KR20120022729A - 뇌 화상화 장치용 두부 모형 및 그 제조 기술 - Google Patents

Abstract

실시형태의 일례인 두부 모형은 뇌 화상화 장치의 교정용으로 제공할 수 있는 두부 모형으로서, 두개골에 상당하는 부분 및 뇌의 특정 영역 중 적어도 하나에 상당하는 부분이 각각 액체 주입용 개구부 이외에 틈이 없는 연속적인 공동으로 형성된다.

Description

뇌 화상화 장치용 두부 모형 및 그 제조 기술{HEAD MODEL FOR BRAIN-IMAGING DEVICE AND TECHNIQUE FOR PRODUCING SAME}

본 발명은 PET나 SPECT 등 뇌 화상화의 검증이나 조정 등의 용도로 사용할 수 있는 두부(頭部) 모형 및 그 제조에 관한 기술에 관한 것이다.

뇌의 병을 진단하기 위해, 또는 뇌의 기능을 연구하기 위해 다양한 수법을 사용하여 뇌를 화상화하는 것이 널리 행해지고 있다. PET(Positron Emission Tomography)나 SPECT(Single Photon Emission Computed Tomography)는 상기 뇌 화상 화법의 하나로서, 체내에 주입한 방사성 약제로부터 직접적으로 또는 간접적으로 발생하는 광자(감마선)를 두부 주위에 배치한 다수의 감마선 검출기로 검출하고 그 분포를 컴퓨터에서 화상화함으로써 뇌 화상을 형성하는 수법이다. PET나 SPECT는 신경 전달 물질의 수용체 분포, 포도당 소비량, 국소 혈류량, 혈관 반응성, 산소 소비량 등의 생리학적 기능 정보를 화상화하는 방법으로서 적합하다.

그런데 PET나 SPECT에서는 2개의 물리적 오차 요인(광자의 흡수 및 콤프턴 산란)에 기초한 오차가 존재한다. 이 때문에, 형성된 기능 화상에는 다소간 오차가 포함되게 된다. PET나 SPECT를 사용한 화상 진단에서는 올바른 결과를 얻을 수 있도록 사전에 검증을 해두는 것이 바람직하다. 이와 같은 관점에서 실제 수치가 기지(旣知)의 대상을 사용하여 얻어진 화상에 의해 PET, SPECT화상이나 거기에서 얻어지는 수치를 사전에 검증하는 것이 행해진다. 이 수치 기지의 대상으로서는, 종래부터 측정 대상 조직에 대응한 인체 모형(팬텀)이 이용되어 왔다.

이와 같은 목적으로 사용되어 온 종래 기술에 의한 두부 모형의 예로서, 미국 데이터 스펙트럼사제의 호프만 3D팬텀을 도 1a 및 도 1b에 도시한다. 이 두부 모형은 원주 형상의 용기(110)에 공동(空洞)(123)을 가진 횡단면 슬라이스 부재(120),(120),…를 겹침으로써 조립된다. 그리고 원주 형상의 용기(110)에 방사성 약제를 포함한 액체를 주입하고 공동(123)이 해당 액체로 채워진 상태에서 감마선이 측정된다. 감마선은 방사성 약제가 있는 공동 부분에서만 방사되고 슬라이스 부재의 부분에서는 방사되지 않기 때문에 그 차이에 기초하여 단층 화상을 구성할 수 있다.

종래의 두부 모형의 또다른 예로서, 일본특개2008-132021호 공보에 개시되어 있는 두부 모형을 도 2에 도시한다. 이 두부 모형은 도 1의 두부 모형의 용기(110)의 형상을 두개골을 모방한 형상으로 한 것을 특징으로 하고 있다. 도 2의 두부 모형은, 도 1의 두부 모형에 비해 두개골에 의한 방사선 흡수 등의 영향을 가미한 촬영을 할 수 있다는 점에서 우수하다.

특허문헌 1: 일본특개2008-132021호 공보

상술한 것처럼 지금까지 다양한 두부 모형이 제안되어 실제 검증에 사용되고 있다. 그러나 도 1의 두부 모형은 원주상 용기에 슬라이스로 한 판상의 부재를 격납한 형상이므로 두부의 실제 형상이나 뼈의 영향을 고려한 검증을 할 수 없다. 한편 도 2의 두부 모형에서는 뼈의 영향을 고려할 수 있다. 그러나 두개골에 상당하는 부분의 재질이나 두께를 나중에 변경하는 것은 당연히 어렵기 때문에 두개골의 영향이 없는 경우를 가정한 검증이나 두개골의 흡수 계수 등을 바꿔 측정하고자 해도 그것은 불가능했다.

또 종래의 두부 모형의 심각한 문제점은, 도 1이나 도 2에 있는 것처럼 두부 모형이 복수의 슬라이스로서 형성되어 있기 때문에 슬라이스와 슬라이스 사이에 공기를 포획하기 쉽고 또한 일단 포획된 공기를 쉽게 제거할 수 없는 것이다. 공기는 다른 조직과 γ선의 흡수 특성이 다르기 때문에 얻어진 화상에서의 큰 오차 요인이 된다. 따라서 종래의 두부 모형의 조제시에 두부 모형내에 공기가 남지 않도록 조정할 필요가 있으며, 그러기 위해서는 통상은 특별한 숙련과 긴 시간을 필요로 한다. 이것은 핵 의학 화상의 검증에 사용하는 모형에서는 특히 문제이다. 즉, 핵 의학에 사용하는 방사성 트레이서는 방사성 동위원소를 포함하고 있기 때문에 모형의 조제에 시간이 걸리면 작업자가 더 피폭된다는 문제가 있다. 또 핵 의학에서 사용되는 방사성 동위원소는 반감기가 매우 짧기 때문에 준비 작업이 오래 걸리면 트레이서의 붕괴가 진행되어 실제 측정시에 충분한 양의 신호를 얻을 수 없는 경우도 있다. 따라서 준비 시간은 가능한 한 짧은 것이 바람직하다.

