(57)【要約】【課題】切開感、縫合感がヒト脈管を模した脈管モデル、及び該モデルを作成するための装置を提供する。【解決手段】記憶装置２に記憶された脈管形状に基づいて、ノズル４位置とテーブル５位置を相対的に移動させながらポリビニルアルコールを吐出させることによって、実際のヒト脈管と同一形状で、弾性等物理的性質が良く似た脈管モデルを作成する。また、多層構造の脈管モデルを作成するためにノズル形状を工夫した脈管モデル製造装置を開示する。【選択図】図１
2014164029.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元断層データに基づいて脈管モデルを製造する装置であって、
取得された二次元断層データを記憶する記憶装置と、
液状のポリビニルアルコールを入れる容器と、
ポリビニルアルコールを吐出し、脈管モデルを吐出しながら造形するノズルと、
前記容器と前記ノズルとを接続する接続管と、
前記ノズルから吐出されたポリビニルアルコールにより形成される脈管モデルを保持するテーブルと、
前記テーブル上にて保持される脈管モデルを冷却する冷却装置と、
前記記憶装置に記憶されている二次元断層データに基づいて、前記ノズルと前記テーブルを相対的に移動させるノズル位置調節機構とを備え、
前記ノズルから吐出されるポリビニルアルコールを所望の形状に造形することを特徴とする脈管モデル製造装置。
【請求項２】
請求項１記載の脈管モデル製造装置であって、
前記ノズルが冷却装置に近接して設けられ、前記ノズルを加熱するヒータを備えることを特徴とする脈管モデル製造装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の脈管モデル製造装置において、
前記冷却装置は、脈管モデルに接触させた液状冷媒が満たされ、
テーブルとノズルを相対的に移動させる移動調節機構と連動しながら、積層造形される脈管モデルの上面に冷媒の液面位置を調節する冷媒レベル調節機構を備えることを特徴とする脈管モデル製造装置。
【請求項４】
請求項３記載の脈管モデル製造装置において、
前記冷媒レベル調節機構は冷媒供給装置によって、冷媒を供給することによって行われることを特徴とする脈管モデル製造装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載の脈管モデル製造装置において、
前記ノズルより吐出された脈管モデルは、積層後直ちに液化炭酸ガスにより冷却されることを特徴とする脈管モデル製造装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項記載の脈管モデル製造装置であって、
前記容器は、２又は３の異なる濃度のポリビニルアルコール溶液を蓄える容器であり、
前記ノズルは２又は３の異なる濃度のポリビニルアルコールを吐出する吐出孔を備え、
前記２又は３の異なる濃度のポリビニルアルコール溶液は前記容器からノズルの各吐出孔に各々接続するように接続管によって接続され、
前記ノズルの吐出孔が異なる濃度のポリビニルアルコール溶液を脈管モデルの断面において同心円を形成するように吐出するように配設されていることを特徴とする多層構造の脈管モデルを製造する脈管モデル製造装置。
【請求項７】
請求項１〜６の脈管モデル製造装置であって、
前記容器は圧力装置に接続され、
ポリビニルアルコール溶液が圧出されることを特徴とする脈管モデル製造装置。
【請求項８】
脈管モデルの製造方法であって、
脈管の物理的性質に基づいて選択された濃度のポリビニルアルコール溶液を容器に蓄え、
前記容器に接続管によって接続されたノズルから、記憶媒体に記憶された二次元断層データに基づいて、脈管モデルを保持するテーブルと前記ノズルの相対位置を調節することによって、所望の形状にポリビニルアルコールを吐出造形することを特徴とする脈管モデルの製造方法。
【請求項９】
請求項８記載の脈管モデルの製造方法により製造される脈管モデルであって、
疑似する脈管の物理的性質によって、動脈は８〜２０重量％、静脈は８〜１５重量％、リンパ管は６〜１３重量％の濃度範囲でポリビニルアルコール濃度を選択することを特徴とする脈管モデル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、手技練習用の脈管モデルを製造するための脈管モデル製造装置、製造方法、及び脈管モデルに関する。
