JP2019153180A - 画像処理装置、３ｄ造形装置及びデータ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 解剖学的な部分よりも小さい単位で、臓器の柔らかさを正確に再現すること。【解決手段】 実施形態に係る画像処理装置は、メモリと、作成部と、出力部とを具備する。前記メモリは、被検体の臓器を示す複数のボクセルを有する１つ以上の医用３Ｄ画像を記憶する。前記作成部は、前記医用３Ｄ画像に基づいて、前記臓器の形状、硬さ、密度及び実効原子番号のうちの２つ以上を個別に略ボクセル毎に示す設計図データを作成する。前記出力部は、前記設計図データを出力する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、画像処理装置、３Ｄ造形装置及びデータ構造に関する。

近年、医療分野では、３Ｄプリンタの応用が飛躍的に進みつつある。例えば、２０１６年の米国心臓協会学術集会（ＡＨＡ２０１６）及び第１０２回北米放射線学会（ＲＳＮＡ２０１６）によれば、３Ｄプリンタにより治具及び手術デバイスを造形し、当該治具を用いた手術による手術デバイスの留置試験の研究が進められてきている。これに限らず、３Ｄプリンタにより造形した臓器を手術前の説明や練習、医学教育などに用いることが広く知られている。

ここで、最新型の３Ｄプリンタは、素材の混合比を変えることにより柔らかい造形物を作成することが可能である。素材の混合比と柔らかさとの関係は３Ｄプリンタメーカーが保有している。造形対象である臓器の柔らかさを測定する技術は画像処理メーカーなどが保有している。また、臓器ごと、又は臓器内の部分ごとに柔らかさテーブルを３Ｄプリンタに保持し、造形物の柔らかさを変更する技術が知られている。なお、ここでいう「臓器内の部分」は、臓器を構成する脂肪や血管といった解剖学的な部分を意味する。

しかしながら、この種の技術は、「臓器ごと、又は臓器内の部分ごと」よりも小さい単位で柔らかさを正しく再現できない状況にある。これに伴い、例えば「臓器ごと、又は臓器内の部分ごと」に分類できない奇形の部分を含む臓器をもつ患者については、患者ごとに部分ごとに柔らかさを正しく再現することができない。

特許第５２３９０３７号公報 特開２０１４−７４９３８号公報

発明が解決しようとする課題は、解剖学的な部分よりも小さい単位で、臓器の柔らかさを正確に再現することである。

実施形態に係る画像処理装置は、メモリと、作成部と、出力部とを具備する。前記メモリは、被検体の臓器を示す複数のボクセルを有する１つ以上の医用３Ｄ画像を記憶する。前記作成部は、前記医用３Ｄ画像に基づいて、前記臓器の形状、硬さ、密度及び実効原子番号のうちの２つ以上を個別に略ボクセル毎に示す設計図データを作成する。前記出力部は、前記設計図データを出力する。

図１は、第１の実施形態に係る画像処理装置及び３Ｄ造形装置を含む造形システムの構成例を示すブロック図である。 図２は、第１の実施形態における医用３Ｄ画像を説明するための模式図である。 図３は、第１の実施形態における硬さを示す第１画像を説明するための模式図である。 図４は、第１の実施形態における密度を示す第２画像を説明するための模式図である。 図５は、第１の実施形態における実効原子番号を示す第３画像を説明するための模式図である。 図６は、第１の実施形態における形状を示す第４画像を説明するための模式図である。 図７は、第１の実施形態の変形例における形状を示す情報を説明するための模式図である。 図８は、第１の実施形態における設計図データの構成例を説明するための模式図である。 図９は、第１の実施形態における３Ｄ造形装置の構成例を示すブロック図である。 図１０は、第１の実施形態における動作を説明するためのフローチャートである。 図１１は、第２の実施形態に係る３Ｄ造形装置の構成例を示すブロック図である。 図１２は、第２の実施形態における硬さに関する第１テーブルの構成例を示す模式図である。 図１３は、第２の実施形態における密度に関する第２テーブルの構成例を示す模式図である。 図１４は、第２の実施形態における実効原子番号に関する第３テーブルの構成例を示す模式図である。 図１５は、第２の実施形態における設計図データの構成例を説明するための模式図である。 図１６は、第２の実施形態における動作を説明するためのフローチャートである。 図１７は、第２の実施形態における動作を説明するためのフローチャートである。 図１８は、第２の実施形態における３Ｄ造形用データを説明するための模式図である。 図１９は、第２の実施形態における３Ｄ造形用データを説明するための模式図である。 図２０は、第３の実施形態に係る画像処理装置及び３Ｄ造形装置を含む造形システムの構成例を示すブロック図である。 図２１は、第３の実施形態に係る画像処理装置の構成例を示すブロック図である。 図２２は、第３の実施形態における動作を説明するためのフローチャートである。 図２３は、第３の実施形態における動作の変形例を説明するためのフローチャートである。 図２４は、第３の実施形態における他の変形例を示すブロック図である。

以下、図面を参照しながら、画像処理装置、データ構造及び３Ｄ造形装置の実施形態について詳細に説明する。以下の画像処理装置及び３Ｄ造形装置は、それぞれハードウェア構成、又はハードウェア資源とソフトウェアとの組合せ構成のいずれでも実施可能となっている。組合せ構成のソフトウェアとしては、予めネットワーク又は非一過性のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体からコンピュータにインストールされ、画像処理装置又は３Ｄ造形装置の各機能を当該コンピュータに実現させるためのプログラムが用いられる。

以下の画像処理装置は、モダリティ（医用画像診断装置）により生成された医用３Ｄ画像から設計図データを作成するためのコンピュータ装置である。画像処理装置は、モダリティに組み込まれていても良いし、モダリティとは別体のワークステーション等のコンピュータ装置であっても良い。以下、説明を簡潔に行うため、画像処理装置としては、モダリティに組み込まれている形態か、モダリティとは別体に設けた形態のいずれかの形態を例示して述べる。但し、画像処理装置は、例示しない方の形態でも実施可能である。

モダリティとしては、ＣＴ（computed tomography）装置、ＭＲＩ（magnetic resonance imaging）装置、超音波診断装置などのように、被検体をスキャンして医用３Ｄ画像を生成可能な医用画像診断装置であれば適用可能である。このようなＣＴ装置としては、スペクトラムＣＴ、ダイナミックＣＴ及びトラディショナルＣＴが適宜、使用可能となっている。また、ＭＲＩ装置としては、トラディショナルＭＲが適宜、使用可能となっている。以下の説明では、主に、ＣＴ装置をモダリティの例に挙げて述べる。

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係る画像処理装置及び３Ｄ造形装置を含む造形システムの構成例を示すブロック図である。この造形システムは、ＣＴ装置１及び３Ｄ造形装置４０が互いにネットワークＮｗを介して接続されている。

ＣＴ装置１は、ＣＴガントリ１０、寝台２０及びコンソール装置３０を備えている。

ＣＴガントリ１０は、Ｘ線管１１、Ｘ線検出器１２、回転フレーム１３、Ｘ線高電圧装置１４、ＣＴ制御装置１５、ウェッジ１６、コリメータ１７及びＤＡＳ１８を有する。

Ｘ線管１１は、Ｘ線を発生する。具体的には、Ｘ線管１１は、熱電子を発生する陰極と、陰極から飛翔する熱電子を受けてＸ線を発生する陽極とを保持する真空管を含む。Ｘ線管１１は高圧ケーブルを介してＸ線高電圧装置１４に接続されている。陰極と陽極との間には、Ｘ線高電圧装置１４により管電圧が印加される。管電圧の印加により陰極から陽極に向けて熱電子が飛翔する。陰極から陽極に向けて熱電子が飛翔することにより管電流が流れる。Ｘ線高電圧装置１４からの高電圧の印加及びフィラメント電流の供給により、陰極から陽極に向けて熱電子が飛翔し、熱電子が陽極に衝突することによりＸ線が発生される。Ｘ線管１１で発生したＸ線は、コリメータ１７を介して、例えばコーンビーム形に成形され、被検体Ｐに照射される。

Ｘ線検出器１２は、Ｘ線管１１から発生され被検体Ｐを通過したＸ線を検出し、検出されたＸ線の線量に対応した電気信号をＤＡＳ１８へと出力する。Ｘ線検出器１２は、チャネル方向に複数のＸ線検出素子が配列されたＸ線検出素子列がスライス方向（列方向、ｒｏｗ方向）に複数配列された構造を有する。Ｘ線検出器１２は、例えば、グリッド、シンチレータアレイ及び光センサアレイを有する間接変換型の検出器である。シンチレータアレイは、複数のシンチレータを有する。シンチレータは、入射Ｘ線量に応じた光量の光を出力する。グリッドは、シンチレータアレイのＸ線入射面側に配置され、散乱Ｘ線を吸収するＸ線遮蔽板を有する。光センサアレイは、シンチレータからの光の光量に応じた電気信号に変換する。光センサとしては、例えば、光電子増倍管が用いられる。なお、Ｘ線検出器１２は、入射Ｘ線を電気信号に変換する半導体素子を有する直接変換型の検出器（半導体検出器）であっても構わない。

