レベル設定が行
われている。図12の模式図を参照して説明すれば、骨
部推定画像領域100は、着目している骨部の概略位置
に対応して、所定の輝度K0以上にて背景との間に目視
識別可能なコントラストを有して表れている領域をい
う。その外縁部には、後述するぼけによるグラデーショ
ンが形成され、背景部分との境界が不明瞭となる場合が
あるが、この境界は骨部外形線103を決定する上でそ
れほど重要な役割を果たすことはない。他方、基準濃度
レベル領域102は、その骨部推定画像領域100の内
側にあって、予め定められた画素濃度レベル(例えば、
輝度がKi以上である画素濃度レベル)である基準濃度
レベルを有する領域であり、ほぼ確実に骨部に属すると
断定しうる領域である(ただし、画像表現上は白黒が反
転していても骨部の識別は同様に問題なく可能である。
この場合は、逆にある輝度Kj未満の濃度レベルを基準
濃度レベルとすればよい)。
FIG. 9 shows an example of a tomographic image 90 by X-ray CT. FIG.
(B) is the fault of the 14th layer (position several layers higher than the upper edge of the orbit), and (c) is the fault of the 24th layer (close to the top of the head). 9 is a diagram showing a multi-tone original image of a position. In each case, the upper side of the image is the face side (front side), the sliced outline of the head appears as a slightly dark gray area, and the image area estimated as the skull (bone estimated image area; The density level of the pixel is set so that the ring-shaped portion) appears as white as possible. Referring to the schematic diagram of FIG. 12, the estimated bone portion image area 100 can be visually distinguished from the background at a predetermined luminance K0 or more corresponding to the approximate position of the focused bone portion. Area with high contrast. A gradation due to the blur described later is formed on the outer edge portion, and the boundary with the background portion may be unclear. This boundary plays a very important role in determining the bone outline 103. There is no. On the other hand, the reference density level area 102 is located inside the bone part estimation image area 100 and has a predetermined pixel density level (for example,
This is a region having a reference density level that is a pixel density level at which the luminance is equal to or higher than Ki, and is a region that can be almost definitely determined to belong to a bone part (however, even if black and white are inverted in image expression, bone Identification of the parts is likewise possible without problems.
In this case, a density level lower than a certain luminance Kj may be set as a reference density level.

【0037】図9(a)〜(c)を見て判明すること
は、上層側に位置するものほど骨部推定画像領域の幅
(頭蓋骨の厚さに対応する)が大きくなっていることで
ある。これは、骨部厚さの相違というよりも、むしろ、
以下のような要因による像ぼけの影響を受けているもの
と考えられる。すなわち、図11(a)に示すように、
多くのX線CT装置において断層画像は、断層撮影に使
用するX線ビームが、一定以下の径には絞れないことも
あって、図11(a)及び(c)に示すように、ある厚
さをもった板状のスライス領域SC、例えばある断層位
置と隣接する断層位置との間に挟まれるスライス領域S
C1、SC2など、所定幅の人体スライス領域SCから
の累積断層情報(人体スライス領域SCの厚さ方向にわ
たる一種の積分的な情報)に基づいて画像化される。こ
の場合、特に頭蓋骨の眼窩開口部上縁よりも上の部分
(例えば額よりも上の部分)において、下側のスライス
領域SC1では、頭蓋骨SKLの壁部は、頭部軸線の向
きからの隔たりの小さい比較的立った状態となっている
のに対し、上側のスライス領域SC2では、頭蓋骨SK
Lの壁部は内側への傾斜が大きくなる。
9 (a) to 9 (c), it can be seen that the width of the estimated bone part image area (corresponding to the thickness of the skull) is larger at the upper layer side. is there. This is not a difference in bone thickness,
It is considered that image blur is affected by the following factors. That is, as shown in FIG.
In many X-ray CT apparatuses, a tomographic image has a certain thickness as shown in FIGS. 11A and 11C because an X-ray beam used for tomography cannot be narrowed down to a certain diameter or less. Plate-shaped slice region SC, for example, a slice region S sandwiched between a certain tomographic position and an adjacent tomographic position
An image is formed based on accumulated tomographic information (a kind of integral information over the thickness direction of the human body slice region SC) from the human body slice region SC having a predetermined width, such as C1 and SC2. In this case, particularly in a portion above the upper edge of the orbital opening of the skull (for example, above the forehead), in the lower slice region SC1, the wall of the skull SKL is separated from the direction of the head axis. Of the skull SK in the upper slice area SC2.
The wall of L has a large inward inclination.

【0038】この場合、図11(c)に示すように、頭
蓋骨SKLの壁部が骨部推定画像領域100を形成する
ことになるのであるが、上記のようにスライス領域SC
の厚さ方向の積分的な情報により画像化される関係上、
頭蓋骨SKLが傾斜している分だけその投影面積が拡が
り、像ぼけにつながってしまうのである。具体的には、
図11(d)に示すように、頭蓋骨SKLの傾斜の度合
いが大きいスライス領域SC2の場合、頭蓋骨SKLの
うちスライス領域SC2の全厚さにわたって位置する部
分CPは、頭蓋骨SKLの幅方向中央付近に限定される
形となる。この部分は、画素の輝度がKi以上の基準濃
度レベル領域102となる部分である。他方、その両側
部分CQは厚さ方向の一部のみを占めるので、輝度がK
i未満の部分となって表れるが、背景部分の上限輝度K0
より高いことに変わりはなく、骨部推定画像領域100
に組み入れて識別せざるを得ない。結果として、骨部推
定画像領域100の幅W”は実際の頭蓋骨SKLの幅W
よりも相当大きくなってしまう(つまり、ぼけてしま
う)のである。他方、基準濃度レベル領域102の幅
W’は、逆に頭蓋骨SKLの幅Wよりも小さくなってし
まうので、これも正しい幅Wとして採用することはでき
ない。一方、頭蓋骨SKLの傾斜の度合いが大きいスラ
イス領域SC1では、上記のような傾向はそれほど顕著
ではなくなる。
In this case, as shown in FIG. 11C, the wall of the skull SKL forms the bone part estimated image area 100. As described above, the slice area SC
Because the image is formed by the integral information in the thickness direction of
The projection area of the skull SKL is increased by the amount of the inclination, which leads to image blur. In particular,
As shown in FIG. 11D, in the case of the slice region SC2 in which the degree of inclination of the skull SKL is large, the portion CP of the skull SKL located over the entire thickness of the slice region SC2 is located near the center of the skull SKL in the width direction. It is a limited form. This portion is a portion that becomes the reference density level region 102 in which the luminance of the pixel is equal to or higher than Ki. On the other hand, since both side portions CQ occupy only a part in the thickness direction, the luminance is K
Although it appears as a portion less than i, the upper limit luminance K0 of the background portion
It is still higher and the bone estimation image region 100
Have to be incorporated into As a result, the width W ″ of the estimated bone part image area 100 is equal to the width W of the actual skull SKL.
It is much larger than it is (that is, blurred). On the other hand, since the width W ′ of the reference density level region 102 is smaller than the width W of the skull SKL, it cannot be adopted as the correct width W. On the other hand, in the slice region SC1 in which the degree of inclination of the skull SKL is large, the above tendency is not so remarkable.

【0039】そこで、図12に示すように、頭蓋骨SK
Lの眼窩開口部上縁よりも上の部分において、頭蓋骨壁
部の傾斜に由来した骨部推定画像領域100のぼけ拡が
りの影響が緩和されるように、基準レベル領域102と
最終的に定めるべき骨部外形線103との位置関係を定
めるようにすれば、断層位置による像ぼけの大小に応じ
て骨部外形線103の決定位置を調整することができ、
骨部外形線103をより正確に決定することが可能とな
る。図12に示すように、骨部推定画像領域100は、
頭蓋骨の厚さ方向において、その中央に基準濃度レベル
領域102が現われるとともに、外側に向かうほど画素
濃度レベルが増加(反転した濃度設定を行う場合は、減
少)する形でぼけ拡がりを呈する。そして、骨部外形線
103の位置を、ぼけ拡がりの向きにおいて基準濃度レ
ベルKiから、所定の値だけ隔たった閾濃度レベルKSを
有する画素位置として定めることができる。
Therefore, as shown in FIG.
In the portion above the upper edge of the orbital opening of L, the reference level region 102 should be finally determined so that the influence of the blurring of the estimated bone region 100 due to the inclination of the skull wall is reduced. If the positional relationship with the bone outline 103 is determined, the determined position of the bone outline 103 can be adjusted according to the magnitude of image blur due to the tomographic position,
The bone outline 103 can be determined more accurately. As shown in FIG. 12, the bone part estimation image area 100
In the thickness direction of the skull, the reference density level region 102 appears at the center of the skull, and the pixel density level increases outward (decreases when the inverted density setting is performed), and blurs and spreads outward. Then, the position of the bone outline 103 can be determined as a pixel position having a threshold density level KS separated by a predetermined value from the reference density level Ki in the direction of blurring.

【0040】そして、ぼけ拡がりが小さい場合は、骨部
外形線103の位置は基準レベル領域102の境界の隔
たりが小さくなるように設定され、逆に大きい場合は隔
たりが大きくなるように設定される。より正確な位置決
定のためには、骨部推定画像領域100のぼけ拡がりが
比較的小さい、下層側の断層位置の基準レベル領域形状
を参照して、それより上層側の断層位置の骨部外形線1
03を決定することが有効である。例えば、ぼけ拡がり
の大きい上層側の断層位置では、下層側の基準レベル領
域の幅から骨部幅を推定して、その骨部幅の端点位置に
対応する画素の濃度レベルを読みとり、これを用いて閾
濃度レベルKSを決定することも可能である。
When the blur spread is small, the position of the bone outline 103 is set so that the gap between the boundaries of the reference level area 102 is small, and when it is large, the gap is set to be large. . In order to determine the position more accurately, reference is made to the reference level region shape of the lower-layer tomographic position where the blur extension of the bone-portion estimated image region 100 is relatively small, and the bone outer shape of the upper-layer tomographic position is referred to. Line 1
It is effective to determine 03. For example, at the tomographic position on the upper layer side where the blur spread is large, the bone width is estimated from the width of the lower reference level region, the density level of the pixel corresponding to the end point position of the bone width is read, and this is used. It is also possible to determine the threshold density level KS.

【0041】また、このような閾濃度レベルKSを設定
することは、例えばぼけ拡がりの小さい下層側の断層画
像でも有効となる場合がある。例えば、図11(b)に
示すように、X線CTの断層画像を、モニタ出力のフィ
ルム撮影により得る場合に、モニタ画面とフィルム膜面
とがある程度隔たっているために、頭蓋骨部が位置する
像外側部分ほど像拡がりが生じやすく、下層側の断層位
置でもこれが原因となる像ぼけが不可避的に発生するこ
とがある。そこで、これを考慮して閾濃度レベルKSに
より骨部外形線103の境界位置を補正すれば、より正
確な外形線が得られる。
The setting of the threshold density level KS may be effective, for example, even for a lower-layer tomographic image having a small blur spread. For example, as shown in FIG. 11B, when a tomographic image of X-ray CT is obtained by filming a monitor output, the skull is positioned because the monitor screen and the film surface are separated to some extent. Image spreading is more likely to occur at the outer part of the image, and image blurring due to this may inevitably occur even at a lower tomographic position. Therefore, if the boundary position of the bone outline 103 is corrected by the threshold density level KS in consideration of this, a more accurate outline can be obtained.

【0042】次に、頭蓋骨壁部の傾斜によるぼけ広がり
の影響を受け難くするためには、閾濃度レベルKSは、
軸線方向において頭蓋骨の上側に位置する断層位置ほ
ど、基準濃度レベルKiからの隔たりが大きくなる値と
して定めることが望ましい。前述の通り、上層に位置す
る断層位置ほど基準濃度レベル領域幅は狭くなり、特に
頭頂部に近い断層位置(スライス)では、図11(d)
において頭蓋骨壁部の傾斜をさらに大きくした場合から
も容易に類推される通り、基準濃度レベルKi以上を満
たす領域、すなわち、基準濃度レベル領域102自体が
失われてしまうこともある。しかしながら、現実には骨
部は断面上に必ず表れているのであり、しかも傾斜して
いる分だけ断面幅も大きくなるはずである。そこで、閾
濃度レベルKSを基準濃度レベルKiから離れた値として
設定することで、より正確な骨部外形線の決定が可能と
なる。
Next, in order to make the skull wall less susceptible to the effects of blurring, the threshold density level KS is
It is desirable to set the value such that the distance from the reference density level Ki increases as the tomographic position is located above the skull in the axial direction. As described above, the reference density level region width becomes narrower as the tomographic position is located in the upper layer. In particular, at the tomographic position (slice) near the top of the head, FIG.
As can easily be inferred from the case where the inclination of the skull wall is further increased, the region satisfying the reference density level Ki or more, that is, the reference density level region 102 itself may be lost. However, in reality, the bones always appear on the cross-section, and the cross-sectional width should be increased by the inclination. Therefore, by setting the threshold density level KS as a value apart from the reference density level Ki, it is possible to determine the bone outline more accurately.

【0043】以下、閾濃度レベルKSの具体的な設定方
法について説明する。例えば、図2の表示装置11は、
各断層位置の断層画像90を表示する断層画像表示手段
として機能する。そして、閾濃度レベルKSは、各断層
位置の断層画像90を参照しつつ手動入力することがで
きる。例えば、プログラム201により実現される骨部
外形線情報生成手段には、図12に示すように、閾濃度
レベルKSを多段階又は無段階に可変入力設定する閾濃
度レベル入力手段99と、その可変入力される閾濃度レ
ベルKSに応じて断層画像表示手段(表示装置)11に
対し、抽出される骨部画像領域85を他の画像領域と識
別可能に可変出力させる骨部画像領域表示制御手とを、
機能付与することができる。
Hereinafter, a specific method of setting the threshold density level KS will be described. For example, the display device 11 of FIG.
It functions as tomographic image display means for displaying a tomographic image 90 at each tomographic position. The threshold density level KS can be manually input while referring to the tomographic image 90 at each tomographic position. For example, as shown in FIG. 12, the bone outline information generating means realized by the program 201 includes a threshold density level input means 99 for variably or steplessly setting the threshold density level KS, and a variable A bone image region display control means for variably outputting the extracted bone image region 85 to the tomographic image display means (display device) 11 in accordance with the input threshold density level KS so as to be distinguishable from other image regions; To
Functions can be added.

【0044】図12(a)に示すように、表示装置11
の画面上に表示される断層画像には、画素濃度レベルが
前述の輝度K0以上である骨部推定画像領域100が表
れている。そして、その画面上には閾濃度レベル入力手
段としての閾濃度レベル入力バー99が形成されてい
る。これは、ポインタPをバーの長さ方向にマウスドラ
ッグ等によりスライド移動させることにより、設定閾濃
度レベルKSを無段階連続的に(あるいは有限複数段階
により断続的に)変化させることができるようになって
いる。そして、表示装置11の画面上では、設定された
閾濃度レベルKSを二値化閾値として、それよりも輝度
の大きい画素が、残余の画素に対して識別可能な出力状
態(例えば赤等の特定の色彩)に設定され、骨部領域8
5として表示される。そして、その骨部領域85の外縁
位置を与える画素の列が、骨部外形線103を形成す
る。すなわち、骨部外形線情報は、上記のような二値化
により形成される骨部領域85の外縁点の集合からなる
点群データとして与えられることとなる。
As shown in FIG. 12A, the display device 11
In the tomographic image displayed on the screen, a bone portion estimation image region 100 having a pixel density level equal to or higher than the above-described luminance K0 appears. A threshold density level input bar 99 as threshold density level input means is formed on the screen. This is so that the set threshold density level KS can be changed steplessly continuously (or intermittently by a finite number of steps) by sliding the pointer P in the bar length direction by mouse dragging or the like. Has become. Then, on the screen of the display device 11, the set threshold density level KS is used as a binarization threshold, and pixels having a higher luminance than the remaining pixels are output in a state that can be identified with respect to the remaining pixels (for example, identification of red or the like). Color) and the bone region 8
Displayed as 5. The row of pixels that gives the outer edge position of the bone region 85 forms the bone outline 103. That is, the bone outline information is given as point group data including a set of outer edge points of the bone region 85 formed by the above-described binarization.

【0045】そして、閾濃度レベル入力バー99の操作
により閾濃度レベルKSを設定変更すると、図12
(b)により、変更後の閾濃度レベルKSにより再度二
値化処理が行われ、骨部領域85の表示状態が画面上で
リアルタイムにて変更される。オペレータは、閾濃度レ
ベル入力バー99を操作して、骨部領域85の表示状態
の変化を観察しつつ、例えば他のスライスにて確定した
骨部領域85の幅と、スライスの位置等を考慮して、最
適と思われる設定閾濃度レベルKSを選択する。これに
より、最終的な骨部領域85及び骨部外形線103の点
群データが確定・記憶される。
When the setting of the threshold density level KS is changed by operating the threshold density level input bar 99, FIG.
By (b), the binarization process is performed again with the changed threshold density level KS, and the display state of the bone region 85 is changed on the screen in real time. The operator operates the threshold density level input bar 99 and observes a change in the display state of the bone region 85, and considers, for example, the width of the bone region 85 determined in another slice and the position of the slice. Then, the set threshold density level KS which is considered to be optimal is selected. Thereby, the final point group data of the bone region 85 and the bone outline 103 is determined and stored.

