(57)【要約】【課題】構造的に補強された模型等を提供する。【解決手段】臓器模型３は、臓器部３１、臓器部３１の内部から外部へと突出する血管部３２等を有する。臓器模型３は３Ｄプリンタ７を用いて製作される。臓器部３１はモデル材７１によって形成され、臓器部３１の内部および外部の血管部３２ａ、３２ｂはサポート材７２により形成される。臓器外の血管部３２ｂは、モデル材７１からなる補強部３４によって覆われる。補強部３４は臓器部３１と接続し、これにより血管部３２ｂが補強される。【選択図】図８
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【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、
第１の素材により形成された生体部位と、
前記生体部位の内部から外部へと突出する生体構造部位と、
を有し、
前記生体部位の内部の前記生体構造部位は第２の素材により形成され、
前記生体部位の外部に突出した前記生体構造部位が、前記生体部位と接続される前記第１の素材からなる補強部によって補強されたことを特徴とする模型。
【請求項２】
前記第１の素材が、３Ｄプリンタによる成形時に造形材料として用いるモデル材であり、
前記第２の素材が、３Ｄプリンタによる成形時に前記モデル材を支えるために用いられるサポート材であることを特徴とする請求項１に記載の模型。
【請求項３】
前記生体部位が臓器であり、前記生体構造部位が血管であ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】
前記生体部位の外部に突出した前記生体構造部位が前記第２の素材により形成され、
前記補強部が、前記生体部位の外部に突出した前記生体構造部位を覆うように設けられ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】
前記生体部位の外部に突出した前記生体構造部位が前記第１の素材により形成され、
前記補強部が、前記生体部位の外部に突出した前記生体構造部位の根元部分と前記生体部位とを接続す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６】
前記模型を複数に分割した分割体から成り、
各分割体の分割面が前記第１の素材によるカバー部で覆われたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の模型。
【請求項７】
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、
生体部位の３次元形状データと、前記生体部位の内部から外部へと突出する生体構造部位の３次元形状データから、前記生体部位の外部に突出する前記生体構造部位の３次元形状データを生成し、
前記生体部位の外部に突出する前記生体構造部位を補強するための、前記生体部位と接続する補強部の３次元形状データを生成し、
前記３Ｄプリンタは、
前記生体部位、前記生体構造部位および前記補強部を含む前記模型の３次元形状データに基づいて、前記生体部位および前記補強部を第１の素材により形成し、前記生体部位の内部の前記生体構造部位を第２の素材により形成することを特徴とする製作システム。
【請求項８】
前記第１の素材が、３Ｄプリンタによる成形時に造形材料として用いるモデル材であり、
前記第２の素材が、３Ｄプリンタによる成形時に前記モデル材を支えるために用いられるサポート材であることを特徴とする請求項７に記載の製作システム。
【請求項９】
前記生体部位が臓器であり、前記生体構造部位が血管であることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の製作システム。
【請求項１０】
前記情報処理装置は、
前記生体部位の外部に突出した前記生体構造部位を覆う前記補強部の３次元形状データを生成し、
前記３Ｄプリンタは、
前記生体部位の外部に突出した前記生体構造部位を前記第２の素材により形成することを特徴とする請求項７から請求項９のいずれかに記載の製作システム。
【請求項１１】
前記情報処理装置は、
前記生体部位の外部に突出した前記生体構造部位の根元部分と前記生体部位とを接続する前記補強部の３次元形状データを生成し、
前記３Ｄプリンタは、
前記生体部位の外部に突出した前記生体構造部位を前記第１の素材により形成することを特徴とする請求項７から請求項９のいずれかに記載の製作システム。
【請求項１２】
前記情報処理装置は、
前記模型を複数に分割した分割体の分割面をカバー部で覆った３次元形状データを生成し、
前記３Ｄプリンタは、
当該３次元形状データに基づき、前記生体部位および前記補強部並びに前記カバー部を第１の素材により形成し、前記生体部位の内部の前記生体構造部位を第２の素材により形成することで、各分割体を形成することを特徴とする請求項７から請求項１１のいずれかに記載の製作システム。
【請求項１３】
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次元形状データと、前記生体部位の内部から外部へと突出する生体構造部位の３次元形状データから、前記生体部位の外部に突出する前記生体構造部位の３次元形状データを生成し、
