WO2017099023A1 - 臓器、組織又は器官モデル - Google Patents

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WO2017099023A1
WO2017099023A1 PCT/JP2016/085945 JP2016085945W WO2017099023A1 WO 2017099023 A1 WO2017099023 A1 WO 2017099023A1 JP 2016085945 W JP2016085945 W JP 2016085945W WO 2017099023 A1 WO2017099023 A1 WO 2017099023A1
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layer
organ
organ model
tissue
foam
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PCT/JP2016/085945
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French (fr)
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豊 ▲くわ▼原
敦 小川
研一 水野
佐藤 裕樹
崇二 寺井
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サンアロー株式会社
国立大学法人 新潟大学
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    • G09B23/30Anatomical models

Definitions

  • the present invention relates to an organ / tissue texture model (pseudo-organ model) in which the actual texture (real organ) is realistically reproduced.
  • animal organs and tissues and donations have been used.
  • the organs and tissues of the animals are different in shape, size and texture from the actual living human organs and tissues.
  • the high cost and ethical hurdles are high.
  • a busy doctor performs a simulation other than the operating room using the free time, it is not preferable in terms of hygiene and indoor environment to use an animal organ or the like.
  • Patent Document 1 proposes a molded product made of a soft material.
  • peritoneum, fat layer or exfoliating layer which is the surrounding tissue surrounding the organ or surrounding the organ, is exfoliated, dissected, incised, excised, etc. It is important to have a sensation of feeling and a sensation of dividing cells and tissues.
  • Patent Document 1 does not have sufficient reproducibility of the unique texture required for the organ model, such as a feeling of peeling, and the response.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and is suitable for simulations (learning, training, training, proficiency, exercises, etc.) in medical practice such as surgery, histological examination (biopsy), cytological examination, and pathological anatomy. It is an object of the present invention to provide a pseudo-organ model (pseudo-organ model or pseudo-organ model) that can be used and can provide a specific texture that is effective for medical device development. More specifically, it is an object of the present invention to provide a pseudo-organ model (pseudo-organ model or pseudo-organ model) having a specific texture (particularly, a feeling of peeling) that can be applied to various types of surgical simulations. And
  • the present inventors have conducted intensive studies and found that the above problem can be solved by adopting a gel layer having a specific structure as the layer structure of the organ model. That is, the present invention is as follows.
  • the present invention (1) is an organ, tissue, or organ model having a foamed layer containing a hydrogel.
  • the present invention (2) is the organ, tissue or organ model of the invention (1), which is a laminate in which another layer is laminated on one surface side of the foam layer.
  • the present invention (3) is the organ, tissue or organ model of the invention (2), which is a laminate in which another layer is laminated on the other surface side of the foam layer.
  • the present invention (4) is the organ, tissue or organ model of any one of the above inventions (1) to (3), wherein the foam layer contains a polysaccharide.
  • the present invention (5) is the organ, tissue or organ model of any one of the inventions (1) to (4), wherein the hydrogel is a polyvinyl alcohol gel.
  • the present invention (6) is the organ, tissue, or organ model of any one of the inventions (1) to (5), which is used for a peeling simulation.
  • the present invention (7) is the organ, tissue or organ model of any one of the inventions (1) to (6), which is used for local injection simulation.
  • the present invention (8) is the organ, tissue or organ model according to any one of the inventions (1) to (7), which is used for incision and peeling of the energy device.
  • a pseudo-organ model having various properties including a specific texture (particularly, a feeling of peeling) that can be used for simulation in medical practice and is also effective for medical device development. Become.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of an organ model A101 according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram of a method for manufacturing the organ model A101 according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram of a method for manufacturing the organ model A101 according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram of a method for manufacturing the organ model A101 according to the present embodiment.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram showing an example of how to use the organ model A101 according to the present embodiment.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram of an organ model B101 according to a modified example.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram of an organ model B101 according to a modified example.
  • FIG. 8 is a photograph of the organ model according to the example.
  • FIG. 9 is a photograph at the time of evaluation of the organ model according to the example and the comparative example.
  • organ model has a foamed layer containing hydrogel.
  • a unique texture is produced by employing a layer having a foam structure of hydrogel (in other words, the present invention employs a foam layer containing hydrogel as at least one layer constituting the organ model. This makes it possible to improve the texture of the organ model.)
  • the shape of the foam layer included in the organ model is detailed in the case of a plate shape or a tubular shape (hollow or solid), but is not limited to this, and the target organ What is necessary is just to form suitably the shape imitating an organ and a tissue.
  • the organ model according to the present invention only needs to have a foamed layer (part having a foamed structure), and the shape thereof can be appropriately changed according to the purpose of use (for example, it may be a lump or the like). In each layer, there may be distortion or unevenness).
  • the thickness / length of the entire laminate, the thickness / length of each layer, and the like may be appropriately changed according to the purpose of use (for example, a sheet-like or film-like layer may be used).
  • This embodiment (1-1) Structure (1-2) Manufacturing method (1-3) Properties (1-4) Applications (2) Modified examples (2-1) Structure (2-2) Manufacturing method
  • organ model A101 is a model in the case where the foam layer is plate-shaped.
  • the structure, manufacturing method, property, and use of the organ model A101 will be described.
  • the organ model A101 is an organ model composed of a stacked body in which a plurality of layers are stacked.
  • the organ model A101 is provided on a second layer A20 (hereinafter referred to as a foamed layer A20) that is a foamed layer and one surface thereof.
  • a foamed layer A20 This is a laminated structure having a third layer A30 which is a layer and a first layer A10 which is a layer provided on the other surface.
  • the case of such a three-layer structure will be described as an example of the structure of the organ model A101.
  • the structure is not limited to this, and the layer structure can be appropriately changed depending on the purpose of use.
  • the organ model A101 may have a single-layer structure including only the foam layer A20, or as shown in FIG.
  • the foam layer A20 and the first layer provided on one surface thereof may be a two-layer structure having only A10 (here, in FIG. 1 (2), the first layer A10 is the surface layer side, but the foam layer A20 may be disposed on the surface layer side).
  • the organ model A101 may have a laminated structure including a four-layer structure or more. For example, as shown in FIG. 1 (3), the structure has a first layer A 10, a foam layer A 20, a third layer A 30, and a fourth layer A 40 (such as a tumor). May have foreign material).
  • the organ model A101 may be formed by laminating a plurality of foam layers A20, and the order of the layers can be changed as appropriate (for example, non-foam layer / foam layer / non-foam layer / foam layer / non-foam layer).
  • the foamed layer and the non-foamed layer may be alternately laminated as in the above, or the foamed layer is continuously laminated as in the foamed layer / foamed layer / non-foamed layer, etc. Alternatively, it may be composed of only the foam layer, such as foam layer / foam layer / foam layer).
  • the foam layer A20 of the organ model A101 according to this embodiment is a foam layer containing hydrogel, and more specifically, a layer having a foam structure obtained by foaming a material containing hydrogel.
  • -Foam structure As a concrete foam structure of foam layer A20 concerning this form, it may be an open-cell structure, a closed-cell structure, and each may be included.
  • the expansion ratio of the foam layer A20 is not particularly limited and can be appropriately changed according to the purpose of use, but is preferably 1.1 to 10.0 times, for example, 1.5 to 5. It is more preferable to make it 0 times.
  • the expansion ratio shown here is a numerical value represented by the density of the raw material (before foaming) / the bulk density of the foamed layer (after foaming).
