JPWO2014109391A1 - Living tissue substitute manufacturing equipment - Google Patents
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Abstract
生体組織の代替物製造装置は、生体内に挿入されて、流動性を有する硬化性物質を前記生体内に送り込む送り込み部と、前記送り込み部により送り込まれた硬化性物質の流動性を前記生体内で低減させることにより、生体組織の代替物を成形する代替物成形部と、を備える。An apparatus for manufacturing a substitute for living tissue includes a feeding section that is inserted into a living body and feeds a curable substance having fluidity into the living body, and the fluidity of the curable substance fed by the feeding section. And a substitute molding part that molds a substitute for biological tissue.
Description
本国際出願は、2013年1月11日に日本国特許庁に出願した日本国特許出願第2013−3752号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第2013−3752号の全内容を本国際出願に援用する。 This international application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2013-3752 filed with the Japan Patent Office on January 11, 2013, and all of Japanese Patent Application No. 2013-3752 The contents are incorporated into this international application.
本発明は、生体組織の代替物を製造するための装置に関する。なお、本明細書において、生体とは、人間のみに限らず広く動物全体を示し、生体内とは、生体のうち皮膚又は粘膜によって外気と隔離された部分、外気と連通した咽頭より奥の部分、及び、外気と連通した臓器内を示すものとする。 The present invention relates to an apparatus for producing a substitute for biological tissue. In the present specification, the living body refers to not only a human but also the whole animal, and the living body refers to a part of the living body that is isolated from the outside air by the skin or mucous membrane, a part that is deeper than the pharynx communicating with the outside air And the inside of an organ communicating with outside air.
従来、心臓弁,血管,関節等の生体組織に異常がある場合、それらの生体組織を、人工の代替物又は他の生体から取得された代替物で置換する様々な手術がなされている。但し、これらの手術では、多くの場合、患者の体外で製造された人工の代替物が、開腹手術等の、侵襲性(すなわち、検査、手術等において肉体の状態を乱す外部からの刺激の大きさ)が比較的高い手術によって、患者の体内に設置される場合が多い。 Conventionally, when there are abnormalities in living tissues such as heart valves, blood vessels, and joints, various operations have been performed to replace those living tissues with artificial substitutes or substitutes obtained from other living bodies. However, in these operations, in many cases, artificial substitutes manufactured outside the patient's body are invasive, such as laparotomy (ie, the magnitude of external stimulation that disturbs the physical condition in examination, surgery, etc.) In many cases, it is placed in the patient's body by a relatively high degree of surgery.
これに対して、近年、内視鏡やカテーテルを使用した侵襲性の低い手術方法が、種々研究されている。人工の代替物を設置する低侵襲性手術としては、例えば、人工心臓弁を生体内の心臓弁輪に設置する手術において、折り畳んでカテーテルの先端に装着された人工心臓弁を、心臓弁輪の近傍で広げて設置する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 On the other hand, in recent years, various studies have been conducted on low-invasive surgical methods using an endoscope or a catheter. As a minimally invasive operation for installing an artificial substitute, for example, in an operation in which an artificial heart valve is installed in a heart annulus in a living body, an artificial heart valve that is folded and attached to the tip of a catheter is replaced with a heart valve annulus. A method of spreading and installing in the vicinity has been proposed (for example, see Patent Document 1).
ところが、特許文献1の方法で設置される人工心臓弁は、折り畳んだときにカテーテルの先端に装着可能な形状に設計される必要がある。このため、特許文献1の方法で設置される人工心臓弁は、大規模な開腹手術によって設置される人工心臓弁に比べて、設計の自由度が低い。したがって、特許文献1の方法では、患者の社会復帰に十分な機能を有する人工心臓弁が設置できない可能性もある。本発明の一側面においては、所望の形状に近い形状を有する代替物を、生体内で成形することができる装置を提供することが望ましい。
However, the artificial heart valve installed by the method of
本発明の第1局面の生体組織の代替物製造装置は、生体内に挿入されて、流動性を有する硬化性物質を前記生体内に送り込む送り込み部と、前記送り込み部により送り込まれた硬化性物質の流動性を前記生体内で低減させることにより、生体組織の代替物を成形する代替物成形部と、を備えたことを特徴とする。 The apparatus for manufacturing a substitute for living tissue according to the first aspect of the present invention includes a feeding part that is inserted into a living body and feeds a curable substance having fluidity into the living body, and the curable substance fed by the feeding part. And a substitute molding part that molds a substitute for a living tissue by reducing the fluidity of the body in the living body.
このように構成された第1局面の生体組織の代替物製造装置では、送り込み部は、生体内に挿入されて、流動性を有する硬化性物質を前記生体内に送り込む。すると、代替物成形部は、前記送り込み部により送り込まれた硬化性物質の流動性を前記生体内で低減させることにより、生体組織の代替物を成形する。このため、前記代替物は、生体内で成形されることができる。また、その代替物も、送り込み部と代替物成形部との協働によって成形されるので、高い自由度で設計されることができる。従って、本発明の装置が利用されれば、所望の形状に近い形状を有する代替物を、生体内で成形することが可能となる。 In the biological tissue substitute manufacturing apparatus of the first aspect configured as described above, the feeding section is inserted into the living body and feeds a curable substance having fluidity into the living body. Then, the substitute molding unit molds the substitute for the living tissue by reducing the fluidity of the curable substance fed by the feeding unit in the living body. For this reason, the substitute can be molded in vivo. Moreover, since the substitute is also shape | molded by cooperation of an infeed part and an alternative shaping | molding part, it can be designed with a high freedom degree. Therefore, if the apparatus of the present invention is used, an alternative having a shape close to a desired shape can be molded in vivo.
本発明の第2局面の生体組織の代替物製造装置は、第1局面の生体組織の代替物製造装置において、前記送り込み部は、前記生体内で硬化性物質を吐出するノズルを備え、前記代替物成形部は、前記ノズルから吐出された硬化性物質に電磁波、放射線又は超音波を照射することで当該硬化性物質の流動性を低減させ、更に、前記代替物の3次元形状を記憶した記憶部と、前記ノズルが前記吐出を行う位置、吐出方向もしくは吐出タイミング、又は、前記代替物成形部が前記照射を行う位置、照射方向もしくは照射タイミングの、少なくともいずれか1つを、前記記憶部に記憶された前記3次元形状に基づいて制御する制御部と、を備えている。 The biological tissue substitute manufacturing apparatus according to a second aspect of the present invention is the biological tissue substitute manufacturing apparatus according to the first aspect, wherein the feeding section includes a nozzle for discharging a curable substance in the living body, The object molding unit reduces the fluidity of the curable substance by irradiating the curable substance discharged from the nozzle with electromagnetic waves, radiation, or ultrasonic waves, and further stores the three-dimensional shape of the substitute. And at least one of the position where the nozzle performs the discharge, the discharge direction or the discharge timing, or the position where the substitute molding unit performs the irradiation, the irradiation direction or the irradiation timing, in the storage unit And a control unit that performs control based on the stored three-dimensional shape.
このため、代替物成形部は、生体内で送り込み部のノズルから吐出された硬化性物質に電磁波、放射線又は超音波を照射することで、当該硬化性物質の流動性を低減させる(例えば硬化させる)。このとき、前記ノズルが前記吐出を行う位置、吐出方向もしくは吐出タイミング、又は、前記代替物成形部が前記照射を行う位置、照射方向もしくは照射タイミングの、少なくともいずれか1つが、記憶部に記憶された前記3次元形状に基づいて、制御部により制御される。このため、前記代替物を所望の前記3次元形状に容易に成形することができる。 For this reason, an alternative shaping | molding part reduces the fluidity | liquidity of the said curable substance by irradiating electromagnetic waves, a radiation, or an ultrasonic wave to the curable substance discharged from the nozzle of the sending part in the living body (for example, it hardens | cures) ). At this time, at least one of the position where the nozzle performs the discharge, the discharge direction or the discharge timing, or the position where the substitute molding unit performs the irradiation, the irradiation direction, or the irradiation timing is stored in the storage unit. Based on the three-dimensional shape, it is controlled by the control unit. For this reason, the substitute can be easily formed into the desired three-dimensional shape.
本発明の第3局面の生体組織の代替物製造装置は、第1局面の生体組織の代替物製造装置において、前記送り込み部は、前記生体内に送り込まれた後に前記生体内で流動性が低減する硬化性物質を、前記生体内に送り込み、前記代替物成形部は、前記送り込み部により送り込まれた硬化性物質の流動性が低減する位置を調整することにより、生体組織の代替物を成形する。 The biological tissue substitute manufacturing apparatus according to a third aspect of the present invention is the biological tissue substitute manufacturing apparatus according to the first aspect, wherein the feeding section has reduced fluidity in the living body after being fed into the living body. The curable substance to be fed is fed into the living body, and the substitute molding unit molds the substitute for the living tissue by adjusting the position where the fluidity of the curable substance fed by the feeding part is reduced. .
このため、送り込み部は、生体内に挿入されて、前記生体内に送り込まれた後に前記生体内で流動性が低減する硬化性物質を、前記生体内に送り込む。すると、代替物成形部は、前記送り込み部により送り込まれた硬化性物質の流動性が低減する位置を調整することにより、生体組織の代替物を成形する。このため、前記代替物は、生体内で成形されることができる。また、その代替物も、送り込み部と代替物成形部との協働によって成形されるので、高い自由度で設計されることができる。従って、この場合も、所望の形状に近い形状を有する代替物を、生体内で成形することが可能となる。 For this reason, a sending part sends in the said living body the sclerosing | hardenable substance in which fluidity | liquidity reduces in the said living body after being inserted in the living body and being sent in the said living body. Then, the substitute molding unit molds the substitute for the living tissue by adjusting the position where the fluidity of the curable substance fed by the feeding unit is reduced. For this reason, the substitute can be molded in vivo. Moreover, since the substitute is also shape | molded by cooperation of an infeed part and an alternative shaping | molding part, it can be designed with a high freedom degree. Therefore, also in this case, an alternative having a shape close to a desired shape can be molded in vivo.
次に、本発明の実施形態としての生体組織の代替物製造装置(以下、単に代替物製造装置又は装置という場合がある)について一例を挙げて説明する。 Next, an alternative manufacturing apparatus for living tissue as an embodiment of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as an alternative manufacturing apparatus or apparatus) will be described with an example.