前記生体部位の外部に突出する前記生体構造部位を補強するための、前記生体部位と接続する補強部の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１４】
前記生体部位が臓器であり、前記生体構造部位が血管であることを特徴とする請求項１３に記載の情報処理装置。
【請求項１５】
前記生体部位の外部に突出した前記生体構造部位を覆う前記補強部の３次元形状データを生成することを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の情報処理装置。
【請求項１６】
前記生体部位の外部に突出した前記生体構造部位の根元部分と前記生体部位とを接続する前記補強部の３次元形状データを生成することを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の情報処理装置。
【請求項１７】
前記生体部位、前記生体構造部位および前記補強部を含む前記模型を複数に分割した分割体の分割面をカバー部で覆った３次元形状データを生成することを特徴とする請求項１３から請求項１６のいずれかに記載の情報処理装置。
【請求項１８】
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、
前記情報処理装置が、
生体部位の３次元形状データと、前記生体部位の内部から外部へと突出する生体構造部位の３次元形状データから、前記生体部位の外部に突出する前記生体構造部位の３次元形状データを生成し、
前記生体部位の外部に突出する前記生体構造部位を補強するための、前記生体部位と接続する補強部の３次元形状データを生成し、
前記３Ｄプリンタが、
前記生体部位、前記生体構造部位および前記補強部を含む模型の３次元形状データに基づいて、前記生体部位および前記補強部を第１の素材により形成し、前記生体部位の内部の前記生体構造部位を第２の素材により形成することを特徴とする製作方法。
【請求項１９】
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次元形状データと、前記生体部位の内部から外部へと突出する生体構造部位の３次元形状データから、前記生体部位の外部に突出する前記生体構造部位の３次元形状データを生成し、
前記生体部位の外部に突出する前記生体構造部位を補強するための、前記生体部位と接続する補強部の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２０】
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次元形状データと、前記生体部位の内部から外部へと突出する生体構造部位の３次元形状データから、前記生体部位の外部に突出する前記生体構造部位の３次元形状データを生成し、
前記生体部位の外部に突出する前記生体構造部位を補強するための、前記生体部位と接続する補強部の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２１】
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次元形状データと、前記生体部位の内部から外部へと突出する生体構造部位の３次元形状データから、前記生体部位の外部に突出する前記生体構造部位の３次元形状データを生成し、
前記生体部位の外部に突出する前記生体構造部位を補強するための、前記生体部位と接続する補強部の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、及び記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、３Ｄプリンタにより様々な物品を製作する試みが行われている。医療現場においても例外でなく、特許文献１には、手術や教育等に用いる臓器模型を３Ｄプリンタを用いて製作することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５２３９０３７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
臓器には様々な血管が通っており、これらの血管は臓器内外に延びている。臓器模型でこのような血管を表現しようとする場合、臓器外の部分が構造的に弱くなる。特許文献１には、質感等を向上させた臓器模型が開示されているが、このような血管等の臓器外の部分を考慮したものではなかった。
【０００５】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、構造的に補強された臓器等の生体部位の模型やその製作システム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、第１の素材により形成された生体部位と、前記生体部位の内部から外部へと突出する生体構造部位と、を有し、前記生体部位の内部の前記生体構造部位は第２の素材により形成され、前記生体部位の外部に突出した前記生体構造部位が、前記生体部位と接続される前記第１の素材からなる補強部によって補強されたことを特徴とする模型である。
