JP4163375B2 - 人工骨用テンプレートの画像表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は骨組織の代替物である人工骨に対応したテンプレート画像を電子的に出力する画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、整形外科あるいは口腔外科の分野などにおいて、事故または疾病などによる骨の損傷あるいは悪性腫瘍発生に起因する外科手術（整形手術）で骨の切除などあったとき、骨の損傷部や切除部に生体の他部位の自家骨による置換または充填が行なわれていた。
【０００３】
また最近では、ステンレス鋼やコバルト−クロム系合金、チタン、アルミナ、ジルコニアなどの金属あるいはこれらの酸化物、アパタイトなどのセラミックやその複合材料などを用いて骨組織の代替物である人工骨（人工生体硬組織材料）を作製し、この人工骨を前記損傷部や切除部に埋め込むことにより損傷部や切除部を修復する外科的治療法が普及している。
【０００４】
一方、前記損傷部や切除部に埋め込まれる人工骨を作製する場合、患者に応じて形状が異なる人工骨をその都度作製するのは大変であることから、形状の異なる多数種類の標準モデルを予め用意しておき、これら標準モデルの中から患部形状に適合する（形状が似通った）ものを選択し、選択した標準モデルに基づいて人工骨を作製することが行なわれている。ここで、標準モデルに基づいて人工骨を作製するというのは、標準モデルと完全に同一形状の人工骨を作製することに限らず、標準モデルに若干の変形を加えた人工骨を作製することも含む。
【０００５】
そして、標準モデルの選択の際には、従来は、レントゲン写真などのフィルム上の骨部画像と標準モデルの輪郭形状をモデリングした透明な型紙状のテンプレートとを重ね合わせて目視確認することで、患部形状に適合するか否かを判断していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、標準モデルとしては、骨頭の径、軸部や保持部の長さがそれぞれ１ｍｍピッチで異なり、あるいは軸部と保持部とのなす角度が１度ピッチで異なるものが多数用意されており、フィルムとテンプレートを利用した重合せ確認では、テンプレートを取り替えながら患部形状に最も適合するテンプレートを見つけ出さなければならないので、重ね合わせに手間取り患部に適合する人工骨を決定するまでに時間を要するという問題があった。
【０００７】
また手作業でテンプレートを骨部に重ね合わせなければならないため時間効率との兼ね合いで重合せの精度を出すのに限界があり、必ずしも患部に最適な人工骨を選択できるとは限らなかった。
【０００８】
また、多数のテンプレートを手元に用意しておかなければならないので、テンプレートの管理が大変である。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、時間効率の改善やテンプレート管理の簡略化を図ることができるように、テンプレート画像を電子的に出力することのできる画像表示装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像表示装置は、それぞれが形状の異なる人工骨に対応したテンプレートを表す複数種類のテンプレート画像が予め保存されているテンプレート画像保存手段と、画像を表示する表示手段と、骨部の形状を表す骨部画像とテンプレート画像保存手段に保存されているテンプレート画像の中の少なくとも１つとを表示手段の表示面上において重合せ表示させる表示制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
なお人工骨は人体用のものに限らずその他の動物体用のものであってもよい。
【００１２】
本発明の画像表示装置においては、骨部画像およびテンプレート画像の少なくとも一方に対して、表示手段に表示された各画像における形状の認識性能を向上させる画像処理を施す画像処理手段をさらに備えたものとするとともに、表示制御手段を、画像処理が施された画像については該画像処理が施された画像を用いて重合せ表示を行なわせるものとすることが好ましい。
【００１３】
