(57)【要約】本発明は、内部の構造が見やすい肝臓などの生体部位の模型等を提供するものである。本発明に係る肝臓模型３では、肝臓実質がフレーム３１ａとしてフレーム化され、内部の門脈３２、静脈３３、腫瘍３５等が見やすくなっている。また下大静脈３４の下端面に設けた把持部３６を持って容易に取扱うことができ、腫瘍３５が接続部３７により肝臓模型３に一体化されている。肝臓模型３は、情報処理装置で生成した模型製作用の３次元形状データに基づき３Ｄプリンタでモデル材により製作される。
2016152356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体部位を模した模型であって、
前記生体部位の外面の少なくとも一部に沿ったフレームと、
少なくとも一部が前記生体部位の内部にある生体構造部位と、
が造形材料により形成されたことを特徴とする模型。
【請求項２】
前記生体構造部位と、他の前記生体構造部位もしくは前記フレームとを接続する接続部を有することを特徴とする請求項１記載の模型。
【請求項３】
前記模型を把持するための把持部を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の模型。
【請求項４】
前記生体部位が肝臓であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の模型。
【請求項５】
前記生体部位の一部分について製作されたものであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の模型。
【請求項６】
情報処理装置と３Ｄプリンタを含む、生体部位を模した模型の製作システムであって、
前記情報処理装置は、
前記生体部位の３次元形状データと、少なくとも一部が前記生体部位の内部にある生体構造部位の３次元形状データを記憶し、
前記生体部位の３次元形状データから、前記生体部位の外面の少なくとも一部に沿ったフレームの３次元形状データを生成し、
前記３Ｄプリンタは、
前記フレームと前記生体構造部位の３次元形状データに対応する前記フレームと前記生体構造部位の３次元形状を造形材料により形成することを特徴とする製作システム。
【請求項７】
前記情報処理装置は、
前記生体構造部位と、他の前記生体構造部位もしくは前記フレームとを接続する接続部の３次元形状データを生成し、
前記３Ｄプリンタは、
前記接続部の３次元形状データに対応する前記接続部の３次元形状を造形材料により形成することを特徴とする請求項６に記載の製作システム。
【請求項８】
前記情報処理装置は、
前記模型を把持するための把持部の３次元形状データを生成し、
前記３Ｄプリンタは、
前記把持部の３次元形状データに対応する前記把持部の３次元形状を造形材料により形成することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の製作システム。
【請求項９】
前記生体部位が肝臓であることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれかに記載の製作システム。
【請求項１０】
生体部位を模した模型の３Ｄプリンタによる製作に用いる３次元形状データを生成する情報処理装置であって、
前記生体部位の３次元形状データを記憶し、
前記生体部位の３次元形状データから、前記生体部位の外面の少なくとも一部に沿ったフレームの３次元形状データを生成することを特徴とする情報処理装置。
【請求項１１】
少なくとも一部が前記生体部位の内部にある生体構造部位の３次元形状データをさらに記憶し、
前記生体構造部位と、他の前記生体構造部位もしくは前記フレームとを接続する接続部の３次元形状データを生成することを特徴とする請求項１０に記載の情報処理装置。
【請求項１２】
前記模型を把持するための把持部の３次元形状データを生成することを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の情報処理装置。
【請求項１３】
前記生体部位が肝臓であることを特徴とする請求項１０から請求項１２のいずれかに記載の情報処理装置。
【請求項１４】
情報処理装置と３Ｄプリンタを用いた、生体部位を模した模型の製作方法であって、
前記生体部位の３次元形状データと、少なくとも一部が前記生体部位の内部にある生体構造部位の３次元形状データを記憶した前記情報処理装置が、
前記生体部位の３次元形状データから、前記生体部位の外面の少なくとも一部に沿ったフレームの３次元形状データを生成し、
