CN105989773A - 模拟脏器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了模拟脏器，其在更接近于实际的生物体的条件下再现模拟脏器。模拟脏器包括彼此交叉的两条模拟血管。

Description

模拟脏器

技术领域

本发明涉及模拟脏器。

背景技术

作为用于练习血管注射的器具，已知有平行地配置多条模拟血管的结构(专利文献1)。

【现有技术文献】

【专利文献】

专利文献1：日本实开平6-4768号公报

发明内容

在为上述现有技术的情况下，由于多条模拟血管被平行地配置，因而不能够再现血管在实际的生物体中的配置。本申请发明鉴于上述现有技术，将使模拟血管配置成更接近于实际的生物体作为解决问题。

本发明用于解决上述问题，能够作为以下的方式来实现。

(1)根据本发明的一个方面，提供了模拟脏器。该模拟脏器包括：第一模拟血管；以及第二模拟血管，相对于所述第一模拟血管交叉。根据该方面，能够将模拟血管配置成更接近于实际的生物体。这是因为，实际的生物体具有血管彼此交叉的情况。

(2)在上述方面中，所述模拟脏器可以包括：相对于所述第一模拟血管交叉的第三模拟血管。根据该方面，能够再现交叉在多处发生的部位。

(3)在上述方面中，所述第二模拟血管可以与所述第三模拟血管之间的距离是3mm以下。根据该方面，能够再现血管密集的部位。

(4)在上述方面中，所述第二模拟血管可以在相对于所述第一模拟血管交叉的部位上被配置在比所述第一模拟血管深的位置，所述第三模拟血管在相对于所述第一模拟血管交叉的部位上被配置在比所述第一模拟血管浅的位置。根据该方面，能够再现交叉错综复杂的部位。

(5)在上述方面中，在所述第二模拟血管上相对于所述第一模拟血管而交叉的部位可以被配置于比在所述第三模拟血管上相对于所述第一模拟血管交叉的部位深的位置。根据该方面，能够再现交叉错综复杂的部位。

(6)在上述方面中，所述第二模拟血管在损伤时所呈现的颜色可以与所述第三模拟血管在损伤时所呈现的颜色不同。根据该方面，变得易于知道是第二模拟血管损伤了还是第三模拟血管损伤了。此外，第二模拟血管在未损伤的情况下所呈现的颜色与第三模拟血管在未损伤的情况下所呈现的颜色相同和不同均可。

(7)在上述方面中，所述第一模拟血管可以被配置在相对于所述第二模拟血管交叉的部位比相对于所述第三模拟血管交叉的部位浅的位置。根据该方面，能够再现第一模拟血管在深度方向上变化的部位。

(8)在上述方面中，所述第一模拟血管可以在配置于比所述第二模拟血管浅的位置的部位和配置于比所述第三模拟血管深的位置的部位间颜色不同。根据该方面，易于知道是关于第一模拟血管的哪个深度的部位。

(9)在上述方面中，所述第一模拟血管位于相对于所述第二模拟血管交叉的部位与相对于所述第三模拟血管交叉的部位之间的部位的颜色可以与相对于所述第二模拟血管交叉的部位的颜色不同且与相对于所述第三模拟血管交叉的部位的颜色不同。根据该方面，位于相对于第二模拟血管交叉的部位与相对于第三模拟血管交叉的部位之间的部位变得易于与相对于第二模拟血管而交叉的部位以及相对于第三模拟血管而交叉的部位区分。

(10)在上述方面中，所述第一模拟血管的颜色可以与所述第二模拟血管不同。根据该方面，第一模拟血管和第二模拟血管变得容易区分。

(11)在上述方面中，所述模拟脏器可以包括填埋所述第一模拟血管及所述第二模拟血管的周围的模拟组织，所述模拟组织在位于所述第二模拟血管的下方的第一部位和与所述第一部位不同的第二部位间颜色不同。根据该方面，变得易于知道是否已能够切除第一部位。