【背景技術】
【０００２】
外科医による手術のなかでも、動脈瘤に対するステントグラフトの挿入や、脈管の切除、縫合手術は熟練した技術が要求される非常に難しい手術であると言われている。そのため外科医をはじめ、研修医、医学生などは、技術を身につけるために脈管モデルを使用して手術練習を重ねる必要がある。
【０００３】
また、動脈瘤の形状は患者によって様々であり、複雑な形状をしているものもあることから、実際のステントグラフト挿入に先立って同形状の動脈瘤を有する脈管モデルを使用して、予めステントグラフトの挿入方法等を確認しておくことが望ましい。動脈瘤を発症している患者の脈管壁は、脆弱になっていることから、機械的衝撃に弱く、少しの衝撃を与えるだけでも破裂する虞があるからである。
【０００４】
さらに、リンパ浮腫の治療を目的とするリンパ管の縫合は、リンパ管が０．３〜５ｍｍ程度と細いことや、弾性が低いことから、非常に高度の技術を要する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＷＯ２０１０／００７８０１
【特許文献２】特開２０１１−８２１３号公報
【特許文献３】特開２０１１−２５３０６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来から脈管の切除、縫合、また動脈瘤に対するステントグラフトの挿入練習用の脈管モデルが提案されていた。
【０００７】
特許文献１には、病変血管に近い狭窄部を有する模擬血管が開示されている。血管部分はシリコーン等の高分子材料、狭窄部は炭酸カルシウムとシリコーン等の混合材料を用いることにより狭窄部を模擬した血管としている。
【０００８】
特許文献２には、ポリビニルアルコールとシリカ粒子を含む血管モデルが開示されており、動脈瘤に対するステントグラフト挿入練習用の血管モデルの製造方法も開示されている。
【０００９】
しかしながら、これらのモデルは、個々の患者の動脈瘤と同形状のものを製造するものではなく、また、弾力性がヒト血管に比べて高いことから、切開感、縫合感等が微妙に異なると外科医から指摘されていた。
【００１０】
本発明は、人体の脈管により近い弾力性や切開感を備えた脈管モデルを製造し、脈管外科医、心臓外科医らが手技練習をするのに適した脈管モデルを提供することを目的としている。
【００１１】
血管は、動脈、静脈と２種に大別され、弾力性が大きく異なっている。また、リンパ管は血管に比べると、弾力性がなく細い管が多い。このように、脈管は種類によって物理的性質が大きく異なるため、「切開感」、「縫合感」といった外科医に与える感覚は微妙に異なっている。また、脈管は通常内膜、中膜、外膜からなる三層構造をしており、それぞれ弾力等、物理的性質が異なっている。これまでに、このような脈管の物理的性質を備えた脈管モデルはなく、外科医が手技練習を行うためのヒト脈管により近い脈管モデルの製造が望まれていた。
【００１２】
また、切開感等、外科医に与える感覚だけではなく、実際の患者の動脈瘤等病変部と同じ形状を備えた脈管モデルが望まれていた。動脈瘤は患者によって形状が異なるため、実際の手術に先立って、同形状の病変部モデルを用いてステントグラフトの挿入等、手技を確認しておくことによって、手術におけるリスクを減じることができるからである。
【００１３】
本発明者らは、先に「三次元粘弾性構造体製造装置及び製造方法」を発明し、すでに開示している（特許文献３）。これは脈管を含む生体軟組織のモデルを製造する装置であるが、脈管モデルを作成するに適した装置にするために、さらに改良を重ね、本発明の脈管モデル製造装置を完成した。本発明の脈管モデル製造装置を用いることにより、ヒト脈管に弾力性等、物理的性質が近似し、また、形状も個々の患者の病変部を備えた脈管を容易に作成することが可能となる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、二次元断層データに基づいて脈管モデルを製造する装置であって、取得された二次元断層データを記憶する記憶装置と、液状のポリビニルアルコールを入れる容器と、ポリビニルアルコールを吐出し、脈管モデルを吐出しながら造形するノズルと、前記容器と前記ノズルとを接続する接続管と、前記ノズルから吐出されたポリビニルアルコールにより形成される脈管モデルを保持するテーブルと、前記テーブル上にて保持される脈管モデルを冷却する冷却装置とを備え、前記記憶装置に記憶されている二次元断層データに基づいて、前記ノズルと前記テーブルを相対的に移動させる移動調節機構により、前記ノズルから吐出されるポリビニルアルコールを所望の形状に造形することを特徴とする。
