JP2002186588A

JP2002186588A - 人体数値管理システム及び人体モデリングシステム

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Publication number: JP2002186588A
Application number: JP2000390906A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Sato; 充佐藤; Tetsuya Sayama; 哲也佐山; Masaru Miura; 勝三浦
Original assignee: Pasco Corp
Current assignee: Pasco Corp
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2002-07-02
Anticipated expiration: 2020-12-22
Also published as: JP3558596B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、人体各部分に関する位置及び形状
を、仙骨最下点を原点とする立体座標系の数値データと
して管理することを可能とし、病理範囲の数値的解析や
変化予測を行うシステムアプローチを提供する。【解決手段】人体数値管理・モデリングシステムにお
いて、人体に関する３次元画像情報から、仙骨最下点の
座標データを求めて基準点を設定する基準点設定手段、
前記３次元画像情報に基づいて、前記基準点を原点とす
る立体座標系を作成する立体座標作成手段を備え、前記
人体の部分に関する位置を数値管理するようにした。さ
らに、前記３次元画像情報から所定部分を抽出し、該部
分について、前記立体座標系に基づくポリゴンデータを
作成するシミュレータ作成手段を備え、前記ポリゴンデ
ータに基づいて画像表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人体における各部
分の位置及び形状、病巣等の範囲について、立体座標値
により管理し、表示することができ、医学教育や医療現
場における人体シミュレータとして適用できる人体数値
管理システム及び人体モデリングシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】人体の内部構造を把握、病巣等の診断す
るにあたって、かつてはＸ線の透視画像又はＸ線撮影画
像が多く用いられていた。しかし、近年においては、Ｘ
線による放射線を浴びることなく、しかも、正確な断面
画像を取得できることから、内部構造の把握、病巣等の
診断には、磁気共鳴画像（ＭＲＩ）撮影装置が用いられ
ている。

【０００３】ＭＲＩ撮影装置では、人体を強磁場中にお
き、体内にあるプロトンに対してＲＦ電波を与えると、
プロトンが、エネルギー吸収による歳差運動を起こし、
ＲＦ電波がなくなると、この吸収したエネルギーを放出
するので、この放出エネルギーを検出することにより、
人体内における部分の状態によって異なる放出エネルギ
ーを検出し、ＭＲＩ画像を取得している。

【０００４】ＭＲＩ撮影装置で得られる画像は、断面を
撮影したものとなるため、人体の内部構造を立体的に把
握するために、例えば、人体を横方向に寝かせた状態
で、必要とする部分を複数回に渡って分けて撮影し、そ
の撮影データに基づいて、ソフトウエアにより３次元画
像に変換し、画面に表示している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従って、ＭＲＩ撮影装
置によると、人体を輪切り状にした断面画像が複数枚得
られる。これら画像を並べて表示する、あるいは、３次
元画像に変換して表示することによって、内部構造を目
視により把握している。また、その内部構造が、時間経
過とともにどのように変化したかの把握においても、過
去に取得した画像を取り出し、目視で現在の画像と対比
することにより行われている。これは、感覚的に把握さ
れるものであり、当該部分が相対的に変化していること
は分かったとしても、その変化を定量的に把握できるも
のではない。

【０００６】このように、ＭＲＩ撮影装置によって、正
確な３次元画像が取得できても、その３次元画像が示す
人体各部分について、特定点を基準とした座標管理がさ
れていなく、しかも、撮影時の測定条件によって、異な
った画像が取得されるため、これらの画像を用いて、人
体の内部構造や病巣等の範囲を特定しようとすると、医
者等の経験則に頼ることになり、正確かつ定量的な特定
が困難であった。

【０００７】また、ＭＲＩ以外の原理によって撮影され
た人体の内部構造等の画像においても、ＭＲＩによる画
像より精度が低いことに加えて、上述と同様の問題点が
あった。従来、人体各部分の位置や病巣の範囲は、カル
テにおける模式図表示といったように、感覚的な位置及
び形状にとどまり、正確な数値情報による表示が不可能
であった。

【０００８】そこで、本発明は、以上のような問題点を
解消するとともに、人体について、時系列で正確な位置
及び形状を、仙骨最下点を原点とする立体座標系による
数値データとして管理することを可能とし、病理範囲の
数値的解析や変化予測を行うシステムアプローチを提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、本発明による人体数値管理システムでは、人体に
関する３次元画像情報から、仙骨最下点の座標データを
求めて基準点を設定する基準点設定手段と、前記３次元
画像情報に基づいて、前記基準点を原点とする立体座標
系を作成する立体座標作成手段とを備え、前記人体の部
分に関する位置及び形状を数値管理するようにした。

