CN100506157C - 立体模型 - Google Patents

Abstract

基于被检体的断层图像数据将血管等体腔模型积层造型，用立体模型成形材料围绕该体腔模型的周围，使该立体模型成形材料固化，此后将体腔模型熔融或者溶解去除，就形成所要求的立体模型。

Description

立体模型

技术领域

本发明关于立体模型.更详细地说，关于再现被检体的血管等体腔的立体模型。

背景技术

再现脑血管的硅橡胶制立体模型作为日内瓦大学模型是已知的.该脑血管模型在透明硅橡胶制长方体中将脑血管作为腔所而再现，该腔所连通至模型表面而开口.通过向该开口连接搏动流泵而流入液体，在体外状态下能够模拟脑动脉瘤、硬膜动静膜畸形、血管狭窄等病变.另外，通过该开口也能够进行向脑血管中插入导管或塞拴物质的训练。

该脑血管模型是以死体为基础而作成的，相应于脑血管腔所的形状是现成固定的.

另一方面，在特开平5-11689号公报、特公平8-18374号公报、实开平6-13805号公报、特开2002-40928号公报、特开2001-5377号公报等中记载了基于CT扫描器等得到的被检体断层图像数据，形成立体生物体模型的方法。

按照这些方法，通过利用照相装置等间隔地照相得到的多个断层照相数据为基础，通过光造型来形成具有和作为对象的诸器官相同形状的立体模型。因此，在得到充分的断层照相数据的范围内，无论在怎样的部位，都能够形成包含直至其内部形状的定制立体模型。

发明内容

本发明人等为了按定制作成上述的脑血管模型，而反复进行了研究，认为可能无法应用基于已述专利文献中介绍的断层图像数据而形成立体模型的方法.

在此，当使用该形成方法尝试脑血管模型的作成时，碰到了以下的问题。

为了在医疗现场以体外状态使用脑血管模型，对模型要求高透明性和类似生物体组织的弹性和柔软性。但是，实行上述形成方法中使用的光造型以外的叠层造型法的材料，不满足这样的要求。

另外，立体模型的造型体积一变大或者造型精度一变高，在积层造型中需要的时间就飞跃地增大。因此，在用现有技术形成方法将医疗现场要求的脑血管模型积层造型时，就需要很多的时间.因而，模型作成成本变高，并且往往不能适用于要求紧急作成模型的场合。

本发明人等为了解决上述问题的至少一个，反复进行了锐意研究，找到了下述的本发明.即，立体模型的制造方法，该方法包括：基于被检体的断层图像数据，将血管等体腔模型积层造型的工序、用立体模型成形材料围绕该体腔模型的周围，使该立体模型成形材料固化的工序、以及去除上述体腔模型的工序。

按照本发明，由于在积层造型工序中，形成血管等体积比较小的区域(体腔模型)，因此能够缩短它所要的时间.

另外，用立体模型成形材料围绕积层造型的体腔模型而形成立体模型的厚度部分，因此通过任意地选择该立体模型成形材料，就能够形成适应医疗现场要求的立体模型.例如，使用硅橡胶，就能够形成透明而且具有近似生物体的弹性和柔软性的脑血管模型(立体模型)。

附图简单说明

图1是表示在本发明的实施例中积层造型的体腔模型的斜视图。

图2是表示附加在体腔模型上的导引部分的斜视图.

图3是表示实施例的立体模型的斜视图.

图4表示其他实施例的立体模型.

图5表示附加在其他实施例的立体模型上的标识。

图6是表示本发明实施例的医疗用模型的斜视图.

图7表示同一医疗用模型的使用方式。

图8是表示其他实施例的立体模型的斜视图.

图9是表示其他实施例的立体模型的斜视图。

图10是表示图9立体模型的制造方法的模式图.

具体实施方式

以下，详细地说明本发明的各要素.

被检体的断层图像数据

被检体以人体的整体或者一部分作为对象，但也可以以动物或植物作为断层照相的对象。并且不排除死体。

断层图像数据称做成为用于实行积层造型的基础的数据.一般由利用X射线CT装置、MRI装置、超声波装置等得到的断层照相数据来构筑三维形状数据，将该三维形状数据分解成二维作为断层图像数据.

以下，说明断层图像数据生成的一例.

在此，关于以一面沿体轴方向平行移动，一面等间隔地摄象而得到的多个二维图像作为输入数据(断层照相数据)使用的情况加以说明，但即使以利用其他的摄象方法得到的二维图像或者三维图像作为输入图像时，进行同样的处理，也能够得到腔所的三维形状数据.被输入的各二维图像，首先根据摄象时的摄象间隔被正确地迭加。接着，在各二维图像上，通过指定与图像浓度值有关的阈值，从各二维图像中仅抽出作为体腔模型对象的腔所区域，另一方面从迭加的二维图像中削除其他区域。借此，以迭加二维图像的形式提供相当于腔所区域的部分三维形状，将该各二维图像的轮廓线进行三维内插，再构成三维曲面形式，由此生成作为对象的腔所的三维形状数据。再者，在此情况下，通过指定与浓度值有关的阈值，首先从输入图像中进行腔所区域的抽出，但与该方法不同，通过指定给予腔所表面的特定浓度值，从输入图像中抽出腔所表面，通过三维内插，也能够直接地生成三维曲面。另外，在进行通过阈值指定的区域抽出(或者利用特定浓度值指定的表面抽出)后，也可以进行输入图像的迭加.另外，也可以按照多边形近似进行三维曲面的生成。

再者，上述三维形状数据，在该三维形状数据的生成中、或者生成后，实施形状的修正或变更是可能的.例如，附加在断层照相数据中不存在的构造，或附加称为支承体的支承构造，或者部分去除断层照相数据中的构造，或变更腔所的形状等是可能的，借此，能够自由地修正或者变更在立体模型内部形成的腔所形状。进而，在腔所内部设置非积层造型区域也是可能的，将在下面说明的内部形成中空结构，制作设置非积层造型区域的体腔模型时，生成在腔所的内部设置这种非积层造型区域的三维形状数据.再者，这些处理也可以在积层造型系统，或者在适合积层造型系统的软件上进行。

接着，根据需要，将生成的腔所三维形状数据变换成适合体腔模型积层造型中使用的积层造型系统的形式，向所使用的积层造型系统，或者适合所使用的积层造型系统的软件输送.