【００１５】
本発明の脈管モデル製造装置によって、実際の患者の動脈瘤等、取得された病変部の二次元断層データをもとに、患者の病変部と同形状の脈管モデルを作成することができる。
【００１６】
また、本発明では、脈管モデルを作成する材料としてポリビニルアルコールを用い、その濃度を調整することによって、ヒト脈管と切開感、縫合感等が良く似たモデルを製造することができる。
【００１７】
また、本発明は、前記ノズルが冷却装置に近接して設けられ、前記ノズルを加熱するヒータを備えることを特徴とする。
【００１８】
加熱され液状のポリビニルアルコールは、積層後すぐに固化させないと所望の形状を保てないため、ノズル部は冷媒を満たした冷却装置に近接して配置する必要がある。そのため、ノズル部は低温に曝されることになり、ポリビニルアルコールが固化され、ノズルから吐出されないことがある。ノズル部に、加熱ヒータを配置することによって、ポリビニルアルコールを造形に適した一定の温度に保つことが可能となる。
【００１９】
さらに、本発明は、前記冷却装置が脈管モデルに接触させた液状冷媒であって、テーブルとノズルを相対的に移動させる移動調節機構と連動しながら、積層造形される脈管モデルの上面に冷媒の液面位置を調節する冷媒レベル調節機構を備えることを特徴とする。
【００２０】
加熱され液状のポリビニルアルコールを用いて脈管形状を作成するためには、所望の形状にポリビニルアルコールをノズルから吐出しながら、すぐに冷却し固化する必要がある。固化に時間がかかると、重力によって液だれがおき、形状が変化してしまい、所望の形状にならないからである。これを防ぐために、本発明の脈管モデル製造装置は、吐出されたポリビニルアルコールがすぐに固化されるように冷媒レベルを調節する機構を備えている。
【００２１】
また、本発明の冷媒レベル調節機構は冷媒供給装置により、冷媒を供給することによって行われることを特徴とする。
【００２２】
冷媒供給装置により、冷媒位置を調節することによって、積層造形された脈管モデルの形成位置と冷媒レベルとが同じ高さになるように調節が可能となる。
【００２３】
さらに、本発明は、ノズルより吐出された脈管モデルが、積層後ただちに液化炭酸ガスにより冷却されることを特徴とする。
【００２４】
ノズルより吐出された脈管モデルは、ただちに固化しないと所望の形状とすることができないため、吐出後急激に冷却する必要がある。そこで、液化炭酸ガスをノズル孔直下で吹き付けることにより、急速に冷却し固化する。
【００２５】
また、本発明の脈管モデル製造装置は、多層構造の脈管モデルを製造することも可能であり、この場合には、容器は、２又は３の異なる濃度のポリビニルアルコール溶液を蓄える容器であり、前記ノズルは２又は３の異なる濃度のポリビニルアルコールを吐出する吐出孔を備え、前記２又は３の異なる濃度のポリビニルアルコール溶液は前記容器からノズルの各吐出孔に各々接続するように接続管によって接続され、前記ノズルの吐出孔が異なる濃度のポリビニルアルコール溶液を脈管モデルの断面において同心円を形成するように吐出するように配設されていることを特徴とする。
【００２６】
実際の脈管は弾力性等、物理的性質の異なる内膜、中膜、外膜からなる多層構造となっている。これを模した脈管とするため、異なるポリビニルアルコール濃度が同心円状に２層、又は３層の多層構造となるようにノズルの吐出孔を配設し、異なる濃度のポリビニルアルコールからなる多層構造の脈管モデルを製造する。多層構造とすることにより、ヒト脈管に切開感、縫合感がより近いモデルとすることができる。
【００２７】
また、実際に縫合する際には、脈管の内膜のみを縫合するが、二層以上の多層構造からなる脈管モデルを用いることによって、実際の脈管を用いた場合により近い手技練習を行うことが可能となる。
【００２８】
本発明の脈管モデル製造装置は、前記容器が圧力装置に接続され、ポリビニルアルコール溶液が前記ノズル部に圧出されることを特徴とする。
【００２９】
