模擬臟器的制作方法

本發明涉及模擬臟器。

背景技術：

已知在框體內設置有模擬血管并在模擬血管的周圍填充配置有模擬肌肉層的模型。該模型作為注射的練習用而被使用。

【在先技術文獻】

【專利文獻】

專利文獻1：日本實開平6-4768號公報

上述的模型未被考慮作為模擬了包圍多個模擬血管的實質組織的模擬實質(模擬肌肉層)的切除練習而使用或在切除工具的評價中使用。因此，在上述在先技術文獻中，關于機械性質，并沒有揭示模擬實質和包圍模擬實質的部件的關系。本發明鑒于上述在先技術，將恰當地設定模擬實質和包圍模擬實質的部件的機械性質作為解決課題。

技術實現要素：

本發明用于解決上述課題，可以作為以下方式來實現。

根據本發明的一個方式，提供了模擬臟器，其具備：模擬實質，模擬了生物體的實質組織；容納部件，包圍所述模擬實質，與所述模擬實質相比，斷裂強度更大；以及殼體，包圍所述容納部件，與所述容納部件相比，斷裂強度更大。根據該方式，模擬實質收容于容納部件，從而可以避免與殼體接觸。容納部件與殼體相比，斷裂強度低，具有接近模擬實質的機械性質，因此，在切除模擬實質的外緣時，可以緩和切除者感覺到的不協調感。

在上述方式中，所述容納部件的斷裂強度可以是所述模擬實質的斷裂強度的2倍以上。具體而言，本方式可以如上述方式實現。

在上述方式中，所述容納部件的斷裂強度可以是所述模擬實質的斷裂強度的5倍以上。具體而言，本方式可以如上述方式實現。

在上述方式中，所述容納部件的彈性模量可以是與所述模擬實質的彈性模量相等的值以上且是所述模擬實質的彈性模量的10倍以下。根據該方式，容納部件的彈性模量被控制在模擬實質的彈性模量的10倍以下，因此，在切除模擬實質的外緣時，可以緩和切除者感覺到的不協調感。

在上述方式中，所述容納部件的彈性模量可以是所述模擬實質的彈性模量的5倍以下。根據該方式，可以進一步緩和上述不協調感。

本發明可以通過上述之外的各種方式實現。例如，可以通過模擬臟器的制作方法等的方式來實現。

附圖說明

圖1概略地示出液體噴射裝置的構成。

圖2是模擬器官的俯視圖。

圖3是圖2的剖視圖。

圖4是示出模擬器官的制作順序的流程圖。

圖5是示出將第一容納部件插入了第一部件的凹陷的樣子的俯視圖。

圖6是圖5的剖視圖。

圖7是示出配置了模擬血管的樣子的俯視圖。

圖8是圖7的剖視圖。

圖9是示出將第二容納部件插入了第二部件的凹陷的狀態的俯視圖。

圖10是圖9的剖視圖。

圖11是示出形成了模擬實質的樣子的俯視圖。

圖12是圖11的剖視圖。

圖13是示出測試區域的俯視圖。

圖14是用于說明按入試驗的立體圖。

圖15是示出基于按入試驗所獲得的實驗數據的圖表。

圖16示出切除部位。

圖17是圖16的剖視圖。

圖18是示出作為變形例1的模擬器官的俯視圖。

圖19是圖18的剖視圖。

圖20是示出作為變形例2的模擬器官的俯視圖。

圖21是圖20的剖視圖。

圖22是用于說明模擬實質的形成的圖。

圖23是圖22的剖視圖。

符號說明

20液體噴射裝置、30控制部、31致動器用電纜、32泵用電纜、35腳踏開關、40吸引裝置、41吸引管、50液體供給裝置、51供水袋、52穿刺針、53a第一連接器、53b第二連接器、53c第三連接器、53d第四連接器、53e第五連接器、54a第一供水管、54b第二供水管、54c第三供水管、54d第四供水管、55泵管、56閉塞檢測機構、57過濾器、60管泵、100手持件、200噴嘴單元、205噴射管、300致動器單元、400吸引管、600模擬臟器、600a模擬臟器、600b模擬臟器、610模擬實質、610a模擬實質、610b模擬實質、611b切除用模擬物質、615a測試用模擬實質、615b測試用模擬物質、620容納部件、620a容納部件、621第一容納部件、622第二容納部件、630模擬血管、631第一模擬血管、632第二模擬血管、633第三模擬血管、640殼體、640a殼體、640b殼體、641第一部件、642第二部件、645凹部、649模具、800銷、810銷尖。

