JP2023166931A - 装着体設計支援装置、装着体設計支援方法、及び、装着体設計支援プログラム - Google Patents

装着体設計支援装置、装着体設計支援方法、及び、装着体設計支援プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】生体構成面に十分に適合できる装着体の設計を支援することが可能な設計支援装置を提供すること。【解決手段】装着体設計支援装置10は、投影位置情報取得部104と平滑曲面情報取得部105と装着体形状情報生成部106とを備える。投影位置情報取得部は、基準方向を表す基準方向情報と、基準方向に直交する基準平面における装着体対応領域の位置を表す位置情報と、生体構成面形状情報と、に基づいて、基準平面における装着体対応領域内の複数の標本位置が基準方向にて生体構成面にそれぞれ投影された複数の投影位置を表す投影位置情報を取得する。平滑曲面情報取得部は、複数の投影位置を制御点群として用いることにより定められる平滑曲面を表す平滑曲面情報を取得する。装着体形状情報生成部は、平滑曲面を装着体が有するように装着体形状情報を生成する。【選択図】図2

Description

本発明は、装着体設計支援装置、装着体設計支援方法、及び、装着体設計支援プログラムに関する。
生体を構成する部分の表面である生体構成面に装着される装着体を設計する装着体設計方法が知られている。例えば、特許文献1に記載の装着体設計方法は、生体構成面の反転表面を有するように装着体を設計する。
特表2021-514726号公報
ところで、装着体が生体構成面に装着される位置(換言すると、装着位置)、及び、装着体が生体構成面に装着された状態における、装着体の生体構成面に対する方向(換言すると、装着方向)は、装着体の目的及び用途等に応じて多様である。しかしながら、上記装着体設計方法においては、装着位置及び装着方向に応じた装着体の設計を容易に行うことができないという課題があった。
また、骨折している部位を接合する際に当該部位を含む骨の表面を推定する技術が知られている。そこで、本願の発明者らは、上記装着体設計方法における生体構成面として、上記技術において推定された骨の表面を用いることを検討した。
ところで、実際の骨の表面は、推定された骨の表面と相違することが多い。しかしながら、上記装着体設計方法においては、装着体は、生体構成面の反転表面を有するように設計される。このため、上記装着体設計方法によって設計された装着体においては、装着体を実際の骨の表面に十分に適合できない虞があった。なお、この種の課題は、骨の表面以外の生体構成面についても同様に生じ得る。
本発明の目的の一つは、生体構成面に十分に適合できる装着体の設計を支援することである。
一つの側面では、装着体設計支援装置は、生体を構成する部分の表面である生体構成面に装着される装着体の設計を支援する。
装着体設計支援装置は、基準方向情報受付部と、位置情報受付部と、投影位置情報取得部と、平滑曲面情報取得部と、装着体形状情報生成部と、を備える。
基準方向情報受付部は、生体構成面に対して基準となる方向である基準方向を表す基準方向情報を受け付ける。
位置情報受付部は、基準方向に直交する平面である基準平面における、装着体に対応する領域である装着体対応領域の位置を表す位置情報を受け付ける。
投影位置情報取得部は、生体構成面の三次元形状を表す生体構成面形状情報と、受け付けられた基準方向情報と、受け付けられた位置情報と、に基づいて、基準平面における装着体対応領域内の複数の標本位置が基準方向にて生体構成面にそれぞれ投影された複数の投影位置を表す投影位置情報を取得する。
平滑曲面情報取得部は、取得された投影位置情報に基づいて、複数の投影位置を制御点群として用いることにより定められる平滑な曲面である平滑曲面を表す平滑曲面情報を取得する。
装着体形状情報生成部は、取得された平滑曲面情報に基づいて、平滑曲面の少なくとも一部を装着体が有するように装着体の三次元形状を表す装着体形状情報を生成する。
他の一つの側面では、装着体設計支援方法は、生体を構成する部分の表面である生体構成面に装着される装着体の設計を支援する。
装着体設計支援方法は、
生体構成面に対して基準となる方向である基準方向を表す基準方向情報を受け付け、
基準方向に直交する平面である基準平面における、装着体に対応する領域である装着体対応領域の位置を表す位置情報を受け付け、
生体構成面の三次元形状を表す生体構成面形状情報と、受け付けられた基準方向情報と、受け付けられた位置情報と、に基づいて、基準平面における装着体対応領域内の複数の標本位置が基準方向にて生体構成面にそれぞれ投影された複数の投影位置を表す投影位置情報を取得し、
取得された投影位置情報に基づいて、複数の投影位置を制御点群として用いることにより定められる平滑な曲面である平滑曲面を表す平滑曲面情報を取得し、
取得された平滑曲面情報に基づいて、平滑曲面の少なくとも一部を装着体が有するように装着体の三次元形状を表す装着体形状情報を生成する、
ことを含む。
他の一つの側面では、装着体設計支援プログラムは、生体を構成する部分の表面である生体構成面に装着される装着体の設計を支援する処理をコンピュータに実行させる。
処理は、
生体構成面に対して基準となる方向である基準方向を表す基準方向情報を受け付け、
基準方向に直交する平面である基準平面における、装着体に対応する領域である装着体対応領域の位置を表す位置情報を受け付け、
生体構成面の三次元形状を表す生体構成面形状情報と、受け付けられた基準方向情報と、受け付けられた位置情報と、に基づいて、基準平面における装着体対応領域内の複数の標本位置が基準方向にて生体構成面にそれぞれ投影された複数の投影位置を表す投影位置情報を取得し、
取得された投影位置情報に基づいて、複数の投影位置を制御点群として用いることにより定められる平滑な曲面である平滑曲面を表す平滑曲面情報を取得し、
取得された平滑曲面情報に基づいて、平滑曲面の少なくとも一部を装着体が有するように装着体の三次元形状を表す装着体形状情報を生成する、
ことを含む。
生体構成面に十分に適合できる装着体の設計を支援することができる。
第1実施形態の装着体設計支援装置の構成を表すブロック図である。 第1実施形態の装着体設計支援装置の機能を表すブロック図である。 第1実施形態の装着体設計支援装置が表示する、生体構成面の三次元形状を表す説明図である。 第1実施形態の装着体設計支援装置が表示する、生体構成面の三次元形状を表す説明図である。 第1実施形態の装着体設計支援装置が用いる、標本位置と投影位置との関係を表す説明図である。 第1実施形態の装着体設計支援装置が用いる、標本位置と投影位置とを表す説明図である。 第1実施形態の装着体設計支援装置が用いる、投影位置と補助位置とを表す説明図である。 第1実施形態の装着体設計支援装置が用いる、投影位置と補助位置とを表す説明図である。 第1実施形態の装着体設計支援装置が用いる、投影位置と補助位置と平滑曲面とを表す説明図である。 第1実施形態の装着体設計支援装置が用いる、平滑曲面と第1移動立体とを表す説明図である。 第1実施形態の装着体設計支援装置が用いる、平滑曲面と第1移動立体と第2移動立体とを表す説明図である。 第1実施形態の装着体設計支援装置が用いる、交差立体を表す説明図である。 第1実施形態の装着体設計支援装置が用いる、交差立体を表す説明図である。 第1実施形態の装着体設計支援装置が実行する処理を表すフローチャートである。 第1実施形態の装着体設計支援装置が実行する処理を表すフローチャートである。 第1実施形態の装着体設計支援装置が実行する処理を表すフローチャートである。 第1実施形態の装着体設計支援装置が実行する処理を表すフローチャートである。
以下、本発明の、装着体設計支援装置、装着体設計支援方法、及び、装着体設計支援プログラムに関する各実施形態について図1乃至図17を参照しながら説明する。
<第1実施形態>
(概要)
第1実施形態の装着体設計支援装置は、生体を構成する部分の表面である生体構成面に装着される装着体の設計を支援する。
装着体設計支援装置は、基準方向情報受付部と、位置情報受付部と、投影位置情報取得部と、平滑曲面情報取得部と、装着体形状情報生成部と、を備える。
基準方向情報受付部は、生体構成面に対して基準となる方向である基準方向を表す基準方向情報を受け付ける。
