JPWO2010116982A1

JPWO2010116982A1 - 脳画像化装置用頭部模型及びその製造技術

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Publication number: JPWO2010116982A1
Application number: JP2011508361A
Authority: JP
Inventors: 秀博飯田; 真弓中澤; 悦子今林; 石田　健二; 健二石田
Original assignee: Nihon Medi Physics Co Ltd; National Cerebral and Cardiovascular Center
Current assignee: Nihon Medi Physics Co Ltd; National Cerebral and Cardiovascular Center
Priority date: 2009-04-10
Filing date: 2010-04-06
Publication date: 2012-10-18
Anticipated expiration: 2030-04-06
Also published as: EP2418636A1; JP5337870B2; KR20120022729A; EP2418636A4; CA2758224A1; WO2010116982A1; US20120070814A1

Abstract

実施形態の一例である頭部模型は、脳の画像化装置の較正の用に供しうる頭部模型であって、頭蓋骨に相当する部分および脳の特定領域の少なくとも１つに相当する部分が、それぞれ、液体注入用の開口部以外に切れ目のない連続的な空洞によって形成される。

Description

本発明は、ＰＥＴやＳＰＥＣＴなどの脳画像化の検証や調整などの用途に用いうる、頭部模型及びその製造に係る技術に関する。

脳の病気を診断するため、または脳の機能を研究するため、様々な手法を用いて脳を画像化することが広く行われている。ＰＥＴ（Positron Emission Tomography）やＳＰＥＣＴ（Single Photon Emission Computed Tomography）は、かかる脳画像化法の１つであり、体内へ注入した放射性薬剤から直接的に又は間接的に発生する光子（ガンマ線）を、頭部の周囲に配置した多数のガンマ線検出器で検出し、その分布をコンピュータで画像化することにより、脳画像を形成する手法である。ＰＥＴやＳＰＥＣＴは、神経伝達物質の受容体分布、ブドウ糖消費量、局所血流量、血管反応性、酸素消費量等の、生理学的機能情報を画像化する方法として適している。

ところで、ＰＥＴやＳＰＥＣＴでは、二つの物理的誤差要因（光子の吸収およびコンプトン散乱）に基づく誤差が存在する。このため、形成した機能画像には、多かれ少なかれ、誤差が含まれることとなる。ＰＥＴやＳＰＥＣＴを用いた画像診断においては、正しい結果が得られるように、予め検証を行っておくことが望ましい。このような観点から、実際の数値が既知の対象を用いて得られた画像により、ＰＥＴ，ＳＰＥＣＴ画像やそこから得られる数値を予め検証するということが行われている。この数値既知の対象としては、従来から、測定対象組織に対応した人体模型（ファントム）が利用されてきた。

このような目的で使用されてきた、従来技術による頭部模型の例として、米国データスペクトラム社製のホフマン３Ｄファントムを図１Ａ及び図１Ｂに示す。この頭部模型は、円柱形状の容器１１０に、空洞１２３を有する横断面スライス部材１２０、１２０，・・・を重ねることにより組み立てられる。そして、円柱形状の容器１１０に放射性薬剤を含んだ液体を注入し、空洞１２３が当該液体で満たされた状態でガンマ線の測定が行われる。ガンマ線は放射性薬剤が存する空洞部分からしか放射されず、スライス部材の部分からは放射されないので、その違いに基づいて断層画像を構成することができる。

従来の頭部模型のさらに別の例として、特開２００８−１３２０２１号公報に開示されている頭部模型を図２に示す。この頭部模型は、図１の頭部模型の容器１１０の形状を、頭蓋骨を模した形状としたことを特徴としている。図２の頭部模型は、図１の頭部模型に比べて、頭蓋骨による放射線の吸収等の影響を加味した撮影を行うことができるという点で優れている。

特開２００８−１３２０２１号公報

上述のように、これまでに様々な頭部模型が提案され、実際の検証に用いられている。しかしながら、図１の頭部模型は、円柱状の容器にスライスに見立てた板状の部材を格納した形状であるので、頭部の実際の形状や骨の影響を考慮した検証を行うことができない。一方、図２の頭部模型では、骨の影響を考慮することが可能である。しかし、頭蓋骨に相当する部分の材質や厚さを後から変更することは当然に無理であるため、頭蓋骨の影響の無い場合を仮定した検証や、頭蓋骨の吸収係数などを変えて測定を行いたいと考えても、それは不可能であった。

