JP2003144454A - 関節手術支援情報算出方法、関節手術支援情報算出プログラム、及び関節手術支援情報算出システム - Google Patents
関節手術支援情報算出方法、関節手術支援情報算出プログラム、及び関節手術支援情報算出システムInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 関節症の診断や人工関節の選定、位置決めを
支援する関節手術支援情報算出方法、関節手術支援情報
算出プログラム、及び関節手術支援情報算出システムを
提供する。 【解決手段】 手術支援端末は、Ｘ線照射機と専用カセ
ッテ台により撮影されたＸ線画像を取得する（Ｓ１）。
そして、標本骨３次元データの表示画像を、患者の骨が
撮影されたＸ線画像に合わせて変形させることにより患
者の骨近似３次元データを作成し、該骨近似３次元デー
タの３次元座標値を求める（Ｓ２〜Ｓ１５）。この３次
元座標値から、少なくとも２本の骨の位置関係を評価す
るためのパラメータを求める（Ｓ１６）。または、３次
元座標値に基づく患者の骨近似３次元データの表示画像
に合わせて、人工膝関節３次元データの表示画像の位置
を調節させ（Ｓ１７、Ｓ１８）、人工膝関節の設置位置
を、少なくとも２本の骨の位置を表すための解剖学的座
標値として算出する（Ｓ１９）。
支援する関節手術支援情報算出方法、関節手術支援情報
算出プログラム、及び関節手術支援情報算出システムを
提供する。 【解決手段】 手術支援端末は、Ｘ線照射機と専用カセ
ッテ台により撮影されたＸ線画像を取得する（Ｓ１）。
そして、標本骨３次元データの表示画像を、患者の骨が
撮影されたＸ線画像に合わせて変形させることにより患
者の骨近似３次元データを作成し、該骨近似３次元デー
タの３次元座標値を求める（Ｓ２〜Ｓ１５）。この３次
元座標値から、少なくとも２本の骨の位置関係を評価す
るためのパラメータを求める（Ｓ１６）。または、３次
元座標値に基づく患者の骨近似３次元データの表示画像
に合わせて、人工膝関節３次元データの表示画像の位置
を調節させ（Ｓ１７、Ｓ１８）、人工膝関節の設置位置
を、少なくとも２本の骨の位置を表すための解剖学的座
標値として算出する（Ｓ１９）。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、生体の関節の診
断や人工関節への置換手術を支援する情報を算出するた
めの関節手術支援情報算出方法、関節手術支援情報算出
プログラム、及び関節手術支援情報算出システムに関す
る。
断や人工関節への置換手術を支援する情報を算出するた
めの関節手術支援情報算出方法、関節手術支援情報算出
プログラム、及び関節手術支援情報算出システムに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、膝関節症の診断では、患者を立位
状態におき、下肢（膝関節を中心として大腿骨と脛骨、
及び腓骨）の２方向（正面、及び横）のＸ線撮影を行
い、そのＸ線写真を医師が見て診断している。また、重
度の膝関節症患者の場合、人工膝関節置換手術が行われ
る。このとき、患者の膝関節に合った形状及びサイズの
人工膝関節の選定や、人工膝関節の設置位置決めが必要
となるが、現状では、２方向からの等倍率の膝関節Ｘ線
写真に人工膝関節の２方向投影形状が印刷されたシート
を重ね合わせることにより、選定・位置決めが行われて
いる。
状態におき、下肢（膝関節を中心として大腿骨と脛骨、
及び腓骨）の２方向（正面、及び横）のＸ線撮影を行
い、そのＸ線写真を医師が見て診断している。また、重
度の膝関節症患者の場合、人工膝関節置換手術が行われ
る。このとき、患者の膝関節に合った形状及びサイズの
人工膝関節の選定や、人工膝関節の設置位置決めが必要
となるが、現状では、２方向からの等倍率の膝関節Ｘ線
写真に人工膝関節の２方向投影形状が印刷されたシート
を重ね合わせることにより、選定・位置決めが行われて
いる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のような
従来の診断方法では、本来３次元である患者の下肢アラ
イメント（大腿骨と脛骨の位置関係）を、２次元画像で
ある２方向のＸ線写真により判断するために、医師の経
験や勘に頼ることが多いため診療に差異が生じるという
問題があった。また、人工膝関節置換手術においても、
患者の膝関節に合った形状及び大きさの人工膝関節の選
定や設置位置決めの際、立体的な確認ができないため
に、同様に医師の経験や勘に頼ることが多いと共に、決
定した人工膝関節の設置位置を手術において正確に再現
することが難しいという問題があった。
従来の診断方法では、本来３次元である患者の下肢アラ
イメント（大腿骨と脛骨の位置関係）を、２次元画像で
ある２方向のＸ線写真により判断するために、医師の経
験や勘に頼ることが多いため診療に差異が生じるという
問題があった。また、人工膝関節置換手術においても、
患者の膝関節に合った形状及び大きさの人工膝関節の選
定や設置位置決めの際、立体的な確認ができないため
に、同様に医師の経験や勘に頼ることが多いと共に、決
定した人工膝関節の設置位置を手術において正確に再現
することが難しいという問題があった。
【０００４】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
で、従来医師の経験にたよることが多かった関節症の診
断や、人工関節の選定及び位置決めを支援する情報を算
出するための関節手術支援情報算出方法、関節手術支援
情報算出プログラム、及び関節手術支援情報算出システ
ムを提供することを目的とする。
で、従来医師の経験にたよることが多かった関節症の診
断や、人工関節の選定及び位置決めを支援する情報を算
出するための関節手術支援情報算出方法、関節手術支援
情報算出プログラム、及び関節手術支援情報算出システ
ムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１の発明に係わる関節手術支援情報算出方法
は、生体の関節の診断や人工関節への置換手術を支援す
る情報を算出するための関節手術支援情報算出方法であ
って、生体の骨が撮影されたＸ線画像に一致するよう
に、標本骨３次元データの表示画像の形状を変形させ
て、生体の骨近似３次元データ（例えば実施の形態の患
者３の骨近似３次元データ）を作成すると共に、該生体
の骨近似３次元データの実空間における３次元座標値を
求める位置座標取得処理（例えば実施の形態のステップ
Ｓ１〜Ｓ１５）と、前記生体の骨近似３次元データ及び
前記生体の骨の３次元座標値から、少なくとも２本の骨
の位置関係を評価するためのパラメータを求める評価パ
ラメータ算出処理（例えば実施の形態のステップＳ１
６）とを含むことを特徴とする。これにより、位置座標
取得処理が、生体の個体毎にその特徴が異なる骨を、標
本骨３次元データの表示画像の形状を生体の骨に合わせ
て変形させた骨近似３次元データで容易にモデル化する
ことで、評価パラメータ算出処理は、この骨近似３次元
データから得られる３次元座標値により、人工関節を必
要とする骨の位置関係を評価するための評価パラメータ
を個体毎に正確に求めることが可能となる。
に、請求項１の発明に係わる関節手術支援情報算出方法
は、生体の関節の診断や人工関節への置換手術を支援す
る情報を算出するための関節手術支援情報算出方法であ
って、生体の骨が撮影されたＸ線画像に一致するよう
に、標本骨３次元データの表示画像の形状を変形させ
て、生体の骨近似３次元データ（例えば実施の形態の患
者３の骨近似３次元データ）を作成すると共に、該生体
の骨近似３次元データの実空間における３次元座標値を
求める位置座標取得処理（例えば実施の形態のステップ
Ｓ１〜Ｓ１５）と、前記生体の骨近似３次元データ及び
前記生体の骨の３次元座標値から、少なくとも２本の骨
の位置関係を評価するためのパラメータを求める評価パ
ラメータ算出処理（例えば実施の形態のステップＳ１
６）とを含むことを特徴とする。これにより、位置座標
取得処理が、生体の個体毎にその特徴が異なる骨を、標
本骨３次元データの表示画像の形状を生体の骨に合わせ
て変形させた骨近似３次元データで容易にモデル化する
ことで、評価パラメータ算出処理は、この骨近似３次元
データから得られる３次元座標値により、人工関節を必
要とする骨の位置関係を評価するための評価パラメータ
を個体毎に正確に求めることが可能となる。
【０００６】請求項２の発明に係わる関節手術支援情報
算出方法は、生体の関節の診断や人工関節への置換手術
を支援する情報を算出するための関節手術支援情報算出
方法であって、生体の骨が撮影されたＸ線画像に一致す
るように、標本骨３次元データの表示画像の形状を変形
させて、生体の骨近似３次元データ（例えば実施の形態
の患者３の骨近似３次元データ）を作成すると共に、該
生体の骨近似３次元データの実空間における３次元座標
値を求める位置座標取得処理（例えば実施の形態のステ
ップＳ１〜Ｓ１５）と、前記生体の骨近似３次元データ
の表示画像に対して、前記人工関節の形状・大きさを選
択すると共に、前記人工関節３次元データの表示画像の
位置を調節させて、前記人工関節の設置位置を、前記人
工関節を設置する骨が有する解剖学的座標の座標値とし
て算出する人工関節設置位置算出処理（例えば実施の形
態のステップＳ１７〜Ｓ１９）とを含むことを特徴とす
る。これにより、位置座標取得処理が、生体の個体毎に
その特徴が異なる骨を、標本骨３次元データの表示画像
の形状を生体の骨に合わせて変形させた骨近似３次元デ
ータで容易にモデル化し、この骨近似３次元データより
得られる３次元座標値を算出する。そして、人工関節位
置算出処理は、３次元座標値に基づく前記生体の骨近似
３次元データの表示画像に合わせて、人工関節３次元デ
ータの表示画像の位置を調節させることで、個体毎の３
次元座標値から設定される解剖学的座標での人工関節の
設置位置を算出することが可能となる。
算出方法は、生体の関節の診断や人工関節への置換手術
を支援する情報を算出するための関節手術支援情報算出
方法であって、生体の骨が撮影されたＸ線画像に一致す
るように、標本骨３次元データの表示画像の形状を変形
させて、生体の骨近似３次元データ（例えば実施の形態
の患者３の骨近似３次元データ）を作成すると共に、該
生体の骨近似３次元データの実空間における３次元座標
値を求める位置座標取得処理（例えば実施の形態のステ
ップＳ１〜Ｓ１５）と、前記生体の骨近似３次元データ
の表示画像に対して、前記人工関節の形状・大きさを選
択すると共に、前記人工関節３次元データの表示画像の
位置を調節させて、前記人工関節の設置位置を、前記人
工関節を設置する骨が有する解剖学的座標の座標値とし
て算出する人工関節設置位置算出処理（例えば実施の形
態のステップＳ１７〜Ｓ１９）とを含むことを特徴とす
る。これにより、位置座標取得処理が、生体の個体毎に
その特徴が異なる骨を、標本骨３次元データの表示画像
の形状を生体の骨に合わせて変形させた骨近似３次元デ
ータで容易にモデル化し、この骨近似３次元データより
得られる３次元座標値を算出する。そして、人工関節位
置算出処理は、３次元座標値に基づく前記生体の骨近似
３次元データの表示画像に合わせて、人工関節３次元デ
ータの表示画像の位置を調節させることで、個体毎の３
次元座標値から設定される解剖学的座標での人工関節の
設置位置を算出することが可能となる。
【０００７】請求項３の発明に係わる関節手術支援情報
算出方法は、請求項１、または請求項２に記載の関節手
術支援情報算出方法において、前記位置座標取得処理
が、実空間における３次元座標値が既知の鋼球群（例え
ば実施の形態の鋼球６ｂ）に対して、該鋼球群の３次元
座標値と前記生体の骨が２方向から撮影されたＸ線画像
に写り込んだ鋼球群の２次元座標値とから、２方向の２
次元投影面と実空間との射影関係を表す射影行列を導出
し、該射影行列を用いて前記生体の骨近似３次元データ
の３次元座標値を求めることを特徴とする。これによ
り、位置座標取得処理は、鋼球群の２方向の２次元座標
値と実空間での３次元座標値を利用して立体的に生体の
骨を認識し、正確に生体の骨の３次元座標値を求めるこ
とが可能となる。
算出方法は、請求項１、または請求項２に記載の関節手
術支援情報算出方法において、前記位置座標取得処理
が、実空間における３次元座標値が既知の鋼球群（例え
ば実施の形態の鋼球６ｂ）に対して、該鋼球群の３次元
座標値と前記生体の骨が２方向から撮影されたＸ線画像
に写り込んだ鋼球群の２次元座標値とから、２方向の２
次元投影面と実空間との射影関係を表す射影行列を導出
し、該射影行列を用いて前記生体の骨近似３次元データ
の３次元座標値を求めることを特徴とする。これによ
り、位置座標取得処理は、鋼球群の２方向の２次元座標
値と実空間での３次元座標値を利用して立体的に生体の
骨を認識し、正確に生体の骨の３次元座標値を求めるこ
とが可能となる。
【０００８】請求項４の発明に係わる関節手術支援情報
算出方法は、請求項３に記載の関節手術支援情報算出方
法において、生体の骨または生体の骨形状を近似した骨
が表示された２方向からの２次元画像に対して、両方向
から観測できる骨の特徴を示す点をプロットさせて、プ
ロットされた骨の特徴を示す点から、骨の特徴と構造を
示す参照点を求める参照点取得処理を含み、前記位置座
標取得処理が、前記２方向の骨の特徴と構造を示す参照
点から前記射影行列を用いて実空間における３次元座標
値を算出することにより、前記生体の骨近似３次元デー
タの３次元座標値を求めることを特徴とする。これによ
り、位置座標取得処理は、骨の参照点取得処理により、
生体の個体毎に異なる形状を持つ骨の位置を、その特徴
を示す点によりモデル化された骨の参照点の位置情報と
して抽出することで、骨の全ての部分の位置情報を用い
ることなく、参照点の位置情報と２方向から撮影したＸ
線画像により導出される射影行列とから、少ない計算処
理で簡単に生体の骨の３次元座標値を求めることが可能
となる。
算出方法は、請求項３に記載の関節手術支援情報算出方
法において、生体の骨または生体の骨形状を近似した骨
が表示された２方向からの２次元画像に対して、両方向
から観測できる骨の特徴を示す点をプロットさせて、プ
ロットされた骨の特徴を示す点から、骨の特徴と構造を
示す参照点を求める参照点取得処理を含み、前記位置座
標取得処理が、前記２方向の骨の特徴と構造を示す参照
点から前記射影行列を用いて実空間における３次元座標
値を算出することにより、前記生体の骨近似３次元デー
タの３次元座標値を求めることを特徴とする。これによ
り、位置座標取得処理は、骨の参照点取得処理により、
生体の個体毎に異なる形状を持つ骨の位置を、その特徴
を示す点によりモデル化された骨の参照点の位置情報と
して抽出することで、骨の全ての部分の位置情報を用い
ることなく、参照点の位置情報と２方向から撮影したＸ
線画像により導出される射影行列とから、少ない計算処
理で簡単に生体の骨の３次元座標値を求めることが可能
となる。
【０００９】請求項５の発明に係わる関節手術支援情報
算出方法は、請求項４に記載の関節手術支援情報算出方
法において、前記参照点取得処理が、プロットされた骨
の特徴を示す点から骨の表面形状を近似することにより
