(57)【要約】【課題】  脈管の吻合・切除手術練習などに安価で簡易的に使用でき、かつ生体に近い材質、形状を有する臓器モデルを提供すること。【解決手段】  臓器モデルである線状脈管モデルの原型を作製し（ステップ３０１）、原型を硬化剤に浸漬させ（ステップ３０２）乾燥させた後、ゴムラテックスを含む溶液に浸漬させる（ステップ３０３）。これを加温して（ステップ３０４）、ゴムラテックスの皮膜を形成させる（ステップ３０４）。なお、ステップ３０３、ステップ３０４は適宜繰り返すことができる。アセトンでゴムラテックスの皮膜を膨潤させた後、ゴムラテックスの皮膜を原型から剥離させる。（ステップ３０５）。原型から剥離させたゴムラテックスの皮膜を、温水に浸漬させ、可溶性非ゴム成分の除去を行った（ステップ３０６）後、乾燥させ、線状脈管モデルを得る（ステップ３０７）。【選択図】図３
2018010034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴムラテックス材を含み、線状または分岐形状の脈管である臓器を模したことを特徴とする、臓器モデル。
【請求項２】
前記脈管は、０．１０〜２．００ｍｍの内径を有し、単層で中空の管状構造を有することを特徴とする、請求項１記載の臓器モデル。
【請求項３】
請求項１または２記載の前記臓器を模した原型を、ゴムラテックスを含む溶液に浸漬させる第１の工程と、
前記第１の工程によって原型に形成された前記ゴムラテックスの皮膜と前記原型とを分離する第２の工程と、
を有することを特徴とする臓器モデルの製造方法。
【請求項４】
前記第２の工程は、前記ゴムラテックスの皮膜と前記原型とを剥離するか、または前記原型を溶解することによって分離することを特徴とする請求項３記載の臓器モデルの製造方法。
【請求項５】
前記第２の工程は、前記ゴムラテックスの皮膜を膨潤させた後、前記原型を分離することを有することを特徴とする請求項３または４記載の臓器モデルの製造方法。
【請求項６】
前記原型は、金属、ガラス、または有機溶剤に可溶な熱可塑性樹脂から選択されることを特徴とする、請求項３〜５いずれか記載の臓器モデルの製造方法。
【請求項７】
前記熱可塑性樹脂は、ＡＢＳ樹脂、ポリスチレン樹脂、塩酢ビ樹脂、塩ビ樹脂、アクリル樹脂、メタアクリル樹脂から選択されることを特徴とする、請求項６記載の臓器モデルの製造方法。
【請求項８】
前記有機溶剤は、前記ゴムラテックスの皮膜を膨張させ、かつ乾燥後にも前記ゴムラテックスの皮膜の柔軟性や伸展性、強度に影響しないものであることを特徴とする、請求項６記載の臓器モデルの製造方法。
【請求項９】
前記有機溶剤は、エーテル系溶剤、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、およびラクトン系溶剤から選択されることを特徴とする、請求項８記載の臓器モデルの製造方法。
【請求項１０】
前記第２の工程において、前記原型の一部を溶解させることを特徴とする、請求項４〜９いずれか記載の臓器モデルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外科手術などの練習用に使用可能な臓器モデル、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
脳神経外科などの外科手術では、手術用ルーペや手術用顕微鏡を用いて、微小脈管を吻合、切除等する手技を必要とし、そのような手術に携わる医師は、実際に微小血管の手術を行う前に、これらの手技の練習を行っている。なお、「吻合」とは、脈管同士をつなげて血流を新たに作ることをいう。そのような手技を取得する手法のひとつとして、動物脈管を模したモデルを使用する方法が知られている。
【０００３】
従来の脈管モデルとしては、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）、アルギン酸類、ゼラチン、ポリアクリル酸、ハイドロゲルなどが材質として使用されているが、高価である。
【０００４】
また、実際の生体脈管のように微細な構造を有するチューブ状の脈管については、押出成形による製造方法が知られており、ポリイミド、ナイロン、ポリエーテルケトンなどが材質として用いられているが、生体の脈管の質感とは異なる硬い物質である。また押出成形により、生体に近い柔軟な材質の微細な構造を有するチューブ状の脈管を製造するためには、高度な技術と設備を要するため、安価な脈管モデルの製造には適していない。そのため近年では、脈管の吻合・切除手術練習などに安価で簡易的に使用できる脈管モデルの開発が望まれている。
【０００５】
