(57)【要約】【課題】粥状動脈硬化症の病変部である血管狭窄部の模擬血管、超音波診ファントム、および血流の数値解析検証用実験装置に用いる模擬血管、経皮的経血管的冠動脈形成術評価試験用模擬血管を提供する。【解決手段】粥状動脈硬化症の病変部である血管狭窄の形状と柔らかさが近い、偏心した狭窄部をもち、その内部に脂質相当部分を含むハイドロゲルによって模擬血管を作成することにより、超音波診断装ファントム、およびそれを利用した血流の数値解析検証用実験装置に用いる模擬血管、経皮的経血管的冠動脈形成術評価試験用模擬血管としての使用を可能にする。【選択図】    図１
2004275682.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動脈に近い柔らかさをもつハイドロゲルを用いた粥状動脈硬化症病変部である血管狭窄部を有する模擬血管。
【請求項２】
粥状動脈硬化症病変部である血管狭窄部内の脂質を模擬した部分を含む請求項１記載の模擬血管。
【請求項３】
生理的血圧下で拍動した血液が流れる状態を模擬できる請求項１記載または請求項２記載の模擬血管。
【請求項４】
請求項１〜３項の模擬血管を備えた超音波ファントム。
【請求項５】
請求項１〜３項の模擬血管および請求項４の超音波ファントムを備えた血流の数値解析検証用実験装置。
【請求項６】
請求項１〜３項の模擬血管および請求項４の超音波ファントムを備えた経皮的経血管的冠動脈形成術評価試験用およびステント用模擬血管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、血管狭窄部の模擬血管、超音波診ファントム、血流の数値解析検証用実験装置、経皮的経血管的冠動脈形成術評価試験用模擬血管などのハイドロゲルを有する模擬血管、および、かかる模擬血管を備えた血管狭窄部の模擬血管、超音波ファントム、血流の数値解析検証用実験装置、経皮的経血管的冠動脈形成術評価試験用模擬血管などのハイドロゲルを有する模擬血管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンチューブなど、弾性的なチューブを模擬血管として、血流の実験的な解析や人工臓器開発に用いることがある。しかし、動脈と同じ厚みを持たせると、比較的固くなって剛体管としての振る舞いとなり、血管の弾性的な傾向が現れない。また、人工血管については、生体内での適合性が最重要であり、柔らかさが必ずしも一致していないことがある。
【０００３】
ポリビニルアルコールハイドロゲルは、血管の柔らかさに近いものが作成できる。例えば、特開昭５７−１３０５４３公報のゲルの製造法で提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、粥状動脈硬化症病変部である血管狭窄部について、従来より用いられてきた模擬血管は、シリコンチューブに固いプラグやオリフィスを付けたものなどがほとんどで、単純な形状で尖ったエッジがあり、実際の狭窄の形状からかけ離れ、狭窄部の硬さも異なるものであった。
【０００５】
シリコンを用いても実際の狭窄に近い形状はつくれるが、動脈程度の厚さにすると非常に固なり、血管の柔らかさを模擬できない。また、寒天によっても同様に実際の狭窄に近い形状を可能にすることができるが、生理的な血圧である１３０ｍｍＨｇまで耐えうるものを作成するのは困難である。
【０００６】
ポリビニルアルコールハイドロゲルは透明でなく白色であるため、模擬血管内の形状、血流速度に関して、光学系を用いた計測が不可能という問題がある。
【０００７】
本発明は、上述の課題・問題点を考慮し、粥状動脈硬化症の病変部である血管狭窄の形状に近く、柔らかさも近いハイドロゲルによる模擬血管、透明でなくても超音波診断装置を用いて形状、血流速を測定できる超音波ファントム、およびそれを利用した血流の数値解析検証用実験装置、経皮的経血管的冠動脈形成術評価試験用模擬血管を提供することにある。
【０００８】
超音波用のファントムについて、ゲルを用いたものとしては、特開平８−１０２５４公報の超音波ファントム及びその製造方法がある。これは、ポリビニルアルコールハイドロゲルによる超音波ファントムで、さらにファントム内に異なる硬さの部分を設けることができるものである。しかし、ハイドロゲルの作成にために行う凍結と解凍のサイクルに差を持たせるために、異なる硬さの部分専用の鋳型を用意する必要がある。また、ファントムの形状が単純なものに限られ、凍結時の体積膨張が悪影響を及ぼす複雑形状ファントムの製造、例えば、肉厚が複雑に変化する管については、精密に製造ことは困難である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した問題点を解決するために、凍結時の体積膨張を補償できる鋳型にポリビニルアルコール水溶液を注入し、それを凍結および解凍の繰り返して調製するポリビニルアルコールハイドロゲルの製法で、偏心した狭窄部をもち、その内部に脂質相当部分を含み、超音波ファントムにもなりうる模擬血管を作成することにより、これまでにない模擬血管を発明するに至ったものである。