「各画像における形状の認識性能を向上させる」とは、骨形状とテンプレート形状の認識性能（区別性能）を向上させることに限らず、複数のテンプレートを同時に重合せ表示させたときには、テンプレート同士の形状の認識性能（区別性能）を向上させることも含む。
【００１４】
本発明の画像表示装置においては、テンプレート画像に対応するテンプレートに関する発注情報、例えばメーカ名、テンプレート型番、数、納期、納品先などを纏めたデータファイルを出力する発注情報出力手段をさらに備えたものとすることが望ましい。
【００１５】
本発明の画像表示装置において用いられるテンプレートデータは、テンプレート画像を電子データとして記録しておくことを目的とするだけでなく、検索や形状マッチングのし易さをも目的として、複数種類のテンプレートのそれぞれを表す画像データを記録した画像ファイルと複数種類のテンプレートのそれぞれの形状的な特徴を表す形状データ（例えばベクトルデータ）が各テンプレートの画像データと対応付けて記録された形状データファイルからなるものとするとよい。
【００１６】
また、このテンプレートデータ（画像ファイルと形状データファイル）は、コンピュータ読取り可能な記録媒体に記録（保存）して提供してもよい。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の画像表示装置によれば、上述のように、テンプレート画像保存手段、画像を表示する表示手段、および表示制御手段を備えた構成としたので、多数の標準人工骨のそれぞれに対応するテンプレート画像をテンプレート画像保存手段に予め保存しておき、骨部画像とテンプレート画像とを表示手段の表示面上において重合せ表示させることができる。これにより、表示された重合せ画像を確認しながらテンプレートの形状が患部の骨部形状に適合しているか否かを確認できる。
【００１８】
テンプレートを電子データ化して保存するテンプレート画像保存手段を設けているので電子データ上で形状適合性を確認でき、多数のテンプレートを手元に用意しておく必要がない、つまり従来のようなテンプレート管理が不要になる。
【００１９】
また、骨部画像およびテンプレート画像の少なくとも一方に対して、形状認識性能を向上させる画像処理を施す画像処理手段をさらに備えたものとするとともに、表示制御手段を、画像処理が施された画像については、該画像処理が施された画像を用いて重合せ表示を行なわせるものとすれば、重合せ画像における骨部画像とテンプレート画像の形状の区別が容易となり、オペレータが画像の位置合わせを行なう際における重合せの精度を向上させることができるとともに、重合わせに手間取ることもない。これにより、形状適合性の最もよいテンプレートを選択する際の作業能率が向上し、選択時間を大幅に短縮することができる。また、重なり具合の微調も容易になるので選択精度を向上させることもできる。
【００２０】
また、テンプレート画像に対応する人工骨を発注するための発注情報を出力する発注情報出力手段をさらに備えたものとすれば、人工骨の選択処理の完了と同時に人工骨の注文を自動的に行なう自動発注システムを構築することができる。このときインターネットなどのネットワークを利用したシステムを構築すれば、需要者である医師や技師と供給者であるメーカあるいは代理店とを直接結び付けることができるから、中間業者を介さない効率のよいシステムにすることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２２】
図１は本発明の画像表示装置を適用した人工骨選択装置の構成を示すブロック図、図２は人工骨選択装置の外観を示す図である。
【００２３】
図１に示す人工骨選択装置１を構成する画像表示装置２は、それぞれが形状の異なる標準人工骨に対応した多数種類の標準テンプレート画像が予め保存されているテンプレート画像保存手段１０と、骨部画像やテンプレート画像を表示させるためのＣＲＴや液晶パネルなどの画像表示手段４０と、輪郭強調処理など画像表示手段４０に表示された各画像における形状の認識性能を向上させる画像処理を施す画像処理手段５０と、この画像処理が施された画像については、該画像処理が施された画像を用いて、骨部画像とテンプレート画像とを画像表示手段４０の表示面上において重合せ表示させる表示制御手段６０と、選択された標準テンプレートに対応する標準人工骨もしくは該標準人工骨の形状を若干変形させた変形テンプレートに対応する特注人工骨を発注するための発注情報を出力する発注情報出力手段７０とを備えた構成である。
