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特許6937187乳房形状変化予測方法、乳房形状変化予測システム、及び乳房形状変化予測プログラム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6937187
(24)【登録日】2021年9月1日
(45)【発行日】2021年9月22日
(54)【発明の名称】乳房形状変化予測方法、乳房形状変化予測システム、及び乳房形状変化予測プログラム
(51)【国際特許分類】
A61B 34/10 20160101AFI20210909BHJP
【ＦＩ】
A61B34/10
【請求項の数】4
【全頁数】19
(21)【出願番号】特願2017-157284(P2017-157284)
(22)【出願日】2017年8月16日
(65)【公開番号】特開2018-33951(P2018-33951A)
(43)【公開日】2018年3月8日
【審査請求日】2020年7月21日
(31)【優先権主張番号】特願2016-163193(P2016-163193)
(32)【優先日】2016年8月24日
(33)【優先権主張国】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】502362046
【氏名又は名称】五十嵐 顕寿
(73)【特許権者】
【識別番号】516254212
【氏名又は名称】武石 明精
(73)【特許権者】
【識別番号】516254108
【氏名又は名称】古田 実
(74)【代理人】
【識別番号】100156867
【弁理士】
【氏名又は名称】上村 欣浩
(72)【発明者】
【氏名】五十嵐 顕寿
【審査官】
小宮 寛之
(56)【参考文献】
【文献】
特表２００１−５１１６９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
国際公開第２０１５／０４４１８４（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ａ６１Ｂ ３４／１０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
患部摘出に伴う乳房の形状変化を予測するための乳房形状変化予測方法であって、
乳房部分と胸部分とを含む乳房モデルと、該乳房モデルに含まれる患部モデルとを特定する乳房モデル・患部モデル特定ステップと、
前記乳房モデルの外表面を複数の領域に区画して、前記乳房部分における該領域の境界に動作点を設定する一方、前記乳房部分と前記胸部分との境界に二以上の固定点を設定する動作点・固定点設定ステップと、
前記患部モデルの重心を算出する重心算出ステップと、
前記重心と前記固定点のそれぞれとを結ぶ二以上の固定ベクトルを算出するとともにこれらの固定ベクトルの合成ベクトルである移動方向ベクトルを算出する固定ベクトル・移動方向ベクトル算出ステップと、
前記重心を通って前記移動方向ベクトルに平行な直線である移動方向線と前記患部モデルの境界との交点を作用点と設定する作用点設定ステップと、
前記動作点と前記作用点とを直線で結んだ張力線の長さである張力線全長を算出するとともに、該張力線と前記患部モデルの境界との交点から該作用点に至る長さである張力線部分長を算出する張力線全長・張力線部分長算出ステップと、
前記張力線全長に対する前記張力線部分長の割合に応じて前記動作点を前記張力線に沿って移動させる動作点移動ステップと、
移動後の前記動作点を相互につないだ領域によって形成される外表面を、患部が摘出された後の乳房モデルの外表面として特定する外表面特定ステップと、を備える乳房形状変化予測方法。
乳房部分と胸部分とを含む乳房モデルと、該乳房モデルに含まれる患部モデルとを特定する乳房モデル・患部モデル特定ステップと、
前記乳房モデルの外表面を複数の領域に区画して、前記乳房部分における該領域の境界に動作点を設定する一方、前記乳房部分と前記胸部分との境界に二以上の固定点を設定する動作点・固定点設定ステップと、
前記患部モデルの重心を算出する重心算出ステップと、
前記重心と前記固定点のそれぞれとを結ぶ二以上の固定ベクトルを算出するとともにこれらの固定ベクトルの合成ベクトルである移動方向ベクトルを算出する固定ベクトル・移動方向ベクトル算出ステップと、
前記重心を通って前記移動方向ベクトルに平行な直線である移動方向線と前記患部モデルの境界との交点を作用点と設定する作用点設定ステップと、
前記動作点と前記作用点とを直線で結んだ張力線の長さである張力線全長を算出するとともに、該張力線と前記患部モデルの境界との交点から該作用点に至る長さである張力線部分長を算出する張力線全長・張力線部分長算出ステップと、
前記張力線全長に対する前記張力線部分長の割合に応じて前記動作点を前記張力線に沿って移動させる動作点移動ステップと、
移動後の前記動作点を相互につないだ領域によって形成される外表面を、患部が摘出された後の乳房モデルの外表面として特定する外表面特定ステップと、を備える乳房形状変化予測方法。
