(57)【要約】【課題】人骨に酷似した切削性を備え、ノコギリで切削する際に樹脂が刃に付着することがないと共に、全体に均一な切削性を備える骨模型及びその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】骨模型８は、アクリル系樹脂とアクリル系モノマーとを含む樹脂組成物２を光重合させて得られる。樹脂組成物２は均一に分散された硫酸カルシウム粉末を含み、該硫酸カルシウムは０．６０〜０．８０ｇ／ｃｍ３の範囲の嵩密度を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクリル系樹脂とアクリル系モノマーとを含む樹脂組成物を光重合させて得られた骨模型において、
該樹脂組成物は均一に分散された硫酸カルシウム粉末を含み、該硫酸カルシウム粉末は０．６０〜０．８０ｇ／ｃｍ３の範囲の嵩密度を備えることを特徴とする骨模型。
【請求項２】
請求項１記載の骨模型において、前記樹脂組成物は、前記アクリル系樹脂と前記アクリル系モノマーとの合計１００質量部に対し、１００〜１５０質量部の範囲の前記硫酸カルシウム粉末を含むことを特徴とする骨模型。
【請求項３】
アクリル系樹脂とアクリル系モノマーとを含む樹脂組成物を調製する工程と、
該樹脂組成物に光線を照射し、該樹脂組成物を光重合させて硬化させることにより、骨模型を得る工程とを備える骨模型の製造方法において、
該樹脂組成物は、アクリル系樹脂とアクリル系モノマーとからなる樹脂混合物に、０．６０〜０．８０ｇ／ｃｍ３の範囲の嵩密度を備える硫酸カルシウム粉末を添加し、均一に分散させることにより調製することを特徴とする骨模型の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の骨模型の製造方法において、前記樹脂組成物は、前記樹脂混合物１００質量部に対し、１００〜１５０質量部の範囲の前記硫酸カルシウム粉末を添加することにより調製することを特徴とする骨模型の製造方法。
【請求項５】
請求項３記載の骨模型の製造方法において、
骨の三次元画像を該骨の軸方向に垂直な複数の面で分割し、各分割面に対応する複数の二次元画像を得る工程と、
前記樹脂組成物に、該複数の二次元画像の１つの二次元画像に沿って光線を照射し、該樹脂組成物を光重合させて硬化させることにより、該二次元画像に一致する形状の構造体を形成する工程と、
該樹脂組成物に、前工程で得られた構造体の形成に用いた二次元画像に隣接する他の二次元画像に沿って光線を照射し、該樹脂組成物を光重合させて硬化させることにより、前工程で得られた構造体に積層させて、該二次元画像に一致する形状の新たな構造体を形成する操作を、該骨の軸方向の一端部に位置する二次元画像から他端部に位置する二次元画像まで逐次繰り返すことにより該三次元画像に一致する形状の骨模型を得る工程とを備えることを特徴とする骨模型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、骨模型及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、人体の骨格を切削する教育訓練又は術前検討のために骨模型が用いられている。前記骨模型として例えば、ポリメチルメタクリレート等のアクリル系樹脂と、メチルメタクリレート等のアクリル系モノマーとを重合させて得られたアクリル系樹脂と、おがくずとの混合物からなる骨模型が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
