JP2015036809A - 導電性臓器モデル - Google Patents

Abstract

【課題】弾性が生体組織に酷似し、高周波スネアを用いた手技をトレーニング可能なように導電性を付与した臓器モデルを提供することを課題とする。
【解決手段】１０〜２０重量％のポリビニルアルコールに、０．１〜７重量％の塩を添加することによって、導電性を備えながら、弾性等が生体組織に酷似した臓器モデルを作製することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、スネアリングを用いた手術の手技練習用の導電性の臓器モデルに関する。

内視鏡的粘膜切除術（Endoscopic Mucosal Resection、以下ＥＭＲという）／内視鏡的粘膜下層剥離術（Endoscopic Submucosal Dissection、以下ＥＳＤという。）は、早期の大腸がん、胃がん、大腸ポリープなど、病変組織が内側の粘膜にとどまっている場合に、内視鏡で観察しながらその粘膜下層を剥離して切除する治療方法である。

ＥＭＲ／ＥＳＤは、病変部を内視鏡で確認しながら、一括して切除することができるため、確実性の高い方法であるとともに、切開することなく、組織を温存することができるので、患者の身体的負担が少なく、非侵襲的方法の一つとして注目を集めている。

ＥＭＲ／ＥＳＤは、内視鏡下で病変部を摘出するという高度の技術が必要であることから、これらの手技をトレーニングするモデルが必要であると考えられていた。

特許文献１に開示されている内視鏡用切開剥離術用モデルは、トレーニングの対象となる部位の形状を備えており、粘膜組織として動物組織を用いている。高周波スネアを用いたトレーニングを行うために、切除部分にブタ、ウシ等動物組織を用いる必要があるが、屠殺直後の組織、又は屠殺直後にホルマリン等より固定したものを使用する必要がある等、モデルを使用するための準備が大変であった。

特許文献２に開示されているＥＭＲ／ＥＳＤトレーニングモデルは、ポリビニルアルコール（以下、ＰＶＡということもある。）とコラーゲンを基本原料として作成された臓器モデルである。通電して用いるためには、塩化ナトリウムを生理的食塩濃度に溶解したものでＰＶＡ溶液を調整するとの記載はあるが、実際に通電させて用いたことが記載されているわけではない。

また、特許文献２に開示されている臓器モデルは、基本原料がポリビニルアルコールとコラーゲンであるため、形状は病変部を模擬したものを作成できる。しかしながら、生体と同程度の電気的性質を付与するために、塩を加えるとポリビニルアルコールの弾性が生体組織とは異なるものとなり、高周波スネアを用いた手技練習モデルとしての使用は困難であった。

特許文献３には、ポリビニルアルコールをホウ酸化合物で架橋させたポリビニルアルコールで構成された臓器モデルが開示されている。架橋ポリビニルアルコールで構成されていることから、弾性は生体組織に非常に類似したものとなっているが、電気的性質が異なるために高周波スネアを用いた手技のトレーニングには使用できなかった。

特開２００６−１１６２０６号公報 特開２００８−１９７４８３号公報 特開２０１０−１５６８９４号公報

本発明は、弾性が生体組織に酷似した臓器モデルであって、高周波スネアを用いた手技をトレーニング可能なように導電性を付与した臓器モデルを提供することを課題とする。

本発明の導電性臓器モデルは、１０〜２０重量％のポリビニルアルコールに、０．１〜７重量％の塩を添加し、疾患を有する組織の形状を模していることを特徴とする。

塩を０．１〜７重量％の割合で入れることにより、ポリビニルアルコールに導電性を付与することができる。臓器、組織の物理的性質によって、導電性は異なるが、０．１〜７重量％の塩を加えることによって、所望の導電性を付与することができる。

また、臓器によってその組織の硬さは異なるが、ポリビニルアルコール濃度を上記範囲で調節することによって、本発明の導電性臓器モデルは、所望の硬さにすることが可能となり、種々の組織モデルを形成することができる。

また、本発明の導電性臓器モデルは、塩として塩化ナトリウムを入れることを特徴とする。

塩化ナトリウムは生理的食塩水として、生体組織や器官を短期間保存する際に、等浸透圧を保つために使用される。組織に含まれている塩化ナトリウムを添加することにより、臓器モデルに組織と類似した導電性を付与することが可能となる。

本発明の導電性臓器は、高周波スネアの手技練習に用いるものであることを特徴とする。

塩を添加したポリビニルアルコールからなる臓器モデルは、導電性を付与したモデルとなっていることから、高周波スネアによる切除の手技練習に用いることができる。また、本臓器モデルは、その硬さが実際の組織に似たものとなっていることから、高周波スネアの手技練習だけではなく、メスを使用した手技練習にも用いることができる。