【0046】一方、上記の骨部外形線情報生成手段は、
図13に示すように、各断層位置毎の個別の閾濃度レベ
ルKSの記憶値105と、各断層位置毎の閾濃度レベル
値を演算するための演算プログラム105’との少なく
ともいずれかを、閾濃度レベル生成源として記憶した閾
濃度レベル生成源記憶手段と、着目している断層位置に
対応する閾濃度レベル値を、閾濃度レベル生成源に基づ
いて決定する閾濃度レベル値決定手段とを備えるものと
して構成することもできる。この場合、その決定された
閾濃度レベル値に対応する画素位置を、骨部外形線10
3の位置として定めるようにする。図13(c)に示す
ように、スライス(断層位置)毎の閾濃度レベル値KS
(=KS1、KS2‥‥)の値をメモリ105に記憶してお
き、着目しているスライスの閾濃度レベル値KSを適宜
読み出して決定することができる。また、断層位置毎の
閾濃度レベル値を演算するために、断層位置(スライス
No.)と閾濃度レベル値KSとの関係を関数式10
5’の形で記憶しておき、これを用いて閾濃度レベル値
KSを決めることもできる。
On the other hand, the bone outline information generating means described above
As shown in FIG. 13, at least one of the storage value 105 of the individual threshold density level KS for each tomographic position and the arithmetic program 105 ′ for calculating the threshold density level value for each tomographic position is determined by the threshold. A threshold density level generation source storage means stored as a density level generation source; and a threshold density level value determination means for determining a threshold density level value corresponding to a tomographic position of interest based on the threshold density level generation source. It can also be configured as one. In this case, the pixel position corresponding to the determined threshold density level value is defined by the bone outline 10
3 position. As shown in FIG. 13C, the threshold density level value KS for each slice (tomographic position)
(= KS1, KS2 ‥‥) can be stored in the memory 105, and the threshold density level value KS of the slice of interest can be read and determined as appropriate. Further, in order to calculate the threshold density level value for each tomographic position, the relationship between the tomographic position (slice No.) and the threshold density level value KS is represented by a function expression 10.
It is also possible to store in the form of 5 'and use this to determine the threshold density level value KS.

【0047】なお、KSの値を直接記憶していなくと
も、最終的には骨部外形線103の位置が決まればよい
のであるから、閾濃度レベル値KSを反映した情報とし
て、以下のような情報を利用する方法もある。すなわ
ち、図13(b)に示すように、1層目(スライスN
o.1)と5層目(スライスNo.5)とでは、骨部幅
にそれほど大きな差がないにも拘わらず、前述の理由に
よりそれらの基準濃度レベル領域幅W1,W5には、W1
>W5なる関係が生ずる。例えば、基準濃度レベル領域
Wにある係数αを乗ずることにより、これを骨部幅に変
換できると考えれば、そのαの値を各断層位置毎に求め
ておくことで、これを閾濃度レベル値KSを反映した情
報として使用することが可能となる。この場合、スライ
ス(断層位置)毎のαの値をメモリ104に記憶してお
き、適宜読み出して使用すればよい。
Even if the value of KS is not directly stored, it is sufficient that the position of the bone outline 103 is finally determined. There are also ways to use the information. That is, as shown in FIG. 13B, the first layer (slice N
o. Although there is not much difference in the bone width between the first layer and the fifth layer (slice No. 5), the reference density level region widths W1 and W5 include W1 for the above-described reason.
> W5. For example, by multiplying the reference density level area W by a coefficient α, it can be converted to a bone width. If the value of α is obtained for each tomographic position, this is calculated as a threshold density level value. It can be used as information reflecting KS. In this case, the value of α for each slice (tomographic position) may be stored in the memory 104 and read out and used as appropriate.

【0048】骨部領域85は、以上説明した通り、閾濃
度レベルKSの設定による二値化処理により自動抽出す
ることができる。しかしながら、こうして抽出される領
域の全てを骨部領域85として利用できるわけではな
く、例えば頭蓋骨部に本来属さない部分や、ノイズ等の
影響により表れた高輝度領域は、当然に除外しなければ
ならないし、逆に骨部に属さないことが明らかな部分で
も、正確な三次元形状データの作成のために敢えて頭蓋
骨部に組み入れた方がよい場合もある。このような処理
に好都合な機能も、骨部データ抽出プログラム201に
より実現される。すなわち、ここでは、CPU3が主体
となるコンピュータ50を、以下の各手段として機能さ
せることとなる。 骨部領域抽出手段:互いに異なる複数の断層位置にて
撮影された断層画像90のそれぞれにおいて、予め定め
られた濃度レベルの画素領域を、骨部候補領域108と
して抽出する。 領域選択手段:骨部候補領域108のうち、最終的に
骨部領域として使用するもの(確定骨部領域)93,1
10を選択する。 骨部外形線情報生成手段:確定骨部領域93,110
に基づいて、最終的に骨部として定めるべき領域の外形
線情報である骨部外形線情報103を生成する。
As described above, the bone region 85 can be automatically extracted by the binarization process by setting the threshold density level KS. However, not all of the regions extracted in this way can be used as the bone region 85. For example, a portion that does not originally belong to the skull or a high-luminance region caused by the influence of noise or the like must be excluded. On the contrary, there is a case where it is better to dare to incorporate even a part clearly not belonging to the bone part into the skull part in order to create accurate three-dimensional shape data. A function convenient for such processing is also realized by the bone part data extraction program 201. That is, here, the computer 50 mainly constituted by the CPU 3 functions as the following units. Bone region extracting means: In each of the tomographic images 90 taken at a plurality of different tomographic positions, a pixel region having a predetermined density level is extracted as a bone candidate region 108. Region selecting means: one of the bone candidate regions 108 which is finally used as a bone region (determined bone region) 93, 1
Select 10. Bone outline information generation means: fixed bone regions 93 and 110
, The bone outline information 103, which is the outline information of the area to be finally determined as the bone, is generated.

【0049】骨部が頭蓋骨である場合、骨部候補領域1
08の抽出は、以下のようにして行うことができる。す
なわち、図14(a)に示すように、多階調原イメージ
データをある閾濃度レベル(ここでは、前述の閾濃度レ
ベルKS)により二値ビットマップイメージデータに変
換する。そして、図16(a)に示すように、ビットマ
ップデータを所定の方向(例えばx方向)に走査し、
「1」ビットの途切れが一定数(例えば3ビット)以上
生じたか否かにより、同一の骨部領域であるか別の骨部
領域であるかを判別しながら、各ビットにラベリング符
号(本実施例では、1、2‥‥等の数字で表している)
を施してゆく。なお、走査2列目以降は、「0」ビット
の検出状態から「1」ビットの検出に転じた時に、その
「1」ビットを取り囲む例えば8つのビットのラベリン
グ状態を判別し、既に認識済のビットのラベリング符号
が検出されれば、これと同一のラベリング符号を施し、
何も検出されなければ新たなラベリング符号を施すよう
にする。そして、異なるラベリング符号が付されたビッ
トの集合同士は、異なる骨部領域として識別するのであ
る。図15は、このようなラベリング処理により、異な
る骨部領域を互いに異なる色彩で出力した例である(左
側が多階調原イメージ、右側がラベリングにより骨部領
域を色分け出力したイメージである)。
When the bone is a skull, the bone candidate area 1
08 can be extracted as follows. That is, as shown in FIG. 14A, the multi-tone original image data is converted into binary bitmap image data at a certain threshold density level (here, the aforementioned threshold density level KS). Then, as shown in FIG. 16A, the bitmap data is scanned in a predetermined direction (for example, the x direction),
Depending on whether or not a break of “1” bits occurs for a certain number (for example, 3 bits) or more, each bit is labeled with a labeling code (this embodiment) while determining whether it is the same bone region or another bone region. In the example, it is represented by a number such as 1, 2 ‥‥)
Will be applied. In the second and subsequent scan rows, when the detection state of the “0” bit is changed to the detection of the “1” bit, the labeling state of, for example, eight bits surrounding the “1” bit is determined, and the already recognized state is determined. If a bit labeling code is detected, the same labeling code is applied.
If nothing is detected, a new labeling code is applied. Then, sets of bits with different labeling codes are identified as different bone regions. FIG. 15 shows an example in which different bone regions are output in different colors by such labeling processing (the left side is a multi-tone original image, and the right side is an image in which the bone region is color-coded and output by labeling).

【0050】さて、前記の領域選択手段は、図17に示
すように、抽出された骨部候補領域108のうち少なく
とも面積最大のものである最大候補領域93を確定骨部
領域として採用することとなる。一方、図16(b)に
示すように、予め定められた許容下限面積S0以下のも
のは少なくとも、確定骨部領域としては採用しないよう
にする。これにより、ノイズ等により表れた小さな骨部
領域は全て除外され、その影響を受けずに済むようにな
る。
Now, as shown in FIG. 17, the region selecting means adopts at least the largest candidate region 93 having the largest area among the extracted bone candidate regions 108 as the determined bone region. Become. On the other hand, as shown in FIG. 16 (b), a region having a predetermined allowable lower limit area S0 or less is not adopted at least as a definite bone region. As a result, all the small bone regions appearing due to noise or the like are excluded, and the influence of the influence is eliminated.

【0051】次に、頭蓋骨の欠損部を埋める補填用人工
骨の場合、主に問題となるのは、頭部外観に表れる外面
形状のみであるから、確定骨部領域のうち、人体外面側
に臨む外形線のみを用いて、前述の骨部外形線情報を生
成するようにすれば、全体として骨部外形線情報のデー
タ量を減ずることができる。
Next, in the case of a prosthetic bone for filling a defective part of the skull, the main problem is only the outer surface shape that appears in the appearance of the head. If the above-described bone outline information is generated using only the outlines that are facing, the data amount of the bone outline information can be reduced as a whole.

【0052】この場合、確定骨部領域の外形線の一部を
使用して、本来確定骨部領域の存在しない領域に、骨部
外形線の一部として組み入れられる推定外形線112を
補間形成する機能(推定外形線補間手段)を付与してお
くとよい。該機能は、具体的には、眼窩、口孔、鼻孔な
ど、欠損部とは別に頭蓋骨が本来的に備えているべき開
口部を閉塞する形で推定外形線を補間形成するものとす
ることができる(以下、これを「穴埋め処理」とい
う)。このような穴埋め処理により、後の三次元形状デ
ータの作成処理において、このような開口部を欠損部と
見誤って混乱してしまう不具合を回避し、作成効率を上
げることができる。また、上下のスライスの骨部外形線
データから欠損部の骨部形状を復元する処理である、形
状補間を行う場合は、開口部が存在しては補間精度を確
保できない場合もあり、これを予め閉塞しておくことに
より補間精度の向上に寄与できる場合もある。
In this case, by using a part of the outline of the defined bone region, an estimated outline 112 to be incorporated as a part of the bone outline is interpolated and formed in a region where the defined bone region does not exist. It is preferable to add a function (estimated contour line interpolation means). Specifically, the function is to interpolate and form an estimated outline in such a manner that the opening that the skull should originally have besides the defect, such as the orbit, mouth, and nostrils, is closed. (Hereinafter, this is referred to as “hole filling processing”). With such a filling process, it is possible to avoid such a problem that the opening is mistakenly confused with a missing portion in the subsequent three-dimensional shape data creating process, thereby increasing the creating efficiency. In addition, when performing shape interpolation, which is a process of restoring the bone shape of the defective part from the bone outline data of the upper and lower slices, interpolation accuracy may not be ensured in the presence of an opening in some cases. In some cases, closing in advance can contribute to an improvement in interpolation accuracy.

【0053】また、最大候補領域以外の骨部候補領域の
うち、特定の一部のものを選択候補領域として選択し、
その選択候補領域を最大候補領域に組み入れる形で確定
骨部領域を決定するようにすることで、欠損部補間の精
度をさらに向上できる。具体例を以下に説明する。すな
わち、図17は、図9(a)に示す眼窩及び鼻を通る断
層位置での骨部抽出画像であるが、開口部としての眼窩
111に隣接して位置する鼻骨部位110を選択候補領
域として選択している。そして、確定骨部領域は、その
鼻骨部位110と、眼窩111を挟んで鼻骨部位110
と反対側に位置する目尻側の頭蓋骨部位(目尻部位)1
11aとの外形線を利用して、眼窩111を塞ぐ補間曲
線112を生成している。図18に示すように、穴埋め
処理は、補間曲線112は、鼻骨部位110と目尻部位
111aの外形線(図12の骨部外形線103)上に、
マウス13の操作により、制御点115を打ち、公知の
自由曲線生成ツール(スプライン曲線等)により補間曲
線112を回帰的に発生させることにより行う。鼻骨部
位110を確定骨部領域に組み入れることで、頭蓋骨輪
郭の前後方向の寸法がより正確な寸法を反映したものと
なるから、結果的にその頭蓋骨輪郭(骨部外形線)を用
いた欠損部の補間精度をさらに向上することができる。
A specific part of the bone candidate regions other than the maximum candidate region is selected as a selection candidate region.
By determining the confirmed bone region by incorporating the selected candidate region into the maximum candidate region, the accuracy of the missing part interpolation can be further improved. A specific example will be described below. That is, FIG. 17 is a bone extraction image at a tomographic position passing through the orbit and the nose shown in FIG. 9A, and the nasal bone part 110 located adjacent to the orbit 111 as an opening is selected as a selection candidate area. You have selected. The determined bone region is divided into the nasal region 110 and the nasal region 110 with the orbit 111 interposed therebetween.
Of the skull on the outer corner of the eye (opposite corner of the eye)
An interpolation curve 112 that blocks the eye socket 111 is generated using the outline of the eye 11a. As shown in FIG. 18, in the filling processing, the interpolation curve 112 is obtained by setting the interpolation curve 112 on the outline (the bone outline 103 in FIG. 12) of the nasal region 110 and the outer corner 111 a.
The operation is performed by hitting the control point 115 by operating the mouse 13 and recursively generating the interpolation curve 112 by using a known free curve generation tool (such as a spline curve). By incorporating the nasal bone region 110 into the defined bone region, the longitudinal dimension of the skull contour reflects a more accurate dimension, and consequently, a defect using the skull contour (bone outline). Can be further improved.

【0054】なお、より精度の高い方式として、図19
に示すように、推定外形線補間手段を、以下のような手
段を有するものとして機能実現させることができる。 サーチ円設定手段:鼻骨部位110の外形線と、目尻
部位111aの外形線とに対し、それら外形線からの幾
何学的な変位が最小となる所定半径のサーチ円117を
設定する。 補間基準部分抽出手段:そのサーチ円117に対し、
距離が所定の基準値未満となる外形線部分(マッチング
部)を補間基準部分として抽出する。 曲線制御点設定手段:抽出された補間基準部分上に補
間曲線形成のための複数の曲線制御点115を設定す
る。 補間曲線生成手段:それら曲線制御点を用いて補間曲
線を生成する。
As a more accurate method, FIG.
As shown in (5), the estimated contour interpolation means can be realized as a function having the following means. Search circle setting means: With respect to the outline of the nose bone region 110 and the outline of the outer corner of the eye 111a, a search circle 117 having a predetermined radius that minimizes the geometric displacement from the outline is set. Interpolation reference part extraction means: For the search circle 117,
An outline part (matching part) whose distance is less than a predetermined reference value is extracted as an interpolation reference part. Curve control point setting means: sets a plurality of curve control points 115 for forming an interpolation curve on the extracted interpolation reference portion. Interpolated curve generation means: Generates an interpolated curve using these curve control points.

【0055】本発明者は、頭部の輪切り断面において眼
窩部分を横切る断面外形が、多くの個体において、鼻骨
部位を含め概ね円弧近似できることを経験的に見い出し
た。そして、上記のようにこれをサーチ円117により
近似して、そのマッチング部のみを補間基準部分として
使用することにより、特に眼窩部分を埋める補間曲線の
精度を高めることが可能となり、ひいてはその補間曲線
を、欠損部の三次元形状データを生成する際の、基準形
状の一部として好適に使用することができる。
The present inventor has empirically found that the cross-sectional profile of the cross section of the head crossing the orbital portion can be approximated to a substantially circular arc including the nose bone portion in many individuals. Then, as described above, this is approximated by the search circle 117, and only the matching portion is used as the interpolation reference portion, thereby making it possible to increase the accuracy of the interpolation curve particularly filling the orbital portion. Can be suitably used as a part of the reference shape when generating the three-dimensional shape data of the defective portion.

【0056】サーチ円117の中心Oは、確定頭蓋骨部
領域の外形線に対する、一定形状の外接図形のうち、最
小のものの幾何学的重心位置として定めることができ
る。外接図形の形状は、図20に示すように、外接長方
形120を採用することが処理的に最も簡単で、しかも
中心の決定精度も高いことから、本発明に好適に採用で
きる。ただし、外接図形は長方形に限られるものではな
く、楕円等、他の図形を採用しても構わない。また、外
接図形を利用せず、例えば頭部中心付近に位置してい
て、しかも骨部と類似した吸収係数を有する生体組織、
例えば松果体をサーチ円の中心位置として参照するよう
にしてもよい。
The center O of the search circle 117 can be determined as the geometric center of gravity of the smallest circumscribed figure of a fixed shape with respect to the outline of the determined skull region. As shown in FIG. 20, the shape of the circumscribed figure, as shown in FIG. 20, is simplest in terms of processing and the accuracy of determining the center is high, so that it can be suitably used in the present invention. However, the circumscribed figure is not limited to a rectangle, and another figure such as an ellipse may be adopted. Also, without using a circumscribed figure, for example, a biological tissue that is located near the center of the head and has an absorption coefficient similar to that of a bone,
For example, the pineal gland may be referred to as the center position of the search circle.

【0057】さて、以上詳述した骨部データ抽出プログ
ラム201の処理の流れの一例を、図10のフローチャ
ートに示している。S1〜S4は、原イメージデータ
(デジタル濃淡画像データ)としてX線CT装置等から
直接取得したデータを利用するか、フィルム等に一旦ハ
ードコピー化されたものをイメージスキャナにより取り
込んでデータ取得するかを決める部分である。そして、
S7で各スライスの原イメージデータを読み込み、S8
で閾濃度レベルKSの設定により骨部外形線103を抽
出する。そして、S9でラベリングにより骨部候補領域
108を抽出し、さらに確定骨部領域を決定する。ま
た、眼窩などの穴埋めが必要なスライスでは、前記した
穴埋め処理を行う(S10)。こうして、そのスライス
の骨部外形線の最終形状が確定され、骨部抽出二値デー
タとして設計データ記憶部207(図2)に保存され
る。そして、各スライスに対する上記処理を逐次行い、
全スライスの処理が終われば終了となる(S6、S1
3、S14)。
An example of the processing flow of the bone data extraction program 201 described in detail above is shown in the flowchart of FIG. In steps S1 to S4, data obtained directly from an X-ray CT apparatus or the like is used as original image data (digital grayscale image data), or data once hard-copyed on a film or the like is captured by an image scanner to obtain data. It is the part that decides. And
In S7, the original image data of each slice is read, and in S8
Then, the bone outline 103 is extracted by setting the threshold density level KS. Then, in step S9, the bone candidate region 108 is extracted by labeling, and the determined bone region is further determined. In a slice such as the orbit that requires filling, the above filling processing is performed (S10). In this way, the final shape of the bone outline of the slice is determined and stored in the design data storage unit 207 (FIG. 2) as bone extraction binary data. Then, the above processing for each slice is sequentially performed,
When the processing for all slices is completed, the processing ends (S6, S1).
3, S14).

