JPH0698896A - 立体モデル作成装置 - Google Patents

立体モデル作成装置

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JPH0698896A
JPH0698896A JP4249914A JP24991492A JPH0698896A JP H0698896 A JPH0698896 A JP H0698896A JP 4249914 A JP4249914 A JP 4249914A JP 24991492 A JP24991492 A JP 24991492A JP H0698896 A JPH0698896 A JP H0698896A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、実体モデルの造形時間を短縮できる
立体モデル作成装置を提供することを目的とする。 【構成】本発明による立体モデル作成装置は、対象部位
に関する多断層のスライス像を用いて一層分づつ順次積
層しながら対象部位の立体モデルを造形する立体モデル
作成装置であって、上記対象部位を複数のブロックに分
割し、この各ブロックの立体モデルを個々に造形するこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、X線コンピュータトモ
グラフィ(X線CT)や磁気共鳴イメージング装置(M
RI)などの断層撮影装置で得られた多断層のスライス
像から抽出した対象臓器の三次元データを入力し、この
対象臓器の実体モデル(立体モデル)を作成する立体モ
デル作成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】外科的手術にあたっては、その施術に先
立って、例えば骨の切削部分や切削範囲、さらには切削
部位の再配置の方法などを検討して最適な方法を見付け
ること、すなわち手術計画の立案が重要である。
【0003】この手術計画の立案を支援する装置に、手
術シミュレーションシステムと呼ばれる三次元コンピュ
ータグラフィック装置がある。この手術シミュレーショ
ンシステムは、X線コンピュータトモグラフィ(X線C
T)や磁気共鳴イメージング装置(MRI)等の断層撮
影装置から得られた多断層のスライス像を用いて軟部組
織や骨などの対象臓器の三次元画像を作成し、この三次
元画像に対して、掘削、切削、切断、計測等のコンピュ
ータ処理を実現した装置である。
【0004】しかし、三次元画像が本質的には二次元画
像に投影処理や陰影処理を施した二次元情報であるの
で、立体的な表現力にはおのずから限界があり、例えば
複雑な骨の形状などを十分表現できず手術計画の立案を
十分支援できず、実際に患者を切開後に手術計画の変更
を余儀無くされる場合もあった。さらに、掘削や切削等
の各種機能には制限が多くて複雑な手術に対応できるも
のではなく、またレスポンスも十分満足できるものでは
なかった。
【0005】ところで、近年、プラスチック製の立体モ
デルを造形できるモデリング装置が開発されたにあたっ
て、このモデリング装置を用いて骨などの対象臓器の実
体モデルを作成し、手術計画の立案に供することが実用
化されつつある。現在、主流を占めるモデリング装置
は、光学的造形法なる技法を用いたものであれば、図9
にその造形原理を示すように、外部装置から受け取った
三次元データを薄い積層ピッチでスライスして多断層の
スライスデータを切り出し、紫外線レーザでその一層分
を感光性材料(紫外線硬化型樹脂)の液面に描写するこ
とにより、その紫外線硬化型樹脂を硬化させたのち、一
層分沈め、次の層を既硬化層上に硬化しながら積層する
ことによって、立体モデルを造形するものである。
【0006】このようにモデリング装置は、手術計画の
立案に有効な実体モデルを造形できるが、微小なピッチ
の各層を順次積層しながら実体モデルを造形していくた
め、その実体モデルの完成までにかなりの時間を要する
という不具合がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した事
情に対処すべくなされたもので、その目的は、実体モデ
ルの造形時間を短縮できる立体モデル作成装置を提供す
ることである。本発明他の目的は、例えば従来不可能で