【請求項2】
前記乳房モデル・患部モデル特定ステップでは、前記患部モデルを複数特定し、
それぞれの患部モデル毎に前記重心算出ステップ、前記固定ベクトル・移動方向ベクトル算出ステップ、前記作用点設定ステップ、前記張力線全長・張力線部分長算出ステップを実行し、
前記動作点移動ステップでは、それぞれの患部モデル毎に、前記張力線全長に対する前記張力線部分長の割合に応じた大きさであって前記張力線に沿う向きの張力線ベクトルを算出し、更にこれら張力線ベクトルの合成ベクトルである合成張力線ベクトルを算出して、該合成張力線ベクトルに基づいて前記動作点を移動させる請求項１に記載の乳房形状変化予測方法。
それぞれの患部モデル毎に前記重心算出ステップ、前記固定ベクトル・移動方向ベクトル算出ステップ、前記作用点設定ステップ、前記張力線全長・張力線部分長算出ステップを実行し、
前記動作点移動ステップでは、それぞれの患部モデル毎に、前記張力線全長に対する前記張力線部分長の割合に応じた大きさであって前記張力線に沿う向きの張力線ベクトルを算出し、更にこれら張力線ベクトルの合成ベクトルである合成張力線ベクトルを算出して、該合成張力線ベクトルに基づいて前記動作点を移動させる請求項１に記載の乳房形状変化予測方法。
【請求項3】
患部摘出に伴う乳房の形状変化を予測するための乳房形状変化予測システムであって、
乳房部分と胸部分とを含む乳房モデルと、該乳房モデルに含まれる患部モデルとを特定する乳房モデル・患部モデル特定手段と、
前記乳房モデルの外表面を複数の領域に区画して、前記乳房部分における該領域の境界に動作点を設定する一方、前記乳房部分と前記胸部分との境界に二以上の固定点を設定する動作点・固定点設定手段と、
前記患部モデルの重心を算出する重心算出手段と、
前記重心と前記固定点のそれぞれとを結ぶ二以上の固定ベクトルを算出するとともにこれらの固定ベクトルの合成ベクトルである移動方向ベクトルを算出する固定ベクトル・移動方向ベクトル算出手段と、
前記重心を通って前記移動方向ベクトルに平行な直線である移動方向線と前記患部モデルの境界との交点を作用点と設定する作用点設定手段と、
前記動作点と前記作用点とを直線で結んだ張力線の長さである張力線全長を算出するとともに、該張力線と前記患部モデルの境界との交点から該作用点に至る長さである張力線部分長を算出する張力線全長・張力線部分長算出手段と、
前記張力線全長に対する前記張力線部分長の割合に応じて前記動作点を前記張力線に沿って移動させる動作点移動手段と、
移動後の前記動作点を相互につないだ領域によって形成される外表面を、患部が摘出された後の乳房モデルの外表面として特定する外表面特定手段と、を備える乳房形状変化予測システム。
乳房部分と胸部分とを含む乳房モデルと、該乳房モデルに含まれる患部モデルとを特定する乳房モデル・患部モデル特定手段と、
前記乳房モデルの外表面を複数の領域に区画して、前記乳房部分における該領域の境界に動作点を設定する一方、前記乳房部分と前記胸部分との境界に二以上の固定点を設定する動作点・固定点設定手段と、
前記患部モデルの重心を算出する重心算出手段と、
前記重心と前記固定点のそれぞれとを結ぶ二以上の固定ベクトルを算出するとともにこれらの固定ベクトルの合成ベクトルである移動方向ベクトルを算出する固定ベクトル・移動方向ベクトル算出手段と、
前記重心を通って前記移動方向ベクトルに平行な直線である移動方向線と前記患部モデルの境界との交点を作用点と設定する作用点設定手段と、
前記動作点と前記作用点とを直線で結んだ張力線の長さである張力線全長を算出するとともに、該張力線と前記患部モデルの境界との交点から該作用点に至る長さである張力線部分長を算出する張力線全長・張力線部分長算出手段と、
前記張力線全長に対する前記張力線部分長の割合に応じて前記動作点を前記張力線に沿って移動させる動作点移動手段と、
移動後の前記動作点を相互につないだ領域によって形成される外表面を、患部が摘出された後の乳房モデルの外表面として特定する外表面特定手段と、を備える乳房形状変化予測システム。
【請求項4】
患部摘出に伴う乳房の形状変化を予測するための乳房形状変化予測プログラムであって、
コンピュータに、
乳房部分と胸部分とを含む乳房モデルと、該乳房モデルに含まれる患部モデルとを特定する乳房モデル・患部モデル特定ステップと、
前記乳房モデルの外表面を複数の領域に区画して、前記乳房部分における該領域の境界に動作点を設定する一方、前記乳房部分と前記胸部分との境界に二以上の固定点を設定する動作点・固定点設定ステップと、
前記患部モデルの重心を算出する重心算出ステップと、
前記重心と前記固定点のそれぞれとを結ぶ二以上の固定ベクトルを算出するとともにこれらの固定ベクトルの合成ベクトルである移動方向ベクトルを算出する固定ベクトル・移動方向ベクトル算出ステップと、
前記重心を通って前記移動方向ベクトルに平行な直線である移動方向線と前記患部モデルの境界との交点を作用点と設定する作用点設定ステップと、
前記動作点と前記作用点とを直線で結んだ張力線の長さである張力線全長を算出するとともに、該張力線と前記患部モデルの境界との交点から該作用点に至る長さである張力線部分長を算出する張力線全長・張力線部分長算出ステップと、