【0058】以上で骨部外形線情報の生成処理が終わ
り、続いて骨部外形線三次元合成処理に移る。これは、
図2の骨部外形線三次元合成プログラム202により行
われ、その処理の流れを図21に示している。S30〜
S31では、上記作成された各スライスの骨部外形線デ
ータ(前述の通り、所定間隔で配列する点群データであ
る)を読み出すとともに、欠損部がある場合には、その
欠損部により中断される骨部外形線の端点座標を確定し
(S33)、データ保存する。
Thus, the process of generating the bone outline information is completed, and the process then proceeds to the bone outline three-dimensional synthesis processing. this is,
This is performed by the bone outline three-dimensional synthesizing program 202 shown in FIG. 2, and the flow of the processing is shown in FIG. S30 ~
In S31, the bone outline data (the point group data arranged at a predetermined interval as described above) of each slice is read out, and if there is a missing portion, the process is interrupted by the missing portion. The end point coordinates of the bone outline are determined (S33), and the data is stored.

【0059】さて、以下の処理においては、骨部外形線
三次元合成プログラム202は、前記した骨部データ抽
出プログラム201とともに、CPU3が主体となるコ
ンピュータ50を、以下の各手段として機能させる。 骨部領域抽出手段:互いに異なる複数の断層位置にて
撮影された断層画像SCのそれぞれにおいて、骨部領域
85を抽出する。 骨部外形線情報生成手段:その抽出された骨部領域8
5に基づいて、最終的に骨部として定めるべき領域の外
形線情報である骨部外形線情報を生成する。 欠損部推定外形線情報生成手段:欠損部400(図2
3等)が関与する骨部外形線125に対し、その骨部外
形線125の形状情報に基づいて、欠損部400の推定
外形線情報である欠損部推定外形線情報を生成する。 骨部外形線表示手段:骨部外形線情報と、欠損部推定
外形線情報とに基づいて、骨部外形線125を欠損部の
推定外形線129とともに表示する。 表示制御手段:骨部外形線表示手段に表示される骨部
外形線125と推定外形線129とが識別可能となるよ
うに、それら外形線の表示状態を互いに異ならせる。
In the following processing, the bone outline three-dimensional synthesizing program 202 causes the computer 50 mainly composed of the CPU 3 to function as the following units together with the bone outline data extraction program 201 described above. Bone region extracting means: Bone region 85 is extracted from each of tomographic images SC captured at a plurality of different tomographic positions. Bone outline information generating means: extracted bone region 8
5, bone outline information which is outline information of an area to be finally determined as a bone is generated. Means for generating missing outline estimated contour line information: missing part 400 (FIG. 2)
With respect to the bone outline 125 involving 3) and the like, based on the shape information of the bone outline 125, the estimated missing outline information that is the estimated outline information of the defective portion 400 is generated. Bone outline display means: The bone outline 125 is displayed together with the estimated outline 129 of the defect based on the bone outline information and the estimated defect outline information. Display control means: Display states of the bone outline 125 and the estimated outline 129 displayed on the bone outline display are made different from each other so that they can be identified.

【0060】より具体的には、骨部外形線情報と欠損部
推定外形線情報とに基づいて、各断層位置の骨部外形線
125と欠損部の推定外形線129とを同一画面上に合
成表示するとともに、骨部外形線125と欠損部の推定
外形線129とは、互いに異なる色彩及び/又は濃度に
て表示することができる。ただし、濃淡や実線/破線な
ど、色分け以外の方法にて識別可能とする表示態様も可
能である。
More specifically, the bone outline 125 of each tomographic position and the estimated outline 129 of the defect are synthesized on the same screen based on the bone outline information and the estimated defect outline information. In addition to the display, the bone outline 125 and the estimated outline 129 of the defective part can be displayed in different colors and / or densities. However, a display mode in which identification is possible by a method other than color coding, such as shading or a solid line / broken line, is also possible.

【0061】図21に戻り、具体的な処理の流れについ
てさらに説明する。まず、S36では、各スライスの骨
部外形線の点群データを読み出して、断層位置を参照し
てこれを三次元的に合成する。図22の121、12
3、124はその合成表示例である(図2の表示装置1
1の画面上にウィンドウ切替えによって表示する)。こ
こでは、頭蓋骨部領域のうち、人体外面側に臨む外形線
のみを用いて骨部外形線情報たる輪郭点群データが生成
されており、頭蓋骨を頭頂部側から見たときの平面投影
121と、頭蓋骨を顔側から見たときの正面投影123
と、頭蓋骨を耳側から見たときの側面投影124との3
種類の投影により、骨部外形線を点群データにより表示
している。これを見ることで、オペレータは頭蓋骨部の
三次元形状と、欠損部400の概略形状を大まかに把握
することができ、欠損部400を補填する人工骨の完成
予想形態を明確にイメージすることができる。
Returning to FIG. 21, a specific processing flow will be further described. First, in S36, point group data of the bone outline of each slice is read, and three-dimensionally synthesized with reference to the tomographic position. 121 and 12 in FIG.
Reference numerals 3 and 124 denote composite display examples (display device 1 in FIG. 2).
1 is displayed on the screen by switching windows). Here, in the skull region, contour point group data as bone outline information is generated using only the outline facing the human outer surface side, and a plane projection 121 when the skull is viewed from the top of the head. , Front projection 123 when the skull is viewed from the face side
And a side projection 124 when the skull is viewed from the ear side.
The bone outline is displayed by point cloud data by the type of projection. By looking at this, the operator can roughly grasp the three-dimensional shape of the skull and the schematic shape of the defect 400, and can clearly image the expected completion form of the artificial bone for filling the defect 400. it can.

【0062】図23は、平面投影121を拡大して示す
もので、各断層位置の骨部外形線が年輪状(あるいは等
高線状)に表れている。最も中央に位置するのが頭頂付
近の骨部外形線であり閉じた形状をなしているが、それ
よりも下層の骨部外形線は図面右側に途切れが生じ、端
点が形成されていることがわかる。これは、ここに頭蓋
骨の欠損部が形成されているためである。この平面投影
121の合成イメージは図24に示す通りである。ここ
では平面投影面はX−Y平面であり、各スライスの骨部
外形線125(端点は126である)の投影が、特定の
座標(X0,Y0)を位置合わせ基準点として合わせ込
まれる。なお、符号126は端点である。
FIG. 23 is an enlarged view of the planar projection 121, and the outline of the bone at each tomographic position appears in an annual ring shape (or contour line shape). The most central part is the outline of the bone near the top of the head, which has a closed shape.However, the outline of the lower bone is interrupted on the right side of the drawing, and the end point is formed Understand. This is because a skull defect is formed here. The composite image of the plane projection 121 is as shown in FIG. Here, the plane projection plane is the XY plane, and the projection of the bone outline 125 (the end point is 126) of each slice is adjusted using specific coordinates (X0, Y0) as an alignment reference point. Note that reference numeral 126 is an end point.

【0063】さて、こうして合成された各投影では、欠
損部推定外形線129は、平面投影ではこれを表示する
と、却って見辛くなるので、図25に示すように、正面
投影123と側面投影124との少なくともいずれか
(ここではそれらの両方)にのみ表示している。これら
両投影では、断層面と直交する投影面を使用するから、
各断層位置の骨部外形線125が平行水平線状に表れる
こととなる。このうち、正面投影123では、欠損部が
投影画像外縁部に位置するように投影される。そして、
欠損部推定外形線129の外縁位置は、欠損部が関与し
ない健常部の骨部外形線125の投影外縁部の形状に基
づいて推定形成されている。具体的には、健常部の骨部
外形線125の投影外縁部を、中心線(鏡映面)MOに
関して鏡映反転することにより形成されている。また正
面側に表れている端点126(欠損部が関与する骨部外
形線125の端点の情報である)が、欠損部推定外形線
の端点ともなるので、これも欠損部推定外形線情報を形
成していると見ることができる。他方、側面投影124
では、欠損部により中断された骨部外形線125の両端
点126,126が表れるから、これらを結べば欠損部
推定外形線129が簡単に得られる。この実施例では、
骨部外形線125を例えば青、欠損部推定外形線129
を例えば赤で表示している(以上、図21:S38、S
39)。
In each of the projections thus synthesized, the estimated outline 129 of the missing portion is rather hard to see when displayed in a planar projection. Therefore, as shown in FIG. At least one of them (here, both of them). Since both projections use a projection plane that is orthogonal to the tomographic plane,
The bone outline 125 at each tomographic position appears as a parallel horizontal line. Of these, in the front projection 123, the defective portion is projected so as to be located at the outer edge of the projected image. And
The outer edge position of the estimated deficient outline 129 is formed based on the shape of the projected outer edge of the bone outline 125 of the healthy part in which the deficient part is not involved. Specifically, it is formed by mirror-inverting the projected outer edge of the bone outline 125 of the healthy part with respect to the center line (mirror plane) MO. In addition, since the end point 126 appearing on the front side (information of the end point of the bone outline 125 in which the defective part is involved) is also the end point of the estimated outline of the defective part, this also forms the estimated outline of the defective part. You can see that you are. On the other hand, side projection 124
Then, since the end points 126 and 126 of the bone outline 125 interrupted by the defect appear, the estimated outline 129 of the defect can be easily obtained by connecting these points. In this example,
The bone outline 125 is, for example, blue, and the estimated defect outline 129.
Are displayed, for example, in red (FIG. 21: S38, S
39).

【0064】上記のような投影を参照することにより、
欠損部の大まかな三次元形状を直感的に把握することが
できるほか、空間中の曲線姿勢を錯覚等により見誤る不
具合も低減されるので、オペレータにとってはより混乱
なく作業に没頭できる利点が生ずる。これは、わかりや
すくいえば、図26に示すように、骨部外形線125の
三次元的な位置関係が、ちょうど地球の緯線のように縦
方向に中心がずれた環としてあらわれるため、ともすれ
ば画面上にて環の手前側と後方側との前後関係を見誤る
結果、頭蓋骨の立体形状を(b)のように上側(A方
向)から俯瞰視しているのか、(c)のように下側(B
方向)から仰視しているのかを錯覚することがよくあ
る。しかしながら、図25のような投影を予め参照し
て、欠損部の該略形状と、その頭蓋骨部との位置関係と
をイメージとして焼き付けておくことで、このような錯
覚を効果的に回避することができるのである。
By referring to the projection as described above,
In addition to being able to intuitively grasp the rough three-dimensional shape of the defective portion and reducing the possibility of mistaking a curved posture in the space due to an illusion or the like, there is an advantage that the operator can immerse himself in the work without confusion. . This is because, as shown in FIG. 26, the three-dimensional positional relationship of the bone outline 125 appears as a ring whose center is shifted in the vertical direction just like the latitude line of the earth, as shown in FIG. For example, as a result of erroneously recognizing the front-rear relationship between the near side and the rear side of the ring on the screen, whether the skull is viewed from above (A direction) as shown in FIG. To the lower side (B
It is often an illusion that you are looking up from direction. However, by referring to the projection as shown in FIG. 25 in advance and printing the approximate shape of the defective part and the positional relationship with the skull as an image, it is possible to effectively avoid such an illusion. You can do it.

【0065】なお、図27に示すように、正面投影及び
側面投影の少なくともいずれか(ここでは、正面投影1
23)において、各断層位置に対応する骨部外形線投影
125の、欠損部が存在しない側の外縁位置130の配
列にスムージング補正が施されるように、各骨部外形線
の合成投影位置を調整する機能(骨部外形線投影位置調
整手段)を付加することもできる。上記の骨部外形線の
三次元合成データは、後の欠損部三次元形状データの作
成の基礎として使用するため、各骨部外形線125を合
成する際の位置決め精度が、作成される三次元形状デー
タの作成精度にも直接影響することとなる。そして、上
記の機能によれば、骨部外形線125を合成する際に、
一部の骨部外形線125が突発的な要因により、他の骨
部外形線125の配列傾向から極端にずれてしまった場
合に、これをスムージング補正により解消することがで
き、ひいては三次元形状データの作成精度を一層高める
ことができる。
As shown in FIG. 27, at least one of front projection and side projection (here, front projection 1
In 23), the composite projection position of each bone outline is determined so that smoothing correction is performed on the arrangement of the outer edge positions 130 of the bone outline projection 125 corresponding to each tomographic position on the side where no defect exists. An adjustment function (bone outline projection position adjustment means) can also be added. Since the three-dimensional combined data of the bone outlines described above is used as a basis for later generation of the three-dimensional shape data of the defective part, the positioning accuracy when synthesizing each bone outline 125 is determined by the three-dimensional data to be created. This has a direct effect on the accuracy of shape data creation. According to the above function, when synthesizing the bone outline 125,
When some of the bone outlines 125 are extremely deviated from the arrangement tendency of the other bone outlines 125 due to a sudden factor, this can be resolved by smoothing correction, and thus the three-dimensional shape The accuracy of data creation can be further improved.

【0066】上記のような問題は、画像ハードコピーと
して、図29に示すように、人体断層画像90とともに
位置決め用目印画像(以下、単に目印画像ともいう)1
32aが形成された撮影フィルム80が使用され、その
目印画像132aを頼りに各スライスの骨部外形線を合
成する場合に生じやすい。図29の例では、L字状の目
印画像(ターゲットマーク)132aと寸法スケール1
31aとがフィルム80上に形成されている。これらの
目印画像132a及びスケール131aは、撮影時の患
者の位置を固定とすることで、どのスライスについても
患者、すなわち人体断層画像90との相対的な位置関係
が、本来、全て同じとなるように形成されるものであ
る。そして、画像をイメージスキャナにより取り込んだ
後、その画像のZ軸方向(スライスの配列方向)の座標
はスライスの番号から特定され、他方、X軸方向及びY
軸方向の座標は、目印画像132a上の特定位置、ここ
では図30(b)に示すように、L字を構成する2本の
直線部分の交差部分の外側頂点を位置合わせ基準点とし
て、これを例えば原点(X0,Y0)として定めることに
より特定される。
The above-mentioned problem is caused by a positioning mark image (hereinafter also simply referred to as a mark image) 1 together with a human body tomographic image 90 as an image hard copy as shown in FIG.
This is likely to occur when the photographing film 80 on which the 32a is formed is used, and the bone outline of each slice is synthesized based on the mark image 132a. In the example of FIG. 29, an L-shaped mark image (target mark) 132a and a dimensional scale 1
31a are formed on the film 80. By fixing the position of the patient at the time of imaging, the mark image 132a and the scale 131a are such that the relative positional relationship with the patient, that is, the human tomographic image 90 is essentially the same for any slice. It is formed in. After the image is captured by the image scanner, the coordinates of the image in the Z-axis direction (slice arrangement direction) are specified from the slice number, while the X-axis direction and Y
The coordinates in the axial direction are determined by using a specific position on the mark image 132a, in this case, as shown in FIG. 30B, the outer vertex of the intersection of the two straight lines forming the L-shape as a positioning reference point. Is defined as the origin (X0, Y0), for example.

【0067】ところで、図29に示すように、目印画像
132aは通常、断層画像90の邪魔にならないよう
に、フィルム80の外縁部に形成される。問題は、実は
ここで発生する。すなわち、図11(b)に示すよう
に、CT装置のモニタ上に表示され断層画像を写真撮影
する際に、先にも述べた通りフィルム外側部分ほど映像
が拡がってぼけやすく、図30(a)に示すように、目
印画像132aも、そのぼけの影響を受けたり、あるい
はモニタの明るさや露光条件のばらつき等により、L字
が太くなったり、あるいは細くなったりするなど、微妙
に形が変わることがある。その結果、図30(b)に示
すように、位置合わせ基準点の位置に重ね誤差が生ずる
場合がある。さらに、別の要因としては、撮影時に患者
が動いたり、あるいは図30(c)に示すように、イメ
ージスキャナによる取込みの際に、フィルム80を回転
させてスキャナにセットした場合に、目印画像132a
に回転位置ずれが生ずることもある。
As shown in FIG. 29, the mark image 132a is usually formed on the outer edge of the film 80 so as not to interfere with the tomographic image 90. The problem actually occurs here. That is, as shown in FIG. 11B, when taking a photograph of a tomographic image displayed on the monitor of the CT apparatus, as described above, the image is more likely to be blurred out of the outer portion of the film, as shown in FIG. As shown in ()), the landmark image 132a also slightly changes its shape, such as being affected by blurring, or the L-shape becoming thicker or thinner due to variations in monitor brightness and exposure conditions. Sometimes. As a result, as shown in FIG. 30B, an overlay error may occur at the position of the alignment reference point. Another factor is that the patient moves when photographing, or as shown in FIG. 30C, when the film 80 is rotated and set in the scanner during capture by an image scanner, the landmark image 132a
In some cases, a rotational position shift may occur.

