WO2018143444A1 - 体内器官モデルの検証方法及び検証システム - Google Patents

体内器官モデルの検証方法及び検証システム Download PDF

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organ
model
organ model
data
shape
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English (en)
French (fr)
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公 白石
正俊 竹田
克宣 畑中
伸一 常和
恵彦 北村
和義 大江
Original Assignee
国立研究開発法人国立循環器病研究センター
株式会社クロスエフェクト
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/02—Devices for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
    • A61B6/03—Computerised tomographs
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B23/00—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
    • G09B23/28—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for medicine
    • G09B23/30—Anatomical models

Definitions

  • the present invention relates to a method for verifying a body organ model.
  • a surgical target organ eg, heart
  • an organ model that simulates the surgical target organ is created based on the shape 3D data.
  • Technology see Patent Document 1 is being developed.
  • Such an organ model is a tailor-made model tailored to the patient, and is automatically created from 3D data using a 3D printer or the like, so there are no errors or errors in the shape.
  • medical simulation is performed using this as it is.
  • the shape defect is obvious, for example, there is a complicated congenital heart disease in the patient's heart, or multiple organs are adhered due to cancer, etc. Especially when it is considerably deformed compared to the standard organ shape, it is difficult in the first place to correctly grasp the shape of the target organ of the patient that is the basis of the organ model. Even an experienced physician is difficult to notice the shape defect of the organ model that occurred during the production process.
  • a soft resin having the same softness and texture as an actual organ may be used as a material for an organ model.
  • an organ model is simply placed on a desk, for example, its own weight is used. Then, it is deformed and is extremely difficult to compare with the shape in the body shown in the 3D data. This is also one of the major factors that make it difficult to notice the shape defects described above.
  • the present invention is the first time that an organ model having a shape different from that of an actual internal organ may be created, and that the shape difference may be overlooked in the specific case described above. It was made with attention.
  • the main problem is to provide an organ model verification method that can reliably and easily recognize a shape defect of an organ model, and a verification system used for the verification method.
  • the internal organ model verification method according to the present invention includes the following steps.
  • the organ model maintaining step if the organ model is maintained only by immersing it in a liquid or gel, it is relatively easy to maintain the organ model in substantially the same manner as the in-vivo mode.
  • the organ model is immersed in a liquid having a specific gravity substantially equal to the organ model.
  • the liquid may be gelled.
  • the internal organ model verification system according to the present invention has the following configuration.
  • An organ model maintenance mechanism that maintains an organ model (made of resin) created based on organ 3D data, which is shape 3D data of a body organ of a subject, in a manner that is substantially the same as that in the body of the body organ. .
  • An organ model measuring device that measures the organ model maintained by the organ model maintaining mechanism and outputs model 3D data as shape 3D data thereof.
  • a comparison unit for recognizing and outputting a difference between the internal organ shape indicated by the organ 3D data and the organ model shape indicated by the model 3D data.
  • the organ model maintenance mechanism there can be exemplified a mechanism that includes a container that accommodates a liquid or gel therein and maintains the aspect by immersing the organ model in the liquid or gel. .
  • the effect of the present invention is particularly remarkable when the organ model is made of a soft resin and is soft enough to be deformed by placement.
  • the present invention described above is the first to incorporate the concept of validation into a patient-specific organ model used for medical simulation or the like. According to the present invention, even if a patient-specific organ model is defective for some reason, the shape of the organ model is reverse-measured and output so that it can be compared with the shape based on the measured 3D data of the internal organs. Therefore, the defect site of the organ model can be easily and reliably found. As a result, the quality of the created organ model can be secured to a higher level, and not only the reliability of the medical simulation using this organ model is improved, but also the actual operation and treatment can be performed. It becomes possible to contribute to accuracy improvement and shortening of time.
  • the whole schematic diagram which shows the verification system and production system of a body organ model in one Embodiment of this invention.
  • the verification system 100 in this embodiment is used for quality verification of a body organ model A created by simulating a predetermined body organ of a patient (for example, the heart of a patient).
  • the production system 200 for producing the internal organ model A will be briefly described first, and then the verification system 100 will be described in detail.
  • ⁇ System 200 for producing internal organ model A> the production system 200 creates an organ model A that simulates the shape of the internal organ based on the shape 3D data indicating the three-dimensional shape of the internal organ to be operated on by the patient. .
