JP5500683B2 - 個体の内部組織構造を有した数値対象体モデルを生成する方法、プログラムおよびシステム - Google Patents
個体の内部組織構造を有した数値対象体モデルを生成する方法、プログラムおよびシステム Download PDFInfo
- Publication number
- JP5500683B2 JP5500683B2 JP2010134613A JP2010134613A JP5500683B2 JP 5500683 B2 JP5500683 B2 JP 5500683B2 JP 2010134613 A JP2010134613 A JP 2010134613A JP 2010134613 A JP2010134613 A JP 2010134613A JP 5500683 B2 JP5500683 B2 JP 5500683B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- tissue structure
- mesh
- regions
- sample slice
- deformation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Image Generation (AREA)
Description
ソースメッシュSMは、公知技術に基づいて得ることができる。例えば、標準的数値人体モデルの体表面をポリゴンメッシュPM(図1(a)にポリゴンメッシュPMの一部を例示する)として抽出する。しかし、ポリゴンメッシュPMの体表面は、単位ボクセルの形状に起因して、段差上の非連続的表面を形成しているから、これらを平滑化する必要がある。
ターゲットメッシュTMは、例えば公知の3次元人体計測システムなどを用いて、対象となる個々人の体表データを測定することで生成される。かかる測定は、例えば5秒程度の短時間で実行することができる。
ソースメッシュSMをターゲットメッシュTMに体型変形するため、ソースメッシュSM上に複数のソースメッシュ特徴点SPnが、またターゲットメッシュTM上に複数のターゲットメッシュ特徴点TPnが、それぞれ設定される。両特徴点は、例えば、図2に図示したように、メッシュにおける眼、口、耳、関節などに相当する位置に(略)左右対称に設定される(なお、同図は、成人男性の標準的数値人体モデルのソースメッシュSMに設定された特徴点を例示したものであり、2重丸で示したところが特徴点SPnの1つである。)。
両メッシュを同一の3次元座標系に位置づけることで、対応特徴点のそれぞれについて、差分ベクトルを求めることができる。これらの差分ベクトルは、ソースメッシュSMをターゲットメッシュTMにフィッティングするために必要な、ソースメッシュ特徴点の移動量を示すベクトルである。
フィッティングによって生成された体型変形ターゲットメッシュdTMは、体表データに基づくものだから内部ボリュームデータを有しない。従って標準的数値人体モデルのボリュームデータに基づいて、体型変形ターゲットメッシュdTMに内部組織構造をマッピングする必要がある(「Volume Refilling」の技術に基づくボリューム埋め込み)。かかるボリューム埋め込みは、次の過程を経て行われる。
(2)次に、境界領域のボクセルにボクセル座標(I,J,K)が与えられる。
(3)その次に、境界領域のボクセル値を境界条件とするディリクレ問題の解がもとめられて、その解(i,j,k)が内部のボクセル座標とされる。
(4)最後に、このボクセル座標(i,j,k)に基づいて、ソースボリュームをマッピングする。
次に、グラフィックハードウェアを利用したボクセル化技法を用いて、体型変形ターゲットメッシュdTMをバイナリーボリュームデータに変換することで、体型変形ターゲットメッシュdTMがスライス型ボクセルに転換される。
を仮定する。
となるような1対1写像F:Vd→Vsを見つける。
のように離散化される。i,j,kは格子点を表す。
そこで、体型変形数値人体モデルの複数の領域(サンプルスライス領域)の断面組織構造と、個体のサンプルスライス領域の断面組織構造を比較することで、両断面組織構造の相違について、レジストレーション調整が行われる。
図11及び図11Aは、本発明を実施するための生成システム(以下、本システム)の1例を示したものである。本システムは、コンピュータ10で実現可能だが、必要に応じLANなどの通信回線を介して、標準的数値人体モデルのボクセルのデータSVDを蓄積したソースボクセルデータベース11、ターゲットメッシュTMのデータTMDを蓄積したターゲットメッシュデータベース12、個体の断面組織構造に対応した個体サンプルスライス画像データTSを蓄積した個体サンプルスライス画像データベース13などと接続される。また、本システムは、必要に応じ、画像モニタ14や、図示しないプリンタ、X線CT装置などの医療機器に接続されてもよい。また、以下では本システムに係るプログラム(以下、「本プログラム」という。)がコンピュータ10に内蔵される図示しないメモリ(記憶部)に格納され、必要に応じて読みだされて実行される態様を説明するが、本プログラムはコンピュータ10にその外部から記憶媒体によって提供され得るプログラム単体としての独立的な態様であってもよく、またはコンピュータ10の外部に存在する記憶装置に格納されていても、或いはネットワークを介して接続される外部サーバに格納されASP(アプリケーション・サービス・プロバイダ)形式によって起動される態様であってもよい。
