JP2006113520A - Stress observing apparatus - Google Patents

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JP2006113520A JP2005013496A JP2005013496A JP2006113520A JP 2006113520 A JP2006113520 A JP 2006113520A JP 2005013496 A JP2005013496 A JP 2005013496A JP 2005013496 A JP2005013496 A JP 2005013496A JP 2006113520 A JP2006113520 A JP 2006113520A
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誠一 池田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a three-dimensional model capable of reproducing dynamic characteristics of body cavity portions such as a blood vessel. <P>SOLUTION: A membranous model having thereinside cavities reproducing body cavities, such as a blood vessel, formed on the basis of tomogram data of a test subject is buried in a base material with physical properties analogous to those of biotissue. As the base material, use is made of a flexible elastic material, such as silicone gel. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は応力観察装置に関する。更に詳しくは、被検体の血管などの体腔を再現した立体モデルの応力を観察する装置に関する。   The present invention relates to a stress observation apparatus. More particularly, the present invention relates to an apparatus for observing the stress of a three-dimensional model that reproduces a body cavity such as a blood vessel of a subject.

本発明者らは、被検体の血管などの体腔を再現したブロック状の立体モデルを提案している(非特許文献1)。この立体モデルは被検体の断層像データに基づき血管などの体腔モデルを積層造形し、該体腔モデルの周囲を立体モデル成形材料で囲繞して該立体モデル成形材料を硬化させ、その後体腔モデルを除去することにより得られる。
更に、膜状の立体モデル(非特許文献2)を提案している。
更には、本件発明に関連する文献として特許文献1〜特許文献5を参照されたい。
The present inventors have proposed a block-shaped three-dimensional model that reproduces a body cavity such as a blood vessel of a subject (Non-Patent Document 1). This three-dimensional model is formed by layering a body cavity model such as a blood vessel based on tomographic image data of the subject, surrounding the body cavity model with a three-dimensional model molding material, curing the three-dimensional model molding material, and then removing the body cavity model Can be obtained.
Furthermore, a film-like three-dimensional model (Non-Patent Document 2) is proposed.
Further, refer to Patent Documents 1 to 5 as documents related to the present invention.

特開2003−11237号公報JP 2003-11237 A 特開平11−73096号公報JP-A-11-73096 WO 03/096309 A1WO 03/096309 A1 特開平10−33253号公報JP-A-10-33253 特開平3−111726号公報Japanese Patent Laid-Open No. 3-111726 脳血管内腔を再現した手術試行用医療モデル、第20回ロボット学会学術講演会予稿集、2002.A medical model for surgical trials that reproduces the cerebral vascular lumen, Proceedings of the 20th Annual Conference of the Robotics Society of Japan, 2002. 脳血管内手術を対象とした生体情報に基づく手術シミュレータに関する研究、ロボティクス・メカトロニクス講演会予稿集、2003Research on surgical simulator based on biological information for intravascular surgery, Proceedings of Lecture Meeting on Robotics and Mechatronics, 2003

上記の各立体モデルによれば脳血管等の体腔の複雑かつ微妙な立体形状が正確に再現されるので、患部の確認やカテーテル挿入シミュレーション用として好適なものとなる。しかしながら、ブロック状の立体モデルでは、血管の膜状構造と血管周囲領域の構造が個別に再現されないためにモデル内部の血管形状は拘束されており、医療機器や流体の挿入シミュレーションに対して、手術時に認められるような血管の動的な変形を表現することはできない。
また、膜状立体モデルは保形性に劣るので、取り扱いが不便である。
なお、この明細書で、膜状立体モデルを「膜状モデル」、「中空部を有する観察対象」と表現することがある。
According to each of the above three-dimensional models, a complicated and delicate three-dimensional shape of a body cavity such as a cerebral blood vessel is accurately reproduced, which is suitable for confirmation of an affected area or a catheter insertion simulation. However, in the block-shaped three-dimensional model, the vascular shape inside the model is constrained because the vascular membrane structure and the structure around the vascular region are not reproduced individually. It cannot express the dynamic deformation of blood vessels that is sometimes recognized.
In addition, the membranous solid model is inconvenient because it is inferior in shape retention.
In this specification, the membranous three-dimensional model is sometimes expressed as “a membranous model” and “an observation object having a hollow portion”.

この発明の第1の局面は上記課題を解決すべくなされたものであり、その構成は、
血管などの体腔をその内部に再現する膜状モデルと、
該膜状モデルを囲繞する透光性の基材であって、弾性を有しかつ前記膜状モデルに対して密着性のある基材と、
を備えてなる立体モデル。
1st aspect of this invention was made | formed to solve the said subject, The structure is
A membranous model that reproduces body cavities such as blood vessels inside,
A translucent base material surrounding the membranous model, having elasticity and adhesiveness to the membranous model;
A three-dimensional model comprising

このように構成された立体モデルによれば、生体血管の有する膜状構造と血管周囲の軟組織の構造が物理特性も含めて個別に再現される。これにより、血管等の柔軟性を有する膜状構造のモデルが、血管周囲組織の弾性特性を有する基材に埋設された状態となる。このため、医療器具や流体の挿入シミュレーションに際して、立体モデル内部の膜状構造の血管モデルが基材内で生体内における血管と同様に柔軟に変形することができ、生体血管の変形特性を再現するのに好適なものとなる。   According to the three-dimensional model configured as described above, the membrane structure of the biological blood vessel and the structure of the soft tissue around the blood vessel are individually reproduced including physical characteristics. As a result, a model of a film-like structure having flexibility such as a blood vessel is embedded in the base material having the elastic characteristics of the tissue surrounding the blood vessel. For this reason, in a medical instrument or fluid insertion simulation, a blood vessel model having a film-like structure inside a three-dimensional model can be flexibly deformed in the same manner as a blood vessel in a living body, and the deformation characteristics of a living blood vessel are reproduced. It becomes a suitable thing.

以下、発明の各構成要素を詳細に説明する。
(膜状モデル)
膜状モデルは次のようにして形成される。
被検体は人体の全体若しくは一部を対象とするが、動物や植物を断層撮影の対象とすることができる。また、死体を除くものではない。
断層像データは積層造形を実行するための基礎となるデータをいう。一般的に、X線CT装置、MRI装置、超音波装置などによって得られた断層撮影データから三次元形状データを構築し、当該三次元形状データを二次元に分解して断層像データとする。
以下、断層像データ生成の一例を説明する。
Hereinafter, each component of the invention will be described in detail.
(Membrane model)
The membranous model is formed as follows.
The subject is the whole or part of the human body, but animals and plants can be the target of tomography. It does not exclude corpses.
The tomographic image data refers to data that is the basis for executing additive manufacturing. In general, three-dimensional shape data is constructed from tomographic data obtained by an X-ray CT apparatus, an MRI apparatus, an ultrasonic apparatus, etc., and the three-dimensional shape data is decomposed into two-dimensional data to obtain tomographic image data.
Hereinafter, an example of tomographic image data generation will be described.

ここでは、体軸方向に平行移動しながら等間隔に撮影することによって得られた複数の二次元画像を入力データ(断層撮影データ)として使用する場合について説明するが、他の撮影方法によって得られた二次元画像、或いは三次元画像を入力画像とする場合でも同様な処理を行うことによって腔所の三次元形状データを得ることができる。入力された各二次元画像は、まず撮影時の撮影間隔に基づいて正確に積層される。次に、各二次元画像上に、画像濃度値に関しての閾値を指定することにより、体腔モデルの対象とする腔所領域のみを各二次元画像中より抽出し、一方で他の領域を積層された二次元画像中より削除する。これにより腔所領域に相当する部分の三次元形状が二次元画像を積層した形で与えられ、この各二次元画像の輪郭線を三次元的に補間し、三次元曲面として再構成することにより対象とする腔所の三次元形状データが生成される。尚、この場合は濃度値に関しての閾値を指定することによって、まず入力画像中より腔所領域の抽出を行ったが、この方法とは別に、腔所表面を与える特定濃度値を指定することによって入力画像中より腔所表面の抽出し、三次元補間することによって直接的に三次元曲面を生成することも可能である。また、閾値指定による領域抽出(或いは特定濃度値指定による表面抽出)を行った後に入力画像の積層を行ってもよい。また、三次元曲面の生成はポリゴン近似によって行ってもよい。   Here, a case will be described in which a plurality of two-dimensional images obtained by imaging at equal intervals while being translated in the body axis direction are used as input data (tomographic data), but obtained by other imaging methods. Even when a two-dimensional image or a three-dimensional image is used as an input image, three-dimensional shape data of the cavity can be obtained by performing the same processing. Each input two-dimensional image is first accurately stacked based on the shooting interval at the time of shooting. Next, by specifying a threshold for the image density value on each two-dimensional image, only the cavity region that is the target of the body cavity model is extracted from each two-dimensional image, while other regions are stacked. Delete from the two-dimensional image. As a result, the three-dimensional shape of the portion corresponding to the cavity region is given in the form of a stack of two-dimensional images, and the contour line of each two-dimensional image is interpolated three-dimensionally and reconstructed as a three-dimensional curved surface. Three-dimensional shape data of the target cavity is generated. In this case, the cavity region is first extracted from the input image by designating a threshold value for the density value, but separately from this method, by specifying a specific density value that gives the cavity surface. It is also possible to directly generate a three-dimensional curved surface by extracting the cavity surface from the input image and performing three-dimensional interpolation. Further, the input images may be stacked after performing region extraction by specifying a threshold value (or surface extraction by specifying a specific density value). The generation of the three-dimensional curved surface may be performed by polygon approximation.

尚、前記三次元形状データには、該三次元形状データの生成中、或いは生成後において、形状の修正や変更を施すことが可能である。例えば、断層撮影データ中には存在しない構造を付加することや、サポートと呼ばれる支持構造を付加することや、或いは断層撮影データ中の構造を一部除去することや、腔所の形状を変更することなどが可能であり、これによって、立体モデルの内部に形成される腔所の形状を自由に修正或いは変更することができる。さらには、腔所の内部に非積層造形領域を設けることも可能であり、後に説明する内部を中空の構造とし、非積層造形領域を設けた体腔モデルを作製する場合には、そのような非積層造形領域を腔所の内部に設けた三次元形状データを生成しておく。尚、これらの処理は、積層造形システム、或いは積層造形システムに対応したソフトウェアにおいて行ってもよい。   The three-dimensional shape data can be modified or changed during or after the generation of the three-dimensional shape data. For example, adding a structure that does not exist in the tomographic data, adding a support structure called a support, removing a part of the structure in the tomographic data, or changing the shape of the cavity Thus, the shape of the cavity formed inside the three-dimensional model can be freely modified or changed. Furthermore, it is also possible to provide a non-layered modeling region inside the cavity, and in the case where a body cavity model having a non-layered modeling region provided with a non-layered modeling region is explained, Three-dimensional shape data in which the layered modeling region is provided inside the cavity is generated. In addition, you may perform these processes in the additive manufacturing system or the software corresponding to an additive manufacturing system.

次に、生成した腔所の三次元形状データを、必要に応じて体腔モデルの積層造形に使用する積層造形システムに対応した形式に変換し、使用する積層造形システム、或いは使用する積層造形システムに対応したソフトウェアへと送る。
積層造形システム(或いは積層造形システムに対応したソフトウェア)では、積層造形時の体腔モデルの配置や積層方向などの各種設定項目の設定を行うと同時に、積層造形中における形状保持などの目的で、サポート(支持構造)をサポートが必要な箇所に付加する(必要なければ付加する必要はない)。最後に、このようにして得られた造形用データを積層造形時の造形厚さに基づいてスライスすることによって、積層造形に直接利用されるスライスデータ(断層像データ)を生成する。尚、上記の手順とは逆に、スライスデータの生成を行った後にサポートの付加を行ってもよい。また、スライスデータが使用する積層造形システム(或いは積層造形システムに対応したソフトウェア)によって自動的に生成される場合には、この手順を省略することができる。但し、この場合でも積層造形厚さの設定を行っても良い。サポートの付加についても同様であり、積層造形システム(或いは積層造形システムに対応したソフトウェア)によってサポートが自動的に生成される場合には、手動で生成する必要はない(手動で生成してもよい)。
Next, the generated three-dimensional shape data of the cavity is converted into a format corresponding to the additive manufacturing system used for the additive manufacturing of the body cavity model as necessary, and used for the additive manufacturing system or the additive manufacturing system to be used. Send to compatible software.
The additive manufacturing system (or software that supports additive manufacturing systems) supports the setting of various setting items such as the placement of the body cavity model and the stacking direction during additive manufacturing as well as the purpose of maintaining the shape during additive manufacturing. (Support structure) is added to the place where support is required (if it is not necessary, it is not necessary to add it). Finally, slice data (tomographic image data) that is directly used for additive manufacturing is generated by slicing the modeling data obtained in this way based on the modeling thickness at the time of additive manufacturing. In contrast to the above procedure, support may be added after slice data is generated. Moreover, when the slice data is automatically generated by the additive manufacturing system (or software corresponding to the additive manufacturing system) used, this procedure can be omitted. However, even in this case, the layered modeling thickness may be set. The same applies to the addition of the support. When the support is automatically generated by the additive manufacturing system (or software corresponding to the additive manufacturing system), it is not necessary to generate the support manually (may be generated manually). ).

上記の例では、断層撮影データから三次元形状データを構築しているが、データとして最初から三次元形状データが与えられた場合もこれを二次元に分解して次の積層造形工程に用いる断層像データを得ることができる。   In the above example, the 3D shape data is constructed from the tomographic data. However, when the 3D shape data is given as the data from the beginning, it is decomposed into 2D and used in the next additive manufacturing process. Image data can be obtained.

この発明では血管などの体腔を対象としており、ここに体腔とは諸器官(骨格、筋、循環器、呼吸器、消化器、泌尿生殖器、内分泌器、神経、感覚器など)に存在する腔所、並びに、これらの諸器官や体壁などの幾何学的配置によって構成される腔所を指す。したがって、心臓の内腔、胃の内腔、腸の内腔、子宮の内腔、血管の内腔、尿管の内腔などの諸器官の内腔や、口腔、鼻腔、口峡、中耳腔、体腔、関節腔、囲心腔などが「体腔」に含まれる。   In this invention, a body cavity such as a blood vessel is targeted, and the body cavity is a cavity located in various organs (skeletal, muscle, circulatory, respiratory, digestive, urogenital, endocrine, nerve, sensory organs, etc.) And a cavity formed by a geometric arrangement of these organs and body walls. Therefore, the lumens of organs such as heart lumen, stomach lumen, intestinal lumen, uterine lumen, blood vessel lumen, ureter lumen, oral cavity, nasal cavity, strait, middle ear A cavity, a body cavity, a joint cavity, a pericardial cavity, and the like are included in the “body cavity”.

