模拟脏器、模拟脏器的制作方法技术领域
本发明涉及模拟脏器。
背景技术
已知作为用于练习血管注射的器械，有配置多条外径不同的模拟血管
的构成(专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本实开平2-53067号公报。
在上述现有技术的情况下，未考虑到模拟血管的外径以外的。因此，
例如，在实施边保存血管边切除周边组织这样的模拟手术的情况下，难以
再现接近于实际生物体的条件。本发明申请鉴于上述现有技术，将以接近
于实际生物体的条件再现模拟脏器作为要解决的技术问题。
发明内容
本发明用于解决上述技术问题，可作为以下的方式而实现。
(1)根据本发明的一个方式，提供模拟脏器。该模拟脏器包括：第
一模拟血管；以及第二模拟血管，强度与所述第一模拟血管不同。根据该
方式，能够以更接近实际的生物体的条件来再现模拟脏器。为了在实际的
器官中包含不同强度的血管。
(2)在上述方式中，所述第一模拟血管和第二模拟血管可以是实心
部件，且外径彼此相同。根据该方式，能够在生物体内再现外径不同的血
管经过的部位。
(3)在上述方式中，所述第一模拟血管和第二模拟血管可以是中空
部件，壁厚彼此不同。根据该方式，能够在生物体内再现壁厚不同的血管
经过的部位。
(4)在上述方式中，所述第一模拟血管的外径和第二模拟血管的外
径也可以彼此相同。根据该方式，能够在生物体内再现外径相等但强度不
同的血管经过的部位。
(5)在上述方式中，所述第一模拟血管的外径和第二模拟血管的外
径也可以彼此不同。根据该方式，能够在生物体内再现壁厚和外径不同的
血管经过的部位。
(6)在上述方式中，所述模拟脏器还包括填埋在所述第一模拟血管
和所述第二模拟血管的周围的模拟组织，所述模拟组织通过被赋予切除能
力的液体而被切除。根据该方式，能够应用于使用被赋予切除能力的液体
的模拟手术。
本发明可以通过上述内容以外的各种方式来实现。例如，能够作为模
拟脏器的制作方法来实现。
附图说明
图1是液体喷射装置的概略构成图。
图2是示出模拟脏器的截面图。
图3是示出模拟脏器的制作方法的流程图。
图4是示出模拟血管被固定于支承部件的情形的截面图。
图5是图4的5-5截面图。
图6是示出模拟血管的材料的强度试验的情形。
图7是例示通过上述强度试验而获得的实验数据的曲线图。
图8是示出膜厚及材料的特性和薄片的强度的关系的曲线图。
图9是示出调查破裂电压和外径的关系后的破裂实验的结果的曲线图。
图10是示出汇总各种模拟血管相关的破裂试验的结果的表格。
符号说明
20…液体喷射装置；30…控制部；31…致动器用电缆；32…泵用电缆；
35…脚踏开关；40…吸引装置；41…吸引管；50…液体供给装置；51…供
水袋；52…刺针；53a…第一连接器；53b…第二连接器；53c…第三连接
器；53d…第四连接器；53e…第五连接器；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…阻塞检测
机构；57…过滤器；60…管泵；100…手持件；200…喷嘴单元；205…喷
射管；300…致动器单元；400…吸引管；600…模拟脏器；610…模拟血管；
611…第一模拟血管；612…第二模拟血管；613…第三模拟血管；620…模
拟组织；630…支承部件；633…槽；650…薄片；700…大头针；710…前
端
具体实施方式
图1概略性示出液体喷射装置20的构成。液体喷射装置20是在医疗机
构中使用的医疗设备，具有通过对患部喷射液体而切除患部的功能。
液体喷射装置20具备：控制部30、致动器用电缆31、泵用电缆32、脚
踏开关35、吸引装置40、吸引管41、液体供给装置50以及手持件100。
液体喷射装置20包括：控制部30、促动器用电缆31、泵用电缆32、
脚踏开关35、抽吸装置40、吸管41、液体供给装置50、机头100。
液体供给装置50具备：供水袋51、刺针52、第一～第五连接器53a～53e、
第一～第四供水管54a～54d、泵管55、阻塞检测机构56以及过滤器57。手持
件100具备喷嘴单元200和致动器单元300。喷嘴单元200具备喷射管205和
吸引管400。
供水袋51由透明的合成树脂制成，在内部填充有液体(具体而言是生
理盐水)。需要注意的是，在本申请中，即使填充有水以外的液体，也是
称为供水袋51。刺针52经由第一连接器53a与第一供水管54a连接。当刺针
52刺入供水袋51时，供水袋51中填充的液体成为能供给至第一供水管54a
的状态。
第一供水管54a经由第二连接器53b与泵管55连接。泵管55经由第三连
接器53c与第二供水管54b连接。泵管55被夹在管泵60中。管泵60将泵管55
内的液体从第一供水管54a侧送出至第二供水管54b侧。