【００１０】
本発明による模擬血管は血管と同じく、管内圧に対する管直径の関係が非線形である性質をもつ。さらに、超音波のみならず、ＭＲＩ用のファントムにも利用可能である。
【００１１】
ポリビニルアルコールハイドロゲルの柔らかさは、ポリビニルアルコールの分子量、ポリビニルアルコール水溶液のポリビニルアルコール濃度、凍結および解凍の回数によって変化することができる。しかし、鋳型に注入する際の流動性を考慮すると平均分子量１２４８０００−１８６０００のポリビニルアルコールの１４．９重量％の水溶液で５回の凍結および解凍が適当である。
【００１２】
脂質相当部分もポリビニルアルコールハイドロゲルであり、鋳型に注入する際のポリビニルアルコール水溶液のポリビニルアルコール濃度を低くすることにより非常に柔らかくすることが可能である。注入には注射器を用い、ポリビニルアルコール水溶液に染色し、透明管で注入時の水溶液の様子を見ながら行う。これにより、脂質相当部分の鋳型を用意することが不要になる。
【００１３】
本発明のハイドロゲルを調製する際の鋳型は、偏心した直径の変化する円筒形状を基本とするが、実際の粥状動脈硬化症による病変部のＣＴやＭＲＩ画像から３次元のＳＴＬデータを構築し、それを元に鋳型を作成することができれば、個体別の模擬血管も作成可能である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の模擬血管の形状を示す。ポリビニルアルコールハイドロゲル（直管部）１０とポリビニルアルコールハイドロゲル（狭窄部）１１によって一体成形されているが、ポリビニルアルコールハイドロゲル（脂質相当部）１２が封入されている。長さは１１０ｍｍ、直管部の肉厚は１ｍｍ、内径は８ｍｍである。本発明の模擬血管は、ヒトの頸動脈や冠動脈と比べ、内径が大きいが、これよりも小径のものも作成可能である。
【００１５】
図２に本発明の模擬血管の作成行程図を示す。平均分子量１２４８０００−１８６０００のポリビニルアルコール粉末１７．５ｍｇ、蒸留水１００ｍｌをメディアボトルに入れ、オートクレーブにいれて摂氏１２１度、４５分間で水溶液２０にする。また、また、平均分子量１２４８０００−１８６０００のポリビニルアルコール粉末５．０ｍｇ、蒸留水１００ｍｌをメディアボトルに入れオートクレーブにいれて摂氏１２１度、４５分間で水溶液２１にし、水溶性のインクを混入する。前者の水溶液２０を、その温度が摂氏５０度程度の状態で鋳型２３に鋳込む。次に脂質相当の部分に後者の染色された水溶液２１を、所定の位置に水溶液の様子を見ながら注射器２２で注入する。注入量は注射器２２の目盛で調節する。
【００１６】
鋳込後、鋳型２３を容器２４に入れ、凍結および解凍を繰り返す。凍結は摂氏−２０度で１４時間冷凍庫２５に、解凍は摂氏８〜１２度の範囲で１０時間冷蔵庫２６に入れ、これを５サイクル行う。そのあと、鋳型から取り出し、水槽２７に保存する。
【００１７】
図３にの本発明の模擬血管の作成に用いる鋳型の構成を示す。鋳型は３次元ＣＡＤソフトウェアで作成し、それから出力されるＳＴＬデータを元に、樹脂の含浸により補強された紙積層立体形状造形品の製造方法（特開平１１−２２７０６２公報）で作成される中子３０を作成する。
この中子は光造形で多く用いられるエポキシ樹脂でも製作可能であるが、強度的に弱く、用いることはできない。アルミニウムを加工した中子では強度的に問題ないが、複雑形状は困難である。したがって、樹脂の含浸により補強された紙積層立体形状造形品の製造方法が適している。
【００１８】
外部の円筒鋳型はセルロースアセテートプロピオネート製透明管３１を用いる。これは冷凍時の水溶液の膨張に耐えうる弾性をもつためである。これをアクリル管などの固い樹脂管にした場合、冷凍時の水溶液の膨張によって樹脂管が割れてしまう。また、アルミニウム管などの金属管にした場合、冷凍時の水溶液の膨張によって中子の直径の小さな部分が破壊されてしまう。したがって、セルロースアセテートプロピオネート製透明管３１が凍結時の体積膨張を補償できるために適している。
【００１９】
注射器で脂質相当のポリビニルアルコール水溶液を入れるために、円筒鋳型の中心部に穴３２をあけ、注入後にビニルテープ３３を貼る。円筒鋳型と中子の間にはゴムシート３４を巻くことによって密封する。
【００２０】