【０００７】
前記第１の素材が、３Ｄプリンタによる成形時に造形材料として用いるモデル材であり、前記第２の素材が、３Ｄプリンタによる成形時に前記モデル材を支えるために用いられるサポート材であることが望ましい。また、前記生体部位は例えば臓器であり、前記生体構造部位は例えば血管である。
【０００８】
第１の発明の模型では、前記生体部位の外部に突出した前記生体構造部位が前記第２の素材により形成され、前記補強部が、前記生体部位の外部に突出した前記生体構造部位を覆うように設けられることが望ましい。あるいは、前記生体部位の外部に突出した前記生体構造部位が前記第１の素材により形成され、前記補強部が、前記生体部位の外部に突出した前記生体構造部位の根元部分と前記生体部位とを接続することも望ましい。また、第１の発明の模型は、前記模型を複数に分割した分割体から成り、各分割体の分割面が前記第１の素材によるカバー部で覆われることも望ましい。
【０００９】
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、生体部位の３次元形状データと、前記生体部位の内部から外部へと突出する生体構造部位の３次元形状データから、前記生体部位の外部に突出する前記生体構造部位の３次元形状データを生成し、前記生体部位の外部に突出する前記生体構造部位を補強するための、前記生体部位と接続する補強部の３次元形状データを生成し、前記３Ｄプリンタは、前記生体部位、前記生体構造部位および前記補強部を含む前記模型の３次元形状データに基づいて、前記生体部位および前記補強部を第１の素材により形成し、前記生体部位の内部の前記生体構造部位を第２の素材により形成することを特徴とする製作システムである。
【００１０】
前記第１の素材が、３Ｄプリンタによる成形時に造形材料として用いるモデル材であり、前記第２の素材が、３Ｄプリンタによる成形時に前記モデル材を支えるために用いられるサポート材であることが望ましい。また、前記生体部位は例えば臓器であり、前記生体構造部位は例えば血管である。
【００１１】
前記情報処理装置は、前記生体部位の外部に突出した前記生体構造部位を覆う前記補強部の３次元形状データを生成し、前記３Ｄプリンタは、前記生体部位の外部に突出した前記生体構造部位を前記第２の素材により形成することが望ましい。あるいは、前記情報処理装置は、前記生体部位の外部に突出した前記生体構造部位の根元部分と前記生体部位とを接続する前記補強部の３次元形状データを生成し、前記３Ｄプリンタは、前記生体部位の外部に突出した前記生体構造部位を前記第１の素材により形成することも望ましい。また、前記情報処理装置は、前記模型を複数に分割した分割体の分割面をカバー部で覆った３次元形状データを生成し、前記３Ｄプリンタは、当該３次元形状データに基づき、前記生体部位および前記補強部並びに前記カバー部を第１の素材により形成し、前記生体部位の内部の前記生体構造部位を第２の素材により形成することで、各分割体を形成することも望ましい。
【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、生体部位の３次元形状データと、前記生体部位の内部から外部へと突出する生体構造部位の３次元形状データから、前記生体部位の外部に突出する前記生体構造部位の３次元形状データを生成し、前記生体部位の外部に突出する前記生体構造部位を補強するための、前記生体部位と接続する補強部の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。前記生体部位は例えば臓器であり、前記生体構造部位は例えば血管である。
【００１３】
第３の発明の情報処理装置は、前記生体部位の外部に突出した前記生体構造部位を覆う前記補強部の３次元形状データを生成することが望ましい。あるいは、前記生体部位の外部に突出した前記生体構造部位の根元部分と前記生体部位とを接続する前記補強部の３次元形状データを生成することも望ましい。また、前記生体部位、前記生体構造部位および前記補強部を含む前記模型を複数に分割した分割体の分割面をカバー部で覆った３次元形状データを生成することも望ましい。
【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、前記情報処理装置が、生体部位の３次元形状データと、前記生体部位の内部から外部へと突出する生体構造部位の３次元形状データから、前記生体部位の外部に突出する前記生体構造部位の３次元形状データを生成し、前記生体部位の外部に突出する前記生体構造部位を補強するための、前記生体部位と接続する補強部の３次元形状データを生成し、前記３Ｄプリンタが、前記生体部位、前記生体構造部位および前記補強部を含む模型の３次元形状データに基づいて、前記生体部位および前記補強部を第１の素材により形成し、前記生体部位の内部の前記生体構造部位を第２の素材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次元形状データと、前記生体部位の内部から外部へと突出する生体構造部位の３次元形状データから