JP6905945B2 - 三次元実体モデルおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明はまた、医師の手術練習に十分に貢献することができる三次元実体モデルを提供することを目的とする。
本発明はまた、実際の手術によく適合する手術計画を立てることができる三次元実体モデルを提供することを目的とする。
弾性材料からなる表面層;および
該表面層と隣接して配置され、前記表面層を構成する弾性材料の弾性率と異なる弾性率を有する弾性材料からなる下層;
を含む、三次元実体モデルに関する。
詳しくは、本発明の三次元実体モデルは、感触がヒトの実際の身体部位とよく近似しており、医師の手術練習に十分に貢献することができる。また本発明の三次元実体モデルを用いると、実際の手術によく適合する手術計画を立案することができる。さらに本発明の三次元実体モデルを用いて模擬手術を行うことにより、手術後の変形の程度を知ることができる。
本発明の三次元実体モデル(以下、単に「実体モデル」という)は手術シミュレーションに使用される医療用造形物である。手術シミュレーションとは、医師の手術熟練度の向上のための手術練習、手術を円滑に進めるための手術計画の立案、および患者への手術説明などを目的として行われる模擬手術のことである。
表面層が弾性材料として、上記ポリマーのうち、特にウレタンゴムおよびゼラチン以外のポリマーから構成される場合、表面層の硬化剤の含有量の下限値は弾性材料に対して例えば、0.1重量%であってもよいし、1重量%であってもよいし、または2重量%であってもよい。同様の場合、当該含有量の上限値は弾性材料に対して例えば、40重量%であってもよいし、30重量%であってもよいし、20重量%であってもよいし、15重量%であってもよいし、または10重量%であってもよい。
例えば、下層が表面層を構成する有機系弾性材料と同じ種類の有機系弾性材料から構成される場合、当該同じ種類の材料は相互に親和性が高いため、表面層は通常、下層と不可分に一体化されている。表面層が下層と不可分に一体化されているとは、表面層を人力で下層から引き剥がそうとしても、それらの間の界面での剥離は困難な状態をいう。
また例えば、下層の構成材料と表面層の構成材料との組み合わせが、シリコーンゴムとウレタンゴムとの組み合わせである場合など、相互に親和性が低い組み合わせの場合、表面層は下層から離接可能に一体化されている。表面層が下層から離接可能に一体化されているとは、手術シミュレーション前、表面層は下層の表面の少なくとも一部を包囲して、両者は一体化されているが、手術シミュレーションにより表面層を切開すると、当該切れ目から表面層が下層から容易に剥離できる状態をいう。このような場合、表面層を何回も容易に取り換えることができるので、本発明の実体モデルは経済的である。
下層を構成するウレタンゴムとしては、表面層を構成するウレタンゴムの市販品として例示した同様の市販品が使用可能である。
下層を構成するゼラチンとしては、表面層を構成するゼラチンと同様の市販品が使用可能である。
下層を構成するシリコーンゲルは市販品として入手可能である。シリコーンゲルの市販品として、例えば、ワッカー・シリゲル(Wacker SilGel)612A(旭化成ワッカーシリコーン株式会社製)およびワッカー・シリゲル612B(旭化成ワッカーシリコーン株式会社製)が挙げられる。
例えば、下層および表層がシリコーンゲルおよびゼラチン以外の同じ種類の材料から構成される場合、下層の硬化剤の含有量は、通常は、表面層の硬化剤の含有量と異なる量である。当該場合、詳しくは、下層の硬化剤の含有量は通常、表面層の説明で上記した硬化剤の含有量範囲と同様の範囲内であって、表面層の硬化剤の含有量と異なる量である。
測定モード:圧縮モード
測定周波数:1Hz
測定温度:23℃
静的ひずみ:5%
動的ひずみ:1%
使用試験機:TA INSTRUMENTS製 粘弾性測定装置 RSA−3
本実施態様Xにおいては、下層の弾性率は表面層の弾性率よりも低い。