  • the foam layer A20 only needs to have a foam structure at a location used in the surgical procedure (for example, a location to be incised), and a structure in which a part is foamed and the other part is not foamed. (A structure in which the foamed part and the non-foamed part are continuously present in the layer) may be used.
  • hydrogel used for foaming layer A20
  • natural gel materials such as polymer gel materials, such as polyvinyl alcohol, polyethyleneglycol, and polyacrylamide, or cellulose, starch, and collagen are used. It is possible (multiple types of hydrogels may be included). These gels may be those in which at least a part thereof is modified (for example, polyvinyl alcohol may be modified polyvinyl alcohol (anion-modified polyvinyl alcohol, cation-modified polyvinyl alcohol, nonion-modified polyvinyl alcohol)). Good).
  • the hydrogel is polyvinyl alcohol (polyvinyl alcohol gel) (or polyvinyl alcohol is included as the main component of the hydrogel).
  • the average degree of polymerization of polyvinyl alcohol is not limited, but is preferably 500 to 3000, more preferably 1000 to 2000, and even more preferably 1500 to 2000.
  • the saponification degree of polyvinyl alcohol is not limited, but is preferably 90 mol% or more, and more preferably 95 mol% or more.
  • the said average polymerization degree points out the average polymerization degree of these multiple types of polyvinyl alcohol, for example, when blending several types of polyvinyl alcohol from which a polymerization degree differs (an average polymerization degree and a saponification degree are 1 type or A numerical value or the like measured in accordance with JIS K 6726 using a plurality of types of polyvinyl alcohol as a sample may be used.
  • the crosslinked form of the hydrogel may be a non-crosslinked hydrogel, but is a crosslinked one ⁇ physically crosslinked (physical gel) or chemically crosslinked (chemical gel) ⁇ . Is preferred.
  • a specific crosslinking method is not limited, and a known method may be used including selection of a crosslinking agent (for example, a crosslinking agent that can be used when polyvinyl alcohol is included as a hydrogel is not particularly limited. And agents capable of reacting with hydroxyl groups in polyvinyl alcohol (for example, boric acid and the like).
  • the moisture content of the hydrogel is not particularly limited.
  • the entire foam layer is used as a reference, it is preferably 50% by mass or more and 70% by mass or more. Is more preferred. By setting it as such moisture content, it becomes possible to make a more realistic texture.
  • the foam layer A20 may appropriately contain other additives depending on the purpose of use.
  • a coloring agent for example, an agent for coloring a human tissue or blood
  • the organ model can be made a color close to that of a human organ (or each layer can be visually distinguished).
  • you may add other well-known additives for example, antioxidant, a thickener, etc.
  • the foam layer A20 may contain a solid filler such as a filler or fiber (for example, cotton, hemp, hair).
  • the foam layer A20 contains a polysaccharide (one kind or plural kinds).
  • a polysaccharide one kind or plural kinds.
  • polysaccharides are not particularly limited, and publicly known ones can be used as appropriate. Examples include xylan, chitin, chitosan glucomannan, chondroitin sulfate, gellan gum, cellulose, dextrin, hyaluronic acid, fucoidan, pullulan, pectic acid, heparin, mannan, and salts and derivatives thereof.
  • the blending amount of such additives is not particularly limited, and may be set as appropriate within a range that does not impair the effects of the invention.
  • the content may be 0.1 to 50.0% by mass based on the mass of the entire layer (the mass of the entire raw material).
  • the organ model A101 has other layers on one surface side and the other surface side of the foam layer A20 (here, the surface layer side (upper side) is the first layer A10, and the deep layer side (lower side) is 3rd layer A30).
  • the organ model A101 can appropriately correspond to the layer structure of the target organ (including tissues and organs) by appropriately adopting a laminated structure, and can reproduce the realistic texture of the organ model. It becomes.
  • an organ having three layers for example, a stomach model having a mucosa layer, a submucosa layer, and a muscle layer
  • a stomach model having a mucosa layer, a submucosa layer, and a muscle layer can be reproduced more realistically.
  • the third layer A30 is provided as a layer adjacent to the second layer A20, so that liquid can be easily retained during local injection or the like.
  • Such a layer may be a layer made of the same material as the foam layer A20 or a layer made of a different material.
  • the other layer may be a layer made of a hydrogel material, a layer made of a soft material other than the hydrogel material, or a layer containing a hard material (or a layer made of a hard material). Also good.
  • the manufacturing method of the organ model A101 is not limited to this, and may be manufactured by an appropriate method.
  • the organ model A101 made of a hydrogel material and having the first layer A10, the second layer A20 (foamed layer A20), and the third layer A30 can be manufactured by the following procedure.
  • 1st layer A10 and 3rd layer A30 can be manufactured according to the manufacturing method of foaming layer A20 except not having a foaming process, description is abbreviate
  • -Foam layer A20 As a manufacturing method of foaming layer A20, it should just manufacture according to a well-known manufacturing method except having a foaming process. Specifically, the following can be illustrated. Moreover, since it is as above-mentioned about a concrete raw material, description is abbreviate
  • the material constituting the hydrogel material is blended and dissolved with stirring to obtain a mixed solution (the heating conditions are not limited, but for example, preferably at 60 to 100 ° C. for 1 hour or more, more preferably Is 3 hours or more).
  • a raw material additive or the like
  • a raw material preparation step preparation of a liquid mixture and preparation of a raw material composition may be performed simultaneously.
  • the raw material composition is foamed to obtain a foam raw material A2 (foaming step).
  • the foamed raw material A2 that is foamed and contains bubbles is poured into the bat 101 or the like (FIG. 2 (1)), and is allowed to stand and cure (curing step) to obtain the foam layer A20 (FIG. 2 (2)).
  • additives When various additives are used, they may be added at any timing, but are preferably added before the foaming step.
  • crosslinking it is preferable to perform curing (crosslinking) using a crosslinking agent from the viewpoint that curing can be performed more rapidly while maintaining the foamed state. Even when a crosslinking agent is used, the addition may be performed at any timing before or after the foaming process (if it is difficult to mix the additives after the foaming process, the raw material composition before the foaming process). And additives may be mixed).
  • the hydrogel is physically cross-linked by freezing and thawing the foam raw material A2 (eg, freezing the foam raw material A2 at ⁇ 5 ° C. or lower for 0.5 hour or longer).
  • freezing and thawing the foam raw material A2 eg, freezing the foam raw material A2 at ⁇ 5 ° C. or lower for 0.5 hour or longer.
  • the step of performing chemical crosslinking and the step of performing physical crosslinking may be performed together.
  • foaming method known methods including chemical foaming, physical foaming, and mechanical foaming may be appropriately used. Further, specific conditions for foaming (for example, in the case of mechanical foaming, stirring speed, air used, etc.) are not particularly limited, and can be set as appropriate within a range not impairing the effects of the present invention.
  • the raw material composition (or foaming raw material A2) preferably contains a polysaccharide as an additive.
  • the polysaccharide functions as a thickener, and it becomes easy to maintain the foamed state in the curing step.
  • the first layer A10, the foamed layer A20, and the third layer A30 are formed using an adhesive A51 (adhesive A52) or the like (adhesive layer). Through)) as appropriate.
  • Such an adhesive is not particularly limited, and may be appropriately selected within a range that does not impair the effects of the present invention.
  • the first layer A10 third layer A30
  • a material made of hydrogel may be used as the adhesive.
  • each layer is adhered to another layer by directly laminating and solidifying (without an adhesive or the like) on an unsolidified layer (a layer containing a hydrogel).