【００２４】
人工骨選択装置１には、本発明の画像表示装置２に加えて、テンプレートデータが表す複数種類の標準テンプレートの中から、患部と同じ部位の標準テンプレートを選択するテンプレート選択手段３０と、テンプレート画像保存手段１０から読み出した標準テンプレート画像の輪郭形状を画像表示手段４０の表示面上において変形させるための形状処理手段８０と、この変形によって得られた変形テンプレートの形状と前記標準テンプレートの形状との差分を表す差分データＤ３や最終的に決定された候補テンプレートに関する情報を格納するための記憶手段８１と、各種操作を行なうための、キーボード９１、ダイヤル９２、マウス９３などからなる入力手段９０がさらに設けられている。なお、テンプレート選択手段３０、形状処理手段８０、記憶手段８１、および入力手段９０は、本発明の必須構成要件ではない。
【００２５】
図２に示すように、テーブル２上に画像表示手段４０や入力手段９０が載置され、テーブル２の下に置かれた本体３の中に、テンプレートデータ保存手段１０や画像処理手段５０などその他のものが収容される。
【００２６】
テンプレート画像保存手段１０は、具体的にはＣＤ−ＲＯＭやＭＯ（光磁気ディスク）などのコンピュータ読取り可能な可搬型の記録媒体に記録されたテンプレート画像を担持する画像データを読み出して、この読み出した画像データを一時的に格納しておくハードディスクなどの磁気記録装置から構成されている。なお、後述する選択処理（検索処理）の速度が問題とならないときには、選択処理の都度ＣＤ−ＲＯＭなどから画像データを読み出すように構成してもよい。
【００２７】
このようにテンプレート画像を電子データ化して保存することで、電子データ上で形状適合性を確認でき、多数のテンプレートを手元に用意しておく必要がなく、従来のようなテンプレート管理が不要になる。
【００２８】
なお、選択処理（検索処理）を効率よく行なうことができるように、複数種類の標準テンプレートのそれぞれを表す画像データＤ４を記録した画像ファイルと複数種類の標準テンプレートのそれぞれの形状的な特徴を表すテンプレート形状データＤ１が各標準テンプレートの画像データと対応付けて記録された形状データファイルとからなるテンプレートデータとしてＣＤ−ＲＯＭなどの記録しておくことが好ましい。
【００２９】
また、画像ファイルには、各標準人工骨と略同一サイズのオリジナル画像に加えて、それよりも縮小（例えば縦横各１／８倍）したサムネイル画像を含むようにした方が好ましい。
【００３０】
テンプレート形状データＤ１としては、形状の特徴を示すベクトルデータを用いる。ベクトルデータとしては、例えば大腿骨が患部である場合には、骨頭の径の大きさや軸部の長さ、あるいは骨頭と軸部との間に位置する保持部と前記軸部とのなす角度、あるいは該保持部の長さを示すデータを用いる。これにより、テンプレート画像を単に電子データとして記録したものではなく、検索や形状マッチングのし易い効率のよいデータベースが構築されている。
【００３１】
画像処理手段５０は、患部に適合した標準テンプレートの選択完了または選択途中に、骨部やテンプレート画像の輪郭形状を線のみで表示したり、全体にシェェーディング（陰影付け）を施したり、等高線を表示したり、全体形状を表示するワイヤフレーム表示にしたり、あるいはいずれか一方の画像の輪郭を強調処理して、画像表示手段４０の表示面において、骨形状とテンプレート形状との識別性能を向上させる、すなわち各形状の区別を容易にする画像処理を行なうものである。
【００３２】
表示制御手段６０は、画像表示手段４０の表示面上において、テンプレート画像のリストおよび／または標準テンプレートのサムネイル画像を表示するためのテンプレート表示エリアと、骨部画像を表示するための患部画像表示エリアとが隣接して設けられるようにレイアウト設定をする。また、テンプレート画像の少なくとも１つと骨部画像とを用いつつ、画像処理手段５０により画像処理が施された画像については該画像処理が施された画像を用いて、前記患部画像表示エリアにおいて、骨部画像とテンプレート画像とを重合せ表示させるレイアウト設定をする。
【００３３】