回転フレーム１３は、Ｘ線管１１とＸ線検出器１２とを回転軸Ｚ回りに回転可能に支持する円環状のフレームである。具体的には、回転フレーム１３は、Ｘ線管１１とＸ線検出器１２とを対向支持する。回転フレーム１３は、固定フレーム（図示せず）に回転軸Ｚ回りに回転可能に支持される。ＣＴ制御装置１５により回転フレーム１３が回転軸Ｚ回りに回転することによりＸ線管１１とＸ線検出器１２とを回転軸Ｚ回りに回転させる。回転フレーム１３は、ＣＴ制御装置１５の駆動機構からの動力を受けて回転軸Ｚ回りに一定の角速度で回転する。回転フレーム１３の開口部には、画像視野（ＦＯＶ）が設定される。

なお、本実施形態では、非チルト状態での回転フレーム１３の回転軸又は寝台２０の天板の長手方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に直交し、床面に対し水平である軸方向をＸ軸方向、Ｚ軸方向に直交し、床面に対し垂直である軸方向をＹ軸方向と定義する。

Ｘ線高電圧装置１４は、変圧器（トランス）及び整流器等の電気回路を有し、Ｘ線管１１に印加する高電圧及びＸ線管１１に供給するフィラメント電流を発生する高電圧発生装置と、Ｘ線管１１が照射するＸ線に応じた出力電圧の制御を行うＸ線制御装置とを有する。高電圧発生装置は、変圧器方式であってもよいし、インバータ方式であっても構わない。Ｘ線高電圧装置１４は、ＣＴガントリ１０内の回転フレーム１３に設けられてもよいし、ＣＴガントリ１０内の固定フレーム（図示しない）に設けられても構わない。

ウェッジ１６は、被検体Ｐに照射されるＸ線の線量を調節する。具体的には、ウェッジ１６は、Ｘ線管１１から被検体Ｐへ照射されるＸ線の線量が予め定められた分布になるようにＸ線を減衰する。例えば、ウェッジ１６としては、ウェッジフィルタ（wedge filter）やボウタイフィルタ（bow-tie filter）等のアルミニウム等の金属板が用いられる。

コリメータ１７は、ウェッジ１６を透過したＸ線の照射範囲を限定する。コリメータ１７は、Ｘ線を遮蔽する複数の鉛板をスライド可能に支持し、複数の鉛板により形成されるスリットの形態を調節する。コリメータ１７は、Ｘ線の照射範囲を限定することにより、例えば、コーンビーム形にＸ線を成形する。

ＤＡＳ１８（Data Acquisition System）は、Ｘ線検出器１２により検出されたＸ線の線量に応じた電気信号をＸ線検出器１２から読み出し、読み出した電気信号を可変の増幅率で増幅し、ビュー期間に亘り電気信号を積分することにより当該ビュー期間に亘るＸ線の線量に応じたデジタル値を有するＣＴ生データを収集する。ＤＡＳ１８は、例えば、ＣＴ生データを生成可能な回路素子を搭載したＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）により実現される。ＣＴ生データは、非接触データ伝送装置等を介してコンソール装置３０に伝送される。

ＣＴ制御装置１５は、システム制御回路３６からの制御に従いＸ線ＣＴ撮像を実行するためにＸ線高電圧装置１４やＤＡＳ１８を制御する。ＣＴ制御装置１５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等を有する処理回路と、モータ及びアクチュエータ等の駆動機構とを有する。処理回路は、ハードウェア資源として、ＣＰＵやＭＰＵ（Micro Processing Unit）等のプロセッサとＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリとを有する。また、ＣＴ制御装置１５は、ＡＳＩＣやＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＣＰＬＤ（Complex Programmable Logic Device）、ＳＰＬＤ（Simple Programmable Logic Device）により実現されてもよい。

なお、ＣＴガントリ１０は、Ｘ線発生部とＸ線検出部とが一体として被検体の周囲を回転するRotate/Rotate-Type（第３世代ＣＴ）、リング状にアレイされた多数のＸ線検出素子が固定され、Ｘ線発生部のみが被検体の周囲を回転するStationary/Rotate-Type（第４世代ＣＴ）等の様々なタイプがあり、いずれのタイプでも本実施形態へ適用可能である。

コンソール装置３０は、メモリ３１、ＣＴデータメモリ３２、ディスプレイ３３、入力インタフェース３４、画像生成回路３５、システム制御回路３６、ネットワークインタフェース３７及び処理回路３８を備えている。メモリ３１、ディスプレイ３３、入力インタフェース３４、ネットワークインタフェース３７及び処理回路３８は、画像処理装置３９を構成している。但し、本実施形態のように、画像処理装置をモダリティに組み込む場合、メモリ３１、ディスプレイ３３、入力インタフェース３４及びネットワークインタフェース３７は、コンソール装置３０の処理と、画像処理装置３９の処理との両者に用いられる。また、メモリ３１、ＣＴデータメモリ３２、ディスプレイ３３、入力インタフェース３４、画像生成回路３５、システム制御回路３６、ネットワークインタフェース３７及び処理回路３８間のデータ通信は、バス（bus）を介して行われる。また、本実施形態のように画像処理装置をモダリティに組み込む場合、システム制御回路３６を処理回路３８に含めてもよい。但し、本実施形態では、画像処理装置をモダリティと別体に設けた形態としてもよい旨の前述した説明と整合させる観点から、システム制御回路３６と処理回路３８とを別々に設けた構成例について述べている。

メモリ３１は、種々の情報を記憶するＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）、集積回路記憶装置等の記憶装置である。また、メモリ３１は、ＣＤ−ＲＯＭドライブやＤＶＤ（Digital Versatile Disc）ドライブ、フラッシュメモリ等の可搬性記憶媒体との間で種々の情報を読み書きする駆動装置等であっても良い。また、メモリ３１の保存領域は、Ｘ線ＣＴ装置１内にあってもよいし、ネットワークで接続された外部記憶装置内にあってもよい。

メモリ３１は、例えば、被検体Ｐの臓器を示す複数のボクセルを有する１つ以上の医用３Ｄ画像を記憶する。例えば図２に示すように、医用３Ｄ画像ｇ０は、付帯情報及び医用３Ｄ画像データを含んでいる。３Ｄ画像データは、ボリュームデータと呼んでもよい。医用３Ｄ画像データを構成する各々のボクセルの値は、被検体のスキャン結果から得られる。１つ以上の医用３Ｄ画像は、例えば、時系列に沿った一連の画像を含んでいてもよい。医用３Ｄ画像ｇ０としては、第１の実施形態ではＣＴ画像が用いられるものの、これに限らず、画像処理装置が設けられるモダリティに応じた医用画像が適宜、使用可能となっている。

また例えば、メモリ３１は、設計図データ、ＣＴ生データ、処理途中のデータ、表示画像、本実施形態に係る制御プログラム、テーブル、処理回路３８用のプログラム等を記憶する。

設計図データは、医用３Ｄ画像に基づいて作成され、臓器の形状、硬さ、密度及び実効原子番号のうちの２つ以上を個別に略ボクセル毎に示すデータである。「略ボクセル毎」は、「１〜数１００個程度のボクセル単位」でもよく、「１〜数ｍｍ単位」といった単位距離でもよい。例えば、ＸＹＺ方向にそれぞれ８個のボクセルを集めた場合、「略ボクセル毎」は、５１２個のボクセル単位となる。すなわち、ＸＹＺ方向にそれぞれｉ個、ｊ個、ｋ個のボクセルを集めた場合、「略ボクセル毎」は、ｉ×ｊ×ｋ個のボクセル単位となる。「略ボクセル」は、ボクセルセットと呼んでもよい。また、ボクセルの個数や距離ではなく、近い範囲の値を分類してセグメント化（区分化）することにより、略ボクセル毎に値をまとめてもよい。いずれにしても、「略ボクセル毎」に含まれるボクセルが複数個の場合、略ボクセル毎の値（代表値）を求める必要がある。略ボクセル毎の値の求め方としては、例えば、「略ボクセル毎」に含まれる複数個のボクセルの値から中央値、最大値又は最小値を抽出する抽出方法、又は当該複数個のボクセルの値から平均値を算出する算出方法などが適宜、使用可能となっている。なお、抽出方法は、ボクセルの値には基づかずに、予め設定された相対位置をもつボクセルの値を抽出してもよい。この場合、例えば「略ボクセル毎」に含まれる複数個のボクセルのうち、相対的に中央に位置するボクセルから値を抽出してもよい。一方、「略ボクセル毎」に含まれるボクセルが１個の場合、前述した抽出方法及び算出方法を実行する必要はない。設計図データは、例えば、硬さ、密度及び実効原子番号を個別に略ボクセル毎に示す３つの画像のうちの１つ以上を含むように作成されてもよい。例えば図３に示すように、硬さを示す第１画像ｇ１は、付帯情報及び３Ｄ画像データを含んでいる。第１画像ｇ１の３Ｄ画像データを構成する各々の略ボクセル毎の値は、硬さを示している。ここでいう「硬さ」は、圧力に対する変形率に対応する指標であり、「柔らかさ」と読み替えてもよい。このような「硬さ」の指標としては、例えば、弾性率、可撓性、強度、硬度（硬さ）、靱性などが適宜、使用可能となっている。弾性率は、例えば、ヤング率やポアソン比である。強度は、例えば、剛性、引張強さ、圧縮強さ、せん断強さ、などを示す。硬度としての硬さは、例えば、ビッカース硬さ、ブリネル硬さ、ロックウェル硬さ、ショア硬さ、ヌープ硬さ、モース硬さ、などを示す。靭性は、物質破壊に対する仕事量、粘り強さ、脆性（もろさ）などを示す。このような設計図データは、医用３Ｄ画像から略ボクセル毎の値（代表値）を求めた後に、略ボクセル毎の値から、指標（硬さ、密度、実効原子番号）の値を求めることにより、作成されてもよい。あるいは、設計図データは、医用３Ｄ画像の各ボクセルの指標（硬さ、密度、実効原子番号）の値を求めた後に、各ボクセルの指標の値から略ボクセル毎の値（代表値）を求めることにより、作成されてもよい。