  • the hydrogel-containing layer even when a layer other than the hydrogel-containing layer is used as the first layer, the third layer, etc., it can be manufactured by a method in which the layers are bonded together by an appropriate method. .
  • the third layer raw material liquid A3 is poured into the bat 101 and cured to form the third layer A30 (FIG. 4 (1)), then, the foam raw material A2 is poured from above the third layer A30 and cured to form the second layer A20 (foam layer A20) (FIG. 4 (2)). Finally, the foam layer The first layer material A1 may be poured from above A20 and cured to form the first layer A10 (FIG. 4 (3)).
  • each layer (first layer A10, foam layer A20, third layer A30) can be appropriately laminated and fixed without an adhesive layer (adhesive A51, adhesive A52). It is.
  • a raw material composition (or foaming raw material) of another layer is applied on a certain layer ( It may be a method of coating and fixing.
  • each layer there are other methods of physically fixing (for example, fixing by stitching at least a part thereof, or providing each layer with a concavo-convex surface and fitting the concavo-convex portions thereof. And the like, and can be appropriately changed according to the purpose of use.
  • the organ model A101 employs the foam layer A20, so that when the foam layer is incised / separated (incision / separation using a surgical knife, a surgical knife, an energy device (for example, an electric knife)), bubbles are generated.
  • the part gives an appropriate change in feel, and a peculiar peeling feeling in the layer is born.
  • the layers are peeled off (for example, the foamed layer A20 and the first layer A10 are peeled off, the foamed layer A20 and the third layer A30 are peeled off, or Even when peeling off the first layer A10 and the third layer A30 (breaking inside the foamed layer A20 layer), etc., the foamed part is broken so as to be torn off. It is also possible to exhibit properties close to peeling.
  • the solid content of the hydrogel contacts the device tip (female tip). Burning may occur when doing so.
  • the foam structure by employing the foam structure, the solid component ratio (% by volume) based on the volume of the foam layer A20 is reduced while maintaining the solid component ratio (% by mass) based on the mass of the foam layer A20. (Although it is possible to reduce the solid component amount (bulk density) per unit volume of the layer while maintaining the solid component ratio (% by mass) in the layer as usual). As a result, it is possible to improve the problem of burning when using the energy device without impairing the texture of the layer.
  • an incision or the like when an incision or the like is performed using an energy device (for example, an electric knife), the incision is made while the hydrogel is melted. Moisture may elute excessively. In particular, when the layer is colored, the eluted water stays around the incision, and the surgical field may not be secured.
  • an energy device for example, an electric knife
  • the foam layer A20 employs a foam structure, even when the water content (mass%) based on the mass of the foam layer A20 is maintained or increased, the water content based on the volume of the foam layer A20 is maintained. It is possible to reduce the rate (volume%) (the amount of water contained per unit volume of the layer while maintaining the texture by making the moisture content (mass%) in the layer as usual) It is possible to reduce the bulk density). As a result, it becomes possible to reduce the elution of moisture at the time of incision in the energy device to an appropriate level without impairing the texture of the layer (in order to obtain a specific texture, the moisture content relative to the mass of the layer must be increased). Even if it is not obtained, it is possible to suppress unnecessary elution of moisture).
  • the foam layer A20 has the property that the layer expands appropriately as seen in the actual state (real organ) when local injection (local injection: injection of liquid (medicine etc.) by injection or the like) is performed.
  • local injection injection of liquid (medicine etc.) by injection or the like
  • the foam layer has a specific deformation such as the liquid entering the bubble part / the bubble part being deformed while being crushed.
  • the properties are exhibited due to the bubble structure, such as a relatively low density and easy deformation.
  • the organ model according to the present invention has various properties as described above, even one organ model can be used for various simulations regardless of the target surgical technique or region. It can be suitably used for simulation (“exfoliation” shown here specifically refers to various tissues (for example, peritoneum, fat layer, exfoliation layer, organ peripheral tissues such as adhesion) exfoliation, Such as cutting, incision, excision).
  • exfoliation shown here specifically refers to various tissues (for example, peritoneum, fat layer, exfoliation layer, organ peripheral tissues such as adhesion) exfoliation, Such as cutting, incision, excision).
  • a surgical energy device for example, an electric knife, an ultrasonic knife, a high-frequency radio wave knife, etc.
  • a local injection simulation for example, an electric knife, an ultrasonic knife, a high-frequency radio wave knife, etc.
  • the organ model according to the present invention for example, cholecystectomy, prostate nerve-preserving surgery, oral endoscopic myotomy (POEM), endoscopic full-thickness resection (EFTR), dissection
  • POEM oral endoscopic myotomy
  • EFTR endoscopic full-thickness resection
  • dissection for example, for simulation of various surgical procedures such as cleansing (for example, lymph node dissection).
  • cleansing for example, lymph node dissection.
  • the organ model according to the present invention can be suitably used for simulation of endoscopic submucosal dissection (ESD), which is recently performed in surgery on the esophagus, stomach, and large intestine. .
  • ESD endoscopic submucosal dissection
  • the structure of the organ model A101 is the structure shown in FIG. 1 (3) (that is, the four-layer structure including the first layer A10, the foam layer A20, the third layer A30, and the fourth layer A40).
  • a stomach model will be described as an example (in this case, the correspondence between each layer of the organ model A101 and the stomach is that the first layer A10 corresponds to the mucosa layer, the foam layer A20 corresponds to the submucosa layer, and the third layer A30. Corresponds to the intrinsic muscle layer and the fourth layer A40 corresponds to the tumor).
  • the mucous membrane layer (first layer A10) is marked.
  • a drug is injected into the submucosal layer (foamed layer A20), and the tumor (fourth layer A40) is lifted together with the mucosal layer (first layer A10).
  • the mucous membrane layer (first layer A10) is incised with an electric knife or the like so as to surround the marked portion.
  • the tumor (fourth layer A40) is excised together with the submucosal layer (foamed layer A20) using an electric knife or the like.
  • ESD is an alternative to conventional endoscopic mucosal incision (EMR) that can be expected to be completely cured because it can remove lesions at a high rate.
  • EMR endoscopic mucosal incision
  • the organ model according to the present invention has a texture and response that is closer to the actual situation (real organ), it has a high effect on the acquisition of such advanced techniques that require complicated and delicate work. .
  • the organ model A101 can be adapted to any organ by changing the layered structure, and includes lung, heart, chest wall, abdominal wall, diaphragm, gallbladder, stomach (inner wall), liver, kidney, It can be used as an organ model such as bladder (inner wall) or skin.
  • the organ model A101 can also be used as a model that imitates a specific tissue (for example, the submucosa layer of the stomach) in a certain organ.
  • organ model A101 for example, blood vessels, esophagus, stomach (hollow), small intestine, large intestine, bile duct, pancreatic duct, bladder (hollow), ureter, urethra, vagina, anus, portal vein, etc. It is also possible to make a tubular organ model such as
  • organ model B101 An organ model according to a modified example (hereinafter referred to as organ model B101) is a model when the foam layer is tubular (hollow). Only the differences from the present embodiment will be described below with respect to the structure and manufacturing method of the organ model B101. For example, the material and application are the same as described above, and thus the description thereof is omitted.
  • the organ model B101 is a hollow organ model made of a laminated body in which a plurality of layers are laminated in a tubular shape (when viewed from a cross section in the lamination direction).
  • the cross-sectional shape of the tube is not particularly limited, and may be a closed curved surface constituted by an arbitrary straight line and / or curved line, and may be appropriately changed according to the purpose of use including a circular shape, an elliptical shape, a polygonal shape, and the like. Is possible.
