JP2003241647A

JP2003241647A - 個別対応型医用３次元模型とその作製方法、及びその作製装置

Info

Publication number: JP2003241647A
Application number: JP2002039039A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Inagawa; 正一稲川
Original assignee: Japan Science and Technology Corp
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2002-02-15
Publication date: 2003-08-29

Abstract

(57)【要約】【課題】医用画像情報装置で得られる断層画像を基に、
患者個々人に対応できる血管及び臓器の個別対応型3次
元模型を迅速、安価、容易に作製するシステムを実現
し、医療現場で日常的に使用できる3次元模型を提供す
る。【解決手段】医用画像診断装置で撮影された患者個々
人の断層画像データから目的の部位のデータを抽出する
画像処理手段と、抽出された断層画像データから3次元
画像データを生成する画像処理手段と、生成された3次
元画像データを模型造形用断層画像データに変換する画
像処理手段と、模型造成用断層データにより粉体を積層
して精密粉体模型を作製する手段と、作製した精密粉体
模型を鋳型として透明又は半透明のシリコンなど柔軟性
を持つポリマーからなる血管及び臓器の個別対応型3次
元模型を製作する手段とによる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】医用画像診断装置で撮影され
た患者個々人の血管及び臓器等の器官の断層画像データ
から生成された３次元画像データを基に作製される血管
及び臓器等諸器官の個別対応型３次元模型、ならびに同
模型の作製方法・作製装置に関する。ここに、本発明に
おいていう個別対応型医用３次元模型とは、後段でも触
れるが、顔面領域の骨構造部分を対象としたものではな
く、個々人の血管、内臓器官、及び顔面領域外の骨構造
体等を対象とした個別対応型医用３次元模型を指すもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年の医療技術における各種医療機器、
診断システムの開発と進歩には著しいものがあり、医用
画像処理技術システムもその例外ではない。この医用画
像技術処理システムは、Ｘ線ＣＴ撮影装置、ＭＲＩ撮影
装置、回転血管撮影装置といった各種原理手段に基づく
医用画像診断装置に、コンピュータ画像処理技術が加わ
ったシステムであり、これによって診断すべき患部の情
報を、正確、鮮明な画像として提供できることから、医
療現場に多大な貢献をもたらしている。今日では、診断
の一環として、その人体内部の２次平面画像はいうに及
ばず、３次元画像をも簡単に提供しうるにまで至ってい
る。このような画像診断技術の発達によって、いまや、
血管や臓器についても、その３次元画像情報を得ること
も、技術的に可能となり、各種文献等に報告されてお
り、特許情報においてもこれを反映している。

【０００３】すなわち、特に医用に特化した３次元画像
処理に関するものだけでも多岐にわたる提言がなされて
いる。例えば、特開平８−１６７０４７号公報には、
「３次元画像表示装置」と題する発明が記載されてい
る。この発明は、（Ｘ、Ｙ、Ｚ）３次元座標軸によって
表示される医用３次元画像表示装置を前提従来技術とし
て、その欠点をひと形画像に基づいて補完しようという
ものである。すなわち、この従来技術は、（Ｘ、Ｙ、
Ｚ）の３次元座標軸の表示によりその画像が３次元画像
であるとの情報を与えてはいるものの、それがどの視線
方向からの画像であるかの正確な情報を認識し得るには
難のあるものであったところ、前示座標軸表示に代え
て、ひと形画像を表示し、これによってその画像が人体
のどの視線方向から見たものであるのかを特定しやすく
しようというものである。そのため、予め疑似人体像と
しての３次元のひと形画像のデータを記憶させたひと形
画像メモリーを設け、表示する医用３次元画像の視線方
向を決定すると、この方向からの３次元ひと形画像を前
記ひと形画像メモリに記憶させた３次元画像データから
作成し、３次元医用画像とともに表示画面上に該人形画
像を合成表示し、これによって、該医用画像がどの方向
から見た画像であるのかを容易に認識することができる
ようにしている。

【０００４】また、特表平２００１−５０４３７８号公
報には、２次元的に複数回走査された人体内目的物のイ
メージを３次元的に再構成し、異なる傾斜角度で複数の
２次元的イメージデータ・スライスを生じさせる方法及
び装置が相当ページを割き、実に詳細にわたって開示さ
れている。しかしながら、これら先行技術は、あくまで
も画像処理技術にとどまるに過ぎず、すなわち、診断に
必要な画像を得るためのものに過ぎず、この画像情報か
らさらに人体の内部器官の模型作製に利用しようという
ところまでには至っていないし、その開示もない。

