模拟脏器的制作方法

本发明涉及模拟脏器。

背景技术：

已知在框体内设置有模拟血管并在模拟血管的周围填充配置有模拟肌肉层的模型。该模型作为注射的练习用而被使用。

【在先技术文献】

【专利文献】

专利文献1：日本实开平6-4768号公报

上述的模型未被考虑作为模拟了包围多个模拟血管的实质组织的模拟实质(模拟肌肉层)的切除练习而使用或在切除工具的评价中使用。因此，在上述在先技术文献中，关于机械性质，并没有揭示模拟实质和包围模拟实质的部件的关系。本发明鉴于上述在先技术，将恰当地设定模拟实质和包围模拟实质的部件的机械性质作为解决课题。

技术实现要素：

本发明用于解决上述课题，可以作为以下方式来实现。

根据本发明的一个方式，提供了模拟脏器，其具备：模拟实质，模拟了生物体的实质组织；容纳部件，包围所述模拟实质，与所述模拟实质相比，断裂强度更大；以及壳体，包围所述容纳部件，与所述容纳部件相比，断裂强度更大。根据该方式，模拟实质收容于容纳部件，从而可以避免与壳体接触。容纳部件与壳体相比，断裂强度低，具有接近模拟实质的机械性质，因此，在切除模拟实质的外缘时，可以缓和切除者感觉到的不协调感。

在上述方式中，所述容纳部件的断裂强度可以是所述模拟实质的断裂强度的2倍以上。具体而言，本方式可以如上述方式实现。

在上述方式中，所述容纳部件的断裂强度可以是所述模拟实质的断裂强度的5倍以上。具体而言，本方式可以如上述方式实现。

在上述方式中，所述容纳部件的弹性模量可以是与所述模拟实质的弹性模量相等的值以上且是所述模拟实质的弹性模量的10倍以下。根据该方式，容纳部件的弹性模量被控制在模拟实质的弹性模量的10倍以下，因此，在切除模拟实质的外缘时，可以缓和切除者感觉到的不协调感。

在上述方式中，所述容纳部件的弹性模量可以是所述模拟实质的弹性模量的5倍以下。根据该方式，可以进一步缓和上述不协调感。

本发明可以通过上述之外的各种方式实现。例如，可以通过模拟脏器的制作方法等的方式来实现。

附图说明

图1概略地示出液体喷射装置的构成。

图2是模拟器官的俯视图。

图3是图2的剖视图。

图4是示出模拟器官的制作顺序的流程图。

图5是示出将第一容纳部件插入了第一部件的凹陷的样子的俯视图。

图6是图5的剖视图。

图7是示出配置了模拟血管的样子的俯视图。

图8是图7的剖视图。

图9是示出将第二容纳部件插入了第二部件的凹陷的状态的俯视图。

图10是图9的剖视图。

图11是示出形成了模拟实质的样子的俯视图。

图12是图11的剖视图。

图13是示出测试区域的俯视图。

图14是用于说明按入试验的立体图。

图15是示出基于按入试验所获得的实验数据的图表。

图16示出切除部位。

图17是图16的剖视图。

图18是示出作为变形例1的模拟器官的俯视图。

图19是图18的剖视图。

图20是示出作为变形例2的模拟器官的俯视图。

图21是图20的剖视图。

图22是用于说明模拟实质的形成的图。

图23是图22的剖视图。

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穿刺针、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闭塞检测机构、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、600a模拟脏器、600b模拟脏器、610模拟实质、610a模拟实质、610b模拟实质、611b切除用模拟物质、615a测试用模拟实质、615b测试用模拟物质、620容纳部件、620a容纳部件、621第一容纳部件、622第二容纳部件、630模拟血管、631第一模拟血管、632第二模拟血管、633第三模拟血管、640壳体、640a壳体、640b壳体、641第一部件、642第二部件、645凹部、649模具、800销、810销尖。