1…代替物製造装置 3,490…コントローラ 3A…制御部
3D…データベース 5…X線撮影装置 10,310,410…針部材
20,200…成形ヘッド 23,203,323,411…ノズル
25,418…X線照射部 30…アンカー 35…糸
37…ネット 55…シート状挿通可能部 61…第1X線照射部
63…第2X線照射部 65…第3X線照射部 99…人工心臓弁
199…成形用袋 205…レーザ光照射部 295…係合部
299…人工血管 325…ヒータ 397…ステント
470…プレート 484…毛細管 485…フィルタ
600…培養機器 610…管 620…培養室DESCRIPTION OF
次に、本発明の各種実施形態を図面と共に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施できることはいうまでもない。 Next, various embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment at all, and it cannot be overemphasized that it can implement with a various form in the range which does not deviate from the summary of this invention.
[第1実施形態の構成]
図1は、代替物の一例としての人工心臓弁99(図6参照)を患者の心臓弁輪95(図5B参照)に設置するための第1実施形態としての代替物製造装置1を表す模式図である。図1に示すように、この代替物製造装置1は、コンピュータを含む制御部3Aを備えたコントローラ3を中心に構成されており、そのコントローラ3には、患者の患部を撮影する周知のX線撮影装置5が接続されている。また、コントローラ3には、2本のマニピュレータ7,9が装着されており、一方のマニピュレータ7には針部材10が、もう一方のマニピュレータ9には成形ヘッド20が、それぞれ装着されている。[Configuration of First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an
図2Bは、針部材10の構成を詳細に表す模式図である。図2Bに示すように、針部材10は、先端部10Aが封止された中空円筒状に構成された筐体10Bを備えている。筐体10Bの先端部10Aは、皮膚や筋肉,心臓壁等を貫通可能に尖って構成されている。筐体10Bの中空部には、複数のアンカー30が前記円筒形状の軸方向に並べて挿入されている。
FIG. 2B is a schematic diagram illustrating the configuration of the
なお、本実施形態におけるアンカー30は、組織縫合用の糸35を生体内(人体内)に固定するための固定部材である。ただし、このアンカー30は、骨に打ち込んだり螺合させたりするタイプのアンカーとは異なり、例えば特開2012−165880号公報等に記載のアンカーに類似する構成を有している。すなわち、図2Cに外観を斜視図で示すように、略円柱状の本体30Aの中心に、糸35が挿入される貫通孔30Bを有している。後述のように、生体組織に穿設された穴にこの本体30Aが係止されることによって、糸35を生体内に固定することができる。
The
また、本実施形態におけるアンカー30は、前記公報に記載のものとは異なり、貫通孔30Bの内径は糸35の外周よりも若干小さく設計されている。このため、アンカー30の貫通孔30Bに固定される糸35の位置を変更するためには、糸35の外周面と貫通孔30Bの内周面との間に作用する摩擦力F(図示せず)に抗してアンカー30を糸35に対して相対的に移動させる必要がある。本実施形態では、装着対象の生体組織から糸35の貫通方向にアンカー30が受ける押圧力よりも前記摩擦力Fの方が大きくなるように、貫通孔30Bの内径が設計されている。
Further, the
このようなアンカー30を複数挿入された筐体10Bの側面には、アンカー30を1つずつ吐出可能な側孔11が形成されている。また、筐体10Bの中空部には、アンカー押圧部13が挿入されている。このアンカー押圧部13は、前述のように並べられた複数のアンカー30を針部材10の基端側(すなわち先端部10Aと反対側)から押圧可能である。
Side holes 11 through which the
筐体10Bの中空部には、板バネ15が配設されている。この板バネ15は、前述のように並べられた複数のアンカー30と先端部10A側から対向し、かつ、側孔11と対向する側に凸に湾曲している。すなわち、板バネ15は、自身に圧接されたアンカー30を側孔11に向けて付勢する方向に湾曲している。このため、前記並べられた複数のアンカー30がアンカー押圧部13によって針部材10の基端側から押圧されると、板バネ15の付勢力により、側孔11から1つずつアンカー30が吐出される。
A
また、筐体10Bの側面には、針部材用カメラ17が設けられている。この針部材用カメラ17は、針部材10の先端方向の状況を撮影する。針部材用カメラ17の配設位置は、後述のようなアンカー30の設置作業の支障とならないように側孔11から十分に基端方向(すなわち、先端部10Aとは反対方向)に離れ、かつ、針部材10の先端方向の状況を十分に撮影できる位置に設定されている。なお、筐体10Bに対する針部材用カメラ17の配設位置は、図2Bに示された位置と異なってもよい。なお、図2Cには、針部材10の外観を斜視図で示したので参照されたい。
A
アンカー30の片面31は、平面であることが望ましく、他面32は、凹凸が付されていることが好ましい。片面31が平面とされることで、筐体10Bの中空部に収納された複数のアンカー30は、安定的に前記軸方向に並べて保持されることができる。他面32に凹凸が付されることで、アンカー30は当該他面32を平坦でない生体内の壁面に合わせて安定な状態で設置されることができる。アンカー30を構成する素材は、特に限定される訳ではないが、生物共存可能な物質で構成されていることが望ましく、例えば、チタン等を含む金属であっても、プラスチックやセラミックスであってもよい。
The one
各アンカー30は、片面31及び他面32の中心を貫通する貫通孔30Bに挿入された組織縫合用の糸35によって互いに接続されている。最も先端に配置されるアンカー30は、片面31を先端側に向けて糸35に固定されている。他のアンカー30は、隣接するアンカー30と片面31同士又は他面32同士が対向するように配置されている。また、各アンカー30は、前述の摩擦力Fに抗して移動させることで、糸35に対する位置を調整可能に装着されている。
The
また、前記他のアンカー30のうち、他面32を筐体10Bの先端部10A側に向けて配設されるアンカー30には、その側面(円筒面状の外周面)に、ネット37が設けられている。ネット37は、糸35を中心とした円板状に広がる(図5B参照)。なお、ネット37は、筐体10Bの中空部内ではアンカー30の側面に沿って畳まれた状態で収納されている。また、このネット37は、組織縫合用の糸35と同様の素材によって構成されている。
Of the
前記他のアンカー30と糸35との間に作用する摩擦力Fは、アンカー30が心臓壁等の組織から糸35の貫通方向に受ける押圧力に対抗しうる程度に設定されている。医師は、必要に応じてアンカー30の間隔を予め調整しておく。すなわち、他面32同士を対向させた一対のアンカー30の間に配設される糸35(以下、この部分の糸35を糸35Aという場合がある。)は、施術がなされる心臓壁等の厚さ、又はその厚さよりも若干短い長さとなるように事前に調整される。一方、片面31同士を対向させた一対のアンカー30の間に配設される糸35(以下、この部分の糸35を糸35Bという場合がある。)は、ネット37の配設間隔よりも十分に長い長さとなるように事前に調整される。なお、アンカー30の位置調整は、アンカー30を加熱してアンカー30を膨張させるなどして前記摩擦力Fを減らした上でなされてもよい。
The frictional force F acting between the
このため、針部材10の使用により、ネット37は次のように生体内に設置されることができる。例えば、図5Aに示す心臓壁93に針部材10が上方(図5Aにおける上方で重力方向上方を示すものではない:以下同様)から挿入され、アンカー押圧部13によって最先端のアンカー30が1つ押し出されれば、そのアンカー30は心臓壁93の下方に吐出される。続いて、針部材10が心臓壁93の上方へ抜去されると、針部材10が貫通していた穴は心臓壁93の弾性により自然に閉じ、前記最先端のアンカー30は心臓壁93の下方に取り残される。
For this reason, by using the
また、2番目のアンカー30は、心臓壁93の厚さに応じた長さの糸35Aによって前記最先端のアンカー30と接続されている。このため、2番目のアンカー30は、針部材10の抜去時にその糸35Aの張力によって側孔11から引き出され、心臓壁93の上面に配置される。すると、図5Bに示すように、心臓壁93の上面で、ネット37が円板状に広がる。2番目のアンカー30と3番目のアンカー30との間の糸35Bは、十分に長いので、ネット37の次の配設位置で針部材10は同様に動作されることができる。なお、図5A,図5Bについては、後に詳細に説明する。
The
アンカー押圧部13は、マニピュレータ7との接合部まで延び、そのマニピュレータ7を介して前記先端方向に移動されることができる。図1に示すように、コントローラ3には、マニピュレータ7を介して針部材10の全体又はアンカー押圧部13を移動させる針部材移動部3Bが設けられている。すなわち、マニピュレータ7は、複数の関節を有して針部材10を前後左右上下の各種方向へ移動させることのできる周知の構成を有している。また、マニピュレータ7は、アンカー押圧部13を前記先端方向へ移動させる機構(例えば周知のリンク機構)も備えている。針部材移動部3Bは、そのようなマニピュレータ7を制御して、針部材10の全体を各種方向へ任意に移動させることができ、かつ、アンカー押圧部13を前記先端方向へ必要に応じて適宜移動させることができる。
The
また、針部材用カメラ17が撮影した画像に応じたデータは、筐体10Bの空洞部分及びマニピュレータ7の空洞部分又は表面を通る信号線(図示省略)を介してコントローラ3まで送られる。なお、マニピュレータ7の設計精度及び針部材移動部3Bの制御精度が十分であれば、前述のようにアンカー30を1つずつ吐出するのは容易である。これに対して、例えば前記設計精度又は制御精度が十分でない場合などには、必要に応じて、例えば特開2012−165880号公報に記載のような機械的構成を追加して、アンカー30を1つずつ吐出ために必要とされる精度が軽減されてもよい。
Data corresponding to the image captured by the
次に、図2Aは、成形ヘッド20の構成を詳細に表す模式図である。図2Aに示すように、成形ヘッド20は、成形用カメラ21と、ノズル23と、X線照射部25と、フック27とを備えている。成形用カメラ21は、当該成形用カメラ21の正面の状況を撮影する。ノズル23は、X線硬化成分(硬化性物質の一例)を吐出する。X線照射部25は、X線を照射する。フック27は、ネット37等を係止する。成形用カメラ21は、先端に広角レンズが備えられ、ノズル23の前方の広い範囲を撮影することができる。また、X線照射部25の先端にも広角レンズが備えられ、ノズル23の前方の広い範囲にX線を照射することができる。なお、X線硬化成分としては、例えば特開2001−46488号公報等に記載の周知のものが使用できる。また、成形用カメラ21としては、近赤外の領域でも撮影が可能なカメラが用いられるのが望ましい。近赤外の光線は血液中のヘモグロビンにも吸収されにくいので、成形用カメラ21が近赤外の領域を撮影可能な場合、生体組織が一層良好に撮影可能となる。また、成形用カメラ21は、超音波を利用した撮影装置に置き換えられてもよい。
Next, FIG. 2A is a schematic diagram illustrating the configuration of the forming
更に、成形用カメラ21,ノズル23,X線照射部25,フック27は、それぞれ、成形ヘッド20の本体29に関節41,43,45,47を介して接続されている。関節41,43,45,47は、例えば弾性を有する蛇腹等を用いて構成され、成形用カメラ21,ノズル23,X線照射部25,フック27を自由な方向へ向けることができる。
Further, the
また、成形用カメラ21,ノズル23,X線照射部25,フック27の方向は、マニピュレータ9側から調整可能に構成されている。このような構成としては、例えば、本体29から関節41,43,45,47の空洞部分を通って成形用カメラ21,ノズル23,X線照射部25,フック27へ、先端の曲がった針金が通された構成を採用することができる。その場合、その針金の軸回りの回転角により各部の傾斜方向を調整することができ、針金の挿入量により各部の傾斜角度を調整することができる。前記構成としては、その他、カテーテルのガイドワイヤ等に採用されている機構等、種々の機構を採用することができる。また、可能であれば、関節41,43,45,47の部分に小型の電動アクチュエータを挿入しておき、それらに駆動信号を送る機構が採用されてもよい。
Further, the directions of the
