手术模拟用软质血管模型的制造方法
专利名称：手术模拟用软质血管模型的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种手术模拟用软质血管模型的制造方法，该血管模型用于在进行动脉静脉的血管治疗之前掌握患部附近的血管的立体位置关系，事先确定手术方法，并 且预测手术处置结果对血管造成的形状变化，从而能够进行最合适的处理。特别是涉及 一种用于利用夹钳和线圈或支架进行脑动脉瘤的血管治疗的情况的手术模拟用软质血管 模型的制造方法。
背景技术：
动脉静脉的血管治疗中，涉及动脉的主要是动脉瘤处置、血管旁路、切断、吻 合等，涉及静脉的是进行静脉瘤处置、血管照影导管、短路、切除及利用激光或放射线 烧蚀等。就该治疗中的动脉瘤而言，即使存在未破裂的动脉瘤也就没有症状，但动脉瘤 破裂时，会引起内出血，导致攸关性命的很严重的后果。例如，如果是脑动脉瘤的话，在发现了存在破裂危险的动脉瘤的情况下，广泛 采用以下治疗，即，通过从外侧夹持动脉瘤根部，切断流向瘤内的血液，或者通过向动 脉瘤内部留置线圈或向瘤的根部的血管内部留置各种支架，避免血液流入动脉瘤内。动脉瘤是以山形向血管外部膨胀的瘤，例如，从夹钳离山形的根部越近就越能 防止动脉瘤破裂的观点来看，这种方式是优选的，但当夹钳的位置过于接近动脉瘤的山 形的根部时，则容易出现或引起由夹持后的夹钳位置附近的血管膜变窄、变形或弯曲而 导致的动脉瘤附近的血管的立体形状发生变化，使血流形状不稳定，阻碍血流的顺畅流 动。同样地，由于线圈或支架的尺寸或留置位置，也会引起手术后的血流形状不稳定。此外，在未破裂的动脉瘤的手术中，在切开手术位置的状态下或插入用于夹 钳、线圈或支架的血管造影导管的状态下，在该状态下进行处置时，即使确认到血流的 形状和流动没有异常，在使手术位置的切开状态吻合、拔出血管造影导管的手术后，由 于柔软且很细的血管的张力发生改变，因此，在手术中不能确认手术后的血管形状的稳 定性。在这种情况下，在发现了顺畅的血管内流动被阻碍时，会导致再次手术，从最初 开始重新进行夹持等动脉瘤处置。在该情况下，如果进行如下手术前模拟，即，制造实际患者的血管形状的模 型，试验夹钳的种类、数量及位置或线圈等的留置位置和方法，确认处置后的血管立体 形状不会变成阻碍血流的形状，这样，就能在手术时迅速地进行最合适的夹钳、线圈或 支架处置，因此，对于患者和手术操作者都有很大的好处。作为手术模拟用模型，本申请的申请人已经提出了一种利用积层造型方法制造 手术模拟用人骨模型的方法，该方法将手术模拟用人骨模型展开为薄膜状，然后通过由 激光烧结粉末材料制作各薄膜(专利文献1)。但是，该制造方法是一种利用与人骨相同程度的硬度、容易切削的材质形成的 人骨模型，该制造方法无法制造像本发明的血管那样具有柔性的血管形状的模型。
在利用这样的硬质模型的制造方法制作血管形状的情况下，适合于把握患部和 血管的立体位置关系，考虑手术处置的方向，例如从何处放入夹钳，但是，至于手术的 处置会给手术后的血管形状造成何种影响，无法确认。此外，也无法在内部插入线圈或 支架来进行模拟。时至今日，还没有获知提供有血管这样具有柔性的手术对象部位的中空形状的 模型的文献。专利文献1 日本专利第3927487号公报
发明内容
本发明的目的在于提供一种立体血管模型，该立体血管模型用于静脉动脉的血 管治疗手术前模拟，通过软质聚合物制模型再现在动脉静脉上发病的肿瘤或狭窄的形 状，并能够使用其来进行使用夹钳、线圈及支架等手术用设备的血管治疗的训练以及进 行手术前的模拟。
在本发明中，发现了如下方法，即，以薄膜单位积层造型软质的血管模型，在 制造过程中，需要固定软质血管膜模型的立体位置，为了维持该形状，利用精密积层造 型机同时对积层造型支承材料和形成血管膜模型的软质材料进行积层造型，在制造血管 模型后，除掉支承材料，根据该方法，完成本发明。S卩，本发明提供如下手术模拟用软质血管模型的制造方法，(1)根据对规定的动脉静脉的对象部位的血流进行造影所得到的断层图像数据， 制作血流的立体形状，得到在该血流的立体形状的表面形状上附加膜厚的血管膜的立体 形状数据，以包含规定尺寸的对象部位的方式，在空间区域中切取该对象部位的血管膜 的立体形状数据，该空间区域内制作对象部位的血管膜立体形状漂浮在空中的三维数 据，将该三维数据输入到具有用于以粒径50 μ m以下的微小液滴状喷射柔性聚合物的喷 嘴和用于以粒径50 μ m以下的微小液滴状喷射支承物质的喷嘴的精密积层造型机的计算 机中，根据该输入到计算机中的三维数据，通过与三维数据的底面平行的水平面，输出 以每个厚度0.1mm以下的规定的薄层单位环切三维数据而获得的、由血管膜部分区域和 空间部分区域构成的薄层平面数据，并输出该薄层平面数据的血管膜部分区域的数据， 通过柔性聚合物的喷射，形成薄层单位厚度的血管膜部分，并且，将薄层数据的空间部 分作为喷射支承物质的液滴的喷嘴喷射信号输出，形成薄层单位厚度的支承物质层，从 而进行被每个三维数据的厚度为0.1mm以下的薄层单位的支承物质层包围的血管膜模型 的形成操作，通过在三维数据的下端到上端的每个薄层单位依次反复进行上述操作，得 到在与三维数据相对应的外表面形状的支承物质基体的内部浮游有软质血管模型的块状 基体，上述软质血管模型由柔性聚合物制成并具有立体血管形状，从该块状基体除去附 着于血管模型的外侧的支承物质，取出埋在块状基体内部的软质血管模型，接下来，从 血管模型的开口部取出存在于所取出的软质血管模型内部的支承物质，(2)对象部位存在有动脉瘤的上述(1)的手术模拟用软质血管模型的制造方法，(3)对象部位存在有静脉瘤的上述(1)的手术模拟用软质血管模型的制造方法，根据本发明制造的软质血管模型，能对该模型实施预定在实际的血管上进行的 处理，能确认在血管膜上出现的形状变化、褶皱和变形的有无及形状，能够探索最适当的处置，因此，在动脉静脉的血管治疗中，特别有利于缩短未破裂动脉瘤的手术时间和 防止医疗事故的预防处置。此外，采用本发明的使用支承物质的制造方法，有可以准确地形成软质的血管 的立体形状的优点。