図４に凍結および解凍時の容器を示す。円筒形状の鋳型４１には４箇所に０．５ｍｍの厚さでビニルテープ４２を巻き、それを容器であるステンレススチール管４０にいれる。鋳型４１をこのステンレススチール管４０にいれない場合、凍結時に鋳型４０が変形して、模擬血管の直管部の管厚が一定に保てなくなる。従って鋳型４１をステンレススチール管４０にいれるのは、鋳型４１が曲がらず、模擬血管の直管部の管厚を一定に保つためである。
【００２１】
凍結および解凍の繰り返しが終わったら、鋳型４１をステンレススチール管４０から出す。鋳型から、模擬血管を出すのは、図３に示す中子３０が付いている状態でポリビニルアルコールハイドロゲルをセルロースアセテートプロピオネート製透明管３１から出し、中子３０の一番直径が小さい部分が折れるようにポリビニルアルコールハイドロゲルを曲げ、中子３０を取り出し、模擬血管が完成する。なお、模擬血管が所定の長さに成るように両端をカミソリで切って、図１に示すようにシアノアクリレート系の瞬間接着剤で塩化ビニルチューブ１３に取りつける。
【００２２】
図５に模擬血管を用いた血流の数値解析検証用実験装置を示す。数値解析によって変形や流速が把握できるが、この実験装置はその検証用として可能である。模擬血管５０が超音波ファントムとして使うには、模擬血管を水槽５９の中にいれ、水中に超音波プローブ５８をつける。水槽５９の水位を変化させることにより、血管外の組織の圧力変化に相当させることができる。血流に相当する拍動流は、水頭を変化できる上流側のリザーバタンク５５と、ギヤポンプ５６で発生させ、圧力変換器５２と流量計５３で圧力と流量を変化させることができる。パーソナルコンピュータ５７はギヤポンプ５６の制御、圧力、流量、超音波診断装置５４の映像の取込み用に用いる。
【００２３】
超音波ファントムとしては、Ｂモードで形状をみることができる。また、作動流体は基本的に水でよいが、この作動流体に、超音波造影剤をいれ、ドップラー計測によって、流速やカラーモードによる流速分布の把握が可能となる。また、グリセリンを入れることにより血液の粘度に近くすることができる。
【００２４】
また、本模擬血管は経皮的経血管的冠動脈形成術として、バルーンやステントの挿入、動作の評価用として使用できる。図６にその用途をを示す。模擬血管６０にカテーテル６１を挿入し、バルーン６２を膨らませ、ステント６３を広げるようにして設置する。その後、バルーン６２を収縮させ、ステント６３を残してカテーテル６１を出す。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、粥状動脈硬化症の病変部である血管狭窄の形状に近く、柔らかさも近いハイドロゲルによる模擬血管を実現することによって、従来のものに比して生体内に近い優れた模擬血管を創出でき、超音波ファントムなどのハイドロゲルを有する模擬血管を採用することにより、従来の超音波ファントムと比較して、血管病変部を模擬したものができ、さらにこの模擬血管を利用した可能各種実用機器が達成された。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の模擬血管の形状である。
【図２】本発明の模擬血管の作成行程図である。
【図３】本発明の模擬血管の作成に用いる鋳型である。
【図４】本発明の模擬血管の作成に用いる凍結および解凍時の容器である。
【図５】本発明の模擬血管を用いた血流の数値解析検証用実験装置である。
【図６】本発明の模擬血管を用いた経皮的経血管的冠動脈形成術評価試験用模擬血管の用途（バルーン・ステント挿入）である。
【符号の説明】
１０  ポリビニルアルコールハイドロゲル（直管部）
１１  ポリビニルアルコールハイドロゲル（狭窄部）
１２  ポリビニルアルコールハイドロゲル（脂質相当部）
１３  塩化ビニルチューブ
２０  ポリビニルアルコール水溶液
２１  ポリビニルアルコール水溶液（脂質部用）
２２  注射器
２３  鋳型
２４  容器
２５  冷凍庫
２６  冷蔵庫
２７  水槽
３０  中子
３１  セルロースアセテートプロピオネート製透明管
３２  穴
３３  ビニルテープ
３４  ゴムシート
４０  ステンレススチール管
４１  鋳型
４２  ビニルテープ
５０  模擬血管
５２  圧力変換器
５３  流量計
５４  超音波診断装置
５５  リザーバタンク
５６  ギヤポンプ
５７  パーソナルコンピュータ
５８  超音波プローブ
５９  水槽
６０  模擬血管
６１  カテーテル
６２  バルーン
６３  ステント
【図１】
2004275682.tif 000003
【図２】
2004275682.tif 000004
【図３】
2004275682.tif 000005
【図４】
2004275682.tif 000006
【図５】
2004275682.tif 000007
【図６】
2004275682.tif 000008