上記の断層像データから上記体腔を形成する。
形成の方法は特に限定されるものではないが、積層造形が好ましい。ここに積層造詣とは、断層像データに基づき薄い層を形成し、これを順次繰り返すことにより所望の造形を得ることをいう。即ち、被検体の断層像データに基づき、被検体の腔所領域を抽出して該腔所領域に相当する体腔モデルを積層造形する。
積層造形された体腔モデルは後の工程で分解除去されなければならない。除去を容易にするため、積層造形に用いる材料を低い融点の材料とするか、若しくは溶剤に容易に溶解する材料とすることが好ましい。かかる材料としては低融点の熱硬化性樹脂若しくはワックス等を用いることができる。いわゆる光造形法(積層造形に含まれる)において汎用される光硬化性樹脂においてもその分解が容易であれば、これを用いることができる。
The body cavity is formed from the tomographic image data.
Although the formation method is not particularly limited, layered modeling is preferable. Here, the layered structure means that a thin layer is formed based on the tomographic image data, and this is sequentially repeated to obtain a desired shape. That is, based on the tomographic image data of the subject, the cavity region of the subject is extracted and a body cavity model corresponding to the cavity region is layered.
The layered body cavity model must be decomposed and removed in a later process. In order to facilitate the removal, it is preferable that the material used for additive manufacturing is a material having a low melting point or a material that is easily dissolved in a solvent. As such a material, a low-melting-point thermosetting resin or wax can be used. A photo-curable resin widely used in so-called stereolithography (included in layered modeling) can be used if it can be easily decomposed.

前記体腔モデルは、次の工程において膜状モデル成形材料で囲繞する際に外部から付加される圧力等の外力に耐え得る強度を有する範囲であれば、その内部を中空構造とし薄肉化することができる。これによって、積層造形に所要される時間や造形に伴うコストが低減されるだけでなく、後の溶出行程において体腔モデルの溶出を簡素化できる。
具体的な積層造形の方式として、例えば粉末焼結方式、溶融樹脂噴出方式、溶融樹脂押出方式等を挙げることができる。
If the body cavity model has a strength that can withstand external force such as pressure applied from the outside when surrounded by the membrane model molding material in the next step, the inside of the body cavity model can be thinned with a hollow structure. it can. This not only reduces the time required for layered modeling and the cost associated with modeling, but also simplifies elution of the body cavity model in the subsequent elution process.
Specific examples of the additive manufacturing method include a powder sintering method, a molten resin ejection method, a molten resin extrusion method, and the like.

尚、積層造形によって作製された体腔モデルには、積層造形の後に、表面研磨や、表面コーティングの付加など各種の加工(除去加工及び付加加工)を加えることが可能であり、これによって体腔モデルの形状を修正或いは変更することが可能である。これらの加工の一環として、体腔モデルの作製にあたって、積層造形後の除去が必要なサポートを付加した場合には、サポートの除去を行っておく。
体腔モデルの表面を他の材料でコーティングすることにより、体腔モデルの材料の一部の成分又は全部の成分が膜状モデル成形材料中に拡散することを防止することができる。その他、体腔モデルの表面を物理的に処理(熱処理、高周波処理等)、若しくは化学的に処理することにより、当該拡散を防止することもできる。
The body cavity model created by additive manufacturing can be subjected to various processes (removal processing and additional processing) such as surface polishing and surface coating after additive manufacturing, which allows the body cavity model to be It is possible to modify or change the shape. As a part of these processes, when a support that needs to be removed after the layered modeling is added in the production of the body cavity model, the support is removed.
By coating the surface of the body cavity model with another material, it is possible to prevent some or all of the components of the body cavity model material from diffusing into the membranous model molding material. In addition, the diffusion can be prevented by physically treating the surface of the body cavity model (heat treatment, high frequency treatment, etc.) or chemically treating the surface.

表面処理することにより体腔モデルの表面の段差を円滑化することが好ましい。これにより、膜状モデルの内腔表面が円滑になり、より実際の血管等の体腔内表面を再現できることとなる。表面処理の方法として、体腔モデルの表面を溶剤に接触させること、加熱して表面を溶融すること、コーティングすること及びこれらを併用することが挙げられる。   It is preferable to smooth the level difference on the surface of the body cavity model by surface treatment. Thereby, the surface of the lumen of the membranous model becomes smooth, and the surface of the body cavity such as an actual blood vessel can be reproduced. Examples of the surface treatment include contacting the surface of the body cavity model with a solvent, heating to melt the surface, coating, and using these in combination.

体腔モデルの一部又は全部を膜状モデル成形材料で薄く囲繞してこれを重合若しくは加硫等により硬化する。体腔モデルを除去することにより膜状モデルが形成される。   A part or all of the body cavity model is thinly surrounded by a film-shaped model molding material, and this is cured by polymerization or vulcanization. A membranous model is formed by removing the body cavity model.

膜状モデル成形材料は当該モデルの用途に応じて適宜選択される。例えば、シリコーンゴム(シリコーンエラストマー)や熱硬化性のポリウレタンエラストマー等のエラストマーの他、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、不飽和ポリエステル、フェノール樹脂、ユリア樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリメタクリル酸メチル等の熱可塑性樹脂を単独で、或いは複数組み合わせて使用することができる。これらの材料を塗布、吹き付け、若しくはディッピング等の方法で体腔モデルの表面へ薄く積層し、その後周知の方法で加硫若しくは硬化させる。
膜状モデルの対象を脳血管モデルとするときには、透明でかつ生体組織に近い弾力性及び柔軟性を備える材料を採用することが好ましい。かかる材料としてシリコーンゴムを挙げることができる。また、シリコーンゴムは生体組織と同等の接触特性を有するので、カテーテル等の医療器具を挿入し手術の試行に適したものとなる。ウレタン樹脂やウレタンエラストマーも好適に使用できる。
膜状モデル形成材料を複数層から形成することができる。その厚みも任意に設定できる。
The membranous model molding material is appropriately selected according to the use of the model. For example, in addition to elastomers such as silicone rubber (silicone elastomer) and thermosetting polyurethane elastomer, thermosetting resins such as silicone resin, epoxy resin, polyurethane, unsaturated polyester, phenolic resin, urea resin, and polymethyl methacrylate These thermoplastic resins can be used alone or in combination. These materials are thinly laminated on the surface of the body cavity model by a method such as application, spraying, or dipping, and then vulcanized or cured by a known method.
When the target of the membranous model is a cerebral blood vessel model, it is preferable to employ a material that is transparent and has elasticity and flexibility close to a living tissue. An example of such a material is silicone rubber. In addition, since silicone rubber has contact characteristics equivalent to those of living tissue, a medical instrument such as a catheter is inserted to be suitable for a trial of surgery. Urethane resins and urethane elastomers can also be suitably used.
The membranous model forming material can be formed from a plurality of layers. The thickness can also be set arbitrarily.

(基材)
基材は透光性材料製として膜状モデルの変形を観察可能とする。
基材は弾性を有するものとする。好ましくは、縦弾性係数が2.0kPa〜100kPaの低弾性とする。更に好ましくは、基材は充分な伸びを有する。これにより、膜状モデルが大きく変形しても、膜状モデルから基材が剥離することがない。例えば、無負荷時を1として、膜状モデルに対する接着性を確保した状態で引っ張ったときに基材は無付加時の2〜15倍の伸び率を有することが好ましい。ここで伸び率とは、基材が元に戻ることの出来る最大変形量を指す。また、荷重を加えて変形させた基材から荷重を除去したときに基材が元に戻る速度は比較的緩やかであることが好ましい。例えば、粘弾性パラメータである損失係数tanδ(1Hz時)は0.2〜2.0とすることができる。
これにより、血管等の周囲に存在する組織と同等若しくは近い特性を基材が持ち、膜状モデルの変形がより実際に近い環境で行われることとなる。即ち、カテーテル等の挿入感をリアルに再現可能となる。
基材は膜状モデルに対して密着性を有するものとする。これにより、膜状モデルへカテーテル等を挿入して膜状モデルを変形させも基材と膜状モデルとの間にズレの生じることがない。両者の間にズレが生じると、膜状モデルにかかる応力に変化が生じるので、例えばカテーテルの挿入シミュレーションをする場合に支障をきたし、その挿入時に違和感を生じるおそれがある。
膜状モデルとして脳血管モデルを対象としたとき、基材と膜状モデルとの密着性(接着強度)は1kPa〜20kPaとすることが好ましい。
かかる基材として実施例ではシリコーンゲル及びグリセリンゲルを用いているが、その材質が特に限定されるものではない。なお、ケーシングに気密性を確保できれば高粘度の液体を基材として用いることもできる。これは特に、弾性を有さない生体組織に囲まれる血管を再現した膜状モデルに対する基材として好適である。これら複数種類の流動体を混合し、さらにはこれらへ接着性の薬剤を混合することにより、好適な基材を調製することもできる。
基材の材料としてゲルを用いた場合、物理特性の異なる複数の材料を用いて基材をより生体組織に近づけることができる。
膜状モデルの動的な挙動を観察するため、基材は透光性とすることが好ましい。膜状モデルと基材との境界を明確にするため、膜状モデル若しくは基材の少なくとも一方を着色することができる。また、膜状モデルの動的挙動をより正確に観察できるように、膜状モデルの材料の屈折率と基材の材料の屈折率とを実質的に等しくすることが好ましい。
膜状モデルの全部が当該基材内に埋設される必要はない。即ち、膜状モデル一部は空隙部内に位置していてもよい(図8参照)。また、膜状モデルの一部はソリッド基材(生体組織と非類似の物理特性を有する)内又は流体内にあってもよい。
(Base material)
The base material is made of a translucent material, so that the deformation of the film model can be observed.
A base material shall have elasticity. Preferably, the elastic modulus is low elasticity of 2.0 kPa to 100 kPa. More preferably, the substrate has sufficient elongation. Thereby, even if a membranous model changes greatly, a substrate does not peel from a membranous model. For example, when no load is set to 1, it is preferable that the substrate has an elongation ratio of 2 to 15 times that when no addition is applied when the substrate is pulled in a state in which adhesion to the film model is ensured. Here, the elongation percentage refers to the maximum amount of deformation that the base material can return to. In addition, it is preferable that the speed at which the base material is restored when the load is removed from the base material deformed by applying a load is relatively moderate. For example, the loss coefficient tan δ (at 1 Hz), which is a viscoelastic parameter, can be set to 0.2 to 2.0.
As a result, the base material has characteristics similar to or close to those of the tissue existing around the blood vessel or the like, and the deformation of the membranous model is performed in an environment that is closer to reality. That is, the insertion feeling of a catheter or the like can be realistically reproduced.
A base material shall have adhesiveness with respect to a membranous model. Thereby, even if a catheter or the like is inserted into the membranous model and the membranous model is deformed, no deviation occurs between the base material and the membranous model. If there is a difference between the two, the stress applied to the membranous model will change, which may hinder, for example, a catheter insertion simulation, and may cause discomfort during the insertion.
When a cerebral blood vessel model is targeted as a membranous model, the adhesion (adhesive strength) between the substrate and the membranous model is preferably 1 kPa to 20 kPa.
In this embodiment, silicone gel and glycerin gel are used as the base material, but the material is not particularly limited. In addition, if a casing can ensure airtightness, a highly viscous liquid can also be used as a base material. This is particularly suitable as a base material for a membranous model that reproduces a blood vessel surrounded by a living tissue having no elasticity. A suitable base material can also be prepared by mixing these plural kinds of fluids and further mixing an adhesive agent thereto.
When gel is used as the material of the base material, the base material can be brought closer to a living tissue by using a plurality of materials having different physical properties.
In order to observe the dynamic behavior of the membranous model, the base material is preferably translucent. In order to clarify the boundary between the membranous model and the substrate, at least one of the membranous model and the substrate can be colored. Further, it is preferable that the refractive index of the material of the film model and the refractive index of the material of the base material are substantially equal so that the dynamic behavior of the film model can be observed more accurately.
The entire membranous model need not be embedded in the substrate. That is, a part of the membranous model may be located in the gap (see FIG. 8). Further, a part of the membranous model may be in a solid substrate (having dissimilar physical properties to living tissue) or in a fluid.

(ケーシング)
ケーシングは基材を収容するものであり任意の形状をとることができる。膜状モデルの動的挙動を観察できるように全体若しくはその一部が透光性材料で形成される。かかるケーシングは透光性の合成樹脂(アクリル板等)やガラス板で形成することができる。
ケーシングには膜状モデルの腔所に連通する穴が空けられている。この穴からカテーテルを挿入することができる。
立体モデルは全体として透光性であることが好ましい。カテーテルの挿入状態を観察する点からいえば、少なくともその膜状モデルの内部が視認できればよい。
ケーシングと膜状モデルとの間には充分な距離を設ける。これにより、弾性を有する基材に充分なマージン(厚さ)が確保され、カテーテル挿入等により膜状モデルへ外力がかけられたときその外力に応じて膜状モデルは自由に変形できることとなる。なお、このマージンは立体モデルの対象、用途等に応じて任意に選択できるものであるが、例えば膜状モデルの膜厚の10倍〜100倍以上とすることが好ましい。
(casing)
A casing accommodates a base material and can take arbitrary shapes. The whole or a part thereof is formed of a translucent material so that the dynamic behavior of the membranous model can be observed. Such a casing can be formed of a light-transmitting synthetic resin (such as an acrylic plate) or a glass plate.
The casing has a hole communicating with the cavity of the membranous model. A catheter can be inserted through this hole.
The three-dimensional model is preferably translucent as a whole. From the viewpoint of observing the insertion state of the catheter, it is sufficient that at least the inside of the membranous model can be visually recognized.
Provide a sufficient distance between the casing and the membranous model. As a result, a sufficient margin (thickness) is secured for the elastic base material, and when an external force is applied to the membranous model by insertion of a catheter or the like, the membranous model can be freely deformed according to the external force. This margin can be arbitrarily selected according to the object, application, etc. of the three-dimensional model, but is preferably set to 10 to 100 times or more the film thickness of the membranous model, for example.

(立体モデルの製造方法)
体腔モデルを膜状モデルで被覆した状態の中子をケーシング中にセットし、該ケーシングへ基材材料を注入し、ゲル化する。その後、体腔モデルを除去すると膜状モデルが基材中に残された状態となる。
(Method for manufacturing a three-dimensional model)
The core in a state where the body cavity model is covered with the membranous model is set in the casing, and the base material is injected into the casing for gelation. Thereafter, when the body cavity model is removed, the membranous model remains in the base material.

或いは、基材材料の注入に先んじて体腔モデルを除去し、膜状モデルを得た後に、該膜状モデルをケーシング内にセットし、その後、該ケーシング内に基材材料を注入し、これをゲル化させることによっても、膜状モデルが基材中に埋没された状態を実現することができる。   Alternatively, the body cavity model is removed prior to the injection of the base material, and after obtaining the membranous model, the membranous model is set in the casing, and then the base material is injected into the casing. The state in which the membranous model is buried in the substrate can also be realized by gelling.