本発明の臓器モデルを用いれば、今まで手技練習を行うことが困難であった高周波スネアを用いた手技も練習することが可能となり、医師の手技向上に貢献することができる。

本発明の実施形態１の臓器モデルの側面図を示す。 高周波スネアを用いた切除術を模式的に示す。 塩濃度の異なるポリビニルアルコールで作製した臓器モデルの電気抵抗率を示す。

図１に、本発明の臓器モデルの一例である大腸ポリープの形状をした臓器モデルの側面図を示す。図１Ａは、隆起型の有茎形状に分類されるポリープであり、Ｂは無茎形状に分類されるポリープである。図１に例示したポリープは、高周波スネアにより切除する一般的な形状のポリープであるが、これ以外の形状であっても、必要に応じ、臓器モデルとして作製可能であることは言うまでもない。

以下、大腸ポリープモデルを作製する場合を例に詳細に説明するが、大腸ポリープに限らず、どのような器官、組織のモデルであっても作製可能である。

製造するモデルが模擬する器官、組織によって、適切な濃度のポリビニルアルコール、塩を選択し、弾性、電気抵抗率が模擬する器官を具現化するように調節する。

大腸ポリープの場合には、蒸留水に、１３重量％ポリビニルアルコール、３重量％塩化ナトリウムになるように、ポリビニルアルコール、塩化ナトリウムを加え、１２０℃で２０分加熱して溶解する。なお、ＰＶＡはジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）にも良く溶解することから、溶媒として蒸留水にジメチルスルホキシドを加えたものを用いてもよい。

ここでは、ポリビニルアルコールは、粘度平均分子量約９２，０００、重量平均分子量約１０６，０００、重合度１，８００のものを用いているが、模擬する組織の弾性によって、適宜適切な分子量のポリビニルアルコールを選択可能である。

溶解されたポリビニルアルコール／塩化ナトリウム溶液は、ポリープ形状の凹型に流し入れ、低温で凝固させる。型は熱に強いものであれば、どのようなものを使用してもよい。

型に溶解したポリビニルアルコール／塩化ナトリウム溶液を流し込んだ後、−１８℃〜−４０℃で凝固させる。その後、常温に戻し完全に解凍する。

また、ＰＶＡのゲル化は凍結／解凍を繰り返すことによって、ゲル内で物理的架橋が生じることから、機械強度が増強することが知られている。したがって、その性質を利用して、凍結／解凍工程を複数回繰り返し、硬さを調整することも可能である。

凝固させた後、型から外した臓器モデルは、臓器モデルと同濃度の塩化ナトリウムを含む水溶液中で保存する。ここでは、３重量％塩化ナトリウムを含有したポリビニルアルコールで臓器モデルを製造しているため、３重量％塩化ナトリウム水容液を用いている。

作製した臓器モデルは、室温で保存可能である。塩化ナトリウムを含む水溶液中で保存することにより、少なくとも６か月程度は、弾性、電気抵抗率ともに安定なまま保存することができる。

長期間保存可能であることから、手技練習を行う医師等に安定に供給することが可能となる。

また、凹型の大きさや形状を変えることによって、様々な形状のポリープを作製することができる。例えば、大腸ポリープであれば、隆起型、表在型という大きな違いだけではなく、隆起型であっても、有茎形状、無茎形状というように形態によって分類されるいくつもの型が存在する。これら形状のポリープについて、ＥＭＲ／ＥＳＤで切除を行い得る大きさのポリープであって、典型的な形状のものを作製し、手技練習に用いればよい。

ＥＭＲ／ＥＳＤで切除を行うのは、２０ｍｍ以下の早期に発見されたポリープである。したがって、ポリープの形状の臓器モデルは、２０ｍｍ以下の大きさにすることにより、実際に即したものとなる。

図１Ａで示したポリープモデルの場合には、くびれた根元の部分までの高さが、２０ｍｍ、最もくびれた部分の直径は５ｍｍ、直径の一番大きい部分は１１ｍｍとなるように設計している。

図１Ｂで示したポリープモデルの場合には、直径の一番大きい部分は１１ｍｍ、高さが１５ｍｍとなるように設計している。

また、大腸ポリープだけではなく、胃や十二指腸ポリープ等、ＥＭＲ／ＥＳＤで切除可能な消化管ポリープに対応した形状、大きさの凹型を作製し、塩を含有した所望の濃度のポリビニルアルコール水溶液で臓器モデルを作製すればよい。

さらに、必要に応じて、色素を加えることにより、形状だけではなくより臓器に近い質感を与えることができる。

また、ここでは、塩として塩化ナトリウムを用いているが、例えば、塩化カリウム等、通電することができれば、どのようなものを用いてもよい。

図２（Ａ）は、高周波スネアを用いたポリープの切除方法を模式的に示したものである。内視鏡で観察しながら、患部でスネアループを広げ、ポリープにスネアループをかけて緊縛した後、高周波電流で焼灼して、ポリープの切除を行う。