、前記生体部位の外部に突出する前記生体構造部位の３次元形状データを生成し、前記生体部位の外部に突出する前記生体構造部位を補強するための、前記生体部位と接続する補強部の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次元形状データと、前記生体部位の内部から外部へと突出する生体構造部位の３次元形状データから、前記生体部位の外部に突出する前記生体構造部位の３次元形状データを生成し、前記生体部位の外部に突出する前記生体構造部位を補強するための、前記生体部位と接続する補強部の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次元形状データと、前記生体部位の内部から外部へと突出する生体構造部位の３次元形状データから、前記生体部位の外部に突出する前記生体構造部位の３次元形状データを生成し、前記生体部位の外部に突出する前記生体構造部位を補強するための、前記生体部位と接続する補強部の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。
【００１８】
本発明では、臓器等の生体部位と血管等の生体構造部位に２つの異なる素材を用いて模型が製作され、かつ臓器外の血管など生体部位外の生体構造部位も表現することで、手術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、教育等に用いたりするのに好適となる。なお、生体部位は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。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し、ここでは生体部位の内部から外部に突出する。
【００１９】
生体部位にはモデル材などの強度の高い素材を用いるが、生体部位内の生体構造部位にはサポート材などの強度の低い素材も用いることができ、特にモデル材とサポート材を用いる場合は既存の３Ｄプリンタにて模型を容易に製作できる。さらに、模型において強度の問題が生じやすいと考えられる、生体部位外に突出する生体構造部位を補強部によって補強することで丈夫な模型とできる。
【００２０】
生体部位外の生体構造部位は、生体部位内の生体構造部位と同素材、例えばサポート材を用いて製作することもできるし、生体部位と同素材、例えばモデル材を用いて製作することもできる。前者の場合は生体部位外の生体構造部位を覆うように補強を行い、内外に連続する生体構造部位を同素材により好適に表現できる。後者の場合は生体部位外の生体構造部位の根元部分と生体部位とを接続するように補強を行い、全体の強度も高い。さらに、模型を分割体により構成する場合には、各分割体の分割面をカバー部で覆って保護することが有効である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明により、構造的に補強された模型やその製作システム等を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【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】臓器部３１と血管部３２の形状を示す図
【図４】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５】３次元形状データの生成について説明する図
【図６】３次元形状データの生成について説明する図
【図７】３Ｄプリンタ７による臓器模型３の製作について示す図
【図８】臓器模型３を示す図
【図９】３次元形状データの生成について説明する図
【図１０】臓器模型３’を示す図
【図１１】臓器模型３ａを示す図
【図１２】３次元形状データの生成について説明する図
【図１３】３次元形状データの生成について説明する図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
［第１の実施形態］
（１．製作システム１）
図１は、本発明の第１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は臓器模型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。
【００２５】
情報処理装置５は、臓器模型３を３Ｄプリンタ７によって製作するための３次元形状データを生成するものである。
【００２６】
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。
【００２７】
制御部５１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成される。ＣＰＵは、記憶部５２、ＲＯＭ、記録媒体等に格納された、情報処理装置５が行う後述する処理に係るプログラム等を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、記録媒体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が各種処理を行う為に使用するワークエリアを備える。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