  • the organ model B101 is a second layer B20 (hereinafter referred to as a foam layer B20 or the like) that is a foam layer having a tubular structure. And a third layer B30 which is a layer provided on one surface side (center side) thereof, and a first layer B10 which is a layer provided on the other surface (peripheral side). Structure.
  • the layer structure of the organ model B101 may be an appropriate structure according to the purpose of use, like the organ model A101.
  • an organ model having a hollow cylindrical shape is shown as the organ model B101.
  • the organ model B101 may be appropriately changed according to the purpose of use, and the organ model B101 may have a structure having a solid foam layer.
  • the first layer B10 is formed in an elongated solid tubular shape (branch shape), at least a part of which is embedded in the first layer or It may be a structure having a fixed foam layer B20 (in such a structure, it is suitable for use as a blood vessel model or the like).
  • the second layer B20 which is a foam layer having a tubular (solid) structure
  • the first layer B10 which is a layer provided on one surface (peripheral side)
  • a layer structure (for example, according to the purpose of use)
  • the number of layers and the number of layers and whether each layer is a foamed layer or a non-foamed layer can be appropriately changed (for example, in the organ model B101 shown in FIG. 7, the foamed layer B20 and the first layer B10, May be used as a foam layer, etc.).
  • a method for manufacturing such an organ model B101 is not particularly limited, and can be manufactured based on a known method.
  • a method for producing the hollow organ model B101 the method described in Japanese Patent No. 5759055 is referred to, and as a part of the raw material, a foamed raw material composition (foamed) is used as in the present embodiment. Raw material) may be used.
  • the organ model according to the present embodiment is an organ model having a three-layer structure (an organ model having a first layer A10 to a third layer A30) shown in FIG. Further, in this embodiment, coloring is appropriately performed in order to make each layer easily visible.
  • the first layer was prepared to have a layer thickness of 0.05 to 0.5 mm, the second layer to 0.5 to 5.0 mm, and the third layer to 0.5 to 5.0 mm. .
  • Example 1 PVA and water shown in Table 1 were put into a beaker and heated at 100 ° C. for 4 hours with a mantle heater to obtain a solution. Next, the solution and the polysaccharide were mixed, transferred to a metal container, placed in a freezer at ⁇ 20 ° C., and left for 10 hours to obtain a first layer (third layer) which was a non-foamed layer.
  • the obtained mixed liquid was mechanically foamed using air so that the foaming ratio after solidification was 3 times to obtain a foaming raw material.
  • Fig. 8 shows an appearance photograph of the obtained organ model.
  • Example 2 PVA and water shown in Table 1 were put into a beaker and heated at 100 ° C. for 4 hours with a mantle heater to obtain a solution. Next, the solution and the polysaccharide were mixed, transferred to a metal container, placed in a freezer at ⁇ 20 ° C., and left for 10 hours to obtain a first layer (third layer) which was a non-foamed layer.
  • the obtained mixed liquid was mechanically foamed using air so that the foaming ratio after solidification was 3 times to obtain a foaming raw material.

Abstract

【課題】 特有の質感を有する擬似臓器モデルの提供。 【解決手段】 ハイドロゲルを含む発泡層を有することを特徴とする、臓器、組織又は器官モデル。

Description

臓器、組織又は器官モデル
 本発明は、実態(本物臓器)の質感がリアルに再現された臓器・組織質感モデル(擬似臓器モデル)に関する。