あった欠損部の造形や複雑に走行する血管の実体モデル
の造形を実現する立体モデル作成装置を提供することで
ある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の立体モデル作成
装置は、対象部位に関する多断層のスライス像を用いて
一層分づつ順次積層しながら対象部位の立体モデルを造
形する立体モデル作成装置であって、上記対象部位を複
数のブロックに分割し、この各ブロックの立体モデルを
個々に造形することを特徴とする。
【0009】
【作用】本発明による立体モデル作成装置によれば、対
象部位を複数のブロックに分割し、この各ブロックの立
体モデルを個々に造形するので、各ブロックの立体モデ
ルを同時進行で造形できる。
【0010】
【実施例】以下、図面を参照して本発明一実施例を説明
する。
【0011】図1は第1の実施例の全体構成を示すブロ
ック図である。本実施例は、対象臓器を複数のブロック
に分割し、この各ブロックの実体モデルを同時進行で造
形し、最終的に各ブロックの実体モデルを結合すること
により対象臓器の実体モデルを形成することで、積層回
数を減少させ、造形時間の短縮を図るものである。
【0012】本実施例は、図1に示すように、例えばX
線コンピュータトモグラフィ(X線CT)や磁気共鳴イ
メージング装置(MRI)などの断層撮影装置で得られ
た多断層の各スライス像について二値化処理や輪郭追跡
処理および三次元処理を適用して作成した骨や血管など
の対象臓器の三次元データを入力装置1から入力する。
【0013】モデルデータ作成装置2は、入力装置1か
ら入力した三次元データを受けて、図示しない前処理部
で、モデリング装置3の積層ピッチで多断層にスライス
し、この多断層のスライスデータを実寸のCADフォー
マットに変換してモデルデータを作成する。図3はモデ
ルデータ作成装置2の主要部を説明するための図であ
る。ブロック化装置4は、前処理部からの多断層のスラ
イスデータを、上述したように対象臓器を複数のブロッ
クに分割するべく、複数の連続するスライスデータを一
ブロックとして、複数のブロック、ここでは4つのブロ
ックに区分する。配置装置5は、各ブロックの実体モデ
ルを同時進行で造形するために、モデルデータのフレー
ムに各ブロックから一つづつ取り出したスライスデータ
(図4(a)〜(d)参照)を離間して配置して、図5
に示すようなモデルデータを作成する。ラベル付加装置
6は、適宜、患者名などのラベルをモデルデータに付加
する。
【0014】モデリング装置3は、光学的造形法を採用
したものであれば、図2に示す如く、紫外線レーザ30
と回転ミラー31を、紫外線レーザ30からのスポット
が回転ミラー31を介して水槽32に収容された液状の
紫外線硬化型樹脂33の液面に照射するように配置し、
この回転ミラー31をモデルデータに基づいて回転する
によりスポットでこの液面をスキャンして一層分の像を
描写し、この液面を硬化させたのち、エレベータ34を
して一層分沈めたのち、次のモデルデータによる次の層
を既硬化層上に硬化し、積層することによって、立体モ
デルを造形するものである。次に上記構成の本実施例の
作用について説明する。
【0015】入力装置1を介して入力した骨や血管など
の対象臓器の三次元データは、モデルデータ作成装置2
の図示しない前処理部でモデリング装置3の積層ピッチ
で多断層にスライスされ、多断層のスライスデータに変
換される。この多断層のスライスデータは、対象臓器を
複数のブロックに分割する如く、ブロック化装置4で複
数の連続するスライスデータを一ブロックとして、複数
のブロック、ここでは4つのブロックに区分される。図
4(a)〜(d)に示すような各ブロックから一つづつ
取り出された4枚のスライスデータが、配置装置5で図
5に示すように一フレームに離間して配置され、一層分
のモデルデータが構成される。他の階層についても同様
にモデルデータが作成される。なお適宜、ラベル付加装
置6をして、図6に示すように、患者名等を示すラベル
7を所定枚数のスライスデータに追加して、モデルデー
タを作成する。
【0016】モデリング装置3では、このモデルデータ
を用いて各ブロックの最下層の像を紫外線硬化型樹脂3
3の液面に描画し、液面を硬化させ、一層分沈め、順次