また、従来の頭部模型の深刻な問題点は、図１や図２にあるように、頭部模型が複数のスライスとして形成されているため、スライスとスライスの間に空気をかみこみやすく、さらに、一旦かみこんでしまった空気を、容易に取り除けないことである。空気は他の組織とγ線の吸収特性が異なるので、得られた画像における大きな誤差要因となる。従って、従来の頭部模型の調製にあたっては、頭部模型内に空気が残らないように調整する必要があり、そのためには、通常は非常な熟練と長い時間を要していた。このことは、核医学画像の検証に用いる模型においては、特に問題である。すなわち、核医学で用いる放射性トレーサーは、放射性同位元素を含んでいるので、模型の調製に時間がかかると、作業者がより被爆するといった問題がある。また、核医学において用いられる放射性同位元素は半減期が非常に短いので、準備作業が長引くと、トレーサーの崩壊が進んで実際の測定時に十分な量の信号を得ることができない場合もある。従って、準備時間はできるだけ短いことが好ましい。

また、熟練者の長時間の作業をもってしても、スライス間の空気を完全に除去することが結局は難しく、ノイズの少ないきれいなデータを取得することは非常に困難であった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、頭蓋骨の吸収係数を柔軟に変更することが可能である共に、調製が容易である頭部模型を提供することを目的とした。

本発明は、例えば、脳の画像化の検証の用に供しうる頭部模型であって、頭蓋骨に相当する部分および脳の特定領域の少なくとも１つに相当する部分が、それぞれ、液体注入用の開口部以外に切れ目のない連続的な空洞によって形成されていることを特徴とする頭部模型として、具現化されることができる。この頭部模型において、前記空洞の周囲の構造体の少なくとも一部分は、ヒトの軟部組織と同等の線吸収係数を有する材質で構成されていることが必要である。

言葉を換えると、本発明は、脳の画像化の検証の用に供しうる頭部模型であって、頭蓋骨に相当する部分に設けられ、液体注入用の開口部以外には不連続箇所のない中空構造を有する第１の液体収容部と、脳の特定領域に相当する部分に設けられ、液体注入用の開口部以外に切れ目のない連続的な中空構造を有する第２の液体収容部と、前記第１及び第２の液体収容部が内在するように一体に形成された構造体とを備える頭部模型として、具現化されることができる。この構造体は、ヒトの軟部組織と同等の線吸収係数を有する材質にて形成されていることが必要である。このような材質としては、ヒトの軟部組織と同等の密度を有する材質のものから選択されたものを用いることができ、例えば、アクリル、ＡＢＳ樹脂等を好ましく用いることができる。

頭蓋骨に相当する部分の空洞は、骨を模した液体を封入するために用いられる。そして、この液体の種類や濃度を適宜調節することにより、頭蓋骨部位におけるγ線の吸収係数を任意に変化させることができる。これによって、単に骨の影響を加味した検証を行うことができるだけでなく、様々な状態の骨を模した状態での検証や、所望により骨の影響を加味していない状態での検証など、利用者のニーズに応じた、様々な状態での検証が可能となる。

さらに、構造体及び充填する液に透明なものを選択することにより、ファントム内部の観察が可能となり、ファントム内部に空気が入り込んでいないかを容易に確認することができ、空気が入り込んだ場合もその除去を容易に行うことができる。これは、これまでに提案されてきた頭部ファントムには無い、非常に優れた性質である。

また、上記の頭部模型においては、頭蓋骨に相当する部分、および脳の特定領域の少なくとも１つに相当する部分が、それぞれ、液体注入用の開口部以外には不連続な箇所のない、切れ目のない単一の中空構造として形成されている。すなわち、従来の頭部模型のように、スライス構造によって脳領域が分断されてはおらず、不連続になってはいない。この特徴のため、上記の頭部模型においては、スライスとスライスの間に空気が残ってしまうという先行技術の問題が原理的に発生しない。空洞が切れ目のない連続的な構造であることで、脳の細かな構造に入り込んでしまった空気であっても、模型を適宜回転させることにより、容易に液体注入口へと誘導し、排出することができる。このように、本発明による頭部模型によれば、試液注入時に残存した空気の排出作業が従来の模型に比べて遙かに容易になり、内部に空気が残存していない良好な模型を短時間で調製することが可能であると共に、作業者の被爆量を減らすことが可能である。

従って、本発明による頭部模型は、従来の頭部模型を使用するよりも容易に調製することが可能であり、より正確な検証を容易に行うことが行うことができるという非常に優れた効果をもたらす。

本発明による上記の頭部模型は、例えば、光造形法を用いて製造することができる。この観点から、本発明は、例えば、脳の画像化の検証の用に供しうる頭部模型を製造する方法であって、ヒト頭部のＭＲＩ画像等の形態画像を元に、少なくとも頭蓋骨及び脳の特定領域を、それぞれ、液体注入用の開口部以外には不連続箇所のない中空構造として表した３次元ＣＡＤデータを形成し、該形成した３次元ＣＡＤデータに基づいて、光造形法により光硬化性樹脂を硬化させることを特徴とする製造方法として、具現化することもできる。