前記従来の骨模型によれば、ノコギリ等により切削する際に人骨に酷似した切削性を得ることができ、前記教育訓練又は術前検討に優れた効果を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２５０００４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前記従来の骨模型では、ノコギリで切削する際に樹脂が刃に付着し、切削を継続することが難しくなることがあり、改良が望まれる。かかる事情に鑑み、前記骨模型を改良するために、おがくずに代えて硫酸カルシウム粉末を用いることが考えられる。
【０００６】
一方、前記骨模型を製造する際に、前記アクリル系樹脂と前記アクリル系モノマーとを含む樹脂混合液に紫外線等の光線を照射して光重合させて硬化させることにより、精密な骨模型を得ることができる。
【０００７】
前記光重合による方法では、まず、前記アクリル系樹脂と前記アクリル系モノマーとを含む液状の樹脂組成物を収容した容器に造形テーブルを配設する。次に、前記造形テーブル上の前記樹脂混合液に、目的とする骨の三次元画像の断面形状に沿って紫外線等の光線を照射し、該混合液を光重合させて硬化させることにより、該断面形状に一致した形状の構造体を得る。
【０００８】
前記三次元画像は、コンピューターを用いＣＡＤ等により作成することができ、前記断面形状は、該三次元画像を前記骨の軸方向に垂直な複数の面で分割することにより、各分割面に対応する複数の二次元画像として得ることができる。前記二次元画像は、例えば、前記骨の軸方向に沿って数十〜数百μｍの間隔で作成される。そこで、例えば、前記造形テーブルを下方に移動させながら、前記断面形状に一致した形状の構造体を前記三次元画像の一方の端部から他方の端部に向かって順に１層ずつ形成し、逐次積層することにより、該三次元画像に精密に一致する骨模型を得ることができる。
【０００９】
しかしながら、前記樹脂組成物に硫酸カルシウム粉末を混合すると、前記構造体を前記三次元画像の一方の端部から他方の端部に向かって順に１層ずつ形成する間に、該硫酸カルシウム粉末が該樹脂組成物から分離し、光重合の進行が妨げられたりして、前記骨模型の各部で均一な切削性が得られないことがあるという不都合がある。
【００１０】
そこで、本発明は、前記不都合を解消するために、人骨に酷似した切削性を備え、ノコギリで切削する際に樹脂が刃に付着することがないと共に、全体に均一な切削性を備える骨模型及びその製造方法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】
【００１１】
かかる目的を達成するために、本発明は、アクリル系樹脂とアクリル系モノマーとを含む樹脂組成物を光重合させて得られた骨模型において、該樹脂組成物は均一に分散された硫酸カルシウム粉末を含み、該硫酸カルシウム粉末は０．６０〜０．８０ｇ／ｃｍ３の範囲の嵩密度を備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、前記樹脂組成物が前記硫酸カルシウム粉末を含むことにより、人骨に酷似した切削性を備え、ノコギリで切削する際に樹脂が刃に付着することがない骨模型を得ることができる。
【００１３】
ここで、本発明の骨模型では、前記樹脂組成物が前記範囲の嵩密度を備える前記硫酸カルシウム粉末を含むことにより、該樹脂組成物を光重合させる間、該樹脂組成物は該硫酸カルシウム粉末が均一に分散された状態を維持することができ、該樹脂組成物から該硫酸カルシウム粉末が分離することを防止することができる。従って、本発明によれば、全体に均一な切削性を備える骨模型を得ることができる。
【００１４】
前記硫酸カルシウム粉末の嵩密度が０．８０ｇ／ｃｍ３を超えると、前記樹脂組成物を光重合させる間に、該樹脂組成物から該硫酸カルシウム粉末が分離することを防止することができない。また、前記硫酸カルシウム粉末の嵩密度を０．６０ｇ／ｃｍ３未満とすることは技術的に困難である。
【００１５】
尚、本明細書において、「アクリル系樹脂」との用語はアクリル樹脂とメタクリル樹脂とを含むものとする。また、「アクリル系モノマー」との用語はアクリルモノマーとメタクリルモノマーとを含むものとする。