具體實施方式

圖1示意性地示出液體噴射裝置20的結構。液體噴射裝置20是在醫療機構利用的醫療設備，其是具有對患部噴射液體而切除患部的功能的切除工具。

液體噴射裝置20具備控制部30、致動器用電纜31、泵用電纜32、腳踏開關35、吸引裝置40、吸引管41、液體供給裝置50和手持件100。

液體供給裝置50具備供水袋51、穿刺針52、第一～第五連接器53a～53e、第一～第四供水管54a～54d、泵管55、閉塞檢測機構56和過濾器57。手持件100具備噴嘴單元200和致動器單元300。噴嘴單元200具備噴射管205和吸引管400。

供水袋51是透明的合成樹脂制的，內部填充有液體(具體地是生理食鹽水)。并且，在本申請中，即使被填充水以外的液體，也稱為供水袋51。穿刺針52經由第一連接器53a使根部連接于第一供水管54a。穿刺針52的前端刺入供水袋51時，填充于供水袋51的液體成為能夠供給到第一供水管54a的狀態。

第一供水管54a經由第二連接器53b連接于泵管55。泵管55經由第三連接器53c連接于第二供水管54b。管泵60夾入泵管55。管泵60將泵管55內的液體從第一供水管54a側送出到第二供水管54b側。

閉塞檢測機構56通過測定第二供水管54b內的壓力來檢測第一～第四供水管54a～54d內的閉塞。

第二供水管54b經由第四連接器53d連接于第三供水管54c。過濾器57連接于第三供水管54c。過濾器57捕集液體中所包含的異物。

第三供水管54c經由第五連接器53e連接于第四供水管54d。第四供水管54d連接于噴嘴單元200。通過第四供水管54d供給的液體由致動器單元300的驅動而從噴射管205的前端間歇性地被噴射。這樣，液體被間歇性地噴射，從而能夠以較少的流量確保切除能力。

噴射管205以及吸引管400構成將噴射管205作為內管、將吸引管400作為外管的二重管。吸引管41連接于噴嘴單元200。吸引裝置40通過吸引管41對吸引管400內進行吸引。由于該吸引，使吸引管400的前端附近的液體、切除片等被吸引。

控制部30控制管泵60和致動器單元300。具體而言，控制部30在腳踏開關35被踩住的期間，經由致動器用電纜31和泵用電纜32發送驅動信號。經由致動器用電纜31被發送的驅動信號驅動包含于致動器單元300的壓電元件(未圖示)。經由泵用電纜32被發送的驅動信號使管泵60驅動。因此，使用者在踩住腳踏開關35的期間液體被間歇性地噴射，使用者未踩住腳踏開關35的期間液體的噴射停止。

以下，說明模擬臟器。模擬臟器也被稱為假體(phantom)，在本實施方式中是由液體噴射裝置20將一部分切除的人工物。本實施方式中的模 擬臟器使用在以液體噴射裝置20的性能評價、液體噴射裝置20的操作練習等為目的的模擬手術。

圖2是模擬臟器600的俯視圖。圖3是圖2所示出的3-3剖視圖。模擬臟器600具備模擬實質610、容納部件620、第一模擬血管631、第二模擬血管632、第三模擬血管633和殼體640。將第一模擬血管631、第二模擬血管632和第三模擬血管633統一稱呼的情況下，叫模擬血管630。

殼體640具備第一部件641和第二部件642。在第一部件641上固定有第二部件642，從而構成殼體640。殼體640這樣由兩個部件構成，是為了使模擬臟器600的制作容易(詳細下文介紹)。

第一部件641以及第二部件642為了支承容納部件620和模擬血管630而具有充分的剛性。第一部件641以及第二部件642為了具有上述充分的剛性而由比容納部件620的彈性模量和斷裂強度充分高的材質形成。

