WO2009119908A1 - 生体組織立体モデル及びその製造方法 - Google Patents

生体組織立体モデル及びその製造方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a biological tissue three-dimensional model and a method for manufacturing the same, and is particularly suitable for application when reproducing a biological tissue having a lesion site inside a human body.
  • Patent Document 14 Based on the 3D data obtained from the tomographic image information, using a contrast agent to obtain tomographic image information using X-ray CT and MRI data as a three-dimensional model that reproduces the living tissue inside the human body Proposals have been made to reproduce living tissue (Patent Document 14 see Akira, ⁇ ).
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-18074.
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2 0 0 6 ”3 4 3 4 3 4 publication.
  • 'Patent Document 3 Japanese Patent Application Laid-Open No. 5 1 1 6 8 9.
  • Patent Document 4 Japanese Patent No. 3 6 1 3 5 6 8 Publication.
  • the doctor When confirming the status of lesions in human body tissue, especially lesions in the body, and examining treatment, the doctor will make a direct visual diagnosis: If a three-dimensional model of a living tissue can be reproduced and presented in T, it is highly effective as a tool for appropriate treatment.
  • a living tissue having a tubular lumen such as a blood vessel
  • a tubular lumen such as a blood vessel
  • the affected part of the living tissue will move undesirably, such as rupture. there is a possibility.
  • this function is not sufficient as a biological tissue model because it does not have a function to know the movement of the biological tissue reproduced by the regenerated tissue model.
  • the reproduced biological tissue is a hardened active energy curable resin, so it has greater rigidity than living tissue, and therefore has no softness, so it does not reproduce the softness of living tissue.
  • a surgical technique simulator such as checking compatibility with small stent p.
  • the present invention has been made in consideration of the above points, so that this can be appropriately reproduced for a lumen including a lesion site, and the fluid flowing in the lumen of a living tissue having a lumen can be reproduced. It is possible to visually check the flow method, or when the pressure in the lumen changes, it is possible to grasp the change in the part of the living tissue corresponding to this, or the cured resin of the active energy curable resin.
  • the present invention reproduces the thickness of the lumen wall portion including the lesion site as a three-dimensional model of a biological tissue.
  • a thin plate-shaped piece protrudes from the lumen wall into the lumen.
  • the present invention provides a measurement structure provided on a lumen wall in accordance with a change in pressure in a lumen surrounded by the lumen wall in a living body model created based on a tomographic image of an organism and image data. The pressure in the lumen is measured by the displacement generated in the above.
  • an uncured liquid compartment is sealed in a cured resin part in a biological model created by curing a liquid active energy curable resin based on a tomographic image of a living body. . .
  • the thickness of the lumen wall portion including the lesion site is reproduced, so that the state of the lesion site in the lumen can be clearly seen, and as a result, the diagnosis in the lumen can be performed. It can be further simplified.
  • the present invention by forming a thin plate-like piece projecting from the lumen wall into the lumen, it is possible to visually observe the movement of the thin plate-like piece that moves so as to correspond to the flow of the fluid flowing in the lumen. You can check how it flows. Further, according to the present invention, when the lumen wall surrounding the lumen is created based on the tomographic image data of the living body, a measurement structure is formed on the lumen wall, and the displacement that occurs in the measurement structure. By measuring the pressure in the lumen, it is possible to reliably measure the movement generated in the tube and the cavity wall due to the change in the pressure in the lumen.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a system for manufacturing a three-dimensional tissue model according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart showing the modeling data generation processing procedure of the image data processing device 3 of FIG.
  • FIG. 3 is a flow chart showing the modeling data generation processing procedure of the image data processing device 3 of FIG. It is a chart.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the front longitudinal section data D 2 1, the side longitudinal section data D 3 1, and the transverse section data D 11 for the upper stage fault.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing intermediate modeling image data of the upper tomographic data of FIG.
  • the figure is a cross-sectional view showing the front longitudinal section data, the side longitudinal section data, and the middle stage fault data of the middle fault data.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing the intermediate modeling image shown in FIG.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing the front longitudinal section data, the side longitudinal section data, and the transverse section data of the lower fault data.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing the intermediate modeling image data of FIG.
  • FIG. 10 is a schematic diagram used for clarifying the processing in the case where there is a thrombus in the aortic aneurysm.
  • Fig. 11 is a side view showing the created solid model.
  • Figure 12 is a schematic diagram used to explain the image processing when there is an aortic dissection.
  • Fig. 13 is a schematic diagram for explaining the processing of image data when there is a blood vessel branch.
  • Fig. 14 is a schematic diagram for explaining image processing when there is a blood vessel that should not be. '
  • Fig. 15 is a side view for explaining a three-dimensional model in which a surgical instrument can be inserted.
  • FIG. 16 is a side view showing the insertion port of FIG.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view showing the configuration of the connection end of FIG.
  • Fig. 18 is a partial cross-sectional view showing a three-dimensional model in which a flow indicator protrudes from the lumen wall.
  • FIG. 19 is a schematic diagram for explaining the case where the flow indicator is applied when a thrombus is present in the aortic aneurysm. :
  • FIG. 20 is a perspective view showing a motion detector provided in the three-dimensional model.
  • FIG. 21 is a perspective view showing the motion detector viewed from different directions.
  • FIG. 22 is a schematic diagram for explaining the motion detection operation by the motion detection protrusion.
  • FIG. 23 is a schematic diagram for explaining the motion detection operation by the strain detection element.
  • FIG. 24 is a schematic diagram for explaining the motion detection operation by the pressure-sensitive mechanism.
  • FIG. 25 is a schematic diagram for explaining the formation process of the liquid compartment.
  • FIG. 26 is a side view showing an embodiment applied to a three-dimensional model of an aorta having a thrombus in an aortic aneurysm.
  • FIG. 27 is a sectional view showing the transverse sectional structure of FIG. : Best Mode for Carrying Out the Invention
  • Biological tissue three-dimensional model manufacturing system > In Fig. 1, 1 shows the whole body three-dimensional model manufacturing system, and the three-dimensional data acquisition device 2 should create a three-dimensional tissue model from the subject.
  • the three-dimensional tomographic data S 1 for the part including the living tissue is acquired and passed to the image data processing device.
  • the 3D data acquisition apparatus 2 is an X-ray CT apparatus, and a diseased part of the aorta, which is a living body or a tissue, is sliced with a slice width of 1 mm.
  • a 3D tomographic image S 1 composed of 300, eg, 300, tomographic images is acquired, and the 3D tomographic image S 1 is supplied to the image data processing device 3.
  • the image data processing device 3 performs processing of the tissue portion to be modeled as a three-dimensional model of the biological tissue (in this embodiment, a lesion site of the aorta) for the image data of each layer of the three-dimensional tomographic data S 1. Image data is extracted, and the extracted image data is interpolated and edited as necessary.
  • the image data processing device 3 generates the tomographic modeling data S 2 composed of multi-layered planar point data and supplies it to the three-dimensional model creation device 4.
  • the three-dimensional model creation device 4 is composed of an optical modeling machine, and each layer of the tomographic modeling data S 2 In addition, by irradiating the liquid surface of the liquid photocurable resin with an ultraviolet laser at the point of the spot, the resin layer having a predetermined thickness is cured for each layer, and the cured photocurable resin is thereby obtained. By stacking each layer of the tomographic modeling data S 2, a solid model 5 is formed in which the hardened layer is three-dimensionally continuous.
  • the three-dimensional model creation device 4 for example, a stereolithography device having a size of 0.53 mm and a laminate pitch of 0.53 mm can be applied.
  • This stereolithography apparatus selectively cures a predetermined thickness by applying an ultraviolet laser controlled by a computer so that a desired pattern can be obtained on a liquid surface of a liquid photocurable resin placed in a container, A liquid resin for one layer is supplied onto the cured layer, and is similarly cured by irradiation with an ultraviolet laser in the same manner as described above, and the lamination operation for obtaining a continuous cured layer is repeated.
  • a urethane acrylate photocurable resin composition see Patent Document 5
  • a silicone photocurable resin composition see Patent Document 6
  • Patent Document 5 Japanese Patent Application Laid-Open No. 9 — 1 6 9 8 2 7.
  • Patent Document 6 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-062 087.
  • the image data processing device 3 performs the image processing of the three-dimensional tomographic data S 1 supplied from the three-dimensional data acquisition device 2 by the modeling data creation processing procedure R T 0 shown in FIG. 2 and FIG.
  • FIG. 4 three-dimensional tomographic data.
  • S 1 is shown in FIG. 4, FIG. 6 and FIG. 8, as shown as a representative example by the upper, middle and lower tomographic data.
  • Cross section data D 1.1, D 12 and D 13 frontal longitudinal data D 2 1, D 22 and D 23, side profile data D 3 1, D 32 and D 33
  • the biological tissue of an image point at a specific position is expressed by brightness (and hence the shading of the image).
  • Fig. 4 (A) and (B), Fig. 6 (A) and (B), and Fig. 8 (A) and (B), the front longitudinal cross-sections D 21, D 22 and D 23 and Side vertical cross section D 31, D 32 and D 33 are shown in Fig. 4 C), Fig. 6 (C) and Fig. 8 (C).
  • the longitudinal section line L2 indicates that the body is a longitudinal section ladder at the position in the front-rear direction and the position in the left-right direction of the human body. ,:
  • the user of the image data processing device 3 designates the position of the transverse section line L l, the front longitudinal section line L 2, and the side longitudinal section line L 3.
  • the image data processing apparatus 3 enters the modeling data generation processing procedure RT 0.
  • a living body ⁇ ! Solid model is to be formed according to a user's designated operation.
  • a slice image including a biological tissue such as a blood vessel or an organ is selected from the three-dimensional tomographic data S 1 and displayed on the display.
  • step SP 2 it is confirmed whether or not the modeling object is recognized.
  • the user has the cross-sectional line L l, the front vertical cross-sectional line L 2 and the side surface.
  • the processing target region TG is recognized by searching the range of the tomographic image including the modeling target (for example, the aorta) in the human body.
  • the image data processing device 3 moves to step SP 3 according to the user's designated operation, and for the processing target region TG including the modeling target (that is, the sunset target), the same brightness as the modeling target is set for the three-dimensional tomographic data. Image data with brightness is extracted and displayed on the display. -
  • a lesion site of the aorta is obtained every evening, and the region to be processed for the height range in the vertical direction, the width range in the left-right direction, and the depth range in the front-rear direction including the evening target.
  • a TG is set, and the target area.
  • One of the fault data including the TG, for example, the upper fault data shown in FIG. 4 is displayed on the display.
  • the aorta designated as the target is a tube-like living tissue having a lumen filled with blood
  • the 3D tomographic data S 1 is obtained by the 3D data acquisition device '2 as an examination of the lesion site.
  • the image data processing device 3 takes in the image data as if the lumen of the blood vessel has a bright luminance.
  • the image data processing device 3 extracts the boundary between the luminal wall portion of the blood vessel and the external tissue as the modeling target in accordance with the operation of the user. .
  • the extraction operation is based on anatomical information, assuming the position and shape of the object (ie, the aorta) in the body of a healthy person, or anatomical example of a patient with the same disease This is done while considering information based on
  • the same image as the concentration of the luminal wall of the blood vessel is assumed to be a blood vessel.
