(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
人工若しくは天然栽培のきのこを含有し、
前記きのこは、所定の模擬対象臓器に適合する形状及びサイズに成形されていると共に、選択的に着色された後、軟化処理され、これにより、模擬対象臓器に適合する材質を保持するように加工されたものである
ことを特徴とする手術訓練用人工臓器モデル。
【請求項２】
請求項１記載の人工臓器モデルにおいて、
前記軟化処理は前記きのこを所定の温度・時間で加熱する処理である
ことを特徴とする人工臓器モデル。
【請求項３】
請求項２記載の人工臓器モデルにおいて、
前記加熱する処理は、前記きのこを８０℃以上に加温した水に約６０秒間以上投入する
ことを特徴とする人工臓器モデル。
【請求項４】
請求項１記載の人工臓器モデルであって、
前記きのこは、前記加工後凍結乾燥されたものである
ことを特徴とする人工臓器モデル。
【請求項５】
請求項１記載の人工臓器モデルであって、
前記きのこを防腐溶液に含浸され、防腐処理がされたものである
ことを特徴とする人工臓器モデル。
【請求項６】
請求項５記載の人工臓器モデルにおいて、
前記防腐溶液は、次亜塩素酸ナトリウム水溶液、酸性水、重曹水溶液、二酸化塩素水溶液、ＰＨＭＢ（ポリヘキサメチレンビグアナイド）である
ことを特徴とする人工臓器モデル。
【請求項７】
人工若しくは天然栽培のきのこを含有し、
前記きのこは、細軸状の柄を有するものであり、これにより血管、神経 尿管 リンパ管等の糸形状体器官を模擬する
ことを特徴とする手術訓練用人工臓器モデル。
【請求項８】
請求項７記載の人工臓器モデルにおいて、
前記細軸状の柄を繊維に沿って割くことで分岐を有する糸形状体器官を模擬するものであることを特徴とする人工臓器モデル。
【請求項９】
請求項７記載の人工臓器モデルにおいて、
前記細軸状の柄を複数連結することで分岐を有する糸形状体器官を模擬するものである
ことを特徴とする人工臓器モデル。
【請求項１０】
請求項７記載の人工臓器モデルにおいて、
前記きのこで模擬された糸形状体器官が、
基板上若しくはその内部に固定されている
ことを特徴とする人工臓器モデル。
【請求項１１】
請求項１０記載の人工臓器モデルにおいて、
前記基板は上記模擬された糸形状体器官とは別のきのこの柄を板状に加工して形成されているものである
ことを特徴とする人工臓器モデル。
【請求項１２】
請求項１記載の人工臓器モデルにおいて、
前記きのこは、中空形状を有するものである
ことを特徴とする人工臓器モデル。
【請求項１３】
請求項１記載の人工臓器モデルにおいて、
前記所定の模擬対象臓器は、脳、肝臓、心臓、血管、頚部、胸部、腹部、腕、大腿部、尿管、神経、リンパ管、腸管などの一部、またはその全体である
ことを特徴とする人工臓器モデル。
【請求項１４】
請求項１又は７記載の人工臓器モデルにおいて、
前記きのこは、子実体または担子器果である
ことを特徴とする人工臓器モデル。
【請求項１５】
請求項１又は７記載の人工臓器モデルにおいて、
ポリマー溶液、モノマー溶液、ハイドロゲル、ハイドロゾル、エマルジョンのうちいずれか１つ若しくは複数を含浸、若しくはコーティングされているものである
ことを特徴とする人工臓器モデル。
【請求項１６】
請求項１記載の人工臓器モデルにおいて、
２以上のきのこによって模擬された２以上の異なる模擬臓器を有し、
当該２以上の模擬臓器が互いに積層されている
ことを特徴とする人工臓器モデル。
【請求項１７】
所定種類のきのこを所望の模擬対象臓器に適合する形状及びサイズに成形する工程と、
成形された前記きのこを所定の模擬対象臓器に適合する色彩に選択的に着色する工程と、
模擬対象臓器に適合する材質を保持するように前記きのこを軟化処理する工程と、
を有する人工臓器モデルの製造方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の人工臓器モデルの製造方法において、
前記軟化処理は前記きのこを所定の温度・時間で加熱する処理である
ことを特徴とする製造方法。
【請求項１９】
請求項１８記載の人工臓器モデルの製造方法において、
前記加熱する処理は、前記きのこを８０℃以上に加温した水に約６０秒間以上投入する
ことを特徴とする製造方法。
【請求項２０】
請求項１７記載の人工臓器モデルの製造方法であって、
前記加工後のきのこを凍結乾燥する工程をさらに有する
ことを特徴とする製造方法。
【請求項２１】
請求項１７記載の人工臓器モデルの製造方法であって、
前記きのこを防腐溶液に含浸し、防腐処理を施す工程をさらに有する
ことを特徴とする人工臓器モデル。
【請求項２２】
請求項２１記載の人工臓器モデルの製造方法において、
前記防腐溶液は、次亜塩素酸ナトリウム水溶液、酸性水、重曹水溶液、二酸化塩素水溶液、ＰＨＭＢ（ポリヘキサメチレンビグアナイド）である
ことを特徴とする製造方法。
【請求項２３】
請求項１７記載の人工臓器モデルの製造方法において、
前記きのこは、細軸状の柄を有するものであり、これにより血管、神経 尿管 リンパ管等の糸形状体器官を模擬する
ことを特徴とする製造方法。
【請求項２４】
請求項２３記載の人工臓器モデルの製造方法において、
前記細軸状の柄を繊維に沿って割くことで分岐を有する糸形状体器官を模擬する工程を有する
ことを特徴とする製造方法。
【請求項２５】
請求項２３記載の人工臓器モデルの製造方法において、
前記細軸状の柄を複数連結することで分岐を有する糸形状体器官を模擬する工程を有する
ことを特徴とする製造方法。
【請求項２６】
請求項２３記載の人工臓器モデルの製造方法において、
前記きのこで模擬された糸形状体器官を基板上若しくはその内部に固定する工程を有する
ことを特徴とする製造方法。
【請求項２７】
請求項２６記載の人工臓器モデルの製造方法において、
前記基板は上記模擬された糸形状体器官とは別のきのこの柄を板状に加工して形成されているものである
