JP7458628B2 - 模擬血管の製造法 - Google Patents

Description

本発明は、模擬血管の製造法に関する。

従来、外科手術において、血管の切開、切開部の吻合、及び血管同士の吻合等の手技が行われている。このような手術には、熟練した技術が求められる。そこで、医者は動物の臓器にある血管、または模擬血管を用いて、血管の切開、切開部の吻合、及び血管同士の吻合等の練習を繰り返し行っていた。

特開２０１７－０５３８９７号公報

しかしながら、動物の臓器にある血管を用いると、動物愛護の問題または感染症の問題、さらには廃棄問題等がある、また、模擬血管の材質が、たとえばゴム等であると（特許文献１）、実際の血管と同様の質感を維持できるものではなくなり、医者が行う練習が無駄になることもあった。

そこで本発明の目的は、実際の血管と同様の質感の模擬血管製造法を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の模擬血管の製造法は、３Ｄプリンタで造形するものであって、 チューブ状の血管壁を３Ｄプリンタで造形する際に、血管壁を支えるための血管内部の部分にサポート材を入れて、サポート材を血管内部に残し、模擬血液として活用するものである。
ここで、３Ｄプリンタでの造形は、材料物性を変えての造形であることとしても良い

ここで、複数の材料を用いて材料物性を変えて造形することとしても良い。

また、材料物性が、血管壁と血管内部の硬さ、靭性または密度を含むこととしても良い。

また、血管内部をサポート材としても良い。

また、血管壁の外側から血管内部へ注射針を貫通させ、血管内部に液体を注入することができることとしても良い。

また、模擬血管の外周をゲル膜で覆うこととしても良い。

本発明では、実際の血管と同様の質感の模擬血管製造法を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る模擬血管の断面斜視図である。 本発明の実施の形態に係る模擬血管を切断した後、ピンセットおよび鋏を使って、縫い針を用い、縫合糸で２つの模擬血管の切断面を縫い合わせる様子を示す図である。 血管壁を損傷させずに、縫合に成功した模擬血管を示す図である。 本発明の実施の形態に係る模擬血管に、血管壁の外側から血管内部へ注射器の注射針を貫通させ、血管内部に液体を注入した状態を示す図である。 本発明の実施の形態に係る模擬血管の外周をゲル膜で覆った状態を示す図である。

（模擬血管の製造法）
以下、本実施の形態について、図面に基づいて説明する。本実施の形態に係る模擬血管１の製造法は、３Ｄプリンタで材料物性を変えて造形して製造する。ここで、材料物性とは、機械的性質、熱的性質、電気的性質、磁気的性質または光学的性質から選ばれる１以上である。なお、三次元プリンタ（３Ｄプリンタ）等で形のあるものをつくることを「造形」（shaping）という。３Ｄプリンタは、三次元印刷機器、三次元プリンタ、または三次元造形機等と言われるものである。また、３Ｄプリンタは、三次元ＣＡＤ（computer-aided design）データに基づき、三次元の造形物を印刷し製造するものである。

３Ｄプリンタには、物性と色の違う複数の樹脂を、所定の位置に配置させることのできる機能を有するものを用いる。すなわち、３Ｄプリンタは、複数の材料を用いて材料物性を変えて造形する。３Ｄプリンタの印刷は、印刷する際に紫外線硬化樹脂等の光硬化性樹脂を一層ずつ形成し、その都度紫外線を照射して樹脂を硬化させる操作を繰り返すことで樹脂層を形成し、徐々に３次元形状を印刷、つまり造形していく。この光硬化性樹脂は、紫外線で硬化する樹脂以外に、ブラックライト、レーザー等の光で硬化する樹脂を含む。

三次元ＣＡＤデータは、例えば三次元スキャナで対象物をスキャニングすることで、対象物の三次元ＣＡＤデータの一部または全部が得られる。三次元スキャナとは、非接触式のものは、主に光つまり電磁波を使うもので、レーザーなどを対象物に照射してその反射光を解析し、三次元ＣＡＤデータを得るものである。また、血管の三次元ＣＡＤデータを得る場合には、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）または、ＣＴ（Computed Tomography）スキャナ等を用いることができる。また、三次元ＣＡＤデータは、三次元スキャナまたはＭＲＩまたは、ＣＴスキャナ等を用いなくとも、コンピュータで三次元ＣＡＤのソフトウェアを操作して、モデリングにより、その一部または全部を得ることもできる。