前記参照点を求めることを特徴とする。これにより、骨
の参照点取得処理は、プロットされた骨の特徴を示す形
状を簡単な図形に置き換えてから参照点を求めることに
より、更に少ない計算処理量でかつ精度を下げることな
く参照点を求めることが可能となる。
算出方法は、請求項４に記載の関節手術支援情報算出方
法において、前記参照点取得処理が、プロットされた骨
の特徴を示す点から骨の表面形状を近似することにより
前記参照点を求めることを特徴とする。これにより、骨
の参照点取得処理は、プロットされた骨の特徴を示す形
状を簡単な図形に置き換えてから参照点を求めることに
より、更に少ない計算処理量でかつ精度を下げることな
く参照点を求めることが可能となる。
【００１０】請求項６の発明に係わる関節手術支援情報
算出方法は、請求項１に記載の関節手術支援情報算出方
法において、生体の骨または生体の骨形状を近似した骨
が表示された２方向からの２次元画像に対して、両方向
から観測できる骨の特徴を示す点をプロットさせて、プ
ロットされた骨の特徴を示す点から、骨の表面形状を近
似することにより骨の構造を示す参照点を求める参照点
取得処理を含み、前記評価パラメータ算出処理が、前記
参照点を用いて前記パラメータを求めることを特徴とす
る。これにより、評価パラメータ算出処理は、骨の全て
の部分の３次元座標値を用いることなく、参照点取得処
理で求めた参照点の３次元座標値から、少ない計算処理
で簡単に評価パラメータを算出することが可能となる。
算出方法は、請求項１に記載の関節手術支援情報算出方
法において、生体の骨または生体の骨形状を近似した骨
が表示された２方向からの２次元画像に対して、両方向
から観測できる骨の特徴を示す点をプロットさせて、プ
ロットされた骨の特徴を示す点から、骨の表面形状を近
似することにより骨の構造を示す参照点を求める参照点
取得処理を含み、前記評価パラメータ算出処理が、前記
参照点を用いて前記パラメータを求めることを特徴とす
る。これにより、評価パラメータ算出処理は、骨の全て
の部分の３次元座標値を用いることなく、参照点取得処
理で求めた参照点の３次元座標値から、少ない計算処理
で簡単に評価パラメータを算出することが可能となる。
【００１１】請求項７の発明に係わる関節手術支援情報
算出プログラムは、生体の関節の診断や人工関節への置
換手術を支援する情報を算出するための関節手術支援情
報算出プログラムであって、生体の骨が撮影されたＸ線
画像に一致するように、標本骨３次元データの表示画像
の形状を変形させて、生体の骨近似３次元データを作成
すると共に、該生体の骨近似３次元データの実空間にお
ける３次元座標値を求める位置座標取得処理と、前記生
体の骨近似３次元データ及び前記生体の骨の３次元座標
値から、少なくとも２本の骨の位置関係を評価するため
のパラメータを求める評価パラメータ算出処理とをコン
ピュータに実行させることを特徴とする。
算出プログラムは、生体の関節の診断や人工関節への置
換手術を支援する情報を算出するための関節手術支援情
報算出プログラムであって、生体の骨が撮影されたＸ線
画像に一致するように、標本骨３次元データの表示画像
の形状を変形させて、生体の骨近似３次元データを作成
すると共に、該生体の骨近似３次元データの実空間にお
ける３次元座標値を求める位置座標取得処理と、前記生
体の骨近似３次元データ及び前記生体の骨の３次元座標
値から、少なくとも２本の骨の位置関係を評価するため
のパラメータを求める評価パラメータ算出処理とをコン
ピュータに実行させることを特徴とする。
【００１２】請求項８の発明に係わる関節手術支援情報
算出プログラムは、生体の関節の診断や人工関節への置
換手術を支援する情報を算出するための関節手術支援情
報算出プログラムであって、生体の骨が撮影されたＸ線
画像に一致するように、標本骨３次元データの表示画像
の形状を変形させて、生体の骨近似３次元データを作成
すると共に、該生体の骨近似３次元データの実空間にお
ける３次元座標値を求める位置座標取得処理と、前記生
体の骨近似３次元データの表示画像に対して、前記人工
関節の形状・大きさを選択すると共に、前記人工関節３
次元データの表示画像の位置を調節させて、前記人工関
節の設置位置を、前記人工関節を設置する骨が有する解
剖学的座標の座標値として算出する人工関節設置位置算
出処理とをコンピュータに実行させることを特徴とす
る。
算出プログラムは、生体の関節の診断や人工関節への置
換手術を支援する情報を算出するための関節手術支援情
報算出プログラムであって、生体の骨が撮影されたＸ線
画像に一致するように、標本骨３次元データの表示画像
の形状を変形させて、生体の骨近似３次元データを作成
すると共に、該生体の骨近似３次元データの実空間にお
ける３次元座標値を求める位置座標取得処理と、前記生
体の骨近似３次元データの表示画像に対して、前記人工
関節の形状・大きさを選択すると共に、前記人工関節３
次元データの表示画像の位置を調節させて、前記人工関
節の設置位置を、前記人工関節を設置する骨が有する解
剖学的座標の座標値として算出する人工関節設置位置算
出処理とをコンピュータに実行させることを特徴とす
る。
【００１３】請求項９の発明に係わる関節手術支援情報
算出システムは、生体の関節の診断や人工関節への置換
手術を支援する情報を算出するための関節手術支援情報
算出システムであって、生体のＸ線画像を撮影するＸ線
画像撮影手段（例えば実施の形態の専用カセッテ台４、
及びＸ線照射機５ａ、５ｂ）と、生体の骨が撮影された
Ｘ線画像に一致するように、標本骨３次元データの表示
画像の形状を変形させて、生体の骨近似３次元データを
作成すると共に、該生体の骨近似３次元データの実空間
における３次元座標値を求める位置座標取得手段（例え
ば実施の形態の鋼球群（フレームマーカ）位置検出部１
２、カメラ校正処理部１３、生体の骨参照点検出部１
４、生体の骨３次元座標取得部１５、標本骨３次元デー
タ参照点検出部１８、標本骨３次元データ３次元座標取
得部１９、骨３次元データ変形処理部２０）と、前記生
体の骨近似３次元データ及び前記生体の骨の３次元座標
値から、少なくとも２本の骨の位置関係を評価するため
のパラメータを求める評価パラメータ算出手段（例えば
実施の形態の３次元下肢アライメント算出部２１）とを
備えたことを特徴とする。
算出システムは、生体の関節の診断や人工関節への置換
手術を支援する情報を算出するための関節手術支援情報
算出システムであって、生体のＸ線画像を撮影するＸ線
画像撮影手段（例えば実施の形態の専用カセッテ台４、
及びＸ線照射機５ａ、５ｂ）と、生体の骨が撮影された
Ｘ線画像に一致するように、標本骨３次元データの表示
画像の形状を変形させて、生体の骨近似３次元データを
作成すると共に、該生体の骨近似３次元データの実空間
における３次元座標値を求める位置座標取得手段（例え
ば実施の形態の鋼球群（フレームマーカ）位置検出部１
２、カメラ校正処理部１３、生体の骨参照点検出部１
４、生体の骨３次元座標取得部１５、標本骨３次元デー
タ参照点検出部１８、標本骨３次元データ３次元座標取
得部１９、骨３次元データ変形処理部２０）と、前記生
体の骨近似３次元データ及び前記生体の骨の３次元座標
値から、少なくとも２本の骨の位置関係を評価するため
のパラメータを求める評価パラメータ算出手段（例えば
実施の形態の３次元下肢アライメント算出部２１）とを
備えたことを特徴とする。
【００１４】請求項１０の発明に係わる関節手術支援情
報算出システムは、生体の関節の診断や人工関節への置
換手術を支援する情報を算出するための関節手術支援情
報算出システムであって、生体のＸ線画像を撮影するＸ
線画像撮影手段と、生体の骨が撮影されたＸ線画像に一
致するように、標本骨３次元データの表示画像の形状を
変形させて、生体の骨近似３次元データを作成すると共
に、該生体の骨近似３次元データの実空間における３次
元座標値を求める位置座標取得手段（例えば実施の形態
の鋼球群（フレームマーカ）位置検出部１２、カメラ校
正処理部１３、生体の骨参照点検出部１４、生体の骨３
次元座標取得部１５、標本骨３次元データ参照点検出部
１８、標本骨３次元データ３次元座標取得部１９、骨３
次元データ変形処理部２０）と、前記生体の骨近似３次
元データの表示画像に対して、前記人工関節の形状・大
きさを選択すると共に、前記人工関節３次元データの表
示画像の位置を調節させて、前記人工関節の設置位置
を、前記人工関節を設置する骨が有する解剖学的座標の
座標値として算出する人工関節設置位置算出手段（例え
ば実施の形態の人工膝関節３次元データ位置決め処理部
２３、人工膝関節設置位置座標算出部２５）とを備えた
ことを特徴とする。
報算出システムは、生体の関節の診断や人工関節への置
換手術を支援する情報を算出するための関節手術支援情
報算出システムであって、生体のＸ線画像を撮影するＸ
線画像撮影手段と、生体の骨が撮影されたＸ線画像に一
致するように、標本骨３次元データの表示画像の形状を
変形させて、生体の骨近似３次元データを作成すると共
に、該生体の骨近似３次元データの実空間における３次
元座標値を求める位置座標取得手段（例えば実施の形態
の鋼球群（フレームマーカ）位置検出部１２、カメラ校
正処理部１３、生体の骨参照点検出部１４、生体の骨３
次元座標取得部１５、標本骨３次元データ参照点検出部
１８、標本骨３次元データ３次元座標取得部１９、骨３
次元データ変形処理部２０）と、前記生体の骨近似３次
元データの表示画像に対して、前記人工関節の形状・大
きさを選択すると共に、前記人工関節３次元データの表
示画像の位置を調節させて、前記人工関節の設置位置
を、前記人工関節を設置する骨が有する解剖学的座標の
座標値として算出する人工関節設置位置算出手段（例え
ば実施の形態の人工膝関節３次元データ位置決め処理部
２３、人工膝関節設置位置座標算出部２５）とを備えた
ことを特徴とする。
【００１５】請求項１１の発明に係わる関節手術支援情
報算出システムは、請求項９、または請求項１０に記載
の関節手術支援情報算出システムにおいて、前記Ｘ線画
像撮影手段が、２方向からの生体の骨のＸ線画像を、そ
れぞれ実空間における３次元座標値が既知の鋼球群（例
えば実施の形態の鋼球６ｂ）と共に撮影することを特徴
とする。これにより、位置座標取得手段は、鋼球群の２
方向の２次元座標値と実空間での３次元座標値とを利用
して立体的に生体の骨を認識し、正確に生体の骨の３次
元座標値を求めることが可能となる。
報算出システムは、請求項９、または請求項１０に記載
の関節手術支援情報算出システムにおいて、前記Ｘ線画
像撮影手段が、２方向からの生体の骨のＸ線画像を、そ
れぞれ実空間における３次元座標値が既知の鋼球群（例
えば実施の形態の鋼球６ｂ）と共に撮影することを特徴
とする。これにより、位置座標取得手段は、鋼球群の２
方向の２次元座標値と実空間での３次元座標値とを利用
して立体的に生体の骨を認識し、正確に生体の骨の３次
元座標値を求めることが可能となる。
【００１６】請求項１２の発明に係わる専用カセッテ台
は、生体の関節の診断や人工関節への置換手術を支援す
る情報を算出するための関節手術支援情報算出システム
に用いられる専用カセッテ台であって、底面に垂直な方
向に保持されると共に、該底面に垂直な方向の一辺を中
心軸（例えば実施の形態の中心軸６ｃ）に取り付けられ
て、立位姿勢のまま第１の位置から第２の位置に旋回可
能に設けられた、両面にＸ線画像撮影のための記録媒体
（例えば実施の形態のイメージングプレート（ＩＰ）６
ａ）を具備するパネル（例えば実施の形態のパネル６）
を備えたことを特徴とする。これにより、カセッテ台に
載せられた生体を動かさずに、素早く第１の位置及び第
２の位置に対応した２方向からのＸ線撮影を行うことが
可能となる。
は、生体の関節の診断や人工関節への置換手術を支援す
る情報を算出するための関節手術支援情報算出システム
に用いられる専用カセッテ台であって、底面に垂直な方
向に保持されると共に、該底面に垂直な方向の一辺を中
心軸（例えば実施の形態の中心軸６ｃ）に取り付けられ
て、立位姿勢のまま第１の位置から第２の位置に旋回可
能に設けられた、両面にＸ線画像撮影のための記録媒体
（例えば実施の形態のイメージングプレート（ＩＰ）６
ａ）を具備するパネル（例えば実施の形態のパネル６）
を備えたことを特徴とする。これにより、カセッテ台に
載せられた生体を動かさずに、素早く第１の位置及び第
２の位置に対応した２方向からのＸ線撮影を行うことが
可能となる。
【００１７】請求項１３の発明に係わる専用カセッテ台
は、請求項１２に記載の専用カセッテ台において、前記
第１の位置において生体の正面方向のＸ線画像を前記パ
ネルの一方の面の前記記録媒体に記録し、前記第２の位
置において生体の正面方向以外のＸ線画像を前記パネル
の他方の面の前記記録媒体に記録することを特徴とす
る。これにより、Ｘ線撮影時に記録媒体を交換する手間
を省き、短時間でのＸ線撮影が可能となる。
は、請求項１２に記載の専用カセッテ台において、前記
第１の位置において生体の正面方向のＸ線画像を前記パ
ネルの一方の面の前記記録媒体に記録し、前記第２の位
置において生体の正面方向以外のＸ線画像を前記パネル
の他方の面の前記記録媒体に記録することを特徴とす
る。これにより、Ｘ線撮影時に記録媒体を交換する手間
を省き、短時間でのＸ線撮影が可能となる。
【００１８】請求項１４の発明に係わる専用カセッテ台
は、請求項１２、または請求項１３に記載の専用カセッ
テ台において、前記パネルに実空間における３次元座標
値が既知の鋼球群（例えば実施の形態の鋼球６ｂ）を備
えたことを特徴とする。これにより、生体の骨を立体
（３次元）的に認識するための基準物である鋼球群を、
生体の骨と共にＸ線画像に撮影することができる。
は、請求項１２、または請求項１３に記載の専用カセッ
テ台において、前記パネルに実空間における３次元座標
値が既知の鋼球群（例えば実施の形態の鋼球６ｂ）を備
えたことを特徴とする。これにより、生体の骨を立体
（３次元）的に認識するための基準物である鋼球群を、
生体の骨と共にＸ線画像に撮影することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施の形態の関節手術支援情報算出方法、及び関節手術
支援情報算出システムについて説明する。本実施の形態
では、一例として、人間の膝関節に対する診断や人工膝
関節への置換手術を支援する情報を算出する場合につい
て説明する。図１において、本実施の形態の関節手術支
援情報算出システムは、関節手術支援情報算出方法を実
現するためのシステムであって、オペレータ１（医師）
が操作して手術に必要な情報を計算するための手術支援
端末２と、患者３のＸ線画像を撮影するための専用カセ
ッテ台４、及び患者３の正面方向にＸ線を照射するため
のＸ線照射機５ａと患者３の６０度方向にＸ線を照射す
るためのＸ線照射機５ｂとを備えている。専用カセッテ
台４に載せられた患者３は、所定の方向に立っているだ
けで、Ｘ線照射機５ａ、５ｂにより患者３の正面と６０
度方向から、患者３の手術する下肢３ａに向けてＸ線が
照射され、患者３のＸ線画像はパネル６に取り付けられ
た複数のイメージングプレート（ＩＰ）６ａに記録され
る。そして、イメージングプレート（ＩＰ）６ａを記録