また本発明は、例えば、光造形装置へ入力されることにより、該光造形装置が、脳の画像化の検証の用に供しうる頭部模型を造形することを可能にする３次元ＣＡＤデータであって、前記３次元ＣＡＤデータは、前記頭部模型を、頭蓋骨に相当する部分および脳の特定領域の少なくとも１つに相当する部分を、それぞれ、液体注入用の開口部以外には不連続箇所のない中空構造として表す３次元ＣＡＤデータとして、具現化することもできる。

本発明の範囲に含まれる、その他の特徴的な構成や効果は、以下の詳細説明や添付図面によって明らかにされる。

従来技術による頭部模型の一例従来技術による頭部模型の別の例本発明による頭部模型の例（正面方向斜視図）本発明による頭部模型の例（背面方向斜視図）本発明による頭部模型の例（透過斜視図）本発明による頭部模型の例（矢状断像）本発明による頭部模型に装着しうる液体注入口構造の例脳領域を模した空洞を２つ設けた実施例脳領域を模した空洞に柱状構造を設けた実施例脳領域を模した空洞に網状構造を設けた実施例本発明による頭部模型の製造方法の例を説明するためのフローチャート本発明による頭部模型の実際の作成例で用いたMRI形態画像の一部図９のMRI画像をモデル化したものを示す図図１０のモデル化データを断層データ化したものから再構成した矢状断像図１２Ａは、頭部模型３００のＣＴ画像、図１２Ｂは、頭部模型３００のＳＰＥＣＴ画像である。本発明による頭部模型の頭蓋骨や脳領域を模した空洞の液注入口を封止するために使用しうる栓の一例を説明するための図である。本発明による頭部模型の頭蓋骨や脳領域を模した空洞の液注入口を封止するために使用しうる栓の別の例を説明するための図である。本発明による頭部模型の頭蓋骨や脳領域を模した空洞の液注入口を封止するために使用しうる栓のさらに別の例を説明するための図である。

好適な実施形態の詳細な説明

図３Ａ〜Ｃ及び図４Ａ〜Ｂは、本発明による頭部模型の一実施例を説明するための図である。図３Ａ及び図３Ｂには、それぞれ、本実施例に係る頭部模型３００の正面方向及び背面方向から見た斜視図が描かれており、図３Ｃには、同じ頭部模型３００が透過斜視図で描かれている。図４Ａには、頭部模型３００が断面図（矢状断像）で描かれている。頭部模型３００は、中実の構造体３０２の中に、頭蓋骨の形状を模した空洞３０４と、脳の特定領域を模した空洞３０６とが形成された構造を備えている。

構造体３０２は、例えばアクリルやＡＢＳ樹脂性とすることができる。構造体３０２の外観は任意ではあるが、図３Ａや図３Ｃに描かれているように、目鼻付近の形状など、ヒト頭部の外面形状を模した形状とすることが好ましい。また、構造体の材料は、より実際のヒトに近い測定を行うためには、吸収係数がヒトの軟部組織と同等である材質のものを用いる。

頭部模型３００において、空洞３０４や３０６は、その上部に液体を注入するための開口部３０４ａ，３０６ａが設けられている他は、それぞれ連続的な単一の空洞として形成されている。つまり、空洞３０４や３０６は、図１や図２に描いた従来の頭部模型における脳領域のように、スライスでいくつかの要素に輪切りにされているようなことはなく、切れ目のない、一体的な空洞として形成されている。従って、図１や図２に例示した頭部模型のように、薬液を分布させる個々のスライスギャップ内に空気をかみ込んでしまい、その除去が非常に困難であるといった問題は、生じ得ない。

なお、図４Ａの断面図においては、空洞３０４や３０６がいくつかの小領域に分割されているように見えるが、それは断面図だからである。空洞３０４や３０６は、それぞれ、３次元的に完全に連続した空洞として形成されている。

一方、空洞３０４と空洞３０６はそれぞれ互いに独立の空洞であり、互いに繋がってはいない。従って、空洞３０４に満たした液体が空洞３０６へと移動することや、その逆が起こることは、原理的に生じ得ない。

本実施例において、空洞３０４の形状は、頭蓋骨の中でも大脳及び小脳を収容する部分の形状を模したものとなっている。これは、頭部模型３００の使用目的が、頭部ＰＥＴ及び頭部ＳＰＥＣＴの検証であり、それらの装置による脳の画像化に及ぼす頭蓋骨の影響を調べることができれば十分であるからである。ただし、実施形態によっては、空洞３０６をより多くの頭蓋骨構造を模した空洞として形成することも当然に可能である。

本実施例において、空洞３０４に液を注入するための開口部３０４ａは、頭頂部に円環状に設けられており、そこに適当な蓋を嵌めて空洞３０４を密閉しうるように意図されている。開口部３０４ａの様子は図４Ａの方が分かりやすいであろう。ただし、開口部の位置や形状は任意であり、これらによって本発明の実施形態の範囲は制限されない。