同様に、図４に一例を示すように、密度を示す第２画像ｇ２は、付帯情報及び３Ｄ画像データを含んでいる。第２画像ｇ２の３Ｄ画像データを構成する各々の略ボクセル毎の値は、密度を示している。

同様に、図５に一例を示すように、実効原子番号を示す第３画像ｇ３は、付帯情報及び３Ｄ画像データを含んでいる。第３画像ｇ３の３Ｄ画像データを構成する各々の略ボクセル毎の値は、実効原子番号（Zeff）を示している。

また、図６に一例を示すように、形状を示す第４画像ｇ４としては、前述した医用３Ｄ画像を用いてもよい。あるいは、図７に一例を示すように、形状を示す情報ｇ４ｉとして、前述した医用３Ｄ画像の１つに対応するＳＴＬファイルを用いてもよい。補足すると、設計図データは、第４画像ｇ４又は情報ｇ４ｉを含むように作成されてもよい。第１の実施形態の設計図データは、図８に示すように、第１画像ｇ１及び第４画像を含むように作成される。

また例えば、メモリ３１は、設計図データの出力先である３Ｄ造形装置４０の仕様を記憶してもよい。３Ｄ造形装置４０の仕様は、ネットワークインタフェース３７を介して３Ｄ造形装置４０から受信され、処理回路３８からメモリ３１に書き込まれる。ここでいう３Ｄ造形装置４０の仕様は、硬さ、密度及び実効原子番号のうち、３Ｄ造形物の造形に適用可能な指標を意味している。

ＣＴデータメモリ３２は、ＣＴガントリ１０から伝送されたＣＴ生データを記憶する記憶装置である。ＣＴデータメモリ３２は、ＨＤＤやＳＳＤ、集積回路記憶装置等の記憶装置である。

ディスプレイ３３は、システム制御回路３６や処理回路３８の制御を受けて、種々の情報を表示する。例えば、ディスプレイ３３は、メモリ３１内の医用３Ｄ画像の表示データや、ユーザからの各種操作を受け付けるためのＧＵＩ（Graphical User Interface）等を出力する。ディスプレイ３３としては、例えば、ＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイ、又は当技術分野で知られている他の任意のディスプレイが適宜利用可能である。

入力インタフェース３４は、ユーザからの各種の入力操作を受け付け、受け付けた入力操作を電気信号に変換してシステム制御回路３６や処理回路３８に出力する。例えば、入力インタフェース３４は、ＣＴ生データを収集する際の収集条件や、医用３Ｄ画像を再構成する際の再構成条件、医用３Ｄ画像から設計図データを生成する際の条件、３Ｄ造形装置４０への設計図データの出力指令等をユーザから受け付ける。入力インタフェース３４としては、例えば、マウス、キーボード、トラックボール、スイッチ、ボタン、ジョイスティック、タッチパッド及びタッチパネルディスプレイ等が適宜、使用可能となっている。なお、本実施形態において、入力インタフェース３４は、マウス、キーボード、トラックボール、スイッチ、ボタン、ジョイスティック、タッチパッド及びタッチパネルディスプレイ等の物理的な操作部品を備えるものに限られない。例えば、装置とは別体に設けられた外部の入力機器から入力操作に対応する電気信号を受け取り、この電気信号を処理回路３８へ出力する電気信号の処理回路も入力インタフェース３４の例に含まれる。

画像生成回路３５は、本スキャン時のプロトコルと、ＣＴガントリ１０から伝送されたＣＴ生データとに基づいて再構成処理を行い、被検体Ｐに関するＣＴ値の空間分布を表現する医用３Ｄ画像（ＣＴ画像）を生成する。本スキャン時のプロトコルは、例えば、シングルエナジーＣＴスキャン又はデュアルエナジーＣＴスキャンを示す。画像再構成アルゴリズムとしては、ＦＢＰ（filtered back projection）法や逐次近似再構成法等の既存の画像再構成アルゴリズムが用いられれば良い。また、画像生成回路３５は、生成した医用３Ｄ画像に種々の画像処理を施す。例えば、画像生成回路３５は、医用３Ｄ画像にボリュームレンダリングや、サーフェスボリュームレンダリング、画素値投影処理、ＭＰＲ（Multi-Planer Reconstruction）処理、ＣＰＲ（Curved MPR）処理等の３次元画像処理を施して表示画像を生成する。生成した医用３Ｄ画像及び表示画像は、メモリ３１に保存される。

システム制御回路３６は、入力インタフェース３４を介してユーザから受け付けた入力操作に基づいて、メモリ４１内の制御プログラムを読み出して処理回路３８内のメモリ上に展開し、展開された制御プログラムに従ってＸ線ＣＴ装置１の各部を制御する。例えば、システム制御回路３６は、シングルエナジーＣＴスキャン又はデュアルエナジーＣＴスキャンといった本スキャン時にＣＴ撮像を行うためＣＴガントリ１０と寝台２０とを同期的に制御する。また、システム制御回路３６は、ＣＴガントリ１０による位置決めスキャンを実行可能である。システム制御回路３６は、位置決めスキャンのために、ＣＴガントリ１０と寝台２０とを同期的に制御する。また、システム制御回路３６は、画像生成回路３５の処理に応じて、表示画像等をディスプレイ３３に表示させる。

ネットワークインタフェース３７は、コンソール装置３０内の画像処理装置３９をネットワークＮｗに接続して３Ｄ造形装置４０と通信するための回路である。ネットワークインタフェース３７としては、例えば、ネットワークインタフェースカード（ＮＩＣ）が使用可能となっている。以下の説明では、画像処理装置３９及び３Ｄ造形装置４０の間の通信にネットワークインタフェース３７が介在する旨の記載を省略する。

処理回路３８は、入力インタフェース３４から出力される入力操作の電気信号に応じて画像処理装置３９の動作を制御する。例えば、処理回路３８は、ハードウェア資源として、ＣＰＵやＭＰＵ、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のプロセッサとＲＯＭやＲＡＭ等の（内部）メモリとを有する。処理回路３８は、例えばメモリ３１からプログラムを読み出し、（内部）メモリに展開されたプログラムを実行するプロセッサにより、取得機能３８１、作成機能３８２及び出力機能３８３を実行する。各機能は、処理に関するデータをディスプレイ３３に表示させる表示制御機能を含んでもよい。また、各機能は一例であり、全体として同様の機能であればよいため、全てを１つの機能にまとめてもよく、より細かい機能に分散して実施してもよい。

ここで、取得機能３８１は、医用３Ｄ画像を取得する機能であり、例えば、図示しない他のモダリティ又は画像サーバ等からネットワークＮｗを介して医用３Ｄ画像を取得してメモリ３１内に保存する。なお、本実施形態では、取得機能３８１を用いていない。

作成機能（作成部）３８２は、図２に示すように、当該医用３Ｄ画像ｇ０に基づいて、臓器の形状、硬さ、密度及び実効原子番号のうちの２つ以上を個別に略ボクセル毎に示す設計図データを作成する機能である。

例えば、作成機能３８２は、硬さ、密度及び実効原子番号を個別に略ボクセル毎に示す３つの画像ｇ１〜ｇ３のうちの１つ以上を含むように設計図データを作成してもよい。

また例えば、１つ以上の医用３Ｄ画像が時系列に沿った一連の画像を含んでいる場合に、作成機能３８２は、当該一連の画像に基づいて、臓器の周期的な運動に伴う変形量を計測することにより、硬さを示す第１画像ｇ１を得ると共に、第１画像ｇ１を含むように設計図データを作成してもよい。臓器が血管の場合、例えば、作成機能３８２は、時系列のＣＴ画像から血管を抽出して動きを補正し、血管の断面積の時間方向の変形量を計測し、構造解析を用いて血管の硬さを推定し、推定値をボクセルに含む第１画像ｇ１を生成すればよい。変形量としては、例えば、心拍等の運動に伴う臓器もしくは人体内に留置されたデバイスの変形量が使用可能となっている。具体的には例えば、変形量としては、変形量、動き量（変動量）、断面積変動量、硬さ、剛性（Stiffness）などが適宜、使用可能となっている。

