JP2014113695A5 - - Google Patents
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Description
前記切除領域部の形成工程は、前記造形体の形成工程時に、前記造形体と前記造形体を内部に含む前記切除領域部とがともに形成されることで行われてもよい。
このように造形体としての腫瘍の形成工程時に、腫瘍の形成とともに切除領域部が形成されてもよい。これにより工程数を抑えることができる。
このように造形体としての腫瘍の形成工程時に、腫瘍の形成とともに切除領域部が形成されてもよい。これにより工程数を抑えることができる。
粉体4としては、溶媒に可溶な材料が用いられる。本実施形態では、溶媒として水を主成分とする溶媒が用いられる。従って粉体4としては、水溶性の材料として食塩を主成分とする材料が用いられる。
供給部10に隣接して配置された造形部20は、粉体4を貯留することが可能な造形ボックス21、造形ボックス21内に配置され粉体4が堆積されることで形成される造形物を下から支持する造形ステージ22、造形ステージ22を造形ボックス21内で昇降させる昇降機構23を有する。昇降機構23として、ボールネジ機構、ベルト機構、ラックアンドピニオン機構、またはシリンダ機構等が用いられる。
各ボックス11、21及び部材31の上部は開口され、それらの開口面は、プレート2の開口部2aにそれぞれ対面するように配置されている。
プレート2の開口部2aの供給部10側の端部付近には、供給部10から供給された粉体4を造形部20に搬送するローラ16が配置されている。ローラ16は、各ボックス11、21及び部材31の配列方向とは水平面内で直交する方向、すなわちX方向に沿って設けられた回転軸17を有する。回転軸17を回転させる図示しないモータも設けられている。プレート2上にはローラ16をY方向に移動させる図示しない機構が設けられている。
また、ケース44内には、例えば透明インクを貯溜するタンク45Tが設けられている。この透明インクは、粉体4を硬化させる硬化剤を含む。硬化剤は、硬化した粉体4が溶媒に可溶であるのならば、どのようなものが用いられてもよい。例えば水溶性の接着材が硬化剤として用いられてもよい。粉体4に予めポリビニルアルコール等のバインダーが含まれている場合は、硬化剤が含まれていないインクが用いられてもよい。あるいは、逆に、ポリビニルアルコール等のバインダーが硬化剤として用いられてもよい。この場合、硬化した粉体4が溶媒に可溶となるようにバインダーの成分量が適宜定められる。
ステップ105で生成された、右側表面部230a及び左側表面部230bの造形用データをもとに、表面部230のモデルとして肝臓部330が形成される(ステップ106)。図11Bに示すように、右側表面部230aのモデルとして肝臓部330の右側部分が形成される(以後右側分割部330aと記載する)。また図12Bに示すように、左側表面部230bのモデルとして肝臓部330の左側部分が形成される(以後左側分割部330bと記載する)。これらは本実施形態において外形部301に相当する。このように本実施形態では、外形部301は内部空間を有するように形成される。
上記したように、右側分割部330a及び左側分割部330bは、食塩を主成分とする材料により積層造形される。これは水を主成分とする溶媒に可溶な造形物として形成される。なお、溶媒として、エタノール等の他の材料が用いられてもよい。そしてその溶媒に可溶な材料で右側分割部330a及び左側分割部330bが形成されてもよい。また右側分割部330a及び左側分割部330bの形成に用いられる積層造形技術も限定されない。上記した粉体造形法の他に、例えば光造形法、シート積層造形法、あるいは熱溶融積層造形法(FDM:Fused Deposition Modeling)等が用いられてもよい。さらに言えば、積層造形技術以外の他の技術により外形部301が形成されてもよい。
ステップ108で生成された血管221及び腫瘍225の造形用データをもとに造形モデルが生成される(ステップ109)。以下、血管221及び腫瘍225の造形モデルを、血管部321(動脈部322及び静脈部323)及び腫瘍部325と記載する。血管部321及び腫瘍部325は、溶媒に不溶な造形材料により形成される。本実施形態では非水溶性の材料にて形成される。血管部321等の形成方法は限定されない。例えば造形装置100を用いて粉体造形法により形成されてもよい。この場合、上記した外形部301である肝臓部330の形成時に、血管部321等が形成されてもよい。あるいは肝臓部330の形成とは異なるタイミングで血管部321等が形成されてもよい。また他の積層造形技術により血管部321等が形成されてもよい。あるいは射出成型等の他の技術が用いられてもよい。