図４Ｂに、開口部３０４ａに装着しうる上記蓋の例を示す。蓋３２０は、開口部３０４ａを完全に覆いうるような環状構造を有すると共に、２つの液体注入口３２２，３２４を有する。液体注入口が２つ設けられている理由は、一方を液体注入時の空気排出口として用いるためである。液体注入口３２２，３２４は、蓋３２０の内部空間を介して骨を模した空洞部分（空洞３０４）のみにつながっており、脳領域を模した空洞部分にはつながっていない。

空洞３０４に適当な吸収係数を持つ液を封入することにより、脳画像撮影における骨の影響をシミュレートすることができる。この液としては、例えばK₂HPO₄溶液を用いることができる。溶液のK₂HPO₄の濃度を変えることにより、吸収係数を任意に変えて撮影を行うことができるので、種々の状態の骨が画像化に与える影響を詳細に調べることが可能となる。例えば、骨密度は年齢や性別によって種々変化することが知られている。そこで、例えば想定された被験者の年齢や性別に対応した吸収係数を有するK₂HPO₄溶液を調製して充填することにより、より正確な検証を行うことが可能となる。

また、K₂HPO₄溶液は透明な液であるので、頭部模型の材質を透明な材質としておけば、頭部模型の内部を目視にて確認することができる。これにより、空洞３０４、３０６が完全に液で満たされていること、言い換えると、当該空洞内に測定の妨げとなる空気が存在していないことを、目視にて容易に確認することができる。さらに、空洞３０４に、例えば水といった、軟部組織と同等の吸収係数の液を満たすことにより、骨の影響を考慮しない場合をシミュレートすることも可能である。

上記例では、骨を模した液としてK₂HPO₄溶液を例示したが、本発明の実施形態はこれに限定されるものではない。骨と同様の吸収特性を再現できる任意の溶液を適宜選択し、上記と同様に用いることが可能である。

なお、使用目的によっては、空洞３０４に封入される液の吸収係数が一旦定まった後は、その溶液を交換する頻度は少ない場合も想定される。そのような場合には、頭部模型３００の販売者は、骨を模した液を空洞３０４に封入した状態で、販売を行ってもよいだろう。

本実施例において、空洞３０６の形状は、脳の中でも灰白質部分を模した形状となっている。従って、空洞３０６に適当な放射性薬剤を封入することにより、主に灰白質部分に薬剤が分布するようなＰＥＴやＳＰＥＣＴを、再現することができる。空洞３０６の形状は灰白質部分に限られないことはもちろんであり、目的に応じて様々な部分の形状を模した空洞として形成してもよい。このような部分としては、灰白質の他に、例えば白質、大脳新皮質、大脳旧皮質、大脳、中脳、小脳、間脳、基底核、海馬、帯状回、前頭葉、頭頂葉、側頭葉、後頭葉、ブロードマンなどの脳地図における区分、等であってもよく、頭部模型の使用目的に応じて適宜選択される。

図４Ａにおいて、符号３０６ａは空洞３０６に液を注入するための開口部を表している。本実施例において、開口部３０６ａは頭頂部に設けられているが、空洞３０４のための開口部３０４ａと同様に、開口部３０６ａの位置や形状，数は任意であり、これらによって本発明の実施形態の範囲は制限されない。開口部３０６ａは空洞３０４とは一切繋がっておらず、開口部３０６ａを介して空洞３０４に液を注入することは不可能である。同様に、開口部３０４ａは空洞３０６とは一切繋がっておらず、開口部３０４ａを介して空洞３０６に液を注入することはできないように構成されている。

図４Ｂには、開口部３０６ａを閉鎖するための構造の例である栓３２６が描かれている。栓３２６は、閉鎖されることにより空洞３０６を完全に密閉しうるように構成されている。

図４Ａにて例示した例では、頭部模型３００の下部には孔３０８が設けられているが、これは、スタンドを装着するなどの用途に用いる意図で形成されたものである。むろん、かかる孔は本発明の実施において任意的な構成要素に過ぎない。

前述のように、空洞３０４や３０６は、液体注入口を除いて切れ目のない、３次元的に連続した空洞として形成されている。従って、液の注入時に空洞内部に空気が残ってしまっても、頭部模型３００を適当に回転させることにより、残存空気を容易に液体注入口へと導くことができる。残存空気を液体注入口に導いた後は、液体注入口の栓を開け、残存空気の分だけ液を足してやることにより、容易に残存空気を排出することができる。この作業を数回繰り返すことにより、液体注入時に残存した空気を殆ど排出することが可能となる。図１や図２の従来の模型の場合、スライスギャップ内に薬液を分布させる構造であったため、液の注入時にスライス間に空気が残ってしまうだけでなく、残ってしまった空気を除去することが非常に困難であった。これらの残存空気は撮影した脳画像の品質を著しく落とすことになった。しかしながら頭部模型３００より明らかなように、本発明にかかる頭部模型はスライス間に薬液を分布させるといった構造ではないことから、従来技術におけるこのような問題が原理的に発生せず、良好な頭部模型を容易に調製することが可能である。