积层造型系统(或者适合积层造型系统的软件)中，在进行积层造型时体腔模型的配置或积层方向等各种设定项目的设定的同时，为了积层造型中的形状保持等目的，在必须支撑的地方附加(如果不必要就不要附加)支承体(支承构造)。最后，根据积层造型时的造型厚度切片(slice)这样得到的造型用数据，由此生成在积层造型中直接利用的切片数据(断层图像数据)。再有，与上述的顺序相反，在进行分割数据的生成后，也可以进行支撑体的附加.另外，在借助所使用的积层造型系统(或者适合积层造型系统的软件)自动地生成分割数据情况下，可以省略该顺序。但是，即使在这种情况下，也可以进行积层造型厚度的设定.关于支撑体的附加也是同样的，在利用积层造型系统(或者适合积层造型系统的软件)自动地生成支撑体的情况下，不需要用手动生成(也可以用手动生成)。

上述的例子中，从断层照相数据构造三维形状数据，但作为数据，从最初提供三维形状数据的情况下，将其进行二维分解，也能够得到在其后积层造型工序中使用的断层图像数据。

在该图像处理中，可以收集或者追加生物体信息。

在此，所谓生物体信息是指眼球、鼻、骨等生物体组织的形状或者位置或者其方向(朝向)。这样的生物体信息可通过形成该生物体组织的三维数据形状，对此进行图像处理而能够得到.即，将断层照相数据(二维图像)进行图像处理，构成三维形状数据，进一步地形成断层图像数据时，在该断层图像数据中就能够包含与血管等体腔有关的数据和与眼球等其他生物体信息有关的数据。这样的生物体信息可以在作成三维数据时，操作者用手动追加。

本发明，以血管等体腔作为对象，在此，所谓体腔是指存在于诸器官(骨骼、肌肉、循环器官、呼吸器官、消化器官、泌尿生殖器官、内分泌器官、神经、感觉器官等)的腔所，以及通过这些诸器官或体壁等的几何配置而构成的腔所。因此，“体腔”包括心脏内腔、胃内腔、肠内腔、子宫内腔、血管内腔、输尿管内腔等诸器官的内腔，或口腔、鼻腔、咽门、中耳腔、体腔、关节腔、围心膜等。

积层造型

所谓积层造型是指基于断层图像数据形成薄层，通过依次反复地进行该操作，而得到所要求的造型。

用立体模型成形材料围绕积层造型的体腔模型，然后还必须从此上分解去除。为了容易去除，在积层造型中使用的材料规定为低熔点的材料，或者最好规定为容易溶解于溶剂的材料。作为这样的材料，可以使用低熔点的热固性树脂或者蜡等。即使在所谓的光造型法(包括在积层造型中)中广泛使用的光固化性树脂，其分解如果是容易的，就能够在此使用。

上述体腔模型，在下面的工序中用立体模型成形材料围绕时，如果是具有能够耐从外部施加的压力等外力的强度，就能够使其内部成为中空结构而薄壁化。借此，不仅减低在积层造型中要求的时间或伴随造型的成本，而且在以后的溶出过程中能够使体腔模型的溶出简单。

作为具体的积层造型方式，例如可举出粉末烧结方式、熔融树脂喷出方法、熔融树脂挤出方式等。

粉末烧结方式的积层造型中，在平面状敷设的粉末材料上，基于断层图像数据，通过扫描激光等加热用射束，使粉末的表面熔融，而使粉末相互结合，来形成烧结的粉末薄层.此时同时进行和已经烧结的下层薄膜的结合.接着，再次向上面供给新的粉末的薄层，按在反复进行该过程，依次形成粉末烧结层的同时进行积层的方式进行积层造型，由此进行体腔模型的积层造型。

熔融树脂喷出型的积层造型中，一边基于断层图像数据使喷嘴头在平面上进行扫描，一边从喷嘴喷出或者滴下熔融的造型材料，发生堆积固化而形成薄层，按在与依次形成该薄层的同时进行积层的方式进行积层造型，由此进行体腔模型的积层造型。

熔融树脂挤出型的积层造型中，从细喷嘴挤出造型材料，一边按描绘该细线状材料的方式，从喷嘴送出而使其固化，一边基于断层图像数据使喷嘴头在面上扫描，而形成薄层，通过按积层薄层的方式进行积层造型，进行体腔模型的积层造型。

利用积层造型制成的体腔模型，在积层造型后，施加表面研磨或附加表面涂层等各种加工(去除加工和附加加工)是可能的，借此，能够修正或者变更体腔模型的形状.作为这些加工的一个环节，当制作体腔模型时，在附加了积层造型后必须去除的支撑体的情况下，预先进行支撑体的去除。