前記３Ｄプリンタが、
前記フレームと前記生体構造部位の３次元形状データに対応する前記フレームと前記生体構造部位の３次元形状を造形材料により形成することを特徴とする製作方法。
【請求項１５】
生体部位を模した模型の３Ｄプリンタによる製作に用いる３次元形状データを生成する情報処理方法であって、
情報処理装置が、
生体部位の３次元形状データから、前記生体部位の外面の少なくとも一部に沿ったフレームの３次元形状データを生成することを特徴とする情報処理方法。
【請求項１６】
コンピュータを、
生体部位を模した模型の３Ｄプリンタによる製作に用いる３次元形状データを生成する情報処理装置であって、
生体部位の３次元形状データから、前記生体部位の外面の少なくとも一部に沿ったフレームの３次元形状データを生成する情報処理装置として機能させるためのプログラム。
【請求項１７】
コンピュータを、
生体部位を模した模型の３Ｄプリンタによる製作に用いる３次元形状データを生成する情報処理装置であって、
生体部位の３次元形状データから、前記生体部位の外面の少なくとも一部に沿ったフレームの３次元形状データを生成する情報処理装置として機能させるためのプログラムを記録した記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、模型並びにその製作システム、情報処理装置、製作方法、情報処理方法、プログラム、および記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、３Ｄプリンタ等の立体造形手法により様々な物品を製作する試みが行われている。医療分野においても例外でなく、特許文献１には、手術計画やインフォームドコンセント等に用いる肝臓模型の製作方法について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平5-11689号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
３Ｄプリンタで製作する従来の肝臓模型は、肝臓実質を中実の物体とし、その中に門脈や静脈等の血管あるいは腫瘍などの構造部位を表現したものであった。しかしながら、肝臓実質の形状や模型の表面状態によっては、肝臓実質内の血管や腫瘍が歪んで見えたり、見難かったりする問題があった。また、従来方式では肝臓実質の形成に高価なモデル材を多く使用するため、製造コストが高くなる問題点もあった。【０００５】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、内部の構造が見やすい肝臓などの生体部位の模型等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】
前述した課題を解決するための第１の発明は、生体部位を模した模型であって、前記生体部位の外面の少なくとも一部に沿ったフレームと、少なくとも一部が前記生体部位の内部にある生体構造部位と、が造形材料により形成されたことを特徴とする模型である。【０００７】
前記生体構造部位と、他の前記生体構造部位もしくは前記フレームとを接続する接続部を有することが望ましい。また前記模型を把持するための把持部を有することが望ましい。前記生体部位は例えば肝臓である。さらに、模型は前記生体部位の一部分について製作されたものであってもよい。【０００８】
本発明では、生体部位を模した模型において、生体部位がフレーム化され中空となるので、生体部位内部にある血管や腫瘍などの生体構造部位が見やすくなる。これにより、手術計画や患者へのインフォームドコンセントの際に参照したり、手術時や教育等に用いたりするのに好適となる。また模型製作用の高価なモデル材の使用量が減るので低コストであり、研究分野だけでなく臨床現場などにも広範囲に普及させることも可能である。なお、生体部位は肝臓等の臓器の他、筋肉など人や動物の体の部分を広く指すものとする。また、生体構造部位は血管や神経など生体部位に付随する構造部位を広く指すものとする。【０００９】
また本発明では、腫瘍などの生体構造部位と他の生体構造部位あるいはフレームを接続部で接続することで、腫瘍などの生体構造部位が模型から脱落することがなくなる。さらに、模型を把持する把持部を設けておくことで、模型が取扱い易くなる。また必要に応じて生体部位の一部分について模型を製作することも可能であり、模型を小型化できる。【００１０】