前述のように、頭部模型３００において、液体封入時に残存空気を視覚的に確認し易くするために、構造体３０２は透明材料で造られることが望ましい。

上の実施例である頭部模型３００においては、脳領域を模した空洞としては、灰白質を模した空洞が１つ設けられているだけであるが、本発明の実施形態はそれに限られない。脳領域を模した空洞はいくつあっても構わない。例えば、頭部模型で検証しようとする機能画像の種類に応じて選択された、複数の部位の組み合わせによって形成される形状を模した構造とすることもできる。このような一例として、脳領域を模した空洞を２つ設けた実施例を、図５に示す。

図５に描いた実施例である頭部模型４００は、前述の頭部模型３００と同様に、中実の構造体３０２の中に、頭蓋骨の形状を模した空洞３０４を有する。なお、図５において、頭部模型３００と構成要素が同じである場合には、同じ符号を付し、それを示している。頭部模型４００が頭部模型３００と異なる点は、頭部模型３００では脳領域を模した中空構造としては空洞３０６が一つ設けられていたのみであったのに対し、頭部模型４００では、４２２，４２４の２つの空洞が設けられていることである。空洞４２２，４２４は、お互いが繋がった一体構造としても良く、互いに繋がっていないそれぞれが独立した構造としても良い。なお、それぞれが独立した構造とした場合はそれぞれ独立に液体注入口を有する必要があるが、お互いが繋がった一体構造とした場合は共通の液体注入口を有していれば良い。図５では、空洞４２２は前頭葉の形状を模したものとして、空洞４２４は小脳の形状を模したものとして、非常に概略的に描かれているが、これらが例示に過ぎないことはいうまでもない。目的に応じて、様々な区分で様々な数の独立した空洞を設けた頭部模型とすることができる。

各部位における薬剤の分布量を調節するため、空洞に柱状や網状の構造を設けてもよい。図６及び図７には、そのような実施例が描かれている。図６に描いた頭部模型４００'は、図５の頭部模型４００の変形例であり、脳領域を模した２番目の空洞４２４に、体軸方向に延びる柱状構造を設けた例である（空洞４２４'として示されている）。このような柱状構造は、空洞内に分布する薬剤の相対的な割合を変化させる。実際の臨床例においても、薬剤の分布割合が部位によって異なることが知られている。そこで、臨床例における典型的な薬剤の分布割合を再現できるように、空洞内に柱状や網状の構造を設けて各部位の空隙率を種々変化させることにより、より正確な検証を行うことが可能となる。空隙率の調整は、特定の部位に該当する空洞部分に、上述した柱状や網状の構造を設けることによって行うことができるが、この際に用いる柱状体及び網状体の各要素は、例えば空間分解能の1/4〜1/3程度以下の直径を有するものとする。

この例における各部位の空隙率を、検証しようとする脳機能画像の種類と共に例示すると、概ね下記の様になる。

（A）検証しようとする機能画像が脳血流ＳＰＥＣＴ画像である場合
灰白質：線条体：白質＝４：４：１

（B）ドーパミントランスポーターイメージングである場合
灰白質：白質：線条体：小脳＝１：１：１０：１

また、疾患部を想定した部位に上記の柱状体を任意の密度で配し、任意の疾患モデルを作成することも可能である。

なお、図７には、図５の頭部模型４００の空洞４２４を、同様の理由で網状構造を設けた空洞４２４"とした実施例４００"が描かれている。

なお、空洞に柱状構造を設ける場合には、図６に描いたように柱の方向を実質的に体軸方向に向けることが好ましい。

図８に、上述の頭部模型を製造するための各段階を記載したフローチャートを示す。本発明に係る頭部模型は、例えば、ＭＲＩ等の形態画像に基づいて作成されたＣＡＤデータを用いて、公知の光造形技術を行うことによって作成することができる。

この例では、はじめに、実際のヒトの頭部MRI等の形態画像を撮影し、複数の連続した横断像を得る（ステップ８０２）。図９の写真は、実際の作成例で用いたMRI画像の一部を示したものである。次に、各断層画像について、脳アトラスを抽出する作業を行い（ステップ８０４）、頭蓋や脳灰白質、脳白質、骨、脊髄液その他の構造物のモデル化を行う（ステップ８０６）。モデル化を行った頭部構造図を図１０に示す。この例においては、立体加工を行った際の内部構造の連続性、左右の形状の対象性に留意し、灰白質構造と白質構造とはほぼ等しい体積を有するものとした。図１０に描かれるように、モデル化された頭部においては、灰白質や白質、頭蓋骨が比較的左右対称な、ただし自然な形の非対称性を有する自然な頭部形状を有していることが分かる。