 従来、医療行為のシミュレーションに際しては、動物の臓器や組織及び献体(ヒトの死体)が使用されてきた。しかしながら、当該動物の臓器や組織等は、生きている実際の人間の臓器や組織とは形、大きさ、質感が異なる。加えて、高額な費用や倫理面でもハードルが高い。更に、多忙な医師が空いた時間を利用して手術室以外でシミュレーションを行う場合、動物の臓器等を用いることは衛生上及び室内環境上好ましくない。
 よって、医療行為のシミュレーションに適した擬似臓器モデルが求められている。この際、実態(本物臓器)と同一視できるバーチャルモデル(擬似臓器)であることが重要である。実態(本物臓器)と同一視できるバーチャルモデルを実現できることで、術式の技量向上に寄与できる。
 更に、近年では様々な術式が研究・開発されており、より実態(本物臓器)に近い特性や性質を臓器モデルに付与することが求められる。
 例えば、特許文献1には、軟質材料による成形物が提案されている。
特開2013-015789号公報
 ここで、術式のシミュレーションにおいて擬似(模擬)臓器モデルに必要なのは、色や見た目以上に、実際の臓器が有するような性質・特性を付与することである。
 例えば、術野を遮る又は臓器を取り巻く周辺組織である、腹膜、脂肪層や剥離層などを剥離、切離、切開、切除等した際の再現性(剥離感:例えば、組織が伸びながら引きちぎれていくような感覚や、細胞・組織をかき分けるような感覚)を有することが重要である。
 このような観点において、特許文献1に係る発明は、臓器モデルに求められる、剥離感等の独特の質感や手応えの再現性は十分ではなかった。
 そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、手術、組織診(生検)、細胞診検査、病理解剖といった医療行為におけるシミュレーション(学習、訓練、修練、習熟、演習等)に活用できると共に、医療機器開発にも有効な、特有の質感を付与可能である、擬似臓器モデル(擬似組織モデルあるいは擬似器官モデル)を提供することを課題とする。より具体的には、本発明は、各種術式のシミュレーションにも適用可能な、特有の質感(特に、剥離感)を有する擬似臓器モデル(擬似組織モデルあるいは擬似器官モデル)を提供することを課題とする。
 本発明者らは、鋭意研究を行い、臓器モデルの層構造として、特定構造のゲル層を採用することにより、上記課題を解決可能なことを見出した。即ち、本発明は以下の通りである。
 本発明(1)は、ハイドロゲルを含む発泡層を有することを特徴とする、臓器、組織又は器官モデルである。
 本発明(2)は、前記発泡層の一方の面側に他の層が積層された積層体である、前記発明(1)の臓器、組織又は器官モデルである。
 本発明(3)は、前記発泡層の他方の面側に更に別の層が積層された積層体である、前記発明(2)の臓器、組織又は器官モデルである。
 本発明(4)は、前記発泡層中に多糖類を含む、前記発明(1)~(3)のいずれかの臓器、組織又は器官モデルである。
 本発明(5)は、前記ハイドロゲルが、ポリビニルアルコールゲルである、前記発明(1)~(4)のいずれかの臓器、組織又は器官モデルである。
 本発明(6)は、剥離シミュレーション用である、前記発明(1)~(5)のいずれかの臓器、組織又は器官モデルである。
 本発明(7)は、局注シミュレーション用である、前記発明(1)~(6)のいずれかの臓器、組織又は器官モデルである。
 本発明(8)は、エネルギーデバイス切開・剥離用である、前記発明(1)~(7)のいずれかの臓器、組織又は器官モデルである。
 本発明によれば、医療行為におけるシミュレーションに活用できると共に、医療機器開発にも有効な、特有の質感(特に、剥離感)を含む、多様な性質を有する擬似臓器モデルを提供することが可能となる。
図1は、本実施形態に係る臓器モデルA101の概念図である。 図2は、本実施形態に係る臓器モデルA101の製造方法の概念図である。 図3は、本実施形態に係る臓器モデルA101の製造方法の概念図である。 図4は、本実施形態に係る臓器モデルA101の製造方法の概念図である。 図5は、本実施形態に係る臓器モデルA101の使用方法の一例を示す概念図である。 図6は、変更例に係る臓器モデルB101の概念図である。 図7は、変更例に係る臓器モデルB101の概念図である。 図8は、実施例に係る臓器モデルの写真である。 図9は、実施例及び比較例に係る臓器モデルの評価時の写真である。
 本発明に係る臓器、組織又は器官モデル(以下、単に「臓器モデル」等とする。)は、ハイドロゲルを含む発泡層を有する。臓器モデルにおいて、ハイドロゲルを発泡構造とした層を採用することにより、特有の質感が生まれる(換言すれば、本発明は、臓器モデルを構成する少なくとも一層としてハイドロゲルを含む発泡層を採用することにより、臓器モデルの質感を向上可能とした発明である)。
 以下、本発明に係る臓器モデルの具体的な実施形態に関して、以下の順番で詳述するが、本発明はこれには限定されない。例えば、以下の説明においては、臓器モデルに含まれる発泡層の形状として、板状又は管状(中空又は中実)の場合を詳述しているが、これには限定されず、対象とする臓器、器官及び組織を模した形状に適宜形成すればよい。より具体的には、本発明に係る臓器モデルは、発泡層(発泡構造を有する部位)を有すればよく、その形状は使用目的に合わせて適宜変更可能である(例えば、塊状等としてもよいし、各層において、歪みや凹凸等があってもよい)。また、積層体全体の厚み/長さや、各層の厚み/長さ等も、使用目的に応じて適宜変更すればよい(例えば、シート状や膜状の層であってもよい)。
(1)本実施形態
 (1-1)構造
 (1-2)製造方法
 (1-3)性質
 (1-4)用途
(2)変更例
 (2-1)構造
 (2-2)製造方法
 なお、これらの各実施形態や変更例は、特定のものに対して適用されると限定的に解すべきでなく、どのような組み合わせであってもよい。例えば、ある実施形態についての変更例は、別の実施形態の変更例であると理解すべきであり、また、ある実施形態と別の実施形態(又は、ある変更例と別の変更例)が独立して記載されていたとしても、これらを組み合わせたものも記載されていると理解すべきである。
≪本実施形態≫
 本実施形態に係る臓器モデル(以下、臓器モデルA101とする。)は、発泡層を板状とした場合のモデルである。以下、臓器モデルA101の構造、製造方法、性質及び用途に関して説明する。
<構造>
 臓器モデルA101は、複数の層が積層された積層体からなる臓器モデルである。
 より具体的には、臓器モデルA101は、図1(1)に示されるように、発泡層である第2層A20(以下、発泡層A20等とする。)と、その一方の面に設けられた層である第3層A30と、その他方の面に設けられた層である第1層A10と、を有する積層構造である。以下、臓器モデルA101の構造として、このような3層構造の場合を例として説明するが、これには限定されず、使用目的により適宜層構造を変更可能である。例えば、臓器モデルA101は、発泡層A20のみからなる1層構造であってもよいし、図1(2)に示されるように、発泡層A20と、その一方の面に設けられた第1層A10のみを有する2層構造であってもよい(ここで、図1(2)においては、第1層A10を表層側の層としているが、発泡層A20を表層側に配置してもよい)。また、臓器モデルA101は、4層構造以上からなる積層構造であってもよい。例えば、図1(3)に示されるように、第1層A10と、発泡層A20と、第3層A30と、第4層A40とを有する構造等である(このように、腫瘍に見立てた異物を有していてもよい)。また、臓器モデルA101は、複数の発泡層A20が積層されていてもよく、その積層の順番も適宜変更可能である(例えば、非発泡層/発泡層/非発泡層/発泡層/非発泡層等のように発泡層と非発泡層とを交互に積層するよう構成してもよいし、発泡層/発泡層/非発泡層等のように発泡層が連続して積層されるよう構成してもよいし、発泡層/発泡層/発泡層等のように、発泡層のみからなるよう構成してもよい)。
(発泡層)
 本形態に係る臓器モデルA101の発泡層A20は、ハイドロゲルを含む発泡層であり、より詳細には、ハイドロゲルを含む材料を発泡して得られた発泡構造を有する層である。
・発泡構造
 本形態に係る発泡層A20の具体的な発泡構造としては、連続気泡構造であっても、独立気泡構造であってもよく、それぞれを含むものであってもよい。