次層のモデルデータを用いて既に硬化させた層上に積層
しながら、各ブロックの実体モデルを同時進行で造形す
る。各ブロックの実体モデルが完成すると、これらを結
合して対象臓器の実体モデルが完成する。
【0017】したがって本実施例によれば、対象臓器を
複数のブロックに分割し、各ブロックの実体モデルを同
時進行で造形するので、積層回数を減少することがで
き、実体モデルを短時間のうちに作成することができ
る。
【0018】なお本実施例は、対象臓器をブロックに分
割をせずに同一の対象臓器の同じスライスデータを複数
配置して一層分のモデルデータを作成したり、異なる対
象臓器のスライスデータを複数配置して一層分のモデル
データを作成することにより、複数個の同じ実体モデル
や複数個の異なる実体モデルを同時進行で造形できる。
次に第2の実施例について説明する。全体の構成は、先
の第1実施例で説明した図1と異ならない。
【0019】本実施例は、実体モデルの内部観察ができ
るように、実体モデルを適当な面、例えば図7(a),
(b)に示すようなアキシャル面Aやサジタル面Bやコ
ロナル面Cで切断して造形することを特徴とする。この
ため、モデルデータ作成装置2で、図8(a),(b)
に示すような切断した各部が離間したモデルデータを作
成し、このモデルデータにしたがってモデリング装置3
で積層造形する。したがって、一体形成した実体モデル
を切断する必要がなく、アキシャル面Aやサジタル面B
やコロナル面Cなどで分離できる実体モデルを作成でき
る。次に第3の実施例について説明する。全体の構成
は、先の第1実施例で説明した図1と異ならない。
【0020】本実施例は、対象臓器の縦断中心面を境に
左右反転した実体モデルを作成することを特徴とする。
このため、モデルデータ作成装置2で、対象臓器の縦断
中心面を境にした左右の像を反転したモデルデータを作
成し、このモデルデータにしたがってモデリング装置3
で積層造形する。
【0021】ところで、欠損部を補填する人工骨を作成
するときには人間の左右構造の対象性を利用している。
そこで、この左右反転した実体モデルから欠損部に相当
する部分を切り取ることにより、微妙な曲率を実現した
精度のよい人工骨を作成できる。次に第4の実施例につ
いて説明する。全体の構成は、先の第1実施例で説明し
た図1と異ならない。
【0022】本実施例は、モデルデータ作成装置2で、
左右の像を反転しない通常のモデルデータと左右の像を
縦断中心面を介して反転したモデルデータとの差分デー
タを作成し、この差分データからモデルデータを作成
し、このモデルデータにしたがってモデリング装置3で
実体モデルを造形する。
【0023】したがって、対象臓器に欠損部があると
き、この欠損部の実体モデルを造形でき、第3実施例の
ように左右反転した実体モデルから欠損部に相当する部
分を切り取る必要ない。次に第5の実施例について説明
する。全体の構成は、先の実施例で説明した図1と異な
らない。
【0024】本実施例は、モデルデータ作成装置2で、
スライスデータの像部分と背景部分とを反転、すなわち
スライスデータを白黒反転(1/0反転)したモデルデ
ータを作成することによって、背景部分の立体モデル、
すなわち対象臓器が空洞になった立体モデルを造形す
る。
【0025】したがって、例えば、血管などの細長い臓
器の実体モデルを造形するときこの構造体の保持のため
のサポート部材を多数追加する必要があったが、白黒反
転したモデルデータにより立体モデルを造形することに
よってサポート部材を多数追加する必要がなくなり、血
管部分が空洞の立体モデルを造形することができる。次
に第6の実施例について説明する。全体の構成は、先の
実施例で説明した図1と異ならない。
【0026】本実施例は、第5の実施例で作成した白黒
反転モデルの空洞部分(対象臓器)に紫外線硬化型樹脂
とは異なる色のゲルを注入することによって、血管の走
行状態を外部から容易に観察できる。本発明は上述した
実施例に限定されることなく、種々変形して実施可能で
ある。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように本発明の立体モデル
作成装置は、対象部位に関する多断層のスライス像を用
いて一層分づつ順次積層しながら対象部位の立体モデル