前記張力線全長に対する前記張力線部分長の割合に応じて前記動作点を前記張力線に沿って移動させる動作点移動ステップと、
移動後の前記動作点を相互につないだ領域によって形成される外表面を、患部が摘出された後の乳房モデルの外表面として特定する外表面特定ステップと、を実行させる乳房形状変化予測プログラム。
コンピュータに、
乳房部分と胸部分とを含む乳房モデルと、該乳房モデルに含まれる患部モデルとを特定する乳房モデル・患部モデル特定ステップと、
前記乳房モデルの外表面を複数の領域に区画して、前記乳房部分における該領域の境界に動作点を設定する一方、前記乳房部分と前記胸部分との境界に二以上の固定点を設定する動作点・固定点設定ステップと、
前記患部モデルの重心を算出する重心算出ステップと、
前記重心と前記固定点のそれぞれとを結ぶ二以上の固定ベクトルを算出するとともにこれらの固定ベクトルの合成ベクトルである移動方向ベクトルを算出する固定ベクトル・移動方向ベクトル算出ステップと、
前記重心を通って前記移動方向ベクトルに平行な直線である移動方向線と前記患部モデルの境界との交点を作用点と設定する作用点設定ステップと、
前記動作点と前記作用点とを直線で結んだ張力線の長さである張力線全長を算出するとともに、該張力線と前記患部モデルの境界との交点から該作用点に至る長さである張力線部分長を算出する張力線全長・張力線部分長算出ステップと、
前記張力線全長に対する前記張力線部分長の割合に応じて前記動作点を前記張力線に沿って移動させる動作点移動ステップと、
移動後の前記動作点を相互につないだ領域によって形成される外表面を、患部が摘出された後の乳房モデルの外表面として特定する外表面特定ステップと、を実行させる乳房形状変化予測プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、乳がんなどの患部を摘出するにあたって、乳房の形状がどのように変化するかを予測するための技術に関するものである。
【背景技術】
【0002】
現在、乳がんなどの乳房に係わる病気を患った場合には、例えば患部の大きさなどを考慮して、乳房のほぼ全てを摘出する乳房切除術や、乳房の一部を切除する乳房温存術（例えば特許文献１参照）によって治療が行われている。乳房温存術で切除される部分の大きさは医療技術の進歩に伴って以前よりも小さくなっていて、手術前後での乳房の形状変化も目立ちにくくなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００４−２０９０１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
このように患部摘出に伴う乳房の形状変化は小さくなってきたものの、患者にとっては乳房の形状がどの程度変化するのか分かり難いため、手術に不安を感じることがある。また医師にとっても患者への具体的な説明が難しく、負担を抱えている。
【0005】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、患部摘出に伴う乳房の形状変化を予測するための乳房形状変化予測方法、乳房形状変化予測システム、及び乳房形状変化予測プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、患部摘出に伴う乳房の形状変化を予測するための乳房形状変化予測方法であって、乳房部分と胸部分とを含む乳房モデルと、該乳房モデルに含まれる患部モデルとを特定する乳房モデル・患部モデル特定ステップと、
前記乳房モデルの外表面を複数の領域に区画して、前記乳房部分における該領域の境界に動作点を設定する一方、前記乳房部分と前記胸部分との境界に二以上の固定点を設定する動作点・固定点設定ステップと、
前記患部モデルの重心を算出する重心算出ステップと、
前記重心と前記固定点のそれぞれとを結ぶ二以上の固定ベクトルを算出するとともにこれらの固定ベクトルの合成ベクトルである移動方向ベクトルを算出する固定ベクトル・移動方向ベクトル算出ステップと、
前記重心を通って前記移動方向ベクトルに平行な直線である移動方向線と前記患部モデルの境界との交点を作用点と設定する作用点設定ステップと、
前記動作点と前記作用点とを直線で結んだ張力線の長さである張力線全長を算出するとともに、該張力線と前記患部モデルの境界との交点から該作用点に至る長さである張力線部分長を算出する張力線全長・張力線部分長算出ステップと、
前記張力線全長に対する前記張力線部分長の割合に応じて前記動作点を前記張力線に沿って移動させる動作点移動ステップとを備える乳房形状変化予測方法である。
【0007】
上記発明にあっては、移動後の前記動作点を相互につないだ領域によって形成される外表面を、患部が摘出された後の乳房モデルの外表面として特定する外表面特定ステップを備えることが好ましい。
【0008】