例えば、実体モデルが乳房、臓器(特に内蔵)、口唇、外鼻、眼瞼、顔面、およびその他の皮膚構造体からなる群(以下、単に「群X」ということがある)から選択されるヒトの身体部位における全体形状またはその一部の形状と同等の形状を有している場合、下層の弾性率は表面層の弾性率よりも低い。この場合の下層および表面層の弾性率は、本実施態様の実体モデルの感触とヒトの実際の身体部位の感触とがよく近似するように調整されればよく、例えば、下層の弾性率は表面層の弾性率に対して、通常、1〜99.9%、特に1〜99%の範囲内であり、好ましくは1〜80%、より好ましくは1〜70%である。下層の弾性率と表面層の弾性率との比率は通常、1:1.2〜1:100であり、好ましくは1:1.5〜1:100であり、より好ましくは1:2〜1:100であり、さらに好ましくは1:2〜1:80、最も好ましくは1:2〜1:50である。
下層:0.1×103〜5.0×105Pa、好ましくは1.0×103〜1.5×105Pa、より好ましくは5.0×103〜1.2×105Pa;
表面層:1.0×104〜1.0×106Pa、好ましくは5.0×104〜7.0×105Pa、より好ましくは1.2×105〜4.0×105Pa。
下層:0.1〜0.9、好ましくは0.15〜0.85;
表面層:0.1〜0.9、好ましくは0.1〜0.5、より好ましくは0.15〜0.3。
実施態様x1に係る実体モデルは、上記した群Xのうち、乳房(特に左乳房)と同等の形状を有する。本実施態様において、左乳房の形状を有する実体モデル10Aは図1(A)に示すような全体形状を有し、図1(B)または図1(C))に示すような断面構造を有する。図1(A)は実体モデル10Aの全体形状を示す概略図であり、図1(B)は図1(A)のPP断面を矢印方向で見たときの概略断面図の一例を示し、図1(C)は図1(A)のPP断面を矢印方向で見たときの概略断面図の別の一例を示す。図1(B)において表面層1Aは下層2Aの片側の全面を覆っているが、所望の手術部位に応じて下層2Aの一部の表面を覆っていてもよい。図1(C)において表面層1Aは下層2Aのほぼ全面を覆っている。本実施態様において、表面層1Aは乳房の皮膚(表皮および真皮を含む)に対応し、下層2Aは乳房の皮下組織(乳腺組織および脂肪を含む)に対応する。
下層:0.1×103〜5.0×105Pa、好ましくは1.0×103〜1.5×105Pa、より好ましくは5.0×103〜1.2×105Pa;
表面層:1.0×105〜1.0×106Pa、好ましくは2.0×105〜7.0×105Pa、より好ましくは2.5×105〜4.0×105Pa。
下層:0.1〜0.9、好ましくは0.15〜0.85;
表面層:0.1〜0.5、好ましくは0.1〜0.4、より好ましくは0.15〜0.3。
下層:1.0×103〜5.0×105Pa、好ましくは1.0×104〜1.5×105Pa、より好ましくは5.0×104〜1.5×105Pa;
表面層:1.0×105〜1.0×106Pa、好ましくは2.0×105〜7.0×105Pa、より好ましくは2.5×105〜4.0×105Pa。
下層:0.1〜0.5、好ましくは0.1〜0.4、より好ましくは0.15〜0.3;
表面層:0.1〜0.5、好ましくは0.1〜0.4、より好ましくは0.15〜0.3。
下層:0.1×103〜1.0×105Pa、好ましくは1.0×103〜5.0×104Pa、より好ましくは5.0×103〜5.0×104Pa;
表面層:1.0×105〜1.0×106Pa、好ましくは2.0×105〜7.0×105Pa、より好ましくは2.5×105〜4.0×105Pa。
下層:0.1〜0.9、好ましくは0.5〜0.9、より好ましくは0.6〜0.9;
表面層:0.1〜0.5、好ましくは0.1〜0.4、より好ましくは0.15〜0.3。
下層2Aの厚みt2A:10〜150mm;
表面層1Aの厚みt1A:0.3〜10mm、好ましくは0.3〜5mm、より好ましくは0.3〜2mm。
本明細書中、厚みについての数値範囲は、当該厚みが当該数値範囲内で変化していてもよい、という意味である。
乳房モデル10Aは、実際の乳房の重力方向への下垂性の観点から、図1(C)に示すように、表面層1Aが下層2Aのほぼ全面を覆っていることが好ましい。
実施態様x2に係る実体モデルは、上記した群Xのうち、臓器、特に肝臓、と同等の形状を有する。本実施態様において、肝臓の形状を有する実体モデル10Bは図2(A)に示すような全体形状を有し、図2(B)に示すような断面構造を有する。図2(A)は実体モデル10Bの全体形状を示す概略図であり、図2(B)は図2(A)のPP断面を矢印方向で見たときの概略断面図を示す。図2(A)および図2(B)において、表面層1Bは下層2Bの全表面を覆っているが、所望の手術部位に応じて下層2Bの一部の表面を覆っていてもよい。本実施態様において、表面層1Bは肝臓の被膜に対応し、下層2Bは肝臓の実質に対応する。