本實施方式中的殼體640由透明的合成樹脂制作。殼體640是透明的，從而從殼體640的側面能夠視覺確認容納部件620。

容納部件620配置于形成在殼體640的中央部的圓柱狀的凹陷的內部。容納部件620由第一容納部件621和第二容納部件622層疊而形成。容納部件620以能夠保持模擬實質610的方式而內部凹陷，具有僅在單側有底的圓筒那樣的形狀。容納部件620由比殼體640柔軟并比模擬實質610堅硬的材質形成。本實施方式中的容納部件620與模擬實質610相比，由斷裂強度為五倍且彈性模量也為五倍的材質形成。

模擬實質610是模擬了腦實質的人工的生物體模擬組織。模擬實質610配置于形成在容納部件620的中央部的圓柱狀的凹陷的內部。模擬實質610是成為液體噴射裝置20的切除對象的部位。

模擬血管630是模擬了腦血管的人工組織。由殼體640保持，并埋設于模擬實質610。第一模擬血管631、第二模擬血管632以及第三模擬血管633被配置為三根基本水平。

第一模擬血管631和第二模擬血管632被相互平行地配置，因此不具有相互的交點。第一模擬血管631和第二模擬血管632的距離以能夠將吸引管400插入其間的方式被設置為比吸引管400的直徑大。只是，如果第 一模擬血管631和第二模擬血管632的距離過大，則變得無法切除與三根模擬血管630分別鄰近的模擬實質610，因此上述的距離被設定為從與吸引管400的直徑相同程度到數倍程度。

第一模擬血管631以及第二模擬血管632的各自以具有相對于第三模擬血管633的交點的方式被配置。在此所說的交點是指將模擬血管630投影在面S(圖3)的情況下，第一模擬血管631以及第二模擬血管632分別相對于第三模擬血管633相交的部位。面S是與殼體640的上端接觸的面。如圖3所示，模擬實質610從殼體640露出的面與面S接觸。

如圖2所示，第一模擬血管631和第三模擬血管633的交點以及第二模擬血管632和第三模擬血管633的交點投影在面S的情況下，均位于規定區域H內。規定區域H是模擬實質610的露出面的區域，同時也是根據殼體640的形狀決定的區域。

規定區域H是位于三根模擬血管630之中至少兩根的周邊部位的上部的區域。周邊部位是指位于模擬血管630的周圍并可能成為模擬手術中的摘除的對象的部位。因此，切除周邊部位的情況下或者在規定區域H中實施模擬實質610的機械性特性的測定的情況下，可能發生模擬血管630的損壞等。

第一模擬血管631以及第二模擬血管632分別在交點處比第三模擬血管633靠下延伸。第一模擬血管631以及第二模擬血管632分別在交點處與第三模擬血管633接觸(參照圖7、圖8)。

第一模擬血管631以及第二模擬血管632以分別與第三模擬血管633成的角度為45度的方式被配置。該角度是為了使兩個交點接近而設定的值，另外，是為了再現血管的分支而設定的值。

圖4是示出模擬臟器600的制作順序的流程圖。首先，制作第一容納部件621(S710)。具體地，對另行準備的模具(未圖示)流入將油性氨酯的主劑和硬化劑混合攪拌了的混合物。這之后，氨酯變化成作為彈性體凝膠狀的氨酯凝膠的第一容納部件621。

接下來，如圖5、圖6所示，將第一容納部件621插入第一部件641的凹陷(S720)。

接下來，制作模擬血管630(S730)。在本實施方式中，采用PVA(聚乙烯醇)作為模擬血管630的材料。本實施方式的情況下，模擬血管630是中空材料，因此采用下面的制作方法。該方法是指在極細線的外周涂覆硬化之前的PVA并在PVA的硬化之后拔出極細線這樣的方法。極細線的外徑與血管內徑一致。極細線是金屬制的，例如由鋼琴線等形成。

接下來，如圖7、圖8所示，配置模擬血管630(S740)。具體地，將第一模擬血管631和第二模擬血管632配置在規定位置，從其上將第三模擬血管633配置在規定位置。三根模擬血管630置于同一高度的面。

接下來，將第二部件642固定在第一部件641(S750)。具體地，將第二部件642裝載在第一部件641上，由第一部件641和第二部件642夾入模擬血管630。在該狀態下，使用螺釘(未圖示)將第二部件642固定在第一部件641。這樣，模擬血管630被固定在殼體640。