阻塞检测机构56通过测量第二供水管54b内的压力来检测第一～第四
供水管54a～54d内的阻塞。
第二供水管54b经由第四连接器53d与第三供水管54c连接。在第三供
水管54c上连接有过滤器57。过滤器57捕集液体中所含的异物。
第三供水管54c经由第五连接器53e与第四供水管54d连接。第四供水
管54d与喷嘴单元200连接。经由第四供水管54d供给的液体借助致动器单
元300的驱动从喷射管205的前端间歇性喷射。通过像这样地间歇性地喷射
液体，从而以少的流量即可确保切除能力。
喷射管205及吸引管400构成以喷射管205作为内管、以吸引管400作为
外管的双重管。吸引管41与喷嘴单元200连接。吸引装置40通过吸引管41
对吸引管400内进行吸引。通过该吸引而吸引吸引管400的前端附近的液体
、切除片等。
控制部30控制管泵60和致动器单元300。具体而言，在踩下脚踏开关
35的期间，控制部30经由致动器用电缆31和泵用电缆32发送驱动信号。经
由致动器用电缆31发送的驱动信号使致动器单元300中包含的压电元件(
未图示)驱动。经由泵用电缆32发送的驱动信号使管泵60驱动。因此，在
用户踩下脚踏开关35的期间，液体被间歇性地喷射，在用户未踩下脚踏开
关35的期间，液体的喷射停止。
以下，对模拟脏器进行说明。模拟脏器也称为人体模型(phantom)，
在本实施方式中，是通过液体喷射装置20切除一部分的人造物。本实施方
式中的模拟脏器被用于液体喷射装置20的性能评价、以液体喷射装置20的
操作练习等为目的的模拟手术。
图2是示出模拟脏器600的截面图。图2所示的截面为Z-X平面。在
本实施方式中，将水平面作为X-Y平面，将垂直方向(深度方向)作为Z
方向。
模拟脏器600包括：第一模拟血管611、第二模拟血管612、第三模
拟血管613、模拟组织620、和支承部件630。第一模拟血管611、第二模
拟血管612、第三模拟血管613统称为模拟血管610。
模拟血管610是模拟生物体中血管(例如人的脑血管)的人造物，在
本实施方式中形成为实心部件。模拟血管610是在模拟手术中应避免损伤
的部件。第一、第二以及第三模拟血管611、612、613由相同的材料形成。
模拟组织620是模拟生物体的血管的周边组织(例如脑组织)的人造
物，其填埋在模拟血管610的周围。支承部件630是支承模拟血管610和
模拟组织620的金属制的容器。
从喷射管205间歇性地喷射出的液体渐渐地切除模拟组织620。随着
切除的进展，模拟血管610露出。露出的模拟血管610有时会暴露在液体
的喷射下。模拟血管610暴露于超过自身强度的条件下的喷射时，外周面
会出现裂纹，直至破裂。在此所说的强度是指对于由从喷射管205喷射的
液体引起的破裂，示出所承受的强度的指标。这里所说的破裂是指周方向
的大部分被破坏或整个被破坏而断开。
如图2所示，第一模拟血管611比第二模拟血管612的壁厚薄。因此，
第一模拟血管611比第二模拟血管612的强度低。第二模拟血管612比第
三模拟血管613的壁厚薄。因此，第二模拟血管612比第三模拟血管613
的强度低。
如此，通过具有不同强度的模拟血管610被填埋到模拟组织620，从
而能够以更接近于实物的条件来实施液体喷射装置20的性能评价或液体
喷射装置20的操作练习等。例如，当通过液体喷射装置20切除模拟血管
610周围的模拟组织620时，能够对每个喷射条件评价模拟血管61的保存
容易度。
图3是示出模拟脏器600的制作方法的流程图。首先，制作模拟血管
610(S810)。在本实施方式中，采用PVA(聚乙烯醇)作为模拟血管610
的材料。在图2所示的情况下，由于模拟血管610是中空部件，采用以下
的制作方法。该方法是指将固化前的PVA涂布于极细丝的外周，并在PVA
固化后抽出极细丝这样的方法。极细丝的外径与血管内径一致。极细丝为
金属制，例如由钢琴丝等形成。
接下来，将模拟血管610固定于支承部件630(S820)。图4是示出
执行S820后的情形的截面图(Y-Z平面)。图4是示出沿第一模拟血管611
的长轴方向的截面。图5是示出图4的5-5截面(Z-X平面)。
如图5所示，在支承部件630上设有槽633。模拟血管610在S820
中通过嵌入槽633中而被固定于支承部件630。
接下来，将混合聚氨酯的主剂和固化剂并搅拌后所得到的混合物流入
支承部件630(S830)。然后，聚氨酯变化为弹性体凝胶状的聚氨酯凝胶
(S840)。由此，形成模拟组织620，模拟脏器600完成。
下面，对模拟血管610的强度进行说明。图6是用于说明模拟血管610
的材料的强度试验的图。
薄片650是将模拟血管610的材料以薄片状形成的实验样品。薄
片650置于底座(未示出)上，并在周缘部处固定在底座上。在隔着