第２の発明は、情報処理装置と３Ｄプリンタを含む、生体部位を模した模型の製作システムであって、前記情報処理装置は、前記生体部位の３次元形状データと、少なくとも一部が前記生体部位の内部にある生体構造部位の３次元形状データを記憶し、前記生体部位の３次元形状データから、前記生体部位の外面の少なくとも一部に沿ったフレームの３次元形状データを生成し、前記３Ｄプリンタは、前記フレームと前記生体構造部位の３次元形状データに対応する前記フレームと前記生体構造部位の３次元形状を造形材料により形成することを特徴とする製作システムである。【００１１】
前記情報処理装置は、前記生体構造部位と、他の前記生体構造部位もしくは前記フレームとを接続する接続部の３次元形状データを生成し、前記３Ｄプリンタは、前記接続部の３次元形状データに対応する前記接続部の３次元形状を造形材料により形成することが望ましい。また、前記情報処理装置は、前記模型を把持するための把持部の３次元形状データを生成し、前記３Ｄプリンタは、前記把持部の３次元形状データに対応する前記把持部の３次元形状を造形材料により形成することも望ましい。前記生体部位は、例えば肝臓である。【００１２】
第３の発明は、生体部位を模した模型の３Ｄプリンタによる製作に用いる３次元形状データを生成する情報処理装置であって、前記生体部位の３次元形状データを記憶し、前記生体部位の３次元形状データから、前記生体部位の外面の少なくとも一部に沿ったフレームの３次元形状データを生成することを特徴とする情報処理装置である。【００１３】
第３の発明の情報処理装置は、少なくとも一部が前記生体部位の内部にある生体構造部位の３次元形状データをさらに記憶し、前記生体構造部位と、他の前記生体構造部位もしくは前記フレームとを接続する接続部の３次元形状データを生成することが望ましい。また、前記模型を把持するための把持部の３次元形状データを生成することも望ましい。前記生体部位は、例えば肝臓である。【００１４】
第４の発明は、情報処理装置と３Ｄプリンタを用いた、生体部位を模した模型の製作方法であって、前記生体部位の３次元形状データと、少なくとも一部が前記生体部位の内部にある生体構造部位の３次元形状データを記憶した前記情報処理装置が、前記生体部位の３次元形状データから、前記生体部位の外面の少なくとも一部に沿ったフレームの３次元形状データを生成し、前記３Ｄプリンタが、前記フレームと前記生体構造部位の３次元形状データに対応する前記フレームと前記生体構造部位の３次元形状を造形材料により形成することを特徴とする製作方法である。【００１５】
第５の発明は、生体部位を模した模型の３Ｄプリンタによる製作に用いる３次元形状データを生成する情報処理方法であって、情報処理装置が、生体部位の３次元形状データから、前記生体部位の外面の少なくとも一部に沿ったフレームの３次元形状データを生成することを特徴とする情報処理方法である。【００１６】
第６の発明は、コンピュータを、生体部位を模した模型の３Ｄプリンタによる製作に用いる３次元形状データを生成する情報処理装置であって、生体部位の３次元形状データから、前記生体部位の外面の少なくとも一部に沿ったフレームの３次元形状データを生成する情報処理装置として機能させるためのプログラムである。【００１７】
第７の発明は、コンピュータを、生体部位を模した模型の３Ｄプリンタによる製作に用いる３次元形状データを生成する情報処理装置であって、生体部位の３次元形状データから、前記生体部位の外面の少なくとも一部に沿ったフレームの３次元形状データを生成する情報処理装置として機能させるためのプログラムを記録した記録媒体である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明により、内部の構造が見やすい肝臓などの生体部位の模型等を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】製作システム１を示す図
【図２】情報処理装置５のハードウェア構成を示す図
【図３】肝臓３００の３次元形状データの例を示す図
【図４】肝臓模型３を示す図
【図５】肝臓実質３１、門脈３２、静脈３３、下大静脈３４、腫瘍３５の３次元形状データを示す図
【図６】肝臓模型３の製作方法の概略について示すフローチャート
【図７】肝臓模型３の３次元形状データを生成する手順を示すフローチャート
【図８】肝臓実質３１のフレーム化を示す図
【図９】把持部３６の３次元形状データの生成について説明する図
【図１０】接続部３７の３次元形状データの生成について説明する図