【００１０】そして、人体数値管理システムで処理され
る前記３次元画像情報は、人体透視画像撮影装置で取得
されるものであり、前記３次元画像情報から、前記人体
の所定部分を抽出し、該部分の輪郭上における主要点に
ついて、前記立体座標系に基づく位置座標を設定する主
要部座標設定手段を有している。さらに、前記主要部座
標設定手段では、前記所定部分の中心点について、前記
立体座標系による位置座標を設定するようにし、人体数
値管理システムで処理される前記所定部分に、病巣を含
めた。

【００１１】また、本発明による人体モデリングシステ
ムでは、人体に関する３次元画像情報から、仙骨最下点
の座標データを求めて基準点を設定する基準点設定手段
と、前記３次元画像情報に基づいて、前記基準点を原点
とする立体座標系を作成する立体座標作成手段と、前記
３次元画像情報から所定部分を抽出し、該部分につい
て、前記立体座標系に基づくポリゴンデータを作成する
シミュレータ作成手段とを備えた。

【００１２】そして、人体モデリングシステムで処理さ
れる前記３次元画像情報は、人体透視画像撮影装置で取
得されるものである。前記所定部分として、病巣を含め
た。さらに、前記ポリゴンデータに基づいて、前記部分
を画像表示する表示手段を有しており、必要な部分情報
について、オブジェクト（系別ファイル）で管理できる
ようにした。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明による人体数値管理システ
ム及び人体モデリングシステムの実施形態について、図
面を参照しながら説明する。例えば、ＭＲＩ撮影装置を
用いて、人体の内部構造を把握しようとしたとき、通
常、該ＭＲＩ撮影装置に備えられたベッド上に、対象人
体を上向きに寝かせた状態で複数回撮影して、複数の断
面画像を取得する。そして、これらの断面画像から、ポ
リゴン化処理を行って３次元画像に変換される。この３
次元画像の範囲内では、この複数回の撮影時には、同じ
条件で撮影しているので、得られた画像の位置又は形状
は、人体の位置及び形状の相対的な位置関係においては
正確である。

【００１４】しかし、人体は、筋肉、臓器等の柔らかい
組織と、骨等の硬い組織で形成され、複数の骨は、関節
によって連結されている。そのため、前回と同じような
人体の姿勢、測定条件で撮影しても、そのときの人体各
部分の位置及び形状は微妙に違ったものとなるので、共
通の基準点を設定できていないため、前回と今回に撮影
した画像同士の位置又は形状を正確に合せることはでき
ない。

【００１５】そこで、人体の各部分の位置がずれても、
あるいは、病巣等のように部分が変形しても、いつも基
準点として特定することができる部分があれば、そこを
基準点として各部分の位置又は形状を正確に特定し、そ
れらを定量的に管理することができる。本実施形態で
は、この基準点を、人体の腰にある仙骨の最下点とし
た。その仙骨の所在位置を、図１に示した。

【００１６】基準点とするには、人体が動いても、位置
特定に影響がない、つまり、人体中で一つしかなく、変
形もしないことを要件とする。複数存在する部分の場合
には、例え、２つだけであっても、相対的に動く可能性
があり、また、臓器のように一つしかない場合でも、病
巣があって変形することも有り得る。さらに、基準点
は、人体の中心に近いほど、都合がよい。

【００１７】このような要件を満たすものとして、図１
に示されるように、仙骨が最も適している。そして、そ
の仙骨の最下点を、人体の各部分の位置又は形状を特定
するための基準点とした。そこで、図２に示されるよう
に、仙骨の最下点を基準点、つまり、原点Ｏとする３次
元の立体座標系を設定し、人体各部分の位置を座標値で
表すことにする。Ｘ軸とＹ軸とで、ＭＲＩ撮影装置のベ
ッドと平行な面を形成するようにし、人体の高さ方向、
つまり、厚み方向をＺ軸とした。ベッドが水平であるた
め、重力の影響をできるだけ少なくする方向を選択して
座標軸とした。

【００１８】そこで、本実施形態では、取得した人体位
置情報について、人体における仙骨の最下点を基準点と
した立体座標系に変換し、人体各部分の位置、病巣等の
範囲を立体座標値で管理できる人体数値管理・モデリン
グシステムを構築した。この人体数値管理・モデリング
システムに関わるのブロック構成の具体例を、図３に示
した。