を造形する立体モデル作成装置であって、上記対象部位
を複数のブロックに分割し、この各ブロックの立体モデ
ルを個々に造形することを特徴とするので、各ブロック
の立体モデルを同時進行で造形でき、したがって実体モ
デルの造形時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明第1実施例のブロック図。
【図2】モデリング装置の概略構造を示す図。
【図3】モデルデータ作成装置の要部を説明する図。
【図4】各ブロックから取り出した4枚のスライスデー
タを示す図。
【図5】4枚のスライスデータから作成したモデルデー
タを示す図。
【図6】ラベルを追加したモデルデータを示す図。
【図7】第2実施例の実体モデルの切断面を示す図。
【図8】モデルデータの一例を示す図。
【図9】モデリング装置の造形原理を示す図。
【符号の説明】
1…入力装置、2…モデルデータ作成装置、3…モデリ
ング装置、4…ブロック化装置、5…配置装置、6…ラ
ベル追加装置。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 対象部位に関する多断層のスライス像を
    用いて一層分づつ順次積層しながら前記対象部位の立体
    モデルを造形する立体モデル作成装置において、 前記対象部位を複数のブロックに分割し、この各ブロッ
    クの立体モデルを個々に造形することを特徴とする立体
    モデル作成装置。
  2. 【請求項2】 対象部位に関する多断層のスライス像を
    用いて一層分づつ順次積層しながら前記対象部位の立体
    モデルを造形する立体モデル作成装置において、 前記対象部位を前記スライス画像の断層方向に沿って複
    数のブロックに分割し、この各ブロックの立体モデルを
    個々に造形することを特徴とする立体モデル作成装置。
  3. 【請求項3】 対象部位に関する多断層のスライス像を
    用いて一層分づつ順次積層しながら前記対象部位の立体
    モデルを造形する立体モデル作成装置において、 前記スライス像をその略中心で左右反転することにより
    前記対象部位の左右が反転した立体モデルを造形するこ
    とを特徴とする立体モデル作成装置。
  4. 【請求項4】 対象部位に関する多断層のスライス像を
    用いて一層分づつ順次積層しながら前記対象部位の立体
    モデルを造形する立体モデル作成装置において、 前記スライス像と前記スライス像をその略中心で左右反
    転したデータをとの差分データを用いて積層することに
    より前記対象部位の左右非対称の部分の立体モデルを造
    形することを特徴とする立体モデル作成装置。
  5. 【請求項5】 対象部位に関する多断層のスライス像を
    用いて一層分づつ順次積層しながら前記対象部位の立体
    モデルを造形する立体モデル作成装置において、 前記スライス像の像部分と背景部分とを反転したデータ
    を用いて積層することにより前記背景部分の立体モデル
    を造形することを特徴とする立体モデル作成装置。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2003096308A1 (ja) * 2002-05-10 2005-09-15 福田 敏男 立体モデル
JP2007021922A (ja) * 2005-07-19 2007-02-01 Matsushita Electric Ind Co Ltd 積層造形方法および装置
JP2007504016A (ja) * 2003-08-29 2007-03-01 サントル ナシオナル ドゥ ラ ルシェルシェサイアンティフィク(セエヌエールエス) インクジェットプリントによる3次元の多重材料コンポーネントの製法
JP2008504105A (ja) * 2004-06-28 2008-02-14 ハンガー オーソペディック グループ インコーポレイテッド 医療器具を製造するシステム及び方法
JP2009273508A (ja) * 2008-05-12 2009-11-26 Ono Kogyo:Kk 手術シミュレーション用軟質血管モデルの製造方法

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