位置情報受付部は、基準方向に直交する平面である基準平面における、装着体に対応する領域である装着体対応領域の位置を表す位置情報を受け付ける。
投影位置情報取得部は、生体構成面の三次元形状を表す生体構成面形状情報と、受け付けられた基準方向情報と、受け付けられた位置情報と、に基づいて、基準平面における装着体対応領域内の複数の標本位置が基準方向にて生体構成面にそれぞれ投影された複数の投影位置を表す投影位置情報を取得する。
平滑曲面情報取得部は、取得された投影位置情報に基づいて、複数の投影位置を制御点群として用いることにより定められる平滑な曲面である平滑曲面を表す平滑曲面情報を取得する。
装着体形状情報生成部は、取得された平滑曲面情報に基づいて、平滑曲面の少なくとも一部を装着体が有するように装着体の三次元形状を表す装着体形状情報を生成する。
これによれば、装着体設計支援装置のユーザは、基準方向情報、及び、位置情報を装着体設計支援装置に入力することにより、装着体形状情報を容易に生成することができる。従って、基準方向、及び、装着体対応領域の位置に応じた装着体の設計を容易に行うことができる。
また、上記装着体設計支援装置によれば、装着体が平滑曲面の少なくとも一部を有するように装着体形状情報が生成される。従って、生体構成面に十分に適合できる装着体の設計を支援できる。
次に、第1実施形態の装着体設計支援装置について、より詳細に説明する。
(構成)
図1に表されるように、装着体設計支援装置10は、バスBU1を介して互いに接続された、処理装置11、記憶装置12、入力装置13、及び、出力装置14を備える。例えば、装着体設計支援装置10は、コンピュータ(換言すると、情報処理装置)により構成される。なお、コンピュータは、サーバ型コンピュータ、デスクトップ型コンピュータ、ラップトップ型コンピュータ、又は、タブレット型コンピュータであってよい。また、コンピュータは、据置型ゲーム機、携帯型ゲーム機、テレビ受像機、又は、スマートフォン等の少なくとも一部であってよい。また、装着体設計支援装置10は、互いに通信可能に接続された複数の装置により構成されてもよい。
処理装置11は、記憶装置12に記憶されているプログラムを実行することにより、記憶装置12、入力装置13、及び、出力装置14を制御する。これにより、処理装置11は、後述する機能を実現する。
本例では、処理装置11は、CPU(Central Processing Unit)である。なお、処理装置11は、CPUに代えて、又は、CPUに加えて、MPU(Micro Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、又は、DSP(Digital Signal Processor)を含んでもよい。
本例では、記憶装置12は、揮発性メモリと不揮発性メモリとを含む。例えば、記憶装置12は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、半導体メモリ、有機メモリ、HDD(Hard Disk Drive)、及び、SSD(Solid State Drive)の少なくとも1つを含む。
入力装置13は、装着体設計支援装置10の外部から情報を入力する。本例では、入力装置13は、キーボード、及び、マウスを備える。なお、入力装置13は、マイクロフォンを備えていてもよい。
出力装置14は、装着体設計支援装置10の外部に情報を出力する。本例では、出力装置14は、ディスプレイを備える。なお、出力装置14は、スピーカを備えていてもよい。また、装着体設計支援装置10は、入力装置13及び出力装置14の両方を構成するタッチパネル式のディスプレイを備えてもよい。
(機能)
装着体設計支援装置10は、生体を構成する部分の表面である生体構成面に装着される装着体の設計を支援する。本例では、生体を構成する部分は、骨折している部位を含む骨である。本例では、装着体は、骨接合用プレートである。なお、生体を構成する部分は、骨折している部位を含まない骨、又は、皮膚であってもよい。また、例えば、装着体は、装具、又は、運動を補助するための運動補助具であってもよい。
図2に表されるように、装着体設計支援装置10の機能は、生体構成面形状情報生成部101と、基準方向情報受付部102と、位置情報受付部103と、投影位置情報取得部104と、平滑曲面情報取得部105と、装着体形状情報生成部106と、異常通知情報出力部107と、を含む。
生体構成面形状情報生成部101は、生体構成面の三次元形状を表す生体構成面形状情報を生成する。本例では、生体構成面は、骨等値面と表されてもよい。
本例では、生体構成面形状情報生成部101は、生体を構成する部分の三次元形状を表す生体構成部形状情報に基づいて生体構成面形状情報を生成する。例えば、生体構成部形状情報は、CT(Computed Tomography)、MRI(Magnetic Resonance Imaging)、CR(Computed Radiography)、又は、DR(Digital Radiography)と呼ばれる技術を用いて取得されてよい。例えば、生体構成部形状情報は、DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine)と呼ばれる規格に従った情報であってよい。
本例では、生体構成部形状情報は、予め記憶装置12に記憶されている。なお、生体構成部形状情報は、記録媒体、又は、通信回線を介して装着体設計支援装置10に入力されてよい。
基準方向情報受付部102、及び、位置情報受付部103は、図3及び図4に表されるように、生体構成面形状情報生成部101により生成された生体構成面形状情報が表す、生体構成面BSの三次元形状を出力装置14を介して表示する。図3及び図4は、互いに異なる方向から見た生体構成面BSを表す。生体構成面BSは、骨折している部位BRを含む。
基準方向情報受付部102は、生体構成面BSに対して基準となる方向である基準方向RDを表す基準方向情報を受け付ける。
位置情報受付部103は、基準方向RDに直交する平面である基準平面PLにおける、装着体に対応する領域である装着体対応領域ARの位置を表す位置情報を受け付ける。
装着体対応領域ARは、長方形状である。本例では、装着体対応領域ARは、装着体の形状を含む最小の長方形状である。なお、装着体の形状は、装着体設計支援装置10のユーザによって入力装置13を介して入力された情報に基づいて設定されてよい。また、装着体の形状は、予め設定されていてもよい。
本例では、位置情報、及び、基準方向情報は、装着体設計支援装置10のユーザによって入力装置13を介して入力される。
投影位置情報取得部104は、生体構成面形状情報生成部101により生成された生体構成面形状情報と、基準方向情報受付部102により受け付けられた基準方向情報と、位置情報受付部103により受け付けられた位置情報と、に基づいて投影位置情報を取得する。
図5及び図6に表されるように、投影位置情報は、基準平面PLにおける装着体対応領域AR内のN個の標本位置SP-1~SP-Nが基準方向RDにて生体構成面BSにそれぞれ投影されたN個の投影位置PP-1~PP-Nを表す。Nは、4以上の整数を表す。本例では、Nは、15を表す。
本例では、N個の標本位置SP-1~SP-Nは、格子状に位置する。本例では、N個の標本位置SP-1~SP-Nは、装着体対応領域ARの短辺方向において、所定の短辺方向間隔にて等間隔に位置するとともに、装着体対応領域ARの長辺方向において、所定の長辺方向間隔にて等間隔に位置する。本例では、短辺方向間隔と長辺方向間隔とは互いに異なる。なお、短辺方向間隔と長辺方向間隔とは互いに等しくてもよい。
例えば、短辺方向間隔は、装着体対応領域ARの短辺の長さが長くなるほど長くなるように設定されてよい。例えば、長辺方向間隔は、装着体対応領域ARの長辺の長さが長くなるほど長くなるように設定されてよい。また、例えば、長辺方向間隔は、装着体対応領域ARの短辺の長さが長くなるほど長くなるように設定されてよい。
また、短辺方向間隔、及び、長辺方向間隔は、装着体設計支援装置10のユーザによって入力装置13を介して入力された情報に基づいて設定されてもよい。
本例では、投影位置情報取得部104は、第1投影位置補正処理、第2投影位置補正処理、及び、第3投影位置補正処理を実行する。なお、投影位置情報取得部104は、第1投影位置補正処理、第2投影位置補正処理、及び、第3投影位置補正処理の少なくとも一部を実行しなくてもよい。