ことを特徴とする製造方法。
【請求項２８】
請求項１７記載の人工臓器モデルの製造方法であって、
ポリマー溶液、モノマー溶液、ハイドロゲル、ハイドロゾル、エマルジョンのうちいずれか１つ若しくは複数を含浸、若しくはコーティングする工程をさらに有する
ことを特徴とする製造方法。
【請求項２９】
請求項１７記載の人工臓器モデルの製造方法において、
２以上のきのこによって模擬された２以上の異なる模擬臓器を、互いに積層する工程を有する
ことを特徴とする人工臓器モデル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外科手術手技の訓練、および医療機器の性能評価を行うための人工臓器モデル、その製造方法、およびその人工臓器モデルを用いた手術手技訓練方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高度な手術執刀技術が要求される手術、例えば、心臓手術を例にとると、日本では年間５万例の手術が行われている。しかし、国内には多数（約６００施設）の病院があり、症例数が分散している。さらに、心臓血管外科専門医は約２０００名と多数である。また、症例数は一部の熟練医に集中する傾向があり、特に若手心臓外科医に回ってくる症例は年間１０例以下と極端に少ないのが現状である。【０００３】
加えて、患者の高齢化、再手術の増加、オフポンプ冠動脈バイパス手術の一般化、ステントなどの内科的治療の進歩に伴う外科症例の重症化など、手術適応症例の難易度は年々上昇している。これにより、若手心臓外科医が執刀できるチャンスはさらに減少している。【０００４】
このような執刀経験の減少を補うため、従来、ウェットラボと呼ばれるブタなどの動物臓器や、ドライラボと呼ばれるシミュレータなどの人工的模擬臓器、臓器モデルを用いた手技訓練が行われている。また、数は少ないがアニマルラボと呼ばれる、ブタなどの動物生体を用いたトレーニングが行われている。従来の冠動脈バイパス手術における内胸動脈の剥離トレーニング方法として、豚や牛などの肋骨部分の塊肉を用いて、この食肉の内部を走行する血管を剥離する方法などがあった。しかしながら、動物臓器を用いる方法は、保管、衛生、倫理面において課題があった。動物由来の手術トレーニング・医療機器評価モデルでは、一般生菌、大腸菌群、大腸菌、黄色ブドウ球菌などが存在し、病院内での使用においては感染などの衛生的も問題が大きい。また、常温環境下での使用では、手術トレーニング・医療機器評価に要する時間経過に伴って、腐敗が進み、特に臭気が問題となる。【０００５】
上記のウェットラボ、ドライラボなどは、実際の患者を対象とした臨床業務とは異なる時間、環境にて行うことから、Ｏｆｆ−ｔｈｅ−ｊｏｂ  ｔｒａｉｎｉｎｇ  （Ｏｆｆ−ＪＴ）と総称される。【０００６】
２０１７年、日本国においては心臓血管外科専門医認定機構により、心臓血管外科専門医取得に際しては３０時間のＯｆｆ−ＪＴ経験が義務付けられた。Ｏｆｆ−ＪＴは、患者にリスクのない状況で外科医の手術技能を教育、外科医を育成するための手段として急速に普及が進んでいる。【０００７】
Ｏｆｆ−ＪＴの手段として、ウェットラボ、アニマルラボについては、大腸菌や生体固有のウィルスなど衛生面の問題、倫理的問題があり、ドライラボへの転換が図られている。【０００８】
ドライラボで用いられる人工臓器モデルとしては、剥離手技、切開手技、血管吻合手技、縫合手技などがある。これらの手技を訓練するための対象臓器、器官、組織としては、皮膚、血管、腸管、脂肪組織、臓器周辺部結合組織などがあり、それぞれ特徴的なモデルが開発されている。【０００９】
これら人工臓器モデルの素材としては、従来、シリコーン、ウレタンエラストマー、スチレンエラストマー、ポリビニールアルコール等のハイドロゲル、繊維構造体によるモデルが提案されている。【００１０】
このうち、従来技術として特許第６０５５０６９号（Ｐ６０５５０６９）や、特許第５７５９０５５号（Ｐ５７５９０５５）などがある。これら従来技術は、ハイドロゲルの積層体を構成し、電気メスなどのエネルギーデバイスによる剥離手技を訓練するために適した構造を有している。このようにポリビニールアルコール等ハイドロゲルで生成された個体的特性を有するゲルの積層体からなる臓器モデルは、人工的であるが人体組織と切開感が類似しているため、比較的好適である。【００１１】
外科手術全般に共通して必要となる手技である、剥離手技、切開手技、縫合手技、吻合手技を訓練するためには、組織の機械的強度、人体と同様の導電性、人体組織と同様の負荷に対する配向性（筋肉など繊維的構造を有する組織が有する長軸方向に強く、繊維を引き裂く負荷に対しては構造として弱い）を再現したモデルが求められる。【００１２】
前述の人体、生体組織が有する特徴を再現するため、従来はハイドロゲルなどのゲル素材に繊維を内包する方法、繊維構造体に対して導電性の液体的性状のゲルを浸潤させる方法などがある。これらはいずれも、目的とする臓器・組織の構造的強度や導電性といった特徴を再現するため、繊維素材を用い、エラストマーやゲルなど別の素材を組み合わせたものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記した従来の人工臓器モデルでは、以前として実際の臓器の再現性に乏しく、より手術手技のトレーニングに適した人工臓器モデルの開発が求められている。【００１４】
特に、外科手術においては、対象臓器を露出させ、良好な手術視野を得るための視野展開が重要であり、これを訓練するためには、安価でかつ視野展開のための針掛け、糸掛け、牽引に耐えうる強度を有する人工臓器モデルの開発が求められている。【００１５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、従来の人工組織と比較して手術手技トレーニングにより好適に使用することができる人工組織モデル、臓器モデル、およびその製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