容器に接続された圧力装置によって、一定の圧力でポリビニルアルコールを吐出し、脈管モデルを所望の形状に積層することができる。ポリビニルアルコールは、濃度及び温度によって、その粘性が変化することから、圧力装置の圧力を調節することによって、一定の速度でノズルからポリビニルアルコールを吐出し、所望の形状に積層することができる。
【００３０】
本発明は、脈管モデルの製造方法であって、脈管の物理的性質に基づいて選択された濃度のポリビニルアルコール溶液を容器に蓄え、前記容器に接続管によって接続されたノズルから、記憶媒体に記憶された二次元断層データに基づいて、脈管モデルを保持するテーブルと前記ノズルの相対位置を調節することによって、所望の形状にポリビニルアルコールを吐出造形することを特徴とする。
【００３１】
本発明者らは、ポリビニルアルコールの濃度を変えて、脈管モデルを製造し、体積弾性率を測定し、脈管モデルとして適性な濃度を確立した。これにより、動脈、静脈、リンパ管と各々に適した脈管モデルを製造することが可能となる。
【００３２】
さらに、本発明の脈管モデルは、ポリビニルアルコールゾルから製造される脈管モデルであって、疑似する脈管の物理的性質によって、動脈は８〜２０重量％、静脈は８〜１５重量％、リンパ管は６〜１３重量％の濃度範囲でポリビニルアルコール濃度を選択することを特徴とする。
【００３３】
動脈、静脈等、脈管の種類によって弾力性等、脈管の物理的性質が異なることは良く知られている。本発明者らは、ポリビニルアルコール濃度を調整することによって、脈管の物理的性質を疑似することができることを見出し、その濃度範囲を確立した。体積弾性率測定や、医師の評価によって、動脈、静脈等のモデルとして、適切なポリビニルアルコール濃度範囲を定めることができた。これにより、単一の材料でありながら、様々な脈管によく似た物理的性質を模擬することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態１における脈管モデル製造装置の構成を示す。
【図２】（Ａ）本発明の実施形態２の脈管モデル装置のノズル部、冷却装置を含む部分を示す。（Ｂ）冷却装置の断面図、及びノズル部と液化炭酸ガスの噴出口の位置関係を模式的に示す。
【図３】本発明の脈管モデル製造装置で作成した脈管モデルの例を示す。
【図４】（Ａ）本発明の多層脈管モデルを作成するノズルの外観、及び（Ｂ）ノズルチップの断面を示す。
【図５】本発明で作製した脈管モデルの体積弾性率とポリビニルアルコール濃度の関係を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下に図を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の脈管モデル製造装置の構成の概略を示すものである。
【００３６】
図１に示すように、脈管モデル製造装置１は、ＭＲＩやＣＴスキャンによって取得された二次元断層データを記憶する記憶装置２に記憶されているデータに基づいて、制御部３により、ノズル位置や冷却機構の動作を制御している。制御部３は、ノズル４とテーブル５を相対的に移動させつつ、ノズル４からポリビニルアルコールを吐出させ、冷却装置６内の冷媒によって所定の固化温度以下にポリビニルアルコールを固化して、所望の脈管の構造を作成するものである。
【００３７】
脈管モデルの作成にあたっては、まず、個々の患者から形成すべき二次元断層像データを取得し記憶装置２に記憶させる。二次元断層像データはＭＲＩやＣＴスキャン等公知技術によって撮像されたものを用いることができる。
【００３８】
記憶装置２に記憶された二次元断層像データに基づいて、患者の脈管又は動脈瘤等の病変部と同形状の疑似脈管モデルを作成する。ノズル４から吐出されるポリビニルアルコールが、記憶装置２に記憶されている脈管形状と同じになるように、制御部３によって、ノズル４とテーブル５の相対的位置関係を調整しながら、ノズル４からポリビニルアルコールを吐出させる。
【００３９】
ノズル４とテーブル５は、形成する脈管の形状に合わせて相対的に位置が移動できればよく、ノズル４又はテーブル５のどちらか一方、あるいは両者が三次元的に可動とするような構成とすることが可能である。
【００４０】