先ず、第1投影位置補正処理について説明を加える。
本例では、第1投影位置補正処理において、投影位置情報取得部104は、N個の標本位置SP-1~SP-Nのそれぞれに対して、当該標本位置SP-nである着目標本位置SP-nに対する投影位置PP-nの基準方向RDにおける成分である基準方向成分と、基準値と、の差の大きさが閾値よりも大きい場合、当該着目標本位置SP-nに対する投影位置PP-nを、当該着目標本位置SP-nに隣接する標本位置に対する投影位置である隣接投影位置に基づいて補正する。nは、1乃至Nの整数を表す。
本例では、投影位置PP-nは、互いに直交する、x軸、y軸、及び、z軸を有するとともに、原点が装着体対応領域ARの重心に一致し、且つ、z軸の正方向が基準方向RDに一致する直交座標系を用いて表される。従って、本例では、基準方向成分は、投影位置PP-nのz軸における座標に対応する。換言すると、基準方向成分の大きさは、投影位置PP-nの基準平面PLからの距離に対応する。なお、直交座標系の原点は、装着体対応領域ARの重心と異なる位置を有していてもよい。
具体的には、投影位置情報取得部104は、N個の標本位置SP-1~SP-Nのそれぞれに対して、当該標本位置SP-nである着目標本位置SP-nに対する投影位置PP-nの基準方向成分を取得する。
次いで、投影位置情報取得部104は、N個の標本位置SP-1~SP-Nに対してそれぞれ取得されたN個の投影位置PP-1~PP-Nの基準方向成分に基づいて、基準値、第1閾値、及び、第2閾値を決定する。
本例では、基準値は、N個の投影位置PP-1~PP-Nの基準方向成分の平均値である。第1閾値は、N個の投影位置PP-1~PP-Nの基準方向成分の標準偏差に、所定の第1係数を乗じた値である。本例では、第1係数は、正の実数(例えば、3.0)である。第2閾値は、N個の投影位置PP-1~PP-Nの基準方向成分の標準偏差に、所定の第2係数を乗じた値である。本例では、第2係数は、第1係数よりも小さい正の実数(例えば、1.5)である。なお、第2係数は、第1係数と等しくてもよい。
次いで、投影位置情報取得部104は、N個の標本位置SP-1~SP-Nのそれぞれに対して、当該標本位置SP-nである着目標本位置SP-nに対する投影位置PP-nの基準方向成分から、決定された基準値を減じた値である基準方向成分差を取得する。
次いで、投影位置情報取得部104は、N個の標本位置SP-1~SP-Nのそれぞれに対して、当該標本位置SP-nである着目標本位置SP-nに対して取得された基準方向成分差に基づいて、当該着目標本位置SP-nに対する投影位置PP-nを補正する必要があるか否かを判定する。
本例では、投影位置情報取得部104は、着目標本位置SP-nに対して取得された基準方向成分差が負の値を有する場合において、当該基準方向成分差の大きさが、決定された第1閾値よりも大きいとき、当該着目標本位置SP-nに対する投影位置PP-nを補正する必要があると判定し、一方、当該基準方向成分差の大きさが、決定された第1閾値以下であるとき、当該着目標本位置SP-nに対する投影位置PP-nを補正する必要がないと判定する。
本例では、着目標本位置SP-nに対して取得された基準方向成分差が負の値を有することは、着目標本位置SP-nに対する投影位置PP-nが、平行平面よりも基準平面PLに近いことに対応する。本例では、平行平面は、基準平面PLに平行であるとともに、z軸における座標が基準値を有する位置を通る平面である。
また、本例では、投影位置情報取得部104は、着目標本位置SP-nに対して取得された基準方向成分差が正の値を有する場合において、当該基準方向成分差の大きさが、決定された第2閾値よりも大きいとき、当該着目標本位置SP-nに対する投影位置PP-nを補正する必要があると判定し、一方、当該基準方向成分差の大きさが、決定された第2閾値以下であるとき、当該着目標本位置SP-nに対する投影位置PP-nを補正する必要がないと判定する。
本例では、着目標本位置SP-nに対して取得された基準方向成分差が正の値を有することは、着目標本位置SP-nに対する投影位置PP-nが、平行平面よりも、基準平面PLから遠いことに対応する。
本例では、投影位置情報取得部104は、補正する必要があると判定された投影位置(換言すると、補正要投影位置)PP-nに対する標本位置(換言すると、補正要標本位置)SP-nのそれぞれに対して、当該標本位置SP-nである着目標本位置SP-nに対する拡張隣接投影位置群のうちの、補正する必要がないと判定された投影位置(換言すると、補正不要投影位置)の基準方向成分の平均値を、当該着目標本位置SP-nに対する投影位置PP-nの基準方向成分として設定することにより、当該着目標本位置SP-nに対する投影位置PP-nを補正する。
本例では、着目標本位置SP-nに対する拡張隣接投影位置群は、着目標本位置SP-nに隣接する標本位置である直接隣接標本位置に対する投影位置である直接隣接投影位置からなる直接隣接投影位置群と、着目標本位置SP-nに隣接する2個の標本位置のそれぞれに隣接する標本位置である間接隣接標本位置に対する投影位置である間接隣接投影位置からなる間接隣接投影位置群と、からなる。
本例では、着目標本位置SP-nが装着体対応領域ARの外縁を構成する4つの辺以外の位置を有する場合、直接隣接投影位置群は、4個の直接隣接投影位置からなるとともに、間接隣接投影位置群は、4個の間接隣接投影位置からなる。例えば、着目標本位置SP-5に対する直接隣接投影位置群は、投影位置PP-2、投影位置PP-4、投影位置PP-6、及び、投影位置PP-8からなる。着目標本位置SP-5に対する間接隣接投影位置群は、投影位置PP-1、投影位置PP-3、投影位置PP-7、及び、投影位置PP-9からなる。
本例では、着目標本位置SP-nが装着体対応領域ARの外縁を構成する辺のうちの、装着体対応領域ARの外縁を構成する隅以外の位置を有する場合、直接隣接投影位置群は、3個の直接隣接投影位置からなるとともに、間接隣接投影位置群は、2個の間接隣接投影位置からなる。例えば、着目標本位置SP-7に対する直接隣接投影位置群は、投影位置PP-4、投影位置PP-8、及び、投影位置PP-10からなる。着目標本位置SP-7に対する間接隣接投影位置群は、投影位置PP-5、及び、投影位置PP-11からなる。
本例では、着目標本位置SP-nが装着体対応領域ARの外縁を構成する隅の位置を有する場合、直接隣接投影位置群は、2個の直接隣接投影位置からなるとともに、間接隣接投影位置群は、1個の間接隣接投影位置からなる。例えば、着目標本位置SP-3に対する直接隣接投影位置群は、投影位置PP-2、及び、投影位置PP-6からなる。着目標本位置SP-3に対する間接隣接投影位置群は、投影位置PP-5からなる。
このようにして、投影位置情報取得部104は、第1投影位置補正処理を実行する。
次に、第2投影位置補正処理について説明を加える。
本例では、第2投影位置補正処理において、投影位置情報取得部104は、N個の標本位置SP-1~SP-Nに対するN個の投影位置PP-1~PP-Nの基準方向成分を二値化することにより、N個の標本位置SP-1~SP-Nのそれぞれに、第1値又は第2値からなる2つの値のいずれかを割り当てる。更に、第2投影位置補正処理において、投影位置情報取得部104は、N個の標本位置SP-1~SP-Nのそれぞれに対して、当該標本位置SP-nである着目標本位置SP-nに割り当てられた値と異なる値が、当該着目標本位置SP-nに隣接するすべての標本位置に割り当てられた場合、当該着目標本位置SP-nに対する投影位置PP-nを、当該着目標本位置SP-nに隣接する標本位置に対する投影位置である隣接投影位置に基づいて補正する。
具体的には、投影位置情報取得部104は、N個の標本位置SP-1~SP-Nのそれぞれに対して、当該標本位置SP-nである着目標本位置SP-nに対する投影位置PP-nの基準方向成分を取得する。
次いで、投影位置情報取得部104は、N個の標本位置SP-1~SP-Nに対してそれぞれ取得されたN個の投影位置PP-1~PP-Nの基準方向成分に基づいて、N個の投影位置PP-nの基準方向成分を二値化するための二値化閾値を決定する。本例では、二値化閾値の決定は、大津の二値化法(換言すると、大津の方法)と呼ばれる方法を用いて行われる。