そして、血管の形状を転写した三次元ＣＡＤデータを作成する。この三次元ＣＡＤデータは、血管の各部位が立体的形状で仕切られた複数の区画で設定される。そのため、模擬血管１は、各区画毎に樹脂が配置されるものである。模擬血管１の各区画の輪郭は、目視が困難である。各区画は、様々な形状に形成されている。その区画には、樹脂の物性、たとえば、硬さ、靭性または密度、表面の粗さ、含水量、耐熱性、熱伝導率等が特定のものとなるように、３Ｄプリンタの印刷状態を調節して、模擬血管１を造形する。このとき、三次元ＣＡＤデータには、区画の形成データおよび、各区画の樹脂の物性と色等を配置するデータ等が追加される。

ここで、造形された模擬血管１は、血管壁２と血管内部３に大別される。血管壁２の色はたとえば白色とし、血管内部３の色はたとえば血液の色に合わせて赤色にする。血管壁２と血管内部３の硬さ、靭性または密度は異なる。血管壁２はチューブ状の形状をしており、人間の血管とそっくりの硬さ、靭性または密度となるように、三次元ＣＡＤデータの、区画の形成データおよび、各区画の樹脂の物性を調整する。他方で、血管内部３はチューブ状の血管壁２を３Ｄプリンタで造形する際に、そのチューブ状の形状を維持するためのサポート材とする。

サポート材とは、造形中に、造形しようとする造形物の形状を支えるための材料であり、通常は造形が終了すれば除去するものである。本実施の形態では、チューブ状の血管壁２を造形する際に血管内部３の部分にサポート材を入れて血管壁２を支える。本実施の形態では、敢えてそのサポート材を血管内部３の模擬血液として活用しようとするものである。血管内部３の模擬血液をサポート材で代替できると考えた理由は、サポート材の樹脂密度は、通常低いため、充分血液の代替物（模擬血液）として活用できると考えたためである。

（模擬血管の主な使用法）
図２に示すように、医師が模擬血管１を切断した後、ピンセット４および鋏５を使って、縫い針６を用い、縫合糸７で２つの模擬血管１の切断面８を縫い合わせる練習をする。鋏５は、縫い針６および縫合糸７を掴んで動かすためのものである。ピンセット４は、模擬血管１を保持するものである。鋏５はたとえば医師の右手９で操作し、ピンセット４は、医師の左手９で操作する。血管内部３の模擬血液は、このとき除去している。

模擬血管１は、人間の血管とそっくりの硬さ、靭性または密度となるようにしているため、縫合糸７が血管壁２を強く引っ張ることにより、血管壁２を破損したりすると、縫合に失敗したことに気付くことができる。そのような縫合の練習を繰り返すことができる。たとえば図３に、血管壁２を損傷させずに、縫合に成功した模擬血管１を示す。

（本実施の形態によって得られる主な効果）
本実施の形態では、実際の血管と同様の質感の模擬血管製造法を提供することができた。これによって、医師は、手術の際の血管の取り扱いの技術を磨く練習をすることができる。

本実施の形態では、３Ｄプリンタを用いて模擬血管１を製造している。３Ｄプリンタは、三次元ＣＡＤデータを驚くほど忠実に印刷物、つまり造形物の形状に反映できる特徴を有する。３Ｄプリンタは、１４μｍの細かい凹凸も表現できると言われている。そのため、人間の血管の細かい凹凸を実現する模擬血管１を製造可能である。この細かい凹凸を忠実に転写する効果は、従来の金型等で成形した場合には、到底得られず、３Ｄプリンタを用いて製造した場合に初めて得られる効果である。しかも、３Ｄプリンタを用いた模擬血管１の製造に要するコストおよび時間は、従来の金型の約１／６とすることができる。

