(57)【要約】【課題】複数の異なる弁の表面を同時に視認することができ、各弁の表面形状や動作の様子を十分に観察することができる心臓モデルの提供。【解決手段】分割面により複数の分割部に分割可能な心臓モデルであって、前記複数の分割部のうちの一の分割部が、前記心臓モデルにおける少なくとも２つの視認可能な弁を有し、前記分割面が、前記心臓モデルにおける第一の弁の表面に位置する点を最大に含む第一の仮想平面と、前記心臓モデルにおける第二の弁の表面に位置する点を最大に含む第二の仮想平面と、のそれぞれに対して略平行な面を含む心臓モデルである。【選択図】図７
2020129074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分割面により複数の分割部に分割可能な心臓モデルであって、
前記複数の分割部のうちの一の分割部が、前記心臓モデルにおける少なくとも２つの視認可能な弁を有し、
前記分割面が、前記心臓モデルにおける第一の弁の表面に位置する点を最大に含む第一の仮想平面と、前記心臓モデルにおける第二の弁の表面に位置する点を最大に含む第二の仮想平面と、のそれぞれに対して略平行な面を含むことを特徴とする心臓モデル。
【請求項２】
前記分割面が、前記弁の近傍であって、前記弁に対して心房側に位置する請求項１に記載の心臓モデル。
【請求項３】
前記分割面により形成される前記心臓モデルの分割断面が、球面の一部を少なくとも含む請求項１から２のいずれかに記載の心臓モデル。
【請求項４】
前記心臓モデルにおける弁が、心臓における、僧帽弁に対応する模擬僧帽弁、三尖弁に対応する模擬三尖弁、大動脈弁に対応する模擬大動脈弁、及び肺動脈弁に対応する模擬肺動脈弁である請求項１から３のいずれかに記載の心臓モデル。
【請求項５】
前記模擬僧帽弁、前記模擬三尖弁、前記模擬大動脈弁及び前記模擬肺動脈弁の少なくともいずれかに対応した位置に取り付けられる人工弁及び人工弁輪の少なくともいずれかを装着している請求項１から４のいずれかに記載の心臓モデル。
【請求項６】
前記人工弁及び前記人工弁輪の少なくともいずれかが、糸及び接着剤の少なくともいずれかで前記心臓モデルに固定されている請求項５に記載の心臓モデル。
【請求項７】
分割面により複数の分割部に分割可能な心臓モデルを３次元プリンターを用いて製造する方法であって、
前記複数の分割部のうちの一の分割部が、前記心臓モデルにおける少なくとも２つの視認可能な弁を有するように、心臓の３次元データに基づき前記一の分割部を製造する工程を含むことを特徴とする心臓モデルの製造方法。
【請求項８】
前記分割面が、第一の弁の表面に位置する点を最大に含む第一の仮想平面と、第二の弁の表面に位置する点を最大に含む第二の仮想平面と、のそれぞれに対して略平行な面を含む請求項７に記載の心臓モデルの製造方法。
【請求項９】
前記分割面が、前記弁の近傍であって、前記弁に対して心房側に位置する請求項７から８のいずれかに記載の心臓モデルの製造方法。
【請求項１０】
前記分割面が、球面の一部を少なくとも含む請求項７から９のいずれかに記載の心臓モデルの製造方法。
【請求項１１】
前記心臓の３次元データが、患者個人の医用データに基づいて作製されたものである請求項７から１０のいずれかに記載の心臓モデルの製造方法。
【請求項１２】
前記心臓の３次元データが、心臓の一部のデータに基づく請求項７から１１のいずれかに記載の心臓モデルの製造方法。
【請求項１３】
分割面を有する心臓モデルにおける心臓モデル分割部であって、
前記心臓モデルにおける少なくとも２つの視認可能な弁を有し、
前記分割面が、前記心臓モデルにおける第一の弁の表面に位置する点を最大に含む第一の仮想平面と、前記心臓モデルにおける第二の弁の表面に位置する点を最大に含む第二の仮想平面と、のそれぞれに対して略平行な面を含むことを特徴とする心臓モデル分割部。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、心臓モデル及び心臓モデルの製造方法、並びに心臓モデル分割部に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、外科医及びその補助スタッフの技術向上などを目的として臓器の形状、大きさ、構造を模した臓器モデルを用いた手技の練習が行われている。
【０００３】
臓器モデルとしては、例えば、水溶性有機ポリマーと水膨潤性層状粘土鉱物とが複合化した三次元網目構造中に水を包含するハイドロゲルを含有することで、触感及び手術用メスによる切れ味が実際の臓器に近い臓器モデルが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、このような内部構造を精密に再現した臓器モデルは、外科手術の練習だけでなく、医療器具の開発現場での利用や手術前の患者への手術内容の説明などにも用いられている。特に、血液循環系の中枢器官である心臓は、実際の臓器を用いずに、医療器具の動作状態を確認したり、その医療器具の動作状態を展示することができる心臓モデルが利用されている。
【０００５】
心臓を模した心臓モデルとしては、例えば、心臓内部の所定の領域の弾性を調整することによって、カテーテルなどの管状医療器具を心臓内部に挿入し、心臓の内側表面に接触したときに得られる感触を再現した心臓モデルが提案されている（例えば、特許文献２参照）。また、心臓の拍動を再現させるために、熱可塑性エラストマーと潤滑油を混合したゲル状物質を用いて作成した模擬心臓が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
しかしながら、心臓弁の表面を視認することに最適な心臓モデルはまだ提案されていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、複数の異なる弁の表面を同時に視認することができ、各弁の表面形状や動作の様子を十分に観察することができる心臓モデル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】
【０００８】
前記課題を解決するための手段としての本発明の心臓モデルは、分割面により複数の分割部に分割可能な心臓モデルであって、前記複数の分割部のうちの一の分割部が、前記心臓モデルにおける少なくとも２つの視認可能な弁を有し、前記分割面が、前記心臓モデルにおける第一の弁の表面に位置する点を最大に含む第一の仮想平面と、前記心臓モデルにおける第二の弁の表面に位置する点を最大に含む第二の仮想平面と、のそれぞれに対して略平行な面を含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、複数の異なる弁の表面を同時に視認することができ、各弁の表面形状や動作の様子を十分に観察することができる心臓モデルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の心臓モデルにおける分割面の一例の説明に供する模式図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の心臓モデルにおける分割面の一例の説明に供する模式図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明の心臓モデルにおける分割面の一例の説明に供する模式図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、本発明の心臓モデルにおける分割面の一例の説明に供する模式図である。
【図１Ｅ】図１Ｅは、本発明の心臓モデルにおける分割面の一例の説明に供する模式図である。
【図１Ｆ】図１Ｆは、本発明の心臓モデルにおける分割面の一例の説明に供する模式図である。
【図１Ｇ】図１Ｇは、本発明の心臓モデルにおける分割面の一例の説明に供する模式図である。
【図２】図２は、鉱物としての水膨潤性層状粘土鉱物、及び水膨潤性層状粘土鉱物を水中で分散させた状態の一例を示す模式図である。
【図３】図３は、心臓モデルを作製するための三次元プリンターの概略図である。
【図４】図４は、三次元プリンターで作製した心臓モデルをサポート材から剥離した概略図である。
【図５】図５は、心臓モデルを作製するための別方式の三次元プリンターの概略図である。
【図６】図６は、従来の心臓モデルの一例を示す模式図である。
【図７】図７は、本発明の心臓モデルの一例を示す模式図である。
【図８】図８は、心室側を含む心臓モデルの模式図である。
【図９】図９は、図８に示す心臓モデルの投影角度を少し傾けた模式図である。
【図１０】図１０は、図９に示す心臓モデルに人工弁を装着した状態の模式図である。
【図１１】図１１は、本発明の心臓モデルに人工弁輪を装着した一例を示す模式図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、比較例２に示す心臓モデルの一例を示す模式図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、比較例２に示す心臓モデルの他の角度からみた一例を示す模式図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、比較例２に示す心臓モデルの他の角度からみた一例を示す模式図である。
【図１３】図１３は、実施例１に示す心臓モデルの一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（心臓モデル）
本発明の心臓モデルは、分割面により複数の分割部に分割可能な心臓モデルであって、前記複数の分割部のうちの一の分割部が、前記心臓モデルにおける少なくとも２つの視認可能な弁を有し、前記分割面が、前記心臓モデルにおける第一の弁の表面に位置する点を最大に含む第一の仮想平面と、前記心臓モデルにおける第二の弁の表面に位置する点を最大に含む第二の仮想平面と、のそれぞれに対して略平行な面を含み、更に必要に応じてその他の構成を有する。
【００１２】