接下來，制作第二容納部件622(S760)。制作方法與第一容納部件621的制作方法(S710)同樣。只是，第二容納部件622與第一容納部件621形狀不同，因此使用不同于S710的其他模具。

接下來，如圖9、圖10所示，將第二容納部件622插入第二部件642的孔(S770)。通過S770，使模擬血管630夾入在第一容納部件621與第二容納部件622之間。如圖10所示，第二容納部件622在S770中比面S凸起得高。也就是說，第二容納部件622在S760中比第二部件642的高度制作得厚。

如圖9、圖10所示，第三模擬血管633固定于殼體640的位置比與第一模擬血管631和第二模擬血管632的交點處的高度變得低。因此，第三模擬血管633將第一模擬血管631以及第二模擬血管632分別在交點處向下按壓。通過該力可以抑制第一模擬血管631以及第二模擬血管632在交點附近的高度方向位置的偏差。

接下來，如圖11、圖12所示，制作模擬實質610(S780)。具體地，與容納部件620的制作同樣，對由容納部件620形成的凹陷流入PVA素材。這之后，通過進行使PVA素材冷凍等硬化處理，將PVA素材變化成模擬實質610。在S780中所使用的PVA素材以實現模擬實質610的機械 性特性的方式被調制。模擬實質610的機械性特性是指如上文所介紹的那樣斷裂強度以及彈性模量是容納部件620的五分之一。

S780結束之后，當在模擬臟器600的使用之前，將模擬實質610以及容納部件620的上部沿面S除去(S790)。S790使用液體噴射裝置20以外的切除工具(手術刀等)來實施。由此，圖2、圖3示出的模擬臟器600完成。模擬臟器600的使用是指由液體噴射裝置20進行模擬實質610的切除、下文介紹的機械性特性的測定。

在模擬臟器600的使用之前執行S790，是為了對新鮮的面執行模擬實質610的切除、機械性特性的測定。模擬實質610與空氣接觸時機械性特性易于發生變化，因此將容納部件620的上部作為蓋利用，從而使用時的機械性特性變得易于穩定。

在此，說明模擬實質610以及容納部件620的機械性特性的測定。如圖13所示，模擬臟器600準備有測試區域D作為從殼體640露出的面的一部分。測試區域D是位于離開模擬血管630的部位的上部的區域。也就是說，測試區域D是這樣的區域：即使向深度方向推進切除也不會到達模擬血管630的周邊，因此對模擬血管630幾乎不會帶來影響而能夠實施模擬實質610的壓入試驗、液體噴射裝置20的測試。液體噴射裝置20的測試是指由從液體噴射裝置20噴射的液體來嘗試能否正常地切除模擬實質610。

在本實施方式中，測試區域D的邊界線實際上并未示出。因此，使用者從透過模擬實質610可看見的模擬血管630的位置掌握測試區域D的大致的位置。測試區域D是模擬實質610的露出面的區域，同時也是由殼體640的形狀決定的區域。

圖14是用于說明壓入試驗的透視圖。如圖14所示，在壓入試驗使用銷800。在壓入試驗使用負載單元(未圖示)實時計量壓入力和壓入深度。銷尖810的半徑是0.5mm。

圖15例示由上述的壓入試驗獲得的實驗數據。縱軸表示壓入力(N)，橫軸表示壓入深度(mm)。銷800的壓入速度在斷裂強度的測定時是1mm/sec，在彈性模量的測定時是0.1mm/sec。

如圖15所示，壓入深度至深度δ2為止隨著壓入深度的增大壓入力也不斷增大。模擬實質610的彈性模量(MPa)基于作為線形區域的一部分而壓入深度至深度δ1(＜δ2)為止的區域中的數據的傾斜度來算出。在該算出中利用下面的式(1)。式(1)是赫茲-斯內登方程式(Hertz Sneddon equation)。

F＝2R{E/(1-ν²)}δ…(1)

式(1)中的F是壓入力，R是銷尖的半徑，E是彈性模量，v是泊松比，δ是壓入深度。深度δ1優選設定為能夠與數據為線形相近似的程度地較大的值。另一方面，赫茲-斯內登方程式的深度δ相對于半徑R(＝0.5mm)充分小的情況下有效，因此優選相對于半徑R將深度δ1設定得充分小。將式(1)變形時變成下面的式(2)。