３Ｄプリンタ７は、３次元形状データに基づいて臓器模型３の製作を行うものである。３Ｄプリンタ７には、例えば、臓器模型３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、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)によるものを用いることができる。
【００３１】
臓器模型３の成形時には、モデル材とサポート材の２種類の樹脂が用いられる。モデル材は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。モデル材の硬化により臓器模型３が製作され、サポート材は、臓器模型３から取り除かれる。サポート材には、洗浄等により容易に取り除くことができるものが用いられる。
【００３２】
モデル材としては、例えばアクリロニトリル、ブタジエン、スチレンを含むＡＢＳ樹脂を用いることができる。サポート材としては、有色の樹脂、例えば乳白色のＰＬＡ（ポリ乳酸）樹脂を用いることができる。この場合、水酸化ナトリウム水溶液に浸すことでサポート材を除去できる。
【００３３】
なお、３Ｄプリンタ７は、上記の他、モデル材およびサポート材を噴射により塗布し、ＵＶ（Ultra
Violet）ランプ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も利用可能である。
【００３４】
この場合、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有色の樹脂、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。
【００３５】
（２．臓器模型３の製作方法）
次に、図３〜７を参照して臓器模型３の製作方法について説明する。
【００３６】
本実施形態では臓器模型３が肝臓を模した模型であるものとする。肝臓の形状を模式的に示すのが図３（ａ）であり、生体部位としての臓器の本体外形部分である臓器部３１と、臓器部３１以外の血管等の生体構造部位を含む。図の３２は、生体構造部位の一例としての血管部であり、代表的に肝臓の門脈を示したものである。血管部３２は、臓器部３１の内部から外部へと突出する。肝臓には、肝動脈や肝静脈、また場合により腫瘍等も含まれるが、ここでは説明を省略する。
【００３７】
本実施形態では、臓器模型３を製作するための３次元形状データを生成するに際し、臓器部３１や血管部３２等の３次元形状データがＣＡＤデータなどとして情報処理装置５に予め入力される。これらの３次元形状データは、ＣＴ（Computed Tomography）やＭＲＩ（Magnetic Resonanse
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）データから生成される。その手法については既知である（一例が特許文献１に記載されている）ので説明を省略する。
【００３８】
図３（ｂ）の実線は臓器部３１の３次元形状データの例、図３（ｃ）の実線は血管部３２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３（ｂ）の点線は臓器部３１に対する血管部３２の位置を示し、図３（ｃ）の点線は血管部３２に対する臓器部３１の位置を示す。情報処理装置５は、上記のような臓器部３１や血管部３２の３次元形状データを用い、臓器模型３を３Ｄプリンタ７で製作するための３次元形状データを生成する。
【００３９】
図４は臓器模型３を製作するための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、ユーザの入力等に応じて情報処理装置５の制御部５１が実行する処理である。
【００４０】
情報処理装置５は、まず、集合演算にて臓器部３１の３次元形状から血管部３２の３次元形状を引いて差をとり、３次元形状Ａを生成する（Ｓ１）。この３次元形状Ａを図５（ａ）に示す。図の３２ａは臓器部３１の内部の血管部に相当し、３次元形状Ａは臓器部３１から当該血管部３２ａを取り除いたものになる。
【００４１】
また、情報処理装置５は、集合演算にて臓器部３１の３次元形状と血管部３２の３次元形状の和をとり、３次元形状Ｂを生成する（Ｓ２）。この３次元形状Ｂを図５（ｂ）に示す。図の３２ｂは臓器部３１の外部に突出した血管部に相当し、３次元形状Ｂは臓器部３１に当該血管部３２ｂを加えたものになる。
【００４２】
次に、情報処理装置５は、集合演算にて上記の３次元形状Ｂから臓器部３１の３次元形状を引いて差をとり、血管部３２ｂの３次元形状Ｃを生成する（Ｓ３）。血管部３２ｂの３次元形状Ｃを図５（ｃ）に示す。点線は臓器部３１に当たる部分である。
【００４３】
そして、情報処理装置５は３次元形状Ａと３次元形状Ｃを合成し、この際、血管部３２ｂの補強を目的としたデータ加工を行い、臓器模型３の３次元形状データを生成する（Ｓ４）。
【００４４】