発明者らは、手術手技訓練において実際のヒト臓器を切開、剥離、術野展開、吻合、縫合した場合と比較した際の再現性を向上させるべく試行錯誤したところ、臓器の切開、剥離、術野展開、吻合、縫合に対する再現性の高い人工臓器モデルについての知見を得、実際に試作品を作成して鋭意開発をしたところ、本発明を完成するに至ったものである。【００１７】
すなわち、本願発明の主要な観点によれば、人工若しくは天然栽培のきのこを含有する手術訓練・医療機器評価用人工臓器モデルが提供される。【００１８】
人工臓器モデルを構成する材料として「きのこ」を用いることで、脳、肝臓、心臓、血管、頚部、胸部、腹部、腕、大腿部、尿管、神経、リンパ管、腸管などの一部、または全部を模したことを特徴とする手術訓練・医療機器評価用人工臓器モデルを得ることができる。ここで「きのこ」とは、菌類のうちで、目視可能な大きさの子実体、あるいは担子器果を意味する俗称である。きのこは、約９０％が水分で占められており、タンパク質、繊維質、炭水化物などで構成されている。きのこは菌糸によって構成される。一般に菌糸と呼ばれるものは、糸状で分枝しながら先端成長によって伸長し、その表面で周囲にある基質を分解吸収して自らの栄養とする構造である。多くの菌類は、胞子から発芽するとこのような構造となり、成長や分枝を続け、多数の菌糸の集まりによる体を発達させる。菌糸は細胞からなり、その表面は丈夫な細胞壁で覆われる。太さは０．５〜１００μｍまでの幅があり、菌群によって大きく異なる。すなわち「きのこ」とは、菌糸の集合体であり、これらは細胞壁を有しており、組織的な配向性、導電性を有している。ちなみに、人体の筋繊維を構成する筋原繊維の太さは、約０．５〜２ｕｍであり、円筒状に縦方向に筋繊維の中に配列している構造を有している。「きのこ」と筋繊維は極めて近い構造を有していることに発明者らは着目し、「きのこ」を人工臓器モデル材料として用い、試行錯誤的に加工試験を繰り返すことで本発明を完成するに至ったのである。【００１９】
したがって、本発明によれば以下の実施態様が考えられる。【００２０】
（１）  人工若しくは天然栽培のきのこを含有することを特徴とする手術訓練用人工臓器モデル。【００２１】
（２）  上記（１）の人工臓器モデルにおいて、
前記きのこは、所定の模擬対象臓器に適合する形状及びサイズに成形されていると共に、選択的に着色された後、軟化処理され、
これにより、模擬対象臓器に適合する材質を保持するように加工されたものである
ことを特徴とする人工臓器モデル。【００２２】
（３）  上記（２）の人工臓器モデルにおいて、
前記軟化処理は前記きのこを所定の温度・時間で加熱する処理である
ことを特徴とする人工臓器モデル。【００２３】
（４）  上記（３）の人工臓器モデルにおいて、
前記加熱する処理は、前記きのこを８０℃以上に加温した水に約６０秒間以上投入する
ことを特徴とする人工臓器モデル。【００２４】
（５）  上記（２）の人工臓器モデルであって、
前記きのこは、前記加工後凍結乾燥されたものである
ことを特徴とする人工臓器モデル。【００２５】
（６）  上記（２）の人工臓器モデルであって、
前記きのこを防腐溶液に含浸され、防腐処理がされたものである
ことを特徴とする人工臓器モデル。【００２６】
（７）  上記（６）の人工臓器モデルにおいて、
前記防腐溶液は、次亜塩素酸ナトリウム水溶液、酸性水、重曹水溶液、二酸化塩素水溶液、ＰＨＭＢ（ポリヘキサメチレンビグアナイド）である
ことを特徴とする人工臓器モデル。【００２７】
（８）  上記（１）の人工臓器モデルにおいて、
前記きのこは、細軸状の柄を有するものであり、これにより血管、神経 尿管 リンパ管等の糸形状体器官を模擬することを特徴とする人工臓器モデル。【００２８】
（９）  上記（８）の人工臓器モデルにおいて、
前記細軸状の柄を繊維に沿って割くことで分岐を有する糸形状体器官を模擬するものであることを特徴とする人工臓器モデル。【００２９】
（１０）  上記（８）の人工臓器モデルにおいて、
前記細軸状の柄を複数連結することで分岐を有する糸形状体器官を模擬するものである
ことを特徴とする人工臓器モデル。【００３０】
（１０）  上記（８）の人工臓器モデルにおいて、
前記きのこで模擬された糸形状体器官が、
基板上若しくはその内部に固定されている
ことを特徴とする人工臓器モデル。【００３１】
（１１）  上記（１０）の人工臓器モデルにおいて、
前記基板は上記模擬された糸形状体器官とは別のきのこの柄を板状に加工して形成されているものである
ことを特徴とする人工臓器モデル。【００３２】
（１２）  上記（１）の人工臓器モデルにおいて、
前記きのこは、中空形状を有するものである
ことを特徴とする人工臓器モデル。【００３３】
（１３）  上記（１）の人工臓器モデルにおいて、
前記所定の模擬対象臓器は、脳、肝臓、心臓、血管、頚部、胸部、腹部、腕、大腿部、尿管、神経、リンパ管、腸管などの一部、またはその全体である
ことを特徴とする人工臓器モデル。【００３４】
（１４）  上記（１）の人工臓器モデルにおいて、前記きのこは、
子実体または担子器果である
ことを特徴とする人工臓器モデル。【００３５】
（１５）  上記（１）の人工臓器モデルであって、
ポリマー溶液、モノマー溶液、ハイドロゲル、ハイドロゾル、エマルジョンのうちいずれか１つ若しくは複数を含浸、若しくはコーティングされているものである
ことを特徴とする人工臓器モデル。【００３６】
（１６）  上記（２）の人工臓器モデルにおいて、
２以上のきのこによって模擬された２以上の異なる模擬臓器を有し、
当該２以上の模擬臓器が互いに積層されている
ことを特徴とする人工臓器モデル。【００３７】
（１７）    所定種類のきのこを所望の模擬対象臓器に適合する形状及びサイズに成形する工程と、
成形された前記きのこを所定の模擬対象臓器に適合する色彩に選択的に着色する工程と、