图1是利用本发明的实施例制造的医疗用血管模型的立体图。图中，附图标记 1是对应于动脉瘤的部分，附图标记2是对应于动脉瘤所处部分附近的血管的部分，附图 标记3是三维图像交界面。
具体实施例方式在本发明的制造方法中，作为步骤1，注入造影剂，拍摄由规定的动脉静脉的对 象部位的血流的造影而得到的断层图像数据。通过规定的动脉静脉的对象部位的血流的造影而得到的断层图像数据，提取血 流的立体形状，在该血流的立体形状的表面形状上附加血管的膜厚，获得具有该膜厚的 血管膜的立体形状数据。血管的膜厚可以输入对象部位的平均血管膜的厚度。在空间区域中，以包含规定尺寸的对象部位的方式，对该对象部位的血管膜的 立体形状数据进行切取，制作对象部位的血管膜的立体形状在该空间区域内漂浮在空中 的三维数据。通过在该空间区域形成底面，可以使制造中的软质血管的位置稳定。在本发明的软质血管模型的制造中，可以使用以喷墨的方式使材质成为薄膜并 重叠为积层且固定的精密积层造型机。该精密积层造型机是反复多次印刷薄的印刷层， 堆积大量的血管薄膜剖面的积层而积层形成血管的立体形状的装置。即使积层形成血管 的复杂立体形状，在其形状未固定时，无法进行接下来的积层印刷。因此，为了固定血 管膜的位置，产生了在空间区域内设置支承材料的需要。在本发明的软质血管模型的制造过程中，利用大面积的空间区域包围厚度薄且 细长面积的血管膜剖面区域，从而区分三维数据的薄膜单位的积层。在血管膜剖面区域 中，以喷墨方式喷射软质聚合物，形成薄膜积层单位，同时，在空间区域内，以喷墨方 式，将支承材料作为墨水，利用叠层印刷的重叠印刷层，以用大面积的支承材料剖面包 围厚度薄且细长面积的血管膜剖面区域的方式，形成薄膜单位的积层。如果对于上述空 间的三维数据的整体进行该薄膜单位的积层形成，则支承材料中，能得到对象部位的血 管膜立体形状漂浮在空中的支承材料的块。当从该块中剥离支承材料或者利用水等溶剂 中溶解支承材料而将支承材料除去时，在内部还含有支承材料的立体血管膜模型表现为 继续维持立体形状。在溶解或掏出其中的支承材料并从血管膜模型的开口部将支承材料 取出时，能得到作为目的的软质血管模型。作为本发明所用的喷墨方式的积层造型机，可使用例如市场上已经销售的Objet 公司的积层造型机“Eden500V”。该装置是薄膜积层单位的喷墨方式的积层造型机，印刷时例如为双色印刷方 式。S卩，对于每个三维数据的薄膜积层单位，都将该积层单位的面积分为血管剖面分区和空间分区，将形成相当于血管剖面的部分的由软质聚合物构成的血管模型材料喷射积层为血管剖面分区，在空间分区中，喷射形成用于维持形状的支承材料，形成薄膜 积层单位，然后将其一次一次地重复积层，形成由软质聚合物制成的立体血管模型和由 支承物质构成的空间部分。在具有上述底面的空间区域内，将对象部位的血管膜立体形状浮在空中的三维 数据输入到精密积层造型机的计算机中，该精密积层造型机具有以粒径50 μ m以下的微 小液滴状喷射柔性聚合物(预聚物)的喷嘴和以粒径50 μ m以下的微小液滴状喷射支 承物质的喷嘴，根据输入到该计算机中的三维数据，利用与三维数据的底面平行的水平 面，输出薄层平面数据，该薄层平面数据按每个厚0.1mm以下的规定薄膜单位环切三维 数据所得到，由血管膜部分区域数据及空间部分区域数据构成，将所输出的该薄层平面 数据的血管膜部分区域数据作为用于喷射柔性聚合物的液滴的喷嘴喷射信号输出，使该 柔性聚合物的液滴喷射出来，形成与薄膜单位厚度的血管膜相当的部分，并且，将上述 输出的薄层平面数据的空间部分区域数据作为用于喷射支承物质的液滴的喷嘴喷射信号 输出，使该支承物质的液滴喷射出来，形成薄层单位厚度的支承物质层。在此时形成的 薄膜中，其下层的相当于血管膜的部分与支承部分紧贴在一起，进而一体化，一层的量 的积层附加于各自的之前堆积的积层上。一层的积层的厚度可以由积层造型机的精度、 所要求的血管模型的形状的精度、以及模型的生产效率等来适当地确定，通常可以在 0.1mm以下，优选为0.1mm至0.005mm，进一步优选为0.05mm 0.01mm。该厚度为制 作血管模型的高度方向的喷射节距，厚度越薄，则血管模型的垂直剖面的形状越准确， 进行夹持等处置情况下的形状的变形状态就越准确地再现。通过在从三维数据的底面到最上端的每个薄层单位中，依次反复进行每个三维 数据的厚度在0.1mm以下的薄层单位的血管模型形成操作和与其贴紧的空间部的支承区 域的积层，从而，得到软质血管模型在具有与三维数据对应的空间区域的外表面形状的 支承物质基体内部浮游的块状基体，上述软质血管模型由柔性聚合物制成并具有立体血 管形状。