媒体として、ディジタルＸ線システムＩＰリーダ７を介
して、手術支援端末２へＸ線画像情報が入力され、ＣＲ
（Computed Radiography）画像として手術支援端末２に
表示される。なお、イメージングプレート（ＩＰ）６ａ
以外のＸ線センサーから、直接手術支援端末２へＸ線画
像情報を入力させることもできる。また、Ｘ線照射機５
ａ、５ｂは、患者の立位姿勢が変化しない程度の短い時
間で素早く移動可能なものであれば、１台のＸ線照射機
で兼用しても良い。
実施の形態の関節手術支援情報算出方法、及び関節手術
支援情報算出システムについて説明する。本実施の形態
では、一例として、人間の膝関節に対する診断や人工膝
関節への置換手術を支援する情報を算出する場合につい
て説明する。図１において、本実施の形態の関節手術支
援情報算出システムは、関節手術支援情報算出方法を実
現するためのシステムであって、オペレータ１（医師）
が操作して手術に必要な情報を計算するための手術支援
端末２と、患者３のＸ線画像を撮影するための専用カセ
ッテ台４、及び患者３の正面方向にＸ線を照射するため
のＸ線照射機５ａと患者３の６０度方向にＸ線を照射す
るためのＸ線照射機５ｂとを備えている。専用カセッテ
台４に載せられた患者３は、所定の方向に立っているだ
けで、Ｘ線照射機５ａ、５ｂにより患者３の正面と６０
度方向から、患者３の手術する下肢３ａに向けてＸ線が
照射され、患者３のＸ線画像はパネル６に取り付けられ
た複数のイメージングプレート（ＩＰ）６ａに記録され
る。そして、イメージングプレート（ＩＰ）６ａを記録
媒体として、ディジタルＸ線システムＩＰリーダ７を介
して、手術支援端末２へＸ線画像情報が入力され、ＣＲ
（Computed Radiography）画像として手術支援端末２に
表示される。なお、イメージングプレート（ＩＰ）６ａ
以外のＸ線センサーから、直接手術支援端末２へＸ線画
像情報を入力させることもできる。また、Ｘ線照射機５
ａ、５ｂは、患者の立位姿勢が変化しない程度の短い時
間で素早く移動可能なものであれば、１台のＸ線照射機
で兼用しても良い。
【００２０】次に、図面を用いて、本実施の形態の関節
手術支援情報算出システムで用いられる手術支援端末２
について説明する。図２は、手術支援端末２の機能構成
を説明するブロック図である。図２において、手術支援
端末２は、３次元下肢アライメントを計算するために、
画像取得インタフェース１１と、鋼球群（フレームマー
カ）位置検出部１２と、カメラ校正処理部１３と、生体
の骨参照点検出部１４と、生体の骨３次元座標取得部１
５と、標本骨３次元データ・データベース１６と、標本
骨３次元データ選択部１７と、標本骨３次元データ参照
点検出部１８と、標本骨３次元データ３次元座標取得部
１９と、骨３次元データ変形処理部２０と、３次元下肢
アライメント算出部２１とを備えている。ここで、標本
骨３次元データとは、生体の標準的な骨の形状を表す３
次元データで、予め人為的に作成した３次元データのこ
とをいう。更に、手術支援端末２は、人工膝関節コンポ
ーネントの設置位置を算出するために、骨近似３次元デ
ータ・データベース２２と、人工膝関節３次元データ位
置決め処理部２３と、人工膝関節３次元データ・データ
ベース２４と、人工膝関節設置位置座標算出部２５とを
備えている。
手術支援情報算出システムで用いられる手術支援端末２
について説明する。図２は、手術支援端末２の機能構成
を説明するブロック図である。図２において、手術支援
端末２は、３次元下肢アライメントを計算するために、
画像取得インタフェース１１と、鋼球群（フレームマー
カ）位置検出部１２と、カメラ校正処理部１３と、生体
の骨参照点検出部１４と、生体の骨３次元座標取得部１
５と、標本骨３次元データ・データベース１６と、標本
骨３次元データ選択部１７と、標本骨３次元データ参照
点検出部１８と、標本骨３次元データ３次元座標取得部
１９と、骨３次元データ変形処理部２０と、３次元下肢
アライメント算出部２１とを備えている。ここで、標本
骨３次元データとは、生体の標準的な骨の形状を表す３
次元データで、予め人為的に作成した３次元データのこ
とをいう。更に、手術支援端末２は、人工膝関節コンポ
ーネントの設置位置を算出するために、骨近似３次元デ
ータ・データベース２２と、人工膝関節３次元データ位
置決め処理部２３と、人工膝関節３次元データ・データ
ベース２４と、人工膝関節設置位置座標算出部２５とを
備えている。
【００２１】画像取得インタフェース１１は、通信によ
り、ディジタルＸ線システムＩＰリーダ７から、Ｘ線画
像情報をＣＲ画像として取得するためのインタフェース
部である。鋼球群（フレームマーカ）位置検出部１２
は、１方向あたりのＣＲ画像を複数の画像データをつな
ぎ合わせて構成するために、オペレータ１に任意の順序
でＣＲ画像上の全ての基準十字点（詳細は後述）につい
て、その５点をプロットさせて、基準十字点の２次元座
標値を得る。また、オペレータ１に、正面方向及び６０
度方向のそれぞれのＣＲ画像におけるフレームマーカの
鋼球６ｂ全てをプロットさせて、鋼球６ｂの２次元座標
値を得る。
り、ディジタルＸ線システムＩＰリーダ７から、Ｘ線画
像情報をＣＲ画像として取得するためのインタフェース
部である。鋼球群（フレームマーカ）位置検出部１２
は、１方向あたりのＣＲ画像を複数の画像データをつな
ぎ合わせて構成するために、オペレータ１に任意の順序
でＣＲ画像上の全ての基準十字点（詳細は後述）につい
て、その５点をプロットさせて、基準十字点の２次元座
標値を得る。また、オペレータ１に、正面方向及び６０
度方向のそれぞれのＣＲ画像におけるフレームマーカの
鋼球６ｂ全てをプロットさせて、鋼球６ｂの２次元座標
値を得る。
【００２２】カメラ校正処理部１３は、正面方向及び６
０度方向の各ＣＲ画像に対して、鋼球６ｂの正面方向Ｃ
Ｒ画像、及び６０度方向ＣＲ画像のそれぞれの２次元座
標値と実空間における３次元座標値とから射影方程式を
立て、これを解いて射影行列Ｐを算出する。なお、この
射影行列を示す文字Ｐを含め、以下に記載される行列や
ベクトルを表す英文字は、各数式の中で使用している
「太字」に読み替えるものとする。具体的には、図３を
用いて説明すると（ｕ，ｖ）を鋼球６ｂのＣＲ画像にお
ける２次元座標値、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を鋼球６ｂの実空間
での３次元座標値とすると、射影方程式は、
０度方向の各ＣＲ画像に対して、鋼球６ｂの正面方向Ｃ
Ｒ画像、及び６０度方向ＣＲ画像のそれぞれの２次元座
標値と実空間における３次元座標値とから射影方程式を
立て、これを解いて射影行列Ｐを算出する。なお、この
射影行列を示す文字Ｐを含め、以下に記載される行列や
ベクトルを表す英文字は、各数式の中で使用している
「太字」に読み替えるものとする。具体的には、図３を
用いて説明すると（ｕ，ｖ）を鋼球６ｂのＣＲ画像にお
ける２次元座標値、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を鋼球６ｂの実空間
での３次元座標値とすると、射影方程式は、
【数１】
のように表現される。ここで射影行列Ｐは、
【数２】
【００２３】従って、（１）式を展開すれば、１つの３
次元点とその２次元像から射影行列Ｐの要素に関する２
つの線形方程式
次元点とその２次元像から射影行列Ｐの要素に関する２
つの線形方程式
【数３】
を立てることができる。ここで、鋼球６ｂがｎ個あれば
方程式
方程式
【数４】
を得る。なお、
【数５】
は、射影行列Ｐの要素を並べたもので、
【数６】
は、（３）式におけるｎ点の３次元点と２次元座標値か
ら定義される２ｎ×１２の行列である。カメラ校正処理
部１３は、逆反復法やニュートン法等を用いて、（４）
式を解いて射影行列Ｐを算出する。
ら定義される２ｎ×１２の行列である。カメラ校正処理
部１３は、逆反復法やニュートン法等を用いて、（４）
式を解いて射影行列Ｐを算出する。
【００２４】また、生体の骨参照点検出部１４は、患者
３のＣＲ画像から骨の特徴的な部位の３次元座標値を求
めるため、オペレータ１に骨の特徴的な部位（参照点）
を正面方向と６０度方向の各ＣＲ画像にプロットさせ
て、その２次元座標値を記憶する。生体の骨３次元座標
取得部１５は、患者３の骨の特徴的な部位（参照点）の
２次元座標から、カメラ校正処理部１３の算出した射影
行列Ｐを用いて、患者３の骨の参照点の実空間での３次
元座標値を算出し、この３次元座標値に基づいて、少な
くとも２本の骨の位置を表すための解剖学的座標を設定
する。
３のＣＲ画像から骨の特徴的な部位の３次元座標値を求
めるため、オペレータ１に骨の特徴的な部位（参照点）
を正面方向と６０度方向の各ＣＲ画像にプロットさせ
て、その２次元座標値を記憶する。生体の骨３次元座標
取得部１５は、患者３の骨の特徴的な部位（参照点）の
２次元座標から、カメラ校正処理部１３の算出した射影
行列Ｐを用いて、患者３の骨の参照点の実空間での３次
元座標値を算出し、この３次元座標値に基づいて、少な
くとも２本の骨の位置を表すための解剖学的座標を設定
する。
【００２５】標本骨３次元データ・データベース１６
は、標本骨３次元データを記憶するデータベースであっ
て、標本骨３次元データ選択部１７は、３次元下肢アラ
イメントを計算するために、標本骨３次元データ・デー
タベース１６から、少なくとも２本の標本骨の３次元デ
ータを、オペレータ１に選択させる。標本骨３次元デー
タ参照点検出部１８は、生体の骨参照点検出部１４と同
様に、標本骨の特徴的な部位の３次元座標値を求めるた
め、オペレータ１に標本骨３次元データの特徴的な部位
（参照点）を正面方向と６０度方向の各ＣＲ画像にプロ
ットさせて、その２次元座標値を記憶する。標本骨３次
元データ３次元座標取得部１９は、生体の骨３次元座標
取得部１５と同様に、標本骨３次元データの特徴的な部
位（参照点）の２次元座標値から、カメラ校正処理部１
３の算出した射影行列Ｐを用いて、標本骨の参照点の実
空間での３次元座標値を算出し、この３次元座標値に基
づいて、少なくとも２本の骨の位置を表すための解剖学
的座標を設定する。
は、標本骨３次元データを記憶するデータベースであっ
て、標本骨３次元データ選択部１７は、３次元下肢アラ
イメントを計算するために、標本骨３次元データ・デー
タベース１６から、少なくとも２本の標本骨の３次元デ
ータを、オペレータ１に選択させる。標本骨３次元デー
タ参照点検出部１８は、生体の骨参照点検出部１４と同
様に、標本骨の特徴的な部位の３次元座標値を求めるた
め、オペレータ１に標本骨３次元データの特徴的な部位
（参照点）を正面方向と６０度方向の各ＣＲ画像にプロ
ットさせて、その２次元座標値を記憶する。標本骨３次
元データ３次元座標取得部１９は、生体の骨３次元座標
取得部１５と同様に、標本骨３次元データの特徴的な部
位（参照点）の２次元座標値から、カメラ校正処理部１
３の算出した射影行列Ｐを用いて、標本骨の参照点の実
空間での３次元座標値を算出し、この３次元座標値に基
づいて、少なくとも２本の骨の位置を表すための解剖学
的座標を設定する。
【００２６】骨３次元データ変形処理部２０は、患者３
の骨のＣＲ画像と標本骨３次元データの表示画像とを重
ね合わせて表示し、生体の骨３次元座標取得部１５で求
められた、患者３の骨の参照点の実空間での３次元座標
値と、標本骨３次元データ３次元座標取得部１９で求め
られた、標本骨３次元データの参照点の実空間での３次
元座標値との対応関係を求め、標本骨３次元データの参
照点の３次元座標値が、患者３の骨の参照点に一致する
ように、標本骨３次元データの表示画像の位置の移動と
形状の変形を自動で行う。そして、患者３の骨の参照点
に一致するように標本骨３次元データから変形された患
者３の骨近似３次元データを骨近似３次元データ・デー
タベース２２へ記憶する。また、３次元下肢アライメン
ト算出部２１は、患者３の骨近似３次元データから、３
次元下肢アライメントを算出する。
の骨のＣＲ画像と標本骨３次元データの表示画像とを重
ね合わせて表示し、生体の骨３次元座標取得部１５で求
められた、患者３の骨の参照点の実空間での３次元座標
値と、標本骨３次元データ３次元座標取得部１９で求め
られた、標本骨３次元データの参照点の実空間での３次
元座標値との対応関係を求め、標本骨３次元データの参
照点の３次元座標値が、患者３の骨の参照点に一致する
ように、標本骨３次元データの表示画像の位置の移動と
形状の変形を自動で行う。そして、患者３の骨の参照点
に一致するように標本骨３次元データから変形された患
者３の骨近似３次元データを骨近似３次元データ・デー
タベース２２へ記憶する。また、３次元下肢アライメン
ト算出部２１は、患者３の骨近似３次元データから、３
次元下肢アライメントを算出する。
【００２７】一方、人工膝関節３次元データ位置決め処
理部２３は、更に、人工膝関節コンポーネントの設置位
置を算出するために、任意の人工膝関節コンポーネント
のリストを表示し、人工膝関節３次元データを記憶した
人工膝関節３次元データ・データベース２４から、オペ
レータ１に希望の人工膝関節３次元データを選択させ
る。そして、人工膝関節３次元データ位置決め処理部２
３は、骨近似３次元データ・データベース２２に記憶さ
れた骨近似３次元データの表示画像と人工膝関節３次元
データの表示画像とを重ね合わせて表示し、人工膝関節
３次元データの表示画像を移動・回転させながら、オペ
レータ１に、手術で実際に設置しようとする位置へ位置
合わせを行わせ、人工関節コンポーネントのサイズと手
術での目標設置位置を決定させる。
理部２３は、更に、人工膝関節コンポーネントの設置位
置を算出するために、任意の人工膝関節コンポーネント
のリストを表示し、人工膝関節３次元データを記憶した
人工膝関節３次元データ・データベース２４から、オペ
レータ１に希望の人工膝関節３次元データを選択させ
る。そして、人工膝関節３次元データ位置決め処理部２
３は、骨近似３次元データ・データベース２２に記憶さ
れた骨近似３次元データの表示画像と人工膝関節３次元
データの表示画像とを重ね合わせて表示し、人工膝関節
３次元データの表示画像を移動・回転させながら、オペ
レータ１に、手術で実際に設置しようとする位置へ位置
合わせを行わせ、人工関節コンポーネントのサイズと手
術での目標設置位置を決定させる。
【００２８】人工膝関節設置位置座標算出部２５は、人
工膝関節３次元データ位置決め処理部２３により決定さ
れた人工膝関節コンポーネントの手術での目標設置位置
を、骨近似３次元データ・データベース２２に記憶され
た、骨近似３次元データにより定義される解剖学的座標
における目標設定位置として算出する。なお、ここで算
出される目標設定位置とは、解剖学的座標に対する人工
膝関節コンポーネントの位置（並進移動）と姿勢（回
転）である。
工膝関節３次元データ位置決め処理部２３により決定さ
れた人工膝関節コンポーネントの手術での目標設置位置
を、骨近似３次元データ・データベース２２に記憶され
た、骨近似３次元データにより定義される解剖学的座標
における目標設定位置として算出する。なお、ここで算
出される目標設定位置とは、解剖学的座標に対する人工
膝関節コンポーネントの位置（並進移動）と姿勢（回
転）である。
【００２９】なお、標本骨３次元データ・データベース