【図１１】肝臓模型３の３次元形状データを示す図
【図１２】３Ｄプリンタ７による肝臓模型３の製作について示す図
【図１３】肝臓模型３ａを示す図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００２１】
（１．製作システム１）
図１は、本発明の実施形態に係る製作システム１を示す図である。この製作システム１は肝臓模型３を製作するものであり、情報処理装置５、３Ｄプリンタ７等を有する。
【００２２】
情報処理装置５は、肝臓模型３を３Ｄプリンタ７によって製作するための模型製作用の３次元形状データを生成するものである。
【００２３】
図２に情報処理装置５のハードウェア構成を示す。図に示すように、情報処理装置５は、制御部５１、記憶部５２、入力部５３、表示部５４、通信部５５等がバス５６を介して接続されたコンピュータで実現できる。ただし、情報処理装置５の構成がこれに限ることはない。
【００２４】
制御部５１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成される。ＣＰＵは、記憶部５２、ＲＯＭ等の記録媒体に格納された情報処理装置５の後述する処理に係るプログラムをＲＡＭ上のワークメモリ領域に呼び出して実行し、バス５６を介して接続された各部を駆動制御し処理を実現する。ＲＯＭは、不揮発性メモリであり、プログラムやデータ等を恒久的に保持している。ＲＡＭは、揮発性メモリであり、記憶部５２、ＲＯＭ等からロードしたプログラム、データ等を一時的に保持するとともに、制御部５１が各種処理を行うために使用するワークエリアを備える。
【００２５】
記憶部５２は、ハードディスクドライブ等であり、制御部５１が実行するプログラム、プログラム実行に必要なデータ等が格納される。
入力部５３は、コンピュータに対して操作指示、動作指示、データ入力等を行うためのもので、例えば、タッチパネル、キー等の入力装置を有する。
【００２６】
表示部５４は、液晶パネル等のディスプレイ装置、およびディスプレイ装置と連携して表示機能を実現するための論理回路等を有する。
通信部５５は、ネットワーク等を介した通信を媒介する通信インタフェースである。
バス５６は、各部間の制御信号、データ信号等の授受を媒介する経路である。
【００２７】
３Ｄプリンタ７は、模型製作用の３次元形状データに基づいて肝臓模型３の製作を行うものである。３Ｄプリンタ７としては、例えば、模型製作用の３次元形状データを上下複数層に輪切りしたスライスデータに基づいて、モデル材およびサポート材を噴射により塗布しＵＶ（Ultra Violet）光の照射によってモデル材の樹脂を硬化させる工程を下層から上層へと繰り返し、樹脂を積層させるインクジェット方式によるものを用いる。これにより、血管等の細かい形状を高精度に表現することが可能である。
【００２８】
モデル材は肝臓模型３の造形材料として用いる樹脂であり、サポート材はモデル材を下方から支えるために用いる樹脂である。肝臓模型３の製作後、サポート材が取り除かれる。サポート材には、洗浄等により容易に除去できるものが用いられる。
【００２９】
モデル材としてはＵＶ硬化性を有する各種のアクリル樹脂等を用いることができ、サポート材としては各種の樹脂、例えばウォータージェットにより除去可能なゲル状樹脂や、加熱により除去可能な低融点のワックス材、あるいは水に浸けることで除去できる水溶性樹脂を用いることができる。
【００３０】
なお、３Ｄプリンタ７は上記に限らず、スライスデータに基づいてノズルヘッドから溶融樹脂を塗布する工程を下層から上層へと繰り返し樹脂を積層させるFDM方式(熱溶解積層法)によるもの等も利用可能である。
【００３１】
（２．肝臓と肝臓模型３）
肝臓模型３は、人間の肝臓を模した模型である。図３は肝臓３００の３次元形状データを模式的に示すものであり、生体部位としての肝臓本体である肝臓実質３１と、肝臓に付随する生体構造部位である門脈３２、静脈３３、下大静脈３４及び腫瘍３５を含む。図示は省略したが、生体構造部位には動脈なども含まれる。
【００３２】
図４は肝臓模型３を示す図である。図に示すように、本実施形態では肝臓実質３１がフレーム３１ａとしてフレーム化され中空となる。フレーム３１ａは肝臓実質３１の外面の少なくとも一部に沿ったものとなっており、肝臓実質３１の形状がフレーム３１ａによって表現されることとなる。肝臓実質３１をフレーム化したことにより、内部の門脈３２、静脈３３、腫瘍３５等が見やすくなっている。
【００３３】