通过从该块状基体除去附着于软质血管模型外侧的支承物质，并对埋设于块状 基体内部的软质血管模型剥离支承物质或溶解支承物质，取出在内部填充了支承物质的 软质血管模型，接下来，可以从血管模型的开口部通过刮下或溶解而取出存在于所取出 的软质血管模型内部的支承物质。通过从内部取出支承物质，可以得到与实物同样的立 体形状的中空血管膜模型。在软质血管模型是具有动脉瘤的血管部分的模型时，可以使用一个或两个以上 的各种形状及尺寸的夹钳，在各种位置夹持动脉瘤，可以由血管模型因夹持方法不同而 产生的变形的状态的关系，在实际手术前确认最合适的夹持方法。此外，在根据具有动 脉瘤的血管部分的模型的形状而选择留置线圈或支架作为最合适方法的情况下，在血管 模型的内部，插入各种尺寸的线圈或支架，可以在手术前确认插入后血流不发生异常的 血管的形状。从喷射本发明的软质血管模型的材料的材质的喷墨喷嘴喷射出来的墨水物质是 软质橡胶状聚合物物质，具有薄膜形成能力，从喷墨喷嘴作为微小液滴喷射，在喷射后 立即固化，形成积层，与已积层的下层的橡胶状聚合物物质一体化，形成血管模型，只 要满足该条件的物质，就没有特别限定而可以使用。
作为优选的软质血管模型的材料的墨水物质，是橡胶状状聚合物的液体预聚合 物，优选由不含有容积的光固化性的液体状预聚合物物质构成，将该墨水物质供给到与 墨水喷嘴相连的墨盒，通过喷射而微粒子化，喷射到血管膜区域。此外，从墨水喷嘴喷 射的墨水物质的微粒子在紫外线照射下作为微小粒子飞出，同时通过紫外线进行聚合， 变为软质聚合物，附着在血管膜区域。作为这样的墨水物质，例如可以使用Objet公司制造的 "FULLCURE930TANGOPLUS “。“FULLCURE930TANGOPLUS“是包含丙烯酸异冰片酯(exo_l，7， 7-trimethylbicyclo[2, 2，l]hept-2-ylacrilate)、氨酯丙烯酸酯低聚物、少量的氨酯树脂及
光聚合引发剂的液体组合物。在该墨水物质成为微粒子液滴并从喷墨喷嘴的前端喷射出而附着于血管膜区域 时，在与之前印刷并附着的液滴一体化的同时，通过在喷射过程中所照射的紫外线，利 用溶解的光聚合引发剂开始聚合，预聚合物瞬间变化为软质聚合物，成为形成软质血管 模型的软质聚合物物质。此外，从喷射本发明的支承材料的材质的墨水喷嘴喷射的墨水物质只要是从墨 水喷嘴以微小液滴形式喷射并在喷射后立即固化而形成积层的物质即可，只要是能够与 血管模型形成材料的交界面能够简单地被剥离的物质，或者能够通过水或者酒精等溶剂 从血管模型形成材料的软质聚合物分离或者溶解除去的物质，就没有特别限制而能够使 用。例如，特别优选如下物质，即，能够成为具有维持血管膜模型这样轻量的制品的 制造工序中的形状所需的形状维持能力的固体，并能在对其施加外力时容易地粉碎的物 质。由于是软质的固体，因此，在除去支承物质材料时，损坏软质聚合物制血管模型的 可能性较小。作为用于形成支承材料的墨水物质的具体例子，可以使用例如Objet公司制 造的 ‘‘FULLCURE705”。在本发明中，在精密积层造型机中，向用于喷射软质血管模型的材料的材质的 墨水喷嘴和用于喷射支承材料的材质的喷嘴的储液罐(墨盒)中填充软质橡胶状物质墨水 和支承材料物质墨水，以形成与上述一层的积层的厚度相当的薄膜的方式进行喷射。喷 射区域喷射三维数据的各薄膜单位的血管膜区域和空间区域而形成薄膜单位的积层。区分血管区域和空间区域并进行喷射的图形的准确度由喷射节距间隔决定。本 发明所用的精密积层造型机在平面XY轴方向上与上述高度方向的喷射节距相同，通常 可以为0.1mm以下的喷射节距，优选为0.1mm至0.005mm的喷射节距，进一步优选为 0.05mm至0.01mm的喷射节距。所喷射的柔性聚合物的粒径为粒径50μιη以下的细小液滴状，在粒径超过 50 μ m时，微细血管的情况下的形状变得不准确。实施例使用Objet公司制造的精密积层造型机“Eden500V”(造型尺寸 490mmX390mmX200mm> 机 械尺寸 1320mmX990mmX 1200mm，积层节距 0.016 0.030mm),制作出存在未破裂的脑动脉瘤的软质聚合物制血管模型。精密积层造型机
“Eden500V”具有能喷射两种墨水的八个墨水喷嘴，各墨水喷嘴的顶端具有96个微小液 滴喷射孔。利用该八个具有多个微小液滴喷射孔的墨水喷嘴，迅速且均勻地喷射单位积层面积，具有能印刷积层的功能。从第1墨水盒和第2墨水盒向八个液体喷嘴群分别供给墨水。在本实施例中，以高度方向的设定积层节距0.03mm进行，水平方向的喷射节距 在两轴(XY方向)上以0.05mm节距积层造型。当该节距为0.1mm以上时，就难以准确 地再现准确的血管膜的手术处置的影响。高度方向的设定积层节距0.03mm与断层薄膜 的厚度相同。作为Objet公司制造的积层造型机的软质血管模型的材料的材质所使用的墨水 物质，选择含有光引发剂的Objet公司制造的墨水“FULLCURE930TANGOPLUS”，将 其填充到第1墨水盒中加以使用。对该墨水进行了光聚合的情况下的聚合物的物理性 质，g卩，血管模型材质的物理性质为，拉断强度1455MPa，20 %弹性模量0.146MPa， 50%弹性模量0.263MPa，伸长度218%，肖氏硬度27，抗拉强度3.47kg/cm，玻璃化温 度-9.6°C。 