図1に示すように、コントローラ3には、成形ヘッド移動部3Cが設けられている。成形ヘッド移動部3Cは、マニピュレータ9を介して、成形ヘッド20の全体、成形用カメラ21、ノズル23、X線照射部25又はフック27を移動させる。すなわち、マニピュレータ9も、マニピュレータ7と同様に、複数の関節を有して成形ヘッド20を前後左右上下の各種方向へ移動させることのできる周知の構成を有している。また、マニピュレータ9は、関節41〜47を自由に屈曲させることのできる前述のような機構も備えている。成形ヘッド移動部3Cは、そのようなマニピュレータ9を制御して、成形ヘッド20の全体、成形用カメラ21、ノズル23、X線照射部25又はフック27を移動させる。
As shown in FIG. 1, the
また、ノズル23は、例えばインクジェットプリンタのノズルにおいて使用されるような圧電素子を用いたアクチュエータを備えている。本体29の空洞部分及びマニピュレータ9の空洞部分又は表面を通る信号線(図示省略)を介してノズル23に送られる駆動信号により、ノズル23からのX線硬化成分の吐出状態はコントローラ3によって制御される。更に、X線照射部25からのX線照射状態は、本体29の空洞部分及びマニピュレータ9の空洞部分又は表面を通る信号線(図示省略)を介して送られる駆動信号により、コントローラ3によって制御される。成形用カメラ21が撮影した画像に応じたデータは、本体29の空洞部分及びマニピュレータ9の空洞部分又は表面を通る信号線(図示省略)を介してコントローラ3まで送られる。なお、ノズル23から吐出されるX線硬化成分は、予め成形ヘッド20に収容されていてもよく、非図示の極細パイプを経由してコントローラ3又はその他の生体外の設備から成形ヘッド20へ送られてもよい。
Further, the
前述の針部材10及び成形ヘッド20は、図1に示すように生体内挿入路形成具50を介して生体内に挿入される。すなわち、生体内挿入路形成具50は、下部フランジ51と、上部フランジ53とを備えた筒状に構成されている。下部フランジ51は、皮膚90の切開部91に挿入されて皮膚90の内側に係合する。上部フランジ53は、皮膚90の外側に係合する。生体内挿入路形成具50の上面(外側面)には、シート状挿通可能部55が貼着されている。このシート状挿通可能部55は、針部材10及び成形ヘッド20を挿通可能で、かつ、体腔内へ送気したガスの漏れが抑制可能なメッシュ状に構成されている。また、生体内挿入路形成具50は、弾性材料によって構成され、切開部91へは押し潰した状態で挿入可能である。
The
なお、このような生体内挿入路形成具50の構成は、例えば、特開2012−196337号公報等に開示されているので、ここでは詳述しない。また、以下に説明する人工心臓弁99の設置手術のように、心臓壁93にも切開部を設ける必要がある場合は、その切開部にも同様の生体内挿入路形成具50を装着してもよい。
In addition, since the structure of such an in-vivo insertion
[第1実施形態における制御]
次に、図3は、代替物製造装置1の制御系の構成を表すブロック図である。図3に示すように、コントローラ3の制御部3Aは、針部材移動部3B,成形ヘッド移動部3Cに接続され、マニピュレータ7,9を介して、前述のように針部材10及び成形ヘッド20の動作を制御する。また、制御部3Aには、X線撮影装置5と針部材用カメラ17と成形用カメラ21とから、撮影画像に応じたデータが入力されている。更に、制御部3Aは、成形ヘッド20のノズル23とX線照射部25とを駆動する。[Control in the first embodiment]
Next, FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the control system of the
また、制御部3Aには、患者の患部形状等のデータを記憶したデータベース3Dも接続されている。なお、このデータベース3Dは、コントローラ3に内蔵されたものであってもよく、患者のカルテ等を記憶した病院内のコンピュータであってもよい。
The
図4は、代替物製造装置1を用いて人工心臓弁99を生体内で製造する場合の、制御部3Aの処理を表すフローチャートである。なお、この処理は、制御部3Aに内蔵されたCPU(図示省略)が、同じく制御部3Aに内蔵されたROM3Mに記憶されたプログラムに基づいて実行する処理である。
FIG. 4 is a flowchart showing the process of the
図4に示すように、この処理では、先ず、S1〜S7にて(Sはステップを表す:以下同様)、針部材10の制御がなされる。具体的には、先ず、S1にて、X線撮影装置5や針部材用カメラ17が撮影した画像に基づき、マニピュレータ7を介して針部材10を変位させ、針部材10を心臓壁93の所要部位に挿入する制御が実行される。続くS3では、マニピュレータ7を介してアンカー押圧部13が移動されることによってアンカー30が1つ吐出された後、針部材10がマニピュレータ7を介して心臓壁93から抜去される。
As shown in FIG. 4, in this process, first, the
続くS5では、予め設定された所要部位の全部に対してアンカー30の吐出が完了したか否かが判断され、全部完了していなければ(S5:N)、処理は前述のS1へ移行する。その結果、所要部位の全部に対してアンカー30の吐出が完了するまで、S1,S3の処理が繰り返される。ここで、例えば人工心臓弁99を設置する手術では、図5Bに示すように、患者の心臓弁輪95の周囲に沿って針部材10が挿入され(S1)、アンカー30が吐出される(S3)。図5A,図5Bの例では、S3の処理により、図5Bにおける紙面の裏側にアンカー30が吐出されて針部材10が抜去される。すると、前述のように、その次のアンカー30が糸35Aによって図5Aに示すように引き出される。これによって、糸35Aによって引き出された当該アンカー30に設けられたネット37が、円板状に広がる。このようにしてネット37が設置される場合の、ネット37同士の間隔は、前記X線硬化成分の粘性等に応じて、X線硬化成分を隣接するネット37の間に架設できる程度に予め設定される。その間隔に応じて、前記所要部位が、心臓弁輪95の周囲に沿って予め設定される。
In the subsequent S5, it is determined whether or not the ejection of the
そして、図5Bに例示するように所要部位の全部に対してアンカー30の吐出が完了すると(S5:Y)、処理はS7へ移行する。S7では、マニピュレータ7を介して針部材10がシート状挿通可能部55から抜去される。なお、このとき、心臓壁93に装着されている最後のアンカー30から針部材10に延びる糸35は、別途挿入されたメス(図示省略)によって切断されてもよく、針部材10に予め必要量のアンカー30及び糸35のみが挿入されていてもよい。
And if discharge of the
S7に続くS11〜S20では、心臓弁輪95の周囲に前記のように設置されたネット37を足場(すなわち、基礎若しくは土台)として、図6に例示するような人工心臓弁99を前記X線硬化成分によって成形する処理が実行される。具体的には、先ず、S11にて、X線撮影装置5や成形用カメラ21が撮影した画像に基づき、マニピュレータ9を介して成形ヘッド20を変位させ、X線硬化成分を吐出すべき所要部位に成形ヘッド20を挿入する制御が実行される。
In S11 to S20 following S7, the
続くS13では、成形用カメラ21の撮影画像に基づき、前述のように設置されたネット37の位置が確認される。なお、後述のS20で否定判断されるなどしてS13の処理が2回以上実行される場合、既に吐出されているX線硬化成分が足場とされる場合がある。その場合は、S13ではそのX線硬化成分の位置が確認される。続くS15では、成形用カメラ21によって撮影された前記X線硬化成分又はネット37の動きに基づいて、それらの変位のタイミングが取得される。心臓を止めて人工心肺装置を使用するいわゆるオンポンプ手術では、このステップの必要性は比較的低い。これに対して、心臓を止めずに手術を行ういわゆるオフポンプ手術では、このように脈動に応じて前記X線硬化成分又はネット37が変位するタイミングを取得する必要性が高い。
In subsequent S13, the position of the net 37 installed as described above is confirmed based on the photographed image of the
続くS17では、人工心臓弁99の立体形状を示すCADデータが、データベース3Dから読み出される。なお、このCADデータは、患者の心臓の大きさ等に応じて、予め医師等により作成されている。そして、続くS19では、前記変位のタイミング及びCADデータに応じてノズル23及びX線照射部25の位置が関節43,45を介して微調整される。また、S19では、前記変位のタイミングに応じたタイミングで、X線硬化成分がノズル23より吐出され、X線照射部25からのX線照射によりそのX線硬化成分が硬化される。これらの処理には、3Dプリンタで用いられている周知の処理を応用することができる。
In subsequent S17, CAD data indicating the three-dimensional shape of the
なお、S19の処理では、必要に応じてフック27を心臓壁93やネット37に係合させて、それらと成形ヘッド20との位置関係を維持してもよい。また、ここでいう硬化とは、必ずしもX線硬化成分を剛体として硬化させるものではなく、適宜の弾性を有するようにX線硬化成分の流動性が低減されるのが望ましい。また、X線照射部25から照射されるX線の照射強度や照射時間が人工心臓弁99の部位によって変更されることにより、人工心臓弁99の各部位の剛性(流動性の低減度合い)が異ならされてもよい。
In the process of S19, the
続くS20では、人工心臓弁99の成形が完了したか否かが判断され、完了していなければ(S20:N)、処理は前述のS11へ移行する。こうして、S11〜S20の処理が繰り返し実行される。すると、ネット37又は既に吐出されて硬化したX線硬化成分を足場として、X線硬化成分が吐出及び硬化されることにより(S19)、人工心臓弁99が徐々に成形される。そして、人工心臓弁99の成形が完了すると(S20:Y)、処理が一旦終了する。
In subsequent S20, it is determined whether or not the molding of the
なお、人工心臓弁99の成形完了後は(S20:Y)、自動的に成形ヘッド20が抜去されてもよい。また、成形ヘッド20の抜去は、生体内挿入路形成具50の抜去等の他の施術に並行して医師の手でなされてもよい。以上の処理により、例えば図6に例示するような(すなわち、生体弁に近い形状の弁輪99Aに弁膜99Bが張られた)、高機能の人工心臓弁99を、患者の心臓弁輪95にオフポンプ手術で設置することができる。また、針部材10や成形ヘッド20は人工心臓弁99より小さくてもよい。このため、本実施形態の代替物製造装置1を用いれば、前述のような所望の形状を有する人工心臓弁99の成形が、前記のような侵襲性の低い手術で実施可能となる。
In addition, after completion of the molding of the artificial heart valve 99 (S20: Y), the
すなわち、本実施形態の代替物製造装置1を用いた場合、生体内に流動性を有する硬化性物質(X線硬化成分)を送り込んで成形するのに必要な程度の穴が生体表面に開けられればよいので、手術の侵襲性を低減することができる。本実施形態の代替物製造装置1を用いた手術では、前記のように比較的小さい穴を介して送り込まれた硬化性物質により、その穴からは入れることができないような大きさの代替物が生体内で成形され、その生体内に当該代替物が設置されることができる。
That is, when the
なお、図4の処理は、人工心臓弁の成形に限らず、他の臓器の一部を構成する組織や臓器の全体を成形する場合にも適用することができる。例えば、図4の処理は心室中隔欠損症の患者に対して心室中隔の代替物を成形する手術にも適用できる。その場合、平面状の部材が心室中隔の代替物として成形されればよいので、処理は一層容易となる。また、胃カメラの先端に針部材10及び成形ヘッド20が装着されてもよい。その場合、胃壁の穴の開いた箇所に代替物の一例としての人工の胃壁を成形して前記穴を塞ぐこともできる。また、胃に代替物を成形する場合、硬化性物質として胃酸(すなわち塩酸)と反応して硬化する物質が使用されてもよい。そのような物質としては、例えば、フラン系樹脂やフェノール樹脂が一例として挙げられる。