  • the manufacturing system 200 has the following configuration. (1) Based on the organ 3D data, which is the shape 3D data obtained by measuring the internal organ with the internal organ measuring instrument 300 such as a CT scanner, a block material made of hard resin is cut out, and the internal organ A primary model manufacturing machine 21 such as a 3D printer or a laser processing machine for manufacturing a primary model B simulating a shape. (2) A mold manufacturing machine 22 that manufactures a manufacturing mold C by using the primary model B. (3) A molding machine 23 for producing the organ model A by injecting or vacuum-injecting a soft resin into the production mold C.
  • the organ 3D data which is the shape 3D data obtained by measuring the internal organ with the internal organ measuring instrument 300 such as a CT scanner, a block material made of hard resin is cut out, and the internal organ
  • a primary model manufacturing machine 21 such as a 3D printer or a laser processing machine for manufacturing a primary model B simulating a shape.
  • Patent Document 1 Details of the manufacturing system 200 are described in Patent Document 1, and the description of Patent Document 1 is fully incorporated herein.
  • the soft resin has the same softness, texture, and weight as an actual internal organ, and the organ model A thus produced is very similar to an actual internal organ.
  • the verification system 100 in the present embodiment assists in verifying whether the shape of the organ model A is consistent with the shape of an actual internal organ.
  • FIG. It has a configuration.
  • An organ model maintenance mechanism 11 that maintains the organ model A in substantially the same manner as the maintenance mode of the corresponding internal organ in the body.
  • An organ model measuring device 12 that measures the shape of the organ model A that maintains the form.
  • Model 3D data obtained from the output data of the organ model measuring instrument 12 is acquired, and the difference between the internal organ shape indicated by the organ 3D data and the organ model shape indicated by the model 3D data is displayed in a recognizable manner.
  • Information processing apparatus 13 to output.
  • the organ model maintaining mechanism 11 includes a container 11a and a liquid 11b stored in the container 11a, and the organ model A can be immersed and immersed in the liquid 11b. .
  • the container 11a has a housing shape such as a rectangular parallelepiped or a cylinder with an opening (not shown) for taking in and out the liquid 11b and the organ model A formed therein, and an organ model measuring instrument described later. 12 is formed of a material that does not interfere with the measurement by 12.
  • the organ model measuring instrument 12 is an X-ray CT scanner, a material (for example, a resin or a metal thin plate) that substantially transmits X-rays as scanning lines is used as the container 11a.
  • the material of the container 11a is not necessarily transparent, but in order to visually recognize the aspect of the internal organ model A, a transparent material is preferable.
  • the liquid 11b has substantially the same specific gravity as the organ model A, and the organ model A buried and immersed in the liquid 11b is supported so that deformation due to gravity hardly occurs. This is to provide the organ model A with almost the same support force as that of the internal organ in the human body, and in this way, in a manner similar to that in the case where the internal organ is in the body, in other words, In form, the organ model A will be maintained.
  • the “substantially the same specific gravity” refers to a specific gravity in which the specific gravity of the liquid 11b with respect to the specific gravity of the organ model A is in the range of ⁇ 5%, in the range of ⁇ 3%, or in the range of ⁇ 1%.
  • the organ model measuring instrument 12 is an X-ray CT scanner as described above.
  • the X-ray CT scanner 12 is, for example, for industrial use, and irradiates X-rays from a measurement chamber 12a in which a measurement target is accommodated and one side surface of the measurement target installed at a predetermined position in the measurement chamber 12a.
  • the head 12b and the head 12b are arranged opposite to each other with the measurement object interposed therebetween, and a detector 12c that receives X-rays emitted from the head 12b and transmitted through the measurement object, and the shape of the measurement object from the output signal value of the detector 12c.
  • a 3D data calculation unit 12d that calculates 3D data.
  • the 3D data calculation unit 12d is configured by an analog / digital hybrid circuit, and includes a CPU, a memory, an I / O port, an AD converter, an amplifier, and the like (not shown).
  • the head 12b and the detector 12c do not move, the measurement object is placed on a rotating table 12e provided in the measurement chamber 12a, and the measurement object rotates with X-ray irradiation. Is configured to do.
  • the information processing apparatus 13 is a so-called general-purpose computer including a CPU, a memory, an IO port, an input unit, a display, and the like, and a predetermined program (hereinafter referred to as a comparison program) is stored in a predetermined area of the memory as a so-called application or software. Is stored (installed). By starting the comparison program, the information processing apparatus 13 exhibits a function as a comparison unit described later.
  • the operator first immerses the organ model A in the liquid 11b of the container 11a almost completely to make it floating or floating.
  • the liquid 11b is gelled or solidified by adding a drug to the liquid 11b.
  • the organ model A is fixed so as not to move in the container 11a.