図12に示すように、本プログラムに係るポリゴンメッシュ抽出処理部110が実行する機能により、コンピュータ10は、ソースボクセルデータベース11から得た標準的数値人体モデルのボクセルデータSVDに、ポリゴンメッシュ抽出処理PR10を施すことで、標準的数値人体モデルの体表面のポリゴンメッシュデータPMDを抽出し、これにラプラシアンを4度適用する平滑処理PR11を施してソースメッシュデータSMDを生成する。
次に、本プログラムに係るターゲットメッシュ部120が実行する機能により、コンピュータ10は、ターゲットメッシュデータベース12からターゲットメッシュデータTMDを得ることができる。あるいは、ターゲットメッシュ部120が実行する機能によりコンピュータ10は、3次元人体計測システムなどの測定結果を取得して、自らが体表データ生成処理を実行してターゲットメッシュデータTMDを生成してもよい。
図13に示すように、本プログラムに係る特徴点設定部130が実行する機能により、コンピュータ10は、ソースメッシュデータSMDにおける、眼、口、耳、関節などに相当する位置に設定された特徴点である、ソースメッシュ特徴SPn(n=1,2,3・・・)の座標点設定処理PR12を行う。さらに特徴点設定部130が実行する機能によりコンピュータ10は、ソースメッシュデータSMDにおける指先などの特徴的な頂点である特徴頂点SPm(m=1,2,3・・・)の座標点設定処理PR13を行う(特徴点(特徴頂点を含む)については、図2、図3を参照)。同様に、特徴点設定部130が実行する機能によりコンピュータ10は、ターゲットメッシュ特徴点TPn(n=1,2,3・・・)の座標点設定処理PR14、およびその特徴頂点TPm(m=1,2,3・・・)の座標点設定処理PR15を行う。
本プログラムに係る体型変形ターゲットメッシュ生成部140が実行する機能により、コンピュータ10は、ソースメッシュ特徴SPn(n=1,2,3・・・)およびターゲットメッシュ特徴点TPn(n=1,2,3・・・)のそれぞれの座標点に基づいて、差分ベクトルを求め、これらの差分ベクトルに基づいて、ソースメッシュSM特徴SPn(n=1,2,3・・・)の座標を移動させる第1のフィッティング処理PR16を実行する。こうしてソースメッシュSMをターゲットメッシュTMにフィッティングすることができる(大域的フィッティング)。また、体型変形ターゲットメッシュ生成部140が実行する機能によりコンピュータ10は、ソースメッシュSMの特徴頂点SPm(n=1,2,3・・・)を、ターゲットメッシュTM内で最小距離にあるターゲットメッシュTMの特徴頂点TPm(m=1,2,3・・・)に移動させる第2のフィッティング処理PR17を実行する(局所的フィッティング)。これら第1および第2のフィッティング処理PR16および17を実行することで、ソースメッシュSMをターゲットメッシュTMに、高い精度でフィッティングさせることができる(体型変形ターゲットメッシュデータdTMDが生成される)。
本プログラムに係るボリューム埋め込み部150が実行する機能により、コンピュータ10は、体型変形ターゲットメッシュデータdTMDにボリュームデータを埋め込む。図14に示すように、ボリューム埋め込み部150が実行する機能によりコンピュータ10は、体型変形ターゲットメッシュデータdTMDに、バイナリーボクセル化処理PR18を施すことで、バイナリーボリュームデータTBDを得て、境界領域のボクセルのボクセル座標(I,J,K)を定める境界ボクセル座標処理PR19を実行する。ボリューム埋め込み部150が実行する機能によりコンピュータ10は、境界領域のボクセル値を境界条件とするディリクレ問題を解き、その解(i,j,k)を内部のボクセル座標とする(内部ボクセル座標処理PR20)。さらに、ボリューム埋め込み部150が実行する機能によりコンピュータ10は、このボクセル座標(i,j,k)に基づき、体型変形ターゲットメッシュdTMの内部にソースボリューム(標準的数値人体モデルのボクセルのデータSVD)を埋め込むためのマッピング処理PR21を実行する。こうして、標準的数値人体モデルを体型変形した変形コーディネートボリュームデータdVDが生成される。
図15に示すように、本プログラムに係るレジストレーション誤差検出部160が実行する機能により、コンピュータ10は、体型変形数値人体モデルのサンプルスライス領域の断面組織構造を表すテクスチャdTX(図7参照)と、個体のサンプルスライス領域の断面組織構造を表すテクスチャTTXを比較したうえで、両者のサンプルスライス領域における、内部組織の境界領域を示すテクスチャ座標の差を移動量ベクトルとして検出するレジストレーション誤差検出処理PR22を実行する。さらに、本プログラムに係るレジストレーション調整部170が実行する機能により、コンピュータ10は、これら移動量ベクトルに基づいて、体型変形数値人体モデルの断面組織構造のテクスチャ座標を移動させるレジストレーション調整処理PR23を実行して、体型変形後の内部組織構造を個体の内部組織構造に近似させる(例えば図7のテクスチャdTXをテクスチャTTXに近似させる)。
さらに、本プログラムに係る内部組織構造調整部180が実行する機能により、コンピュータ10は、隣接したサンプルスライス領域間の3次元領域における内部組織構造調整処理PR24を実行する(図15)。内部組織構造調整処理PR24は、次にように行われる。
SPn,SPm ソースメッシュ特徴点
S1,S2 体型変形数値人体モデルのサンプルスライス領域
TM 対象となる数値対象モデルの体表メッシュ(ターゲットメッシュ)
TPn,TPm ターゲットメッシュ特徴点