１６と、骨近似３次元データ・データベース２２と、人
工膝関節３次元データ・データベース２４は、ハードデ
ィスク装置や光磁気ディスク装置、フラッシュメモリ等
の不揮発性のメモリや、ＲＡＭ（Random Access Memor
y）のような揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合
わせによるコンピュータ読み取り、書き込み可能な記録
媒体を含んで構成されるものとする。
１６と、骨近似３次元データ・データベース２２と、人
工膝関節３次元データ・データベース２４は、ハードデ
ィスク装置や光磁気ディスク装置、フラッシュメモリ等
の不揮発性のメモリや、ＲＡＭ（Random Access Memor
y）のような揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合
わせによるコンピュータ読み取り、書き込み可能な記録
媒体を含んで構成されるものとする。
【００３０】また、画像取得インタフェース１１と、鋼
球群（フレームマーカ）位置検出部１２と、カメラ校正
処理部１３と、生体の骨参照点検出部１４と、生体の骨
３次元座標取得部１５と、標本骨３次元データ選択部１
７と、標本骨３次元データ参照点検出部１８と、標本骨
３次元データ３次元座標取得部１９と、骨３次元データ
変形処理部２０と、３次元下肢アライメント算出部２１
と、人工膝関節３次元データ位置決め処理部２３と、人
工膝関節設置位置座標算出部２５は、それぞれ、専用の
ハードウェアにより実現されるものであってもよく、ま
た、メモリおよびＣＰＵ（中央演算装置）により構成さ
れ、上記の各部の機能を実現するためのプログラムをメ
モリにロードして実行することによりその機能を実現さ
せるものであってもよい。
球群（フレームマーカ）位置検出部１２と、カメラ校正
処理部１３と、生体の骨参照点検出部１４と、生体の骨
３次元座標取得部１５と、標本骨３次元データ選択部１
７と、標本骨３次元データ参照点検出部１８と、標本骨
３次元データ３次元座標取得部１９と、骨３次元データ
変形処理部２０と、３次元下肢アライメント算出部２１
と、人工膝関節３次元データ位置決め処理部２３と、人
工膝関節設置位置座標算出部２５は、それぞれ、専用の
ハードウェアにより実現されるものであってもよく、ま
た、メモリおよびＣＰＵ（中央演算装置）により構成さ
れ、上記の各部の機能を実現するためのプログラムをメ
モリにロードして実行することによりその機能を実現さ
せるものであってもよい。
【００３１】また、手術支援端末２には、入力装置２
ａ、表示装置２ｂ等が接続されるものとする。ここで、
入力装置２ａとはキーボード、マウス等の入力デバイス
のことをいう。表示装置２ｂとはＣＲＴ（Cathode Ray
Tube）ディスプレイ装置や液晶表示装置等の画像表示装
置とスピーカ等の音声表示装置のことをいう。
ａ、表示装置２ｂ等が接続されるものとする。ここで、
入力装置２ａとはキーボード、マウス等の入力デバイス
のことをいう。表示装置２ｂとはＣＲＴ（Cathode Ray
Tube）ディスプレイ装置や液晶表示装置等の画像表示装
置とスピーカ等の音声表示装置のことをいう。
【００３２】次に、図面を用いて、本実施の形態の関節
手術支援情報算出システムで用いられる専用カセッテ台
４について説明する。図４は、専用カセッテ台４を更に
詳細に説明する図である。図４（ａ）において、専用カ
セッテ台４は、患者３を立たせた状態で、同一姿勢の２
方向からのＸ線画像を取得するためのパネル６を備えて
いる。このパネル６の垂直な方向の一辺は、専用カセッ
テ台４の底面に垂直に取り付けられた中心軸６ｃに患者
３を移動させることなく旋回可能に取り付けられ、Ａ面
及びＢ面の両面にＸ線画像撮影のための記録媒体である
イメージングプレート（ＩＰ）６ａを具備する。そし
て、図４（ｂ）に示すように、１枚のパネル６を２４０
度（＝３６０度−１２０度）回転させることで、Ｘ線照
射機５ａに対応して患者３の正面Ｘ線画像を記録するＡ
面と、Ｘ線照射機５ｂに対応して患者３の６０度方向か
らのＸ線画像を記録するＢ面とを使い分けている。な
お、患者の左下肢のＸ線画像を取得する場合は、Ａ面が
正面方向、Ｂ面が６０度方向のＸ線画像が記録され、右
下肢の場合はその逆になる。
手術支援情報算出システムで用いられる専用カセッテ台
４について説明する。図４は、専用カセッテ台４を更に
詳細に説明する図である。図４（ａ）において、専用カ
セッテ台４は、患者３を立たせた状態で、同一姿勢の２
方向からのＸ線画像を取得するためのパネル６を備えて
いる。このパネル６の垂直な方向の一辺は、専用カセッ
テ台４の底面に垂直に取り付けられた中心軸６ｃに患者
３を移動させることなく旋回可能に取り付けられ、Ａ面
及びＢ面の両面にＸ線画像撮影のための記録媒体である
イメージングプレート（ＩＰ）６ａを具備する。そし
て、図４（ｂ）に示すように、１枚のパネル６を２４０
度（＝３６０度−１２０度）回転させることで、Ｘ線照
射機５ａに対応して患者３の正面Ｘ線画像を記録するＡ
面と、Ｘ線照射機５ｂに対応して患者３の６０度方向か
らのＸ線画像を記録するＢ面とを使い分けている。な
お、患者の左下肢のＸ線画像を取得する場合は、Ａ面が
正面方向、Ｂ面が６０度方向のＸ線画像が記録され、右
下肢の場合はその逆になる。
【００３３】また、図５は、専用カセッテ台４のパネル
６に埋め込まれたフレームマーカについて説明した図で
ある。フレームマーカは、Ｘ線の照射点推定位置を算出
するための基準であって、図５（ａ）に示すように、例
えばパネル６のＡ面にＡ０からＡ５までの６個、Ｂ面に
Ｂ０からＢ５までの６個が配置されており、それぞれの
フレームマーカには、図５（ｂ）に示すように、その前
面と後面に立体的に参照点としての鋼球６ｂが埋め込ま
れている。更に、パネル６のＡ面及びＢ面には、複数の
Ｘ線画像をつなぎ合わせて１つの表示画像にするため
に、それぞれ画像の基準点となる基準十字点を形成する
５つの鋼球も埋め込まれている。なお、フレームマーカ
に埋め込まれた鋼球６ｂの実空間での３次元座標値や、
基準十字点を構成する５つの鋼球の実空間での配置位
置、鋼球間距離、更に各基準十字点間の距離は既知の情
報である。
６に埋め込まれたフレームマーカについて説明した図で
ある。フレームマーカは、Ｘ線の照射点推定位置を算出
するための基準であって、図５（ａ）に示すように、例
えばパネル６のＡ面にＡ０からＡ５までの６個、Ｂ面に
Ｂ０からＢ５までの６個が配置されており、それぞれの
フレームマーカには、図５（ｂ）に示すように、その前
面と後面に立体的に参照点としての鋼球６ｂが埋め込ま
れている。更に、パネル６のＡ面及びＢ面には、複数の
Ｘ線画像をつなぎ合わせて１つの表示画像にするため
に、それぞれ画像の基準点となる基準十字点を形成する
５つの鋼球も埋め込まれている。なお、フレームマーカ
に埋め込まれた鋼球６ｂの実空間での３次元座標値や、
基準十字点を構成する５つの鋼球の実空間での配置位
置、鋼球間距離、更に各基準十字点間の距離は既知の情
報である。
【００３４】次に、図面を用いて、本実施の形態の関節
手術支援情報算出システムの処理の流れについて、一例
として、特に人体の膝関節を人工膝関節へ置換する手術
を支援する情報を算出する場合について説明する。図６
は、関節手術支援情報算出システムの処理の流れを説明
するフローチャートである。まずオペレータ１が、対象
とする患者３の正面方向と６０度方向の２方向のＣＲ画
像データを、ディジタルＸ線システムＩＰリーダ７から
読み込む操作を行うと、手術支援端末２は、画像取得イ
ンタフェース１１を介してＣＲ画像データを取得し、表
示装置２ｂの画面に表示する（ステップＳ１）。また、
Ｘ線センサーからディジタルＸ線システムＩＰリーダ７
を介さずに直接ＣＲ画像データを読みとり、表示装置２
ｂの画面に表示させることもできる。
手術支援情報算出システムの処理の流れについて、一例
として、特に人体の膝関節を人工膝関節へ置換する手術
を支援する情報を算出する場合について説明する。図６
は、関節手術支援情報算出システムの処理の流れを説明
するフローチャートである。まずオペレータ１が、対象
とする患者３の正面方向と６０度方向の２方向のＣＲ画
像データを、ディジタルＸ線システムＩＰリーダ７から
読み込む操作を行うと、手術支援端末２は、画像取得イ
ンタフェース１１を介してＣＲ画像データを取得し、表
示装置２ｂの画面に表示する（ステップＳ１）。また、
Ｘ線センサーからディジタルＸ線システムＩＰリーダ７
を介さずに直接ＣＲ画像データを読みとり、表示装置２
ｂの画面に表示させることもできる。
【００３５】次に、オペレータ１がＣＲ画像の全ての基
準十字点をプロットすると、鋼球群（フレームマーカ）
位置検出部１２は、プロットされた全ての基準十字点の
２次元座標値を記憶する。そして、その２次元座標値に
基づいて、基準十字点の位置関係を自動的に判別し、所
定の並び順で記憶する（ステップＳ２）。更に、基準十
字点のプロットが完了し、オペレータ１がＣＲ画像の全
てのフレームマーカの鋼球６ｂをプロットすると、鋼球
群（フレームマーカ）位置検出部１２は、プロットされ
たすべての鋼球６ｂの２次元座標値を記憶し、鋼球６ｂ
の実空間における３次元座標値と正面方向と６０度方向
のＣＲ画像上での２次元座標値の対応を求める（ステッ
プＳ３）。なお、鋼球６ｂは輝度、形状等の特徴情報を
利用して、ＣＲ画像から自動検出しても良い。
準十字点をプロットすると、鋼球群（フレームマーカ）
位置検出部１２は、プロットされた全ての基準十字点の
２次元座標値を記憶する。そして、その２次元座標値に
基づいて、基準十字点の位置関係を自動的に判別し、所
定の並び順で記憶する（ステップＳ２）。更に、基準十
字点のプロットが完了し、オペレータ１がＣＲ画像の全
てのフレームマーカの鋼球６ｂをプロットすると、鋼球
群（フレームマーカ）位置検出部１２は、プロットされ
たすべての鋼球６ｂの２次元座標値を記憶し、鋼球６ｂ
の実空間における３次元座標値と正面方向と６０度方向
のＣＲ画像上での２次元座標値の対応を求める（ステッ
プＳ３）。なお、鋼球６ｂは輝度、形状等の特徴情報を
利用して、ＣＲ画像から自動検出しても良い。
【００３６】図７は、ＣＲ画像の表示例であって、図７
（ａ）が患者３の正面方向からのＸ線画像を表すＣＲ画
像であり、図７（ｂ）が患者３の６０度方向からのＸ線
画像を表すＣＲ画像である。図７において、パネル６の
Ａ面の基準十字点はＸＡ１〜ＸＡ３として、またパネル
６のＢ面の基準十字点はＸＢ１〜ＸＢ３としてそれぞれ
の方向のＣＲ画像に写り込んでいる。更に、パネル６の
Ａ面のフレームマーカＡ１〜Ａ５とパネル６のＢ面のフ
レームマーカＢ１〜Ｂ５がそれぞれの方向のＣＲ画像に
写り込んでいる。なお、図７に示したその他の符号は詳
細を後述する。また、鋼球群（フレームマーカ）位置検
出部１２によって、フレームマーカの鋼球６ｂの正面方
向ＣＲ画像及び６０度方向ＣＲ画像の２次元座標値と実
空間における３次元座標値が求められたら、カメラ校正
処理部１３は、それぞれの方向の２次元座標値と３次元
座標値の関係から前述のように射影方程式を立て、これ
を解いて射影行列Ｐを算出する（ステップＳ４）。な
お、Ｘ線照射機５ａ、５ｂ及び専用カセッテ台４の相対
位置が固定かつ既知であれば、予め射影行列Ｐを算出・
保存することができるので、ステップＳ２〜ステップＳ
４は省略できる。
（ａ）が患者３の正面方向からのＸ線画像を表すＣＲ画
像であり、図７（ｂ）が患者３の６０度方向からのＸ線
画像を表すＣＲ画像である。図７において、パネル６の
Ａ面の基準十字点はＸＡ１〜ＸＡ３として、またパネル
６のＢ面の基準十字点はＸＢ１〜ＸＢ３としてそれぞれ
の方向のＣＲ画像に写り込んでいる。更に、パネル６の
Ａ面のフレームマーカＡ１〜Ａ５とパネル６のＢ面のフ
レームマーカＢ１〜Ｂ５がそれぞれの方向のＣＲ画像に
写り込んでいる。なお、図７に示したその他の符号は詳
細を後述する。また、鋼球群（フレームマーカ）位置検
出部１２によって、フレームマーカの鋼球６ｂの正面方
向ＣＲ画像及び６０度方向ＣＲ画像の２次元座標値と実
空間における３次元座標値が求められたら、カメラ校正
処理部１３は、それぞれの方向の２次元座標値と３次元
座標値の関係から前述のように射影方程式を立て、これ
を解いて射影行列Ｐを算出する（ステップＳ４）。な
お、Ｘ線照射機５ａ、５ｂ及び専用カセッテ台４の相対
位置が固定かつ既知であれば、予め射影行列Ｐを算出・
保存することができるので、ステップＳ２〜ステップＳ
４は省略できる。
【００３７】次に、患者３のＣＲ画像から骨の特徴的な
部位の３次元座標値を求めるため、オペレータ１が患者
３の骨の特徴的な部位（参照点）を正面方向と６０度方
向の各ＣＲ画像にプロットすると、生体の骨参照点検出
部１４は、プロットされた参照点の２次元座標値を全て
記憶する（ステップＳ５）。具体的に説明すると、図８
から図１０は骨の参照点をプロットするための骨の部位
を示す図であって、それぞれ以下のように参照点をプロ
ットする。 （ａ：大腿骨骨頭）オペレータ１は、大腿骨５０の骨頭
輪郭を円近似した中心点を求めるために大腿骨骨頭参照
点５２を３点プロットする。生体の骨参照点検出部１４
は、大腿骨骨頭参照点５２（３点）の２次元座標値か
ら、骨頭形状を大腿骨骨頭近似円５３で近似して、大腿
骨骨頭中心点５４の２次元座標値を算出する。
部位の３次元座標値を求めるため、オペレータ１が患者
３の骨の特徴的な部位（参照点）を正面方向と６０度方
向の各ＣＲ画像にプロットすると、生体の骨参照点検出
部１４は、プロットされた参照点の２次元座標値を全て
記憶する（ステップＳ５）。具体的に説明すると、図８
から図１０は骨の参照点をプロットするための骨の部位
を示す図であって、それぞれ以下のように参照点をプロ
ットする。 （ａ：大腿骨骨頭）オペレータ１は、大腿骨５０の骨頭
輪郭を円近似した中心点を求めるために大腿骨骨頭参照
点５２を３点プロットする。生体の骨参照点検出部１４
は、大腿骨骨頭参照点５２（３点）の２次元座標値か
ら、骨頭形状を大腿骨骨頭近似円５３で近似して、大腿
骨骨頭中心点５４の２次元座標値を算出する。
【００３８】（ｂ：大腿骨内側後顆）オペレータ１は、
大腿骨内側後顆５５の輪郭を円近似した中心点を求める
ために、大腿骨内側後顆参照点５６を３点プロットす
る。生体の骨参照点検出部１４は、大腿骨内側後顆参照
点５６（３点）の２次元座標値から、大腿骨内側後顆５
５を大腿骨内側後顆近似円５７で近似して、大腿骨内側
後顆中心点５８の２次元座標値を算出する。 （ｃ：大腿骨外側後顆）オペレータ１は、大腿骨外側後
顆５９の輪郭を円近似した中心点を求めるために、大腿
骨外側後顆参照点６０を３点プロットする。生体の骨参
照点検出部１４は、大腿骨外側後顆参照点６０（３点）
の２次元座標値から、大腿骨外側後顆５９を大腿骨外側
後顆近似円６１で近似して、大腿骨外側後顆中心点６２
の２次元座標値を算出する。
大腿骨内側後顆５５の輪郭を円近似した中心点を求める
ために、大腿骨内側後顆参照点５６を３点プロットす
る。生体の骨参照点検出部１４は、大腿骨内側後顆参照
点５６（３点）の２次元座標値から、大腿骨内側後顆５
５を大腿骨内側後顆近似円５７で近似して、大腿骨内側