具体实施方式

图1示意性地示出液体喷射装置20的结构。液体喷射装置20是在医疗机构利用的医疗设备，其是具有对患部喷射液体而切除患部的功能的切除工具。

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和手持件100。

液体供给装置50具备供水袋51、穿刺针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和过滤器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是透明的合成树脂制的，内部填充有液体(具体地是生理食盐水)。并且，在本申请中，即使被填充水以外的液体，也称为供水袋51。穿刺针52经由第一连接器53a使根部连接于第一供水管54a。穿刺针52的前端刺入供水袋51时，填充于供水袋51的液体成为能够供给到第一供水管54a的状态。

第一供水管54a经由第二连接器53b连接于泵管55。泵管55经由第三连接器53c连接于第二供水管54b。管泵60夹入泵管55。管泵60将泵管55内的液体从第一供水管54a侧送出到第二供水管54b侧。

闭塞检测机构56通过测定第二供水管54b内的压力来检测第一～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连接于第三供水管54c。过滤器57连接于第三供水管54c。过滤器57捕集液体中所包含的异物。

第三供水管54c经由第五连接器53e连接于第四供水管54d。第四供水管54d连接于喷嘴单元200。通过第四供水管54d供给的液体由致动器单元300的驱动而从喷射管205的前端间歇性地被喷射。这样，液体被间歇性地喷射，从而能够以较少的流量确保切除能力。

喷射管205以及吸引管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连接于喷嘴单元200。吸引装置40通过吸引管41对吸引管400内进行吸引。由于该吸引，使吸引管400的前端附近的液体、切除片等被吸引。

控制部30控制管泵60和致动器单元300。具体而言，控制部30在脚踏开关35被踩住的期间，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被发送的驱动信号驱动包含于致动器单元300的压电元件(未图示)。经由泵用电缆32被发送的驱动信号使管泵60驱动。因此，使用者在踩住脚踏开关35的期间液体被间歇性地喷射，使用者未踩住脚踏开关35的期间液体的喷射停止。

以下，说明模拟脏器。模拟脏器也被称为假体(phantom)，在本实施方式中是由液体喷射装置20将一部分切除的人工物。本实施方式中的模 拟脏器使用在以液体喷射装置20的性能评价、液体喷射装置20的操作练习等为目的的模拟手术。

图2是模拟脏器600的俯视图。图3是图2所示出的3-3剖视图。模拟脏器600具备模拟实质610、容纳部件620、第一模拟血管631、第二模拟血管632、第三模拟血管633和壳体640。将第一模拟血管631、第二模拟血管632和第三模拟血管633统一称呼的情况下，叫模拟血管630。

壳体640具备第一部件641和第二部件642。在第一部件641上固定有第二部件642，从而构成壳体640。壳体640这样由两个部件构成，是为了使模拟脏器600的制作容易(详细下文介绍)。

第一部件641以及第二部件642为了支承容纳部件620和模拟血管630而具有充分的刚性。第一部件641以及第二部件642为了具有上述充分的刚性而由比容纳部件620的弹性模量和断裂强度充分高的材质形成。

本实施方式中的壳体640由透明的合成树脂制作。壳体640是透明的，从而从壳体640的侧面能够视觉确认容纳部件620。

容纳部件620配置于形成在壳体640的中央部的圆柱状的凹陷的内部。容纳部件620由第一容纳部件621和第二容纳部件622层叠而形成。容纳部件620以能够保持模拟实质610的方式而内部凹陷，具有仅在单侧有底的圆筒那样的形状。容纳部件620由比壳体640柔软并比模拟实质610坚硬的材质形成。本实施方式中的容纳部件620与模拟实质610相比，由断裂强度为五倍且弹性模量也为五倍的材质形成。

模拟实质610是模拟了脑实质的人工的生物体模拟组织。模拟实质610配置于形成在容纳部件620的中央部的圆柱状的凹陷的内部。模拟实质610是成为液体喷射装置20的切除对象的部位。