또 숙련자의 장시간의 작업으로도 결국 슬라이스간의 공기를 완전히 제거하기는 어려워 노이즈가 적은 깨끗한 데이터를 취득하기는 매우 어렵다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 두개골의 흡수 계수를 유연하게 변경하는 것이 가능하고 동시에 조제가 용이한 두부 모형을 제공하는 것을 목적으로 하였다.

본 발명은, 예를 들면 뇌의 화상화 검증용으로 제공할 수 있는 두부 모형으로서, 두개골에 상당하는 부분 및 뇌의 특정 영역 중 적어도 하나에 상당하는 부분이 각각 액체 주입용 개구부 이외에 틈이 없는 연속적인 공동(空洞)으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 두부 모형으로서 구현화될 수 있다. 이 두부 모형에서, 상기 공동 주위의 구조체의 적어도 일부분은 인간의 연부 조직과 동등한 선흡수 계수를 가진 재질로 구성될 필요가 있다.

다시 말하면, 본 발명은 뇌 화상화의 검증용으로 제공할 수 있는 두부 모형으로서, 두개골에 상당하는 부분에 설치되고 액체 주입용 개구부 이외에는 불연속 개소가 없는 중공(中空) 구조를 가진 제1 액체 수용부와, 뇌의 특정 영역에 상당하는 부분에 설치되고 액체 주입용 개구부 이외에 틈이 없는 연속적인 중공 구조를 가진 제2 액체 수용부와, 상기 제1 및 제2 액체 수용부가 내재되도록 일체로 형성된 구조체를 구비한 두부 모형으로서 구현화될 수 있다. 이 구조체는 인간의 연부 조직과 동등한 선흡수 계수를 가진 재질로 형성될 필요가 있다. 이와 같은 재질로서는 인간의 연부 조직과 동등한 밀도를 가진 재질의 것으로부터 선택된 것을 사용할 수 있고, 예를 들면 아크릴, ABS수지 등을 바람직하게 사용할 수 있다.

두개골에 상당하는 부분의 공동은 뼈를 모방한 액체를 봉입하기 위해 사용된다. 그리고 이 액체의 종류나 농도를 적절히 조절함으로써 두개골 부위에서의 γ선의 흡수 계수를 임의로 변화시킬 수 있다. 이로써 단순히 뼈의 영향을 가미한 검증을 할 뿐만 아니라 다양한 상태의 뼈를 모방한 상태에서의 검증이나, 희망에 의해 뼈의 영향을 가미하지 않은 상태에서의 검증 등 이용자의 요구에 따른 다양한 상태에서의 검증이 가능해진다.

또한 구조체 및 충전액으로 투명한 것을 선택함으로써 팬텀 내부의 관찰이 가능해져 팬텀 내부에 공기가 들어가지 않았는지를 용이하게 확인할 수 있으며, 공기가 들어간 경우에도 쉽게 제거할 수 있다. 이것은 지금까지 제안되어 온 두부 팬텀에는 없는 매우 우수한 성질이다.

또 상기 두부 모형에서는 두개골에 상당하는 부분 및 뇌의 특정 영역 중 적어도 하나에 상당하는 부분이 각각 액체 주입용 개구부 이외에는 불연속적인 부분이 없는, 틈이 없는 단일 중공 구조로서 형성되어 있다. 즉, 종래의 두부 모형과 같이 슬라이스 구조에 의해 뇌영역이 분단되어 있지 않고 불연속적이지 않다. 이 특징 때문에 상기 두부 모형에서는 슬라이스와 슬라이스 사이에 공기가 남는다는 선행기술의 문제가 원리적으로 발생하지 않는다. 공동이 틈이 없는 연속적인 구조이기 때문에 뇌의 촘촘한 구조에 들어간 공기라 해도 모형을 적절히 회전시킴으로써 용이하게 액체 주입구로 유도하여 배출할 수 있다. 이와 같이 본 발명에 의한 두부 모형에 의하면 시액 주입시에 잔존된 공기의 배출 작업이 종래의 모형에 비해 훨씬 용이해져 내부에 공기가 잔존하지 않는 양호한 모형을 단시간에 조제 가능함과 동시에 작업자의 피폭량을 줄일 수 있다.

따라서 본 발명에 의한 두부 모형은 종래의 두부 모형을 사용하는 것보다도 용이하게 조제할 수 있어 보다 정확한 검증을 용이하게 할 수 있다는 매우 우수한 효과를 나타낸다.

본 발명에 의한 상기 두부 모형은, 예를 들면 광조형법을 사용하여 제조할 수 있다. 이 관점에서 본 발명은, 예를 들면 뇌 화상화의 검증용으로 제공할 수 있는 두부 모형을 제조하는 방법으로서, 인간 두부의 MRI화상 등의 형태 화상을 토대로 적어도 두개골 및 뇌의 특정 영역을 각각 액체 주입용 개구부 이외에는 불연속 부분이 없는 중공 구조로서 나타낸 3차원 CAD데이터를 형성하고, 해당 형성한 3차원 CAD데이터에 기초하여 광조형법에 의해 광경화성 수지를 경화시키는 것을 특징으로 하는 제조 방법으로서 구현화할 수도 있다.

또 본 발명은, 예를 들면 광조형 장치에 입력됨으로써 해당 광조형 장치가 뇌 화상화의 검증용으로 제공할 수 있는 두부 모형을 조형할 수 있게 하는 3차원 CAD데이터로서, 상기 3차원 CAD데이터는 상기 두부 모형을 두개골에 상당하는 부분 및 뇌의 특정 영역 중 적어도 하나에 상당하는 부분을 각각 액체 주입용 개구부 이외에는 불연속 부분이 없는 중공 구조로서 나타내는 3차원 CAD데이터로서 구현화할 수도 있다.

본 발명의 범위에 포함되는 기타 특징적인 구성이나 효과는 이하의 상세 설명이나 첨부 도면에 의해 명확해진다.