また、この肝臓模型３は下大静脈３４の下端面に設けた把持部３６を把持して容易に取り扱うことができ、且つ腫瘍３５が接続部３７により肝臓模型３に一体化されているので脱落したりすることがない。なお、肝臓模型３の大きさは実物の１／２程度とするが、これに限ることはない。
【００３４】
（３．肝臓実質３１、門脈３２、静脈３３、下大静脈３４、腫瘍３５の３次元形状データ）
本実施形態では、肝臓模型３の模型製作用の３次元形状データを生成するに際し、肝臓実質３１や門脈３２、静脈３３、下大静脈３４、腫瘍３５等の３次元形状データがＳＴＬ(Standard Triangulated Language)データなどとして情報処理装置５に予め入力され、記憶部５２等に記憶される。
【００３５】
これらの３次元形状データは、ＣＴ（Computed Tomography）やＭＲＩ（Magnetic
Resonance Imaging）などで患者等の肝臓をスキャンして得られたＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communications in Medicine）データから得られる。その手法については既知であるので説明を省略する。
【００３６】
図５（ａ）〜（ｅ）の実線は、それぞれ肝臓実質３１、門脈３２、静脈３３、下大静脈３４、腫瘍３５の３次元形状データの例である。これらの３次元形状データは所定の原点を基準として定められ、相対的な位置関係が維持される。図５（ｂ）〜（ｅ）の点線は、門脈３２、静脈３３、下大静脈３４、腫瘍３５に対する肝臓実質３１の位置を示す。
【００３７】
（４．肝臓模型３の製作方法）
次に肝臓模型３の製作方法について説明する。図６は肝臓模型３の製作方法の概略について示すフローチャートである。図に示すように、本実施形態では、まず前記したようにＣＴ等で患者等の肝臓をスキャンし（Ｓ１）、コンピュータがＤＩＣＯＭデータを取り込む（Ｓ２）。そして医師等がＤＩＣＯＭデータから得られた３次元データ上の肝臓実質３１、門脈３２、静脈３３、下大静脈３４、腫瘍３５を指示し、コンピュータがこれらの３次元形状データを抽出する（Ｓ３）。各３次元形状データは情報処理装置５に入力され、記憶部３２に記憶される。情報処理装置５はこれらの３次元形状データを用いて肝臓模型３の模型製作用の３次元形状データを生成し（Ｓ４）、当該３次元形状データの画像等による可視化を行い医師等によるチェックを経てＯＫなら（Ｓ５；ＯＫ）、当該３次元形状データに基づいて、３Ｄプリンタが肝臓模型３を製作する（Ｓ６）。ＮＧなら（Ｓ５；ＮＧ）、Ｓ４に戻って再度模型製作用の３次元形状データを生成する流れとなる。
【００３８】
（４−１．肝臓模型３の模型製作用の３次元形状データの生成）
図７は、Ｓ４において肝臓模型３の模型製作用の３次元形状データを生成する手順を示すフローチャートである。図の各ステップは、情報処理装置５の制御部５１が、ユーザの指示入力等に応じてあるいはデータ演算により自動的に実行する処理である。
【００３９】
Ｓ４において、情報処理装置５は肝臓実質３１のフレーム化処理を行い、フレーム３１ａの３次元形状データを生成する（Ｓ４１）。
【００４０】
Ｓ４１では、例えば肝臓実質３１の３次元形状データの外面をなぞる等、各種の指定方法により図８（ａ）の点線に示すようにフレーム位置を指定すると、図８（ｂ）に示すように、一定の断面形状を有する、連続した線状のフレーム３１ａの３次元形状データが生成されるようになっている。
【００４１】
なお、フレーム化の方法はこれに限らず、例えば所定の方向を指定し、その方向から肝臓実質３１を見た時の正面の輪郭をフレーム化する、といったことも可能である。また、肝臓実質３１の外面を六角形のハニカム構造化してフレーム３１ａの３次元形状データを生成することなども可能である。また、肝臓実質３１は小葉による複数の部位から構成されるので、これらの部位の境界をフレーム化することも可能である（図８（ａ）は境界をフレームに用いた一例である）。また上記の部位のうち一つの部位のみをフレーム化し、後述の図１３で示すように肝臓実質３１の一部分のみの模型を製作することも可能である。
【００４２】
フレーム３１ａは肝臓実質３１の外面の少なくとも一部に沿ったものとなっており、これにより肝臓実質３１の形状を表現できる。さらに、このようなフレーム３１ａに加えて、フレーム３１ａ間を接続するような線状部分の３次元形状データを生成し、併せてフレームの３次元形状データとしてもよい。これによりフレームの強度が向上する。
【００４３】