模拟血管630是模拟了脑血管的人工组织。由壳体640保持，并埋设于模拟实质610。第一模拟血管631、第二模拟血管632以及第三模拟血管633被配置为三根基本水平。

第一模拟血管631和第二模拟血管632被相互平行地配置，因此不具有相互的交点。第一模拟血管631和第二模拟血管632的距离以能够将吸引管400插入其间的方式被设置为比吸引管400的直径大。只是，如果第 一模拟血管631和第二模拟血管632的距离过大，则变得无法切除与三根模拟血管630分别邻近的模拟实质610，因此上述的距离被设定为从与吸引管400的直径相同程度到数倍程度。

第一模拟血管631以及第二模拟血管632的各自以具有相对于第三模拟血管633的交点的方式被配置。在此所说的交点是指将模拟血管630投影在面S(图3)的情况下，第一模拟血管631以及第二模拟血管632分别相对于第三模拟血管633相交的部位。面S是与壳体640的上端接触的面。如图3所示，模拟实质610从壳体640露出的面与面S接触。

如图2所示，第一模拟血管631和第三模拟血管633的交点以及第二模拟血管632和第三模拟血管633的交点投影在面S的情况下，均位于规定区域H内。规定区域H是模拟实质610的露出面的区域，同时也是根据壳体640的形状决定的区域。

规定区域H是位于三根模拟血管630之中至少两根的周边部位的上部的区域。周边部位是指位于模拟血管630的周围并可能成为模拟手术中的摘除的对象的部位。因此，切除周边部位的情况下或者在规定区域H中实施模拟实质610的机械性特性的测定的情况下，可能发生模拟血管630的损坏等。

第一模拟血管631以及第二模拟血管632分别在交点处比第三模拟血管633靠下延伸。第一模拟血管631以及第二模拟血管632分别在交点处与第三模拟血管633接触(参照图7、图8)。

第一模拟血管631以及第二模拟血管632以分别与第三模拟血管633成的角度为45度的方式被配置。该角度是为了使两个交点接近而设定的值，另外，是为了再现血管的分支而设定的值。

图4是示出模拟脏器600的制作顺序的流程图。首先，制作第一容纳部件621(S710)。具体地，对另行准备的模具(未图示)流入将油性氨酯的主剂和硬化剂混合搅拌了的混合物。这之后，氨酯变化成作为弹性体凝胶状的氨酯凝胶的第一容纳部件621。

接下来，如图5、图6所示，将第一容纳部件621插入第一部件641的凹陷(S720)。

接下来，制作模拟血管630(S730)。在本实施方式中，采用PVA(聚乙烯醇)作为模拟血管630的材料。本实施方式的情况下，模拟血管630是中空材料，因此采用下面的制作方法。该方法是指在极细线的外周涂覆硬化之前的PVA并在PVA的硬化之后拔出极细线这样的方法。极细线的外径与血管内径一致。极细线是金属制的，例如由钢琴线等形成。

接下来，如图7、图8所示，配置模拟血管630(S740)。具体地，将第一模拟血管631和第二模拟血管632配置在规定位置，从其上将第三模拟血管633配置在规定位置。三根模拟血管630置于同一高度的面。

接下来，将第二部件642固定在第一部件641(S750)。具体地，将第二部件642装载在第一部件641上，由第一部件641和第二部件642夹入模拟血管630。在该状态下，使用螺钉(未图示)将第二部件642固定在第一部件641。这样，模拟血管630被固定在壳体640。

接下来，制作第二容纳部件622(S760)。制作方法与第一容纳部件621的制作方法(S710)同样。只是，第二容纳部件622与第一容纳部件621形状不同，因此使用不同于S710的其他模具。

接下来，如图9、图10所示，将第二容纳部件622插入第二部件642的孔(S770)。通过S770，使模拟血管630夹入在第一容纳部件621与第二容纳部件622之间。如图10所示，第二容纳部件622在S770中比面S凸起得高。也就是说，第二容纳部件622在S760中比第二部件642的高度制作得厚。