体腔モデルの除去の方法は体腔モデルの造形材料に応じて適宜選択され、立体モデルの他の材料に影響の出ない限り、特に限定されない。体腔モデルを除去する方法として、(a) 加熱により溶融する加熱溶融法、(b) 溶剤により溶解する溶剤溶解法、(c) 加熱による溶融と溶剤による溶解とを併用するハイブリッド法等を採用することができる。これらの方法により体腔モデルを選択的に流動化し、立体モデルの外部へ溶出してこれを除去する。   The method of removing the body cavity model is appropriately selected according to the modeling material of the body cavity model, and is not particularly limited as long as other materials of the three-dimensional model are not affected. As a method for removing the body cavity model, (a) a heat melting method that melts by heating, (b) a solvent dissolution method that dissolves by a solvent, (c) a hybrid method that combines melting by heating and dissolution by a solvent, etc. be able to. By these methods, the body cavity model is selectively fluidized and eluted out of the three-dimensional model to remove it.

(拡散除去工程)
体腔モデルの材料の成分の一部が膜状モデルの内部へと拡散し、膜状モデルに曇りが生じて、その視認性が低下するおそれがある。この曇りを除去するため、体腔モデルを除去した後に試料を再度加熱することが好ましい。この加熱は体腔モデル除去の途中で実行することもできる。
(Diffusion removal process)
Some of the components of the material of the body cavity model may diffuse into the membranous model, causing the membranous model to become cloudy and reducing its visibility. In order to remove this fogging, it is preferable to reheat the sample after removing the body cavity model. This heating can also be performed during the removal of the body cavity model.

この発明の立体モデルは、また、次のようにして形成することもできる。
体腔モデルを中子としてゲル状の基材へ埋設し、当該体腔モデルを除去する。これにより、基材中に体腔を再現した腔所が形成される。その後、腔所の周壁へ膜状モデルの形成材料を付着させ重合若しくは加硫等により硬化する。膜状モデル形成材料を基材の腔所へ流すこと、若しくは基材を膜状モデル形成材料にディッピングすることにより、膜状モデル形成材料を基材の体腔周壁へ付着させることができる。
The three-dimensional model of the present invention can also be formed as follows.
The body cavity model is embedded as a core in a gel-like base material, and the body cavity model is removed. Thereby, the cavity which reproduced the body cavity in the base material is formed. Thereafter, a film-form model forming material is attached to the peripheral wall of the cavity and cured by polymerization or vulcanization. By flowing the membranous model forming material into the cavity of the base material, or by dipping the base material into the membranous model forming material, the membranous model forming material can be attached to the peripheral wall of the body cavity of the base material.

また、当該腔所の周壁へ膜状モデル形成材料を付着する代わりに当該腔所の周壁を親水化処理することができる。これにより、立体モデルの腔所へ水若しくは水溶液を充填したとき周壁に水膜が形成され、カテーテルの挿入抵抗が緩和される。即ち、この水膜が膜状モデルに対応することとなる。
当該腔所の周壁を疎水化処理(親油化処理)した場合も同様に、腔所へ油を充填したとき周壁に油膜が形成され、カテーテルの挿入抵抗が緩和される。即ち、この油膜が膜状モデルに対応する。
Further, the peripheral wall of the cavity can be hydrophilized instead of attaching the membranous model forming material to the peripheral wall of the cavity. Thereby, when water or an aqueous solution is filled in the cavity of the three-dimensional model, a water film is formed on the peripheral wall, and the insertion resistance of the catheter is alleviated. That is, this water film corresponds to the membranous model.
Similarly, when the peripheral wall of the cavity is subjected to a hydrophobic treatment (lipophilic treatment), when the cavity is filled with oil, an oil film is formed on the peripheral wall and the insertion resistance of the catheter is reduced. That is, this oil film corresponds to a film model.

腔所の周壁は周知の方法で親水化若しくは疎水化される。例えば基材としてシリコーンゲルを採用した場合、界面活性剤等の極性基を有する膜を当該周壁に形成することによりその腔所の周壁を親水化することができる。同様に、オイルやワックス等の油性膜を腔所の周壁に形成することによりその腔所の周壁を疎水化することができる。   The peripheral wall of the cavity is made hydrophilic or hydrophobic by a known method. For example, when silicone gel is employed as the substrate, the peripheral wall of the cavity can be hydrophilized by forming a film having a polar group such as a surfactant on the peripheral wall. Similarly, by forming an oily film such as oil or wax on the peripheral wall of the cavity, the peripheral wall of the cavity can be hydrophobized.

本発明者らは膜状モデルの内部応力が光弾性効果により観察可能であることを見出した。即ち、本発明の他の局面によれば、既述の第1の局面の立体モデルにおいて、前記膜状モデルは透光性材料からなり、これに外力が加えられたときその厚さ方向には実質的に内部応力が発生せず、その表面に沿う方向に第1の内部応力が発生し、
前記基材は実質的に内部応力を生じない材料からなり、
光弾性効果の観察に用いられる。
The present inventors have found that the internal stress of the membranous model can be observed by the photoelastic effect. That is, according to another aspect of the present invention, in the three-dimensional model of the first aspect described above, the membranous model is made of a light-transmitting material, and when an external force is applied to the model, The internal stress is not substantially generated, and the first internal stress is generated in the direction along the surface,
The substrate is made of a material that does not substantially generate internal stress,
Used for observation of photoelastic effect.

このように構成された立体モデルによれば、膜状モデルが三次元的な形状であっても、そこで生じる光弾性効果が専ら第1の内部応力(膜状モデルの周壁の表面に沿った方向の応力)に起因するものとなり、観察された光弾性効果(光の波長)から当該周壁における応力を特定することができる。
かかる応力観察装置は、その観察対象を膜状モデル(体腔を再現した腔所を有する透光性のモデル)としたとき、その腔所の周囲領域の物理特性を観察することに有効である。即ち、カテーテルや液体の挿入シミュレーションにおいて膜状モデルの周壁に応力がかかったとき、光弾性効果が生じてその応力状態を観察することができる。これにより、カテーテルや液体を血管等の体腔へ挿入したときの生体組織に与える影響をシミュレートすることができる。
According to the three-dimensional model configured as described above, even if the membranous model has a three-dimensional shape, the photoelastic effect generated there is exclusively the first internal stress (the direction along the surface of the peripheral wall of the membranous model). The stress on the peripheral wall can be specified from the observed photoelastic effect (wavelength of light).
This stress observation apparatus is effective for observing the physical characteristics of the surrounding area of the cavity when the observation target is a membranous model (a translucent model having a cavity that reproduces a body cavity). That is, when stress is applied to the peripheral wall of the membranous model in a catheter or liquid insertion simulation, a photoelastic effect is generated and the stress state can be observed. Thereby, it is possible to simulate the influence on the living tissue when a catheter or liquid is inserted into a body cavity such as a blood vessel.

上記において、周壁は弾性材料からなる薄膜として、これに外力が掛かったときその厚さ方向には拘束されず、その表面に沿う方向にのみ強制変位が生じるようにする。これにより、周壁に生じる応力が第1の内部応力のみとなり、光弾性効果から膜状周壁の応力を特定可能となる。勿論、光弾性効果を得るために周壁は透光性を有する。
周壁の厚さは、上記の特性が維持できれば、特に限定されるものではないが、本発明者らの検討によれば、0.1〜5.0mmとすることが好ましい。更に好ましくは0.1〜1.0mmである。
また、周壁に厚さ方向の応力を生じさせないためには、当該周壁はその厚さ方向から物理的な規制がない状態とする。具体的には、周壁の外側はゲル、流体(水等)の容易に変形可能な基材に直接、若しくは空間を介して、接しており、周壁がその厚さ方向へ変形したときに基材から実質的な抵抗を受けないものとする。周壁へ物理的な抵抗を与えないためには、基材には所定のマージン(厚さ)が必要となる。この基材は容易に変形するため、当該所定のマージンを確保するためにはその周囲がケーシングで囲繞されることとなる。また、周壁の成形材料と基材の成形材料との間には高い密着性のあることが好ましい。両者の間にすべりが生じると摩擦抵抗が生じて不規則な内部抵抗の生じるおそれがあるからである。かかる周壁の形成材料としてウレタン樹脂又はウレタンエラストマーを、基材の形成材料としてシリコーンゲルを挙げることができる。
また、基材から光弾性効果が生じると、周壁の光弾性効果のノイズとなるので好ましくない。よって、基材はゲルや流体(水等)のような実質的に内部応力を生じさせない材料とすることが好ましい。
なお、周壁の内側、即ち中空部には、光弾性効果の観察時に任意のものを挿入可能である。例えば、膜状モデルの場合、カテーテルや液体を挿入可能である。
In the above description, the peripheral wall is a thin film made of an elastic material. When an external force is applied to the peripheral wall, the peripheral wall is not constrained in the thickness direction, and forced displacement occurs only in the direction along the surface. Thereby, the stress generated in the peripheral wall is only the first internal stress, and the stress of the film-shaped peripheral wall can be specified from the photoelastic effect. Of course, the peripheral wall has translucency in order to obtain a photoelastic effect.
The thickness of the peripheral wall is not particularly limited as long as the above characteristics can be maintained. However, according to the study by the present inventors, it is preferably 0.1 to 5.0 mm. More preferably, it is 0.1-1.0 mm.
Moreover, in order not to generate stress in the thickness direction on the peripheral wall, the peripheral wall is not physically restricted from the thickness direction. Specifically, the outside of the peripheral wall is in contact with the easily deformable base material of gel or fluid (water, etc.) directly or through a space, and the base material is deformed in the thickness direction. Shall not receive substantial resistance. In order not to give physical resistance to the peripheral wall, the substrate needs a predetermined margin (thickness). Since the base material is easily deformed, the periphery thereof is surrounded by a casing in order to secure the predetermined margin. Moreover, it is preferable that there is high adhesion between the molding material for the peripheral wall and the molding material for the base material. This is because if a slip occurs between the two, frictional resistance is generated, and irregular internal resistance may occur. Examples of the material for forming the peripheral wall include urethane resin or urethane elastomer, and examples of the material for forming the base material include silicone gel.
In addition, if a photoelastic effect is generated from the substrate, it is not preferable because noise of the photoelastic effect of the peripheral wall is generated. Therefore, the base material is preferably made of a material that does not substantially generate internal stress such as gel or fluid (water or the like).
An arbitrary object can be inserted into the inside of the peripheral wall, that is, the hollow portion when observing the photoelastic effect. For example, in the case of a membranous model, a catheter or a liquid can be inserted.

中空部の周壁は実質的に同一の厚さの円環状断面に形成されることが好ましい。これにより、周壁をどの方向から観察しても同じ光弾性効果(光の波長)を得ることができる。また、周壁において第1の内部応力に関係する材料の幅が一定となるので、応力を容易に特定可能となる。   The peripheral wall of the hollow portion is preferably formed in an annular cross section having substantially the same thickness. Thereby, the same photoelastic effect (wavelength of light) can be obtained no matter what direction the peripheral wall is observed. In addition, since the width of the material related to the first internal stress is constant in the peripheral wall, the stress can be easily specified.

膜状モデルの応力状態を光弾性により観察するには、膜状モデルにおいて少なくとも応力状態の観察が必要な部位を等方性材料で形成する。膜状モデルは透光性を有するものとする。
かかる光弾性を有する材料として、例えば、シリコーンゴム(シリコーンエラストマー)や熱硬化性のポリウレタンエラストマー等のエラストマーの他、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、不飽和ポリエステル、フェノール樹脂、ユリア樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリメタクリル酸メチル等の熱可塑性樹脂を単独で、或いは複数組み合わせて使用することができる。
カテーテルや液体を膜状モデルの腔所へ挿入したとき、当該周壁における応力状態が光弾性効果として観察されるためには、少なくとも当該周壁が弾性変形可能な材料で形成される必要がある。勿論、膜状モデルを全体的に弾性変形可能な材料で形成することができる。
かかる膜状モデルの形成材料として、カテーテル等の挿入にともなって変形しやすく(即ち、縦弾性係数が小さく)、かつ僅かな変形でも大きな光弾性効果の変化を観察できる(即ち、光弾性係数が大きい)材料が好ましい。かかる材料としてポリウレタンエラストマーを挙げることができる。また、ゼラチン(植物性かんてん)、植物性かんてん、カラギーナン、ローカストビーンガムのような多糖類のゲル化剤を採用することもできる。
基材は内部応力を生じさせない材料から形成される。生体組織を再現するためには適当な弾性と膜状モデルに対する密着性が要求される。
膜状モデルと基材との最も好ましい組合せは膜状モデルをポリウレタンエラストマーで形成し、基材としてシリコーンゲルを採用する。
In order to observe the stress state of the membranous model by photoelasticity, at least a portion where the stress state needs to be observed is formed of an isotropic material in the membranous model. The membranous model is assumed to be translucent.
Examples of such photoelastic materials include thermosetting of silicone resins, epoxy resins, polyurethanes, unsaturated polyesters, phenol resins, urea resins, etc., in addition to elastomers such as silicone rubber (silicone elastomer) and thermosetting polyurethane elastomers. A thermoplastic resin such as polymethyl methacrylate can be used singly or in combination.
When a catheter or liquid is inserted into a cavity of the membranous model, at least the peripheral wall needs to be formed of an elastically deformable material so that the stress state on the peripheral wall can be observed as a photoelastic effect. Of course, the membranous model can be formed of a material that is elastically deformable as a whole.
As a material for forming such a membranous model, it is easy to deform with insertion of a catheter or the like (that is, the longitudinal elastic modulus is small), and a large change in photoelastic effect can be observed even with slight deformation (that is, the photoelastic coefficient is Large) material is preferred. An example of such a material is a polyurethane elastomer. In addition, a polysaccharide gelling agent such as gelatin (vegetable orange), vegetable orange, carrageenan, locust bean gum may be employed.
The substrate is formed from a material that does not cause internal stress. In order to reproduce a living tissue, appropriate elasticity and adhesion to a membranous model are required.
The most preferable combination of the membranous model and the base material is that the membranous model is formed of a polyurethane elastomer and a silicone gel is adopted as the base material.