通过用其他的材料涂布体腔模型的表面，能够防止体腔模型材料的部分成分或者全部成分向立体模型成形材料中扩散.除此之外，通过物理处理(热处理、高频处理等)或者化学处理体腔模型表面，也能够防止该扩散。

优选体腔模型通过表面处理，使表面的台阶高差圆滑化.由此立体模型的内腔表面变得圆滑，变得更能够再现实际的血管等体腔内表面。作为表面处理的方法，可举出使体腔模型的表面接触溶剂、进行加热使表面熔融、进行涂布以及同时使用这些方法的。

如已所述，在得到生物体信息时，最好与体腔模型同时作成表示该生物体信息的标识。因为抑制了制造工序数的增加。

立体模型的形成

用立体模型成形材料围绕体腔模型的一部分或者整体并使其固化，通过去除体腔模型，形成立体模型.即，体腔模型在后续工序中作为所谓的失蜡用消失模型而使用。所谓失蜡用消失模型是在称为失蜡铸造法的精密铸造法中使用的模型，用微粒耐火材料或陶瓷耐火材料涂布该模型的周围，在烧成后熔融该模型而去除，由此以制造用于铸造具有和上述消失模型同一形状的铸件的铸型为目的而使用的。但是，本发明不是以上述铸型制造为目的而使用由积层造型制成的体腔模型，是用立体模型成形材料充满其周围整体或者周围的特定部分，使该立体模型成形材料固化而形成立体模型后，仅去除存在于立体模型内部的体腔模型，由此以制造在内部具有保持和作为对象的腔所相同形状或结构的空洞的立体模型为目的而使用。

根据该模型的用途适宜地选择立体模型成形材料。例如，硅橡胶(硅氧烷弹性体、硅氧烷凝胶)或热固性聚氨酯弹性体等弹性体或者凝胶，还有，硅树脂、环氧树脂、聚氨酯、不饱和聚酯、酚醛树脂、尿素树脂等热固性树脂或聚甲基丙烯酸甲酯等热塑性树脂，可以单独使用，或者组合数种使用。这些材料的固化方法使用众所周知的方法.

在以脑血管模型作为立体模型对象时，优选采用透明而且具备近似生物体组织的弹性和柔软性的材料。作为这样的材料，可举出硅橡胶(硅氧烷弹性体或者硅氧烷凝胶)。另外，因为硅橡胶具有和生物体组织同等的接触特性，所以成为插入导管等医疗器具，适合于试行手术的材料。

可以由数层形成立体模型成形材料.例如，可以用具有更近似生物体组织的特性(弹性、柔软性等)的材料形成腔所的周围，用耐久性高的材料形成外周.

立体模型的外形可以任意地形成。例如，在用成形材料填满体腔模型的周围时，可以使用预先准备的、所要求形状的外型(用体腔模型和成形材料填满该外型的内部)，但也可以不使用外型，在体腔模型的表面附着溶胶或者粉末状成形材料，通过使其固化而形成立体模型(浸渍成型、薄壳成型)。在使用外型时，为了准备以后除去外型，希望使用和使用的上述成形材料亲和力低的材料.但是，也可以不进行外型的去除，而作为最终得到的立体模型的一部分。

在利用外型形成立体模型的外部形状的情况下，通过使外型的成型面形状和内含作为对象的腔所的诸器官等的外部形状一致，同时使腔所和内含该腔所的诸器官等的外部形状再现是可能的.

立体模型的外部形状，不必要和内含作为对象的腔所的诸器官等的外部形状一致，也可以用其他的形状(例如立方体形状等)取代。例如，在使用具有透明性的成形材料进行立体模型的制造时，通过在该立体模型的外部形状上设置平面，就能够提高在该立体模型内部再现的腔所的可辨识性。这里所说的平面包括对腔所辨识不引起实质性障碍的范围内的曲面或凹凸面。另外，由于以该平面作为下面，因此立体模型的载置稳定性提高.

另外，对于立体模型的外部形状，在由成形材料的固化而形成后，也可以进行各种的去除加工或附加加工，借此达到平滑化，或在形状上能够给予修正或变更。

再现了血管的体腔模型是规定立体模型的腔所的体腔模型，为了向该腔所插入导管等，使体腔模型的端部在立体模型的表面露出，在立体模型中腔所的端部要开口。

根据体腔模型的形态，往往不向立体模型的表面露出，但在此情况下，也可以使柱状的导引部分从体腔模型的端部伸出，使其向立体模型的表面露出。进一步，也可以在立体模型形成后，从立体模型表面至埋设在其中的体腔模型的端部穿设孔。

不使用铸型也能够形成立体模型.例如，使立体模型成形材料在体腔模型的表面形成膜状.在体腔模型(实心)是再现血管的体腔模型时，从该膜状的立体模型去除体腔模型时，就形成该血管的中空模型。

用立体模型成形材料将体腔模型的一部分围绕成膜状，残余部分可以使用铸型，用立体模型成形材料围绕成厚的壁厚.

在此，使用铸型的块状立体模型不能使血管等体腔的动态特性再现。另一方面，膜状立体模型使血管等体腔的动态特性大体上忠实地再现是可能的，但不能单独维持形状，因而操作变得困难。因此，优选使块状立体模型的一部分形成膜状.例如，可以在块状立体模型内设置空隙部分，使位于该空隙部分内的血管等体腔形成膜状。例如，在脑血管模型中，使该空隙部分对应蛛网膜下腔，使必须进行观察或导管手术模拟的血管存在于该蛛网膜下腔内。由此，在观察时，使该血管的动态特性真实地再现成为可能，在导管手术中，更真实模拟变得可能。

在同时形成表示生物体信息的标识和体腔模型时，也用立体模型成形材料围绕该标识的一部分或者整体。在用同一材料形成标识和体腔模型的情况下等，在不优选和体腔模型同时去除标识时，标识也可以成为用立体模型成形材料完全覆盖的状态。

体腔模型的去除

作为型芯埋设在立体模型成形材料中的体腔模型，在立体模型成形材料固化后被去除.去除的方法根据体腔模型的造型材料适宜地选择，只要对立体模型不产生影响，就没有特别的限制.