薄片650与大头针700相反的一侧，在底座上开有孔。在强度试验中，
通过大头针700压入薄片650，直至薄片650发生破坏之前，使其变
形。在大头针700的压入中使用测力传感器(未图示)，实时计测压
入力。
图7是举例示出通过上述的强度试验而获得的实验数据。纵轴表
示压入力，横轴表示时间。以1mm/sec实施大头针700的压入。因此，
如图7所示，压入力随时间几乎呈线性增大。
当压入力像这样地增大下去后立即骤减。压入力的骤减是由于薄
片650的破坏而发生。通过压入力的骤减能够确定压入力的最大值。
取得压入力的最大值(N)除以大头针700的前端710的面积(本实
施方式中为0.5mm2)所得的应力值(MPa)，将其作为材料强度。
图8是示出调查膜厚及材料的特性对薄片650的强度的影响的实
验结果的曲线图。随图7说明的试验方法的强度取决于薄片650的膜
厚及材料。于是，分别对两种材料的特性(特性A、B)，以膜厚变化
的薄片650作为对象而实施强度试验，并调查其影响。
特性A以使强度高于特性B的方式而制作。众所周知，能够通
过改变形成模拟血管610的PVA的制作条件而使强度变化。如图8
所示，可以确定特性A、B共同为膜厚变厚后强度变高。
图9是示出调查破裂电压与外径的关系的破裂实验的结果的曲线
图。在该实验中，使制作为实心部件的模拟血管610由液体喷射装置
20破裂。本实施方式中的模拟血管610不仅制作为图2示出的中空部
件，也制作为实心部件。
纵轴的破裂电压是指使模拟血管610破裂所需的最大电压。最大
电压是指施加于压电元件的交流电压的最大值。横轴的外径是指模拟
血管610的外径。
如图9所示，可以看到破裂电压受到外径的影响。图9中使用在
实际的脑血管的情况下的结果也示出。如果通过图8、图9一起说明
的试验进行评价的话，可以制作具有与脑血管的特性接近的破裂特性
的模拟血管610。进而，对于脑血管以外的血管(例如肝脏的血管等)，
只要获得数据，也可以制作具有相近特性的模拟血管610。
图10是针对以各种条件制作的模拟血管610，汇总使用液体喷射
装置20的破裂试验的结果的表格。图10的a、b示出实心部件时的
结果，图10的c～f示出中空部件1时的结果，图10的g～j示出中
空部件2时的结果。
实心部件通过以下的方法制作。该方法是指使PVA流入具有与
设定为模拟血管610的外径的值相等的内径的玻璃管而固化后，通过
打破玻璃管从而取出呈细长形成的PVA的方法。
中空部件1是指特性A、B各自的外径为一定，并使壁厚变化的
样品。中空部件2是指使特性A、B各自的外径和壁厚同时变化的样
品。中空部件1、2的制作使用在前述方法(图3的S810)中说明的
方法。
实心部件和中空部件1、2分别使用特性A、B的材质，并以各
种尺寸来制作。其中，调查由于低电压而破裂的样品、由于中等程度
的电压而破裂的样品、由于高电压而破裂的样品的各自的尺寸。该结
果由图10的右边三列示出。
这样，不论中空还是实心，通过材料的特性、外径、壁厚的调整
而能够制作具有各种强度的模拟血管610。例如，也可以制作中空部
件的外径和壁厚分别不同的模拟血管。然后，通过使用各种强度的模
拟血管610可以以接近实际生物体的条件来制作模拟脏器600。
本发明并不局限于本说明书的实施方式和实施例、变形例，在不脱离
其宗旨的范围内能够以各种构成实现。例如，为了解决上述技术问题的一
部分或全部、或者为了达到上述效果的一部分或全部，可对发明内容部分
中记载的各方式中的技术特征所对应的实施方式、实施例、变形例中的技
术特征适当进行替换或组合。只要该技术特征在本说明书中不是作为必需
特征而被说明，可适当删除该技术特征。例如，例示以下的变形。
模拟脏器也可以通过间歇性喷射的液体以外的方式来进行切除。例如
，既可以通过连续喷射的液体来进行切除，也可以通过被超声波赋予了切
除能力的液体来进行切除。或者，还可以通过金属制的手术刀来进行切除
。
模拟血管的条数只要为两条以上，多少均可。
模拟血管的材质不局限于上述的例示。例如，既可以为PVA以外的合
成树脂(例如聚氨酯)，也可以为天然树脂。
模拟组织的材质不局限于上述的例示。例如，既可以为聚氨酯以外的
橡胶类材料，也可以使用PVA。
也可以采用喷射沉积(通过喷墨方式等的3D打印)制作模拟血管。
也可以采用3D打印制作模拟组织。
还可以统一采用3D打印来制作模拟血管和模拟组织。
模拟血管的配置并不局限于上述例示。例如，既使其弯曲，也可
以像S字样地弯曲，也可以在水平面内(X-Y平面内)弯曲。
在实施方式中虽然采用了使用压电元件作为致动器的构成，但也可以
采用使用光脉泽器(maser)来喷射液体的构成、通过泵等对液体加压来
喷射液体的构成。使用光脉泽器来喷射液体的构成是指，对液体照射光脉
泽而使液体中产生气泡，从而利用由于该气泡的产生所引起的液体压力上
升的构成。