【０００５】一方、介入的放射線医学の進歩により、例
えば血管の疾患治療において、外科的手術によらず経皮
によって血管内へカテーテルその他の微細な器具を挿入
する手法を基礎として、狭窄血管のバルーンによる拡張
やステントの挿入よる拡張、動脈瘤内へのコイルの挿入
による動脈瘤の塞栓、動脈瘤奇形の塞栓術等が盛んに行
われている。これらの治療や手術の成功のためには、術
前に病的血管の大きさや形状、血流などを把握すること
が重要であるが、現時点では３次元情報も画像モニタや
写真による視線方向を変化させた２次元画像で検討して
いるのみであり、得られた情報の３次元情報を最大限に
は活用していない。

【０００６】また、患者個人に病状や術後の回復状態を
伝える際、実際にその患者本人の透明または半透明の柔
軟性ある血管や臓器の模型を用いて血流状況などを視覚
的に提示できれば、患者の理解が容易に効果的に得られ
やすい。また、このような模型は、これを残しておくこ
とによって医学の発展に資するものであり、特に事例研
究として残しておくべき場合は、医学の発展に大いに寄
与するものである。すなわち、これによって、血管や臓
器に関する学生教育、社会人教育、正常及び病的血管、
臓器における血流解析、治療用器具及び機材の開発等に
も広く利用でき、その有用性は高い。もちろん、人工心
臓、人工肺、人工腎臓等の人工臓器なるものは既に存在
し、実用に供されてはいるが、これらは何れも、実際の
臓器類とはかけ離れた形態のものであり、前示目的、す
なわち、診断や、教育、啓蒙活動等に使用することはで
きない。仮に、前示目的のために特定個人の３次元模型
を作製しようとすると、高度な医学知識と、造形技術と
を併せ持つ熟練者に依存するしかなく、多くの作製工数
とコストを要し、研究用を目的とする以外は無理があ
り、実際的ではない。また、作製し得る模型について
も、限られた種類の形態のものに限られる、という問題
があった。

【０００７】近年では、医療現場からの要請に基づき、
３次元画像データに基づいて医療向け３次元模型を作製
する試みに関し、国内外の医療機関から相次いで提案さ
れ、報告がなされている。しかしながら、これらの提案
は、その対象とする模型は、何れも顔面領域を構成する
骨に係わる部位を対象とするものに限られている。その
理由は、これらの骨に関する画像情報がＸ線画像診断装
置により、簡単に得られ、かつ比較的簡単に画像処理し
うることによると思われる。また、従前の経験に基づく
蓄積があること等からも比較的造形しやすい部所である
ことも理由の一つに挙げられる。すなわち、慶應義塾大
学病院矯正外科においては頭蓋顎顔面領域を対象とした
模型、東北大学歯学部歯科矯正学講座や北海道大学歯学
部歯学科及び愛知学院大学歯学部においては下顎骨を対
象とした模型、そしてスイスチユーリツヒ大学医学部脳
外科においては頭顎骨を対象とした模型が提案ないしは
報告されている。

【０００８】しかしながら、その詳細については模型の
材質として特定のものを使用すること以外は不明であ
る。すなわち、これらの先行技術における模型は、何れ
も光硬化性樹脂を用いたものである。この樹脂を用いた
理由は定かではないが、いずれにしてもこの樹脂は、現
状では、高価なうえ、脆性があるため、この樹脂で作製
された模型は、硬化後の加工が難しく、術前のシュミレ
ーションでの切断やインプラントの検討には不向きであ
るなどの点に加えて、実際の医療現場での使用には問題
がある。加えて、以上の先行技術において提案された模
型は、具体的にどのような手段、プロセスによって行わ
れているのかその製作方法の詳細については、明らかに
されておらず、そして何よりも画像診断装置により個々
人を対象とした模型の製作法であるかは不明であり、一
つの医療技術向上のための可能性を検討する実験的域を
出るものではないと思料される。言い換えれば、個々人
を対象として行う診断医療行為の一環として位置づけら
れる実操業的ねらいは極めて薄いものと思料される。