  • the extraction operation is performed along the outer wall of the object.
  • the object to be modeled contains a lesion, there is no difference in contrast, but the external shape of the object to be modeled including the lesion is different from the external shape of an organ that is anatomically healthy (abnormal In this case, the boundary between the target image and other tissues is extracted including the differences.
  • the image data processing device 3 When the process of extracting the boundary with the other tissue outside the modeling target is completed, the image data processing device 3 performs processing to erase the part other than the modeling target from the processing target area TG in the next step SP5. I do. , As a result, as shown in Fig. 5 (C), the image data processing device 3 has an outer shape in one cross section of the biological tissue solid model to be modeled from the cross section D, evening D 1 1: OB 1 can be obtained and stored in the internal memory. When the modeling target extraction process for one piece of tomographic data is completed, the image data processing device 3 returns to step S ⁇ 3 described above via step SP 6 and includes 300 pieces of tomographic data. Repeat the process loop of steps SP 3, SP4—SP 5—SP 6—SP 3 in the same way for the other fault data, and all fault data will be Perform extraction processing of the object to be modeled. ,
  • step SP 7 is the same as that of the intermediate modeling image data stored in the memory of the image data processing device 3 by the processing of steps SP 3-SP 4-SP 5 -SP 6 -SP 3 (OB 1 Use OB 3) to display this as a 3D image on the display.
  • the image display processing device 3 causes the user to determine whether or not the modeling target has been correctly extracted in step SP 8, and the extraction from the tomographic data is incorrect. If it is determined, the process returns to the above-mentioned step SP3 and the modeling target extraction process is performed again.
  • the image processing apparatus 3 makes the user determine whether or not the erasing process has been correctly performed in the next step SP 9; When the result is obtained, the process returns to the above-mentioned step SP5, and the erasure process is performed in the above-mentioned step S.P5 for the tomographic data which is not properly erased.
  • step SP 9 If an affirmative result is obtained in step SP 9, the image processing device 3 moves to the step SP 10 to remove noise by smoothing and smooth the surface, and then the step SP. 1 In step 1, let the user determine whether or not clinically necessary data is missing, and if it is confirmed that it is missing, return to step SP10 above and repeat the smoothing process. . '
  • step SP 12 the image data processing device 3 determines whether or not the object to be shaped is a blood vessel. Judgment.
  • step SP13 the image data processing apparatus 3 moves to step SP13 and immediately performs the process of creating the tomographic modeling data S2 to be passed to the three-dimensional model creation apparatus 4.
  • step SP 12 if a positive result is obtained in step SP 12, This means that a lumen is necessary for the 3D image, so the image data processing device 3 allows the user to determine whether or not a blood vessel wall has been extracted in step SP 1 6. .
  • step SP 1 3 tomographic modeling data S having a lumen. Perform 2 creation process.
  • the object to be modeled is a blood vessel that does not have a lesion
  • the 3D tomographic data S 1 obtained from the 3D data acquisition device 2 is not imaged with a contrast agent.
  • a positive result is obtained in step SP 16 because the cavity wall is surrounded by an anatomically constant wall thickness.
  • step S P 16 If a negative result is obtained in step S P 16 described above, this means that the stereoscopic image created in the process so far has not yet been completed as a blood vessel.
  • the image data processing apparatus 3 moves to step SP 17 and causes the user to write the image data of the lumen wall having a predetermined wall thickness for the stereoscopic image created so far. Then, the stereoscopic image is displayed. To do. ,
  • the wall thickness of the blood vessel wall is based on the anatomically thick blood vessel having a thick wall thickness and a thin blood vessel. Decide. Subsequently, the image processing device 3 moves to step SP 18 and allows the user to determine whether or not the blood vessel is crushed or dissociated from the three-dimensional image of the blood vessel displayed on the display.
  • the image processing device 3 corrects the defect in step SP 1 9, and returns to the above-mentioned step SP 1 8, whereby a stereoscopic image of the blood vessel is obtained.
  • the correction process is performed until the problem disappears.
  • the image processing device 3 finishes the generation processing of the tomographic data S 2 based on the 3D tomographic data S 1 from the 3D data acquisition device 2 in step SP 1 3, and step SP 1 4 3D model creation device 4 Then, the modeling process is carried out by sending the tomographic modeling data S 2, and the modeling data generating process procedure RT 0 is completed in step SP 15. (3) Defect correction processing
  • the image data processing device 3 performs the modeling data generation processing procedure.
  • the aortic aneurysm 12 is obtained as 3D tomographic data 15 of the aorta 11 at height levels VI, V2, V3, and V4. Extract 1 1 A 1, 1 1 A2, 1 1 A3 and 1 1 A4.
  • step SP 17 described above the image data processing device 3 sends a predetermined tube inside the outer surface 1 1 A 1, 1 1 A2, 1 1 A3 and 1 1 A 4 of the aorta 11 to the user .
  • the wall thickness of the cavity wall 1 1 B 1, 1 1 B 2, 1 i B 3 and 1 1 B 4 is entered, and a stereoscopic image of the major artery 1 1 is displayed on the display. .
  • the wall thickness of the luminal wall 1 1 B 1, 1 1 B 2, 1 1.B 3 and 1 1 B 4 is a relatively large thickness because the aorta 11 is a thick blood vessel. Selected.
  • lumen walls 1 1 B 1, 1 1 B 2, 1 1 B 3 and 1 134 lumens 1 1 C 1, 1 1 C 2, 1 1 C3 and 1 1 C 4 are contrast agents As a result, the image is brighter than the lumen walls 1 1 B 1, 1 1 B 2, 1 1 B 3 and 1 1 B4.
  • the blood flow portions 1 1 C 1 and 1.1 C 4 at the height levels V 1 and V 4 where the thrombus 13 does not exist are in contact with the inner surfaces of the lumen walls 1 1 B 1 and 1 1 B 4 as a whole.
  • the blood flow part where the thrombus 13 is located 1 1 C 2 and 1 1 C 3 are in contact with the lumen wall 1 1 B 2 and 1 1 B 3 at the thrombus part 1 1 D 2 and 1 1 D 3
  • image data is obtained in which an image portion close to the density of the large artery 11 is interposed.
  • anatomical information shows that the normal artery 21 is normal at the height level V11, and the aorta 21 has a bulge 22 at the height levels V12 to V15.
  • the 3D tomography data 25 obtained from the 3D tomography data S 1 obtained from the 2D data acquisition device 2 the boundary between the object to be modeled and other tissue in step SP 4 of the modeling data RT
  • the boundaries 21 AI 21A2, 2 1 A3, 2 1 A 4 and 21 A 5 are obtained.
  • step SP 17 When the lumen wall 2.1 C 1, 2 1 C 2, 21 C 3, 2 1 C4, and 2 1 C 5 of the aorta 11 1 ′ are input in the above-described step SP 17, the height levels VI 2, V If there is a double vessel wall 2 1 B 2, 2 1 B 3, 2 1 B 4 and 2 1 B 5 in the tomographic data of 13, V 14 and VI 5, the image data processing device 3 goes to step SP 18. Then, it is determined that the blood vessel is crushed and dissociated. ,
  • step SP 18 When such a blood vessel can be confirmed in step SP 18, a three-dimensional model reproduced without losing the blood vessel information possessed by the 3D tomographic data 25 is obtained. Can be created.
  • the image data processing device 3 performs the steps of the modeling data generation processing procedure RT 0
  • a large elliptical boundary 3 1 A 1 is extracted at the height level V 2 2, whereas the height level V higher than the main body part.
  • small elliptical boundaries 3 1 A 2, .3 1 A 3 and 3 1 A 4 corresponding to the brachiocephalic artery 3 2 the left common carotid artery 3 3 and the left subclavian artery 3 4 are extracted.
  • the elliptical boundaries 3 1 A 5 and 3 1 A 6 corresponding to the two branches are extracted at the lower height level V 2 3 of the boundary 3 1 A 1.
  • the processing procedure R T 0 can be simplified as much as the processing procedure can be omitted.
  • the aorta 4 2 part is three-dimensionally cut at the height levels V 3 1, V 3 2 and V 3 3.
  • the aorta 4 2 part is three-dimensionally cut at the height levels V 3 1, V 3 2 and V 3 3.
  • anatomically Image data processing when 3D tomography S1 including a model elephant with a bypass blood vessel 4 4 that should not exist is supplied is shown.
  • the image data processing device 3 determines the boundary between the modeling target and the other tissue in step SP 4 of the modeling data generation processing procedure RT 0. Can extract the boundaries 4 5 A, 4 5 8 and 4 5 0, respectively.
  • the boundary 4 5 D between the heart 41 and the other tissue is extracted as a modeling target in the step S P 4 of the modeling data generation processing procedure R T 0.
  • the blood flows 4 6 A, 4 6 B and 4 6 C are inside the lumen walls 4 3 A, 4 3 B and 4 3 C.
  • the data corresponding to the blood flow is not generated while the image is obtained.
  • the processing of the above image data is performed according to anatomical information, but in the case of the modeling target in FIG. 14, in addition to this, the processing of the image data ⁇ for the bypass blood vessel 44 is performed.
  • the tomographic design of the height level V 3 2 includes the connecting blood vessel portion 47 for the connecting portion between the aorta 42 and the bypass blood vessel 4.4.
  • the connecting blood vessel portion 4 8 is included in the portion where the bypass blood vessel 4 4 is connected to the heart 41 at the height level V 3 4.
  • the three-dimensional tomographic data 43 includes an Ipass clot 49 in the vicinity of the luminal wall 43C of the aorta at the height level V33.
  • each blood vessel portion 4 7 and 4 8 and the bypass blood vessel portion 4 9 relating to these bypass blood vessels 4 4 and the bypass blood vessel portion 4 9 cannot be predicted anatomically, but each blood vessel portion has a blood flow 50 B and 50 C and 50. Since the presence of D is displayed as a contrast medium image, it can be determined that these are blood vessels'.
  • the image data processing apparatus 3 has a continuous tomographic image of the bypass blood vessel 4 4 from the connection blood vessel portion 4 7 through the bypass blood vessel portion 4 9 to the connection blood vessel portion 48. Therefore, the existence of the bypass blood vessel 4 4 is judged from the peculiarity of the tomographic data, and the image processing for the bypass blood vessel 4 4 is performed. (4) Surgical instrument entry parts
  • the solid model 5 shown in Fig. 1 is obtained by using the solid model creation device 4 by the tomographic modeling device S 2 generated by the image processing device 3 and includes not only its external shape. , " ⁇ The cavity structure is also reproduced. '
  • thrombus 13 in the lumen of the aortic aneurysm 12 (FIG. 10)
  • a clinical technique for inserting a surgical instrument to operate the thrombus up to the position of the aortic aneurysm 12 is used. If it can be tried using, it is highly effective.
  • FIG. 15 As a tool to examine such a surgical procedure prior to clinical practice, as shown in Fig. 15, three-dimensional tomographic data S 1 for femoral artery 5 Y located away from aorta 11 2 is generated from the dimensional data acquisition device 2 and the modeling data creation process procedure RT 0 shown in FIG. 2 and FIG. 3 is used to generate the fault modeling data S 2, and the removal is processed in the 3D model creation device 4 Thus, the femoral artery 5 Y 3 ⁇ 4 is reproduced as the three-dimensional model 5 X. ''
  • the femoral artery 5 Y is standing away from the aortic aneurysm 12 in the 3D model 5, so the 3D model 5 X is separate from the 3D model 5 with the aortic aneurysm 1.2.