Note that the processing of FIG. 4 is not limited to the formation of an artificial heart valve, but can also be applied to the case of forming a tissue or an entire organ constituting a part of another organ. For example, the process of FIG. 4 can also be applied to surgery for forming a ventricular septal replacement for a patient with ventricular septal defect. In that case, since the planar member only needs to be formed as a substitute for the ventricular septum, the processing becomes easier. Further, the
更に、アンカー30の代わりに医療用のステープルが使用されてもよい。また、ネット37の代わりに、単一の糸や毛状体等が使用されてもよい。すなわち、ネット37の代わりとしては、代替物成形の足場となるものであれば種々のものが使用されることができる。
Further, medical staples may be used instead of the
また、成形ヘッド20及びそれを駆動するマニピュレータ9は、骨の欠損部や関節の代替物を患者の生体内で成形する手術にも応用されることができる。その場合、アンカー30は使用されないので針部材10は使用されない。成形ヘッド20がこのような手術に応用された場合は、医療用のビスやステープルで患者の骨にネット37等を打ち込むヘッドが針部材10の代わりにマニピュレータ7に装着されてもよい。
The
また、成形用カメラ21,ノズル23,X線照射部25は、必ずしも1つの成形ヘッド20に設けられている必要はない。例えば、成形用カメラ21,ノズル23,X線照射部25がそれぞれ異なるカテーテルの先端に設けられ、互いに異なる血管から生体内へ挿入されて患部で合流してもよい。その場合、より侵襲性の低い手術が実施できる場合がある。
In addition, the
また、その場合、制御部3Aは、適宜のアクチュエータを介してカテーテルの操作用レバーを操作することにより、ノズル23の位置等を制御してもよい。また、前記カテーテルの位置は医師によって操作され、制御部3Aは、そのカテーテルの先端に設けられた関節41〜47を介して成形用カメラ21,ノズル23,X線照射部25の位置を制御してもよい。更に、前記カテーテルの先端に永久磁石又は電磁石が設けられた場合、制御部3Aは、その先端の動きを体外から強い磁力で遠隔操作して、成形用カメラ21,ノズル23,X線照射部25の位置を制御してもよい。なお、このような磁力による遠隔操作の機構については、例えば、米国特許6630879号公報,6157853号公報等に詳しいので、ここでは詳述しない。また、このような磁力による遠隔操作がなされる場合、患部近傍までは医師の操作によってカテーテルが挿入されてもよい。
In this case, the
また、硬化性物質としては、樹脂、エラストマ、オリゴマ、プレポリマ等に限らず、特定条件で凝固するタンパク質等、種々の材料が適用可能である。例えば、X線硬化成分の代わりに、患者の体温で硬化する物質や、患者の血液と反応して硬化する物質が使用されれば、X線照射部25を省略することができる。また、硬化性物質としてX線硬化成分が使用された場合でも、次の第2実施形態の代替物製造装置のようにX線撮影装置の構成を利用することによっても、X線照射部25を省略することができる。
The curable substance is not limited to a resin, an elastomer, an oligomer, a prepolymer, and the like, and various materials such as a protein that solidifies under a specific condition can be used. For example, instead of the X-ray curing component, if a substance that cures at the patient's body temperature or a substance that cures by reacting with the patient's blood is used, the
[第2実施形態]
図7は、第2実施形態の代替物製造装置におけるX線照射部・撮影部の配置を表す説明図である。図7に示すように、本実施形態では、患者60の周囲に、第1X線照射部61と第1X線撮影部62との組を備えたX線撮影装置と、第2X線照射部63と第2X線撮影部64との組を備えたX線撮影装置と、第3X線照射部65と第3X線撮影部66との組を備えたX線撮影装置とが、角度を変えて配設されている。なお、図7では、各組の配置は鉛直軸回りに異なっているが、立体的に異なっていてもよい。また、図示省略したが、患者60の近傍にはコントローラ3が配置され、第1実施形態と同様の針部材10と、第1実施形態におけるX線照射部25を省略した成形ヘッド20とが、患者60の体内に前述のように挿入されている。[Second Embodiment]
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the arrangement of the X-ray irradiation unit / imaging unit in the substitute manufacturing apparatus of the second embodiment. As shown in FIG. 7, in the present embodiment, an X-ray imaging apparatus including a set of a first
図8は、第2実施形態の代替物製造装置に係る制御系の構成を表すブロック図である。図8に示すように、この制御系は、X線照射部25及びX線撮影装置5が省略され、代わりに、第1X線照射部61,第1X線撮影部62,第2X線照射部63,第2X線撮影部64,第3X線照射部65,第3X線撮影部66が制御部3Aに接続された点で第1実施形態と異なる。
FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration of a control system according to the substitute manufacturing apparatus of the second embodiment. As shown in FIG. 8, in this control system, the
図9は、その制御系で実行される処理を表すフローチャートである。なお、この処理は、制御部3Aに内蔵されたCPU(図示省略)が、同じく制御部3Aに内蔵されたROM3Mに記憶されたプログラムに基づいて実行する処理である。また、図9では、図4に示された第1実施形態における処理と同じ処理は一部を省略して示されており、以下相違点について説明する。
FIG. 9 is a flowchart showing processing executed in the control system. This process is a process executed by a CPU (not shown) built in the
図9に示すように、本実施形態の代替物製造装置では、S0にて、第1X線照射部61,第2X線照射部63,第3X線照射部65に順次照射モードが設定される。この順次照射モードは、医師による施術や制御部3Aにおける画像処理に対して問題とならないような早い周期で、第1X線照射部61,第2X線照射部63,第3X線照射部65に順次X線照射を行わせるモードである。すなわち、このモードでは、各X線照射部61,63,65が同時に動作した場合と同様に、医師が術野を認識し、制御部3Aが画像処理を行うことができるが、患者60に照射されるX線量は、X線照射部61,63,65のいずれか1つに応じた量となる。このS0に続いて、前述のS1以下の処理が実行される。なお、本実施形態では、S1以下の処理において、順次照射モードで照射されるX線に応じて各X線撮影部62,64,66が撮影した画像のデータが、第1実施形態におけるX線撮影装置5からのデータの代わりに使用される。
As shown in FIG. 9, in the substitute manufacturing apparatus of the present embodiment, the irradiation mode is sequentially set in the first
また、S19に代わるS19A,S19Bでは、次のような処理がなされる。先ず、S15(図4参照)にて取得された変位のタイミング及びS17にて読み出されたCADデータに応じて、ノズル23の位置が関節43を介して微調整され、前記変位のタイミングに応じたタイミングで、X線硬化成分がノズル23より吐出される(S19A)。続いて、各X線照射部61,63,65から一斉にX線が照射された後、再び前述の順次照射モードが設定され(S19B)、処理は前述のS20へ移行する。
In S19A and S19B instead of S19, the following processing is performed. First, the position of the
本実施形態の代替物製造装置では、前記X線硬化成分は、各X線照射部61,63,65のいずれか1つから照射されたX線では硬化せず、各X線照射部61,63,65の全てが一斉にX線を照射した場合に硬化するようにX線に対する感受性が調整されている。なお、このような調整は、例えば、X線硬化成分を、X線を受けて蛍光を発するX線用蛍光成分と、X線用蛍光成分から発せられた光によって硬化する光硬化成分との混合物で構成した場合に、両者の混合比を変えることで行うことができる。なお、X線用蛍光成分としては、例えば、CaWO4等のタングステン酸塩系のものなどが使用でき、光硬化成分としては、例えばポリケイ皮酸ビニル等が使用できる。これらの成分は例えば特開2001−46488号公報等に公知であるのでここでは詳述しない。In the substitute manufacturing apparatus of the present embodiment, the X-ray curing component is not cured by X-rays irradiated from any one of the
本実施形態の代替物製造装置では、このように、患部の撮影用に使用される第1X線照射部61,第2X線照射部63,第3X線照射部65を、X線硬化成分の硬化用にも使用することができる。このため、本実施形態では、成形ヘッド20の構成を簡略化しつつ第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
In the substitute manufacturing apparatus of the present embodiment, the first
[第3実施形態]
また、人工心臓弁99等の成形は、図10に例示するような成形用袋199を使用してなされてもよい。図10に示すように、この成形用袋199は、人工心臓弁99の弁輪99Aに対応した中空部を有する弁輪部199Aと、弁膜99Bに対応した中空部を有する弁膜部199Bと備えた形状に、硬質ポリエチレン等によって構成されている。また、成形用袋199の弁輪部199Aと弁膜部199Bとは、円筒状の注入口199Cから前記各中空部にX線硬化成分を注入されることができる。更に、弁輪部199Aの外周には容易に破断するように薄肉に構成されたミシン目199Eが形成されている。なお、ミシン目199Eの代わりに、後述の第7実施形態に示すようなニクロム線を設けて弁輪部199Aを破断可能にしてもよい。[Third Embodiment]
Further, the
この成形用袋199は、小さく収縮された状態で、カテーテル等を用いた侵襲性の低い方法によって患者の心臓に挿入される。その後、注入口199CからX線硬化成分が注入され、患者の体外からX線が照射されれば、弁輪部199A及び弁膜部199Bの内部でX線硬化成分が硬化し、人工心臓弁99を心臓内部で成形することができる。成形後の人工心臓弁99は、ミシン目199Eで成形用袋199を破断させることにより、その成形用袋199から取り出されることができる。また、成形用袋199の注入口199Cと、それに接続された弁輪部199Aとの間には、少なくとも内径が小径とされた括れ部199Fが形成されている。このため、成形後の人工心臓弁99は、括れ部199Fの部分で切り取って心臓弁輪95に設置される。成形後の人工心臓弁99を患者の心臓弁輪95へ設置する作業は、針部材10を利用してなされてもよく、医師による侵襲性の低い縫合によってなされてもよい。
The
すなわち、第3実施形態の代替物製造装置は、図10に示された成形用袋199と、その成形用袋199に注入されたX線硬化成分に患者の体外からX線を照射する装置(例えば、図7に示された装置であってもよい。)とから構成される。
That is, the substitute manufacturing apparatus of the third embodiment is an apparatus for irradiating X-rays from outside the patient's body to the
[第4実施形態]