 なお、発泡層A20の発泡倍率も特に限定されず、使用目的に合わせて適宜変更可能であるが、例えば、1.1~10.0倍とすることが好適であり、1.5~5.0倍とすることがより好適である。なお、ここで示す発泡倍率とは、原料(発泡前)の密度/発泡層(発泡後)のかさ密度、で示される数値である。
 また、発泡層A20は、術式において使用される箇所(例えば、切開対象となる箇所)が発泡構造となっていればよく、一部分が発泡されておりその他の部分が発泡されていないような構造(発泡部と非発泡部とが層内で連続的に存在している構造)であってもよい。
・材質
 発泡層A20に用いられるハイドロゲルの材質としては、特に限定されないが、例えば、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリアクリルアミドなどの高分子ゲル材料、あるいはセルロース、デンプン、コラーゲンなどの天然ゲル材料を用いることが可能である(複数種のハイドロゲルを含んでいてもよい)。なお、これらのゲルはその少なくとも一部が変性されたものであってもよい(例えば、ポリビニルアルコールは、変性ポリビニルアルコール(アニオン変性ポリビニルアルコール、カチオン変性ポリビニルアルコール、ノニオン変性ポリビニルアルコール)であってもよい)。本発明の課題においては、特に、ハイドロゲルをポリビニルアルコール(ポリビニルアルコールゲル)とする(又は、ハイドロゲルの主成分としてポリビニルアルコールを含む)ことが好ましい。
 ハイドロゲルとしてポリビニルアルコールを含む場合、ポリビニルアルコールの平均重合度は限定されないが、好適には500~3000、より好適には1000~2000、更に好適には1500~2000である。また、ポリビニルアルコールのけん化度は限定されないが、好適には90モル%以上、より好適には95モル%以上である。尚、当該平均重合度は、例えば、重合度の異なる複数種のポリビニルアルコールをブレンドした場合においては、これら複数種のポリビニルアルコールの平均重合度を指す(平均重合度及びけん化度は、1種又は複数種のポリビニルアルコールを試料として、JIS K 6726に準拠して測定された数値等とすればよい)。
 なお、ハイドロゲルの架橋形態としては、非架橋のハイドロゲルであってもよいが、架橋されたもの{物理架橋されたもの(物理ゲル)や、化学架橋されたもの(化学ゲル)}であることが好適である。なお、具体的な架橋方法も限定されず、架橋剤の選択を含め、公知の方法を用いればよい(例えば、ハイドロゲルとしてポリビニルアルコールを含む場合に使用可能な架橋剤としては、特に限定されないが、ポリビニルアルコール中の水酸基と反応し得る剤等(例えばホウ酸等)が挙げられる)。
 ハイドロゲルの含水率(発泡層A20中の含水率)は特に限定されないが、例えば発泡層全体を基準とした際に、50質量%以上であることが好適であり、70質量%以上であることがより好適である。このような含水量とすることにより、よりリアルな質感とすることが可能となる。
 また、発泡層A20は、その使用目的に応じて、適宜その他の添加剤が含まれていてもよい。例えば、ハイドロゲル材料には、使用目的に応じて、着色剤(例えば、人体の組織や血液を模した着色を施す剤)を添加してもよい。着色剤で着色することによって、臓器モデルを人体の臓器に近い色にする(又は、目視で各層を区分可能とする)ことができる。また、その他の公知の添加剤(例えば、酸化防止剤や増粘剤等)を添加してもよい。
 さらに、発泡層A20は、フィラーや繊維(例えば、綿、麻、毛)等の固形充填剤を含んでいてもよい。
 ここで、発泡層A20は、多糖類が含まれることが好適である(1種であってもよいし複数種であってもよい)。多糖類を配合することによって、より臓器モデルの質感を向上させることが可能となる。このような多糖類としては、特に限定されず、公知のものを適宜使用可能であるが、アガロース、アミロース、アミロペクチン、アラビナン、アルギン酸、イヌリン、カラギーナン、ガラクタン、ガラクトマンナン、カルボキシメチルセルロース、寒天、キサンタンガム、キシラン、キチン、キトサングルコマンナン、コンドロイチン硫酸、ジェランガム、セルロース、デキストリン、ヒアルロン酸、フコイダン、プルラン、ペクチン酸、ヘパリン、マンナン及びこれらの塩や誘導体等を例示できる。
 このような添加剤(例えば、多糖類)の配合量は特に限定されず、発明の効果を阻害しない範囲内で適宜設定すればよい。例えば、発泡層A20に多糖類を配合する場合には、層全体の質量(原料全体の質量)を基準として、0.1~50.0質量%等とすればよい。
(その他の層)
 臓器モデルA101は、発泡層A20の一方の面側及び他方の面側に、其々その他の層を有する(ここでは、表層側(上側)を第1層A10とし、深層側(下側)を第3層A30としている)。
 このように、臓器モデルA101は、適宜積層構造とすることで、対象とする臓器(組織や器官を含む。)の層構造に対応させることが可能となり、より臓器モデルのリアルな質感を再現可能となる。例えば、臓器モデルA101を3層構造とすることで、3つの層を有する臓器(例えば、粘膜層、粘膜下層及び筋層を有する胃のモデル)をよりリアルに再現することが出来る。
 また、臓器モデルA101を局注用(局注シミュレーション用)とする場合においては、第2層A20と隣接する層として第3層A30を有することで、局注時等に液体を保持し易くなる。
 このような層(その他の層)は、発泡層A20と同種の材料からなる層であってもよいし、異種の材料からなる層であってもよい。更には、その他の層は、ハイドロゲル材料からなる層であってもよいし、ハイドロゲル材料以外の軟質材料からなる層や、硬質材料を含む層(又は、硬質材料からなる層)であってもよい。
<製造方法>
 臓器モデルA101の製造方法としてはこれには限定されず、適宜の方法により製造されればよい。例えば、ハイドロゲル材料からなる、第1層A10、第2層A20(発泡層A20)及び第3層A30を有する臓器モデルA101は、以下の手順などによって製造可能である。なお、第1層A10及び第3層A30は、発泡工程を有しない以外は、発泡層A20の製造方法に従って製造可能であるため、説明を省略する。
・発泡層A20
 発泡層A20の製造方法としては、発泡工程を有する以外は公知の製造方法に従って製造されればよい。具体的には、以下を例示出来る。また、具体的な原料に関しては前述の通りであるので、説明を省略する。
 先ず、ハイドロゲル材料を構成する材料を配合し、加熱しながら攪拌溶解して混合液を得る(加熱条件は限定されないが、例えば、好適には60~100℃にて1時間以上、より好適には3時間以上等である)。合わせて、混合液に適宜原料(添加剤等)を混合・撹拌して、原料組成物を調製する(原料調製工程)。なお、混合液の調製と、原料組成物の調製と、は同時に行われてもよい。次いで、原料組成物を発泡させ、発泡原料A2とする(発泡工程)。次に、発泡され気泡を含んだ状態の発泡原料A2をバット101等に注ぎ入れ(図2(1))、静置・硬化させ(硬化工程)、発泡層A20を得る(図2(2))。
 各種添加剤を用いる場合には、どのタイミングで添加を行ってもよいが、発泡工程前に添加することが好ましい。
 なお、発泡状態を保持した状態で、より迅速に硬化を行うことが可能という点では、架橋剤を用いた硬化(架橋)を行うことが好適である。架橋剤を用いる場合も、発泡工程前又は発泡工程後のいずれのタイミングで添加を行ってもよい(発泡工程後に添加剤を混合することが困難である場合には、発泡工程前の原料組成物に添加剤を混合すればよい)。
 また、架橋剤を用いない場合、硬化工程としては、発泡原料A2を冷凍及び解凍(例えば、発泡原料A2を-5℃以下で0.5時間以上冷凍)することで、ハイドロゲルを物理架橋させるような工程等が例示可能である。なお、化学架橋を行う工程と、物理架橋を行う工程と、を併せて行ってもよい。
 具体的な発泡方法としては、化学発泡、物理発泡、機械発泡を含む公知の方法を適宜用いればよい。また、発泡の具体的な条件(例えば、機械発泡の場合、撹拌速度や用いるエア等)も特に限定されず、本発明の効果を阻害しない範囲内で適宜設定可能である。
 ここで、原料組成物(又は発泡原料A2)は、添加剤として多糖類を含むことが好適である。この場合、多糖類が増粘剤として機能し、硬化工程において発泡状態を保持することが容易となる。
・積層
 次に、図3(1)~(3)に示されるように、第1層A10、発泡層A20、第3層A30を、接着剤A51(接着剤A52)等を用いて(接着層を介して)、適宜積層・固着する。