【０００９】一方、特許情報には、例えば、特開平１１
−２４２４２７号公報には、「超音波医学実習用人体模
型」が提案されている。その開示された人体模型は、こ
の人体模型に超音波を当て、その超音波画像の色調によ
って内臓模型の診断実習を行うためのものであり、各臓
器は、臓器ごとに特有の色調を具現しうるよう、各臓器
にそれぞれ特定の硬化性樹脂配合物を調製して、所定の
臓器の形状に成形・硬化し、これを人体模型の腹部模型
の所定位置に収容することによって作製される。この
人体模型は、それ自体が内臓の超音波診断の模擬実習の
ためのものであることから、医学実習に極めて有効なも
のではあるが、その臓器模型の作製工程は、成型法によ
るとしか言及がない。すなわち、そこには、患者個々人
に特有な画像情報に基づき臓器模型を得るといった考え
はなく、ましてや医用３次元画像情報装置によって、臓
器模型を製作するのに使用するといったことはどこにも
開示がないし、示唆するところもない。

【００１０】

【発明が解決しようとしている課題】本発明者は、以上
の従来技術水準を考慮しつつ、血管や内臓等の器官を始
め、その余の器官等についても、これらを対象とした医
用３次元模型の作製が、作製工数の点で、また、極めて
高度な技能を持った数少ない熟練者に依存せざるを得な
いという事情から、コストがかかり、問題が多すぎ、到
底個々人の諸器官等の医用３次元模型を簡単に提供しう
る状況にはない、という現状に鑑み、これを打破し、個
々人の血管や内臓器官等の医用３次元模型を簡単に提供
できれば、それ自体極めて意義があり、医学の発展に大
いに寄与すると考えた。そのため、これを解決する手段
につき鋭意研究した結果、既に医療現場に供されている
３次元医用画像処理技術を使い、この技術と、３次元精
密造形技術とを結び付けることによって解決を図ること
を思いついた。

【００１１】

【課題を解決するための手段】すなわち、前示従来技術
を背景技術、前提技術として考慮しつつ、本発明者は、
鋭意研究した結果、前示課題を以下に記載する技術的構
成を講じることによって解決、達成したものである。（１）医用画像診断装置で撮影された患者個々人の断層
画像データに基づいて作製されてなる個別対応型医用３
次元模型。なお、本発明においていう個別態様型医用３
次元模型は、先行技術に示された頭蓋顎、下顎、頭顎等
の顔面領域の骨構造部位を対象としたものではなく、個
々人の血管、内臓器官及び顔面領域以外の骨構造体等を
対象とした個別対応型医用３次元模型をいうものである
ことは、前記したとおりである。（２）前記個別対応型医用３次元模型が医用画像診断装
置で撮影された患者個々人の断層画像データを基礎にし
て作成された３次元画像データに基づき、造形用断層画
像データを得、このデータを造形装置に入力することに
よって、造形加工されてなる前記（１）項に記載の個別
対応型医用３次元模型。（３）前記個別対応型医用３次元模型の対象とする器官
が、血管及び臓器であることを特徴とする前記（１）又
は（２）項に記載の個別対応型医用３次元模型。（４）前記個別対応型医用３次元模型の対象とする器官
が、柔軟性のある透明又は半透明のポリマーーよりな
り、医療実習、医療実験が可能なように模型の対象とし
た器官と同じ構造に構成されてなることを特徴とする前
記（１）乃至（３）項のいずれか１項に記載の個別対応
型医用３次元模型。

【００１２】（５）前記個別対応型医用３次元模型の作
製方法において、医用画像診断装置によって患者個々人の所定間隔の連
続的断層画像データを得、得られた前記所定間隔の連続的断層画像データから、
対象器官の目的とする部位の所定間隔の連続的断層画像
データのみを抽出し、抽出された部位の所定間隔の連続的画像データを３次
元画像処理手段に入力し、該部位の３次元画像データを
得、得られた部位の３次元画像データを、模型作製に適切
な間隔及び傾斜角度でスライスして該部位の造形用断層
画像データを作成し、前記造形用断層画像データを、粉体材料を積層して精
密粉体模型（鋳型）を作成する粉体積層型ＲＰ（Rapid
Prototiping）造形装置に入力し、入力した部位の３次
元画像データに基づいて粉体材料を積層して前記部位の
精密粉体模型（鋳型）を作成するとともに、得られた精
密粉体模型の表面に柔軟性のある透明又は半透明のポリ
マーを膜状あるいは層状に付着させ、得られた前記柔軟性のある透明又は半透明のポリマー
薄膜で包まれた精密粉体模型の部分を粉砕し、除去し、
所定厚みの透明又は半透明のポリマー層からなる模型を
回収する、以上のプロセスからなることを特徴とする個
別対応型医用３次元模型の作製方法。