次いで、投影位置情報取得部104は、N個の標本位置SP-1~SP-Nのそれぞれに対して、当該標本位置SP-nである着目標本位置SP-nに対する投影位置PP-nの基準方向成分が、二値化閾値よりも小さい場合、当該着目標本位置SP-nに第1値を割り当て、一方、二値化閾値以上である場合、当該着目標本位置SP-nに第2値を割り当てる。本例では、第2値は、第1値よりも大きい。例えば、第1値は、0であるとともに、第2値は、1であってよい。
次いで、投影位置情報取得部104は、N個の標本位置SP-1~SP-Nのそれぞれに対して、当該標本位置SP-nである着目標本位置SP-nに割り当てられた値が孤立している場合、当該着目標本位置SP-nに対する拡張隣接投影位置群を構成する、すべての拡張隣接投影位置の基準方向成分の平均値を、当該着目標本位置SP-nに対する投影位置PP-nの基準方向成分として設定することにより、当該着目標本位置SP-nに対する投影位置PP-nを補正する。
本例では、着目標本位置SP-nに割り当てられた値が孤立することは、当該着目標本位置SP-nに割り当てられた値と異なる値が、当該着目標本位置SP-nに対する直接隣接標本位置のすべてに割り当てられていることに対応する。なお、着目標本位置SP-nに割り当てられた値が孤立することは、当該着目標本位置SP-nに割り当てられた値と異なる値が、当該着目標本位置SP-nに対する、直接隣接標本位置、及び、間接隣接標本位置のすべてに割り当てられていることに対応していてもよい。
このようにして、投影位置情報取得部104は、第2投影位置補正処理を実行する。
次に、第3投影位置補正処理について説明を加える。
本例では、第3投影位置補正処理において、投影位置情報取得部104は、N個の標本位置SP-1~SP-Nのそれぞれに対して、当該標本位置SP-nである着目標本位置SP-nを通るとともに基準方向RDにて延在する直線上に生体構成面BSが存在しない場合、当該着目標本位置SP-nに対する投影位置PP-nを、当該着目標本位置SP-nに隣接する標本位置に対する投影位置に基づいて決定する。
具体的には、投影位置情報取得部104は、N個の標本位置SP-1~SP-Nのそれぞれに対して、当該標本位置SP-nである着目標本位置SP-nを通るとともに基準方向RDにて延在する直線(換言すると、投影直線)上に生体構成面BSが存在するか否かを判定する。
次いで、投影位置情報取得部104は、投影直線上に生体構成面BSが存在しないと判定された標本位置(換言すると、不存在標本位置)SP-nのそれぞれに対して、当該標本位置SP-nである着目標本位置SP-nに対する拡張隣接投影位置群のうちの、投影直線上に生体構成面BSが存在すると判定された投影位置(換言すると、存在投影位置)の基準方向成分の平均値を、当該着目標本位置SP-nに対する投影位置PP-nの基準方向成分として設定することにより、当該着目標本位置SP-nに対する投影位置PP-nを決定する。
このようにして、投影位置情報取得部104は、第3投影位置補正処理を実行する。
投影位置情報取得部104は、第1投影位置補正処理、第2投影位置補正処理、及び、第3投影位置補正処理を実行することにより補正された、N個の投影位置PP-1~PP-Nを表す投影位置情報を取得する。
平滑曲面情報取得部105は、投影位置情報取得部104により取得された投影位置情報に基づいて、補助位置情報を取得する。補助位置情報は、M個の補助位置を表す。Mは、2以上の整数を表す。本例では、Mは、装着体対応領域ARの外縁を構成する4つの辺上に位置する標本位置SP-nの数(本例では、16)に、装着体対応領域ARの外縁を構成する隅に位置する標本位置SP-nの数(本例では、4)を加えた数(本例では、20)を表す。
本例では、図7及び図8に表されるように、M個の補助位置は、6個の短辺拡張補助位置SU-1,SU-2,SU-3,SD-13,SD-14,SD-15からなる短辺拡張補助位置群と、10個の長辺拡張補助位置SR-3,SR-6,SR-9,SR-12,SR-15,SL-1,SL-4,SL-7,SL-10,SL-13からなる長辺拡張補助位置群と、4個の隅拡張補助位置SC-1,SC-3,SC-13,SC-15からなる隅拡張補助位置群と、からなる。
本例では、短辺拡張補助位置は、装着体対応領域ARの外縁を構成する2つの短辺上に位置する標本位置SP-nに対する投影位置PP-nを短辺拡張方向へ短辺拡張距離だけ移動させた位置を有する。短辺拡張方向は、移動させる対象となる投影位置PP-nに対する標本位置SP-nが位置する短辺、及び、基準方向RDのそれぞれに直交し、且つ、装着体対応領域ARの外方へ向かう方向である。
本例では、短辺拡張距離は、短辺拡張方向における標本位置SP-n間の間隔(換言すると、長辺方向間隔)よりも長い。本例では、短辺拡張距離は、装着体対応領域ARの短辺の長さが長くなるほど長くなるとともに、装着体対応領域ARの長辺の長さが長くなるほど長くなるように設定される。
例えば、3個の短辺拡張補助位置SU-1,SU-2,SU-3は、装着体対応領域ARの外縁を構成する短辺上に位置する3個の標本位置SP-1,SP-2,SP-3に対する3個の投影位置PP-1,PP-2,PP-3を短辺拡張方向へ短辺拡張距離だけそれぞれ移動させた位置を有する。従って、3個の短辺拡張補助位置SU-1,SU-2,SU-3の基準方向成分は、3個の投影位置PP-1,PP-2,PP-3の基準方向成分にそれぞれ一致する。
本例では、長辺拡張補助位置は、装着体対応領域ARの外縁を構成する2つの長辺上に位置する標本位置SP-nに対する投影位置PP-nを長辺拡張方向へ長辺拡張距離だけ移動させた位置を有する。長辺拡張方向は、移動させる対象となる投影位置PP-nに対する標本位置SP-nが位置する長辺、及び、基準方向RDのそれぞれに直交し、且つ、装着体対応領域ARの外方へ向かう方向である。
本例では、長辺拡張距離は、長辺拡張方向における標本位置SP-n間の間隔(換言すると、短辺方向間隔)よりも長い。本例では、長辺拡張距離は、装着体対応領域ARの短辺の長さが長くなるほど長くなるとともに、装着体対応領域ARの長辺の長さが長くなるほど長くなるように設定される。本例では、長辺拡張距離は、短辺拡張距離よりも長い。
例えば、5個の長辺拡張補助位置SR-3,SR-6,SR-9,SR-12,SR-15は、装着体対応領域ARの外縁を構成する長辺上に位置する5個の標本位置SP-3,SP-6,SP-9,SP-12,SP-15に対する5個の投影位置PP-3,PP-6,PP-9,PP-12,PP-15を長辺拡張方向へ長辺拡張距離だけそれぞれ移動させた位置を有する。従って、5個の長辺拡張補助位置SR-3,SR-6,SR-9,SR-12,SR-15の基準方向成分は、5個の投影位置PP-3,PP-6,PP-9,PP-12,PP-15の基準方向成分にそれぞれ一致する。
本例では、隅拡張補助位置は、装着体対応領域ARの外縁を構成する4つの隅上に位置する標本位置SP-nに対する投影位置PP-nを、短辺拡張方向へ短辺拡張距離だけ移動させるとともに長辺拡張方向へ長辺拡張距離だけ移動させた位置を有する。
例えば、隅拡張補助位置SC-13は、装着体対応領域ARの外縁を構成する隅に位置する標本位置SP-13に対する投影位置PP-13を、短辺拡張方向へ短辺拡張距離だけ移動させるとともに長辺拡張方向へ長辺拡張距離だけ移動させた位置を有する。従って、隅拡張補助位置SC-13の基準方向成分は、投影位置PP-13の基準方向成分に一致する。
図9に表されるように、平滑曲面情報取得部105は、投影位置情報取得部104により取得された投影位置情報が表すN個の投影位置PP-1~PP-Nと、取得された補正位置情報が表すM個の補助位置SU-1,SU-2,SU-3,SD-13,SD-14,SD-15,SR-3,SR-6,SR-9,SR-12,SR-15,SL-1,SL-4,SL-7,SL-10,SL-13,SC-1,SC-3,SC-13,SC-15と、を制御点群として用いることにより定められる平滑な曲面である平滑曲面SSを表す平滑曲面情報を取得する。
本例では、平滑曲面SSは、Bスプライン(B-Spline)曲面である。なお、平滑曲面は、Bスプライン曲面以外のスプライン曲面(例えば、NURBS(Non-Uniform Rational B-Spline)曲面)、又は、ベジェ曲面であってもよい。