また、フレーム３１ａが門脈３２や静脈３３等の生体構造部位と区別し易いよう、フレーム３１ａの断面形状を門脈３２や静脈３３等の生体構造部位と異ならせたり、フレーム３１ａの外面に溝等の凹凸形状を付与したりすることも可能である。また模型製作時にフレーム３１ａのモデル材の色を門脈３２や静脈３３等の生体構造部位と変えてもよい。なお門脈３２や静脈３３等の生体構造部位同士についても、モデル材の色を互いに変えて区別することが可能である。
【００４４】
さらに、フレーム３１ａの３次元形状データを外面とその内部に分けて、３Ｄプリンタ７による造形時に外面は光透過性を有するモデル材で形成するが内部はサポート材を用い、このサポート材の色により、モデル材で形成する門脈３２や静脈３３等の生体構造部位と区別することも可能である。あるいは逆に、門脈３２や静脈３３等の生体構造部位の３次元形状データを外面と内部に分け、上記と同様、外面と内部をモデル材とサポート材でそれぞれ形成し、モデル材で形成するフレーム３１ａと区別することも可能である。
【００４５】
本実施形態では、図８（ｃ）に示すように、フレーム３１ａにより囲まれる面３１０から生体構造部位の所定部分、例えば静脈３３等の先端などの細い血管部分が突出しているか判定する。この突出判定では、例えば、生体構造部位がフレーム３１ａにより囲まれる面３１０から突出しているかを判定し、突出している場合（Ｓ４２；ＹＥＳ）には、その突出箇所が細い血管部分等の所定部分であるかを判定する。このような血管部分が上記の面３１０から突出していると、模型の取扱時に当該血管部分が折れるなどの損傷が起こりやすくなるので、突出箇所が細い血管部分等の所定部分の場合（Ｓ５２；ＹＥＳ）には情報処理装置５の表示部５４などに警告を表示し（Ｓ５３）、このような所定部分が上記の面３１０から突出しないよう別のフレーム位置を指定して再度フレーム３１ａを生成するように促すなどしておく。上記の面３１０から静脈３３等の細い血管部分など、生体構造部位の所定部分が突出しない場合（Ｓ４２；ＮＯまたはＳ５２；ＮＯ）は、そのフレーム３１ａが適切であるとして記憶部３２等のＤＢ（データベース）に登録し（Ｓ４３）、次回以降のフレーム化処理で使用できるようにする。フレーム３１ａの３次元形状データを自動生成する場合には、上記の判定処理を組み込むことで、フレーム３１ａで囲まれる面３１０から細い血管部分等が突出しないようにフレーム３１ａの３次元形状データを生成することも可能である。また上記した判定等の手順は一例であり、これに限ることはない。
【００４６】
その他、Ｓ４１では、手術時の切開部などの特定の箇所を指定して、当該箇所を避けるようにフレーム３１ａの３次元形状データを生成することなども可能である。これにより、指定した箇所の内側にある門脈３２や静脈３３、腫瘍３５等の生体構造部位が見易くなる。
【００４７】
フローチャートの説明に戻る。情報処理装置５は、肝臓模型３の把持部３６の３次元形状データを生成する（Ｓ４４）。
【００４８】
Ｓ４４では、例えば、図９に示すように下大静脈３４の３次元形状データの下端面から法線方向外側に延伸する柱状の３次元形状データを生成し、これを把持部３６とする。しかしながら、把持部３６の形状はこれに限らない。例えば、把持部３６の３次元形状データに孔を付与し、肝臓模型３の台座の支持棒（不図示）を挿入して配置可能とすることもできる。把持部３６を持ちやすいよう、外面に凹凸形状を付与することも可能である。さらに、下大静脈３４以外の生体構造部位等の３次元形状データから把持部３６を生成することなども可能である。
【００４９】
情報処理装置５は、腫瘍３５の３次元形状データをその他の生体構造部位やフレーム３１ａの３次元形状データと比較し、腫瘍３５が他の生体構造部位あるいはフレーム３１ａと連続しているかを判定する（Ｓ４５）。連続する場合は（Ｓ４６；ＹＥＳ）そのまま後述するＳ４８の処理に移るが、連続していない場合（Ｓ４６；ＮＯ）、腫瘍３５の接続部３７の３次元形状データを生成する（Ｓ４７）。
【００５０】
腫瘍３５の接続部３７の３次元形状データの生成について示すのが図１０であり、本実施形態では腫瘍３５とその他の生体構造部位もしくはフレーム３１ａとの間で最も距離が短くなる箇所に、腫瘍３５と対象部位（図の例ではフレーム３１ａ）との間を接続する接続部３７の３次元形状データを生成する。ただし、接続部３７の箇所はこれに限らず、腫瘍３５とその他の生体構造部位もしくはフレーム３１ａを接続していればよい。
【００５１】