(光弾性効果)
光弾性効果とは、透光性材料において内部応力が生じると、一時的に複屈折性をおび、最大主応力と最小主応力の方向で屈折率が異なるため、入射光が2つの平面偏光に分かれて進むことをいう。当該2つの波の位相差により干渉縞が生じ、この干渉縞を観察することにより透光性材料の内部応力の状態を知ることができる。
この光弾性効果を生じさせるには、図1に示すように、光源からの光を第1の偏光板(偏光フィルタ)に通して偏光させ、立体モデルにこの直線偏光を通す。立体モデルにおいて内部応力が生じていると内部応力に強さに応じて複屈折が生じ、最大主応力(acosφsinωt)と最小主応力(acosφsin(ωt−A))が生成する。これらの光は速度が異なるため位相差を生じ、第2の偏光板(偏光フィルタ)を通して観察すると、干渉縞が現れる。なお、この第2の偏光板の偏光方向は第1の偏光板の変更方向と実質的に直交している。
一対の偏光板に間に立体モデルを介在させ、立体モデルを透過する光に生じる光弾性効果を観察する方法として、直交ニコル法、平行ニコル法、鋭敏色法等が知られている。また、偏光板と立体モデルとの間に1/4偏光板を介在させることにより光弾性効果を検出する方法として、円偏光法やセナルモン法等が知られている。
(Photoelastic effect)
The photoelastic effect means that when an internal stress occurs in a translucent material, it temporarily has birefringence, and the refractive index differs in the direction of the maximum principal stress and the minimum principal stress. It means to proceed in a divided manner. An interference fringe is generated by the phase difference between the two waves, and the state of the internal stress of the translucent material can be known by observing the interference fringe.
In order to generate this photoelastic effect, as shown in FIG. 1, light from a light source is polarized through a first polarizing plate (polarizing filter), and this linearly polarized light is passed through a three-dimensional model. If an internal stress is generated in the three-dimensional model, birefringence occurs according to the strength of the internal stress, and a maximum main stress (acosφsinωt) and a minimum main stress (acosφsin (ωt−A)) are generated. Since these lights have different speeds, a phase difference is generated, and interference fringes appear when observed through the second polarizing plate (polarizing filter). The polarization direction of the second polarizing plate is substantially perpendicular to the changing direction of the first polarizing plate.
As a method for observing the photoelastic effect generated in light transmitted through the three-dimensional model by interposing a three-dimensional model between a pair of polarizing plates, an orthogonal Nicol method, a parallel Nicol method, a sensitive color method, and the like are known. Further, as a method for detecting the photoelastic effect by interposing a quarter polarizing plate between the polarizing plate and the three-dimensional model, a circular polarization method, a senalmon method, and the like are known.

この発明では、図2Bに示すように、観察対象100が中空部101を有し、該中空部101の周囲領域103が光弾性効果を有する弾性材料で薄膜状(膜厚:0.1〜5.0mm)に形成されている。周囲領域103はゲル等の透光性の基材105に囲繞されている。基材105は変形容易であり、光弾性効果を実質的に奏しない。また、基材105に充分な厚み(マージンを)を確保することにより周囲領域103の変形に対して無抵抗となる。かかる基材105の厚さはその材質により任意に選択されるものであるが、周囲領域103の厚さの10倍以上、好ましくは100倍以上とすることが好ましい。かかる肉厚の基材105は型崩れし易いので、透光性のケース107で覆うことが好ましい。ケース107の形状は任意である。   In this invention, as shown in FIG. 2B, the observation object 100 has a hollow portion 101, and the peripheral region 103 of the hollow portion 101 is made of an elastic material having a photoelastic effect (thickness: 0.1 to 5). 0.0 mm). The surrounding region 103 is surrounded by a translucent substrate 105 such as gel. The base material 105 is easily deformable and does not substantially exhibit a photoelastic effect. In addition, by ensuring a sufficient thickness (margin) in the base material 105, resistance to deformation of the surrounding region 103 is eliminated. The thickness of the base material 105 is arbitrarily selected depending on the material, but it is preferably 10 times or more, preferably 100 times or more the thickness of the surrounding region 103. Since the thick base material 105 is easily deformed, it is preferable to cover it with a translucent case 107. The shape of the case 107 is arbitrary.

図2Bの観察対象100において、図中矢印で示すように外力(カテーテルに対応)が加えられたとき周囲領域103が変形する。このとき、変形部には周囲領域103の厚さ方向の内部応力σ3が殆ど生じない。これは、外力に対して基材から105からの反発力が実質的に無いからである。従って、変形部には実質的に周囲領域103の表面に沿う方向の内部応力σp(第1の内部応力)のみが生じることとなる。   In the observation target 100 of FIG. 2B, when an external force (corresponding to a catheter) is applied as indicated by an arrow in the drawing, the surrounding region 103 is deformed. At this time, the internal stress σ3 in the thickness direction of the surrounding region 103 hardly occurs in the deformed portion. This is because there is substantially no repulsive force from the substrate 105 to the external force. Therefore, only the internal stress σp (first internal stress) in the direction substantially along the surface of the surrounding region 103 is generated in the deformed portion.

かかる観察対象100に偏光を透過すると、第1の内部応力σpに起因する光弾性効果が生じて、当該第1の内部応力σpの大きさに応じた波長光が観察される。   When polarized light is transmitted through the observation target 100, a photoelastic effect caused by the first internal stress σp is generated, and light having a wavelength corresponding to the magnitude of the first internal stress σp is observed.

本発明者らは、光弾性効果により入射光に生じた波長、換言すれば、観察された光の色変化を利用して、上記第1の内部応力σpを特定する方法について鋭意検討を重ねてきた結果、周囲領域103上の内部応力σpを、観察時において中空部101の輪郭領域に存在する部分(輪郭領域)と、観察時において中空部101の手前に存在する部分(前面領域)とに分けて、それぞれ異なる方法により特定できることを見出した。   The inventors of the present invention have made extensive studies on a method for identifying the first internal stress σp by utilizing the wavelength generated in the incident light due to the photoelastic effect, in other words, the color change of the observed light. As a result, the internal stress σp on the surrounding region 103 is divided into a portion (contour region) existing in the contour region of the hollow portion 101 at the time of observation and a portion (front region) existing in front of the hollow portion 101 at the time of observation. It was found that they could be identified by different methods.

(前記輪郭領域の応力観察方法)
周囲領域103の内、前記輪郭領域の観察時には、第1の内部応力σpの方向は、観察方向、即ち入射光の方向に平行となるため、周囲領域103の材料が内部応力σpの方向に広幅に存在することになる。この場合、前記輪郭領域に観察される第1の内部応力σpに起因する光弾性効果は、当該幅Wに存在する材料上の波長変化の総和となる。従って、図2Bに示すように、単位幅wを有する特定領域1031(単位領域)の波長変化は、観察された光弾性効果から得られた波長変化を幅Wで除すことにより得られる。
(Stress observation method of the contour region)
When observing the contour region in the surrounding region 103, the direction of the first internal stress σp is parallel to the observation direction, that is, the direction of incident light, so that the material of the surrounding region 103 is wide in the direction of the internal stress σp. Will exist. In this case, the photoelastic effect caused by the first internal stress σp observed in the contour region is the sum of wavelength changes on the material existing in the width W. Therefore, as shown in FIG. 2B, the wavelength change of the specific region 1031 (unit region) having the unit width w can be obtained by dividing the wavelength change obtained from the observed photoelastic effect by the width W.

ここに、周囲領域103が実質的に同一の厚さで円環状に形成されていれば、当該幅Wが固定されるので、観察された光弾性効果から、単位領域の波長変化を求めることができ、これによって前記輪郭領域の内部応力を容易に求めることができる。具体的には、周囲領域の内径又は外径に応じた換算表(観察光の波長(色)と単位領域の内部応力との関係を示す)を準備しておけば、観察された光弾性効果の光の波長(色)から単位領域に生じている内部応力を把握できる。
周囲領域103を表す三次元的なデータがあれば、当該データより周囲領域の幅Wを特定することもできる。
Here, if the peripheral region 103 is formed in an annular shape with substantially the same thickness, the width W is fixed, so that the wavelength change of the unit region can be obtained from the observed photoelastic effect. Thus, the internal stress of the contour region can be easily obtained. Specifically, if a conversion table (indicating the relationship between the wavelength (color) of observation light and the internal stress of the unit region) corresponding to the inner or outer diameter of the surrounding region is prepared, the observed photoelastic effect The internal stress generated in the unit region can be grasped from the wavelength (color) of the light.
If there is three-dimensional data representing the surrounding area 103, the width W of the surrounding area can be specified from the data.

次に膜状モデルの前記輪郭領域における内部応力の三次元的な解析方法について説明する。
図3は、この解析方法を説明するための模式図である。上記の内部応力σp(ベクトルもしくはテンソル)は、本発明の対象とする平面応力問題においては、その構成要素である内部主応力σ1とσ2により記述される。そして、それぞれの観察方向に応じて得られる膜状モデルの前記輪郭領域107上の各点108(即ち、膜状モデルの輪郭をなす周壁上の各点)について、観察方向、即ち偏光の入射方向に平行な接平面を仮定すると、この方法で求められる内部応力、即ち内部主応力σ1及びσ2は該接平面上の応力として定義され、当該接平面上で直行している。従って、これらの内部主応力σ1及びσ2はそれぞれ膜状モデルの表面に沿う方向にあり、この明細書で規定する第1の内部応力に相当する。なお、膜状モデルの厚さ方向の内部応力はこの発明の特性上無視できるものとする。
光弾性効果を生じさせる位相差Rは次の式で表される。
R=α(σ1cos2θ + σ2sin2θ)D
(但しDは偏光の通過長さである)

従って、観察される光弾性効果は上記の内部主応力σ1とσ2の影響が含まれたものとなる。
Next, a three-dimensional analysis method of internal stress in the contour region of the membranous model will be described.
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining this analysis method. The internal stress σp (vector or tensor) is described by the internal principal stresses σ1 and σ2 which are constituent elements in the plane stress problem of the present invention. Then, for each point 108 on the contour region 107 of the membranous model obtained in accordance with each observation direction (that is, each point on the peripheral wall defining the membranous model), the observation direction, that is, the incident direction of polarized light Assuming a tangential plane parallel to, the internal stresses obtained by this method, that is, the internal principal stresses σ1 and σ2 are defined as stresses on the tangential plane and are orthogonal to the tangential plane. Accordingly, these internal principal stresses σ1 and σ2 are in the direction along the surface of the film model, and correspond to the first internal stress defined in this specification. Note that the internal stress in the thickness direction of the membranous model is negligible due to the characteristics of the present invention.
The phase difference R that causes the photoelastic effect is expressed by the following equation.
R = α (σ1cos 2 θ + σ2sin 2 θ) D
(Where D is the length of polarized light passage)

Therefore, the observed photoelastic effect includes the influence of the internal principal stresses σ1 and σ2.

そこで本発明者らは、上記内部主応力σ1とσ2を独立して求めるべく鋭意検討を重ねてきた結果、下記の方程式を解くことにより内部主応力σ1とσ2の値を得られること見出した。

Figure 2006113520
上記式を解くに当たり、偏光を3つの異なる入射角度で入射し、そのときの偏光の通過長さをD1,D2、D3とする。観察された光弾性効果より位相差R1,R2及びR3を求める。なお、R2はθ=90度のときの位相差である。
上記式を解くことにより、内部主応力σ1及びσ2を独立かつ容易に求めることができる。 Accordingly, as a result of intensive studies to independently determine the internal principal stresses σ1 and σ2, the present inventors have found that the values of the internal principal stresses σ1 and σ2 can be obtained by solving the following equations.
Figure 2006113520
In solving the above equation, the polarized light is incident at three different incident angles, and the polarization passing lengths at that time are denoted by D1, D2, and D3. The phase differences R1, R2 and R3 are determined from the observed photoelastic effect. R2 is a phase difference when θ = 90 degrees.
By solving the above equation, the internal principal stresses σ1 and σ2 can be obtained independently and easily.

(前記前面領域の応力観察方法)
観察対象100の背後から偏光を投光し、観察対象100の手前にて光弾性効果の観測を行った場合に、前記前面領域に観測される波長(色)変化は、図2Aに示す空洞部101の背面に存在する膜(空洞背膜)上の光弾性効果と、該空洞部101の前面に存在する膜(空洞前膜)上の光弾性効果の総和となり、前記前面領域(即ち、空洞前膜)上における波長変化を独立して求めることはできない。
(Stress observation method for the front region)
When the polarized light is projected from behind the observation object 100 and the photoelastic effect is observed in front of the observation object 100, the wavelength (color) change observed in the front region is the cavity shown in FIG. 2A. The sum of the photoelastic effect on the film (cavity back membrane) existing on the back surface of 101 and the photoelastic effect on the film (cavity pre-film) existing on the front surface of the cavity 101 is the sum of the front region (ie, cavity) It is not possible to determine the wavelength change on the front film independently.

そこで本発明者らは、前記前面領域上の波長変化を独立して求めるべく鋭意検討を重ねてきた結果、次の方法により前記前面領域上の波長変化を得られること見出した。
即ち、この場合には、観測対象100の手前から偏光を投光し、前記空洞前膜を透過した光を、空洞部101の前面にて反射させ、再び該空洞前膜を透過して手前に戻ってきた光を、観察対象100の前面で観測することによって、前記前面領域上における波長変化を独立して求めることができ、
そのような空洞部101の前面における反射は、空洞部101の内部を反射率の高い液体、或いは反射率の高い材料を混入させた液体で満たすか、或いは、空洞部101の表面(少なくとも前面)に反射率の高い材料からなる層を形成することによって実現することができる。
Therefore, the present inventors have intensively studied to obtain the wavelength change on the front region independently, and as a result, found that the wavelength change on the front region can be obtained by the following method.
That is, in this case, the polarized light is projected from the front of the observation target 100, the light transmitted through the pre-cavity film is reflected on the front surface of the cavity 101, and is transmitted through the pre-cavity film again to the front. By observing the returned light in front of the observation object 100, the wavelength change on the front region can be obtained independently,
Such reflection at the front surface of the cavity 101 is such that the interior of the cavity 101 is filled with a highly reflective liquid or a liquid mixed with a highly reflective material, or the surface of the cavity 101 (at least the front surface). This can be realized by forming a layer made of a highly reflective material.

この場合、前記輪郭領域に観察される第1の内部応力σpに起因する光弾性効果は、前記空洞前膜の膜厚上の波長変化の総和の2倍となる。従って、当該膜厚内の単位幅w’に対する波長変化は、観察された光弾性効果から得られた波長変化を膜厚の2倍の幅W’で除すことにより得られる。 In this case, the photoelastic effect caused by the first internal stress σp observed in the contour region is twice the sum of the wavelength changes on the film thickness of the precavity film. Therefore, the wavelength change with respect to the unit width w ′ within the film thickness can be obtained by dividing the wavelength change obtained from the observed photoelastic effect by the width W ′ twice the film thickness.