また上記発明において、前記乳房モデル・患部モデル特定ステップでは、前記患部モデルを複数特定し、それぞれの患部モデル毎に前記重心算出ステップ、前記固定ベクトル・移動方向ベクトル算出ステップ、前記作用点設定ステップ、前記張力線全長・張力線部分長算出ステップを実行し、
前記動作点移動ステップでは、それぞれの患部モデル毎に、前記張力線全長に対する前記張力線部分長の割合に応じた大きさであって前記張力線に沿う向きの張力線ベクトルを算出し、更にこれら張力線ベクトルの合成ベクトルである合成張力線ベクトルを算出して、該合成張力線ベクトルに基づいて前記動作点を移動させることが好ましい。
【0009】
また本発明は、患部摘出に伴う乳房の形状変化を予測するための乳房形状変化予測システムであって、乳房部分と胸部分とを含む乳房モデルと、該乳房モデルに含まれる患部モデルとを特定する乳房モデル・患部モデル特定手段と、
前記乳房モデルの外表面を複数の領域に区画して、前記乳房部分における該領域の境界に動作点を設定する一方、前記乳房部分と前記胸部分との境界に二以上の固定点を設定する動作点・固定点設定手段と、
前記患部モデルの重心を算出する重心算出手段と、
前記重心と前記固定点のそれぞれとを結ぶ二以上の固定ベクトルを算出するとともにこれらの固定ベクトルの合成ベクトルである移動方向ベクトルを算出する固定ベクトル・移動方向ベクトル算出手段と、
前記重心を通って前記移動方向ベクトルに平行な直線である移動方向線と前記患部モデルの境界との交点を作用点と設定する作用点設定手段と、
前記動作点と前記作用点とを直線で結んだ張力線の長さである張力線全長を算出するとともに、該張力線と前記患部モデルの境界との交点から該作用点に至る長さである張力線部分長を算出する張力線全長・張力線部分長算出手段と、
前記張力線全長に対する前記張力線部分長の割合に応じて前記動作点を前記張力線に沿って移動させる動作点移動手段とを備える乳房形状変化予測システムである。
【0010】
上記発明にあっては、移動後の前記動作点を相互につないだ領域によって形成される外表面を、患部が摘出された後の乳房モデルの外表面として特定する外表面特定手段を備えることが好ましい。
【0011】
また本発明は、患部摘出に伴う乳房の形状変化を予測するための乳房形状変化予測プログラムであって、コンピュータに、
乳房部分と胸部分とを含む乳房モデルと、該乳房モデルに含まれる患部モデルとを特定する乳房モデル・患部モデル特定ステップと、
前記乳房モデルの外表面を複数の領域に区画して、前記乳房部分における該領域の境界に動作点を設定する一方、前記乳房部分と前記胸部分との境界に二以上の固定点を設定する動作点・固定点設定ステップと、
前記患部モデルの重心を算出する重心算出ステップと、
前記重心と前記固定点のそれぞれとを結ぶ二以上の固定ベクトルを算出するとともにこれらの固定ベクトルの合成ベクトルである移動方向ベクトルを算出する固定ベクトル・移動方向ベクトル算出ステップと、
前記重心を通って前記移動方向ベクトルに平行な直線である移動方向線と前記患部モデルの境界との交点を作用点と設定する作用点設定ステップと、
前記動作点と前記作用点とを直線で結んだ張力線の長さである張力線全長を算出するとともに、該張力線と前記患部モデルの境界との交点から該作用点に至る長さである張力線部分長を算出する張力線全長・張力線部分長算出ステップと、
前記張力線全長に対する前記張力線部分長の割合に応じて前記動作点を前記張力線に沿って移動させる動作点移動ステップとを実行させる乳房形状変化予測プログラムである。
【0012】
上記発明にあっては、移動後の前記動作点を相互につないだ領域によって形成される外表面を、患部が摘出された後の乳房モデルの外表面として特定する外表面特定ステップを実行させることが好ましい。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、患部摘出後の乳房の形状を予測することができるため、手術を控えた患者の不安を取り除くことができ、また医師にとっても患者へ分かりやすく説明することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明に従う乳房形状変化予測システムの一実施形態を示すブロック図である。
【図2】本発明に従う乳房形状変化予測方法の一実施形態を示すフロー図である。
【図3】乳房モデルと患部モデルの一例を示す図である。
【図5】患部モデルの重心を示す図である。
【図6】固定ベクトルと移動方向ベクトルを示す図である。
【図7】移動方向線と作用点を示す図である。
【図8】（ａ）は張力線、及び張力線と患部モデルとの交点を示す図であり、（ｂ）はその拡大図である。
【図9】張力線全長と張力線部分長について説明する図である。
【図10】移動後の動作点と乳房モデルの外表面とを示す図である。
【図11】乳房モデルを３次元的に示す図である。
【図12】患部モデルを３次元的に示す図である。
【図14】重心と固定点を結ぶ固定ベクトルについて示す図である。
【図15】乳房部分における動作点を示す図である。
【図16】移動方向線と作用点を示す図である。
【図17】患部が摘出された後の乳房モデルの外表面を示す図である。