【００１９】人体数値管理・モデリングシステムは、画
像データ取込手段１、記憶手段２、表示手段３、出力手
段４、操作手段５、基準点設定手段６、立体座標作成手
段７、主要部座標設定手段８、シミュレータ作成手段
９、そして制御部１０から構成される。画像データ取込
手段１は、人体透視画像撮影装置１１で撮影された対象
人体の透視断面画像に基づく３次元画像データを、人体
数値管理・モデリングシステムに取り込むためのもので
ある。

【００２０】記憶手段２は、取り込んだ画像データを記
憶することができるとともに、他の各手段によって処理
された結果についても、記憶することができる。表示手
段３は、取り込まれた３次元画像データを画面に表示す
ることができ、さらに、他の各手段によって処理された
結果についても、表示できる。出力手段４は、表示手段
３に表示された画像を印刷出力することができ、さら
に、表示手段３とは異なる場所に設置されているモニタ
装置等に表示することもできる。あるいは、人体数値管
理・モデリングシステムで処理された結果の画像データ
を、ＬＡＮ等のネットワークを介して他の端末装置等に
伝送するようにしてもよい。

【００２１】操作手段５は、オペレータによって操作さ
れるものであり、人体数値管理・モデリングシステムの
動作処理に関連する指示を入力できる。また、人体透視
画像撮影装置１１の測定条件を入力設定できるようにし
てもよい。制御部１０は、操作手段５で入力された操作
指示に従って、各手段の動作処理を制御するものであ
る。

【００２２】ここで、基準点設定手段６、立体座標作成
手段７、主要部座標設定手段８、そしてシミュレータ作
成手段９の動作処理については、図４に示した人体数値
管理・モデリングシステムに関する動作処理フローを参
照して説明する。先ず、ＭＲＩ等による人体透視画像撮
影装置１１から、対象人体の各部分に関する数値位置情
報を取得しなければならない。このとき、人体透視画像
撮影装置１１の撮影時における対象人体の位置に関する
測定条件を確定する（ステップＳ１）。人体透視画像撮
影装置１１に備えられたベッド上に、対象人体を上向き
にして、その所定の位置に寝かせることを測定条件とす
る。これは、測定装置の固有の条件でもある。

【００２３】人体透視画像撮影装置１１において対象人
体の透視断面画像が撮影され、３次元画像に変換された
画像データを画像データ取込手段１によって取り込み、
この画像データを人体各部分に関する数値位置情報とし
て記憶手段２に記憶する（ステップＳ２）。ここで、記
憶手段２に記憶された画像データが、対象人体の全身に
ついて撮影されたものである場合には、仙骨を撮影した
画像が含まれているが、対象人体を部分的に撮影したも
のである場合には、仙骨に関する画像データを含んでい
ないこともありえるので、対象人体の仙骨を含まない部
分を撮影するときには、当該部分の他に、仙骨部分につ
いても撮影し、３次元画像として取得しておく。

【００２４】次いで、基準点設定手段６により、人体立
体座標基準点の位置特定を行う（ステップＳ３）。記憶
手段２に記憶された仙骨部分の画像データを読み出し、
表示手段３に該当部分の３次元画像を表示する。そこ
で、オペレータは、操作手段５を操作して、表示された
３次元画像から仙骨の最下点を探し出し、その位置を表
示画面上でポインタする。基準点設定手段６は、このポ
インタされた位置を人体立体座標基準点として特定し、
記憶手段２にその位置座標データを記憶する。

【００２５】ここで、立体座標作成手段７は、特定され
た人体立体座標基準点に基づいて、対象人体に係る立体
座標系を展開する（ステップＳ４）。立体座標系の展開
方法は、平面座標系（Ｘ、Ｙ）と高さ座標（Ｚ）を、対
象人体における人体透視画像撮影装置１１で取得された
人体に係る３次元外郭線の内部に立体数値モデルを展開
する。

【００２６】この展開方法は、図５に示されるように、
基準点から撮影装置底面に対して平行に平面座標系Ｙ軸
を設定し、Ｙ軸に直交する軸線をＸ軸及びＺ軸として座
標系を設定し、取得されている画像データにおける位置
座標を、人体３次元立体座標系の座標値に変換する。そ
の座標系の原点Ｏは、人体立体座標基準点を示してい
る。