模擬対象臓器に適合する材質を保持するように前記きのこを軟化処理する工程と、
を有する人工臓器モデルの製造方法。【００３８】
（１８）  上記（１７）の人工臓器モデルの製造方法において、
前記軟化処理は前記きのこを所定の温度・時間で加熱する処理である
ことを特徴とする製造方法。【００３９】
（１９）  上記（１８）の人工臓器モデルの製造方法において、
前記加熱する処理は、前記きのこを８０℃以上に加温した水に約６０秒間以上投入する
ことを特徴とする製造方法。【００４０】
（２０）  上記（１７）の人工臓器モデルの製造方法であって、
前記加工後のきのこを凍結乾燥する工程をさらに有する
ことを特徴とする製造方法。【００４１】
（２１）  上記（１７）の人工臓器モデルの製造方法であって、
前記きのこを防腐溶液に含浸し、防腐処理を施す工程をさらに有する
ことを特徴とする人工臓器モデル。【００４２】
（２２）  上記（２１）の人工臓器モデルの製造方法において、
前記防腐溶液は、次亜塩素酸ナトリウム水溶液、酸性水、重曹水溶液、二酸化塩素水溶液、ＰＨＭＢ（ポリヘキサメチレンビグアナイド）である
ことを特徴とする製造方法。【００４３】
（２３）  上記（１７）の人工臓器モデルの製造方法において、
前記きのこは、細軸状の柄を有するものであり、これにより血管、神経 尿管 リンパ管等の糸形状体器官を模擬する
ことを特徴とする製造方法。【００４４】
（２４）  上記（２３）の人工臓器モデルにおいて、
前記細軸状の柄を繊維に沿って割くことで分岐を有する糸形状体器官を模擬する工程を有する
ことを特徴とする製造方法。【００４５】
（２５）  上記（２３）の人工臓器モデルの製造方法において、
前記細軸状の柄を複数連結することで分岐を有する糸形状体器官を模擬する工程を有する
ことを特徴とする製造方法。【００４６】
（２６）  上記（２３）の人工臓器モデルの製造方法において、
前記きのこで模擬された糸形状体器官を基板上若しくはその内部に固定する工程を有する
ことを特徴とする製造方法。【００４７】
（２７）  上記（２５）の人工臓器モデルの製造方法において、
前記基板は上記模擬された糸形状体器官とは別のきのこの柄を板状に加工して形成されているものである
ことを特徴とする製造方法。【００４８】
（２８）  上記（１７）の人工臓器モデルの製造方法であって、
ポリマー溶液、モノマー溶液、ハイドロゲル、ハイドロゾル、エマルジョンのうちいずれか１つ若しくは複数を含浸、若しくはコーティングする工程をさらに有する
ことを特徴とする製造方法。【００４９】
（２９）  上記（１７）の人工臓器モデルの製造方法において、
２以上のきのこによって模擬された２以上の異なる模擬臓器を、互いに積層する工程を有する
ことを特徴とする人工臓器モデル。【００５０】
なお、上記した以外の本発明の特徴は、以下の発明を実施するための形態の項及び図面に示される。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、この発明の一実施形態を示す概略構成図である。
【００５２】
【図２】図２は、同じく、製造方法を示す概略構成図。
【００５３】
【図３】図３は、同じく、製造方法を示すフローチャート。
【００５４】
【図４】図４は、同じく、糸状器官を模擬した人工臓器を示す概略構成図。
【００５５】
【図５】図５は、同じく、人工臓器の別の実施形態を示す概略構成図。
【００５６】
【図６】図６は、同じく、人工臓器の別の実施形態を示す概略構成図。
【００５７】
【図７】図７は、同じく、人工臓器の別の実施形態を示す概略構成図。
【００５８】
【図８】図８は、同じく、人工臓器の別の実施形態を示す概略構成図。
【００５９】
【図９】図９は、同じく、手術手技訓練の例を示す模式図。
【００６０】
【図１０】図１０は、同じく、手術手技訓練の例を示す模式図。
【００６１】
【図１１】図１１は、同じく、手術手技訓練の例を示す模式図。
【００６２】
【図１２】図１２は、同じく、応用例を示す概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００６３】
以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【００６４】
１．本発明の構成（第１の実施例）
本発明は、人工若しくは天然栽培のきのこを含有することを特徴とする手術訓練用人工臓器モデルである。
【００６５】
ここで、きのこは繊維性の配向性があり、たとえば「エリンギ」や「エノキタケ」等は、繊維の方向に沿った引っ張りに対しては強いが、縦に引き裂く力に対しては非常に脆弱である。この機械的特性は、非常に生体の特徴と類似しており、人工臓器モデルとして好適である。
【００６６】
この、「構成」の説明では、第1の実施例として、エリンギを用いたものを例にとって説明する。そもそも、エリンギとは、ヒラタケ科ヒラタケ属のキノコの一種である。子実体は食用とされ、安価で入手性も良い。日本の人工栽培では、暗室環境下で栽培され、柄の部分を伸ばすことが行われている。食用キノコの中では比較的大型であり、最大では長さ５９ｃｍ、重さ３．５８ｋｇのエリンギが栽培された報告がある。
【００６７】
図１は、エリンギを用いた人工臓器を示す概略図である。この人工臓器は、きのことして図１（ａ）に１で示す形状のエリンギを用い、これを図１（ｂ）に示すように適宜のサイズにカットしたのち、図１（ｃ）に示すように着色・加熱等の物理化学処理を施したものである。
【００６８】
この例において、完成した人工臓器（図１（ｃ））のサイズは、直径４ｃｍ、長さ１０ｃｍであり、導電性を示し、機械的・構造的強度としてはきのこが有する繊維質に沿った方向への負荷には強く、繊維をほぐすような、すなわち周方向への負荷に対しては脆弱であるという異方性を示す。前述したように、この特性は、特に筋繊維・筋組織に極めて類似しており、手術手技トレーニング用の人工臓器に好適である。