  • Model 3D data can be obtained by editing the measurement data or directly.
  • the organ model A is taken out from the container 11a and removed by melting the gel.
  • the information processing apparatus 13 activates the comparison program. As a result, the information processing apparatus 13 starts an operation as a comparison unit.
  • the information processing device 13 requests input of the organ 3D data and the model 3D data.
  • the information processing apparatus 13 accesses the storage location and acquires each 3D data.
  • Each 3D data is stored in a memory of the information processing device 13, a portable memory such as a USB memory, or another computer.
  • the information processing device 13 may, for example, send each 3D data to another computer. In some cases, it is accessed via a LAN or the like, and when it is stored in the portable memory, the portable memory that is physically plugged in is accessed.
  • the information processing apparatus 13 compares the shape of the internal organ indicated by the organ 3D data with the shape of the organ model A indicated by the model 3D data.
  • the shape is different from the internal organ shape. The part which is present is extracted.
  • the information processing apparatus 13 aligns the postures by making the specific points common to the organ model shape and the internal organ shape approximately coincide with each other, and performs alignment.
  • the term “substantially coincides” refers to a state where the sum of absolute values of positional deviations between a plurality of specific points is minimized, a state where the total value is below a predetermined threshold, and the like. This alignment is performed almost automatically, but can be finely adjusted finally by an operator's input. Then, the coordinates of all corresponding parts of each shape are compared, and the comparison data is displayed on the screen.
  • each part refers to a unit unit such as a polygon that forms the surface of the shape.
  • the comparison data is displayed in either or both of numerical format and image format.
  • a display example in numerical format will be described.
  • a table is displayed in which the difference from the internal organ shape in the organ model shape in each part is indicated by a numerical value.
  • This table can be rearranged in ascending / descending order, for example.
  • the distribution of differences between the parts can be represented by a graph, or the standard deviation can be calculated and displayed.
  • the information processing apparatus 13 automatically makes a primary determination as to whether or not the shape difference of the organ model A is within an allowable range (whether or not the quality is acceptable), and this can be displayed.
  • the comparison unit performs a predetermined calculation (for example, sum of squares) on each difference value, displays the value, and determines the pass / fail by whether the value exceeds a predetermined threshold, This is displayed.
  • Examples of display in the image format include FIG. 6 and FIG.
  • the organ model shape is displayed in 3D on the screen so that it can be rotated / moved by a mouse or the like, and a different part from the internal organ is colored so that the difference from the other part of the internal organ is the same Is understood at a glance.
  • the coloring is gradationized in a plurality of steps or steplessly, so that a distribution of difference in shape can be seen.
  • the part where the shape deviation from the internal organ is within a predetermined range is green, and the color changes as it differs.
  • the part protruding from the internal organ depends on the degree of protrusion. Image processing is performed such that the portion turns red and the portion recessed from the internal organ turns blue according to the degree of the depression.
  • a hollow organ such as the heart, it is necessary to verify not only the outer shape but also the inner shape. For this reason, in this embodiment, not only the shape of the outer wall surface (shown in FIG. 6) but also the shape of the lumen surface (shown in FIG. 7) can be displayed.
  • the shape of the internal organ and the shape of the organ model A subjected to image processing in this way are not shown in the figure, they can be displayed on the screen in the same posture at the same time.
  • Each shape displayed on the screen can be freely rotated, moved, or overlapped while maintaining the same posture by a mouse operation or the like.
  • the operator confirms and verifies the numerical table and image calculated by the information processing device 13, and stores, for example, only the organ model A that satisfies a predetermined standard, such as a USB memory that stores the comparison data and the automatic determination result.
  • a predetermined standard such as a USB memory that stores the comparison data and the automatic determination result.
  • the media or a printout of the media is attached and shipped to a medical institution.
  • the shape of the organ model A is reversely measured and output in a manner comparable to the shape of the internal organ.
  • the defective part of the organ model A can be easily and reliably found, and the quality can be ensured to a high level.
  • the shipped organ model A is attached with the comparison data and the result of automatic determination, a medical expert such as a doctor in a medical institution finally examines the comparison data and the like to determine the organ model A. Can be easily verified. As a result, the reliability of the medical simulation using the organ model A is improved, and it is possible to improve the accuracy and shorten the time in medical practice related to actual surgery, treatment, etc., or to avoid unexpected situations. become.
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the model measuring instrument can measure an organ model in a stationary state
  • the organ model maintaining mechanism does not necessarily need to gel or solidify the liquid.
  • the organ model is supported from a number of places by a plurality of support pillars and support lines, and the form is maintained in a state similar to that in the body organ. But you can.
