(57)【要約】      （修正有）【課題】模擬血管が損傷しているか否かを、模擬血液を用いずに分かり易く示すこと。【解決手段】中空形状の模擬血管と、模擬血管に少なくとも一部の外周面が取り囲まれ、模擬血管の損傷部位を通して、外部に光を放出するための内層部材とを含む模擬臓器。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空形状の模擬血管と、
前記模擬血管に少なくとも一部の外周面が取り囲まれ、前記模擬血管の損傷部位を通して、外部に光を放出するための内層部材と
を含む模擬臓器。
【請求項２】
前記内層部材は、光ファイバーであり、端部から入射した光を放出する
請求項１に記載の模擬臓器。
【請求項３】
前記内層部材は、中空形状である
請求項１から請求項２までの何れか一項に記載の模擬臓器。
【請求項４】
前記内層部材は、光を放出するためのスリットを備える
請求項１から請求項３までの何れか一項に記載の模擬臓器。
【請求項５】
前記模擬血管は、湾曲している
請求項１から請求項４までの何れか一項に記載の模擬臓器。
【請求項６】
前記模擬血管の周囲を埋める模擬組織を含み、
前記模擬組織は、切除能力が付与された液体によって切除される
請求項１から請求項５までの何れか一項に記載の模擬臓器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、模擬臓器に関する。
【背景技術】
【０００２】
切開した際に、切開創から模擬血液を漏出させることにより、手術練習に臨場感を持たせるとともに、出血した際に必要な血液の除去操作や止血操作の練習ができる模擬組織（軟部組織切開練習モデル）が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実用新案登録第３１８４６９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記先行技術の場合、模擬血管内に模擬血液を封入する構成であるので、液体である模擬血液の取り扱いが面倒であった。本願発明は、上記先行技術に鑑み、模擬血管が損傷しているか否かを、模擬血液を用いずに分かり易く示すことを解決課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためのものであり、以下の形態として実現できる。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、模擬臓器が提供される。この模擬臓器は、中空形状の模擬血管と；前記模擬血管に少なくとも一部の外周面が取り囲まれ、前記模擬血管の損傷部位を通して、外部に光を放出するための内層部材とを含む。この形態によれば、液体を用いてなくても、模擬血管の損傷部位をユーザーに示すことができる。
【０００７】
（２）上記形態において、前記内層部材は、光ファイバーであり、端部から入射した光を放出する１に記載の模擬臓器。この形態によれば、内層部材自身が発光しなくてもよくなる。
【０００８】
（３）上記形態において、前記内層部材は、中空形状でもよい。この形態によれば、中空部を利用して、光を伝達させることができる。
【０００９】
（４）上記形態において、前記内層部材は、光を放出するためのスリットを備えてもよい。この形態によれば、内層部材の壁を、透光性を有する部材で構成しなくてもよくなる。
【００１０】
（５）上記形態において、前記模擬血管は、湾曲してもよい。この形態によれば、湾曲した血管を再現できる。
【００１１】
（６）上記形態において、前記模擬血管の周囲を埋める模擬組織を含み；前記模擬組織は、切除能力が付与された液体によって切除されてもよい。この形態によれば、切除能力が付与された液体を用いる模擬手術に使用できる。
【００１２】
本発明は、上記以外の種々の形態で実現できる。例えば、模擬臓器の作製方法として実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】液体噴射装置の概略構成図。
【図２】模擬臓器を示す断面図。
【図３】内層部材を示す斜視図。
【図４】模擬臓器の作製方法を示すフローチャート。
【図５】内層部材の材料の強度試験の様子。
【図６】上記の強度試験によって得られる実験データを示すグラフ。
【図７】図２の７−７断面。