次に、図11は、第4実施形態の代替物製造装置の成形ヘッド200の構成を表す模式図である。なお、本実施形態における成形ヘッド200は、代替物の一例としてバイパス用の人工血管299(図14E参照)を成形するものである。図11に示すように、この成形ヘッド200は、円筒状に構成された筒体201を備えている。その筒体201の先端面202には複数のノズル203が形成されている。また、筒体201の中心軸に沿って中空の支軸204が保持されている。その支軸204の先端には、レーザ光照射部205が、関節215を介して接続されている。[Fourth Embodiment]
Next, FIG. 11 is a schematic diagram showing the configuration of the forming
この関節215は、第1実施形態における関節41,43,45,47と同様に構成されている。このため、例えばこの成形ヘッド200が第1実施形態におけるマニピュレータ9に装着された場合、成形ヘッド移動部3Cを介してレーザ光照射部205を自由な方向へ向けることができる。また、レーザ光照射部205は、そこから照射されるレーザ光の強度を自由に調整することができる。ノズル203は、レーザ光硬化成分を吐出するもので、その吐出量を調整可能に構成されている。なお、レーザ光硬化成分としては、例えば、一般的な光硬化性樹脂のうち、生物共存可能な物質で、かつ、適度な流動性及び粘性を有する分子量のものを適用することができる。また、このレーザ光硬化成分も、第1実施形態におけるX線硬化成分と同様、予め成形ヘッド200に収容されてもよく、外部から送られてもよい。更に、ノズル203としても、第1実施形態におけるノズル23と同様に圧電素子を利用した構成等、種々の構成を適用することができる。
The joint 215 is configured in the same manner as the
図12は、この成形ヘッド200をマニピュレータ9に装着して使用する場合の制御系の構成を表すブロック図である。図12に示すように、制御部3Aには、第1実施形態と同様にX線撮影装置5とデータベース3Dと成形ヘッド移動部3Cとが接続されている。なお、本実施形態の代替物製造装置を用いた手術では、針部材10に関連する機構である針部材移動部3B及び針部材用カメラ17は使用されない。また、制御部3Aは、ノズル203からのレーザ光硬化成分の吐出量を制御し、レーザ光照射部205からのレーザ光の照射強度及び照射方向を制御する。更に、本実施形態の代替物製造装置では、マニピュレータ9が成形ヘッド200を先端面202方向(以下挿入方向という)又はその逆方向(以下抜去方向という)へ移動させていくときにそのマニピュレータ9に加わる力(トルク)も、成形ヘッド移動部3Cを介して制御部3Aに入力されている。
FIG. 12 is a block diagram illustrating a configuration of a control system when the
図13は、その制御系で実行される処理を表すフローチャートである。なお、この処理は、図14Aに示すように、人工血管299を設置すべき生体血管290の血管壁291の外面291A(血液が流れる側の内面291Bの反対面)に、筒体201の先端面202を当接させる作業がなされてから開始される。また、成形ヘッド200の生体内への挿入は、前述の生体内挿入路形成具50を介してなされてもよく、生体血管290が露出するように皮膚が切開された状態でなされてもよい。
FIG. 13 is a flowchart showing processing executed in the control system. As shown in FIG. 14A, this processing is performed on the
なお、先端面202を血管壁291の外面291Aに当接させる作業は、マニピュレータ9を医師が操作することによってなされてもよく、造影剤が投入された生体血管290に対するX線撮影装置5の撮影画像に基づいてマニピュレータ9が自動制御されることによってなされてもよい。また、図13の処理は、制御部3Aに内蔵されたCPU(図示省略)が、同じく制御部3Aに内蔵されたROM3Mに記憶されたプログラムに基づいて実行する処理である。
Note that the operation of bringing the
処理が開始されると、先ず、S51にて、血管壁291に向けてレーザ光を比較的強い強度で照射することにより、その血管壁291に穴292(図14B参照)を開けながら成形ヘッド200を生体血管290に挿入する挿入処理が、実行される。すなわち、前記比較的強い強度とは、少なくとも血管壁291の組織が部分的に破壊できる程度の強度である。続くS52では、マニピュレータ9に加わる挿入方向の力の変化に基づき、成形ヘッド200が血管壁291を貫通したか否かが判断される。貫通していない場合は(S52:N)、処理はS51へ移行して前述の挿入処理が繰り返し実行され、成形ヘッド200が血管壁291を貫通すると(S52:Y)、処理はS53へ移行する。
When the processing is started, first, at S51, the forming
S53では、血管壁291に対する成形ヘッド200の位置が固定されたままで予め設定された所定量のレーザ光硬化成分がノズル203から吐出される。更に、このS53では、レーザ光照射部205から、比較的弱い強度のレーザ光が、先端面202の周囲に向けて照射される。なお、比較的弱い強度とは、前記吐出されたレーザ光硬化成分の硬化に適し、かつ、血管壁291に与えられる損傷が少ない(少なくとも血管壁291に穴を貫通させない)程度の強度をいう。すると、前記吐出されたレーザ光硬化成分が硬化される。この処理によって、図14Bに示すように、血管壁291の内面291Bに係合する係合部295が前記硬化したレーザ光硬化成分によって成形される。
In S <b> 53, a predetermined amount of the laser light curing component set in advance is discharged from the
続くS55では、レーザ光硬化成分をノズル203から吐出しながら、成形ヘッド200を血管壁291から抜去する処理が実行される。また、このS55では、前記抜去する処理と同時に、レーザ光照射部205から先端面202の周囲に向けて前記比較的弱い強度のレーザ光が照射される。この処理により、前記吐出されたレーザ光硬化成分が硬化する。すると、図14Cに示すように、前記硬化したレーザ光硬化成分によって人工血管299が穴292の内部に成形される。続くS56では、マニピュレータ9に加わる抜去方向の力の変化に基づき、成形ヘッド200が血管壁291から抜けたか否かが判断される。抜けていない場合は(S56:N)、S55の処理が繰り返し実行される。これにより穴292の内部に人工血管299が順次成形される。また、成形ヘッド200が血管壁291から抜けると(S56:Y)、処理はS57へ移行する。
In subsequent S55, a process of removing the forming
S57では、S53と同様に、血管壁291に対する成形ヘッド200の位置が固定されたままで予め設定された所定量のレーザ光硬化成分がノズル203から吐出され、レーザ光照射部205からのレーザ光によってそのレーザ光硬化成分が硬化される。この処理によって、図14Dに示すように、血管壁291の外面291Aに係合する係合部295が前記硬化したレーザ光硬化成分によって成形される。
In S57, as in S53, a predetermined amount of a laser beam curing component set in advance is discharged from the
続くS58では、S55と同様の処理がなされる。すなわち、レーザ光硬化成分をノズル203から吐出しながら、成形ヘッド200を血管壁291からの抜去方向へ移動させ、同時に、前記吐出されたレーザ光硬化成分にレーザ光照射部205からレーザ光を照射して当該レーザ光硬化成分を硬化させる処理が実行される。すると、図14Eに示すように、前記硬化したレーザ光硬化成分によって人工血管299が生体血管290の外側に成形される。続くS59では、成形ヘッド200が予め設定された停止位置(生体外であってもよい)まで退避したか否かが判断され、停止位置に達していない場合は(S59:N)、S58の処理が繰り返し実行される。そして、この処理の繰り返しにより、前記停止位置まで人工血管299が成形されると(S59:Y)、処理が一旦終了する。
In the subsequent S58, the same processing as in S55 is performed. That is, while the laser beam curing component is ejected from the
このように、本実施形態の代替物製造装置は、生体血管290に対するバイパス用の人工血管299を容易に成形することができる。その成形された人工血管299は、血管壁291の内面291B,外面291Aにそれぞれ成形された係合部295によって生体血管290に良好に取り付けられる。
Thus, the substitute manufacturing apparatus of the present embodiment can easily form the bypass
なお、本実施形態の代替物製造装置において、筒体201の内側にもノズル203が形成され、そのノズル203から吐出されたレーザ光硬化成分に対するレーザ光照射部205の角度やレーザ光照射タイミングが、光造形法の技術を応用して制御されてもよい。その場合、前記光造形法の技術により、人工血管299の内部に弁などを成形することもできる。そして、その場合、血管壁291の代わりに心臓壁93に、人工血管299が設置されてもよい。また、筒体201の先端部外周に感圧素子が設けられた場合、その感圧素子の検出信号に基づいて、S52,S56における血管壁291を貫通したか否か等の判断がなされてもよい。
In the alternative manufacturing apparatus of this embodiment, the
[第5実施形態]
次に、図15A〜図15Cは、第5実施形態の代替物製造装置に用いられる針部材310の構成を表す模式図である。なお、本実施形態における針部材310は、多くの部分が第1実施形態における針部材10と同様に構成されている。そこで、針部材310における針部材10と同様に構成された箇所には、図2Bで使用した符号を図15A〜図15Cにおいて付すことにより、構成の詳細な説明を省略する。以下、針部材310における針部材10との相違点を中心に説明する。[Fifth Embodiment]
Next, FIGS. 15A to 15C are schematic views illustrating the configuration of the
図15Aは、針部材310の軸方向(挿入・抜去方向)に沿った断面を模式的に表している。図15Aに示すように、アンカー押圧部13は針部材10に比べて若干小径に構成されている。そのアンカー押圧部13を円筒状に包囲する筐体310Bの内周面には、側孔11が形成された側の内周面に、糸供給部319とノズル323(図15B参照)とが設けられている。
FIG. 15A schematically shows a cross section of the
図15Bは、図15AのXVB−XVB線断面を模式的に表している。図15Bに示すように、ノズル323と糸供給部319とは隣接して設けられている。糸供給部319は、糸35を強制的に繰り出す。糸供給部319から繰り出される糸35は、最も基端側のアンカー30に接続されている。なお、以下の説明において、最も基端側のアンカー30すなわち側孔11から最後に吐出されるアンカー30と、糸供給部319との間の糸35を、糸35Cという場合がある。
FIG. 15B schematically shows a cross section taken along line XVB-XVB of FIG. 15A. As shown in FIG. 15B, the
糸供給部319から糸35Cを繰り出すためのアクチュエータ等の機構(図示省略)は、糸供給部319に設けられていてもよく、針部材310が挿入される生体の外部に設けられていてもよい。ノズル323は、糸供給部319から繰り出される糸35Cに、生物共存可能な熱可塑性の樹脂395(図18参照)を、加熱して流動性を付与した上で糸35Cに付着させる。
A mechanism (not shown) such as an actuator for feeding the
図15Cは、針部材310を側孔11側から見た状態を部分的に示す模式図である。図15Cに示すように、針部材310では、側孔11の先端部310A側端縁中央にV字形の切り込み11Aが形成されている。この切り込み11Aは、筐体310Bの先端部310Aの近傍まで延びている。この切り込み11Aの先端部には、ヒータ325が設けられている。
FIG. 15C is a schematic view partially showing a state in which the
このため、糸供給部319から繰り出された糸35Cは、少なくとも針部材310が基端方向(すなわち、先端部310Aとは反対方向)に移動されたとき、切り込み11Aに案内されてヒータ325に当接する。このとき、ノズル323から吐出されて糸35Cに付着された樹脂395は、ヒータ325によって加熱される。すると、加熱された樹脂395は、既に生体内に吐出された樹脂395と容易に一体化し、その樹脂395の温度が生体内で低下することによって樹脂395は硬化する。