도 1은, 종래 기술에 의한 두부 모형의 일례이다.
도 2는, 종래 기술에 의한 두부 모형의 다른 예이다.
도 3a는, 본 발명에 의한 두부 모형의 예(정면 방향 사시도)이다.
도 3b는, 본 발명에 의한 두부 모형의 예(배면 방향 사시도)이다.
도 3c는, 본 발명에 의한 두부 모형의 예(투과 사시도)이다.
도 4a는, 본 발명에 의한 두부 모형의 예(화살표형 단상)이다.
도 4b는, 본 발명에 의한 두부 모형에 장착할 수 있는 액체 주입구 구조의 예이다.
도 5는, 뇌 영역을 모방한 공동을 2개 마련한 실시예이다.
도 6은, 뇌 영역을 모방한 공동에 주상(柱狀) 구조를 설치한 실시예이다.
도 7은, 뇌 영역을 모방한 공동에 망상(網狀) 구조를 설치한 실시예이다.
도 8은, 본 발명에 의한 두부 모형의 제조 방법의 예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9는, 본 발명에 의한 두부 모형의 실제 작성예에서 사용한 MRI형태 화상의 일부이다.
도 10은, 도 9의 MRI화상을 모델화한 것을 도시한 도면이다.
도 11은,도 10의 모델화 데이터를 단층 데이터화한 것으로부터 재구성한 화살표형 단상이다.
도 12a는, 두부 모형(300)의 CT화상, 도 12b는, 두부 모형(300)의 SPECT화상이다.
도 13은, 본 발명에 의한 두부 모형의 두개골이나 뇌영역을 모방한 공동의 액주입구를 봉지하기 위해 사용할 수 있는 마개의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는, 본 발명에 의한 두부 모형의 두개골이나 뇌영역을 모방한 공동의 액주입구를 봉지하기 위해 사용할 수 있는 마개의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는, 본 발명에 의한 두부 모형의 두개골이나 뇌영역을 모방한 공동의 액주입구를 봉지하기 위해 사용할 수 있는 마개의 또다른 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 3a?도 3c 및 도 4a?도 4b는, 본 발명에 의한 두부 모형의 일실시예를 설명하기 위한 도면이다. 도 3a 및 도 3b에는, 각각 본 실시예에 관한 두부 모형(300)의 정면 방향 및 배면 방향에서 본 사시도가 그려져 있고, 도 3c에는 같은 두부 모형(300)이 투과 사시도로 그려져 있다. 도 4a에는, 두부 모형(300)이 단면도(화살표형 단상)로 그려져 있다. 두부 모형(300)은 속이 차있는 구조체(302) 안에 두개골의 형상을 모방한 공동(304)와, 뇌의 특정 영역을 모방한 공동(306)이 형성된 구조를 구비하고 있다.

구조체(302)는, 예를 들면 아크릴이나 ABS수지성으로 할 수 있다. 구조체(302)의 외관은 임의이기는 하지만, 도 3a나 도 3c에 도시되어 있는 것처럼 눈코 부근의 형상 등 인간 두부의 외면 형상을 모방한 형상으로 하는 것이 바람직하다. 또 구조체의 재료는 실제 인간에 보다 가까운 측정을 하기 위해서는 흡수 계수가 인간의 연부 조직과 동등한 재질의 것을 사용한다.

두부 모형(300)에서 공동(304)나 (306)은 그 상부에 액체를 주입하기 위한 개구부(304a),(306a)가 설치되어 있는 것 외에는 각각 연속적인 단일 공동으로 형성되어 있다. 즉, 공동(304)나 (306)은 도 1이나 도 2에 도시된 종래의 두부 모형에서의 뇌영역과 같이 슬라이스로 몇 개의 요소로 둥글게 잘려있는 것이 아니라 틈이 없는 일체적인 공동으로서 형성되어 있다. 따라서 도 1이나 도 2에 예시한 두부 모형과 같이 약액을 분포시키는 개개의 슬라이스 갭내에 공기가 포획되어버려 제거하기가 매우 어렵다는 문제는 발생할 수 없다.

또한 도 4a의 단면도에서는 공동(304)나 (306)이 몇 개의 소영역으로 분할되어 있는 것처럼 보이는데, 그것은 단면도이기 때문이다. 공동(304)나 (306)은 각각 3차원적으로 완전히 연속된 공동으로서 형성되어 있다.

한편 공동(304)와 공동(306)은 각각 서로 독립적인 공동으로서, 서로 연결되어 있지 않다. 따라서 공동(304)에 채운 액체가 공동(306)으로 이동하는 것이나 그 반대가 일어나는 것은 원리적으로 발생할 수 없다.

본 실시예에서 공동(304)의 형상은 두개골 중에서도 대뇌 및 소뇌를 수용하는 부분의 형상을 모방한 것으로 되어 있다. 이것은 두부 모형(300)의 사용 목적이 두부PET 및 두부SPECT의 검증으로서, 그들 장치에 의한 뇌의 화상화에 미치는 두개골의 영향을 조사할 수 있다면 충분하기 때문이다. 단, 실시형태에 따라서는 공동(306)을 보다 많은 두개골 구조를 모방한 공동으로서 형성하는 것도 당연히 가능하다.

본 실시예에서 공동(304)에 액을 주입하기 위한 개구부(304a)는 두정(頭頂)부에 원환형으로 마련되어 있으며 거기에 적당한 뚜껑을 끼워맞추어 공동(304)을 밀폐할 수 있도록 의도되어 있다. 개구부(304a)의 상태는 도 4a쪽이 알기 쉬울 것이다. 단, 개구부의 위치나 형상은 임의로서, 이들에 의해 본 발명의 실시형태의 범위는 제한되지 않는다.

