JP5219582B2 - 脳モデル - Google Patents
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Description
[2] 深さ10mmまで押圧し、20秒後の回復率が、該深さ10mmに対して、90〜95%である、上記[1]に記載の脳モデル。
[3] 深さ10mmまで押圧し、25秒後の回復率が、該深さ10mmに対して、90〜95%である、上記[1]または[2]に記載の脳モデル。
[4] ラテックス層およびウレタンゲル層を含む2層構造を有し、該ラテックス層が該ウレタンゲル層を被覆する、上記[1]〜[3]のいずれか1項に記載の脳モデル。
[5] 前記ウレタンゲル層が、
成分(A):ポリエステルポリオール、および
成分(B):ヘキサメチレンジイソシアネート
を混合して使用する2液ポリウレタンから形成される、上記[4]記載の脳モデル。
[6] 前記成分(A)および前記成分(B)の重量比が、100:45〜100:50[成分(A):成分(B)]である、上記[5]記載の脳モデル。
[7] 前記成分(A)および前記成分(B)の重量比が、100:47[成分(A):成分(B)]である、上記[6]記載の脳モデル。
[8] 前記成分(A)が、3−メチル−1,5−ペンタジオールおよびアジピン酸から形成されるポリエステルポリオールである、上記[5]〜[7]のいずれか1項に記載の脳モデル。
[9] ラテックス層の厚みが50〜300μmである、上記[4]〜[8]のいずれか1項に記載の脳モデル。
脳組織表面の形状を再現した型にラテックス水溶液を塗布してラテックス層を形成する工程(以下、第1工程);および
2液ポリウレタンを充填してウレタンゲル層を形成する工程(以下、第2工程);
を包含する方法によって製造することができる。
第1工程によって形成されるラテックス層は脳組織表面の形状および触感を忠実に再現することができる。第1工程に使用する型は、脳表面の溝の形状、深さ、表面下の空洞形状などを忠実に再現した型であれば特に制限はない。また、型を構成する材料としては、特に限定はないが、例えば、シリコーン樹脂、石膏などが挙げられ、特に、脳形状の再現性および操作性の観点から、シリコーン樹脂が特に好ましい。また、本発明において、凹型および凸型を使用してもよい。さらに、CT画像データを利用して型を作製することも可能であり、この場合、患者の術部を忠実に再現することができるので非常に有益である。
第1工程で形成したラテックス層上に、成分(A):ポリエステルポリオールおよび成分(B):ヘキサメチレンジイソシアネートを混合して使用する2液ポリウレタンを充填してウレタンゲル層を形成する。
本発明の脳モデルの力学的特性は、主に、回復挙動測定によって評価することができる。図2は、本発明で採用する回復挙動測定方法を模式的に示す図である。回復挙動測定では、まず、円筒形ジグ(直径:20mm、長さ:12mm、重さ:2.26g)を用いて本発明の脳モデルを押圧し、ジグの底面が深さ10mmにまで達した時点、すなわち、押し込み量が10mmの時点で荷重負荷を停止し、レーザー変位計(例えば、キーエンス製 LC2100など)を用いて、変形した脳モデルの形状の回復に伴う押し込み量の変化を経時的に測定する。
回復率(%)=[測定時の押し込み量(mm)]/
[測定開始時(0秒)での押し込み量(すなわち10mm)]×100
ヒト頭蓋骨から形状を採取し、CT画像データからの光造形モデルを用いて、脳組織表面形状を再現した型を作製した。このとき、脳組織表面形状に現れる多数の溝(脳表面における溝の幅よりも、脳内部の溝の底部の幅が大きく、表面からなだらかに幅が大きくなるような構造をしている)を忠実に再現した。
(株)レジテックス製S−500(天然ゴム加硫型ラテックス)を水に溶解してラテックス水溶液を調製した。
2液ポリウレタンとして、以下の成分(A)および成分(B)を使用した。
成分(A):3−メチル−1,5−ペンタジオールとアジピン酸からなるポリエステルポリオール(分子量:1000)
成分(B):ヘキサメチレンジイソシアネートプレポリマー(溶剤として、マレイン酸 ジ2−エチルヘキシルを含有)
製造例1で作製した型に製造例2で調製したラテックス水溶液を薄く均一に塗布し、室温(約20℃)にて自然乾燥させ、外皮のラテックス層(厚み:50〜300μm)を形成した。
製造例3の2液ポリウレタンを成分(A):成分(B)=100:45の重量比で混合し、上記のラテックス皮膜処理した型に流し込み、60℃で30分間硬化させた。混合の際、主剤である成分(A)に対してウレタン系着色剤(ミクニペイント株式会社製、ポリデュール)を添加し、その後、硬化剤である成分(B)を添加し、混合することによって均一に着色した(肌色)。
硬化後、型を外して脳モデルを得た。
実施例2:脳モデルの作製