  • the purpose of clinically inserting the catheter into the femoral vein and sending it to the aortic aneurysm is to reproduce the insertion port on the three-dimensional model 5 X so as to correspond to the position of the thigh where the insertion port is provided
  • the image data processing device 3 is processed so that the insertion port member 5 ⁇ 1 is provided.
  • Clinically used insertion port member 5 ⁇ 1 has the configuration shown in FIG.
  • the insertion port member 5 ⁇ 1 has an insertion port main body 5 ⁇ 2 having a cylindrical shape as a whole, and the side of the attachment side end 5 ⁇ 3 to the femoral artery is connected to the lumen of the femoral artery.
  • the communication opening 5 ⁇ 4 is cut out, and the insertion port member 5 ⁇ ⁇ 1 is attached obliquely so that the communication opening 5 ⁇ 4 is along the femoral artery.
  • the catheter is inserted into an opening having a circular cross-section at the catheter insertion side end 5 5, and the distal end thereof is inserted into the femoral artery through the communication opening 5 4.
  • the procedure of inserting the catheter after clinically inserting the insertion port member 5 Y 1 is performed as a series of operations, so the three-dimensional models 5 and 5 X are used for the installation direction and installation position with respect to the femoral artery. Therefore, it is possible to try the catheter insertion operation prior to the operation.
  • the three-dimensional model 5 X is the image data processing device 3 for the three-dimensional tomographic data S 1 obtained from the thigh region by the three-dimensional data acquisition device 2, and the modeling data generation processing procedure R ⁇ 0 in FIG. 2 and FIG. This is created by adding the fault data of the insertion port member 5 ⁇ 1 to the fault data created by execution.
  • the fitting end 5 A 1 of the three-dimensional model 5 created as a different part is connected to the end 5 A with the three-dimensional model 5 X. Is formed, and the peripheral portion thereof is cut into the thickness portion of the lumen wall 5A2.
  • the connecting end 5 X 1 of the three-dimensional model 5 X is composed of a cylindrical convex part, and a protruding part 5 X 2 is formed, the circumference of which is the thickness of the lumen wall 5 X 3 It has a configuration with the outer periphery of the part cut off.
  • the lumen 5A3 of the connection end 5A of the three-dimensional model 5 and the three-dimensional model: the lumen 5X4 of the connection end 5X1 of 5X have the same inner diameter.
  • the protruding portion 5 X 2 can be fitted into the fitting portion 5 A 1 without any problem.
  • the lumen of the three-dimensional model 5 X: 5 X 4 When the catheter as a surgical instrument inserted in the path passes through the boundary between the protruding portion 5 X 2 and the fitting portion 5 A 1, and there is no step at the boundary, the distal end of the catheter is connected to the connection end 5 X .1 without resistance. It is possible to move from the inner lumen 5 X 4 to the inner lumen 5 A 3 of the connecting end 5 A.
  • the three-dimensional model having the same lumen structure as the clinical lumen structure up to the insertion port member 5 Y 1 of the femoral artery 5 Y 1 away from the aortic aneurysm 1 2 is replaced with the three-dimensional model 5 and By reproducing by connecting 5 X, the catheter insertion procedure from the insertion port member 5 Y 1 can be attempted prior to being performed in actual clinical practice.
  • a plurality of three-dimensional models 5 X having different installation positions and installation angles according to different conditions are prepared in advance, and these are connected to a three-dimensional model having an aortic aneurysm 12 through a connection end 5 X 1. If it is connected to the connecting end 5 mm of model 5, the installation conditions for the optimum insertion port member 5 Y 1 can be confirmed.
  • the 3D tomographic data S1 obtained by the 3D data acquisition device 2 includes image information of a three-dimensional position in a person ⁇ .
  • a three-dimensional model reproducing a living tissue having a lumen such as a blood vessel can be obtained.
  • three-dimensional insert port member that allows inserting surgical instruments for vascular,: by you provided to model, that you can be tried clinical procedures previously be carried out more easily surgery it can.
  • FIG. 10 to FIG. 14 ′ Among the tomographic modeling data S 2 generated in the image data processing device 3 as described above, a living tissue having a tube-like lumen, for example, a blood vessel is shown in FIG. A flow indicator 51 as shown is added.
  • the flow indicator 51 is planted so as to protrude into the lumen space at an appropriate interval for visual observation on the inner surface 53 of the lumen wall 52.
  • the flow indicator 51 is a thin plate-shaped piece, and has a flexible thin leg portion 51 A and a wide flow contact portion 51 1 formed at the tip thereof. B. "
  • a fluid (a pseudo fluid corresponding to blood) indicated by an arrow a flows in the lumen 5 4 surrounded by the lumen wall '5 2. and flows out from the inner surface 53 of the lumen.
  • the flow abutting portion 5 1 B of the indicator 51 is in contact with the flow abutting portion 5 1 B, the flow abutting portion 5 1 B is configured to be wide so that it tilts or changes its direction due to the force from the fluid. It is designed to rotate or to rotate.
  • the flow indicator 5 1 changes its state according to the flow of the fluid flowing in the lumen 5 4 surrounded by the tubular lumen wall 5.2, the flow indicator 5 1 It is possible to determine how the fluid flows by visually observing the change.
  • this flow indicator 51 is applied to, for example, Fig. 10 when there is a thrombus in the aortic aneurysm described above, as shown in Fig. 19, a lumen wall without a thrombus 1 IB 1. and 1 1 B 4 flow indicator 5 Fluid flow visible by 1 and the lumen wall with thrombus 1 3 1 1 Fluid flow of 1 B 2 and 1 1 B 3 fluid flow 5 1 Therefore, it is possible to confirm the blood flow in the aortic aneurysm 12 having a thrombus 13. --According to the above configuration, the influence of the fluid flowing in the lumen surrounded by the lumen wall can be visually observed by the flow indicator 51 projected from the inner surface 53 of the lumen wall 52. Provide information for diagnosing the relationship between fluid flow and lesion site ..
  • the flow indicator 5 1 protrudes into the lumen wall 52.
  • the layer modeling data S2 is supplied from the image data processor 3 to the 3D model generator 4.
  • the active energy-effective resin as described in Patent Document 6 is used to create the flow indicator 51 from the three-dimensional failure layer. It is effective to apply
  • the flow indicator 5 1. used is a shape in which a wide flow contact portion 51B is formed at the tip of the leg 51A.
  • the shape is not limited to this, and various shapes can be applied.In short, it is a luminal wall.5 A thin plate-shaped piece that deforms according to the flow of fluid a by projecting into the lumen 54 of 2 is applied. Just do it.
  • the image data processing device 3 performs the image processing on the three-dimensional tomographic data S 1 acquired from the three-dimensional data acquisition device 2, so that the tomographic modeling of the biological tissue that is the target of the evening is performed.
  • the 3D model creation device 4 By generating the data S 2 and supplying it to the 3D model creation device 4, the 3D model 5 can be obtained.
  • a motion detecting unit 62 is formed by arranging a plurality of motion detecting protrusions 61 on the outer surface of the lumen wall 60.
  • the motion detection unit 62 includes a plurality of motion detection protrusions 6 1 having a cylindrical shape from the lumen wall 60 of the aorta 11 1. Are arranged on the virtual array line L 11 so as to maintain a mutual distance W1.
  • the mutual distance W1 of the motion detection protrusions 61 constituting the motion detection unit 62 is as follows. From the state before the pressure is applied (FIG. 22 (B)), the outer surface 6 of the lumen wall 60 6 OA field As the lumen wall 60 swells, the gap moves in the direction in which the gap opens (Fig. 22 (C)).
  • This change in the interval between the motion detecting protrusions 61 corresponds to the manner in which the lumen wall 60 bulges, and thus the magnitude of the internal pressure P1.
  • the lumen wall 60 returns to its original state, and the outer surface 6 OA is no longer stretched, and thus returns to the original mutual distance W1.
  • the user visually confirms the change in the mutual distance W1 of the motion detecting protrusion 61 of the motion detecting unit 62 provided on the outer surface 6 OA of the lumen wall 60, thereby It is possible to know the change in the way of swelling of 60 and the change in the size of the internal pressure P1. . Therefore, even when there is a lesion site on the lumen wall 60, by observing the change in the mutual distance W1 of the motion detection projection 61, there is a lesion site on the lumen wall 60. The movement of the lumen wall 60 with respect to the internal pressure P 1 can be grasped.
  • FIG. 23 shows a motion detection unit 66 that can detect the strain applied to the lumen wall 60 by the strain detection element 65 as an electrical signal.
  • a plurality of strain detection holes 60 B are formed on the virtual array line L 12 of the outer surface 6 OA of the lumen wall 60, and the strain detection holes 60 B Inside, as shown in FIG. 23 (C), a strain detecting element 65 is press-fitted, and thereby a motion detecting unit 66 is formed.
  • the wall surface of the strain detection hole 60 B As a result of the displacement, the electrical detection output that changes in response to the applied pressure can be obtained from the strain detection element 65 by reducing the pressure applied to the strain detection element 65. it can.
  • the motion detector 69 detects a change in pressure in the lumen wall 60 via a pressure-sensitive mechanism 70 provided on the lumen wall 60.
  • the lumen wall 60 is light-cured on the basis of the tomographic modeling device S2 in the three-dimensional model creation device 4, (FIG. 1).
  • an uncured portion 60 E that is left as a liquid without photocuring the photocurable resin is formed in the cured portion 60 D obtained by photocuring the photocurable resin.
  • the hardened portion 60 D has a configuration in which a plurality of uncured portions 60 E having a rectangular cross section and a thin vertical cross section are arranged on the virtual array line L 13.
  • the uncured portion 60 E is thinly hardened plate portions 6 OF and 6 at the upper and lower positions.
  • a flexible part 6 0 C sandwiched between 0 G is formed.
  • the lumen wall 60 has the rigidity as the original photocurable resin.
  • the uncured portion 60 E which is a section of the uncured liquid K photocurable resin, is supported by the thin cured plate portions 60 F and 60 G. This component forms a pressure sensitive mechanism 7'0 that reacts to changes in pressure in the lumen.
  • This pressure-sensitive mechanism 7.0 has a high pressure in the lumen surrounded by the lumen wall 60. As shown in FIGS. 24 (C) and (D), the 2 hardened plate portion The reaction is such that 6 OF and 60 G are displaced so as to shift outward together with the uncured portion 60 O.
  • the detection light emitted from the light-emitting element 71 A is transmitted to the outer hard plate 6 OF using the displacement operation of the pressure-sensitive mechanism 70.
  • Displacement operation of the pressure-sensitive mechanism 70 is detected by providing a displacement detector 71 that reflects on the surface and receives light at the light receiving element 71 B.
  • the contact 7 2 C provided at the tip of the pressure sensitive plate 7 2 B protruding from the detector body 7 2 A is brought into contact with the outer hardened plate portion 60 F.
  • a detection output corresponding to a change in the pressure inside the lumen can be obtained, so that a lesion that can be extracted by reproducing a living tissue
  • the movement of the lumen wall It is possible to obtain effective information for studying.