【図８】模擬臓器を示す断面図（変形例）。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、液体噴射装置２０の構成を概略的に示す。液体噴射装置２０は、医療機関において利用される医療機器であり、患部に対して液体を噴射することによって、患部を切除する機能を有する。
【００１５】
液体噴射装置２０は、制御部３０と、アクチュエーター用ケーブル３１と、ポンプ用ケーブル３２、フットスイッチ３５と、吸引装置４０と、吸引チューブ４１と、液体供給装置５０と、ハンドピース１００とを備える。
【００１６】
液体供給装置５０は、給水バッグ５１と、スパイク針５２と、第１〜第５コネクター５３ａ〜５３ｅと、第１〜第４給水チューブ５４ａ〜５４ｄと、ポンプチューブ５５と、閉塞検出機構５６と、フィルター５７とを備える。ハンドピース１００は、ノズルユニット２００と、アクチュエーターユニット３００とを備える。ノズルユニット２００は、噴射管２０５と、吸引管４００とを備える。
【００１７】
給水バッグ５１は、透明な合成樹脂製であり、内部に液体（具体的には生理食塩水）が充填されている。なお、本願では、水以外の液体が充填されていても、給水バッグ５１と呼ぶ。スパイク針５２は、第１コネクター５３ａを介して、第１給水チューブ５４ａに接続されている。給水バッグ５１にスパイク針５２が刺されると、給水バッグ５１に充填された液体が第１給水チューブ５４ａに供給可能な状態になる。
【００１８】
第１給水チューブ５４ａは、第２コネクター５３ｂを介して、ポンプチューブ５５に接続されている。ポンプチューブ５５は、第３コネクター５３ｃを介して、第２給水チューブ５４ｂに接続されている。チューブポンプ６０は、ポンプチューブ５５を挟み込んでいる。チューブポンプ６０は、ポンプチューブ５５内の液体を、第１給水チューブ５４ａ側から、第２給水チューブ５４ｂ側に送り出す。
【００１９】
閉塞検出機構５６は、第２給水チューブ５４ｂ内の圧力を測定することで、第１〜第４給水チューブ５４ａ〜５４ｄ内の閉塞を検出する。
【００２０】
第２給水チューブ５４ｂは、第４コネクター５３ｄを介して、第３給水チューブ５４ｃに接続されている。第３給水チューブ５４ｃにはフィルター５７が接続されている。フィルター５７は、液体に含まれる異物を捕集する。
【００２１】
第３給水チューブ５４ｃは、第５コネクター５３ｅを介して、第４給水チューブ５４ｄに接続されている。第４給水チューブ５４ｄは、ノズルユニット２００に接続されている。第４給水チューブ５４ｄを通じて供給された液体は、アクチュエーターユニット３００の駆動によって、噴射管２０５の先端から間欠的に噴射される。このように液体が間欠的に噴射されることによって、少ない流量で切除能力が確保できる。
【００２２】
噴射管２０５及び吸引管４００は、噴射管２０５を内管、吸引管４００を外管とする二重管を構成する。吸引チューブ４１は、ノズルユニット２００に接続されている。吸引装置４０は、吸引チューブ４１を通じて、吸引管４００内を吸引する。この吸引によって、吸引管４００の先端付近の液体や切除片などが吸引される。
【００２３】
制御部３０は、チューブポンプ６０と、アクチュエーターユニット３００とを制御する。具体的には、制御部３０は、フットスイッチ３５が踏まれている間、アクチュエーター用ケーブル３１と、ポンプ用ケーブル３２とを介して駆動信号を送信する。アクチュエーター用ケーブル３１を介して送信された駆動信号は、アクチュエーターユニット３００に含まれる圧電素子（図示しない）を駆動させる。ポンプ用ケーブル３２を介して送信された駆動信号は、チューブポンプ６０を駆動させる。よって、ユーザーがフットスイッチ３５を踏んでいる間は液体が間欠的に噴射され、ユーザーがフットスイッチ３５を踏んでいない間は液体の噴射が停止する。
【００２４】
以下、模擬臓器について説明する。模擬臓器は、ファントムとも呼ばれ、本実施形態においては、液体噴射装置２０によって一部が切除される人工物である。本実施形態における模擬臓器は、液体噴射装置２０の性能評価や、液体噴射装置２０の操作の練習などを目的とした模擬手術に用いられる。
【００２５】
図２は、模擬臓器６００を示す断面図である。図２が示す断面は、Ｙ−Ｚ平面である。本実施形態では、水平面をＸ−Ｙ平面、鉛直方向（深さ方向）をＺ方向とする。模擬臓器６００は、埋設部材６１０と、模擬組織６２０と、支持部材６３０とを含む。
【００２６】