  • an organ model is produced from another material such as a soft resin, a hard resin, or gypsum based on the organ 3D data without going through the molding process as in the embodiment.
  • a 3D printer using a lamination molding method a printer using a cutting method for directly cutting a block body formed of these materials, and the like can be used.
  • the shape of the organ model is reverse-measured and output so that it can be compared with the shape based on the measured 3D data of the internal organ.
  • a defective part can be easily and reliably found.
  • the quality of the created organ model can be secured to a higher level, and not only the reliability of the medical simulation using this organ model is improved, but also the actual operation and treatment can be performed. It becomes possible to contribute to accuracy improvement and shortening of time.

Abstract

被験者の体内器官を測定して得られた形状３Ｄデータである器官３Ｄデータに基づいて器官モデルＡを作製し、該器官モデルＡを前記体内器官の体内での態様と略同じ態様で維持し、態様を維持された前記器官モデルを測定してその形状３Ｄデータであるモデル３Ｄデータを取得し、前記器官３Ｄデータが示す体内器官形状と前記モデル３Ｄデータが示す器官モデル形状とを比較可能に表示出力するようにした。

Description

体内器官モデルの検証方法及び検証システム
　本発明は、体内器官モデルの検証方法に関するものである。
　近時、患者の手術対象器官（例えば心臓など）を、術前に予めＣＴなどでスキャンして形状３Ｄデータを生成し、その形状３Ｄデータに基づいてその手術対象器官を模擬した器官モデルを作製する技術（特許文献１参照）が開発されつつある。
　このようにして作製された患者固有の器官モデルを用いて、事前に診断や治療方針、術式の検討、模擬手術等（以下、これらを総称して医療シミュレーションともいう。）を行っておくことにより、実際の手術等における時間短縮や不測の事態の回避を図ることができる。
　しかして、このような器官モデルは、患者に合わせて作製されたテーラーメード的なものであり、かつ、形状３Ｄデータから３Ｄプリンタ等を用いて自動作製されるので、形状に誤りや誤差はないという固定観念があることや、たとえ形状に欠陥があっても最終的には実際の手術においてリカバーされるであろうといった先入観等があって、従来、作製された器官モデルには何ら疑義が挟まれることなく、これをそのまま用いて医療シミュレーションが行われている。
　ところが、スキャンが精度よく行われて正しい３Ｄデータが作製されていたとしても、器官モデルの作製時に、樹脂収縮や破損が生じるなどして、形状が正しく再現されないことがあることを本発明者は見出した。
　こういった場合、その形状の欠陥が明らかなものであればともかく、例えば患者の心臓に複雑先天性心疾患などがあったり、癌などによって複数器官が癒着していたりして、複雑な形状となっており、特にそれが標準的な器官形状と比べてかなり変形している場合には、器官モデルの基となる患者の対象器官自体の形状を正しく把握することがそもそも難しいわけであるから、熟練した医師といえども、作製過程において生じた器官モデルの形状欠陥に気付くことは難しい。
　また、近時では器官モデルの素材として、実際の器官と同じような柔らかさや質感を有する軟質樹脂を用いる場合があるが、このような器官モデルを例えば机の上に単に置くなどすると自身の重さで変形してしまい、３Ｄデータに示されている体内での形状と極めて比較しにくい。この点も前述した形状欠陥に気づきにくい大きな要因のひとつであろう。