【００１３】（６）該精密粉体模型の表面に柔軟性のあ
る透明又は半透明のポリマーを膜状又は層状に付着させ
る手段が、該精密粉体模型をポリマーの溶液に浸漬し、
その後乾燥することによって行われる前記（５）項に記
載の個別対応型医用３次元模型の作製方法。（７）該精密粉体模型の表面に柔軟性のある透明又は半
透明のポリマーを膜状に又は層状に付着させる手段が、
該精密粉体模型の表面にポリマー溶液をスプレーなどに
よって噴霧、塗布することによって行われる前記（５）
項に記載の個別対応型医用３次元模型の作製方法。（８）前記個別対応型医用３次元模型作製方法におい
て、複数の医療現場等をコンピュータネットワークで結
び、パスワードによって互いに必要なデータを入力し、
交換し、データ処理し得るようにした、ネットワークを
通じて個別対応型医用３次元模型を作製し得るようにし
たことを特徴とする前記（５）乃至（７）項の何れか１
項に記載の個別対応型医用３次元模型の作製方法。

【００１４】（９）前記個別対応型医用３次元模型の作
製装置であって、医用画像診断装置によって得られる患者個々人の断層
画像データから、対象器官の目的とする部位の断層画像
データのみを抽出する画像処理手段と、抽出された断層画像データから、該部位の３次元画像
データを生成する画像処理手段と、生成された３次元画像を模型作製に適切な間隔及び傾
斜角度でスライスして該部位の造形用断層画像データを
作成する手段と、前記造形用断層画像データに基づいて粉体材料を積層
して前記部位の精密粉体模型（鋳型）を作製する粉体積
層型ＲＰ（Rapid Prototiping）造形装置と、前記精密粉体模型の表面に柔軟性のある透明又は半透
明のポリマーを膜状又は層状に付着させる手段と、得られた前記柔軟性のある透明又は半透明のポリマー
膜又はポリマー層で包まれた精密粉体模型の部分を粉砕
し、除去し、所定厚みの透明又は半透明のポリマー層か
らなる模型を回収する手段を備えてなることを特徴とし
た個別対応型医用３次元模型作製装置。（１０）前記個別対応型医用３次元模型作製装置が、複
数の医療現場においてコンピューターネットワークで結
ばれ、パスワードによって互いに必要データを入力し、
交換し、データ処理しうるようにした、ネットワークを
通じて個別対応型医用３次元模型を作成しうるようにし
たことを特徴とする前記（９）項に記載の個別対応型医
用３次元模型作製装置。

【００１５】なお、本発明において、前記（５）項の
乃至の事項、そして、（９）項の乃至の事項は、
いずれも各事項それ自体は、医用画像表示システムにお
いて、通常の事項である。また、粉体材料を積層して精
密粉体模型（鋳型）を作成する粉体積層型ＲＰ（Rapid
Prototiping）造形装置自体は、既に市販されており、
当業者において容易に入手でき、公知である。当然のこ
とながら、この造形装置は、各種機械部品を作るための
粉体造形装置であり、そのために供されるものであるこ
とから、この装置を使用して機械部品を作ることは既に
実施されているものではあるが、専ら３次元医用模型を
作るための鋳型を作るのに供するためのものでは決して
なく、かかる使用態様は、本発明において、新規な使用
態様を提供したものと確信する。いずれにしても、本発
明は、前示各従来技術を前提技術とするとともに、この
従来技術を組み合わせることによって、個別対応型医用
３次元模型を作製、提供しようという特有なねらいを達
成しようというものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を以下実施例
の図によって説明するが、これはあくまでも一つの態様
である実施例を開示するものであり、本発明を限定する
趣旨ではない。すなわち、発明のねらいに対し、これ
を達成する手段として、技術的に代替しうる手段であれ
ば、これを適宜変更することは、本発明を妨げるもので
はなく、当然本発明に含まれるものであることはいうま
でもない。図１は本発明作製方法により作製した腹部大
動脈の精密粉体模型（鋳型）、図２は図１の精密粉体模
型（鋳型）の表面にシリコン膜を形成した後中の鋳型を
取り除いて作製した膜性中空型血管の３次元模型、図３
は本発明の実施例としての血管の３次元模型作製工程
図、図４は粉体積層ＲＰ（Rapid Prototiping）造形装
置の動作プロセスを示す図である。