도 4b에, 개구부(304a)에 장착할 수 있는 상기 뚜껑의 예를 도시한다. 뚜껑(320)은 개구부(304a)를 완전히 덮을 수 있는 환형 구조를 가짐과 동시에 2개의 액체 주입구(322),(324)를 가진다. 액체 주입구가 2개 마련되어 있는 이유는, 한쪽을 액체 주입시의 공기 배출구로서 사용하기 위함이다. 액체 주입구(322),(324)는 뚜껑(320)의 내부 공간을 통해 뼈를 모방한 공동 부분(공동(304))에만 연결되어 있고 뇌영역을 모방한 공동 부분에는 연결되어 있지 않다.

공동(304)에 적당한 흡수 계수를 가진 액을 봉입함으로써 뇌 화상 촬영에서의 뼈의 영향을 시뮬레이트할 수 있다. 이 액으로서는, 예를 들면 K₂HPO₄용액을 사용할 수 있다. 용액의 K₂HPO₄의 농도를 바꿈으로써 흡수 계수를 임의로 바꿔 촬영할 수 있기 때문에 다양한 상태의 뼈가 화상화에 미치는 영향을 상세히 조사할 수 있게 된다. 예를 들면, 골밀도는 연령이나 성별에 의해 다양하게 변화되는 것으로 알려져 있다. 그래서, 예를 들면 상정된 피험자의 연령이나 성별에 대응한 흡수 계수를 가진 K₂HPO₄용액을 조제하여 충전함으로써 보다 정확한 검증을 할 수 있게 된다.

또 K₂HPO₄용액은 투명한 액이므로 두부 모형의 재질을 투명한 재질로 해두면 두부 모형의 내부를 육안으로 확인할 수 있다. 이로써 공동(304),(306)이 완전히 액으로 채워져 있는 것, 바꿔 말하면 해당 공동내에 측정을 방해하는 공기가 존재하지 않는 것을 눈으로 보아 용이하게 확인할 수 있다. 또한 공동(304)에, 예를 들면 물이라는, 연부 조직과 동등한 흡수 계수의 액을 채움으로써 뼈의 영향을 고려하지 않는 경우를 시뮬레이트할 수도 있다.

상기 예에서는 뼈를 모방한 액으로서 K₂HPO₄용액을 예시하였으나, 본 발명의 실시형태는 이에 한정되지는 않는다. 뼈와 동일한 흡수 특성을 재현할 수 있는 임의의 용액을 적절히 선택하여 상기와 동일하게 사용할 수 있다.

아울러 사용 목적에 따라서는 공동(304)에 봉입되는 액의 흡수 계수가 일단 정해진 후에는 그 용액을 교환하는 빈도는 적은 경우도 상정된다. 그와 같은 경우에는 두부 모형(300)의 판매자는 뼈를 모방한 액을 공동(304)에 봉입한 상태에서 판매해도 좋을 것이다.

본 실시예에서 공동(306)의 형상은 뇌 중에서도 회백질 부분을 모방한 형상으로 되어 있다. 따라서 공동(306)에 적당한 방사성 약제를 봉입함으로써 주로 회백질 부분에 약제가 분포되는 PET나 SPECT를 재현할 수 있다. 공동(306)의 형상은 회백질 부분으로 한정되지 않는 것은 물론이며 목적에 따라 다양한 부분의 형상을 모방한 공동으로서 형성해도 좋다. 이와 같은 부분으로서는 회백질 외에, 예를 들면 백질, 대뇌 신피질, 대뇌 구피질, 대뇌, 중뇌, 소뇌, 간뇌, 기저핵, 해마, 대상회, 전두엽, 두정엽, 측두엽, 후두엽, 브로드만 등 뇌지도에서의 구분 등이어도 좋고 두부 모형의 사용 목적에 따라 적절히 선택된다.

도 4a에서, 부호306a는 공동(306)에 액을 주입하기 위한 개구부를 도시하였다. 본 실시예에서 개구부(306a)는 두정부에 설치되어 있는데 공동(304)을 위한 개구부(304a)와 마찬가지로 개구부(306a)의 위치나 형상, 수는 임의이며 이들에 의해 본 발명의 실시형태의 범위가 제한되지는 않는다. 개구부(306a)는 공동(304)과 일절 연결되어 있지 않아 개구부(306a)를 통해 공동(304)에 액을 주입하는 것은 불가능하다. 마찬가지로 개구부(304a)는 공동(306)과는 일절 연결되어 있지 않아 개구부(304a)를 통해 공동(306)에 액을 주입할 수 없도록 구성되어 있다.

도 4b에는, 개구부(306a)를 폐쇄하기 위한 구조의 예인 마개(326)가 도시되어 있다. 마개(326)는 폐쇄됨으로써 공동(306)을 완전히 밀폐할 수 있도록 구성되어 있다.

도 4a에서 예시한 예에서는, 두부 모형(300)의 하부에는 구멍(308)이 마련되어 있는데, 이것은 스탠드를 장착하는 등의 용도로 사용할 의도로 형성된 것이다. 물론 상기 구멍은 본 발명의 실시에서 임의적인 구성 요소에 불과하다.

상술한 것처럼 공동(304)나 (306)은 액체 주입구를 제외하고 틈이 없는, 3차원적으로 연속된 공동으로서 형성되어 있다. 따라서 액의 주입시에 공동 내부에 공기가 남아도 두부 모형(300)을 적당하게 회전시킴으로써 잔존 공기를 용이하게 액체 주입구로 유도할 수 있다. 잔존 공기를 액체 주입구로 유도한 후에는 액체 주입구의 마개를 열어 잔존 공기만큼만 액을 추가함으로써 용이하게 잔존 공기를 배출할 수 있다. 이 작업을 여러 번 반복함으로써 액체 주입시에 잔존된 공기를 대부분 배출할 수 있게 된다. 도 1이나 도 2의 종래의 모형의 경우 슬라이스 갭내에 약액을 분포시키는 구조였기 때문에 액의 주입시에 슬라이스 사이에 공기가 남게 될 뿐만 아니라 남은 공기를 제거하기가 매우 어려웠다. 이러한 잔존 공기는 촬영한 뇌 화상의 품질을 현저하게 떨어뜨린다. 그러나 두부 모형(300)으로부터 알 수 있듯이 본 발명에 관한 두부 모형은 슬라이스 사이에 약액을 분포시키는 구조는 아니기 때문에 종래 기술에서의 이와 같은 문제가 원리적으로 발생하지 않아 양호한 두부 모형을 용이하게 조제할 수 있다.