  • the three-dimensional model creation device 4 is a solid tissue that is not a lumen among the biological tissue that is the target of the evening, while the liquid compartment 81 is left inside, and the other regions are fixed. A process is performed to form a cured resin 82.
  • a disk-shaped liquid compartment. 8 1 is arranged on the virtual array line L 14 of the biological tissue site 80, and the liquid compartment 81 has a liquid active energy curable resin. The liquid section 81 is enclosed in the solid cured resin portion 82 by leaving the liquid wood material without performing the curing process. '.
  • the liquid compartment 8 1 that remains liquid without being photocured is contained, so that the liquid compartment 8 1 is contained.
  • the outer surface of the lumen wall 8 3 of the three-dimensional model 5 has a soft touch.
  • the present invention can be used when reproducing an internal biological tissue having a lesion site.

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Abstract

人体の病変部を含む内部組織を立体モデル化する。病変部位を含んで管腔壁部分の厚さや柔らかさを再現すると共に、管腔壁の動きや管腔壁内部の液体の流れを確認できるようにしたことにより、管腔内における病変部位の状態を明確に目視などによって確認でき、その結果管腔内の診断を一段と容易化し得る。

Description

生体組織立体モデル及びその製造方法 技術分野
本発明は生体組織立体モデル及びその製造方法に関し、 特に人体内部の病変部 位を有する生体組織を再現する場合' 適用して好適なものである。 背景技術
人体内部の生体組織を再現する立体モデルとして、 造影剤を使用して X線 C T や M R Iのデータを用いて断層画像情報を得、 当該断層画像倩報から得た 3次元 デ一夕に基づいて生体組織を再現するものが提案されている （特許文献 1 4参 昭、■。
特許文献 1 特開平 8— 1 8 7 4号公報。
特許文献 2 特開2 0 0 6」 3 4 3 4 3 4公報。 ' 特許文献 3 特開平 5 1 1 6 8 9号公報。
特許文献 4 特許第 3 6 1 3 5 6 8号公報。 人体の生体組織に生じた病変部位、 特に体内病変部位について、 その状態を確 認すると共に治療を検討する際には、 医師が直接に目視しながら診断する：とが できないために、 当該#内の病 ¾部位の生体組織立体モデルを再現し T提示でき れば、 適切な治療を行うツールとして有効性が大きい。
特に、 血管のように内腔を有する生体組織については、 カテーテル等の手術器 - 具を内腔に通すことによって病変部位の診断や治療を行うこともできるので、 病 変部位が生じた生体組織の立体モデルを適正に再現できれば実用的効果が大きい。 また、 血管のようにチューブ状管腔を有する生体組織については、 管腔内に流 れる血液などの流体の流れ方を立体モデルを利用して知ることができれば、 生体 組織の機能を確認するために有効である。
さらに、 血管のようにチューブ状の管腔を有する生体組織については、 管腔内 を通る流体、 例えば血液の圧力が変動することにより、 生体組織が伸び縮みする ような動きをすることに加えて、 管腔内への処置具の挿入や管腔内での処置具の 拡張などにより、 管腔内の圧ガが過大になれば、 当該生体組織の病変部位が破裂 等の不都合な動きをする可能性がある。 .
この点.について従来は、 再生組織モデルによって再現した生体組織の動きを知 るための機能をもっていないので、 生体組織モデルとしては未だ不十分である。 さらに、 従来 3次元データに基づいて生体組織を再現する手法として、 例えば ' 光硬化性樹脂を 3次元デ一夕から生成された光を用いて硬化させる手法を用いた 場合、 再現された生体組織立体モデルは活性エネルギー硬化性樹脂を硬化させた ものであるため生体組織より大きな剛性をもち、 従って柔らかさがないため、 生 ' 体組織の柔らかさを再現したものとなっておらず、 ステントグラフ小ゃステント p との適合性確認などの手術手技シミュレ一夕としての機能向上が求められている。^ 発明の開示 ,
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、 病変部位を含む管腔部について、 これを適正に再現できるようにし、 また、 管腔を有する生体組織について、 管腔 内を流れる流体の流れ方を目視確認できるようにし、 あるいは、 管腔内の圧力が 変化したとき、 これに応じて生じる生体組織の部位における変化を把握できるよ うにし、 あるいは、 活性エネルギー硬化性樹脂の硬化した樹脂を用いて生体組織 立体モデルを柔らかさを持ったものとして作成できるようにした生体組織立体モ デル及びその製造方法を提案しょうとするものである。
かかる課題を解決するため本発明は、 生体組織立体モデルとして、 病変部位を 含む管腔壁部分の厚さを再現するようにする。
また本発明は、 生体の断層画像デ一夕に基づいて作成された生体管腔モデルに おいて、 管腔壁から管腔に薄板状小片を突出形成するようにする。 あるいは本発明は、 生体の断層,画像デ一ダに基づき作成された生体モデルにお いて、 管腔壁によって囲まれた管腔内の圧力の変化に応じて管腔壁に設けられた 計測構造に生ずる変位によって管腔内の圧力を計測する。
あるいは本発明は、 生体の断層画像デ一夕に基づき液状の活性エネルギー硬化 性樹脂を硬化させることにより作成された生体モデルにおいて、 硬化した樹脂部 内に未硬化の液状区画を封入するようにする。 .
本発明によ ば、 病変部位を含んで管腔壁部分の厚さを再現するようにしたこ とにより、 管腔内における病変部位の状態を明確に目視でき、 その結果管腔内の 診断を一段と容易化し得る。
また本発明によれば、 管腔壁から管腔に薄板状小片を突出形成することにより、 管腔内を流れる流体の流れ方に対応するように動く薄板状小片の動きを目視する ことによって流体の流れ方を確認できる。 、.. さらに本発明によれば、 管腔を囲む管腔壁を生体の断層画 データに基づいて 作成する際に、 管腔壁に計測構造を形成し、 当該計測構造に生ずる変位に.よって 管腔内の圧力を計測するようにしたことにより、 管腔内の圧力の変化によって管 ，, 腔壁に生ずる動きを確実に計測することができる。 ，:: さらに本発明によれば、 活性エネルギー硬化性樹脂を硬化処理することによつ て生体組織の生体モデルを作成する際に、 硬化した樹脂部内に未硬化の液状区画 を封入するようにしたことにより、 柔らかい肌ざわりの生体現像主 モデルを得 ることができる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の一実施の形態による生体組織立体モデル製造システムを示す ブロック図である。
図 2は、 図 1の画像データ処理装置 3の造形デ一夕生成処理手順を示すフロー チャードである。
図 3は、 図 1の画像データ処理装置 3の造形デ一夕生成処理手順を示すフロ一 チャートである。
図 4は、 上段断層デ一夕について正面縦断面データ D 2 1、 側面縦断面データ D 3 1及び横断面データ D 1 1を示す断面図である。
図 5は、 図 4の上段断層データの中間造形画像データを示す断面図である。
図 は、 中段断層データの正面縦断面データ、 側面縦断面データ及び中段断層 デ一夕を示す断面図である。
図 7は、 図 6の中間造形画像デ一夕を示す断面図である。
図 8は、 下段断層データの正面縦断面データ、 側面縦断面データ及び横断面デ 一夕を示す断面図である。
図 9は、 図 8の中間造形画像データを示す断面図である。
図 1 0は、 大動脈瘤に血栓がある場合の処理の^明に供する略線図である。
図 1 1は、 作成された立体モデルを示す側面図である。
図 1 2は、 大動脈解離があった場合の画像デ一夕の処理の説明に供する略線図 . - である.。
図 1 3は、 血管の分岐がある場合の画像データの処理の説明 ίこ供する略線図で.,： ある。
図 1 4は、.本来ないはずの血管がある場合の画像処理の説明に供する略線図で . ある。 '
図 1 5は、 手術器具の挿入ができるようにした立体モデルの説明に供する側面 図である。
図 1 6は、 図 1 5の挿入ポートを示す側面図である。
図 1 7は、 図 1 5の接続端部の構成を示す断面図である。
図 1 8は、 流れ表示子を管腔壁から突出させた立体モデルを示す部分的断面図 である。 '
図 1 9は、 大動脈瘤に血栓がある場合に流れ表示子を適用した場合の説明に供 する略線図である。 ：
図 2 0は、 立体モデルに設けた動き検出部を示す斜視図である。 図 2 1は、 異なる方向から見た動き検出部を示す斜視図である。
図 2 2は、 動き検出用突子による動き検出動作の説明に供する略線図である。 図 2 3は、 歪検出素子による動き検出動作の説明に供する略線図である。
図 2 4は、 感圧機構による動き検出動作の説明に供する略線図である。
図 2 5は、 液状区画の形成処理の説明に供する略線図である。
図 2 6は、 大動脈瘤に血栓がある大動脈の立体モデルに適用した実施の形態を 示す側面図である。
図 2 7は、 図 2 6の横断面構造を示す断面図である。 ： 発明を実施するための最良の形態
以下図面について、 本発明の」実施の形態を詳述する。
( 1 ) 生体組織立体モデル製造システム > 図 1において,、. 1は全体として生体組織立体モデル製造システムを示し、 3次 元デーダ取得装置 2において、 被検者から生体組織立体モデルを作成すべき生体 組織を含む部位についての 3次元断層データ S 1を取得して、 画像データ処理装 ., , 置 3に渡す。 ，
この実施の形態の場合、 3次元デ一夕取得装置 2は X線 C T装置でなり、 生体, 組織である大動脈の病 部位について、 スライス幅 1 〔mm〕 でスライスしてな る 1 0 0〜3 0 0枚、 例えば 3 0 0枚の断層画像でなる 3次元断層デ一夕 S 1を 取得して、 当該 3次元断層デ一夕 S 1を画像データ処理装置 3に供給する。
画像データ処理装置 3は、 当該 3次元断層データ S 1の各層分の画像デ一夕に ついて、 生体組織立体モデルとして造形すべき生体組織部位 （この実施の形態の 場合大動脈の.病変部位) の画像データを抽出すると共に、 当該抽出した画像デ一 夕を必要に応じて補間編集処理をする。
かくして画像データ処理装置 3は、 多層の平面的な点データでなる断層造形デ 一夕 S 2を生成して立体モデル作成装置 4に供給する。
立体モデル作成装置 4は、 光造形機で構成され、 断層造形データ S 2の各層ご とに、 点デ一夕の位置において紫外線レーザを液状光硬化性樹脂の液面に照射す ることにより、 各層ごとに所定の厚みの樹脂層を硬化させ、 これにより硬化した 光硬化性樹脂を断層造形データ S 2の各層ごとに積層して行くことにより、 硬化 層を立体的に連続してなる立体モデル 5を形成する。
ここで、 立体モデル作成装置 4としては、 例えばシーメッ ト株式会社、 R M— 3 0 0 0、 積層ピッチ 0 . 0 5 〔mm〕 の光造形装置を適用し得る。
この光造形装置は、 容器に入れた液状光硬化性樹脂の液面に所望のパターンが 得ちれるようにコンピュータで制御された紫外線レーザを選択的に照射して所定 厚みを硬化させ、 次いで、 該硬化層の上に 1層分の液状樹脂を供給し、 同様に紫 外線レーザで前記と同様に照射硬化させ、 連続した硬化層を得る積層操作を繰り 返して行う。
また、 光硬化性樹脂としては、 ウレタンァクリレート系光硬化樹脂組成物 （特 許文献 5参照） 、 シリコーン系光硬化樹脂組成物 （特許文献 6参照） を適用し得 る。 . . '
骨と歯を除く生体組織のモデルを作成す、る場合、 伸度が大きく、 ヤング率の少. さい上記樹脂組成物などが好ましく、 特に上記シリコーン系光硬化樹脂組成^)が 好ましい。 特許文献 5 特開平 9 _ 1 6 9 8 2 7号公報。