本発明者らは、複数の異なる弁の表面を同時に視認することができ、各弁の表面形状や動作の様子を十分に観察することができる心臓モデルについて検討したところ、以下の知見を得た。なお、ここで、「複数の異なる弁の表面」とは、心臓モデルにおける複数の異なる弁を血流方向から見たときの、それぞれの弁の表面を意味している。また、「同時に視認できる」とは、心臓モデルをヒトの心臓と同じように立てておいたときに、その上部から心臓モデルを見たときに同じ視野に複数の弁の表面の位置（箇所）が視認できることを意味している。さらに、「各弁の表面形状を十分に観察できる」とは、各弁を一つずつ観察したときに、その形状の全体がよく見えることを意味する。「各弁の動作の様子を十分に観察できる」とは、各弁を一つずつ観察したときに、心臓の拍動に合わせて弁が開閉する様子がよく見えることを意味する。
心臓弁は、右心房と右心室の境界にある三尖弁と、右心室と肺動脈幹との間にある肺動脈弁と、肺静脈と左心房との間にある僧帽弁と、左心房と左心室の境界にある大動脈弁の４つからなる。この心臓弁が正常に機能しなくなる心臓弁膜症の治療方法の１つとして、弁置換術や弁形成術が知られている。弁置換術は、患者の心臓弁を、人工的な材料を用いた機械弁、又はブタなど動物の心臓弁から作成した生体弁、などの人工弁に置換する方法である。弁形成術は、人工弁輪と呼ばれる環状の補強部材を心臓弁の近傍に固定し、崩れた心臓弁の構造を整える方法である。
これらのような手術の場合、心臓内部の構造を模した心臓モデルを用いて、人工弁又は人工弁輪をどのように取り付けるのかを事前に練習したり、患者などへの説明を行うことがある。ここで、従来の心臓モデルについて図面を参照して説明する。図６に、従来の心臓モデルの概略図の一例を示す。図６に示すように、手技練習用の従来の心臓モデルは、心臓全体を一体成型しているため、外観から心臓内部に位置する模擬心臓弁の表面形状を視認することや、模擬心臓弁の位置に人工弁や人工弁輪を装着することが難しいという問題がある。さらに、この心臓モデルに、人工弁や人工弁輪を仮に装着したとしても、その装着状態を外観から視認することが難しく、医療器具の開発現場及び展示での利用や手術前の患者への手術内容の説明などに利用しにくいという問題がある。
【００１３】
そこで、本発明者らは、少なくとも２つの弁を視認可能な分割部となるように分割面を設け、前記分割面が、第一の弁の表面に位置する点を最大に含む第一の仮想平面と、第二の弁の表面に位置する点を最大に含む第二の仮想平面と、のそれぞれに対して略平行な面を含むことを特徴とする心臓モデルを製造した。心臓弁（僧帽弁、三尖弁、大動脈弁及び肺動脈弁）はそれぞれに開口する方向が異なるため、分割面を単に心房側と心室側に分けるような平面とすると、向きの異なる複数の弁の表面を同時に視認することや、その表面形状を視認することが難しくなる。
本発明の心臓モデルは、上述の分割面を有することによって、弁に対して最も視認しやすい断面を形成しているため、外観から複数の弁を視認することができる。そのため、医療器具メーカーが人工弁や人工弁輪の性能及び特徴を展示するのに好適であり、また、患者などへの手術内容の説明などにも好適な心臓モデルとすることができる。
【００１４】
なお、本発明においては、視認可能とは、ある物の外観を見たときに、その物の存在を認識することができることを意味する。「外観を見る」とは、目視のみならず、カメラやレントゲンなどの機器を用いて間接的に見ることも含まれる。
【００１５】
本発明の心臓モデルのモデルとなる生物種としては、生物種に特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、哺乳動物、鳥類、爬虫類、両生類、魚類などが挙げられる。前記哺乳動物としては、例えば、ヒト、チンパンジーなどの非ヒト霊長類、マウス、ラットなどのげっ歯類などのほか、ウシ、ウマ、ブタ、ヤギなどの畜産動物、ウサギ、イヌ、ネコなどの愛玩動物などが挙げられる。
【００１６】
＜分割部＞
前記分割部は、心臓モデルにおける２以上の弁の位置（箇所）を視認可能な形状を有する。
【００１７】
−弁−
前記弁としては、生体の心臓における弁を模した模擬心臓弁、その模擬心臓弁に対応する人工弁などが挙げられる。
【００１８】
前記模擬心臓弁としては、例えば、僧帽弁（二尖弁とも称する）に対応する模擬僧帽弁、三尖弁に対応する模擬三尖弁、大動脈弁に対応する模擬大動脈弁、肺動脈弁に対応する模擬肺動脈弁が挙げられる。これらの模擬心臓弁は、心臓モデルに形成されていても、必ずしも形成されていなくてもよく、少なくとも心臓における弁の位置が存在していればよい。また、これらの模擬心臓弁は、１種単独でもよく、２種以上を併せて形成してもよい。
なお、前記模擬心臓弁が心臓モデルに形成されていない場合においては、前記分割面を規定するために、心臓モデルに模擬心臓弁が心臓モデルにあるものと仮定して分割面を規定することができる。
模擬心臓弁の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、後述する心臓モデルの材質と同じもの等が挙げられる。
【００１９】
前記人工弁としては、前記模擬心臓弁に対応するものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、生体弁、機械弁等が挙げられる。
人工弁としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、実際の手術などに用いられている市販品などを用いることができる。
【００２０】
−分割面−
前記分割面は、心臓モデルを複数の分割部に分割する境界を意味し、第一の弁の表面に位置する点を最大に含む第一の仮想平面と、第二の弁の表面に位置する点を最大に含む第二の仮想平面と、のそれぞれに対して略平行な面を含む。
ここで、図１Ａから図１Ｇを参照して、本発明の心臓モデルにおける分割面について説明する。
図１Ａは、開口している弁の状態の一例を示す模式図であり、図１Ｂは閉口している弁の状態の一例を示す模式図であり、図１Ｃは、図１Ａの状態から図１Ｂの状態に移行する状態の一例を示す模式図であり、図１Ｄは、図１Ｂの点線２００で囲まれた領域の一例を示す拡大図であり、図１Ｅは、図１Ｄの面２０２における上面図の一例を示す図であり、図１Ｆは、図１Ｄの面２０３における上面図の一例を示す図であり、図１Ｇは、図１Ｄの面２０４における上面図の一例を示す図である。
図１Ａから図１Ｃに示すように、弁１０１は心臓の拍動によって運ばれる血流Ａによって、その状態が開口状態、閉口状態、開口状態と閉口状態の間の状態の３種類に分類できる。この場合、図１Ｂに示す弁１０１が閉口している状態が弁表面に位置する点を最大に含む仮想平面を形成しやすい。さらに、弁１０１の閉口状態において、弁は完全な平面を形成するわけではないため、閉口状態における弁１０１における基準面（仮想平面）を規定する必要がある。図１Ｂで示す弁の状態の拡大図である図１Ｄに示すとおり、弁１０１の表面に位置（存在）すると仮定する任意の点１０２が存在する仮想的な同一平面（仮想平面）は、例えば、面２０２〜面２０４のようになる。図１Ｅ〜図１Ｇは、図１Ｄに示す点線で示す範囲の面２０１〜面２０３における上面図である。図１Ｅ〜図１Ｇにおいて、実線及び塗りつぶしの領域は、各面上に存在する弁１０１に位置する点２０１を示し、点線は弁１０１の外縁を示す。図１Ｅ〜図１Ｇに示すとおり、図１Ｄに示すような弁の場合、弁の表面に位置する点を最大に含む仮想平面は、弁１０１上に位置する点２０１の分布密度が最大となる図１Ｇに示す面２０４で示される仮想平面であることがわかる。
このように、模擬心臓弁の内の第一の弁の表面に位置する点を最大に含む面を第一の仮想平面とし、その他の第二の弁においても、同様にして第二の弁の表面に位置する点を最大に含む面である第二の仮想平面を決定する。
【００２１】
本発明における心臓モデルの分割面は、前記第一の仮想平面と、前記第二の仮想平面と、のそれぞれに対して略平行な面を含むことによって、前記分割面によって分割される分割部を、向きの異なる２以上の弁に対して同時に視認可能な形状とすることができる。なお、仮想平面に対して略平行な面とは、仮想平面と少なくとも一点で接することができる面を意味する。分割面が仮想平面に対して略平行な面を含むとは、分割面がある弁に対応する仮想平面に対して略平行な面と一致する面を含むことを意味する。
分割面としては、上記の条件を満たせば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、平面、曲面、平面及び曲面の組み合わせなどが挙げられる。これらの分割面の中でも、曲面が好ましく、曲面の中でも球面を含むことがより好ましい。分割面が球面を含むことにより、複数の弁に対応する仮想平面に対して略平行な面を同時に含む面を形成しやすくなる。
【００２２】
また、一態様において、前記分割面が、前記弁の近傍であって、前記弁に対して心房側に位置することが好ましい。前記分割面が、前記弁の近傍であって、前記弁に対して心房側に位置することによって、それぞれの弁に対して視認性を十分に確保することができ、さらに拍動に合わせた弁の動作を観察することもできる。別の一態様においては、前記分割面が、前記弁の近傍であって、前記弁に対して心房側に位置することが好ましい。
【００２３】
前記分割面の断面形状（以下「分割断面」という）としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、弁の存在する隘路を構成する壁が環状となる形状などが挙げられる。
【００２４】
また、本発明の心臓モデルは一態様において、心臓モデルにおける上記各模擬弁の代わりに、対応する位置に人工弁及び人工弁輪の少なくともいずれかを装着していることが好ましい。
前記人工弁としては、僧帽弁の人工弁、三尖弁の人工弁、大動脈弁の人工弁及び肺動脈弁の人工弁などが挙げられる。前記人工弁としては、特に制限はなく、上述した人工弁と同様のものを用いることができる。
前記人工弁輪としては、僧帽弁の人工弁輪、三尖弁の人工弁輪、大動脈弁の人工弁輪及び肺動脈弁の人工弁輪などが挙げられる。前記人工弁輪としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、実際の手術などに用いられている市販品などを用いることができる。