詳しくは、作成機能３８２は、時系列のＣＴ画像に基づいて力学モデルを構築し、力学モデルを利用して心臓の血管についての構造流体解析を実行し、血管内の力学的指標を高精度に算出し、算出値をボクセルに含む第１画像ｇ１を生成してもよい。このような時系列のＣＴ画像に基づく力学的指標の算出には、公知の手法を用いればよい。力学的指標は、血管壁に関する力学的な指標を意味する。血管壁に関する力学的指標としては、例えば、血管壁の変位に関する指標、血管壁に生じる応力やひずみに関する指標、血管内腔に負荷される内圧分布に関する指標、血管の硬さなどをあらわす材料特性に関する指標等に分類される。血管の硬さなどをあらわす材料特性に関する指標は、血管組織の応力とひずみの関係を示す曲線の平均的な傾き等が挙げられる。力学モデルは、血管や血液の挙動を表現するための数値モデルである。力学モデルは、構造流体解析の手法に応じて異なるタイプを有している。例えば、力学モデルは、連続体力学モデルと簡易的力学モデルとに分類される。連続体力学モデルは、例えば、有限要素法（ＦＥＭ：finite element method）や境界要素法に用いられる。簡易的力学モデルは、例えば、材料力学に基づく材料力学モデルと流れ学に基づく流体力学モデルとに分類される。なお、以下の説明において特に言及しない場合、力学モデルのタイプについては特に限定しないものとする。

また、医用３Ｄ画像ｇ０がＣＴ画像を含んでいる場合に、作成機能３８２は、当該ＣＴ画像に基づいて密度を示す第２画像ｇ２を得ると共に、第２画像ｇ２を含むように設計図データを作成してもよい。ＣＴ画像から密度を算出するには、エネルギー弁別可能なスペクトラムＣＴによる公知の手法を用いればよい。

同様に、医用３Ｄ画像ｇ０がＣＴ画像を含んでいる場合に、作成機能３８２は、当該ＣＴ画像に基づいて実効原子番号を示す第３画像ｇ３を得ると共に、第３画像ｇ３を含むように設計図データを作成してもよい。ＣＴ画像から実効原子番号を算出するには、エネルギー弁別可能なスペクトラムＣＴによる公知の手法を用いればよい。

また、作成機能３８２は、形状を示す第４画像ｇ４として医用３Ｄ画像ｇ０の１つを含むように設計図データを作成してもよい。あるいは、作成機能３８２は、形状を示す情報ｇ４ｉとして医用３Ｄ画像の１つに対応するＳＴＬファイルを含むように設計図データを作成してもよい。ＳＴＬ（Standard Triangulated Language）ファイルは、３Ｄプリンタの分野で広く用いられており、ファセットと呼ばれる微小な三角形の集合により形状を近似的に表現する形式のデータ構造を有している。ＳＴＬファイルは、ファセット毎に、法線ベクトルデータと、三角形の頂点の座標とを含んでいる。なお、形状については、他の画像ｇ１〜ｇ３からでも分かるので、形状を示す第４画像ｇ４及び情報ｇ４ｉは省略してもよい。

また、作成機能３８２は、メモリ３１が設計図データの出力先である３Ｄ造形装置の仕様を更に記憶する場合に、当該仕様に適合するように設計図データを作成してもよい。この仕様は、設計図データの作成前に、作成機能（通信部）３８２が、ネットワークインタフェース３７を介して、３Ｄ造形装置４０との間で通信を実行することにより、３Ｄ造形装置４０から受信した当該仕様をメモリ３１に書き込むようにしてもよい。

このような作成機能３８２は、設計図データの出力先を含む要求の入力を契機として、設計図データを作成してもよい。設計図データの出力先としては、例えば、３Ｄ造形装置４０又はシミュレーション装置（図示せず）が適宜、使用可能となっている。出力先の３Ｄ造形装置４０としては、メタルプリンタ、有機プリンタ、無機プリンタなどの任意の３Ｄプリンタが適用可能である。

出力機能（出力部）３８３は、作成された設計図データを出力する機能である。例えば、出力機能３８３は、設計図データを出力先に向けて出力する。出力先は、前述したように、例えば、入力インタフェースにより入力された要求により指定された３Ｄ造形装置４０又はシミュレーション装置（図示せず）である。

なお、取得機能３８１、作成機能３８２及び出力機能３８３は、一つの基板の処理回路３８により実装されてもよいし、複数の基板の処理回路３８により分散して実装されてもよい。同様に、コンソール装置３０は、単一のコンソールにて複数の機能を実行するものとして説明したが、複数の機能を別々のコンソールが実行することにしても構わない。

一方、３Ｄ造形装置４０は、図９に示すように、メモリ４１、処理回路４２、造形部４３及びネットワークインタフェース４４を備えている。３Ｄ造形装置４０は、「３Ｄプリンタ」と呼んでもよい。

メモリ４１は、種々の情報を記憶するＨＤＤやＳＳＤ、集積回路記憶装置等の記憶装置である。メモリ４１は、例えば、設計図データ、処理途中のデータ、本実施形態に係るプログラムやテーブルを記憶する。

処理回路４２は、ネットワークＮｗを介して受信した命令又はデータに応じて造形部４３の動作を制御する。例えば、処理回路３８は、ハードウェア資源として、ＣＰＵやＭＰＵ、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のプロセッサとＲＯＭやＲＡＭ等のメモリとを有する。処理回路４２は、メモリに展開されたプログラムを実行するプロセッサにより、通信機能４２１及び制御機能４２２を実行可能となっている。

通信機能４２１は、ネットワークインタフェース４４を介し、画像処理装置３９の間で通信を実行する機能である。通信機能４２１は、画像処理装置３９から設計図データを受信してメモリ４１に書き込む。また、通信機能は、画像処理装置３９からの要求に基づき、３Ｄ造形装置４０の仕様を画像処理装置３９に送信してもよい。

制御機能４２２は、通信機能４２１により受信された設計図データに基づいて、造形部４３を制御する。例えば、制御機能４２２は、３Ｄ造形するときの各層の厚さに対応して、設計図データに含まれる３Ｄ画像を複数の断面画像に分割し、得られた断面画像の各々を順次、造形部４３に送出することにより、造形部４３の動作を制御する。なお、制御機能４２２は、造形部４３に設けてもよい。

造形部４３は、３Ｄ造形物を製造する公知の装置である。造形部４３は、３Ｄ造形物を造形可能であればよく、例えば、熱溶解積層方式（ＦＤＭ）、インクジェット方式（マテリアルジェッティング方式）、粉末固着方式（ＳＬＳ／ＳＬＭ）、光造形方式（ＳＬＡ）の何れを用いてもよい。造形部４３は、処理回路４２からの制御に応じて、３Ｄ造形物を造形する。造形部４３は、「造形機構部」又は「３Ｄプリンティング部」といった他の名称に読み替えてもよい。

ネットワークインタフェース４４は、３Ｄ造形装置４０をネットワークＮｗに接続して画像処理装置３９と通信するための回路である。ネットワークインタフェース４４としては、例えば、ネットワークインタフェースカード（ＮＩＣ）が使用可能となっている。以下の説明では、３Ｄ造形装置４０及び画像処理装置３９の間の通信にネットワークインタフェース４４が介在する旨の記載を省略する。

次に、以上のように構成された造形システムの動作について図１０のフローチャートを用いて説明する。

始めに、ＣＴ装置１は、スキャン計画に従って、被検体Ｐの位置決め撮影の後、ＣＴ撮影を実行し、時系列に沿って、被検体の３Ｄ医用画像を生成する。３Ｄ医用画像はメモリ３１に保存される。

次に、ステップＳＴ１において、ＣＴ装置１内の画像処理装置３９では、ユーザにより入力インタフェース３４が操作され、設計図データの出力先を含む要求が入力される。

ステップＳＴ１の後、ステップＳＴ２において、処理回路３８の作成機能３８２は、当該要求の入力を契機として、設計図データを作成する。但し、その前に、作成機能３８２は、ネットワークインタフェース３７を介して、３Ｄ造形装置４０との間で通信を実行することにより、３Ｄ造形装置４０の仕様を要求するための問い合わせ要求を３Ｄ造形装置４０に送信する。