【００２７】次に、仙骨最下点を人体立体座標基準点と
する人体３次元立体座標系が展開されると、主要部座標
設定手段８により、人体各部分の中心点を特定する共
に、当該部分に係る主要点座標を設定する（ステップＳ
５）。これは、人体透視画像撮影装置１１によって取得
された人体各部分に係る３次元画像データについて、人
体立体座標系の座標値に変換し、人体各部分の中心点
と、当該部分の輪郭上にある主要点に係る座標を設定す
る。これにより、取得された画像データで示される人体
各部分の中心位置と、各部分の輪郭とが、人体立体座標
系において特定される。

【００２８】主要点について、人体各部分の輪郭におけ
る特徴点を選択し、例えば、突出している点、変化して
いる点等であり、比較して変形していることを判定する
ためのものである。主要点に係る座標の設定にあたって
は、表示手段３に表示された３次元画像に基づいて、オ
ペレータが操作手段５によって表示画面上で主要点に該
当する位置をポインタすることによって入力され、人体
立体座標系に変換された位置座標データが記憶手段２に
記憶される。

【００２９】また、人体各部分の中心点位置について
は、各部分の輪郭データに基づいて、例えば、輪郭の平
均位置を中心点として計算することにより求められる。
人体各部分の輪郭は、３次元立体画像の作成時に、人体
各部分に関してポリゴン化処理することによって求めら
れており、記憶手段２に記憶されている。図５に、人体
立体座標系における座標の例を、人体の部分として、心
臓の場合について示している。部分中心点ｎ_oの座標に
ついて、Ｘ＝ｘ_no、Ｙ＝ｙ_no、Ｚ＝ｚ_noと表し、当該部
分に係る主要点ｎ_mの座標を、Ｘ＝ｘ_nm、Ｙ＝ｙ_nm、Ｚ
＝ｚ_nmと表している。

【００３０】このように、人体各部分の位置及び形状に
関する中心点及び主要点ついて、人体立体座標系による
座標データで管理することができるため、時系列的な変
化を簡単にかつ定量的に把握することができる。人体各
部分については、ポリゴン化処理によりその輪郭を求め
ることができるが、病巣等は、例えば、画像の中で色の
差によって表されているため、人体各部分のように数値
的に輪郭を示すことができない。病巣等については、医
師が、この画像を見て、経験的かつ感覚的に、その病巣
等の大きさや位置を把握している。そのため、時系列的
に表示された画像を見ても、その病巣等の変化度を定量
的に把握できない。

【００３１】そこで、主要部座標設定手段８により、病
巣等の中心点及びその病巣等に係る主要点の位置座標を
設定する（ステップＳ６）。表示手段３に表示された画
像から、病巣と判断できる範囲を特定し、その範囲の大
きさや形状を示す特徴点を選択して主要点とする。操作
手段５の操作によって、その主要点に係る人体立体座標
系における位置座標データを入力し、記憶手段２に記憶
する。そして、選択された主要点に係る座標データに基
づいて、人体立体座標系におけるその病巣の中心点を求
め、記憶手段２に記憶する。

【００３２】このように、病巣等の範囲についても、人
体各部分と同様に、仙骨最下点を基準点とする人体立体
座標系で、その範囲に係る位置座標を管理することがで
きるため、時系列で画像を比較したとき、その範囲の変
化を的確に、かつ定量的に把握することができ、医師の
診断に大いに役立てることができる。また、シミュレー
タ作成手段９では、操作手段５で選択指示により、記憶
手段２に記憶された人体各部分又は病巣等の位置座標デ
ータを読み出し、これらの位置座標データに基づいて、
人体各部分又は病巣等をポリゴンデータに変換し、そし
て人体各部分又は病巣等について３次元画像を作成する
（ステップＳ７）。人体各部分及び病巣等の中心点に係
る座標データは、人体立体座標系に変換されているの
で、それぞれのポリゴンの位置関係が明瞭なものとなっ
ており、簡単に３次元画像化することができ、人体につ
いて、必要な情報をオブジェクト（系別ファイル）で管
理することができる。

【００３３】図６に、選択指示された人体各部分のポリ
ゴンデータに基づいて作成された人体シミュレータの例
を示した。同図において、ａは、人体各部分として骨を
選択した骨格系オブジェクトを、ｂは、筋肉を選択した
筋肉系オブジェクトを、ｃは、各臓器を選択した臓器系
オブジェクトを、ｄは、血管を選択した血管系オブジェ
クトを、そしてｅは、神経を選択した神経系オブジェク
トをそれぞれ示している。