また接続部３７の形状は角柱状とするが、これに限ることはない。ただし、接続部３７は、門脈３２や静脈３３などの生体構造部位等と異なる断面形状とし、区別できるようにしておくことが望ましい。そのため、接続部３７を角柱状とするほか、溝等の凹凸形状を外面に付与することも可能である。あるいは、模型製作時に接続部３７のモデル材の色を門脈３２や静脈３３などの生体構造部位と変えてもよい。また前記と同様、接続部３７の３次元形状データを外面と内部に分けて、３Ｄプリンタ７による造形時に外面は光透過性を有するモデル材で形成するが内部はサポート材を用いる、といったことも可能である。
【００５２】
また、本実施形態では腫瘍３５以外の部分の３次元形状データが連続しており、腫瘍３５を接続部３７でフレーム３１ａに接続することで一体の模型が形成されるが、場合によっては、Ｓ４５の連続判定を腫瘍３５以外の生体構造部位、例えば下大静脈３４等の太い血管部分や静脈３３等の細い血管部分に対し行って他の生体構造部位あるいはフレーム３１ａと連続しているかを判定したり、フレーム３１ａや各生体構造部位の３次元形状データが全体として連続しているか判定することも可能である。連続していない場合、上記と同様にして不連続部分を連続させる接続部の３次元形状データを生成するとよい。
【００５３】
情報処理装置５は、以上で生成されたフレーム３１ａ、把持部３６、接続部３７の３次元形状データ、および門脈３２、静脈３３、下大静脈３４、腫瘍３５の各３次元形状データに対し、ブーリアン演算による和集合をとって統合処理を行い（Ｓ４８）、肝臓模型３の模型製作用の３次元形状データを生成する。
【００５４】
図１１はこの３次元形状データを模式的に示したものである。この後、本実施形態では、３次元形状データを用いて模型の強度判定を行う（Ｓ４９）。Ｓ４９では、強度判定として、例えば３次元形状データの各部分の応力解析などを行い、フレーム３１ａ等の部分が他の部分、例えば腫瘍３５等を保持するのに十分な強度を有しているかの判定を行う。
【００５５】
強度不足となる部分が無いと判定された場合（Ｓ５０；ＹＥＳ）、そのまま処理を終了するが、強度不足となる部分が有ると判定された場合（Ｓ５０；ＮＯ）、情報処理装置５は３次元形状データの修正を行う（Ｓ５１）。例えばフレーム３１ａが腫瘍３５を保持するのに十分な強度を有していないと判定される場合、フレーム３１ａを太くしたり、フレーム３１ａ間を接続する線状部分の３次元形状データを補強用に付与するなどしてその強度を向上させる。この例では３次元形状データの修正を情報処理装置５が自動で行うが、強度不足の部分を３次元形状データ上で表示するなどして、ユーザ自身で修正を行うか否かの選択を受付けるようにしてもよい。ユーザ自身で修正を行う場合、情報処理装置５はユーザの指示入力に応じて３次元形状データを修正する。
【００５６】
こうして生成された３次元形状データを可視化するなどして医師等の確認を得た後、３次元形状データを用いた３Ｄプリンタ７による肝臓模型３の製作を行う流れとなる。なお、上記したフレーム３１ａの３次元形状データの生成および突出判定（Ｓ４１等）、把持部３６の３次元形状データの生成（Ｓ４４）、腫瘍３５の連続判定並びに接続部３７の３次元形状データの生成（Ｓ４５およびＳ４７）は、順序を入れ替えて行ってもよい。
【００５７】
（４−２．３Ｄプリンタ７による肝臓模型３の製作）
図１２は前記したＳ６（図６参照）における３Ｄプリンタ７による肝臓模型３の製作について示す図である。Ｓ６では、Ｓ４で生成した肝臓模型３の模型製作用の３次元形状データの姿勢を定め、前記したように、当該３次元形状データを輪切りしたスライスデータに従って、ステージ７０上でインクジェットヘッド（不図示）からモデル材７１およびサポート材７２を塗布し、ＵＶ光によりモデル材７１を硬化させる工程を上下複数層に渡って行う。
【００５８】
モデル材７１は、前記したフレーム３１ａ、把持部３６、接続部３７、および門脈３２、静脈３３、下大静脈３４、腫瘍３５の位置で塗布され、サポート材７２はモデル材７１を下から支える位置に塗布される。最後にサポート材７２を除去すると、図４に示す肝臓模型３が製作される。
【００５９】
こうしてフレーム３１ａ、把持部３６、接続部３７、および門脈３２、静脈３３、下大静脈３４、腫瘍３５の３次元形状データに対応する３次元形状がモデル材７１により形成され、肝臓模型３の製作が完了する。
【００６０】