作为去除体腔模型的方法，可以采用(a)通过加热而熔融的加热熔融法、(b)利用溶剂进行溶解的溶剂溶解法、(c)并用由加热引起的熔融和由溶剂引起的溶解的混合法等.使用这些方法使体腔模型进行选择性流动，向立体模型的外部溶出而将其去除.

在体腔模型的积层造型中使用的材料和立体模型的成形材料之间，依赖于使用已述的加热熔融法、溶剂溶解法或者混合法的哪一种，并有着以下那样相互关联的制约条件。

(1)在利用加热熔融法进行体腔模型的溶出时，需要满足下述(1-1)和(1-2)两方的制约条件.

(1-1)体腔模型造型材料通过加热发生熔融.

(1-2)立体模型成形材料，在比制约条件(1-1)中记载的造型材料的熔融温度低的温度能够固化、而且在固化后具有比制约条件(1-1)中记载的造型材料的熔融温度高的耐热温度。

该加热熔融法中，通过加热至比体腔模型造型材料的熔融温度高，比固化后的立体模型成形材料的耐热温度低的温度，使立体模型内部的体腔模型进行选择性熔融而流动.在溶出前，体腔模型处于和立体模型，或根据外型去除的顺序，与外型成为一体的状态，但在满足上述制约条件(1-1)和(1-2)两方的情况下，通过利用加热器等加热这些构造的整体或者一部分，使体腔模型选择性熔融是可能的。再者，立体模型的加热从立体模型外部进行也是可能的，但在立体模型内部或积层造型模型内部配置加热电极，或通过从外部照射激光、高频波等，从立体模型内部进行加热也是可能的。于是，在该状态下使体腔模型向立体模型的外部溶出而进行去除.在该体腔模型溶出时，可以利用重力或离心力等远程力，或通过施加冲击或振动而产生的惯性等，但通过在体腔模型露出的部分施加外压(正压、负压)，或使其他的液体流入腔所内部，来促进溶出也是可能的.另外，立体模型内部的体腔模型(特别是在溶出后残留在立体模型内部的体腔模型的一部分)，在固相状态下，通过施加直接外力，或施加冲击或振动，而进行直接握持等，也可以向立体模型的外部排除之。此时，也可以将立体模型内部的体腔模型分解成多个部分.

作为可应用该加热熔融法的体腔模型的造型材料，除了各种热塑性树脂(热塑性塑料)(最好是熔融时的流动性高的(熔融时粘度低的))或蜡(油脂或石蜡等)，或者低熔点金属或冰(水)等以外，只要在低于在立体模型成型中使用的成形材料的耐热温度的温度下发生熔融，就能够使用各样的材料。再者，这些造型材料的选择，需要根据立体模型中使用的成形材料的特性来决定(也可以根据造型材料的特性选择成形材料)。

(2)在利用溶剂溶解法进行体腔模型的溶出时，需要满足下述(2-1)和(2-2)两方的制约条件.

(2-1)体腔模型造型材料溶解于溶剂(存在这样的溶剂).

(2-2)立体模型成形材料对制约条件(2-1)中记载的溶剂中的至少一种溶剂(以下称为特定溶剂)具有耐溶剂性。

溶剂溶解法是通过借助溶剂使存在于立体模型内部的体腔模型发生选择性溶解而流动，从立体模型内部溶出而去除的方法，只要是满足上述制约条件(2-1)和(2-2)两方的情况，其应用是可能的。

该溶剂溶解法中，通过使用根据上述制约条件(2-2)提供的特定溶剂，使立体模型内部的体腔模型发生选择性溶解而流动.在溶出前，体腔模型处于和立体模型，或根据外型去除的顺序，与外型成为一体的状态，但在满足上述制约条件(2-1)和(2-2)两方的情况下，通过使这些构造整体或者包含体腔模型露出的部分的一部分与上述特定溶剂接触，使体腔模型发生选择性溶解是可能的。于是，在该状态下，使体腔模型向立体模型外部溶出而去除.在该体腔模型的溶出时，和加热熔融法的情况相同，除了可利用重力或离心力等远程力、或通过施加冲击或振动而产生的惯性等以外，通过对体腔模型露出的部分施加外压(正压、负压)，或使其他液体流入腔所内部等，也能够促进溶出。另外，立体模型内部的体腔模型(特别在溶出后残留在立体模型内部的体腔模型的一部分)，在固相状态下，通过施加直接外力，或施加冲击或振动而进行直接握持等，也可以向立体模型外部排除。此时，可以将立体模型内部的体腔模型分解成多个部分。

作为可应用该溶剂溶解法的体腔模型的造型材料，使用氰基丙烯酸酯(溶于丙酮)或淀粉(溶解于水等)等粘结物质、或甲苯磺酰胺树脂(溶解于丙酮等)、聚乙烯醇(溶解于水等)等具有溶剂可溶解性的各种树脂、蜡(油脂或石蜡等)等是可能的。再者，在实施溶剂溶解法的情况下，在立体模型中使用的成形材料，需要对在体腔模型溶解中使用的溶剂具有耐溶剂性，在体腔模型中使用的造型材料的选择，可以根据立体模型中使用的成形材料的特性来决定(也可以根据造型材料的特性选择成形材料)。

按照本发明人的研究还可以证实，如果将立体模型中体腔模型露出的部分浸渍在溶剂槽中，由于渗透压的关系，在体腔模型溶解的同时，向其内部吸引溶剂，直至处于比溶剂界面更上位置的体腔模型也依次地发生溶解。证实了，在此情况下，与体腔模型中立体模型露出的部分以外的部分完全被埋在立体模型内的情况相同.