後顆中心点５８の２次元座標値を算出する。 （ｃ：大腿骨外側後顆）オペレータ１は、大腿骨外側後
顆５９の輪郭を円近似した中心点を求めるために、大腿
骨外側後顆参照点６０を３点プロットする。生体の骨参
照点検出部１４は、大腿骨外側後顆参照点６０（３点）
の２次元座標値から、大腿骨外側後顆５９を大腿骨外側
後顆近似円６１で近似して、大腿骨外側後顆中心点６２
の２次元座標値を算出する。
【００３９】（ｄ：脛骨近位関節面内側縁点）オペレー
タ１は、脛骨近位関節面内側縁点７１をプロットし、生
体の骨参照点検出部１４は、その２次元座標値を記憶す
る。 （ｅ：脛骨近位関節面外側縁点）オペレータ１は、脛骨
近位関節面外側縁点７２をプロットし、生体の骨参照点
検出部１４は、その２次元座標値を記憶する。 （ｆ：脛骨遠位関節面内側頂点）オペレータ１は、脛骨
遠位関節面内側頂点７４をプロットし、生体の骨参照点
検出部１４は、その２次元座標値を記憶する。 （ｇ：脛骨遠位関節面外側頂点）オペレータ１は、脛骨
遠位関節面外側頂点７５をプロットし、生体の骨参照点
検出部１４は、その２次元座標値を記憶する。
タ１は、脛骨近位関節面内側縁点７１をプロットし、生
体の骨参照点検出部１４は、その２次元座標値を記憶す
る。 （ｅ：脛骨近位関節面外側縁点）オペレータ１は、脛骨
近位関節面外側縁点７２をプロットし、生体の骨参照点
検出部１４は、その２次元座標値を記憶する。 （ｆ：脛骨遠位関節面内側頂点）オペレータ１は、脛骨
遠位関節面内側頂点７４をプロットし、生体の骨参照点
検出部１４は、その２次元座標値を記憶する。 （ｇ：脛骨遠位関節面外側頂点）オペレータ１は、脛骨
遠位関節面外側頂点７５をプロットし、生体の骨参照点
検出部１４は、その２次元座標値を記憶する。
【００４０】（ｈ：腓骨骨頭頂点）オペレータ１は、腓
骨骨頭頂点８１をプロットし、生体の骨参照点検出部１
４は、その２次元座標値を記憶する。 （ｉ：腓骨最遠位端点）オペレータ１は、腓骨最遠位端
点８２をプロットし、生体の骨参照点検出部１４は、そ
の２次元座標値を記憶する。
骨骨頭頂点８１をプロットし、生体の骨参照点検出部１
４は、その２次元座標値を記憶する。 （ｉ：腓骨最遠位端点）オペレータ１は、腓骨最遠位端
点８２をプロットし、生体の骨参照点検出部１４は、そ
の２次元座標値を記憶する。
【００４１】生体の骨参照点検出部１４において、骨の
特徴的な参照点を正面方向と６０度方向の各ＣＲ画像に
プロットさせてその２次元座標値が得られたら、生体の
骨３次元座標取得部１５が、ステップ４においてカメラ
校正処理部１３によって求められた射影行列Ｐを用い
て、骨の参照点の２次元座標値に対応する実空間での３
次元座標値を算出する（ステップＳ６）。具体的には、
まず骨の参照点の３次元座標値は、
特徴的な参照点を正面方向と６０度方向の各ＣＲ画像に
プロットさせてその２次元座標値が得られたら、生体の
骨３次元座標取得部１５が、ステップ４においてカメラ
校正処理部１３によって求められた射影行列Ｐを用い
て、骨の参照点の２次元座標値に対応する実空間での３
次元座標値を算出する（ステップＳ６）。具体的には、
まず骨の参照点の３次元座標値は、
【数７】
及び求める３次元座標値が（Ｘ，Ｙ，Ｚ）である時、
【数８】
とすれば、
【数９】
により求まる。
【００４２】次に、求められた３次元座標値に基づい
て、大腿骨５０側と脛骨７０・腓骨８０側とで、２つの
解剖学的座標を設定する（ステップＳ７）。具体的に
は、２つの解剖学的座標は、図８から図１０、及び解剖
学的座標を示すための図１１を参照して説明すると、以
下のように設定される。 （Ａ：大腿骨５０側の解剖学的座標） 原点：大腿骨内側後顆中心点５８と大腿骨外側後顆中心
点６２との中点。 Ｘ軸：大腿骨内側後顆中心点５８と大腿骨外側後顆中心
点６２とを結ぶ線分６３。 Ｙ軸：原点から大腿骨骨頭中心点５４への線分６４
（Ｚ’軸）とＸ軸に垂直な線分。 Ｚ軸：Ｘ軸とＹ軸に垂直な線分であって、外積（Ｘ軸×
Ｙ軸）で求まるベクトルの向きが正方向。
て、大腿骨５０側と脛骨７０・腓骨８０側とで、２つの
解剖学的座標を設定する（ステップＳ７）。具体的に
は、２つの解剖学的座標は、図８から図１０、及び解剖
学的座標を示すための図１１を参照して説明すると、以
下のように設定される。 （Ａ：大腿骨５０側の解剖学的座標） 原点：大腿骨内側後顆中心点５８と大腿骨外側後顆中心
点６２との中点。 Ｘ軸：大腿骨内側後顆中心点５８と大腿骨外側後顆中心
点６２とを結ぶ線分６３。 Ｙ軸：原点から大腿骨骨頭中心点５４への線分６４
（Ｚ’軸）とＸ軸に垂直な線分。 Ｚ軸：Ｘ軸とＹ軸に垂直な線分であって、外積（Ｘ軸×
Ｙ軸）で求まるベクトルの向きが正方向。
【００４３】（Ｂ：脛骨７０・腓骨８０側の解剖学的座
標） 原点：脛骨近位関節面内側縁点７１と脛骨近位関節面外
側縁点７２との中点。 Ｚ軸：原点と脛骨遠位関節面内側頂点７４と脛骨遠位関
節面外側頂点７５との中点を結ぶ線分７７。原点から脛
骨遠位関節面内側頂点７４と脛骨遠位関節面外側頂点７
５との中点への向きが負方向。 Ｘ軸：原点を通るＺ軸からの垂線であって、腓骨骨頭頂
点８１と腓骨最遠位端点８２とを結ぶ線分８３に交わる
線分。Ｘ線照射機から向かって左向きが正方向。 Ｙ軸：Ｘ軸とＺ軸に垂直な線分。外積（Ｚ軸×Ｘ軸）で
求まるベクトルの向きが正方向。
標） 原点：脛骨近位関節面内側縁点７１と脛骨近位関節面外
側縁点７２との中点。 Ｚ軸：原点と脛骨遠位関節面内側頂点７４と脛骨遠位関
節面外側頂点７５との中点を結ぶ線分７７。原点から脛
骨遠位関節面内側頂点７４と脛骨遠位関節面外側頂点７
５との中点への向きが負方向。 Ｘ軸：原点を通るＺ軸からの垂線であって、腓骨骨頭頂
点８１と腓骨最遠位端点８２とを結ぶ線分８３に交わる
線分。Ｘ線照射機から向かって左向きが正方向。 Ｙ軸：Ｘ軸とＺ軸に垂直な線分。外積（Ｚ軸×Ｘ軸）で
求まるベクトルの向きが正方向。
【００４４】また、解剖学的座標が設定されると、オペ
レータ１がＣＲ画像上の骨皮質点のプロットを行うの
で、生体の骨参照点検出部１４は、骨皮質点の２次元座
標値から骨幹部中央点（骨皮質点２点の中点）の２次元
座標値を算出する（ステップＳ８）。具体的には、生体
の骨参照点検出部１４は、大腿骨５０、脛骨７０、腓骨
８０の長さ（各々の解剖学的座標におけるＺ軸上でのマ
イナス側端点からプラス側端点までの距離）を、Ｚ軸に
直交する線分で１０分割し、その線分を正面方向、６０
度方向に投影して表示装置２ｂに画面表示する。そし
て、オペレータ１に、正面方向ＣＲ画像、及び６０度方
向ＣＲ画像における骨幹部区間の１０分割線と各骨の骨
皮質点との交点をプロットさせて、骨皮質点の２次元座
標値を取得する。図１２は、骨皮質点と骨幹部中央点の
求め方を示す図であって、正面方向ＣＲ画像と６０度方
向ＣＲ画像に投影された１０分割線９１と骨（例えば大
腿骨５０）の骨皮質との交点を骨皮質点９２とする。骨
幹部区間は、上から４本目と９本目の１０分割線９１で
挟まれる区間を示し、骨幹部中央点９３は、この区間の
２点の骨皮質点９２の中点とする。
レータ１がＣＲ画像上の骨皮質点のプロットを行うの
で、生体の骨参照点検出部１４は、骨皮質点の２次元座
標値から骨幹部中央点（骨皮質点２点の中点）の２次元
座標値を算出する（ステップＳ８）。具体的には、生体
の骨参照点検出部１４は、大腿骨５０、脛骨７０、腓骨
８０の長さ（各々の解剖学的座標におけるＺ軸上でのマ
イナス側端点からプラス側端点までの距離）を、Ｚ軸に
直交する線分で１０分割し、その線分を正面方向、６０
度方向に投影して表示装置２ｂに画面表示する。そし
て、オペレータ１に、正面方向ＣＲ画像、及び６０度方
向ＣＲ画像における骨幹部区間の１０分割線と各骨の骨
皮質点との交点をプロットさせて、骨皮質点の２次元座
標値を取得する。図１２は、骨皮質点と骨幹部中央点の
求め方を示す図であって、正面方向ＣＲ画像と６０度方
向ＣＲ画像に投影された１０分割線９１と骨（例えば大
腿骨５０）の骨皮質との交点を骨皮質点９２とする。骨
幹部区間は、上から４本目と９本目の１０分割線９１で
挟まれる区間を示し、骨幹部中央点９３は、この区間の
２点の骨皮質点９２の中点とする。
【００４５】次に、生体の骨参照点検出部１４により、
骨幹部中央点９３の２次元座標値が算出されたら、生体
の骨３次元座標取得部１５が、ステップＳ６の骨の参照
点の時と同様に、ステップ４においてカメラ校正処理部
１３によって求められた射影行列Ｐを用いて、骨幹部中
央点９３の２次元座標値に対応する実空間での３次元座
標値を算出する（ステップＳ９）。一方、標本骨３次元
データ選択部１７は、オペレータ１に、患者３の骨近似
３次元データを生成する元となる大腿骨５０、脛骨７
０、腓骨８０の標本骨３次元データを、表示装置２ｂに
表示されたリストの中から選択させる。標本骨３次元デ
ータ選択部１７は、標本骨３次元データが選択された
ら、標本骨３次元データ・データベース１６より、該当
する標本骨３次元データを取得する（ステップＳ１
０）。
骨幹部中央点９３の２次元座標値が算出されたら、生体
の骨３次元座標取得部１５が、ステップＳ６の骨の参照
点の時と同様に、ステップ４においてカメラ校正処理部
１３によって求められた射影行列Ｐを用いて、骨幹部中
央点９３の２次元座標値に対応する実空間での３次元座
標値を算出する（ステップＳ９）。一方、標本骨３次元
データ選択部１７は、オペレータ１に、患者３の骨近似
３次元データを生成する元となる大腿骨５０、脛骨７
０、腓骨８０の標本骨３次元データを、表示装置２ｂに
表示されたリストの中から選択させる。標本骨３次元デ
ータ選択部１７は、標本骨３次元データが選択された
ら、標本骨３次元データ・データベース１６より、該当
する標本骨３次元データを取得する（ステップＳ１
０）。
【００４６】オペレータ１により選択された標本骨３次
元データが取得できたら、標本骨３次元データ参照点検
出部１８が、ステップＳ５と同じ手順でオペレータ１に
正面方向及び９０度方向における標本骨３次元データの
参照点をプロットさせる。ここで、６０度方向でなく９
０度方向からプロットさせるのは、より正確な参照座標
を得るためである。オペレータ１が参照点をプロットす
ると、標本骨３次元データ参照点検出部１８は、プロッ
トされた参照点の２次元座標値を全て記憶する（ステッ
プＳ１１）。次に、標本骨３次元データ３次元座標取得
部１９が、ステップＳ６と同じ手順で、ステップＳ４に
おいてカメラ校正処理部１３によって求められた射影行
列Ｐを用いて、骨の参照点の２次元座標値に対応する実
空間での３次元座標値を算出する（ステップＳ１２）。
更に、求められた３次元座標値に基づいて、ステップＳ
７と同じ手順で、標本骨３次元データの大腿骨側と脛骨
・腓骨側とで、２つの解剖学的座標を設定する（ステッ
プＳ１３）。なお、ステップＳ１１からステップＳ１３
までの処理は、標本骨３次元データを作成する時に予め
行って、情報を登録しておくことで毎回実行しなくても
良い。
元データが取得できたら、標本骨３次元データ参照点検
出部１８が、ステップＳ５と同じ手順でオペレータ１に
正面方向及び９０度方向における標本骨３次元データの
参照点をプロットさせる。ここで、６０度方向でなく９
０度方向からプロットさせるのは、より正確な参照座標
を得るためである。オペレータ１が参照点をプロットす
ると、標本骨３次元データ参照点検出部１８は、プロッ
トされた参照点の２次元座標値を全て記憶する（ステッ
プＳ１１）。次に、標本骨３次元データ３次元座標取得
部１９が、ステップＳ６と同じ手順で、ステップＳ４に
おいてカメラ校正処理部１３によって求められた射影行
列Ｐを用いて、骨の参照点の２次元座標値に対応する実
空間での３次元座標値を算出する（ステップＳ１２）。
更に、求められた３次元座標値に基づいて、ステップＳ
７と同じ手順で、標本骨３次元データの大腿骨側と脛骨
・腓骨側とで、２つの解剖学的座標を設定する（ステッ
プＳ１３）。なお、ステップＳ１１からステップＳ１３
までの処理は、標本骨３次元データを作成する時に予め
行って、情報を登録しておくことで毎回実行しなくても
良い。
【００４７】以上の処理により、患者３の骨のＣＲ画像
における参照点と、標本骨３次元データの参照点が求め
られたら、骨３次元データ変形処理部２０において、患
者３の骨のＣＲ画像における参照点と標本骨３次元デー
タの参照点とが一致するように、標本骨の位置決め処理
を行う（ステップＳ１４）。具体的には、第１の位置決
め処理として、まず患者３の骨のＣＲ画像における参照
点と標本骨３次元データの参照点との対応を求め、先に
示した図７のように、患者３の骨のＣＲ画像と標本骨３
次元データの２次元投影画像１００を同時に表示装置２
ｂに表示する。そして、対応する参照点の３次元座標値
が一致するように、表示装置２ｂの患者３の骨のＣＲ画
像上に表示された標本骨３次元データの２次元投影画像
１００を並進移動、回転、スケール変換等により変換す
る。ここで並進移動と回転は、一般的な行列演算によっ
て行い、スケール変換処理はワーピング手法等を用いて
行う。なお、この処理によって、標本骨は参照点が患者
３の骨の参照点と重なり、骨の位置、姿勢、大きさが概
ね決定される。
における参照点と、標本骨３次元データの参照点が求め
られたら、骨３次元データ変形処理部２０において、患
者３の骨のＣＲ画像における参照点と標本骨３次元デー
タの参照点とが一致するように、標本骨の位置決め処理
を行う（ステップＳ１４）。具体的には、第１の位置決
め処理として、まず患者３の骨のＣＲ画像における参照
点と標本骨３次元データの参照点との対応を求め、先に
示した図７のように、患者３の骨のＣＲ画像と標本骨３
次元データの２次元投影画像１００を同時に表示装置２
ｂに表示する。そして、対応する参照点の３次元座標値
が一致するように、表示装置２ｂの患者３の骨のＣＲ画
像上に表示された標本骨３次元データの２次元投影画像
１００を並進移動、回転、スケール変換等により変換す
る。ここで並進移動と回転は、一般的な行列演算によっ
て行い、スケール変換処理はワーピング手法等を用いて
行う。なお、この処理によって、標本骨は参照点が患者
３の骨の参照点と重なり、骨の位置、姿勢、大きさが概
ね決定される。
【００４８】次に、第２の位置決め処理として、再度、
図１２に示すように大腿骨５０、脛骨７０・腓骨８０の
長さ（各々の解剖学的座標のＺ軸上でのマイナス側端点
からプラス側端点までの距離）を、Ｚ軸に直交する線分
で１０分割し、その線分を正面方向、６０度方向に投影
して表示装置２ｂに画面表示する。そして、今度は、オ
ペレータ１に、各１０分割線９１における標本骨のスラ
イス断面が、ＣＲ画像の患者３の骨のスライス断面に一
致するように、移動、回転、膨張、収縮の処理を行わせ
る。図１３は、標本骨３次元データを３次元表示した図
（１００Ａ）であって、骨３次元データ変形処理部２０
は、患者３の骨のＣＲ画像に投影表示した標本骨３次元
データの表示画像のスライス断面を、該ＣＲ画像の患者
３の骨の輪郭に一致するように移動・回転・膨張・収縮
処理を適宜実行する。なお、図１３に示した符号１１０
Ａは詳細を後述する。
図１２に示すように大腿骨５０、脛骨７０・腓骨８０の
長さ（各々の解剖学的座標のＺ軸上でのマイナス側端点
からプラス側端点までの距離）を、Ｚ軸に直交する線分
で１０分割し、その線分を正面方向、６０度方向に投影
