JP2020067494A - 脳神経外科手術用頭部モデル - Google Patents

Abstract

【課題】実際のヒトの脳組織に近似している脳組織を有し、脳神経外科医がクリッピングなどの脳深部の手術手技の訓練をするのに有用な脳神経外科手術用頭部モデル、当該脳神経外科手術用頭部モデルを用いた手術手技の練習方法、および当該脳神経外科手術用頭部モデルを脳組織の手術手技を行なうための機材の開発に用いる方法を提供する。【解決手段】ヒトの頭蓋骨モデルおよび当該頭蓋骨モデル内にヒトの脳組織モデルを有する脳神経外科手術用頭部モデルであって、前記頭蓋骨モデルおよび前記脳組織モデルがいずれも親水性材料で形成されていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、脳神経外科手術用頭部モデルに関する。さらに詳しくは、本発明は、例えば、ヒトの頭蓋内部の脳組織の外科手術の練習、当該脳組織の内視鏡による手技練習などに好適に使用することができる脳神経外科手術用頭部モデル、当該脳神経外科手術用頭部モデルを用いた脳神経外科手術の練習方法、および脳組織の手術手技を行なうための機材の開発に脳神経外科手術用頭部モデルを用いる方法に関する。

ヒトの脳組織の脳動脈瘤のクリッピングは、脳血管外科において一般的に行なわれている手法であり、脳卒中の外科技術認定医に義務づけられている手技である。

脳動脈瘤は、一般に頭蓋底部に生じることが多い。当該脳動脈瘤が頭蓋底部に生じた場合には、脳動脈瘤のクリッピングは、脳深部で行なわれる。しかし、脳深部での脳動脈瘤のクリッピングには高度な手技が要求され、当該脳動脈瘤が破裂した場合には、患者が死亡するおそれがある。

したがって、脳神経外科の指導医が、脳動脈瘤の手術の経験が浅い脳神経外科医に脳動脈瘤クリッピングを任せる機会が限られていることから、脳動脈瘤の手術の経験が浅い脳神経外科医がクリッピングの手技訓練をするための脳神経外科手術用頭部モデルの開発が望まれている。しかし、クリッピングの手技訓練をするのに適切な脳神経外科手術用頭部モデルが開発されていないため、実際にヒトの脳組織にある脳動脈瘤を用いて直接的に練習をせざるを得ないのが現状である。

手術トレーニングに用いられる脳モデルとして、前頭葉部、側頭葉部および脳幹部の各模型をシリコーンエラストマー、ウレタンエラストマーまたはスチレンエラストマーで成形し、成形された前頭葉部、側頭葉部、および脳幹部の各模型を併合させることによって得られた脳モデルが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、前記脳モデルは、ヒトの脳組織に近似した弾性を有するだけであり、前記各模型にシリコーンエラストマー、ウレタンラストマーまたはスチレンエラストマーが使用されており、これらのエラストマーは、いずれもヒトの脳組織と相違して撥水性を呈するため、前記脳モデルを用いてヒトの脳組織と同様の状況で手技練習をすることができず、さらに前記脳モデルを切開したときに切開部が閉じて広がらず、実際の切削感および感触が得られないことから、脳神経外科医がクリッピングなどの手技の訓練をするのに適切な脳モデルであるとはいえない。

特開２００８−２４１９８８号公報

本発明は、前記従来技術に鑑みてなされたものであり、実際のヒトの脳組織に近似している脳組織を有し、脳神経外科医がクリッピングなどの手技訓練をするのに有用な脳神経外科手術用頭部モデル、当該脳神経外科手術用頭部モデルを用いた手技の練習方法、および脳組織の手術手技を行なうための機材の開発に前記脳神経外科手術用頭部モデルを用いる方法を提供することを課題とする。

本発明は、
（１）ヒトの頭蓋骨モデルおよび当該頭蓋骨モデル内に脳組織モデルを有する脳神経外科手術用頭部モデルであって、前記頭蓋骨モデルおよび前記脳組織モデルがいずれも親水性ポリマーを含有する材料で形成されていることを特徴とする脳神経外科手術用頭部モデル、
（２）頭蓋骨モデルがポリビニルアルコールおよび石膏を含有する親水性材料で形成されてなる前記（１）に記載の脳神経外科手術用頭部モデル、
（３）脳組織モデルが架橋ポリビニルアルコールを含有する親水性材料で形成されてなる前記（１）または（２）に記載の脳神経外科手術用頭部モデル、
（４） 脳組織モデルが脳深部の解剖学的配置を有する前記（１）〜（３）のいずれかに記載の脳神経外科手術用頭部モデル、
（５） 脳組織モデルがヒトの脳全体構造を有する前記（１）〜（４）のいずれかに記載の脳神経外科手術用頭部モデル、
（６） 前記（１）〜（５）のいずれかに記載の脳神経外科手術用頭部モデルを用いて脳組織の手技練習を行なうことを特徴とする脳神経外科手術の練習方法、および
（７） 脳組織の手術手技を行なうための機材の開発に前記（１）〜（５）のいずれかに記載の脳神経外科手術用頭部モデルを用いる方法
に関する。