如图9、图10所示，第三模拟血管633固定于壳体640的位置比与第一模拟血管631和第二模拟血管632的交点处的高度变得低。因此，第三模拟血管633将第一模拟血管631以及第二模拟血管632分别在交点处向下按压。通过该力可以抑制第一模拟血管631以及第二模拟血管632在交点附近的高度方向位置的偏差。

接下来，如图11、图12所示，制作模拟实质610(S780)。具体地，与容纳部件620的制作同样，对由容纳部件620形成的凹陷流入PVA素材。这之后，通过进行使PVA素材冷冻等硬化处理，将PVA素材变化成模拟实质610。在S780中所使用的PVA素材以实现模拟实质610的机械 性特性的方式被调制。模拟实质610的机械性特性是指如上文所介绍的那样断裂强度以及弹性模量是容纳部件620的五分之一。

S780结束之后，当在模拟脏器600的使用之前，将模拟实质610以及容纳部件620的上部沿面S除去(S790)。S790使用液体喷射装置20以外的切除工具(手术刀等)来实施。由此，图2、图3示出的模拟脏器600完成。模拟脏器600的使用是指由液体喷射装置20进行模拟实质610的切除、下文介绍的机械性特性的测定。

在模拟脏器600的使用之前执行S790，是为了对新鲜的面执行模拟实质610的切除、机械性特性的测定。模拟实质610与空气接触时机械性特性易于发生变化，因此将容纳部件620的上部作为盖利用，从而使用时的机械性特性变得易于稳定。

在此，说明模拟实质610以及容纳部件620的机械性特性的测定。如图13所示，模拟脏器600准备有测试区域D作为从壳体640露出的面的一部分。测试区域D是位于离开模拟血管630的部位的上部的区域。也就是说，测试区域D是这样的区域：即使向深度方向推进切除也不会到达模拟血管630的周边，因此对模拟血管630几乎不会带来影响而能够实施模拟实质610的压入试验、液体喷射装置20的测试。液体喷射装置20的测试是指由从液体喷射装置20喷射的液体来尝试能否正常地切除模拟实质610。

在本实施方式中，测试区域D的边界线实际上并未示出。因此，使用者从透过模拟实质610可看见的模拟血管630的位置掌握测试区域D的大致的位置。测试区域D是模拟实质610的露出面的区域，同时也是由壳体640的形状决定的区域。

图14是用于说明压入试验的透视图。如图14所示，在压入试验使用销800。在压入试验使用负载单元(未图示)实时计量压入力和压入深度。销尖810的半径是0.5mm。

图15例示由上述的压入试验获得的实验数据。纵轴表示压入力(N)，横轴表示压入深度(mm)。销800的压入速度在断裂强度的测定时是1mm/sec，在弹性模量的测定时是0.1mm/sec。

如图15所示，压入深度至深度δ2为止随着压入深度的增大压入力也不断增大。模拟实质610的弹性模量(MPa)基于作为线形区域的一部分而压入深度至深度δ1(＜δ2)为止的区域中的数据的倾斜度来算出。在该算出中利用下面的式(1)。式(1)是赫兹-斯内登方程式(Hertz Sneddon equation)。

F＝2R{E/(1-ν²)}δ…(1)

式(1)中的F是压入力，R是销尖的半径，E是弹性模量，v是泊松比，δ是压入深度。深度δ1优选设定为能够与数据为线形相近似的程度地较大的值。另一方面，赫兹-斯内登方程式的深度δ相对于半径R(＝0.5mm)充分小的情况下有效，因此优选相对于半径R将深度δ1设定得充分小。将式(1)变形时变成下面的式(2)。

E＝{(1-v²)/2R}(F/δ)…(2)

式(2)中的F/δ是数据的倾斜度。泊松比v基于模拟实质610基本为非压缩性而作为推定值采用了0.49。半径R正如上文介绍的那样为已知。因此，测定数据的倾斜度，从而能够算出弹性模量E。