Therefore, the
また、針部材310では、図15A,図15Bに示すように、針部材用カメラ17は側孔11が設けられた側の筐体310B側面に設けられている。このため、針部材用カメラ17は、切り込み11Aに案内された糸35Cの挙動や、ヒータ325によって加熱された樹脂395の挙動を良好に撮影することができる。
In the
図16は、この針部材310を針部材10の代わりにマニピュレータ7に装着して使用する第5実施形態としての代替物製造装置の、制御系の構成を表すブロック図である。図16に示すように、制御部3Aには、第1実施形態と同様にX線撮影装置5とデータベース3Dと針部材移動部3Bとが接続されている。また、制御部3Aは、ノズル323から樹脂395が吐出される量を制御し、糸供給部319から糸35Cが供給される量を制御し、ヒータ325のオン/オフを制御し、針部材用カメラ17が撮影した画像に応じたデータを入力される。なお、図16のブロック図及び図17のフローチャートは、成形ヘッド20に関連する機構である成形ヘッド移動部3C等が使用されない場合を前提として図示されているが、後述のように成形ヘッド20及びマニピュレータ9に関連する機構も併用されてもよい。
FIG. 16 is a block diagram showing a configuration of a control system of an alternative manufacturing apparatus as a fifth embodiment in which the
図17は、その制御系で実行される処理を表すフローチャートである。なお、この処理は、制御部3Aに内蔵されたCPU(図示省略)が、同じく制御部3Aに内蔵されたROM3Mに記憶されたプログラムに基づいて実行する処理である。また、この処理は、図4に示した第1実施形態における処理と同じ処理を含んでいる。そこで、第1実施形態における処理と同様の処理には、図4で使用した符号を図17において付すことにより、構成の詳細な説明を省略する。以下、図4の処理に対する図17の処理の相違点を中心に説明する。
FIG. 17 is a flowchart showing processing executed in the control system. This process is a process executed by a CPU (not shown) built in the
本実施形態の代替物製造装置では、代替物を成形する際に針部材310を成形ヘッド20と入れ替える必要がないので、S7の処理は省略される。なお、本実施形態における処理によって成形される代替物は、第1実施形態で成形されたものと同様の人工心臓弁99であってもよく、図18に示すステント397であってもよく、その他の代替物であってもよい。
In the substitute manufacturing apparatus of the present embodiment, since it is not necessary to replace the
S11に代わるS11Cでは、X線撮影装置5や針部材用カメラ17が撮影した画像に基づき、針部材310が所要部位へ移動される。S13Cでは、針部材用カメラ17の撮影画像に基づき、アンカー30から延びる糸35(糸35B又は糸35C)又は既に吐出されている樹脂395の位置が確認される。S15に代わるS15Cでは、針部材用カメラ17によって撮影された前記樹脂395又は糸35の動きに基づいて、それらの変位のタイミングが取得される。
In S11C instead of S11, the
S17では、第1実施形態と同様にCADデータが読み出される。S19Cでは、前記変位のタイミング及びCADデータに応じて、糸供給部319を介して糸35Cが樹脂395と共に吐出される。なお、この糸35Cの吐出時には、糸35Cがよりスムーズに吐出されるように針部材310が移動されてもよい。なお、図17のフローチャートでは、糸35Cの吐出時には、糸供給部319から繰り出される糸35Cに全長に亘ってノズル323から樹脂395が付着され、糸35Cが繰り出されている間はヒータ325が常時オンにされているものとしている。より複雑な代替物を成形する場合は、必要に応じて、ノズル323からの樹脂の吐出/非吐出を切り換えるステップや、ヒータ325のオン/オフを切り換えるステップを追加してもよい。
In S17, CAD data is read as in the first embodiment. In S <b> 19 </ b> C, the
このようにして、糸35Cと共に吐出された樹脂395は、ヒータ325により加熱されて一旦流動性を付与された後に、血液等によって冷却されて硬化する。このようなS11〜S19の処理が、代替物の成形が完了するまで繰り返され(S20:N)、成形が完了すると(S20:Y)、処理が終了する。
In this way, the
図17の処理は、人工心臓弁99等の各種代替物の成形に適用可能である。以下、図18に示すように、脳動脈390の動脈瘤392が形成された箇所に脳動脈390の代替物の一例としてのステント397を成形する例を中心に、図17の処理を説明する。その場合、アンカー30は、他面32を対向させた一対のアンカー30が用意されるだけでよく、ネット37は省略することができる。また、一対のアンカー30の他面32の間に配設される糸35Aの長さは、動脈瘤392の部分の血管壁391の厚さより若干短く設定される。
The process of FIG. 17 can be applied to molding various alternatives such as the
その場合、S1では、図18に例示するように、脳動脈390を通る矢印Zに沿って所要部位Yに針部材310が挿入される。なお、針部材310に対するこのような操作は、針部材310がカテーテル(図示省略)の先端に装着され、そのテーテルの操作レバーをマニピュレータ7又はその他のアクチュエータが操作することによってなされてもよい。その場合、カテーテルに対する操作のうち、脳動脈390の内部を通って針部材310を動脈瘤392の近傍(例えば、先端部310Aの一部が動脈瘤392の一部と対向する位置)まで挿入する操作は医師によってなされ、その後の操作がマニピュレータ7又は他のアクチュエータを介してなされてもよい。
In that case, in S1, the
また、針部材310に永久磁石又は電磁石が設けられた場合、制御部3Aは、その針部材310の動きを体外から強い磁力で遠隔操作してもよい。なお、このような磁力による遠隔操作の機構については、例えば、米国特許6630879号公報,6157853号公報等に詳しいので、ここでは詳述しない。また、このような磁力による遠隔操作がなされる場合も、動脈瘤392の近傍までは医師のカテーテル操作によって針部材310が挿入されてもよい。
When a permanent magnet or an electromagnet is provided on the
続くS3では、動脈瘤392の外側にアンカー30が吐出されて、針部材310が動脈瘤392の内側に抜去される。この処理によって、一対のアンカー30が図18に示すように血管壁391を挟んで動脈瘤392に固定される。また、その動脈瘤392の内側のアンカー30から延びる糸35Cは、針部材310とつながった状態となる。この例では、所要部位Yが1箇所であるので、S5では最初にこのステップへ処理が移行したときから肯定判断がなされる。
In subsequent S <b> 3, the
S11C〜S19Cでは、先ず、動脈瘤392の内側を樹脂395で埋め尽くすように糸35Cが吐出される。なお、このとき、動脈瘤392の内部に、樹脂395も糸35Cも存在しない空隙396が多少残っていてもかまわない。すなわち、動脈瘤392の内部に充填された樹脂395によって、その動脈瘤392の形状を維持できればよい。S11C〜S19Cの処理では、このように動脈瘤392の内部に樹脂395が充填された後、動脈瘤392に血流方向上下流から隣接する脳動脈390の内周面に沿って、糸35Cが螺旋状又はネット状に吐出される。また、吐出される糸35Cには、樹脂395が付着される。その樹脂395は、脳動脈390の内部で硬化する。この処理によって、脳動脈390の内周面に沿って螺旋状又はネット状に形状を維持されたステント397が、糸35C及びその糸35Cに付着された樹脂395によって成形される。こうして、ステント397が成形されると、図17の処理が終了する(S20:Y)。
In S11C to S19C, first, the
なお、第1実施形態の代替物製造装置1における処理と同様に、ステント397の成形完了後は(S20:Y)、自動的に針部材310が抜去されてもよく、針部材310の抜去は医師の手でなされてもよい。また、成形完了後の糸35Cは、ヒータ325により焼き切られてもよい。
Similar to the processing in the
このように、本実施形態の代替物製造装置を用いれば、動脈瘤392の内部に充填されてその動脈瘤392の形状を維持する樹脂395、及び、ステント397(いずれも脳動脈390の代替物の一例)を容易に成形することができる。また、図18に示すように、動脈瘤392の外側にも、樹脂層399が成形されてもよい。このような樹脂層399は、例えば、第1実施形態の代替物製造装置1の成形ヘッド20が侵襲性の低い手術を介して動脈瘤392の外側まで挿入され、その成形ヘッド20が駆動されることによって成形されてもよい。
As described above, by using the substitute manufacturing apparatus of this embodiment, the
また、前記実施形態では、樹脂395として熱可塑性樹脂が使用されているが、樹脂395としては他の硬化性物質が使用されてもよい。例えば、50°程度の比較的低温で硬化する熱硬化性樹脂が使用されてもよい。その場合、ヒータ325が当該熱硬化性樹脂を加熱することで、その熱硬化性樹脂が硬化される。また、第1実施形態等で使用されたX線硬化成分が樹脂395の代わりに使用されてもよい。その場合、ヒータ325がX線照射部と置き換えられることによって、そのX線照射部に対向するX線硬化成分を硬化させることが可能となる。第4実施形態で使用されたレーザ光硬化成分が樹脂395の代わりに使用されてもよい。その場合、ヒータ325がレーザ光照射部と置き換えられることによって、そのレーザ光照射部に対向するレーザ光硬化成分を硬化させることが可能となる。
In the above-described embodiment, a thermoplastic resin is used as the
[第6実施形態]
図19は、第6実施形態の代替物製造装置に用いられる針部材410の構成を模式的に表す斜視図である。この針部材410は、針部材10,310と同様の外径を有しているが、アンカー30を備えておらず、先端部にノズル411,撮影孔412,照射孔413を備えている。[Sixth Embodiment]
FIG. 19 is a perspective view schematically showing the configuration of the
ノズル411は、針部材410に内蔵されたX線硬化成分供給部416に接続されている。ノズル411は、X線硬化成分供給部416から供給されるX線硬化成分を、制御信号に応じた量吐出する。なお、このX線硬化成分は、第1実施形態において使用されたものと同様のものである。撮影孔412は、針部材410に内蔵された針部材用カメラ417に接続されている。針部材用カメラ417は、撮影孔412の正面の状況を撮影する。照射孔413は、針部材410に内蔵されたX線照射部418に接続されている。照射孔413からは、X線照射部418から照射されたX線が、針部材410の外部に向かって照射される。
The
このため、針部材410では、ノズル411から吐出されたX線硬化成分は、照射孔413から照射されたX線によって硬化されることができる。また、針部材用カメラ417は、そのX線硬化成分が硬化される範囲の状況を撮影することができる。このように構成された針部材410は、第1実施形態における関節41,43,45,47と同様に構成された関節430を介して、円柱状の支持部材450に支持されている。
For this reason, in the
図20は、この針部材410をマニピュレータ7に装着して使用する第6実施形態としての代替物製造装置の制御系の構成を表すブロック図である。図20に示すように、制御部3Aには、第1実施形態と同様にX線撮影装置5とデータベース3Dと針部材移動部3Bとが接続されている。なお、本実施形態では、成形ヘッド20に関連する機構である成形ヘッド移動部3C等は使用されなくてもよい。また、針部材移動部3Bは、第1実施形態における成形ヘッド移動部3Cと同様に、関節430を制御可能に構成されている。また、制御部3Aは、ノズル411からのX線硬化成分の吐出量を制御し、X線照射部418からのX線の照射状態を制御し、針部材用カメラ417が撮影した画像に応じたデータを入力される。