本実施の形態によって、物性の違う複数の樹脂を組み合わせることで、模擬血管１の各区画の硬さ、表面の粗さ、耐熱性、弾力性および熱伝導率等を変えることができる。人間の血管には、静脈または動脈、毛細血管等の種々の血管があり、それらの物性は異なるところ、その異なる物性を実現できる。

３Ｄプリンタ（物性と色の違う複数の樹脂を、所定の位置に配置させることのできる機能を有するもの）は、樹脂を蓄積および供給するインクカートリッジを６本まで搭載でき、各々のカートリッジから樹脂を同時に噴射可能である。そのため、模擬血管１の製造に必要な樹脂を、一度の印刷作業で、繋ぎ部材を必要としない一体造形物（一つのかたまり）として配置し、模擬血管１を製造できる。

また、本実施の形態では、血管内部３をサポート材としている。そのことにより、製造が容易になる。

（他の形態）
上述した本実施の形態に係る模擬血管１の製造法は、本発明の好適な形態の一例ではあるが、これに限定されるものではなく本発明の要旨を変更しない範囲において種々の変形実施が可能である。

本実施の形態では、複数の材料を用いて模擬血管１を製造している。しかし、一つの材料で模擬血管１を製造しても良い。

また、模擬血管１は、人間の血管にそっくりにする材料物性を、血管壁と血管内部の硬さ、靭性または密度としている。しかし、たとえば模擬血管１の、人間の血管にそっくりにする材料物性を、血管壁と血管内部の硬さだけ、あるいは靭性だけとしてもよい。

また、模擬血管１は、血管内部３をサポート材としている。しかし、血管内部３のサポート材を除去しても良く、その除去したサポート材の代わりに血液を模した赤い液体等を血管内部３に入れても良い。

本実施の形態では、模擬血管１は、血管壁２の外側から血管内部３へ注射針を貫通させ、血管内部３に液体を注入することができるようにしても良い。このとき、またはこのときに限らず、模擬血管１の片端または両端を塞ぐようにしても良い。これは、たとえば高血圧の血管を模した模擬血管１が欲しいときに、それを実現できる。図４に模擬血管１に、血管壁２の外側から血管内部３へ注射器１１の注射針１２を貫通させ、血管内部３に液体を注入した状態を示す。

本実施の形態では、模擬血管１の外周をゲル膜で覆っても良い。人間の臓器等の周囲の血管は、血管鞘で覆われていることが多い。その状態を再現し、より本物の人間の血管に近い模擬血管１で手術の練習ができる。図５には、模擬血管１の外周をゲル膜１３で覆った状態を示している。ゲル膜１３を模擬血管１で覆う際には、水等の液体をゲル膜１３に含ませると、より本物の人間の血管に近くなる。

１ 模擬血管
２ 血管壁
３ 血管内部
１２ 注射針
１３ ゲル膜

Claims (6)

1. ３Ｄプリンタで造形した、血管を模した模擬血管の製造法であって、
   チューブ状の血管壁を前記３Ｄプリンタで造形する際に、血管壁を支えるための血管内部の部分にサポート材を入れて、前記サポート材を血管内部に残し、模擬血液として活用する、模擬血管の製造法。
2. 請求項１に記載の模擬血管の製造法において、
   前記３Ｄプリンタでの前記造形は、材料物性を変えての前記造形である、模擬血管の製造法。
3. 請求項２に記載の模擬血管の製造法において、
   複数の材料を用いて前記材料物性を変えて前記造形した、血管を模した模擬血管の製造法。
4. 請求項２または３に記載の模擬血管の製造法において、
   前記材料物性が、血管壁と血管内部の硬さ、靭性または密度を含む、模擬血管の製造法。
5. 請求項４に記載の模擬血管の製造法において、
   前記血管壁の外側から前記血管内部へ注射針を貫通させ、前記血管内部に液体を注入することができる、模擬血管の製造法。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の模擬血管の製造法において、
   前記模擬血管の外周をゲル膜で覆った、模擬血管の製造法。