　このような理由によって、器官モデルの形状誤差が看過された場合には、誤った形状の器官モデルで医療シミュレーションがなされるのであるから、実際の手術等において、前記医療シミュレーションでの知見を十分に活かすことができず、予想以上の時間が費やされたり、患者に不測の負担を与えたりするといった事態を招きかねない。
ＷＯ２０１２／００１８０３
　本発明は、実際の体内器官とは形状が異なった器官モデルが作製されることがあること、及び上述したような特定の場合において、その形状の差異が看過される可能性があることに初めて着目してなされたものである。
　そして、その主たる所期課題は、器官モデルの形状欠陥に確実かつ容易に気付くことのできる器官モデルの検証方法、及びその検証方法に用いられる検証システム等を提供することにある。
　すなわち、本発明に係る体内器官モデル検証方法は、以下のステップを有することを特徴とする。
（１）被験者の体内器官を測定して得られた形状３Ｄデータである器官３Ｄデータに基づいて、前記体内器官を模した（樹脂製の）器官モデルを作製する器官モデル作製ステップ。
（２）前記器官モデルを前記体内器官の体内での態様と略同じ態様で維持する器官モデル維持ステップ。
（３）前記器官モデル維持ステップで態様を維持された器官モデルを測定し、その形状３Ｄデータであるモデル３Ｄデータを取得するモデル３Ｄデータ測定ステップ。
（４）前記器官３Ｄデータが示す体内器官形状と、前記モデル３Ｄデータが示す器官モデル形状とを比較し、その差異を認識可能に表示出力する比較ステップ。
　前記器官モデル維持ステップにおいて、器官モデルを液体又はゲル内に浸漬することのみによって維持すれば、器官モデルを体内態様と略同じ態様に維持することが比較的容易にできる。
　測定機器によっては、器官モデルを回転させたり、移動させたりしながら、その形状を測定しなければならない場合がある。このときに器官モデルが変形したり揺動したりするのを抑制して、精度の高い測定を行うためには、前記器官モデルを、該器官モデルと略等しい比重を有する液体内に浸漬した後、該液体をゲル化するようにすればよい。
　また、本発明に係る体内器官モデル検証システムは、以下の構成を有することを特徴とする。
（１）被験者の体内器官の形状３Ｄデータである器官３Ｄデータに基づいて作製された（樹脂製の）器官モデルを、前記体内器官の体内での態様と略等しい態様で維持する器官モデル維持機構。
（２）前記器官モデル維持機構で維持されている前記器官モデルを測定してその形状３Ｄデータであるモデル３Ｄデータを出力する器官モデル測定器。
（３）前記器官３Ｄデータが示す体内器官形状と前記モデル３Ｄデータが示す器官モデル形状との差異を認識可能に出力する比較部。
　前記器官モデル維持機構の具体的態様としては、液体又はゲルを内部に収容する収容体を備え、前記液体内又はゲル内に前記器官モデルを浸漬させてその態様を維持するものを挙げることができる。
　前記器官モデルが軟質樹脂製であり、載置によって変形する程度の柔らかさを有している場合には、本発明の効果が特に顕著となる。
　以上に述べた本発明は、医療シミュレーション等に用いられる患者固有の器官モデルに、検証（バリデーション）という考え方を初めて取り入れたものである。
　そして、このような本発明によれば、患者固有の器官モデルに何らかの理由で欠陥があったとしても、器官モデルの形状をリバース測定し、体内器官の測定３Ｄデータによる形状と比較可能に出力するので、器官モデルの欠陥部位を容易かつ確実に発見することができる。
　その結果、作製された器官モデルの品質をより高いレベルに担保することができるようになり、この器官モデルを用いた医療シミュレーションの信頼性が向上するだけでなく、ひいては、実際の手術や治療の精度向上や短時間化に資することが可能になる。
本発明の一実施形態における体内器官モデルの検証システム及び作製システムを示す全体模式図。 同実施形態における作製システムの全体模式図。 同実施形態における検証システムの全体模式図。 同実施形態における器官モデル維持機構の取り扱い方法を説明する説明図。 同実施形態における比較データの数値表示例。 同実施形態における比較データの画像表示例（外壁画像）。 同実施形態における比較データの画像表示例（内腔画像）。
１００・・・体内器官モデル検証システム
Ａ・・・器官モデル
１１・・・器官モデル維持機構
１１ａ・・・収容体
１１ｂ・・・液体（ゲル）
１２・・・器官モデル測定器
１３・・・情報処理装置（比較部）
　以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
　この実施形態における検証システム１００は、図１に示すように、患者の所定の体内器官（例えば患者の心臓など）を模擬して作製された体内器官モデルＡの品質検証に用いられるものである。
