JP7280446B2 - 3d気管・気管支モデル、及びこれを用いた気道再建トレーニング方法 - Google Patents
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Description
(1)3D気管・気管支モデルであって、CTデータから形状を起こし、軟骨部と膜様部をそれぞれ異なる硬度の樹脂で造形することを特徴とする3D気管・気管支モデル。
(2)前記軟骨部を造形するのに用いる樹脂の硬度はショアA80度以上、ショアD50度以下であり、前記膜様部を造形するのに用いる樹脂の硬度はアスカー硬度0度以上5度以下であることを特徴とする(1)記載の3D気管・気管支モデル。
(3)前記樹脂が硬度の異なるウレタン樹脂である(1)又は(2)記載の3D気管・気管支モデル。
(4)3D気管・気管支モデルの形状が、健常人の気管及び気管支のCTデータ、又は患者の術前のCTデータを模したものである(1)~(3)いずれか1つ記載の3D気管・気管支モデル。
(5)気管と各気管支の抹消をつなぐ落下防止帯を備えていることを特徴とする(1)~(4)いずれか1つ記載の3D気管・気管支モデル。
(6)落下防止帯、及び気管・気管支モデルの喉頭部背側に固定部を備えている(5)記載の3D気管・気管支モデル。
(7)(1)~(6)いずれか1つ記載の3D気管・気管支モデルを固定するための固定具であって、胸壁からの距離を模すように3D気管・気管支モデルを固定する取り付け部材を備えていることを特徴とする固定具。
(8)縫合糸ホルダーを備えていることを特徴とする(7)記載の固定具。
(9)(7)又は(8)記載の固定具を覆い、胸壁を模した形状を備え、開胸手術、胸腔鏡手術、又はロボット支援下手術時の視野を再現する胸壁モデル。
(10)胸腔鏡手術、又はロボット支援下手術用のポートを備えていることを特徴とする(9)記載の胸壁モデル。
(11)(1)~(6)いずれか1つ記載の3D気管・気管支モデルと、(7)又は(8)記載の固定具とを含むことを特徴とする気道再建のトレーニング、又はシミュレーションを行うためのキット。
(12)さらに、(9)又は(10)記載の胸壁モデル、マニュアル、動画コンテンツ、及び/又は評価用ソフトを含む気道再建のトレーニング、又はシミュレーションを行うための(11)記載のキット。
(13)3D気管・気管支モデルの製造方法であって、気道CTデータに基づいて3Dプリンターにより気管及び気管支の硬性モデルを作製し、気管及び気管支の硬性モデルをもとに鋳型を作製し、前記鋳型により軟骨部、膜様部を硬度の異なる樹脂を用いて作製することを特徴とする3D気管・気管支モデルの製造方法。
(14)前記気道CTデータが個別症例であって、腫瘍の位置をユーザーがマークしたうえで送付されたデータに基づいて作製された病態モデルであることを特徴とする(13)記載の3D気管・気管支モデルの製造方法。
(15)3D気管・気管支モデルの使用方法であって、(1)~(6)いずれか1つ記載の3D気管・気管支モデルを(7)又は(8)記載の固定具に固定し、前記3D気管・気管支モデルを用いて気道再建術を行い、評価項目によって気道再建術の評価を行うことを特徴とする3D気管・気管支モデルの使用方法。
(16)患者CTデータをもとに、(14)記載の方法により3D気管・気管支モデルを製造し、(7)又は(8)記載の固定具に固定し、シミュレーションを行うことを特徴とする3D気管・気管支モデルの使用方法。
(17)前記固定具を胸壁モデルで覆い、開胸手術、胸腔鏡手術、又はロボット支援下手術時の視野を再現して行うことを特徴とする(15)又は(16)記載の使用方法。
実施例1 健常モデル