して表示装置２ｂに画面表示する。そして、今度は、オ
ペレータ１に、各１０分割線９１における標本骨のスラ
イス断面が、ＣＲ画像の患者３の骨のスライス断面に一
致するように、移動、回転、膨張、収縮の処理を行わせ
る。図１３は、標本骨３次元データを３次元表示した図
（１００Ａ）であって、骨３次元データ変形処理部２０
は、患者３の骨のＣＲ画像に投影表示した標本骨３次元
データの表示画像のスライス断面を、該ＣＲ画像の患者
３の骨の輪郭に一致するように移動・回転・膨張・収縮
処理を適宜実行する。なお、図１３に示した符号１１０
Ａは詳細を後述する。
【００４９】更に、１０分割線９１の全ての位置におい
て、標本骨３次元データの表示画像のスライス断面が、
ＣＲ画像の患者３の骨のスライス断面に一致したら、１
０分割線９１間の３次元データを補間処理する。なお、
この処理によって、標本骨は患者３の骨と一致し、患者
３に対応した骨近似３次元データとなる。骨３次元デー
タ変形処理部２０は、この骨近似３次元データを骨近似
３次元データ・データベース２２へ記憶する（ステップ
Ｓ１５）。図１４は、骨近似３次元データの表示画像の
下肢アライメントを球とシリンダによって３次元表示し
た図である。ここで、図１４において、符号の数字の後
に”Ａ”を付与した下肢アライメントは、図１１で示し
た同一の数字のみで表す符号を持つ下肢アライメントの
３次元表示であることを表す。
て、標本骨３次元データの表示画像のスライス断面が、
ＣＲ画像の患者３の骨のスライス断面に一致したら、１
０分割線９１間の３次元データを補間処理する。なお、
この処理によって、標本骨は患者３の骨と一致し、患者
３に対応した骨近似３次元データとなる。骨３次元デー
タ変形処理部２０は、この骨近似３次元データを骨近似
３次元データ・データベース２２へ記憶する（ステップ
Ｓ１５）。図１４は、骨近似３次元データの表示画像の
下肢アライメントを球とシリンダによって３次元表示し
た図である。ここで、図１４において、符号の数字の後
に”Ａ”を付与した下肢アライメントは、図１１で示し
た同一の数字のみで表す符号を持つ下肢アライメントの
３次元表示であることを表す。
【００５０】次に、患者３の膝関節の診断を行うため
に、３次元下肢アライメント算出部２１は、上述の下肢
アライメントを球とシリンダによって３次元表示した骨
近似３次元データから、例えば以下の１１種類の下肢ア
ライメント評価パラメータを算出する（ステップＳ１
６）。なお、１１種類の項目は、（１）大腿骨彎曲度、
（２）大腿骨最大彎曲位置、（３）脛骨彎曲度、（４）
脛骨最大彎曲位置、（５）大腿脛骨角、（６）膝関節伸
展角、（７）下肢荷重線通過点、（８）膝関節裂隙角、
（９）大腿骨前捻角、（１０）膝関節回旋角、（１１）
脛骨捻れ角であって、３次元下肢アライメント算出部２
１は、算出した３次元下肢アライメントの数値を表示装
置２ｂに表示する。
に、３次元下肢アライメント算出部２１は、上述の下肢
アライメントを球とシリンダによって３次元表示した骨
近似３次元データから、例えば以下の１１種類の下肢ア
ライメント評価パラメータを算出する（ステップＳ１
６）。なお、１１種類の項目は、（１）大腿骨彎曲度、
（２）大腿骨最大彎曲位置、（３）脛骨彎曲度、（４）
脛骨最大彎曲位置、（５）大腿脛骨角、（６）膝関節伸
展角、（７）下肢荷重線通過点、（８）膝関節裂隙角、
（９）大腿骨前捻角、（１０）膝関節回旋角、（１１）
脛骨捻れ角であって、３次元下肢アライメント算出部２
１は、算出した３次元下肢アライメントの数値を表示装
置２ｂに表示する。
【００５１】一方、患者３の膝関節を人工膝関節へ置換
する手術を行う際の事前計画を作成するために、人工膝
関節３次元データ位置決め処理部２３は、オペレータ１
に任意のサイズの人工膝関節コンポーネントを表示装置
２ｂの画面に表示されたリストから選択させる。そし
て、人工膝関節３次元データ・データベース２４から選
択された人工膝関節３次元データを、更に、骨近似３次
元データ・データベース２２から患者３の骨近似３次元
データを取得する（ステップＳ１７）。次に、図１５に
示すように、骨近似３次元データ・データベース２２に
記憶された患者３の骨近似３次元データの表示画像１０
１と人工膝関節コンポーネント画像１１０を同時に表示
装置２ｂに表示する。そして、オペレータ１に、手術で
実際に設置しようとする位置に人工膝関節コンポーネン
トが一致するように、表示装置２ｂの骨近似３次元デー
タの表示画像１０１上に表示された人工膝関節コンポー
ネント画像１１０を並進移動及び回転させながら位置合
わせを行わせる。
する手術を行う際の事前計画を作成するために、人工膝
関節３次元データ位置決め処理部２３は、オペレータ１
に任意のサイズの人工膝関節コンポーネントを表示装置
２ｂの画面に表示されたリストから選択させる。そし
て、人工膝関節３次元データ・データベース２４から選
択された人工膝関節３次元データを、更に、骨近似３次
元データ・データベース２２から患者３の骨近似３次元
データを取得する（ステップＳ１７）。次に、図１５に
示すように、骨近似３次元データ・データベース２２に
記憶された患者３の骨近似３次元データの表示画像１０
１と人工膝関節コンポーネント画像１１０を同時に表示
装置２ｂに表示する。そして、オペレータ１に、手術で
実際に設置しようとする位置に人工膝関節コンポーネン
トが一致するように、表示装置２ｂの骨近似３次元デー
タの表示画像１０１上に表示された人工膝関節コンポー
ネント画像１１０を並進移動及び回転させながら位置合
わせを行わせる。
【００５２】人工膝関節３次元データ位置決め処理部２
３は、患者３の膝関節に最適と思われるサイズが見つか
るまで、適宜オペレータ１に人工膝関節コンポーネント
の３次元データの選択とＣＲ画像上での位置合わせを繰
り返し行わせ、使用する人工膝関節コンポーネントのサ
イズを決定する（ステップＳ１８）。更に、人工膝関節
３次元データ位置決め処理部２３は、人工膝関節コンポ
ーネントのサイズが決定したら、図１６に示すように、
オペレータ１に実際の手術での正確な目標設置位置へ人
工膝関節コンポーネントの位置合わせを行わせる。な
お、先に示した図１３に、人工膝関節コンポーネント画
像１１０を３次元表示した図（図１３の符号１１０Ａ）
を示す。そして、人工膝関節３次元データ位置決め処理
部２３により、人工膝関節コンポーネントのサイズと正
確な目標設置位置が決定されたら、人工膝関節設置位置
座標算出部２５は、骨近似３次元データで定義される大
腿骨または／及び脛骨の解剖学的座標での人工膝関節コ
ンポーネントの目標設置位置を算出する（ステップＳ１
９）。なお、ここでいう目標設置位置とは、解剖学的座
標に対する人工膝関節コンポーネントの位置（並進移
動）と姿勢（回転）である。
３は、患者３の膝関節に最適と思われるサイズが見つか
るまで、適宜オペレータ１に人工膝関節コンポーネント
の３次元データの選択とＣＲ画像上での位置合わせを繰
り返し行わせ、使用する人工膝関節コンポーネントのサ
イズを決定する（ステップＳ１８）。更に、人工膝関節
３次元データ位置決め処理部２３は、人工膝関節コンポ
ーネントのサイズが決定したら、図１６に示すように、
オペレータ１に実際の手術での正確な目標設置位置へ人
工膝関節コンポーネントの位置合わせを行わせる。な
お、先に示した図１３に、人工膝関節コンポーネント画
像１１０を３次元表示した図（図１３の符号１１０Ａ）
を示す。そして、人工膝関節３次元データ位置決め処理
部２３により、人工膝関節コンポーネントのサイズと正
確な目標設置位置が決定されたら、人工膝関節設置位置
座標算出部２５は、骨近似３次元データで定義される大
腿骨または／及び脛骨の解剖学的座標での人工膝関節コ
ンポーネントの目標設置位置を算出する（ステップＳ１
９）。なお、ここでいう目標設置位置とは、解剖学的座
標に対する人工膝関節コンポーネントの位置（並進移
動）と姿勢（回転）である。
【００５３】なお、上述の実施の形態では、関節手術支
援情報算出システムを、人体、特にその膝の関節の診断
と人工膝関節への置換手術をする際に利用する例を説明
したが、２方向から撮影されたＸ線画像を取得すること
ができれば、人体、更には膝関節に限らず、股関節をは
じめ骨格を持つあらゆる生体のどの部分の関節の診断や
人工関節への置換手術においても利用することが可能で
ある。また、上述の実施の形態において、関節手術支援
情報算出システムは、患者３の骨のＸ線画像からＣＲ画
像を生成する際に、骨の輪郭を抽出し（骨輪郭抽出処
理）、輪郭を強調（輪郭強調処理）することにより、更
にＣＲ画像をオペレータ１が見やすいように加工しても
良い。また、患者本人の骨の３次元データがＣＴスキャ
ンなどにより得られる場合は、変形操作が不要である。
援情報算出システムを、人体、特にその膝の関節の診断
と人工膝関節への置換手術をする際に利用する例を説明
したが、２方向から撮影されたＸ線画像を取得すること
ができれば、人体、更には膝関節に限らず、股関節をは
じめ骨格を持つあらゆる生体のどの部分の関節の診断や
人工関節への置換手術においても利用することが可能で
ある。また、上述の実施の形態において、関節手術支援
情報算出システムは、患者３の骨のＸ線画像からＣＲ画
像を生成する際に、骨の輪郭を抽出し（骨輪郭抽出処
理）、輪郭を強調（輪郭強調処理）することにより、更
にＣＲ画像をオペレータ１が見やすいように加工しても
良い。また、患者本人の骨の３次元データがＣＴスキャ
ンなどにより得られる場合は、変形操作が不要である。
【００５４】また、上述の実施の形態における手術支援
端末２の機能を実現するためのプログラムをコンピュー
タ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に
記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込
ませ、実行することにより、関節の診断や手術を支援す
るための情報算出処理を行ってもよい。なお、ここでい
う「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等の
ハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ
システム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であ
れば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含
むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記
録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディス
ク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータ
システムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のこ
とをいう。更に「コンピュータ読み取り可能な記録媒
体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線
等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサ
ーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の
揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラム
を保持しているものも含むものとする。
端末２の機能を実現するためのプログラムをコンピュー
タ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に
記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込
ませ、実行することにより、関節の診断や手術を支援す
るための情報算出処理を行ってもよい。なお、ここでい
う「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等の
ハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ
システム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であ
れば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含
むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記
録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディス
ク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータ
システムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のこ
とをいう。更に「コンピュータ読み取り可能な記録媒
体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線
等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサ
ーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の
揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラム
を保持しているものも含むものとする。
【００５５】また、上記プログラムは、このプログラム
を記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝
送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により
他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここ
で、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネ
ット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回
線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体
のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能
の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、
前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録され
ているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、い
わゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良