本発明によれば、実際のヒトの脳組織に近似している脳組織を有し、脳神経外科医がクリッピングなどの手技訓練をするのに有用な脳神経外科手術用頭部モデル、当該脳神経外科手術用頭部モデルを用いた手技の練習方法、および脳組織の手術手技を行なうための機材の開発に前記脳神経外科手術用頭部モデルを用いる方法が提供される。

本発明の脳神経外科手術用頭部モデルを用いて脳動脈瘤クリッピングの手技を行なっているときの図面代用写真である。 本発明の一実施態様の脳神経外科手術用頭部モデルのＸ線血管撮影写真である。

本発明の脳神経外科手術用頭部モデルは、前記したように、ヒトの頭蓋骨モデルおよび当該頭蓋骨モデル内にヒトの脳組織モデルを有する脳神経外科手術用頭部モデルであり、前記頭蓋骨モデルおよび前記脳組織モデルがいずれも親水性ポリマーを含有する材料で形成されていることを特徴とする。本発明の脳神経外科手術用頭部モデルは、前記構成要件を有することから、実際のヒトの脳組織に近似している脳組織を有しており、脳神経外科医がクリッピングの手技訓練をするのに有用である。

また、本発明の脳神経外科手術用頭部モデルは、頭蓋骨モデルがポリビニルアルコールおよび石膏を含有する親水性材料で形成されている場合および脳組織モデルが架橋ポリビニルアルコールを含有する親水性材料で形成されている場合、脳組織と同様の弾性を有し、切開をしたときに切開部が脳組織のように広がり、水濡れ性および切り心地がヒトの脳組織に近似するとともに表面がべとつかないという優れた効果を奏する。

したがって、本発明の脳神経外科手術用頭部モデルを用いることにより、手術経験が浅い脳神経外科医などが的確にクリッピングなどの手技練習をすることができることから、当該脳神経外科手術用頭部モデルを介し、例えば、図１に示されるように、広頸脳動脈瘤などの脳動脈瘤クリッピングなどの手技を熟練した脳神経外科医から手術の経験が浅い脳神経外科医に伝承することができるので、本発明の脳神経外科手術用頭部モデルは、高度な手技の伝承手段として有用である。なお、図１は、本発明の脳神経外科手術用頭部モデルを用いて脳動脈瘤クリッピングの手技を行なっているときの図面代用写真である。

また、本発明の脳神経外科手術用頭部モデルを用いることにより、脳組織の手術手技を行なうための新しい機材を開発することができる。

（１）頭蓋骨モデル
頭蓋骨モデルの原型として、例えば、核磁気共鳴画像法、Ｘ線コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）などにより、ヒトの頭蓋骨の形状および大きさを測定し、そのデータに基づいてコンピュータで三次元化処理し、得られた頭部のデジタル画像データ（ＤＩＣＭデータ）に基づき、三次元プリンターなどによって作製された頭部の形状が転写された型枠を用いることができる。

頭蓋骨モデルの原料として、親水性ポリマーを含有する材料が用いられる。親水性ポリマーのなかでは、ヒトの頭蓋骨と同様の弾性を有し、切開をしたときに切開部がヒトの頭蓋骨と同様であり、水濡れ性および切り心地がヒトの頭蓋骨に近似するとともに、表面がべとつかないことから、ポリビニルアルコールおよび石膏を含有するスラリーが好ましい。

ポリビニルアルコールは、頭蓋骨モデルに親水性を付与する役割および石膏のバインダーとしての役割を有する。

ポリビニルアルコールの粘度法で求められた平均重合度は、ヒトの頭蓋骨に近似した頭蓋骨モデルを作製する観点から、好ましくは３００〜３５００、より好ましくは５００〜３０００、さらに好ましくは１０００〜２５００である。