(12)在上述方面中，所述第一部位可以是位于所述第一模拟血管与所述第二模拟血管交叉的部位的下方的部位。根据该方面，能够将难以切除的部位设定作为第一部位。

(13)在上述方面中，所述第一部位的颜色可以与所述第一模拟血管的颜色不同且与所述第二模拟血管的颜色不同。根据该方面，变得易于将第一部位与第一及第二模拟血管区分。

(14)在上述方面中，所述模拟组织可以通过被赋予切除能力的液体来切除。

本发明能够以上述以外的各种方面实现。例如，能够作为模拟脏器的制作方法来实现。

附图说明

图1是液体喷射装置的概略结构图。

图2是示出模拟脏器的顶视图。

图3是示出模拟脏器的截面图。

图4是示出模拟肿瘤被摘出后的状态的截面图。

图5是示出模拟脏器的制作方法的流程图。

图6示出模拟血管的材料的强度试验的状态。

图7是例示通过上述的强度试验而获得的实验数据的曲线图。

图8是示出模拟血管被固定后的状态的截面图。

图9是示出模拟脏器的截面图(变形例)。

图10是示出模拟脏器的截面图(变形例)。

符号说明

20液体喷射装置、30控制部、31致动器用电缆、32泵用电缆、35脚踏开关、40吸引装置、41吸引管、50液体供给装置、51供水袋、52穿刺针、53a第一连接器、53b第二连接器、53c第三连接器、53d第四连接器、53e第五连接器、54a第一供水管、54b第二供水管、54c第三供水管、54d第四供水管、55泵管、56闭塞检测机构、57过滤器、60管式泵、100手持件、200喷嘴单元、205喷射管、300致动器单元、400吸引管、600模拟脏器、600a模拟脏器、600b模拟脏器、610模拟血管、611第一模拟血管、611b第一模拟血管、611bD下部、611bS斜行部、611bU上部、612第二模拟血管、613第三模拟血管、613a第三模拟血管、620模拟组织、621模拟肿瘤、622模拟肿瘤、623模拟肿瘤、630支撑部件、633槽、650薄片、700针、710前端。

具体实施方式

图1概略性示出液体喷射装置20的结构。液体喷射装置20是在医疗机构中利用的医疗设备，其具有通过对患部喷射液体而切除患部的功能。

液体喷射装置20具备：控制部30、致动器用电缆31、泵用电缆32、脚踏开关35、吸引装置40、吸引管41、液体供给装置50以及手持件(handpiece)100。

液体供给装置50具备：供水袋51、穿刺针(spike needle)52、第一～第五连接器53a～53e、第一～第四供水管54a～54d、泵管55、闭塞检测机构56以及过滤器57。手持件100具备喷嘴单元200和致动器单元300。喷嘴单元200具备喷射管205和吸引管400。

供水袋51为透明的合成树脂制，在内部填充有液体(具体而言生理盐水)。此外，在本申请中，即使填充有水以外的液体，也称为供水袋51。穿刺针52经由第一连接器53a与第一供水管54a连接。当穿刺针52被刺入供水袋51时，变为供水袋51中所填充的液体能供给至第一供水管54a的状态。

第一供水管54a经由第二连接器53b与泵管55连接。泵管55经由第三连接器53c与第二供水管54b连接。管式泵60夹入泵管55。管式泵60将泵管55内的液体从第一供水管54a侧送出至第二供水管54b侧。

闭塞检测机构56通过测量第二供水管54b内的压力而检测第一～第四供水管54a～54d内的闭塞。

第二供水管54b经由第四连接器53d与第三供水管54c连接。在第三供水管54c上连接有过滤器57。过滤器57捕集液体中所含有的异物。

第三供水管54c经由第五连接器53e与第四供水管54d连接。第四供水管54d与喷嘴单元200连接。通过第四供水管54d供给的液体通过致动器单元300的驱动而从喷射管205的前端间歇性地被喷射。通过像这样间歇性地喷射液体，从而以很少的流量即可确保切除能力。

喷射管205及吸引管400构成将喷射管205作为内管、将吸引管400作为外管的二重管。吸引管41与喷嘴单元200连接。吸引装置40通过吸引管41对吸引管400内吸引。通过该吸引来对吸引管400的前端附近的液体、切除片等进行吸引。