すなわち、図５（ｄ）は３次元形状Ａと３次元形状Ｃを合成した形状を示しているが、この場合、血管部３２ｂが、血管部３２ａ、３２ｂの境界面３２０の外周線でしか臓器部３１と接しない。本実施形態では後述するように低強度のサポート材で血管部３２ａを形成するので境界面３２０での強度も期待できず、血管部３２ｂが構造的に弱くなる恐れがある。
【００４５】
そこで、本実施形態では、Ｓ４において、血管部３２ｂの補強のためデータの加工を行い補強部を生成し、当該補強部を図５（ｄ）の３次元形状に更に合成した臓器模型３の３次元形状データを生成する。
【００４６】
補強部の生成について示すのが図６（ａ）であり、図５（ｄ）の血管部３２ａ、３２ｂの境界面３２０の近傍を模式的に示したものである。図６（ａ）に示すように、本実施形態では、臓器外の血管部３２ｂを覆い、かつ臓器部３１と接する３次元形状を生成し、これを補強部３４とする。
【００４７】
補強部３４の生成方法は特に限定されない。例えば、図６（ｂ）に示すように血管部３２ｂの外面を法線方向外側に所定幅オフセットして拡張した３次元形状ａを生成し、集合演算にて当該３次元形状ａから３次元形状Ｂ（図５（ｂ）参照）を引いて差を取れば、補強部３４が生成できる。
【００４８】
以上のようにして、臓器部３１、血管部３２ａ、３２ｂ、補強部３４を含む臓器模型３の３次元形状データが生成される。この３次元形状データを図５（ｅ）に示す。この後、当該３次元形状データを用いて、３Ｄプリンタ７により臓器模型３を製作する。
【００４９】
図７は３Ｄプリンタ７による臓器模型３の製作について示す図である。本実施形態では、前記の臓器部３１と補強部３４（図５（ｅ）参照）がモデル材７１（第１の素材）で形成され、血管部３２ａ、３２ｂ（図５（ｅ）参照）がサポート材７２（第２の素材）で形成される。
【００５０】
図の例では、臓器外に突出した血管部３２ｂが下方となるように３次元形状データの配置を定め、ステージ７４上で当該３次元形状データに従ってノズルヘッド７３からモデル材７１およびサポート材７２を塗布する。サポート材７２は、血管部３２ａ、３２ｂ以外に、モデル材７１を支える位置にも塗布される。モデル材７１の硬化後、モデル材７１を支える位置のサポート材７２を除去すると、図８に示す臓器模型３が製作される。
【００５１】
（３．臓器模型３）
図８に示すように、本実施形態では臓器部３１がモデル材７１にて形成され、臓器内の血管部３２ａがサポート材７２で形成される。また、臓器外に突出する血管部３２ｂもサポート材７２で形成され、この血管部３２ｂを覆うようにモデル材７１による補強部３４が設けられる。当該補強部３４は臓器部３１と接触し連続する。
【００５２】
例えばインクジェット方式の３Ｄプリンタ７を用いると、臓器模型３の製作時に透明な（透光性を有する）樹脂をモデル材７１として用いることができ、臓器部３１の内部で、サポート材７２による血管部３２ａがどのように配置されているのかを視認できる。さらに、臓器内外の血管部３２ａ、３２ｂが連続し、臓器外の血管部３２ｂも血管部３２ａと同様識別可能であり、これらの血管部３２ａ、３２ｂを好適に表現できる。なお、FDM方式の３Ｄプリンタ７においても、モデル材７１として透明の樹脂を用いることは可能である。
【００５３】
また、サポート材７２はモデル材７１に比べ低強度であり、容易に除去され得ることから、臓器外に突出する血管部３２ｂをモデル材７１による補強部３４で覆い補強することで、当該血管部３２ｂの強度が向上する。なお、図示は省略したが、前記した肝動脈や肝静脈、腫瘍等もサポート材で形成される。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態によれば、臓器部３１と臓器内の血管部３２ａにモデル材７１とサポート材７２を用いて臓器模型３が製作され、かつ臓器外の血管部３２ｂも表現することで、手術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、教育等に用いたりするのに好適となる。さらに、臓器模型３において強度の問題が生じやすいと考えられる、臓器外に突出する血管部３２ｂを、モデル材７１を用いた補強部３４で覆って補強し、当該補強部３４が臓器部３１と接続することで丈夫な臓器模型３が得られる。加えて、臓器模型３を既存の３Ｄプリンタで簡易に製作できる。
【００５５】
しかしながら、本発明はこれに限ることはない。例えば、臓器模型３は臓器を一体として成形するものに限らず、複数の分割体に分割した状態で成形することもできる。この場合は、図９（ａ）に示すように情報処理装置５によって臓器模型３の３次元形状データを複数層に分割し、各層ごとに３Ｄプリンタ７による成形を行い、各分割体を製作すればよい。
【００５６】
ただし、単に臓器模型３の３次元形状データを分割すると、分割面に血管部３２ａ等が露出し、血管部３２ａのサポート材７２が流失する等の問題がある。これを防ぐためには、例えば図９（ｂ）に示すように、情報処理装置５によって各分割体の分割面を覆うカバー部３３の３次元形状データを生成し、当該カバー部３３の３次元形状データを各分割体の３次元形状データに合成した３次元形状データを生成する。そして、当該３次元形状データにより各分割体の製作を行えばよい。カバー部３３の３次元形状データとしては、例えば分割面と同じ外周部を有する板状のデータを生成すればよい。