(3)在利用混合法进行体腔模型的溶出时，需要满足下述(3-1)和(3-2)两方的制约条件。

(3-1)体腔模型的造型材料，通过加热发生熔融，而且溶解于溶剂(存在这样的溶剂)。

(3-2)立体模型成形材料，在低于制约条件(3-1)中记载的造型材料的熔融温度的温度下能够固化，而且在固化后，在具有高于制约条件(3-1)中记载的造型材料熔融温度的耐热温度的同时，对制约条件(3-1)中记载的溶剂中的至少一种溶剂(特定溶剂)具有耐溶剂性。

混合法是通过并用先前详述的加热熔融法和溶剂溶解法，使存在于立体模型内部的体腔模型从立体模型内部溶出，进行去除的方法，只要满足上述制约条件(3-1)和(3-2)两方，其应用就是可能的。在该混合法中的体腔模型的加热方法和溶解方法，可以任意组合已述的加热熔融法和溶剂溶解法中说明的方法.

例如，该混合法中，通过以任意的顺序实施(1)通过加热使体腔模型从立体模型内部溶出的过程和(2)利用溶剂使体腔模型从立体模型内部溶出的过程(或者通过以任意的顺序数次实施各工序)，从立体模型内部去除上述体腔模型。

在混合法中，以任意的顺序，根据需要数次实施上述的各工序是可能的，例如，通过利用加热使体腔模型熔融而流动，使体腔模型的大半从立体模型内部溶出后，使立体模型冷却至室温，通过向由先前溶出而形成的立体模型内部的空洞区域注入按照上述制约条件(3-2)给予的特定溶剂，利用表面张力等再次使残留在立体模型内部的体腔模型的一部分流动，和注入的溶剂一起向立体模型的外部溶出等也是可能的。

作为可应用该混合法的体腔模型的造型材料，可以使用可应用上述加热熔融法和上述溶剂溶解法双方的材料，使用甲苯磺酰胺树脂等热塑性树脂(热塑性塑料)或蜡(油脂或石蜡等)等是可能的。

如果采用通过加热进行体腔模型熔融的加热熔融法或混合法，就不有赖于体腔模型的露出面积，伴随热扩散向立体模型内部的进行，按非接触方式使积层造型模型整体发生熔融而流动是可能的，像在溶剂溶解法那样，通过物理接触从接触区域逐渐地溶解体腔模型的情况下很难溶出的那样复杂的形状，例如长宽比高的细管状腔所等容易地再现是可能的。

在以上虽然说明了采用加热熔融法和溶剂溶解法及混合法使体腔模型从立体模型内部溶出的方法，但除这些方法以外，从露出部分向体腔模型施加直接外力，或从立体模型的外部施加冲击力或振动等，或通过直接握持等，从立体模型内部排除体腔模型也是可能的.并且此时，将立体模型内部的体腔模型分解成多个部分，而从立体模型内部取出分解的各部分也是可以的。再者，在使用该方法进行体腔模型的去除时，通过使内部为中空而制作体腔模型，能够使体腔模型的分解变容易。

对于腔所在内部再现的立体模型，将作为立体模型化对象的腔所分割成多个，对分割的各腔所实施本发明的制造方法，由此来制作使各腔所在内部再现的立体模型，将相应于得到的各个腔所的立体模型进行组合，由此得到使作为立体模型化对象的腔所整体再现的立体模型也是可能的。在此情况下，对应各腔所的立体模型采用各自不同的制造方法进行制造也是可能的。但是，本发明以对应于各个腔所的被分割成多个的立体模型及其制造方法作为本发明的对象.

扩散去除工序

根据体腔模型造型材料及立体模型成形材料的选择如何，或者立体模型成型条件或者体腔模型去除条件如何，体腔模型材料的全部或者一部分向立体模型成形材料中扩散的情况，通过本发明人等的研究已清楚。如果发生这样的扩散，立体模型腔所的周围就会产生雾浊，辨识性降低。

因此本发明的目的之一是从立体模型内部去除该扩散的体腔模型材料。

立体模型由特别是硅橡胶等具有弹性的材料构成的情况下，在溶出过程中通过加热使体腔模型熔融时，如果体腔模型造型材料的一部分成分向立体模型内部扩散，就有可能在立体模型内部产生浊雾等。

该雾浊的发生，被认为起因于在通过加热使体腔模型熔融时，造型材料的成分发生气化(蒸发)，向立体模型内部扩散而发生的。在体腔模型溶出后，残留在立体模型内部的该扩散成分，在许多情况下(除了扩散成分和立体模型构成材料发生化学结合的情况等以外)，通过再次加热立体模型，使之再次发生气化(蒸发)是可能的。在立体模型内部发生气化的扩散成分的一部分，通过扩散从立体模型内部向立体模型外部排出，因而借此可从立体模型内部去除扩散成分。进而，在立体模型内部发生气化的扩散成分通过冷却，其一部分，根据情况其全部，向立体模型表面析出，借此从立体模型内部去除扩散成分也是可能的，在扩散去除过程中，通过利用这些方法，从立体模型内部去除扩散成分.作为成形材料使用弹性体等交联聚合物时，通过选择使用交联密度高的材料，来提高利用这些方法的扩散去除效果是可能的。