控制部30控制管式泵60和致动器单元300。具体而言，在脚踏开关35正在被踩踏的期间，控制部30经由致动器用电缆31和泵用电缆32发送驱动信号。经由致动器用电缆31发送的驱动信号使致动器单元300中所包括的压电元件(未图示)驱动。经由泵用电缆32发送的驱动信号使管式泵60驱动。因此，在用户正在踩踏脚踏开关35的期间，液体间歇性地被喷射，在用户尚未踩踏脚踏开关35的期间，液体的喷射停止。

以下，对模拟脏器进行说明。模拟脏器也被称为体模(phantom)，在本实施方式中，其是一部分通过液体喷射装置20被切除的人造物。本实施方式中的模拟脏器被用于液体喷射装置20的性能评价和以液体喷射装置20的操作的练习等为目的的模拟手术。

图2及图3示出模拟脏器600。图2示出顶视图，图3示出截面图。由图3示出的截面为图2的3-3截面。在本实施方式中，将水平面作为X-Y平面，将垂直方向(深度方向)作为Z方向。

模拟脏器600包括：第一模拟血管611、第二模拟血管612、第三模拟血管613、模拟组织620以及支撑部件630。在将第一模拟血管611、第二模拟血管612、第三模拟血管613总括起来称呼的情况下，叫做模拟血管610。

模拟血管610为模拟了生物体的血管(例如人的脑血管)的人造物，在本实施方式中，作为实心部件而形成。模拟血管610是在模拟手术中应避免损伤的部件。

模拟组织620是模拟了生物体中的血管的周边组织(例如脑组织)的人造物，填埋模拟血管610的周围。模拟组织620包括模拟肿瘤621。图2为了图示模拟血管610而将模拟组织620作为透明体来图示。但是，实际的模拟组织620并不透明。支撑部件630为支撑模拟血管610和模拟组织620的金属制的容器。

从喷射管205间歇性地被喷射的液体慢慢地切除模拟组织620。当切除进行时，模拟血管610露出。已露出的模拟血管610有时被暴露于液体的喷射中。模拟血管610在已被暴露于超过自身强度的条件的喷射的情况下损伤。

如图2及图3所示，第一模拟血管611被配置成分别相对于第二模拟血管612及第三模拟血管交叉。本实施方式中所说的交叉按通常的表达则相当于立体交叉，按数学上的表达则相当于异面的位置。具体而言，当投影在X-Y平面上时，第一模拟血管611分别相对于第二模拟血管612及第三模拟血管而交叉，另一方面，在其交点上沿Z方向错开。

第一模拟血管611、第二模拟血管612以及第三模拟血管613在水平方向上笔直地延伸。第二模拟血管612及第三模拟血管613被配置于比第一模拟血管611深的位置。因此，第二模拟血管612及第三模拟血管613在相对于第一模拟血管611交叉的部位上被配置于比第一模拟血管611深的位置。

图2中示出的角度θ2是在X-Y平面上第一模拟血管611与第二模拟血管612所成的角度中的、满足0度＜θ2≦90度的角度。角度θ2例如为10度≦θ2≦90度，在本实施方式中为90度。

图2中示出的角度θ3是在X-Y平面上第一模拟血管611与第三模拟血管613所成的角度中的、满足0度＜θ3≦90度的角度。角度θ3例如为10度≦θ3≦90度，在本实施方式中为90度。角度θ2及角度θ3可以为相同的值，也可以为不同的值。

图2中示出的距离D表示第二模拟血管612与第三模拟血管613在X-Y平面上的距离。距离D在第二模拟血管612与第三模拟血管613之间最窄的部位上而被定义。在本实施方式中，由于第二模拟血管612与第三模拟血管613相互平行，因而距离D在X方向(第二模拟血管612及第三模拟血管613延伸的方向)的任意的位置上测量即可。