dTM 体型変形ターゲットメッシュ
Claims (6)
- 内部組織構造を有する標準となる数値対象体モデルから、内部組織構造を有した変形対象体である個体の数値対象体モデルを生成する方法であって、
前記標準となる数値対象体モデルの体表メッシュであるソースメッシュの複数の部位に設定するソースメッシュ特徴点と、前記変形対象体である個体の数値対象体モデルの体表メッシュであるターゲットメッシュの複数の部位に設定するターゲットメッシュ特徴点とを、互いに対応する部位に設定する特徴点設定工程と、
前記ソースメッシュ特徴点を、それぞれが対応する部位の前記ターゲットメッシュ特徴点に近似する位置に移動させることで、前記ソースメッシュを前記ターゲットメッシュにフィットさせて、前記ターゲットメッシュに近似する体型変形ターゲットメッシュを生成する体型変形ターゲットメッシュ生成工程と、
前記体型変形ターゲットメッシュに、前記標準となる数値対象体モデルのボリュームデータに基づく内部組織構造をマッピングするボリューム埋め込みを行って、体型変形数値モデルのボリュームデータを生成するボリューム埋め込み工程と、
前記変形対象体である個体の複数の領域の断面組織構造を示す複数の個体サンプルスライス画像と、これら個体サンプルスライス画像の領域に対応する、前記体型変形数値モデルの複数の領域における断面組織構造を示す、複数の体型変形サンプルスライス画像とをそれぞれ比較して、これら複数の領域における前記両サンプルスライス画像のレジストレーション誤差を検出するレジストレーション誤差検出工程と、
前記レジストレーション誤差に基づいて、前記体型変形数値モデルの複数の領域における断面組織構造を、前記変形対象体である個体の複数の領域における断面組織構造に近似させるレジストレーション調整工程と、
前記レジストレーション調整がされた後の体型変形数値モデルにおいて、前記断面組織構造を示す、隣接するサンプルスライス領域の間の3次元領域について、ボリューム埋め込みがされた内部組織構造を調整する内部組織構造調整工程と
を具備することを特徴とする方法。 - 請求項1に記載の方法において、
前記内部組織構造調整工程が、
更に、前記断面組織構造を示す前記隣接するサンプルスライス領域の間隔を縮小して、
前記縮小された隣接するサンプルスライス領域の間の縮小3次元領域についてボリューム埋め込みを行った後に、
前記間隔を縮小した隣接するサンプルスライス領域の間隔を元の間隔にもどす工程を有することを特徴とする方法。 - 内部組織構造を有する標準となる数値対象体モデルから、内部組織構造を有した変形対象体である個体の数値対象体モデルを生成するためにコンピュータを、
前記標準となる数値対象体モデルの体表メッシュであるソースメッシュの複数の部位に設定するソースメッシュ特徴点と、前記変形対象体である個体の数値対象体モデルの体表メッシュであるターゲットメッシュの複数の部位に設定するターゲットメッシュ特徴点とを、互いに対応する部位に設定する特徴点設定手段と、
前記ソースメッシュ特徴点を、それぞれが対応する部位の前記ターゲットメッシュ特徴点に近似する位置に移動させることで、前記ソースメッシュを前記ターゲットメッシュにフィットさせて、前記ターゲットメッシュに近似する体型変形ターゲットメッシュを生成する体型変形ターゲットメッシュ生成手段と、
前記体型変形ターゲットメッシュに、前記標準となる数値対象体モデルのボリュームデータに基づく内部組織構造をマッピングするボリューム埋め込みを行って、体型変形数値モデルのボリュームデータを生成するボリューム埋め込み手段と、
前記変形対象体である個体の複数の領域の断面組織構造を示す複数の個体サンプルスライス画像と、これら個体サンプルスライス画像の領域に対応する、前記体型変形数値モデルの複数の領域における断面組織構造を示す、複数の体型変形サンプルスライス画像とをそれぞれ比較して、これら複数の領域における前記両サンプルスライス画像のレジストレーション誤差を検出するレジストレーション誤差検出手段と、
前記レジストレーション誤差に基づいて、前記体型変形数値モデルの複数の領域における断面組織構造を、前記変形対象体である個体の複数の領域における断面組織構造に近似させるレジストレーション調整手段と、
前記レジストレーション調整がされた後の体型変形数値モデルにおいて、前記断面組織構造を示す、隣接するサンプルスライス領域の間の3次元領域について、ボリューム埋め込みがされた内部組織構造を調整する内部組織構造調整手段と
として機能させるためのプログラム。 - 請求項3に記載のプログラムにおいて、
前記内部組織構造調整手段が、
更に、前記断面組織構造を示す前記隣接するサンプルスライス領域の間隔を縮小する領域縮小手段と、
前記縮小された隣接するサンプルスライス領域の間の縮小3次元領域についてボリューム埋め込みを行う縮小領域ボリューム埋め込み手段と、
前記間隔を縮小したサンプルスライス領域の間隔を元の間隔にもどす領域復元手段とを有することを特徴とするプログラム。 - 内部組織構造を有する標準となる数値対象体モデルから、内部組織構造を有した変形対象体である個体の数値対象体モデルを生成するためシステムであって、
前記標準となる数値対象体モデルの体表メッシュであるソースメッシュの複数の部位に設定するソースメッシュ特徴点と、前記変形対象体である個体の数値対象体モデルの体表メッシュであるターゲットメッシュの複数の部位に設定するターゲットメッシュ特徴点とを、互いに対応する部位に設定する特徴点設定手段と、