另外，立体模型内部的扩散成分，特别是色素等，由于加热而分解的情况很多，借此去除由扩散而产生的雾浊或者发生变色也是可能的。但是，立体模型的加热，需要在低于构成立体模型的材料的耐热温度的范围内进行，该方法仅能够在扩散成分可在该温度范围内分解的场合应用。

该扩散去除工序，可以在去除体腔模型后实行，也可以在该去除期间实行。另外，也可以分别在去除期间和去除后实行。

生物体信息的标识

在以定制立体模型为目的的本发明中，往往要求再现的血管等体腔和其他生物体组织的对应关系、被检体的方向及其他生物体信息。

断层图像数据除了与血管等体腔有关的信息还包含其他的生物体信息，因此能够从此抽出该其他的生物体信息。例如，从断层图像数据形成包含其他生物体信息的三维影象，用目视比较立体模型和该影象，就能够在立体模型的表面或者内部形成表示该生物体信息的标识。例如，作为生物体信息，以被检体的方向作成上下左右的文字或者记号，可以记载在立体模型的表面。除此之外，也可以与该生物体信息合并或者单独地记载断层图像数据的特定信息(被照相者姓名、照相日期、照相医院、照相条件等)。

如已经所述，通过解析断层图像数据，该标识也能够和体腔模型合并形成。在将体腔模型积层造型时也合并形成该标识，然后通过去除，能够在立体模型的一部分上残留该标识的形状，或者能够埋入立体模型中。另外，该标识和体腔模型同时向外部排出，此后，在形成的空洞部位注入着色的硅橡胶等，也能够将此形成标识.

作为这样的标识，在表示被检体的方向(朝向)时，可以采用在表面记载了表示被检体的方向的记号或者文字的立方体、箭头、缩微被检体等。

作为该生物体信息，可以变更对应于在立体模型中血管等体腔以外的生物体组织(骨组织、眼球等)部分的颜色。另外，该生物体组织也可以成为腔所。进而该生物体组织的形状还可以从立体模型分离。另外，也可以在立体模型中描绘该生物体组织的外壳.

医疗模型

本发明人最初制成了长方体的立体模型.在此情况下，从边缘部分不能正确地辨识腔所的样子(即，血管的形状).

因此，为了从立体模型除去边缘，所以将其制成球形时，整体成为透镜，辨识腔所形状变得更困难.

本发明作为其他的目的，解决了立体模型的这样的问题，提供辨识性优良的模型。

本发明人为了解决这样的问题，反复进行了锐意研究，而找到了以下的发明。即，在和立体模型的成形材料基本上相等折射率的透光性流动体中浸渍立体模型。

由此，在视觉上立体模型和透光性流动体成为一体，因而例如即使在立体模型中有边缘，或立体模型具有曲面，如果透光性流动体的视野面(被观察面)具备平面性的话，就不产生腔所的观察障碍。这里所谓平面也可以包括基本上不引起腔所的观察障碍程度的曲面和/和凹凸。

即，透光性流动体填充在箱体(盒体)中，在其中整体或者部分地浸渍立体模型。然后，变动该立体模型，使立体模型中的被要求观察的部位朝向该箱体的观察面(平面)。即使在该要求观察部位的方向有边缘，也由于该透光性流动体而使其边缘消失，在箱体的观察面能够清晰地观察.

以下，根据本发明的实施例进行说明。

实施例1

为了得到与作为立体模型化对象的脑血管及患部脑动脉形状有关的三维数据，一边向照相区域血管内部投入造影剂，一边用具有0.35×0.35×0.5mm空间分辨率的螺旋形扫描式X射线CT装置对患者的头部进行照相。由照相得到的三维数据，为了使三维CAD软件能接受，再次形成沿体轴方向等间隔排列的500张具有512×512分辨率的256灰度等级的二维图像(断层照相数据)后，以沿照相方向使对应于各二维图像的图像数据一致的顺序，利用内置在上述X射线CT装置中的驱动器向5.25英寸光磁盘保存.

接着，利用与个人计算机外部连接的5.25英寸光磁盘驱动器，使上述图像数据向计算机内部的存储装置读入，利用市售的三维CAD软件从该图像数据生成在积层造型中必要的STL形式(以三角形拼片的集合体表现三维曲面的形式)的三维形状数据。该变换根据照相间隔迭加输入的二维图像，借此构筑以浓度值作为标量的三维标量场，通过在该标量场上指定给予血管内表面的特定浓度值，作为等值面(特定标量值的界面)构筑血管内腔的三维形状数据后，对构筑的等值面进行三角形多边形近似的处理.

再者，在该阶段，在三维形状数据上加以附加数据，使导引部分3从体腔模型的端部突出(参照图1).如图2所示，该导引部分3是中空柱状的构件。由于具备中空部31，因此能够谋求缩短积层造型时间。在该导引部分3的前端进行扩径，该部分露出立体模型表面，形成大直径的开口部15(参照图3)。

接着，生成的STL形式的三维形状数据向熔融树脂喷出方式的积层造型系统输送，在决定造型系统内的模型配置或积层方向、积层厚度的同时，对模型附加支撑体.