図１には、テーブル５をＸ軸、Ｙ軸の二次元可動テーブルとし、ノズル４がＺ軸方向に可動する場合を例示している。制御部３からのテーブル制御信号に応じて、テーブル５が、Ｘ軸、Ｙ軸相対的位置を移動できるように、テーブル５の下部に可動軸Ｘ７、可動軸Ｙ８、ノズルに接続している腕部９を上下に移動可能な可動軸Ｚ１０を設けている。可動機構はサーボ機構等、周知の技術を用いればよい。
【００４１】
保温されたポリビニルアルコールは、ＰＶＡ容器１１からノズル４に、コンプレッサー１２によって圧出される。ポリビニルアルコールの圧出速度は、圧力計１３によってモニターしながら、コンプレッサー１２の出力、電磁弁１４によって調節する。
【００４２】
冷却装置６には、吐出されたポリビニルアルコールがすぐに冷却し、固化するように冷媒が満たされている。冷却装置６には炭酸ガスボンベ１５が接続され、冷却装置を一定温度に冷却できるように構成されている。
【００４３】
図２（Ａ）に、第２実施形態の脈管製造装置のテーブル５ａ上部、冷却装置６ａ、ノズル４ａの部分を示す。第２実施形態では、ノズル４ａはポリビニルアルコールを蓄えるＰＶＡ容器１１ａと接続管１６によって接続されている。ノズル４ａ及び／又は容器１１ａには加熱ヒータ１７、１８を設けることができる。加熱ヒータ１７、１８は、冷却装置６ａによってテーブル５ａ上で脈管モデルが形成される前に、ポリビニルアルコールが固化しないように所定の温度を維持する。また、必要に応じて、ノズル４ａやＰＶＡ容器１１ａだけではなく、接続管１６にもヒータを設け、加熱してもよい。具体的にはノズル４ａから吐出される際にポリビニルアルコールの温度範囲が３０〜７０℃を維持できるように前記加熱ヒータ１７、１８によって温度調整することが好ましい。
【００４４】
加熱ヒータ１７、１８は制御部３ａからの加熱信号を受け、ポリビニルアルコールの粘性が造形に最適となるように加熱を行う。また、ＰＶＡノズル４ａに温度センサを設けて、ポリビニルアルコールの温度を検出し、検出された温度に応じて加熱ヒータ１７、１８をフィードバック制御する機構を設けても良い。
【００４５】
ノズル４ａは、先端部分が絞られた構造となっており、その先端部分からポリビニルアルコールを高い位置精度で吐出できる構成となっている。ノズル４ａから吐出されるポリビニルアルコールの量は、制御部３ａからＰＶＡ容器１１ａとノズル４ａの間に設けられた電磁弁１９に対し出力される開閉信号と圧力装置２０に対する供給制御信号によって調整される。ノズル４ａからポリビニルアルコールが射出される際の射出圧力の範囲は、０〜０．２ＭＰａの範囲であり、ポリビニルアルコールの粘度にしたがって好適な圧力に調整される。高粘度のポリビニルアルコールを用いる場合ほど、より高い射出圧力が必要となる。
【００４６】
ポリビニルアルコールに射出圧をかける圧力装置２０は、コンプレッサーの他に、ポンプやガスを用いる圧力装置を採用することができる。
【００４７】
記憶装置２ａに記憶された脈管の形状に基づいて、ノズル４ａから吐出されるポリビニルアルコールが冷却装置６ａ内の支持板２１上で積層され、脈管モデルが形成される。支持板２１上で積層することにより、積層後の脈管モデルを支持板２１ごと取り出すことができるため取り扱いやすい。
【００４８】
また、ノズル４ａから吐出されるポリビニルアルコールは加温され液状であるが、テーブル上で所望の形状に積層された後、脈管モデルは冷媒によってすぐに固化される必要がある。固化までに時間を要すると、液状のポリビニルアルコールは重力により下方に液だれを起こすため、所望の形状とはならないからである。
【００４９】
ノズル４ａより吐出されたポリビニルアルコールをテーブル上ですぐに固化するためには液状の冷媒を用いるのが好ましい。冷媒により冷却装置６ａ内は、一定温度に保たれている。
【００５０】
ノズル４ａから吐出されたポリビニルアルコールがすぐに冷却固化されないと、重力によって下方に垂れるので所望の形状とすることができない。また、冷媒に対してノズル４ａが近づきすぎたり、ノズルが冷媒に接するようなことがあれば、ノズル４ａ内でポリビニルアルコールが固化してしまい、ノズル４ａから吐出することができない。そのため、ノズル４ａの冷媒に対する位置関係は非常に重要であり、０．１〜２ｍｍ程度になるように厳密に制御する必要がある。
【００５１】
図２（Ｂ）は、冷却装置６ａ、及びノズル部と液化炭酸ガスの噴出口の位置関係を模式的に示している。冷却装置６ａは、外層２２、中間層２３、内層２４からなる。外層２２は保温性の良い材質、例えば、発砲スチロールのような断熱材を用い、中間層２３及び内層２４は熱伝導性の良い金属等の材質を用いる。