　ここでは、前記体内器官モデルＡを作製する作製システム２００について先に簡単に説明し、その後、前記検証システム１００を詳述する。
＜体内器官モデルＡの作製システム２００＞
　この作製システム２００は、図２に示すように、患者の手術対象となる体内器官の立体形状を示す形状３Ｄデータに基づいて、当該体内器官の形状を模擬した器官モデルＡを作製するものである。
　より具体的に説明すると、この作製システム２００は、以下の構成を有する。
（１）ＣＴスキャナなどの体内器官測定器３００で体内器官を測定することによって得られた形状３Ｄデータである器官３Ｄデータに基づいて、硬質樹脂製のブロック材などを削り出し、前記体内器官の形状を模擬した一次モデルＢを製作する３Ｄプリンタやレーザ加工機などの一次モデル製造機２１。
（２）この一次モデルＢを利用して製作型Ｃを製造する型製造機２２。
（３）前記製造型Ｃに軟質樹脂を射出注入や真空注入し、前記器官モデルＡを作製する成型機２３。
　なお、この作製システム２００についての詳細は、前記特許文献１に記載されており、本明細書では該特許文献１の記載を全て援用する。
　前記軟質樹脂は、実際の体内器官と同じような柔らかさや質感、重量を有するものであり、このようにして作製された器官モデルＡは実際の体内器官と非常に似通ったものとなる。
＜体内器官モデルＡの検証システム１００＞
　本実施形態における検証システム１００は、前記器官モデルＡの形状が、実際の体内器官の形状と整合しているかどうかを検証する際の補助をするものであり、図３に示すように、以下の構成を有している。
（１）前記器官モデルＡを、対応する体内器官の体内での維持態様と略同じ態様に維持する器官モデル維持機構１１。
（２）態様を維持された前記器官モデルＡの形状を測定する器官モデル測定器１２。
（３）前記器官モデル測定器１２の出力データから得られたモデル３Ｄデータを取得し、前記器官３Ｄデータが示す体内器官形状と前記モデル３Ｄデータが示す器官モデル形状との差異を認識可能に表示出力する情報処理装置１３。
　以下に各部を説明する。
　器官モデル維持機構１１は、収容体１１ａとこの収容体１１ａ内に貯留された液体１１ｂとを備えたものであり、該液体１１ｂ内に前記器官モデルＡを埋没浸漬させることができるようにしてある。
　収容体１１ａは、液体１１ｂ及び前記器官モデルＡを出し入れするための開口（図示しない）が上部に形成された、直方体や円筒体などの筐体状をなすものであり、後述する器官モデル測定器１２による測定を阻害しない材質で形成されている。この実施形態では、器官モデル測定器１２はＸ線ＣＴスキャナであるため、収容体１１ａとして、走査線たるＸ線をほぼ透過する素材（例えば樹脂や金属薄板）が用いられている。なお、この収容体１１ａの素材は、必ず透明である必要はないが、内部の器官モデルＡの態様を視認するためには、透明のものが好ましい。
　液体１１ｂは、器官モデルＡと略同じ比重のものであり、当該液体１１ｂ内に埋没、浸漬させた該器官モデルＡは、重力による変形がほぼ生じないように支持される。これは、体内器官が人体内にあるのとほぼ同様な支持力が器官モデルＡに与えられるようにするためであり、このことによって、前記体内器官が体内にある場合と略同様の態様、言い換えれば形態で、器官モデルＡは維持されることとなる。なお、「略同じ比重」とは、器官モデルＡの比重に対する液体１１ｂの比重が±５％の範囲、あるいは±３％の範囲、あるいは±１％の範囲の比重である。
　器官モデル測定器１２は、前述したように、Ｘ線ＣＴスキャナである。
　このＸ線ＣＴスキャナ１２は、例えば工業用のものであり、測定対象が収容される測定室１２ａと、この測定室１２ａ内の所定位置に設置された測定対象の一側面からＸ線を照射するヘッド１２ｂと、該ヘッド１２ｂとは測定対象を挟んで対向配置され、ヘッド１２ｂから射出されて測定対象を透過したＸ線を受光するディテクタ１２ｃと、このディテクタ１２ｃの出力信号値から測定対象の形状３Ｄデータを算出する３Ｄデータ算出部１２ｄとを備えている。この３Ｄデータ算出部１２ｄは、アナログ・デジタル混成回路で構成されたものであり、図示しないが、ＣＰＵ、メモリ、Ｉ／Ｏポート、ＡＤコンバータ、増幅器など備えている。
　なお、このＸ線ＣＴスキャナ１２は、ヘッド１２ｂ及びディテクタ１２ｃは動かず、測定室１２ａ内部に設けられた回転台１２ｅ上に測定対象が載置されて、Ｘ線照射に伴って測定対象が回転するように構成されている。
　情報処理装置１３は、ＣＰＵ、メモリ、ＩＯポート、入力手段、ディスプレイなどを備えたいわゆる汎用のコンピュータであり、そのメモリの所定領域には、いわゆるアプリケーションやソフトウェアとして、所定のプログラム（以下、比較プログラムという。）が格納（インストール）されている。この比較プログラムを起動することによって、当該情報処理装置１３が後述する比較部としての機能を発揮する。