モデル化された頭部構造データは一連の横断像の集合であるが、ステップ８０８では、これらのデータを順次重ね合わせた後に公知のスムージング処理や補完処理を行い、各構造が体軸方向にも広がりを有する３次元データへと変換する。このステップにより、各構造が体軸方向にも連続性を持つこととなり、各構造が３次元的な広がりを有するデータへと再構成される。好ましい態様において、スムージング処理は、各コンパートメントの表面を提示する点の数をたとえば１０分の１にするなど手順を用いることができる。このステップの後、頭部モデルデータからは、横断像のみならず、矢状断像や冠状断像をも形成することが可能となる。このステップにより形成されたデータから形成した矢状断像の一例を図１１に示す。

ステップ８１０では、前ステップで形成した断層データを変形し、ヒトと同じ頭部外観を備えるイラストデータと融合させる。以上のステップで、必要な頭部形状及び頭部構造を備える３次元ＣＡＤデータが完成する。ステップ８１２では、この３次元ＣＡＤデータを公知の光造形装置へ入力することにより、公知の光造形法によって所望の頭部模型を得る。

光造形法は、液体の光硬化性樹脂に対してＣＡＤデータに従って光を照射していくことで、３次元構造を切れ目なく一体的に造形しうる手法である。上述の頭部模型のように、中実の構造体のなかに中空の構造を形成しなければならない場合であっても、接着や融着などの二次接着の手法を用いることなく、一体的に造形することが可能である。接着や融着などの手法を用いずに済むことは、測定時にデータの品質を落とす原因となりうる空気が接合面に残存するなどという事態の発生を防ぐことにもなり、高品質な画像の形成を可能とするという利点がある。従って、光造形法は、本発明による頭部模型を形成する上で、非常に優れた手法であると言える。

図１２に、前述の頭部模型３００をＣＴ及びＳＰＥＣＴを用いて画像化した結果を示す。図１２ＡはＣＴ画像、図１２ＢはＳＰＥＣＴ画像である。これらの画像により示されたように、本発明に係る頭部模型を用いることにより、頭部をよく再現した非常に良好な画像を得ることが可能である。

図１３は、本発明による頭部模型の頭蓋骨や脳領域を模した空洞の液注入口を封止するために使用しうる栓１３００の好ましい例について説明するための図である。図１３において、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）及び（Ｃ）は断面図を表す。栓１３００は、取手部１３０２と、液注入口へと挿入するための筒部１３０４を有する。筒部１３０４は、液注入口を完全に封止すべく、液注入口の内面と完全に嵌合するような形状及び寸法に形成される。実施例によっては、筒部１３０４の表面に、液注入口の内面に刻まれた螺旋溝に螺合する螺旋山が形成されていてもよい。

栓１３００の特徴は、筒部１３０４が、断面図（Ｂ）や（Ｃ）に描かれるように中空になっており、その開口部がゴムなどで形成される弾性膜１３０６で覆われている。中空部は筒部１３０４を完全に貫通している必要はないが、貫通していてもよい。また、実施例によっては取手部１３０２にも中空部が達していてもよく、実施例によっては、取手部１３０２をも貫通して取手部１３０２の上に開口していてもよい。大事なことは、筒部１３０４の底部の空洞内に対向する面が、弾性膜１３０６で形成されていることである。

栓１３００が頭部模型の空洞の液注入口に挿入されると、筒部１３０４の挿入された体積の分、空洞に満たされた液に圧力がかかる。この圧力は、筒部１３０４の挿入を妨げたり、頭部模型に損傷をもたらしたりする可能性がある。しかしながら、栓１３００においては、（Ｃ）に描かれるように、弾性膜１３０６が圧力で変形し、中空の筒１３０４の内部へと膨らむことができるように構成されている。この弾性膜１３０６の変形によって、液に加えられた圧を逃がすことができるので、筒部１３０４をスムーズに空洞へと挿入することができ、また、液圧で頭部模型が損傷するような事態を防止することができる。

図１４は、頭部模型の頭蓋骨や脳領域を模した空洞の液注入口を封止するために使用しうる栓の別の例を説明するための図である。図１４において、（Ａ）は本実施例に係る栓１４００の斜視図、（Ｂ）及び（Ｃ）は断面図を表す。栓１４００も、前の実施例における栓１３００と同様に、取手部１４０２と、液注入口へと挿入するための筒部１４０４を有する。前の実施例と同様に、筒部１４０４は、液注入口を完全に封止すべく、液注入口の内面と完全に嵌合するような形状及び寸法に形成される。実施例によっては、筒部１４０４の表面に、液注入口の内面に刻まれた螺旋溝に螺合する螺旋山が形成されていてもよい。