【００５２】
また、ポリビニルアルコールの積層に伴って、積層造形される脈管モデル２６の上面に冷媒２５の液面位置がくるように調節される必要がある。積層造形された脈管モデル２６がすぐに冷却固化される必要があるからである。冷媒２５の液面位置の調整は、図示していない冷媒タンクから冷媒２５をポンプによって冷却装置６ａに供給することによって冷媒２５を増やすことにより行うことができる。また、冷却装置６ａ内に上下に可動する位置調整部を設け、冷媒２５は一定量に保ちながら、脈管モデル２６の形成に伴って脈管モデル２６を下方に下げていくことによって、形成中の脈管モデル２６の上面と冷媒２５の液面位置との関係を調整してもよい。冷媒は０〜−５０℃の範囲であればよい。
【００５３】
また、冷媒２５の液面位置と脈管モデル２６の上面の位置はセンサを用いて測定し調整することができる。また、記憶装置２ａに記憶されている造形すべき脈管の形状から推算し、液面調整することも可能である。
【００５４】
また、ノズル直下で、積層された脈管モデルに液化炭酸ガスを１ＭＰａ〜３０ＭＰａで吹き付ける。脈管モデル２６は、冷媒２５により冷却されるとともに、液化炭酸ガスによって急速に固化される。冷媒２５及び液化炭酸ガスによって急速に固化されるため、脈管モデルは所望の形状に積層することができる。
【００５５】
最後まで形成が完了した時点で脈管モデル２６の冷媒２５による冷却を終了し、成形された脈管モデル２６を常温に戻す。常温では形成されたポリビニルアルコール製の脈管モデル２６は、ヒト脈管の物理的性質に非常によく似た性質を備える。
【００５６】
実際に造形した脈管モデルの例を図３に示す。本発明の脈管モデル製造装置を用いれば、複雑形状の脈管モデルも容易に作成することが可能となる。図３（Ａ）は直径４ｍｍの分岐している脈管モデルを製造したものである。また、図３（Ｂ）は、動脈瘤を模したものである。いずれも、実際の血管の形状をもとに製造されている。
【００５７】
さらに、本発明の脈管モデル製造装置を用いれば、図３（Ｃ）のような中に隔壁部を設けた球形のモデルを製造することも可能である。図３（Ｃ）右は、写真で示した図３（Ｃ）左の球体モデルの透視図を示しているが、中央に隔壁を有する球体形状をしている。このように、本発明の脈管モデル製造装置を用いれば、所望の形状のモデルを製造することができる。したがって、例えば心臓モデルのような、中空隔壁を備えた複雑な形状を形成することも可能となる。
【００５８】
また、実際の脈管構造に、より近似したモデルとするためには、多層構造の脈管モデルにする必要がある。脈管を縫合する場合には、脈管の最も内側に位置する内膜のみを縫合するが、内膜と中膜、外膜では弾性等の物理的性質が異なる。そのため縫合練習を行うためには、脈管モデルは多層構造、少なくとも縫合を行う内膜に物理的性質を模した内層を備えた二層構造であると、縫合感がより近似したものとなる。
【００５９】
図４（Ａ）は、二層構造とするための容器及びノズル部分を模式的に示す。二層構造の脈管モデルを作成するためには、内膜用と、中膜用又は外膜用の濃度の異なるポリビニルアルコールを用意し、各々容器１１ｂ、１１ｃに蓄える。なお、図示していないが、容器１１ｂ、１１ｃやノズル４ｂは、図１と同様に加熱ヒータを設け、一定温度に保温することができる。また、ポンプ、電磁弁等、ポリビニルアルコールを射出できる構成を備えている。
【００６０】
図４（Ｂ）は、三重管構造のノズル４ｂの断面形状を示している。異なる濃度のポリビニルアルコールは、図４（Ａ）に示す接続管１６ｂ、１６ｃによって、ノズル４ｂまで運ばれる。ノズルの内孔は図４（Ｂ）の断面図に示すように異なる濃度のポリビニルアルコールを別個に吐出できるような形状となっている。
【００６１】
接続管１６ｃは中央の管孔２７に、接続管１６ｂは外方の管孔２８にそれぞれ接続し、ノズル４ｂ内にポリビニルアルコールを充填する。各管孔２７、２８はそれぞれ下部でドーナツ形状に分岐し、ノズルの先端に同心円状の開口２９，３０を形成している。この構造により、内側の開口２９からは内膜の弾性等物理的性質を模することのできる濃度のポリビニルアルコールが吐出され、外側の開口３０からは中膜又は外膜の物理的性質を模するポリビニルアルコールがノズル孔から吐出される。
【００６２】