【００１７】本発明による個別対応型３次元模型模型の
作製工程を、図３に実施例として示した血管の３次元模
型作製工程図を使って説明する。なお、前記模型の作製
工程は、次の二つの工程に大別される。模型作製に必要なデータの収集とその画像処理工程模型作製工程

【００１８】まず人体内部の各器官の中、血管模型の作
製に必要なデータの収集とその画像処理工程について説
明する。医療現場のＸ線ＣＴ撮影装置、ＭＲＩ撮影装
置、回転血管撮影装置等の医療画像診断装置による患者
の血管の断層撮影は、患者の血管内に造影剤を投与して
行う。この造影剤の投与によって、血管内腔は人体の他
の部分に比べてＸ線ＣＴ撮影装置や回転血管撮影装置で
はＸ線の吸収値が高くなり、ＭＲＩ撮影装置では信号強
度が高くなる。ただし、骨と比べるとやや低いか、ある
いは同程度のＸ線吸収値ないし、ＭＲＩ信号強度とな
る。この各診断装置における現象上の差異を利用して、
これら医療画像診断装置の断層画像データから血管の断
層画像データのみを特定し、その画像情報を得ることが
できる。

【００１９】すなわち、Ｘ線ＣＴ撮影装置では、骨が最
も高いＸ線吸収値を示すので、ある程度以上のＸ線吸収
値をもつ部分をまずコンピュータ上で除去し、残った断
層画像データの中で最も高いＸ線吸収値を示す部分の画
像データを取り出すようにコンピュータ画像処理を行っ
て血管内腔の断層画像を得る。

【００２０】また、回転血管撮影装置では血管内腔の形
状のみを取り出すために、造影剤投与前後で撮影を行
い、コンピュータ上で投与前のＸ線吸収値から投与後の
Ｘ線吸収値を引き算することによって、造影剤投与によ
ってＸ線吸収値が上昇した部分、つまり血管内腔の断層
画像データを得ている。すなわち、回転血管撮影装置で
は、血管内腔のＸ線吸収値が骨組織より高くなるので造
影剤投与前の断層画像データと投与後の断層画像データ
とのＸ線吸収値の差を求めることによって、造影剤投与
前後でＸ線吸収値が変化しない骨組織等の画像データ
は、自ずと除去され、造影剤投与によってＸ線吸収値が
上昇した部分、つまり血管内腔の断層画像データのみを
得ることができる。

【００２１】そしてまた、ＭＲＩ撮影装置では、造影剤
投与後の信号強度が骨組織の信号強度と同程度となるの
で、上記回転血管撮影装置と同様、造影剤投与前の断層
画像データと投与後の断層画像データとの信号強度の差
を求めることによって、造影剤投与前後で信号強度に変
化のない骨組織等の画像データが除去され、造影剤投与
によって信号強度が上昇した部分、つまり血管内腔の断
層画像データのみを得ることもできる。

【００２２】以上は、各画像診断装置によって血管を特
定するプロセスについて記載したが、これらの特定方法
は、今日では何れも医学常識として確立しているところ
であり、血管以外の内臓器官の特定プロセスについて
も、既に医学常識として確立していることは同様であ
る。なお、画像診断装置とこれを使用した特定器官の特
定とその画像を得る手段、手法は、上記例にはとどまら
ない。本発明は、かかる手段自体を本旨とするものでは
なく、いずれの特定方法、手段でも有効であり、使用す
ることができることはいうまでもない。

【００２３】このようにして抽出された特定器官の断層
画像データから血管の３次元画像データを生成する。な
おこの際、患者へのＸ線被爆量の考慮等から、通常の形
状の滑らかさを持つ模型を作製するのに必要とされる間
隔の断層画像データが得られない場合がある。このよう
な場合には、得られている断層画像データから各種のデ
ータ補完技術を使用して不足する画像データを作成する
こともできる。また、生成された前記特定器官の３次元
画像データは、画像モニタ上に表示することもできる。
上記の手段・装置によって作成された前記特定器官の３
次元画像データを、模型作製に必要な間隔（例えば０．
１ｍｍ間隔）及び傾斜角度で層状に輪切りして造形用の
断層画像データを作成する。これらのデータの抽出や生
成等の処理は、すべてコンピュータの画像処理機能及び
画像処理装置を活用して行う。