製造例3の2液ポリウレタンを成分(A):成分(B)=100:47の重量比で混合したことを除いて、実施例1と同様に脳モデルを作製した。
実施例3:脳モデルの作製
製造例3の2液ポリウレタンを成分(A):成分(B)=100:50の重量比で混合したことを除いて、実施例1と同様に脳モデルを作製した。
比較例1:脳モデルの作製
製造例3の2液ポリウレタンを成分(A):成分(B)=100:43の重量比で混合したことを除いて、実施例1と同様に脳モデルを作製した。
モノマー溶液濃度が10重量%となるようにアクリル酸(ナカライテスク株式会社製)を蒸留水に溶解した。次いで、架橋剤としてN,N’−メチレンビスアクリルアミド(MBA、ナカライテスク株式会社製)をモノマーに対して0.75モル%加え、さらに開始剤として過硫酸アンモニウム(APS、和光純薬工業株式会社製)を0.5モル%加え、モノマー溶液を調製した。
上記で調製したモノマー溶液を製造例1で作製した型に流し込み、70℃に保った恒温水槽中で4時間重合反応を行った。重合反応によって生成したポリアクリル酸ゲルを型から取り出し、蒸留水で洗浄して未反応モノマーおよび開始剤残渣を除去した。その後、ポリアクリル酸ゲルを蒸留水中に浸漬し、平衡に達するまで膨潤させて脳モデルを作製した。
ベテラン脳神経外科医(合計17名)が実施例および比較例の脳モデルに触れ、その触感が最もヒト生体脳に近いものを選択した。結果を以下の表に示す。
ヒト生体脳は、一般に、変形後、瞬時には戻らず、少なくとも10〜20秒間かけて原形へと戻る力学的特性を有する。本発明の実施例1〜3および比較例1〜2の脳モデルについて、力学的特性を上述の回復挙動測定に基づいて評価した。
本発明では、さらに、脳モデルの押圧後の回復挙動を荷重(g)と押し込み量(mm)との関係に基づいて検証した。鉛直下方に可動する円筒形ロッドを備えた圧縮試験装置(ロッド断面積:7.07mm2、圧縮速度:0.996mm/秒)(図6)を用いて実施例1〜3および比較例1〜2の脳モデルの押圧後の回復挙動を測定した。図4は、実施例1〜3および比較例1〜2の脳モデルの押圧後の回復挙動を示すグラフである(y軸:荷重(g)、x軸:押し込み量(mm))。
実施例1(・)の脳モデルは、二次関数:y=2.2133x2+0.5107x、
実施例2(●)の脳モデルは、二次関数:y=0.9502x2+2.3596x、
実施例3(◆)の脳モデルは、二次関数:y=1.3411x2+4.441x、
比較例1(▲)の脳モデルは、二次関数:y=0.8137x2−0.3013x、
比較例2(■)の脳モデルは、一次関数:y=1.2228x
で示される挙動を有することが分かった(ただし、x=0〜10)。
本発明では脳モデルの押圧時(押し込み時)の挙動についても検証した。実施例1〜3および比較例1〜2の脳モデルの押圧時の挙動を上記の圧縮試験装置(ロッド断面積:7.07mm2、圧縮速度:0.996mm/秒)を用いて測定した。図5は、実施例1〜3および比較例1〜2の脳モデルの押圧時の挙動を示すグラフである(y軸:荷重(g)、x軸:押し込み量(mm))。
実施例1(・)の脳モデルは、二次関数:y=0.4514x2+1.6266x、
実施例2(●)の脳モデルは、二次関数:y=0.6648x2+1.8708x、
実施例3(◆)の脳モデルは、二次関数:y=0.6307x2+4.7606x、
比較例1(▲)の脳モデルは、二次関数:y=0.4511x2+0.1603x、
比較例2(■)の脳モデルは、一次関数:y=1.0624x
で示される挙動を有することが分かった(ただし、x=0〜10)。
Claims (4)
- ウレタンゲル層とそれを被覆するラテックス層を含む2層構造を有する脳モデルであって、前記ウレタンゲル層が、
成分(A):ポリエステルポリオール、および
成分(B):ヘキサメチレンジイソシアネート
を混合して使用する2液ポリウレタンから形成され、前記成分(A)および前記成分(B)の重量比が、100:45〜100:50[成分(A):成分(B)]であり、
深さ10mmまで押圧し、10秒後の回復率が、該深さ10mmに対して、80〜95%であり、深さ10mmまで押圧し、20秒後の回復率が、該深さ10mmに対して、90〜95%であり、深さ10mmまで押圧し、25秒後の回復率が、該深さ10mmに対して、90〜95%である、脳モデル。 - 前記成分(A)および前記成分(B)の重量比が、100:47[成分(A):成分(B)]である、請求項1記載の脳モデル。
- 前記成分(A)が、3−メチル−1,5−ペンタジオールおよびアジピン酸から形成されるポリエステルポリオールである、請求項1または2に記載の脳モデル。
- ラテックス層の厚みが50〜300μmである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の脳モデル。
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