異なる濃度のポリビニルアルコールが隣接したノズル孔より吐出される構造となっており、ノズルの吐出孔の２つの孔の境は非常に細く形成されているため、２種のポリビニルアルコールは吐出されながら互いに密着して脈管形状を形成する。
【００６３】
この構造のノズルは一定の太さの脈管モデルを製造するためのものである。ノズル径を変えることによって、様々な径の二層構造の脈管を製造することができるため、脈管の縫合練習を行うための脈管モデルを多量に作成するのに非常に適している。
【００６４】
なお、三層構造の脈管モデルを作成する場合には３つの容器、ノズルの吐出孔が３重になるように構成すればよい。
【００６５】
また、動脈と静脈では脈管の弾性等物理的性質が異なるため、術者に対して異なる縫合感、切開感を与える。これを再現するために、例えば、粘度平均分子量約９２，０００、重量平均分子量約１０６，０００、重合度１，８００のポリビニルアルコールを用い、動脈の場合には８〜２０重量％、静脈の場合には８〜１５重量％、リンパ管の場合は６〜１３重量％で用いることにより、ヒト脈管に似た縫合感等の感触を与える脈管を製造することができる。
【００６６】
前記ポリビニルアルコールの濃度範囲は、用いるポリビニルアルコールの平均分子量等によっても異なるが、作成した脈管モデルの弾性率を測定したり、実際に術者に評価を行ってもらい、最適な濃度範囲を求める必要がある。
【００６７】
図５は、ポリビニルアルコール濃度と体積弾性率との関係を示した図である。疾患の有無、年齢等によって、脈管の弾性率は異なるが、測定を行ったヒト動脈の体積弾性率は７０ｋＰａ程度である（図５中  ●で示す）。また。静脈は動脈に比べ、より弾性率が低く、リンパ管は、さらに弾性率が低い。図５中、網掛けで示した部分は、動脈硬化をおこしていないヒト動脈の体積弾性率の範囲を示している。
【００６８】
したがって、動脈を疑似した血管の場合には、ポリビニルアルコールは濃度１１〜１５％程度のものを用いて作製すればよい。実際に、各濃度で作成した脈管モデルに関し、複数の医師に動脈の縫合に用いる模擬脈管として縫合練習に使用してもらい、切開感、縫合感に関して、評価を行ってもらった。結果を表１に示す。
【００６９】
【表１】
2014164029.tif 000003
【００７０】
として、評価を行った。
【００７１】
これらの結果から、動脈の場合には８〜２０重量％で動脈血管モデルを製造することが好ましいが、動脈硬化をおこしていない血管モデルを製造する場合、１０〜１５重量％のポリビニルアルコールを用いて製造することにより、切開感、縫合感がヒト動脈に似ていると、医師の評価を得ることができた。
【００７２】
また、静脈の場合には８〜１５重量％、より好ましくは８〜１３重量％、リンパ管の場合は６〜１３重量％、より好ましくは６〜１１重量％の濃度で脈管モデルを製造することにより、ヒトの脈管に類似した感触のモデルを製造することができる。
【００７３】
先に体積弾性率より求めたポリビニルアルコール濃度で作製した動脈モデルでは、切開感、縫合感ともに、近似したものであるという評価が得られた。
【００７４】
静脈モデル、リンパ管モデルについても同様にポリビニルアルコール濃度を変えて作製し、医師による評価を行い、適性な濃度範囲を定めることができる。
【００７５】
本発明の脈管モデル製造装置を用いることによって、様々な形状の脈管モデルを作成することができる。そのため、患者の病変部の形状と同一の脈管モデルの作成を行い、予めステントグラフト挿入方法等の確認を行うことができる。
【００７６】
また、二層構造、三層構造の脈管モデルを作成することができるため、より実際の脈管に近いモデルを用いて縫合練習等を行うことが可能となる。
【符号の説明】
【００７７】
１、１ａ・・・脈管モデル製造装置、２、２ａ・・・記憶装置、３、３ａ・・・制御部、４、４ａ、４ｂ・・・ノズル、１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ・・・容器、５、５ａ・・・テーブル、１７、１８・・・ヒータ
【図１】
2014164029.tif 000004
【図２】
2014164029.tif 000005
【図３】
2014164029.tif 000006
【図４】
2014164029.tif 000007
【図５】
2014164029.tif 000008