なお、平滑曲面情報取得部105は、補助位置を制御点群として用いることなく、N個の投影位置PP-1~PP-Nのみを制御点群として用いることにより定められる平滑な曲面である平滑曲面SSを表す平滑曲面情報を取得してもよい。
装着体形状情報生成部106は、平滑曲面情報取得部105により取得された平滑曲面情報に基づいて、当該平滑曲面情報が表す平滑曲面SSの少なくとも一部(例えば、一部、又は、全部)を装着体が有するように装着体の三次元形状を表す装着体形状情報を生成する。
具体的には、図10に表されるように、装着体形状情報生成部106は、平滑曲面SSを基準方向RDに沿って(本例では、基準方向RDと逆方向へ)第1距離だけ移動させることにより形成される第1移動立体MC1の三次元形状を表す第1移動立体情報を生成する。
次いで、図11に表されるように、装着体形状情報生成部106は、装着体対応領域ARを基準方向RDに沿って(本例では、基準方向RDへ)、第1距離よりも長い第2距離だけ移動させることにより形成される第2移動立体MC2の三次元形状を表す第2移動立体情報を生成する。
次いで、図12及び図13に表されるように、装着体形状情報生成部106は、生成された、第1移動立体情報及び第2移動立体情報に基づいて、第1移動立体MC1と、第2移動立体MC2と、が交差することにより生成される交差立体CCの三次元形状を表す交差立体情報を生成する。
次いで、装着体形状情報生成部106は、生成された交差立体情報に基づいて装着体形状情報を生成する。本例では、装着体形状情報生成部106は、交差立体情報が表す交差立体CCの角の少なくとも一部を丸めた(換言すると、交差立体CCの角の少なくとも一部がフィレット加工された)三次元形状を、装着体の三次元形状として表す装着体形状情報を生成する。なお、装着体形状情報生成部106は、交差立体情報が表す交差立体CCの三次元形状を、装着体の三次元形状として表す装着体形状情報を生成してもよい。
異常通知情報出力部107は、投影位置情報取得部104により取得された投影位置情報に基づいて、処理異常条件が成立するか否かを判定する。本例では、異常通知情報出力部107は、第1投影位置補正処理、第2投影位置補正処理、及び、第3投影位置補正処理を実行する前に取得された投影位置情報に基づいて上記判定を行う。
本例では、処理異常条件は、不存在比が所定の異常閾値よりも大きい、という条件である。不存在比は、N個の標本位置SP-1~SP-Nの総数(本例では、N)に対する、N個の標本位置SP-1~SP-Nのうちの、当該標本位置SP-nを通るとともに基準方向RDにて延在する直線(換言すると、投影直線)上に生体構成面BSが存在しない標本位置SP-nの数の比である。本例では、異常閾値は、0よりも大きく、且つ、1よりも小さい実数である。
異常通知情報出力部107は、処理異常条件が成立する場合、装着体形状情報を正常に生成できない旨を表す異常通知情報を出力装置14を介して出力する。
なお、装着体設計支援装置10の機能は、異常通知情報出力部107を含まなくてもよい。
装着体設計支援装置10の機能の説明は、以下の装着体設計支援装置10の動作の説明によって補足されてよい。
(動作)
次に、装着体設計支援装置10の動作について、図14乃至図17を参照しながら説明する。
装着体設計支援装置10は、装着体設計支援装置10のユーザにより入力装置13を介して入力される実行指示に従って、図14に表される処理を実行する。
先ず、装着体設計支援装置10は、生体構成面形状情報を生成する(図14のステップS101)。
次いで、装着体設計支援装置10は、ステップS101にて生成された生体構成面形状情報が表す、生体構成面BSの三次元形状を出力装置14を介して表示する(図14のステップS102)。
次いで、装着体設計支援装置10は、基準平面PLにおける装着体対応領域ARの位置を表す位置情報と、基準方向RDを表す基準方向情報と、を受け付けるまで待機する(図14のステップS103の「No」ルート)。
装着体設計支援装置10は、位置情報、及び、基準方向情報が入力装置13を介して装着体設計支援装置10に入力された場合、位置情報、及び、基準方向情報を受け付け、ステップS103にて「Yes」と判定し、ステップS104へ進む。
次いで、装着体設計支援装置10は、ステップS101にて生成された生体構成面形状情報と、ステップS103にて受け付けられた、位置情報、及び、基準方向情報と、に基づいて投影位置情報を取得する(図14のステップS104)。
次いで、装着体設計支援装置10は、ステップS104にて取得された投影位置情報に基づいて、処理異常条件が成立するか否かを判定する(図14のステップS105)。
装着体設計支援装置10は、処理異常条件が成立しない場合、ステップS105にて「No」と判定し、ステップS106へ進む。
次いで、装着体設計支援装置10は、投影位置補正処理を実行する(図14のステップS106)。本例では、装着体設計支援装置10は、投影位置補正処理において、図15に表される第3投影位置補正処理を実行し、その後、図16に表される第1投影位置補正処理を実行し、その後、図17に表される第2投影位置補正処理を実行する。
なお、装着体設計支援装置10は、第1投影位置補正処理の前に、第2投影位置補正処理を実行してもよい。
図15に表されるように、第3投影位置補正処理において、装着体設計支援装置10は、N個の標本位置SP-1~SP-Nのそれぞれを1つずつ順に処理対象として用いるループ処理(ステップS201~ステップS205)を実行する。
このループ処理において、装着体設計支援装置10は、処理対象の標本位置SP-nである着目標本位置SP-nを通るとともに基準方向RDにて延在する直線(換言すると、投影直線)上に生体構成面BSが存在するか否かを判定する(図15のステップS202)。
装着体設計支援装置10は、投影直線上に生体構成面BSが存在する場合、ステップS202にて「Yes」と判定し、生体構成面BSが存在する旨を表す存在情報を着目標本位置SP-nと対応付けて保持する(図15のステップS203)。
また、装着体設計支援装置10は、投影直線上に生体構成面BSが存在しない場合、ステップS202にて「No」と判定し、生体構成面BSが存在しない旨を表す不存在情報を着目標本位置SP-nと対応付けて保持する(図15のステップS204)。
次いで、装着体設計支援装置10は、N個の標本位置SP-1~SP-Nのすべてに対して、上記ループ処理(ステップS201~ステップS205)を実行した後、ステップS206へ進む。
次いで、装着体設計支援装置10は、N個の標本位置SP-1~SP-Nのうちの、ステップS204にて不存在情報と対応付けられた標本位置である不存在標本位置SP-nのそれぞれを1つずつ順に処理対象として用いるループ処理(ステップS206~ステップS208)を実行する。
このループ処理において、装着体設計支援装置10は、処理対象の不存在標本位置SP-nである着目標本位置SP-nに対する拡張隣接投影位置群のうちの、ステップS204にて存在情報と対応付けられた標本位置である存在標本位置に対する投影位置(換言すると、存在投影位置)の基準方向成分の平均値を、当該着目標本位置SP-nに対する投影位置PP-nの基準方向成分として設定することにより、当該着目標本位置SP-nに対する投影位置PP-nを決定する(図15のステップS207)。
次いで、装着体設計支援装置10は、不存在標本位置SP-nのすべてに対して、上記ループ処理(ステップS206~ステップS208)を実行した後、図15の処理を終了する。
次いで、図16に表されるように、第1投影位置補正処理において、装着体設計支援装置10は、N個の標本位置SP-1~SP-Nのそれぞれを1つずつ順に処理対象として用いるループ処理(ステップS301~ステップS303)を実行する。
このループ処理において、装着体設計支援装置10は、処理対象の標本位置SP-nである着目標本位置SP-nに対する投影位置PP-nの基準方向成分を取得する(図16のステップS302)。
次いで、装着体設計支援装置10は、N個の標本位置SP-1~SP-Nのすべてに対して、上記ループ処理(ステップS301~ステップS303)を実行した後、ステップS304へ進む。
次いで、装着体設計支援装置10は、ステップS302にて、N個の標本位置SP-1~SP-Nに対してそれぞれ取得されたN個の投影位置PP-1~PP-Nの基準方向成分に基づいて、基準値、第1閾値、及び、第2閾値を決定する(図16のステップS304)。