【００１６】
また、本発明において、前記樹脂組成物は、前記アクリル系樹脂と前記アクリル系モノマーとの合計１００質量部に対し、１００〜１５０質量部の範囲の前記硫酸カルシウム粉末を含むことが好ましい。本発明の骨模型は、前記樹脂組成物が前記硫酸カルシウム粉末を前記範囲で含むことにより、切削性をさらに人骨に酷似したものとすることができると共に、ノコギリで切削する際にさらに樹脂が刃に付着しにくくなる。
【００１７】
前記樹脂組成物に含まれる前記硫酸カルシウム粉末が、前記アクリル系樹脂と前記アクリル系モノマーとの合計１００質量部に対し、１００質量部未満であるときには、骨模型の硬度が人骨より小さくなり、人骨に酷似した切削性が得られないことがあると共に、ノコギリで切削する際に樹脂が刃に付着することがある。また、前記樹脂組成物に含まれる前記硫酸カルシウム粉末が、前記アクリル系樹脂と前記アクリル系モノマーとの合計１００質量部に対し、１５０質量部を超えるときには、骨模型の硬度が人骨より大きくなると共に脆くなり、人骨に酷似した切削性が得られないことがある。
【００１８】
本発明の骨模型は、例えば、アクリル系樹脂とアクリル系モノマーとを含む樹脂組成物を調製する工程と、該樹脂組成物に光線を照射し、該樹脂組成物を光重合させて硬化させることにより、骨模型を得る工程とを備える骨模型の製造方法において、該樹脂組成物は、アクリル系樹脂とアクリル系モノマーとからなる樹脂混合物に、０．６０〜０．８０ｇ／ｃｍ３の範囲の嵩密度を備える硫酸カルシウム粉末を添加し、均一に分散させることにより調製することにより、有利に製造することができる。
【００１９】
前記製造方法において、前記樹脂組成物は、前記樹脂混合物１００質量部に対し、１００〜１５０質量部の範囲の前記硫酸カルシウム粉末を添加することにより調製することができる。
【００２０】
また、前記製造方法において、前記骨模型は、具体的には、骨の三次元画像を該骨の軸方向に垂直な複数の面で分割し、各分割面に対応する複数の二次元画像を得る工程と、前記樹脂組成物に、該複数の二次元画像の１つの二次元画像に沿って光線を照射し、該樹脂組成物を光重合させて硬化させることにより、該二次元画像に一致する形状の構造体を形成する工程と、該樹脂組成物に、前工程で得られた構造体の形成に用いた二次元画像に隣接する他の二次元画像に沿って光線を照射し、該樹脂組成物を光重合させて硬化させることにより、前工程で得られた構造体に積層させて、該二次元画像に一致する形状の新たな構造体を形成する操作を、該骨の軸方向の一端部に位置する二次元画像から他端部に位置する二次元画像まで逐次繰り返すことにより該三次元画像に一致する形状の骨模型を得る工程とにより製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の骨模型の製造方法を示す説明的断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
【００２３】
本実施形態の骨模型は、アクリル系樹脂と、アクリル系モノマーと、０．６０〜０．８０ｇ／ｃｍ３の範囲の嵩密度を備える硫酸カルシウム粉末とを含む樹脂組成物を光重合させることにより得ることができる。
【００２４】
前記嵩密度は、所定の容器を用いて所定容積の水の質量を測定した後、該水と同一容積の前記硫酸カルシウム粉末の質量を測定し、水の密度を１．０として、次式から算出した。
【００２５】
嵩密度＝硫酸カルシウム粉末の質量／水の質量
尚、前記硫酸カルシウムの質量は、該硫酸カルシウムを前記容器に取りタッピングを１０回行って、前記所定容積に充填した後に測定した。
【００２６】