さらに、型を用いた成形による脈管モデルの製造方法も知られているが、内径が０．１０〜２．００ｍｍ程度、膜厚が０．０５〜０．５０ｍｍ程度の単層構造の人脈管を模した細く薄い脈管モデルを製造するには困難である。それに加えて分岐を有する脈管構造では、脈管モデルを型から反転させ脱離させる従来の方法を用いることはできない。
【０００６】
たとえば引用文献１には、繊維質からなる管状体に棒状体を挿入し、前記管状体にゲル状物質を付着させ、最後は前記管状体から前記棒状体を引き抜くことによって人工血管モデルを製造する方法が記載されている。
【０００７】
引用文献２には、模擬血管を模擬筋肉層で覆った注射練習器具が記載されており、材質にポリウレタンゲルを用いている。
【０００８】
引用文献３には、手術練習用血管チューブセットが記載されているが、材質にシリコンチューブを用いている。
【０００９】
引用文献４には、材料としてＰＶＡを用いた血管モデルが記載されている。この血管モデルは、型にＰＶＡ溶液を注入した後、成形体の中央部に針金やワイヤを挿入して穴を空け、血液の通路を形成させることによって製造される。
【００１０】
しかしながら、これらの方法や器具を用いても、生体に近い柔軟な材質で微細な構造を有する脈管を簡易な方法で製造することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−３３４２７８号公報
【特許文献２】特開２００７−２０６３７９号公報
【特許文献３】特開２００８−１２９２２０号公報
【特許文献４】特開２０１１−７５９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本願発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、生体に近い材質、形状を有する臓器モデル等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前述した目的を達成するため、出願人は、鋭意検討の結果、ゴムラテックス材を含む臓器モデルを開発した。
【００１４】
すなわち本願発明は、ゴムラテックス材を含み、線状または分岐形状の脈管である臓器を模したことを特徴とする、臓器モデルである。
【００１５】
脈管は、０．１０〜２．００ｍｍの内径を有し、単層で中空の管状構造である。
【００１６】
また、本願発明は、臓器を模した原型を、ゴムラテックスを含む溶液に浸漬させる第１の工程と、第１の工程によって原型に形成されたゴムラテックスの皮膜と原型とを分離する第２の工程とを有することを特徴とする、臓器モデルの製造方法である。
【００１７】
第２の工程は、ゴムラテックスの皮膜と原型とを剥離するか、または前記原型を溶解することによって分離するものである。
【００１８】
第２の工程は、ゴムラテックスの皮膜を膨潤させた後、原型を分離させてもよい。
【００１９】
原型は、金属、ガラス、または有機溶剤に可溶な熱可塑性樹脂から選択され得る。
【００２０】
熱可塑性樹脂は、ＡＢＳ樹脂、ポリスチレン樹脂、塩酢ビ樹脂、塩ビ樹脂、アクリル樹脂、メタアクリル樹脂から選択され得る。
【００２１】
なお、有機溶剤に可溶な熱可塑性樹脂は、脈管が分岐を有する形状である場合に、原型として好適に使用される。原型が、通常の条件では溶解しない金属やガラスであると、原型に形成されたゴムラテックスの皮膜を原型から分離させることが極めて困難だからである。
【００２２】
有機溶剤は、ゴムラテックスの皮膜を膨張させ、かつ乾燥後にもゴムラテックスの皮膜の柔軟性や伸展性、強度に影響しないものであることが好ましい。
【００２３】
有機溶剤は、エーテル系溶剤、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、およびラクトン系溶剤から選択され得る。
【００２４】
第２の工程において、原型の一部を溶解させてもよい。
【発明の効果】
【００２５】
本願発明により、高度な設備や高価な材料を必要とせず、簡易かつ安価で、くわえて直線のみならず、実際の生体に多く存在する分岐状の脈管を有する臓器モデルの製造が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】脈管モデルの製造方法を示すフローチャート。
【図２】本願発明にかかる線状脈管モデル１を示す図。
【図３】線状脈管モデル１の製造方法の一例を示すフローチャート。
【図４】本願発明にかかる分岐状脈管モデル１１を示す図。
【図５】分岐状脈管モデル１１の製造方法の一例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本願発明の実施の形態を説明する。