前記人工弁及び前記人工弁輪を固定する手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、糸による縫合、接着剤による接着などが挙げられる。前記糸としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、手術用の縫合糸などが挙げられる。前記接着剤としては、特に制限はなく、当該技術分野において通常用いられているものを、目的に応じて適時選択することができ、例えば、エポキシ系・ウレタン系・ユリア/メラミン系などの熱硬化接着剤や、アクリル系・酢酸ビニルエマルジョン系などの熱可塑性接着剤、シリコーンゴム・スチレンブタジエンゴム・ニトリルゴムなどのゴムの溶液/ラテックス/ペースト、ホットメルト接着剤、膠・大豆たんぱく・カゼイン・デキストリンなどの天然物、などが挙げられる。また、前記接着剤としては、心臓モデルの組成と同じ熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂、ハイドロゲルを用いることもできる。
【００２５】
本発明の心臓モデルとしては、前記人工弁及び人工弁輪以外にも、カテーテル、カニューレ、バルーン、ステント、アンプラッツァーなどの医療デバイスをさらに有していてもよい。
【００２６】
本発明の心臓モデルの組成としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、硬質材料、軟質材料などが挙げられる。
前記硬質材料としては、例えば、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂などが挙げられる。
前記軟質材料としては、例えば、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂、ハイドロゲルなどが挙げられる。前記軟質材料であると、心臓モデルに外力を加えた場合に、拍動を模した動作を行うことができ、さらに、心臓モデルに装着した人工弁及び人工弁輪などの医療器具の動作の様子、例えば心臓モデルの拍動の動作に追従することができるか否かや、拍動に伴って開閉するか否かなどを視認（確認）することができる。
【００２７】
−熱硬化性樹脂−
前記熱硬化性樹脂としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、それらの原料の共重合樹脂などが挙げられる。前記熱硬化性樹脂が、シリコーン樹脂、シロキサン結合やウレタン構造を有するアクリル樹脂などであると、心臓モデルを柔軟にすることができる。
【００２８】
−光硬化性樹脂−
前記光硬化性樹脂としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アクリル基やメタクリル基などの紫外線（ＵＶ）照射による光重合によって重合する官能基を有する樹脂などが挙げられる。光重合性樹脂が、ウレタン構造を有するアクリル樹脂であると、心臓モデルを柔軟にすることができる。
【００２９】
−ハイドロゲル−
前記ハイドロゲルとしては、水と、ポリマーと、鉱物とを含み、更に必要に応じて、有機溶媒、その他の成分を含む。前記心臓モデルの材質がハイドロゲルであると、心臓モデルを柔軟にすることができ、さらに、手術練習に用いた場合に、触感やメスによる切れ味が実際の臓器に近い心臓モデル得ることができる。
前記ハイドロゲルの好ましい態様としては、水に分散された鉱物と、重合性モノマーが重合したポリマーとが複合化して形成された三次元網目構造の中に、水が包含されている態様などが挙げられる。
【００３０】
−−ポリマー−−
前記ポリマーとしては、例えば、アミド基、アミノ基、水酸基、テトラメチルアンモニウム基、シラノール基、エポキシ基などを有するポリマーなどが挙げられる。前記ポリマーは、水溶性を示すものであることが好ましい。
前記ポリマーの水溶性としては、例えば、３０℃の水１００ｇに前記ポリマーを１ｇ混合して撹拌したとき、その９０質量％以上が溶解するものを意味する。前記ポリマーが水溶性を示すポリマーであると、ハイドロゲルの強度を好適に保つことができる。
前記ポリマーの形態としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ホモポリマー（単独重合体）、ヘテロポリマー（共重合体）、それらを変性したポリマー、それらに公知の官能基が導入したポリマー、またそれらの塩などが挙げられる。
前記ポリマーは、重合性モノマーを重合させることにより得られる。前記重合性モノマーについては、後述する心臓モデルの製造方法の欄で詳細を説明する。
【００３１】
−−鉱物−−
前記鉱物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、水膨潤性層状粘土鉱物などが挙げられる。
例えば、図２は、鉱物としての水膨潤性層状粘土鉱物（図２上部）と、水膨潤性層状粘土鉱物を水中で分散させた状態（図２下部）の一例を示す模式図である。
図２の上部に示すように、水膨潤性層状粘土鉱物は、単一層の状態で存在しており、単位格子を結晶内に持つ二次元円盤状の結晶が積み重なった状態を呈している。更に、図２の上図の水膨潤性層状粘土鉱物を水中で分散させると、図２の下部に示すように、各単一層が分離して、複数の二次元円盤状の結晶となる。
水膨潤性層状粘土鉱物としては、例えば、水膨潤性スメクタイト、水膨潤性雲母などが挙げられる。より具体的には、ナトリウムを層間イオンとして含む水膨潤性ヘクトライト、水膨潤性モンモリナイト、水膨潤性サポナイト、水膨潤性合成雲母などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、高弾性の心臓モデルが得られる点から、水膨潤性ヘクトライトが好ましい。
水膨潤性ヘクトライトは、適宜合成したものであってもよいし、市販品であってもよい。市販品としては、例えば、合成ヘクトライト（ラポナイトＸＬＧ、ＲｏｃｋＷｏｏｄ社製）、ＳＷＮ（Ｃｏｏｐ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｌｔｄ．製）、フッ素化ヘクトライトＳＷＦ（Ｃｏｏｐ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｌｔｄ．製）などが挙げられる。これらの中でも、心臓モデルの適切な弾性率が得られる点から、合成ヘクトライトが好ましい。
水膨潤性とは、図２に示すように層状粘土鉱物の各単一層の間に水分子が挿入され、水中に分散されることを意味する。
鉱物の含有量は、ハイドロゲルの弾性率及び硬度の点から、ハイドロゲル構造体（本体部分）の全量に対して、１質量％以上４０質量％以下が好ましく、１質量％以上２５質量％以下がより好ましい。
【００３２】
−−水−−
前記水としては、例えば、イオン交換水、限外濾過水、逆浸透水、蒸留水等の純水、又は超純水を用いることができる。
水には、保湿性付与、抗菌性付与、導電性付与、硬度調整などの目的に応じて有機溶媒等のその他の成分を溶解乃至分散させてもよい。
【００３３】
−−有機溶媒−−
前記有機溶媒は、ハイドロゲルの保湿性を高めるために含有されるとよい。
前記有機溶媒としては、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、ｎ−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール、ｓｅｃ−ブチルアルコール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール等の炭素数１〜４のアルキルアルコール類；ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド類；アセトン、メチルエチルケトン、ジアセトンアルコール等のケトン又はケトンアルコール類；テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類；エチレングリコール、プロピレングリコール、１，２−プロパンジオール、１，２−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、１，２，６−ヘキサントリオール、チオグリコール、ヘキシレングリコール、グリセリン等の多価アルコール類；ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のポリアルキレングリコール類；エチレングリコールモノメチル（又はエチル）エーテル、ジエチレングリコールメチル（又はエチル）エーテル、トリエチレングリコールモノメチル（又はエチル）エーテル等の多価アルコールの低級アルコールエーテル類；モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルカノールアミン類；Ｎ−メチル−２−ピロリドン、２−ピロリドン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノンなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、保湿性の点から、多価アルコールが好ましく、グリセリン、プロピレングルコールがより好ましい。
前記有機溶媒の含有量は、ハイドロゲルの全量に対して、１０質量％以上５０質量％以下が好ましい。有機溶媒の含有量が１０質量％以上であると、乾燥防止の効果が十分に得られる。また、有機溶媒の含有量が５０質量％以下であると、層状粘土鉱物が均一に分散される。
【００３４】
−−その他の成分−−
前記その他の成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、１−ヒドロキシエタン−１，１−ジホスホン酸等のホスホン酸化合物、安定化剤、表面処理剤、重合開始剤、着色剤、粘度調整剤、接着性付与剤、酸化防止剤、老化防止剤、架橋促進剤、紫外線吸収剤、可塑剤、防腐剤、分散剤などが挙げられる。
【００３５】
本発明の心臓モデルがハイドロゲルから構成される場合には、水を含有することから、乾燥して力学特性が変化したり、カビ等の繁殖が進行し、不衛生になることが懸念される場合には、適宜乾燥防止機能を付与することが好ましい。
【００３６】