상술한 것처럼 두부 모형(300)에서 액체 봉입시에 잔존 공기를 시각적으로 확인하기 쉽도록 하기 위해 구조체(302)는 투명 재료로 만들어지는 것이 바람직하다.

상기 실시예인 두부 모형(300)에서는 뇌영역을 모방한 공동으로서는 회백질을 모방한 공동이 하나 마련되어 있을 뿐인데, 본 발명의 실시형태는 이에 한정되지는 않는다. 뇌영역을 모방한 공동은 여러 개 있어도 무관하다. 예를 들어, 두부 모형으로 검증하고자 하는 기능 화상의 종류에 따라 선택된, 복수의 부위의 조합에 의해 형성되는 형상을 모방한 구조로 할 수도 있다. 이와 같은 일례로서, 뇌영역을 모방한 공동을 2개 마련한 실시예를 도 5에 도시한다.

도 5에 도시한 실시예인 두부 모형(400)은 전술한 두부 모형(300)과 마찬가지로 속이 차있는 구조체(302) 중에 두개골의 형상을 모방한 공동(304)을 가진다. 아울러 도 5에서 두부 모형(300)과 구성 요소가 같은 경우에는 같은 부호를 붙이고 그것을 도시하였다. 두부 모형(400)이 두부 모형(300)과 다른 점은 두부 모형(300)에서는 뇌영역을 모방한 중공 구조로서는 공동(306)이 하나 마련된 것뿐인데 반해, 두부 모형(400)에서는 (422),(424)의 2개의 공동이 마련되어 있는 것이다. 공동(422),(424)은 서로 연결된 일체 구조로 해도 되고, 서로 연결되지 않은 각각 독립된 구조로 해도 된다. 아울러 각각 독립된 구조로 한 경우에는 각각 독립적으로 액체 주입구를 가질 필요가 있지만, 서로 연결된 일체 구조로 한 경우에는 공통의 액체 주입구를 가지고 있으면 된다. 도 5에서는 공동(422)는 전두엽의 형상을 모방한 것으로서, 공동(424)는 소뇌의 형상을 모방한 것으로서 매우 개략적으로 그려져 있는데, 이들이 예시에 불과하다는 것은 말할 것도 없다. 목적에 따라 다양한 구분으로 다양한 수의 독립된 공동을 마련한 두부 모형으로 할 수 있다.

각 부위에서의 약제의 분포량을 조절하기 위해 공동에 주상이나 망상의 구조를 설치해도 된다. 도 6 및 도 7에는 그와 같은 실시예가 도시되어 있다. 도 6에 도시한 두부 모형(400')은 도 5의 두부 모형(400)의 변형예로서, 뇌영역을 모방한 2번째 공동(424)에 체축(體軸) 방향으로 연장되는 주형 구조를 설치한 예이다(공동(424'로서 도시되어 있다). 이와 같은 주형 구조는 공동내에 분포하는 약제의 상대적인 비율을 변화시킨다. 실제 임상예에서도 약제의 분포 비율이 부위에 따라 다른 것으로 알려져 있다. 그래서 임상예에서의 전형적인 약제의 분포 비율을 재현할 수 있도록 공동내에 주상이나 망상의 구조를 설치하여 각 부위의 공극율을 다양하게 변화시킴으로써 보다 정확한 검증을 할 수 있게 된다. 공극율의 조정은 특정 부위에 해당하는 공동 부분에 상술한 주상이나 망상의 구조를 설치함으로써 행할 수 있지만, 이 때에 사용하는 주상체 및 망상체의 각 요소는, 예를 들면 공간 분해 능력의 1/4?1/3 정도 이하의 직경을 갖는 것으로 한다.

이 예에서의 각 부위의 공극율을, 검증하고자 하는 뇌기능 화상의 종류와 함께 예시하면 대략 아래와 같이 된다.

(A)검증하고자 하는 기능 화상이 뇌혈류 SPECT화상인 경우

회백질:선조체:백질=4:4:1

(B)도파민 트랜스포터 이미징인 경우

회백질:백질:선조체:소뇌=1:1:10:1

또 질환부를 상정한 부위에 상기 주형체를 임의의 밀도로 배치하여 임의의 질환 모델을 작성하는 것도 가능하다.

아울러 도 7에는, 도 5의 두부 모형(400)의 공동(424)을 같은 이유로 망상 구조를 설치한 공동(424")으로 한 실시예(400")이 도시되어 있다.

아울러 공동에 주형 구조를 설치하는 경우에는 도 6에 도시한 것처럼 기둥의 방향을 실질적으로 체축 방향으로 향하게 하는 것이 바람직하다.

도 8에, 상술한 두부 모형을 제조하기 위한 각 단계를 기재한 흐름도를 도시한다. 본 발명에 관한 두부 모형은, 예를 들면 MRI 등의 형태 화상에 기초하여 작성된 CAD데이터를 사용하여 공지의 광조형 기술을 행함으로써 작성할 수 있다.

이 예에서는, 처음에 실제 인간의 두부MRI 등의 형태 화상을 촬영하여 복수의 연속된 횡단상을 얻는다(스텝802). 도 9의 사진은 실제 작성예에서 사용한 MRI화상의 일부를 도시한 것이다. 다음으로, 각 단층 화상에 대해서 뇌아틀라스를 추출하는 작업을 행하고(스텝804), 두개(頭蓋)나 뇌회백질, 뇌백질, 뼈, 척수액 기타 구조물의 모델화를 행한다(스텝806). 모델화를 행한 두부 구조도를 도 10에 도시한다. 이 예에서는 입체 가공을 했을 때의 내부 구조의 연속성, 좌우 형상의 대상성에 유의하여 회백질 구조와 백질 구조와 거의 같은 부피를 가진 것으로 하였다. 도 10에 도시된 것처럼 모델화된 두부에서는 회백질이나 백질, 두개골이 비교적 좌우 대칭인, 단 자연스러운 형태의 비대칭성을 가진 자연스러운 두부 형상을 가지고 있다는 것을 알 수 있다.