【００２８】
ゴムラテックスとは、ゴムの樹から採取された乳状の樹液である天然ゴムをはじめとして、ポリクロロプレンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、ポリイソプレンゴム、ポリブタジエンゴムなどの合成ゴムのコロイド状の分散物をいう。また、必要に応じて、加硫処理などを行ったゴムラテックスを用いることも可能である他、上記ゴムラテックスに適宜、添加材料等を加えたゴムラテックスを主材料とするもので臓器モデルの製造を行ってもよい。添加材料としては、乳化安定剤、粘度調整剤、酸化防止剤、防腐剤等が用いられる。
【００２９】
臓器モデルの材料として、上記で定義したゴムラテックスを硬化したもの（以下、「ゴムラテックス材」という）を用いる。ゴムラテックス材は、生体の脈管の質感と比較的類似していることから、脈管の吻合・切除などの手術練習に用いる際により効果的である。また、従来の脈管モデルとして使用されてきた部材と比べ、比較的安価である。
【００３０】
臓器とは、動物の器官をいう。具体的には、消化器系、循環器系、分泌器系などがある。臓器モデルは、線状または分岐形状の脈管である臓器を模したものである。ここで、「線状」とは、直線状やゆるやかな曲線状をも含む。
【００３１】
脈管は、動物の体内にあって体液を通す管である脈管（たとえば血管、リンパ管など）である。
【００３２】
脈管モデルは、０．１０〜２．００ｍｍの内径を有し、単層で中空の管状構造を有することが、実際の生体に類似している点で好ましい。
【００３３】
このようなゴムラテックス材を含む脈管モデルは、脈管の吻合・切除手術の練習用に、安価で簡易的に使用することができる。また、感触などが実際の生体の脈管にも比較的類似しているので、実践に即した練習ができるという点でも利点がある。
【００３４】
次に、本願発明にかかる脈管モデルの製造方法について、図１に示すフローチャートにしたがって説明する。
【００３５】
まず、製造しようとする脈管モデルの原型を作製する（ステップ１０１）。
【００３６】
原型に用いる材料としては、アルミニウムなどの金属、ガラス、および熱可塑性樹脂などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。なお、後で述べるように、脈管モデルが分岐のある形状の場合は、ゴムラテックスの皮膜から原型を容易に引き抜くことができないので、有機溶剤によって溶解する樹脂を用いて作製することが好ましい。このような樹脂としては、ＡＢＳ（アクリル−ブタジエン−スチレン共重合体）樹脂、ポリスチレン樹脂、塩酢ビ樹脂、塩ビ樹脂、アクリル樹脂、メタアクリル樹脂などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００３７】
また、所望の形状の脈管モデルの原型を作製する際には、３Ｄプリンタを好適に用いることができる。たとえば、脳外科手術を行う際、３Ｄ−ＣＴＡ（三次元脳血管造影）によって得られたデータを使用して、ＡＢＳ樹脂を用いて脳血管モデルの原型を作製する。具体的には、ポジトロン断層法、核磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）などのコンピュータ断層撮影法（ＣＴ）により、作製しようとする脈管モデルの対象となる患者の脈管の形状や大きさを測定し、得られたＤＩＣＯＭ（Ｄｉｓｉｔａｌ  
Ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｓｉｎｅ）データに基づいて、コンピュータで三次元処理し、三次元形状データを作製する。この三次元形状データを用いて、３Ｄプリンタによって原型を作製することができる。
【００３８】
より具体的には、たとえば、得られた三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、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３Ｄプリンタを用いて作製することができる。ＦＤＭ方式以外にも、紫外線などの活性エネルギー線を照射することで硬化する液体樹脂を用いる光造形法、シート積層法、インクジェットの原理を応用したインクジェット法などを用いることができる。
【００３９】
なお、原型の作製方法としては、上述したような３Ｄプリンタを用いた作成方法に限られず、三次元形状データに基づいて、例えば、鋳型（注入型）を作製してモールディングにより製造する方法や、切削加工により製造する方法等を用いることも可能である。
【００４０】