【００５７】
図１０は各分割体からなる臓器模型３’を示す図である。上記のカバー部３３をモデル材７１で形成することで分割面を保護でき、血管部３２ａのサポート材７２の流失を防ぐことが可能である。なお、分割面における血管部３２ａ等の露出を防ぐためには、露出箇所をモデル材７１によるパーツで塞いでもよい。例えば、血管部３２ａの露出箇所の平面形状に対応する所定厚さのパーツの３次元形状データを新規に生成し、このパーツで露出箇所を蓋して塞ぐように、パーツの３次元形状データを分割体の３次元形状データに合成する。そして、合成後の３次元形状データにより分割体の製作を行う。この時、上記のパーツはモデル材７１により形成する。
【００５８】
その他、本実施形態ではモデル材７１とサポート材７２を臓器模型３の製作に用いたが、これらの代わりに各種の樹脂等の素材を用いて臓器模型３を製作することも可能である。血管部３２ａ等の生体構造部位の素材は臓器部３１に比べ低強度でよいので、比較的幅広い素材を利用可能である。
【００５９】
また、本実施形態は、生体部位の例として肝臓の臓器の例を挙げ、生体構造部位の例として血管を挙げて説明した。臓器模型は手術等で利用機会が多く、また血管は複雑に配置される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、肝臓のほか心臓や脳等の臓器をはじめ、各部分の筋肉、目等の器官であってもよい。また生体構造部位についても、生体部位に付随し、その内部から外部に突出するものであれば特に限定されず、血管の他、神経や骨等であってもよい。
【００６０】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は第１の実施形態と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
【００６１】
（１．臓器模型３ａ）
図１１は、第２の実施形態に係る臓器模型３ａを示す図である。この臓器模型３ａは、臓器外に突出する血管部３２ｂがモデル材７１により形成される点、および補強部３６の３次元形状の点で第１の実施形態と異なる。
【００６２】
（２．臓器模型３ａの製作方法）
臓器模型３ａの製作方法は前記したものと略同様であるが、Ｓ４における補強部３６の生成の点で異なるので、これを図１２を参照して説明する。図１２は、前記の図６と同じく、血管部３２ａ、３２ｂの境界面３２０の近傍を模式的に示す図である。
【００６３】
本実施形態では、情報処理装置５により、図１２（ａ）に示すように、血管部３２ｂの根元部分を拡幅するように、血管部３２ｂの根元部分と臓器部３１を接続する補強部３６が生成される。
【００６４】
補強部３６の生成方法は特に限定されない。例えば図１２（ｂ）の左図および右図に示すように、境界面３２０の外周線３２１を断面中心とするリング状の３次元形状ｃを生成し、集合演算にて当該３次元形状ｃから３次元形状Ｂ（図５（ｂ）参照）を引いて差をとれば、補強部３６の３次元形状が生成できる。
【００６５】
３Ｄプリンタ７により、臓器部３１と補強部３６、血管部３２ｂをモデル材７１で形成し、血管部３２ａをサポート材７２で形成すれば、図１１に示す臓器模型３ａが製作できる。なお、補強部としては、図１２（ｃ）の３６’に示すように、境界面３２０上で臓器内の血管部３２ａの内周に沿った３次元形状を生成してもよい。これによっても血管部３２ｂの根元部分と臓器部３１が補強部３６’により接続される。
【００６６】
その他、図１３（ａ）に示すように血管部３２ａの境界面３２０側を蓋するように補強部３７を生成してもよい。この場合も、血管部３２ｂの根元部分と臓器部３１を補強部３７で接続できる。
【００６７】
この補強部３７の生成方法も特に限定されない。例えば、境界面３２０を血管部３２ａ側に向かって所定幅オフセットし、オフセット前後の境界面３２０の位置を両端面とする３次元形状を生成する。これを図１３（ｂ）の矢印に示す各方向について行い、生成された各３次元形状の論理和による３次元形状ｄを算出する。集合演算にて３次元形状ｄから前記の３次元形状Ａ（図５（ａ）参照）を引いて差をとると、補強部３７が生成できる。
【００６８】
以上説明した第２の実施形態でも、第１の実施形態と同様の効果が得られる。また血管部３２ｂがモデル材７１で形成されるので、臓器模型３ａの全体の強度が高くなる利点がある。
【００６９】
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】
【００７０】
１；製作システム
３、３’、３ａ；臓器模型
５；情報処理装置
７；３Ｄプリンタ
３１；臓器部
３２、３２ａ、３２ｂ；血管部
３３；カバー部
３４、３６、３６’、３７；補強部
７１；モデル材
７２；サポート材
【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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【図１３】
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