なお、フレーム３１ａなど肝臓模型３の一部と、その他の部分を別々に３Ｄプリンタ７で製作し、その後両者を接着したり機械的に結合したりする、といった製作方法も可能である。これによりサポート材７２の使用量を低減することも可能になる。なお機械的な結合を行う場合には、その結合部の３次元形状データも前記のＳ４で生成しておくとよい。また、把持部３６ではその他の部分より硬化時の強度が劣るが安価であるモデル材を用いるなど、肝臓模型３の一部とその他の部分とで使用するモデル材を変えてもよい。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態によれば、肝臓模型３を既存の３Ｄプリンタで簡易に製作でき、この際、肝臓本体である肝臓実質３１（生体部位）がフレーム化され中空となるので、内部にある門脈３２や静脈３３及び腫瘍３５等の生体構造部位が見やすくなる。これにより、手術計画や患者へのインフォームドコンセントの際に参照したり、手術時や教育等に用いたりするのに好適となる。また模型製作用の高価なモデル材７１の使用量が減るので低コストであり、研究分野だけでなく臨床現場などにも広範囲に普及させることも可能である。
【００６２】
また、腫瘍３５などの生体構造部位と他の生体構造部位あるいはフレーム３１ａを接続部３７で接続することで、腫瘍３５などの生体構造部位が模型から脱落することがなくなる。さらに、模型を把持する把持部３６を設けておくことで、模型が取扱い易くなる。
【００６３】
しかしながら、本発明はこれに限ることはない。例えば、Ｓ４において、下大静脈３４の３次元形状データの下端面あるいは上記の把持部３６の３次元形状データの下端面を板状に拡げ、肝臓模型３を自立可能とすることもできる。また必要に応じて門脈３２や静脈３３などの生体構造部位の３次元形状データを太らせ、血管を太くするなどの変形を行うことも可能である。
【００６４】
また、肝臓模型３は一体でなくともよく、個々の部位が独立して支持されるようなものでもよい。その場合、Ｓ４５の連続判定を省略することも可能である。また図１３に示すように、必要に応じて肝臓実質３１の一部分のみフレーム化を行い、当該一部分のみについての肝臓模型３ａを製作することも可能である。この場合も、前記と同様にして３次元形状データを作成した後、当該３次元形状データを用いて３Ｄプリンタ７により肝臓模型３ａの製作を行うことが可能であり、模型を小型化できる。
【００６５】
なお、本発明において生体部位は肝臓等の臓器の他、筋肉など人や動物の体の部分を広く指すものとし、生体構造部位は、血管や神経など生体部位に付随する構造部位を広く指すものとする。本実施形態では生体部位の例として肝臓の例を挙げ、生体構造部位の例として門脈３２や静脈３３等の血管や腫瘍３５を挙げて説明した。肝臓模型３は手術等で利用機会が多く、また血管や腫瘍の配置は複雑なので本発明を利用するのに特に有効である。しかしながら、生体部位は人や動物の体の部分であればよく、例えば膵臓であってもよい。この場合、膵臓実質を本実施形態と同様にフレーム化することになる。また肝臓や膵臓以外の臓器をはじめ、筋肉、目等の器官にも本発明は適用可能である。また生体構造部位についても、生体部位に付随するものであればよく、本発明では少なくとも一部が生体部位の内部にあるものを含んでいればよい。
【００６６】
以上、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００６７】
１；製作システム
３、３ａ；肝臓模型
５；情報処理装置
７；３Ｄプリンタ
３１；肝臓実質
３２；門脈
３３；静脈
３４；下大静脈
３５；腫瘍
３６；把持部
３７；接続部
７０；ステージ
７１；モデル材
７２；サポート材
【図１】
2016152356.tif 000003
【図２】
2016152356.tif 000004
【図３】
2016152356.tif 000005
【図４】
2016152356.tif 000006
【図５】
2016152356.tif 000007
【図６】
2016152356.tif 000008
【図７】
2016152356.tif 000009
【図８】
2016152356.tif 000010
【図９】
2016152356.tif 000011
【図１０】
2016152356.tif 000012
【図１１】
2016152356.tif 000013
【図１２】
2016152356.tif 000014
【図１３】
2016152356.tif 000015
【国際調査報告】
2016152356.tif 000016
2016152356.tif 000017