図２（Ｂ）は、本発明の臓器モデルを使用した方法を模式的に示したものである。臓器モデルは、内視鏡での操作を模擬するために、臓器モデルが術者からは直接見えないような位置におく。あるいは、大腸を模したチューブ状の模型の中に臓器モデルを配置し手技練習に供する。

術者は、臓器モデルを内視鏡を用いて観察しながら、スネアループを臓器モデルにかけ、高周波電流で焼灼し、実際の手術の場合と同様に切除を行う。

図２（Ｂ）に示すように、臓器モデルは、まず、スネアループをモデルにかけて緊縛する。したがって、ループをかけたときの質感が実際の組織の質感と似ていることが要求される。そこで、まず、スネアループをかけたときの質感や、電気メスを用いたときの切開感を塩濃度５重量％、濃度の異なるポリビニルアルコールを用いて検討した。

作製したポリビニルアルコール濃度の異なる臓器モデルを、複数の医師に使用してもらい、スネアループで緊縛したときの質感や、あるいは、メスを用いて切開したときの切開感を評価してもらった。結果を表１に示す。

ヒト大腸ポリープに、◎・・・非常に似ている、○・・・似ている、△・・・あまり似ていない、×・・・異なる
として評価を行った。

これら結果から、ポリビニルアルコール濃度は１０〜２０重量％であることが、生体組織の質感を模しているので好ましい。

さらに、最も手技練習を必要とされるのは、大腸ポリープであるが、上記表１の評価結果に見られるように、ポリビニルアルコール濃度が１２〜１６重量％であることが、大腸ポリープの質感により近似していることから好ましい。

次に、塩濃度を変えて臓器モデルを作製し、評価を行った。塩化ナトリウム濃度の異なる１３重量％ポリビニルアルコールの臓器モデルを作製し、電気抵抗率の測定を行った。

医療機器に使用する高周波は通常０．１〜１６ＭＨｚであると言われている。そこで、塩濃度の異なるポリビニルアルコールを用い、上記医療機器で実際に用いられている周波数による電気抵抗率を測定した。

測定結果を表２に示す。また、０．５、１６ＭＨｚの高周波による電気抵抗率の変化を図３に示す。０．５ＭＨｚは多くの高周波スネア機器で用いられている周波数であり、１６ＭＨｚは医療機器で用いられる高周波数の上限である。

表２、図３に示すように、塩濃度が低ければ、電気抵抗率が高く、塩濃度が高ければ、電気抵抗率は低い値をとっている。また、塩濃度が同一であるならば、周波数を変えても抵抗率はほとんど変わらない。また、塩を加えず、ＰＶＡのみの試料で測定したところ、電気抵抗が高く、値にバラツキが多いため、２ｋΩ・ｃｍ＜との測定値が得られた。

一般的に細胞内液の抵抗率は３３〜３３３Ω・ｃｍ、細胞外液の低効率は２０〜１００Ω・ｃｍの範囲であると言われている。図３の曲線を外挿すると、０．１重量％の塩濃度であればｍ３００Ω・ｃｍの電気抵抗率を得ることができる。

また、７重量％を超えて塩を添加するとＰＶＡが凝固しにくくなる。しかしながら、７重量％塩化ナトリウムを添加した倍にはいずれの高周波数で測定した場合でも２５Ω・ｃｍ程度の電気抵抗率のＰＶＡが得られていることから、臓器の電気抵抗率のほぼ下限値が得られている。

したがって、塩化ナトリウム濃度を０．１〜７重量％とすることによって、細胞内外の電気抵抗率をカバーすることができる。

以上、示してきたように、本発明の臓器モデルは、１０〜２０重量％のポリビニルアルコールに、０．１〜７重量％の塩を加えることにより、臓器に酷似した質感と導電性を備えたモデルとなっている。

患者に身体的負担の少ない手術法の選択が望まれる中、高度な技術が要求される手術が増加している。本発明の臓器モデルは、手技練習用の臓器モデルとして、非常に有用なものとなる。

Claims (3)

1. １０〜２０重量％のポリビニルアルコールに、０．１〜７重量％の塩を添加し、
   疾患を有する組織の形状を模していることを特徴とする導電性臓器モデル。
2. 請求項１記載の導電性臓器モデルであって、
   塩として塩化ナトリウムを入れることを特徴とする導電性臓器モデル。
3. 請求項１又は２に記載の導電性臓器モデルであって、
   高周波スネアの手技練習に用いるものであることを特徴とする導電性臓器モデル。