次に、脈管モデルの原型を、ゴムラテックスを含む溶液に浸漬することにより、原型にゴムラテックスの皮膜を形成する（ステップ１０２）。
【００４１】
具体的には、脈管モデルの原型をゴムラテックスを含む溶液に浸漬した後、加温硬化することで皮膜を形成する。皮膜が所望の膜厚になるよう、適宜硬化温度、硬化時間、浸漬回数などを調整する。
【００４２】
皮膜の膜厚については、手術練習に用いる対象の脈管の厚さに応じて適宜調整可能であるが、通常０．０５〜０．５０ｍｍの範囲にある。
【００４３】
また、ゴムラテックスを含む溶液への浸漬に先立ち、硝酸カルシウムなどの硬化剤に脈管モデルの原型を浸漬させることが好ましい。
【００４４】
次に、原型に形成したゴムラテックスの皮膜と原型とを分離する（ステップ１０３）。
【００４５】
分離の第１の方法として、ゴムラテックスの皮膜と原型とを剥離する第１の方法について述べる。剥離の方法としては、脈管モデル皮膜を脱型させる方法が考えられる。即ち、脈管モデル皮膜を反転させて、原型から脱離させる。しかしながら、０．０５〜０．５０ｍｍ程度の膜厚が薄いゴムラテックスの皮膜では、皮膜が破壊されてしまう危険性がある。
【００４６】
これに対して、ゴムラテックスの皮膜を、ゴムラテックスの皮膜を劣化させない、すなわち乾燥後も材質の柔軟性や伸展性、強度に影響しないような有機溶剤に浸漬させることによって、ゴムラテックスの皮膜を膨潤させ、容易に剥離させることが可能である。なお、皮膜が膨潤するゴムラテックスとしては、上述したゴムラテックス（加硫処理を行ったり添加材料を加えたものを含む）を特に制限なく用いることが可能である。
【００４７】
このような有機溶剤としては、使用するゴムラテックスに応じて、それに近い溶解度パラメータ（ＳＰ値）を有する、すなわちゴムラテックスの皮膜が膨潤しやすいような有機溶剤を適宜選択して使用することができる。ただし、トルエンなどの、ゴムラテックスの皮膜を侵すものは適切ではない。
【００４８】
分離の第２の方法として、原型そのものを溶解する方法について述べる。脈管モデルが分岐のある形状の場合は、ゴムラテックスの皮膜を膨張させたとしても、原型を容易に引き抜くことができない。したがって、そのような場合は、あらかじめ原型を、上述したような、有機溶剤によって溶解する樹脂を用いて作製することが好ましい。
【００４９】
樹脂を溶解させるこのような有機溶剤としては、たとえば有機溶剤によって溶解する樹脂としてＡＢＳ（アクリル−ブタジエン−スチレン共重合体）樹脂を用いた場合は、メチルエチルエーテル、ジエチルエーテル、イソプロピルエーテル、プロピレンオキサイド、ジオキサン、セルソルブなどのエーテル系溶剤、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン系溶剤、ギ酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチルなどのエステル系溶剤、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトンなどのラクトン系溶剤などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００５０】
なお、この際、手術練習の内容に応じて、原型の一部分だけを有機溶剤に溶解させ、他の部分は溶解させずに残すようなことも可能である。本願発明では、溶解させずに残したい他の部分を適宜保護することによって、この工程を上記１つの工程で行うことが可能である。
【００５１】
ゴムラテックスの皮膜から原型を分離する工程を経た後、必要に応じて、ゴムラテックスの皮膜を高温の水に浸漬させ、可溶性ゴム成分を除去（リーチング）する作業を行い、乾燥させることによって、本願発明の脈管モデルを得ることができる。
【００５２】
このような方法を用いることで、患者ごとに、脈管の形状を正確に再現することができるので、実際に手術を行う前のシミュレーションとして用いることが可能である。このシミュレーションによって、より安全な手術計画の立案や処置を施すことが可能となる。また、前述のような有機溶剤に可溶な樹脂を３Ｄプリンタの造形材料として使用することができるので、分岐のある形状にも対応可能である。
【００５３】
なお、原型とゴムラテックスの皮膜とを剥離または溶解以外の方法によって分離させることも、本願発明の技術的範囲に含まれる。
【００５４】
［実施例］
以下、実施例を用いて、本願発明について説明するが、本願発明は、この実施例の範囲に限定されるものではない。
【００５５】
＜実施例１＞