下層:0.1×103〜5.0×105Pa、好ましくは1.0×103〜1.5×105Pa、より好ましくは5.0×103〜1.2×105Pa;
表面層:1.0×105〜1.0×106Pa、好ましくは2.0×105〜7.0×105Pa、より好ましくは2.5×105〜4.0×105Pa。
下層:0.1〜0.9、好ましくは0.15〜0.85;
表面層:0.1〜0.5、好ましくは0.1〜0.4、より好ましくは0.15〜0.3。
表面層1Bの厚みt1B:0.3〜2mm。
下層2Bの厚みは、全体厚みTBがヒトの実際の肝臓と同程度である限り、特に限定されない。
実施態様x3に係る実体モデルは、上記した群Xのうち、口唇、特に下口唇、と同等の形状を有する。本実施態様の実体モデル10Cは、図3(A)に示すような口唇の全体形状を有し、その下口唇は図3(B)に示すような断面構造を有する。図3(A)は口唇の全体形状を有する本実施態様の実体モデルの一例の概略図であり、図3(B)は図3(A)の口唇のうち下口唇におけるPP断面を矢印方向で見たときの概略断面図を示す。図3(A)および図3(B)において表面層1Cは下層2Cの全表面を覆っているが、所望の手術部位に応じて下層2Cの一部の表面を覆っていてもよい。本実施態様において、表面層1Cは口唇の皮膚(表皮および真皮を含む)に対応し、下層2Cは口唇の皮下組織(筋層および脂肪を含む)に対応する。
下層:1.0×103〜5.0×105Pa、好ましくは5.0×103〜1.5×105Pa、より好ましくは1.0×104〜1.2×105Pa;
表面層:1.0×105〜1.0×106Pa、好ましくは2.0×105〜7.0×105Pa、より好ましくは2.0×105〜4.0×105Pa。
下層:0.1〜0.5、好ましくは0.1〜0.4、より好ましくは0.15〜0.3;
表面層:0.1〜0.5、好ましくは0.1〜0.4、より好ましくは0.15〜0.3。
表面層1Cの厚みt1C:0.3〜3mm。
下層2Cの厚みは、全体厚みTCがヒトの実際の下口唇の全体厚みと同程度である限り、特に限定されない。
実施態様x4に係る実体モデルは、上記した群Xのうち、皮膚および皮下組織からなる皮膚構造体と同等の形状を有する。本実施態様の実体モデル10Dは皮膚構造体形状を有し、図4に示すような断面構造を有する。図4の実体モデル10Dにおいて表面層1Dは下層2Dの片側の全面を覆っているが、所望の手術部位に応じて下層2Dの一部の表面を覆っていてもよい。本実施態様において、表面層1Dは皮膚構造体の皮膚(表皮および真皮を含む)に対応し、下層2Dは皮膚構造体の皮下組織(筋層および脂肪を含む)に対応する。
下層:1.0×103〜2.0×105Pa、好ましくは5.0×103〜1.5×105Pa、より好ましくは1.0×104〜1.2×105Pa;
表面層:1.0×105〜1.0×106Pa、好ましくは2.0×105〜7.0×105Pa、より好ましくは2.0×105〜4.0×105Pa。
下層:0.1〜0.5、好ましくは0.1〜0.4、より好ましくは0.15〜0.3;
表面層:0.1〜0.5、好ましくは0.1〜0.4、より好ましくは0.15〜0.3。
下層2Dの厚みt2D:2〜60mm;
表面層1Dの厚みt1D:0.3〜3mm。
実施態様x5に係る実体モデルは、上記した群Xのうち、外鼻と同等の形状を有する。本実施態様の実体モデル10Eは、図5(A)に示すような外鼻の全体形状を有し、その鼻翼は図5(B)に示すような断面構造を有する。図5(A)は外鼻の全体形状を有する本実施態様の実体モデルの一例の概略図であり、図5(B)は図5(A)の外鼻のうち鼻翼におけるPP断面を矢印方向で見たときの概略断面図を示す。図5(A)および図5(B)において表面層1Eは下層2Eの全表面を覆っているが、所望の手術部位に応じて下層2Eの一部の表面を覆っていてもよい。本実施態様において、表面層1Eは外鼻の皮膚(表皮および真皮を含む)に対応し、下層2Eは外鼻の皮下組織(筋層、軟骨および脂肪を含む)に対応する。
下層:1.0×103〜2.0×105Pa、好ましくは5.0×103〜1.5×105Pa、より好ましくは5.0×104〜1.2×105Pa;
表面層:0.5×105〜0.5×106Pa、好ましくは1.0×105〜5.0×105Pa、より好ましくは1.0×105〜3.0×105Pa。
下層:0.1〜0.5、好ましくは0.1〜0.4、より好ましくは0.15〜0.3;