【００６９】
２．本発明の製造方法（第２の実施例）
次に、この発明の人工臓器モデルの製造方法を説明する。
【００７０】
上記の（構成）の説明では、エリンギを用いたが、この例では、図２に２で示すエノキタケを用いる。ここでは、エリンギ及びエノキタケを用いて内胸動脈血管モデルを得る方法を例にとって説明する。
【００７１】
ここで、エノキタケ（榎茸、学名：Ｆｌａｍｍｕｌｉｎａ  ｖｅｌｕｔｉｐｅｓ（Ｃｕｒｔ．：Ｆｒ．）Ｓｉｎｇ．）は、タマバリタケ科のキノコの一種であり、子実体は古くから食用とされ、エノキダケ、ナメタケ、ナメススキ、ユキノシタとも呼ばれ、特に食用のものについてはしばしば「えのき」と縮めて呼称される。
【００７２】
このエノキタケ２の柄は一般的に高さ２〜９ｃｍ、直径１〜８ｍｍで中空・繊維質である。太さは上下ほとんど同じである。
【００７３】
図３は、製造工程を示すフローチャートである。
【００７４】
この実施形態では、ステップＳ１で、栽培条件によって、大きさを人工臓器に適したものに調整し、エノキタケ２を栽培する。例えば、栽培時に通常の条件に比して間引きし、生育期間を延長することによって、前述の３倍程度、人体の内胸動脈の直径、長さに相当する３０ｃｍ程度の長さの柄を有するエノキタケ２を得て、これを用いる。
【００７５】
エノキタケ２は、中空形状、中実形状いずれの形態でも使用することが可能である。内胸動脈の剥離手技訓練では、中空形状・中実形状いずれでも良い。吻合手技訓練を目的に含む用途であれば、中空形状が望ましい。
【００７６】
次に、上記ステップＳ１で得られたエノキタケ２のかさを切除し、中空または中実の均一な細長い円筒形状にする（ステップＳ２）。このことで、作成する模擬臓器の形状にエノキタケ２を成形する。
【００７７】
次に、ステップＳ３で、食紅などの染料を溶かした染色液に、エノキタケ２（または、かさ付き１）、またはエリンギ４（または、かさ付き３）を浸し、溶液を構造内部に含浸する。５分以上放置することで直径２〜３ｍｍ程度のエノキタケであれば、内部まで均一に染色される。これによって、赤系色であれば血管、白色もしくは乳白色であれば神経や尿管、紫や青系色であれば静脈として、選択的に区分して組織を再現する。この場合は、食紅を用いて赤色に染色することで、内胸動脈を再現する。手術訓練用臓器モデルは、外科医による視認性、視覚的再現性も重要な要素であり、対象臓器と周辺臓器の色覚的コントラストは、剥離や血管採取手技の際に位置決めの目安となる。
【００７８】
次に、ステップＳ４で、電子レンジでマイクロ波２００Ｗ・６０秒を照射する。このことで、エノキタケ２の構造的強度を柔軟（軟化処理）にする。マイクロ波でなくても、細胞壁を適度に破壊できればよく、湯煎でも良い。湯煎では、適度な柔軟性を得るために、加温８０度以上の水に６０秒以上投入する。
【００７９】
ステップＳ５では、防腐処理を行う。すなわち、エノキタケ２（または、かさ付き１）、またはエリンギ４（または、かさ付き３）の表面、および内部まで殺菌し、保存性を向上させるために、常温の濃度１％の次亜塩素酸ナトリウム水溶液などの殺菌作用を有する溶液５に１０分以上浸す。防腐処理では、Ｓ６に記載したパッケージの後に、ＥＯＧや、電子線滅菌、または２時間以上摂氏６０度を保つ低温殺菌を行なっても良い。
【００８０】
さらに、防腐処理の一貫として、長期間保存するために、凍結乾燥（フリーズドライ）を行う。
【００８１】
最後に、ステップＳ６で、パッケージ処理として真空パックを行う。これにより、外部からの雑菌混入を防止し、酸化や乾燥を防止し、保存性と品質の安定性を向上することが可能になる。
【００８２】
３．本発明の各種手術手技訓練の適用例）
次に、本発明に係る実施形態に係るきのこ由来の人工臓器モデルの各種手術手技訓練への適用例を説明する。
【００８３】
３（１）  適用例１：冠動脈バイパス手術における内胸動脈の剥離手技訓練（第３の実施例）
３（１）（ａ）  冠動脈バイパス手術における内胸動脈の剥離手技訓練について
冠動脈バイパス手術は、心臓外科領域で一般的な手術であり、狭窄した冠動脈の遠位部に健康なグラフト血管（代替血管）を吻合し、血流を再開するものである。ここで、グラフト血管としては、内胸動脈（ＩＴＡまたはＩＭＡ）、大伏在静脈（ＳＶＧ）、胃大網動脈（ＧＥＡ）などが主として用いられる。ここで、例えば、内胸動脈を得るには、脂肪等結合組織から対象血管である内胸動脈を剥離する手術手技が求められる。
【００８４】
内胸動脈は、１．５〜３．０ｍｍ程度の外径であり、０．１〜１．０ｍｍ程度の分枝を複数有している。執刀医は、分枝群を切断、結紮し、出血を防止しつつ、内胸動脈の本幹を剥離していく。この時、剥離にはエネルギーデバイスである超音波メスまたは電気メスを用いる。
【００８５】
分枝の処理としては、ロボット手術と外科医が直視下で行う手術で方法が異なる。ロボット手術では、分枝の予定切断面を挟んで近位、遠位にクリップをかけ止血する。次に切断面を電気メス、またはハサミで切断する。
【００８６】
一般的な直視下手術では、剥離に対して超音波メスを用いる場合と電気メスを用いる場合で若干異なる。超音波メスの場合にはタンパク質凝固作用があるため、分枝は超音波メスを用いてそのまま切断する。分枝は血液凝固により止血される。電気メスによる剥離の場合には、分枝の直径によって処理が異なる。比較的大きな分枝（０．５〜１．０ｍｍ程度）であれば、結紮により止血し、切断する。比較的小さな分枝（０．５ｍｍ以下程度）であれば、電気メスの凝固機能を用いて、そのまま血液凝固を行いつつ焼灼、切断する。
【００８７】
血管本幹をエネルギーデバイスで損傷することで、グラフト血管としての性能は大きく低下し、これをグラフト血管として用いることはできなくなる。よって、剥離手技の際には、細心の注意を払い、分枝を処理しつつ、グラフト血管本幹のみを剥離していく。したがって、このような内胸動脈の剥離を人工血管モデルを使って訓練することについての需要がある。
