JP2014113695A5 - - Google Patents

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。

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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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。
13. 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。
14. 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。
15. 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。
16. 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。
17. 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。
18. 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。
19. 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。