【0068】上記のような位置ずれがどの程度生じてい
るかは、図30(a)に示すように、イメージスキャナ
により取り込まれた、各断層位置の位置決め用目印画像
132a付きの人体断層画像90を重ね合成して、図2
8に示すような重ねイメージ122を表示することによ
り、比較的簡単に確認することができる(重ねイメージ
画像表示手段)。図22では、この重ねイメージ122
を、先に説明した平面投影121、正面投影123及び
側面投影124とともに表示している。図28では、位
置ずれした目印画像132a及びスケール131が重ね
合わされて、かなり太っていることがわかる。この場
合、重ねイメージ画像122に現われた位置決め用目印
画像132aの状態に応じて、骨部外形線投影位置調整
手段による投影位置調整処理(スムージング補正)を行
うか否かを選択するように、処理を行うことができる
(調整選択手段)。選択は、キーボードからのコマンド
入力や、画面上のソフトボタンクリック等により行うこ
とができる(以上、図21:S40〜S44)。
As shown in FIG. 30A, the extent to which the above-described positional deviation has occurred can be determined by comparing the human body tomographic image 90 with the mark image 132a for positioning each tomographic position captured by the image scanner. Fig. 2
By displaying the superimposed image 122 as shown in FIG. 8, it is possible to relatively easily confirm (overlap image image display means). In FIG. 22, this superimposed image 122
Are displayed together with the planar projection 121, the front projection 123, and the side projection 124 described above. In FIG. 28, it can be seen that the mark image 132a and the scale 131, which are displaced from each other, are superimposed and considerably thick. In this case, processing is performed so as to select whether or not to perform the projection position adjustment processing (smoothing correction) by the bone outline projection position adjustment means according to the state of the positioning mark image 132a appearing in the superimposed image image 122. (Adjustment selecting means). The selection can be made by inputting a command from the keyboard, clicking a soft button on the screen, or the like (FIG. 21: S40 to S44).

【0069】図27は、スムージング補正処理の一例を
示している。(a)では、複数本の骨部外形線125の
外縁位置130が、頭蓋骨の外形形状を反映して、外側
に凸となる曲線状に配列している。しかしながら、その
うちの1本125xが、その傾向から逸脱して外側に突
出している。そこで、(a)〜(e)に示すように、骨
部外形線125の配列に沿って片側(ここでは上側)か
ら、3本一組の移動平均化処理を行う。すなわち、3本
の骨部外形線125の中央の骨部外形線125の外縁位
置130が、両側2本の外縁位置130を結んだ直線上
に位置するように、その中央の骨部外形線125を移動
させる。この処理を、(c)→(d)→(e)のよう
に、骨部外形線125の配列上にて1本ずつ位置をずら
せながら繰返し行う。(e)の状態を見ればわかる通
り、骨部外形線125の異常突出状態がスムージングに
より解消され、しかも、各骨部外形線125の外縁位置
130の配列傾向も、おおむね保存されていることがわ
かる。
FIG. 27 shows an example of the smoothing correction processing. In (a), the outer edge positions 130 of the plurality of bone outlines 125 are arranged in a curved shape protruding outward reflecting the outer shape of the skull. However, one of them 125x protrudes outward, deviating from the tendency. Therefore, as shown in (a) to (e), a set of three moving averaging processes is performed from one side (here, the upper side) along the arrangement of the bone outlines 125. That is, the central bone outline 125 at the center of the three bone outlines 125 is located on a straight line connecting the two outer edges 130 on both sides. To move. This processing is repeated while shifting the positions one by one on the arrangement of the bone outlines 125 as shown in (c) → (d) → (e). As can be seen from the state (e), the abnormal protruding state of the bone outlines 125 is eliminated by smoothing, and the arrangement tendency of the outer edge position 130 of each bone outline 125 is also substantially preserved. Understand.

【0070】以上のようにして作成された骨部外形線三
次元合成データ(骨部外形線情報)は、図6に示すよう
に、設計データの一部として記憶・保存される。
The bone outline three-dimensional composite data (bone outline information) created as described above is stored and saved as a part of the design data as shown in FIG.

【0071】骨部外形線三次元合成処理が終われば、そ
の輪郭点群データを用いた三次元形状データ作成処理に
移る。これは、CPU3が主体となるコンピュータ50
を三次元形状データ生成手段として機能させる、三次元
形状データ作成プログラム203(図2)により行われ
る。この処理では、既に作成されている各スライスの骨
部外形線三次元合成データ(図6)を読み出し、これを
X−Y−Zの三次元座標により、表示装置11(図2)
に表示する。その表示形態としては、例えば図35等の
ような正面投影(ここでは、上方からの俯瞰形態で表し
ている)のもの、図36のように側面投影のもの、さら
には図41のように平面投影のものなど、必要に応じて
各種切替可能とされている。なお、図35等の正面俯瞰
投影では、環状に表れる骨部外形線(骨部輪郭線)12
5の前方側部分と後方側部分との前後関係を錯覚しない
ように、互いに異なる表示色にて表示されている。ここ
では、前方側を表示する第一色が黄色であり、後方側を
表示する第二色が赤色である。ただし、濃淡や実線/破
線など、色分け以外の方法にて識別可能とする態様も可
能である。そして、図36等の側面投影では、各骨部外
形線125の投影が、正面投影に対応する形態にて色分
けがなされている。
When the three-dimensional synthesizing process of the bone outline is completed, the process proceeds to a three-dimensional shape data creating process using the outline point group data. This is a computer 50 mainly composed of the CPU 3.
Function as a three-dimensional shape data generating means. In this process, the already created bone outline three-dimensional combined data (FIG. 6) of each slice is read out, and is displayed on the display device 11 (FIG. 2) using the three-dimensional coordinates of XYZ.
To be displayed. As a display form, for example, a front projection (shown in a bird's-eye view from above) as shown in FIG. 35 and the like, a side projection as shown in FIG. 36, and a plane as shown in FIG. Various types of switching, such as a projection type, can be performed as needed. In the front overhead view projection of FIG. 35 and the like, the bone outline (bone outline) 12 which appears in an annular shape
5 are displayed in different display colors so as to avoid the illusion of the front-rear relationship between the front side portion and the rear side portion. Here, the first color indicating the front side is yellow, and the second color indicating the rear side is red. However, a mode in which identification is possible by a method other than color coding, such as shading or a solid line / broken line, is also possible. In the side projection shown in FIG. 36 and the like, the projection of each bone outline 125 is color-coded in a form corresponding to the front projection.

【0072】さて、三次元形状データの作成は、頭蓋骨
のどの位置に欠損部が形成されているかによって異なる
方式が採用される。これは、大きく分ければ、 パターン1:図32(a)のように、頭蓋骨を略中央に
て左右に二分するように適宜設定される鏡映基準面MS
Pに関して、欠損部400が頭蓋骨の片側にのみ存在す
る場合; パターン2:欠損部400が頭頂位置を含まず、かつ鏡
映基準面MSPに関して、両側にまたがる形態で存在す
る場合; パターン3:欠損部400が頭頂位置を含む場合;の3
通りあり、それぞれ異なる作成アルゴリズムが採用され
る。
The three-dimensional shape data is created by a different method depending on the position of the skull where the defect is formed. This can be roughly divided into a pattern 1: a reflection reference plane MS which is appropriately set so that the skull is divided into two parts at the approximate center as shown in FIG.
With respect to P, when the defect 400 is present only on one side of the skull; When the part 400 includes the top position;
And different creation algorithms are employed.

【0073】まず、パターン1の場合は、基本的には鏡
映コピー(ミラーコピー)による欠損部復元となるが、
この場合、三次元形状データ作成プログラム203は、
前述のプログラム201,202とともに、コンピュー
タ50を以下の各手段として機能させることとなる。 頭蓋骨部領域抽出手段:頭部軸線方向の互いに異なる
複数の断層位置にて撮影された断層画像のそれぞれにお
いて、頭蓋骨部の画像領域を抽出する。 骨部外形線情報生成手段:抽出された頭蓋骨部候補領
域に基づいて、最終的に頭蓋骨部として定めるべき領域
の外形線情報である骨部外形線情報125を、所定間隔
の点群データとして生成する。 三次元形状データ生成手段:各断層位置毎の骨部外形
線情報125に基づいて、頭蓋骨の欠損部の三次元形状
データを生成する。三次元形状データ生成手段は、以下
の手段を含む。 鏡映基準面設定手段:顔面中央位置にて頭蓋骨を左右
両部分に分割する鏡映基準面MSPを設定する。 補填部外形線データ生成手段:設定された鏡映基準面
MSPに関して片側に存在する欠損部400、又は左右
非対象な形状にて両側にまたがって存在する欠損部40
0を少なくとも部分的に補填するために、骨部外形線1
25を形成する点群データのうち補填すべき欠損部40
0に対応するものを、鏡映基準面MSPに関して鏡映コ
ピーすることにより、そのコピーされた点群データを補
填部外形線データとして生成する。 鏡映コピー補正手段:鏡映コピーにより生成される補
填部外形線125’が、補填すべき欠損部400の周囲
に存在する健常部の外形形状に適合するように、点群デ
ータのコピー先の位置を補正する。そして、その補正さ
れた点群データによる補填部外形線データに基づいて、
欠損部を補填する人工骨外面の三次元形状データを生成
する。
First, in the case of the pattern 1, the lost portion is basically restored by mirror copy (mirror copy).
In this case, the three-dimensional shape data creation program 203
The computer 50 functions as the following units together with the programs 201 and 202 described above. Skull region extraction means: Extracts a skull image region from each of the tomographic images taken at a plurality of different tomographic positions in the head axis direction. Bone outline information generating means: Based on the extracted skull candidate region, generates bone outline information 125 as outline data of an area to be finally determined as a skull as point group data at predetermined intervals. I do. Three-dimensional shape data generating means: generates three-dimensional shape data of a skull defect based on the bone outline information 125 for each tomographic position. The three-dimensional shape data generating means includes the following means. Reflection reference plane setting means: Sets a reflection reference plane MSP for dividing the skull into left and right portions at the center of the face. Compensation part outline data generation means: missing part 400 existing on one side with respect to the set mirroring reference plane MSP, or missing part 40 existing on both sides in an asymmetrical left and right shape
0 to at least partially compensate for bone outline 1
Deficient portion 40 to be filled out of the point cloud data forming
By mirror-copying the data corresponding to 0 with respect to the mirroring reference plane MSP, the copied point group data is generated as supplementary part outline data. Mirror copy correction means: The copy destination outline of the point group data is copied so that the supplementary part outline 125 ′ generated by the mirror copy conforms to the contour of a healthy part existing around the defective part 400 to be compensated. Correct the position. Then, based on the supplementary part outline data based on the corrected point cloud data,
Generate three-dimensional shape data of the outer surface of the artificial bone for filling the defect.

【0074】なお、「鏡映コピー」とは、三次元空間内
のある点をコピー元として、所定の鏡映基準面に関して
その点と鏡映対称(面対称)の位置に点を発生させる処
理をいう。コピー元が点群からなる骨部外形線であれば
は、鏡映基準面に関してその骨部外形線を鏡映反転させ
た位置に、新たに骨部外形線を発生させる処理となる。
ただし、補填すべき欠損部の周囲に存在する健常部の外
形形状に適合するように、点群データのコピー先の位置
が補正されるわけであるから、必ずしも数学的に厳密な
鏡映反転とはならないことはいうまでもない。
The "mirror copy" is a process in which a point in a three-dimensional space is used as a copy source and a point is generated at a mirror-symmetric (plane-symmetric) position with respect to a predetermined mirror reference plane. Say. If the copy source is a bone outline formed of a group of points, a new bone outline is generated at a position where the bone outline is mirror-inverted with respect to the reflection reference plane.
However, since the position of the copy destination of the point cloud data is corrected so as to match the external shape of the healthy part existing around the defect to be compensated, it is not necessarily mathematically exact mirror reflection inversion. Needless to say, it should not be.

【0075】図33に示すように、頭部の外形が、鏡映
基準面MSPに関して幾分対称性の悪い形状を呈してい
る場合、健常側の欠損対応部分401の形状データをM
SPに関してそのまま鏡映コピーしても、そのコピーさ
れた形状データは、必ずしも欠損部400あるいはその
周囲の健常部形状に適合するとは限らない。そこで、図
34(a)に示すように、本発明特有の手法として、鏡
映コピーにより生成されるコピー点群列125’のコピ
ー先の位置を補正することにより、補填すべき欠損部4
00の周囲に存在する健常部の外形形状への、より正確
な適合を図るのである(鏡映コピー補正手段の機能)。
As shown in FIG. 33, when the outer shape of the head has a shape with a somewhat poor symmetry with respect to the reflection reference plane MSP, the shape data of the healthy side defect corresponding portion 401 is represented by M
Even if the SP is mirror-copied as it is, the copied shape data does not always conform to the shape of the defective part 400 or the healthy part around it. Therefore, as shown in FIG. 34A, as a method unique to the present invention, the position of the copy destination of the copy point group sequence 125 'generated by the mirror copy is corrected, so that the defective portion 4 to be compensated is corrected.
This is to achieve more accurate adaptation to the external shape of the healthy part existing around 00 (function of mirror copy correction means).

【0076】既に述べた通り、骨部外形線125の情報
は点群データとして規定されていることから、鏡映コピ
ーもそこから切り出される点群データのコピーとして行
われることとなる。そして、その点群データのコピー先
の位置補正は、図34(b)のように平行移動、回転移
動及びそれらの組み合わせのいずれかにより行うことが
できる。これは、コピー元点群の各座標に対する一種の
一次変換であり、骨部外形線125の基本形状も保存さ
れるので、違和感のない骨部外形形状が得られる。
As described above, since the information of the bone outline 125 is defined as point cloud data, the mirror copy is also performed as a copy of the point cloud data cut out therefrom. Then, the position correction of the copy destination of the point cloud data can be performed by any of parallel movement, rotational movement, and a combination thereof as shown in FIG. This is a kind of linear transformation for each coordinate of the copy source point group, and the basic shape of the bone outline 125 is also preserved.

【0077】補正は、例えば、図34に示すように、補
填すべき欠損部の400周囲に存在する健常部の外面上
に基準外形線125sを設定し、鏡映コピーされた点群
125’と該基準外形線125sとの幾何学的な変位の
合計が最小となるように行うことができる。この例で
は、図34(a)に示すように、鏡映コピーのコピー元
点群列は、鏡映基準面に関して欠損部400と反対側に
位置する骨部外形線125から、欠損部補填に必要な最
小長さよりも所定長だけ余分に抜き出される形で使用さ
れる。具体的には、コピー元点群列は、欠損部400よ
りも大面積のコピー対象領域140により骨部外形線1
25から切り取られるものであり、図34(b)に示す
ように、そのコピー領域140’は欠損部400の周縁
領域も包含する形でこれに重ね合わされる。そして、該
鏡映コピーにより生成されるコピー点群列125’は、
コピー元点群列の属する骨部外形線125の欠損部周囲
に位置する部分を基準外形線125sとして、列端部1
25kがこれに対向する位置関係となるようにコピーさ
れる。
For correction, for example, as shown in FIG. 34, a reference outline 125 s is set on the outer surface of a healthy part existing around the defect 400 to be compensated, and the mirror-copied point group 125 ′ The operation can be performed so that the sum of the geometric displacements with the reference outline 125s is minimized. In this example, as shown in FIG. 34 (a), the copy source point group sequence of the mirror copy is used to compensate for the missing portion from the bone outline 125 located on the opposite side of the missing portion 400 with respect to the mirroring reference plane. It is used in such a form that it is extracted by a predetermined length more than the required minimum length. Specifically, the copy source point group sequence is represented by the bone outline 1 by the copy target area 140 having a larger area than the defective part 400.
As shown in FIG. 34 (b), the copy area 140 'is superimposed on the defective area 400 so as to include the peripheral area of the defective area 400 as well. Then, the copy point group sequence 125 ′ generated by the mirror copy is
A portion located around the missing portion of the bone outline 125 to which the copy source point group sequence belongs is defined as a reference outline 125 s and the column end 1
25k is copied so as to have a positional relationship opposite thereto.

【0078】そして、コピー点群列125’のコピー先
の位置補正は、上記の列端部の点群と基準外形線との幾
何学的な変位の合計が最小となるように行われる。例え
ば、図34(d)に示すように、個々の骨部外形線12
5に関して、列端部125kをなす各点と基準外形線1
25sとの所定方向(例えば骨部外形線125がX−Y
平面と平行である場合は、X方向又はY方向)における
距離d、あるいは該距離dの2乗(d)を前記幾何学
的な変位とみなし、同図(e)に示すように、それをコ
ピー領域140’内の全ての骨部外形線125について
合計した値Σを変位和として算出する(なお、(e)
は、(c)のA−A断面を表しており、125spが各
基準外形線、125’pがコピー点群列、d1〜d6
は、各骨部外形線125における両者の間の幾何学的変
位を示す)。そして、その変位和Σの値が最小化される
ように、コピー領域140’に含まれる点群に平行移
動、回転移動及びそれらの組み合わせのいずれかを施す
ことにより、前記補正が行われる。
The position of the copy destination of the copy point group row 125 'is corrected so that the total geometric displacement between the point group at the end of the row and the reference outline is minimized. For example, as shown in FIG.
5, the points forming the column end 125k and the reference outline 1
25s (for example, the bone outline 125 is X-Y
When parallel to the plane, the distance d in the X direction or the Y direction) or the square of the distance d (d 2 ) is regarded as the geometric displacement, and as shown in FIG. Is calculated as the sum of displacements for all bone outlines 125 in the copy area 140 ′ ((e)
Represents an AA cross section of (c), where 125sp is each reference outline, 125′p is a copy point group row, and d1 to d6.
Indicates the geometric displacement between them at each bone outline 125). Then, the correction is performed by performing any one of a parallel movement, a rotational movement, and a combination thereof on the point group included in the copy area 140 ′ such that the value of the displacement sum Σ is minimized.