【図18】患者の乳房部分及び胸部分を計測して得られる一の乳房モデルを用いた実施形態について説明する図である。
【図19】患者の乳房部分及び胸部分を計測して得られる他の乳房モデルを用いた実施形態について説明する図である。
【図20】複数の患部モデルを設定した状態での動作点と固定点を示す図である。
【図21】複数の患部モデルを設定した状態での患部モデルの重心を示す図である。
【図22】複数の患部モデルを設定した状態での固定ベクトルと移動方向ベクトルを示す図である。
【図23】複数の患部モデルを設定した状態での移動方向線と作用点を示す図である。
【図24】複数の患部モデルを設定した状態での張力線、及び張力線と患部モデルとの交点を示す図である。
【図26】張力線ベクトルと合成張力線ベクトルを示した図である。
【図27】複数の患部モデルを設定した状態での移動後の動作点と乳房モデルの外表面とを示す図である。
【図28】複数の患部モデルを設定するにあたってより好ましい状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
【0016】
図１は、本発明に従う乳房形状変化予測システムの一実施形態につき、その概略構成を示すブロック図である。乳房形状変化予測システム１は、例えばコンピュータを用いて構成することが可能である。本実施形態の乳房形状変化予測システム１は、制御部２、記憶部３、入力部４、表示部５、及びこれらを接続するバス６を備えている。
【0017】
制御部２は、例えばコンピュータ内部の中央演算処理装置（ＣＰＵ）によって実現することができる。
【0018】
記憶部３は、コンピュータ内部（又は外部）のハードディスクやＲＯＭ又はＲＡＭを用いて実現することができる。記憶部３では、乳房形状変化予測プログラムを含む各種のプログラムを記憶している。また、患部摘出前の乳房モデルを示すデータや患部モデルを示すデータも記憶している。乳房モデルや患部モデルのデータとしては、乳房や患部の簡易的な形状を示すデータや、複数の人の平均的な形状を示すデータ、或いは患者固有の形状を示すデータなどを用いることができる。
【0019】
入力部４は、マウスやキーボードなどを用いて実現することができる。また、図示しないデータベースとの通信によって情報を入力する通信インターフェースを用いて実現することができる。更に、乳房モデルや患部モデルのデータを入力して記憶部３に記憶させるべく、ＣＴやＭＲＩ、三次元計測器などの装置に接続するためのインターフェースを用いて実現することもできる。
【0020】
表示部５は、モニタなどの表示装置を用いて実現することができる。また、図示しないデータベースに情報を出力するべく、上述した通信インターフェースを用いて実現することができる。更に、レーザープリンタなどの印刷装置や３Ｄプリンタなどの造形装置に接続するためのインターフェースを用いて実現することもできる。
【0021】
乳房形状変化予測システム１は、入力部４から取得した乳房モデルや患部モデルのデータを、乳房形状変化予測プログラムとともに記憶部３に記憶させておき、この乳房形状変化予測プログラムを制御部２によって実行して、乳房形状変化予測方法を実現するものである。以下、図１〜図９を参照しながら、乳房形状変化予測システム１を用いた乳房形状変化予測方法について説明する。
【0022】
まず図１に示す制御部２は、記憶部３に記憶した乳房形状変化予測プログラム、並びに乳房モデル及び患部モデルのデータに基づいて、図２に示すように乳房部分と胸部分とを含む乳房モデルと、乳房モデルに含まれる患部モデルとを特定する（ステップＳ１、乳房モデル・患部モデル特定ステップ）。
【0023】
続いて、乳房モデルの外表面を複数の領域に区画する。更に乳房部分におけるこれらの領域の境界に二以上の動作点を設定し、また乳房部分と胸部分との境界に二以上の固定点を設定する（ステップＳ２、動作点・固定点設定ステップ）。
【0024】
これらステップＳ１、Ｓ２について、図３を参照しながらより詳細に説明する。図３において、符号１１は乳房モデルの一例を示していて、符号１２は乳房モデル１１に含まれる患部モデルの一例を示している。なお、図３（ａ）、図３（ｂ）は平面図（人が立位姿勢をとる時の正面視での図）である。また図３（ｃ）は、図３（ｂ）に示すＡ−Ａに沿う断面図であり、図３（ｄ）は、図３（ｂ）に示すＢ−Ｂに沿う断面図である。またｘ軸は、立位姿勢の人を基準とした場合での左右方向、ｙ軸は上下方向、ｚ軸は前後方向を示す。ここで乳房モデル１１は、半球状の乳房部分１１ａと平面状の胸部分１１ｂとを組み合わせたものであり、患部モデル１２は球状をなすものである。なお、これらのモデルを特定するにあたっては、例えば複数の人の平均的な形状を示すデータを用いてもよく、また患者固有の形状を示すデータを用いてもよい。また実際の乳房は、主に多数に枝分かれした乳腺と乳腺の周りを囲む脂肪で構成されているが、乳房モデル１１及び患部モデル１２は、ともに均等な中実状であるとする。
【0025】