作为支承材料物质墨水，选择能从Objet公司制造的积层造型机专用的支承用软 质树脂墨水中剥离、容易粉碎的水溶性聚乙二醇制墨水“FULLCURE705”，并将其填 充到第2墨水盒中加以使用。对于担当医生指定的患者存在的未破裂动脉瘤的血管区域，使用造影剂，利用 3DCTA进行CT摄影，得到三维的立体血流的形状数据(也可以取代CT摄影，利用注入 造影剂的血流摄影的MRI得到三维的立体血流的形状数据)。在三维的立体血流的形状数据的表面，利用数据处理附加厚度0.3mm的血管 膜，得到三维的立体血管膜模型的形状数据。在计算机中做准备，从而可以将拍摄到的三维的立体血管膜的形状数据作为厚 度0.03mm的断层数据输出。 Objet公司制造的积层造型机的造型空间具有490mm X 390mm X 200mm的空间。在该造型空间中，拷贝十个所准备的断层数据组的三维数据的 35mmX30mmX28mm的积层作业的对象区域造型尺寸，并将十个断层数据组输入到精 密积层造型机中。从积层造型机的积层造型的格式输出断层数据，向区分为各断层的血管区域和 空间区域(支承材料区域)喷射各自的墨水，反复进行该操作，在所需时间两个小时内， 制作出由支承材料包裹的立体形状的血管膜。在积层造型机的造型空间中，以各自分离的岛的状态，形成十个包含作为目的 的手术对象区域的立体血管膜的造型尺寸为35mmX30mmX28mm的支承材料的块。用 手指从该十个块的表面剥离支承材料，取出图1的立体形状的血管模型。该模型的内部 充满水溶性的软质固体支承材料，软质支承材料保持血管的形状，因此，所取出的内藏 支承材料的血管模型与实际存在动脉瘤的患部维持相同形状。通过对其进行观察，可以 把握要进行手术的患部附近的血管和动脉瘤的立体位置关系。接下来，以不破损血管膜的方式，从开口部谨慎地取出内部的支承材料。此时，从血管模型的开口部附近开始揉搓，可以取出开口部附近的软质支承材 料，并从里侧依次传递，向开口部送出并取出软质支承材料。最后，用水清洗，将血管膜内部的水溶性支承材料完全去除。 所得到的带动脉瘤的血管模型，在动脉瘤的各个位置插入各种夹钳或留置的线 圈或支架，调查动脉瘤附近的血管膜是否发生形状变形，对应于患部的血管形状，可以 选择最合适的夹钳的种类和数量，选择夹持位置的最合适条件或选择线圈或支架的尺寸 形状。工业实用性通过本发明的医疗用血管模型，能够在动脉静脉手术前确认实施手术后的血管 状态，因此，具有能够准确且迅速地实施动脉静脉手术的优点，可以广泛地利用在用于 夹钳、支架和线圈等血管治疗的医疗器械产业中。
权利要求
1.一种手术模拟用软质血管模型的制造方法，根据对规定的动脉静脉的对象部位的 血流进行造影所得到的断层图像数据，制作血流的立体形状，得到在该血流的立体形状 的表面形状上附加了膜厚的血管膜的立体形状，以包含规定尺寸的对象部位的方式，在 空间区域中切取该对象部位的血管膜的立体形状数据，制作对象部位的血管膜立体形状 在该空间区域内漂浮在空中的三维数据，将该三维数据输入到精密积层造型机的计算机 中，上述精密积层造型机具有用于以粒径50 μ m以下的微小液滴状喷射柔性聚合物的喷 嘴和用于以50 μ m以下的微小液滴状喷射支承物质的喷嘴，根据输入到该计算机中的三 维数据，通过与三维数据的底面平行的水平面，输出薄层平面数据，该薄层平面以每个 厚度0.1mm以下的规定薄层单位环切三维数据而获得，并由血管膜部分区域和空间部分 区域构成，输出该薄层平面数据的血管膜部分区域的数据，通过柔性聚合物的喷射，形 成薄层单位厚度的血管膜部分，并且将薄层数据的空间部分作为用于喷射支承物质的液 滴的喷嘴喷射信号输出，形成薄层单位厚度的支承物质层，从而进行被每个三维数据的 厚度为0.1mm以下的薄层单位的支承物质层包围的血管膜模型的形成操作，通过对从三 维数据的下端到上端的每个薄层单位依次反复进行该操作，得到在支承物质基体的内部 浮游有软质血管模型的块状基体，上述支承物质基体具有与三维数据相对应的外表面形 状，上述软质血管模型由柔性聚合物制成并具有立体血管形状，从该块状基体除去附着 于血管模型的外侧的支承物质，取出埋在块状基体内部的软质血管模型，然后，从血管 模型的开口部取出存在于所取出的软质血管模型内部的支承物质。
2.根据权利要求1所述的手术模拟用软质血管模型的制造方法，其特征在于，对象部 位是存在动脉瘤的血管部位。
3.根据权利要求1所述的手术模拟用软质血管模型的制造方法，其特征在于，对象部 位是存在静脉瘤的血管部位。
全文摘要
本发明提供一种手术模拟用软质血管模型的制造方法。该手术模拟用软质血管模型的制造方法，用于制造能够根据从实际患者的CT/MRI获得的图像数据，再现动脉静脉发病的瘤·狭窄，用于进行血管治疗的训练、以及术前模拟的三维模型，在利用软质聚合物薄膜采用高精度积层造型机制作该三维模型时，在精密积层造型机内，与为了支承与三维模型制作中的形状而采用的支承物质一起，积层造型具有患部的血管模型，然后在积层造型后除去支承物质。所能提供的立体血管模型中，利用软质聚合物制的模型，对在静脉动脉的血管治疗手术前模拟中采用的动脉静脉上所发病的瘤·狭窄形状加以再现，由此，可以进行血管治疗的训练和术前的模拟。
文档编号G09B23/28GK102027525SQ20098011727
公开日2011年4月20日 申请日期2009年5月7日 优先权日2008年5月12日
发明者大野秀则, 森田明夫 申请人:株式会社大野兴业