【００２４】次に３次元模型作製工程について説明す
る。３次元模型の作製は、コンピュータで制御される積
層型ＲＰ（Rapid Purototiping）造形装置（米国Ｚコ
ーポレーション社製；Ｚ Corporation；20 NorthAven
ue Burlington MA 01803、USA）に前記造形用断層画
像データを入力することによって行われる。この積層型
ＲＰ造形装置の動作プロセスを図４に示す。図４（ａ）
に見られるように底面にピストン５、５’を備えた二つ
の筐体が隣設して設けられ、一方には粉体造形物の材料
となる澱粉又は石膏の粉体６が満たされ、他方は筐体上
縁から積層すべき一層分の厚みを持って底面がピストン
５’で支えられている。ここで粉体の満たされた筐体を
供給部１とし、他方を造形部２とする。この粉体積層Ｒ
Ｐ造形装置に造形用断層画像データが入力されると、同
装置のローラー３が回転しながら供給部１から造形部２
の方に移動し、供給部１の粉体６を造形部２に供給する
とともに図４（ｂ）に示すように一層分の厚さに平らに
引き延ばす。この際に生じた余分な粉体は排出口７から
排出される。

【００２５】次いで図４（ｃ）に示すようにプリンタヘ
ッド４が入力された造形用断層画像データの第１層目の
データに基づいて、造形部に平らに引き延ばされている
粉体６’上に接着剤を塗布していく。接着剤の塗布が完
了すると、図４（ｄ）に示すように供給部１のピストン
５が上昇し、造形部のピストン５が一層の厚さに相当す
る分下降する。この状態から図４（ａ）の造形部２への
第２層目の粉体供給と平坦化が行われ、その粉体６’層
の上に第２層目の接着剤が塗布され、ピストン５が上
昇、ピストン５’が下降する。この動作を必要回数繰り
返し行った後に造形部２に蓄積された粉体６’を取り出
すと、接着剤で接着されなかった粉体は崩れ、造形用断
層画像データに基づいて塗布された接着剤によって接着
された部分の粉体が造形物として残り、取り出されるこ
とになる。このようにして図１に示す血管の３次元精密
粉体模型が作製される。

【００２６】前記積層型ＲＰ造形装置で作製した図１の
血管の精密粉体模型をシリコーン樹脂ポリマー溶液に浸
して前記血管の精密粉体模型の表面に前記シリコーン樹
脂溶液を付着させた後溶液から引き上げて乾燥固化さ
せ、あるいは前記精密粉体模型にシリコーン樹脂ポリマ
ーなどの透明又は半透明ポリマー溶液をスプレーなどに
よって塗布した後乾燥固化させて、透明又は半透明で柔
軟性のあるシリコーン樹脂ポリマーの膜又はポリマー層
を前記精密粉体模型の表面に生成させる。前記透明又は
半透明で柔軟性のあるゴム状のシリコーン樹脂ポリマー
の膜又はポリマー層で包まれた血管の精密粉体模型の、
粉体成型物部分をもとの粉体へとハンマー等にて機械的
に粉砕し、除去して、図２に示すシリコーン樹脂ポリマ
ー膜又は該ポリマー層で作られた中空の３次元血管模型
を完成させる。ここで澱粉や石膏の粉体で精密粉体模型
を作製するのは、これをシリコーン樹脂ポリマー溶液に
つけてシリコーン樹脂ポリマー膜又該ポリマー層よりな
る中空３次元血管模型を作製する際、シリコーン樹脂ポ
リマー膜又該ポリマー層内に封じられた精密粉体模型の
粉体成型鋳型をもとの粉体へと粉砕し、除去しやすくす
るためである。

【００２７】ここでは、模型を形成する柔軟性のある透
明又は半透明材料として、シリコーン樹脂を挙げたが、
これは、あくまでも一つの例である。すなわち、柔軟性
があり、透明又は半透明で化学的に安定した材料であ
り、また、本発明の使用状況に対応して、取り扱い上安
全かつ安定であれば、他のポリマー又はコーポリマーを
使用することがができることはいうまでもない。そし
て、モノマーの溶液を使用し、精密粉体模型の表面に含
浸、塗布した後、ポリマーへと重合するプロセスによっ
て、作製することもできる。