い。
を記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝
送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により
他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここ
で、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネ
ット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回
線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体
のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能
の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、
前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録され
ているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、い
わゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良
い。
【００５６】以上説明したように、本実施の形態の関節
手術支援情報算出システムは、患者３を専用カセッテ台
４によって２方向からＸ線で撮影し、該Ｘ線画像から生
成したＣＲ画像上に写り込んだ３次元座標値が既知のフ
レームマーカによって、ＣＲ画像と実空間との射影行列
Ｐを求め、患者３の手術する下肢３ａを３次元座標値に
より立体的に認識する。そして、オペレータ１に、患者
３のＣＲ画像に合わせて骨の標本骨３次元データの表示
画像を変形させることにより、患者３の骨近似３次元デ
ータを作成し、この骨近似３次元データから求められた
３次元座標値から、大腿骨、及び脛骨・腓骨の位置関係
を評価するための評価パラメータを算出する。
手術支援情報算出システムは、患者３を専用カセッテ台
４によって２方向からＸ線で撮影し、該Ｘ線画像から生
成したＣＲ画像上に写り込んだ３次元座標値が既知のフ
レームマーカによって、ＣＲ画像と実空間との射影行列
Ｐを求め、患者３の手術する下肢３ａを３次元座標値に
より立体的に認識する。そして、オペレータ１に、患者
３のＣＲ画像に合わせて骨の標本骨３次元データの表示
画像を変形させることにより、患者３の骨近似３次元デ
ータを作成し、この骨近似３次元データから求められた
３次元座標値から、大腿骨、及び脛骨・腓骨の位置関係
を評価するための評価パラメータを算出する。
【００５７】従って、専用カセッテ台４によって患者を
立位状態のまま撮影できるので、患者に負担をかけず
に、かつ立位状態によって膝関節に負荷をかけた実際の
状態におけるＸ線画像を取得することができるという効
果が得られる。また、２方向のＸ線画像を用いて患者の
膝関節を３次元的に認識することで、ＣＴスキャンによ
って立体的な画像を取得する場合に比較して、患者の被
曝量が少なくて済むという効果が得られる。また、膝関
節の診断において、従来は３次元である下肢アライメン
ト（大腿骨と脛骨の位置関係）を、２次元画像である２
方向のＸ線写真により判断していた従来の問題点を解決
し、立体的に骨、及び関節を認識して診断することが可
能となる。
立位状態のまま撮影できるので、患者に負担をかけず
に、かつ立位状態によって膝関節に負荷をかけた実際の
状態におけるＸ線画像を取得することができるという効
果が得られる。また、２方向のＸ線画像を用いて患者の
膝関節を３次元的に認識することで、ＣＴスキャンによ
って立体的な画像を取得する場合に比較して、患者の被
曝量が少なくて済むという効果が得られる。また、膝関
節の診断において、従来は３次元である下肢アライメン
ト（大腿骨と脛骨の位置関係）を、２次元画像である２
方向のＸ線写真により判断していた従来の問題点を解決
し、立体的に骨、及び関節を認識して診断することが可
能となる。
【００５８】更に、求められた３次元座標値に基づく患
者３の骨近似３次元データの表示画像に合わせて、オペ
レータ１に、人工膝関節３次元データの表示画像の位置
を調節させて、人工膝関節の設置位置を、少なくとも２
本の骨の位置を表すための解剖学的座標値として算出す
る。従って、従来医師の経験によることが多かった人工
膝関節の選定や設置位置決め等の手術前計画作業に、本
実施の形態の関節手術支援情報算出システムを用いて算
出した情報を利用することで、目標設置位置への人工膝
関節の設置等、手術成績の安定化、安全性、及び再現性
を高めることができるという効果が得られる。更に、手
術支援端末２に表示された上述の診断や手術を支援する
ための情報を、医師と患者とが同時に確認することで、
関節手術支援情報算出システムを、患者への診断や手術
に対する理解と安心感を深めるためのインフォームド・
コンセント・ツールとして利用することも可能である。
者３の骨近似３次元データの表示画像に合わせて、オペ
レータ１に、人工膝関節３次元データの表示画像の位置
を調節させて、人工膝関節の設置位置を、少なくとも２
本の骨の位置を表すための解剖学的座標値として算出す
る。従って、従来医師の経験によることが多かった人工
膝関節の選定や設置位置決め等の手術前計画作業に、本
実施の形態の関節手術支援情報算出システムを用いて算
出した情報を利用することで、目標設置位置への人工膝
関節の設置等、手術成績の安定化、安全性、及び再現性
を高めることができるという効果が得られる。更に、手
術支援端末２に表示された上述の診断や手術を支援する
ための情報を、医師と患者とが同時に確認することで、
関節手術支援情報算出システムを、患者への診断や手術
に対する理解と安心感を深めるためのインフォームド・
コンセント・ツールとして利用することも可能である。
【００５９】
【発明の効果】以上の如く、請求項１に記載の関節手術
支援情報算出方法によれば、位置座標取得処理が、生体
の個体毎にその特徴が異なる骨を、標本骨３次元データ
の表示画像の形状を生体の骨に合わせて変形させた骨近
似３次元データで容易にモデル化することで、評価パラ
メータ算出処理は、この骨近似３次元データから得られ
る３次元座標値から、人工関節を必要とする骨の位置関
係を評価するための評価パラメータを個体毎に正確に求
めることが可能となる。従って、従来は医師の経験や勘
に頼ることが多かった生体の関節の診断や人工関節への
置換手術において、２次元画像による判断ではなく、３
次元座標値から求められた具体的な評価パラメータによ
って判断することで、医師の経験や勘によらない正確な
診断結果、あるいは手術結果が得られるという効果があ
る。
支援情報算出方法によれば、位置座標取得処理が、生体
の個体毎にその特徴が異なる骨を、標本骨３次元データ
の表示画像の形状を生体の骨に合わせて変形させた骨近
似３次元データで容易にモデル化することで、評価パラ
メータ算出処理は、この骨近似３次元データから得られ
る３次元座標値から、人工関節を必要とする骨の位置関
係を評価するための評価パラメータを個体毎に正確に求
めることが可能となる。従って、従来は医師の経験や勘
に頼ることが多かった生体の関節の診断や人工関節への
置換手術において、２次元画像による判断ではなく、３
次元座標値から求められた具体的な評価パラメータによ
って判断することで、医師の経験や勘によらない正確な
診断結果、あるいは手術結果が得られるという効果があ
る。
【００６０】請求項２に記載の関節手術支援情報算出方
法によれば、位置座標取得処理が、生体の個体毎にその
特徴が異なる骨を、標本骨３次元データの表示画像の形
状を生体の骨に合わせて変形させた骨近似３次元データ
で容易にモデル化し、この骨近似３次元データより得ら
れる３次元座標値を算出する。そして、人工関節位置算
出処理は、３次元座標値に基づく前記生体の骨近似３次
元データの表示画像に合わせて、人工関節３次元データ
の表示画像の位置を調節させることで、個体毎の３次元
座標値から設定される解剖学的座標での人工関節の設置
位置を算出することが可能となる。従って、人工関節の
目標設置位置を、具体的な解剖学的座標の数値として取
得することで、従来は医師の経験や勘に頼ることが多い
と共に、決定した人工関節の設置位置を手術において正
確に利用、あるいは再現することが難しかったという問
題を解決し、手術成績の安定化、安全性、及び再現性を
高めることができるという効果が得られる。
法によれば、位置座標取得処理が、生体の個体毎にその
特徴が異なる骨を、標本骨３次元データの表示画像の形
状を生体の骨に合わせて変形させた骨近似３次元データ
で容易にモデル化し、この骨近似３次元データより得ら
れる３次元座標値を算出する。そして、人工関節位置算
出処理は、３次元座標値に基づく前記生体の骨近似３次
元データの表示画像に合わせて、人工関節３次元データ
の表示画像の位置を調節させることで、個体毎の３次元
座標値から設定される解剖学的座標での人工関節の設置
位置を算出することが可能となる。従って、人工関節の
目標設置位置を、具体的な解剖学的座標の数値として取
得することで、従来は医師の経験や勘に頼ることが多い
と共に、決定した人工関節の設置位置を手術において正
確に利用、あるいは再現することが難しかったという問
題を解決し、手術成績の安定化、安全性、及び再現性を
高めることができるという効果が得られる。
【００６１】請求項３に記載の関節手術支援情報算出方
法によれば、骨の位置座標取得処理は、鋼球群の２方向
の２次元座標値と実空間での３次元座標値を利用して立
体的に生体の骨を認識し、正確に生体の骨の３次元座標
値を求めることが可能となる。従って、３次元座標値が
既知の鋼球群が写り込んだ２方向Ｘ線画像があれば、生
体の骨が撮影されたＸ線画像に合わせて、標本骨３次元
データの表示画像の形状を変形させて、生体の骨近似３
次元データを作成するだけで、手術に携わるすべての医
師が簡単に骨の位置情報を正確な３次元座標値として取
得することができるという効果が得られる。
法によれば、骨の位置座標取得処理は、鋼球群の２方向
の２次元座標値と実空間での３次元座標値を利用して立
体的に生体の骨を認識し、正確に生体の骨の３次元座標
値を求めることが可能となる。従って、３次元座標値が
既知の鋼球群が写り込んだ２方向Ｘ線画像があれば、生
体の骨が撮影されたＸ線画像に合わせて、標本骨３次元
データの表示画像の形状を変形させて、生体の骨近似３
次元データを作成するだけで、手術に携わるすべての医
師が簡単に骨の位置情報を正確な３次元座標値として取
得することができるという効果が得られる。
【００６２】請求項４に記載の関節手術支援情報算出方
法によれば、骨の位置座標取得処理は、参照点取得処理
により、生体の個体毎に異なる形状を持つ骨の位置を、
その特徴を示す点によりモデル化された骨の参照点の位
置情報として抽出することで、骨の全ての部分の位置情
報を用いることなく、参照点の位置情報と２方向から撮
影したＸ線画像により導出される射影行列とから、少な
い計算処理で簡単に生体の骨の３次元座標値を求めるこ
とが可能となる。従って、複雑な形状の骨であっても、
骨の特徴点さえ判断できれば、手術に携わるすべての医
師が骨の位置情報を短時間で３次元座標値として取得す
ることができるという効果が得られる。
法によれば、骨の位置座標取得処理は、参照点取得処理
により、生体の個体毎に異なる形状を持つ骨の位置を、
その特徴を示す点によりモデル化された骨の参照点の位
置情報として抽出することで、骨の全ての部分の位置情
報を用いることなく、参照点の位置情報と２方向から撮
影したＸ線画像により導出される射影行列とから、少な
い計算処理で簡単に生体の骨の３次元座標値を求めるこ
とが可能となる。従って、複雑な形状の骨であっても、
骨の特徴点さえ判断できれば、手術に携わるすべての医
師が骨の位置情報を短時間で３次元座標値として取得す
ることができるという効果が得られる。
【００６３】請求項５に記載の関節手術支援情報算出方
法によれば、参照点取得処理は、プロットされた骨の特
徴を示す点を簡単な図形に置き換えてから参照点を求め
ることにより、更に少ない計算処理量でかつ精度を下げ
ることなく参照点を求めることが可能となる。従って、
短時間で骨の参照点を求めることができるため、手術前
計画作業においては、標本骨３次元データの表示画像
を、生体の骨が撮影されたＸ線画像に合わせて変形させ
て、生体の骨近似３次元データの３次元座標値を求めた
り、求められた３次元座標値に基づく生体の骨近似３次
元データの表示画像に合わせて、人工関節３次元データ
の表示画像の位置を調節させて、人工関節の設置位置を
算出したりする作業及び処理に重点的に時間を割くこと
ができるという効果が得られる。請求項６に記載の関節
手術支援情報算出方法によっても、請求項４に記載の関
節手術支援情報算出方法に相当する効果が得られる。
法によれば、参照点取得処理は、プロットされた骨の特
徴を示す点を簡単な図形に置き換えてから参照点を求め
ることにより、更に少ない計算処理量でかつ精度を下げ
ることなく参照点を求めることが可能となる。従って、
短時間で骨の参照点を求めることができるため、手術前
計画作業においては、標本骨３次元データの表示画像
を、生体の骨が撮影されたＸ線画像に合わせて変形させ
て、生体の骨近似３次元データの３次元座標値を求めた
り、求められた３次元座標値に基づく生体の骨近似３次
元データの表示画像に合わせて、人工関節３次元データ
の表示画像の位置を調節させて、人工関節の設置位置を
算出したりする作業及び処理に重点的に時間を割くこと
ができるという効果が得られる。請求項６に記載の関節
手術支援情報算出方法によっても、請求項４に記載の関
節手術支援情報算出方法に相当する効果が得られる。
【００６４】更に、請求項１１に記載の関節手術支援情
報算出システム、あるいは請求項１２から請求項１４に
記載の専用カセッテ台によれば、カセッテ台に載せられ
た生体を、動かさずにかつ素早くＸ線撮影することがで
きるので、生体に負担をかけずに診療ができるという効
果が得られる。また、Ｘ線画像に記録された実空間にお
ける３次元座標値が既知の鋼球群によって、生体の骨の
３次元座標を正確に求め正確な診療や手術を行うことが
できるという効果が得られる。
報算出システム、あるいは請求項１２から請求項１４に
記載の専用カセッテ台によれば、カセッテ台に載せられ
た生体を、動かさずにかつ素早くＸ線撮影することがで
きるので、生体に負担をかけずに診療ができるという効
果が得られる。また、Ｘ線画像に記録された実空間にお
ける３次元座標値が既知の鋼球群によって、生体の骨の
３次元座標を正確に求め正確な診療や手術を行うことが
できるという効果が得られる。
【図１】 本発明の一実施の形態の関節手術支援情報算
出システムの構成を示すブロック図である。
出システムの構成を示すブロック図である。
【図２】 手術支援端末の構成を示すブロック図であ
る。
る。
【図３】 ３次元空間上の鋼球群とこれを２次元座標に
投影した画像との関係を示す図である。
投影した画像との関係を示す図である。