【００８８】
３（１）（ｂ）冠動脈バイパス手術における内胸動脈の剥離手技訓練で用いる血管モデルについて
この冠動脈バイパス手術における内胸動脈の剥離手技訓練に用いる血管モデル（糸状器官）としては、前記第１の実施例で示したエノキタケ由来の血管モデルを用いる。
【００８９】
このエノキタケを用いた血管モデルとしての形態は、用途に応じて中実形状、または中空形状を有することが求められる。
【００９０】
以下に、冠動脈バイパス手術におけるグラフト血管の採取術の訓練で用いるエノキタケの血管モデルについて説明する。エノキタケを用いた下述の血管モデルについては、剥離に対する適度な強度、すなわち長軸方向への引っ張り強度、並びに導電性が重要である。
【００９１】
（単一血管モデル  Ａ）
単一血管モデルとしては、図４（ａ）に示すような、単一な直管形状のものである。この単一血管モデルＡは、エノキタケから製造されたものである。この単一血管モデルＡを用いて、電気メスによる焼灼、針糸による縫合手技、周辺組織と当該血管の剥離手技等の訓練を行うものである。
【００９２】
動脈血管、静脈血管については、分枝が存在する。例えば血管本幹が外径２ｍｍの場合、分枝は０．１〜１．０ｍｍ程度と、幅があり、分枝血管は本幹よりもほとんどの場合細径である。
【００９３】
（枝付き分岐血管モデルＢ）
図４（ｂ）は分岐血管を有するモデル（分岐血管モデルＢ）を示すものである。
【００９４】
分岐血管モデルＢを製造する場合、前記単一血管モデルを長軸方向、繊維の配向に沿った方向に必要量引き裂くことで行う。任意の位置まで引き裂くことにより、分岐形状を実現する。このような枝付き血管モデルは、ＥＶＨ  内視鏡下静脈グラフト血管採取術における静脈血管モデルとして用いられる。
【００９５】
また、当該血管を繊維等、血管周辺部組織を再現した人工モデル（ゲル／繊維構造体／樹脂／弾性体によって成形された基板、基体モデル）に組み込んだり、動物由来の生体組織に貼り付け、接着、縫い付け、植え込む（これらを本発明でいう「固定」という）ことによって、冠動脈バイパス手術またはロボット手術における内胸動脈剥離手技訓練モデルとして構成することも可能である。なお、
（枝付き分岐血管モデルＣ）
別の形態の分岐血管モデルＣとしては、図４（ｃ）に示すように、上記単一血管モデルＡを２つ以上用いるものがある。
【００９６】
すなわち、１本の血管モデルＡを幹血管とする。そして、当該幹血管に対して、別の１以上の血管モデルＡを用い、任意の分岐部において接着、結紮等を行い接続することで、枝付き血管を再現することができる。用途は上記血管モデルＢと同様である。
【００９７】
例えば、このような分枝血管モデルを、エリンギ、オニフスベ、キクラゲなどの比較的大型のきのこを加工した板状の基板、または人工的な繊維、弾性体の上に配置する。そして、当該分枝付き血管モデルを上述の基板等に対して接着、一体化することで、剥離用血管モデルとして用いることができる。具体的には当該血管モデルは基板（母材）から、電気メス、超音波メス、外科手術用器具を用いて剥離動作を行うための訓練に用いる。
【００９８】
この内胸動脈採取訓練については、人によるものだけでなく、Ｄａ  Ｖｉｎｃｉなどのロボットを用いて行うことも可能であり、この場合、当該モデルによりロボット手術による内胸動脈剥離のトレーニングを実現することができる。また当該血管モデルについては、手術トレーニング目的のみならず、この手技を実施するための医療機器である手術ロボットの性能評価に用いることも可能である。
【００９９】
３（２）  適用例２：心臓外科における内視鏡下静脈グラフト血管採取術（ＥＶＨ：Ｅｎｄｏｓｃｏｐｉｃ  Ｖｅｉｎ  Ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ）の訓練（実施例４）
３（２）（ａ）  心臓外科における内視鏡下静脈グラフト血管採取術について
前述の冠動脈バイパス手術におけるグラフト血管採取方法として、内視鏡下静脈グラフト血管再手術（ＥＶＨ：Ｅｎｄｏｓｃｏｐｉｃ  Ｖｅｉｎ  Ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ）がある。
【０１００】
内視鏡下血管採取術（ＥＶＨ）は、内視鏡を用いて大伏在静脈や橈骨動脈を剥離、採取する手術方法である。従来の血管採取術よりも切開が小さくなるが、内視鏡下での手技であるため、実施にあたっては十分なトレーニングが求められる。
【０１０１】
ＥＶＨのトレーニングにはシミュレータが用いられている。シミュレータでは、グラフト血管本幹を周辺組織から剥離する剥離手技、および分枝を切断処理する分枝処理手技の訓練を行う。特に近年のＥＶＨ用器具は、先端部にバイポーラ電気メスを有しており、分枝の焼灼、切断、凝固による止血を同時に行うものがある。このため、シミュレータの血管モデルは、導電性、分枝構造、長軸方向の強度を有している必要がある。これは、前記内胸動脈モデルに求められる特徴と同様である。
【０１０２】
３（２）（ｂ）  内視鏡下静脈グラフト血管採取手技訓練に用いる臓器モデル
ＥＶＨのトレーニング用血管モデルを得るためには、内胸動脈モデルと同様にエノキタケが適している。ＥＶＨにおいては、剥離手技の訓練を対象とした臓器モデル、分枝処理の訓練を対象とした臓器モデル、またはその両方を同時に訓練可能な臓器モデルが好適である（例えば図４の血管モデルＡ、Ｂ、Ｃ）。
【０１０３】
例えば、図５は、前記分岐血管モデルＢをエリンギ、オニフスベ、キクラゲなどの比較的大型きのこの柄を板状に加工した基板３に接着し埋め込むことで、剥離手技のトレーニング用人工臓器モデルを実現したものである。なお、図に一点鎖線で示すのは、接着層４であり、好ましくは接着芯であるが、ゲル、エラストマーの接着剤であっても良い。
【０１０４】
図６は、前記分岐血管モデルＡを、人工・天然いずれかの繊維、またはエラストマーなどの弾性体、ハイドロゲルなどのゲルで成形した基板５に埋め込んだ例である。