図1は、一般的な形状の健常人の気管・気管支のCTデータから形状を起こした3D気管・気管支モデル1を示す。3D気管・気管支モデル1は、修練医が手技の習熟に用いることを想定しているもので、甲状軟骨aから各葉気管支と上区支・舌区支・左右B6枝・左右底区枝bまでCT3Dデータをもとに再現したものである。疾患を伴うシミュレーションモデルの場合は、必要に応じてより細部まで再現したモデルを作製することもできる。図1左は左側面から、真ん中は右斜め前から、右は正面から見た図を示している。3Dモデルには手技のトレーニングを行った際に分岐部が落下するのを防止するための落下防止帯2が設けられている。落下防止帯2は、ここでは幅3 mm、厚さ2.5 mmとしているが、気管支を切断した際に落下するのを防止するためのものであるから、手技の邪魔にならない程度の幅、厚みのものであればよい。落下防止帯2は、気管と気管支、各気管支間を結ぶように設けられている。素材は軟骨と同じものを用いており、切除する気道の部位に応じて落下防止帯は切ることが出来る。また、左右の気管支を結ぶように設けられている落下防止帯2の中央には、後述する固定具に固定するための固定部3が備えられている。また、喉頭部背側にも固定部4が備えられており、固定部3、4に設けられている3つのネジ孔5と、固定具側の取り付け部材のネジ孔とを合わせてネジで固定できるようになっている。
3Dモデルを用いて気管支、気管の一部を切除し、吻合を行った例を示す(図5、6)。図5は、右主気管支吻合例を示す。図5(A)1から6の順で切除(1)を行い、吻合(2から6)を行っている。落下防止帯により、気管支を切除した場合でも切除した気管支が固定具の底部まで落下することがない。吻合後の3Dモデルの様子を図5(B)に示す。
3Dモデルを用いたトレーニングプログラムについて説明する。トレーニング用のキットには、3Dモデル、固定具、胸壁モデル、マニュアル、動画コンテンツ、評価用ソフト等が含まれている。3Dモデルは、キットとして、あるいは、繰り返しトレーニングを行うために、3Dモデル単独でも入手することができる。
[シミュレーションプログラム]
気道周囲に発生する肺癌を代表とする病態をモデルに組み込んだ病態3Dモデルは、経験を積んだ専門医にとっても有用な3Dモデルとなる。まさにこれから手術を行おうとしている、複雑かつ非典型的な気道手術が必要とされる症例のCTから3Dモデルを作ってシミュレーションを行う「個別化シミュレーション」は気道再建方法を検討するうえで有用である。
非小細胞肺癌に対して気管支スリーブ切除術を行った3症例を対象としてモデルを作製した。右上葉スリーブ切除術を行った例について、病態3Dモデル作製を説明する(図7)。術前の胸部CT画像(スライス厚 1.5mm)に、癌の気管支浸潤部を3次元画像解析システム(Synapse Vincent、富士フイルム)によってアノテーションを行った(図7(A)上)。DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine)データを画像処理ソフトOsiriX MD version 12.0(Pixmeo)によって3次元データに変換した。変換時にアノテーションされたCTデータ(図7(A)上)と元のCT画像((図7(A)下)の差分を取ることで、気管支浸潤部の境界を決定した(図7(B))。気道の構造を決定し、オーガニック3D設計ソフトウェア Geomagic Freeform(3D Systems)を用い、軟骨と他の結合組織とを区別した(図7(C))。
Claims (18)
- 気道再建術シミュレーション用3D気管・気管支モデルであって、
CTデータから形状を起こし、
甲状軟骨から各葉気管支と上区支・舌区支・左右B6枝・左右底区枝からなり、
軟骨部と膜様部をそれぞれ異なる硬度の樹脂で造形することを特徴とする気道再建術シミュレーション用3D気管・気管支モデル。 - 前記軟骨部を造形するのに用いる樹脂の硬度はショアA80度以上、ショアD50度以下であり、