このように、画像表示手段４０の表示面上においては、患部画像表示エリアが設けられるとともに、該患部画像表示エリア近傍にはテンプレート画像のリストやサムネイル画像が表示されるテンプレート表示エリアが設けられているので、患部画像とテンプレート画像のリストあるいはその縮小画像を同時に見ることができ、多数あるテンプレート画像の中から形状適合性の最もよいものを最終的に確定させる処理を効率よく行なうことができる。
【００３４】
次に第１実施形態の画像表示装置２を備えた人工骨選択装置１の作用について説明する。図３は患部形状（患者の骨部の形状）に適合する標準人工骨を選択する処理における画像表示手段４０上の表示レイアウトの一例を示した図である。
【００３５】
なおこの実施形態においては、ＣＲ（コンピューテッド・ラジオグラフィ）システムを用いて骨部（大腿骨）の画像を含む放射線画像（ＣＲ画像）を得ることとする。すなわち撮影装置において、被写体としての患者に向けてＸ線管から発せられたＸ線を照射し、被写体を透過したＸ線を蓄積性蛍光体を有するイメージングプレートに入射させて透過放射線画像をエネルギ情報として蓄積記録する。そして、透過放射線画像が蓄積記録されたイメージングプレートを画像読取装置としてのＣＲ装置に装填して透過放射線画像を読み取り取得画像データＳ１を得る。そして、このＣＲ装置で読み取った骨部を含む取得画像データＳ１が人工骨選択装置１に入力される。
【００３６】
表示制御手段６０は、入力された取得画像データＳ１に基づいて、欠損部分９ａを有する骨９とその周囲の骨７，８の画像を画像表示手段４０の患部画像表示エリアＡに表示させる。
【００３７】
また、代替え対象となる欠損部分９ａを有する骨９と同じ部位の標準テンプレート画像を担持する画像データＤ４をテンプレート画像保存手段１０からテンプレート選択手段３０を介して読み出し、読み出した画像データＤ４に基づいてテンプレート画像を骨部画像に重合せ表示させる。
【００３８】
このとき、患部（骨部９）と同じ部位に関する標準テンプレート画像が多数読み出され得るが、一度に多数の標準テンプレート画像を患部画像に重合せ表示させるのではなく、最初に番号リスト（例えばＡ，Ｂ，・・・，Ｙ，Ｚ）あるいはサムネイル画像（縮小画像）をテンプレート表示エリアＢに表示し、オペレータにより選択されたもののみを用いて重合せ表示を行なうようにする。サムネイル画像はテンプレート画像保存手段１０から読み出すようにするのが好ましいが、サムネイル画像が予め用意されていないときにはオリジナル画像を縮小処理してサムネイル画像を得る。
【００３９】
リスト（番号リストや型番リストなど）は、画像表示手段４０に表示させるだけでなく、紙媒体にも出力してもよい。
【００４０】
なお、代替え対象となる欠損部分９ａを有する骨９を特定する情報は、取得画像データＳ１の付帯情報であるメニューコードから抽出してもよいし、オペレータが表示画面を見ながらマウス９３を用いてポイント指定することによって特定することとしてもよい。
【００４１】
オペレータである医師は、表示された番号リストやサムネイル画像をみながら、形状適合性のよいテンプレート画像を選択する。この選択処理に際しては、画像表示装置４０に表示された画像を見ながら、キーボード９１やマウス９３によるメニュー入力あるいはダイヤル９２を操作することにより、画像表示手段４０あるいは紙媒体に出力されたテンプレート画像リストの中から患部形状（本実施形態では骨９）に最も適合するものを以下のようにして決定（選択）する。
【００４２】
先ず、キーボード９１などの操作によりテンプレート決定画面の表示要求をし、画像表示手段４０のテンプレート表示エリアＢに表示されたテンプレートのリスト（あるいはサムネイル画像）中のいずれかを指定する。この指定の操作はマウス９３を用いたポイント操作で行なってもよいし、キーボード９１により番号を入力することで行なってもよい。
【００４３】
指定がなされると、テンプレート選択手段３０は指定されたテンプレートのオリジナル画像を担持する画像データをテンプレート画像保存手段１０から読み出して画像処理手段５０に入力させる。そして表示制御手段６０は、画像処理が施された処理済画像あるいは処理前の画像を用いてテンプレート画像を画像表示手段４０に表示させる。
【００４４】