埋設部材６１０は、内層部材６１２の外側を、模擬血管６１４が取り囲む二重構造になっている。模擬血管６１４の内部に内層部材６１２が配置されているともいう。本実施形態における内層部材６１２は、可視光用中空光ファイバーによって構成されている。内径は０．５ｍｍであり、伝達効率が３０〜６５％である。
【００２７】
模擬血管６１４は、生体の血管を模擬した材料で形成されている。模擬血管６１４は、生体の血管（ヒトの脳血管）を模擬した人工物であり、模擬手術において損傷を回避すべき部材である。
【００２８】
模擬組織６２０は、生体における血管の周辺組織（例えば脳組織）を模擬したものであり、模擬血管６１４の周囲を埋めている。支持部材６３０は、埋設部材６１０と模擬組織６２０とを支持する金属製の容器である。
【００２９】
噴射管２０５から間欠的に噴射される液体は、模擬組織６２０を徐々に切除する。切除が進行すると、模擬血管６１４が露出する。露出した模擬血管６１４は、液体の噴射に曝露される場合がある。模擬血管６１４は、自身の強度を上回る条件での噴射に曝露された場合、損傷する。ここでいう損傷とは、模擬血管６１４の壁に貫通穴が形成されることをいう。
【００３０】
図２に示すように、模擬臓器６００の傍に、光源８１０，８２０が設置される。光源８１０，８２０は、ＬＥＤによって光を発射する。発射した光は、内層部材６１２の両端から内層部材６１２内に入射し、内層部材６１２内を伝達する。なお、図２では、光源８１０，８２０が、埋設部材６１０の端部から離れた配置されているように示されている。しかし、実際には、光源８１０，８２０は、埋設部材６１０の端部に接触するように配置される。この配置によって、光の入射効率が良好になる。
【００３１】
図３は、内層部材６１２を示す斜視図である。内層部材６１２には、図３に示すように、複数のスリット６１３が設けられている。スリット６１３は、内層部材６１２の管壁を貫通している。よって、内層部材６１２内を伝達する光は、スリット６１３から放出される。
【００３２】
上記のように模擬血管６１４が損傷した場合、内層部材６１２を伝達する光は、スリット６１３を介して、損傷した部位から放出される。ユーザーは、損傷した部位から放出された光を視認することによって、模擬血管６１４が損傷したこと、さらには、損傷した部位を把握できる。このように、光を用いる方法であれば、液体を用いる方法に比べ、取り扱いや保存が簡単になる。
【００３３】
図４は、模擬臓器６００の作製方法を示すフローチャートである。初めに、内層部材６１２にスリット６１３を形成する（Ｓ８０５）。Ｓ８０５は、例えば、刃物を用いて人が実施する。
【００３４】
次に、埋設部材６１０を作製する（Ｓ８１０）。つまり、スリット６１３を設けた内層部材６１２の外周面に、模擬血管６１４を形成する。具体的には、模擬血管６１４の外周に、硬化前の模擬血管６１４の材料を刷毛によって塗布し、硬化させることで、埋設部材６１０を形成する。
【００３５】
本実施形態では、模擬血管６１４の材料として、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）を採用する。ＰＶＡは、周知のように、作製条件を変化させることで、強度を変化させることができる。
【００３６】
図５は、材料の強度試験について説明するための図である。シート６５０は、模擬血管６１４の材料をシート状に形成した試験サンプルである。シート６５０は、台（図示しない）に載せられており、周縁部で台に固定されている。シート６５０を挟んでピン７００の反対側において、台に穴が開いている。強度試験は、シート６５０の破壊が起こるまで、シート６５０をピン７００によって押し込み、変形させる。ピン７００の押し込みには、ロードセル（図示しない）を用い、押し込み力をリアルタイムで計測する。
【００３７】
図６は、上記の強度試験によって得られる実験データを例示する。縦軸は押し込み力、横軸は時間を表す。ピン７００の押し込みは、１ｍｍ／ｓｅｃで実施する。このため、図７に示すように、押し込み力は時間と共にほぼ線形に増大する。
【００３８】
押し込み力は、このように増大していくと、やがて急減する。押し込み力の急減は、シート６５０の破壊によって発生する。押し込み力の急減によって、押し込み力の最大値を決定できる。材料強度は、押し込み力の最大値（Ｎ）を、ピン７００の先端７１０の面積（本実施形態では０．５ｍｍ2）で除算することによって得られる応力値（ＭＰａ）として取得する。