また図３（ａ）は、乳房モデル１１の外表面を複数の領域に区画した状態を示している。本実施形態では、ｘ軸、ｙ軸に平行になるようにして矩形状に区画している。なおこれらの領域に区画するに当たっては、後述する患部モデル１２の重心を中心に据えて行うことが好ましい。そして乳房部分１１ａにおいては、区画した領域の境界において動作点を設定する。本実施形態では、矩形状をなす領域の角部に動作点を設定している。また、乳房部分１１ａと胸部分１１ｂとの境界には固定点を設定する。
【0026】
図４は、図３（ｄ）の拡大図を示している。ここで符号ｍ１〜ｍ１１は、上述したように矩形状をなす領域の角部に設けられる動作点であり、符号ｆ１〜ｆ２は、乳房部分１１ａと胸部分１１ｂとの境界に設けられる固定点である。なお以降の乳房モデル１１と患部モデル１２の説明は、図４に示す如き２次元断面図を用いて行う。
【0027】
ステップＳ２を行った後は、図２に示すように、患部モデルの重心を算出する（ステップＳ３、重心算出ステップ）。図５に示す２次元断面図においては、円形をなす患部モデル１２の中心が重心１２ａになる。
【0028】
その後、図２に示すように、重心と固定点のそれぞれとを結ぶ二以上の固定ベクトルを算出するとともにこれらの固定ベクトルの合成ベクトルである移動方向ベクトルを算出する（ステップＳ４、固定ベクトル・移動方向ベクトル算出ステップ）。本実施形態においては、図６に示すように、重心１２ａと固定点ｆ１とを結ぶ固定ベクトルＶ１と重心１２ａと固定点ｆ２とを結ぶ固定ベクトルＶ２とを算出することにより、これらの合成ベクトルである移動方向ベクトルＶ３を導くことができる。
【0029】
次に、図２に示すように、重心を通って移動方向ベクトルに平行な直線である移動方向線と患部モデルの境界との交点を、作用点として設定する（ステップＳ５、作用点設定ステップ）。図７において符号Ｔは、重心１２ａを通り、図６で説明した移動方向ベクトルＶ３に平行となる移動方向線を示す。また符号ｅは、移動方向線Ｔと患部モデル１２の境界との交点である作用点を示す。
【0030】
その後、図２に示すように、動作点と作用点とを直線で結んだ張力線の長さである張力線全長を算出するとともに、張力線と患部モデルの境界との交点から作用点に至る長さである張力線部分長を算出する（ステップＳ６、張力線全長・張力線部分長算出ステップ）。図８においては、各動作点ｍ１〜ｍ１１と作用点ｅとを結ぶ張力線Ｌ１〜Ｌ１１を求める。なお、各動作点ｍ１〜ｍ１１は、患部を摘出することによってそれぞれ張力線Ｌ１〜Ｌ１１上を移動すると想定しているが、患部モデル１２と交差しない張力線Ｌ１〜Ｌ１１上の動作点は、患部を摘出した際にもほとんど移動しないものと考えられる。このため、図８（ｂ）に示すように患部モデル１２と交差する張力線Ｌ５〜Ｌ１１を採用し、張力線Ｌ５〜Ｌ１１と患部モデル１２の境界との交点ｐ５〜ｐ１１を求めることとする。そして図９に示すように、それぞれの張力線Ｌ５〜Ｌ１１について、各動作点ｍ５〜ｍ１１から作用点ｅに至る張力線全長をそれぞれ算出するとともに、各交点ｐ５〜ｐ１１から作用点ｅに至る張力線部分長をそれぞれ算出する。
【0031】
そして、図２に示すように、張力線全長に対する張力線部分長の割合に応じて、動作点を張力線に沿って移動させる（ステップＳ７、動作点移動ステップ）。例えば、張力線Ｌ５における張力線全長に対する張力線部分長の割合が１０％であり、張力線Ｌ９における割合が５０％である場合は、動作点ｍ９が動作点ｍ９’へ移動する距離は、動作点ｍ５が動作点ｍ５’へ移動する距離の５倍になる。なお、動作点を移動させる際には、算出した各割合に対して、例えば乳房の大きさや年齢などを考慮した係数を掛けて全体的に補正を行ってもよい。
【0032】
本実施形態では更に、図２に示すように、移動後の動作点を相互につないだ領域によって形成される外表面を、患部が摘出された後の乳房モデルの外表面として特定する（ステップＳ８、外表面特定ステップ）。図１０では、移動後の動作点ｍ５’〜 ｍ１１’を相互につないだ線を描くことによって、患部が摘出された後の乳房モデルの外表面として特定している。
【0033】
その後は、図１０のようにして描いた図を、図１に示した表示部５に表示させる。このように本実施形態では、移動後の動作点、及び移動後の動作点を相互につないだ線を表示させることができるため、患部を摘出した後の乳房の形状を患者に対して視覚で認識させることができる。
【0034】
なお、これまでに説明したステップは、外表面を複数の領域に区画した乳房モデル１１のうち、図３（ｂ）に示すＢ−Ｂに沿う領域での２次元断面図についてのものであるが、これを乳房モデル１１の全ての領域に展開することによって、患部を摘出した後の乳房の形状を３次元的に表示することができる。
【0035】
図１１〜図１７は、３次元の乳房モデルを用いて上述したステップＳ１〜Ｓ８を示した図である。なお、図１１に示すように本実施形態の乳房部分１１ａは半球状であって、胸部分１１ｂは平面状である。また患部モデル１２は円柱状である。そしてＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、先に説明したｘ軸、ｙ軸、ｚ軸と同様に、立位姿勢の人を基準とした場合において、それぞれ左右方向、上下方向、前後方向を示している。