【０１０５】
図７は、基板６として、１以上の繊維層を用いた例である。
【０１０６】
図８は、基板７として、動物由来の天然臓器を用いた例である。
【０１０７】
手技訓練においては、各基板３、５，６，７に接着された血管モデルＡ〜Ｃに対して、内視鏡の先端部に取り付けられた剥離用のビットを用い、物理的かつ鈍的に血管モデル本幹、および分枝を剥離していく。この時、血管モデル本幹、および分枝を物理的に損傷してはならない。
【０１０８】
このようにして剥離手技が完了したら、次に分枝処理工程に移行する。
【０１０９】
分枝処理手技を対象とした臓器モデルの場合は、アクリルなどの樹脂製の円筒管に、分枝固定用のスリットを設けたものを分枝付き血管モデルの固定台座とし、分枝付き血管モデルを固定したものを用いることが好適である。この円筒管の内部空間により、ＥＶＨにおいて二酸化炭素や窒素ガスをグラフト血管周囲に充填した気腹状態を再現することができる。そして、この臓器モデルにより、分枝付き血管モデルの分枝をバイポーラ型電気メスを内蔵した鉗子で把持、焼灼、分枝部端部の血液凝固による止血手技訓練を行うことができる。
【０１１０】
３（３）  適用例２：小児心臓外科手術  左心室中隔欠損症（ＶＳＤ）の手術手技の訓練（実施例５）
３（３）（ａ）小児心臓外科手術について
小児心臓血管外科手術の課題としては、症例数が少ないこと、先天性心疾患では患者特有の解剖学的特徴を有しており、手術トレーニングの標準化が困難であることが挙げられる。心室中核欠損症（ＶＳＤ）は、小児心臓外科において一般的な先天性心疾患である。
【０１１１】
患者は先天的に左心室に数センチ程度の欠損部（穴）があり、静脈血が動脈血に混入することで、低酸素などの症状を呈する。これに対する外科的治療法として、左心室中隔閉鎖術がある。主に小児の患者を開胸し、中隔の欠損部を視野展開する。欠損部に対して、５−０、６−０サイズの縫合糸を用いて、１２〜１６針程度で縫合することで、この欠損部（孔）を閉鎖する。
【０１１２】
従来のトレーニング方法としては、近年、金型による注型法で製造した樹脂製の３次元心臓臓器モデルが利用されている。また、３Ｄプリンタを用い任意の形状を再現した弾性素材による心臓臓器モデルが発売されている。この方法では、患者のＣＴデータから、そのＣＴ値の特徴から心筋組織を抽出し（セグメンテーション）、心筋組織と思われる部分を３次元データ化（レンダリング）、この３次元形状データを元に、３Ｄプリンタにより弾性素材を３次元出力し、外科医が直接的に縫えるモデル（手技を実施できるモデル）実現するものである。
【０１１３】
しかしながら、この従来方法では、工程が複雑であり製造コストが高いこと、３Ｄプリンタに適用する素材に限定されることから、特に生体組織が有する繊維性の機械的特性を再現することが難しいこと、に課題がある。
【０１１４】
心筋などの筋組織、血管組織などは、コラーゲンなどの高い引張強度を有する繊維質によって構成されており、いずれも配向性を有している。長軸方向の外力に対して強く（繊維質の配向性に沿った方向）、繊維をほぐすような外力、例えば血管であれば周方向外力に対して脆弱である。このような生体組織の「配向性」を再現するために、繊維の方向に沿った引っ張りに対しては強いが、縦に引き裂く力に対しては非常に脆弱であるという機械的特性を有する菌類の子実体（きのこ）が適しているのである。
【０１１５】
上記の左心室中隔欠損症に対する手術では、小児特有の小さな胸腔、これに伴う小さな術野が特徴的である。これは心臓に限らず、消化器などでも同様であり、対象患者の小さな体に対して、以下に必要な術野を確保するか、すなわち視野展開が手術を安定的に行うために重要となる。
【０１１６】
３（３）（ｂ）小児心臓外科手術手技訓練に用いる臓器モデル
小児の胸腔（消化器外科領域においては腹腔、整形外科・形成外科領域においては、腕部、大腿部、脚部についても同様）に関して、小児心臓外科手術における視野展開、および左心室中隔欠損症における欠損部の縫合を対象とした臓器モデルを実現するために、この実施例ではエリンギ由来の臓器モデルを用いる。
【０１１７】
ヒト新生児の身長は約５０ｃｍ、体重２〜３ｋｇ程度である。胸腹部のみを見ると長さ２０〜３０ｃｍ程度であり、エリンギの柄で再現可能な大きさとなっている。さらには、身長１００ｃｍ程度であれば小児の胸腹部が再現可能である。また、成人の腕、膝、足などが再現可能である。
【０１１８】
上記小児の胸腔モデルを再現するためには、比較的大型のエリンギを用いる。このためには、図１（ａ）（ｂ）に示したように、エリンギのかさ部分を切除し、幅１２ｃｍ、長さ１５ｃｍ、高さ１０ｃｍ程度の、豆腐に類した形状を得る。そして、図１（ｃ）の処理工程で、構造的強度を柔軟にするため、電子レンジでマイクロ波２００Ｗ・１２０秒を照射する。マイクロ波でなくても、細胞壁を適度に破壊できればよく、湯煎でも良い。湯煎では、加温８０度以上の水に５分以上投入することで適度な柔軟性得ることができる。
【０１１９】
たとえば、水性塗料の水溶液に上記構造体を１時間含浸することで、外周表面から約１ｃｍ程度染色される。黄色系塗料、白色系塗料を配合した水溶液に、上記構造体を含浸し、皮膚表面、真皮、皮下組織構造を色覚的、視覚的に再現することができる。
【０１２０】
３（３）（ｃ）小児心臓外科手術手技訓練の実施例
上記のようなきのこ製胸腔モデルを用いて小児心臓外科手術における視野展開、および左心室中隔欠損症における欠損部の縫合訓練を行う場合には、図９、図１０に示すように、上記で製造した染色済み胸腔モデル９に電動メス１０（図９）や超音波メス１１（図１０）などの刃物を用いて、スリット１２を入れる。
【０１２１】
さらに図１１に示すように、前記胸腔モデル９内部に、前述したエノキタケによる模擬血管モデルＡ〜Ｃや、同様の製造方法で得られる模擬神経モデル、模擬尿管モデル、模擬リンパ管モデルなど必要臓器モデルを配置することができる。この時、前記胸腔モデル９内部に配置する臓器モデルは必ずしも人工物である必要性はなく、例えばブタの頸動脈やトリの腸管など動物由来の臓器を配置しても良い。