また、ポリビニルアルコールのケン化度は、ヒトの頭蓋骨に近似した頭蓋骨モデルを作製する観点から、好ましくは９０モル％以上、より好ましくは９５モル％以上、さらに好ましくは９８モル％以上である。ポリビニルアルコールのケン化度の上限値には限定がなく、高ければ高いほど好ましく、完全ケン化のポリビニルアルコールがさらに好ましい。

ポリビニルアルコールは、通常、水溶液として用いることができる。ポリビニルアルコールを水に溶解させるとき、ポリビニルアルコールの溶解性を高める観点から、ポリビニルアルコールまたは水を加温しておくことが好ましい。ポリビニルアルコール水溶液におけるポリビニルアルコールの濃度は、ヒトの頭蓋骨に近似した頭蓋骨モデルを作製する観点から、好ましくは１〜４０質量％、より好ましくは３〜３０質量％、さらに好ましくは５〜２０質量％である。

石膏としては、通常、市販されている石膏を用いることができ、本発明は、当該石膏の種類によって限定されるものではない。

石膏とポリビニルアルコールとの質量比（石膏／ポリビニルアルコール）は、ヒトの頭蓋骨に近似した頭蓋骨モデルを効率よく作製する観点から、好ましくは６０／４０〜９０／１０、より好ましくは７５／２５〜８５／１５である。

前記スラリーは、例えば、ポリビニルアルコールと石膏と水とを混合する方法、ポリビニルアルコール水溶液と石膏とを混合する方法、ポリビニルアルコールと石膏の水分散液とを混合する方法、ポリビニルアルコール水溶液と石膏の水分散液とを混合する方法などによって調製することができる。当該スラリーには、必要により、例えば、顔料、染料などの着色剤、香料、酸化防止剤、防黴剤、抗菌剤などの添加剤を適量で添加してもよい。

次に、前記スラリーを前記型枠内に充填し、乾燥させることにより、頭蓋モデルを作製することができる。

なお、頭蓋骨モデルの内面には、硬膜モデルが形成される。頭蓋骨モデルの内面に前記硬膜モデルが形成されている場合、前記頭蓋骨モデルは、さらに実物の頭蓋骨に近似したモデルとなる。前記硬膜モデルの厚さは、特に限定されず、通常、０．２〜０．８ｍｍ程度である。前記硬膜モデルは、白色布を頭蓋骨モデルの内面に接着した後、前記ポリビニルアルコールの水溶液を頭蓋骨モデルの内面に塗布し、乾燥させることにより、形成することができる。前記ポリビニルアルコールの水溶液には、必要により、着色剤が含まれていてもよい。

（２）脳組織モデル
脳組織モデルの原型として、例えば、核磁気共鳴画像法、Ｘ線コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）などにより、ヒトの脳組織の形状および大きさを測定し、そのデータに基づいてコンピュータで三次元化処理し、得られた脳組織のデジタル画像データ（ＤＩＣＭデータ）に基づき、三次元プリンターなどによって作製された脳組織の形状が転写された型枠を用いることができる。なお、脳組織は、主として大脳、小脳および延髄で構成される。本発明においては、前記脳組織は、前記した大脳、小脳および延髄のみならず、これらに付随する組織を含む概念のものである。これらの脳組織は、当該脳組織を構成する各組織のモデルを作製した後、当該各組織のモデルを組み合わせることによって作製してもよく、各組織のモデルを一体化させた状態で作製してもよい。

脳組織モデルの原料として、親水性ポリマーを含有する材料が用いられる。親水性ポリマーのなかでは、ヒトの脳組織と同様の弾性を有し、切開をしたときに切開部が脳組織のように広がり、水濡れ性および切り心地がヒトの脳組織に近似するとともに、表面がべとつかない脳組織モデルを得る観点から、架橋ポリビニルアルコールを含有する親水性材料で形成されていることが好ましい。架橋ポリビニルアルコールは、ポリビニルアルコールを架橋剤で架橋させることによって得ることができる。

ポリビニルアルコールの粘度法で求められた平均重合度は、ヒトの脳組織に近似した脳組織モデルを作製する観点から、好ましくは３００〜３５００、より好ましくは５００〜３０００、さらに好ましくは１０００〜２５００である。

また、ポリビニルアルコールのケン化度は、ヒトの脳組織に近似した脳組織モデルを作製する観点から、好ましくは９０モル％以上、より好ましくは９５モル％以上、さらに好ましくは９８モル％以上である。ポリビニルアルコールのケン化度の上限値には限定がなく、高ければ高いほど好ましく、完全ケン化のポリビニルアルコールがさらに好ましい。