E＝{(1-v²)/2R}(F/δ)…(2)

式(2)中的F/δ是數據的傾斜度。泊松比v基于模擬實質610基本為非壓縮性而作為推定值采用了0.49。半徑R正如上文介紹的那樣為已知。因此，測定數據的傾斜度，從而能夠算出彈性模量E。

如圖15所示，壓入力在深度δ2達到峰值。這樣，之所以達到峰值，是因為可認為模擬實質610發生了斷裂。將達到峰值時的壓入力作為最大壓入力Fmax。斷裂強度P(MPa)由下面的式(3)算出。

P＝Fmax/(πR²)…(3)

如上述那樣，即使在模擬實質610產生斷裂，只要在測試區域D中實施試驗即可使對模擬血管630的損壞等影響出現的可能性較低。

以同樣的方法能夠測定容納部件620的彈性模量以及斷裂強度。這樣，以模擬實質610和容納部件620為對象進行測定，從而對于彈性模量以及斷裂強度，確認了容納部件620的值分別是模擬實質610的值的五倍。具體地，模擬實質610的彈性模量是0.005MPa，模擬實質610的斷裂強度是0.026MPa，容納部件620的值是它們的大約五倍。

如上述那樣，確認了機械性特性之后，實施了模擬實質610的切除實驗。該切除實驗是用于液體噴射裝置20的性能評價而實施。

圖16示出切除部位C。圖17是圖16所示出的17-17剖視圖，示出模擬實質610被切除的樣子。切除部位C包含于規定區域H，作為第一模擬血管631和第三模擬血管633的交點近旁且第二模擬血管632和第三模擬血管633的交點近旁的部位而被選擇。這樣，能夠模擬血管密集且在所分支的部位的附近的實質的切除。

進一步地，如上文所介紹的那樣，將容納部件620配置在模擬實質610與殼體640之間，從而減輕了液體噴射裝置20的使用者察覺的不協調感。該不協調感是指切除模擬實質610的外緣附近的情況下，吸引管400接觸殼體640或液體被噴射到殼體640使切除狀態驟變而造成的感覺。

另外，容納部件620以即使被噴射液體也不斷裂的方式，如上文所介紹的那樣，具有模擬實質610的五倍的斷裂強度。容納部件620的斷裂強度優選為模擬實質610的斷裂強度的兩倍以上，也可以大于五倍(例如十倍)。

另一方面，為了減輕上述的不協調感，被控制在模擬實質610的五倍的彈性模量。容納部件620的彈性模量優選為模擬實質610的彈性模量的十倍以下，也可以與模擬實質610的彈性模量相同。

圖18是示出作為變形例1的模擬臟器600a的俯視圖。圖19是圖18所示出的19-19剖視圖。模擬臟器600a具備模擬實質610a、兩個測試用模擬實質615a、容納部件620a、模擬血管630和殼體640a。模擬血管630與實施方式相同。

模擬實質610a以及容納部件620a與實施方式相比，除從上面觀察的情況下的面積不同以外均相同。測試用模擬實質615a由與模擬實質610a相同材質形成。測試用模擬實質615a的區域與模擬實質610a分離。因此，使用者能夠將測試用模擬實質615a作為即使實施機械性特性的測定也不會對模擬血管630帶來影響的區域明確地識別。

使用者能夠將測試用模擬實質615a的中央部作為測試區域Da識別。測試區域Da是從殼體640a幾乎不受影響而能夠實施壓入試驗的區域。

進一步地，如上述那樣，測試用模擬實質615a與模擬實質610a分離，通過切除測試用模擬實質615a的一部分，從而即使殘留的測試用模擬實 質615a從殼體640a剝落也不會對模擬實質610a帶來影響。對模擬實質610a的影響是指例如測試用模擬實質615a與殼體640a同時剝落。

圖20是示出作為變形例2的模擬臟器600b的俯視圖。模擬臟器600b具備模擬實質610b、模擬血管630和殼體640b。模擬血管630與實施方式相同。

模擬實質610b具備切除用模擬物質611b和兩個測試用模擬物質615b。兩個測試用模擬物質615b分別作為與切除用模擬物質611b連接的區域，是從切除用模擬物質611b沿面S的方向突出的區域。