如图15所示，压入力在深度δ2达到峰值。这样，之所以达到峰值，是因为可认为模拟实质610发生了断裂。将达到峰值时的压入力作为最大压入力Fmax。断裂强度P(MPa)由下面的式(3)算出。

P＝Fmax/(πR²)…(3)

如上述那样，即使在模拟实质610产生断裂，只要在测试区域D中实施试验即可使对模拟血管630的损坏等影响出现的可能性较低。

以同样的方法能够测定容纳部件620的弹性模量以及断裂强度。这样，以模拟实质610和容纳部件620为对象进行测定，从而对于弹性模量以及断裂强度，确认了容纳部件620的值分别是模拟实质610的值的五倍。具体地，模拟实质610的弹性模量是0.005MPa，模拟实质610的断裂强度是0.026MPa，容纳部件620的值是它们的大约五倍。

如上述那样，确认了机械性特性之后，实施了模拟实质610的切除实验。该切除实验是用于液体喷射装置20的性能评价而实施。

图16示出切除部位C。图17是图16所示出的17-17剖视图，示出模拟实质610被切除的样子。切除部位C包含于规定区域H，作为第一模拟血管631和第三模拟血管633的交点近旁且第二模拟血管632和第三模拟血管633的交点近旁的部位而被选择。这样，能够模拟血管密集且在所分支的部位的附近的实质的切除。

进一步地，如上文所介绍的那样，将容纳部件620配置在模拟实质610与壳体640之间，从而减轻了液体喷射装置20的使用者察觉的不协调感。该不协调感是指切除模拟实质610的外缘附近的情况下，吸引管400接触壳体640或液体被喷射到壳体640使切除状态骤变而造成的感觉。

另外，容纳部件620以即使被喷射液体也不断裂的方式，如上文所介绍的那样，具有模拟实质610的五倍的断裂强度。容纳部件620的断裂强度优选为模拟实质610的断裂强度的两倍以上，也可以大于五倍(例如十倍)。

另一方面，为了减轻上述的不协调感，被控制在模拟实质610的五倍的弹性模量。容纳部件620的弹性模量优选为模拟实质610的弹性模量的十倍以下，也可以与模拟实质610的弹性模量相同。

图18是示出作为变形例1的模拟脏器600a的俯视图。图19是图18所示出的19-19剖视图。模拟脏器600a具备模拟实质610a、两个测试用模拟实质615a、容纳部件620a、模拟血管630和壳体640a。模拟血管630与实施方式相同。

模拟实质610a以及容纳部件620a与实施方式相比，除从上面观察的情况下的面积不同以外均相同。测试用模拟实质615a由与模拟实质610a相同材质形成。测试用模拟实质615a的区域与模拟实质610a分离。因此，使用者能够将测试用模拟实质615a作为即使实施机械性特性的测定也不会对模拟血管630带来影响的区域明确地识别。

使用者能够将测试用模拟实质615a的中央部作为测试区域Da识别。测试区域Da是从壳体640a几乎不受影响而能够实施压入试验的区域。

进一步地，如上述那样，测试用模拟实质615a与模拟实质610a分离，通过切除测试用模拟实质615a的一部分，从而即使残留的测试用模拟实 质615a从壳体640a剥落也不会对模拟实质610a带来影响。对模拟实质610a的影响是指例如测试用模拟实质615a与壳体640a同时剥落。

图20是示出作为变形例2的模拟脏器600b的俯视图。模拟脏器600b具备模拟实质610b、模拟血管630和壳体640b。模拟血管630与实施方式相同。

模拟实质610b具备切除用模拟物质611b和两个测试用模拟物质615b。两个测试用模拟物质615b分别作为与切除用模拟物质611b连接的区域，是从切除用模拟物质611b沿面S的方向突出的区域。

在变形例2中，未示出切除用模拟物质611b与测试用模拟物质615b的边界。但是，使用者能够掌握切除用模拟物质611b与测试用模拟物质615b的大致的边界。之所以这么说，是因为由想象将切除用模拟物质611b的轮廓延长的假想线，从而能够将切除用模拟物质611b的轮廓作为闭曲线识别。为了使上述那样的假想线的想象容易而使切除用模拟物质611b的轮廓由属于同一个圆的两个圆弧来划定。