ポリビニルアルコールを水に溶解させるとき、ポリビニルアルコールの溶解性を高める観点から、ポリビニルアルコールまたは水を加温しておくことが好ましい。ポリビニルアルコール水溶液におけるポリビニルアルコールの濃度は、ヒトの脳組織に近似した脳組織モデルを作製する観点から、好ましくは１〜２０質量％、より好ましくは３〜１０質量％、さらに好ましくは３〜１５質量％である。

なお、ポリビニルアルコールには、本発明の目的を阻害しない範囲内で、例えば、顔料、染料などの着色剤、香料、酸化防止剤、防黴剤、抗菌剤などの添加剤を適量で添加してもよい。これらの添加剤は、通常、ポリビニルアルコールの水溶液に添加することができる。本発明の脳神経外科手術用頭部モデルを脳組織に存在する動脈瘤を有する血管のクリッピングなどの手技練習に用いる場合、ポリビニルアルコールは、当該脳組織に近似した色に着色剤で着色されていることが好ましい。

前記架橋剤としては、例えば、ホウ酸化合物などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。

ホウ酸化合物としては、例えば、ホウ酸、ホウ酸塩、ホウ酸エステルなどが挙げられ、これらは、それぞれ単独でまたは２種以上を混合して用いることができる。ホウ酸化合物のなかでは、ポリビニルアルコール水溶液との相溶性の観点から、ホウ酸およびホウ酸塩が好ましく、ホウ酸およびホウ酸の無機塩がより好ましい。なお、ホウ酸塩としては、例えば、メタホウ酸、四ホウ酸ナトリウム水和物（ホウ砂）、四ホウ酸などのホウ酸金属塩、ホウ酸アンモニウム塩などが挙げられる。ホウ酸塩のなかでは、水溶性に優れていることから、ホウ砂およびメタホウ酸のアルカリ金属塩が好ましい。当該アルカリ金属としては、ナトリウムおよびカリウムが好ましい。

ホウ酸化合物は、例えば、粉末などの状態で、そのままポリビニルアルコール水溶液と混合することができるが、ホウ酸化合物とポリビニルアルコール水溶液とを均一に混合する観点から、あらかじめホウ酸化合物を水に溶解させたホウ酸化合物水溶液として用いることが好ましい。

ホウ酸化合物水溶液におけるホウ酸化合物の濃度は、架橋効率を高める観点から、好ましくは１ｇ／Ｌ（リットル）以上、より好ましくは５ｇ／Ｌ以上、さらに好ましくは１０ｇ／Ｌ以上である。ホウ酸化合物水溶液におけるホウ酸化合物の濃度の上限値は、そのホウ酸化合物水溶液の液温によって異なるが、そのホウ酸化合物水溶液におけるホウ酸化合物の飽和濃度である。本発明においては、ホウ酸化合物水溶液は、ホウ酸化合物の飽和水溶液であることが好ましい。ホウ酸化合物の飽和水溶液は、例えば、ホウ酸化合物の溶解度を高めるために加熱された温水に十分に溶解させた後、得られたホウ酸化合物水溶液をホウ酸化合物の結晶が析出するまで冷却することによって容易に調製することができる。ホウ酸化合物水溶液の液温は、特に限定されないが、通常、室温〜４０℃程度であることが好ましい。

ポリビニルアルコール１００質量部あたりのホウ酸化合物の量は、当該ポリビニルアルコールの平均重合度にもよるが、ポリビニルアルコールを十分に架橋させる観点から、好ましくは１質量部以上、より好ましくは３質量部以上、さらに好ましくは５質量部以上であり、未反応のホウ酸化合物が残存しがたくする観点から、好ましくは６０質量部以下、より好ましくは５５質量部以下、さらに好ましくは５０質量部以下である。

脳組織モデルの原料としてポリビニルアルコールおよび架橋剤が用いられるが、ポリビニルアルコールは、ホウ酸化合物と接触したときに架橋し、架橋ポリビニルアルコールが生成するので、ゲル化する。

したがって、ポリビニルアルコールおよび架橋剤を含有する脳組織モデルの原料は、ポリビニルアルコールと架橋剤とを混合した後、速やかに脳組織モデルの形状が転写された型枠内に注入することが好ましい。

なお、ポリビニルアルコールとホウ酸化合物とを混合するとき、ポリビニルアルコールおよびホウ酸化合物は、前述したように、いずれも水溶液として用いることが好ましい。ポリビニルアルコールとホウ酸化合物とを混合するときの温度は、特に限定されないが、通常、ポリビニルアルコールの架橋を促進させ、生産効率を高める観点から、室温〜４０℃程度であることが好ましい。