这样生成的积层造型用数据在计算机上切片成规定的积层造型厚度(13μm)，而生成许多切片数据.然后，基于这样得到的各切片数据，通过加热使以对甲苯磺酰胺和对乙基苯磺酰胺作为主成分的造型材料(熔点：约100度，容易溶解于丙酮)熔融而喷出，在每一面积层形成具有与各切片数据一致形状的指定厚度的树脂固化层而进行积层造型。在最终层形成后，通过去除支撑体，制成图1所示的脑血管内腔区域的积层造型模型(体腔模型)1。

该体腔模型1再在80℃的水槽中浸渍大约30分钟。借此，体腔模型1的表面发生分解，而变得圆滑.

另一方面，通过机械加工制成为成型立体模型外部形状而使用的外型。该外型的内部成型面制成立方体形状，构成外型的构件能够组装·分离.在该铸塑成型用外型的内部配置体腔模型1后，通过将模型端部粘结在外型内面上，使两者固定而制成铸型。

在这样制成的铸型内部流入利用加热短时间能够聚合固化的透明性高的双液混合型液体状硅氧烷弹性体，在75℃的恒温层内加热1小时进行聚合固化，形成图3所示的立体模型11.然后，在确认得到充分的固化后，依次分离取出构成外型的构件。

这样得到的长方体形状的立体模型11在120℃的恒温层内加热1小时，使存在于立体模型11内部的体腔模型1熔融，而向立体模型11外部的溶出。再者，该溶出从体腔模型1端部露出立体模型11的部分(开口部15)进行。利用加热熔融的造型材料溶出后，使块体整体冷却至室温，向通过积层造型模型的溶出而在立体模型11内部形成的空洞部中注入丙酮。借此，使残留在立体模型11内部的体腔模型造型材料溶解，而使溶液化的造型材料向立体模型外部溶出。由此，从立体模型11内部完全去除体腔模型1，得到在内部再现脑血管内腔13的立体模型11。

最后，为了排除在体腔模型1熔融时向立体模型11材料部分12扩散的上述造型材料的成分，上述立体模型11再次在设定在120℃的恒温层内加热1小时，使上述成分蒸发，借此进行去除.

具有这样制成的脑血管内腔13的立体模型11，由于作为成形材料使用透明度高的硅氧烷弹性体，因此具有高的透明性，进一步通过使外部形状成为长方体形状而设置平面14，通过目视，容易而且正确地辨识在立体模型11内部再现的脑血管内腔13的形状或构造、以及再现患部的脑动脉瘤的形状.所制成的脑血管的立体模型，进一步通过向其内部注入润滑液，对于作为医疗器具的导管的插入，表现和实际的脑血管手术时非常好的近似的插入感觉或操作感觉.

实施例2

该实施例的立体模型41是球体，具有脑血管内腔43(参照图4)。该立体模型41的制造方法及成形材料，除了外型的形状外，和实施例1是相同的。

在该实施例的立体模型41中，在内部埋设立方体形状的标识45.在该标识45的各面记载患者的脸的方向。球体的立体模型41，其位置是不稳定的，固此通过设置标识45，变得能够正确地把握其脑血管内腔43的取向.

该标识45所表示的方向，从由断层图像数据抽出的眼球和骨组织的位置，通过计算机处理而特别指定.以按特别指定的方向配置的方式，该标45和体腔模型同时进行积层造型。该标识45埋设在立体模型41内，因此在体腔模型的去除工序中不发生分解。操作者用手操作也能够形成该标识45。

在图5中示出其他方式的标识46.该标识46以箭头表示方向.通过设置箭头的颜色或者粗细的变化，能够表示具体的方向.例如，如果使右侧是绿色、使左侧是红色、使上侧是黑色，即使立体模型发生转动，也能够特别指定脑血管内腔的朝向.

实施例3

在图6中介绍实施例的医疗用模型51。该医疗用模型51具备实施例2说明的球体形状立体模型41、箱体53和填充在箱体53内的透光性流动体54。

箱体53整体是用透明板(丙烯酸材料板等)形成的。上侧盖部55用折页56结合在侧壁上，是可开闭的.透光性流动体54是具有和硅橡胶制立体模型41相同折射率的透明液体。在该实施例中，作为该透光性流动体54，使用具有等折射率的硅油。另外，向水中溶解折射率调节剂，也能够得到所要求的透光性流动体。

立体模型41是球体，因此其整个面成为凸透镜，不能正确地辨识内部的脑血管腔所.如果这样的立体模型41浸渍在透光性流动体54中，立体模型41的成形材料和透光性流动体54具有同样的折射率，因此在立体模型41表面的光折射消失，在该表面的透镜效应消失。因此，通过箱体53能够观察到实际尺寸大小的脑血管腔所。在实施例中，箱体53的观察面上刻印备注.在图6中，为了说明，在箱体53内记载了立体模型41的外壳形状，但实际上几乎无法辨识立体模型41的外壳形状。

在图6的例子中，在箱体53上设置用于固定立体模型41的制动装置61、61，以及用于使立体模型41旋转的滚轮71、73。制动装置61、61具备压缩螺旋弹簧62和球状支撑部63，将立体模型41向滚轮71、73侧推压，因而，使立体模型41稳定地停止。滚轮71、73通过使其旋转，使立体模型41向各自的旋转方向旋转。滚轮71、73可以分别连接连杆74、75，从箱体53外部旋转。

在箱体53中，如图7所示，设置开口80，通过该开口，向在立体模型41中形成的脑血管腔所的任意端部插入导管83成为可能.

实施例4

在图8中示出其他实施例的立体模型91。该立体模型91是在图1体腔模型1中除去导引部分3，对其涂布硅橡胶，形成大约1mm的厚度，然后用和实施例1相同的方法去除体腔模型而得到的。该涂布方法是，向硅橡胶槽浸渍体腔模型1，取出后一边使体腔模型1旋转，一边进行干燥。使用这样的立体模型91，脑血管会更为真实地再现，对于导管手术的试行等更为有效.