技术领域：
本发明涉及一种手术模拟用软质血管模型的制造方法，该血管模型用于在进行动脉静脉的血管治疗之前掌握患部附近的血管的立体位置关系，事先确定手术方法，并 且预测手术处置结果对血管造成的形状变化，从而能够进行最合适的处理。特别是涉及 一种用于利用夹钳和线圈或支架进行脑动脉瘤的血管治疗的情况的手术模拟用软质血管 模型的制造方法。
背景技术：
动脉静脉的血管治疗中，涉及动脉的主要是动脉瘤处置、血管旁路、切断、吻 合等，涉及静脉的是进行静脉瘤处置、血管照影导管、短路、切除及利用激光或放射线 烧蚀等。就该治疗中的动脉瘤而言，即使存在未破裂的动脉瘤也就没有症状，但动脉瘤 破裂时，会引起内出血，导致攸关性命的很严重的后果。例如，如果是脑动脉瘤的话，在发现了存在破裂危险的动脉瘤的情况下，广泛 采用以下治疗，即，通过从外侧夹持动脉瘤根部，切断流向瘤内的血液，或者通过向动 脉瘤内部留置线圈或向瘤的根部的血管内部留置各种支架，避免血液流入动脉瘤内。动脉瘤是以山形向血管外部膨胀的瘤，例如，从夹钳离山形的根部越近就越能 防止动脉瘤破裂的观点来看，这种方式是优选的，但当夹钳的位置过于接近动脉瘤的山 形的根部时，则容易出现或引起由夹持后的夹钳位置附近的血管膜变窄、变形或弯曲而 导致的动脉瘤附近的血管的立体形状发生变化，使血流形状不稳定，阻碍血流的顺畅流 动。同样地，由于线圈或支架的尺寸或留置位置，也会引起手术后的血流形状不稳定。此外，在未破裂的动脉瘤的手术中，在切开手术位置的状态下或插入用于夹 钳、线圈或支架的血管造影导管的状态下，在该状态下进行处置时，即使确认到血流的 形状和流动没有异常，在使手术位置的切开状态吻合、拔出血管造影导管的手术后，由 于柔软且很细的血管的张力发生改变，因此，在手术中不能确认手术后的血管形状的稳 定性。在这种情况下，在发现了顺畅的血管内流动被阻碍时，会导致再次手术，从最初 开始重新进行夹持等动脉瘤处置。在该情况下，如果进行如下手术前模拟，即，制造实际患者的血管形状的模 型，试验夹钳的种类、数量及位置或线圈等的留置位置和方法，确认处置后的血管立体 形状不会变成阻碍血流的形状，这样，就能在手术时迅速地进行最合适的夹钳、线圈或 支架处置，因此，对于患者和手术操作者都有很大的好处。作为手术模拟用模型，本申请的申请人已经提出了一种利用积层造型方法制造 手术模拟用人骨模型的方法，该方法将手术模拟用人骨模型展开为薄膜状，然后通过由 激光烧结粉末材料制作各薄膜(专利文献1)。但是，该制造方法是一种利用与人骨相同程度的硬度、容易切削的材质形成的 人骨模型，该制造方法无法制造像本发明的血管那样具有柔性的血管形状的模型。
在利用这样的硬质模型的制造方法制作血管形状的情况下，适合于把握患部和 血管的立体位置关系，考虑手术处置的方向，例如从何处放入夹钳，但是，至于手术的 处置会给手术后的血管形状造成何种影响，无法确认。此外，也无法在内部插入线圈或 支架来进行模拟。时至今日，还没有获知提供有血管这样具有柔性的手术对象部位的中空形状的 模型的文献。专利文献1 日本专利第3927487号公报
发明内容
本发明的目的在于提供一种立体血管模型，该立体血管模型用于静脉动脉的血 管治疗手术前模拟，通过软质聚合物制模型再现在动脉静脉上发病的肿瘤或狭窄的形 状，并能够使用其来进行使用夹钳、线圈及支架等手术用设备的血管治疗的训练以及进 行手术前的模拟。
在本发明中，发现了如下方法，即，以薄膜单位积层造型软质的血管模型，在 制造过程中，需要固定软质血管膜模型的立体位置，为了维持该形状，利用精密积层造 型机同时对积层造型支承材料和形成血管膜模型的软质材料进行积层造型，在制造血管 模型后，除掉支承材料，根据该方法，完成本发明。S卩，本发明提供如下手术模拟用软质血管模型的制造方法，(1)根据对规定的动脉静脉的对象部位的血流进行造影所得到的断层图像数据， 制作血流的立体形状，得到在该血流的立体形状的表面形状上附加膜厚的血管膜的立体 形状数据，以包含规定尺寸的对象部位的方式，在空间区域中切取该对象部位的血管膜 的立体形状数据，该空间区域内制作对象部位的血管膜立体形状漂浮在空中的三维数 据，将该三维数据输入到具有用于以粒径50 μ m以下的微小液滴状喷射柔性聚合物的喷 嘴和用于以粒径50 μ m以下的微小液滴状喷射支承物质的喷嘴的精密积层造型机的计算 机中，根据该输入到计算机中的三维数据，通过与三维数据的底面平行的水平面，输出 以每个厚度0.1mm以下的规定的薄层单位环切三维数据而获得的、由血管膜部分区域和 空间部分区域构成的薄层平面数据，并输出该薄层平面数据的血管膜部分区域的数据， 通过柔性聚合物的喷射，形成薄层单位厚度的血管膜部分，并且，将薄层数据的空间部 分作为喷射支承物质的液滴的喷嘴喷射信号输出，形成薄层单位厚度的支承物质层，从 而进行被每个三维数据的厚度为0.1mm以下的薄层单位的支承物质层包围的血管膜模型 的形成操作，通过在三维数据的下端到上端的每个薄层单位依次反复进行上述操作，得 到在与三维数据相对应的外表面形状的支承物质基体的内部浮游有软质血管模型的块状 基体，上述软质血管模型由柔性聚合物制成并具有立体血管形状，从该块状基体除去附 着于血管模型的外侧的支承物质，取出埋在块状基体内部的软质血管模型，接下来，从 血管模型的开口部取出存在于所取出的软质血管模型内部的支承物质，(2)对象部位存在有动脉瘤的上述(1)的手术模拟用软质血管模型的制造方法，(3)对象部位存在有静脉瘤的上述(1)的手术模拟用软质血管模型的制造方法，根据本发明制造的软质血管模型，能对该模型实施预定在实际的血管上进行的 处理，能确认在血管膜上出现的形状变化、褶皱和变形的有无及形状，能够探索最适当的处置，因此，在动脉静脉的血管治疗中，特别有利于缩短未破裂动脉瘤的手术时间和 防止医疗事故的预防处置。此外，采用本发明的使用支承物质的制造方法，有可以准确地形成软质的血管 的立体形状的优点。