　次に、この情報処理装置（比較部）１３の機能の詳細説明を兼ねて、本検証システム１００を用いた検証方法について詳述する。
　図４に示すように、オペレータは、まず、前記収容体１１ａの液体１１ｂ内に器官モデルＡをほぼ完全に浸漬して、浮遊状態あるいは遊動状態にする。
　その後、該液体１１ｂに薬剤を添加するなどして、該液体１１ｂをゲル化乃至固形化する。このことによって、器官モデルＡは収容体１１ａ内でほぼ動かないように固定される。
　次に、器官モデルＡを収容した収容体１１ａを、器官モデル測定器１２の測定室１２ａに入れ、その形状を測定する。その測定データを編集することによって、あるいは直接的にモデル３Ｄデータが得られる。
　なお、測定後は、収容体１１ａ内から器官モデルＡを取り出して、ゲルを溶融するなどして取り除いておく。
　その一方で、情報処理装置１３においては、前記比較プログラムを起動しておく。
　このことによって、前記情報処理装置１３は、比較部としての動作を開始する。
　まず、情報処理装置１３は、前記器官３Ｄデータと前記モデル３Ｄデータとの入力を求めてくる。
　その指示にしたがってオペレータが各３Ｄデータの格納場所（フォルダ、ファイル名など）をそれぞれ指定すると、情報処理装置１３は、前記格納場所にアクセスして各３Ｄデータを取得する。
　なお、各３Ｄデータは、当該情報処理装置１３のメモリやＵＳＢメモリなどの携帯メモリ、あるいは他のコンピュータに格納されていたりするところ、情報処理装置１３は、例えば、各３Ｄデータが他のコンピュータにある場合は、ＬＡＮなどを介してそこにアクセスし、携帯メモリに格納されている場合は、物理的に差し込まれた携帯メモリにアクセスする。
　次に、情報処理装置１３は、例えば、器官３Ｄデータが示す体内器官の形状と、モデル３Ｄデータが示す器官モデルＡの形状とを比較し、器官モデルＡにおいて、体内器官形状とは形状が異なっている部位を抽出する。
　そのための演算の一例を説明しておく。
　情報処理装置１３は、例えば、器官モデル形状と体内器官形状との共通の特定点を略一致させて姿勢を互いに等しくし、位置合わせを行う。略一致とは、複数箇所の特定点同士の位置ずれの絶対値の総和が最小になった状態や、所定の閾値を下回った状態等のことである。この位置合わせについては、ほぼ自動で行われるが、最終的にオペレータの入力によって微調整することもできる。その後、各形状の全ての対応部位の座標を比較し、その比較データを画面に表示する。なお、ここでいう各部位とは、形状の表面を形成するポリゴンなどの単位ユニットのことである。
　前記比較データは、数値形式と画像形式との何れか若しくは両方で表示される。
　まず数値形式での表示例を説明する。この形式では、図５に示すように、前記各部位における器官モデル形状における体内器官形状からの差異をそれぞれ数値で示した表が表示される。この表は、例えば、差異の昇降順に並べ替えることもできる。また、各部位の差異の分布をグラフで表したり、その標準偏差を演算して表示したりすることもできる。
　さらにこの実施形態では、器官モデルＡの形状差異が許容範囲内か否か（品質合格品質か否か）の一次的判断を情報処理装置１３が自動的に行い、これを表示できるようにしてある。具体的には、例えば、前記各差異値に比較部が所定の演算（例えば二乗総和）を施し、その値を表示するとともに、該値が所定の閾値を超えたかどうかで前記合否を判定し、その旨を表示するようにしている。
　画像形式での表示例としては、例えば図６、図７を挙げる。ここでは、器官モデル形状を、マウス等による回転・移動操作可能に画面に３Ｄ表示するとともに、体内器官とは形状が異なる部位に色付けするなどして、体内器官と形状が等しい他部位との違いが一見してわかるようにしてある。
　この実施形態において色付けは複数段階あるいは無段階にグラデーション化されており、形状の差異分布を見ることができる。例えば、器官モデルＡにおいて、体内器官との形状偏差が所定範囲内にある部位は緑であり、異なるほど色が変わる、具体的には、体内器官よりも突出している部位は突出度に応じて赤くなり、体内器官よりも凹んでいる部位は凹み度に応じて青くなる、といった画像処理が施される。
　なお、心臓などのような中空の器官（臓器）の場合、外側の形状のみならず、内側の形状をも検証する必要がある。そのため、この実施形態では外壁表面の形状（図６に示す。）のみならず、内腔表面の形状（図７に示す。）をも表示できるようにしてある。
　このように画像処理された体内器官の形状と器官モデルＡの形状とは、図示しないが、それぞれを同じ姿勢で画面上に並べて同時に表示できるようにもしてある。画面に表示された各形状は、マウス操作等によって、互いに等しい姿勢を保ったまま、自在に回転させたり、移動させたり、あるいは重ね合わせたりすることができる。