【0036】
本実施形態においても乳房形状変化予測システム１は、図１１〜図１３に示すように乳房部分１１ａと胸部分１１ｂとを含む乳房モデルと、乳房モデルに含まれる患部モデル１２とを特定する（ステップＳ１、乳房モデル・患部モデル特定ステップ）。そして乳房モデルの外表面を複数の領域に区画し（本実施形態では三角形状）、更に乳房部分１１ａにおけるこれらの領域の境界に二以上の動作点ｍを設定し（図１５参照）、乳房部分１１ａと胸部分１１ｂとの境界に二以上の固定点ｆを設定する（図１３、図１４参照。ステップＳ２、動作点・固定点設定ステップ）。また、図１２に示すように患部モデル１２の重心１２ａを算出し（ステップＳ３、重心算出ステップ）、重心１２ａと固定点ｆのそれぞれとを結ぶ二以上の固定ベクトルＶを算出し（図１４参照）、更にこれらの固定ベクトルＶの合成ベクトルである移動方向ベクトルを算出し（不図示。ステップＳ４、固定ベクトル・移動方向ベクトル算出ステップ）、図１６に示すように、重心１２ａを通って移動方向ベクトルに平行な直線である移動方向線Ｔと患部モデル１２の境界との交点を、作用点ｅとして設定する（ステップＳ５、作用点設定ステップ）。
【0037】
その後は、動作点ｍと作用点ｅとを直線で結んだ張力線の長さである張力線全長を算出するとともに、張力線と患部モデル１２の境界との交点から作用点ｅに至る長さである張力線部分長を算出し（不図示。ステップＳ６、張力線全長・張力線部分長算出ステップ）、張力線全長に対する張力線部分長の割合に応じて、動作点ｍを張力線に沿って移動させ（ステップＳ７、動作点移動ステップ）、移動後の動作点を相互につないだ領域によって形成される外表面を、患部が摘出された後の乳房モデルの外表面として特定する（図１７参照。ステップＳ８、外表面特定ステップ）。このようにして、患部摘出に伴う乳房の形状変化を３次元的にも示すことができる。
【0038】
そして、例えば三次元計測器によって患者の乳房部分及び胸部分を計測し、これを乳房モデルに使用することも可能である。図１８（ａ）及び図１９（ａ）は、三次元計測器を用いて得られた乳房モデルに関し、患部を摘出する前の状態を示す図であって、図１８（ｂ）及び図１９（ｂ）は、患部を摘出した後の状態を示す図である。
【0039】
ここで、乳房形状変化予測システム１で得られる乳房の形状と実際に患部を摘出した乳房の形状との比較を行ったところ、高い相関関係が認められた。すなわち本発明によれば、患部を摘出した後の乳房の形状を高い精度で予測することが可能である。
【0040】
上述した実施形態では、患部モデルを１つ特定して乳房の形状変化を予測したが、患部モデルを複数特定して実際に取り出す患部の形状に近づけることによって、更に高い精度で乳房の形状変化を予測することができる。以下、前述の図４〜図８、図１０に対応する図を用いて、患部モデルを複数特定した場合について説明する。
【0041】
図２０に示すように本実施形態では、図４で示した実施形態と同様にして乳房モデルを特定するとともに、第１患部モデルＡと第２患部モデルＢの２つの患部モデルを特定するものとする（ステップＳ１、乳房モデル・患部モデル特定ステップ）。また、図４で示した実施形態と同様にして動作点ｍ１〜ｍ１１と固定点ｆ１〜ｆ２を設定するものとする（ステップＳ２、動作点・固定点設定ステップ）。
【0042】
続いて、図２１に示すように、第１患部モデルＡの重心Ａａと第２患部モデルＢの重心Ｂａを算出し（ステップＳ３、重心算出ステップ）、更に、第１患部モデルＡ、第２患部モデルＢ毎に、固定ベクトルと移動方向ベクトルを算出する（ステップＳ４、固定ベクトル・移動方向ベクトル算出ステップ）。具体的には図２２に示すように、第１患部モデルＡの重心Ａａについては、重心Ａａと固定点ｆ１とを結ぶ固定ベクトルＶＡ１と重心Ａａと固定点ｆ２とを結ぶ固定ベクトルＶＡ２とを算出することにより、これらの合成ベクトルである移動方向ベクトルＶＡ３を導くこととする。同様にして第２患部モデルＢの重心Ｂａについても、固定ベクトルＶＢ１と固定ベクトルＶＢ２から移動方向ベクトルＶＢ３を導くこととする。
【0043】
次に、第１患部モデルＡ、第２患部モデルＢ毎に、それぞれの重心を通って移動方向ベクトルに平行な直線である移動方向線と患部モデルの境界との交点を、作用点として設定する（ステップＳ５、作用点設定ステップ）。図２３に示すように本実施形態においては、第１患部モデルＡについては移動方向線ＴＡと作用点ｅＡを設定し、第２患部モデルＢについては移動方向線ＴＢと作用点ｅＢを設定するものとする。
【0044】