모델화된 두부 구조 데이터는 일련의 횡단상의 집합인데, 스텝808에서는 이들 데이터를 순차적으로 중합한 후에 공지의 스무딩 처리나 보완 처리를 하여 각 구조가 체축 방향으로도 확대되는 3차원 데이터로 변환한다. 이 스텝에 의해, 각 구조가 체축 방향으로도 연속성을 갖게 되어 각 구조가 3차원적인 확대를 가진 데이터에로 재구성된다. 바람직한 태양에서 스무딩 처리는 각 콤파트먼트의 표면을 제시하는 점의 수를 예를 들면 10분의 1로 하는 등의 수순을 사용할 수 있다. 이 스텝후에 두부 모델 데이터로부터는 횡단상뿐만 아니라 화살표형 단상이나 관형(冠形) 단상도 형성할 수 있게 된다. 이 스텝에 의해 형성된 데이터로부터 형성한 화살표형 단상의 일례를 도 11에 도시한다.

스텝810에서는 전스텝에서 형성한 단층 데이터를 변형하여 인간과 같은 두부 외관을 구비한 일러스트 데이터와 융합시킨다. 이상의 스텝에서 필요한 두부 형상 및 두부 구조를 구비한 3차원 CAD데이터가 완성된다. 스텝812에서는, 이 3차원 CAD데이터를 공지의 광조형 장치에 입력함으로써 공지의 광조형법에 의해 원하는 두부 모형을 얻는다.

광조형법은 액체의 광경화성 수지에 대해 CAD데이터에 따라 광을 조사함으로써 3차원 구조를 틈 없이 일체적으로 조형할 수 있는 수법이다. 상술한 두부 모형과 같이 속이 차있는 구조체 속에 중공 구조를 형성해야 하는 경우라 해도 접착이나 융착 등 2차 접착 수법을 사용하지 않고 일체적으로 조형할 수 있다. 접착이나 융착 등의 수법을 사용하지 않아도 되는 것은 측정시에 데이터의 품질을 떨어뜨리는 원인이 될 수 있는 공기가 접합면에 잔존하는 사태의 발생도 방지하게 되어 고품질 화상의 형성을 가능하게 한다는 이점이 있다. 따라서 광조형법은 본 발명에 의한 두부 모형을 형성함에 있어서 매우 우수한 수법이라고 볼 수 있다.

도 12에, 전술한 두부 모형(300)을 CT 및 SPECT를 사용하여 화상화한 결과를 도시한다. 도 12A는 CT화상, 도 12b는 SPECT화상이다. 이러한 화상에 의해 나타난 것처럼, 본 발명에 관한 두부 모형을 사용함으로써 두부를 잘 재현한 매우 양호한 화상을 얻을 수 있다.

도 13은, 본 발명에 의한 두부 모형의 두개골이나 뇌영역을 모방한 공동의 액주입구를 봉지하기 위해 사용할 수 있는 마개(1300)의 바람직한 예에 대해서 설명하기 위한 도면이다. 도 13에서, (A)는 사시도, (B) 및 (C)는 단면도를 도시한다. 마개(1300)는 손잡이부(1302)와, 액주입구에 삽입하기 위한 통부(1304)를 가진다. 통부(1304)는 액주입구를 완전히 봉지하기 위해 액주입구의 내면과 완전히 끼워맞춰지는 형상 및 치수로 형성된다. 실시예에 따라서는 통부(1304)의 표면에 액주입구의 내면에 새겨진 나선 홈에 나사 결합되는 나선산이 형성되어 있어도 된다.

마개(1300)의 특징은 통부(1304)가 단면도(B)나 (C)에 그려지도록 속이 비어 있으며, 그 개구부가 고무 등으로 형성되는 탄성막(1306)으로 덮혀 있다. 중공부는 통부(1304)를 완전히 관통할 필요는 없지만, 관통해도 된다. 또 실시예에 따라서는 손잡이부(1302)에도 중공부가 도달해 있어도 되고, 실시예에 따라서는 손잡이부(1302)도 관통하여 손잡이부(1302)위에 개구되어 있어도 된다. 중요한 것은 통부(1304) 바닥부의 공동내에 대향하는 면이 탄성막(1306)으로 형성되어 있는 것이다.

마개(1300)가 두부 모형의 공동의 액주입구에 삽입되면, 통부(1304)가 삽입된 부피만큼 공동에 채워진 액에 압력이 걸린다. 이 압력은 통부(1304)의 삽입을 방해하거나 두부 모형에 손상을 줄 가능성이 있다. 그러나 마개(1300)에서는 (C)에 도시된 것처럼 탄성막(1306)이 압력으로 변형되어 속이 빈 통(1304)의 내부로 부풀어 오를 수 있도록 구성되어 있다. 이 탄성막(1306)의 변형에 의해 액에 가해진 압을 뺄 수 있기 때문에 통부(1304)를 부드럽게 공동에 삽입할 수 있고, 또 액압으로 두부 모형이 손상되는 사태를 방지할 수 있다.

도 14는, 두부 모형의 두개골이나 뇌영역을 모방한 공동의 액주입구를 봉지하기 위해 사용할 수 있는 마개의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 14에서, (A)는 본 실시예에 관한 마개(1400)의 사시도, (B) 및 (C)는 단면도를 도시한다. 마개(1400)도 앞선 실시예에서의 마개(1300)와 마찬가지로 손잡이부(1402)와, 액주입구에 삽입하기 위한 통부(1404)를 가진다. 앞선 실시예와 마찬가지로 통부(1404)는 액주입구를 완전히 봉지하기 위해 액주입구의 내면과 완전히 끼워맞춰지는 형상 및 치수로 형성된다. 실시예에 따라서는 통부(1404) 표면에 액주입구의 내면에 새겨진 나선 홈에 나사 결합되는 나선산이 형성되어 있어도 된다.