栓１４００の特徴は、取手部１４０２及び筒部１４０４を貫通して上下に開口する貫通孔１４０６を有することである。

栓１４００が頭部模型の空洞の液注入口に挿入されると、筒部１４０４の体積の分、空洞に満たされた液に圧力がかかる。しかしながら、栓１４００においては、貫通孔１４０６が存在するため、圧力で押し出された液が貫通孔１４０６を通って外部に排出されることができる。このため、液圧に邪魔されずに筒部１４０４を空洞内に挿入することができ、また、液圧で頭部模型が損傷することを防止することができる。栓１４００を液注入口に完全に嵌め込んだ後、貫通孔１４０６の上部開口を小さな栓１４０８で封止することにより、空洞を完全に封止することができる。

貫通孔１４０６は、圧力で押し出された液を逃がすことのみが目的であるので、細い孔で十分であるし、密閉の点からも細い方が好ましい。栓１４０８を孔１４０６に挿入する際も、栓１４０８のシール筒の分だけ当然に液に圧力がかかるが、孔１４０６を十分に細くし、栓１４０８のシール筒の直径も小さくて済むように設計することで、挿入時に加えられる圧力は最小限に抑えることができ、従って、頭部模型の損傷をもたらすほどの圧力が加わらなくて済むようにすることができる。

なお、図１３に示した栓１３００と図１４に示した栓１４００とは、それぞれを単独で用いても良いが、組み合わせて用いると、より優れた効果を奏するため、好ましい。例えば、液の注入口として２つの開口部を設け、一方に栓１３００を用い、もう一方に栓１４００を用いる。そして、脳模型への液の注入後に栓１３００にて栓をし、次いで、もう一方の栓に貫通孔１４０６を開けたままの栓１４００をする。このとき、上昇した圧力は貫通孔１４０６から逃がされるので、頭部模型に内圧上昇に伴う負荷をかけることは無い。その後、貫通孔１４０６の上部開口に栓１４０８を挿入し、頭部模型に完全に栓をする。このとき、栓１４０８の挿入による内圧上昇は、栓１３００の底部に設けられた弾性膜を介して筒部１３０４に逃がされることになり、頭部模型に内圧上昇に伴う負荷を与えることを防ぐことが可能となる。

図１５を用いて、頭部模型の頭蓋骨や脳領域を模した空洞の液注入口を封止するために使用しうる栓の更に別の例を説明する。本実施例に係る栓１５００の外観は、前述の例の栓１４００に酷似しており、図１５Ａの斜視図および図１５Ｂの断面図に描かれる如く、円柱状の取手部１５０２及び筒部１５０４を有し、これらを貫通する貫通孔１５０６を有する栓である。しかし栓１５００は、栓１４００とは異なり、貫通孔１５０６の下端において筒部１５０４の内壁が内側に迫り出しており、この迫り出し部１５０４ａのために貫通孔１５０６の径が下端部において狭くなっているという構造を有している。また、迫り出し部１５０４ａの上端部には、前述の例の栓１３００の弾性膜１３０６のような弾性膜１５０８が設けられ、開口を塞いでいる。つまり、弾性膜１５０８が貫通孔１５０６の上部開口部と下部開口部の間に設けられている。従って、弾性膜１５０８が設けられた後は、貫通孔１５０６の上下開口部の間を通り抜けることはできないようになる。

貫通孔１５０６は、図１５Ｃに描かれるような更なる栓１５１０が嵌合される。栓１５１０も、前の例における栓１４００と同様に、円柱状の取手部１５１２及び筒部１５１４を有し、これらを貫通する貫通孔１５１６を有する栓である。筒部１５１４の直径は、むろん、栓１５００の貫通孔１５０６に嵌合できるような直径に定められる必要がある。

栓１５００を頭部模型の空洞の液注入口に挿入すると、前述の例の栓１３００の場合と同様に、挿入された筒部１５０４の体積のために弾性膜１５０８へ圧力がかかり、弾性膜１５０８が外側へ膨らむように変形する（図１５Ｄ）。貫通孔１５０６の上部開口から栓１５１０を挿入すると、栓１５１０の筒部１５１４の下端部が栓１５００の筒部１５０４の迫り出し部１５０４ａに当接し、それによって栓１５１０の最深位置が定められる。このとき、栓１５１０の筒部１５１４の下端部が弾性膜１５０８を押圧するため、弾性膜１５０８に外側から圧力をかけることができ、もって空洞内部からの圧力に対抗させることができるため、空洞の封止をより完全に行うことができる。栓１５１０には貫通孔１５１６が設けられているため、弾性膜１５０８はその貫通孔内へと変形することができるため、弾性膜１５０８が圧力に負けて破壊されることは防止される（図１５Ｅ参照）。従って、図１５の栓の例によれば、頭部模型の空洞の封止をより完全に行うことが可能となる。