　オペレータは、情報処理装置１３が演算した前記数値表や画像を確認、検証し、例えば、所定の基準を満たした器官モデルＡのみを、前記比較データや自動判断結果を格納したＵＳＢメモリなどの記憶媒体、あるいはこれをプリントアウトしたものを添付して医療機関等に出荷する。
　しかしてこのような検証システム１００であれば、患者固有の器官モデルＡに何らかの理由で欠陥があったとしても、器官モデルＡの形状をリバース測定し、体内器官の形状と比較可能に出力するので、器官モデルＡの欠陥部位を容易かつ確実に発見することができ、その品質を高いレベルに担保することができるようになる。
　また、出荷された器官モデルＡには、前記比較データや自動判断結果が添付されているので、医療機関における医師などの医療熟練者が、最終的に前記比較データ等を検討して器官モデルＡを検証することも容易にできる。
　そしてその結果、かかる器官モデルＡを用いた医療シミュレーションの信頼性が向上し、実際の手術、治療等に係る医療行為における精度向上や短時間化、あるいは、不測の事態の回避に資することが可能になる。
　なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
　例えば、モデル測定器が器官モデルを静止状態で測定できるものであれば、器官モデル維持機構において、液体をゲル化又は固形化する必要は必ずしもない。
　また、器官モデル維持機構として、液体等を用いず、複数の支柱や支持線などによって器官モデルを多数箇所から支持して、その形態を体内器官の体内での形態と同様な状態に維持するものでもよい。
　前記作製システムの他の態様としては、前記実施形態のような成型工程を経ることなく、器官３Ｄデータに基づいて、軟質樹脂や硬質樹脂、あるいは石膏などの他の素材で器官モデルを作製する構成のもの、例えば積層成形法を用いた３Ｄプリンタや、それらの素材で形成されたブロック体を直接削り出したりする切削工法を利用したものなどを挙げることができる。
　その他、本発明は上記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
　本発明によれば、患者固有の器官モデルに何らかの理由で欠陥があったとしても、器官モデルの形状をリバース測定し、体内器官の測定３Ｄデータによる形状と比較可能に出力するので、器官モデルの欠陥部位を容易かつ確実に発見することができる。
　その結果、作製された器官モデルの品質をより高いレベルに担保することができるようになり、この器官モデルを用いた医療シミュレーションの信頼性が向上するだけでなく、ひいては、実際の手術や治療の精度向上や短時間化に資することが可能になる。

Claims (6)

  1. 　被験者の体内器官を測定して得られた形状３Ｄデータである器官３Ｄデータに基づいて、該体内器官の形状を模した器官モデルを作製し、
    　該器官モデルを前記体内器官の体内での態様と略同じ態様で維持し、
    　前記態様を維持された前記器官モデルを測定してその形状３Ｄデータであるモデル３Ｄデータを取得し、
    　前記器官３Ｄデータが示す体内器官形状と、前記モデル３Ｄデータが示す器官モデル形状とを比較可能に表示出力することを特徴とする体内器官モデルの検証方法。
  2. 　前記器官モデルを、液体又はゲル内に浸漬することによって、前記体内器官の体内における態様と略同じ態様で維持することを特徴とする請求項１記載の体内器官モデルの検証方法。
  3. 　前記器官モデルを、該器官モデルと略等しい比重を有する液体内に浸漬した後、該液体をゲル化又は固形化することを特徴とする請求項２記載の体内器官モデルの検証方法。
  4. 　被験者の体内器官を測定した形状３Ｄデータである器官３Ｄデータに基づいて作製された器官モデルを、前記体内器官の体内での態様と略等しい態様で維持する器官モデル維持機構と、
    　前記器官モデル維持機構で維持されている前記器官モデルを測定してその３Ｄデータであるモデル３Ｄデータを取得する器官モデル測定器と、
    　前記器官３Ｄデータが示す体内器官形状と前記モデル３Ｄデータが示す器官モデル形状とを比較可能に表示出力する比較部とを備えていることを特徴とする体内器官モデル検証システム。
  5. 　前記器官モデル維持機構が、液体又はゲルを内部に収容する収容体を備え、前記液体内又はゲル内に前記器官モデルを浸漬させてその態様を維持するものである請求項４記載の体内器官モデル検証システム。
  6. 前記器官モデルは、軟質樹脂製のものであり、載置によって変形する程度の柔らかさを有していることを特徴とする請求項４記載の体内器官モデル検証システム。
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