【００３４】このようにして、オブジェクトで管理され
た各部分等のデータを活用することにより、実際に人体
解剖を行わなくても、解剖実験シミュレーションや各種
医学分析等が可能となる。また、病巣等の手術を実施す
る際、予め対象の人体各部分について人体シミュレータ
を作成すれば、手術の手順等を検討できる。以上のよう
に、本実施形態によれば、立体座標の基準点を、人体骨
格の中心点である骨盤の仙骨最下点に設定することによ
り、人体各部分に関して、時系列で正確な位置及び形状
を数値データとして管理することができるので、人体各
部分の位置特定、病理範囲の数値的解析、変化予測等を
行うシステムアプローチを提供でき、人体座標を基に各
種実験等の素材となる人体シミュレータを提供すること
ができる。

【００３５】従来の感覚的な模式図から、数値データに
よる表示が可能となるため、人体の変化を精緻に管理で
き、医学教育への適用や、総合的な診断データとしての
活用が可能となり、予測される各種の感染症等に対し
て、感染経路や発症状況を解明するツールとして使用で
きる。また、正確な位置を示した３次元表示が可能とな
るため、人体の手術における参考データとして活用する
ことができ、ディジタルデータの特性により精緻な位置
特定ができ、さらには、誰でも分かり易いインフォーム
ドコンセントの資料としても活用できる。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、人体各部分に関する位
置及び形状を、仙骨最下点を原点とする立体座標系によ
る数値データとして管理することができ、人体の内部構
造や病巣等の範囲について、医者等の経験則に頼ること
なく、正確かつ定量的な特定が可能となる。さらに、病
理範囲の数値的解析や変化予測を行うシステムアプロー
チを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】人体の仙骨の位置を示す図である。

【図２】仙骨最下端を原点とする立体座標系を示した図
である。

【図３】本発明による人体数値管理・モデリングシステ
ムのブロック構成図である。

【図４】人体数値管理・モデリングシステムの動作処理
を説明するフローチャート図である。

【図５】人体立体座標系と人体各部分の立体座標系との
関係を説明する図である。

【図６】人体シミュレータの作成例（ａ）乃至（ｅ）を
示す図である。

【符号の説明】

１…画像データ取込手段２…記憶手段３…表示手段４…出力手段５…操作手段６…基準点設定手段７…立体座標作成８…主要部座標設定手段９…シミュレータ作成手段１０…制御部１１…人体透視画像撮影装置

フロントページの続き (72)発明者三浦勝東京都目黒区東山１丁目１番２号株式会社パスコ内Ｆターム(参考） 4C096 AA20 AB50 AC07 AD14 DC22 DC36 DC40 5B057 AA09 BA07 BA24 CA13 CA16 CB13 CB17 CC01 DA07 DA17 DB03 DC09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】人体の部分に関する位置及び形状を数値
管理する人体数値管理システムであって、前記人体に関する３次元画像情報から、仙骨最下点の座
標データを求めて基準点を設定する基準点設定手段と、前記３次元画像情報に基づいて、前記基準点を原点とす
る立体座標系を作成する立体座標作成手段と、を有する
人体数値管理システム。
【請求項２】前記３次元画像情報は、人体透視画像撮
影装置で取得される請求項１に記載の人体数値管理シス
テム。
【請求項３】前記３次元画像情報から、前記人体の所
定部分を抽出し、該部分の輪郭上における主要点につい
て、前記立体座標系に基づく位置座標を設定する主要部
座標設定手段を有する請求項１に記載の人体数値管理シ
ステム。
【請求項４】前記主要部座標設定手段は、前記所定部
分の中心点について、前記立体座標系による位置座標を
設定する請求項３に記載の人体数値管理システム。
【請求項５】前記所定部分が、病巣である請求項２乃
至４のいずれか一項に記載の人体数値管理システム。
【請求項６】人体に関する３次元画像情報から、仙骨
最下点の座標データを求めて基準点を設定する基準点設
定手段と、前記３次元画像情報に基づいて、前記基準点を原点とす
る立体座標系を作成する立体座標作成手段と、前記３次元画像情報から所定部分を抽出し、該部分につ
いて、前記立体座標系に基づくポリゴンデータを作成す
るシミュレータ作成手段と、を有する人体モデリングシ
ステム。
【請求項７】前記３次元画像情報は、人体透視画像撮
影装置で取得される請求項６に記載の人体数値管理シス
テム。
【請求項８】前記ポリゴンデータに基づいて、前記所
定部分を画像表示する表示手段を有する請求項６に記載
の人体モデリングシステム。
【請求項９】前記所定部分が、病巣である請求項６乃
至８のいずれか一項に記載の人体モデリングシステム。