前記乾燥防止機能を付与する手段としては、形成した心臓モデルの外周に保湿性皮膜を設けることなどが挙げられる。前記保湿性皮膜の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、心臓モデルを高保湿多糖体（Ｔｒｅｍｏｉｓｔ−ＴＰ、マツモト交商株式会社製）０．０１質量％水溶液に４０℃で３０分間含浸し、乾燥することで薄膜を形成する方法、オイル等の不揮発成分を心臓モデル表面に塗布する方法、心臓モデルを後述する沸点の高い水溶性有機媒体中に浸漬する方法などが挙げられる。
【００３７】
＜その他の構成＞
前記その他の構成としては、本発明の目的を阻害しない範囲で、例えば、防腐剤、着色剤、香料、酸化防止剤等のその他の成分を含有することができる。
前記防腐剤としては、例えば、デヒドロ酢酸塩、ソルビン酸塩、安息香酸塩、ぺンタクロロフェノールナトリウム、２−ピリジンチオール−１−オキサイドナトリウム、２，４−ジメチル−６−アセトキシ−ｍ−ジオキサン、１，２−ベンズチアゾリン−３−オンなどが挙げられる。
前記着色剤を用いることにより、心臓モデルを人体の臓器に近似した色に着色することができる。
前記着色剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば染料、顔料が挙げられる。
【００３８】
前記染料としては、以下に説明するようなものが挙げられる。
ブラック染料としては、例えば、ＭＳ  ＢＬＡＣＫ  ＶＰＣ（三井化学株式会社製）、ＡＩＺＥＮ  ＳＯＴ  ＢＬＡＣＫ−１、ＡＩＺＥＮ  ＳＯＴ  ＢＬＡＣＫ−５（保土谷化学株式会社製）、ＲＥＳＯＲＩＮ  ＢＬＡＣＫ  ＧＳＮ  ２００％、ＲＥＳＯＬＩＮ  ＢＬＡＣＫ  ＢＳ（バイエルジャパン社製）、ＫＡＹＡＳＥＴ  ＢＬＡＣＫ  Ａ−Ｎ（日本化薬株式会社製）、ＤＡＩＷＡ  ＢＬＡＣＫ  ＭＳＣ（ダイワ化成株式会社製）、ＨＳＢ−２０２（三菱ケミカル株式会社製）、ＮＥＰＴＵＮＥ  ＢＬＡＣＫ  Ｘ６０、ＮＥＯＰＥＮ
ＢＬＡＣＫ  Ｘ５８（ＢＡＳＦジャパン社製）、Ｏｌｅｏｓｏｌ  Ｆａｓｔ  ＢＬＡＣＫ  ＲＬ（田岡化学工業株式会社製）、Ｃｈｕｏ  ＢＬＡＣＫ８０、Ｃｈｕｏ  ＢＬＡＣＫ８０−１５（中央合成化学株式会社製）などが挙げられる。
【００３９】
マゼンタ染料としては、例えば、ＭＳ  Ｍａｇｅｎｔａ  ＶＰ、ＭＳ  Ｍａｇｅｎｔａ  ＨＭ−１４５０、ＭＳ  Ｍａｇｅｎｔａ  Ｈｓｏ−１４７（三井化学株式会社製）、ＡＩＺＥＮＳＯＴ  Ｒｅｄ−１、ＡＩＺＥＮ  ＳＯＴ  Ｒｅｄ−２、ＡＩＺＥＮ  ＳＯＴ  Ｒｅｄ−３、ＡＩＺＥＮ  ＳＯＴ  Ｐｉｎｋ−１、ＳＰＩＲＯＮ  Ｒｅｄ  ＧＥＨＳＰＥＣＩＡＬ（保土谷化学株式会社製）、ＲＥＳＯＬＩＮ  Ｒｅｄ  ＦＢ  ２００％、ＭＡＣＲＯＬＥＸ  Ｒｅｄ  Ｖｉｏｌｅｔ  Ｒ、ＭＡＣＲＯＬＥＸ  ＲＯＴ  ５Ｂ（バイエルジャパン社製）、ＫＡＹＡＳＥＴ  ＲｅｄＢ、ＫＡＹＡＳＥＴ  Ｒｅｄ  １３０、ＫＡＹＡＳＥＴ  Ｒｅｄ  ８０２（日本化薬株式会社製）、ＰＨＬＯＸＩＮ，ＲＯＳＥ  ＢＥＮＧＡＬ、ＡＣＩＤ  Ｒｅｄ（ダイワ化成株式会社製）、ＨＳＲ−３１、ＤＩＡＲＥＳＩＮ  ＲｅｄＫ（三菱ケミカル株式会社製）、Ｏｉｌ  Ｒｅｄ（ＢＡＳＦジャパン社製）、Ｏｉｌ  Ｐｉｎｋ３３０（中央合成化学株式会社製）などが挙げられる。
【００４０】
シアン染料としては、例えば、ＭＳ  Ｃｙａｎ  ＨＭ−１２３８、ＭＳ  Ｃｙａｎ  ＨＳｏ−１６、Ｃｙａｎ  Ｈｓｏ−１４４、ＭＳ  Ｃｙａｎ  ＶＰＧ（三井化学株式会社製）、ＡＩＺＥＮ  ＳＯＴ  Ｂｌｕｅ−４（保土谷化学株式会社製）、ＲＥＳＯＬＩＮ  ＢＲ．Ｂｌｕｅ  ＢＧＬＮ  ２００％、ＭＡＣＲＯＬＥＸ  Ｂｌｕｅ  ＲＲ、ＣＥＲＥＳ  ＢｌｕｅＧＮ、ＳＩＲＩＵＳ  ＳＵＰＲＡＴＵＲＱ．Ｂｌｕｅ  Ｚ−ＢＧＬ、ＳＩＲＩＵＳ  ＳＵＰＲＡ  ＴＵＲＱ．Ｂｌｕｅ  ＦＢ−ＬＬ３３０％（バイエルジャパン社製）、ＫＡＹＡＳＥＴ  Ｂｌｕｅ  Ｆｒ、ＫＡＹＡＳＥＴ  Ｂｌｕｅ  Ｎ、ＫＡＹＡＳＥＴ  Ｂｌｕｅ  ８１４、Ｔｕｒｑ．Ｂｌｕｅ  ＧＬ−５  ２００、ＬｉｇｈｔＢｌｕｅ  ＢＧＬ−５  ２００（日本化薬株式会社製）、ＤＡＩＷＡ  Ｂｌｕｅ  ７０００、Ｏｌｅｏｓｏｌ  Ｆａｓｔ  Ｂｌｕｅ  ＧＬ（ダイワ化成株式会社製）、ＤＩＡＲＥＳＩＮＢｌｕｅ  Ｐ（三菱ケミカル株式会社製）、ＳＵＤＡＮ  Ｂｌｕｅ  ６７０、ＮＥＯＰＥＮ  Ｂｌｕｅ８０８、ＺＡＰＯＮ  Ｂｌｕｅ  ８０６（ＢＡＳＦジャパン社製）などが挙げられる。
【００４１】
イエロー染料としては、例えば、ＭＳ  Ｙｅｌｌｏｗ  ＨＳｍ−４１、Ｙｅｌｌｏｗ  ＫＸ−７、Ｙｅｌｌｏｗ  ＥＸ−２７（三井化学株式会社製）、ＡＩＺＥＮＳＯＴ  Ｙｅｌｌｏｗ−１、ＡＩＺＥＮ  ＳＯＴ  ＹｅｌｌｏＷ−３、ＡＩＺＥＮ  ＳＯＴ  Ｙｅｌｌｏｗ−６（保土谷化学株式会社製）、ＭＡＣＲＯＬＥＸ  Ｙｅｌｌｏｗ  ６Ｇ、ＭＡＣＲＯＬＥＸ  ＦＬＵＯＲ、Ｙｅｌｌｏｗ  １０ＧＮ（バイエルジャパン社製）、ＫＡＹＡＳＥＴ  Ｙｅｌｌｏｗ  ＳＦ−Ｇ、ＫＡＹＡＳＥＴ  Ｙｅｌｌｏｗ２Ｇ、ＫＡＹＡＳＥＴ  Ｙｅｌｌｏｗ  Ａ−Ｇ、ＫＡＹＡＳＥＴ  Ｙｅｌｌｏｗ  Ｅ−Ｇ（日本化薬株式会社製）、ＤＡＩＷＡ  Ｙｅｌｌｏｗ  ３３０ＨＢ（ダイワ化成株式会社製）、ＨＳＹ−６８（三菱ケミカル株式会社製）、ＳＵＤＡＮ  Ｙｅｌｌｏｗ  １４６、ＮＥＯＰＥＮ  Ｙｅｌｌｏｗ  ０７５（ＢＡＳＦジャパン社製）、Ｏｉｌ  Ｙｅｌｌｏｗ  １２９（中央合成化学株式会社製）などが挙げられる。
【００４２】
前記顔料としては、各種の有機及び無機顔料を使用することができ、例えば、アゾレーキ、不溶性アゾ顔料、縮合アゾ顔料及びキレートアゾ顔料等のアゾ顔料、フタロシアニン顔料、ペリレン顔料、アントセキノン顔料、キナクリドン顔料、ジオキサジン顔料、チオインジゴ顔料、イソインドリノン顔料、キノフタロン顔料等の多環式顔料などが挙げられる。前記顔料としては、具体的には、カラーインデックスに記載される下記の番号の有機又は無機顔料が使用できる。
【００４３】
赤又はマゼンタ顔料としては、例えば、Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｒｅｄ  ３、５、１９、２２、３１、３８、４３、４８：１、４８：２、４８：３、４８：４、４８：５、４９：１、５３：１、５７：１、５７：２、５８：４、６３：１、８１、８１：１、８１：２、８１：３、８１：４、８８、１０４、１０８、１１２、１２２、１２３、１４４、１４６、１４９、１６６、１６８、１６９、１７０、１７７、１７８、１７９、１８４、１８５、２０８、２１６、２２６、２５７、Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｖｉｏｌｅｔ  ３、１９、２３、２９、３０、３７、５０、８８、Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｏｒａｎｇｅ  １３、１６、２０、３６などが挙げられる。
【００４４】
青又はシアン顔料としては、例えば、ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｂｌｕｅ  １、１５、１５：１、１５：２、１５：３、１５：４、１５：６、１６、１７−１、２２、２７、２８、２９、３６、６０などが挙げられる。
緑顔料としては、例えば、Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｇｒｅｅｎ  ７、２６、３６、５０などが挙げられる。
黄顔料としては、例えば、Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｙｅｌｌｏｗ  １、３、１２、１３、１４、１７、３４、３５、３７、５５、７４、８１、８３、９３、９４、９５、９７、１０８、１０９、１１０、１３７、１３８、１３９、１５３、１５４、１５５、１５７、１６６、１６７、１６８、１８０、１８５、１９３などが挙げられる。
黒顔料としては、例えば、Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｂｌａｃｋ  ７、２８、２６などが挙げられる。
【００４５】
前記顔料としては、市販品を用いることができ、該市販品としては、例えば、クロモファインイエロー２０８０、５９００、５９３０、ＡＦ−１３００、２７００Ｌ、クロモファインオレンジ３７００Ｌ、６７３０、クロモファインスカーレット６７５０、クロモファインマゼンタ６８８０、６８８６、６８９１Ｎ、６７９０、６８８７、クロモファインバイオレット  ＲＥ、クロモファインレッド６８２０、６８３０、クロモファインブルーＨＳ−３、５１８７、５１０８、５１９７、５０８５Ｎ、ＳＲ−５０２０、５０２６、５０５０、４９２０、４９２７、４９３７、４８２４、４９３３ＧＮ−ＥＰ、４９４０、４９７３、５２０５、５２０８、５２１４、５２２１、５０００Ｐ、クロモファイングリーン２ＧＮ、２ＧＯ、２Ｇ−５５０Ｄ、５３１０、５３７０、６８３０、クロモファインブラックＡ−１１０３、セイカファストエロー１０ＧＨ、Ａ−３、２０３５、２０５４、２２００、２２７０、２３００、２４００（Ｂ）、２５００、２６００、ＺＡＹ−２６０、２７００（Ｂ）、２７７０、セイカファストレッド８０４０、Ｃ４０５（Ｆ）、ＣＡ１２０、ＬＲ−１１６、１５３１Ｂ、８０６０Ｒ、１５４７、ＺＡＷ−２６２、１５３７Ｂ、ＧＹ、４Ｒ−４０１６、３８２０、３８９１、ＺＡ−２１５、セイカファストカーミン６Ｂ１４７６Ｔ−７、１４８３ＬＴ、３８４０、３８７０、セイカファストボルドー１０Ｂ−４３０、セイカライトローズＲ４０、セイカライトバイオレットＢ８００、７８０５、セイカファストマルーン４６０Ｎ、セイカファストオレンジ９００、２９００、セイカライトブルーＣ７１８、Ａ６１２、シアニンブルー４９３３Ｍ、４９３３ＧＮ−ＥＰ、４９４０、４９７３（以上、大日精化工業株式会社製）；ＫＥＴ  Ｙｅｌｌｏｗ  ４０１、４０２、４０３、４０４、４０５、４０６、４１６、４２４、ＫＥＴ  Ｏｒａｎｇｅ  ５０１、ＫＥＴ  Ｒｅｄ  ３０１、３０２、３０３、３０４、３０５、３０６、３０７、３０８、３０９、３１０、３３６、３３７、３３８、３４６、ＫＥＴ  Ｂｌｕｅ  １０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１１１、１１８、１２４、ＫＥＴ  Ｇｒｅｅｎ  ２０１（以上、ＤＩＣ株式会社製）；Ｃｏｌｏｒｔｅｘ  