次に、ヒトの脳組織に近似した脳組織モデルを作製する観点から、ポリビニルアルコールおよびホウ酸化合物を含有する原料を型枠内に注入した後、当該原料を冷解凍することが好ましい。

前記原料の冷解凍は、例えば、前記原料を注入した型枠を冷凍室（室温：−１０℃以下）内に入れ、５〜１５時間程度冷却した後、冷凍室から取り出し、室温となるまで室温中で放置することによって行なうことができる。

以上の操作を行なうことにより、架橋ポリビニルアルコールを含有する親水性材料で形成された脳組織モデルを作製することができる。作製された脳組織は、親水性および弾性に優れており、べとつきが小さいなどの利点を有する。

（３）脳組織に存在する血管モデル
脳組織に存在する血管モデルは、脳組織に存在する動脈および静脈で構成される。前記血管モデルの原料として、前記脳組織モデルの原料と同様の原料を用いることができる。

前記血管モデルは、例えば、血管モデル用の型枠を用意し、前記血管モデルの原料を当該型枠内に注入した後、当該型枠を冷凍室（室温：−１０℃以下）内に入れ、５〜１５時間程度冷却し、次いで当該型枠を冷凍室から取り出し、室温となるまで室温中で放置することによって作製することができる。

以上の操作を行なうことにより、血管モデルを作製することができる。作製された血管モデルは、脳組織と同様に、親水性および弾性に優れており、含水量が少なく、べとつきが小さいなどの利点を有する。前記血管モデルは、例えば、ウェトラブ（株）から商業的に容易に入手することができる。

なお、前記血管モデルには、必要により、動脈瘤を有する患者から取得した当該動脈瘤のデジタル画像データ（ＤＩＣＭデータ）に基づき、三次元プリンターなどによって作製された動脈瘤モデルが形成されていてもよい。前記動脈瘤モデルは、前記血管モデルと同様の方法によって作製することができる。動脈瘤モデルの内部と血管モデルの内部とが連通するように動脈瘤モデルと前記血管モデルとを接着することにより、動脈瘤モデルを有する血管モデルを作製することができる。

前記で作製された血管モデルは、実際のヒトの脳組織に近似させるために、前記で得られた脳組織モデルに貼付したり、当該脳組織モデル内に埋入させたりすることが好ましい。また、前記血管モデルを脳組織モデルに固定した後、当該脳組織モデルの外表面に濃度が１〜３質量％のポリビニルアルコール水溶液を塗布し、その塗布面に前記ホウ酸化合物水溶液を塗布することによって架橋ポリビニルアルコールからなる厚さが０．１〜０．６ｍｍ程度の薄膜を形成させてもよく、和紙などの薄紙を当該脳組織モデルの外表面に貼付することができる。

次に、前記で得られた脳組織モデルを前記ヒトの頭蓋骨モデルの開口部からその内部に装填し、頭蓋骨モデルと同様の材料で形成された頭蓋骨用蓋部で頭蓋骨モデルの開口部を封止することにより、脳神経外科手術用頭部モデルを作製することができる。

なお、前記脳神経外科手術用頭部モデルには、ヒトの頭部に模するために、必要により、脳神経外科手術用頭部モデルの表面に樹脂フイルムを貼付することによって筋肉モデルを形成させたり、疑似眼球、疑似耳部、疑似鼻部などを装着したり、疑似毛髪を貼付したりしてもよい。

樹脂フイルムとしては、例えば、ポリビニルアルコールフイルム、塩化ビニル樹脂フイルム、ポリ塩化ビニリデンフイルム、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂からなる樹脂フイルム、ポリエステルフイルムなどが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。これらの樹脂フイルムのなかでは、ポリビニルアルコールフイルムは、頭蓋骨モデルとの接着性に優れていることから好ましい。商業的に入手することができるポリビニルアルコールフイルムとしては、例えば、日本合成化学工業（株）製、商品名：ボブロンなどの二軸延伸ポリビニルアルコールフイルムなどが挙げられる。樹脂フイルムの厚さは、その樹脂フイルムを構成している樹脂の種類などによって異なるので一概には決定することができないが、通常、０．０３〜２ｍｍ程度である。

また、本発明の脳神経外科手術用頭部モデルをさらに実物の頭部に近似させるために、必要により、ポリビニルアルコールのシート、その塊状物などを用いて襞、皺などを当該脳神経外科手術用頭部モデルの表面に形成させてもよい。