FIG. 20 is a block diagram showing the configuration of the control system of the substitute manufacturing apparatus as the sixth embodiment in which the
図21は、その制御系で実行される処理を表すフローチャートである。なお、この処理は、制御部3Aに内蔵されたCPU(図示省略)が、同じく制御部3Aに内蔵されたROM3Mに記憶されたプログラムに基づいて実行する処理である。また、本実施形態の代替物製造装置は、血液等の体液の流動が血管内部等に比べて少ない部位において代替物を成形する場合に向いている。
FIG. 21 is a flowchart showing processing executed in the control system. This process is a process executed by a CPU (not shown) built in the
図21に示すように、この処理では、先ず、S51にて、前記各実施形態におけるS1と同様に、針部材410が患部近傍の所要部位に挿入される。S52では、針部材用カメラ417による撮影がなされる。続くS53では、前記各実施形態におけるS17と同様に代替物のCADデータが読み出され、S54にて、X線硬化成分の吐出及び硬化がなされる。すなわち、S54では、S52にて撮影された画像のデータと、S53にて読み出されたCADデータとに基づき、所要部位に所望の代替物が成形されるよう、関節430を介してノズル411の位置(すなわち、針部材410の位置)が微調整される。更にS54では、位置調整後のノズル411から前記データに応じた量のX線硬化成分が吐出され、そのX線硬化成分は照射孔413から照射されたX線によって硬化される。
As shown in FIG. 21, in this process, first, in S51, the
S55では、前記各実施形態におけるS20と同様に、代替物の成形が完了したか否かが判断され、完了していなければ(S55:N)、処理はS57へ移行する。S57では、代替物の残りの部分を成形するために針部材410の移動がなされ、処理は前述のS52へ移行する。なお、S57では、制御部3Aが針部材移動部3Bを介してマニピュレータ7及び関節430を駆動することによって、針部材410の移動がなされる。こうして、S52〜S57の処理が繰り返し実行され、代替物の成形が完了すると(S55:Y)、処理が一旦終了する。
In S55, as in S20 in each of the above-described embodiments, it is determined whether or not the molding of the substitute has been completed. If not completed (S55: N), the process proceeds to S57. In S57, the
図22は、骨BにひびCが形成された箇所に、骨Bの代替物の一例としてのプレート470を成形した例を表す説明図である。このようなプレート470が成形される場合、皮膚の表面に針部材410の先端が通る程度の切り込みが入れられ、その切り込みから、針部材410が骨Bの表面まで挿入される(S51)。そして、前記CADデータとしてプレート470の形状データを用いたS52〜S57の処理が繰り返し実行されることにより、X線硬化成分を硬化させてなるプレート470が骨Bの表面に成形される。
FIG. 22 is an explanatory diagram showing an example in which a
なお、このようなプレート470が成形される場合、リン酸カルシウム,チタン酸カルシウム等の粒子(例えば多孔質焼結体)又はチタン粒子をフィラーとして含んだX線硬化成分が使用されるのが望ましい。これらの物質は、骨Bとの馴染みがよく、プレート470が骨Bと一体化するのを促進する。特に、ヒドロキシアパタイト等のリン酸カルシウムからなる多孔質焼結体がX線硬化成分にフィラーとして含まれる場合、当該多孔質焼結体において骨の再生が始まり、プレート470と骨Bとの一体化が一層良好に促進される。また、プレート470は、骨Bの表面に接着剤層を形成してから成形されてもよい。
In addition, when such a
また、同様の方法で、筋肉中の神経と接する部位に、チタン等の金属粒子をフィラーとして含んだX線硬化成分により塊が成形されてもよい。その場合、当該部位に継続的に鍼が打たれているのと同様の効果が得られる場合がある。 Further, in the same manner, a lump may be formed by an X-ray hardening component containing metal particles such as titanium as a filler at a site in contact with nerves in muscle. In that case, the same effect as that when the wrinkle is continuously applied to the part may be obtained.
図23は、嚥下障害を患った人Hに対して、痰の排出等を補助する部材(すなわち、喉頭蓋の代替物)を、成形する例を示している。図23に示す例では、人Hの咽喉部Iと気管Kとの間には、気管カニューレ480が装着されている。この気管カニューレ480は、一端側の開口部481が人Hの前面から外気に連通し、他端は下方に屈曲して気管Kに連通している。
FIG. 23 shows an example in which a member (that is, a substitute for the epiglottis) that assists the discharge of the sputum or the like for the person H suffering from dysphagia is formed. In the example shown in FIG. 23, a
本実施形態の代替物製造装置を用いれば、このような気管カニューレ480の開口部481と気管Kの内壁面との間に毛細管484を成形することができる。その場合、開口部481から気管Kまで針部材410が挿入される(S51)。続いて、針部材410は、気管カニューレ480から抜去されながら(S57)、微小に螺旋状に回転して毛細管484を成形する(S52〜S54)。すなわち、前記CADデータとして毛細管484の形状データを用いたS52〜S57の処理が繰り返し実行されることにより、毛細管484が成形される。このような毛細管484が成形されることによって、気管Kに溜まった痰は毛細管現象によって開口部481から体外へ排出される。
If the substitute manufacturing apparatus of this embodiment is used, the capillary 484 can be formed between the opening 481 of the
なお、毛細管484は、ノズル411の開口部外周にギザギザ(すなわち鋸歯状の凹凸)を形成しておくことによって成形されてもよい。その場合、前記ギザギザの凹凸によって、ノズル411から吐出されたX線硬化成分の表面には毛細管現象を起こす溝が形成される。このため、ノズル411から吐出されたX線硬化成分は、そのまま硬化されるだけで毛細管484となる。したがって、この場合、処理が一層容易となる。
Note that the capillary 484 may be formed by forming jagged edges (that is, serrated irregularities) on the outer periphery of the opening of the
また、気管カニューレ480の屈曲部の外周面482が、切り込みを入れた弾性材料等で構成されている場合、その外周面482を通って針部材410を貫通させることが可能となる。外周面482が弾性材料等で構成されていれば、針部材410が抜去された後は、当該針部材410が貫通していた穴は弾性復元力によって塞がる。なお、このような弾性材料としては、例えば、第1実施形態に係る手術で用いられたシート状挿通可能部55が用いられてもよい。気管カニューレ480がそのような材料で構成されている場合、図23に示すように、気管カニューレ480の上方に、唾液等が気管Kへ落下するのを抑制するフィルタ485を成形することができる。
Further, when the outer
この場合、S51の処理で針部材410が外周面482を貫通して気管カニューレ480の上方まで挿入され、S52〜S57の処理でフィルタ485が成形される。すなわち、前記CADデータとしてフィルタ485の形状データを用いたS52〜S57の処理が実行されることにより、フィルタ485が成形される。
In this case, the
また、このようなフィルタ485が成形される場合、当該フィルタ485に付着した唾液等を食道Sへ送る毛細管も併せて成形されてもよい。また、前述の外周面482のように、気管カニューレ480の気管Kに挿入される部分の少なくとも一部が、切り込みを入れた弾性材料で構成される場合、その切り込みが入れられた部分は、声帯の代わりに空気振動を発生するように構成されてもよい。このような構成としては、笛等の音の鳴る玩具に用いられている周知の構成を応用することができる。
Moreover, when such a
また、針部材移動部3Bが十分に小形化可能である場合、手術室の床等に設置された前述のコントローラ3の代わりに、図24に例示するようなコントローラ490が使用されてもよい。
Further, when the needle
図24は、第6実施形態の変形例としての代替物製造装置の構成を表す模式図である。本変形例では、コントローラ490は、前述の制御部3A及び針部材移動部3Bを備えている(図24では図示省略)。気管カニューレ480の体外側には、周知のようにフレーム486が設けられており、コントローラ490は、そのフレーム486に接続された台座491によって支持されている。コントローラ490には、腕492の一端が関節493を介して接続されており、腕492の他端は関節494を介して支持部材450に接続されている。
FIG. 24 is a schematic diagram illustrating a configuration of an alternative manufacturing apparatus as a modification of the sixth embodiment. In this modification, the
関節493,494は、第1実施形態における関節41,43,45,47と同様に構成されている。また、関節480,493,494の可動範囲及び腕492の長さは、針部材410による毛細管484,フィルタ485の成形が可能なように設計されている。このため、コントローラ490に内蔵された制御部3Aが図21の処理を実行することにより、図23に示したような毛細管484及びフィルタ485の成形が可能となる。その場合、人Hは屋外を歩いているときでも歩きながら毛細管484及びフィルタ485を成形されることが可能となる。また、その場合、フィルタ485には、当該フィルタ485を体外へ引き出すための紐状部分が、針部材410によって成形されていてもよい。その場合、人Hは、性能が低下したフィルタ485を、前記紐状部分を摘んで開口部481から引き出し、針部材410にフィルタ485の再成形を行わせることができる。
The
また、この変形例も含めた第6実施形態の代替物製造装置でも、第2実施形態と同様に、ノズル411から吐出されたX線硬化成分を硬化させるためのX線は体外から照射されてもよい。その場合、図24に示したコントローラ490から針部材410に至る構成は、一層良好に小形化されることができる。また、X線硬化成分は、コントローラ490に併設されたタンク等から供給されてもよい。また、第4実施形態で使用されたレーザ光硬化成分がX線硬化成分の代わりに使用されてもよい。その場合、X線照射部418がレーザ光照射部と置き換えられ、そのレーザ光照射部から照射されたレーザ光が照射孔413から照射される。
In addition, in the substitute manufacturing apparatus of the sixth embodiment including this modification, as in the second embodiment, X-rays for curing the X-ray curing component discharged from the
また、前述のコントローラ490から針部材410に至る構成は、図25に例示する他の変形例としての代替物製造装置のように、シルクハット等の帽子499の内面における頭皮から離れた中空部分に設けられてもよい。その場合、人Hが帽子499を被っている間に、その人Hに頭髪を成形することができる。すなわち、前記CADデータとして頭髪の形状データを用いた図21の処理が実行されることにより、頭髪が成形される。なお、この場合、針部材410は、毛根の擬似となる台座を人Hの頭部の毛穴に成形してもよい。更に、針部材410におけるX線硬化成分供給部416が、IPS細胞(人工多能性幹細胞)の培養器に置き換えられた場合、人Hの頭部の毛穴にIPS細胞から分化した毛根細胞を移植することもできる。