在變形例2中，未示出切除用模擬物質611b與測試用模擬物質615b的邊界。但是，使用者能夠掌握切除用模擬物質611b與測試用模擬物質615b的大致的邊界。之所以這么說，是因為由想象將切除用模擬物質611b的輪廓延長的假想線，從而能夠將切除用模擬物質611b的輪廓作為閉曲線識別。為了使上述那樣的假想線的想象容易而使切除用模擬物質611b的輪廓由屬于同一個圓的兩個圓弧來劃定。

進一步地，測試用模擬物質615b的輪廓也由圓弧劃定，因此能夠將輪廓作為閉曲線識別。因此，能夠容易地掌握切除用模擬物質611b與測試用模擬物質615b的大致的邊界。進而，能夠將測試用模擬物質615b的中央部作為測試區域Db識別。測試區域Db是從殼體640b幾乎不受影響而能夠實施壓入試驗的區域。

另外，如上述那樣，由于切除用模擬物質611b與測試用模擬物質615b由作為不同的圓的一部分的圓弧劃定，因此即使切除測試用模擬物質615b的一部分或者全部，切除用模擬物質611b也難以從個殼體640b剝落。

圖21是圖20所示出的21-21剖視圖。如圖21所示，第一部件641b具備多個凹部645。凹部645是設置于第一部件641b的底面以及側面的凹陷。

在凹部645的內部形成有模擬實質610b。形成于凹部645的內部的模擬實質610b如樁那樣發揮功能，從而防止模擬實質610b從殼體640b剝落。

圖22是用于說明模擬實質610b的形成的圖。圖23是圖22所示出的23-23剖視圖。模擬臟器600b不具有容納部件，因此對設置于殼體640b的凹陷流入模擬實質610b的原材料。因此，為了設置比面S凸起的部位而使用模具649。

如圖22所示，模具649以覆蓋在切除用模擬物質611b以及測試用模擬物質615b的方式被配置。模具649以從凝固的模擬實質610b易于拆下的方式由薄膜狀的部件形成。

本發明不限定于本說明書的實施方式、實施例、變形例，在不脫離其技術構思的范圍內能夠通過各種結構來實現。例如，為了解決上文介紹的課題的一部分或全部，或者為了達成上文介紹的效果的一部分或全部，與發明概要欄中所記載的各方式中的技術性特征對應的實施方式、實施例、變形例中的技術性特征能夠進行適當地替代、組合。另外，其技術性特征在本說明書中只要未作為必須的結構進行說明，即可適當地刪除。例如，例示以下內容。

第一模擬血管和第三模擬血管的角度也可以在45度以上60度以下。

第二模擬血管和第三模擬血管的角度可以在45度以上60度以下，也可以與第一模擬血管和第三模擬血管的角度不同。

第一模擬血管和第二模擬血管可以不平行，進一步地也可以具有交點。

在實施方式、變形例1中，也可以不設置容納部件。

也可以明示測試區域。具體地，也可以由筆等描繪邊界。

變形例1的測試用模擬實質也可以由容納部件容納。

模擬實質、容納部件的材質也可以變更。例如，也可以使用水性的氨酯。

殼體的材質也可以是金屬(鐵、鋁)、不透明的樹脂等。

模擬血管也可以是實心部件。

模擬血管可以是一根或兩根，也可以是四根以上。也就是說，只要是至少一根模擬血管被埋設在模擬實質的結構即可。

模擬臟器模擬的對象也可以不是腦，例如也可以是肝臟。

在實施方式中，第二部件642被固定在第一部件641上，從而構成殼體640，但并不限定于此。只要是第一部件641與第二部件642不錯誤地相對移動的那樣的結構即可，也可以是使用了兩個部件接觸而發生的摩擦力的連接、使兩個部件能夠拆裝的結構。

在實施方式中，模擬血管630采用了通過貫通模擬實質610、容納部件620和殼體640而被埋設在模擬實質610的結構，但并不限定于此。模擬血管630可以采用貫通模擬實質610、容納部件620和殼體640的至少一個的結構，也可以采用不貫通任一部件的結構。只要是模擬血管630的至少一部分被埋設在模擬實質的結構即可。另外，模擬血管采用了被固定在殼體640的結構，但并不限定于此。也可以為不固定于殼體640而由與模擬實質的密合使模擬血管難以移動的結構。