Ｙｅｌｌｏｗ  ３０１、３１４、３１５、３１６、Ｐ−６２４、３１４、Ｕ１０ＧＮ、Ｕ３ＧＮ、ＵＮＮ、ＵＡ−４１４、Ｕ２６３、Ｆｉｎｅｃｏｌ  Ｙｅｌｌｏｗ  Ｔ−１３、Ｔ−０５、Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｙｅｌｌｏｗ１７０５、Ｃｏｌｏｒｔｅｘ  Ｏｒａｎｇｅ  ２０２、Ｃｏｌｏｒｔｅｘ  Ｒｅｄ１０１、１０３、１１５、１１６、Ｄ３Ｂ、Ｐ−６２５、１０２、Ｈ−１０２４、１０５Ｃ、ＵＦＮ、ＵＣＮ、ＵＢＮ、Ｕ３ＢＮ、ＵＲＮ、ＵＧＮ、ＵＧ２７６、Ｕ４５６、Ｕ４５７、１０５Ｃ、ＵＳＮ、Ｃｏｌｏｒｔｅｘ  Ｍａｒｏｏｎ６０１、Ｃｏｌｏｒｔｅｘ  ＢｒｏｗｎＢ６１０Ｎ、Ｃｏｌｏｒｔｅｘ  Ｖｉｏｌｅｔ６００、Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｒｅｄ  １２２、Ｃｏｌｏｒｔｅｘ  Ｂｌｕｅ５１６、５１７、５１８、５１９、Ａ８１８、Ｐ−９０８、５１０、Ｃｏｌｏｒｔｅｘ  Ｇｒｅｅｎ４０２、４０３、Ｃｏｌｏｒｔｅｘ  Ｂｌａｃｋ  ７０２、Ｕ９０５（以上、山陽色素株式会社製）；Ｌｉｏｎｏｌ  Ｙｅｌｌｏｗ  １４０５Ｇ、Ｌｉｏｎｏｌ  Ｂｌｕｅ  ＦＧ７３３０、ＦＧ７３５０、ＦＧ７４００Ｇ、ＦＧ７４０５Ｇ、ＥＳ、ＥＳＰ−Ｓ（以上、東洋インキ製造株式会社製）；Ｔｏｎｅｒ  Ｍａｇｅｎｔａ  Ｅ０２、Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  ＲｕｂｉｎＦ６Ｂ、Ｔｏｎｅｒ  Ｙｅｌｌｏｗ  ＨＧ、Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｙｅｌｌｏｗ  ＧＧ−０２、Ｈｏｓｔａｐｅａｍ  ＢｌｕｅＢ２Ｇ（以上、ヘキストインダストリ社製）；カーボンブラック＃２６００、＃２４００、＃２３５０、＃２２００、＃１０００、＃９９０、＃９８０、＃９７０、＃９６０、＃９５０、＃８５０、ＭＣＦ８８、＃７５０、＃６５０、ＭＡ６００、ＭＡ７、ＭＡ８、ＭＡ１１、ＭＡ１００、ＭＡ１００Ｒ、ＭＡ７７、＃５２、＃５０、＃４７、＃４５、＃４５Ｌ、＃４０、＃３３、＃３２、＃３０、＃２５、＃２０、＃１０、＃５、＃４４、ＣＦ９（以上、三菱ケミカル株式会社製）などが挙げられる。
前記着色剤の添加量は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、ゲル用組成液全量に対して、０．１質量％以上５質量％以下が好ましい。
【００４６】
ここで、図面を参照して、本発明の心臓モデルについて詳細に説明する。
図７は、本発明の心臓モデルの一例を示す模式図であり、図８は、図７に示す心臓モデルの心室側の心臓モデルの一例を示す拡大図であり、図９は、図８に示す心室側の心臓モデルの角度をずらした模式図であり、図１０は、図９の心臓モデルにおいて人工弁を装着した心臓モデルの一例を示す図であり、図１１は、心臓モデルに人工弁輪を糸で装着した一例を示す模式図である。
図７に示すように、心臓モデルは、おおよそ心室全体を含む部位（図７下部）と、心房全体を含む部位（図７上部）とに２分割されている。この図７における心室全体を含む部分は、図８〜図１０に示すように、各心臓弁が位置する部位が視認できるような断面になっている。そのため、このような心臓モデルに人工弁を装着する際には、弁を装着する部位への視野が広く、さらには、複数の弁を同時に視認することができる。
【００４７】
（心臓モデルの製造方法）
本発明の心臓モデルの製造方法としては、分割面により複数の分割部に分割可能な心臓モデルを３次元プリンターを用いて製造する方法であって、前記複数の分割部のうちの一の分割部が、前記心臓モデルにおける少なくとも２つの視認可能な弁を有するように、心臓の３次元データに基づき前記一の分割部を製造する工程を含み、更に必要に応じてその他の工程を含む。
【００４８】
本発明の心臓モデルの製造方法においては、心臓の３次元データから心臓モデルを製造する。前記心臓の３次元データとしては、製造のたびに入手してもよいし、データベースの保存されているものを使用してもよい。心臓の３次元データは、一般的なモデルデータを用いてもよいし、特定対象の医用データに基づいて作成してもよい。
前記分割部を製造する工程としては、得られた心臓の３次元データに基づき、心臓弁の仮想平面をコンピュータでシミュレーションにより見つけ出し、前記仮想平面と略平行な分割断面を決定する。決定した分割断面を有する３次元データに基づき、分割部としての心臓モデルを、後述する３次元プリンターや型を用いて製造する。
その他の工程としては、上述した分割部とは異なる分割部の心臓モデルを、上述の分割部の３次元データとは異なる３次元データに基づいて製造する工程などが挙げられる。
【００４９】
本発明の心臓モデルの製造方法において、前記心臓モデルの前記分割断面が、第一の弁の表面に位置する点を最大に含む第一の仮想平面と、第二の弁の表面に位置する点を最大に含む第二の仮想平面と、のそれぞれに対して略平行な面を含むことが好ましい。前記分割断面であると、向きの異なる２以上の弁に対して同時に視認可能な断面とすることができる。なお、略平行な面とは、仮想平面と少なくとも一点で接することができる面を意味する。
【００５０】
また、本発明の心臓モデルの製造方法において、前記心臓モデルの前記分割断面が、前記弁の近傍であって、前記弁に対して心房側に位置するものであることが好ましい。前記分割断面であると、心臓弁の弁置換術や弁形成術などの心臓弁膜症の治療の説明、展示、練習などに好適に用いることができる心臓モデルを提供することができる。
なお、この場合においては、最初に心室側の分割部を製造した後に、心房側の分割部を製造することが好ましい。
【００５１】
本発明の心臓モデルの製造方法において、前記心臓モデルの前記分割断面が、球面の一部を少なくとも含むことが好ましい。
【００５２】
本発明の心臓モデルの製造方法は、前記心臓の３次元データが、特定対象、例えば患者個人の医用データに基づいて作製されることが好ましい。前記心臓の３次元データが、特定対象の医用データであると、対象の心臓の形状を再現できるため、例えば人工弁などの医療デバイスを適用した際の動作確認や、医療デバイスの適用のための手技の練習などに用いることができる。特定対象の医用データは、心臓の形状が特定できるものであれば特に限定されず、例えばＣＴスキャン、ＭＲＩなどの医療機器で撮影された投影データなどが挙げられる。
【００５３】
また、本発明の心臓モデルの製造方法は、前記心臓の３次元データが、心臓の一部のデータ、例えば、分割面により分断された複数の分割部のうちの１つのデータに基づいて作製することもできる。前記心臓の３次元データが、心臓の一部のデータであると、所望の心臓の部位を選択して所望の形状の心臓モデルを作製することができる。したがって、本発明には、前記心臓の一部のデータに基づいて作成された分割部のモデルも包含される。前記分割部のモデルについては、後述のとおり上記心臓モデルにおいて採用し得る任意の態様を採用することができ、例えば、人工弁、カテーテル、カニューレ、バルーン、ステント、アンプラッツァーなどの医療デバイスをさらに含んでもよい。
【００５４】
本発明の心臓モデルの製造方法により得られる心臓モデルは、上述した本発明の心臓モデルであり、本発明の心臓モデルの製造方法により得られる心臓モデルは本発明の心臓モデルと同様の特徴を有する。したがって、上記心臓モデルにおいて採用し得る任意の態様を採用することができ、例えば人工弁、カテーテル、カニューレ、バルーン、ステント、アンプラッツァーなどの医療デバイスをさらに含んでもよい。
【００５５】
心臓モデルの製造方法は、心臓モデル形成用液体材料を用いて製造する。
前記心臓モデル形成用液体材料は、心臓モデルの材質が樹脂である場合には、その樹脂を液状化したものを用い、心臓モデルの材質が樹脂である場合には、ゲル用組成液を用いる。
前記心臓モデルの材質が樹脂である場合の樹脂については、本発明の心臓モデルと同様のものであるため、説明を省略する。
【００５６】
［ゲル用組成液］
前記ゲル用組成液は、モノマーと、水に分散可能な鉱物とを含み、水を含むことが好ましく、更に必要に応じて有機溶剤、その他の成分を含有する。
水、鉱物、有機溶媒、及びその他の成分については、本発明の心臓モデルで説明したものと同様であるため説明を省略する。
【００５７】
−モノマー−
モノマーは、不飽和炭素−炭素結合を１つ以上有する化合物であり、例えば、単官能モノマー、多官能モノマーなどが挙げられる。更に、多官能モノマーとして、２官能モノマー、３官能モノマー、４官能以上のモノマーなどが挙げられる。
単官能モノマーは、不飽和炭素−炭素結合を１つ有する化合物であり、例えば、アクリルアミド、Ｎ−置換アクリルアミド誘導体、Ｎ，Ｎ−ジ置換アクリルアミド誘導体、Ｎ−置換メタクリルアミド誘導体、Ｎ，Ｎ−ジ置換メタクリルアミド誘導体、その他の単官能モノマーなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
Ｎ−置換アクリルアミド誘導体、Ｎ，Ｎ−ジ置換アクリルアミド誘導体、Ｎ−置換メタクリルアミド誘導体、又はＮ，Ｎ−ジ置換メタクリルアミド誘導体としては、例えば、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド（ＤＭＡＡ）、Ｎ−イソプロピルアクリルアミドなどが挙げられる。
その他の単官能モノマーとしては、例えば、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート（ＥＨＡ）、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート（ＨＥＡ）、２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート（ＨＰＡ）、アクリロイルモルホリン（ＡＣＭＯ）、カプロラクトン変性テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、イソボニル（メタ）アクリレート、３−メトキシブチル（メタ）アクリレート、テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、２−フェノキシエチル（メタ）アクリレート、イソデシル（メタ）アクリレート、イソオクチル（メタ）アクリレート、トリデシル（メタ）アクリレート、カプロラクトン（メタ）アクリレート、エトキシ化ノニルフェノール（メタ）アクリレート、ウレタン（メタ）アクリレートなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