その後、第１患部モデルＡ、第２患部モデルＢ毎に、動作点と作用点とを直線で結んだ張力線の長さである張力線全長を算出するとともに、張力線と患部モデルの境界との交点から作用点に至る長さである張力線部分長を算出する（ステップＳ６、張力線全長・張力線部分長算出ステップ）。本実施形態においては、図２４に示すように、第１患部モデルＡについては、各動作点ｍ１〜ｍ１１と作用点ｅＡとを結ぶ張力線ＬＡ１〜ＬＡ１１を求め、第１患部モデルＡと交差する張力線上の動作点が患部を摘出した際に実質的に移動するものであるとして、図２５（ａ）に示すように張力線ＬＡ５〜ＬＡ１１と第１患部モデルＡの境界との交点ｐＡ５〜ｐＡ１１を求めることとする。そして、図９を参照しながら説明した前述の実施形態のように、それぞれの張力線ＬＡ５〜ＬＡ１１について、各動作点ｍ５〜ｍ１１から作用点ｅＡに至る張力線全長をそれぞれ算出するとともに、各交点ｐＡ５〜ｐＡ１１から作用点ｅＡに至る張力線部分長をそれぞれ算出する。同様にして、第２患部モデルＢについては、図２４に示すように各動作点ｍ１〜ｍ１１と作用点ｅＢとを結ぶ張力線ＬＢ１〜ＬＢ１１を求め、更に、図２５（ｂ）に示すように張力線ＬＢ１〜ＬＢ１０と第２患部モデルＢの境界との交点ｐＢ１〜ｐＢ１０を求めた後、張力線ＬＢ１〜ＬＢ１０について、張力線全長と張力線部分長をそれぞれ算出する。
【0045】
そして、第１患部モデルＡ、第２患部モデルＢ毎に、張力線全長に対する張力線部分長の割合に応じた大きさであって張力線に沿う向きの張力線ベクトルを算出し、更にこれら張力線ベクトルの合成ベクトルである合成張力線ベクトルを算出して、合成張力線ベクトルに基づいて動作点を移動させる（ステップＳ７、動作点移動ステップ）。例えば、動作点ｍ７に対し、第１患部モデルＡについては張力線ＬＡ７における張力線全長に対する張力線部分長の割合が３０％であって、第２患部モデルＢについては、張力線ＬＢ７における張力線全長に対する張力線部分長の割合が６０％であったとする。この場合は図２６に示すように、第１患部モデルＡについては、張力線全長に対する張力線部分長の割合が３０％分の大きさであって張力線ＬＡ７に沿う向きの張力線ベクトルＴＶＡ７を算出し、第２患部モデルＢについては、張力線全長に対する張力線部分長の割合が６０％分の大きさであって張力線ＬＢ７に沿う向きの張力線ベクトルＴＶＢ７を算出する。そして、張力線ベクトルＴＶＡ７と張力線ベクトルＴＶＢ７の合成ベクトルである合成張力線ベクトルＴＶ７を算出して、合成張力線ベクトルＴＶ７に基づいて動作点ｍ７をｍ７’へ移動させる。なお、合成張力線ベクトルに基づいて動作点を移動させる際には、例えば乳房の大きさや年齢などを考慮した係数を掛けて全体的に補正を行ってもよいし、患部モデルの数に従う平均化（本実施形態では患部モデルは２つなので合成張力線ベクトルの長さを１／２にする）を行ってもよい。このようにして、その他の動作点についても合成張力線ベクトルに基づいて移動させるものとする。
【0046】
その後は、移動後の動作点を相互につないだ領域によって形成される外表面を、患部が摘出された後の乳房モデルの外表面として特定する（ステップＳ８、外表面特定ステップ）。本実施形態では、図２７に示すように、移動後の動作点ｍ１’〜 ｍ１１’を相互につないだ線を描くことによって、患部が摘出された後の乳房モデルの外表面として特定している。そして、図２７のようにして描いた図を、図１に示した表示部５に表示させることによって、患部を摘出した後の乳房の形状を患者に対して視覚で認識させることができる。
【0047】
なお、患部モデルを複数設定するにあたっては、上述した実施形態のように２つに限られるものではなく、更に数を増やしてもよい。また、本実施形態では複数の患部モデルを設定した場合について２次元のモデルで説明したが、３次元のモデルでも適用可能である。ところで、本願発明者が様々な乳房モデルと患部モデルを用いて検討を重ねたところ、３次元モデルに対して患部モデルを複数設定するにあたっては、それぞれが球状になる患部モデルを数珠つなぎに３つ連ねて実際の患部を模した場合は、乳房形状変化予測システム１で使用するコンピュータにおいてそれ程高い性能のものを必要とすることなく、患部を摘出した後の乳房の形状を特に高い精度で予測できることを見出した。なお、患部モデルを数珠つなぎに３つ連ねるにあたっては、図２８（ａ）のように同一形状の患部モデルＡ、Ｂ、Ｃが直列状に連なるものに限られず、図２８（ｂ）のように、患部モデルＡ、Ｂ、Ｃの半径がそれぞれ異なっていてもよく、また、途中で屈曲するように連なっていてもよい。
【0048】
以上、具体例を挙げて本発明の実施形態を説明したが、本発明の特許請求の範囲から逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能であることは当業者に明らかである。例えば、乳房モデルの外表面を複数の領域に区画するにあたっては、外表面に対して平行になるように分割して基本的に領域の面積が全て等しくなるように設定してもよい。また領域の形状は矩形状や三角形状に限られず、他の多角形状であってもよい。
【符号の説明】
【0049】
１：乳房形状変化予測システム２：制御部
３：記憶部
４：入力部
５：表示部
６：バス
１１：乳房モデル
１１ａ：乳房部分
１１ｂ：胸部分
１２：患部モデル
１２ａ：重心
Ａ：第１患部モデル
Ａａ：第１患部モデルの重心
Ｂ：第２患部モデル
Ｂａ：第２患部モデルの重心
Ｌ１〜Ｌ１１：張力線
Ｔ：移動方向線
Ｖ１、Ｖ２、Ｖ：固定ベクトル
Ｖ３：移動方向ベクトル
ｅ：作用点
ｆ１、ｆ２、ｆ：固定点
ｍ１〜ｍ１１、ｍ：動作点