より厳密には、前記前面領域は曲面をなすため、観察方向の膜厚は、曲面上の各点で異なるが、ここに、周囲領域103が実質的に同一の厚さで円環状に形成されていれば、当該幅W’の分布が固定されるので、観察された光弾性効果から、単位幅w’の波長変化を即座に求めることができ、これによって前記前面領域の内部応力を容易に求めることができる。具体的には、前記前面領域内の位置に応じた換算表(観察光の波長(色)と単位領域の内部応力との関係を示す)を準備しておけば、観察された光弾性効果の光の波長(色)から単位領域に生じている内部応力を把握できる。
周囲領域103を表す三次元的なデータがあれば、当該データより前記前面領域内の各点における幅W’を特定することもできる。
More precisely, since the front region has a curved surface, the film thickness in the observation direction differs at each point on the curved surface, but here the surrounding region 103 is formed in an annular shape with substantially the same thickness. If so, since the distribution of the width W ′ is fixed, it is possible to immediately determine the wavelength change of the unit width w ′ from the observed photoelastic effect, thereby easily reducing the internal stress in the front region. Can be sought. Specifically, if a conversion table corresponding to the position in the front region (indicating the relationship between the wavelength (color) of the observation light and the internal stress in the unit region) is prepared, the observed photoelastic effect can be obtained. The internal stress generated in the unit region can be grasped from the wavelength (color) of light.
If there is three-dimensional data representing the surrounding area 103, the width W ′ at each point in the front area can be specified from the data.

次に膜状モデルの前記前面領域における内部応力の三次元的な解析方法について説明する。
図23は、この解析方法を説明するための模式図である。それぞれの観察方向に応じて得られる膜状モデルの前記前面領域109上の各点110(即ち、膜状モデルの前面をなす周壁上の各点)について接平面を仮定すると、この方法で求められる内部主応力(内部応力σp(ベクトルもしくはテンソル)の構成要素)σ1及びσ2は該接平面上の応力として定義され、当該接平面上で直行している。従って、これらの内部主応力σ1及びσ2はそれぞれ膜状モデルの表面に沿う方向にあり、この明細書で規定する第1の内部応力に相当する。なお、膜状モデルの厚さ方向の内部応力はこの発明の特性上無視できるものとする。
Next, a three-dimensional analysis method of internal stress in the front region of the membranous model will be described.
FIG. 23 is a schematic diagram for explaining this analysis method. Assuming a tangential plane for each point 110 on the front surface region 109 of the film model obtained in accordance with each observation direction (that is, each point on the peripheral wall forming the front surface of the film model), this method is used. Internal principal stresses (constituent elements of internal stress σp (vector or tensor)) σ1 and σ2 are defined as stresses on the tangent plane and are orthogonal on the tangential plane. Accordingly, these internal principal stresses σ1 and σ2 are in the direction along the surface of the film model, and correspond to the first internal stress defined in this specification. Note that the internal stress in the thickness direction of the membranous model is negligible due to the characteristics of the present invention.

前記前面領域109は、空洞部101表面に存在するため曲面をなし、光弾性効果は当該曲面上に観察される。同曲面上の光弾性分布を、平面上に投影した場合、該平面状の各点における位相差Rは、次の式で表される。
R=α(σ1−σ2)D
(但しDは、各点における偏光の通過長さである)
従って、観察される光弾性効果は上記の内部主応力σ1とσ2の影響が含まれたものとなるが、この場合には、内部主応力σ1とσ2は観測方向に垂直な平面内にあるので、光弾性効果を検出するための偏光板の向きを調整することによって、一方を光学的に消去でき、内部主応力σ1とσ2の値を得ることができる。
The front region 109 has a curved surface because it exists on the surface of the cavity 101, and the photoelastic effect is observed on the curved surface. When the photoelastic distribution on the curved surface is projected onto a plane, the phase difference R at each point on the plane is expressed by the following equation.
R = α (σ1-σ2) D
(Where D is the length of polarization passing at each point)
Therefore, the observed photoelastic effect includes the influence of the internal principal stresses σ1 and σ2, but in this case, the internal principal stresses σ1 and σ2 are in a plane perpendicular to the observation direction. By adjusting the direction of the polarizing plate for detecting the photoelastic effect, one can be optically erased, and the values of the internal principal stresses σ1 and σ2 can be obtained.

この発明の他の局面について説明する。
中空部を有する観察対象であって、該中空部の周囲領域は透光性の弾性材料からなる薄膜状であって、前記周囲領域に外力が加えられたときその厚さ方向には実質的に内部応力が発生せず、その表面に沿う方向に第1の内部応力が発生する観察対象と、
該観察対象の周囲領域を通過する光に生じる光弾性効果を検出する手段と、
を備えてなり、前記光弾性効果は専ら前記第1の内部応力に起因するものである、ことを特徴とする被検体の応力観察装置。
Another aspect of the present invention will be described.
An observation object having a hollow portion, and a peripheral region of the hollow portion is a thin film formed of a light-transmitting elastic material, and when an external force is applied to the peripheral region, the thickness direction is substantially reduced. An observation object in which the first internal stress is generated in the direction along the surface without generating the internal stress,
Means for detecting a photoelastic effect generated in light passing through a surrounding region of the observation target;
And the photoelastic effect is caused solely by the first internal stress.

このように構成された応力観察装置によれば、中空部の周囲領域はこれが三次元的な形状であっても、そこで生じる光弾性効果が専ら第1の内部応力(周囲領域の表面に沿った方向の応力)に起因するものとなり、観察された光弾性効果(光の波長)から当該周囲領域における応力を特定することができる。
かかる応力観察装置は、その観察対象を立体モデル(体腔を再現した腔所を有する透光性のモデル)としたとき、その腔所の周囲領域の物理特性を観察することに有効である。即ち、カテーテルや液体の挿入シミュレーションにおいて立体モデルの腔所の周囲領域に応力がかかったとき、光弾性効果が生じてその応力状態を観察することができる。これにより、カテーテルや液体を血管等の体腔へ挿入したときの生体組織に与える影響をシミュレートすることができる。
According to the stress observation apparatus configured as described above, even if the surrounding region of the hollow portion has a three-dimensional shape, the photoelastic effect generated there is exclusively the first internal stress (along the surface of the surrounding region). The stress in the surrounding region can be specified from the observed photoelastic effect (wavelength of light).
This stress observation apparatus is effective for observing the physical characteristics of the surrounding area of the cavity when the observation target is a three-dimensional model (a translucent model having a cavity that reproduces a body cavity). That is, when stress is applied to the area around the cavity of the three-dimensional model in the catheter or liquid insertion simulation, a photoelastic effect is generated and the stress state can be observed. Thereby, it is possible to simulate the influence on the living tissue when a catheter or liquid is inserted into a body cavity such as a blood vessel.

上記において、周囲領域は弾性材料からなる薄膜として、これに外力が掛かったときその厚さ方向には拘束されず、その表面に沿う方向にのみ強制変位が生じるようにする。これにより、周囲領域に生じる応力が第1の内部応力のみとなり、光弾性効果から膜状周囲領域の応力を特定可能となる。勿論、光弾性効果を得るために周囲領域は透光性を有する。
周囲領域の厚さは、上記の特性が維持できれば、特に限定されるものではないが、本発明者らの検討によれば、0.1〜5.0mmとすることが好ましい。更に好ましくは0.1〜1.0mmである。
また、周囲領域に厚さ方向の応力を生じさせないためには、当該周囲領域はその厚さ方向から物理的な規制がない状態とする。具体的には、周囲領域の外側はゲル、流体(水等)の容易に変形可能な基材に直接、若しくは空間を介して、接しており、周囲領域がその厚さ方向へ変形したときに基材から実質的な抵抗を受けないものとする。周囲領域へ物理的な抵抗を与えないためには、基材には所定のマージン(厚さ)が必要となる。この基材は容易に変形するため、当該所定のマージンを確保するためにはその周囲がケーシングで囲繞されることとなる。また、周囲領域の成形材料と基材の成形材料との間には高い密着性のあることが好ましい。両者の間にすべりが生じると摩擦抵抗が生じて不規則な内部抵抗の生じるおそれがあるからである。かかる周囲領域の形成材料としてウレタン樹脂又はウレタンエラストマーを、基材の形成材料としてシリコーンゲルを挙げることができる。
また、基材から光弾性効果が生じると、周囲領域の光弾性効果のノイズとなるので好ましくない。よって、基材はゲルや流体(水等)のような実質的に内部応力を生じさせない材料とすることが好ましい。
なお、周囲領域の内側、即ち中空部には、光弾性効果の観察時に任意のものを挿入可能である。例えば、立体モデルの場合、カテーテルや液体を挿入可能である。
In the above, the surrounding region is a thin film made of an elastic material, and when an external force is applied to the thin film, the surrounding region is not restricted in the thickness direction but forced displacement occurs only in the direction along the surface. Thereby, the stress generated in the surrounding region is only the first internal stress, and the stress in the film-like surrounding region can be specified from the photoelastic effect. Of course, in order to obtain a photoelastic effect, the surrounding region has translucency.
The thickness of the surrounding region is not particularly limited as long as the above characteristics can be maintained. However, according to the study by the present inventors, it is preferably 0.1 to 5.0 mm. More preferably, it is 0.1-1.0 mm.
Further, in order not to generate stress in the thickness direction in the surrounding area, the surrounding area is not physically restricted from the thickness direction. Specifically, the outside of the surrounding area is in contact with a readily deformable substrate of gel, fluid (water, etc.) or through a space, and the surrounding area is deformed in the thickness direction. It shall not receive substantial resistance from the substrate. In order not to give physical resistance to the surrounding area, the substrate needs a predetermined margin (thickness). Since the base material is easily deformed, the periphery thereof is surrounded by a casing in order to secure the predetermined margin. Moreover, it is preferable that there is high adhesion between the molding material in the surrounding region and the molding material of the base material. This is because if a slip occurs between the two, frictional resistance is generated, and irregular internal resistance may occur. A urethane resin or urethane elastomer can be used as a material for forming the surrounding region, and a silicone gel can be used as a material for forming a base material.
Further, if a photoelastic effect is generated from the base material, it is not preferable because noise of the photoelastic effect in the surrounding area is generated. Therefore, the base material is preferably made of a material that does not substantially generate internal stress such as gel or fluid (water or the like).
An arbitrary object can be inserted into the inside of the surrounding area, that is, the hollow portion when observing the photoelastic effect. For example, in the case of a three-dimensional model, a catheter or liquid can be inserted.

中空部の周囲領域は実質的に同一の厚さの円環状断面に形成されることが好ましい。これにより、周囲領域をどの方向から観察しても同じ光弾性効果(光の波長)を得ることができる。また、周囲領域において第1の内部応力に関係する材料の幅が一定(周囲領域の径から当該幅を特定可能)となるので、周囲領域の単位領域(単位幅を有する)の応力を容易に特定可能となる。   The peripheral region of the hollow part is preferably formed in an annular cross section having substantially the same thickness. As a result, the same photoelastic effect (the wavelength of light) can be obtained regardless of the direction in which the surrounding region is observed. In addition, since the width of the material related to the first internal stress is constant in the surrounding area (the width can be specified from the diameter of the surrounding area), the stress of the unit area (having the unit width) of the surrounding area can be easily It becomes possible to specify.

この発明の他の局面は次のように規定される。即ち、
検出手段により第1の内部応力に起因して生じた光弾性効果を取得し、
前記周囲領域における第1の内部応力の発生方向の幅を求める手段と、取得された光弾性効果と前記周囲領域の幅とから前記周囲領域の単位領域における応力を演算する手段とが更に備えられる。
Another aspect of the present invention is defined as follows. That is,
Obtaining a photoelastic effect caused by the first internal stress by the detecting means;
Means for obtaining a width in the direction of occurrence of the first internal stress in the surrounding area, and means for calculating a stress in the unit area of the surrounding area from the obtained photoelastic effect and the width of the surrounding area are further provided. .

このように構成された応力観察装置によれば、周囲領域における第1の内部応力の発生方向の幅が求められるので、検出手段により取得された光弾性効果(光の波長変化)を当該幅で除算することにより、周囲領域における単位領域(単位幅を有する)の波長変化を特定可能となる。これにより、周囲領域に生じる応力状態をより正確に特定可能となる。   According to the stress observation apparatus configured as described above, since the width in the direction in which the first internal stress is generated in the surrounding region is obtained, the photoelastic effect (change in the wavelength of light) acquired by the detection unit is calculated using the width. By dividing, it becomes possible to specify the wavelength change of the unit region (having the unit width) in the surrounding region. Thereby, the stress state generated in the surrounding area can be specified more accurately.

この発明の他の局面は次のように規定される。即ち、
少なくとも体腔を再現した腔所の周囲領域の少なくとも一部が光弾性効果を有する膜状の弾性材料で形成され、該膜状の弾性材料の周囲が、実質的に光弾性効果を生じないゲルからなり前記周囲領域の厚さ方向に対して実質的に無抵抗の基材で囲繞される透光性の立体モデルと、
該立体モデルを通過する光に生じる光弾性効果を検出する手段と、
を備えてなる立体モデルの応力観察装置。
Another aspect of the present invention is defined as follows. That is,
At least a part of the peripheral area of the cavity that reproduces the body cavity is formed of a film-like elastic material having a photoelastic effect, and the periphery of the film-like elastic material is formed from a gel that does not substantially produce a photoelastic effect. A translucent three-dimensional model surrounded by a substantially non-resistant substrate with respect to the thickness direction of the surrounding region;
Means for detecting a photoelastic effect generated in light passing through the three-dimensional model;
A solid model stress observation device.

このように構成された応力観察装置によれば、膜状の弾性材料の周囲がゲル状基材で囲繞されている。したがって、当該立体モデルにおいて光弾性効果は専ら弾性材料部分から生じてゲル状基体部分から光弾性効果が生じない。よって、膜状弾性材料の応力状態を正確に観察することができる。   According to the stress observation apparatus configured as described above, the periphery of the film-like elastic material is surrounded by the gel-like base material. Therefore, in the three-dimensional model, the photoelastic effect is generated exclusively from the elastic material portion, and the photoelastic effect is not generated from the gel-like base portion. Therefore, the stress state of the film-like elastic material can be accurately observed.

さらに他の局面によれば、積層造形により体腔の周囲領域の第一次モデルを作成し、
該第一次モデルを型材料で囲繞してめす型を形成し、
前記第一次モデルを前記めす型から除去し、
前記めす型のキャビティへポリウレタンエラストマーを注入してこれを硬化し、
前記めす型を除去してポリウレタンエラストマーからなる膜状モデルを得て、
該膜状モデルの周囲をシリコーンゲルからなり前記膜状モデルの厚さ方向に対して実質的に無抵抗の基材で囲繞する、ことにより光弾性効果の観察に適した立体モデルを製造する。
According to yet another aspect, a primary model of the surrounding region of the body cavity is created by additive manufacturing,
Forming a female mold by surrounding the primary model with a mold material;
Removing the primary model from the female mold;
Injecting polyurethane elastomer into the female mold cavity and curing it,
Remove the female mold to obtain a membrane model made of polyurethane elastomer,
A three-dimensional model suitable for observing the photoelastic effect is manufactured by surrounding the film-shaped model with a base material made of silicone gel and having substantially no resistance in the thickness direction of the film-shaped model.