【0079】上記の方式によれば、鏡映基準面に関して
欠損部400と反対側に位置する骨部外形線125か
ら、欠損部補填に必要な最小長さよりも所定長だけ余分
に抜き出し、いわばその余分に抜き出した部分である列
端部125’kを、骨部外形線125基づく基準外形線
125sに適合するように、鏡映コピーの位置補正を行
う。すなわち、補間曲線等が介在せず、断層画像から精
密に決定される骨部外形線125の情報のみを用いて鏡
映コピーの位置補正を行うので、補正後の鏡映コピー点
群列の健常部への適合精度を一層高めることができる。
According to the above-mentioned method, an extra portion of the bone outline 125 located on the opposite side of the defect reference portion 400 with respect to the mirror reference plane is extracted by a predetermined length from the minimum length necessary for filling the defect portion. The position of the mirror copy is corrected so that the column end 125′k, which is an extra part, is adapted to the reference outline 125s based on the bone outline 125. That is, since the position of the mirror copy is corrected using only the information of the bone outline 125 precisely determined from the tomographic image without the interpolation curve or the like, the normal state of the mirror copy point group sequence after the correction is corrected. It is possible to further improve the accuracy of fitting to the part.

【0080】なお、基準外形線125sと重なりを生ず
る、コピー点群列125’の列端部125’kの長さ
は、基準外形線125sとの適合精度を高める観点にお
いて、実寸法対応長さにて5mm以上、望ましくは10
mm以上は確保されているのがよい。また、変位和Σの
計算時間は長くなるが、コピー対象領域140は、鏡映
基準面MSP(図33)に関して欠損部が関与しない側
の頭部外面の全体に及んでいてもよい。また、骨部外形
線125は、一般に額から側頭部にかけてのコーナー部
において局所的に曲率半径が小さくなっており、コピー
対象領域140は、このコーナー部を包含するように設
定位置及び大きさを定めることができる。例えば、コー
ナー部から外れた位置では骨部外形線125は円弧に近
い形状を呈し、コピー対象領域140内の点群を鏡映コ
ピーしたときに、骨部外形線125の周方向への位置ず
れが発生しても変位和Σにその影響が反映されにくい難
点がある。しかしながら、コーナー部を包含していれ
ば、周方向の位置ずれが生ずると変位和Σの急速な増大
を生ずることから、該周方向の位置ずれを効果的に識別
・防止することができる。
The length of the end 125 ′ k of the copy point group row 125 ′ that overlaps with the reference outline 125 s is the length corresponding to the actual size from the viewpoint of increasing the accuracy of matching with the reference outline 125 s. 5 mm or more, desirably 10
mm or more is preferably secured. Further, although the calculation time of the displacement sum 長 く becomes longer, the copy target area 140 may extend over the entire outer surface of the head on the side where the missing portion does not participate with respect to the mirroring reference plane MSP (FIG. 33). The bone outline 125 generally has a locally small radius of curvature at a corner from the forehead to the temporal region, and the copy target area 140 has a set position and size to include the corner. Can be determined. For example, at a position off the corner, the bone outline 125 has a shape close to an arc, and when the point group in the copy target area 140 is mirror-copied, the bone outline 125 is displaced in the circumferential direction. However, there is a difficulty that the influence is hardly reflected on the displacement sum し て も even if the occurrence of occurs. However, when the corner portion is included, the displacement in the circumferential direction causes a rapid increase in the sum of displacement Σ, so that the circumferential displacement can be effectively identified and prevented.

【0081】鏡映コピーの対象が、複数断層位置(スラ
イス)の骨部外形線の点群データである場合に、図34
に示すように、それら複数断層位置にまたがる点群(す
なわち領域140内の点群)をグループ化し、それら点
間の相対的な位置関係が保存されるように、補正をその
一体の点群グループに対して行うことができる。このよ
うにすれば、欠損対応部分401の形状を概ね保存した
形でのコピーが可能となる。他方、そのようなグループ
化を行わず、各骨部外形線毎に個別に位置補正を行うこ
とも可能である。このようにした場合、演算は骨部外形
線毎(スライス毎)に行わなければならないので、コン
ピュータ50に対する演算負担が幾分増大するが、健常
部の形状との適合性が優先された、よりきめ細かい補正
が可能となる。
When the target of the mirror copy is the point group data of the bone outline at a plurality of tomographic positions (slices), FIG.
As shown in FIG. 7, the point group (that is, the point group in the area 140) extending over the plurality of tomographic positions is grouped, and the correction is made to the integral point group so that the relative positional relationship between the points is preserved. Can be done against By doing so, it is possible to copy in a form in which the shape of the loss corresponding portion 401 is substantially preserved. On the other hand, it is also possible to perform position correction individually for each bone outline without performing such grouping. In this case, since the calculation must be performed for each bone outline (each slice), the calculation load on the computer 50 increases somewhat, but the compatibility with the shape of the healthy part is prioritized. Fine correction is possible.

【0082】次に、パターン2あるいはパターン3につ
いては、図31に一例を示す流れにより、処理を行うこ
とができる。この場合、三次元形状データ作成プログラ
ム203は、コンピュータ50を以下の各手段として機
能させることとなる。 補間基準線生成手段:骨部外形線情報125に基づい
て、骨部の健常部の表面形状を反映した補間基準線14
9,163を設定する。 曲線制御点設定手段;補間基準線149(149a,
149b),163に沿って補間曲線生成用の曲線制御
点152,168を設定する。 欠損部補間曲線生成手段:設定された曲線制御点15
2,168を用いて、予め定められた曲線決定アルゴリ
ズムに従い、欠損部を曲線補間する欠損部補間曲線15
1,164を生成する。その欠損部補間曲線151,1
64に基づいて、欠損部を補填する人工骨外面の三次元
形状データが生成される。
Next, pattern 2 or pattern 3 can be processed according to the flow shown in FIG. In this case, the three-dimensional shape data creation program 203 causes the computer 50 to function as the following units. Interpolation reference line generating means: The interpolation reference line 14 reflecting the surface shape of the healthy part of the bone based on the bone outline information 125.
9,163 is set. Curve control point setting means; interpolation reference line 149 (149a,
Curve control points 152 and 168 for generating an interpolation curve are set along 149b) and 163. Missing part interpolation curve generation means: set curve control point 15
2, 168 in accordance with a predetermined curve determination algorithm, for performing a curve interpolation of a missing portion.
1,164 is generated. The missing part interpolation curve 151,1
Based on 64, three-dimensional shape data of the outer surface of the artificial bone for filling the defect is generated.

【0083】補間基準線は、欠損部に隣接する健常部に
おいて、欠損部の内周縁側に端点を生ずる第一基準線セ
グメント(図39:149a、図46:163a)と、
その第一基準線セグメントの欠損部側への延長方向にお
いて、該欠損部を挟んで第一基準線セグメントと反対側
に位置するとともに、欠損部の内周縁側に端点を生ずる
第二基準線セグメント(図39:149b、図46:1
63b)とを含むものとして設定可能である。そして、
図40(a)に示すように、欠損部補間曲線151は、
それら第一及び第二基準線セグメント149a,149
b上の各曲線制御点に基づき、両セグメント149a,
149bをつなぐ形で決定することができる。このよう
にすれば、欠損部両側の健常部形状の情報から、より健
常部への形状的な適合性の高い欠損部三次元形状データ
を生成することができる。
The interpolation reference line is composed of a first reference line segment (FIG. 39: 149a, FIG. 46: 163a) having an end point on the inner peripheral side of the defective part in a healthy part adjacent to the defective part.
A second reference line segment that is located on the opposite side of the first reference line segment across the defective portion in the direction in which the first reference line segment extends toward the defective portion, and that has an end point on the inner peripheral side of the defective portion. (FIGS. 39: 149b, FIG. 46: 1)
63b) can be set. And
As shown in FIG. 40A, the missing part interpolation curve 151 is
The first and second reference line segments 149a, 149
Based on each curve control point on b, both segments 149a,
149b can be determined. With this configuration, it is possible to generate the three-dimensional shape data of the defective part having higher shape conformity to the healthy part from the information of the healthy part shape on both sides of the defective part.

【0084】欠損部補間曲線は、いわゆる自由曲線ツー
ルにより生成することができ、設定される複数の制御点
を所定個数に区切り、各制御点の組を通る曲線を、比較
的簡単な数式、例えば二次以上の多項式により記述され
るセグメントとして取り扱うことができる。この場合、
欠損部補間曲線を健常部の外形線(基準線セグメント)
と滑らかに接続するためには欠損部補間曲線を、第一及
び第二基準線セグメントの各端点において、各々の基準
線セグメントに対し少なくとも一次の微分係数が略一致
するように、曲線制御点の座標情報に基づき回帰的に決
定することが望ましい。このような補間曲線としては、
特に内装法により表示される曲線、すなわちスプライン
曲線が直感的で取扱いも楽であり、本発明に好適に使用
できる。
The missing part interpolation curve can be generated by a so-called free curve tool. A plurality of control points to be set are divided into a predetermined number, and a curve passing through each set of control points is converted into a relatively simple mathematical formula, for example. It can be treated as a segment described by a second-order or higher polynomial. in this case,
Replace the missing part interpolation curve with the outline of the healthy part (reference line segment)
In order to smoothly connect the curve interpolation points to the curve control points, the missing portion interpolation curve is formed at each end point of the first and second reference line segments so that at least the first-order derivative substantially matches each of the reference line segments. It is desirable to determine recursively based on the coordinate information. As such an interpolation curve,
In particular, the curve displayed by the interior method, that is, the spline curve is intuitive and easy to handle, and can be suitably used in the present invention.

【0085】例えば、三次スプライン曲線では、図40
(b)に示すように、各制御点をつなぐ曲線を三次式、
すなわち、 f(r)=k0+k1・r+k2・r+k3・r ‥‥(1) にて近似するものである(位置座標を表す変数を、ここ
では(r,f(r))としている)例えば、曲線を当て
はめるべき最初の4点p0〜p3を制御点として指定すれ
ば、(1)式の4つの係数k0〜k3を決める連立方程式が
得られ、これを解くことでp0〜p3を通る三次曲線セグ
メントsg1が決定される。そして、次は、p3〜p5の
3点を選択し、同様に(1)式に当てはめる。これだけで
は、方程式は3つしか得られないが、既に決定されてい
る三次曲線セグメントsg1に対するp3での接線ベクト
ル方向(すなわち一次微分係数)一致の条件から、第四
の式が導かれる。これを、先の3式と連立させることで
係数k0〜k3を決定でき、三次曲線セグメントsg2が
得られる。以下、3点ずつに区切りながら、同様にして
三次曲線セグメントを逐次的に決定・接続することで、
任意の個数の制御点を滑らかにつなぐ三次スプライン曲
線が得られるのである。
For example, in a cubic spline curve, FIG.
As shown in (b), a curve connecting each control point is represented by a cubic equation,
That, f is intended to approximate at (r) = k0 + k1 · r + k2 · r 2 + k3 · r 3 ‥‥ (1) ( a variable representing the position coordinates, taken here to be (r, f (r)) ) For example, if the first four points p0 to p3 to which a curve is to be applied are designated as control points, a simultaneous equation that determines the four coefficients k0 to k3 of the equation (1) is obtained. A cubic curve segment sg1 is determined. Next, three points p3 to p5 are selected and similarly applied to the equation (1). With this alone, only three equations are obtained, but the fourth equation is derived from the condition of tangent vector direction (ie, first derivative) matching at p3 for the already determined cubic curve segment sg1. By combining this with the above three equations, the coefficients k0 to k3 can be determined, and the cubic curve segment sg2 is obtained. In the same manner, by sequentially determining and connecting the cubic curve segment in the same manner while dividing into three points,
A cubic spline curve that smoothly connects an arbitrary number of control points can be obtained.

【0086】ただし、上記の三次スプライン曲線はアル
ゴリズムが単純な反面、例えば曲線上の制御点を1つで
も動かしたり、削除しただけでも曲線全体に影響が及
び、演算量が肥大する欠点がある。この欠点を解消した
方式として、以下のBスプライン曲線を使用することが
できる。Bスプライン曲線では、基底スプライン関数に
て規定される曲線上の点を制御点とし、この制御点の指
定・変更で曲線形状をより簡単に制御できる。この制御
点は、節点とも呼ばれ、n次のBスプライン曲線は、そ
の節点を概念的に(n+k+1)次元の接点ベクトルの
要素として取り扱うことにより、数3により定義され
る。
However, the above cubic spline curve has a disadvantage that the algorithm is simple, but, for example, moving or deleting even one control point on the curve affects the entire curve and increases the amount of calculation. The following B-spline curve can be used as a method for solving this disadvantage. In the B-spline curve, a point on the curve defined by the base spline function is set as a control point, and the curve shape can be more easily controlled by designating / changing the control point. This control point is also called a node, and the n-th order B-spline curve is defined by Expression 3 by treating the node conceptually as an element of a (n + k + 1) -dimensional contact vector.

【0087】[0087]

【数3】 (Equation 3)

【0088】ただし、Nk,r(r)は節点ベクトルr
(=[r0,r1,‥,rm](r0≦r1≦‥≦rm))を
もつn次のスプライン関数である。これは、制御点Vk
に対する重み関数であり、下記数4のように定義され
る。
Here, Nk, r (r) is a node vector r
(= [R0, r1,..., Rm] (r0 ≦ r1 ≦ ‥ ≦ rm)). This is the control point Vk
, And is defined as in the following Expression 4.

【0089】[0089]

【数4】 (Equation 4)

【0090】よって、n次のBスプライン曲線は、n−
1次の曲線を接続して形成されるスプライン曲線となる
(例えばn=4とすれば、三次スプライン曲線に近くな
る)。なお、本明細書において、Bスプライン曲線は、
節点間隔均等な狭義のBスプライン曲線のみでなく、節
点間隔が不均等なナーブス曲線の概念も包含する。
Therefore, the n-th order B-spline curve is represented by n-
It is a spline curve formed by connecting the primary curves (for example, if n = 4, it is close to a cubic spline curve). In this specification, the B-spline curve is
The concept includes not only a narrow B-spline curve with uniform node intervals but also a concept of a Nurbs curve with uneven node intervals.

【0091】以下、具体的な処理例として、図32
(b)の頭頂位置を含まない欠損部400、例えば額部
分に欠損部が生じた場合から説明する。この場合は、図
31のS52からS53へ向かう処理の流れとなる。ま
ず、図35は正面投影を示し、骨部外形線125の額を
横切る何本かに、欠損による途切れにより端点126が
生じていることがわかる。この端点126をつなぐと、
欠損部の平面形状を推察することができる。また、図3
6は側面投影であり、額に対応する左側部分に上記の端
点126が表れている。これらの端点126をつなぐ
と、欠損部の抉れ深さを推察することができる。
Hereinafter, as a specific processing example, FIG.
A description will be given of a case where the defective portion 400 does not include the top of the head in FIG. In this case, the processing flow is from S52 to S53 in FIG. First, FIG. 35 shows a front projection, and it can be seen that end points 126 are generated in some of the lines crossing the forehead of the bone outline 125 due to breakage due to loss. By connecting these end points 126,
The planar shape of the defect can be inferred. FIG.
Reference numeral 6 denotes a side projection, in which the above-mentioned end point 126 appears in a left portion corresponding to the forehead. By connecting these end points 126, it is possible to infer the depth of the gouging of the defective portion.

【0092】まず、図35において、補間基準線の欠損
部開口側の端点126の全て又は3以上の一部のものを
曲線制御点126aとして選択し、図37に示すよう
に、その選択された曲線制御点126aに基づいて、補
填用人工骨401の外面周縁形状を表す外面輪郭線15
0を、欠損部開口形状400に対応する形にて決定する
(外面輪郭線決定手段の機能:図31、S52及びS5
3)。端点126は一見、全てを利用した方が欠損開口
形状を正確にトレースできるので、有利なように思われ
るが、必ずしもそうではない。つまり、図38に示すよ
うに、欠損開口形状の波打ちや凹凸が大きい場合、端点
126の全てを制御点として選択すると、決定される外
面輪郭線150が部分的に健常部側に入り込んでしまう
ことがある。こうなると、補填用人工骨401を欠損部
にはめ込むことができなくなってしまうので、適宜端点
126を間引く(つまり、制御点として採用しない)こ
とによって、外面輪郭線150の健常部への入り込みを
回避することが望ましい(図37では、126bの符号
を付与した端点を間引いている)。なお、端点126の
間引きにより、外面輪郭線150と欠損開口内縁との間
に形成される隙間が大きくなる場合は、外面輪郭線15
0上に、例えば新規に制御点を1又は複数発生させ、そ
の制御点の位置変更により、形成される隙間が縮小され
るように外面輪郭線150の形状調整を行えばよい。
First, in FIG. 35, all or some of three or more end points 126 of the interpolation reference line on the opening side of the missing portion are selected as the curve control points 126a, and as shown in FIG. Based on the curve control point 126a, the outer contour line 15 representing the outer peripheral shape of the artificial bone 401 for replacement.
0 is determined in a form corresponding to the opening shape 400 of the defective portion (function of the outer surface contour determining means: FIG. 31, S52 and S5).
3). At first glance, the use of all of the end points 126 seems to be advantageous because the shape of the defective opening can be accurately traced, but this is not always the case. In other words, as shown in FIG. 38, when all of the end points 126 are selected as control points in the case where the wavy shape or the unevenness of the defective opening shape is large, the determined outer surface contour 150 may partially enter the healthy part side. There is. In this case, it becomes impossible to fit the prosthetic artificial bone 401 into the defective portion. Therefore, the end points 126 are appropriately thinned out (that is, not adopted as control points) to prevent the outer contour 150 from entering the healthy part. (In FIG. 37, the end points with the reference numeral 126b are thinned out.) If the gap formed between the outer contour 150 and the inner edge of the defective opening becomes larger due to the thinning of the end points 126, the outer contour 15
For example, one or more new control points may be generated on the zero, and the shape of the outer contour 150 may be adjusted so that the gap formed is reduced by changing the position of the control point.

【0093】他方、欠損開口形状の波打ちや凹凸を、極
度に忠実に写し取ると、図38(b)に示すように、得
られる補填用人工骨401の外形にも対応する凹凸等が
形成される。周知のように補填用人工骨401はセラミ
ックスの焼成により作成されるので、このような凹凸を
起点として割れやクラックC等が発生しやすくなる問題
もある。このような場合、図38(a)に示すように、
凹凸を作為的に馴らした形状とするために、凹凸に対応
する位置の、一部の端点は採用しないようにするのであ
る。
On the other hand, when the undulations and irregularities of the shape of the defective opening are extremely faithfully copied, as shown in FIG. . As is well known, the artificial bone for replacement 401 is formed by firing ceramics, so that there is a problem that cracks and cracks C are easily generated from such irregularities as starting points. In such a case, as shown in FIG.
Some end points at positions corresponding to the irregularities are not adopted so that the irregularities have a shape artificially adjusted.