进一步地，测试用模拟物质615b的轮廓也由圆弧划定，因此能够将轮廓作为闭曲线识别。因此，能够容易地掌握切除用模拟物质611b与测试用模拟物质615b的大致的边界。进而，能够将测试用模拟物质615b的中央部作为测试区域Db识别。测试区域Db是从壳体640b几乎不受影响而能够实施压入试验的区域。

另外，如上述那样，由于切除用模拟物质611b与测试用模拟物质615b由作为不同的圆的一部分的圆弧划定，因此即使切除测试用模拟物质615b的一部分或者全部，切除用模拟物质611b也难以从个壳体640b剥落。

图21是图20所示出的21-21剖视图。如图21所示，第一部件641b具备多个凹部645。凹部645是设置于第一部件641b的底面以及侧面的凹陷。

在凹部645的内部形成有模拟实质610b。形成于凹部645的内部的模拟实质610b如桩那样发挥功能，从而防止模拟实质610b从壳体640b剥落。

图22是用于说明模拟实质610b的形成的图。图23是图22所示出的23-23剖视图。模拟脏器600b不具有容纳部件，因此对设置于壳体640b的凹陷流入模拟实质610b的原材料。因此，为了设置比面S凸起的部位而使用模具649。

如图22所示，模具649以覆盖在切除用模拟物质611b以及测试用模拟物质615b的方式被配置。模具649以从凝固的模拟实质610b易于拆下的方式由薄膜状的部件形成。

本发明不限定于本说明书的实施方式、实施例、变形例，在不脱离其技术构思的范围内能够通过各种结构来实现。例如，为了解决上文介绍的课题的一部分或全部，或者为了达成上文介绍的效果的一部分或全部，与发明概要栏中所记载的各方式中的技术性特征对应的实施方式、实施例、变形例中的技术性特征能够进行适当地替代、组合。另外，其技术性特征在本说明书中只要未作为必须的结构进行说明，即可适当地删除。例如，例示以下内容。

第一模拟血管和第三模拟血管的角度也可以在45度以上60度以下。

第二模拟血管和第三模拟血管的角度可以在45度以上60度以下，也可以与第一模拟血管和第三模拟血管的角度不同。

第一模拟血管和第二模拟血管可以不平行，进一步地也可以具有交点。

在实施方式、变形例1中，也可以不设置容纳部件。

也可以明示测试区域。具体地，也可以由笔等描绘边界。

变形例1的测试用模拟实质也可以由容纳部件容纳。

模拟实质、容纳部件的材质也可以变更。例如，也可以使用水性的氨酯。

壳体的材质也可以是金属(铁、铝)、不透明的树脂等。

模拟血管也可以是实心部件。

模拟血管可以是一根或两根，也可以是四根以上。也就是说，只要是至少一根模拟血管被埋设在模拟实质的结构即可。

模拟脏器模拟的对象也可以不是脑，例如也可以是肝脏。

在实施方式中，第二部件642被固定在第一部件641上，从而构成壳体640，但并不限定于此。只要是第一部件641与第二部件642不错误地相对移动的那样的结构即可，也可以是使用了两个部件接触而发生的摩擦力的连接、使两个部件能够拆装的结构。

在实施方式中，模拟血管630采用了通过贯通模拟实质610、容纳部件620和壳体640而被埋设在模拟实质610的结构，但并不限定于此。模拟血管630可以采用贯通模拟实质610、容纳部件620和壳体640的至少一个的结构，也可以采用不贯通任一部件的结构。只要是模拟血管630的至少一部分被埋设在模拟实质的结构即可。另外，模拟血管采用了被固定在壳体640的结构，但并不限定于此。也可以为不固定于壳体640而由与模拟实质的密合使模拟血管难以移动的结构。