次いで、装着体設計支援装置10は、N個の標本位置SP-1~SP-Nのそれぞれを1つずつ順に処理対象として用いるループ処理(ステップS305~ステップS312)を実行する。
このループ処理において、装着体設計支援装置10は、処理対象の標本位置SP-nである着目標本位置SP-nに対する投影位置PP-nの基準方向成分から、ステップS304にて決定された基準値を減じた値である基準方向成分差を取得する(図16のステップS306)。
次いで、装着体設計支援装置10は、ステップS306にて取得された基準方向成分差が0よりも小さいか否かを判定する(図16のステップS307)。
基準方向成分差が0よりも小さい場合、装着体設計支援装置10は、ステップS307にて「Yes」と判定し、基準方向成分差の大きさが、ステップS304にて決定された第1閾値よりも大きいか否かを判定する(図16のステップS308)。
基準方向成分差の大きさが第1閾値よりも大きい場合、装着体設計支援装置10は、ステップS308にて「Yes」と判定し、当該着目標本位置SP-nに対する投影位置PP-nを補正する必要がある旨を表す補正要情報を当該着目標本位置SP-nと対応付けて保持する(図16のステップS309)。
また、基準方向成分差の大きさが第1閾値以下である場合、装着体設計支援装置10は、ステップS308にて「No」と判定し、当該着目標本位置SP-nに対する投影位置PP-nを補正する必要がない旨を表す補正不要情報を当該着目標本位置SP-nと対応付けて保持する(図16のステップS310)。
また、基準方向成分差が0以上である場合、装着体設計支援装置10は、ステップS307にて「No」と判定し、基準方向成分差の大きさが、ステップS304にて決定された第2閾値よりも大きいか否かを判定する(図16のステップS311)。
基準方向成分差の大きさが第2閾値よりも大きい場合、装着体設計支援装置10は、ステップS311にて「Yes」と判定し、当該着目標本位置SP-nに対する投影位置PP-nを補正する必要がある旨を表す補正要情報を当該着目標本位置SP-nと対応付けて保持する(図16のステップS309)。
また、基準方向成分差の大きさが第2閾値以下である場合、装着体設計支援装置10は、ステップS311にて「No」と判定し、当該着目標本位置SP-nに対する投影位置PP-nを補正する必要がない旨を表す補正不要情報を当該着目標本位置SP-nと対応付けて保持する(図16のステップS310)。
次いで、装着体設計支援装置10は、N個の標本位置SP-1~SP-Nのすべてに対して、上記ループ処理(ステップS305~ステップS312)を実行した後、ステップS313へ進む。
次いで、装着体設計支援装置10は、N個の標本位置SP-1~SP-Nのうちの、ステップS309にて補正要情報と対応付けられた標本位置SP-nである補正要標本位置SP-nのそれぞれを1つずつ順に処理対象として用いるループ処理(ステップS313~ステップS315)を実行する。
このループ処理において、装着体設計支援装置10は、処理対象の補正要標本位置SP-nである着目標本位置SP-nに対する拡張隣接投影位置群のうちの、補正不要情報が対応付けられた標本位置に対する投影位置(換言すると、補正不要投影位置)の基準方向成分の平均値を、当該着目標本位置SP-nに対する投影位置PP-nの基準方向成分として設定することにより、当該着目標本位置SP-nに対する投影位置PP-nを補正する(図16のステップS314)。
次いで、装着体設計支援装置10は、補正要標本位置SP-nのすべてに対して、上記ループ処理(ステップS313~ステップS315)を実行した後、図16の処理を終了する。
次いで、図17に表されるように、第2投影位置補正処理において、装着体設計支援装置10は、N個の標本位置SP-1~SP-Nのそれぞれを1つずつ順に処理対象として用いるループ処理(ステップS401~ステップS403)を実行する。
このループ処理において、装着体設計支援装置10は、処理対象の標本位置SP-nである着目標本位置SP-nに対する投影位置PP-nの基準方向成分を取得する(図17のステップS402)。
次いで、装着体設計支援装置10は、N個の標本位置SP-1~SP-Nのすべてに対して、上記ループ処理(ステップS401~ステップS403)を実行した後、ステップS404へ進む。
次いで、装着体設計支援装置10は、ステップS402にて、N個の標本位置SP-1~SP-Nに対してそれぞれ取得されたN個の投影位置PP-1~PP-Nの基準方向成分に基づいて、二値化閾値を決定する(図17のステップS404)。
次いで、装着体設計支援装置10は、N個の標本位置SP-1~SP-Nのそれぞれを1つずつ順に処理対象として用いるループ処理(ステップS405~ステップS409)を実行する。
このループ処理において、装着体設計支援装置10は、処理対象の標本位置SP-nである着目標本位置SP-nに対する投影位置PP-nの基準方向成分が、ステップS404にて決定された二値化閾値よりも小さいか否かを判定する(図17のステップS406)。
投影位置PP-nの基準方向成分が二値化閾値よりも小さい場合、装着体設計支援装置10は、ステップS406にて「Yes」と判定し、第1値を表す第1値情報を着目標本位置SP-nと対応付けて保持することにより、着目標本位置SP-nに第1値を割り当てる(図17のステップS407)。
また、投影位置PP-nの基準方向成分が二値化閾値以上である場合、装着体設計支援装置10は、ステップS406にて「No」と判定し、第2値を表す第2値情報を着目標本位置SP-nと対応付けて保持することにより、着目標本位置SP-nに第2値を割り当てる(図17のステップS408)。
次いで、装着体設計支援装置10は、N個の標本位置SP-1~SP-Nのすべてに対して、上記ループ処理(ステップS405~ステップS409)を実行した後、ステップS410へ進む。
次いで、装着体設計支援装置10は、N個の標本位置SP-1~SP-Nのそれぞれを1つずつ順に処理対象として用いるループ処理(ステップS410~ステップS413)を実行する。
このループ処理において、装着体設計支援装置10は、処理対象の標本位置SP-nである着目標本位置SP-nに割り当てられた値が孤立しているか否かを判定する(図17のステップS411)。
着目標本位置SP-nに割り当てられた値が孤立している場合、装着体設計支援装置10は、ステップS411にて「Yes」と判定し、当該着目標本位置SP-nに対する拡張隣接投影位置群を構成する、すべての拡張隣接投影位置の基準方向成分の平均値を、当該着目標本位置SP-nに対する投影位置PP-nの基準方向成分として設定することにより、当該着目標本位置SP-nに対する投影位置PP-nを補正する(図17のステップS412)。
また、着目標本位置SP-nに割り当てられた値が孤立していない場合、装着体設計支援装置10は、ステップS411にて「No」と判定し、ステップS412の処理を実行することなく、ステップS413へ進む。
次いで、装着体設計支援装置10は、N個の標本位置SP-1~SP-Nのすべてに対して、上記ループ処理(ステップS410~ステップS413)を実行した後、図17の処理を終了する。
このようにして、装着体設計支援装置10は、図14のステップS106にて、投影位置補正処理を実行する。
次いで、装着体設計支援装置10は、ステップS106にて補正されたN個の投影位置PP-1~PP-Nを表す投影位置情報に基づいて、補助位置情報を取得する(図14のステップS107)。
次いで、装着体設計支援装置10は、ステップS106にて補正されたN個の投影位置PP-1~PP-Nを表す投影位置情報と、ステップS107にて取得された補助位置情報と、に基づいて平滑曲面情報を取得する(図14のステップS108)。
次いで、装着体設計支援装置10は、ステップS108にて取得された平滑曲面情報と、ステップS103にて受け付けられた位置情報及び基準方向情報と、に基づいて、第1移動立体情報、及び、第2移動立体情報を取得する(図14のステップS109)。
次いで、装着体設計支援装置10は、ステップS109にて取得された、第1移動立体情報、及び、第2移動立体情報に基づいて交差立体情報を生成する(図14のステップS110)。
次いで、装着体設計支援装置10は、ステップS110にて生成された交差立体情報に基づいて装着体形状情報を生成する(図14のステップS111)。