本発明の脳神経外科手術用頭部モデルにおいては、脳組織モデルは、実物の脳組織に近似させるためにヒトの脳全体構造を有することが好ましく、実物の脳深部に近似させるために視神経などの脳に付随する組織を含有する脳深部組織モデルを形成させて脳深部の解剖学的配置が脳組織モデルに形成されていることが好ましい。

以上のようにして構成される本発明の脳神経外科手術用頭部モデルは、前記したように、前記頭蓋骨モデルおよび前記脳組織モデルがいずれも親水性ポリマーを含有する材料で形成されていることから、実際のヒトの脳組織に近似している脳組織を有しており、脳神経外科医がクリッピングの手技訓練をするのに有用である。

また、本発明の脳神経外科手術用頭部モデルは、架橋ポリビニルアルコールを含有する親水性材料でその頭蓋骨モデルおよび脳組織モデルを形成させた場合、脳組織と同様の弾性を有し、切開をしたときに切開部が脳組織のように広がり、水濡れ性および切り心地がヒトの脳組織に近似するとともに、表面がべとつかないという優れた効果を奏する。

したがって、本発明の脳神経外科手術用頭部モデルを用いることにより、例えば、広頸脳動脈瘤などの脳動脈瘤クリッピングなどの高度な手技を熟練した脳神経外科医から脳神経外科手術の経験が浅い脳神経外科医に伝承することができるので、本発明の脳神経外科手術用頭部モデルは、高度な手技の伝承手段として有用である。

また、本発明の脳神経外科手術用頭部モデルに頭蓋骨、脳付随組織などを含有させた場合には、脳神経外科医が本発明の脳神経外科手術用頭部モデルを用いることにより、体位変換、手術用顕微鏡の扱いなどの手術手技の訓練をすることができる。

また、本発明の脳神経外科手術用頭部モデルを用いることにより、脳組織の手術手技を行なうための新しい機材を開発することができることから、本発明の脳神経外科手術用頭部モデルは、新たな脳神経外科手術用機材の開発、ひいては脳神経外科手術の技術的向上に貢献するものである。

次に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。

実施例１
脳神経外科手術用頭部モデルを以下のようにして作製した。
（１）頭蓋骨モデル
頭蓋骨モデルの原型として、コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）により、ヒトの頭蓋骨の形状および大きさを測定し、そのデータに基づいてコンピュータで三次元化処理し、得られた頭部のデジタル画像データ（ＤＩＣＭデータ）に基づき、三次元プリンターによって脳神経外科手術用頭部モデルを作製した。前記で得られた脳神経外科手術用頭部モデルを用い、当該脳神経外科手術用頭部モデルの形状が転写された型枠を作製した。

粘度平均重合度が１７００であり、ケン化度が約９８〜９９モル％であるポリビニルアルコール〔（株）クラレ製、商品名：クラレポバールＰＶＡ−１１７〕を濃度が１０質量％となるように調製した。８０℃に加温しながら１５分間攪拌した後、常温まで放冷した。得られたポリビニルアルコール水溶液５００ｍＬを１Ｌ容のビーカーに入れた。

次に、石膏粉末２００ｇを前記ビーカー内に添加し、ビーカー内の内容物を均一な組成となるように攪拌することにより、スラリーを得た。

前記で得られたスラリーを前記型枠内に注入した後、当該スラリーを室温で乾燥させることにより、頭蓋骨モデルを作製した。

前記で得られた頭蓋骨モデルの内面に、白色布接着および白色に着色した１５質量％ポリビニルアルコール水溶液を塗布、乾燥させることにより、厚さ約０．３ｍｍの硬膜モデルを形成させた。

（２）脳組織モデル
脳組織モデルの原型として、Ｘ線コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）および核磁気共鳴画像により、ヒトの脳組織の形状および大きさを測定し、そのデータに基づいてコンピュータで三次元化処理し、得られた脳組織のデジタル画像データ（ＤＩＣＭデータ）に基づき、三次元プリンターによって脳組織モデルを作製した。前記で得られた脳組織モデルを用い、当該脳組織モデルの形状が転写された型枠を作製した。

粘度平均重合度が１７００であり、ケン化度が約９８〜９９モル％であるポリビニルアルコール〔（株）クラレ製、商品名：クラレポバールＰＶＡ−１１７〕を濃度が１５質量％となるように調製した。８０℃に加温しながら１５分間攪拌した後、常温まで放冷した。得られたポリビニルアルコール水溶液５００ｍＬを１Ｌ容のビーカーに入れた。