ステップＳＴ２の後、ステップＳＴ３において、作成機能３８２は、３Ｄ造形装置４０から仕様を受信し、当該仕様をメモリ３１に書き込む。

ステップＳＴ３の後、ステップＳＴ４〜ＳＴ５において、作成機能３８２は、メモリ３１から医用３Ｄ画像を読み出す。また、作成機能３８２は、メモリ３１に記憶された当該仕様に適合するように、医用３Ｄ画像に基づいて設計図データを作成する。例えば、作成機能３８２は、医用３Ｄ画像が時系列に沿った一連の画像を含んでいる場合に、作成機能３８２は、当該一連の画像に基づいて、臓器の周期的な運動に伴う変形量を計測することにより、硬さを示す第１画像ｇ１を得る。また、作成機能３８２は、一連の医用３Ｄ画像ｇ０のうちの１つを、形状を示す第４画像ｇ４とする。しかる後、作成機能３８２は、硬さを示す第１画像ｇ１と、形状を示す第４画像ｇ４とを含む設計図データを作成する。なお、形状を示す第４画像ｇ４を含めず、形状を示すＳＴＬファイルを設計図データに含めてもよい。

ステップＳＴ５の後、ステップＳＴ６において、出力機能３８３は、作成された設計図データを、ステップＳＴ１で入力された要求内の出力先である３Ｄ造形装置４０に向けて出力する。

ステップＳＴ６の後、ステップＳＴ７において、３Ｄ造形装置４０の通信機能４２１は、画像処理装置３９から設計図データを受信してメモリ４１に書き込む。

ステップＳＴ７の後、ステップＳＴ８において、制御機能４２２は、この設計図データに基づいて、造形部４３を制御する。造形部４３は、制御機能４２２からの制御により、設計図データに基づいて、３Ｄ造形物を造形する。

上述したように本実施形態によれば、被検体の臓器を示す複数のボクセルを有する１つ以上の医用３Ｄ画像を記憶する。医用３Ｄ画像に基づいて、臓器の形状、硬さ、密度及び実効原子番号のうちの２つ以上を個別に略ボクセル毎に示す設計図データを作成する。設計図データを出力する。これにより、解剖学的な部分よりも小さい単位（略ボクセル単位）で、臓器の柔らかさを正確に再現することができる。

ここで、本実施形態によれば、例えば、臓器の形状及び硬さを個別に略ボクセル毎に示す２つの画像を含むように設計図データを作成することができる。これにより、臓器の形状及び硬さに対応して、小さい単位で臓器の柔らかさを正確に再現することができる。

また、本実施形態によれば、例えば、時系列に沿った一連の画像に基づいて、臓器の周期的な運動に伴う変形量を計測することにより、硬さを示す第１画像を得ると共に、第１画像を含むように設計図データを作成することができる。また、本実施形態によれば、例えば、形状を示す第４画像として医用３Ｄ画像の１つを含むように設計図データを作成することができる。但し、本実施形態は、説明に用いた２つの指標（硬さ及び形状）に限らず、前述した通り、形状、硬さ、密度及び実効原子番号のうちの任意の２つ以上を示す設計図データを作成するように実施して、同様の作用効果を得ることができる。このことは以下の各実施形態及び変形例でも同様である。

また、本実施形態によれば、メモリが設計図データの出力先である３Ｄ造形装置の仕様を更に記憶する場合に、仕様に適合するように設計図データを作成することができる。これにより、３Ｄ造形装置の仕様に適合しない設計図データの作成を阻止することができる。

また、本実施形態によれば、設計図データの出力先を含む要求の入力を契機として、設計図データを作成し、設計図データを出力先の３Ｄ造形装置に向けて出力することができる。これにより、設計図データを所望の３Ｄ造形装置に出力することができる。

＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態に係る画像処理装置及び３Ｄ造形装置を含む造形システムについて説明する。なお、造形システムの全体構成は、図１に示した通りである。

第２の実施形態は、第１の実施形態に比べ、図１１に示すように、３Ｄ造形装置４０の処理回路４２に、設計図データから３Ｄ造形用データを作成するためのデータ作成機能４２３が付加されている。これに伴い、３Ｄ造形装置４０内の他の構成も若干、変更されている。

例えば、メモリ４１は、被検体の臓器（造形対象物）の指標の値毎に、当該指標を近似的に表現する素材の混合比、及び当該混合比から得られた３Ｄ造形物の指標の値と当該臓器の指標の値との差分、を記憶する。具体的には、被検体の臓器が実物の臓器であり、指標が硬さ、密度及び実効原子番号であり、素材が樹脂であるとする。このとき、メモリ４１は、図１２乃至図１４に一例を示すように、硬さに関する第１テーブルＴ１、密度に関する第２テーブルＴ２、及び実効原子番号に関する第３テーブルＴ３を記憶している。なお、メモリ４１は、３つのテーブルＴ１〜Ｔ３を記憶している必要はなく、２つ以上のテーブルを記憶していればよい。

第１テーブルＴ１は、硬さ、樹脂の混合比、及び実物の硬さとの差分、を対応つけて記憶している。ここで、左列の「硬さ」は、設計図データに示される「硬さ」に対応する。中央列の「樹脂の混合比」は、左列の「硬さ」を近似的に表現する樹脂の混合比を示している。右列の「実物の硬さとの差分」は、「当該混合比から得られた３Ｄ造形物の硬さと臓器の硬さ（実物の硬さ）との差分」を示している。ここで、実物の硬さは、例えば、エラストグラフィ画像から臓器の硬さを推定する手法により、予め医用画像から推定可能である。３Ｄ造形物の硬さは、例えば以下の（i）〜（ii）に示すように、混合比から算出可能である。

（i）複数の樹脂のうちの各々の樹脂を個別にプリントしたときの硬さを実験的に取得する。取得される硬さは、樹脂の数だけある。

（ii）複数の樹脂を混合させてプリントしたときの硬さは、上記（i）で取得した各々の樹脂の硬さについて、混合比を用いて重み付け加算する。

ここで、上記推定した実物の硬さから、上記算出した３Ｄ造形物の硬さを引き算することにより、右列の「実物の硬さとの差分」を算出可能である。

第２テーブルＴ２は、密度、樹脂の混合比、及び実物の密度との差分、を対応つけて記憶している。ここで、左列の「密度」は、設計図データに示される「密度」に対応する。中央列の「樹脂の混合比」は、左列の「密度」を近似的に表現する樹脂の混合比を示している。右列の「実物の密度との差分」は、「当該混合比から得られた３Ｄ造形物の密度と臓器の密度（実物の密度）との差分」を示している。

第３テーブルＴ３は、実効原子番号、樹脂の混合比、及び実物の実効原子番号との差分、を対応つけて記憶している。ここで、左列の「実効原子番号」は、設計図データに示される「実効原子番号」に対応する。中央列の「樹脂の混合比」は、左列の「実効原子番号」を近似的に表現する樹脂の混合比を示している。右列の「実物の実効原子番号との差分」は、「当該混合比から得られた３Ｄ造形物の実効原子番号と臓器の実効原子番号（実物の実効原子番号）との差分」を示している。

補足すると、例えば３Ｄ造形物の密度が、実際の臓器の密度と近くなるように樹脂の混合比を定めた場合、樹脂の混合比は「密度が実際に近くなること」をターゲットに定めるので、その場合に３Ｄ造形物の実効原子番号や硬さなどの他のパラメータは、実際の臓器から離れることになる。この場合、「実物の密度との差分」が小さくなる一方、「実物の硬さとの差分」及び「実物の実効原子番号との差分」がそれぞれ大きくなる。同様に、３Ｄ造形物の実効原子番号が、実際の臓器の実効原子番号の実物と近くなるように樹脂の混合比を定めた場合、「実物の実効原子番号との差分」が小さくなる一方、「実物の硬さとの差分」及び「実物の密度との差分」がそれぞれ大きくなる。なお、３Ｄ造形物の用途によっては、２つのパラメータの差分が両方とも小さくなるように樹脂混合比を設定してもよい。

例えばユーザが手術練習などのために「実物の硬さとの差分」が小さい３Ｄ造形物を造形したい場合には、「硬さ」が実物と近くなるように樹脂混合比を定め、３Ｄ造形物の実効原子番号や密度の実物との差分が大きくなることを容認する。これに対し、ユーザが「実物と近いＸ線画像を撮影可能な３Ｄ造形物」を造形したい場合には、「実物の実効原子番号との差分」及び「実物の密度との差分」が小さい樹脂の混合比を選び、「実物の硬さとの差分」が大きくなることを容認するようにしてもよい。

あるいは、処理回路４２は、１つ以上の画像が個別に示す硬さ、密度及び実効原子番号の各々に対し、略ボクセル毎にメモリ内の差分を互いに比較し、比較した結果に基づいて、最小の差分に対応する硬さ、密度又は実効原子番号の値を略ボクセル毎に選択してもよい。

以上のように、硬さ、密度又は実効原子番号は、手術練習などの用途に応じてユーザが選択してもよく、差分同士の比較結果に応じて処理回路４２が選択してもよい。ユーザが選択する場合、設計図データから作成される３Ｄ造形用データには、硬さ、密度又は実効原子番号が、全てのボクセルに共通した指標として用いられる。処理回路４２が選択する場合、設計図データから作成される３Ｄ造形用データには、硬さ、密度及び実効原子番号の３種類が用いられ、略ボクセル毎に、硬さ、密度又は実効原子番号の値が割り当てられる。本実施形態では、処理回路４２が選択する場合を例に挙げて述べる。