また、医師の操作指令にしたがって該オリジナル画像を患部表示エリアＡの欠損部分９ａを有する骨９が表示された部分まで移動させる。これにより、骨部画像とテンプレート画像とが重合せ表示される。
【００４５】
移動させる操作はマウス９３を使用したドラッグアンドドロップ操作により行なうのが好ましい。また、画像上の骨の位置（骨の軸や骨頭の中心など）を予め設定しておき、選択されたテンプレートが自動的に骨に重なって表示されるようにしてもよい。
【００４６】
なおこのとき、少なくとも一方の画像に対しては、骨部の形状とテンプレートの形状とを区別可能にする画像処理を施し、この画像処理が施された処理済画像を用いて重合せ表示をさせるようにする。画像処理としては、例えば、輪郭形状を強調する処理を施したり、一方の画像に陰を付けて表示する所謂シェーディング表示にしたり、あるいは骨部やテンプレートの輪郭部分のみを線（点線も含む）でなぞって表示したり、全体形状を所謂ワイヤフレーム表示するとよい。また、必要に応じて、拡大画像にするとよい。
【００４７】
またこのときには、例えば、１つの骨部画像上に選択した全てのテンプレート画像の位置を合わせて重合せ表示させて、この重合せ画像をみて形状適合性を判断するとよい。この場合、予め設定された画像上の骨の位置（骨の軸や骨頭の中心など）で、選択されたテンプレートが自動的に重なって表示されるようにするとよい。また、各テンプレート画像や骨部画像の輪郭形状を線で表示するとともに、各輪郭線を異なる色で表示するとよい。また、選択した各テンプレート画像ごとに独立した表示エリアを設け、各表示エリアごとに重合せ表示されたものを並べて確認することにより形状適合性を判断するようにしてもよい。
【００４８】
多数のテンプレート画像を選択する場合であっても、このような表示レイアウトを用いることで、テンプレート同士の形状の認識性能（区別性能）を向上させることができる。勿論その他の表示レイアウトや画像処理を施してもよい。これにより、重合せ表示されたテンプレート画像が患部形状に適合しているか否かの目視確認が容易になり、また位置合せ精度を向上させることもできる。
【００４９】
次に、移動させたテンプレート画像を上下左右に微小移動させたり回転させることにより、テンプレート画像と骨部画像の位置や傾きが合うようにする。微小移動や回転の操作は、キーボード９１による上下左右あるいは回転のモード指定と、ダイヤル９２の回転量に応じた値に基づく移動・回転処理にて行なうのが好ましい。
【００５０】
そして、テンプレート画像を取り替えながら、最も適合するものを決定し、決定したテンプレートの情報を記憶手段８１に格納する。
【００５１】
なお、骨９の全体を切除して人工骨に取り替えるのではなく、欠損部分９ａにのみ人工骨を埋め込む場合には、例えば骨部９における境界部分９ｆの座標データなど欠損部分９ａを候補テンプレートにおいても画定する形状データも記憶手段８１に格納する。
【００５２】
また必要に応じて、すなわち決定したテンプレートでは適合性が不十分なときには、決定されたテンプレートについてのテンプレート形状データＤ１を形状処理手段８０に入力し、形状処理手段８０において、決定したテンプレート画像の全体を少しだけ拡大・縮小させたりあるいはテンプレート画像の一部分のみを微小変形させて、所望の形状に微調整する。この微調整が終了したら、元のテンプレート形状と変形後のテンプレート形状との差分を示す差分データＤ３を記憶手段８１に格納する。
【００５３】
一部分のみを微小変形させる操作においては、マウス９３で変形すべき領域を設定した後、キーボード９１による回転あるいは上下左右のモード指定と、ダイヤル９２の回転量に応じた値に基づく変形処理を行なう。このような局部的な形状の変形は、テンプレート形状データＤ１に基づいて求められるテンプレート形状を定義する座標パラメータや形状の曲面を定義する関数パラメータを変化させることで行なうことができる。
【００５４】
なお上記のようなテンプレートの移動や変形をする際の移動量やパラメータ変化量は、数値をキーボード９１から入力することでも設定することができる。
【００５５】
ここで、上記のような操作をする際に、骨部画像とテンプレート画像とが重合せ表示されているので、テンプレートを移動、変形させる際の限界が容易に判定できる。
【００５６】