前記膜様部を造形するのに用いる樹脂の硬度はアスカー硬度0度以上5度以下であることを特徴とする請求項1記載の気道再建術シミュレーション用3D気管・気管支モデル。 - 前記樹脂が硬度の異なるウレタン樹脂である請求項1又は2記載の気道再建術シミュレーション用3D気管・気管支モデル。
- 気道再建術シミュレーション用3D気管・気管支モデルの形状が、
健常人の気管及び気管支のCTデータ、又は患者の術前のCTデータを模したものである請求項1~3いずれか1項記載の気道再建術シミュレーション用3D気管・気管支モデル。 - 膜様部に布を組み入れ強度を高めたことを特徴とする請求項1~4いずれか1項記載の気道再建術シミュレーション用3D気管・気管支モデル。
- 気管と各気管支の末梢をつなぐ落下防止帯を備えていることを特徴とする請求項1~5いずれか1項記載の気道再建術シミュレーション用3D気管・気管支モデル。
- 落下防止帯、及び気管・気管支モデルの喉頭部背側に固定部を備えている請求項6記載の気道再建術シミュレーション用3D気管・気管支モデル。
- 請求項1~7いずれか1項記載の気道再建術シミュレーション用3D気管・気管支モデルを固定するための固定具であって、
胸壁からの距離を模すように3D気管・気管支モデルを固定する取り付け部材を備えていることを特徴とする固定具。 - 縫合糸ホルダーを備えていることを特徴とする請求項8記載の固定具。
- 請求項8又は9記載の固定具を覆い、胸壁を模した形状を備え、開胸手術、胸腔鏡手術、又はロボット支援下手術時の視野を再現する胸壁モデル。
- 胸腔鏡手術、又はロボット支援下手術用のポートを備えていることを特徴とする請求項10記載の胸壁モデル。
- 請求項1~7いずれか1項記載の気道再建術シミュレーション用3D気管・気管支モデルと、請求項8又は9記載の固定具とを含むことを特徴とする気道再建のトレーニング、又はシミュレーションを行うためのキット。
- さらに、請求項10又は11記載の胸壁モデル、マニュアル、動画コンテンツ、及び/又は評価用ソフトを含む気道再建のトレーニング、又はシミュレーションを行うための請求項12記載のキット。
- 甲状軟骨から各葉気管支と上区支・舌区支・左右B6枝・左右底区枝からなる気道再建術シミュレーション用3D気管・気管支モデルの製造方法であって、
気道CTデータに基づいて3Dプリンターにより気管及び気管支の硬性モデルを作製し、
気管及び気管支の硬性モデルをもとに鋳型を作製し、
前記鋳型により軟骨部、膜様部を硬度の異なる樹脂を用いて作製することを特徴とする気道再建術シミュレーション用3D気管・気管支モデルの製造方法。 - 前記気道CTデータが個別症例であって、
腫瘍の位置をユーザーがマークしたうえで送付されたデータに基づいて作製された病態モデルであることを特徴とする請求項14記載の気道再建術シミュレーション用3D気管・気管支モデルの製造方法。 - 気道再建術シミュレーション用3D気管・気管支モデルの使用方法であって、
請求項1~7いずれか1項記載の気道再建術シミュレーション用3D気管・気管支モデルを請求項8又は9記載の固定具に固定し、
前記気道再建術シミュレーション用3D気管・気管支モデルを用いて気道再建術を行い、
評価項目によって気道再建術の評価を行うことを特徴とする気道再建術シミュレーション用3D気管・気管支モデルの使用方法。 - 患者CTデータをもとに、請求項15記載の製造方法により気道再建術シミュレーション用3D気管・気管支モデルを製造し、請求項8又は9記載の固定具に固定し、シミュレーションを行うことを特徴とする気道再建術シミュレーション用3D気管・気管支モデルの使用方法。
- 前記固定具を請求項10又は11の胸壁モデルで覆い、開胸手術、胸腔鏡手術、又はロボット支援下手術時の視野を再現して行うことを特徴とする請求項16又は17記載の使用方法。
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