単官能モノマーを重合させることにより、アミド基、アミノ基、水酸基、テトラメチルアンモニウム基、シラノール基、エポキシ基などを有する水溶性有機ポリマーが得られる。
アミド基、アミノ基、水酸基、テトラメチルアンモニウム基、シラノール基、エポキシ基などを有する水溶性有機ポリマーは、ハイドロゲル構造体、もしくは後述する臓器モデルの強度を保つために有利な構成成分である。
単官能モノマーの含有量は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、ゲル用組成液の全量に対して、１質量％以上１０質量％以下が好ましく、１質量％以上５質量％以下がより好ましい。単官能モノマーの含有量が、１質量％以上１０質量％以下の範囲であると、ゲル用組成液中の層状粘土鉱物の分散安定性が保たれ、かつ心臓モデルの延伸性を向上させるという利点がある。延伸性とは、ハイドロゲル構造体を引っ張った際に伸び、破断しない特性のことを言う。
【００５８】
２官能モノマーとしては、例えば、トリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、テトラエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールヒドロキシピバリン酸エステルジ（メタ）アクリレート（ＭＡＮＤＡ）、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールエステルジ（メタ）アクリレート（ＨＰＮＤＡ）、１，３−ブタンジオールジ（メタ）アクリレート（ＢＧＤＡ）、１，４−ブタンジオールジ（メタ）アクリレート（ＢＵＤＡ）、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート（ＨＤＤＡ）、１，９−ノナンジオールジ（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート（ＤＥＧＤＡ）、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート（ＮＰＧＤＡ）、トリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート（ＴＰＧＤＡ）、カプロラクトン変性ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールエステルジ（メタ）アクリレート、プロポキシ化ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、エトキシ変性ビスフェノールＡジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコール２００ジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコール４００ジ（メタ）アクリレート、メチレンビスアクリルアミドなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００５９】
３官能モノマーとしては、例えば、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート（ＴＭＰＴＡ）、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート（ＰＥＴＡ）、トリアリルイソシアネート、トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌレートトリ（メタ）アクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート，プロポキシ化トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、プロポキシ化グリセリルトリ（メタ）アクリレートなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００６０】
４官能以上のモノマーとしては、例えば、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヒドロキシペンタ（メタ）アクリレート、エトキシ化ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ペンタ（メタ）アクリレートエステル、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート（ＤＰＨＡ）などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００６１】
多官能モノマーの含有量は、ゲル用組成液の全量に対して、０．００１質量％以上１質量％以下が好ましく、０．０１質量％以上０．５質量％以下がより好ましい。多官能モノマーの含有量が、０．００１質量％以上１質量％以下の範囲であると、得られるハイドロゲル構造体の弾性率や硬度を適正な範囲に調整することができる。
【００６２】
ゲル用組成液は、重合開始剤を用いて硬化させることが好ましい。重合開始剤は、ゲル用組成液中に添加して使用される。
【００６３】
−重合開始剤−
重合開始剤としては、例えば、熱重合開始剤、光重合開始剤などが挙げられる。
熱重合開始剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アゾ系開始剤、過酸化物開始剤、過硫酸塩開始剤、レドックス（酸化還元）開始剤などが挙げられる。
アゾ系開始剤としては、例えば、ＶＡ−０４４、ＶＡ−４６Ｂ、Ｖ−５０、ＶＡ−０５７、ＶＡ−０６１、ＶＡ−０６７、ＶＡ−０８６、２，２’−アゾビス（４−メトキシ−２，４−ジメチルバレロニトリル）（ＶＡＺＯ  ３３）、２，２’−アゾビス（２−アミジノプロパン）二塩酸塩（ＶＡＺＯ  ５０）、２，２’−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）（ＶＡＺＯ  ５２）、２，２’−アゾビス（イソブチロニトリル）（ＶＡＺＯ  ６４）、２，２’−アゾビス−２−メチルブチロニトリル（ＶＡＺＯ  ６７）、１，１−アゾビス（１−シクロヘキサンカルボニトリル）（ＶＡＺＯ  ８８）（いずれもＤｕＰｏｎｔ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ社から入手可能）、２，２’−アゾビス（２−シクロプロピルプロピオニトリル）、２，２’−アゾビス（メチルイソブチレ−ト）（Ｖ−６０１）（和光純薬工業株式会社より入手可能）などが挙げられる。
【００６４】
過酸化物開始剤としては、例えば、過酸化ベンゾイル、過酸化アセチル、過酸化ラウロイル、過酸化デカノイル、ジセチルパーオキシジカーボネート、ジ（４−ｔ−ブチルシクロヘキシル）パーオキシジカーボネート（Ｐｅｒｋａｄｏｘ  １６Ｓ）（Ａｋｚｏ  Ｎｏｂｅｌ社から入手可能）、ジ（２−エチルヘキシル）パーオキシジカーボネート、ｔ−ブチルパーオキシピバレート（Ｌｕｐｅｒｓｏｌ  １１）（Ｅｌｆ  Ａｔｏｃｈｅｍ社から入手可能）、ｔ−ブチルパーオキシ−２−エチルヘキサノエート（Ｔｒｉｇｏｎｏｘ  ２１−Ｃ５０）（Ａｋｚｏ  Ｎｏｂｅｌ社から入手可能）、過酸化ジクミルなどが挙げられる。
【００６５】
過硫酸塩開始剤としては、例えば、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム、ペルオキソ二硫酸ナトリウムなどが挙げられる。
レドックス（酸化還元）開始剤としては、例えば、過硫酸塩開始剤とメタ亜硫酸水素ナトリウム及び亜硫酸水素ナトリウムのような還元剤との組み合わせ、有機過酸化物と第３級アミンに基づく系（例えば、過酸化ベンゾイルとジメチルアニリンに基づく系）、有機ヒドロパーオキシドと遷移金属に基づく系（例えば、クメンヒドロパーオキシドとコバルトナフテートに基づく系）などが挙げられる。
【００６６】
光重合開始剤としては、光（特に波長２２０ｎｍ〜４００ｎｍの紫外線）の照射によりラジカルを生成する任意の物質を用いることができる。
光重合開始剤としては、例えば、アセトフェノン、２，２−ジエトキシアセトフェノン、ｐ−ジメチルアミノアセトフェノン、ベンゾフェノン、２−クロロベンゾフェノン、ｐ，ｐ’−ジクロロベンゾフェノン、ｐ，ｐ−ビスジエチルアミノベンゾフェノン、ミヒラーケトン、ベンジル、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾイン−ｎ−プロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾイン−ｎ−ブチルエーテル、ベンジルメチルケタール、チオキサントン、２−クロロチオキサントン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニル−１−オン、１−（４−イソプロピルフェニル）２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−オン、メチルベンゾイルフォーメート、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、アゾビスイソブチロニトリル、ベンゾイルペルオキシド、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシドなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
なお、テトラメチルエチレンジアミンは、アクリルアミドをポリアクリルアミドゲルとする重合・ゲル化反応の開始剤として用いられる。
【００６７】