表面層:0.1〜0.5、好ましくは0.1〜0.4、より好ましくは0.15〜0.3。
表面層1Eの厚みt1E:0.3〜2mm。
下層2Eの厚みは、全体厚みTEがヒトの実際の外鼻の肉厚と同程度である限り、特に限定されない。
実施態様x6に係る実体モデルは、上記した群Xのうち、眼瞼と同等の形状を有する。本実施態様の実体モデル10Fは、図6(A)に示す顔面のうち、眼瞼の外観形状を有し、図6(B)に示すような断面構造を有する。図6(A)は本実施態様の眼瞼モデルの一例を含む顔面モデルの全体形状を示す概略図であり、図6(B)は図6(A)の眼瞼部におけるPP断面を矢印方向で見たときの概略断面図を示す。図6(A)および図6(B)において表面層1Fは下層2Fの全表面を覆っているが、所望の手術部位に応じて下層2Fの一部の表面を覆っていてもよい。本実施態様において、表面層1Fは眼瞼の皮膚(表皮および真皮を含む)に対応し、下層2Fは眼瞼の皮下組織(筋層、瞼板および脂肪を含む)に対応する。
下層:1.0×103〜2.0×105Pa、好ましくは5.0×103〜1.5×105Pa、より好ましくは5.0×104〜1.2×105Pa;
表面層:0.5×105〜0.5×106Pa、好ましくは1.0×105〜5.0×105Pa、より好ましくは1.0×105〜3.0×105Pa。
下層:0.1〜0.5、好ましくは0.1〜0.4、より好ましくは0.15〜0.3;
表面層:0.1〜0.5、好ましくは0.1〜0.4、より好ましくは0.15〜0.3。
表面層1Fの厚みt1F:0.3〜2mm。
下層2Fの厚みは、全体厚みTFがヒトの実際の眼瞼の肉厚と同程度である限り、特に限定されない。
実施態様x7に係る実体モデルは、上記した群Xのうち、脳(大脳)、と同等の形状を有する。本実施態様において、脳の形状を有する実体モデルは図7に示すような冠状断面を有する。図7は実体モデル10Gの概略冠状断面図を示す。図7において、表面層1Gは下層2Gの全表面を覆っているが、所望の手術部位に応じて下層2Gの一部の表面を覆っていてもよい。本実施態様において、表面層1Gは大脳皮質に対応し、下層2Gは髄質に対応する。
下層:1.0×103〜2.0×105Pa、好ましくは5.0×103〜1.5×105Pa、より好ましくは5.0×104〜1.2×105Pa;
表面層:0.5×105〜0.5×106Pa、好ましくは1.0×105〜5.0×105Pa、より好ましくは1.0×105〜3.0×105Pa。
下層:0.1〜0.5、好ましくは0.1〜0.4、より好ましくは0.15〜0.3;
表面層:0.1〜0.5、好ましくは0.1〜0.4、より好ましくは0.15〜0.3。
表面層1Gの厚みt1G:1〜15mm。
下層2Gの厚み(寸法)は、大脳の全体寸法TGがヒトの実際の大脳と同程度である限り、特に限定されない。
本実施態様Yにおいては、下層の弾性率は表面層の弾性率よりも高い。
例えば、実体モデルが耳介と同等の形状を有している場合、下層の弾性率は表面層の弾性率よりも高い。この場合の下層および表面層の弾性率は、本実施態様の実体モデルの感触とヒトの実際の身体部位の感触とがよく近似するように調整されればよく、例えば、下層の弾性率は表面層の弾性率に対して、通常、100.1〜500%の範囲内であり、好ましくは101〜500%であり、より好ましくは110〜300、さらに好ましくは120〜200%である。下層の弾性率と表面層の弾性率との比率は好ましくは1.2:1〜6:1であり、より好ましくは1.3:1〜5:1であり、さらに好ましくは1.4:1〜4:1であり、より好ましくは1.4:1〜3:1である。
下層:5.0×104〜1.0×107Pa、好ましくは5.0×104〜1.0×106Pa、より好ましくは1.0×105〜1.0×106Pa;
表面層:1.0×104〜1.0×106Pa、好ましくは5.0×104〜7.0×105Pa、より好ましくは1.2×105〜4.0×105Pa。
下層:0.1〜0.5、好ましくは0.1〜0.4、より好ましくは0.15〜0.3;
表面層:0.1〜0.5、好ましくは0.1〜0.4、より好ましくは0.15〜0.3。
実施態様y1に係る実体モデルは、耳介と同等の形状を有する。本実施態様において、耳介の形状を有する実体モデル10Hは図8(A)に示すような耳介の全体形状を有し、図8(B)に示すような断面構造を有する。図8(A)は実体モデル10Hの全体形状を示す概略図であり、図8(B)は図8(A)のPP断面を矢印方向で見たときの概略断面図を示す。図8(B)において表面層1Hは下層2Hの全表面を覆っているが、所望の手術部位に応じて下層2Hの一部の表面を覆っていてもよい。本実施態様において、表面層1Hは耳介の皮膚(表皮および真皮を含む)に対応し、下層2Hは耳介の軟骨に対応する。