特許文献 6 特開 2 0 0 6—2 0 8 7公報。
( 2 ) 画像デ一夕処理装置
画像データ処理装置 3は、 図 2.及び図 3に示す造形デ一夕生成処理手順 R T 0 によって、 3次元データ取得装置 2から供給された 3次元断層デ一夕 S 1の画像 処理をする。
この実施の形態の場合、 3次元断層データ. S 1は、 図 4、 図 6及び図 8におい て、'上段部、 中段部、 下段部の断層データによって代表例として示すように、 横 断面デ一夕 D 1.1、 D 12及び D 13と、 正面縦断面データ D 2 1、 D 22及び D 23と、 側面縦断面デ一夕 D 3 1、 D 32及び D 33によって、 体内の 3次元 的な位置における画像点の生体組織を輝度の明るさ （従って画像の濃淡） によつ て表現している。
ここで図 4 (C) 、 図 6 (C) 及び図 8 (C) の横断面データ D 1 1、 D 1 2 及び D 13は、 図 4 (A) 及び （B) 、 図 6 (A) 及び (B) 並び 図 8 (A) 及び （B) の正面縦断面データ D 2 1、 D 22及び D 23並びに側面縦断面デー 夕 D 3 1、 D 32及び D 33において示す横断面線 L 1の高さにおける断層デ一 ダであることを表している。
同様にして図 4 (A) 及び （B) 、 図 6 (A) 及び （B) 並びに図 8 (A) 及 び （B) の正面縦断面デ一夕 D 2 1、 D 22及び D 23並びに側面縦断面デ一夕 D 3 1、 D 32及び D 33は、 図 4 C) 、 図 6 ( C ) 及び 8図 （ C ) に示すよ. V： うに、 側面縦断面線 L.3及び正面縦断面線 L 2によって人体の前後方向の位置及 び左右方向の位置においてとつた縦断面デ一ダであることを表している。 ,： かくして画像データ処理装置 3のユーザは、 横断面線 L l、 正面縦断面線 L 2 , 及び側面縦断面線 L 3.の位置を指定操作することにより、 3次元断層デ一夕 S 1 .； として供給された断層デ一夕のうちから、 断層造形デ一ダ S 2として得ようとす る生体組織の部位を含む断層画像データを選択して、 画像データ処理装置 3のデ イスプレイに表示させると共に、 当該表示された画像データに対する編集操作 ' (夕一ゲットとして指定した画像領域内の生体組織の部位についての画像デ一夕 の、 削除 ·加入 ·変更などの画像処理） を行い得るようになされている。
画像データ処理装置 3は、 造形データ生成処理手順 RT 0に入る 、 まずステ ップ S P 1においてユーザの指定操作に応じて生体組^!立体モデルを形成すベぎ 造形対象 （すなわちターゲット） である血管や臓器などの生体組織が含まれる断 層画像を、 3次元断層データ S 1から選定して、 ディスプレイに表示させた後、 ステップ SP 2において当該造形対象を認識したか否かを確認させる。
この実施の形態の場合、 ユーザは、 横断面線 L l、 正面縦断面線 L 2及び側面 縦断面線 L 3を移動させることにより、 人体内の造形対象 （例えば大動脈） が含 まれる断層画像の範囲をサーチして処理対象領域 T Gを認識する。
このとき画像データ処理装置 3は、 ユーザの指定操作に応じてステップ S P 3 に移って、 造形対象 （すなわち夕ーゲッ ト） を含む処理対象領域 T Gについて、 3次元断層データについて造形対象の輝度と同じ輝度を有する画像データ-を抽出 してディスプレイに表示させる。 ―
この実施の形態の場合、 大動脈の病変部位を夕一ゲッ トどして、 当該夕ーゲッ トを含む上下方向の高さ範囲、 左右方向の幅範囲及び前後方向の奥行き範囲につ いて処理対象領域 T Gが設定されており、 当該処理対象領域. T Gを含む断層デー 夕のうちの 1枚、 例えば図 4に示す上段断層デ一夕がディスプレイ上に表示され る。
ここで、 ダーゲッ トとして指定された大動脈は、.血液が充満する内腔を有する チューブ状の生体組織であり、 その病変部位の檢査として 3次元データ取得装置' 2において 3次元断層データ S 1を取得する際には、 造影剤を用いて撮影するよ うになされているので、 血管の内腔が明るい輝度をもつような画像データとして . 画像データ処理装置 3に取り込まれている。 '
これに対して、 図 4 ( C ) に示す横断面デ一夕 D 1 1において、 処理対象領域 T G内の血管の管腔壁部分は、 その外側にある他の組織と明確な区別がない画像 デ一夕として表示されている。
そこで画像データ処理装置 3は、 次のステップ S P 4において、 ュ一ザの操作 に応じて、 当該造形対象として血管の管腔壁部分と外部の組織との境界を抽出す る。 . ·
その抽出動作は、 解剖学上の情報に基づいて、 健康な人の体内における造形対 象 （すなわち大動脈） の位置や、 形を想定しながら、 あるいは、.同一疾患を有す る患者の解剖例に基づいた情報を考慮しながら行う。
実際上、 抽出対象となる血管と他の臓器の濃淡に、 多少の違いがあるときは、 血管の管腔壁部分の濃度と同じ画像デ一夕部分を血管であるとして外部の組織の 画像と切り分けることにより、 造形対象の外壁に沿ってその抽出動作をする。
また、 図 4 (C) の横断面データ D l 1だけでは外部の組織と切り分けること ができない場合には、 当該横断面デ一夕 D l 1の上下にある横断面データを参照 することにより、 複数の断層画像の流れ （上方位置から下方位置への流れ、 又は 下方位置から上方位置への流れ） に適合するような画像データを造形対象の画像 デ一夕であるとして外部の組織から切り分ける。
また時には、 造形対象が病変部位を含んでいる場合には、 濃淡に違いはないが、 当該病変部位を含む造形対象の外部形状は解剖学上健康な人の臓器の外形形状と は違う （異常に膨んでいる場合や、 異常に細い場合など） ので、. その相違点を含 めて対象画像と他の組織との境界の抽出をする。
かぐして造形対象について、 外側の他の組織との境界の抽出処理が終わると、 画像データ処理装置 3は次のステップ SP 5において、 当該造形対象以外の部分 を当該処理対象領域 TGから消す処理を行う。 . . , この結果画像データ処理装置 3は、 図 5 (C) に示すように^ 横断面デ，夕 D 1 1から、 造形すべき生体組織立体モデルの 1つの断面における外形形状を有す ： る中間造形画像デ一夕 OB 1を得ることができ、 これを内部メモリに蓄積する。 かかる 1枚の断層データについての造形対象の抽出処理が終了すると、 画像デ —タ処理装置 3は、 ステップ SP 6を介して上述のステップ S Ρ 3に戻って、 3 00枚の断層データのうちの他の 1枚の断層デーダについて、 同じようにステツ プ SP 3，SP4— SP 5— SP 6— SP 3の処理ループの処理を繰り返し行う ことによ'り、 順次全ての断層デ一夕について造形対象の抽出処理をする。 、
かくして、 例えば図 6 (C) に示す中断断層データの横断面データ D 12につ いて抽出処理をする'ことにより図 7 (C) に示すような中間造形画像デ一夕 ΟΒ 2を抽出した横断面データ D 12を得ることができる。
また同じようにして、 図 8 (C) に示す下段断層デ一夕の横断面データ D 1 3 の抽出処理を行うことにより図 9 (C) に示すような中間造形画像データ ΟΒ 3 を抽出した横断面データ D 13を得ることができる。 かくして 300枚の全ての断層データの処理が終了すると、 画像データ処理装 置 3は、 ステップ S P 6において肯定結果を得て次のステップ S P 7に移る。 このステップ S P 7の処理は、 上述のステップ S P 3-SP 4-SP 5 -S P 6 -SP 3の処理によつて画像データ処理装置 3のメモリに蓄積された中間造形 画像デ一夕 （OB 1〜OB 3) を用いてこれを立体像としてディスプレイ上に表 示させる。
この立体像の表示処理に続いて画像デ一夕処理装置 3は、 ステツプ S P 8にお いて、 ユーザに造形対象が正しく抽出できたか否かの判断をさせ、 断層データか らの抽出が正しくないと判断されたときは、 上述のステップ SP 3に戻って、 再 度造形対象の抽出処理をやり直す。
これに対して造形対象が正しく抽出できたと判断された場合、 画像デ一夕処理 装置 3は、 次のステツプ S P 9においてユーザに消去処理が正しくできたか否か;.、 の判断をさせ、 否定結果が得られたとき上述のステップ SP 5に戻って、 当該正 しく消去処理がされていないと思われる断層データについて、 上述のステップ S. P 5において消去処理を行う。
ステップ SP 9において肯定結果が得られると、 画像デ一夕処理装置 3は、 ス人 テツプ SP 10に移って、 スム一ジング処理によりノイズを除去して表面を滑ら かにした後、.ステップ SP 1 1においてュ一ザに臨床上必要なデータが欠落して いないか否かの判断をさせ、 欠落していることが確認で.きたとき上述のステップ S P 10に戻ってスム一ジング処理をやり直す。 '
やがてステップ S P 1 1において肯定結果が得られれば、 このこどは臨床上も 問題がないことを意味しているので、 画像データ処理装置 3はステップ S P 12 において造形対象が血管であるか否かの判断をする。
ここで否定結果が得られれば、 画像データ処 a装置 3は、 ステップ SP 13に 移って直ちに立体モデル作成装置 4に渡すべき断層造形データ S 2の作成処理を 行う。
これに対してステップ SP 12において肯定結果が得られると、 今まで処理し て来た立体像には内腔が必要であることを意味しているので、 画像データ処理装 置 3は、 ステップ S P 1 6においてユーザに血管壁が抽出されているか否かの判 断をさせる。
ここで肯定結果が得られれば、 造形対象として血管が造形されていることを意 味し、 このとき画像データ処理装置 3は、 ステヅプ S P 1 3に移って内腔を有す る断層造形データ S 2の作成処理を行う。
因みに、 造形対象が病変部位をもたない血管であれば、 3次元デ一夕取得装置 2から得られる 3次元断層データ S 1は造影剤による撮影がざれていることによ り、 血管の管腔壁部分が解剖学的に一定の壁厚で周囲を囲んでいることにより、 ステップ S P 1 6において肯定結果が得られる。
ごれに対して上述のステップ S P 1 6において否定結果が得られると、 このこ とはこれまでの処理において作られた立体像が未だ血管として完成されていない ¾; ことを意味する。
そこで画像データ処理装置 3は、 ステップ S P 1 7に移って、 ユーザにこれま でに作成された立体像について所定の壁厚の管腔壁の画像データを書き込ませた . 後、 立体像を表示する。 、
ここで血管壁の壁厚は、 解剖学上太い血管は壁厚が厚ぐ、 血管が細ぐなれば壁 . 厚も薄くなることに基づいて、 造形対象の血管部位の条件に応じて壁厚を決める。 続いて画像デ一夕処理装置 3はステップ S P 1 8に移って ディスプレイに表 示された血管の立体像について、 ユーザに血管に潰れや解離がないか否かの判断 をさせる。
ここで否定結果が得られると、 画像デ一夕処理装置 3は、 ステップ S P 1 9に ' おいて当該不具合を修正して、 上述のステップ S P 1 8に戻り、 これにより、 血 管の立体像に不具合がなくなるまで修正処理を行う。
かくして画像デ一夕処理装置 3は、 ステップ S P 1 3において 3次元デ一夕取 得装置 2からの 3次元断層データ S 1に基づく断層造形データ S 2の生成処理を 終了し、 ステップ S P 1 4において光造形機でなる立体モデル作成装置 4に対し て断層造形デ一夕 S 2を送ることにより造形処理を実施さ るようにし、 これに よりステップ S P 1 5において当該造形デ一夕生成処理手順 R T 0を終了する。 ( 3 ) 不具合の修正処理
上述の造形デ一夕生成処理手順 RT 0のステップ S P 18 -SP 19-SP 1 8における不具合の修正処理として、 次の場合がある。
(3— 1) 大動脈瘤に血栓がある場合
図 10に示すように、 大動脈 1 1に大動脈瘤 12が生じたために血栓 13があ る 3次元断層デ一夕 S 1が供給されたとき、 画像データ処理装置 3は、 造形デー 夕生成処理手順 R T 0のステップ S P 4において造形対象と他組織との境界を抽 出することにより、 高さレベル V I、 V2、 V3及び V4において大動脈 1 1の 3次元断層データ 1 5として、 大動脈瘤 12の部分が異常に膨んだ外表面 1 1 A 1、 1 1 A2、 1 1 A3及び 1 1 A4を抽出する。
そして上述のステップ SP 17において、 画像データ処理装置 3は、 ユー ;ザに 大動脈 1 1の外表面 1 1 A 1、 1 1 A2、 1 1 A3及び 1 1 A 4の内側に、 所定 ,の管腔壁 1 1 B 1、 1 1 B 2、 1 i B 3及び 1 1 B 4の壁厚を入れさせて、.大動 脈 1 1の立体像をディスプレイに表示する。 .