次に、ホウ砂５ｇを前記ビーカー内に添加し、ビーカー内の内容物を均一な組成となるように攪拌することにより、脳組織モデルの原料を調製した。

前記で得られた脳組織モデルの原料を前記型枠内に注入した後、当該型枠を冷凍室（室温：−２０℃）内に入れ、１２時間冷却した後、冷凍室から取り出し、室温となるまで室温中で放置することにより、脳組織モデルを作製した。

（３）血管モデル
外径が０．３ｍｍ、０．５ｍｍ、０．７ｍｍ、１．０ｍｍ、１．２ｍｍ、１．５ｍｍ、１．８ｍｍ、２．０ｍｍ、２．５ｍｍまたは３．０ｍｍである血管モデル〔ウェトラブ（株）製、材質：ポリビニルアルコール〕を複数本用意した。

（４）動脈瘤モデル
動脈瘤モデルの原型として、コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）および核磁気共鳴法により、患者の動脈瘤の形状および大きさを測定し、そのデータに基づいてコンピュータで三次元化処理し、得られた動脈瘤のデジタル画像データ（ＤＩＣＭデータ）に基づき、三次元プリンターによって動脈瘤モデルの原型を作製した。

前記で得られた動脈瘤モデルの原型の表面に１５質量％ポリビニルアルコール〔（株）クラレ製、商品名：クラレポバールＰＶＡ−１１７〕水溶液を塗布し、乾燥させる操作を繰り返した後、形成された動脈瘤の内部の原型を取り出すことにより、内部が中空の動脈瘤を作製した。

（５）動脈瘤モデル付き血管モデル
外径が３．０ｍｍである血管（動脈）モデルの内部空間と前記で得られた動脈瘤モデルの内部空間とが貫通するようにして血管モデルと動脈瘤モデルとを接着することにより、動脈瘤モデル付き血管モデルを作製した。なお、動脈瘤モデルは、厚さが薄くなるように作製して脳組織モデルに癒着させ、脳組織から動脈瘤モデルを剥離させるときの方向を間違えた際に、当該動脈瘤モデルが破裂するようにした。

（６）血管モデルが設けられた脳組織モデル
前記で得られた血管モデルを脳組織モデルに接着することにより、血管モデル付き脳組織モデルを作製した。中大脳動脈分岐部動脈瘤を有する血管モデル、内頚動脈後交通動脈分岐部動脈瘤を有する血管モデル、前交通動脈下向き動脈瘤を有する血管モデルおよび前交通動脈上向き動脈瘤を有する血管モデルが設けられた脳組織モデルを作製した。

前記で得られた脳組織モデルに視神経モデルおよび静脈モデルを接着することにより、付随組織を有する脳組織モデルを作製した。

前記で得られた脳組織モデルの血管モデルを固定するために、当該脳組織モデルの表面に５質量％ポリビニルアルコール〔（株）クラレ製、商品名：クラレポバールＰＶＡ−１１７〕水溶液を塗布し、乾燥させる操作を繰り返すことにより、厚さが約０．３ｍｍの薄膜を形成させた。

（７）脳神経外科手術用頭部モデル
次に、前記で得られた脳組織モデルを前記頭蓋骨モデルの開口部からその内部に装填し、頭蓋骨モデルと同一の材料で形成された頭蓋骨用蓋部で頭蓋骨モデルの開口部を封止することにより、脳神経外科手術用頭部モデルを作製した。

前記で得られた脳神経外科手術用頭部モデルにポリビニルアルコール製の疑似眼球を埋め込み、ポリビニルアルコール製のフイルムを側頭部分に貼り付けて筋肉モデルを作製し、ポリビニルアルコール製の耳モデルを取り付けた。さらに、前記で得られた脳神経外科手術用頭部モデルにポリビニルアルコール製のフイルムを貼り付けて頭皮モデル、側頭筋モデルおよび皮膚モデルを形成させた。

前記で得られた脳神経外科手術用頭部モデルは、脳組織と同様の弾性を有し、切開をしたときに切開部が脳組織のように広がり、水濡れ性および切り心地がヒトの脳組織に近似するとともに、表面がべとつかないことが確認された。

次に、前記で得られた脳神経外科手術用頭部モデルの血管モデル内に造影剤を還流させて血管撮影を行ない、親動脈と動脈瘤との位置関係、動脈瘤の大きさ、および動脈瘤と頭蓋骨との位置関係を確認した。