前記ソースメッシュ特徴点を、それぞれが対応する部位の前記ターゲットメッシュ特徴点に近似する位置に移動させることで、前記ソースメッシュを前記ターゲットメッシュにフィットさせて、前記ターゲットメッシュに近似する体型変形ターゲットメッシュを生成する体型変形ターゲットメッシュ生成手段と、
前記体型変形ターゲットメッシュに、前記標準となる数値対象体モデルのボリュームデータに基づく内部組織構造をマッピングするボリューム埋め込みを行って、体型変形数値モデルのボリュームデータを生成するボリューム埋め込み手段と、
前記変形対象体である個体の複数の領域の断面組織構造を示す複数の個体サンプルスライス画像と、これら個体サンプルスライス画像の領域に対応する、前記体型変形数値モデルの複数の領域における断面組織構造を示す、複数の体型変形サンプルスライス画像とをそれぞれ比較して、これら複数の領域における前記両サンプルスライス画像のレジストレーション誤差を検出するレジストレーション誤差検出手段と、
前記レジストレーション誤差に基づいて、前記体型変形数値モデルの複数の領域における断面組織構造を、前記変形対象体である個体の複数の領域における断面組織構造に近似させるレジストレーション調整手段と、
前記レジストレーション調整がされた後の体型変形数値モデルにおいて、前記断面組織構造を示す、隣接するサンプルスライス領域の間の3次元領域について、ボリューム埋め込みがされた内部組織構造を調整する内部組織構造調整手段と
を具備することを特徴とするシステム。 - 請求項5に記載のシステムにおいて、
前記内部組織構造調整手段が、
更に、前記断面組織構造を示す前記隣接するサンプルスライス領域の間隔を縮小する領域縮小手段と、
前記縮小された隣接するサンプルスライス領域の間の縮小3次元領域についてボリューム埋め込みを行う縮小領域ボリューム埋め込み手段と、
前記間隔を縮小したサンプルスライス領域の間隔を元の間隔にもどす領域復元手段とを有することを特徴とするシステム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010134613A JP5500683B2 (ja) | 2010-06-13 | 2010-06-13 | 個体の内部組織構造を有した数値対象体モデルを生成する方法、プログラムおよびシステム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010134613A JP5500683B2 (ja) | 2010-06-13 | 2010-06-13 | 個体の内部組織構造を有した数値対象体モデルを生成する方法、プログラムおよびシステム |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012003293A JP2012003293A (ja) | 2012-01-05 |
JP5500683B2 true JP5500683B2 (ja) | 2014-05-21 |
Family
ID=45535235
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010134613A Expired - Fee Related JP5500683B2 (ja) | 2010-06-13 | 2010-06-13 | 個体の内部組織構造を有した数値対象体モデルを生成する方法、プログラムおよびシステム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5500683B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101339552B1 (ko) | 2012-11-15 | 2013-12-10 | 이화여자대학교 산학협력단 | 사용자 기반의 오브젝트 근사 방법 및 오브젝트 근사 시스템 |
KR101732898B1 (ko) | 2012-11-26 | 2017-05-08 | 삼성전자주식회사 | 영상 처리 장치 및 방법 |
US10891788B2 (en) * | 2017-12-13 | 2021-01-12 | Dassault Systemes Simulia Corp. | Systems and methods for finite element mesh repair |
JP6830557B1 (ja) * | 2020-03-13 | 2021-02-17 | 神保 幹夫 | 3次元形状決定システム及び3次元形状決定装置 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1049045A (ja) * | 1996-08-06 | 1998-02-20 | Sekisui Chem Co Ltd | 人体モデル作成方法、およびその装置、人体モデル |
JP3954318B2 (ja) * | 2001-03-09 | 2007-08-08 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 3次元モデル変形システム |
JP2010221015A (ja) * | 2009-02-27 | 2010-10-07 | Terumo Corp | 3次元人体モデル生成装置、3次元人体モデル生成方法及び3次元人体モデル生成プログラム |
-
2010