【０１２２】
すなわち、エリンギにより製造した比較的大型の人工臓器は、人体の筋肉組織、脂肪組織、並びにこれら組織と結合している膜組織を再現するにあたって好適であり、この人工臓器内部に、手術手技の対象となる組織モデル、器官モデルを詳細に配置することによって、これら組み合わせにより複雑な人体組織構造を再現する複合臓器モデルを得ることができる。
【０１２３】
小児の胸腔モデル９として用いる場合には、大型エリンギの内部に、心臓を模擬した小型のエリンギによる小児心臓モデルを配置したものを用いることが好適である。ここではＶＳＤモデルを胸腔モデル内に配置することによって、成人に比して小型な小児の狭い開胸術野を高い精度で再現し、その内部に配置された心室・心房中隔欠損症などの病態モデルに対して、手技訓練を実施できる。
４．本発明の臓器モデルの応用例
４（１）応用例１  きのこの構造的強度の改質に関する製造方法（実施例６）
この実施形態は、臓器モデルを製作する際に、他材料を含浸、塗布、コーティング等することによって、きのこの構造体が有する引き裂き強度や弾性を制御することが可能とするものである。例えば、ゲル、ハイドロゲル、ゾル、ハイドロゾル、エマルジョン、グリセリンなどの、粘性および流動性を有する液体は、改質材として好適である。
【０１２４】
例えば、上述した小児胸腔モデル９として、ポリアクリル酸ナトリウム水溶液を含浸したものを使用することができる。この場合、例えば、濃度１％のポリアクリル酸ナトリウム水溶液中にエリンギからなる小児胸腔モデルを６時間浸し、取り出すようにする。このような改質製造工程を施すことで、当該改質後のモデル９を電気メスで切開した際に、表面から１ｃｍ程度の深さにおいては、組織に粘液が浸潤していることから、人体の膜組織を極めて高い臨場感を持って再現することができる。
【０１２５】
４（２）応用例２  拍動挙動を再現するためのアクチュエータを組み込んだ製造方法）
上記の各実施例では、何ら運動を再現することがない静的臓器モデルの製造方法を示したが、心筋、筋肉などの能動的に拍動、運動する組織や、血管などの心拍や呼吸の影響により受動的に運動する組織を再現するために、この実施例ではきのこの特異的な繊維性の構造にアクチュエータを組み込む。
【０１２６】
例として、前述したエノキタケを用いた血管モデルＡ〜Ｃを用いて内胸動脈の拍動運動モデルを製造する方法について説明する。
【０１２７】
この場合、図１２に示すように、エノキタケから製造された内胸動脈モデルＡの中空部内に主にニッケルからなる直径０．１ｍｍの形状記憶合金２を挿通し、これをエノキタケ１の両端に外科用クリップ、ホッチキスなどの締結要素、または接着剤などを用いて固定する。この形状記憶合金の抵抗値は１００から２００オーム／ｍ程度であり、両端部に５Ｖの電圧を印加することで、形状記憶合金が加熱し、当該、形状記憶合金本体の加熱に伴い、約５％程度の収縮・拡張運動を得ることができる。なお、形状記憶合金以外にも、アクチュエータとしてモーター、ソレノイド、誘電体などを用いても良い。
【０１２８】
以上のような構成及び製造方法によれば、きのこの種類により、人体の脳、肝臓、心臓、血管、頚部、胸部、腹部、腕、大腿部、尿管、神経、リンパ管、腸管などの一部、または全部を模した人工臓器モデルを得ることができる。
【０１２９】
きのこが有する構造体としての柔軟性、繊維方向への負荷で引き裂ける脆弱性、着色性、導電性、さらには異なるきのこの種類による形状選択の豊富さ、すなわちきのこの形状的多様性が、臓器モデルとしては極めて好適である。
【０１３０】
また、きのこを人工臓器モデルとして用いた場合には、防腐処理やフリーズドライを含む製造方法によって、衛生面、常温環境下での臭気、保存性の問題が解消される。
【０１３１】
以上から、きのこは、繊維質からなる構造体特有の機械的特性、導電性、着色性、アクチュエータとの適合性、安全性、他材料との組み合わせに伴う改質対応性において極めて優れている。また、複合臓器モデルは、その主な構造体がきのこからなることによって、人体と同様の導電性、切開など機械的応力負荷に対する異方性由来の破断特性を示し、実際の手術と同様の電気メスによる切開、剥離、針かけ、糸かけ、牽引（カウンタートラクション）などの実践的訓練を可能とする。これを臓器モデルとして適した製造方法を確立した結果得られた臓器モデルは、手術訓練を実施、並びに関連する医療用具を実際に評価するための人体臓器モデルとして極めて好適であることが明らかである。
【０１３２】
なお、本発明は、上記一実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で種々変形可能である。
【０１３３】
例えば、上記実施形態ではきのことして主にエリンギとエノキタケを用いたものを説明したが、特定の菌類(Fungi)のうちで、比較的大型の（しばしば突起した）子実体あるいは、担子器果そのものであれば、種類は問わない。
【要約】
【課題】  手術手技トレーニングにより好適に使用することができる人工組織モデルおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】  本発明によれば、人工若しくは天然栽培のきのこを含有する手術訓練用人工臓器モデルが提供される。素材としてのきのこは、成形、着色及び軟化処理を経て、模擬対象としての脳、肝臓、心臓、血管、頚部、胸部、腹部、腕、大腿部、尿管、神経、リンパ管、腸管などの一部、または全部を模倣・再現する人工臓器として製造される。
【選択図】    図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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