【0094】次に、図39に示すように、第一基準線セ
グメント149aと、第二基準線セグメント149bと
は、欠損部の存在により中断される骨部外形線125
の、該欠損部に面した両端部分が使用される。そして、
図40を用いて説明した方法により、第一基準線セグメ
ント149aと、第二基準線セグメント149bとの点
群データの一部又は全てを使用して、補間曲線151を
欠損部が関与する(すなわち、端点126を有する)各
骨部外形線125毎に生成する(図31:S55〜S5
9)。図41及び図43は、こうして形成された補間曲
線151を平面投影あるいは側面投影により表したもの
である。これは、図25等に示す欠損部の推定外形線1
29とは異なり、健常部の補間基準線形状に基づいて補
間生成されているので、欠損部のより精密な三次元形状
を反映している。
Next, as shown in FIG. 39, the first reference line segment 149a and the second reference line segment 149b are separated from the bone outline 125 interrupted by the presence of the defect.
Both end portions facing the defective portion are used. And
According to the method described with reference to FIG. 40, the interpolation curve 151 is related to the missing portion using a part or all of the point cloud data of the first reference line segment 149a and the second reference line segment 149b (that is, the missing part). Are generated for each bone outline 125 having an end point 126 (FIG. 31: S55 to S5).
9). FIGS. 41 and 43 show the interpolation curve 151 formed in this way by plane projection or side projection. This is the estimated outline 1 of the defective part shown in FIG.
Unlike 29, since interpolation is generated based on the interpolation reference line shape of the healthy part, it reflects a more precise three-dimensional shape of the defective part.

【0095】なお、欠損部補間曲線151上には、新た
な曲線制御点を1又は複数発生させる機能を付与するこ
ともできる(曲線制御点生成手段)。例えば、図41の
平面投影を見ることで、補間曲線151の健常部との適
合性、例えば曲線の滑らかなつながり具合や、不自然な
凹凸の有無を確認することができる。そして、もし、そ
の形状に満足できなければ、図42に示すように、ポイ
ンタPによる手動設定、あるいは間隔・個数を指定する
ことによる自動発生プログラムにより、補間曲線151
上に新たな曲線制御点154を発生させることができ
る。この曲線制御点154のうち移動したいものを、ポ
インタPにより選択し、公知のマウスドラッグ移動等
(あるいは座標手動入力)により位置変更すれば、欠損
部補間曲線151の形状調整を自由に行うことができる
(欠損部補間曲線形状調整手段の機能)。
A function for generating one or more new curve control points can be provided on the missing part interpolation curve 151 (curve control point generation means). For example, by looking at the planar projection in FIG. 41, it is possible to confirm the compatibility of the interpolation curve 151 with the healthy part, for example, the degree of smooth connection of the curves and the presence or absence of unnatural irregularities. If the shape is not satisfied, as shown in FIG. 42, the interpolation curve 151 is manually set by the pointer P or automatically generated by designating the interval / number.
A new curve control point 154 can be generated above. By selecting a desired one of the curve control points 154 with the pointer P and changing the position by a known mouse drag movement or the like (or manual input of coordinates), the shape of the missing part interpolation curve 151 can be freely adjusted. Yes (function of the missing part interpolation curve shape adjusting means).

【0096】図31に戻り、S68、S69では、決定
された補間曲線151と外面輪郭線150との各情報に
基づいて、三次元形状データを生成し、これを設計デー
タとして保存する。本実施例では、三次元形状データ
を、いわゆるソリッドモデルにより記述するが、これを
概念的に表したものが図50である。すなわち、立体を
構成する線及び頂点(幾何学的な狭義の頂点以外に、2
つの線の共有点も広義に頂点と称する)、線と頂点との
関係、及び面と線との対応を含み、さらに、各面に対す
る実体側を規定したデータが付加される。ここでは、図
40に示すように、それら曲線にて各々囲まれる部分に
自由曲面の曲面データを、例えば、スイープ曲面やスプ
ライン曲面により発生させる処理を行う(図31:S6
8)。また、補間曲線151と外面輪郭線150とは、
各端点あるいは共有点位置が座標値により規定され(外
面輪郭線150は、それら点により区切られたセグメン
ト状の線とみなせばよい)、また各線には曲面データを
対応づける。そして、各面に対し、図50の(a)のよ
うに実体のある側の一点を指定する方法、(b)のよう
に法線ベクトルを規定する方法、あるいは(c)のよう
に面を囲む稜線の回転方向を指定する方法のいずれかに
より、実体側規定データが生成・付加されて、三次元形
状データの作成が完了する。
Referring back to FIG. 31, in S68 and S69, three-dimensional shape data is generated based on the determined information on the interpolation curve 151 and the outer contour 150, and is stored as design data. In the present embodiment, the three-dimensional shape data is described by a so-called solid model. FIG. 50 conceptually illustrates this. In other words, the lines and vertices constituting the solid (in addition to the geometrically narrow vertices, 2
The common point of the two lines is also called a vertex in a broad sense), the relationship between the line and the vertex, and the correspondence between the surface and the line, and further, data defining the entity side for each surface is added. Here, as shown in FIG. 40, a process of generating curved surface data of a free-form surface in a portion surrounded by each of the curves by, for example, a sweep surface or a spline surface is performed (FIG. 31: S6).
8). Further, the interpolation curve 151 and the outer contour 150 are
Each end point or shared point position is defined by a coordinate value (the outer contour 150 may be regarded as a segment-like line divided by these points), and each line is associated with curved surface data. Then, for each surface, a method of designating one point of the entity side as shown in FIG. 50A, a method of defining a normal vector as shown in FIG. 50B, or a method of defining a surface as shown in FIG. The entity-side prescribed data is generated and added by any of the methods of designating the rotation direction of the surrounding ridge line, and the creation of the three-dimensional shape data is completed.

【0097】なお、図32(b)に示すように、欠損部
400の形状が、鏡映基準面MSPに関して非対象であ
る場合は、部分的に鏡映コピーによる修復が可能な場合
がある。この場合は、図31のS54からS60に進
み、健常部の残っている側(これは片側のみである場合
と、両側である場合とがある)を他方の側に鏡映コピー
して、図34により既に説明した、コピー先位置の補正
を行う(S60,S61)。なお、図32(a)のよう
に、その鏡映コピーにより欠損部が完全に補填される場
合の処理は既に説明したが、この場合はS68に進む。
他方、同図32(b)のように完全に補填されない場合
は、鏡映コピーによる補填部分を健常部組み込んだ形に
て、補填不能の部分を、S55以下の前述の処理による
補間曲線により補うのである。
As shown in FIG. 32B, when the shape of the defective portion 400 is asymmetric with respect to the mirroring reference plane MSP, it may be possible to partially restore the mirroring copy. In this case, the process proceeds from S54 in FIG. 31 to S60, and the remaining side of the healthy part (which may be only one side or both sides) is mirror-copied to the other side. The correction of the copy destination position, which has already been described with reference to S34, is performed (S60, S61). As described above with reference to FIG. 32A, the processing in the case where the missing portion is completely compensated by the mirror copy has already been described. In this case, the process proceeds to S68.
On the other hand, when it is not completely compensated for as shown in FIG. 32B, the uncompensated portion is compensated for by the interpolation curve by the above-described processing from S55 onward in a state where the compensated portion by the mirror copy is incorporated into the healthy portion. It is.

【0098】次に、頭頂位置を含む欠損部となっている
パターン3の場合は、S64以下の処理となる。ここで
の処理の基本的な思想は以下の通りである。すなわち、
図44〜図47に示すように、骨部外形線125の情報
に基づいて健常部の三次元外面形状を規定する健常部三
次元面データを作成する。そして、その健常部三次元面
データに基づいて張られる健常部外面オブジェクト16
0上に、欠損部161を横切る所定方向にて骨部外形線
と交差する補間基準線164を設定する。
Next, in the case of the pattern 3 which is a defective portion including the top of the head, the processing after S64 is performed. The basic idea of the processing here is as follows. That is,
As shown in FIGS. 44 to 47, healthy part three-dimensional surface data that defines the three-dimensional outer surface shape of the healthy part is created based on the information of the bone outline 125. Then, the healthy part outer surface object 16 stretched based on the healthy part three-dimensional surface data
An interpolation reference line 164 that intersects with the bone outline in a predetermined direction that crosses the defect 161 is set on 0.

【0099】補間基準線は、具体的には以下のように形
成できる。まず、図44に示すように、健常部外面オブ
ジェクト160の底部側に基準面SPを設定し、図45
に示すように、その基準面SP上に、例えば放射線状に
投影元基準線162を設定する。そして、図46に示す
ように、その投影元基準線162を健常部外面オブジェ
クト160上に投影して、補間基準線163を形成する
ことができる。
The interpolation reference line can be specifically formed as follows. First, as shown in FIG. 44, a reference plane SP is set on the bottom side of the healthy part outer surface object 160, and FIG.
As shown in (5), a projection source reference line 162 is set on the reference plane SP, for example, in a radial pattern. Then, as shown in FIG. 46, the projection reference line 162 can be projected onto the healthy part outer surface object 160 to form the interpolation reference line 163.

【0100】例えば、図45に示すように、平面投影に
て欠損部161(図44)を横切るように投影元基準線
162を設定すれば、図46に示すように、これに対応
する補間基準線163のセグメントが欠損部161挟ん
で両側に表れる。これらは、第一基準線セグメント16
3a及び第二基準線セグメント163bとして使用する
ことができる。そして、図40と同様の原理により、図
47に示すように補間曲線164を発生させることがで
きる。補間曲線164はこの場合、傘の骨状に放射状に
表れる。なお、これらが必ずしも一点で交差しないとき
は、前述の制御点発生処理により各補間曲線164上に
制御点を発生させ、例えば手動補正により、これらを一
点αに接続することができる。その後は、図48に示す
ように、補間曲線164上に例えば所定間隔で面規定用
の制御点165を発生させ、例えば交差点αに向けて下
側から順に面セグメント167を発生させてゆけばよ
い。
For example, as shown in FIG. 45, if the projection source reference line 162 is set so as to cross the defective portion 161 (FIG. 44) in planar projection, the corresponding interpolation reference line is obtained as shown in FIG. The segment of the line 163 appears on both sides of the defect 161. These are the first baseline segment 16
3a and the second reference line segment 163b. Then, according to the same principle as in FIG. 40, an interpolation curve 164 can be generated as shown in FIG. In this case, the interpolation curve 164 appears radially in the shape of an umbrella. If they do not always intersect at one point, control points can be generated on each interpolation curve 164 by the above-described control point generation processing, and they can be connected to one point α by, for example, manual correction. Thereafter, as shown in FIG. 48, control points 165 for defining the surface are generated on the interpolation curve 164 at predetermined intervals, for example, and the surface segments 167 are generated in order from the lower side toward the intersection α, for example. .

【0101】なお、図49に示すように、平行線状の投
影元基準線SPを発生させてもよい。この場合は、その
投影元基準線SP上に発生させた制御点168により、
図39と全く同様にして補間曲線164を発生させるこ
とができる。
As shown in FIG. 49, a parallel projection source reference line SP may be generated. In this case, the control point 168 generated on the projection source reference line SP
The interpolation curve 164 can be generated in exactly the same manner as in FIG.

【0102】以上の方法により作成された三次元形状デ
ータを用いて、切削(加工)プログラム205により加
工装置15を作動制御することにより、図56に示すよ
うに、人工骨素材であるセラミックス未焼成成型素材W
(例えばセラミックス粉末をバインダーにより結合した
粉末成型素材である)を直接切削加工して未焼成切削体
401’を作り、さらにこれを焼成することにより欠損
部補填用人工骨401を製造することができる。三次元
形状データは前述の通り、最終的に得るべき人工骨40
1の外面401aの形状を規定するものである。ただ
し、焼成による収縮を考慮して、未焼成切削体401’
は最終的な人工骨401よりは大寸法に形成しなければ
ならない。この場合、この収縮率に応じて三次元形状デ
ータに適宜、拡大のためのデータ変換を施すことができ
る。
By using the three-dimensional shape data created by the above method to control the operation of the machining device 15 by the cutting (machining) program 205, as shown in FIG. Molding material W
(For example, a powder molding material in which ceramic powder is bound by a binder) is directly cut to form an unfired cut body 401 ′, which is then fired to manufacture the artificial bone 401 for filling a defective portion. . As described above, the three-dimensional shape data includes the artificial bone 40 to be finally obtained.
1 defines the shape of the outer surface 401a. However, in consideration of shrinkage due to firing, the unfired cutting body 401 ′
Must be formed larger than the final artificial bone 401. In this case, data conversion for enlargement can be appropriately performed on the three-dimensional shape data according to the contraction rate.

【0103】そして、切削プログラム205は、最終的
に削り出すべき未焼成切削体401’の外面401a’
の位置を切削限界位置として、セラミック被加工材料
(ワーク)Wに対する工具Tの切削パスデータを作成
し、その切削パスデータをデータインターフェース14
を介して図4の加工装置15に送信する。加工装置15
では、セラミック被加工材料Wと工具TLとの間に、切
削パスデータが規定する相対的な動きが生ずるように、
ワーク送り用のX−Yテーブルのモータ61,62、工
具のZ方向送りを行うモータ63の作動制御を行う。
Then, the cutting program 205 determines the outer surface 401a 'of the unfired cutting body 401' to be finally cut.
Is set as the cutting limit position, cutting path data of the tool T for the ceramic work material (work) W is created, and the cutting path data is used as the data interface 14.
To the processing device 15 of FIG. Processing equipment 15
In such a manner, the relative movement defined by the cutting path data occurs between the ceramic workpiece W and the tool TL,
The operation control of the motors 61 and 62 of the XY table for work feeding and the motor 63 for feeding the tool in the Z direction is performed.

【0104】図53は、その切削プログラムによる処理
の流れの一例を示すものである。S100で、まず、セ
ラミック被加工材料Wの縦、横、高さ等の寸法入力を行
い、S101で工具種別と切削媒の種別とを選択する。
図2の記憶装置6には、図7に示す加工条件データベー
ス、すなわち、工具種別と切削媒(例えば、切削油や切
削液など)の種別とを選択することにより、これに適し
たZ方向の工具切込量と、X−Yテーブルによるワーク
送り速度とが読み出され、加工装置15に対して自動設
定されるようになっている。
FIG. 53 shows an example of the flow of processing by the cutting program. In S100, first, dimensions such as the length, width, and height of the ceramic workpiece W are input, and in S101, a tool type and a cutting medium type are selected.
In the storage device 6 of FIG. 2, the machining condition database shown in FIG. The tool cutting amount and the work feed speed based on the XY table are read out, and are automatically set in the processing device 15.

【0105】図53に戻り、S102で設計データとし
て作成・保存されている三次元形状データを読み出し、
まずS103〜S115で荒削り処理を行う。ここで
は、工具切込方向(上下方向)をZ方向、縦ワーク送り
方向をX方向、同じく横ワーク送り方向をY方向とす
る。まず、S104で工具を原点位置(X,Y,Z=
0)とし、ワーク送り速度に応じて定まる送り単位ΔX
にてワークをX方向に送り、切削を行う(S105〜S
108)。そして、三次元形状データが規定する切削限
界位置の内側に入る直前位置となるか、あるいは限界位
置Xmaxに到達したらX=0に復帰し(S108→S1
09)、Y方向に送り単位ΔYだけ移動させ(S109
〜S111→S105)、S105〜S108のX方向
の切削を繰り返す。そして、この処理を繰り返して工具
とワークとの相対位置がY方向限界位置Ymaxに到達し
たら、工具を工具切込量ΔZだけ上昇させてX,Y=0
に復帰し(S114→S105)、S105〜S111
の処理を繰り返す。
Referring back to FIG. 53, the three-dimensional shape data created and stored as the design data is read out in S102,
First, rough cutting processing is performed in S103 to S115. Here, the tool cutting direction (vertical direction) is the Z direction, the vertical work feed direction is the X direction, and the horizontal work feed direction is the Y direction. First, in S104, the tool is moved to the home position (X, Y, Z =
0), and feed unit ΔX determined according to the work feed speed
Is used to feed the workpiece in the X direction and perform cutting (S105-S
108). Then, it returns to the position immediately before entering the cutting limit position defined by the three-dimensional shape data, or returns to X = 0 when reaching the limit position Xmax (S108 → S1).
09), and is moved by the feed unit ΔY in the Y direction (S109).
〜S111 → S105), and the cutting in the X direction from S105 to S108 is repeated. When this process is repeated and the relative position between the tool and the workpiece reaches the limit position Ymax in the Y direction, the tool is raised by the tool cutting amount ΔZ and X, Y = 0.
(S114 → S105), S105-S111
Is repeated.

【0106】図54に示す切削シミュレーション(後
述)の画面表示を援用して説明すれば、これによりワー
クWは略階段状に荒削り加工されてゆくここととなる。
なお、ワークWを示す材料素材オブジェクトはグレー階
調により立体表示され、工具を示す工具オブジェクトは
白抜き棒状に表れている。ワーク上面の図面奥側が荒削
り面、手前側が仕上加工済み面である。他方、中央部が
凸である外面形状を切削する場合、階段状の荒削りで
は、X送り方向において凸部の向こう側の切削はできな
いから、S115からS116に進んでX方向ワーク送
りの前後を反転し、原点も適宜変更して、S104以下
の処理をもう一度繰り返す。これにより、先の荒削りで
は切削できなかった凸部反対側の荒削りが行われる。
Referring to the screen display of the cutting simulation (to be described later) shown in FIG. 54, the work W is roughened in a substantially stair-like shape.
It should be noted that the material object indicating the work W is three-dimensionally displayed in gray tones, and the tool object indicating the tool appears as a white bar. The back side of the upper surface of the work is a rough cut surface, and the front side is a finished surface. On the other hand, in the case of cutting the outer surface shape whose central portion is convex, stepwise rough cutting cannot cut the other side of the convex portion in the X feed direction. Then, the origin is appropriately changed, and the processing from S104 is repeated again. As a result, rough cutting on the side opposite to the convex portion, which could not be cut by the previous rough cutting, is performed.