- 2010-06-13 JP JP2010134613A patent/JP5500683B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2012003293A (ja) | 2012-01-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Wang et al. | Virtual human modeling from photographs for garment industry | |
Prakosa et al. | Generation of synthetic but visually realistic time series of cardiac images combining a biophysical model and clinical images | |
KR101744079B1 (ko) | 치과 시술 시뮬레이션을 위한 얼굴모델 생성 방법 | |
Cheng et al. | A morphing-Based 3D point cloud reconstruction framework for medical image processing | |
US20160117859A1 (en) | Method and systems for generating a three dimensional model of a subject | |
JP7349158B2 (ja) | 機械学習装置、推定装置、プログラム及び学習済みモデル | |
Dicko et al. | Anatomy transfer | |
WO2018097880A1 (en) | Systems and methods for an integrated system for visualizing, simulating, modifying and 3d printing 3d objects | |
JP5500683B2 (ja) | 個体の内部組織構造を有した数値対象体モデルを生成する方法、プログラムおよびシステム | |
Soussen et al. | Polygonal and polyhedral contour reconstruction in computed tomography | |
CN107847217A (zh) | 用于生成超声散射体表示的方法和装置 | |
Kohout et al. | Real‐Time Modelling of Fibrous Muscle | |
JP6340315B2 (ja) | 画像処理方法 | |
Jaramillo et al. | Deformable part inspection using a spring–mass system | |
Bay et al. | Geometric modeling of pelvic organs | |
Komaritzan et al. | Inside humans: Creating a simple layered anatomical model from human surface scans | |
JP5943267B2 (ja) | 個人モデルデータの生成方法、生成プログラム、および生成システム | |
CN116934948A (zh) | 基于多视角视频的可重光照三维数字人构建方法及装置 | |
Meixner et al. | Development of a method for an automated generation of anatomy-based, kinematic human models as a tool for virtual clothing construction | |
Harders | Surgical scene generation for virtual reality-based training in medicine | |
Hansen et al. | Adaptive parametrization of multivariate B-splines for image registration | |
Lee et al. | Fast optimization-based elasticity parameter estimation using reduced models | |
Selmi et al. | 3D interactive ultrasound image deformation for realistic prostate biopsy simulation | |
KR101634461B1 (ko) | 스케치를 이용한 얼굴 주름 생성 장치 및 방법 | |
CN115081637A (zh) | 用于生成合成成像数据的机器学习算法的现场训练 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130527 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20140128 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140225 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140307 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5500683 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |