模拟脏器技术领域
本发明涉及模拟脏器。
背景技术
已知有通过在切开了时使模拟血液从切创中漏出而使手术练习具有
临场感并能够进行在出血了时所需的血液除去操作、止血操作的练习的模
拟组织(软部组织切开练习模型)(专利文献1)。
【现有技术文献】
【专利文献】
专利文献1：实用新型注册第3184695号公报
在为上述现有技术的情况下，由于是将模拟血液封入模拟血管内的结
构，因而作为液体的模拟血液的处理麻烦。
发明内容
本发明鉴于上述现有技术，将不使用模拟血液而易于明白地示出模拟
血管是否已损伤作为解决课题。
本发明用于解决上述问题，能够作为以下的方面而实现。
(1)根据本发明的一方面提供了模拟脏器。该模拟脏器包括：中空
形状的模拟血管；以及内层部件，至少一部分的外周面被所述模拟血管包
围，用于通过所述模拟血管的损伤部位而向外部放出光。根据该方面，即
使不使用液体，也能够向用户示出模拟血管的损伤部位。
(2)在上述方面中，所述内层部件可以是光纤维，放出从端部入射
的光。根据该方面，内层部件本身可以不发光。
(3)在上述方面中，所述内层部件可以是中空形状。根据该方面，
能够利用中空部传播光。
(4)在上述方面中，所述内层部件也可以具备用于放出光的狭缝。
根据该方面，可以不由具有透光性的部件构成内层部件的壁。
(5)在上述方面中，所述模拟血管可以弯曲。根据该方面，能够再
现已弯曲的血管。
(6)在上述方面中，所述模拟脏器可以包括填埋所述模拟血管的周
围的模拟组织，所述模拟组织可以通过被赋予切除能力的液体来切除。根
据该方面，能够在采用已被赋予切除能力的液体的模拟手术中使用。
本发明能够以上述以外的各种方面实现。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结构图。
图2是示出模拟脏器的截面图。
图3是示出内层部件的立体图。
图4是示出模拟脏器的制作方法的流程图。
图5是内层部件的材料的强度试验的状态。
图6是示出通过上述的强度试验而获得的实验数据的曲线图。
图7为图2的7-7截面。
图8是示出模拟脏器的截面图(变形例)。
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
插瓶针、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闭塞检测机构、57过滤器、60管
式泵、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、600a模拟脏器、610埋设部件、610a埋设部件、
612内层部件、612狭缝、614模拟血管、620模拟组织、620a模拟组
织、630支撑部件、630a支撑部件、633槽、633a贯通孔、650薄片、
700针、710前端、810光源、820光源。
具体实施方式
图1概略性示出液体喷射装置20的结构。液体喷射装置20是在医疗
机构中利用的医疗设备，其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
(handpiece)100。
液体供给装置50具备：供水袋51、穿刺针(spike needle)52、第一～
第五连接器53a～53e、第一～第四供水管54a～54d、泵管55、闭塞检测机构
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为透明的合成树脂制，在内部填充有液体(具体而言生理
盐水)。此外，在本申请中，即使填充有水以外的液体，也称为供水袋51。
穿刺针52经由第一连接器53a与第一供水管54a连接。当穿刺针52被刺
入供水袋51时，变为供水袋51中所填充的液体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。管式泵60夹入泵管55。管式泵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。
闭塞检测机构56通过测量第二供水管54b内的压力而检测第一～第四
供水管54a～54d内的闭塞。
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捕集液体中所含有的异物。
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。通过第四供水管54d供给的液体通过致动
器单元300的驱动而从喷射管205的前端间歇性地被喷射。通过像这样间
歇性地喷射液体，从而以很少的流量即可确保切除能力。
喷射管205及吸引管400构成将喷射管205作为内管、将吸引管400
作为外管的二重管。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内吸引。通过该吸引来对吸引管400的前端附近的
液体、切除片等进行吸引。
控制部30控制管式泵60和致动器单元300。具体而言，在脚踏开关
35正在被踩踏的期间，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
所包括的压电元件(未图示)驱动。经由泵用电缆32发送的驱动信号使
管式泵60驱动。因此，在用户正在踩踏脚踏开关35的期间，液体间歇性
地被喷射，在用户尚未踩踏脚踏开关35的期间，液体的喷射停止。
以下，对模拟脏器进行说明。模拟脏器也被称为体模(phantom)，在
本实施方式中，其是一部分通过液体喷射装置20被切除的人造物。本实
施方式中的模拟脏器被用于液体喷射装置20的性能评价和以液体喷射装
置20的操作的练习等为目的的模拟手术。
图2为示出模拟脏器600的截面图。图2所示的截面为Y-Z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：埋设部件610、模拟组织620以及支撑部件630。
埋设部件610成为模拟血管614包围内层部件612的外侧的双重结构。
也说成是在模拟血管614的内部配置有内层部件612。本实施方式中的内
层部件612由可见光用中空光纤维构成。内径为0.5mm，传播效率为
30％～65％。
模拟血管614由模拟了生物体的血管的材料形成。模拟血管614为模
拟了生物体的血管(例如人的脑血管)的人造物，是在模拟手术中应避免
损伤的部件。
模拟组织620模拟了血管在生物体中的周边组织(例如脑组织)，填
埋模拟血管614的周围。支撑部件630为支撑埋设部件610和模拟组织620
的金属制的容器。
从喷射管205中间歇性地被喷射的液体慢慢地切除模拟组织620。当
进行切除时，模拟血管614露出。已露出的模拟血管614有时被暴露于液
体的喷射中。模拟血管614在已被暴露于超过自身强度的条件下的喷射的
情况下损伤。在此所说的损伤是指在模拟血管614的壁上形成贯通孔。
如图2所示，在模拟脏器600的附近设置有光源810、820。光源810、
820通过LED(发光二极管)而发射光。发射出的光从内层部件612的两
端入射内层部件612内，并在内层部件612内传播。此外，在图2中，光
源810、820被示出为从埋设部件610的端部分离而配置。但是，实际上，
光源810、820被配置成与埋设部件610的端部接触。通过这种配置，光
的入射效率变得良好。
图3是示出内层部件612的立体图。如图3所示，在内层部件612设
有多个狭缝613。狭缝613贯通内层部件612的管壁。因此，在内层部件
612内传播的光从狭缝613中被放出。
在如上所述模拟血管614已损伤的情况下，在内层部件612内传播的
光经由狭缝613而从已损伤的部位上被放出。用户通过辨认从已损伤的部
位上放出的光，能够掌握模拟血管614已损伤进一步而言已损伤的部位。
这样，如果为使用光的方法，则与使用液体的方法相比，操作和保存变得
简单。
图4为示出模拟脏器600的制作方法的流程图。首先，在内层部件612
上形成狭缝613(S805)。S805例如由人使用刀具实施。
接下来，制作埋设部件610(S810)。也就是说，在设有狭缝613的
内层部件612的外周面形成模拟血管614。具体而言，通过利用刷子而将
固化前的模拟血管614的材料涂布在模拟血管614的外周并使其固化来形
成埋设部件610。
在本实施方式中，作为模拟血管614的材料，采用PVA(聚乙烯醇)。
如众所周知的那样，PVA能够通过使制作条件变化来使强度变化。
图5是用于对材料的强度试验进行说明的图。薄片650是将模拟血管
614的材料形成为薄片状的试验样品。薄片650被放置于底座(未图示)，
并用周边部固定于底座上。在隔着薄片650而针700的相反侧，底座上开
有孔。强度试验用针700推入薄片650，使其变形，直至发生薄片650的
破坏为止。在针700的推入中，使用负载传感器(未图示)而实时计测推
入力。
图6例示通过上述的强度试验而获得的实验数据。纵轴表示推入力，
横轴表示时间。针700的推入以1mm/sec实施。因此，如图7所示，推入
力随时间几乎呈线性增大。
推入力当如此地增大下去时，不久就骤减。推入力的骤减由于薄片650
的破坏而发生。根据推入力的骤减，能够决定推入力的最大值。材料强度
作为通过将推入力的最大值(N)除以针700的前端710的面积(在本实
施方式中0.5mm2)而获得的应力值(MPa)来取得。
通过上述的试验，将模拟血管614的材料调整成具有接近于想再现的
血管的强度的强度。使用如此地调制出的材料，制作模拟血管614。
接下来，将埋设部件610固定于支撑部件630上(S820)。图7示出
图2的7-7截面(Z-X平面)，示出S820被执行后的状态。
如图7所示，在支撑部件630上设有槽633。槽633被设于支撑部件
630的两侧。埋设部件610在S820中通过嵌入槽633中而被固定在支撑
部件630上。
接着，将使氨基甲酸酯的主剂和固化剂混合并搅拌后的混合物流入支
撑部件630(S830)。此后，氨基甲酸酯变化成弹性体凝胶状的氨基甲酸
酯凝胶(S840)。由此，形成模拟组织620，模拟脏器600完成。