【0107】荒削りが終了すれば、工具を適宜交換し、
工具種別と切削媒の種別(ひいては対応する送り速度及
び切り込み量:図7参照)とを仕上加工用のものに変更
して、S118の仕上加工に移る。仕上加工では、三次
元形状データが規定する最終的な面形状に工具を倣わせ
るように送ることで、荒削り面の小さな凹凸を撫でるよ
うに除去し、面仕上を行ってゆく(図54を再度参照の
こと)。
When the rough cutting is completed, the tool is appropriately changed,
The type of the tool and the type of the cutting medium (accordingly, the corresponding feed rate and cutting depth: see FIG. 7) are changed to those for finishing, and the process proceeds to finishing in S118. In the finishing process, by sending the tool so as to follow the final surface shape specified by the three-dimensional shape data, small irregularities on the rough cut surface are stroked away, and the surface finish is performed (see FIG. 54). See again).

【0108】さて、従来の切削方式であると、先にも説
明した通り、次のような問題が発生していた。 欠損部の姿勢によっては、凹凸部位を切削する際に、
図57(a)に示すように、被加工材料の本来切削すべ
きでない部位に工具が干渉して、切削精度低下あるいは
切削不能といった問題が生じうる。 図52(b)に示すように、欠損部補填形状が縦や斜
めを向いていた場合、能率及び材料歩留まりの低下が甚
だしい。
As described above, the conventional cutting method has the following problems. Depending on the position of the missing part, when cutting uneven parts,
As shown in FIG. 57A, the tool interferes with a part of the material to be cut which should not be cut, which may cause a problem such as a decrease in cutting accuracy or an inability to cut. As shown in FIG. 52 (b), when the defect filling shape is vertical or oblique, the efficiency and the material yield are significantly reduced.

【0109】まず、の問題は、欠損部の三次元形状デ
ータに基づいて、セラミック被加工材料に対する加工体
積を反映した加工体積パラメータを算出し、その加工体
積パラメータの値が最適化されるように、欠損部の三次
元形状データに所定の回転変換を施すことで解決するこ
とができる。この処理を司るのは図2の切削最適位置決
定プログラム204である。処理の流れの一例を図51
に示している。切削体積の最適化を図る上で主に効果が
あるのは、水平軸(X軸及びY軸)周りの回転移動であ
る。まずS70,S71では、三次元形状データに所定
の回転角度単位ΔθXにて回転変換を施しつつ、その回
転後の三次元形状データの空間的な拡がりから、欠損部
補填形状外面のX方向、Y方向及びZ方向の寸法LX、
LY、LZを求める。例えばLXは、欠損部補填形状外面
の面データから、面に属する座標点のうち、X座標値の
最大値をXmax、同じく最小値をXminとして、LX=Xm
ax−Xminとして算出する。LY、LZも同様に、LY=Y
max−Ymin、LZ=Zmax−Zminとして算出する。そし
て、S72で、加工体積パラメータVを、V=LX×LY
×LZとして算出する。図52に示すように、これは欠
損部補填形状外面401aへの外接直方体の体積であ
り、これが大きければ大きいほど加工体積、すなわち加
工代が大きくなることは明らかであろう。
The first problem is that, based on the three-dimensional shape data of the defective portion, a processing volume parameter reflecting the processing volume of the ceramic material to be processed is calculated, and the value of the processing volume parameter is optimized. The problem can be solved by performing a predetermined rotation conversion on the three-dimensional shape data of the defective portion. This processing is controlled by the optimum cutting position determination program 204 shown in FIG. FIG. 51 shows an example of the processing flow.
Is shown in Rotational movement around the horizontal axis (X axis and Y axis) is mainly effective in optimizing the cutting volume. First, in S70 and S71, the three-dimensional shape data is subjected to rotation conversion in a predetermined rotation angle unit ΔθX, and the three-dimensional shape data after the rotation is spatially expanded. Dimension LX in the direction and the Z direction,
Find LY and LZ. For example, LX is defined as Lmax = Xm, where Xmax is the maximum value of the X coordinate values and Xmin is the minimum value of the coordinate points belonging to the surface, based on the surface data of the outer surface of the missing portion filling shape.
Calculated as ax-Xmin. LY and LZ are similarly LY = Y
It is calculated as max-Ymin, LZ = Zmax-Zmin. Then, in S72, the processing volume parameter V is calculated as V = LX × LY.
Calculate as × LZ. As shown in FIG. 52, this is the volume of the circumscribed rectangular parallelepiped on the outer surface 401a of the defect-repairing shape, and it is clear that the larger this is, the larger the processing volume, that is, the processing allowance.

【0110】そして、S73では、上記Vが最小となる
X軸周りの角度位置を見い出してこれに固定し、その状
態でS74以下ではY軸周りの回転について全く同じ処
理を行う。これにより、三次元形状データの、加工体積
が最小となる最適の回転角度位置が決定されることにな
る。そして、S80では、決定された回転位置への回転
変換を施した状態にて、三次元形状データを再保存す
る。
In S73, the angular position around the X-axis at which V becomes minimum is found and fixed, and in this state, the same processing is performed for rotation around the Y-axis in S74 and below. As a result, the optimum rotation angle position of the three-dimensional shape data that minimizes the processing volume is determined. Then, in S80, the three-dimensional shape data is stored again in a state where the rotation conversion to the determined rotation position has been performed.

【0111】一方、の問題については、実際に加工を
開始してから加工不能であることに気付く愚は何として
も避けねばならない。そこで、本実施例では、欠損部の
三次元形状データに基づいて、セラミック被加工材料に
対する切削シミュレーションを実施可能としている。こ
の切削(加工)シミュレーションは、図2のシミュレー
ションプログラム207により行われるが、基本的な処
理の流れは図53と全く同様である。ここでは、実際の
セラミック被加工材料Wの代わりに、ソリッドモデルに
よる材料素材オブジェクトの三次元形状データを使用
し、工具の代わりに同じくソリッドモデルによる工具オ
ブジェクトの三次元形状データを使用して、図7に示す
データに基づき設定された工具切込量とワーク送り速度
に従い、コンピュータグラフィックスによる切削シミュ
レーションを行う。例えば、材料素材オブジェクトと、
工具オブジェクトとの間に空間的な重なりが発生すれ
ば、その重なり部分は切削されたと判断し、材料素材オ
ブジェクトからその切削部分に相当するデータ部を消去
又は無効化する処理を行う。これにより、図54あるい
は図55に示すように、加工進行状況を表すシミュレー
ション画面を表示することができる。なお、図54
(a)は、人工骨表側の仕上加工が途中まで進行した状
態を、同図(b)は、その仕上加工が終了した状態を示
している。また、図55(a)は、人工骨裏側の仕上加
工が途中まで進行した状態を、同図(b)は、その仕上
加工が終了した状態を示している。
On the other hand, with regard to the above problem, it is necessary to avoid any stupid notice that processing is impossible after actually starting processing. Therefore, in the present embodiment, it is possible to execute a cutting simulation for the ceramic workpiece based on the three-dimensional shape data of the defective portion. This cutting (machining) simulation is performed by the simulation program 207 of FIG. 2, but the basic processing flow is exactly the same as that of FIG. Here, instead of the actual ceramic workpiece W, three-dimensional shape data of a material object by a solid model is used, and instead of a tool, three-dimensional shape data of a tool object by a solid model is also used. A cutting simulation by computer graphics is performed according to the tool cutting amount and the workpiece feed speed set based on the data shown in FIG. For example, a material material object,
If a spatial overlap with the tool object occurs, it is determined that the overlapped portion has been cut, and a process of deleting or invalidating the data portion corresponding to the cut portion from the material material object is performed. Thereby, as shown in FIG. 54 or 55, it is possible to display a simulation screen representing the processing progress. Incidentally, FIG.
(A) shows a state where the finishing process on the front side of the artificial bone has progressed halfway, and (b) shows a state where the finishing process has been completed. FIG. 55 (a) shows a state in which the finishing process on the back side of the artificial bone has progressed halfway, and FIG. 55 (b) shows a state in which the finishing process has been completed.

【0112】なお、工具切込量とワーク送り速度は被加
工材料の種別によっても異なる場合がある。例えば、該
加工装置を用いてセラミックス未焼成成型素材以外に、
例えば石膏モデルの切削を行うこともできるが、この場
合、それらセラミックス未焼成成型素材あるいは石膏と
いった、被加工材料の種類毎に図7に示すデータを用意
しておき、材料別に適宜データを選択して用いることも
できる。
The tool cutting amount and the workpiece feed speed may be different depending on the type of the material to be processed. For example, in addition to the ceramic unfired molding material using the processing apparatus,
For example, a gypsum model can be cut. In this case, data shown in FIG. 7 is prepared for each type of material to be processed, such as a ceramic unfired molded material or gypsum, and data is appropriately selected for each material. Can also be used.

【0113】上記のような切削シミュレーションによ
り、実際に加工を行わなくとも、図57に示すような要
因により切削不能となる可能性があるか否かを、簡単に
知ることができる。例えば、シミュレーション時に設定
された加工パスによる加工で、既に切削済みの部位にお
いて、三次元形状データが規定する加工限界位置を超え
て工具が内側に入り込むか否かを監視し、工具が内側に
入り込むようであれば切削不能と判定することができ
る。また、実際の切削では絶対不可能な早送り処理等
も、シミュレーション処理では極めて簡単に行うことが
でき、切削の可否を迅速に知ることができる。また、図
53のS119に示すように工具あるいはワークの送り
速度と、切削開始から切削終了までの総パス長とを参照
すれば、加工に要する時間も簡単に知ることができる。
By the above-described cutting simulation, it is possible to easily know whether or not there is a possibility that the cutting cannot be performed due to the factors shown in FIG. 57 without actually performing the processing. For example, in the machining by the machining path set at the time of the simulation, it is monitored whether or not the tool enters inside beyond the machining limit position defined by the three-dimensional shape data in the already cut portion, and the tool enters inside. If so, it can be determined that cutting is impossible. In addition, rapid traverse processing, which is absolutely impossible with actual cutting, can be performed extremely easily by simulation processing, and the possibility of cutting can be quickly known. Also, referring to the feed speed of the tool or the work and the total path length from the start of cutting to the end of cutting as shown in S119 of FIG. 53, the time required for processing can be easily known.

【0114】そして、切削シミュレーションの結果にお
いて、正常な切削が不能と判定された場合は、正常な切
削が可能となるように、欠損部の三次元形状データに、
平行移動、回転移動及びそれらの組み合わせのいずれか
からなる所定の移動変換を施ことができる。なお、先の
切削最適位置決定処理を優先した場合、加工代最小とな
る三次元形状データの回転角度位置が、必ずしも切削可
能とはならないこともありうる。そこで、正常切削確保
と加工代最小化との2つの課題を解決するために、図5
8に示すような処理が可能である。まず、S120で
は、三次元形状データをある初期位置に設定して切削シ
ミュレーションを行い、その後、三次元形状データに少
しずつ回転移動(あるいは平行移動:ここでは、理解を
容易にするために回転移動に限って説明を進める)を施
しながら、切削シミュレーションを繰り返す。そして、
その判定結果を見て、切削可能な角度位置と切削不能な
角度位置とを、例えば設計データの一部としてそれぞれ
登録・記憶してゆく(S121〜S123)。
If it is determined in the result of the cutting simulation that normal cutting cannot be performed, the three-dimensional shape data of the defective portion is added to the data so that normal cutting can be performed.
A predetermined movement conversion consisting of a parallel movement, a rotational movement, or a combination thereof can be performed. In addition, when the cutting optimal position determination processing is prioritized, the rotation angle position of the three-dimensional shape data that minimizes the machining allowance may not always be able to be cut. In order to solve the two problems of ensuring normal cutting and minimizing machining allowance, FIG.
The processing shown in FIG. First, in S120, a cutting simulation is performed by setting the three-dimensional shape data at a certain initial position, and thereafter, the three-dimensional shape data is gradually rotated (or translated; here, rotated to facilitate understanding). The cutting simulation is repeated. And
With reference to the result of the determination, the angle positions that can be cut and the angle positions that cannot be cut are registered and stored, for example, as part of the design data (S121 to S123).

【0115】そして、全ての有効角度範囲を調べ尽くせ
ば、切削可能な角度範囲[θV]が記憶されているはず
であるから、その角度範囲[θV]に限定した形で、図
51の切削最適位置決定処理を行えば、正常切削可能で
あってしかも切削代も最小化できる三次元形状データの
変換位置を求めることができる。
When all the effective angle ranges have been examined, the cuttable angle range [θV] should have been stored. By performing the position determination process, it is possible to obtain a converted position of the three-dimensional shape data that allows normal cutting and minimizes the cutting allowance.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】X線CTの原理説明図。FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of X-ray CT.

【図2】本発明の補填用人工骨設計システムを用いた補
填用人工骨加工システムの、電気的構成の一例を示すブ
ロック図。
FIG. 2 is a block diagram showing an example of an electrical configuration of a prosthetic artificial bone processing system using the prosthetic artificial bone design system of the present invention.

【図3】人体断層の画像データ取得方法を概念的に示す
説明図。
FIG. 3 is an explanatory view conceptually showing a method for acquiring image data of a human body tomography.

【図4】加工装置の電気的構成の一例を示すブロック
図。
FIG. 4 is a block diagram illustrating an example of an electrical configuration of the processing apparatus.

【図5】設計データの記憶形態の一例を示す概念図。FIG. 5 is a conceptual diagram showing an example of a storage form of design data.

【図6】設計データの内容の一例を示す概念図。FIG. 6 is a conceptual diagram showing an example of the contents of design data.

【図7】加工装置に対する工具切り込み量と送り速度と
の設定データの構成例を示す概念図。
FIG. 7 is a conceptual diagram showing a configuration example of setting data of a tool cutting amount and a feed speed for a processing apparatus.

【図8】X線CTによる撮影を行う断層位置の設定例を
示すレントゲン写真。
FIG. 8 is an X-ray photograph showing a setting example of a tomographic position where imaging by X-ray CT is performed.

【図9】X線CTによる断層画像のいくつかの出力例を
示す図。
FIG. 9 is a diagram showing some output examples of tomographic images by X-ray CT.

【図10】骨部データ抽出処理の流れの一例を示すフロ
ーチャート。
FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of a flow of a bone part data extraction process.

【図11】断層位置による骨部領域の像ぼけの発生原因
を説明する図。
FIG. 11 is a view for explaining a cause of image blurring in a bone region due to a tomographic position.

【図12】手動により骨部外形線を入力する方法を示す
説明図。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a method of manually inputting a bone outline.

【図13】閾濃度レベルを選択して骨部外形線を自動発
生させる方法を示す説明図。
FIG. 13 is an explanatory view showing a method of automatically generating a bone outline by selecting a threshold density level.

【図14】原イメージデータの二値化の原理と、CT値
に応じた表示色の設定例を示す図。
FIG. 14 is a diagram showing a principle of binarization of original image data and a setting example of a display color according to a CT value.

【図15】濃淡階調を有する原イメージデータと、骨部
候補領域の抽出例を示す説明図。
FIG. 15 is an explanatory diagram showing an example of extraction of original image data having shades of gray and bone part candidate regions.

【図16】ラベリングによる領域分離抽出の原理説明
図。
FIG. 16 is a view for explaining the principle of region separation and extraction by labeling.

【図17】頭蓋骨部の開口部を補間曲線にて埋める処理
例を示す説明図。
FIG. 17 is an explanatory diagram showing an example of processing for filling an opening of a skull with an interpolation curve.

【図18】補間曲線の発生方法を示す説明図。FIG. 18 is an explanatory diagram showing a method of generating an interpolation curve.

【図19】サーチ円を用いて補間曲線をさらに高精度に
発生させる方法を示す説明図。
FIG. 19 is an explanatory diagram showing a method for generating an interpolation curve with higher accuracy using a search circle.

【図20】サーチ円の中心決定方法を示す説明図。FIG. 20 is an explanatory diagram showing a method for determining the center of a search circle.

【図21】輪郭点群化処理の流れの一例を示すフローチ
ャート。
FIG. 21 is a flowchart illustrating an example of the flow of a contour point grouping process.

【図22】骨部外形線を各種投影にて表示した画面出例
を示す図。
FIG. 22 is a view showing an example of a screen displaying bone outlines in various projections.

【図23】図22の平面投影を拡大して示す図。FIG. 23 is an enlarged view showing the planar projection of FIG. 22;

【図24】複数スライスの骨部外形線を平面投影に合成
する様子を示す説明図。
FIG. 24 is an explanatory diagram showing a state in which bone outlines of a plurality of slices are combined with a plane projection.

【図25】図22の正面投影及び側面投影を模式化して
説明する図。
FIG. 25 is a diagram schematically illustrating front projection and side projection of FIG. 22;

【図26】骨部外形線の立体合成投影により生ずる錯覚
の例を説明する図。
FIG. 26 is a view for explaining an example of an illusion caused by stereoscopic synthesis projection of a bone outline.

【図27】骨部外形線のスムージング補正の位置方式を
説明する図。
FIG. 27 is a diagram illustrating a position method of smoothing correction of a bone outline.

【図28】図22の、濃淡画像の重ねイメージを拡大し
て示す図。
FIG. 28 is an enlarged view showing a superimposed image of a grayscale image in FIG. 22;

【図29】位置決め用目印画像が形成されたX線CTフ
ィルムの一例を示す図。
FIG. 29 is a diagram showing an example of an X-ray CT film on which a positioning mark image has been formed.