処理回路４２の通信機能（受信部）４２１は、前述同様に、臓器の硬さ、密度及び実効原子番号を臓器の３つの指標とし、当該指標毎に、当該指標の値を略ボクセル毎に示す３つの医用３Ｄ画像のうちの２つ以上を含む設計図データを画像処理装置３９から受信する。

ここで、設計図データは、３Ｄ造形装置４０から所望の３Ｄ造形物を出力させるための３Ｄ造形データの作成に用いるデータである。図１５に一例を示すように、設計図データは複数の医用３Ｄ画像を組み合わせて構成される。医用３Ｄ画像は立方体形状のボクセルの集合として表現され、略ボクセル毎に３Ｄ空間中のその位置における指標の値が割り当てられている。例えば、第２画像ｇ２は３Ｄ造形物の密度の空間分布を表す画像であり、略ボクセル毎に指標の値として密度の値が割り当てられている。同様に、第３画像ｇ３は３Ｄ造形物の実効原子番号の分布を表す画像であり、略ボクセル毎に指標の値として「Zeff」の値が割り当てられている。どの画像にどの種類の指標の値が割り当てられているかは、各画像に付帯された付帯情報によって定義されている。なお、本実施形態では画像ごとに異なる種類の指標の値が割り当てられる例を示したが、設計図データは、この例に限定されない。例えば、設計図データが１つの医用３Ｄ画像として構成され、１つの医用３Ｄ画像の略ボクセル毎に密度や実効原子番号など複数種類の指標の値を個別に割り当ててもかまわない。設計図データのデータ構造は、複数の付帯情報と、複数の医用３Ｄ画像とを含み、３Ｄ造形装置４０のデータ作成機能４２３による比較処理、選択処理及び作成処理に用いられる。複数の付帯情報は、被検体の臓器の指標を当該臓器の硬さ、密度及び実効原子番号のうちの２つ以上としたとき、当該指標を個別に定義する。複数の医用３Ｄ画像は、付帯情報が個別に付帯され、当該指標の値を略ボクセル毎に示す。比較処理は、３Ｄ造形装置４０のデータ作成機能（比較部）４２３が、医用３Ｄ画像の各々に対し、略ボクセル毎に３Ｄ造形物の指標の値と実際の臓器の指標の値との差分を求め、各々の医用３Ｄ画像の同一位置における差分同士を比較する処理である。選択処理は、３Ｄ造形装置４０のデータ作成機能（選択部）４２３が、比較処理によって差分を比較した結果に基づいて、各々の医用３Ｄ画像の同一位置における各々の指標の値のうち、最小の差分に対応する指標の値を選択する処理である。作成処理は、３Ｄ造形装置４０のデータ作成機能（作成部）３２３が、選択処理によって選択した指標の値を当該同一位置の略ボクセルの値とした新たな３Ｄ画像を作成することにより、当該新たな３Ｄ画像を有し、３Ｄ造形物を造形するための３Ｄ造形用データを作成する処理である。

このように、３Ｄ造形用データは、設計図データ内の各々の医用３Ｄ画像の同一位置における各々の指標の値から、最小の差分に対応する指標の値を選択し、選択した指標の値を当該同一位置の略ボクセルの値とした新たな３Ｄ画像を作成することにより、作成される。３Ｄ造形用データは、３Ｄ造形物を最下層から順に造形する際には、３Ｄ画像から抽出可能な最下層から最上層までの断面画像のうち、最下層から順に１層ずつの断面画像が用いられる。

例えば図１６及び図１７に示すように、３Ｄ造形用データｄｐは、設計図データ中の複数の指標（密度及びZeff）のうち、小さい差分の方の指標（密度又はZeff）の値を略ボクセル毎に含んでいる。ここで、図１６は、３Ｄ造形用データｄｐの３Ｄ画像データと、当該３Ｄ画像データから抽出可能な最下層Ｌ_１から最上層Ｌ_ｎまでの断面画像との関係を示している。また、図１６は、３Ｄ画像データの複数の位置（図示は５箇所）の略ボクセル毎に、選択された指標の値を示している。図１７は、３Ｄ造形用データｄｐの最下層からｉ番目の層Ｌ_ｉの断面画像に関し、複数の位置（図示は９箇所）の略ボクセル毎に、選択された指標の値を示している。図１６及び図１７に示すように、３Ｄ造形用データｄｐは、各層の略ボクセル毎に、小さい差分の方の指標の値を含んでいる。なお、３Ｄ造形用データ内の３Ｄ画像は、最小の差分に対応する指標の値を略ボクセル毎に含む場合に限らず、最小の差分に対応する樹脂の混合比を略ボクセル毎に含んでもよい。

制御機能４２２は、第１の実施形態と同様である。

データ作成機能４２３は、上記比較処理、上記選択処理及び上記作成処理を実行する機能である。なお、データ作成機能４２３は、例えば、比較処理を実行する比較機能と、選択処理を実行する選択機能と、作成処理を実行する作成機能に分散して実施してもよい。

他の構成は、第１の実施形態と同様である。

次に、以上のように構成された造形システムの動作について図１８及び図１９のフローチャートを用いて説明する。

始めに、ＣＴ装置１は、例えば、デュアルエナジーＣＴスキャンを示すスキャン計画に従って、被検体Ｐの位置決め撮影の後、ＣＴ撮影を実行し、被検体の３Ｄ医用画像（ＣＴ画像）を生成する。３Ｄ医用画像はメモリ３１に保存される。

次に、ステップＳＴ１１において、ＣＴ装置１内の画像処理装置３９では、ユーザにより入力インタフェース３４が操作され、設計図データの出力先を含む要求が入力される。

ステップＳＴ１１の後、ステップＳＴ１２において、処理回路３８の作成機能３８２は、当該要求の入力を契機として、設計図データの作成を開始する。作成機能３８２は、メモリ３１から医用３Ｄ画像であるＣＴ画像を読み出す。

ステップＳＴ１２の後、ステップＳＴ１３において、作成機能３８２は、当該ＣＴ画像に基づいて密度を略ボクセル毎に示す第２画像ｇ２を得る。また、作成機能３８２は、当該ＣＴ画像に基づいて実効原子番号を略ボクセル毎に示す第３画像ｇ３を得る。しかる後、作成機能３８２は、第２画像ｇ２及び第３画像ｇ３を含むように設計図データを作成する。

ステップＳＴ１３の後、ステップＳＴ１４において、出力機能３８３は、作成された設計図データを、ステップＳＴ１で入力された要求内の出力先である３Ｄ造形装置４０に向けて出力する。

ステップＳＴ１４の後、ステップＳＴ２１において、３Ｄ造形装置４０の通信機能４２１は、画像処理装置３９から設計図データを受信してメモリ４１に書き込む。

ステップＳＴ２１の後、ステップＳＴ２２において、データ作成機能４２３は、設計図データの付帯情報に含まれる識別情報の各々に対し、略ボクセル毎に３Ｄ造形物の指標の値と臓器の指標の値との差分を比較する。具体的には、データ作成機能４２３は、同一の略ボクセル毎に、第２テーブルＴ２の「密度」の値に対応する「実物の密度との差分」の値と、第３テーブルＴ３の「実効原子番号」の値に対応する「実物の実効原子番号との差分」の値とを比較する。

ステップＳＴ２２の後、ステップＳＴ２３において、データ作成機能４２３は、比較した結果に基づいて、最小の差分に対応する指標の値を選択する。

ステップＳＴ２３の後、ステップＳＴ２４において、データ作成機能４２３は、選択した結果に基づいて、互いに異なる識別情報に対応する指標の値を混在させて含むように、３Ｄ造形物を造形するための３Ｄ造形用データを作成する。

ステップＳＴ２４の後、ステップＳＴ２５において、データ作成機能４２３は、全ての略ボクセル毎の比較が完了したか否かにより、３Ｄ造形用データの作成が完了したか否を判定する。判定の結果、否の場合には、ステップＳＴ２２に戻って処理を続ける。判定の結果、３Ｄ造形用データの作成が完了した場合には、ステップＳＴ２６に進む。

ステップＳＴ２５の後、ステップＳＴ２６において、制御機能４２２は、この設計図データに基づいて、造形部４３を制御する。造形部４３は、制御機能４２２からの制御により、設計図データに基づいて、３Ｄ造形物を造形する。

上述したように本実施形態によれば、３Ｄ造形装置において、硬さ、密度及び実効原子番号を個別に略ボクセル毎に示す３つの画像の設計図データを画像処理装置から受信する。１つ以上の画像が個別に示す硬さ、密度及び実効原子番号の各々に対し、略ボクセル毎にメモリ内の差分を比較する。比較した結果に基づいて、最小の差分に対応する硬さ、密度又は実効原子番号を選択する。選択した結果に基づいて、臓器の３Ｄ造形物を略ボクセル毎に造形するための３Ｄ造形用データを作成する。