Further, the configuration from the
また、前述のコントローラ490から針部材410に至る構成は、図26に例示する更に他の変形例としての代替物製造装置のように、電気メス500の把持部520先端(すなわち、電極530が設けられた側の把持部520端部)に設けられてもよい。その場合、電極530から高周波を発生させて患部を切開したり止血したりした後、患部に開けられた穴等を塞ぐ代替物(例えば、胃の手術であれば胃壁)を成形することができる。その場合、電気メス500が生体から抜去される際に、前記代替物の成形も行ってしまうことが可能となる。この場合、前記CADデータとして胃壁等の代替物の形状データを用いた図21の処理が実行される。また、胃壁が成形される場合、硬化性物質として、前掲したように胃酸と反応して硬化する物質(フラン系樹脂,フェノール樹脂等)が使用されてもよい。
Further, the configuration from the
なお、前記各実施形態において、制御部3Aが制御部の一例に、データベース3Dが記憶部の一例に、ノズル23,203,323,411又は成形用袋199が送り込み部の一例に、X線照射部25,61,63,65,418又はレーザ光照射部205又はヒータ325が代替物成形部の一例に、それぞれ相当する。なお、第5実施形態のように、硬化性物質として生体内で放置されても自然に硬化(流動性の低減)が起こる物質が使用された場合、本発明における代替物成形部は、ヒータ325のように、硬化性物質の流動性が低減される位置を調整して成形を行うものであってもよい。第1又は第6実施形態において、胃酸又は血液との反応のみによって硬化可能な硬化性物質が使用された場合も同様である。そして、その場合、代替物成形部は、位置制御可能な鏝等によって構成されてもよい。
In each of the embodiments, the
すなわち、例えば第1実施形態の代替物製造装置1について説明すると、その代替物製造装置1の変形例の中で説明した、患者の体温で硬化する物質、患者の血液と反応して硬化する物質、胃酸(すなわち塩酸)と反応して硬化する物質は、いずれも、生体内に送り込まれた後に前記生体内で流動性が低減する硬化性物質に相当する。そして、その場合、ノズル23が送り込み部の一例に相当し、ノズル23及び関節43及びマニピュレータ9が、前記送り込み部により送り込まれた硬化性物質の流動性が低減する位置を調整することにより生体組織の代替物を成形する代替物成形部の一例に相当する。
That is, for example, the
[第7実施形態及び更に他の実施形態]
また、本発明は前記各実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施することができる。例えば、前記各実施形態における処理は、一部又は全部が、医師の操作によってなされてもよい。また、硬化性物質としては、前述のX線硬化成分やレーザ光硬化成分に限らず、赤外線,可視光線,紫外線,マイクロ波等の他の電磁波によって硬化する物質や、中性子線等のX線以外の放射線によって硬化する物質や、超音波によって硬化する物質、更には、特定条件で凝固するタンパク質等も使用することもできる。[Seventh Embodiment and Other Embodiments]
The present invention is not limited to the above embodiments, and can be implemented in various forms without departing from the gist of the present invention. For example, part or all of the processing in each of the embodiments may be performed by a doctor's operation. Further, the curable substance is not limited to the X-ray curable component and the laser beam curable component described above, but other than X-rays such as a material curable by other electromagnetic waves such as infrared rays, visible rays, ultraviolet rays, and microwaves, and neutron rays. Substances that are cured by radiation, substances that are cured by ultrasonic waves, and proteins that coagulate under specific conditions can also be used.
また、本発明において、代替物の3次元形状のデータは必ずしも必要なく、前述の第3実施形態,第4実施形態のように、送り込み部(成形用袋199,筒体201)の少なくとも一部が前記代替物を成形するための型を構成してもよい。また、前述の針部材10,310,410、成形ヘッド20,200等を、体温によって図示したような形状となる形状記憶合金を用いて作成すれば、生体内への挿入時には一層小形化しておける場合がある。その場合、前述の針部材10,310,410、成形ヘッド20,200等は、生体に一層容易に挿入可能となる場合がある。
Further, in the present invention, the data of the three-dimensional shape of the substitute is not necessarily required, and at least a part of the feeding portion (
また、本発明は、iPS細胞から製造した臓器又はその他の器官を生体内に移植する手術にも応用することができる。例えば、成形用袋199と同様に生体内で広がってシャーレ等の培養機器となる袋をカテーテル等を使用して生体内に挿入し、更に、その培養機器に未成熟なiPS細胞と培養液等とをカテーテル等を使用して注入すればよい。
The present invention can also be applied to surgery for transplanting an organ produced from iPS cells or other organs into a living body. For example, a bag that spreads in the living body and becomes a culture device such as a petri dish like the
図27に例示する第7実施形態の代替物製造装置としての培養機器600は、iPS細胞を挿入可能な管610の先端に、中空の球状の培養室620を備えて構成されている。また、管610及び培養室620は熱可塑性樹脂によって一体成形されており、管610の長手方向及び培養室620の外周には、それら(特に培養室620)を切断するためのニクロム線630が設けられている。
A
このような培養機器600がカテーテル等を使用して生体内に挿入され、管610の開口部611が体外に露出された場合、開口部611を介して培養機器600に未成熟なIPS細胞と培養液等を注入することが可能となる。その後、必要に応じて、体外からマイクロ波が照射されたり、適宜の濃度のアクチビンが順次注入されてiPS細胞が分化されることにより、そのiPS細胞は成熟した臓器とされることができる。そのような臓器は、ニクロム線630への通電により培養室620が切断されることで培養室620から取り出され、低侵襲性手術により他の生体臓器と接続されることができる。その場合、IPS細胞を注入するためのカテーテルや管610等が送り込み部に、生体内に挿入された培養室620やマイクロ波の照射部が代替物成形部に、それぞれ相当する。なお、培養室620は体液が浸透可能な素材によって構成されてもよい。
When such a
また、前述の針部材10又は310又は410,成形ヘッド20又は200,成形用袋199等の送り込み部も、前述のIPS細胞等と同様に、足の付け根等から血管内にカテーテルを使用して挿入されてもよい。その場合、より侵襲性の低い手術によって、生体内に人工心臓弁99,人工血管299等の代替物を成形することができる。
In addition, the above-mentioned
Claims (3)
前記送り込み部により送り込まれた硬化性物質の流動性を前記生体内で低減させることにより、生体組織の代替物を成形する代替物成形部と、
を備えたことを特徴とする生体組織の代替物製造装置。A feeding portion that is inserted into a living body and feeds a curable substance having fluidity into the living body;
An alternative molding part that molds a substitute for biological tissue by reducing the fluidity of the curable substance fed by the feeding part in the living body;
An apparatus for manufacturing a substitute for living tissue, comprising:
前記代替物成形部は、前記ノズルから吐出された硬化性物質に電磁波、放射線又は超音波を照射することで当該硬化性物質の流動性を低減させ、
更に、
前記代替物の3次元形状を記憶した記憶部と、
前記ノズルが前記吐出を行う位置、吐出方向もしくは吐出タイミング、又は、前記代替物成形部が前記照射を行う位置、照射方向もしくは照射タイミングの、少なくともいずれか1つを、前記記憶部に記憶された前記3次元形状に基づいて制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の生体組織の代替物製造装置。The feeding section includes a nozzle that discharges a curable substance in the living body,
The substitute molding part reduces the fluidity of the curable substance by irradiating the curable substance discharged from the nozzle with electromagnetic waves, radiation or ultrasonic waves,
Furthermore,
A storage unit storing a three-dimensional shape of the substitute;
At least one of the position where the nozzle performs the discharge, the discharge direction or the discharge timing, or the position where the substitute molding unit performs the irradiation, the irradiation direction or the irradiation timing is stored in the storage unit. A control unit for controlling based on the three-dimensional shape;
The apparatus for manufacturing a substitute for living tissue according to claim 1, comprising:
前記代替物成形部は、前記送り込み部により送り込まれた硬化性物質の流動性が低減する位置を調整することにより、生体組織の代替物を成形することを特徴とする請求項1に記載の生体組織の代替物製造装置。The sending section sends a curable substance whose fluidity is reduced in the living body after being sent into the living body, into the living body,
2. The living body according to claim 1, wherein the substitute molding unit forms a substitute for a living tissue by adjusting a position where the fluidity of the curable material fed by the feeding unit is reduced. Tissue substitute manufacturing equipment.
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