(第1実施例)
立体モデル化の対象とする脳血管及び患部である脳動脈の形状に関する三次元データを得るため、撮影領域の血管内部へ造影剤を投与しながら、患者の頭部に対して、0.35×0.35×0.5mmの空間分解能を持つヘリカルスキャン方式のX線CT装置により撮影を行った。撮影により得られた三次元データは、3次元CADソフトへの受け渡しのため、体軸方向に等間隔に配列された500枚の512×512の解像度をもつ256階調の二次元画像(断層撮影データ)に再構成した後、各二次元画像に対応する画像データを撮影方向に一致する順序で前記X線CT装置に内蔵されたドライブにより5.25インチ光磁気ディスクへ保存した。
(First embodiment)
In order to obtain three-dimensional data related to the shape of the cerebral blood vessel to be modeled and the cerebral artery, which is the affected part, 0.35 × Imaging was performed with a helical scan type X-ray CT apparatus having a spatial resolution of 0.35 × 0.5 mm. The three-dimensional data obtained by photographing is a two-dimensional image of 256 gradations having a resolution of 512 × 512 and arranged at equal intervals in the body axis direction (tomographic imaging) for delivery to the three-dimensional CAD software. Then, the image data corresponding to each two-dimensional image was stored in a 5.25 inch magneto-optical disk by a drive built in the X-ray CT apparatus in the order corresponding to the imaging direction.

次に、パーソナルコンピュータに外部接続した5.25インチ光磁気ドライブによって、前記画像データをコンピュータ内部の記憶装置へ取り込み、この画像データから、市販の三次元CADソフトを利用して、積層造形に必要とされるSTL形式(三次元曲面を三角形パッチの集合体として表現する形式)の三次元形状データを生成した。この変換では、入力された二次元画像を撮影間隔に基づいて積層することによって、濃度値をスカラー量とする三次元のスカラー場を構築し、そのスカラー場上に血管内表面を与える特定の濃度値を指定することによって、アイソサーフェス(特定スカラー値の境界面)として血管内腔の三次元形状データを構築した後、構築されたアイソサーフェスに対して三角形ポリゴン近似のレンダリングが行われる。
なお、この段階で、三次元形状データに付加データを加え、体腔モデルの端部からガイド部13を膨出させた。このガイド部13は、図4に示すように、中空柱状の部材である。中空部31を備えることにより、積層造形時間の短縮を図っている。このガイド部13の先端は拡径されており、この部分が立体モデル表面に表出して、大径な開口部25(図7参照)を形成することとなる。
Next, the 5.25 inch magneto-optical drive externally connected to the personal computer is used to capture the image data into a storage device inside the computer, and from this image data, it is necessary for additive manufacturing using commercially available 3D CAD software. 3D shape data in the STL format (a format in which a 3D curved surface is expressed as an aggregate of triangular patches) is generated. In this conversion, the input two-dimensional image is layered based on the imaging interval to construct a three-dimensional scalar field with the density value as a scalar quantity, and a specific density that gives the intravascular surface on the scalar field By specifying a value, after constructing the three-dimensional shape data of the blood vessel lumen as an isosurface (boundary surface of a specific scalar value), rendering of the triangular polygon approximation is performed on the constructed isosurface.
At this stage, additional data is added to the three-dimensional shape data, and the guide portion 13 is bulged from the end of the body cavity model. As shown in FIG. 4, the guide portion 13 is a hollow columnar member. By providing the hollow portion 31, the layered modeling time is shortened. The tip of the guide portion 13 has an enlarged diameter, and this portion is exposed on the surface of the three-dimensional model, thereby forming a large-diameter opening 25 (see FIG. 7).

生成したSTL形式の三次元形状データを、次に溶融樹脂噴出方式の積層造形システムへと転送し、造形システム内でのモデルの配置や積層方向、積層厚さを決定すると同時にモデルに対してサポートを付加した。
このようにして生成された積層造形用のデータをコンピュータ上で所定の積層造形厚さ(13μm)にスライスして多数のスライスデータを生成した。そして、このようにして得られた各スライスデータに基づいて、p−トルエンスルホンアミドとp−エチルベンゼンスルホンアミドを主成分とした造形材料(融点:約100度、アセトンに容易に溶解)を加熱により溶融して噴出することにより、各スライスデータに一致する形状を有する指定厚さの樹脂硬化層を一面ずつ積層形成することよって積層造形を行った。最終層の形成の後にサポートを除去することによって、脳血管内腔領域の積層造形モデル(体腔モデル12)を作成した。
更に、この体腔モデル12の表面を処理して円滑にする。
The generated three-dimensional shape data in STL format is then transferred to a molten resin injection type additive manufacturing system to determine the model placement, stacking direction, and stacking thickness in the modeling system, and support the model at the same time. Was added.
A lot of slice data was generated by slicing the layered modeling data generated in this way to a predetermined layered modeling thickness (13 μm) on a computer. And based on each slice data obtained in this way, a modeling material (melting point: about 100 degrees, easily dissolved in acetone) mainly composed of p-toluenesulfonamide and p-ethylbenzenesulfonamide is heated. Laminated modeling was performed by laminating and forming one layer of a cured resin layer with a specified thickness having a shape that matches each slice data by being melted and ejected. By removing the support after the formation of the final layer, a layered modeling model (body cavity model 12) of the cerebral vascular lumen region was created.
Further, the surface of the body cavity model 12 is processed and smoothed.

この体腔モデル12の全表面へシリコーンゴム層15をほぼ1mmの厚さに形成した(図6参照)。このシリコーンゴム層15は、体腔モデル12をシリコーンゴム槽へディッピングし取出した体腔モデルを回転させながら乾燥させることにより得られる。このシリコーンゴム層が膜状モデルとなる。
この実施例では、体腔モデル12の全表面をシリコーンゴム層15で被覆したが、体腔モデル12の所望の部分を部分的にシリコーンゴム層15で被覆することも可能である。
A silicone rubber layer 15 having a thickness of about 1 mm was formed on the entire surface of the body cavity model 12 (see FIG. 6). The silicone rubber layer 15 is obtained by drying the body cavity model 12 dipped from the body cavity model 12 and rotating the body cavity model. This silicone rubber layer becomes a membranous model.
In this embodiment, the entire surface of the body cavity model 12 is covered with the silicone rubber layer 15, but a desired portion of the body cavity model 12 may be partially covered with the silicone rubber layer 15.

体腔モデル12をシリコーンゴム層15からなる膜状モデルで被覆してなる中子11を直方体のケーシング24にセットする。このケーシング24は透明なアクリル板からなる。ケーシング内に基材22の材料を注入して、これをゲル化する。
基材22の材料として、2液混合型のシリコーンゲルを用いた。このシリコーンゲルは透明であり、かつ血管周囲の軟組織に極めて近い物理特性を有している。縮合重合型のシリコーンゲルを用いることもできる。
A core 11 formed by covering the body cavity model 12 with a film model composed of a silicone rubber layer 15 is set in a rectangular casing 24. The casing 24 is made of a transparent acrylic plate. The material of the base material 22 is injected into the casing and gelled.
As a material for the substrate 22, a two-component mixed silicone gel was used. This silicone gel is transparent and has physical properties very close to the soft tissue surrounding the blood vessels. A condensation polymerization type silicone gel can also be used.

基材22の材料の物理特性は、膜状モデルの対象である血管等の周囲の組織の物理特性に適合するように、調整される。
なお、この実施例では針入度、流動性、粘着性、応力緩和性などを指標にして、最終的にはオペレータの手触り(カテーテルの挿入感覚)によりその物理特性を生体組織に近づけるようにしている。
シリコーンゲルの場合、そのポリマーの骨格を調製することはもとより、シリコーンオイルを配合することにより当該物理特性を調整することができる。
この実施例では膜状モデルの成形材料にシリコーンエラストマー(旭化成ワッカーシリコーン株式会社製、商品名:RT601)を選択し、基材にシリコーンゲル(旭化成ワッカーシリコーン株式会社製、商品名:SilGel612)を選択した。このシリコーンゲルの縦弾性係数は約5.0kPa、損失係数tanδ(粘弾性パラメータ)は約1.0であり、およそ1000%の伸びを有する。またシリコーンエラストマに対する密着力(接着強度)は約8kPaである。
The physical properties of the material of the base material 22 are adjusted so as to match the physical properties of surrounding tissues such as blood vessels that are the targets of the membranous model.
In this embodiment, the penetration, fluidity, adhesiveness, stress relaxation, etc. are used as indicators, and finally the physical properties are brought closer to the living tissue by the operator's hand (catheter insertion feeling). Yes.
In the case of silicone gel, the physical properties can be adjusted by blending silicone oil as well as preparing the polymer skeleton.
In this example, a silicone elastomer (Asahi Kasei Wacker Silicone Co., Ltd., trade name: RT601) is selected as the molding material of the film model, and a silicone gel (Asahi Kasei Wacker Silicone Co., Ltd., trade name: SilGel612) is selected as the base material. did. This silicone gel has a longitudinal elastic modulus of about 5.0 kPa, a loss coefficient tan δ (viscoelastic parameter) of about 1.0, and has an elongation of about 1000%. Moreover, the adhesive force (adhesive strength) with respect to a silicone elastomer is about 8 kPa.

シリコーンゲルの外に、グリセリンゲルを用いることもできる。このグリセリンゲルは次のようにして得られる。即ち、ゼラチンを水に浸漬して、これにグリセリンと石炭酸を加え、加熱溶解する。温度が高い間に濾過し、中子に影響の出ない温度になったらケーシング内に注入し、放冷する。   In addition to silicone gel, glycerin gel can also be used. This glycerin gel is obtained as follows. That is, gelatin is immersed in water, glycerin and carboxylic acid are added thereto, and the mixture is dissolved by heating. Filtration while the temperature is high, and when it reaches a temperature that does not affect the core, it is poured into the casing and allowed to cool.

その後、中子11内の体腔モデル12を除去する。除去の方法としてハイブリット法を採用した。即ち、試料を加熱して開口部25から体腔モデルの材料を外部へ流出させ、更に、空洞部へアセトンを注入して体腔モデルの材料を溶解除去する。
その後、試料を120℃に設定された恒温層内で約1時間加熱して、膜状モデル(シリコーンゴム層15)の曇りをとった。
Thereafter, the body cavity model 12 in the core 11 is removed. A hybrid method was adopted as a removal method. That is, the sample is heated to cause the body cavity model material to flow out of the opening 25, and acetone is injected into the cavity to dissolve and remove the body cavity model material.
Thereafter, the sample was heated in a constant temperature layer set at 120 ° C. for about 1 hour to remove the cloudiness of the membranous model (silicone rubber layer 15).

このようにして得られた立体モデル21は、図7及び図8に示すように、シリコーンゲルからなる基材22中に膜状モデル15が埋設された構成となる。シリコーンゲルが生体組織に近い物理特性を有するので、膜状モデル15は血管と同等の動的挙動を示こととなる。   As shown in FIGS. 7 and 8, the three-dimensional model 21 thus obtained has a configuration in which the film model 15 is embedded in a base material 22 made of silicone gel. Since the silicone gel has physical properties close to those of living tissue, the membranous model 15 exhibits dynamic behavior equivalent to that of blood vessels.

(第2実施例)
図9に他の実施例の立体モデル41を示す。なお、図7と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
この例では、実際の脳の組織に対応するように、基材を多層構造として、脳の各部位に応じて異なる物理特性の基材42、43、44を積層した。基材42は大脳動脈部の周囲のくも膜下腔の物理特性に対応し、基材43は交通動脈部の周囲の軟組織の物理特性に対応し、基材44は頚動脈部の周囲の海綿静脈筒の物理特性に対応する。
他の部分の基材46、47は図7と同一の基材とした。また、当該他の部分46、47の基材はこれをゲル以外(固体等)とすることもできる。
(Second embodiment)
FIG. 9 shows a three-dimensional model 41 of another embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element same as FIG. 7, and the description is abbreviate | omitted.
In this example, the base materials 42, 43, and 44 having different physical properties depending on each part of the brain are laminated so as to correspond to the actual brain tissue. The base material 42 corresponds to the physical characteristics of the subarachnoid space around the cerebral artery part, the base material 43 corresponds to the physical characteristics of the soft tissue around the traffic artery part, and the base material 44 corresponds to the cavernous vein tube around the carotid artery part. Corresponds to the physical properties of
The other base materials 46 and 47 were the same as those shown in FIG. Moreover, the base material of the said other parts 46 and 47 can also make this other than a gel (solid etc.).

(第3実施例)
図8に他の実施例の立体モデル51を示す。
この立体モデル51では、基材52中に空隙部53が設けられており、膜状モデル55の一部は当該空隙部53内に存在している。当該空隙部53はくも膜下腔に対応している。
この空隙部53は、中子(体腔モデル+膜状モデル)へ空隙部53に対応するカバーを被せ、その周りにシリコーンゲルからなる基材52を充填する。そして、体腔モデルと当該カバーを除去することにより図9に示した構成を得ることができる。
図11は、図10のC−C線断面図であり、膜状モデル55がシリコーンゲルからなる基材51に埋設されていることを示す。
なお、空隙部53には基材52と異なる物性(好ましくは、くも膜下腔を構成する生体組織と等しい物性を有する(ゲル等))の材料を充填してもよい。この充填物質は基材52と実質的に等しい屈折率を有することが好ましい。
空隙部の形状は任意に形成することができる。
(Third embodiment)
FIG. 8 shows a three-dimensional model 51 of another embodiment.
In the three-dimensional model 51, a gap 53 is provided in the base material 52, and a part of the membranous model 55 exists in the gap 53. The void 53 corresponds to the subarachnoid space.
The gap portion 53 covers the core (body cavity model + membrane model) with a cover corresponding to the gap portion 53, and a base material 52 made of silicone gel is filled therearound. The configuration shown in FIG. 9 can be obtained by removing the body cavity model and the cover.
FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. 10 and shows that the membranous model 55 is embedded in the base material 51 made of silicone gel.
Note that the gap 53 may be filled with a material having physical properties different from those of the base material 52 (preferably having physical properties equal to the biological tissue constituting the subarachnoid space (gel or the like)). This filler material preferably has a refractive index substantially equal to that of the substrate 52.
The shape of the gap can be arbitrarily formed.