図２に、前記で得られた脳神経外科手術用頭部モデルのＸ線血管撮影写真を記載する。図２は、本発明の一実施態様の脳神経外科手術用頭部モデルのＸ線血管撮影写真である。図２の白抜き矢印に示されるように、前記で得られた脳神経外科手術用頭部モデルの脳組織内には動脈瘤が形成されていることがわかる。

次に、熟練脳神経外科医の指導のもと、専門医前後の若手の脳神経外科医２２名が動脈瘤手術のトレーニングを行なった。当該トレーニングの際には、手術用顕微鏡、手術台、クラニオトーム、鋼製小物などを準備した。

トレーニングのマクロ操作として、手術用顕微鏡の位置、扱い方法、疑似頭蓋の体位、三点固定位置、手術台の扱い、皮膚切開および開頭を取り入れ、マイクロ操作として、擬似静脈の剥離、擬似動脈瘤の存在位置の確認、脳べらの挿入方法、脳圧排方法、擬似動脈瘤の剥離方向、アプライヤー・クリップの挿入およびクリップの適切な位置確認を取り入れた。

前記トレーニングの終了後、前記若手の脳神経外科医に対し、当該トレーニングの有用性についてアンケート調査を実施した。その際の評価基準は、以下のとおりである。

〔トレーニングの評価基準〕
５：トレーニングが役に立った。
４：トレーニングがやや役に立った。
３：トレーニングが役に立ったかどうかが明確ではない。
２：トレーニングがあまり役に立たなかった。
１：トレーニングが役に立たなかった。

以上のアンケートの結果、若手の脳神経外科医２２名全員が評価５の「トレーニングが役に立った」の評価をした。

また、若手の脳神経外科医から以下の付随的な感想が寄せられた。
（１）手技時の体位、皮膚切開、開頭部位、剥離方向などの位置情報把握処理訓練が可能であった。
（２）顕微鏡の取り回し、手術台の位置変更などの機器操作訓練が可能であった。
（３）術野での剥離操作、アプライヤーの挿入方向、クリップ先端位置の確認などの深部操作訓練が可能であった。

以上の結果から、本発明の脳神経外科手術用頭部モデルを用いることにより、脳神経外科手術のシミュレーションが可能となるだけでなく、前交通動脈瘤、内頚動脈後交通動脈分岐部動脈瘤などを当該脳神経外科手術用頭部モデル内の所定の位置に作製することができることから、若手の脳神経外科医が、外科手術が難しい脳組織の深部で手技練習をすることができるようになる。

なお、前記実施例では、脳動脈瘤モデルを対象にして実施したが、本発明の脳神経外科手術用頭部モデルは、当該脳動脈瘤モデルに限らず、脳腫瘍モデル、他疾患モデルなどに対しても有用である。

したがって、本発明の脳神経外科手術用頭部モデルは、脳動脈瘤などの脳神経外科手術の経験が浅い脳神経外科医がクリッピングなどの手技の訓練をする際に有用な練習材料である。本発明の脳神経外科手術用頭部モデルは、特に前交通動脈瘤などの脳組織の深い位置での手技を行なう際の訓練に有用である。また、本発明の脳神経外科手術用頭部モデルは、脳組織の手術手技を行なう際に使用される機材の開発に有用である。

Claims (7)

1. ヒトの頭蓋骨モデルおよび当該頭蓋骨モデル内にヒトの脳組織モデルを有する脳神経外科手術用頭部モデルであって、前記頭蓋骨モデルおよび前記脳組織モデルがいずれも親水性材料で形成されていることを特徴とする脳神経外科手術用頭部モデル。
2. 頭蓋骨モデルがポリビニルアルコールおよび石膏を含有する親水性材料で形成されてなる請求項１に記載の脳神経外科手術用頭部モデル。
3. 脳組織モデルが架橋ポリビニルアルコールを含有する親水性材料で形成されてなる請求項１または２に記載の脳神経外科手術用頭部モデル。
4. 脳組織モデルが脳深部の解剖学的配置を有する請求項１〜３のいずれかに記載の脳神経外科手術用頭部モデル。
5. 脳組織モデルがヒトの脳全体構造を有する請求項１〜４のいずれかに記載の脳神経外科手術用頭部モデル。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の脳神経外科手術用頭部モデルを用いて脳組織の手技練習を行なうことを特徴とする脳神経外科手術の練習方法。
7. 脳組織の手術手技を行なうための機材の開発に請求項１〜５のいずれかに記載の脳神経外科手術用頭部モデルを用いる方法。