【００２８】なお、本発明では特定器官の模型作製に３
次元画像データを用いるので、特定器官の内腔表面を表
面に転写した中実（中身がつまったもの）模型やシリコ
ーン膜又は層からなる中空模型ばかりでなく、透明又は
半透明のポリマー材料の魂の中に血管内腔を形成したも
のも作製できる。また、その大きさも実物大から縮小又
は拡大模型まで作製可能である。特定器官には、血管、
内臓器官が含まれることはいうまでもない。血管以外の
臓器についても該臓器の内形及び外形の３次元画像デー
タから臓器の外表面を転写した外形鋳型や、臓器部分を
中空体として包埋する鋳型を精密粉体模型により作製す
ることにより、臓器自体の３次元模型が作製できる。

【００２９】発明の実施の形態では、主に血管の模型の
作製方法について説明したが、これらの方法を実現する
手段・装置がＬＡＮ等のコンピュータネットワークで結
ばれ、画像処理やデータ伝送が迅速、かつ効果的に行え
る一体化された装置として運用されることも可能であ
る。すなわち、この血管及び臓器模型を必要とする医療
現場と、血管及び臓器模型の作製現場とは必ずしも同じ
である必要はなく、両現場をコンピューターネットワー
クで結ぶことによって、作製することもできる。さらに
は、必要とするデータを一元的に管理するデータバンク
構想によって、一層円滑、効率的に運用することもで
き、医療技術の地域格差を解消するのに大いに寄与する
ものと確信する。

【００３０】

【発明の効果】本発明により次のような効果が期待でき
る。（１）患者個々人の血管及び臓器の高精度な３次元模型
が、透明又は半透明のシコーンなど柔軟性を持つポリマ
ー材料で、短時間かつ安価に作製できるので、患者の血
流分析や治療法の選択に役立つ。（２）模型作製のための３次元データをＸ線ＣＴ撮影装
置、ＭＲＩ撮影装置、回転血管撮影装置の断層画像デー
タから得ているので、正常な血管及び臓器の３次元模型
のほか、動脈瘤など異常状態の血管及び臓器の３次元模
型も容易に作成でき、血流分析や治療法のシュミレーシ
ョン実験などによる治療技術の向上に役立つほか、医学
教育の分野で有効に利用できる。（３）３次元画像データを利用するため実物大から縮小
あるいは拡大模型も作製できる。（４）コンピュータネットワークで結ぶのに適してお
り、これにより遠隔地医療に貢献し、医療技術の地域格
差解消と技術の向上に貢献し、医学の発展に寄与すると
ころ大であると思料される。（５）本発明は、互いに技術分野の異なる技術を使用
し、技術を結びつけることにより実現、実施することが
できるもので、ここで特にそのために原理的に新規かつ
特殊な機械装置を開発する等の必要はなく、コスト面及
び技術開発面で有利であり、しかもその意義はこれまで
の現状を考えると、医学の進歩に与える影響は計り知れ
ないほど大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の作製方法により作製した腹部大動脈の
３次元精密粉体模型（鋳型）。

【図２】図１の３次元精密粉体模型の表面にシリコン膜
を形成した後、精密粉体模型鋳型を取り除いて作製した
中空の３次元血管模型。

【図３】本発明の実施例としての３次元血管模型作製工
程図。

【図４】粉体積層型ＲＰ（Rapid Prototiping）造形装
置の動作プロセスを示す図。

【記号の説明】

１：供給部２：造形部３：ローラー４：プリンターヘッド５，５’：ピストン６，６’：粉体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2C032 CA03 CA04 5B050 AA02 BA03 BA06 BA09 CA07 DA02 EA06 EA08 EA28 FA02 FA13 5B057 AA07 BA03 BA05 BA06 BA24 BA26 CA08 CA12 CA16 CB08 CB13 CB16 CC01 CE11 DB03 DB09 DC05 DC16 DC22 DC36