下層2Hの厚みt2H:1〜3mm;
表面層1Hの厚みt1H:0.3〜5mm。
本実施態様Zは、前記した実施態様XおよびYの実体モデルが下層の表面層側とは反対側に配置される深層をさらに含む実施態様である。すなわち、本実施態様Zは、実体モデルが下層の表面層側とは反対側に配置される深層をさらに含むこと以外、実施態様XおよびYと同様である。これにより、本発明の実体モデルの感触がヒトの実際の身体部位の感触とより一層近似する。
本実施態様z1は、下層の厚みが表面層の厚みと同様の範囲内であること、および実体モデルが下層の表面層側とは反対側に配置される後述の深層をさらに含むこと以外、前記実施態様x1と同様である。
下層2A’の厚みt2A’:0.3〜10mm、好ましくは0.3〜5mm、より好ましくは0.3〜2mm、さらに好ましくは0.5〜1mm;
表面層1A’の厚みt1A’:0.3〜10mm、好ましくは0.3〜5mm、より好ましくは0.3〜2mm、さらに好ましくは0.5〜1mm:
深層6A’の厚みt6A’:10〜150mm。
本明細書中、厚みについての数値範囲は、当該厚みが当該数値範囲内で変化していてもよい、という意味である。
本発明の実体モデルは、特定の同じ形状のものを大量生産することにより、医師育成のための教材として有用である。
また本発明の実体モデルは、感触がヒトの実際の身体部位とよく近似しているため、手術時の下垂形状も、手術により病巣を除去するときの適切な除去体積も、除去された部位にシリコーンまたは自家組織などの材料を充填するときの適切な充填体積も、ヒトの実際の身体部位とよく近似している。
さらに本発明の三次元実体モデルを用いて模擬手術を行うことにより、手術後の変形の程度を知ることができる。
本発明の腫瘍を有する実体モデルの具体例を実施態様p1〜p3に示す。
実施態様p1に係る実体モデルは顔面の全体形状を有する。本実施態様において、顔面形状を有する実体モデル10Iは図10に示すような全体形状を有し、その頬部分に皮膚腫瘍5Iが付与されている。図10において、皮膚腫瘍5Iは頬部分に付与されているが、額部分、顎部分等の他の特定部分に付与されていてもよい。
実施態様p2に係る実体モデルは乳房形状を有する。本実施態様において、乳房形状を有する実体モデル10Jは図11に示すような断面形状を有し、その内部に腫瘍5Jが付与されている。図11において、腫瘍5Jは表面層1Aの表面から20mmの深さdに配置されているが、患者の画像より計測して、規定し調整してもよい。
腫瘍5Jを構成するゼラチンとしては、表面層を構成するゼラチンと同様の市販品が使用可能である。
(i)病巣を除去するときの適切な除去体積;
(ii)除去された部位にシリコーンまたは自家組織などの材料を充填するときの適切な充填体積;
(iii)手術後の変形の程度;および
(iv)手術後の下垂形状。
実施態様p3に係る実体モデルは皮膚構造体形状を有する。本実施態様において、皮膚構造体形状を有する実体モデル10Kは図12に示すような断面形状を有し、表面層の一部においてその上面および下面の両面に突出した皮膚腫瘍5Kが付与されている。図12において、腫瘍5Kは表面層1Dの表面方向においても略円形状を有し、例えば20mmの直径を有しているが、患者の画像より計測した値に応じて直径を調整してもよいし、または当該直径を制御して模擬手術の難易度を調整してもよい。
本発明の実体モデルは、以下の工程を含む方法により製造することができる:
硬化性材料を含む表面層形成用樹脂組成物を硬化させて表面層を形成する工程;および
硬化性材料を含む下層形成用樹脂組成物を硬化させて下層を形成する形成工程。
例えば、図1(A)および(B)に示す乳房モデルの製造に際しては、図13に示す注型−注型法により、表面層および下層を形成することができる。
注型法により、硬化性材料を含む表面層形成用樹脂組成物を硬化させて表面層を形成する工程;および
注型法により、硬化性材料を含む下層形成用樹脂組成物を硬化させて下層を形成する工程。
表面層および下層の硬化条件を調整することにより、表面層および下層の弾性率を制御することができる。