ここで、 管腔壁 1 1 B 1、 1 1 B 2、 1 1.B 3及び 1 1 B 4の壁厚は、 觴剖学 上、 大動脈 1 1は太い血管であるので、 比較的大きい厚ざに選定される。
また、 管腔壁 1 1 B 1、 1 1 B 2、 1 1 B 3及び 1 134の内腔の血流部分 1 1 C 1、 1 1 C 2、 1 1 C3及び 1 1 C 4は造影剤が含まれていることにより、 管腔壁 1 1 B 1、 1 1 B 2、 1 1 B 3及び 1 1 B4より明るい画像デ一夕で埋ま つている。
そこで、 血栓 13が存在しない高さレベル V 1及び V4の血流部分 1 1 C 1及 び 1.1 C 4は全体として管腔壁 1 1 B 1及び 1 1 B 4の内面と接しているのに対 して、 血栓 13がある血流部分 1 1 C 2及び 1 1 C 3は血栓部分 1 1 D 2及び 1 1 D 3において管腔壁 1 1 B 2及び 1 1 B 3とは接する となく、 間にほぼ大動 脈 1 1の濃度に近い画像部分が介在するような画像データが得られる。 かくして大動脈を造形対象として画像処理を行ったとき、 画像データ処理装置
3は、 ステップ SP 18において血管に解離があるとの判断結果を生じる。 そこで不具合修正ステップ S P 19において、 血栓部分 1 1 D 2及び 1 1 D 3 を大動脈 1 1の管腔壁 1 1 B 2及び 1 1 B 3から切り分けた画像となるように修 正した断層造形デ一夕 S 2を作成すれば、 立体モデル作成装置 4から得られる立 体モデル 5は、 図 1 1に示すように、 大動脈瘤 12を有する大動脈 1 1 (大動脈 瘤 1 2の内部に血栓 13がある内部構造をもっている） を再現したものになる。 (3— 2) 大動脈解離 ある場合
図 12に示すように、 解剖学的情報では高さレベル V 11において正常な大動 脈 2 1について、 高さレベル V 12〜V 1 5においては大動脈 2 1に膨らみ 22 がある場合について、 3次元データ取得装置 2から得られる 3次元断層データ S 1に基づいて得られる 3次元断層デ一夕 25として、 造形デ一夕生成処理手順 R T 0のステッブ S P 4において造形対象と他組織との境界を抽出した結果、 境界 21 A I 21A2、 2 1 A3、 2 1 A 4及び 21 A 5が得られる。
そして、 上述のステップ S P 1 7において大動脈 1 1'の管腔壁 2.1 C 1、 2 1 C 2、 21 C 3、 2 1 C4及び 2 1 C 5を入力したとき、 高さレベル V I 2、 V 13、 V 14及び V I 5の断層データにおいて 2重血管壁 2 1 B 2、 2 1 B 3、 2 1 B 4及び 2 1 B 5があれば、 画像データ処理装置 3は、 ステップ SP 18に おいて血管に潰れ、 解離があると判断するので、 ステップ S P 19において不具 合の修正処理を行う。 ,
この実施の形態の場合、 2重血管壁 2 1 B 2、 2,1 B 3、..2.1 B 4及び 2 1 B 5と、 入力した管腔壁 2 1 C 2、 2 1 C3、 2 1 C 4及び 2 1 C 5との間には、 血流部分 21 D 2, 2 1 D 3、 2 1 D 4及び 2 1 D 5があることが 認でき、 場 合によっては 2重血管壁 2 1 B 4のように一部が切れてフラップ上に垂れ下がつ ているように見える場合もある。
このような血管がステップ S P 18において確認できたときは、 かかる 3次元 断層データ 25がもっている血管情報を失わせることなく再現した立体モデルを 作成することができる。
( 3— 3 ) 血管の分岐がある場合
図 1 3に示すように、 胸部大動脈弓 3 1 ,について 3次元データ取得装置 2から 3次元断層データ S 1が取り込まれたときには、 画像データ処理装置 3は、 造形 データ生成処理手順 R T 0のステップ S P 4において造形対象と他組織との境界 を抽出したとき、 高さレベル V 2 2において大きな楕円形状の境界 3 1 A 1が抽 出されるのに対して、 当該本体部分より高い高さレベル V 2 1においては腕頭動 脈 3 2、 左総頸動脈 3 3及び左鎖骨下動脈 3 4に対応する小さい楕円形状の境界 3 1 A 2、 .3 1 A 3及び 3 1 A 4が抽出されると共に、 境界 3 1 A 1の下側の高' さレベル V 2 3において 2本の分岐に対応する楕円形状の境界 3 1 A 5及び 3 1 A 6が抽出される。
このような造形対象画像の 3次元断層デ一夕 3 5が得られたとき、 各境界 3 1；, A 1 ^ 3 1 A 6の内部には血流 3 1 B 1〜3 1 B 6に含まれている造影剤によつ,. て明るい画像デ一ダが存在することにより、 管腔壁 3 1 C 1：〜 3 1 C 6が抽出さ. : れているものとして、 上述のステップ S P 6において解剖学的な矛盾がないこと を確認すれば、 血管壁が抽出されているか否かを判断するステップ S P 1 6にお いて肯定結果を得るので、 ステップ S P 1 7の壁厚の入力を省略して造形データ， の作成処理ステップ S P 1 3に進む。
かくすれば処理手順を省略できた分、 造形デ一夕生成処理手順 R T 0を簡略化 できる。
( 3— 4 ) 本来ないはずの血管の分岐がある場合
図 1 4において、 心臓 4 1から大動脈 4 2が出て行く部位を造形対象とする場 合、 大動脈 4 2の部分を高さレベル V 3 1、 V 3 2及び V 3 3において 3次元断 層データ 4 3として管腔壁 4 3 A、 4 3 B及び 4 3 Cを得ると共に、 心臓 4 1の 高さレベル V 3 4において断層画像 4 3 Dを得る場合であって、 解剖学的には本 来ないはずのバイパス血管 4 4がある造形 象を含む 3次元断層デ一夕 S 1が供 給された場合の画像データ処理を示す。 この場合、 高さレベル V 3 1、 V 3 2及び V 3 3について、 画像データ処理装 置 3は、 造形デ一夕生成処理手順 R T 0のステップ S P 4において、 造形対象と 他組織との境界を抽出することによってそれぞれ境界 4 5 A、 4 5 8及び4 5〇 を抽出できる。
これと共に高さレベル. V 3 4について、 同様に造形データ生成処理手順 R T 0 のステップ S P 4において造形対象として心臓 4 1と他組織との境界 4 5 Dを抽. 出する。
ここで高さレベル V 3 1、 V 3 2及び V 3 3においては、 管腔壁 4 3 A、 4 3 B及び 4 3 Cの内側に血流 4 6 A、 4 6 B及び 4 6 Cの像影画像が得られるのに 対して、 高さレベル V 3 4においては、 血流に相当する部分のデータは生じない。 以上の画像データの処理は解剖学上の情報に従って行われるものであるが、 図 1 4の造形対象の場合は、 これに加えてバイパス血管 4 4についての画像データ 《 の処理を行う。 、 すなわち、 高さレベル V 3 2の断層デ一夕には、 大動脈 4 2とバイパス血管 4 . 4との接続部について接続血管部 4 7が含まれている。
また、 高さレベル V 3 4においてバイパス血管 4 4が心臓 4 1に接続する部分 一., に、 接続血管部 4 8が含まれている。 - さらに、 3次元断層データ 4 3には、 高さレベル V 3 3において、 大動脈の管 腔壁 4 3 Cの近傍に、 イパス血會部 4 9を含んでいる。
これらのバイパス血管 4 4に関する接続血管部 4 7及び 4 8並びにバイパス血 管部 4 9は、 解剖学的には予測できないが、 各血管部には血流 5 0 B及び 5 0 C 並びに 5 0 Dが存在することが造影剤の画像として表示されるので、 これらは血 管'であると判断することができる。
かくして、 画像データ処理装置 3は、 バイパス血管 4 4については、 接続血管 部 4 7からバイパス血管部 4 9を通って接続血管部 4 8に至るまでの高さ方向の 断層デ一夕が連続的に'生成されていることから、 バイパス血管 4 4があることを 断層データの特殊性から判断して、 バイパス血管 4 4についての画像処理を行う。 ( 4 ) 手術器具の進入ロ部材
図 1 1に示す立体モデル 5は、 画像デ一夕処理装置 3によって生成された断層 造形デ一夕 S 2によって立体モデル作成装置 4を用いて得られたもので、 その外 形形状のみならず、 "^腔の構造をも再現している。 '
そこで大動脈瘤 1 2の内腔内にある血栓 1 3について （図 1 0 ) 、 これを手術 するための手術器具を肖該大動脈瘤 1 2の位置まで挿入するような臨床手技を当 該立体モデルを利用して試行することができれば実効性が大きい。
： このような手術手技を臨床的に行うに先立って検討するツールとして、 図 1 5 に示すように、 大動脈 1 1から離れた位置にある大腿動脈 5 Yについての 3次元 断層データ S 1を 3次元データ取得装置 2から得て、 図 2及び図 3に示す造形デ 一夕生成処理手順 R T 0を用いて断層造形デ一夕 S 2を生成し、 とれを立体モデ ル作成装置 4において処理することにより立体モデル 5 Xとして大腿動脈 5 Y ¾ 再現する。 . ''
ここで、 解剖学的に、 大腿動脈 5 Yは立体モデル 5の大動脈瘤 1 2から離れた 立置にあるので、 立体モデル 5 Xは、 大動脈瘤 1. 2がある立体モデル 5とは別体 に、 立体モデル 5の部品に接続する部品として用意する。 , その際に、 臨床上カテーテルを大腿 ¾脈に挿入して大動脈瘤に送り込む目的 、 挿入ポートを設ける大腿部の位置に、 これに対応するように立体モデル 5 X上に 挿入ポートを再現する挿入ポート部材 5 Υ 1を設けるように、 画像データ処理装 置 3を処理動作.させ,る。 ' ' .臨床上用いられる挿入ポート部材 5 Υ 1は図 1 6に示す構成を有ずる。