前記アクリル系樹脂は、前記アクリル系モノマーを重合させることにより得られる。前記アクリル系モノマーは光重合性を備えることが好ましく、このようなアクリル系モノマーとしてペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、１，１，１−トリヒドロキシメチルプロピル−トリアクリレート等の多官能性モノマーを挙げることができる。
【００２７】
また、前記樹脂組成物は、前記アクリル系樹脂と前記アクリル系モノマーとの合計１００質量部に対し、１００〜１５０質量部の範囲の前記硫酸カルシウム粉末を含むことが好ましい。
【００２８】
また、前記樹脂組成物は、公知の光重合開始剤を含んでいてもよい。前記光重合開始剤としては、例えば、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾフェノン、ミヒラーズケトン、クロロチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、ベンジルジメチルケタール、α−ヒドロキシシクロへキシルフェニルケトン、２−ヒドロキシ−２−メチル−フェニルプロパン等を挙げることができる。
【００２９】
さらに、前記樹脂組成物は、得られた骨模型の切削性を損なわない範囲で、顔料等の添加剤を含んでいてもよい。
【００３０】
本実施形態の骨模型は、例えば、図１（ａ）に示す光造形装置１を用いて製造することができる。光造形装置１は、樹脂組成物２を収容する容器３と、容器３内に配設される造形ステージ４と、造形ステージ４にレーザー光を照射するレーザーガン５と、造形ステージ４とレーザーガン５との作動を制御する制御手段としてのパーソナルコンピューター（以下、パソコンと略記する）６とを備えている。
【００３１】
造形ステージ４は、容器３の外部に設けられたスタンド（図示せず）に昇降自在に支持され、パソコン６の制御により昇降される。また、レーザーガン５は、容器３の上方に設けられたスライド装置（図示せず）に水平動自在に取り付けられ、パソコン６の制御により水平方向に移動される。
【００３２】
パソコン６は骨模型８を造形しようとする骨の三次元画像データを記憶しており、ＣＡＤ等により該三次元画像データを前記骨の軸方向に垂直な複数の面で分割することにより、各分割面に対応する複数の二次元画像データを作成し、記憶することができる。前記三次元画像データは例えば対象となる骨のＣＴスキャン等のデータを基にＣＡＤ等により作成することができる。前記軸は前記骨の任意の方向に設定することができ、前記分割面は前記三次元画像データを前記骨の軸方向に沿って数十〜数百μｍ間隔で、例えば５０〜２００μｍ間隔で分割するように設定することができる。
【００３３】
光造形装置１を用いて、骨模型８の製造を行うときには、まず、樹脂組成物２を調製する。樹脂組成物２としては、初めに前記アクリル系モノマーを重合させて得られる前記アクリル系樹脂と、該アクリル系モノマーとからなる樹脂混合物を調製する。このような樹脂混合物としては、例えば、歯科技工用に市販されている材料（例えば、株式会社松風製、商品名：プロビナイス  ファスト）を用いることができる。
【００３４】
次に、前記樹脂混合物に、嵩密度０．６０〜０．８０ｇ／ｃｍ３、例えば０．６９ｇ／ｃｍ３の硫酸カルシウム粉末を添加し、混合することにより、該硫酸カルシウム粉末が均一に分散された液状の樹脂組成物２を調製する。
【００３５】
樹脂組成物２は、前記樹脂混合物１００質量部に対し、前記嵩密度０．６０〜０．８０ｇ／ｃｍ３の硫酸カルシウム粉末を例えば１００〜１５０質量部の範囲で含んでいる。前記硫酸カルシウム粉末は前記範囲の密度を備えているので、樹脂組成物２は、該硫酸カルシウム粉末が均一に分散された状態を長時間に亘って維持することができる。
【００３６】