例えば、図12に示す皮膚腫瘍を有する皮膚構造体モデルは、表面層1Dの形成に際し、成形面に所望の形状を付与された型を使用すればよい。
また例えば、図2に示す肝臓モデルの製造に際しては、注型法により下層2Bを形成した後、積層法により表面層1Bを形成することができる。
注型法により、硬化性材料を含む下層形成用樹脂組成物を硬化させて下層を形成する工程;および
積層法により、下層の表面で、硬化性材料を含む表面層形成用樹脂組成物を硬化させて表面層を形成する工程。
表面層および下層の硬化条件を調整することにより、表面層および下層の弾性率を制御すことができ。
・下層の形状が異なること;および
・下層のみを形成すること。
また例えば、図1(A)および(C)に示す乳房モデルであって、下層がシリコーンゲルである乳房モデルの製造に際しては、積層法により表面層1Aを形成した後、注入法により下層2Aを形成することができる。
積層法により、塩型の表面で、硬化性材料を含む表面層形成用樹脂組成物を硬化させ、塩型を除去して中空状表面層を形成する工程;および
注入法により、中空状表面層の中に、下層を構成する材料(シリコーンゲル)を注入し、下層を形成する工程。
表面層の硬化条件を調整することにより、表面層の弾性率を制御することができる。
また例えば、図9に示す乳房モデルの製造に際しては、積層法により下層2A’および表面層1A’を形成した後、注入法により深層6A’を形成することができる。
積層法により、塩型の表面で、硬化性材料を含む下層形成用樹脂組成物を硬化させて下層を形成する工程;
積層法により、下層の表面で、硬化性材料を含む表面層形成用樹脂組成物を硬化させて表面層を形成し、塩型を除去して中空状積層体を得る工程;および
注入法により、中空状積層体の中に、上記した深層を構成する液体状態の物質を注入し、深層を形成する工程。
表面層および下層の硬化条件を調整することにより、表面層および下層の弾性率を制御することができる。
図1(A)および(B)に示す乳房モデルを図13に示す注型−注型法により製造した。
詳しくは、まず、図13(A)に示すように、成形面101に所定の形状を付与された下型100に、表面層形成用樹脂組成物を流し込んだ後、成形面111に所定の形状を付与された上型110を下方移動させ、硬化を行い、表面層1Aを形成した(注型法)。
その後、図13(C)に示すように、下型100内の表面層1Aの上に、下層形成用樹脂組成物を流し込んだ後、成形面121に所定の形状を付与された上型120を下方移動させ、硬化を行い、下層2Aを形成した(注型法)。下層2Aの厚みt2Aは50mmであった。
図11に示す腫瘍を有する乳房モデルを図13に示す注型−注型法により製造した。
詳しくは、まず、実施例A1と同様の方法により、シリコーンゴム製表面層1Aを形成した。
その後、図13(C)に示すように、下型100内の表面層1Aの上に、下層形成用樹脂組成物を流し込んだ後、成形面121に所定の形状を付与された上型120を下方移動させ、硬化を行い、下層2Aを形成した(注型法)。下層2Aの厚みt2Aは50mmであった。
図1(A)および(C)に示す乳房モデルを積層−注入法(二層性モデル)により製造した。
詳しくは、まず、図14に示すように、成形面に所望の形状を付与された成形部210および持ち手部220を有する塩型200に、表面層形成用樹脂組成物を塗布し、硬化させ、表面層1Aを得た(積層法)。塗布は、40〜50℃の熱風環境下、樹脂組成物が垂れて偏らないように塩型を回しながら、持ち手220以外の塩型200(すなわち成形部210)の表面に対して行った。塗布は所望の厚みが達成されるように複数回行った。
図1(A)および(C)に示す乳房モデルを注型−積層法(二層性モデル)により製造した。
詳しくは、まず、所定の下層形成用樹脂組成物および所定の形状を付与された型を用いたこと以外、実施例A1における表面層形成のための注型法と同様の方法により、シリコーンゴム製下層2Aを形成した。下層形成用樹脂組成物として実施例A1の下層形成用樹脂組成物と同様の組成物を用いた。下層の形成のための硬化は、実施例A1の下層の形成のための硬化と同様の方法により行った。下層2Aの厚みt2Aは50mmであった。
各実施例において、所定の実体モデルを注型−積層法(二層性モデル)により製造した。
実施例A5では図3(A)および(B)に示す口唇モデルに口唇裂形状を付与したものを製造した。
実施例A6では図6(A)および(B)に示す眼瞼モデルを製造した。
実施例A7では図1(A)および(C)に示す乳房モデルを製造した。