【００３９】
上記の試験によって、模擬血管６１４の材料を、再現したい血管の強度に近い強度を有するように調整する。このように調製した材料を用い、模擬血管６１４を作製する。
【００４０】
次に、埋設部材６１０を支持部材６３０に固定する（Ｓ８２０）。図７は、図２の７−７断面（Ｚ−Ｘ平面）を示し、Ｓ８２０が実行された様子を示す。
【００４１】
図７に示すように、支持部材６３０には、溝６３３が設けられている。溝６３３は、支持部材６３０の両側に設けられている。埋設部材６１０は、Ｓ８２０において、溝６３３にはめ込まれることによって、支持部材６３０に固定される。
【００４２】
次に、ウレタンの主剤と硬化剤とを混ぜて攪拌したものを、支持部材６３０に流し込む（Ｓ８３０）。この後、ウレタンがエラストマーゲル状のウレタンゲルに変化する（Ｓ８４０）。これによって、模擬組織６２０が形成され、模擬臓器６００が完成する。
【００４３】
以下、変形例を説明する。図８は、模擬臓器６００ａを示す断面図である。模擬臓器６００ａは、埋設部材６１０ａと、模擬組織６２０ａと、支持部材６３０ａとを含む。
【００４４】
図８に示すように、埋設部材６１０ａは湾曲している。つまり、埋設部材６１０ａは、両端部が支持部材６３０ａの底面に固定され、アーチ形状になっている。埋設部材６１０ａは、実施形態の埋設部材６１０と同じく内層部材６１２と模擬血管６１４とによる二重構造になっている。
【００４５】
先述したように内層部材６１２が可視光用中空光ファイバーによって構成され、且つ、模擬血管６１４がＰＶＡによって構成されているので、埋設部材６１０ａは可撓性を有する。
【００４６】
支持部材６３０ａは、埋設部材６１０ａの両端部を固定するための貫通穴６３３ａを備える。光源８１０，８２０は、貫通穴６３３ａを介して、埋設部材６１０ａの端部に光を照射する。
【００４７】
このように、埋設部材６１０ａは、直線的な形状だけでなく、曲線的な形状にすることができる。よって、生体において曲線的に走る血管の部位を、より生体に近い条件で再現できる。
【００４８】
本発明は、本明細書の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現できる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、先述の課題の一部又は全部を解決するために、或いは、先述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことができる。その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除できる。例えば、以下のものが例示される。
【００４９】
模擬臓器は、間欠的に噴射される液体以外によって、切除されてもよい。例えば、連続的に噴射される液体によって切除されてもよいし、超音波によって切除能力が付与された液体によって切除されてもよい。或いは、金属製のメスによって切除されてもよい。
【００５０】
模擬血管の本数は、２本以上であれば、いくつでもよい。
模擬血管の材質は、上記の例示に限られない。例えば、ＰＶＡ以外の合成樹脂（例えばウレタン）でもよいし、天然樹脂でもよい。
模擬組織の材質は、上記の例示に限られない。例えば、ウレタン以外のゴム系の材料でもよいし、ＰＶＡを用いてもよい。
【００５１】
模擬血管を、噴射堆積（インクジェット方式などによる３Ｄプリンティング）を用いて作製してもよい。
模擬組織を、３Ｄプリンティングを用いて作製してもよい。
模擬血管および模擬組織をまとめて、３Ｄプリンティングを用いて作製してもよい。
【００５２】
模擬血管は、３Ｄプリンティングを用いて、内層部材にＰＶＡを堆積させることで作製してもよい。
模擬血管は、模擬血管となる材料を、内層部材にスプレー等で吹き付けることで作製してもよい。
模擬血管は、模擬血管となる材料を槽に満たしておき、内層部材を浸した後に引き上げることで作製してもよい。
或いは、中空形状に形成した模擬血管を、内層部材に被せることによって、埋設部材を作製してもよい。模擬血管を中空部材として形成する方法としては、例えば、極細線の外周に硬化前のＰＶＡを塗布し、ＰＶＡの硬化後に極細線を引き抜くという手法が挙げられる。極細線の外径は、内層部材の外径に合わせる。極細線は、例えば、金属（ピアノ線など）で形成する。