次いで、装着体設計支援装置10は、図14の処理を終了する。
なお、装着体設計支援装置10は、ステップS105にて処理異常条件が成立する場合、ステップS105にて「Yes」と判定し、ステップS112へ進む。次いで、装着体設計支援装置10は、異常通知情報を出力装置14を介して出力する。次いで、装着体設計支援装置10は、ステップS106~ステップS111の処理を実行することなく、図14の処理を終了する。
以上、説明したように、第1実施形態の装着体設計支援装置10は、生体を構成する部分の表面である生体構成面BSに装着される装着体の設計を支援する。
装着体設計支援装置10は、基準方向情報受付部102と、位置情報受付部103と、投影位置情報取得部104と、平滑曲面情報取得部105と、装着体形状情報生成部106と、を備える。
基準方向情報受付部102は、生体構成面BSに対して基準となる方向である基準方向RDを表す基準方向情報を受け付ける。
位置情報受付部103は、基準方向RDに直交する平面である基準平面PLにおける、装着体に対応する領域である装着体対応領域ARの位置を表す位置情報を受け付ける。
投影位置情報取得部104は、生体構成面BSの三次元形状を表す生体構成面形状情報と、受け付けられた基準方向情報と、受け付けられた位置情報と、に基づいて、基準平面PLにおける装着体対応領域AR内の複数の標本位置SP-1~SP-Nが基準方向RDにて生体構成面BSにそれぞれ投影された複数の投影位置PP-1~PP-Nを表す投影位置情報を取得する。
平滑曲面情報取得部105は、取得された投影位置情報に基づいて、複数の投影位置PP-1~PP-Nを制御点群として用いることにより定められる平滑な曲面である平滑曲面SSを表す平滑曲面情報を取得する。
装着体形状情報生成部106は、取得された平滑曲面情報に基づいて、平滑曲面SSの少なくとも一部を装着体が有するように装着体の三次元形状を表す装着体形状情報を生成する。
これによれば、装着体設計支援装置10のユーザは、基準方向情報、及び、位置情報を装着体設計支援装置10に入力することにより、装着体形状情報を容易に生成することができる。従って、基準方向RD、及び、装着体対応領域ARの位置に応じた装着体の設計を容易に行うことができる。
また、装着体設計支援装置10によれば、装着体が平滑曲面SSの少なくとも一部を有するように装着体形状情報が生成される。従って、生体構成面BSに十分に適合できる装着体の設計を支援できる。
更に、第1実施形態の装着体設計支援装置10において、装着体形状情報生成部106は、平滑曲面SSを基準方向RDに沿って第1距離だけ移動させることにより形成される第1移動立体MC1と、装着体対応領域ARを基準方向RDに沿って第1距離よりも長い第2距離だけ移動させることにより形成される第2移動立体MC2と、が交差することにより生成される交差立体CCの三次元形状を表す交差立体情報を生成し、生成された交差立体情報に基づいて装着体形状情報を生成する。
これによれば、基準方向RDにて装着体を見た場合において、装着体対応領域ARの形状を有し、且つ、生体構成面BSに適合する板状である装着体を容易に設計できる。従って、例えば、骨折している部位を接合するために当該部位を含む骨の表面に装着される骨接合用プレートを容易に設計できる。
更に、第1実施形態の装着体設計支援装置10において、装着体対応領域ARは、長方形状であり、複数の標本位置SP-1~SP-Nは、格子状に位置する。
これによれば、互いに隣接する標本位置SP-n間の距離を調整することにより、平滑曲面SSが生体構成面BSに適合する程度(換言すると、平滑曲面SSの生体構成面BSに対する適合度)を容易に調整することができる。
更に、第1実施形態の装着体設計支援装置10において、平滑曲面情報取得部105は、装着体対応領域ARの外縁を構成する4つの辺のそれぞれに対して、当該辺、及び、基準方向RDのそれぞれに直交し、且つ、装着体対応領域ARの外方へ向かう方向である拡張方向へ、当該辺上に位置する標本位置SP-nに対する投影位置PP-nを移動させた補助位置SU-1,SU-2,SU-3,SD-13,SD-14,SD-15,SR-3,SR-6,SR-9,SR-12,SR-15,SL-1,SL-4,SL-7,SL-10,SL-13,SC-1,SC-3,SC-13,SC-15を、複数の投影位置PP-1~PP-Nに加えて制御点群として用いる。
これによれば、装着体対応領域ARの外縁の近傍における、平滑曲面SSの生体構成面BSに対する適合度を高めることができる。
更に、第1実施形態の装着体設計支援装置10において、投影位置情報取得部104は、複数の標本位置SP-1~SP-Nの1つである着目標本位置SP-nに対する投影位置PP-nの基準方向RDにおける成分と、基準値と、の差の大きさが閾値よりも大きい場合、当該着目標本位置SP-nに対する投影位置PP-nを、当該着目標本位置SP-nに隣接する標本位置に対する投影位置に基づいて補正する。
ところで、投影位置PP-nの基準方向RDにおける成分と、基準値と、の差の大きさが過大である投影位置PP-nが存在する場合、平滑曲面SSの生体構成面BSに対する適合度が過度に低くなる虞がある。
これに対し、装着体設計支援装置10によれば、投影位置PP-nの基準方向RDにおける成分と、基準値と、の差の大きさが過大である投影位置PP-nを補正できる。従って、平滑曲面SSの生体構成面BSに対する適合度が過度に低くなることを抑制できる。
更に、第1実施形態の装着体設計支援装置10において、投影位置情報取得部104は、複数の標本位置SP-1~SP-Nに対する複数の投影位置PP-1~PP-Nの基準方向RDにおける成分を二値化することにより、複数の標本位置SP-1~SP-Nのそれぞれに、第1値又は第2値からなる2つの値のいずれかを割り当てるとともに、複数の標本位置SP-1~SP-Nの1つである着目標本位置SP-nに割り当てられた値と異なる値が、当該着目標本位置SP-nに隣接するすべての標本位置に割り当てられた場合、当該着目標本位置SP-nに対する投影位置PP-nを、当該着目標本位置SP-nに隣接する標本位置に対する投影位置に基づいて補正する。
ところで、投影位置PP-nの基準方向RDにおける成分が、当該投影位置PP-nに隣接する投影位置と過度に大きく異なる投影位置PP-nが存在する場合、平滑曲面SSの生体構成面BSに対する適合度が過度に低くなる虞がある。
これに対し、装着体設計支援装置10によれば、投影位置PP-nの基準方向RDにおける成分が、当該投影位置PP-nに隣接する投影位置と過度に大きく異なる投影位置PP-nを補正できる。従って、平滑曲面SSの生体構成面BSに対する適合度が過度に低くなることを抑制できる。
更に、第1実施形態の装着体設計支援装置10において、投影位置情報取得部104は、複数の標本位置SP-1~SP-Nの1つである着目標本位置SP-nを通るとともに基準方向RDにて延在する直線上に生体構成面BSが存在しない場合、当該着目標本位置SP-nに対する投影位置PP-nを、当該着目標本位置SP-nに隣接する標本位置に対する投影位置に基づいて決定する。
ところで、標本位置SP-nを通るとともに基準方向RDにて延在する直線上に生体構成面BSが存在しない場合、当該標本位置SP-nに対する投影位置PP-nを適切に設定しないと、平滑曲面SSの生体構成面BSに対する適合度が過度に低くなる虞がある。
これに対し、装着体設計支援装置10によれば、標本位置SP-nを通るとともに基準方向RDにて延在する直線上に生体構成面BSが存在しない場合、当該標本位置SP-nに対する投影位置PP-nが、当該投影位置PP-nに隣接する投影位置に基づいて決定される。従って、平滑曲面SSの生体構成面BSに対する適合度が過度に低くなることを抑制できる。
更に、第1実施形態の装着体設計支援装置10は、複数の標本位置SP-1~SP-Nの総数に対する、複数の標本位置SP-1~SP-Nのうちの、当該標本位置SP-nを通るとともに基準方向RDにて延在する直線上に生体構成面BSが存在しない標本位置SP-nの数の比が異常閾値よりも大きい場合、装着体形状情報を正常に生成できない旨を表す異常通知情報を出力する異常通知情報出力部107を備える。