実施例B1では図8(A)および(B)に示す耳介モデルを製造した。
実施例A6(図6(B)):t1F 1mm:TF 5mm。
実施例A7(図1(C)):t1A 1mm:t2A50mm:表面層と下層との体積比=2:98。
実施例B1(図8(B)):t1H 1mm:t2H 2mm。
図9に示す乳房モデルを積層−注入法(三層性モデル)により製造した。
詳しくは、まず、図14に示すように、成形面に所望の形状を付与された成形部210および持ち手部220を有する塩型200に、下層層形成用樹脂組成物を塗布し、硬化させ、下層2A’を得た(積層法)。下層形成用樹脂組成物として、シリコーンゴムと硬化剤との比率を表1に示すように変更したこと以外、実施例A1の下層形成用樹脂組成物と同様の組成物を用いた。塗布は実施例A3における表面層の形成のための塗布と同様の方法により行った。硬化は、実施例A1の下層の形成のための硬化と同様の方法により行った。下層2A’の厚みt2A’は2mmであった。
下層の領域にも表面層形成用樹脂組成物を用いて表面層を形成したこと以外、実施例A1と同様の方法により、乳房モデル(一層性モデル)を得た。
実体モデルを手で表面層の表面から下層に向かって押圧したときの感触Aと、当該実体モデルが模倣するヒトの実際の身体部位を手で表面から内部に向かって押圧したときの感触Bとを比較した。
◎;感触Aは感触Bと非常によく近似していた:
〇;感触Aは感触Bと近似しているものの、「◎」ほど十分に近似していなかった:
△;感触Aは感触Bと近似しているものの、「〇」ほど十分に近似していなかった:
×;感触Aは感触Bと近似していなかった。
実施例A1〜A6、B1およびC1で製造された実体モデルの感触は、当該実体モデルが模倣するヒトの実際の身体部位の感触と、非常によく近似しているため、メスで切開するときの感触も、切開部を縫合するときの感触も、ヒトの実際の身体部位と非常によく近似していた。
実施例A7で製造された実体モデルの感触は、当該実体モデルが模倣するヒトの実際の身体部位の感触と、十分に近似しているため、メスで切開するときの感触も、切開部を縫合するときの感触も、ヒトの実際の身体部位と十分に近似していた。しかし、実施例A7で製造された実体モデルの感触は、実施例A1〜A6、B1およびC1で製造された実体モデルの感触ほど十分には、ヒトの実際の身体部に近似していなかった。
実施例A7の乳房モデルは、感触がヒトの実際の乳房と十分に近似しているため、手術時の下垂形状も、手術により病巣を除去するときの適切な除去体積も、除去された部位にシリコーンまたは自家組織などの材料を充填するときの適切な充填体積も、ヒトの実際の乳房と十分に近似していた。しかし、実施例A7の乳房モデルは、実施例A1〜A4およびC1の乳房モデルほど十分には、手術時の下垂形状も、手術により病巣を除去するときの適切な除去体積も、除去された部位にシリコーンまたは自家組織などの材料を充填するときの適切な充填体積も、ヒトの実際の乳房に近似していなかった。
このため、実施例A1〜A7、B1およびC1の実体モデルは、医師の手術熟練度の向上に十分に貢献することができた。また実施例A1〜A7、B1およびC1の実体モデルは、実際の手術によく適合する手術計画の立案にも十分に貢献することもできた。
各実施例または比較例における所定の組成を有する表面層形成用樹脂組成物または下層形成用樹脂組成物を各実施例または比較例で行う条件で硬化させ、シート状の硬化体を得た。硬化体から所定寸法の円柱状試験片を得た。得られた試験片を用いて、前記したJIS K6394:2007「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム−動的性質の求め方−一般指針」に基づく方法および条件で複素弾性率および損失正接を測定した。
試験片の寸法は、シリコーンゴムまたはウレタンゴムを用いる場合およびシリコーンゲルまたはゼラチンを用いる場合において以下の通りであった。
シリコーンゴムまたはウレタンゴムの試験片:直径約3mm×高さ約3mm。
シリコーンゲルまたはゼラチンの試験片:直径約6mm×高さ約5mm。
2A:2A’:2B:2C:2D:2E:2F:2G:2H:下層
5I:5J:5K:腫瘍
6A’:深層
10A:10A’:10B:10C:10D:10E:10F:10G:10H:実体モデル
10I:10J:10K:腫瘍を有する実体モデル
100:下型
101:成形面