实施例5

在图9中示出其他实施例的立体模型101.该立体模型101，在块状本体部102内具有空隙部(对应于蛛网膜下腔)103，在该空隙部103内血管部分105与图8同样地形成膜状.按照这样构成的立体模型101，外部轮廓形成块状，因而在操作容易的同时，需要仔细观察的血管部分105是膜状，因此其动态特性能更真实地再现，而且导管手术也变得能够更真实地试行.

可以象以下那样形成图9所示的立体模型101。

首先，使用和图8实施例相同的方法使立体模型材料在体腔模型周围形成膜状.

另一方面，使位于空隙部103内的血管沿三维方向扩大约3倍的体腔模型形成中空，向其中插入已述的膜状立体模型(在其内部体腔模型作为芯材存在).在该实施例中，一旦分割已扩大的体腔模型110，就向其中安置膜状的立体模型113，再构筑分解的体腔模型110。在图9中记载体腔模型110的分割线.然后，用和体腔模型相同或者同种的填充材料填充已扩大的体腔模型110的开口部和膜状立体模型113之间.将这样的组装体安置在长方体外框内，在该外框内填充硅氧烷弹性体。硅氧烷弹性体固化后，和实施例1同样地使体腔模型材料消失，再进行已扩散到立体模型内的体腔模型材料的去除。由此，在膜状模型113的内部成为中空的同时，在对应于体腔模型110的部分形成空隙部103。再者，在体腔模型110上形成突起111，该突起向立体模型外部露出.从该露出部分能够使体腔模型材料向外部排出。

在该实施例中，扩大血管部分105而形成对应于空隙部103的体腔模型110。鉴于空隙部103是提高血管部分105动态特性自由度的，空隙部103的形状没有特别的限制.因此，可以使空隙部103的形状简单。例如，可以成为球形、椭圆形等。其结果，能够将体腔模型110设计成容易分割·再构筑的形状.另外，以膜状立体模型113作为型芯也能够使体腔模型110进行铸型成型。另外，基于断层照相数据形成蛛网膜下腔的立体形状，从该立体形状也可以形成体腔模型.进一步地，也可以现成准备标准蛛网膜下腔，以此作为体腔模型使用。

空隙部103最好制成能够填充水等透明液体。因为在空隙部103中如果不填充任何透明的液体，光在空隙部103的周壁发生漫反射，其内部的血管部分105就变得不能辨识。为了提高血管部分的辨识性，优选在空隙部103填充和立体模型成形材料基本上相同的折射率的硅油。从排出体腔模型110材料的开口部104能够向空隙部103注入这样的透明液体。通过在水中配合折射率调节剂而形成的具有和立体模型成形材料基本上相同折射率的透明液体也能够使用。

通过在空隙部103中填充硅油等液体，空隙部103变得更接近真实蛛网膜下腔，在血管部分动态特性变得更真实的同时，导管手术也变得能够更真实地试行。

本发明不受上述发明的实施方式和实施例的说明的任何限制.在不脱离权利要求范围的记载，本领域技术人员能够容易想到的范围进行的种种的变形方式都包括在本发明内.

Claims (11)

1.立体模型的制造方法，该制造方法包括：基于被检体的断层图像数据，抽出该被检体的腔所区域，将相当于该腔所区域的体腔模型积层造型的工序、用立体模型成形材料围绕该体腔模型的周围，使该立体模型成形材料固化的工序、以及去除上述体腔模型的工序.

2.根据权利要求1所述的立体模型的制造方法，其特征在于，上述立体模型成形材料包含透明材料.

3.根据权利要求1所述的立体模型的制造方法，其特征在于，上述立体模型成形材料包含具有类似生物体组织的弹性和柔软性的材料.

4.根据权利要求1所述的立体模型的制造方法，其特征在于，上述立体模型成形材料包含透明、而且具有类似生物体组织的弹性和柔软性的材料.

5.根据权利要求1所述的立体模型的制造方法，其特征在于，还包括使上述体腔模型表面变得圆滑的工序.

6.根据权利要求1所述的立体模型的制造方法，其特征在于，还包括基于上述被检体的断层图像数据，形成表示该被检体的生物体信息和/或断层图像数据特定信息的标识的工序.

7.根据权利要求6所述的立体模型的制造方法，其特征在于，上述标识和上述体腔模型一起用上述立体模型成形材料围绕，该标识残留在上述立体模型内.

8.根据权利要求1所述的立体模型的制造方法，其特征在于，以露出上述体腔模型的方式，用上述立体模型成形材料围绕该体腔模型，将该体腔模型露出的部分浸渍在溶剂中，而将该体腔模型溶解去除.

9.根据权利要求1所述的立体模型的制造方法，其特征在于，在上述体腔模型的一部分或者整体中，上述立体模型成形材料形成为薄膜.

10.立体模型的制造方法，该制造方法包括：基于被检体的断层图像数据，抽出该被检体的腔所区域，将相当于该腔所区域的体腔模型积层造型的工序、使上述体腔模型表面变得圆滑的工序、用透明且具有类似生物体组织的弹性和柔软性的立体模型成形材料围绕该体腔模型的周围，使该立体模型成形材料固化的工序、以及去除上述体腔模型的工序.

11.根据权利要求10所述的立体模型的制造方法，其特征在于，在上述体腔模型的一部分或者整体中，上述立体模型成形材料形成为薄膜.

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