距离D例如被设定为0mm以上3mm以下，在本实施方式中被设定为3mm。所谓距离D为0mm是指第二模拟血管612与第三模拟血管613已接触。

在图3中，第二模拟血管612及第三模拟血管613上所标注的剖面线是指第二模拟血管612及第三模拟血管613的颜色与第一模拟血管611的颜色不同。在本实施方式中，第一模拟血管611被形成为黄色，第二模拟血管612及第三模拟血管613被形成为红色。这种配色显示出第二模拟血管612及第三模拟血管613被配置得比第一模拟血管611深。

模拟肿瘤621是在模拟手术中被设定为摘出对象的部位。模拟肿瘤621以与模拟血管610和模拟组织620均不同的颜色形成。具体而言，模拟组织620用白色形成，模拟肿瘤621用绿色形成。

如图2所示，模拟肿瘤621被配置于在X-Y平面上第一模拟血管611与第二模拟血管612交叉的部位。如图3所示，模拟肿瘤621被配置于第一模拟血管611的下方且第二模拟血管612的下方。

图4为图2的3-3截面图，示出模拟肿瘤621被摘出后的状态。图4中示出的喷射管205示出了从第一模拟血管611的纸面内侧正在靠近于模拟肿瘤621的状态。图2中示出的喷射管205也示出了这种靠近的状态。

正如以前已说明的，通过使用模拟肿瘤621被配置成难以摘出的模拟脏器600，从而能够再现更接近于生物体的状况。所谓难以摘出的配置就是在模拟血管610彼此(第一模拟血管611及第二模拟血管612)交叉的部位的下面配置有模拟肿瘤621且另外的模拟血管610(第三模拟血管613)靠近该交叉的部位而配置。

除上述以外，第一模拟血管611、第二模拟血管612及第三模拟血管613、模拟组织620以及模拟肿瘤621以各自不同的颜色形成，因而易于知道哪个构成要素发生了切除或损伤。

图5为示出模拟脏器600的制作方法的流程图。首先，制作模拟血管610(S810)。在本实施方式中，作为模拟血管610的材料，采用PVA(聚乙烯醇)。而且，利用模具成型而形成具有规定强度的实心部件(solidmember)。

对模拟血管610的强度进行说明。图6是用于对模拟血管610的材料的强度试验进行说明的图。利用下述的试验而调整具有接近于所设想的血管的强度的材料。

薄片(sheet)650是将模拟血管610的材料形成为薄片状的实验样品。薄片650被放置于台(未图示)上，并用周边部固定于台上。在隔着薄片650而针700的相反侧，台上开有孔。强度试验利用针700推入薄片650，使其变形，直至发生薄片650的破坏为止。在针700的推入中使用负载传感器(未图示)而实时计测推入力。

图7例示通过上述的强度试验而获得的实验数据。纵轴表示推入力，横轴表示时间。针700的推入以1mm/sec实施。因此，如图7所示，推入力随时间几乎呈线性增大。

推入力当如此地增大下去时，不久就骤减。推入力的骤减由于薄片650的破坏而发生。根据推入力的骤减，能够决定推入力的最大值。材料强度作为通过将推入力的最大值(N)除以针700的前端710的面积(在本实施方式中0.5mm2)而获得的应力值(MPa)来取得。

通过上述的试验，将模拟血管610的材料调整成具有接近于想再现的血管的强度的强度。使用如此地调制出的材料，制作模拟血管610。

接下来，将模拟血管610固定于支撑部件630上(S820)。图8是示出以第二模拟血管612及第三模拟血管613为对象而S820被执行后的状态的截面图(Y-Z平面)。图8示出图2的8-8截面(Y-Z平面)。

如图8所示，在支撑部件630上设有槽633。槽633被设于支撑部件630的两侧。第二模拟血管612及第三模拟血管613在S820中通过嵌入槽633中而被固定在支撑部件630上。对于第一模拟血管611也是同样的。

接着，将使氨基甲酸酯的主剂和固化剂混合并搅拌后的混合物流入支撑部件630(S830)。此后，氨基甲酸酯变化成弹性体凝胶状的氨基甲酸酯凝胶(S840)。由此，形成模拟组织620，模拟脏器600完成。