110:120:上型
111:121:成形面
Claims (12)
- 弾性材料を含む表面層;および
該表面層と隣接して配置され、前記表面層を構成する弾性材料の弾性率と異なる弾性率を有する弾性材料を含む下層;
を含み、
前記下層を構成する弾性材料の弾性率が、前記表面層を構成する弾性材料の弾性率の1〜80%または110〜500%の範囲内であり、
前記表面層を構成する弾性材料の弾性率が1.0×104〜7.0×105Paであり、
前記表面層を構成する弾性材料が、シリコーンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ポリイソブチレン、エチレンプロピレンゴム、エピクロルヒドリンゴム、およびウレタンゴムからなる群から選択され、
前記下層を構成する弾性材料が、シリコーンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ポリイソブチレン、エチレンプロピレンゴム、エピクロルヒドリンゴム、ウレタンゴム、およびシリコーンゲルからなる群から選択される、ヒトの身体部位の皮膚構造体のための手術シミュレーション用三次元実体モデル。 - 前記皮膚構造体は、乳房、口唇、外鼻、眼瞼、耳介、および顔面からなる群から選択される、請求項1に記載の三次元実体モデル。
- 前記下層を構成する弾性材料の弾性率が、前記表面層を構成する弾性材料の弾性率の1〜70%または110〜300%の範囲内である、請求項1または2に記載の三次元実体モデル。
- 前記表面層の厚みは0.1〜30mmである、請求項1〜3のいずれかに記載の三次元実体モデル。
- 前記表面層は前記下層から離接可能に一体化されている、請求項1〜4のいずれかに記載の三次元実体モデル。
- 前記表面層は取り換え可能である、請求項5に記載の三次元実体モデル。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の三次元実体モデルの製造方法であって、
注型法により、硬化性材料を含む表面層形成用樹脂組成物を硬化させて表面層を形成する工程;および
注型法により、硬化性材料を含む下層形成用樹脂組成物を硬化させて下層を形成する工程;
を含み、
前記表面層および前記下層の硬化条件を調整することにより、表面層および下層の弾性率を制御する、該方法。 - 請求項1〜6のいずれかに記載の三次元実体モデルの製造方法であって、
注型法により、硬化性材料を含む下層形成用樹脂組成物を硬化させて下層を形成する工程;および
積層法により、前記下層の表面で、硬化性材料を含む表面層形成用樹脂組成物を硬化させて表面層を形成する工程;
を含み、
前記表面層および前記下層の硬化条件を調整することにより、表面層および下層の弾性率を制御する、該方法。 - 請求項1〜6のいずれかに記載の三次元実体モデルの製造方法であって、
積層法により、塩型の表面で、硬化性材料を含む表面層形成用樹脂組成物を硬化させ、塩型を除去して中空状表面層を形成する工程;および
注入法により、前記中空状表面層の中に、下層を構成する材料を注入し、下層を形成する工程;
を含み、
前記表面層の硬化条件を調整することにより、表面層の弾性率を制御する、該方法。 - 前記三次元実体モデルは前記下層の表面層側とは反対側に配置される深層をさらに含み、
該深層は25℃で液体状態の物質から構成されている、請求項1〜6のいずれかに記載の三次元実体モデル。 - 請求項10に記載の三次元実体モデルの製造方法であって、
積層法により、塩型の表面で、硬化性材料を含む下層形成用樹脂組成物を硬化させて下層を形成する工程;
積層法により、前記下層の表面で、硬化性材料を含む表面層形成用樹脂組成物を硬化させて表面層を形成し、前記塩型を除去して中空状積層体を得る工程;および
注入法により、前記中空状積層体の中に、前記液体状態の物質を注入し、深層を形成する工程;
を含み、
前記表面層および前記下層の硬化条件を調整することにより、表面層および下層の弾性率を制御する、該方法。 - 前記硬化条件が、前記表面層形成用樹脂組成物および前記下層形成用樹脂組成物における硬化剤および溶媒の配合比率、ならびに前記表面層および前記下層の硬化のための加熱温度、加熱時間および光照射量からなる群から選択される1以上の条件である、請求項7、8または11に記載の三次元実体モデルの製造方法。
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