마개(1400)의 특징은 손잡이부(1402) 및 통부(1404)를 관통하여 상하로 개구되는 관통공(1406)을 갖는 것이다.

마개(1400)가 두부 모형 공동의 액주입구에 삽입되면 통부(1404)의 부피만큼 공동에 채워진 액에 압력이 걸린다. 그러나 마개(1400)에서는 관통공(1406)이 존재하기 때문에 압력으로 압출된 액이 관통공(1406)을 통해 외부에 배출될 수 있다. 따라서 액압에 방해되지 않고 통부(1404)를 공동내에 삽입할 수 있고, 또 액압으로 두부 모형이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 마개(1400)를 액주입구에 완전히 끼워넣은 후 관통공(1406)의 상부 개구를 작은 마개(1408)로 봉지함으로써 공동을 완전히 봉지할 수 있다.

관통공(1406)은 압력으로 압출된 액을 빼는 것만이 목적이기 때문에 좁은 구멍으로도 충분하고 밀폐면에서도 좁은 편이 바람직하다. 마개(1408)를 관통공(1406)에 삽입할 때에도 마개(1408)의 씰링 통만큼 당연히 액에 압력이 걸리는데 , 관통공(1406)을 충분히 가늘게 하여 마개(1408)의 씰링 통의 직경도 작게 되도록 설계함으로써 삽입시에 가해지는 압력은 최소한으로 억제할 수 있고, 따라서 두부 모형의 손상을 초래할 정도의 압력이 가해지지 않고 마무리되도록 할 수 있다.

아울러 도 13에 도시한 마개(1300)과 도 14에 도시한 마개(1400)는 각각 단독으로 사용해도 되지만, 조합해서 사용하면 더욱 우수한 효과를 나타내기 때문에 바람직하다. 예를 들면, 액의 주입구로서 2개의 개구부를 마련하여 한쪽에 마개(1300)를 사용하고, 다른 한쪽에 마개(1400)을 사용한다. 그리고 뇌모형으로 액을 주입한 후에 마개(1300)로 막고, 이어서 다른 한쪽 마개에 관통공(1406)을 뚫은 채로 마개(1400)를 한다. 이 때 상승한 압력은 관통공(1406)에서 빠지기 때문에 두부 모형에 내압 상승에 따른 부하를 거는 일은 없다. 그 후 관통공(1406)의 상부 개구에 마개(1408)를 삽입하여 두부 모형에 완전히 마개를 한다. 이 때 마개(1408)의 삽입에 의한 내압 상승은 마개(1300)의 저부에 설치된 탄성막을 통해 통부(1304)로 빠져나가게 되어 두부 모형에 내압 상승에 따른 부하를 주는 것을 막을 수 있게 된다.

도 15를 사용하여 두부 모형의 두개골이나 뇌영역을 모방한 공동의 액주입구를 봉지하기 위해 사용할 수 있는 마개의 또다른 예를 설명하기로 한다. 본 실시예에 관한 마개(1500)의 외관은 전술한 예의 마개(1400)와 흡사하며, 도 15a의 사시도 및 도 15b의 단면도에 도시된 것처럼, 원주형 손잡이부(1502) 및 통부(1504)를 가지고, 이들을 관통하는 관통공(1506)을 가진 마개이다. 그러나 마개(1500)은 마개(1400)과는 달리 관통공(1506)의 하단에서 통부(1504)의 내벽이 안쪽으로 밀어올려져 있으며 이 밀어올림부(1504a)를 위해 관통공(1506)의 직경이 하단부에서 좁아지는 구조를 가지고 있다. 또 밀어올림부(1504a)의 상단부에는 전술한 예의 마개(1300)의 탄성막(1306)과 같은 탄성막(1508)이 마련되어 개구를 막고 있다. 즉, 탄성막(1508)이 관통공(1506)의 상부 개구부와 하부 개구부 사이에 설치되어 있다. 따라서 탄성막(1508)이 설치된 후에는 관통공(1506)의 상하 개구부 사이를 빠져나갈 수 없게 된다.

관통공(1506)에는 도 15C에 도시된 또다른 마개(1510)가 끼워맞춰진다. 마개(1510)도 앞선 예에서의 마개(1400)와 마찬가지로 원주상 손잡이부(1512) 및 통부(1514)를 가지고, 이들을 관통하는 관통공(1516)을 가진 마개이다. 통부(1514)의 직경은 물론 마개(1500)의 관통공(1506)에 끼워맞춤 가능한 직경으로 정해질 필요가 있다.

마개(1500)를 두부 모형의 공동의 액주입구에 삽입하면, 전술한 예의 마개(1300)의 경우와 마찬가지로 삽입된 통부(1504)의 부피를 위해 탄성막(1508)에 압력이 걸려 탄성막(1508)이 바깥쪽으로 부풀어 오르도록 변형된다(도 15D). 관통공(1506)의 상부 개구에서 마개(1510)를 삽입하면 마개(1510)의 통부(1514)의 하단부가 마개(1500)의 통부(1504)의 밀어올림부(1504a)에 맞닿아접하고 그에 따라 마개(1510)의 최심(最深) 위치가 정해진다. 이 때 마개(1510)의 통부(1514)의 하단부가 탄성막(1508)을 압압하기 때문에 탄성막(1508)에 바깥쪽에서 압력을 걸 수 있고 따라서 공동 내부로부터의 압력에 대항시킬 수 있기 때문에 공동의 봉지를 보다 완전하게 행할 수 있다. 마개(1510)에는 관통공(1516)이 마련되어 있기 때문에 탄성막(1508)은 그 관통공내로 변형될 수 있기 때문에, 탄성막(1508)이 압력에 눌려 파괴되는 것은 방지된다(도 15e 참조). 따라서 도 15의 마개의 예에 의하면, 두부 모형의 공동의 봉지를 보다 완전하게 행할 수 있게 된다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예의 상세에 대해서 설명하였으나, 이들 설명이나 도면은 본 발명의 범위를 한정하는 의도로 제시된 것은 아니며 어디까지나 본 발명의 이해를 돕기 위해 제시된 것에 불과하다는 것은 이해하기 바란다. 본 발명의 몇가지 바람직한 실시형태는 첨부한 특허청구범위에 특정되어 있는데, 본 발명의 실시형태는 특허청구범위나 명세서 및 도면에 명시적으로 기재되는 것에 한정되지 않으며 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 다양한 형태를 취할 수 있다. 본 발명은 본원 특허청구범위나 명세서 및 도면에 명시적으로 개시되는지 여부와 상관없이 이들 서류로부터 파악할 수 있는 모든 신규 및 유익한 구성을 그 범위에 포함하는 것이다.