挿入ポート部材 5 Ύ 1は全体どして円筒形状を有する挿入ポート本体 5 Υ 2を 有し、 その大腿動脈への取付側端部 5 Υ 3の側部には、 大腿動脈の内腔と連通す る連通開口 5 Υ 4が切り取られており、 これにより連通開口 5 Υ 4が大腿動脈に 沿うように斜めに挿入ポート部材 5 Υ 1を取り付けるようになされている。
かくしてカテーテル挿入側端部 5 Υ 5の断面円形状の開口にカテーテルを挿入 し、 その先端が連通開口 5 Υ 4を通って大腿動脈に挿入される。 ここで臨床上挿入ポート部材 5 Y 1を取り付けてからカテーテルを挿入する手 技は一連の手術として行われるので、 大腿動脈に対する設置方向や設置位置につ .いて、 立体モデル 5及び 5 Xを用いて、 手術に先立って事前にカテーテルの挿入 操作を試行できるようにする。
立体モデル 5 Xは、 3次元デ一夕取得装置 2によって大腿部位から得た 3次元 断層データ S 1について、 画像データ処理装置 3が、 図 2及び図 3の造形データ 生成処理手順 R Τ 0を実行することにより作成した断層データに、 挿入ポート部 材 5 Υ 1の断層デ一夕を付加して作成する。
： 裒なる部品として作成される立体モデル 5の立体モデル 5 Xとの接続端部 5 A には、 図 1 7 ( A ) に示すように、 円筒状凹部で構成された嵌込部 5 A 1が形成 され、 その周線部が管腔壁 5 A 2の厚み部分に切り込まれている。
これに対して、 立体モデル 5 Xの接続端部 5 X 1には円筒状凸部で構成され.お. 突出部 5 X 2が形成され、 その円周部が管腔壁 5 X 3の厚み部分の外周部を切 落とした構成を有する。
：立体モデル 5の接続端部 5 Aの内腔 5 A 3及び立体モデル: 5 Xの接続端部 5 X 1の内腔 5 X 4は互いに同じ内径を有する。
出部 5 X 2は図 1 7 ( B ) に示すように、 嵌込部 5 A 1に対してガ夕なく崁 め込み得るようになされ、 これにより立体モデル 5 Xの内腔 :5 X 4に挿入された 手術器具としてのカテーテルが突出部 5 X 2から嵌込部 5 A 1の境目を通るどき、 当該境目に段差がないことにより当該カテーテルの先端が抵抗なく接続端部 5 X .1の内腔 5 X 4から接続端部 5 Aの内腔 5 A 3に移動できるようになされている。 かくして大動脈瘤 1 2から離れた位置にある大腿動脈 5 Yの挿入ポート部材 5 Y 1までの臨床上の内腔構造と同じ内腔構造をもった立体モデルを、 異なる部品 である立体モデル 5及び 5 Xを接続することによって再現することにより、 挿入' ポート部材 5 Y 1からのカテーテル挿入手技を、 実際の臨床において行うことに 先立って試行することができる。
この結果大動脈 1 1の内腔における大動脈瘤の発生位置によって、 挿入ポート 部材 5 Y 1の設置位置ないし設置角度が不適切である場合には、 これを事前に確 認することができる。
その際には異なる条件に従って設置位置及び設置角度が異なる複数の立体モデ ル 5 Xを予め用意しておき、 これを接続端部 5 X 1を介して'大動脈瘤 1 2,を有す る立体モデル 5の接続端部 5 Αに接続するようにすれば、 段と最適な挿入ポー ト部材 5 Y 1の設置条件を確認することができる。
( 5 ) 実施形態の動作及び効果 ノ 以上の構成において、 3次元データ取得装置 2かち得られる 3次元断層データ S 1が人^内の立体的な位置の画像情報を含んでいることを利用して、 血管のよ うに内腔を有する生体組織を再現した立体モデルを得ることができる。
かぐして体内の部位における病変部位や以前の手術の痕跡をも含めて体内の組 織の状態を十分に予測できるツールとしての立体モデルを適正に得ることができ
■る。 .
これと共に、 血管について手術器具を挿入できるような挿入ポート部材を立体, : モデルに設けるようにしたことにより、 臨床上の手技を予め試すことができるこ とにより手術を一段と容易に行わせることができる。
' ( 6 ) 流れ表示子 '
図 1 0〜図 1 4について'上述したようにして画像データ処理装置 3において生 成された断層造形データ S 2のうち、 チューブ状管腔を有する生体組織、 例えば 血管には、 図 1 8に示すような流れ表示子 5 1が付加される。
- 流れ表示子 5 1は管腔壁 5 2の管腔内面 5 3上に目視する.のに適度な間隔をお いて内腔空間に突出するように植立されている。
この実施の形態の場合、 流れ表示子 5 1は薄板状の小片でなり、 可撓性を有す る細い脚部 5 1 Aと、 その先端部に形成された幅広な流れ当接部 5 1 Bとを有す る。 "
かくして管腔壁' 5 2.によって囲まれた管腔 5 4内を矢印 aで示す流体 （血液に 相当する擬似流体） が流れて、 その流体が管腔内面 5 3から突出している流れ表 示子 5 1の流れ当接部 5 1 Bに当接したとき、 当該流れ当接部 5 1 Bが幅広に構 成されていることにより、 流体から力を受けて傾いたり、 向きを変えるように回 転したり、 するようになされている。
かくしてチューブ状の管腔壁 5. 2で囲まれている管腔 5 4内に流れる流体の流 れ方に対応して流れ表示子 5 1がその状態を変更するので、 当該流れ表示子 5 1 の変化を目視することにより流体の流れ方を判別することができる。
この流れ表示子 5 1を例えば図 1 0について.上述した大動脈瘤に血栓がある場 合に適用す'れば、 図 1 9に示すように、 血栓がない管腔壁 1 I B 1.及び 1 1 B 4 の流れ表示子 5 1によつて目視できる流体の流れ方と、 血栓 1 3がある管腔壁 1 1 B 2及び 1 1 B 3の流れ表示子 5 1を目視することにより分かる流体の流れ方 かち、 血栓 1 3がある大動脈瘤 1 2における血液の流れ方を確認することができ る。 · - 以上の構成によれば、 管腔壁によって囲まれた管腔内を流れる流体の影響を管 腔壁 5 2の管腔内面 5 3から突出させた流れ表示子 5 1によって目視できること により.、 流体の流れ方と病変部位との関係を診断するための情報を提供すること.. ができる。
実際上、 管腔壁 5 2に流れ表示子 5 1を突出させる 3次元断層デ一夕 _を含む断. 層造形デ一夕 S 2は画像データ処理装置 3から立体モデル作成装置.4に供給する ことにより、 立体モデル 5として作成されるが、 当該流れ表示子 5 1を 3次元断 層デ一夕から作成するにつき、 特許文献 6に記載されているような、 活性エネル ' ギー効果性樹脂を適用することが有効である。
なお、 図 1 8の実施の形態に'おいては、 流れ表示子 5 1.として、 脚部 5 1 Aの 先端部に幅広の流れ当接部 5 1 Bを形成した形状のものを用いたが、 形状として はこれに限らず種々の形状のものを適用し得、 要は管腔壁.5 2の管腔 5 4に突出 することにより、 流体 aの流れに従って変形する薄板状小片を適用すれば良い。
( 7 ) 管腔壁の動き検出
( 7 - 1 ) 動き検出器による検出 上述したように、 画像データ処理装置 3は、 3次元データ取得装置 2から取得 した 3次元断層デ一夕 S 1について画像処理をすることにより、 夕一ゲッ トとす る生体組織についての断層造形データ S 2を生成し、 これを立体モデル作成装置 4に供給することにより立体モデル 5を得ることができる。
； 立体モデル 5として、 図 10及び図 1 1について上述したように、 大動脈瘤 1 2に血栓 13がある病変部位を含む大動脈 1 1を再現した立体モデルとして、 図 20及び図 21に示すような立体モデル 5を再現した場合に、 その管腔壁 60の 外表面に複数の動き検出用突子 6 1を配列してなる動き検出部 62.を設ける。
この実施の形態の場合、 動き検出部 62は、 図 22 (A》 及び （B) に示すよ うに、 大動脈 1 1の管腔壁 60から、 円柱形状を有する複数の動き検出用突子 6 1を、 仮想配列線 L 1 1上において互いに相互間距離 W1を保つように、 配列さ れている。
： 以上の構成において、 管腔壁 60によって囲まれた管腔に圧力を加えると、 管., 腔壁 60は、 図 22 (C) に示すように、 内圧 P1を受けることにより、 外側 : 膨ら.む。 ·'
このとき動き検出部 62を構成する動き検出用突子 6 1の相互間距離 W1は、 . 圧力が加えられる前の状態 （図 22 (B) ) から、 管腔壁 60の外表面 6 OA場 管腔壁 60が膨らむにつれて間隔が開く方向に動くことにより （図 22 (C) ) 、 動き検出甩突子 61の間隔距離が W IXに大きぐなる 6
この動き検出用突子 6 1の間隔の変化は、 管腔壁 60の膨らみ方、 従って内圧 P 1の大きさに対応する。
この状態から内圧 P 1を除去すれば、 管腔壁 60が元の状態に戻るので、 外表 面 6 OAの伸びがなくなることにより元の相互間距離 W1に戻る。
以上の構成によれば、 ユーザは管腔壁 60の外表面 6 OAに設けた動き検出部 62の動き検出用突子 6 1の相互閘距離 W1の変化を目視確認することにより、 管腔壁 60の膨らみ方の変化、 従って内圧 P 1の大きさの変化を知ることができ る。 . 従って、 管腔壁 6 0に病変部位がある場合にも、 当該動き検出用突子 6 1の相 互間距離 W 1の変化を観察することにより、 管腔壁 6 0.に病変部位がある場合の 内圧 P 1に対する管腔壁 6 0の動きを把握することができる。
( 7 - 2 ) 歪検出素子による検出
図 2 3は歪検出素子 6 5によって管腔壁 6 0に加えられる歪を電気信号として 検出できるようにした動き検出部 6 6を示す。
この場合、 管腔壁 6 0の外表面 6 O Aの、 仮想配列線 L 1 2上には、 複 の歪 検出用穴 6 0 Bが穿設されていると共に、 当該歪検出用穴 6 0 B内に、 図 2 3 ( C ) に示すように、 歪検出素子 6 5が圧入されており、 これにより動き検出部 6 6が構成されている。
図 2 3の構成によれば、 管腔壁 6 0によって囲まれた管腔内の圧力が高くなつ て管腔壁 6 0が僅かにでも膨らめば、 歪検出用穴 6 0 Bの壁面が変位するこ に、 より.嵌め込まれている歪検出素子 6 5に対する圧力が軽減されることにより 付 加された圧力に対応して変化する電気的検出出力を歪検出素子 6 5から得ること ができる。