ところで、標本位置SP-nを通るとともに基準方向RDにて延在する直線上に生体構成面BSが存在しない標本位置SP-nの数の、標本位置SP-1~SP-Nの総数に対する比が高くなるほど、生体構成面BSに十分に適合する平滑曲面SSが生成される確率が低くなる。従って、装着体設計支援装置10によれば、装着体が生体構成面BSに十分に適合しない虞を、装着体設計支援装置10のユーザに認識させることができる。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されない。例えば、上述した実施形態に、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において当業者が理解し得る様々な変更が加えられてよい。
10 装着体設計支援装置
11 処理装置
12 記憶装置
13 入力装置
14 出力装置
101 生体構成面形状情報生成部
102 基準方向情報受付部
103 位置情報受付部
104 投影位置情報取得部
105 平滑曲面情報取得部
106 装着体形状情報生成部
107 異常通知情報出力部
AR 装着体対応領域
BS 生体構成面
BU1 バス
CC 交差立体
MC1 第1移動立体
MC2 第2移動立体
PL 基準平面
PP-1~PP-N 投影位置
RD 基準方向
SC-1,SC-3,SC-13,SC-15 隅拡張補助位置
SP-1~SP-N 標本位置
SR-3,SR-6,SR-9,SR-12,SR-15,SL-1,SL-4,SL-7,SL-10,SL-13 長辺拡張補助位置
SS 平滑曲面
SU-1,SU-2,SU-3,SD-13,SD-14,SD-15 短辺拡張補助位置

Claims (10)

  1. 生体を構成する部分の表面である生体構成面に装着される装着体の設計を支援する装着体設計支援装置であって、
    前記生体構成面に対して基準となる方向である基準方向を表す基準方向情報を受け付ける基準方向情報受付部と、
    前記基準方向に直交する平面である基準平面における、前記装着体に対応する領域である装着体対応領域の位置を表す位置情報を受け付ける位置情報受付部と、
    前記生体構成面の三次元形状を表す生体構成面形状情報と、前記受け付けられた基準方向情報と、前記受け付けられた位置情報と、に基づいて、前記基準平面における前記装着体対応領域内の複数の標本位置が前記基準方向にて前記生体構成面にそれぞれ投影された複数の投影位置を表す投影位置情報を取得する投影位置情報取得部と、
    前記取得された投影位置情報に基づいて、前記複数の投影位置を制御点群として用いることにより定められる平滑な曲面である平滑曲面を表す平滑曲面情報を取得する平滑曲面情報取得部と、
    前記取得された平滑曲面情報に基づいて、前記平滑曲面の少なくとも一部を前記装着体が有するように前記装着体の三次元形状を表す装着体形状情報を生成する装着体形状情報生成部と、
    を備える、装着体設計支援装置。
  2. 請求項1に記載の装着体設計支援装置であって、
    前記装着体形状情報生成部は、前記平滑曲面を前記基準方向に沿って第1距離だけ移動させることにより形成される第1移動立体と、前記装着体対応領域を前記基準方向に沿って前記第1距離よりも長い第2距離だけ移動させることにより形成される第2移動立体と、が交差することにより生成される交差立体の三次元形状を表す交差立体情報を生成し、前記生成された交差立体情報に基づいて前記装着体形状情報を生成する、装着体設計支援装置。
  3. 請求項1又は請求項2に記載の装着体設計支援装置であって、
    前記装着体対応領域は、長方形状であり、
    前記複数の標本位置は、格子状に位置する、装着体設計支援装置。
  4. 請求項3に記載の装着体設計支援装置であって、
    前記平滑曲面情報取得部は、前記装着体対応領域の外縁を構成する4つの辺のそれぞれに対して、当該辺、及び、前記基準方向のそれぞれに直交し、且つ、前記装着体対応領域の外方へ向かう方向である拡張方向へ、当該辺上に位置する標本位置に対する投影位置を移動させた補助位置を、前記複数の投影位置に加えて前記制御点群として用いる、装着体設計支援装置。
  5. 請求項1又は請求項2に記載の装着体設計支援装置であって、
    前記投影位置情報取得部は、前記複数の標本位置の1つである着目標本位置に対する投影位置の前記基準方向における成分と、基準値と、の差の大きさが閾値よりも大きい場合、当該着目標本位置に対する投影位置を、当該着目標本位置に隣接する標本位置に対する投影位置に基づいて補正する、装着体設計支援装置。
  6. 請求項1又は請求項2に記載の装着体設計支援装置であって、
    前記投影位置情報取得部は、前記複数の標本位置に対する前記複数の投影位置の前記基準方向における成分を二値化することにより、前記複数の標本位置のそれぞれに、第1値又は第2値からなる2つの値のいずれかを割り当てるとともに、前記複数の標本位置の1つである着目標本位置に割り当てられた値と異なる値が、当該着目標本位置に隣接するすべての標本位置に割り当てられた場合、当該着目標本位置に対する投影位置を、当該着目標本位置に隣接する標本位置に対する投影位置に基づいて補正する、装着体設計支援装置。
  7. 請求項1又は請求項2に記載の装着体設計支援装置であって、
    前記投影位置情報取得部は、前記複数の標本位置の1つである着目標本位置を通るとともに前記基準方向にて延在する直線上に前記生体構成面が存在しない場合、当該着目標本位置に対する投影位置を、当該着目標本位置に隣接する標本位置に対する投影位置に基づいて決定する、装着体設計支援装置。
  8. 請求項1又は請求項2に記載の装着体設計支援装置であって、
    前記複数の標本位置の総数に対する、前記複数の標本位置のうちの、当該標本位置を通るとともに前記基準方向にて延在する直線上に前記生体構成面が存在しない標本位置の数の比が異常閾値よりも大きい場合、前記装着体形状情報を正常に生成できない旨を表す異常通知情報を出力する異常通知情報出力部を備える、装着体設計支援装置。
  9. 生体を構成する部分の表面である生体構成面に装着される装着体の設計を支援する装着体設計支援方法であって、
    前記生体構成面に対して基準となる方向である基準方向を表す基準方向情報を受け付け、
    前記基準方向に直交する平面である基準平面における、前記装着体に対応する領域である装着体対応領域の位置を表す位置情報を受け付け、
    前記生体構成面の三次元形状を表す生体構成面形状情報と、前記受け付けられた基準方向情報と、前記受け付けられた位置情報と、に基づいて、前記基準平面における前記装着体対応領域内の複数の標本位置が前記基準方向にて前記生体構成面にそれぞれ投影された複数の投影位置を表す投影位置情報を取得し、
    前記取得された投影位置情報に基づいて、前記複数の投影位置を制御点群として用いることにより定められる平滑な曲面である平滑曲面を表す平滑曲面情報を取得し、
    前記取得された平滑曲面情報に基づいて、前記平滑曲面の少なくとも一部を前記装着体が有するように前記装着体の三次元形状を表す装着体形状情報を生成する、
    ことを含む、装着体設計支援方法。
  10. 生体を構成する部分の表面である生体構成面に装着される装着体の設計を支援する処理をコンピュータに実行させる装着体設計支援プログラムであって、
    前記処理は、
    前記生体構成面に対して基準となる方向である基準方向を表す基準方向情報を受け付け、
    前記基準方向に直交する平面である基準平面における、前記装着体に対応する領域である装着体対応領域の位置を表す位置情報を受け付け、
    前記生体構成面の三次元形状を表す生体構成面形状情報と、前記受け付けられた基準方向情報と、前記受け付けられた位置情報と、に基づいて、前記基準平面における前記装着体対応領域内の複数の標本位置が前記基準方向にて前記生体構成面にそれぞれ投影された複数の投影位置を表す投影位置情報を取得し、
    前記取得された投影位置情報に基づいて、前記複数の投影位置を制御点群として用いることにより定められる平滑な曲面である平滑曲面を表す平滑曲面情報を取得し、
    前記取得された平滑曲面情報に基づいて、前記平滑曲面の少なくとも一部を前記装着体が有するように前記装着体の三次元形状を表す装着体形状情報を生成する、
    ことを含む、装着体設計支援プログラム。
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