图1是利用本发明的实施例制造的医疗用血管模型的立体图。图中，附图标记 1是对应于动脉瘤的部分，附图标记2是对应于动脉瘤所处部分附近的血管的部分，附图 标记3是三维图像交界面。
具体实施例方式在本发明的制造方法中，作为步骤1，注入造影剂，拍摄由规定的动脉静脉的对 象部位的血流的造影而得到的断层图像数据。通过规定的动脉静脉的对象部位的血流的造影而得到的断层图像数据，提取血 流的立体形状，在该血流的立体形状的表面形状上附加血管的膜厚，获得具有该膜厚的 血管膜的立体形状数据。血管的膜厚可以输入对象部位的平均血管膜的厚度。在空间区域中，以包含规定尺寸的对象部位的方式，对该对象部位的血管膜的 立体形状数据进行切取，制作对象部位的血管膜的立体形状在该空间区域内漂浮在空中 的三维数据。通过在该空间区域形成底面，可以使制造中的软质血管的位置稳定。在本发明的软质血管模型的制造中，可以使用以喷墨的方式使材质成为薄膜并 重叠为积层且固定的精密积层造型机。该精密积层造型机是反复多次印刷薄的印刷层， 堆积大量的血管薄膜剖面的积层而积层形成血管的立体形状的装置。即使积层形成血管 的复杂立体形状，在其形状未固定时，无法进行接下来的积层印刷。因此，为了固定血 管膜的位置，产生了在空间区域内设置支承材料的需要。在本发明的软质血管模型的制造过程中，利用大面积的空间区域包围厚度薄且 细长面积的血管膜剖面区域，从而区分三维数据的薄膜单位的积层。在血管膜剖面区域 中，以喷墨方式喷射软质聚合物，形成薄膜积层单位，同时，在空间区域内，以喷墨方 式，将支承材料作为墨水，利用叠层印刷的重叠印刷层，以用大面积的支承材料剖面包 围厚度薄且细长面积的血管膜剖面区域的方式，形成薄膜单位的积层。如果对于上述空 间的三维数据的整体进行该薄膜单位的积层形成，则支承材料中，能得到对象部位的血 管膜立体形状漂浮在空中的支承材料的块。当从该块中剥离支承材料或者利用水等溶剂 中溶解支承材料而将支承材料除去时，在内部还含有支承材料的立体血管膜模型表现为 继续维持立体形状。在溶解或掏出其中的支承材料并从血管膜模型的开口部将支承材料 取出时，能得到作为目的的软质血管模型。作为本发明所用的喷墨方式的积层造型机，可使用例如市场上已经销售的Objet 公司的积层造型机“Eden500V”。该装置是薄膜积层单位的喷墨方式的积层造型机，印刷时例如为双色印刷方 式。S卩，对于每个三维数据的薄膜积层单位，都将该积层单位的面积分为血管剖面分区和空间分区，将形成相当于血管剖面的部分的由软质聚合物构成的血管模型材料喷射积层为血管剖面分区，在空间分区中，喷射形成用于维持形状的支承材料，形成薄膜 积层单位，然后将其一次一次地重复积层，形成由软质聚合物制成的立体血管模型和由 支承物质构成的空间部分。在具有上述底面的空间区域内，将对象部位的血管膜立体形状浮在空中的三维 数据输入到精密积层造型机的计算机中，该精密积层造型机具有以粒径50 μ m以下的微 小液滴状喷射柔性聚合物(预聚物)的喷嘴和以粒径50 μ m以下的微小液滴状喷射支 承物质的喷嘴，根据输入到该计算机中的三维数据，利用与三维数据的底面平行的水平 面，输出薄层平面数据，该薄层平面数据按每个厚0.1mm以下的规定薄膜单位环切三维 数据所得到，由血管膜部分区域数据及空间部分区域数据构成，将所输出的该薄层平面 数据的血管膜部分区域数据作为用于喷射柔性聚合物的液滴的喷嘴喷射信号输出，使该 柔性聚合物的液滴喷射出来，形成与薄膜单位厚度的血管膜相当的部分，并且，将上述 输出的薄层平面数据的空间部分区域数据作为用于喷射支承物质的液滴的喷嘴喷射信号 输出，使该支承物质的液滴喷射出来，形成薄层单位厚度的支承物质层。在此时形成的 薄膜中，其下层的相当于血管膜的部分与支承部分紧贴在一起，进而一体化，一层的量 的积层附加于各自的之前堆积的积层上。一层的积层的厚度可以由积层造型机的精度、 所要求的血管模型的形状的精度、以及模型的生产效率等来适当地确定，通常可以在 0.1mm以下，优选为0.1mm至0.005mm，进一步优选为0.05mm 0.01mm。该厚度为制 作血管模型的高度方向的喷射节距，厚度越薄，则血管模型的垂直剖面的形状越准确， 进行夹持等处置情况下的形状的变形状态就越准确地再现。通过在从三维数据的底面到最上端的每个薄层单位中，依次反复进行每个三维 数据的厚度在0.1mm以下的薄层单位的血管模型形成操作和与其贴紧的空间部的支承区 域的积层，从而，得到软质血管模型在具有与三维数据对应的空间区域的外表面形状的 支承物质基体内部浮游的块状基体，上述软质血管模型由柔性聚合物制成并具有立体血 管形状。通过从该块状基体除去附着于软质血管模型外侧的支承物质，并对埋设于块状 基体内部的软质血管模型剥离支承物质或溶解支承物质，取出在内部填充了支承物质的 软质血管模型，接下来，可以从血管模型的开口部通过刮下或溶解而取出存在于所取出 的软质血管模型内部的支承物质。