かくして図 2 3の構成によれば、 曾腔内の圧力を定量的な数値として検出, き るような動き検出部 6 6を得ることができる。
( 7— 3 ) 感圧機構による検出
図 2 4は、 動き検出部 6 9として、 管腔壁 6 0内の圧力の変化を、 管腔壁 6 0 に設けた感圧機構 7 0を介して検出するようにしたものである。
この実施の形態の場合、 管腔壁 6 0は、 図 2 4 ( B ) に示すように、 立体モデ ル作成装置 4 , (図 1 ) において断層造形デ一夕 S 2に基づいて光硬化処理をさせ る際に、 光硬化性樹脂を光硬化させた硬化部 6 0 D内に光硬化性樹脂を光硬化さ せないでそのまま液体のまま残した未硬化部 6 0 Eを形成させる。
この実施の形態,の場合、 硬化部 6 0 Dは仮想配列線 L 1 3上に、 横断面が長方 形状でかつ縦断面が厚みの薄い未硬化部 6 0 Eを複数配列させた構成を有し、 こ れにより未硬化部 6 0 Eを上側及び下側位置において薄い硬化板部 6 O F及び 6 0 Gによって挟んだ柔軟部 6 0 Cを形成する。
かぐして管腔壁 6 0のうち、 未硬化部 6 0 Eを形成した部分以外の部分におい ては、 管腔壁 6 0が本来の光硬化性樹脂としての剛性をもっているのに *fして、 未硬化部 6 0 Eを形成した箇所においては、 未硬化の液^ Kの光硬化性樹脂の区間 でなる未硬化部 6 0 Eを薄い硬化板部 6 0 F及び 6 0 Gによって支持している状 態になるので、 この構成部分が管腔内の圧力の変化に対して反応する感圧機構 7 ' 0を形成する。
. この感圧機構 7. 0は、 管腔壁 6 0によって囲まれる管腔内の圧力が高くなる,と、 図 2 4 ( C ) 及び （D ) に示すように、 2硬 2化板部 6 O F及び 6 0 Gが未硬化部 6 0 Eと共に外側にずれるように変位する反応の仕方をする。
図 2 4 ( C ) の実施の形態の場合、 このような感圧機構 7 0の変位動作を利用 して、 発光素子 7 1 Aから放出された検出光を外側の硬化板部 6 O Fの奉面に いて反射させて受光素子 7 1 Bにおいて受光するような変位検出部 7 1を設ける ことにより、 当該感圧機構 7 0の変位動作を検出する。 ： また図 2 4 ( D ) の場合は、 検出器本体 7 2 Aから突出する感圧板 7 2 Bの,先 端に設けた接触子 7 2 Cを外側の硬化板部 6 0 Fに接触させた状態において、 感 圧機構 7 0が管腔内の圧力によって変位動作したとき、 その動きによって感圧 7 2 Bを押し上げることにより検出器本体 7 2 Aから当該押上量に応じた,検出出 力を出力するようにした変位検出部 7 2が設けられる。
図 2 4の構成によれば、 管腔壁 6 0内に光硬化させない.液状区間でなる未硬化 部 6 0 Eを設けるようにしたことにより、 管腔壁 6 0によって囲まれる管腔内の 圧力に応じて外側に変位動作する感圧機構 7 0を構成したので、 当該感圧機構 7 0のシフト'量、 従って管腔内の圧力に対応する変位検出出力を得ることができる ような動き検出部 6 9を得ることができる。
また、 立体モデル 5として剛性が大きい管腔壁 6 0を構成した場合においても 管腔内部の圧力の変化に対応した検出出力を得ることができるので、 生体組織を 再現することにより抽出できた病変部位を含む生体機構について、 管腔壁の動き を検討するために有効な情報を得ることができる。
( 8 ) 液状区画の形成処理
上述のようにして、 画像データ処理装置 3において生体組織を再現するための 断層造形データ S 2が立体モデル作成装置 4に供給されたとき、 図, 2 5 ( A ) 及 び （B ) に示すように、 立体モデル作成装置 4は夕一ゲッ トとする生体組織のう ち、 内腔とはならない生体組織部位 8 0について、 その内部に液状区画 8 1を残 しながら、 他の領域について固状硬化樹脂 8 2を形成するような処理をする。 この実施の形態の場合、 生体組織部位 8 0の仮想配列線 L 1 4上に、 円板状の 液状区画.8 1が配列され、 当該液状区画 8 1については液状の活性エネルギー硬 化性樹脂の硬化処理をせずに液状の樹 材料を残すことにより、 固状硬化樹脂部 8 2内に液状区画 8 1を封入した構成とする。 ' .
かくして図 1 0及び図 1 1について上述したように、 大動脈 1 1の病変部位と して大動脈瘤 1 2に血栓 1 3があるような立体モデル 5について、 図 2 6に.示す ように、 その管腔壁.8 3 (図 1 0の 1 1 B 1 ~ 1 1 B 4 ) や血栓 1 3の部分とし て、 固状硬化樹脂部 8 2内に液状区画 8 1を封入した構成の立体モデル 5が作成 される。 . . . . .
この立体モデル 5の横断面を示せば、 図 2 7.に示すように、 管! ¾壁 8 3 共に、 大動脈瘤: 1 2の内側に生じた血栓 1 3についても、 管腔壁 8 3を形成する固状硬 化樹脂部 8 2内に、 液状区画 8 1が封じこめら.れた構成により柔らかい生体組織 が作成されている。 , . '
以上の構成によれば、 画像データ処理装置 3において生成された断層造形デ-ー 夕 S 2に基づいて立体モデル作成装置 4において生体組織を再現してなる立体モ デル 5を作成する際に、 光硬化処理された固状硬化樹脂部 8 2の中に、 光硬化さ れずに液状のまま残った液状区画 8 1が封じ込められた構成を持っているので、 当該液状区画 8 1が封じ込められている分、 立体モデル 5の管腔壁 8 3の外表面 が柔らかい肌触りになる。
従って当該立体モデル 5をユーザが触れた場合、 体内の生体組織に近い柔らか さがあるので、 ステントグラフトゃステントとの適合性確認などの手術手技シミ ユレ一夕として用いても、 違和感を感じさせることなく立体モデル 5の精査をす ることができる。. 産業上の利用可能性
本発明は、 病変部位を有する人体内部の生態組織を再現する場合に利用できる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 生体組織の病変部位を含む管腔部の管腔壁部の厚さを再現した.
ことを特徴とする生体組織立体モデル。
2 . 再現した前記病変部位への手術器具の進入部位が前記管腔部の側面に形成さ れている
ことを特徴とする請求項 1に記載の生体組織立体モデル。
3 . 複数の部品からなる前記生体組織立体モデルであって、 前記各部品は隣り合 う前記部品と前記管腔部の結合部に結合し、 前記結合部は隣り合う該結合部が結 合した状態で前記管腔内面部位に段差が生じないように重複結合部を有する ことを特徴とする請求項 1又は 2に記載の生体組織立体モデル。
4 . 前記管腔部が血管である
ことを特徴とする請求項 1〜 3のいずれかに記載の生体組織立体モデル。 ·
5 . 前記病変部位が血管である ， ことを特徴とする請求項 1〜4のいずれかに記載の生体組織立体モデル。
6 . 生体組織の病変部位の 3次元データに基づき前記病変部位を含む管腔部の管 腔壁部分の厚さを再 した病変部位断層データを作成する工程と、 、； ^ 前記病変部位断層データを使用して、 立体モデルを積層造形する工程と を有することを特徴とする生体組織立体モデルの製造方法。
7 . 再現された前記病変部位への手術器具の進入部位を前記管腔部め側面または 端面に形成するための 3次元デ一夕を前記病変部位断層デ一夕に結合する工程を さらに有す ¾
ことを特徴とする請求項 6に記載の生体組織立体モデルの製造方法。
8 . 複数の部品からなる前記生体組織立体モデルの製造方法であって、 隣り合う 前記各部品を結合する前記管腔の結合部が結合した状態で前記管腔内面部位に段 差が生じないよう'に重複結合部の 3次元データを前記病変部位断層データに結合 する工程をさらに有する ことを特徴とする請求項 6又は 7に記載の生体組織立 モデルの製造方法。
9 . 生体の断層画像データに基づき作成された生体管腔モデルにおいて、 管腔壁 から管腔に突出形成されてなる薄板状小片を有する - ことを特徴とする生体組織立体モデル。
1 0 . 請求項 9に記載の生体組織立体モデルを、 生体の断層画像データに基づき 活性エネルギー硬化性樹脂を用いる造型方法で作成する
ことを特徴とする生体組織立体モデルの製造方法。 ：
1 1 . 生体の断層 j像データに基づき作成された生体モデルにおいて、. 管腔壁に よって囲まれた管腔内の圧力の変化に応じて上記管腔壁に設けられた計測構造に 生ずる変位によって上記管腔内の圧力を計測する
ことを特徴とする生体組織立体モデル。 -
1 2 . 上記計測構造は、
： a ) 立体モデル表面に設けられた所定間隔の突起ー
b ) 立体モデル表面に設けられた薄膜部分
c ) 立体モデルの壁に設けられた内側薄膜部、 外側薄膜部、 及び該内側薄膜部 と該外側薄膜部どによって挟まれた液体区間部によって構成された感圧部 ：
. のいずれかであることを特徴とする請求項 1 1に記載の生体組織立体モ ル。 .
1 3 . 請求項 1 1に言、己載.の生体組織立体モデルを、 生体の断層像データに基づき 活性エネルギー硬化性樹脂を用いる造形方法で作成する生体組織立体モデルの製 造方法。 '
1 4 . 生体の断層画像データに基づぎ液状の活性エネルギー硬化性樹脂を硬化さ せることにより作成された生体モデルにおいて、 前記活性エネルギー硬化性樹脂 が未硬化のまま、 硬化した樹脂に囲まれた液状区画を有する
ことを特徴どする生体組織立体モデル。
1 5 . 生体の断層画像データに基づき活性エネルギー硬化^ I樹脂を用いる造形方 法で作成された生体モデルにおいて、 上記活性エネルギー硬化性樹脂が未硬化の まま、 硬化した樹脂に囲まれた液状区画を設ける ことを特徴とする生体組織立体モデルの製造方法。
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