以下，说明变形例。图8为示出模拟脏器600a的截面图。模拟脏器
600a包括：埋设部件610a、模拟组织620a以及支撑部件630a。
如图8所示，埋设部件610a弯曲。也就是说，埋设部件610a的两端
部被固定在支撑部件630a的底面上，成为拱形状。埋设部件610a与实施
方式的埋设部件610相同，成为由内层部件612和模拟血管614构成的双
重结构。
由于如上所述内层部件612由可见光用中空光纤维构成并且模拟血管
614由PVA构成，因而埋设部件610a具有可挠性。
支撑部件630a具备用于固定埋设部件610a的两端部的贯通孔633a。
光源810、820经由贯通孔633a而向埋设部件610a的端部照射光。
这样，埋设部件610a不仅能够选择直线形状，而且能够选择曲线形
状。因此，能够在更接近于生物体的条件下再现在生物体中曲线延伸的血
管的部位。
本发明并非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，为了解决前述的问题的一部
分或全部、或者为了达到前述的效果的一部分或全部，与在发明内容栏中
已记载的各方式中的技术特征对应的实施方式、实施例、变形例中的技术
特征能够适当进行替换和组合。该技术特征如果在本说明书中不是作为必
需的事项而已被说明，则就能够适当删除。例如，例示以下的变形。
模拟脏器也可以通过间歇性地被喷射的液体以外来切除。例如，既可
以通过连续性地被喷射的液体来切除，也可以通过由超声波已赋予切除能
力的液体来切除。或者，也可以通过金属制的手术刀来切除。
模拟血管的条数只要为两条以上，则为多少都均可。
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(例如氨基甲酸酯)，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，既可以为氨基甲酸酯以外的橡胶系的材料，也可
以使用PVA。
模拟血管可以采用喷射堆积(基于喷墨方式等的3D打印)来制作。
可以采用3D打印来制作模拟组织。
可以将模拟血管及模拟组织集中一起而采用3D打印来制作。
模拟血管也可以通过采用3D打印并使PVA堆积在内层部件上来制
作。
模拟血管也可以通过将成为模拟血管的材料用喷雾器等喷射在内层
部件上来制作。
模拟血管可以通过预先将成为模拟血管的材料填满槽中并在将内层
部件浸泡了之后提上来而制作。
或者，也可以通过将已形成为中空形状的模拟血管覆盖在内层部件上
来制作埋设部件。作为将模拟血管形成为中空部件的方法，例如，可列举
将固化前的PVA涂布于极细线的外周并在PVA固化后抽出极细线这样的
手法。极细线的外径与内层部件的内径一致。极细线例如由金属(钢琴线
等)形成。
埋设部件以什么样的形状被埋设不局限于在上述中已例示的。例如，
既可以S字样地弯曲，也可以在水平面内(X-Y平面内)弯曲。
内层部件可以由可见光用中空光纤维以外形成。例如，可以为中空部
件或中实部件的导光棒。导光棒例如可以为塑料制。具体而言，可以为聚
氨酯树脂制。
由于当光从端部入射时导光棒的外周面在整体上都发光，因而也可以
不在外周面上设置狭缝。
在作为中实部件的内层部件(光纤维或导光棒)上设置狭缝的情况下，
由于没有使狭缝贯通的中空部，因而可以作为槽而设置。
在作为中空部件的导光棒上设置狭缝的情况下，可以不使狭缝贯通至
中空部而作为槽来设置。
内层部件可以没有可挠性。例如当由纯石英制作内层部件时，就不具
有可挠性。在这种情况下，以直线形状配置埋设部件即可。
内层部件本身可以发光。例如，可以将发光元件配置于内层部件的内
部。
内层部件可以不是棒状的部件。例如，可以将多个发光元件空开间隔
而配置于模拟血管的中空部。
光源的发光可以不是LED，例如可以为卤素灯或疝气灯。
光源可以为一个。也就是说，可以使光只从埋设部件的一方的端部入
射。
可以通过将具有可挠性的内层部件的端部折弯来变更光源的配置。
虽然采用了内层部件612的整个外周面都被模拟血管614包围的结
构，但是并非限定于此。也可以采用模拟血管614覆盖内层部件612的外
周面的一部分的结构。所谓内层部件612的外周面的一部分就是例如外周
面的周向上的一部分。只要内层部件612被模拟血管614覆盖至在模拟手
术中模拟血管614未损伤的情况下用户辨认不出光的程度即可。
换种说法，内层部件612可以具有被配置于模拟血管614的内部的部
分(非露出部)和已露出在模拟血管614的外部的部分(露出部)。另外，
为了形成那样的露出部，可以采用在模拟血管614的一部分上形成有孔或
切口、或者内层部件612从模拟血管614中伸出的结构。
在实施方式中虽然采用了使用压电元件作为致动器的结构，但是也可
以采用使用激光器(optical maser)来喷射液体的结构、通过泵等加压液
体而喷射液体的结构。所谓使用激光器来喷射液体的结构，就是将激光器
照射至液体上而使气泡在液体中产生从而利用由于该气泡的产生所引起
的液体压力上升的结构。