樹脂組成物２において、前記硫酸カルシウム粉末が均一に分散された状態を維持する時間は、次のようにして確認した。まず、前記アクリル系モノマーを重合させて得られたアクリル系樹脂と、該アクリル系モノマーとの樹脂混合物１００質量部に対し、嵩密度０．６９ｇ／ｃｍ３の硫酸カルシウム粉末を１３８質量部添加し、均一に混合した樹脂組成物２を所定の容器に収容して、３７℃の恒温槽中に静置して観察した。この結果、前記硫酸カルシウム粉末の沈降が認められるまでに７４時間を要し、この間、該硫酸カルシウム粉末は樹脂組成物２に均一に分散された状態を維持していた。
【００３７】
次に、嵩密度が前記範囲を超える１．０１ｇ／ｃｍ３の硫酸カルシウム粉末を用いた以外は、前記と全く同一にして樹脂組成物を調製し、前記と全く同一の条件で、該樹脂組成物において、該硫酸カルシウム粉末が均一に分散された状態を維持する時間を確認した。この結果、嵩密度１．０１ｇ／ｃｍ３の硫酸カルシウム粉末は、２時間以内に沈降が認められ、前記樹脂組成物に均一に分散されている状態を維持できる時間が、嵩密度０．６９ｇ／ｃｍ３の硫酸カルシウム粉末に比較して非常に短く、本実施形態の骨模型の製造方法には不適であることが判明した。
【００３８】
光造形装置１を用いて、骨模型８の製造を行うときには、次に、パソコン６により、骨模型８の対象となる骨の三次元画像データを該骨の軸方向に垂直な複数の面で分割することにより、各分割面に対応する複数の二次元画像データを作成し、記憶させる。
【００３９】
次に、樹脂組成物２を容器３に供給し、樹脂組成物２内の液面付近に造形ステージ４を配置する。そして、パソコン６が記憶している前記三次元画像データの一方の端部に位置する第１の断面の二次元画像データに沿って、パソコン６によりレーザーガン５を移動させながら、造形ステージ４上の樹脂組成物２にレーザー光（例えば波長２６０〜７５０ｎｍの紫外線）を照射する。このようにすると、前記レーザー光が照射された範囲の樹脂組成物２が光重合して硬化し、造形ステージ４上に、前記第１の断面の二次元画像データに精密に一致する形状の構造体７が形成される。
【００４０】
構造体７が形成されたならば、パソコン６は造形ステージ４を構造体７の厚さ相当分だけ下降させ、次いで前記第１の断面に隣接する第２の断面の二次元画像データに沿って、レーザーガン５を移動させながら、造形ステージ４上の樹脂組成物２にレーザー光を照射する。このようにすると、構造体７上に前記第２の断面の二次元画像データに精密に一致する形状の構造体（図示せず）が積層されて形成される。
【００４１】
そして、パソコン６は、前記骨の前記三次元画像データの一方の端部に位置する前記第１の断面の二次元画像データから、他方の端部に位置する二次元画像データまで、各二次元画像データについて前記操作を逐次繰り返す。この結果、図１（ｂ）に示すように、前記三次元画像に精密に一致する形状を備える骨模型８を得ることができる。
【００４２】
光造形装置１では、対象骨構造の大きさと複雑さとに依存して、骨模型８の造形に例えば５〜２４時間を要する。しかし、樹脂組成物２は前述のように嵩密度０．６９ｇ／ｃｍ３の硫酸カルシウム粉末を含む場合には、該硫酸カルシウム粉末が均一に分散された状態を７４時間に亘って維持することができる。従って、樹脂組成物２は前記範囲の嵩密度の硫酸カルシウム粉末を含むことにより、骨模型８の造形の間に該硫酸カルシウム粉末が樹脂組成物２から分離して沈降することがなく、該均一に分散された状態を維持して、全体に均一な硬度を備える骨模型８を得ることができる。
【００４３】
また、骨模型８は、前記樹脂混合物（前記アクリル系樹脂と前記アクリル系モノマーとの合計）１００質量部に対し、前記硫酸カルシウム粉末を１００〜１５０質量部の範囲で含む樹脂組成物２からなるので、人骨に酷似した切削性を備えると共に、ノコギリで切削する際に樹脂が刃に付着することがない。
【符号の説明】
【００４４】
１…光造形装置、  ２…樹脂組成物、  ３…容器、  ４…造形ステージ、  ５…レーザーガン、  ６…パーソナルコンピューター、  ７…構造体、  ８…骨模型。
【図１】
2014102362.tif 000003