【図４】 専用カセッテ台の詳細を示す図である。
【図５】 専用カセッテ台のパネルのフレームマーカを
示す図である。
示す図である。
【図６】 関節手術支援情報算出システムの処理手順を
示すフローチャートである。
示すフローチャートである。
【図７】 患者のＣＲ画像の表示例を示す図である。
【図８】 骨の参照点をプロットするための骨の部位を
示す図である。
示す図である。
【図９】 骨の参照点をプロットするための骨の部位を
示す図である。
示す図である。
【図１０】 骨の参照点をプロットするための骨の部位
を示す図である。
を示す図である。
【図１１】 骨の位置を表す解剖学的座標を示すための
図である。
図である。
【図１２】 骨皮質点と骨幹部中央点の求め方を示す図
である。
である。
【図１３】 標本骨３次元データと人工膝関節コンポー
ネントを３次元表示した図である。
ネントを３次元表示した図である。
【図１４】 骨近似３次元データの下肢アライメントを
球とシリンダによって３次元表示した図である。
球とシリンダによって３次元表示した図である。
【図１５】 患者の骨のＣＲ画像に骨近似３次元データ
の表示画像と人工膝関節３次元データの表示画像を重ね
合わせて表示した図である。
の表示画像と人工膝関節３次元データの表示画像を重ね
合わせて表示した図である。
【図１６】 患者の骨のＣＲ画像に骨近似３次元データ
の表示画像と人工膝関節３次元データの表示画像を重ね
合わせて表示した図である。
の表示画像と人工膝関節３次元データの表示画像を重ね
合わせて表示した図である。
１ オペレータ
２ 手術支援端末
３ 患者
４ 専用カセッテ台（Ｘ線画像撮影手段）
５ａ、５ｂ Ｘ線照射機（Ｘ線画像撮影手段）
６ パネル
６ａ イメージングプレート（ＩＰ）
６ｂ 鋼球（鋼球群）
６ｃ 中心軸
７ ディジタルＸ線システムＩＰリーダ
１１ 画像取得インタフェース
１２ 鋼球群（フレームマーカ）位置検出部（位置座
標取得手段） １３ カメラ校正処理部（位置座標取得手段） １４ 生体の骨参照点検出部（位置座標取得手段） １５ 生体の骨３次元座標取得部（位置座標取得手
段） １６ 標本骨３次元データ・データベース １７ 標本骨３次元データ選択部 １８ 標本骨３次元データ参照点検出部（位置座標取
得手段） １９ 標本骨３次元データ３次元座標取得部（位置座
標取得手段） ２０ 骨３次元データ変形処理部（位置座標取得手
段） ２１ ３次元下肢アライメント算出部（評価パラメー
タ算出手段） ２２ 骨近似３次元データ・データベース ２３ 人工膝関節３次元データ位置決め処理部（人工
膝関節位置算出手段） ２４ 人工膝関節３次元データ・データベース ２５ 人工膝関節設置位置座標算出部（人工膝関節位
置算出手段）
標取得手段） １３ カメラ校正処理部（位置座標取得手段） １４ 生体の骨参照点検出部（位置座標取得手段） １５ 生体の骨３次元座標取得部（位置座標取得手
段） １６ 標本骨３次元データ・データベース １７ 標本骨３次元データ選択部 １８ 標本骨３次元データ参照点検出部（位置座標取
得手段） １９ 標本骨３次元データ３次元座標取得部（位置座
標取得手段） ２０ 骨３次元データ変形処理部（位置座標取得手
段） ２１ ３次元下肢アライメント算出部（評価パラメー
タ算出手段） ２２ 骨近似３次元データ・データベース ２３ 人工膝関節３次元データ位置決め処理部（人工
膝関節位置算出手段） ２４ 人工膝関節３次元データ・データベース ２５ 人工膝関節設置位置座標算出部（人工膝関節位
置算出手段）
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｇ０６Ｔ 17/40 Ａ６１Ｂ 6/00 ３５０Ｚ
(72)発明者 古賀 良生
新潟県新潟市旭町通２番町5237番地
(72)発明者 寺島 和浩
新潟県新潟市逢谷内３丁目567−５
(72)発明者 栗田 昂明
東京都大田区蒲田本町一丁目10番１号 有
限会社ニューキャリアサプライ内
(72)発明者 阿久津 清英
東京都大田区蒲田本町一丁目10番１号 新
潟鉄工工作機械株式会社内
(72)発明者 濱野 満
東京都大田区蒲田本町１丁目３番20号 ニ
イガタテクノウィング株式会社技術開発本
部制御技術部内
(72)発明者 小倉 宏明
東京都大田区蒲田本町１丁目３番20号 ニ
イガタテクノウィング株式会社技術開発本
部制御技術部内
Ｆターム(参考） 4C093 AA03 AA28 CA16 CA21 CA33
CA39 EB05 FD01 FF12 FF13
FF28 FF37 FF42 FG05 FH02
FH06
4C097 AA03 BB10 CC01 MM01
5B050 AA02 BA09 EA13 EA27 FA02
5B057 AA08 BA03 CA13 CB13 CD11
DA07 DA16
Claims (14)
- 【請求項１】 生体の関節の診断や人工関節への置換手
術を支援する情報を算出するための関節手術支援情報算
出方法であって、 生体の骨が撮影されたＸ線画像に一致するように、標本
骨３次元データの表示画像の形状を変形させて、生体の
骨近似３次元データを作成すると共に、該生体の骨近似
３次元データの実空間における３次元座標値を求める位
置座標取得処理と、 前記生体の骨近似３次元データ及び前記生体の骨の３次
元座標値から、少なくとも２本の骨の位置関係を評価す
るためのパラメータを求める評価パラメータ算出処理と
を含むことを特徴とする関節手術支援情報算出方法。 - 【請求項２】 生体の関節の診断や人工関節への置換手
術を支援する情報を算出するための関節手術支援情報算
出方法であって、 生体の骨が撮影されたＸ線画像に一致するように、標本
骨３次元データの表示画像の形状を変形させて、生体の
骨近似３次元データを作成すると共に、該生体の骨近似
３次元データの実空間における３次元座標値を求める位
置座標取得処理と、 前記生体の骨近似３次元データの表示画像に対して、前
記人工関節の形状・大きさを選択すると共に、前記人工
関節３次元データの表示画像の位置を調節させて、前記
人工関節の設置位置を、前記人工関節を設置する骨が有
する解剖学的座標の座標値として算出する人工関節設置
位置算出処理とを含むことを特徴とする関節手術支援情
報算出方法。 - 【請求項３】 前記位置座標取得処理が、実空間におけ
る３次元座標値が既知の鋼球群に対して、該鋼球群の３
次元座標値と前記生体の骨が２方向から撮影されたＸ線
画像に写り込んだ鋼球群の２次元座標値とから、２方向
の２次元投影面と実空間との射影関係を表す射影行列を
導出し、該射影行列を用いて前記生体の骨近似３次元デ
ータの３次元座標値を求めることを特徴とする請求項
１、または請求項２に記載の関節手術支援情報算出方
法。 - 【請求項４】 生体の骨または生体の骨形状を近似した
骨が表示された２方向からの２次元画像に対して、両方
向から観測できる骨の特徴を示す点をプロットさせて、
プロットされた骨の特徴を示す点から、骨の特徴と構造
を示す参照点を求める参照点取得処理を含み、 前記位置座標取得処理が、前記２方向の骨の特徴と構造
を示す参照点から前記射影行列を用いて実空間における
３次元座標値を算出することにより、前記生体の骨近似
３次元データの３次元座標値を求めることを特徴とする
請求項３に記載の関節手術支援情報算出方法。 - 【請求項５】 前記参照点取得処理が、プロットされた
骨の特徴を示す点から骨の表面形状を近似することによ
り前記参照点を求めることを特徴とする請求項４に記載
の関節手術支援情報算出方法。 - 【請求項６】 生体の骨または生体の骨形状を近似した
骨が表示された２方向からの２次元画像に対して、両方
向から観測できる骨の特徴を示す点をプロットさせて、
プロットされた骨の特徴を示す点から、骨の表面形状を
近似することにより骨の構造を示す参照点を求める参照
点取得処理を含み、 前記評価パラメータ算出処理が、前記参照点を用いて前
記パラメータを求めることを特徴とする請求項１に記載
の関節手術支援情報算出方法。 - 【請求項７】 生体の関節の診断や人工関節への置換手
術を支援する情報を算出するための関節手術支援情報算
出プログラムであって、 生体の骨が撮影されたＸ線画像に一致するように、標本
骨３次元データの表示画像の形状を変形させて、生体の
骨近似３次元データを作成すると共に、該生体の骨近似
３次元データの実空間における３次元座標値を求める位
置座標取得処理と、 前記生体の骨近似３次元データ及び前記生体の骨の３次
元座標値から、少なくとも２本の骨の位置関係を評価す
るためのパラメータを求める評価パラメータ算出処理と
をコンピュータに実行させるための関節手術支援情報算
出プログラム。 - 【請求項８】 生体の関節の診断や人工関節への置換手
術を支援する情報を算出するための関節手術支援情報算
出プログラムであって、 生体の骨が撮影されたＸ線画像に一致するように、標本
骨３次元データの表示画像の形状を変形させて、生体の
骨近似３次元データを作成すると共に、該生体の骨近似
３次元データの実空間における３次元座標値を求める位
置座標取得処理と、 前記生体の骨近似３次元データの表示画像に対して、前
記人工関節の形状・大きさを選択すると共に、前記人工
関節３次元データの表示画像の位置を調節させて、前記
人工関節の設置位置を、前記人工関節を設置する骨が有
する解剖学的座標の座標値として算出する人工関節設置
位置算出処理とをコンピュータに実行させるための関節
手術支援情報算出プログラム。 - 【請求項９】 生体の関節の診断や人工関節への置換手
術を支援する情報を算出するための関節手術支援情報算
出システムであって、 生体のＸ線画像を撮影するＸ線画像撮影手段と、 生体の骨が撮影されたＸ線画像に一致するように、標本
骨３次元データの表示画像の形状を変形させて、生体の
骨近似３次元データを作成すると共に、該生体の骨近似
３次元データの実空間における３次元座標値を求める位
置座標取得手段と、 前記生体の骨近似３次元データ及び前記生体の骨の３次
元座標値から、少なくとも２本の骨の位置関係を評価す
るためのパラメータを求める評価パラメータ算出手段と
を備えたことを特徴とする関節手術支援情報算出システ
ム。 - 【請求項１０】 生体の関節の診断や人工関節への置換
手術を支援する情報を算出するための関節手術支援情報
算出システムであって、 生体のＸ線画像を撮影するＸ線画像撮影手段と、 生体の骨が撮影されたＸ線画像に一致するように、標本
骨３次元データの表示画像の形状を変形させて、生体の
骨近似３次元データを作成すると共に、該生体の骨近似
３次元データの実空間における３次元座標値を求める位
置座標取得手段と、 前記生体の骨近似３次元データの表示画像に対して、前
記人工関節の形状・大きさを選択すると共に、前記人工
関節３次元データの表示画像の位置を調節させて、前記
人工関節の設置位置を、前記人工関節を設置する骨が有
する解剖学的座標の座標値として算出する人工関節設置
位置算出手段とを備えたことを特徴とする関節手術支援
情報算出システム。 - 【請求項１１】 前記Ｘ線画像撮影手段が、２方向から
の生体の骨のＸ線画像を、それぞれ実空間における３次
元座標値が既知の鋼球群と共に撮影することを特徴とす
る請求項９、または請求項１０に記載の関節手術支援情
報算出システム。 - 【請求項１２】 生体の関節の診断や人工関節への置換
手術を支援する情報を算出するための関節手術支援情報
算出システムに用いられる専用カセッテ台であって、 底面に垂直な方向に保持されると共に、該底面に垂直な
方向の一辺を中心軸に取り付けられて、立位姿勢のまま
第１の位置から第２の位置に旋回可能に設けられた、両
面にＸ線画像撮影のための記録媒体を具備するパネルを
備えたことを特徴とする専用カセッテ台。 - 【請求項１３】 前記第１の位置において生体の正面方
向のＸ線画像を前記パネルの一方の面の前記記録媒体に
記録し、前記第２の位置において生体の正面方向以外の
Ｘ線画像を前記パネルの他方の面の前記記録媒体に記録
することを特徴とする請求項１２に記載の専用カセッテ
台。 - 【請求項１４】 前記パネルに実空間における３次元座
標値が既知の鋼球群を備えたことを特徴とする請求項１
２、または請求項１３に記載の専用カセッテ台。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001352446A JP2003144454A (ja) | 2001-11-16 | 2001-11-16 | 関節手術支援情報算出方法、関節手術支援情報算出プログラム、及び関節手術支援情報算出システム |
| US10/495,650 US20050256389A1 (en) | 2001-11-16 | 2002-05-17 | Calculation method, calculation program and calculation system for information supporting arthroplasty |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001352446A JP2003144454A (ja) | 2001-11-16 | 2001-11-16 | 関節手術支援情報算出方法、関節手術支援情報算出プログラム、及び関節手術支援情報算出システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003144454A true JP2003144454A (ja) | 2003-05-20 |
Family
ID=19164619
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001352446A Pending JP2003144454A (ja) | 2001-11-16 | 2001-11-16 | 関節手術支援情報算出方法、関節手術支援情報算出プログラム、及び関節手術支援情報算出システム |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20050256389A1 (ja) |
| JP (1) | JP2003144454A (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005021354A (ja) * | 2003-07-01 | 2005-01-27 | Olympus Corp | 遠隔手術支援装置 |
| JP2008093229A (ja) * | 2006-10-13 | 2008-04-24 | Univ Of Tokyo | 膝関節診断支援方法及び装置並びにプログラム |
| JP2008534055A (ja) * | 2005-03-24 | 2008-08-28 | オプタジア メディカル リミテッド | 膝関節形態の特徴付けのための方法及びシステム |
| JP2009056299A (ja) * | 2007-08-07 | 2009-03-19 | Stryker Leibinger Gmbh & Co Kg | 外科手術をプランニングするための方法及びシステム |
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