このようにして、表示画像を確認しながらリストアップされた標準テンプレートの中から最も形状適合性のよいものをマニュアル選択し、さらに必要に応じて微小変形させて、代替え可能な人工骨を決定したら、この決定した標準テンプレートに対応した人工骨のメーカ型番（テンプレート番号でもよい）、注文数、納期、納品先、差分データＤ３など発注に必要なデータ（発注情報）を纏めた注文ファイルを発注情報出力手段７０により生成し、生成した注文ファイルを代理店あるいは加工メーカに送付する。ネットワーク接続されている場合には、注文ファイルをデータ転送すればよい。
【００５７】
以上本発明の画像表示装置を適用した人工骨選択装置の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は必ずしも上述した実施の形態に限定されるものではない。
【００５８】
例えば、テンプレート画像を骨部画像と重ねて表示する際、人工骨に対応するテンプレートの領域を半透明表示にすれば、テンプレートと重なった部分に関しても骨の構造が観察しやすいというメリットがある。
【００５９】
また、人工骨に対応するテンプレートの部分だけ濃度を一定量上げるあるいは下げるさらには色を変えるといった表示方法を採用してもよい。この場合にも、骨と人工骨（テンプレート）の位置関係を観察し易い。
【００６０】
また、上記実施形態では、骨部９と同一の部位についてリストアップされた多数のテンプレート画像の中からオペレータがマニュアル操作により形状適合性のよいテンプレート画像を選択するようにしていたが、例えば本願出願人が特願2000-281186号 に提案しているように、画像データなどを解析することで形状適合性のよいものを予め自動的に選択して候補テンプレートをある程度絞っておいてからより好ましいテンプレート画像を選択するようにしてもよい。
【００６１】
また人工骨選択装置に入力される取得画像データＳ１としてＣＲ装置を用いて読み取った放射線画像を担持するものを用いていたが、レントゲンフィルムをスキャナなどの画像読取装置で読み取って得た骨部を含む画像データを使用してもよい。あるいは、ＣＴやＭＲＩなどで得た骨部の断層データや再構成した３次元画像データを使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像表示装置を適用した人工骨選択装置の構成を示すブロック図
【図２】人工骨選択装置の外観を示す図
【図３】患部形状に適合する標準人工骨を選択する処理における表示レイアウトの一例を示した図
【符号の説明】
１ 人工骨選択装置
１０ テンプレート画像保存手段
３０ テンプレート選択手段
４０ 画像表示手段
５０ 画像処理手段
６０ 表示制御手段
７０ 発注情報出力手段
８０ 形状処理手段
８１ 記憶手段
９０ 入力手段
９１ キーボード
９２ ダイヤル
９３ マウス

Claims (3)

1. それぞれが形状の異なる人工骨に対応したテンプレートを表す複数種類のテンプレート画像が予め保存されているテンプレート画像保存手段と、
   画像を表示する表示手段と、
   該表示手段に表示された骨部の形状を表す骨部画像上の骨の位置を設定する設定手段と、
   前記テンプレート画像保存手段に保存されているテンプレート画像の中から選択された複数のテンプレート画像の全てを、前記表示手段の表示面上において前記骨部画像上に前記設定手段により設定された骨の位置に基づいて位置を合わせて重合せ表示させる表示制御手段とを備えたことを特徴とする人工骨用テンプレートの画像表示装置。
2. 前記骨部画像および前記テンプレート画像の少なくとも一方に対して、前記表示手段に表示された各画像における形状の認識性能を向上させる画像処理を施す画像処理手段をさらに備え、
   前記表示制御手段が、前記画像処理が施された画像については、該画像処理が施された画像を用いて前記重合せ表示を行なわせるものであることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
3. 前記テンプレート画像に対応する人工骨を発注するための発注情報を出力する発注情報出力手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。

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