通过从内部取出支承物质，可以得到与实物同样的立 体形状的中空血管膜模型。在软质血管模型是具有动脉瘤的血管部分的模型时，可以使用一个或两个以上 的各种形状及尺寸的夹钳，在各种位置夹持动脉瘤，可以由血管模型因夹持方法不同而 产生的变形的状态的关系，在实际手术前确认最合适的夹持方法。此外，在根据具有动 脉瘤的血管部分的模型的形状而选择留置线圈或支架作为最合适方法的情况下，在血管 模型的内部，插入各种尺寸的线圈或支架，可以在手术前确认插入后血流不发生异常的 血管的形状。从喷射本发明的软质血管模型的材料的材质的喷墨喷嘴喷射出来的墨水物质是 软质橡胶状聚合物物质，具有薄膜形成能力，从喷墨喷嘴作为微小液滴喷射，在喷射后 立即固化，形成积层，与已积层的下层的橡胶状聚合物物质一体化，形成血管模型，只 要满足该条件的物质，就没有特别限定而可以使用。
作为优选的软质血管模型的材料的墨水物质，是橡胶状状聚合物的液体预聚合 物，优选由不含有容积的光固化性的液体状预聚合物物质构成，将该墨水物质供给到与 墨水喷嘴相连的墨盒，通过喷射而微粒子化，喷射到血管膜区域。此外，从墨水喷嘴喷 射的墨水物质的微粒子在紫外线照射下作为微小粒子飞出，同时通过紫外线进行聚合， 变为软质聚合物，附着在血管膜区域。作为这样的墨水物质，例如可以使用Objet公司制造的 "FULLCURE930TANGOPLUS “。“FULLCURE930TANGOPLUS“是包含丙烯酸异冰片酯(exo_l，7， 7-trimethylbicyclo[2, 2，l]hept-2-ylacrilate)、氨酯丙烯酸酯低聚物、少量的氨酯树脂及
光聚合引发剂的液体组合物。在该墨水物质成为微粒子液滴并从喷墨喷嘴的前端喷射出而附着于血管膜区域 时，在与之前印刷并附着的液滴一体化的同时，通过在喷射过程中所照射的紫外线，利 用溶解的光聚合引发剂开始聚合，预聚合物瞬间变化为软质聚合物，成为形成软质血管 模型的软质聚合物物质。此外，从喷射本发明的支承材料的材质的墨水喷嘴喷射的墨水物质只要是从墨 水喷嘴以微小液滴形式喷射并在喷射后立即固化而形成积层的物质即可，只要是能够与 血管模型形成材料的交界面能够简单地被剥离的物质，或者能够通过水或者酒精等溶剂 从血管模型形成材料的软质聚合物分离或者溶解除去的物质，就没有特别限制而能够使 用。例如，特别优选如下物质，即，能够成为具有维持血管膜模型这样轻量的制品的 制造工序中的形状所需的形状维持能力的固体，并能在对其施加外力时容易地粉碎的物 质。由于是软质的固体，因此，在除去支承物质材料时，损坏软质聚合物制血管模型的 可能性较小。作为用于形成支承材料的墨水物质的具体例子，可以使用例如Objet公司制 造的 ‘‘FULLCURE705”。在本发明中，在精密积层造型机中，向用于喷射软质血管模型的材料的材质的 墨水喷嘴和用于喷射支承材料的材质的喷嘴的储液罐(墨盒)中填充软质橡胶状物质墨水 和支承材料物质墨水，以形成与上述一层的积层的厚度相当的薄膜的方式进行喷射。喷 射区域喷射三维数据的各薄膜单位的血管膜区域和空间区域而形成薄膜单位的积层。区分血管区域和空间区域并进行喷射的图形的准确度由喷射节距间隔决定。本 发明所用的精密积层造型机在平面XY轴方向上与上述高度方向的喷射节距相同，通常 可以为0.1mm以下的喷射节距，优选为0.1mm至0.005mm的喷射节距，进一步优选为 0.05mm至0.01mm的喷射节距。所喷射的柔性聚合物的粒径为粒径50μιη以下的细小液滴状，在粒径超过 50 μ m时，微细血管的情况下的形状变得不准确。实施例使用Objet公司制造的精密积层造型机“Eden500V”(造型尺寸 490mmX390mmX200mm> 机 械尺寸 1320mmX990mmX 1200mm，积层节距 0.016 0.030mm),制作出存在未破裂的脑动脉瘤的软质聚合物制血管模型。精密积层造型机
“Eden500V”具有能喷射两种墨水的八个墨水喷嘴，各墨水喷嘴的顶端具有96个微小液 滴喷射孔。利用该八个具有多个微小液滴喷射孔的墨水喷嘴，迅速且均勻地喷射单位积层面积，具有能印刷积层的功能。从第1墨水盒和第2墨水盒向八个液体喷嘴群分别供给墨水。在本实施例中，以高度方向的设定积层节距0.03mm进行，水平方向的喷射节距 在两轴(XY方向)上以0.05mm节距积层造型。当该节距为0.1mm以上时，就难以准确 地再现准确的血管膜的手术处置的影响。高度方向的设定积层节距0.03mm与断层薄膜 的厚度相同。作为Objet公司制造的积层造型机的软质血管模型的材料的材质所使用的墨水 物质，选择含有光引发剂的Objet公司制造的墨水“FULLCURE930TANGOPLUS”，将 其填充到第1墨水盒中加以使用。对该墨水进行了光聚合的情况下的聚合物的物理性 质，g卩，血管模型材质的物理性质为，拉断强度1455MPa，20 %弹性模量0.146MPa， 50%弹性模量0.263MPa，伸长度218%，肖氏硬度27，抗拉强度3.47kg/cm，玻璃化温 度-9.6°C。 作为支承材料物质墨水，选择能从Objet公司制造的积层造型机专用的支承用软 质树脂墨水中剥离、容易粉碎的水溶性聚乙二醇制墨水“FULLCURE705”，并将其填 充到第2墨水盒中加以使用。