このように、複数の指標の値のうち、最小の差分に対応する指標の値を選択的に含む３Ｄ造形用データを作成するので、第１の実施形態の効果に加え、より正確に臓器の柔らかさを再現することができる。

＜第３の実施形態＞
図２０は、第３の実施形態に係る画像処理装置及び３Ｄ造形装置を含む造形システムの構成例を示すブロック図である。

第３の実施形態は、第１又は第２の実施形態の変形例であり、画像処理装置５０がモダリティとは別体に設けられている。これに伴い、ＣＴ装置１ａは、図１に示した構成に比べ、処理回路３８の各機能３８１〜３８３が省略されている。

図２０に示す造形システムは、前述した３Ｄ造形装置４０、画像処理装置５０、ＣＴ装置１ａ、ＭＲＩ装置６０、超音波診断装置７０及びＸ線アンギオ装置７５が互いにネットワークＮｗを介して接続されている。なお、造形システムとしては、オフライン等で医用３Ｄ画像を画像処理装置５０が取得できるのであれば、ＣＴ装置１ａ、ＭＲＩ装置６０、超音波診断装置７０及びＸ線アンギオ装置７５といったモダリティ（医用画像診断装置）を省略してもよい。

ここで、画像処理装置５０は、図２１に示すように、メモリ５１、ディスプレイ５２、入力インタフェース５３、ネットワークインタフェース５４及び処理回路５５を備えている。処理回路５５は、メモリに展開されたプログラムを実行するプロセッサにより、取得機能５５１、作成機能５５２及び出力機能５５３を実行する。

メモリ５１、ディスプレイ５２、入力インタフェース５３、ネットワークインタフェース５４及び処理回路５５の構成は、前述したメモリ３１、ディスプレイ３３、入力インタフェース３４、ネットワークインタフェース３７及び処理回路３８と同様の構成である。取得機能５５１、作成機能５５２及び出力機能５５３は、前述した取得機能３８１、作成機能３８２及び出力機能３８３と同様の機能である。

ＣＴ装置１ａは、Ｘ線管から被検体に対してＸ線を照射し、当該照射されたＸ線をＸ線検出器で検出し、当該Ｘ線検出器からの出力に基づいて、被検体に関する医用３Ｄ画像（ＣＴ画像）を生成する。ＣＴ装置１ａは、生成した医用３Ｄ画像をメモリ（図示せず）に保存し、送信要求などに応じて、画像処理装置５０に送信する。このようなＣＴ装置１ａとしては、スペクトラムＣＴ、ダイナミックＣＴ及びトラディショナルＣＴが適宜、使用可能となっている。

ＭＲＩ装置６０は、静磁場中に置かれた被検体の原子核スピンをラーモア周波数の高周波（ＲＦ：radio frequency）信号で励起し、励起に伴って被検体から発生する磁気共鳴信号を再構成して医用３Ｄ画像（ＭＲ画像）を生成する。ＭＲＩ装置６０は、生成した医用３Ｄ画像をメモリ（図示せず）に保存し、送信要求などに応じて、画像処理装置５０に送信する。このようなＭＲＩ装置６０としては、トラディショナルＭＲが適宜、使用可能となっている。

超音波診断装置７０は、超音波プローブ内の振動素子から超音波パルスを被検体内に放射し、被検体内からの反射波を上記振動素子により電気信号に変換し、この電気信号に基づいて医用３Ｄ画像（ＵＬのエラストグラフィ画像）を生成する。超音波診断装置７０は、生成した医用３Ｄ画像をメモリ（図示せず）に保存し、送信要求などに応じて、画像処理装置５０に送信する。

Ｘ線アンギオ装置７５は、アームに対向配置したＸ線管及びＸ線検出器を被検体の周囲で回転させつつ、多方向から被検体の投影データを収集し、投影データを再構成することにより、ＣＴ装置１ａと同じく、医用３Ｄ画像を生成可能となっている。なお、この医用３Ｄ画像は、ＣＢＣＴ（Cone Beam CT）画像と呼んでもよい。Ｘ線アンギオ装置７５は、生成した医用３Ｄ画像をメモリ（図示せず）に保存し、送信要求などに応じて、画像処理装置５０に送信する。

次に、以上のように構成された造形システムの動作について図２２のフローチャートを用いて説明する。

始めに、ＣＴ装置１ａ、ＭＲＩ装置６０、超音波診断装置７０及びＸ線アンギオ装置７５といった各モダリティは、それぞれ被検体をスキャンして生成した医用３Ｄ画像を保存しているとする。

次に、ステップＳＴ３１において、画像処理装置５０では、ユーザにより入力インタフェース５３が操作され、設計図データの出力先を含む要求が入力される。

ステップＳＴ３１の後、ステップＳＴ３２において、処理回路５５の取得機能５５１は、当該要求の入力を契機として、ネットワークインタフェース５４を介して、複数のモダリティに対して医用３Ｄ画像の取得要求を送信する。この取得要求は、例えば、ＣＴ装置１ａ及びＭＲＩ装置６０に送信される。

ステップＳＴ３２の後、ステップＳＴ３３において、取得機能５５１は、ＣＴ装置１ａ及びＭＲＩ装置６０からそれぞれ医用３Ｄ画像を受信し、当該医用３Ｄ画像をメモリ５１に書き込む。

ステップＳＴ３３の後、ステップＳＴ３４において、取得機能５５１は、設計図データを作成するための前処理として、当該書き込んだ医用３Ｄ画像同士の位置合わせ処理を実行する。位置合わせ処理は、レジストレーション(Registration)処理とも呼ばれ、撮影対象物が同一であって、異なる撮像状況で得られた画像同士の解剖学的位置関係が同じになるように、画像同士の位置（及び画像に割り当てる座標系）を揃えるための処理である。ここでいう「異なる撮像状況」は、同一のモダリティを用いた異なる条件下での撮像状況、又は異なるモダリティを用いた撮像状況、を意味している。なお、第１の実施形態のように、同一の撮像状況で得られた画像同士の場合、位置合わせ処理は不要である。また、レジストレーション処理としては、剛体レジストレーション及び非剛体レジストレーションが適宜、使用可能となっている。剛体レジストレーションは、例えば、２つの画像の形状同士を比較して、両者の形状が一致するように一方の画像の回転・平行移動・拡大縮小を実行する処理である。非剛体レジストレーションは、例えば、２つの画像の形状同士を比較して、両者の形状が一致するように一方の画像を歪ませる処理である。位置合わせ処理が完了すると、取得機能５５１は、位置合わせ処理後の医用３Ｄ画像をメモリ５１に書き込む。

ステップＳＴ３４の後、ステップＳＴ３５において、作成機能５５２は、メモリ５１内の位置合わせ処理後の医用３Ｄ画像に基づいて設計図データを作成する。例えば、作成機能５５２は、ＭＲＩ装置６０から取得した医用３Ｄ画像が時系列に沿った一連の画像を含んでいる場合に、当該一連の画像に基づいて、臓器の周期的な運動に伴う変形量を計測することにより、硬さを示す第１画像ｇ１を得る。あるいは、作成機能５５２は、超音波診断装置７０から取得した医用３Ｄ画像（エラストグラフィ画像）に基づいて、硬さを示す第１画像ｇ１を得る。また、作成機能５５２は、ＣＴ装置１ａから取得した医用３Ｄ画像（ＣＴ画像）から密度を示す第２画像ｇ２（又は実効原子番号を示す第３画像ｇ３）を得る。あるいは、作成機能５５２は、ＭＲＩ装置６０から取得した医用３Ｄ画像（ＭＲ画像）から実効原子番号を示す第３画像ｇ３を得る。さらに、作成機能５５２は、Ｘ線アンギオ装置７５から取得した医用３Ｄ画像から形状を示す第４画像ｇ４を得る。

すなわち、作成機能５５２は、設計図データを作成する際に、各モダリティの医用３Ｄ画像から計測が得意な種類のパラメータを抜き出す。例えば、形状データをＸ線アンギオ装置７５の医用３Ｄ画像から取得し、硬さ情報をＣＴ画像又はエラストグラフィ画像から取得し、実効原子番号をＭＲ画像から取得する。これにより、作成機能５５２は、第１画像ｇ１乃至第４画像ｇ４のうち、任意の複数の画像を含む設計図データを作成する。

本実施形態の例では、作成機能５５２は、硬さを示す第１画像ｇ１と、密度を示す第２画像ｇ２とを含む設計図データを作成する。

ステップＳＴ３５の後、ステップＳＴ３６において、出力機能５５３は、作成された設計図データを、ステップＳＴ３１で入力された要求内の出力先である３Ｄ造形装置４０に向けて出力する。

ステップＳＴ３６の後、３Ｄ造形装置４０は、前述したステップＳＴ７〜ＳＴ８と同様に処理を実行する。

上述したように本実施形態によれば、画像処理装置をモダリティとは別体に設けた構成としても、第１の実施形態と同様に、被検体の臓器を示す複数のボクセルを有する１つ以上の医用３Ｄ画像を記憶する。医用３Ｄ画像に基づいて、臓器の形状、硬さ、密度及び実効原子番号のうちの２つ以上を個別に略ボクセル毎に示す設計図データを作成する。設計図データを出力する。これにより、解剖学的な部分よりも小さい単位（略ボクセル単位）で、臓器の柔らかさを正確に再現することができる。