ハイドロゲル構造体（本体部分）の製造方法としては、大きく分けて、例えば、型を用いて形成する方法と、三次元プリンターを用いて直接形成する方法との２つの方法がある。
以下、これら２つの方法について説明する。
【００６８】
＜＜＜型を用いて心臓モデルを形成する方法＞＞＞
型を用いて形成する方法は、心臓モデル形成用液体材料を型に流し込み、硬化させることにより、心臓モデルを形成する方法である。
所望の形状の心臓モデルを作製するために、狙いの形状の型を準備する。
光重合開始剤を用いて硬化する場合には、硬化手段として、紫外線等のエネルギー線を心臓モデル形成用液体材料に照射する必要がある。このため、使用する型はエネルギー線に対して透明な材質で構成される。このような型に注入し、密閉して空気（酸素）を遮断した後、型の外側からエネルギー線を照射する。このようにして重合が完了した後、型から取り出すことにより、心臓モデルを得る。
【００６９】
心臓モデルを形成する場合には、使用する型は、三次元プリンターを用いて作製することが好ましい。
三次元プリンターとしては、特に方式を限定するものではないが、心臓モデル形成用液体材料を注入して硬化させるものであるから、心臓モデル形成用液体材料の漏れの無いような材質や方式で形成することが好ましい。インクジェット（マテリアルジェット）方式、光造形方式、レーザー焼結方式などの三次元プリンターが好適に用いられる。
例えば、心臓形状に合わせた型を作製する場合、心臓のＣＴデータを取得し、これを元にオスメスの型を作製できるように三次元（３Ｄ）データに変換する。この３Ｄデータを基に、三次元プリンターにて、心臓モデルを作製するための型を作製する。
患者個人に合わせ、患者の疾患部位形状を再現する場合には、三次元データの元データとして、ＤＩＣＯＭと呼ばれる医用データに基づいて作成することができる。
このようにして、所望の形状データに基づき三次元プリンターにて作製した型に、心臓モデル形成用液体材料を流し込み、心臓モデル形成用液体材料を硬化させると、所望の形状の心臓モデルを得ることができる。
【００７０】
＜＜＜三次元プリンターを用いて心臓モデルを直接形成する方法＞＞＞
三次元プリンターを用いた造形は、心臓モデル形成用液体材料を用い、三次元プリンターにて直接造形するものである。
三次元プリンターが、インクジェット方式の三次元プリンター、又は光造形方式の三次元プリンターであることが好ましい。これらの方法を用いると、組成分布や形状制御を行うことができ、所望の形状や物性を有するハイドロゲルを形成することができる。
三次元プリンターは、心臓モデル形成用液体材料を印字できる方式が好ましい。インクジェット（マテリアルジェット）方式、あるいはディスペンサー方式にて心臓モデル形成用液体材料からなるインクを吐出し、ＵＶ光により硬化する方式が有効に用いられる。こちらの方法の場合、例えば、心臓モデルを形成する材料を複数用いることができるため、心臓モデル全体を同一組成ではなく、組成に分布を設けることが可能になる。特に、超音波の伝搬速度をコントロールできるような組成分布を設けることができる。これは、正常細胞でない部分を再現する場合に、有効な手法である。
【００７１】
例えば、図３は、インクジェット（ＩＪ）方式の三次元プリンター１０を示す。インクジェットヘッドを配列したヘッドユニットを用いて、造形体用液体材料噴射ヘッドユニット１１から心臓モデル形成用液体材料を、支持体用液体材料噴射ヘッドユニット１２、１２から支持体形成用液体材料を噴射する。隣接した紫外線照射機１３、１３で心臓モデル形成用液体材料及び支持体形成用液体材料を硬化しながら積層する。更に、三次元プリンター１０は、造形体支持基板１４と、平滑化部材１６が含まれる。
液体材料噴射ヘッドユニット１１、１２及び紫外線照射機１３と、造形体（心臓モデル）１７及び支持体１８とのギャップを一定に保つため、積層回数に合わせて、ステージ１５を下げながら積層する。
三次元プリンター１０では、紫外線照射機１３、１３は矢印Ａ、Ｂいずれの方向に移動する際も使用し、その紫外線照射に伴って発生する熱により、積層された支持体形成用液体材料表面が平滑化され、結果として心臓モデルの寸法安定性が向上できる。
造形終了後、図４に示すように心臓モデル１７と支持体１８を水平方向に引っ張り剥離したところ、支持体１８は一体として剥離され、心臓モデル１７を容易に取り出すことができる。
【００７２】
また、図５に示すような光造形方式の三次元プリンターでは、心臓モデル形成用液体材料を液槽２４に溜め、液槽の表面２７にレーザー光源２１により出射された紫外線レーザー光２３をレーザースキャナー２２から照射する。そして、造形ステージ２６上に硬化物を作製する。造形ステージ２６はピストン２５の作動により降下し、これを順次繰り返すことにより、造形物（心臓モデル）２８を得る。
【００７３】
（心臓モデル分割部）
本発明の心臓モデル分割部は、分割面を有する心臓モデルにおける心臓モデル分割部であって、前記心臓モデルにおける少なくとも２つの視認可能な弁を有し、前記分割面が、前記心臓モデルにおける第一の弁の表面に位置する点を最大に含む第一の仮想平面と、前記心臓モデルにおける第二の弁の表面に位置する点を最大に含む第二の仮想平面と、のそれぞれに対して略平行な面を含む。
本発明の心臓モデル分割部における「弁」及び「分割面」などについては、本発明の心臓モデルと同様であるため、説明を省略する。
【実施例】
【００７４】
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。
【００７５】
（実施例１）
＜心臓モデルの３Ｄデータの作製＞
３Ｄ  ＣＡＤソフト（Ｏｂｊｅｔ  Ｓｔｕｄｉｏ、丸紅情報システムズ株式会社製）を用いて、ヒトの心臓のＣＴデータに基づき、心臓の各弁を取り除いたヒトの心臓の３ＤデータＨ１（図６参照）を作製した。この心臓の３ＤデータＨ１において、閉口時の僧帽弁、三尖弁及び大動脈弁に対してそれぞれ略平行であり、かつ心室を切断する面を含む曲面（球面）に沿って心臓の３ＤデータＨ１を分割する断面Ｄ１〜Ｄ３を有する心房側の３ＤデータＨ１１（図７参照）と心室側の３ＤデータＨ１２（図７参照）を得た。分割断面は断面Ｄ１〜Ｄ３を全て含む面である（図１３参照）。図１３は、切断面と同じ面を持つ曲面（球面）と、僧房弁、三尖弁、大動脈弁及び肺静脈弁の位置関係を示す一例の図である。図１３に示すように、分割断面Ｄ１〜Ｄ３は、僧房弁/三尖弁/大動脈弁については、閉口時の僧帽弁、三尖弁及び大動脈弁に対してそれぞれ略平行であることがわかった。ただし、Ｄ１〜Ｄ３は同一平面上にはない面である。
【００７６】
＜心臓モデルの製造＞
得られた心室側の３ＤデータＨ１２に基づき、３Ｄプリンター（装置名：Ｏｂｊｅｃｔ  ３０  Ｐｒｏ、丸紅情報システムズ株式会社製、材料：ＶｅｒｏＣｌｅａｒ）を用いて、断面Ｄ１〜Ｄ３を有する心室側の心臓モデルＦ１１を直接造形した。得られた心臓モデルＦ１１に、人工弁輪（Ｍｅｄｔｒｏｎｉｃ社製）を僧帽弁及び三尖弁の位置に取り付け、人工弁輪付き心臓モデルＦ１２を製造した。
【００７７】
得られた人工弁輪付き心臓モデルＦ１２は、分割断面が閉口時の各弁に対してそれぞれ略平行であるため取り付けた人工弁輪を心房側から視認することが容易であった。
【００７８】
（比較例１）
＜心臓モデルの製造＞
実施例１において作製した心臓の各弁を取り除いたヒトの心臓の３ＤデータＨ１（図６参照）に基づき、３Ｄプリンター（装置名：Ｏｂｊｅｃｔ  ３０  Ｐｒｏ、丸紅情報システムズ株式会社製、材料：ＶｅｒｏＣｌｅａｒ）を用いて、心臓全体の形状を模した心臓モデルＦ１０１を直接造形した。得られた心臓モデルＦ１０１に、人工弁輪（Ｍｅｄｔｒｏｎｉｃ社製）を僧帽弁及び三尖弁の位置に取り付け、人工弁輪付き心臓モデルＦ１０２を製造した。
【００７９】
得られた人工弁輪付き心臓モデルＦ１０２は、心臓全体が一体成型されているため、心臓内部の僧帽弁及び三尖弁の位置に取り付けた人工弁輪を同時に視認することができなかった。
【００８０】
（比較例２）
＜心臓モデルの３Ｄデータの作製＞
実施例１において作製した心臓の各弁を取り除いたヒトの心臓の３ＤデータＨ１（図６参照）において、閉口時の僧帽弁のみに対して略平行である面を含む平面に沿って心臓の３ＤデータＨ１を分割し、断面Ｄのみを有する心房側の３ＤデータＨ２０１と心室側の３ＤデータＨ２０２を得た（図１２Ａ〜図１２Ｃ参照）。分割断面は断面Ｄのみを含む面である。図１２Ａ〜図１２Ｃは、僧房弁の仮想平面と平行になるように平面で分断した心臓モデルを示す模式図であり、図１２Ａは、心臓モデルを断面側から見た模式図であり、図１２Ｂは、図１２Ａの心臓モデルの斜視図であり、図１２Ｃは、図１２Ａの心臓モデルの断面を上とした正面図である。
【００８１】
＜心臓モデルの製造＞
得られた心室側の３ＤデータＨ２０２に基づき、３Ｄプリンター（装置名：Ｏｂｊｅｃｔ  ３０  Ｐｒｏ、丸紅情報システムズ株式会社製、材料：ＶｅｒｏＣｌｅａｒ）を用いて、断面Ｄを有する心室側の心臓モデルＦ２０１を直接造形した。得られた心臓モデルＦ２０１に、人工弁輪（Ｍｅｄｔｒｏｎｉｃ社製）を僧帽弁及び三尖弁の位置に取り付け、人工弁輪付き心臓モデルＦ２０２を製造した。
【００８２】
得られた人工弁輪付き心臓モデルＦ２０２は、断面Ｄが閉口時の僧帽弁のみに対して略平行であるため、僧帽弁に取り付けた人工弁輪を心房側から視認することは容易であったが、三尖弁に取り付けた人工弁輪は、断面Ｄに対して奥まった位置に配置されてしまい視認することが難しかった。
【００８３】
（実施例２）
＜心臓モデルの３Ｄデータの作製＞
実施例１の心室側の３ＤデータＨ１２を、Ｍａｇｉｃｓ（Ｍａｔｅｒｉａｌｉｓｅ社製）を用い、球体と組み合わせてブーリアン演算することにより、断面Ｄ１〜Ｄ３を有する心室側の３ＤデータＨ１２の中空構造を有する型３ＤデータＨ２１を得た。分割断面は断面Ｄ１〜Ｄ３を全て含む面である。ただし、Ｄ１〜Ｄ３は同一平面上にはない面である。
【００８４】
＜心臓モデルの製造＞
得られた型３ＤデータＨ２１に基づき、３Ｄプリンター（装置名：Ｏｂｊｅｃｔ  ３０  Ｐｒｏ、丸紅情報システムズ株式会社製、材料：ＶｅｒｏＣｌｅａｒ）を用いて、断面Ｄ１〜Ｄ３を有する心室側の型１を造形した。造形した型１にシリコーン樹脂（製品名：ＫＥ−１２、信越シリコーン株式会社製）を十分量流し込み、硬化後、取り出して、心室側の心臓モデルＦ２１を造形した。得られた心臓モデルＦ２１に人工弁輪（Ｍｅｄｔｒｏｎｉｃ社製）を僧帽弁及び三尖弁の位置に縫合糸で固定し、人工弁輪付き心臓モデルＦ２２を製造した。分割断面は断面Ｄ１〜Ｄ３を全て含む面である。ただし、Ｄ１〜Ｄ３は同一平面上にはない面である。