【００５３】
埋設部材がどのような形状で埋設されるかは、上記に例示したものに限られない。例えば、Ｓ字のように曲がっていてもよいし、水平面内（Ｘ−Ｙ平面内）で曲がっていてもよい。
【００５４】
内層部材は、可視光用中空光ファイバー以外によって形成してもよい。例えば、中空部材または中実部材の導光棒でもよい。導光棒は、例えば、プラスチック製でもよい。具体的には、ポリウレタン樹脂製でもよい。
【００５５】
導光棒は、端部から光が入射すると、外周面が全体的に発光するので、外周面にスリットを設けなくてもよい。
中実部材としての内層部材（光ファイバーや導光棒）にスリットを設ける場合、貫通させる中空部が無いので、溝として設けてもよい。
中空部材としての導光棒にスリットを設ける場合、中空部に貫通させずに、溝として設けてもよい。
【００５６】
内層部材は、可撓性がなくてもよい。例えば内層部材を純石英で作製すると、可撓性を有さない。この場合、埋設部材を直線形状で配置すればよい。
内層部材自身が発光してもよい。例えば、内層部材の内部に、発光素子を配置してもよい。
内層部材は、棒状の部材でなくてもよい。例えば、複数の発光素子を、模擬血管の中空部に間隔を空けて配置してもよい。
【００５７】
光源の発光は、ＬＥＤでなくても、例えばハロゲンランプやキセノンランプでもよい。
光源は、１つでもよい。つまり、埋設部材の一方の端部のみから光を入射させてもよい。
可撓性を有する内層部材の端部を曲げることによって、光源の配置を変更してもよい。
【００５８】
内層部材６１２の外周面の全体が模擬血管６１４に取り囲まれた構成としたが、これに限定されるものではない。模擬血管６１４が内層部材６１２の外周面の一部を覆う構成としてもよい。内層部材６１２の外周面の一部とは、例えば、外周面の周方向についての一部のことである。模擬手術において、模擬血管６１４が損傷していない場合にユーザーが光を視認しない程度に模擬血管６１４によって内層部材６１２が覆われていればよい。
【００５９】
いいかえると、内層部材６１２が、模擬血管６１４の内部に配置された部分（非露出部）と、模擬血管６１４の外部に露出した部分（露出部）とを有していてもよい。またそのような露出部が形成されるように、模擬血管６１４の一部に穴や切欠きが形成されていたり、模擬血管６１４から内層部材６１２がはみ出ていたりする構成としてもよい。
【００６０】
実施形態においてはアクチュエーターとして圧電素子を用いる構成を採用したが、光メーザーを用いて液体を噴射する構成や、ポンプ等により液体を加圧し、液体を噴射する構成を採用してもよい。光メーザーを用いて液体を噴射する構成とは、光メーザーを液体に照射して液体中に気泡を発生させ、この気泡の発生によって引き起こされる液体の圧力上昇を利用する構成である。
【符号の説明】
【００６１】
２０…液体噴射装置
３０…制御部
３１…アクチュエーター用ケーブル
３２…ポンプ用ケーブル
３５…フットスイッチ
４０…吸引装置
４１…吸引チューブ
５０…液体供給装置
５１…給水バッグ
５２…スパイク針
５３ａ…第１コネクター
５３ｂ…第２コネクター
５３ｃ…第３コネクター
５３ｄ…第４コネクター
５３ｅ…第５コネクター
５４ａ…第１給水チューブ
５４ｂ…第２給水チューブ
５４ｃ…第３給水チューブ
５４ｄ…第４給水チューブ
５５…ポンプチューブ
５６…閉塞検出機構
５７…フィルター
６０…チューブポンプ
１００…ハンドピース
２００…ノズルユニット
２０５…噴射管
３００…アクチュエーターユニット
４００…吸引管
６００…模擬臓器
６００ａ…模擬臓器
６１０…埋設部材
６１０ａ…埋設部材
６１２…内層部材
６１３…スリット
６１４…模擬血管
６２０…模擬組織
６２０ａ…模擬組織
６３０…支持部材
６３０ａ…支持部材
６３３…溝
６３３ａ…貫通穴
６５０…シート
７００…ピン
７１０…先端
８１０…光源
８２０…光源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2016177236.tif 000006
【図５】
2016177236.tif 000007
【図６】
2016177236.tif 000008
【図７】
2016177236.tif 000009
【図８】
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