对于担当医生指定的患者存在的未破裂动脉瘤的血管区域，使用造影剂，利用 3DCTA进行CT摄影，得到三维的立体血流的形状数据(也可以取代CT摄影，利用注入 造影剂的血流摄影的MRI得到三维的立体血流的形状数据)。在三维的立体血流的形状数据的表面，利用数据处理附加厚度0.3mm的血管 膜，得到三维的立体血管膜模型的形状数据。在计算机中做准备，从而可以将拍摄到的三维的立体血管膜的形状数据作为厚 度0.03mm的断层数据输出。 Objet公司制造的积层造型机的造型空间具有490mm X 390mm X 200mm的空间。在该造型空间中，拷贝十个所准备的断层数据组的三维数据的 35mmX30mmX28mm的积层作业的对象区域造型尺寸，并将十个断层数据组输入到精 密积层造型机中。从积层造型机的积层造型的格式输出断层数据，向区分为各断层的血管区域和 空间区域(支承材料区域)喷射各自的墨水，反复进行该操作，在所需时间两个小时内， 制作出由支承材料包裹的立体形状的血管膜。在积层造型机的造型空间中，以各自分离的岛的状态，形成十个包含作为目的 的手术对象区域的立体血管膜的造型尺寸为35mmX30mmX28mm的支承材料的块。用 手指从该十个块的表面剥离支承材料，取出图1的立体形状的血管模型。该模型的内部 充满水溶性的软质固体支承材料，软质支承材料保持血管的形状，因此，所取出的内藏 支承材料的血管模型与实际存在动脉瘤的患部维持相同形状。通过对其进行观察，可以 把握要进行手术的患部附近的血管和动脉瘤的立体位置关系。接下来，以不破损血管膜的方式，从开口部谨慎地取出内部的支承材料。此时，从血管模型的开口部附近开始揉搓，可以取出开口部附近的软质支承材 料，并从里侧依次传递，向开口部送出并取出软质支承材料。最后，用水清洗，将血管膜内部的水溶性支承材料完全去除。 所得到的带动脉瘤的血管模型，在动脉瘤的各个位置插入各种夹钳或留置的线 圈或支架，调查动脉瘤附近的血管膜是否发生形状变形，对应于患部的血管形状，可以 选择最合适的夹钳的种类和数量，选择夹持位置的最合适条件或选择线圈或支架的尺寸 形状。工业实用性通过本发明的医疗用血管模型，能够在动脉静脉手术前确认实施手术后的血管 状态，因此，具有能够准确且迅速地实施动脉静脉手术的优点，可以广泛地利用在用于 夹钳、支架和线圈等血管治疗的医疗器械产业中。
权利要求
1.一种手术模拟用软质血管模型的制造方法，根据对规定的动脉静脉的对象部位的 血流进行造影所得到的断层图像数据，制作血流的立体形状，得到在该血流的立体形状 的表面形状上附加了膜厚的血管膜的立体形状，以包含规定尺寸的对象部位的方式，在 空间区域中切取该对象部位的血管膜的立体形状数据，制作对象部位的血管膜立体形状 在该空间区域内漂浮在空中的三维数据，将该三维数据输入到精密积层造型机的计算机 中，上述精密积层造型机具有用于以粒径50 μ m以下的微小液滴状喷射柔性聚合物的喷 嘴和用于以50 μ m以下的微小液滴状喷射支承物质的喷嘴，根据输入到该计算机中的三 维数据，通过与三维数据的底面平行的水平面，输出薄层平面数据，该薄层平面以每个 厚度0.1mm以下的规定薄层单位环切三维数据而获得，并由血管膜部分区域和空间部分 区域构成，输出该薄层平面数据的血管膜部分区域的数据，通过柔性聚合物的喷射，形 成薄层单位厚度的血管膜部分，并且将薄层数据的空间部分作为用于喷射支承物质的液 滴的喷嘴喷射信号输出，形成薄层单位厚度的支承物质层，从而进行被每个三维数据的 厚度为0.1mm以下的薄层单位的支承物质层包围的血管膜模型的形成操作，通过对从三 维数据的下端到上端的每个薄层单位依次反复进行该操作，得到在支承物质基体的内部 浮游有软质血管模型的块状基体，上述支承物质基体具有与三维数据相对应的外表面形 状，上述软质血管模型由柔性聚合物制成并具有立体血管形状，从该块状基体除去附着 于血管模型的外侧的支承物质，取出埋在块状基体内部的软质血管模型，然后，从血管 模型的开口部取出存在于所取出的软质血管模型内部的支承物质。
2.根据权利要求1所述的手术模拟用软质血管模型的制造方法，其特征在于，对象部 位是存在动脉瘤的血管部位。
3.根据权利要求1所述的手术模拟用软质血管模型的制造方法，其特征在于，对象部 位是存在静脉瘤的血管部位。
全文摘要
本发明提供一种手术模拟用软质血管模型的制造方法。该手术模拟用软质血管模型的制造方法，用于制造能够根据从实际患者的CT/MRI获得的图像数据，再现动脉静脉发病的瘤·狭窄，用于进行血管治疗的训练、以及术前模拟的三维模型，在利用软质聚合物薄膜采用高精度积层造型机制作该三维模型时，在精密积层造型机内，与为了支承与三维模型制作中的形状而采用的支承物质一起，积层造型具有患部的血管模型，然后在积层造型后除去支承物质。所能提供的立体血管模型中，利用软质聚合物制的模型，对在静脉动脉的血管治疗手术前模拟中采用的动脉静脉上所发病的瘤·狭窄形状加以再现，由此，可以进行血管治疗的训练和术前的模拟。
文档编号G09B23/28GK102027525SQ20098011727
公开日2011年4月20日 申请日期2009年5月7日 优先权日2008年5月12日
发明者大野秀则, 森田明夫 申请人:株式会社大野兴业
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