300 두부 모형
302 구조체
304 공동
304a 개구부
306 공동
306a 개구부
422 공동
424 공동
1300 마개
1302 손잡이부
1304 통부
1306 탄성막
1400 마개
1402 손잡이부
1404 통부
1406 관통공
1408 작은 마개

Claims (13)

1. 뇌 화상화의 검증용으로 제공할 수 있는 두부 모형으로서,
   두개골에 상당하는 부분 및 뇌의 특정 영역 중 적어도 하나에 상당하는 부분이 각각 액체 주입용 개구부 이외에 틈이 없는 연속적인 공동으로 형성되어 있으며, 상기 공동 주위의 구조체의 적어도 일부분은 인간의 연부 조직과 동등한 선흡수 계수를 가진 재질로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 두부 모형.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 두부 모형은 광조형법에 의해 일체로 형성된 것임을 특징으로 하는 두부 모형.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 두개골에 상당하는 부분의 공동은 적어도 대뇌 및 소뇌를 수용하는 부분의 형상을 모방한 것인 두부 모형.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 뇌의 특정 영역은 회백질, 백질, 대뇌 신피질, 대뇌 구피질, 대뇌, 중뇌, 소뇌, 간뇌, 기저핵, 해마, 대상회, 전두엽, 두정엽, 측두엽, 후두엽, 뇌지도에서의 구분 중 하나 이상으로부터 선택된 것인 두부 모형.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 뇌의 특정 영역에 상당하는 부분을 형성하는 상기 공동의 적어도 일부에 주상 또는 망상의 구조가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 두부 모형.
6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 두개골에 상당하는 부분을 형성하는 상기 공동 및 상기 뇌의 특정 영역 중 적어도 하나에 상당하는 부분을 형성하는 상기 공동이 액체로 채워져 있는 두부 모형.
7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서, 상기 두부 모형의 외형은 인간의 두부 외형을 모방한 것인 두부 모형.
8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서, 상기 두부 모형은 투명 또는 반투명 부재로 형성되는 것을 특징으로 하는 두부 모형.
9. 뇌 화상화의 검증용으로 제공할 수 있는 두부 모형으로서,
   두개골에 상당하는 부분에 설치되고 액체 주입용 개구부 이외에는 불연속 개소가 없는 중공 구조를 가진 제1 액체 수용부,
   뇌의 특정 영역에 상당하는 부분에 설치되고 액체 주입용 개구부 이외에 틈이 없는 연속적인 중공 구조를 가진 제2 액체 수용부,
   상기 제1 및 제2 액체 수용부가 내재되도록 일체로 형성된 구조체로서, 인간의 연부 조직과 동등한 선흡수 계수를 가진 재질에 의해 형성된 구조체를 구비한 두부 모형.
10. 뇌 화상화의 검증용으로 제공할 수 있는 두부 모형을 제조하는 방법으로서,
    인간 두부의 형태 화상을 토대로 적어도 두개골 및 뇌의 특정 영역을 각각 액체 주입용 개구부 이외에는 불연속 개소가 없는 중공 구조로서 나타낸 3차원 CAD데이터를 형성하고, 해당 형성한 3차원 CAD데이터에 기초하여 광조형법에 의해 광경화성 수지를 경화시키는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
11. 광조형 장치에 입력됨으로써 해당 광조형 장치가 뇌 화상화의 검증용으로 제공할 수 있는 두부 모형을 조형 가능하게 하는 3차원 CAD데이터로서, 상기 3차원 CAD데이터는 상기 두부 모형을, 두개골에 상당하는 부분 및 뇌의 특정 영역 중 적어도 하나에 상당하는 부분을, 각각 액체 주입용 개구부 이외에는 불연속 개소가 없는 중공 구조로서 나타내는 3차원 CAD데이터.
12. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 두부 모형에서, 상기 두개골에 상당하는 부분의 공동에 액체를 주입하기 위한 개구부, 또는/및 상기 뇌의 특정 영역에 상당하는 부분의 공동에 액체를 주입하기 위한 개구부를 봉지하기 위한 마개로서, 상기 개구부의 내부에 삽입되는 통부를 가지고, 상기 통부는 속이 비어있으면서 그 개구부가 탄성막으로 덮혀 있는 것을 특징으로 하는 마개.
13. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 두부 모형에서, 상기 두개골에 상당하는 부분의 공동에 액체를 주입하기 위한 개구부, 또는/및 상기 뇌의 특정 영역에 상당하는 부분의 공동에 액체를 주입하기 위한 개구부를 봉지하기 위한 마개로서, 상기 개구부의 내부에 삽입되는 통부를 가지고, 상기 통부는 그 중앙부에 축방향으로 연장되는 관통공을 가짐과 동시에 상기 씰링 통이 상기 개구부에 삽통된 상태에서 바깥쪽에서 상기 관통공을 막기 위한 제2 마개를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 마개.

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