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】医用画像診断装置で撮影された患者個々人
の断層画像データに基づいて作製されてなる個別対応型
医用３次元模型。
【請求項２】前記個別対応型医用３次元模型が医用画像
診断装置で撮影された患者個々人の断層画像データを基
礎にして作成された３次元画像データに基づき、造形用
断層画像データを得、このデータを造形装置に入力する
ことによって、造形加工されてなる請求項１記載の個別
対応型医用３次元模型。
【請求項３】前記個別対応型医用３次元模型の対象とす
る器官が、血管及び臓器であることを特徴とする請求項
１又は２に記載の個別対応型医用３次元模型。
【請求項４】前記個別対応型医用３次元模型が、柔軟性
のある透明又は半透明のポリマーよりなり、医療実習、
医療実験が可能なように模型の対象とした器官と同じ構
造に構成されてなることを特徴とする請求項１乃至３の
何れか１項に記載の個別対応型医用３次元模型。
【請求項５】前記個別対応型医用３次元模型の作製方法
において、医用画像診断装置によって患者個々人の所定間隔の連
続的断層画像データを得、得られた前記所定間隔の連続的断層画像データから、
対象器官の目的とする部位の所定間隔の連続的断層画像
データのみを抽出し、抽出された部位の所定間隔の連続的断層画像データを
３次元画像処理手段に入力し、該部位の３次元画像デー
タを得、得られた部位の３次元画像データを、模型作製に適切
な間隔及び傾斜角度でスライスして該部位の造形用断層
画像データを作成し、前記造形用断層画像データを、粉体材料を積層して精
密粉体模型（鋳型）を作成する粉体積層型ＲＰ（Rapid
Prototiping）造形装置に入力し、入力した部位の３次
元画像データに基づいて粉体材料を積層して前記部位の
精密粉体模型（鋳型）を作成するとともに、得られた精
密粉体模型の表面に所定の肉厚となるまで柔軟性のある
透明又は半透明のポリマーを膜状又は層状に付着させ、得られた前記所定の肉厚の透明又は半透明のポリマー
で包まれた精密粉体模型の粉体模型部分を粉砕し、除去
し、所定厚みの透明又は半透明のポリマー層からなる模
型を回収する、以上のプロセスからなることを特徴とす
る個別対応型医用３次元模型の作製方法。
【請求項６】該精密粉体模型の表面に柔軟性のある透明
又は半透明のポリマーを膜状又は層状に付着させる手段
が、該精密粉体模型をポリマーの溶液に浸漬し、その後
乾燥することによって行われる請求項５に記載の個別対
応型医用３次元模型の作製方法。
【請求項７】該精密粉体模型の表面に柔軟性のある透明
又は半透明のポリマーを膜状又は層状に付着させる手段
が、該精密粉体模型の表面にポリマー溶液をスプレーな
どによって噴霧、塗布することによって行われる請求項
５に記載の個別対応型医用３次元模型の作製方法。
【請求項８】前記個別対応型医用３次元模型作製方法に
おいて、複数の医療現場等をコンピューターネットワー
クで結び、パスワードによって互いに必要なデータを入
力し、交換し、データ処理する、ネットワークを通じて
個別対応型医用３次元模型を作製し得るようにしたこと
を特徴とする請求項５乃至７の何れか１項に記載の個別
対応型医用３次元模型の作製方法。
【請求項９】前記個別対応型医用３次元模型の作製装置
であって、医用画像診断装置によって得られる患者個々人の断層
画像データから、対象器官の目的とする部位の断層画像
データのみを抽出する画像処理手段と、抽出された断層画像データから、該部位の３次元画像
データを生成する画像処理手段と、生成された３次元画像を模型作製に適切な間隔及び傾
斜角度でスライスして該部位の造形用断層画像データを
作成する手段と、前記造形用断層画像データに基づいて粉体材料を積層
して前記部位の精密粉体模型（鋳型）を作成する粉体積
層型ＲＰ（Rapid Prototiping）造形装置と、前記精密粉体模型の表面に柔軟性のある透明又は半透
明のポリマーを膜状又は層状に付着させる手段と、得られた前記柔軟性のある透明又は半透明のポリマー
膜又はポリマー層で包まれた精密粉体模型の部分を粉砕
し、除去し、所定厚みの透明又は半透明のポリマー層か
らなる模型を回収する手段とを備えていることを特徴と
した個別対応型医用３次元模型作製装置。
【請求項１０】前記個別対応型医用３次元模型作製装置
が、複数の医療現場においてコンピューターネットワー
クで結ばれ、パスワードによって互いに必要データを入
力し、交換し、データ処理し得るようにした、ネットワ
ークを通じて個別対応型医用３次元模型を作製し得るよ
うにしたことを特徴とする請求項９に記載の個別対応型
医用３次元模型作製装置。