 このような接着剤(接着層)は特に限定されず、本発明の効果を阻害しない範囲内で適宜選択すればよい。例えば、第1層A10(第3層A30)がハイドロゲルを含む層である場合には、接着剤としては、ハイドロゲルからなる材料を用いてもよい。
 また、未固化状態の層(ハイドロゲルを含む層)に、直接(接着剤等を介さず)別の層を積層・固化させることで、各層同士を接着させるような方法であってもよい。
 また、第1層及び第3層等として、ハイドロゲル含有層以外の層を用いて臓器モデルとする場合等においても、このように、適宜の方法により各層同士を接着させる方法によって製造可能である。
 なお、臓器モデルA101の製造方法としては、この他にも、例えば、図4に示されるように、バット101に、第3層原料液A3を注ぎ入れ、硬化し、第3層A30とし(図4(1))、次に、第3層A30の上から、発泡原料A2を注ぎ入れ、硬化し、第2層A20(発泡層A20)とし(図4(2))、最後に、発泡層A20の上から、第1層原料A1を注ぎ入れ、硬化し、第1層A10を形成する(図4(3))、等の方法であってもよい。このような方法であれば、各層(第1層A10、発泡層A20、第3層A30)を、接着層(接着剤A51、接着剤A52)を介さずに、適宜積層・固着することも可能である。
 同様に、厚みの薄い層(例えば、シート状や膜状の層等)を積層する場合等には、ある層の上に、更に別の層の原料組成物(又は、発泡原料)を塗布(コート)し固着させる、等の方法であってもよい。
 なお、各層の固着方法としては、その他にも、物理的に固着する方法(例えば、その少なくとも一部を縫合することで固着したり、各層に凹凸面を設け、それらの凹凸を嵌合することで固着するような方法)等であってもよく、使用目的に合わせて適宜変更可能である。
<性質>
 臓器モデルA101は、発泡層A20を採用することによって、当該発泡層を切開・剥離(手術用メス、手術用ナイフ、エネルギーデバイス(例えば、電気メス)を用いて切開・剥離)する際に、気泡部分が適度な感触の変化を与え、層内における特有の剥離感が生まれる。
 また、臓器モデルA101を積層構造とした場合には、層の引き剥がし(例えば、発泡層A20と第1層A10との引き剥がし、発泡層A20と第3層A30との引き剥がし、又は、第1層A10と第3層A30との引き剥がし(発泡層A20層内部での破断))を行う際等にも、発泡部分が引きちぎれるように破断されるため、より実態(本物臓器)の引き剥がしに近い性質を発揮することも可能となる。
 ここで、既存の臓器モデル(ハイドロゲルを用いた臓器モデル)においては、エネルギーデバイス(例えば、電気メス)を用いて切開等を行う場合、ハイドロゲルの固形分がデバイス先端(メス先端)に接触する際に焦げ付きが生じることがある。本発明においては、発泡構造を採用することにより、発泡層A20の質量に基づく固形成分率(質量%)を維持しつつも、発泡層A20の体積に基づく固形成分率(体積%)を減少させることが可能となる(層中の固形成分率(質量%)を従来通りのものとしつつも、層の単位体積あたりの固形成分量(かさ密度)を低減させることが可能となる)。その結果、層の質感を損なうことなく、エネルギーデバイスを用いる際の焦げ付きの問題を改善することも可能となる。
 更に、既存の臓器モデル(特に、物理架橋されたハイドロゲルを用いた臓器モデル)においては、エネルギーデバイス(例えば、電気メス)を用いて切開等を行う場合、ハイドロゲルが溶けつつ切開される際に水分が過剰に溶出してくることがある。特に、層を着色した場合においては、溶出する水分が切開部周辺に留まり、術野を確保できない場合があった。
 しかしながら、本発明においては、発泡層A20において発泡構造を採用しているため、発泡層A20の質量に基づく含水率(質量%)を維持する又は高めた場合でも、発泡層A20の体積に基づく含水率(体積%)を減少させることが可能となる(層中の含水率(質量%)を従来通りのものとすることで質感を保持しつつも、層の単位体積あたりに含まれる水分量(かさ密度)を低減させることが可能となる)。その結果、層の質感を損なうことなく、エネルギーデバイスにおける切開時の水分の溶出を適度なものに低減させることも可能となる(特定の質感を得るために、層の質量に対する含水率を高めざるを得ない場合においても、水分の不要な溶出を抑えることも可能となる)。
 更に、発泡層A20は、局注(局所注射:注射等による液体(薬剤等)の注入)を行った際、実態(本物臓器)に見られるような、層が適度に膨らむ性質を有する。これは、詳細な原理は不明であるが、発泡層A20に液体を注入した際に、気泡部分に液が入り込む/気泡部分が潰されながら変形する等の特異な変形が生じる、発泡層とすることで密度が相対的に低くなり変形し易くなる等、気泡構造に起因して発揮される性質であると推測される。
<用途>
 本発明に係る臓器モデルによれば、前述の通り、多様な性質を有するため、一つの臓器モデルだけでも対象とする術式や部位を問わず様々なシミュレーション用として使用可能であり、例えば、剥離シミュレーション用として好適に使用可能である(なお、ここで示す「剥離」とは、具体的には、各種組織(例えば、腹膜、脂肪層、剥離層、癒着等の臓器周辺組織)を、剥離、切離、切開、切除等する行為である)。特には、前述した性質を有するため、手術用エネルギーデバイス(例えば、電気メス、超音波メス、高周波ラジオ波メス等)を用いた切開・剥離のシミュレーション用、及び、局注シミュレーション用として、好適に使用可能である。より具体的な本発明に係る臓器モデルの使用方法としては、例えば、胆嚢摘出や前立腺神経温存手術、経口内視鏡的筋切開術(POEM)、内視鏡的全層切除(EFTR)、郭清(例えば、リンパ節郭清)等の種々の術式のシミュレーション用等が挙げられる。また、本発明に係る臓器モデルでは、食道や胃や大腸といった部位の手術において近年行われる、内視鏡的粘膜下層剥離術(ESD:Endoscopic Submucosal Dissection)のシミュレーション用としても好適に使用可能である。
 ここで、臓器モデルA101の具体的な使用方法の一例として、臓器モデルA101を、ESDのシミュレーション用とした場合について、図5を用いて説明する。なお、ここでは、臓器モデルA101の構造が、図1(3)に示す構造(即ち、第1層A10、発泡層A20、第3層A30及び第4層A40を有する4層構造)である、胃モデルを例として説明する(この場合、臓器モデルA101と胃との各層の対応関係としては、第1層A10が粘膜層に対応し、発泡層A20が粘膜下層に対応し、第3層A30が固有筋層に対応し、第4層A40が腫瘍に対応する)。
 先ず、図5(1)に示されるように、腫瘍(第4層A40)を切除する範囲を明確にするために、粘膜層(第1層A10)にマーキングを行う。次に、図5(2)に示されるように、粘膜下層(発泡層A20)に薬剤を注入し、粘膜層(第1層A10)ごと、腫瘍(第4層A40)を浮き上がらせる。次に、図5(3)に示されるように、マーキングを行った箇所を取り囲むように、電気メス等により粘膜層(第1層A10)を切開する。次に、図5(4)に示されるように、電気メス等により粘膜下層(発泡層A20)ごと腫瘍(第4層A40)を切除する。
 ESDは、高率に病変を一括切除できることから、高い根治が期待できる、これまでの内視鏡的粘膜切開術(EMR:Endoscopic Mucosal Resection)に代わる術式である。しかし、EMRに比べ非常に高度な技術を必要とする。本発明に係る臓器モデルは、より実態(本物臓器)に近い質感や手応えを有するため、このような、複雑且つ繊細な作業が求められる高度な技術の習得に対しても高い効果を奏するのである。
 なお、本形態に係る臓器モデルA101は、その積層構造を変更することで、あらゆる臓器に対応可能であり、肺、心臓、胸壁、腹壁、横隔膜、胆嚢、胃(内壁部)、肝臓、腎臓、膀胱(内壁部)、又は皮膚等の臓器モデルとして使用できる。また、臓器モデルA101を、ある臓器における特定の組織(例えば、胃の粘膜下層等)を模すようなモデルとして使用することも可能である。
 また、臓器モデルA101の形状を適宜変更することで、例えば、血管、食道、胃(中空)、小腸、大腸、胆管、膵管、膀胱(中空)、尿管、尿道、膣、肛門又は門脈等のような管状の臓器モデルとすることも可能となる。
 次に、臓器モデルA101(発泡層A10)の形状を管状に変更した臓器モデルについて説明する。
≪変更例≫