说明变形例。图9示出模拟脏器600a的截面。模拟脏器600a取代第三模拟血管613而具备第三模拟血管613a，并取代模拟肿瘤621而具备模拟肿瘤622和模拟肿瘤623。

与实施方式相同地，第二模拟血管612在相对于第一模拟血管611而交叉的部位上被配置于比第一模拟血管611深的位置。与此相反，第三模拟血管613a在相对于第一模拟血管611而交叉的部位上被配置于比第一模拟血管611浅的位置。

第三模拟血管613a以与第一模拟血管611的颜色和第二模拟血管612的颜色均不同的颜色(例如橘黄色)形成。通过这种配色，能够用颜色示出模拟血管610的深度。其结果，例如在相对于第一模拟血管611而交叉的模拟血管610损伤了的情况下，变得易于知道该模拟血管610是第二模拟血管612还是第三模拟血管613a。

说明另外的变形例。图10示出模拟脏器600b的截面。模拟脏器600b包括第一模拟血管611b而取代第一模拟血管611。

与实施方式相同地，第二模拟血管612在相对于第一模拟血管611b交叉的部位上被配置于比第一模拟血管611b深的位置。与此相反，第三模拟血管613在相对于第一模拟血管611b交叉的部位上被配置于比第一模拟血管611b浅的位置。但是，第二模拟血管612及第三模拟血管613与实施方式同样地被配置在相同的深度。

如图10所示，第一模拟血管611b被划分为上部611bU、斜行部611bS以及下部611bD。上部611bU及下部611bD是在水平方向上延伸的部位。上部611bU被配置得比第二模拟血管612浅。也就是说，与实施方式相同地，第二模拟血管612在相对于第一模拟血管611b交叉的部位上被配置于比第一模拟血管611b深的位置。

下部611bD被配置得比第三模拟血管613深。也就是说，第三模拟血管613虽然被配置在与第二模拟血管612相同的深度，但在相对于第一模拟血管611b而交叉的部位上被配置于比第一模拟血管611b浅的位置。

斜行部611bS是将上部611bU与下部611bD连接的部位，在第二模拟血管612与第三模拟血管613之间倾斜地延伸。

上部611bU、斜行部611bS以及下部611bD以各不相同的颜色形成。这些颜色均与第二模拟血管612、第三模拟血管613、模拟组织620以及模拟肿瘤621中的任何的颜色都不同。通过这种配色，用户能够通过颜色来区分第一模拟血管611b的各部位。

本发明并非局限于本说明书的实施方式和实施例、变形例，在不脱离其宗旨的范围内能够以各种构成实现。例如，为了解决前述的问题的一部分或全部、或者为了达到前述的效果的一部分或全部，与在发明内容的栏中已记载的各方式中的技术特征对应的实施方式、实施例、变形例中的技术特征能够适当进行替换和组合。该技术特征如果在本说明书中不是作为必需的事项而已被说明，则就能够适当删除。例如，例示以下的变形。

模拟脏器也可以通过间歇性地被喷射的液体以外来切除。例如，既可以通过连续性地被喷射的液体来切除，也可以通过由超声波或激光器(optical maser)已赋予切除能力的液体来切除。或者，也可以通过金属制的手术刀来切除。

模拟血管的条数只要为两条以上则为多少都均可。

模拟血管的材质不局限于上述的例示。例如，既可以为PVA以外的合成树脂(例如氨基甲酸酯)，也可以为天然树脂。

模拟组织的材质不局限于上述的例示。例如，既可以为氨基甲酸酯以外的橡胶系的材料，也可以使用PVA。

可以采用喷射堆积(基于喷墨方式等的3D打印)来制作模拟血管。

可以采用3D打印来制作模拟组织。

可以将模拟血管及模拟组织集中一起而采用3D打印来制作。

模拟血管的配置不限于上述的例示。例如，既可以使其弯曲，也可以S字样地曲折，也可以在水平面内(X-Y平面内)曲折。

模拟血管的配置只要至少任意两条交叉即可。例如，可以是第二模拟血管与第三模拟血管交叉。

未交叉的模拟血管彼此的位置关系既可以如实施方式那样平行，也可以不平行。

模拟血管可以为中空部件。将模拟血管作为中空部件而形成的手法可以为以下的方法。所谓该方法，就是将固化前的PVA涂布于极细线的外周并在PVA固化后抽出极细线这样的手法。极细线的外径与内层部件的内径一致。极细线为金属制，例如由钢琴线等形成。