【図30】位置決め用目印画像が不鮮明化して、位置決
め誤差を生ずる様子を説明する図。
FIG. 30 is a view for explaining how a positioning mark image is blurred and a positioning error occurs.

【図31】三次元形状データ作成処理の流れの一例を示
すフローチャート。
FIG. 31 is a flowchart illustrating an example of the flow of a three-dimensional shape data creation process.

【図32】頭蓋骨における各種欠損発生形態を示す図。FIG. 32 is a view showing various forms of occurrence of defects in the skull.

【図33】鏡映コピーによる欠損部復元を行う場合の問
題点を説明する図。
FIG. 33 is a view for explaining a problem in a case where a defective portion is restored by mirror copying.

【図34】コピー先の位置補正を行いながら鏡映コピー
を行う方式の説明図。
FIG. 34 is an explanatory diagram of a method of performing a mirror copy while correcting the position of a copy destination.

【図35】額に生じた欠損部の三次元形状データ作成を
行う場合に使用する骨部外形線合成像の、正面投影表示
例を示す図。
FIG. 35 is a diagram showing an example of a front projection display of a bone outline synthesizing image used when creating three-dimensional shape data of a defective portion generated on a forehead;

【図36】同じく側面投影表示例を示す図。FIG. 36 is a diagram showing a side projection display example.

【図37】欠損部の外面輪郭線の形成例を示す図。FIG. 37 is a diagram showing an example of forming an outer contour line of a defective portion.

【図38】開口内面に凹凸が形成された欠損部に対する
補填用人工骨の形状例を示す模式図。
FIG. 38 is a schematic view showing an example of the shape of an artificial bone for filling a defective portion having irregularities on the inner surface of the opening.

【図39】補間基準線と欠損部補間曲線の発生例を示す
図。
FIG. 39 is a diagram showing an example of occurrence of an interpolation reference line and a missing portion interpolation curve.

【図40】補間曲線及びそれに基づく面データの発生方
式を説明する図。
FIG. 40 is a view for explaining an interpolation curve and a method of generating surface data based on the interpolation curve.

【図41】額に生じた欠損部の三次元形状データ作成を
行う場合に使用する骨部外形線合成像の、平面投影表示
例を示す図。
FIG. 41 is a diagram showing an example of a planar projection display of a composite image of a bone outline used when creating three-dimensional shape data of a defective portion generated on a forehead;

【図42】欠損部補間曲線上に制御点を発生させ、それ
を用いて形状補正する様子を示す説明図。
FIG. 42 is an explanatory diagram showing how control points are generated on a missing part interpolation curve and shape correction is performed using the control points.

【図43】欠損部補間曲線形成後の側面投影表示例を示
す図。
FIG. 43 is a view showing an example of a side projection display after forming a missing portion interpolation curve.

【図44】頭頂部に生じた欠損部の三次元形状データ作
成を行う場合に使用する、健常部外面オブジェクトを模
式的に示す斜視図。
FIG. 44 is a perspective view schematically showing a healthy part outer surface object used when creating three-dimensional shape data of a defective part generated at the crown.

【図45】投影元基準線を設定した健常部外面オブジェ
クトの表示例を示す図。
FIG. 45 is a diagram showing a display example of a healthy part outer surface object in which a projection reference line is set.

【図46】図45の投影元基準線に基づき補間基準線を
形成した状態の、健常部外面オブジェクトの表示例を示
す図。
46 is a diagram showing a display example of a healthy part outer surface object in a state where an interpolation reference line is formed based on the projection source reference line in FIG. 45.

【図47】図46の補間基準線に基づき欠損部補間曲線
を形成した状態の、健常部外面オブジェクトの表示例を
示す図。
47 is a diagram showing a display example of a healthy part outer surface object in a state where a missing part interpolation curve is formed based on the interpolation reference line of FIG. 46.

【図48】図47の欠損部補間曲線間に面データを発生
させる様子を示す説明図。
FIG. 48 is an explanatory diagram showing how surface data is generated between the missing part interpolation curves in FIG. 47;

【図49】投影元基準線を平行線状に設定する例を示す
健常部外面オブジェクトの三面図。
FIG. 49 is a three-view drawing of a healthy part external object showing an example in which a projection reference line is set in a parallel line shape.

【図50】ソリッドモデルによる三次元形状データの概
念を説明する図。
FIG. 50 is a view for explaining the concept of three-dimensional shape data based on a solid model.

【図51】切削最適位置決定処理の流れの一例を示すフ
ローチャート。
FIG. 51 is a flowchart showing an example of the flow of a cutting optimum position determination process.

【図52】切削体積を最小化する三次元形状データの回
転変換を説明する図。
FIG. 52 is a view for explaining rotation conversion of three-dimensional shape data for minimizing a cutting volume.

【図53】加工処理あるいはそのシミュレーション処理
の流れの一例を示すフローチャート。
FIG. 53 is a flowchart showing an example of the flow of a processing process or a simulation process thereof.

【図54】加工シミュレーションの出力例を示す図。FIG. 54 is a diagram showing an output example of a processing simulation.

【図55】加工シミュレーションの別の出力例を示す
図。
FIG. 55 is a view showing another output example of the processing simulation.

【図56】被加工材料を直接切削して補填用人工骨を製
造する方法を説明する図。
FIG. 56 is a view for explaining a method for producing a prosthetic artificial bone by directly cutting a work material.

【図57】被加工材料と工具との位置関係により切削不
能となる場合の説明図。
FIG. 57 is an explanatory diagram of a case where cutting becomes impossible due to a positional relationship between a work material and a tool.

【図58】加工可否を考慮した切削最適位置決定処理の
流れの一例を示すフローチャート。
FIG. 58 is a flowchart showing an example of the flow of a cutting optimum position determination process in consideration of the possibility of machining;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 補填用人工骨加工システム 3 CPU 7 イメージスキャナ 11 表示装置(画像表示手段) 15 加工装置 40 補填用人工骨設計システム 50 コンピュータ 80 フィルム 90 断層画像 93 最大候補領域 99 画素濃度モニタバー(画素濃度表示手段) 100 骨部推定画像領域 101 曲線制御点 102 基準濃度レベル領域 103 骨部外形線情報 108 頭蓋骨部候補領域 117 サーチ円 122 重ねイメージ 125 骨部外形線情報 129 欠損部の推定外形線 132 位置決め用目印画像 149 補間基準線 149a 第一基準線セグメント 149b 第二基準線セグメント 150 外面輪郭線 151,164 欠損部補間曲線 152,168 曲線制御点 160 健常部外面オブジェクト 162 投影元基準線 200 制御プログラム 400 欠損部 SC 断層位置 MSP 鏡映基準面 Kx 閾濃度レベル Ki 基準濃度レベル Reference Signs List 1 artificial bone processing system for supplementation 3 CPU 7 image scanner 11 display device (image display means) 15 processing device 40 artificial bone design system for supplementation 50 computer 80 film 90 tomographic image 93 maximum candidate area 99 pixel density monitor bar (pixel density display means 100) Estimated bone part image area 101 Curve control point 102 Reference density level area 103 Bone outline information 108 Skull part candidate area 117 Search circle 122 Superimposed image 125 Bone outline information 129 Estimated outline of defective part 132 Positioning mark Image 149 Interpolation reference line 149a First reference line segment 149b Second reference line segment 150 Outer surface contour 151,164 Missing part interpolation curve 152,168 Curve control point 160 Healthy part outer surface object 162 Projection reference line 200 Control program 400 defects SC tomographic position MSP mirroring the reference plane Kx threshold concentration level Ki reference density level

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 人体断層画像に基づいて骨部欠損部を埋
める補填用人工骨を設計するシステムにおいて、 互いに異なる複数の断層位置にて撮影された断層画像の
それぞれにおいて、骨部の画像領域を抽出する骨部領域
抽出手段と、 その抽出された骨部領域に基づいて、最終的に骨部とし
て定めるべき領域の外形線情報である骨部外形線情報を
生成する骨部外形線情報生成手段と、 各断層位置毎の骨部外形線情報に基づいて、前記骨部の
欠損部の三次元形状データを生成する三次元形状データ
生成手段とを備え、 前記三次元形状データ生成手段は、 前記骨部外形線情報に基づいて、前記骨部の健常部の表
面形状を反映した補間基準線を設定する補間基準線生成
手段と、 その補間基準線に沿って補間曲線生成用の曲線制御点を
設定する曲線制御点設定手段と、 その設定された曲線制御点を用いて、予め定められた曲
線決定アルゴリズムに従い、前記欠損部を曲線補間する
欠損部補間曲線を生成する欠損部補間曲線生成手段とを
備え、 その欠損部補間曲線に基づいて、前記欠損部を補填する
人工骨外面の三次元形状データを生成することを特徴と
する補填用人工骨設計システム。
1. A system for designing an artificial bone for filling a bone defect based on a tomographic image of a human body, wherein an image region of a bone is determined in each of tomographic images photographed at a plurality of different tomographic positions. Bone region extraction means for extracting, and bone outline information generation means for generating bone outline information, which is outline information of a region to be finally determined as a bone, based on the extracted bone region And three-dimensional shape data generating means for generating three-dimensional shape data of the missing part of the bone based on the bone outline information for each tomographic position, wherein the three-dimensional shape data generating means comprises: An interpolation reference line generating means for setting an interpolation reference line reflecting the surface shape of the healthy part of the bone based on the bone outline information, and a curve control point for generating an interpolation curve along the interpolation reference line. Curve control to set Point setting means, and using the set curve control points, according to a predetermined curve determination algorithm, comprising a missing part interpolation curve generating means for generating a missing part interpolation curve for curve interpolation of the missing part, A prosthetic artificial bone design system for generating three-dimensional shape data of an outer surface of an artificial bone that compensates for the defective part based on a defective part interpolation curve.
【請求項2】 前記補間基準線は予め定められた間隔に
て配列する点群データとして規定されるものであり、そ
の点群の一部または全てを前記曲線制御点として使用す
る請求項1記載の補填用人工骨設計システム。
2. The method according to claim 1, wherein the interpolation reference line is defined as point group data arranged at a predetermined interval, and a part or all of the point group is used as the curve control points. Artificial bone design system for replenishment.
【請求項3】 前記補間基準線は、前記欠損部に隣接す
る健常部において、前記欠損部の内周縁側に端点を生ず
る第一基準線セグメントと、その第一基準線セグメント
の欠損部側への延長方向において、該欠損部を挟んで前
記第一基準線セグメントと反対側に位置するとともに、
前記欠損部の内周縁側に端点を生ずる第二基準線セグメ
ントとを含み、 前記欠損部補間曲線生成手段は、前記欠損部補間曲線
を、それら第一及び第二基準線セグメント上の各曲線制
御点に基づき、両セグメントをつなぐ形で決定するもの
である請求項1又は2に記載の補填用人工骨設計システ
ム。
3. The interpolation reference line is directed to a first reference line segment having an end point on an inner peripheral side of the defective portion in a healthy portion adjacent to the defective portion, and a first reference line segment extending to the defective portion side of the first reference line segment. In the extension direction of, while located on the opposite side of the first reference line segment across the defect,
A second reference line segment generating an end point on the inner peripheral side of the missing portion, wherein the missing portion interpolation curve generation means controls the missing portion interpolation curve by controlling each curve on the first and second reference line segments. 3. The artificial bone design system for replacement according to claim 1, wherein the system is determined based on the points by connecting the two segments.
【請求項4】 前記欠損部補間曲線生成手段は、前記第
一及び第二基準線セグメントの各端点において、各々の
基準線セグメントに対し少なくとも一次の微分係数が略
一致するように、前記欠損部補間曲線を前記曲線制御点
の座標情報に基づき回帰的に決定するものである請求項
3記載の補填用人工骨設計システム。
4. The missing portion interpolation curve generating means, wherein at each end point of the first and second reference line segments, the missing portion is adjusted so that at least the first-order derivative of each of the reference line segments substantially coincides. 4. The artificial bone design system for replacement according to claim 3, wherein the interpolation curve is recursively determined based on the coordinate information of the curve control points.
【請求項5】 前記第一基準線セグメントと、前記第二
基準線セグメントとは、前記欠損部の存在により中断さ
れる前記骨部外形線の、該欠損部に面した両端部分が使
用される請求項3又は4に記載の補填用人工骨設計シス
テム。
5. The first reference line segment and the second reference line segment are used at both ends of the bone outline which is interrupted by the presence of the defect, facing the defect. The artificial bone design system for replacement according to claim 3 or 4.
【請求項6】 前記骨部外形線は、予め定められた間隔
にて配列する点群データとして規定されるものである請
求項5記載の補填用人工骨設計システム。
6. The artificial bone design system for replacement according to claim 5, wherein the bone outline is defined as point cloud data arranged at predetermined intervals.
【請求項7】 前記補間基準線生成手段は、前記骨部外
形線の情報に基づいて健常部の三次元外面形状を規定す
る健常部三次元面データを作成し、その健常部三次元面
データに基づいて張られる健常部外面オブジェクト上
に、前記欠損部を横切る所定方向にて前記骨部外形線と
交差する補間基準線を設定するものである請求項1ない
し4のいずれかに記載の補填用人工骨設計システム。
7. The healthy part three-dimensional surface data that defines a three-dimensional outer surface shape of a healthy part based on the information of the bone outline, and the interpolation reference line generating means generates the healthy part three-dimensional surface data. The interpolation according to any one of claims 1 to 4, wherein an interpolation reference line that intersects with the bone outline in a predetermined direction crossing the defect is set on a healthy part outer surface object stretched based on the following. Artificial bone design system.
【請求項8】 前記補間基準線は、前記健常部外面オブ
ジェクトが配置される三次元座標空間内に基準面を設定
し、その基準面上に放射線状又は平行線状に投影元基準
線を設定し、その投影元基準線を前記健常部外面オブジ
ェクト上に投影して形成されるものである請求項7記載
の補填用人工骨設計システム。
8. The interpolation reference line sets a reference plane in a three-dimensional coordinate space in which the healthy part outer surface object is arranged, and sets a projection source reference line on the reference plane in a radial or parallel line shape. 8. The artificial bone design system for replacement according to claim 7, wherein the projection source reference line is formed by projecting the reference line on the outer surface object of the healthy part.
【請求項9】 前記三次元形状データ生成手段は、 前記補間基準線の前記欠損部開口側の端点の全て又は3
以上の一部のものを曲線制御点として選択し、その選択
された曲線制御点に基づいて、前記補填用人工骨の外面
周縁形状を表す外面輪郭線を、欠損部開口形状に対応す
る形にて決定する外面輪郭線決定手段と、 その決定された外面輪郭線のデータと前記欠損部補間曲
線のデータとに基づいて、それら線に囲まれる曲面デー
タを前記欠損部ひいては前記補填用人工骨の三次元外面
データとして生成する請求項1ないし8のいずれかに記
載の補填用人工骨設計システム。
9. The three-dimensional shape data generating means may include all or three of the end points of the interpolation reference line on the opening side of the defective portion.
A part of the above is selected as a curve control point, and based on the selected curve control point, an outer contour line representing the outer peripheral edge shape of the artificial bone for replacement is formed into a shape corresponding to the shape of the opening of the defect. Based on the determined outer surface contour data and the data of the missing portion interpolation curve, the curved surface data surrounded by those lines is determined based on the determined outer surface contour data and the data of the missing portion interpolation curve. The artificial bone design system for replacement according to any one of claims 1 to 8, wherein the system is generated as three-dimensional outer surface data.
【請求項10】 前記欠損部補間曲線上に新たな曲線制
御点を1又は複数生成させる曲線制御点生成手段と、 その生成された曲線制御点の位置を手動変更することに
より、前記欠損部補間曲線の形状調整を行う欠損部補間
曲線形状調整手段とを備える請求項1ないし9のいずれ
かに記載の補填用人工骨設計システム。
10. A curve control point generating means for generating one or a plurality of new curve control points on the missing part interpolation curve, and manually changing the position of the generated curve control point to thereby perform the missing part interpolation. The artificial bone design system for supplementation according to any one of claims 1 to 9, further comprising means for adjusting a shape of a curve for adjusting the shape of a curve.
【請求項11】 前記骨部は頭蓋骨であり、前記断層画
像は、前記軸線方向をその頭蓋骨を縦方向に貫く形で設
定することにより得られる頭部の輪切り画像である請求
項1ないし10のいずれかに記載の補填用人工骨設計シ
ステム。
11. The method according to claim 1, wherein the bone part is a skull, and the tomographic image is a sliced image of a head obtained by setting the axial direction so as to penetrate the skull in a longitudinal direction. The artificial bone design system for replacement according to any one of the above.
【請求項12】 前記人体断層画像の画像データとし
て、断層画像撮影装置にて取得された撮影信号に基づい
て、直接デジタル画像データとして生成されたものが使
用される請求項1ないし11のいずれかに記載の補填用
人工骨設計システム。
12. The image data of the human body tomographic image, which is directly generated as digital image data based on a photographing signal acquired by a tomographic image photographing apparatus is used. 2. The artificial bone design system for replacement according to 1.
【請求項13】 前記人体断層画像の画像データとし
て、断層画像撮影装置において、モニタ画像の撮影フィ
ルムあるいは画像印刷物として出力された画像ハードコ
ピーを、イメージスキャナにより画像データ化したもの
が使用される請求項1ないし12のいずれかに記載の補
填用人工骨設計システム。
13. The tomographic image photographing apparatus according to claim 13, wherein image data obtained by converting an image hard copy output as a photographing film of a monitor image or an image printout with an image scanner is used as the image data of the human tomographic image. Item 13. An artificial bone design system for replacement according to any one of Items 1 to 12.
【請求項14】 請求項1ないし13のいずれかに記載
の補填用人工骨設計システムにより作成された三次元形
状データを参照しつつ、被加工材料を前記三次元形状デ
ータが示す補填用人工骨形状に加工する工程を含むこと
を特徴とする補填用人工骨の製造方法。
14. A prosthetic artificial bone that indicates a material to be processed by referring to the three-dimensional shape data created by the artificial prosthetic bone design system according to claim 1. A method for producing a prosthetic artificial bone, comprising a step of processing into a shape.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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