【００８５】
得られた人工弁輪付き心臓モデルＦ２２は、シリコーン樹脂のような柔らかい素材で製造されているため、外力により拍動を模した動作を行うことができる。また、人工弁輪は心臓モデルＦ２２に縫合糸で固定されているため、人工弁輪が心臓モデルＦ２２の拍動を模した動作による形状変化に追従することが観察できた。
【００８６】
（実施例３）
＜心臓モデルの３Ｄデータの作製＞
実施例１の心室側の３ＤデータＨ１２（図７参照）に、僧帽弁及び三尖弁を有する弁付き心室側の３ＤデータＨ３１（図１０参照）を作製した。得られた弁付き心室側の３ＤデータＨ３１を、Ｍａｇｉｃｓ（Ｍａｔｅｒｉａｌｉｓｅ社製）を用い、球体と組み合わせてブーリアン演算することにより、断面Ｄ１〜Ｄ３を有する心室側の３ＤデータＨ１２の中空構造を有する型３ＤデータＨ３２を得た。分割断面は断面Ｄ１〜Ｄ３を全て含む面である。ただし、Ｄ１〜Ｄ３は同一平面上にはない面である。
【００８７】
＜心臓モデルの製造＞
得られた型３ＤデータＨ３２に基づき、３Ｄプリンター（装置名：Ｏｂｊｅｃｔ  ３０  Ｐｒｏ、丸紅情報システムズ株式会社製、材料：ＶｅｒｏＣｌｅａｒ）を用いて、断面Ｄ１〜Ｄ３を有する心室側の型２を造形した。造形した型２にシリコーン樹脂（製品名：ＫＥ−１２、信越シリコーン株式会社製）を十分量流し込み、硬化後、取り出して、弁付き心室側の心臓モデルＦ３１を造形した。得られた心臓モデルＦ３１に人工弁輪（Ｍｅｄｔｒｏｎｉｃ社製）を僧帽弁及び三尖弁の位置に縫合糸で固定し、さらに、僧帽弁用のモザイク生体弁（Ｍｅｄｔｒｏｎｉｃ社製）を前記人工弁輪に縫合糸で固定し、人工弁及び人工弁輪付き心臓モデルＦ３２を製造した。
【００８８】
得られた人工弁及び人工弁輪付き心臓モデルＦ３２は、実施例２で得られた人工弁輪付き心臓モデルＦ２２の特徴に加えて、心臓モデルＦ３２の拍動を模した動作に行ったときに、人工弁及び心臓モデルＦ３２由来の僧帽弁が、心臓モデルＦ３２の収縮時に開き、拡張時に閉じる動作を行うことを観察できた。
【００８９】
（実施例４）
実施例３において作製した僧帽弁及び三尖弁を取り付けた弁付き心室側の３ＤデータＨ３１（図１０参照）に基づき、３Ｄプリンター（装置名：Ｏｂｊｅｃｔ  ３０  Ｐｒｏ、丸紅情報システムズ株式会社製、材料：ＴａｎｇｏＧｒａｙ）を用いて、断面Ｄ１〜Ｄ３を有する心室側の心臓モデルＦ４１を直接造形した。得られた心臓モデルＦ４１に、人工弁輪（Ｍｅｄｔｒｏｎｉｃ社製）を僧帽弁及び三尖弁の位置に縫合糸で固定し、さらに、僧帽弁用のモザイク生体弁（Ｍｅｄｔｒｏｎｉｃ社製）を前記人工弁輪に縫合糸で固定し、人工弁及び人工弁輪付き心臓モデルＦ４２を製造した。分割断面は断面Ｄ１〜Ｄ３を全て含む面である。ただし、Ｄ１〜Ｄ３は同一平面上にはない面である。
【００９０】
得られた人工弁及び人工弁輪付き心臓モデルＦ４２は、実施例３で得られた人工弁及び人工弁輪付き心臓モデルＦ３２の特徴を有する心臓モデルをより簡便な方法で製造することができることを示した。
【００９１】
本発明の態様は、例えば、以下のとおりである。
＜１＞  分割面により複数の分割部に分割可能な心臓モデルであって、
前記複数の分割部のうちの一の分割部が、前記心臓モデルにおける少なくとも２つの視認可能な弁を有し、
前記分割面が、前記心臓モデルにおける第一の弁の表面に位置する点を最大に含む第一の仮想平面と、前記心臓モデルにおける第二の弁の表面に位置する点を最大に含む第二の仮想平面と、のそれぞれに対して略平行な面を含むことを特徴とする心臓モデルである。
＜２＞  前記分割面が、前記弁の近傍であって、前記弁に対して心房側に位置する前記＜１＞に記載の心臓モデルである。
＜３＞  前記分割面により形成される前記心臓モデルの分割断面が、球面の一部を少なくとも含む前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の心臓モデルである。
＜４＞  前記心臓モデルにおける弁が、心臓における、僧帽弁に対応する模擬僧帽弁、三尖弁に対応する模擬三尖弁、大動脈弁に対応する模擬大動脈弁、及び肺動脈弁に対応する模擬肺動脈弁である前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の心臓モデルである。
＜５＞  前記模擬僧帽弁、前記模擬三尖弁、前記模擬大動脈弁及び前記模擬肺動脈弁の少なくともいずれかに対応した位置に取り付けられる人工弁及び人工弁輪の少なくともいずれかを装着している前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の心臓モデルである。
＜６＞  前記人工弁及び前記人工弁輪の少なくともいずれかが、糸及び接着剤の少なくともいずれかで前記心臓モデルに固定されている前記＜５＞のいずれかに記載の心臓モデルである。
＜７＞  前記模擬僧帽弁、前記模擬三尖弁、及びこれらの人工弁の少なくともいずれかが、前記心臓モデルにおける心室部に存在する前記＜２＞から＜５＞のいずれかに記載の心臓モデルである。
＜８＞  軟質材料を含む前記＜１＞から＜７＞のいずれかに記載の心臓モデルである。
＜９＞  硬質材料を含む前記＜１＞から＜７＞のいずれかに記載の心臓モデルである。
＜１０＞  外力が印加されると模擬拍動が可能である前記＜１＞から＜９＞のいずれかに記載の心臓モデルである。
＜１１＞  外力が印加されると前記人工弁輪が模擬拍動に追従可能である前記＜１＞から＜１０＞のいずれかに記載の心臓モデルである。
＜１２＞  外力が印加されると前記模擬僧帽弁、前記模擬三尖弁、前記模擬大動脈弁及び前記模擬肺動脈弁が模擬拍動に伴い開閉可能である前記＜４＞から＜１２＞のいずれかに記載の心臓モデルである。
＜１３＞  外力が印加されると前記模擬僧帽弁、前記模擬三尖弁、前記模擬大動脈弁及び前記模擬肺動脈弁が模擬拍動に伴い開閉可能である前記＜４＞から＜１２＞のいずれかに記載の心臓モデルである。
＜１４＞  前記＜１＞から＜１３＞のいずれかに記載の心臓モデルにおいて、前記分割断面に対して心室側のみからなることを特徴とする心臓モデルである。
＜１５＞  前記＜１＞から＜１３＞のいずれかに記載の心臓モデルにおいて、前記分割断面に対して心房側のみからなることを特徴とする心臓モデルである。
＜１６＞  分割面により複数の分割部に分割可能な心臓モデルを３次元プリンターを用いて製造する方法であって、
前記複数の分割部のうちの一の分割部が、前記心臓モデルにおける少なくとも２つの視認可能な弁を有するように、心臓の３次元データに基づき前記一の分割部を製造する工程を含むことを特徴とする心臓モデルの製造方法である。
＜１７＞  前記分割面が、第一の弁の表面に位置する点を最大に含む第一の仮想平面と、第二の弁の表面に位置する点を最大に含む第二の仮想平面と、のそれぞれに対して略平行な面を含む前記＜１６＞に記載の心臓モデルの製造方法である。
＜１８＞  前記分割面が、前記弁の近傍であって、前記弁に対して心房側に位置する前記＜１６＞から＜１７＞のいずれかに記載の心臓モデルの製造方法である。
＜１９＞  前記分割面が、球面の一部を少なくとも含む前記＜１６＞から＜１８＞のいずれかに記載の心臓モデルの製造方法である。
＜２０＞  前記心臓の３次元データが、患者個人の医用データに基づいて作製されたものである前記＜１６＞から＜１９＞のいずれかに記載の心臓モデルの製造方法である。
＜２１＞  前記心臓の３次元データが、心臓の一部のデータに基づく前記＜１６＞から＜２０＞のいずれかに記載の心臓モデルの製造方法である。
＜２２＞  分割面を有する心臓モデルにおける心臓モデル分割部であって、
前記心臓モデルにおける少なくとも２つの視認可能な弁を有し、
前記分割面が、前記心臓モデルにおける第一の弁の表面に位置する点を最大に含む第一の仮想平面と、前記心臓モデルにおける第二の弁の表面に位置する点を最大に含む第二の仮想平面と、のそれぞれに対して略平行な面を含むことを特徴とする心臓モデル分割部である。
【００９２】
前記＜１＞から＜１５＞のいずれかに記載の心臓モデル、前記＜１６＞から＜２１＞に記載の心臓モデルの製造方法、及び前記＜２２＞に記載の心臓モデル分割部によると、従来における前記諸問題を解決し、前記本発明の目的を達成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００９３】
【特許文献１】特開２０１５−１３８１９２号公報
【特許文献２】特開２０１３−２９８２０号公報
【特許文献３】特開２００７−３３３７８１号公報
【符号の説明】
【００９４】
３０      人工弁（人工弁輪）
３１      縫合糸
３２      心臓モデル本体
１０１    弁
１０２    点
２０４    仮想平面
【図１Ａ】
2020129074.tif 000003
【図１Ｂ】
2020129074.tif 000004
【図１Ｃ】
2020129074.tif 000005
【図１Ｄ】
2020129074.tif 000006
【図１Ｅ】
2020129074.tif 000007
【図１Ｆ】
2020129074.tif 000008
【図１Ｇ】
2020129074.tif 000009
【図２】
2020129074.tif 000010
【図３】
2020129074.tif 000011
【図４】
2020129074.tif 000012
【図５】
2020129074.tif 000013
【図６】
2020129074.tif 000014
【図７】
2020129074.tif 000015
【図８】
2020129074.tif 000016
【図９】
2020129074.tif 000017
【図１０】
2020129074.tif 000018
【図１１】
2020129074.tif 000019
【図１２Ａ】
2020129074.tif 000020
【図１２Ｂ】
2020129074.tif 000021
【図１２Ｃ】
2020129074.tif 000022
【図１３】
2020129074.tif 000023