図12はこの発明の実施例の応力観察装置60の構成を示す。
この実施例の応力観察装置60は、光源61、一対の偏光板62及び63、図7に示した立体モデル21、受光部70から大略構成される。
光源61には白色光源を用いることが好ましい。太陽光を光源として用いることもできる。また、単色光源を用いることも可能である。第1の偏光板62及び63は相互に直交した偏光方向を有する。これにより、図1に説明したように、前記輪郭領域における立体モデル21の内部応力に起因する光弾性効果を第2の偏光板63側において観察することができる。
例えば立体モデル21の腔所へカテーテルを挿入したとき、カテーテルと腔所の周壁とが干渉すると、当該腔所周壁に応力が生じそこに光弾性効果(干渉縞)が現れる。また、コイル塞栓時の動脈瘤の変形に伴う当該動脈瘤周囲領域の応力状態も光弾性効果からシミュレートすることができる。
なお、この立体モデルにおいて膜状モデルはポリウレタンエラストマーで形成され、機材にはシリコーンゲルを採用する。これにより膜状モデルの内部応力変化が光弾性効果として観察可能となる。
FIG. 12 shows the configuration of a stress observation apparatus 60 according to an embodiment of the present invention.
The stress observation device 60 of this embodiment is generally composed of a light source 61, a pair of polarizing plates 62 and 63, the three-dimensional model 21 shown in FIG.
The light source 61 is preferably a white light source. Sunlight can also be used as a light source. It is also possible to use a monochromatic light source. The first polarizing plates 62 and 63 have polarization directions orthogonal to each other. Thereby, as explained in FIG. 1, the photoelastic effect caused by the internal stress of the three-dimensional model 21 in the contour region can be observed on the second polarizing plate 63 side.
For example, when a catheter is inserted into a cavity of the three-dimensional model 21, if the catheter interferes with the peripheral wall of the cavity, stress is generated in the peripheral wall of the cavity and a photoelastic effect (interference fringe) appears there. In addition, the stress state in the region around the aneurysm accompanying the deformation of the aneurysm during coil embolization can be simulated from the photoelastic effect.
In this three-dimensional model, the membranous model is formed of a polyurethane elastomer, and silicone gel is used for the equipment. Thereby, the internal stress change of the membranous model can be observed as a photoelastic effect.

この実施例では光源61、第1の偏光板62、立体モデル21及び第2の偏光板63を直線上に配置させたが、第2の偏光板63を偏移して(即ち、直線上からずらして)配置することができる。立体モデル21の腔所において光が乱反射するので、腔所の形状においては第2の偏光板63を偏移して配置したほうが、光弾性効果をより鮮明に観察できる場合があるからである。   In this embodiment, the light source 61, the first polarizing plate 62, the three-dimensional model 21, and the second polarizing plate 63 are arranged on a straight line. However, the second polarizing plate 63 is shifted (that is, from the straight line). Can be shifted). This is because light diffusely reflects in the cavity of the three-dimensional model 21, and the photoelastic effect may be observed more clearly if the second polarizing plate 63 is shifted in the shape of the cavity.

図19には、図12に示す応力観察装置60に関連する他の実施例の応力観察装置360(図12に示す要素と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する)を示す。この実施例では、光源61と第1の偏光板62、及び第2の偏光板63と受光部70をそれぞれ一組にして立体モデル21の片側に移動させて、並列させて配置している。これにより、立体モデル21の前記前面領域上における内部応力に起因する光弾性効果を第2の偏光板63側において観察することができる。
光源61から発せられた光は、第1の偏光板62を通過して立体モデル21に入射し、立体モデル21(膜状モデル)の膜部分をさらに通過した後に、膜状モデル内の空隙部表面で反射され、再び立体モデル21(膜状モデル)の膜部分を通過して、偏光板63と第2の1/4偏光板83を経由して受光部70にて観測される。この方法によれば、前記空隙部表面上の光源61による投影面上の光弾性効果を観察することができる。なお当該実施例においては、空隙部内部を反射率の高い液体、或いは反射率の高い材料を混入させた液体で満たすか、或いは、空隙部表面に反射率の高い材料からなる層を形成することにより、空隙部表面において光源61からの入射光を反射させる。
19 is a stress observation device 360 of another embodiment related to the stress observation device 60 shown in FIG. 12 (the same elements as those shown in FIG. 12 are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted). Indicates. In this embodiment, the light source 61 and the first polarizing plate 62, and the second polarizing plate 63 and the light receiving unit 70 are moved as one set to one side of the three-dimensional model 21 and arranged in parallel. Thereby, the photoelastic effect resulting from the internal stress on the front region of the three-dimensional model 21 can be observed on the second polarizing plate 63 side.
The light emitted from the light source 61 passes through the first polarizing plate 62 and enters the three-dimensional model 21, and further passes through the film portion of the three-dimensional model 21 (film model), and then the void in the film model. The light is reflected on the surface, passes through the film portion of the three-dimensional model 21 (film model) again, and is observed by the light receiving unit 70 via the polarizing plate 63 and the second ¼ polarizing plate 83. According to this method, the photoelastic effect on the projection surface by the light source 61 on the surface of the space can be observed. In this embodiment, the inside of the void is filled with a highly reflective liquid or a liquid mixed with a highly reflective material, or a layer made of a highly reflective material is formed on the surface of the void. Thus, the incident light from the light source 61 is reflected on the surface of the gap.

これらの2つの実施例(図12に示す応力観察装置60、及び図19に示す応力観察装置360)において、受光部70は、CCD等からなる撮像装置71と当該撮像装置71で撮像した光弾性効果の画像を処理する画像処理装置70、並びに画像処理部70の処理結果を出力するディスプレイ75及びプリンタ77を備えてなる。
画像処理装置73では次のような処理が行われる(図13参照)。
まず、立体モデル21へ何ら外力を加えていない初期状態の画像をバックグラウンド画像として取り込む(ステップ1)。立体モデル21が高い光弾性係数の材料で形成されている場合、自重で光弾性効果を生じる場合がある。従って、光源61から光を照射し、更に外力を加えたとき(例えばカテーテルを挿入したとき)の光弾性効果による干渉縞画像を取り込んだ後(ステップ3)、これからバックグランド画像を差分処理する(ステップ5)。
In these two embodiments (the stress observation device 60 shown in FIG. 12 and the stress observation device 360 shown in FIG. 19), the light receiving unit 70 includes an imaging device 71 composed of a CCD or the like and a photoelasticity imaged by the imaging device 71. The image processing apparatus 70 which processes the image of an effect, the display 75 which outputs the process result of the image processing part 70, and the printer 77 are provided.
The image processing apparatus 73 performs the following processing (see FIG. 13).
First, an image in an initial state where no external force is applied to the three-dimensional model 21 is captured as a background image (step 1). When the three-dimensional model 21 is formed of a material having a high photoelastic coefficient, a photoelastic effect may be generated by its own weight. Therefore, after capturing an interference fringe image due to the photoelastic effect when light is applied from the light source 61 and an external force is applied (for example, when a catheter is inserted) (step 3), the background image is differentially processed (step 3). Step 5).

立体モデル21が高い光弾性係数の材料で形成されている場合、内部応力の如何によっては細かい干渉縞が繰返しパターンで現れる。画像処理装置73は単位面積あたりの当該パターンの数をカウントすることにより、当該内部応力を数値化する(ステップ7)。そして、第2の偏光板63を介して得られる立体モデル21の形状に関する画像において、内部応力の生じた部分に当該数値に対応した色を与えて外部表示する(ステップ9)。
この実施例では受光部70により光弾性効果による干渉縞を画像処理しているが、当該干渉縞を観察者が直接若しくは撮像装置71を介して観察してもよい。
When the three-dimensional model 21 is formed of a material having a high photoelastic coefficient, fine interference fringes appear in a repetitive pattern depending on the internal stress. The image processing device 73 digitizes the internal stress by counting the number of the patterns per unit area (step 7). Then, in the image relating to the shape of the three-dimensional model 21 obtained through the second polarizing plate 63, the portion corresponding to the internal stress is given a color corresponding to the numerical value and is externally displayed (step 9).
In this embodiment, the interference fringes due to the photoelastic effect are image-processed by the light receiving unit 70, but the observer may observe the interference fringes directly or via the imaging device 71.

図14に他の実施例の応力観察装置80を示す。図12に示す要素と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
この実施例では第1の偏光板62と立体モデル21との間に第1の1/4偏光板82を介在させ、立体モデル21と第2の偏光板63との間に第2の1/4偏光板83を介在させている。これにより、前記輪郭領域における光弾性効果を、円偏光法により観察することができる。円偏光法に基づく光弾性効果の観察によれば、干渉縞に、偏光板と内部主応力間の相対方向の影響が現れないので、立体モデルの姿勢制御が容易になる。
図20に示す他の実施例の応力観察装置380(図12に示す要素と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する)では、光源61と第1の偏光板62、及び第2の偏光板63と受光部70をそれぞれ一組にして立体モデル21の片側に並列して配置させ、さらに第1の1/4偏光板82を第1の偏光板62と立体モデル21との間に介在させ、第2の1/4偏光板83を立体モデル21と第2の偏光板63との間に介在させている。これにより、立体モデル21の前記前面領域上における内部応力に起因する光弾性効果を、円偏光法により、第2の偏光板63側において観察することができる。
この実施例では、光源61から発せられた光は、第1の偏光板62と第1の1/4偏光板82を通過して立体モデル21に入射し、立体モデル21(膜状モデル)の膜部分をさらに通過した後に、膜状モデル内の空隙部表面で反射され、再び立体モデル21(膜状モデル)の膜部分を通過して、偏光板63と第2の1/4偏光板83を経由して受光部70にて観測される。この方法によれば、前記空隙部表面上の光源61による投影面上の光弾性効果を、応力方向の影響を受けることなく観察することができる。なお当該実施例においては、空隙部内部を反射率の高い液体、或いは反射率の高い材料を混入させた液体で満たすか、或いは、空隙部表面に反射率の高い材料からなる層を形成することにより、空隙部表面において光源61からの入射光を反射させる。
FIG. 14 shows a stress observation apparatus 80 according to another embodiment. Elements that are the same as those shown in FIG. 12 are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
In this embodiment, a first 1/4 polarizing plate 82 is interposed between the first polarizing plate 62 and the three-dimensional model 21, and a second 1/2 is provided between the three-dimensional model 21 and the second polarizing plate 63. Four polarizing plates 83 are interposed. Thereby, the photoelastic effect in the outline region can be observed by a circular polarization method. According to the observation of the photoelastic effect based on the circular polarization method, since the influence of the relative direction between the polarizing plate and the internal principal stress does not appear in the interference fringes, the attitude control of the three-dimensional model is facilitated.
In the stress observation apparatus 380 of another embodiment shown in FIG. 20 (the same elements as those shown in FIG. 12 are given the same reference numerals and the description thereof is omitted), the light source 61 and the first polarizing plate 62, In addition, the second polarizing plate 63 and the light receiving unit 70 are set as a pair and arranged in parallel on one side of the three-dimensional model 21, and the first quarter polarizing plate 82 is also connected to the first polarizing plate 62 and the three-dimensional model 21. The second quarter polarizing plate 83 is interposed between the three-dimensional model 21 and the second polarizing plate 63. Thereby, the photoelastic effect resulting from the internal stress on the front region of the three-dimensional model 21 can be observed on the second polarizing plate 63 side by the circular polarization method.
In this embodiment, light emitted from the light source 61 passes through the first polarizing plate 62 and the first ¼ polarizing plate 82 and enters the three-dimensional model 21, and the three-dimensional model 21 (film model) After further passing through the film part, it is reflected by the surface of the void in the film model, passes through the film part of the three-dimensional model 21 (film model) again, and the polarizing plate 63 and the second quarter polarizing plate 83. And is observed by the light receiving unit 70. According to this method, the photoelastic effect on the projection surface by the light source 61 on the surface of the space can be observed without being affected by the stress direction. In this embodiment, the inside of the void is filled with a highly reflective liquid or a liquid mixed with a highly reflective material, or a layer made of a highly reflective material is formed on the surface of the void. Thus, the incident light from the light source 61 is reflected on the surface of the gap.

図15に他の実施例の応力観察装置90を示す。図12に示す要素と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
この実施例では、立体モデル21を回転・傾斜ステージ91に保持させ、立体モデル21を回転及び/又は傾斜可能としたものである。これにより、立体モデル21に対する光の入射方向を変更し、立体モデル21の前記輪郭領域における応力分布を三次元的に観察可能となる。もって、立体モデルにおけるシミュレーションをより詳細に行えることとなる。
なお、図15の例の立体モデル21にこの回転・傾斜ステージ91を適用することもできる。
この実施例では立体モデル21を回転及び/又は傾斜させているが、立体モデル21の姿勢は固定しておいて、周囲の要素を回転及び/又は傾斜させても同様の作用・効果が得られる。
また、図21に示す他の実施例の応力観察装置390(図12に示す要素と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する)は、図15に示す応力観察装置90と同じく、立体モデル21を回転・傾斜ステージ91に保持させ、立体モデル21を回転及び/又は傾斜可能としたものである。当該装置によれば、立体モデル21に対する光の入射方向を変更することで、立体モデル21の前記前面領域における応力分布を三次元的に観察可能となる。この実施例では立体モデル21を回転及び/又は傾斜させているが、立体モデル21の姿勢は固定しておいて、周囲の要素を回転及び/又は傾斜させても同様の作用・効果が得られる。
FIG. 15 shows a stress observation apparatus 90 according to another embodiment. Elements that are the same as those shown in FIG. 12 are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
In this embodiment, the three-dimensional model 21 is held on the rotation / tilting stage 91 so that the three-dimensional model 21 can be rotated and / or tilted. Thereby, the incident direction of light with respect to the three-dimensional model 21 is changed, and the stress distribution in the contour region of the three-dimensional model 21 can be observed three-dimensionally. Therefore, the simulation in the three-dimensional model can be performed in more detail.
Note that the rotation / tilting stage 91 can also be applied to the three-dimensional model 21 in the example of FIG.
In this embodiment, the three-dimensional model 21 is rotated and / or inclined, but the same action and effect can be obtained even if the surrounding elements are rotated and / or inclined while the posture of the three-dimensional model 21 is fixed. .
Further, the stress observation apparatus 390 of the other embodiment shown in FIG. 21 (the same elements as those shown in FIG. 12 are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted) is the stress observation apparatus 90 shown in FIG. Similarly, the three-dimensional model 21 is held on the rotation / tilting stage 91 so that the three-dimensional model 21 can be rotated and / or tilted. According to this apparatus, the stress distribution in the front region of the three-dimensional model 21 can be observed three-dimensionally by changing the incident direction of light with respect to the three-dimensional model 21. In this embodiment, the three-dimensional model 21 is rotated and / or inclined, but the same action and effect can be obtained even if the surrounding elements are rotated and / or inclined while the posture of the three-dimensional model 21 is fixed. .