以上、本発明の好適な実施例の詳細について説明してきたが、これらの説明や図面は本発明の範囲を限定する意図で提示されたものではなく、あくまで本発明の理解に資すべく提示されたものに過ぎないことは理解されたい。本発明の好適な実施形態のいくつかは、添付の特許請求の範囲に特定されているが、本発明の実施形態は、特許請求の範囲や明細書及び図面に明示的に記載されるものに限定されず、本発明の思想を逸脱することなく、様々な形態をとることが可能である。本発明は、本願特許請求の範囲や明細書及び図面に明示的に開示されるか否かにかかわらず、これらの書類から感得されうるあらゆる新規かつ有益な構成を、その範囲に含むものである。

３００頭部模型
３０２構造体
３０４空洞
３０４ａ開口部
３０６空洞
３０６ａ開口部
４２２空洞
４２４空洞
１３００栓
１３０２取手部
１３０４筒部
１３０６弾性膜
１４００栓
１４０２取手部
１４０４筒部
１４０６貫通孔
１４０８小さな栓

Claims

脳の画像化の検証の用に供しうる頭部模型であって、
頭蓋骨に相当する部分および脳の特定領域の少なくとも１つに相当する部分が、それぞれ、液体注入用の開口部以外に切れ目のない連続的な空洞によって形成されており、前記空洞の周囲の構造体の少なくとも一部分はヒトの軟部組織と同等の線吸収係数を有する材質で構成されていることを特徴とする、頭部模型。
前記頭部模型は光造形法によって一体に形成されたものであることを特徴とする、請求項１に記載の頭部模型。
前記頭蓋骨に相当する部分の空洞は、少なくとも大脳及び小脳を収容する部分の形状を模したものである、請求項１又は２に記載の頭部模型。
前記脳の特定領域は、灰白質、白質、大脳新皮質、大脳旧皮質、大脳、中脳、小脳、間脳、基底核、海馬、帯状回、前頭葉、頭頂葉、側頭葉、後頭葉、脳地図における区分の１つ以上から選択されたものである、請求項１から３のいずれか１項に記載の頭部模型。
前記脳の特定領域に相当する部分を形成する前記空洞の少なくとも１部に、柱状又は網状の構造が形成されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の頭部模型。
前記頭蓋骨に相当する部分を形成する前記空洞および前記脳の特定領域の少なくとも１つに相当する部分を形成する前記空洞が液体で満たされている、請求項１から５のいずれか１項に記載の頭部模型。
前記頭部模型の外形はヒトの頭部外形を模したものである、請求項１から６のいずれか１項に記載の頭部模型。
前記頭部模型は透明又は半透明の部材で形成されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の頭部模型。
脳の画像化の検証の用に供しうる頭部模型であって、
頭蓋骨に相当する部分に設けられ、液体注入用の開口部以外には不連続箇所のない中空構造を有する第１の液体収容部と、
脳の特定領域に相当する部分に設けられ、液体注入用の開口部以外に切れ目のない連続的な中空構造を有する第２の液体収容部と、
前記第１及び第２の液体収容部が内在するように一体に形成された構造体であって、ヒトの軟部組織と同等の線吸収係数を有する材質によって形成された構造体と、
を備える頭部模型。
脳の画像化の検証の用に供しうる頭部模型を製造する方法であって、
ヒト頭部の形態画像を元に、少なくとも頭蓋骨及び脳の特定領域を、それぞれ、液体注入用の開口部以外には不連続箇所のない中空構造として表した３次元ＣＡＤデータを形成し、該形成した３次元ＣＡＤデータに基づいて、光造形法により光硬化性樹脂を硬化させることを特徴とする、製造方法。
光造形装置へ入力されることにより、該光造形装置が、脳の画像化の検証の用に供しうる頭部模型を造形することを可能にする３次元ＣＡＤデータであって、前記３次元ＣＡＤデータは、前記頭部模型を、頭蓋骨に相当する部分および脳の特定領域の少なくとも１つに相当する部分を、それぞれ、液体注入用の開口部以外には不連続箇所のない中空構造として表す、３次元ＣＡＤデータ。
請求項１から８のいずれか記載の頭部模型において、前記頭蓋骨に相当する部分の空洞に液体を注入するための開口部、又は／及び、前記脳の特定領域に相当する部分の空洞に液体を注入するための開口部を封止するための栓であって、前記開口部の内部に挿入せしめられる筒部を有し、前記筒部は中空であると共に、その開口部が弾性膜で覆われていることを特徴とする、栓。
請求項１から８のいずれか記載の頭部模型において、前記頭蓋骨に相当する部分の空洞に液体を注入するための開口部、又は／及び、前記脳の特定領域に相当する部分の空洞に液体を注入するための開口部を封止するための栓であって、前記開口部の内部に挿入せしめられる筒部を有し、前記筒部は、その中央部に軸方向に延びる貫通孔を有すると共に、前記シール筒が前記開口部に挿通せしめられた状態で、外側から前記貫通孔を塞ぐための第２の栓を備えていることを特徴とそる、栓。