模拟血管的颜色怎样着色均可。例如，可以为全部相同的颜色。或者，可以在交叉的部位与其它部位间改变颜色。

作为用于区分已损伤的模拟血管的方法，可以不使模拟血管本身的颜色各自不同。例如，可以利用模拟血液的颜色。也就是说，可以将模拟血管作为中空部件而形成，在第一模拟血管和第二模拟血管中封入不同的颜色的模拟血液。

在实施方式中虽然采用了使用压电元件作为致动器的结构，但是也可以采用使用激光器(optical maser)来喷射液体的结构或通过泵等对液体加压而喷射液体的结构。所谓使用激光器来喷射液体的结构，就是将光maser照射在液体上而使气泡在液体中产生从而利用由于该气泡的产生所引起的液体压力上升的结构。

Claims (14)

1.一种模拟脏器，其特征在于，包括：

第一模拟血管；以及

第二模拟血管，相对于所述第一模拟血管交叉。

2.根据权利要求1所述的模拟脏器，其特征在于，

所述模拟脏器包括：相对于所述第一模拟血管交叉的第三模拟血管。

3.根据权利要求2所述的模拟脏器，其特征在于，

所述第二模拟血管与所述第三模拟血管之间的距离是3mm以下。

4.根据权利要求2或3所述的模拟脏器，其特征在于，

所述第二模拟血管在相对于所述第一模拟血管交叉的部位上被配置在比所述第一模拟血管深的位置，

所述第三模拟血管在相对于所述第一模拟血管交叉的部位上被配置在比所述第一模拟血管浅的位置。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的模拟脏器，其特征在于，

在所述第二模拟血管相对于所述第一模拟血管交叉的部位被配置于比在所述第三模拟血管相对于所述第一模拟血管交叉的部位深的位置。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的模拟脏器，其特征在于，

所述第二模拟血管在损伤时所呈现的颜色与所述第三模拟血管在损伤时所呈现的颜色不同。

7.根据权利要求2至4中任一项所述的模拟脏器，其特征在于，

所述第一模拟血管被配置在相对于所述第二模拟血管交叉的部位比相对于所述第三模拟血管交叉的部位浅的位置。

8.根据权利要求7所述的模拟脏器，其特征在于，

所述第一模拟血管在配置于比所述第二模拟血管浅的位置的部位和配置于比所述第三模拟血管深的位置的部位间颜色不同。

9.根据权利要求8所述的模拟脏器，其特征在于，

所述第一模拟血管位于相对于所述第二模拟血管交叉的部位与相对于所述第三模拟血管交叉的部位之间的部位的颜色，与相对于所述第二模拟血管交叉的部位的颜色不同且与相对于所述第三模拟血管交叉的部位的颜色不同。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的模拟脏器，其特征在于，

所述第一模拟血管的颜色与所述第二模拟血管不同。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的模拟脏器，其特征在于，

所述模拟脏器包括填埋所述第一模拟血管及所述第二模拟血管的周围的模拟组织，

所述模拟组织在位于所述第二模拟血管的下方的第一部位和与所述第一部位不同的第二部位间颜色不同。

12.根据权利要求11所述的模拟脏器，其特征在于，

所述第一部位是位于所述第一模拟血管与所述第二模拟血管交叉的部位的下方的部位。

13.根据权利要求11或12所述的模拟脏器，其特征在于，

所述第一部位的颜色与所述第一模拟血管的颜色不同且与所述第二模拟血管的颜色不同。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的模拟脏器，其特征在于，

所述模拟组织通过被赋予切除能力的液体来切除。