補足すると、第１の実施形態では、モダリティ内において、医用３Ｄ画像の記憶から設計図データの作成までの処理を実行している。これに対し、第３の実施形態では、別体のモダリティから医用３Ｄ画像を取得することにより、画像処理装置内において、医用３Ｄ画像の記憶から設計図データの作成までの処理を実行している。

なお、第３の実施形態は、図２３に示すように、変形してもよい。すなわち、ステップＳＴ３２に代えて、ステップＳＴ２〜ＳＴ３と同様に、３Ｄ造形装置４０から仕様を取得し（ステップＳＴ３２−１〜ＳＴ３２−２）、当該仕様に応じて、複数のモダリティに医用３Ｄ画像の取得要求を送信してもよい（ステップＳＴ３２−３）。他のステップＳＴ３１，ＳＴ３３〜ＳＴ３６は、前述同様である。このような変形例によれば、第３の実施形態の効果に加え、３Ｄ造形装置の仕様に適合しない設計図データの作成を阻止することができる。

また、第３の実施形態は、図２４に示すように、変形してもよい。すなわち、設計図データの出力先を３Ｄ造形装置４０に代えて、ネットワークＮｗに接続されたシミュレーション装置８０としてもよい。シミュレーション装置８０としては、例えば、臓器の柔らかさを再現する必要がある観点から、数値流体力学（ＣＦＤ：computed flow dynamics）を用いて流体解析を行う装置が好ましい。この場合、画像処理装置５０は、各モダリティから取得した医用３Ｄ画像から設計図データを作成し、当該設計図データをシミュレーション装置８０に向けて出力する。シミュレーション装置８０は、設計図データに含まれる第１画像ｇ１、第２画像ｇ２又は第３画像ｇ３を表示し、適宜、シミュレーション処理を実行する。このような変形例によれば、第３の実施形態の効果に加え、解剖学的な部分よりも小さい単位（略ボクセル単位）で、臓器の柔らかさを正確に再現した指標の画像を表示することができる。また、シミュレーションの精度の向上を期待することができる。

また、第３の実施形態及びその各変形例は、第１の実施形態に限らず、第２の実施形態に適用することにより、第２及び第３の実施形態の両方の効果を得ることができる。

以上述べた少なくとも一つの実施形態によれば、被検体の臓器を示す複数のボクセルを有する１つ以上の医用３Ｄ画像を記憶する。医用３Ｄ画像に基づいて、臓器の形状、硬さ、密度及び実効原子番号のうちの２つ以上を個別に略ボクセル毎に示す設計図データを作成する。設計図データを出力する。これにより、解剖学的な部分よりも小さい単位（略ボクセル単位）で、臓器の柔らかさを正確に再現することができる。

上記説明において用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ(Graphics Processing Unit)、或いは、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ））、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device：ＣＰＬＤ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（Field Programmable Gate Array：ＦＰＧＡ））等の回路を意味する。プロセッサはメモリに保存されたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、メモリにプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むよう構成しても構わない。この場合、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、各実施形態の各プロセッサは、プロセッサごとに単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて１つのプロセッサとして構成し、その機能を実現するようにしてもよい。さらに、図１、図９及び図２１における複数の構成要素を１つのプロセッサへ統合してその機能を実現するようにしてもよい。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

３１，４１，５１ メモリ
３３，５２ ディスプレイ
３４，５３ 入力インタフェース
３７，４４，５４ ネットワークインタフェース
３８，４２，５５ 処理回路
３８１，５５１ 取得機能
３８２，５５２ 作成機能
３８３，５５３ 出力機能
３９，５０ 画像処理装置
４０ ３Ｄ造形装置
４２１ 通信機能
４２２ 制御機能
４２３ データ作成機能
４３ 造形部
８０ シミュレーション装置
Ｐ 被検体

Claims (12)

1. 被検体の臓器を示す複数のボクセルを有する１つ以上の医用３Ｄ画像を記憶するメモリと、
   前記医用３Ｄ画像に基づいて、前記臓器の形状、硬さ、密度及び実効原子番号のうちの２つ以上を個別に略ボクセル毎に示す設計図データを作成する作成部と、
   前記設計図データを出力する出力部と
   を具備する画像処理装置。
2. 前記作成部は、前記硬さ、前記密度及び前記実効原子番号を個別に略ボクセル毎に示す３つの画像のうちの１つ以上を含むように前記設計図データを作成する、請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記１つ以上の医用３Ｄ画像は、時系列に沿った一連の画像を含んでおり、
   前記作成部は、前記一連の画像に基づいて、前記臓器の周期的な運動に伴う変形量を計測することにより、前記硬さを示す第１画像を得ると共に、前記第１画像を含むように前記設計図データを作成する、請求項２に記載の画像処理装置。
4. 前記医用３Ｄ画像はＣＴ画像を含んでおり、
   前記作成部は、前記ＣＴ画像に基づいて前記密度を示す第２画像を得ると共に、前記第２画像を含むように前記設計図データを作成する、請求項２又は３に記載の画像処理装置。
5. 前記医用３Ｄ画像はＣＴ画像を含んでおり、
   前記作成部は、前記ＣＴ画像に基づいて前記実効原子番号を示す第３画像を得ると共に、前記第３画像を含むように前記設計図データを作成する、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の画像処理装置。
6. 前記作成部は、前記形状を示す第４画像として前記医用３Ｄ画像の１つを含むように前記設計図データを作成する、請求項２乃至５のいずれか一項に記載の画像処理装置。
7. 前記作成部は、前記形状を示す情報として前記医用３Ｄ画像の１つに対応するＳＴＬファイルを含むように前記設計図データを作成する、請求項２乃至５のいずれか一項に記載の画像処理装置。
8. 前記メモリは、前記設計図データの出力先である３Ｄ造形装置の仕様を更に記憶し、
   前記作成部は、前記仕様に適合するように前記設計図データを作成する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の画像処理装置。
9. 前記３Ｄ造形装置との間で通信を実行することにより、前記３Ｄ造形装置から受信した前記仕様を前記メモリに書き込む通信部、を備えた請求項８に記載の画像処理装置。
10. 前記作成部は、前記設計図データの出力先を含む要求の入力を契機として、前記設計図データを作成し、
    前記出力部は、前記設計図データを前記出力先に向けて出力し、
    前記出力先は、３Ｄ造形装置又はシミュレーション装置である、
    請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の画像処理装置。
11. 被検体の臓器の指標の値毎に、前記指標を近似的に表現する素材の混合比、及び前記混合比から得られた３Ｄ造形物の指標の値と前記臓器の指標の値との差分、を記憶するメモリと、
    前記臓器の硬さ、密度及び実効原子番号を前記臓器の３つの指標とし、前記指標毎に、当該指標の値を略ボクセル毎に示す３つの医用３Ｄ画像のうちの２つ以上を含む設計図データを画像処理装置から受信する受信部と、
    前記設計図データ内の医用３Ｄ画像の各々に対し、前記略ボクセル毎に前記メモリ内の差分を求め、前記各々の医用３Ｄ画像の同一位置における差分同士を比較する比較部と、
    前記比較した結果に基づいて、前記同一位置における各々の指標の値のうち、最小の差分に対応する前記指標の値を選択する選択部と、
    前記選択した指標の値を当該同一位置の略ボクセルの値とした新たな３Ｄ画像を作成することにより、前記新たな３Ｄ画像を有し、前記臓器の３Ｄ造形物を造形するための３Ｄ造形用データを作成する作成部と、
    を具備する３Ｄ造形装置。
12. ３Ｄ造形物を造形する３Ｄ造形装置に用いられる設計図データのデータ構造であって、
    被検体の臓器の指標を前記臓器の硬さ、密度及び実効原子番号のうちの２つ以上としたとき、前記指標を個別に定義する複数の付帯情報と、
    前記付帯情報が個別に付帯され、前記指標の値を略ボクセル毎に示す複数の医用３Ｄ画像と、
    を含み、
    前記３Ｄ造形装置の比較部が、前記医用３Ｄ画像の各々に対し、前記略ボクセル毎に前記３Ｄ造形物の指標の値と前記臓器の指標の値との差分を求め、前記各々の医用３Ｄ画像の同一位置における差分同士を比較する比較処理と、
    前記３Ｄ造形装置の選択部が、前記比較した結果に基づいて、前記同一位置における各々の指標の値のうち、最小の差分に対応する前記指標の値を選択する選択処理と、
    前記３Ｄ造形装置の作成部が、前記選択した指標の値を当該同一位置の略ボクセルの値とした新たな３Ｄ画像を作成することにより、前記新たな３Ｄ画像を有し、前記臓器の３Ｄ造形物を造形するための３Ｄ造形用データを作成する作成処理と、
    に用いられる、設計図データのデータ構造。