図２は、線状脈管モデル１を示す。脈管を模したもので、材質はゴムラテックス材であり、中空構造を有し、その内径は０．９４ｍｍ、膜厚は０．３５ｍｍである。計測はデジタルマイクロスコープＶＨＸ−５０００(（株）キーエンス社製)を用いて、線状脈管モデル１の断面から内径と膜厚を計測した。膜厚を３箇所計測し、その平均値を算出した。
【００５６】
図３のフローチャートに準じて、図２に示す線状脈管モデル１を作製した。
【００５７】
外径１．０ｍｍのアルミニウム線を用いて、線状脈管モデル１の原型を作製した。（ステップ３０１）
【００５８】
原型を、硬化剤である硝酸カルシウム水溶液に浸漬させ（ステップ３０２）、乾燥させた後、加硫天然ゴムラテックス水溶液（（株）レヂテックス社製  ＰＣ−５１８）に浸漬させ、一定の速度で引き上げた。（ステップ３０３）
【００５９】
７０℃で３分間加温して（ステップ３０４）、１度目のゴムラテックスの皮膜を形成させた後、再度同じように加硫天然ゴムラテックス水溶液に浸漬させ（ステップ３０３）、最後に７０℃で１０分間加温して２度目のゴムラテックスの皮膜を形成させ、ゴムラテックスの皮膜形成を完了させた。（ステップ３０４）
【００６０】
アセトンでゴムラテックスの皮膜を膨潤させた後、ゴムラテックスの皮膜を原型から剥離させた。（ステップ３０５）
【００６１】
原型から剥離させたゴムラテックスの皮膜を、７０℃の水に浸漬させ、可溶性非ゴム成分の除去を行った（ステップ３０６）後、７０℃で乾燥させ、線状脈管モデル１を得た。（ステップ３０７）
【００６２】
得られた線状脈管モデル１は血管吻合用の手技練習として有用であることが確認された。また、従来の血管吻合用の手技練習モデルよりも比較的安価で、かつ特別な装置を用いることなく簡易に製造することができた。
【００６３】
＜実施例２＞
図４は、分岐状脈管モデル１１を示す。実際の生体脈管に多く存在する、分岐を有する形状である。脳動脈瘤を模したもので、材質はゴムラテックス材であり、中空構造を有し、その内径は１．５５ｍｍ、膜厚は０．４１ｍｍである。計測はデジタルマイクロスコープＶＨＸ−５０００(（株）キーエンス社製)を用いて、分岐状脈管モデル１１の構造の一部の断面から内径と膜厚を計測した。膜厚を３箇所計測し、その平均値を算出した。
【００６４】
図５のフローチャートに準じて、図４に示す分岐状脈管モデル１１を作製した。
【００６５】
前述したように、脈管モデルが分岐のある形状の場合は、原型を容易に引き抜くことができないので、有機溶剤によって溶解する樹脂を用いて原型を作製した。
【００６６】
３Ｄ−ＣＴＡ（三次元脳血管造影）によって得られたデータを利用して、３Ｄプリンタ（Ｔｉｅｒｔｉｍｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製、製品名ＵＰ  Ｐｌｕｓ２）により、患者の脳動脈瘤の模写型をＡＢＳ（アクリル−ブタジエン−スチレン共重合体）樹脂Ｔｉｅｒｔｉｍｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製、製品名ＵＰ  Ｆｉｌａ  ＡＢＳ）にて作製した。（ステップ５０１）
【００６７】
実施例１と同様の方法で、ゴムラテックスの皮膜の形成を行った。（ステップ５０２、５０３、５０４）
【００６８】
アセトンでゴムラテックスの皮膜を膨潤させるとともに、ＡＢＳ樹脂を材料とした原型を溶解させ、ゴムラテックスの皮膜のみを取り出した（ステップ５０５）。
【００６９】
有機溶剤による洗浄を行った（ステップ５０６）後、実施例１と同様の方法で、ゴムラテックスの皮膜中の非ゴム成分を除去、乾燥させ、分岐状脈管モデル１１を得た（ステップ５０７，５０８）。
【００７０】
得られた脳動脈瘤を模した分岐状脈管モデル１１は、ゴムラテックス材を含み、生体の脈管の質感と比較的類似していることから、クリッピングの手技練習が効果的に行えた。また、従来の脈管モデルと比べ、比較的安価で、かつ特別な装置を用いることなく簡易に製造することができた。
【００７１】
以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載され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】
【００７２】
１…………線状脈管モデル
１１…………分岐状脈管モデル
【図１】
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【図２】
2018010034.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2018010034.tif 000007