図16に他の実施例の応力観察装置200の構成を示す。図12と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
前記輪郭領域の応力分布を可能にする、この応力観察装置200の画像処理装置273は、図2に示す周囲領域103を表現するデータ(周囲領域データ)205を備える。
また、図22に示す他の実施例の応力観察装置400(図12に示す要素と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する)は、図16に示す応力観察装置200と同じく、図2に示す周囲領域103を表現するデータ(周囲領域データ)205を備え、前記前面領域の応力分布を可能にする。
これらの2つの実施例(すなわち、図16に示す応力観察装置200と、図22に示す応力観察装置400)では、撮像装置71で撮像した光弾性効果を含んだ画像を取り込み、画像メモリ201へ保存する。位置特定装置203において、取り込んだ画像を解析して周囲領域データ205と関連つける。これにより、得られた光弾性効果の位置並びに観察方向が特定される。例えば、立体モデル中にマーカを設けておいて、このマーカの位置を基準に撮像画像と周囲領域データとを関連つけることができる。内部応力演算装置207では、周囲領域データ205から当該光弾性効果を生じさせた第1の内部応力方向の周囲領域材料幅W(図2参照)を求める。そして、撮像装置により得られた光弾性効果の値(みかけ上の内部応力)を当該材料幅Wで除することにより、周囲領域の単位領域における内部応力を演算する。
FIG. 16 shows a configuration of a stress observation apparatus 200 according to another embodiment. The same elements as those in FIG. 12 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
The image processing apparatus 273 of the stress observation apparatus 200 that enables the stress distribution in the contour area includes data (surrounding area data) 205 representing the surrounding area 103 shown in FIG.
Further, the stress observation apparatus 400 of the other embodiment shown in FIG. 22 (the same elements as those shown in FIG. 12 are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted) is the stress observation apparatus 200 shown in FIG. 2 includes data (surrounding area data) 205 representing the surrounding area 103 shown in FIG. 2, and enables stress distribution in the front area.
In these two examples (that is, the stress observation device 200 shown in FIG. 16 and the stress observation device 400 shown in FIG. 22), an image including the photoelastic effect imaged by the imaging device 71 is taken into the image memory 201. save. The position specifying device 203 analyzes the captured image and associates it with the surrounding area data 205. Thereby, the position and observation direction of the obtained photoelastic effect are specified. For example, a marker is provided in the three-dimensional model, and the captured image and the surrounding area data can be associated with each other based on the position of the marker. The internal stress calculation device 207 obtains the surrounding region material width W (see FIG. 2) in the first internal stress direction that causes the photoelastic effect from the surrounding region data 205. Then, by dividing the value of the photoelastic effect (apparent internal stress) obtained by the imaging device by the material width W, the internal stress in the unit region of the surrounding region is calculated.

これにより、図17に示したステップ200の処理が完了する。即ち、ステップ7で数値化された内部応力を周囲領域の幅Wに基づいて補正し、周囲領域の単位領域毎に内部応力を特定可能とする。図17において、図13と同一のステップには同一の要素を付してその説明を省略する。   Thereby, the process of step 200 shown in FIG. 17 is completed. That is, the internal stress quantified in step 7 is corrected based on the width W of the surrounding area, and the internal stress can be specified for each unit area of the surrounding area. In FIG. 17, the same steps as those in FIG. 13 are denoted by the same elements, and the description thereof is omitted.

図18に光弾性効果を観察するのに適した膜状モデルの製造方法を示す。
プロセスIで体腔モデルを準備し、浸漬法により体腔モデルの全表面へPVAを被覆する(プロセスII)。プロセスIIIではプロセスIIで得られた試料へ浸漬方によりポリウレタンエラストマーを被覆する。その後、ポリウレタンエラストマー皮膜との親和性を考慮して、二度に分けて浸漬法によりPVAを被覆する(プロセスV,VI)。これによって、ポリウレタンエラストマー皮膜をPVA皮膜により上下から完全に被覆する。
その後、有機溶剤へ浸漬して体腔モデルを選択的に溶解し、溶出させた後(プロセスVII)、最後に水中でPVAを溶解して(プロセスVIII)、ポリウレタンエラストマーからなる膜状モデルを得る。
このように、体腔モデルの表面を水溶性材料膜で被覆し、この膜の表面へポリウレタンエラストマー層を形成し、該ポリウレタンエラストマー層の表面を水溶性材料層で被覆し、体腔モデルを有機溶剤で溶解し、その後。水溶性材料膜を水で溶解し、もってポリウレタンエラストマーからなる膜状モデルを得ることにより、全ての工程を浸漬法により行うことができる。よって、製造方法が簡単になり、ひいては製造コストを引き下げることができる。
FIG. 18 shows a method for manufacturing a film model suitable for observing the photoelastic effect.
A body cavity model is prepared in Process I, and PVA is coated on the entire surface of the body cavity model by a dipping method (Process II). In process III, the polyurethane elastomer is coated on the sample obtained in process II by dipping. Thereafter, in consideration of the affinity with the polyurethane elastomer film, PVA is coated twice by a dipping method (processes V and VI). Thereby, the polyurethane elastomer film is completely covered with the PVA film from above and below.
Thereafter, the body cavity model is selectively dissolved and eluted by immersion in an organic solvent (process VII), and finally PVA is dissolved in water (process VIII) to obtain a film model made of polyurethane elastomer.
Thus, the surface of the body cavity model is coated with a water-soluble material film, a polyurethane elastomer layer is formed on the surface of the film, the surface of the polyurethane elastomer layer is coated with a water-soluble material layer, and the body cavity model is coated with an organic solvent. Dissolve and then. By dissolving the water-soluble material film with water to obtain a film model made of polyurethane elastomer, all the steps can be performed by the dipping method. Therefore, the manufacturing method is simplified, and as a result, the manufacturing cost can be reduced.

この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。   The present invention is not limited to the description of the embodiments and examples of the invention described above. Various modifications may be included in the present invention as long as those skilled in the art can easily conceive without departing from the description of the scope of claims.

以下、次の事項を開示する。
(1)
透光性材料からなり、被検体の断層像データに基づき形成された血管などの体腔を再現した腔所をその内部に有する膜状モデルと、
該膜状モデルを囲繞する基材と、
該基材を収納する透光性のケーシングと、を備えてなる、ことを特徴とする立体モデル。
(2) 前記膜状モデルと前記基材の屈折率が実質的に等しい、ことを特徴とする(1)に記載の立体モデル。
(3) 前記基材はシリコーンゲル若しくはグリセリンゲルからなる、ことを特徴とする(1)又は(2)に記載の立体モデル。
(4) 被検体の断層像データに基づき形成された血管などの体腔を再現した腔所をその内部に有する膜状モデルがゲル状の基材に埋設され、前記膜状モデルの腔所を視認できる、ことを特徴とする立体モデル。
(5) 前記基材はシリコーンゲル若しくはグリセリンゲルからなる、ことを特徴とする(4)に記載の立体モデル。
(6) 透光性ゲル状の第1の材料からなる基材に体腔を再現した腔所が設けられ、腔所の周壁に透光性の第2の材料が膜状に形成されている、ことを特徴とする立体モデル。
(7) 前記第1の材料はシリコーンゲル若しくはグリセリンゲルである、ことを特徴とする(6)に記載の立体モデル。
(8) 透光性ゲル状の第1の材料からなる基材に体腔を再現した腔所が設けられ、腔所の周壁が親水性処理若しくは疎水性処理されている、ことを特徴とする立体モデル。
(9) 被検体の断層像データに基づき血管などの体腔モデルを積層造形する工程と、
該体腔モデルの周囲をモデル成形材料で膜状に囲繞して中子を形成する工程と、
該中子をケーシング内にセットして、該ケーシングへ基材材料を注入しゲル化する工程と、
該基材材料がゲル化した後に前記体腔モデルを除去する工程と、
を含むことを特徴とする立体モデルの製造方法。
(10) 透光性ゲル状の第1の材料からなり、被検体の断層像データに基づき形成された血管などの体腔を再現した腔所をその内部に有する基材を形成し、
前記腔所の内周面に透光性の第2の材料を膜状に形成する、ことを特徴とする立体モデルの製造方法。
(11) 透光性ゲル状の第1の材料からなり、被検体の断層像データに基づき形成された血管などの体腔を再現した腔所をその内部に有する基材を形成し、
前記腔所の内周面を親水性処理し若しくは疎水性処理する、ことを特徴とする立体モデルの製造方法。
The following matters are disclosed below.
(1)
A membranous model made of a light-transmitting material and having a cavity inside that reproduces a body cavity such as a blood vessel formed based on tomographic image data of the subject,
A substrate surrounding the membranous model;
A three-dimensional model comprising: a translucent casing for housing the base material.
(2) The solid model according to (1), wherein the film model and the base material have substantially the same refractive index.
(3) The three-dimensional model according to (1) or (2), wherein the substrate is made of silicone gel or glycerin gel.
(4) A membranous model having a cavity that reproduces a body cavity such as a blood vessel formed on the basis of tomographic image data of the subject is embedded in a gel-like substrate, and the cavity of the membranous model is visually recognized. A three-dimensional model characterized by being able to.
(5) The three-dimensional model according to (4), wherein the base material is made of silicone gel or glycerin gel.
(6) A cavity that reproduces a body cavity is provided on a base material made of a light-transmitting gel-like first material, and a light-transmitting second material is formed in a film shape on the peripheral wall of the cavity. A three-dimensional model characterized by this.
(7) The three-dimensional model according to (6), wherein the first material is silicone gel or glycerin gel.
(8) A three-dimensional body characterized in that a cavity that reproduces a body cavity is provided on a base material made of a light-transmitting gel-like first material, and the peripheral wall of the cavity is subjected to a hydrophilic treatment or a hydrophobic treatment. model.
(9) Laminating a body cavity model such as a blood vessel based on tomographic image data of the subject;
Surrounding the body cavity model with a model molding material in the form of a membrane to form a core;
Setting the core in a casing, injecting a base material into the casing and gelling;
Removing the body cavity model after the substrate material has gelled;
The manufacturing method of the solid model characterized by including.
(10) formed of a translucent gel-like first material, forming a base material having therein a cavity that reproduces a body cavity such as a blood vessel formed based on tomographic image data of the subject;
A method for producing a three-dimensional model, comprising forming a translucent second material in a film shape on the inner peripheral surface of the cavity.
(11) formed of a translucent gel-like first material, forming a base material having therein a cavity that reproduces a body cavity such as a blood vessel formed based on tomographic image data of the subject;
A method for producing a three-dimensional model, wherein the inner peripheral surface of the cavity is subjected to a hydrophilic treatment or a hydrophobic treatment.

図1は光弾性効果の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of the photoelastic effect. 図2はこの発明の作用を示す概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram showing the operation of the present invention. 図3は内部応力と入射光との関係を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing the relationship between internal stress and incident light. 図4は実施例の中子11を示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing the core 11 of the embodiment. 図5はガイド部を示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing the guide portion. 図6は図2のA−A線断面図であり、中子の構成を示す。FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 2 and shows the configuration of the core. 図7はこの発明の実施例の立体モデルを示す。FIG. 7 shows a three-dimensional model of the embodiment of the present invention. 図8は図7のB−B線断面図であり、基材中に膜状モデルが埋設された状態を示す。FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 7 and shows a state in which the membranous model is embedded in the base material. 図9は他の実施例の立体モデルを示す。FIG. 9 shows a three-dimensional model of another embodiment. 図10他の実施例の立体モデルを示す。10 shows a three-dimensional model of another embodiment. 図8は図10のC−C線断面図であり、基材中に膜状モデルが埋設された状態を示す。FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. 10 and shows a state in which the membranous model is embedded in the base material. 図12はこの発明の実施例の応力観察装置の構成を示す模式図である。FIG. 12 is a schematic diagram showing the configuration of the stress observation apparatus according to the embodiment of the present invention. 図13は実施例の応力観察装置の受光部の動作を示すフローチャートである。FIG. 13 is a flowchart illustrating the operation of the light receiving unit of the stress observation apparatus according to the embodiment. 図14はこの発明の他の実施例の応力観察装置の構成を示す模式図である。FIG. 14 is a schematic diagram showing the configuration of a stress observation apparatus according to another embodiment of the present invention. 図15はこの発明の他の実施例の応力観察装置の構成を示す模式図である。FIG. 15 is a schematic diagram showing the configuration of a stress observation apparatus according to another embodiment of the present invention. 図16はこの発明の他の実施例の応力観察装置の構成を示す模式図である。FIG. 16 is a schematic diagram showing the configuration of a stress observation apparatus according to another embodiment of the present invention. 図17は同じく応力観察装置の動作を示すフローチャートである。FIG. 17 is a flowchart showing the operation of the stress observation apparatus. 図18は光弾性観察をするのに好適な膜状モデルの製造方法を示すフローチャートである。FIG. 18 is a flowchart showing a method for manufacturing a membranous model suitable for photoelastic observation. 図19はこの発明の他の実施例の応力観察装置の構成を示す模式図である。FIG. 19 is a schematic diagram showing the configuration of a stress observation apparatus according to another embodiment of the present invention. 図20はこの発明の他の実施例の応力観察装置の構成を示す模式図である。FIG. 20 is a schematic diagram showing the configuration of a stress observation apparatus according to another embodiment of the present invention. 図21はこの発明の他の実施例の応力観察装置の構成を示す模式図である。FIG. 21 is a schematic diagram showing the configuration of a stress observation apparatus according to another embodiment of the present invention. 図22はこの発明の他の実施例の応力観察装置の構成を示す模式図である。FIG. 22 is a schematic diagram showing a configuration of a stress observation apparatus according to another embodiment of the present invention. 図23はこの発明の作用を示す概念図である。FIG. 23 is a conceptual diagram showing the operation of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

11 中子
12 体腔モデル
15、55 シリコーンゴム層(膜状モデル)
21、41、51 立体モデル
22、42,43、44、46、47、52 基材
11 Core 12 Body cavity model 15, 55 Silicone rubber layer (film model)
21, 41, 51 Solid model 22, 42, 43, 44, 46, 47, 52

Claims (1)

積層造形により体腔の周囲領域の第一次モデルを作成し、
該第一次モデルを型材料で囲繞してめす型を形成し、
前記第一次モデルを前記めす型から除去し、
前記めす型のキャビティへポリウレタンエラストマーを注入してこれを硬化し、
前記めす型を除去してポリウレタンエラストマーからなる膜状モデルを得て、
該膜状モデルの周囲をシリコーンゲルからなり前記膜状モデルの厚さ方向に対して実質的に無抵抗の基材で囲繞する、ことを特徴とする光弾性効果の観察に適した立体モデルの製造方法。
Create a primary model of the surrounding area of the body cavity by additive manufacturing,
Forming a female mold by surrounding the primary model with a mold material;
Removing the primary model from the female mold;
Injecting polyurethane elastomer into the female mold cavity and curing it,
Remove the female mold to obtain a membrane model made of polyurethane elastomer,
A three-dimensional model suitable for observing the photoelastic effect, characterized in that the film model is surrounded by a base material made of silicone gel and substantially non-resistant in the thickness direction of the film model. Production method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014059347A (en) * 2012-09-14 2014-04-03 Nagoya Univ Catheter motion measuring device
JP2018035271A (en) * 2016-08-31 2018-03-08 株式会社リコー Hydrogel structure, and production method and use of the same
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