 変更例に係る臓器モデル(以下、臓器モデルB101とする。)は、発泡層を管状(中空状)とした場合のモデルである。以下、臓器モデルB101の構造、製造方法等に関して、本実施形態との相違点のみ説明する。例えば、材質及び用途等に関しては、前述の通りであるため、説明を省略する。
<構造>
 臓器モデルB101は、複数の層が管状に積層された(積層方向の断面で見たときに、管状となる)積層体からなる中空の臓器モデルである。なお、管の断面形状としては特に限定されず、任意の直線及び/又は曲線で構成される閉曲面であればよく、円状、楕円状、多角形状等を含め、使用目的に合わせて適宜変更可能である。
 より具体的には、臓器モデルB101は、図6(1)及び図6(2)に示されるように、管状の構造を有する発泡層である第2層B20(以下、発泡層B20等とする。)と、その一方の面側(中心側)に設けられた層である第3層B30と、その他方の面(周辺側)に設けられた層である第1層B10と、を有する積層構造である。なお、臓器モデルB101の層構造も、臓器モデルA101と同様、使用目的に合わせて適宜の構造とすればよい。
 また、臓器モデルB101として、中空の筒状である臓器モデルを示しているが、使用目的に合わせて適宜変更可能であり、臓器モデルB101は、中実の発泡層を有する構造であってもよい。例えば、図7(1)及び図7(2)に示すように、第1層B10と、細長い中実の管状(枝状)に形成され、その少なくとも一部が第1層に埋め込まれた又は固着された発泡層B20と、を有する構造であってもよい(このような構造とする場合、血管モデル等としての使用に適している)。なお、このような臓器モデルB101においても、管状(中実)の構造を有する発泡層である第2層B20と、その一方の面(周辺側)に設けられた層である第1層B10と、を有する積層構造と見なすことも可能である。
 本発明は、臓器モデルにおいて、ハイドロゲルを含む発泡層を有していればよいため、このような変更例においても、本実施形態の記載を参照し、使用目的に合わせて層構造(例えば、層の積層数や、各層を発泡層とするか又は非発泡層とするか等)を適宜変更可能である(例えば、図7に示す臓器モデルB101において、発泡層B20と第1層B10と、を共に発泡層とする、等としてもよい)。
<製造方法>
 このような臓器モデルB101の製造方法としては特に限定されず、公知の方法に基づき製造可能である。例えば、中空状の臓器モデルB101の製造方法としては、特許第5759055号等に記載された方法等を参照し、その原料の一部として、本実施形態と同様に発泡させた原料組成物(発泡原料)を用いる、等とすればよい。
 次に、本発明を実施例及び比較例により更に具体的に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。
≪臓器モデル≫
 本実施例に係る臓器モデルは、図1(1)に示す3層構造の臓器モデル(第1層A10~第3層A30を有する臓器モデル)である。また、本実施例では、各層を視認し易くするために適宜着色を行っている。なお、本実施例では、第1層が0.05~0.5mm、第2層が0.5~5.0mm、第3層が0.5~5.0mmの層厚となるよう調製した。
<実施例1>
 表1に示すPVA及び水をビーカーに入れ、マントルヒーターにて100℃にて4時間加熱を行い、溶解液を得た。次に、溶解液と多糖類を混合し、金属製容器に移し、庫内-20℃の冷凍庫に入れ、10時間放置し、非発泡層である第1層(第3層)を得た。
 次に、表2に示すPVA及び水をビーカーに入れ、マントルヒーターにて100℃にて4時間加熱を行い、溶解液を得た。次に、溶解液と多糖類及び架橋剤を混合し、混合液を得た。
 次に、得られた混合液を、固化後の発泡倍率が3倍となるように空気を用いて機械発泡させ、発泡原料を得た。
 次に、金属製容器に第3層を敷き、その上に発泡原料を均一に広げ、その後発泡原料を第1層で覆い、常温にて10時間放置し、発泡原料を固化させ、発泡層である第2層を有する実施例1に係るモデルを得た。
 得られた臓器モデルの外観写真を、図8に示す。
<実施例2>
 表1に示すPVA及び水をビーカーに入れ、マントルヒーターにて100℃にて4時間加熱を行い、溶解液を得た。次に、溶解液と多糖類を混合し、金属製容器に移し、庫内-20℃の冷凍庫に入れ、10時間放置し、非発泡層である第1層(第3層)を得た。
 次に、表1に示すPVA及び水をビーカーに入れ、マントルヒーターにて100℃にて4時間加熱を行い、溶解液を得た。次に、溶解液と多糖類を混合し、混合液を得た。
 次に、得られた混合液を、固化後の発泡倍率が3倍となるように空気を用いて機械発泡させ、発泡原料を得た。
 次に、金属製容器に第3層を敷き、その上に発泡原料を均一に広げ、その後発泡原料を第1層で覆い、庫内-20℃の冷凍庫に入れ、10時間放置し、発泡原料を固化させ、発泡層である第2層を有する実施例2に係るモデルを得た。
<比較例>
 第2層を発泡層としなかった(混合液の発泡を行わなかった)以外は、実施例2と同様にして、比較例に係る臓器モデルを得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
≪評価≫
 次いで、実施例及び比較例に係る臓器モデルの評価を行った。各評価の結果を表3に、各評価における写真を図9(1)~(3)に示す。
<質感評価>
 各臓器モデルの質感の評価として、剥離感・外観評価及び局注評価を行った。
(剥離感・外観評価)
 層の剥離を行い、剥離感(組織が伸びながら引きちぎれていくような感覚や様子)の再現性を評価した。剥離感が十分に再現されている場合を○、剥離感が十分に再現されていない又は剥離感が全く得られない場合を×とした。
(局注評価)
 各臓器モデルの第2層への局注(生理食塩水、4ml)を行い、局注時の膨らみの再現性を評価した。膨らみが再現されている場合を○、膨らみが再現されていない又は全く膨らみが生じない場合を×とした。
<電気メス特性>
 次に、エネルギーデバイスとして電気メス((有)オサダメディカル製、エレクトロサージェリー ES-2)を用いた際の各臓器モデルの特性評価として、焦げ付き評価及び水分溶出評価を行った。なお、本評価においては、各実施例及び比較例の製造方法に準じて製造された塊状の層(発泡層及び非発泡層)を別に用意し、評価を行った。
(焦げ付き評価)
 各層(発泡層及び非発泡層)に電気メス(条件:モノポーラ、切開モード、30W)を押し当てた際の、焦げ付きの発生度合いを目視で評価した。焦げ付きが発生しない場合又は焦げ付きが少ししか発生しない場合を○、焦げ付きが多く発生する場合を×、とした。
(水分溶出評価)
 各層(発泡層及び非発泡層)に電気メス(条件:モノポーラ、切開モード、30W)を押し当てた際の、水分の溶出度合いを目視で評価した。過剰な水分の溶出が確認できない場合を○、過剰な水分の溶出が確認された場合を×、とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
A101、B101 臓器モデル
A10、B10 第1層
A20、B20 第2層(発泡層)
A30、B30 第3層
A40 第4層
A51、A52 接着剤

Claims (9)

  1.  ハイドロゲルを含む発泡層を有することを特徴とする、臓器、組織又は器官モデル。
  2.  前記発泡層の一方の面側に他の層が積層された積層体である、請求項1に記載の臓器、組織又は器官モデル。
  3.  前記発泡層の他方の面側に更に別の層が積層された積層体である、請求項2に記載の臓器、組織又は器官モデル。
  4.  前記発泡層中に多糖類を含む、請求項1~3のいずれかに記載の臓器、組織又は器官モデル。
  5.  前記ハイドロゲルが、ポリビニルアルコールゲルである、請求項1~4のいずれかに記載の臓器、組織又は器官モデル。
  6.  前記発泡層が、連続気泡構造である、請求項1~5のいずれかに記載の臓器、組織又は器官モデル。
  7.  剥離シミュレーション用である、請求項1~6のいずれかに記載の臓器、組織又は器官モデル。
  8.  局注シミュレーション用である、請求項1~7のいずれかに記載の臓器、組織又は器官モデル。
  9.  エネルギーデバイス切開・剥離用である、請求項1~8のいずれかに記載の臓器、組織又は器官モデル。
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