図16は、外形部301として形成された右側分割部330a及び左側分割部330bへのワックスの塗布工程を示す写真である。ステップ106にて形成された右側分割部330a及び左側分割部330bをそのまま消失型である外形部301として用いてもよい。一方で、本実施形態のように粉体を用いた積層造形による造形モデルは、表面に段差や凹凸が残っている場合が多い。従ってこれを埋めるために水溶性のワックスを用いて目止めと呼ばれる凹凸を滑らかにするための穴埋めが行われる。この穴埋めのためのワックスの塗布により、外形部301の強度を上昇させることもできる。すなわち外形部301を補強することも可能となる(ステップ110)。
図20は、本実施形態に係る外形部301の溶解工程を示す写真である。図20Aに示すように、シリコーンからなる被覆部340に覆われた外形部301が、溶媒である水345内に投入される(ステップ114)。外形部301及び穴埋めのために塗布された水溶性ワックスが溶けやすいように、温度が60度程度の温水が用いられてもよい(以下、温水345と記載する)。本実施形態では、外形部301の周囲の全領域にシリコーンが形成されている。従って、外形部301の内部に温水345が侵入できるように、所定の位置に開口部304が形成される。開口部304は、目立たない位置や、手術のシミュレーション等に影響を与えない位置に形成される。本実施形態では、血管部321の通路孔337に対応する位置に開口部304が形成される。
図21は、本実施形態に係る第2の軟性材料の充填工程を示す写真である。図21Aに示すように、外形部301が溶解し、シリコーン被膜340と血管部321及び腫瘍部325からなる造形モデル347が、第2の軟性材料としてのゼラチン348の水溶液に投入される(ステップ115)。そうすると開口部304を介して、ゼラチン348がシリコーン被膜340に覆われた領域に浸透する。本実施形態では、大気圧により自然にゼラチン水溶液が内部に浸透して充填される。この際内部の空気が外部に放出される。図21Aに示すように、本実施形態に係る充填工程は、被覆部340に覆われた領域に造形体である血管部321等が配置された状態で行われる。
図21Bに示すように、内部の空気を抜き冷蔵する等の処理を行い、ゼラチン348を固化させる(ステップ116)。シリコーン被膜340は、肝臓の外形を保ったままなので、ゼラチン348の中に本実施形態に係る肝臓モデル360が埋まった状態の塊351が形成される。ゼラチン348を固化させるために架橋剤が添加されてもよい。一度加熱によりゼラチン348が架橋され、その後冷却により固化されてもよい。これにより冷蔵のみで固化されたゼラチン348よりも耐熱性が向上する。その他、第2の軟性材料を固化させるために、凝固剤の添加や加熱処理等が適宜行われてよい。架橋剤の量を調整してゼラチン348の硬度を調整してもよい。これにより例えば肝硬変の進行に応じた硬度にて肝臓モデル360を形成することができる。
従って図26に示す例では、切除領域部370の形成工程は、腫瘍部325等の配置工程時に切除領域部用の材料371にて腫瘍部325が覆われ、その状態で被覆部340が形成され、外形部301が溶解され、第2の軟性材料が充填されることで行われる。腫瘍部325を覆うように切除領域用の材料371が設けられ、その状態のまま工程を進めるだけでよいので、簡単に切除領域部370を形成することができる。
なお図26Bは、腫瘍部325が外形部301に挟まれた状態を示す図である。この図を用いて切除領域部370の形成、及び切除領域部370の着色について説明した。実際は、外形部301が溶解した領域に第2の軟性材料が充填されて肝臓モデル360が完成する。その完成した肝臓モデルにおいて、血管221を介して切除領域部370が着色される。完成した肝臓モデル360は、被覆部が透明であるので、血管部370内を染色材料373が流れる状況や、切除領域部370が着色される状況等も、十分に観察可能である。
以上、本実施形態に係る造形物の製造方法では、所定の形状を有する外形部301が形成され、第1の軟性材料により外形部301を覆う被覆部340が形成される。外形部301は溶媒により溶解され、その後の被覆部340に覆われた領域に第2の軟性材料が充填される。この結果、外観及び内部の構造について高い再現性を有する肝臓モデル360が製造可能となる。
従来、積層造形装置を用いて造形物を形成する技術は知られており、元となる材料によって様々な形態の造形物が形成されている。例えば、光造形方式の装置では、紫外線硬化型の樹脂が用いられるため、概ね透明で、硬いものや柔らかいものが実現されている。石膏を用いた粉末造形方式では、表面に着色が施された造形物が得られる。臓器等を造形の対象物とした臓器モデルの形成も行われている。例えば臓器モデルとしては、光造形によるモデルがある。また、モールド型を用いて材料を流し込んで、臓器を作製する手法も、以前より知られている。
Claims (19)
- 溶媒に可溶な材料により所定の形状を有する外形部を形成し、
前記溶媒に不溶な第1の軟性材料により前記外形部を覆う被覆部を形成し、
前記溶媒を用いて前記被覆部に覆われた前記外形部を溶解させ、
前記外形部が溶解した後の前記被覆部に覆われた領域に第2の軟性材料を充填する
造形物の製造方法。 - 請求項1に記載の造形物の製造方法であって、
前記外形部は、積層造形技術により形成される
造形物の製造方法。 - 請求項1又は2に記載の造形物の製造方法であって、
前記溶媒は、主成分が水であり、
前記溶媒に可溶な材料は、食塩を主成分とする材料である
造形物の製造方法。 - 請求項1から3のうちいずれか1項に記載の造形物の製造方法であって、
前記第1の軟性材料は、可視光を透過する材料である
造形物の製造方法。 - 請求項1から4のうちいずれか1項に記載の造形物の製造方法であって、
前記第1及び第2の軟性材料はそれぞれ、天然高分子又は合成高分子を主成分とする材料である
造形物の製造方法。 - 請求項5に記載の造形物の製造方法であって、
前記第1の軟性材料は、前記合成高分子を主成分とする材料であり、
前記第2の軟性材料は、前記天然高分子を主成分とする材料である
造形物の製造方法。 - 請求項5又は6に記載の造形物の製造方法であって、
前記合成高分子は、シリコーンゴム又はウレタン樹脂であり、
前記天然高分子は、ゼラチン又はコンニャクである
造形物の製造方法。 - 請求項1から7のうちいずれか1項に記載の造形物の製造方法であって、
前記外形部は、内部空間を有するように形成され、
前記造形物の製造方法は、前記被覆部の形成工程前に、さらに、
前記溶媒に不溶な造形材料により造形体を形成し、
前記形成された造形体を前記内部空間に配置し、
前記被覆部の形成工程及び前記溶解工程は、前記内部空間に前記造形体が配置された状態でそれぞれ行われ、
前記充填工程は、前記被覆部に覆われた領域に前記造形体が配置された状態で行われる
造形物の製造方法。 - 請求項8に記載の造形物の製造方法であって、
前記外形部は、臓器を模して形成され、
前記造形体は、前記臓器内に含まれる生体組織を模して形成される
造形物の製造方法。 - 請求項9に記載の造形物の製造方法であって、
前記生体組織は、血管及び腫瘍である
造形物の製造方法。 - 請求項10に記載の造形物の製造方法であって、
前記造形体は、前記血管を模して中空状で形成される
造形物の製造方法。 - 請求項10又は11に記載の造形物の製造方法であって、さらに、
前記造形体が前記腫瘍を模して形成される場合に、当該造形体を切除するための領域である切除領域部を形成する
造形物の製造方法。 - 請求項12に記載の造形物の製造方法であって、
前記切除領域部の形成工程は、前記造形体の形成工程時に、前記造形体と前記造形体を内部に含む前記切除領域部とがともに形成されることで行われる
造形物の製造方法。 - 請求項12に記載の造形物の製造方法であって、
前記切除領域部の形成工程は、前記第2の軟性材料の充填工程時に、前記第2の軟性材料として複数の種類の軟性材料が準備され、前記造形体の周囲には前記切除領域用の軟性材料が充填され、その他の領域には前記切除領域用の軟性材料とは異なる種類の軟性材料が充填されることで行われる
造形物の製造方法。 - 請求項12から14のうちいずれか1項に記載の造形物の製造方法であって、
前記切除領域の形成工程は、前記切除領域部内に所定の染色材料により着色される材料が含まれるように、前記切除領域部を形成し、
前記造形体の形成工程は、前記形成された切除領域部と接続するように、前記所定の染色材料が流通可能な前記血管を模した中空状でなる前記造形体を形成する
造形物の製造方法。 - 請求項12に記載の造形物の製造方法であって、
前記切除領域部の形成工程は、前記造形体の配置工程時に前記切除領域部用の材料にて前記造形体が覆われ、その状態で前記被覆部が形成され、前記外形部が溶解され、前記第2の軟性材料が充填されることで行われる
造形物の製造方法。 - 請求項16に記載の造形物の製造方法であって、
前記切除領域部用の材料は、所定の染色材料により着色される材料であり、
前記造形体の形成工程は、前記切除領域部用の材料をもとに形成された前記切除領域部と接続するように、前記所定の染色材料が流通可能な前記血管を模した中空状でなる前記造形体を形成する
造形物の製造方法。 - 請求項12から17のうちいずれか1項に記載の造形物の製造方法であって、
前記切除領域部は、腫瘍を除去する手術シミュレーションのために形成される
造形物の製造方法。 - 溶媒に不溶な第1の軟性材料からなり、前記溶媒に可溶な材料からなる所定の形状を有する外形部を覆うように形成されることで、前記所定の形状を有する被覆部となる第1の造形部と、
第2の軟性材料からなり、前記溶媒が用いられて前記第1の造形部に覆われた状態の前記外形部が溶解された後の、前記第1の造形部に覆われた領域に充填されることで、前記被覆部に覆われた内部となる第2の造形部と
を具備する造形物。
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