生物体组织立体模型及其制造方法
专利名称：生物体组织立体模型及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种生物体组织立体模型及其制造方法，特别是优选适用于再现具有 人体内部的病变部位的生物体组织的情况。
背景技术：
作为再现人体内部的生物体组织的立体模型，提出有以下模型使用造影剂并利 用X射线CT、MRI的数据来得到断层图像信息，根据从该断层图像信息得到的三维数据来再 现生物体组织(参照专利文献1 4)。专利文献1 日本特开平8-1874号公报。专利文献2 日本特开2006-343434号公报。专利文献3 日本特开平5-11689号公报。专利文献4 日本专利第3613568号公报。在对人体的生物体组织中产生的病变部位、特别是体内病变部位的状态进行确认 并且研究治疗时，医生无法直接通过视觉识别来进行诊断，因此如果能够再现该体内的病 变部位的生物体组织立体模型来呈现，则作为进行适当的治疗的工具而有效性较大。特别是，对于血管那样具有内腔的生物体组织还能够通过将导管等手术器具导通 到内腔来进行病变部位的诊断、治疗，因此如果能够适当地再现产生了病变部位的生物体 组织的立体模型则实用效果较大。另外，关于血管那样具有管状管腔的生物体组织，如果能够利用立体模型来获知 在管腔内流动的血液等流体的流向，则在确认生物体组织的功能方面有效。并且，关于血管那样具有管状管腔的生物体组织，如果除了由于流过管腔内的流 体、例如血液的压力发生变动而生物体组织进行伸缩的动作以外，由于对管腔内插入处理 器具、或者处置器具在管腔内的扩张等而管腔内的压力过大，则该生物体组织的病变部位 有可能产生破裂等不合适的动作。对于这一点，由于以往技术不具有用于获知由再生组织模型再现的生物体组织的 动作的功能，因此作为生物体组织模型而尚不充分。并且，在以往作为根据三维数据来再现生物体组织的方法，例如使用利用根据三 维数据生成的光来使光固化性树脂固化的方法的情况下，由于所再现的生物体组织立体 模型是使活性能量线固化性树脂固化而得到的模型，因此具有大于生物体组织的刚性的刚 性，因而不具有柔软度，因此无法成为再现生物体组织的柔软度的模型，从而要求提高作为 确认支架移植体(Stentgraft)、支架(stent)的适应性等的手术手的技术模拟装置的功 能。
发明内容
本发明是考虑以上点而完成的，提出了一种如下生物体组织立体模型及其制造方 法能够适当地再现包含病变部位的管腔部，另外，关于具有管腔的生物体组织，能够视觉识别流过管腔内的流体的流向，或者能够掌握在管腔内的压力发生变化时与该变化相应地 产生的生物体组织部位中的变化，或者使用活性能量线固化性树脂的已固化的树脂来能够 将生物体组织立体模型制作成具有柔软度的模型。用于解决上述问题的本发明作为生物体组织立体模型来再现包含病变部位的管 腔壁部分的厚度。另外，本发明在根据生物体断层图像数据来制作的生物体管腔模型中，从管腔壁 向管腔突出形成薄板状小片。或者，本发明在根据生物体断层图像数据来制作的生物体模型中，根据与由管腔 壁包围的管腔内的压力的变化相应地在设置于管腔壁上的测量结构产生的位移来测量管 腔内的压力。或者，本发明在根据生物体断层图像数据使液状的活性能量线固化性树脂固化来 制作的生物体模型中，将未固化的液状分区封入到已固化的树脂部内。根据本发明，通过包括病变部位在内地再现管腔壁部分的厚度，能够明确地视觉 识别管腔内的病变部位的状态，其结果能够更容易诊断管腔内。另外，根据本发明，从管腔壁向管腔突出形成薄板状小片，由此通过对与流过管腔 内的流体的流向对应地进行动作的薄板状小片的动作进行视觉识别来能够确认流体的流 向。并且，根据本发明，在根据生物体断层图像数据来制作包围管腔的管腔壁时，在管 腔壁上形成测量结构，根据该测量结构中产生的位移来测量管腔内的压力，由此能够根据 管腔内的压力变化来可靠地测量管腔壁中产生的动作。并且，根据本发明，在通过对活性能量线固化性树脂进行固化处理来制作生物体 组织的生物体模型时，将未固化的液状分区封入到已固化的树脂部内，由此能够得到具有 柔软的肌肤触感的生物体现象主体模型。
图1是表示本发明的一个实施方式的生物体组织立体模型制造系统的框图。图2是表示图1的图像数据处理装置3的造型数据生成处理过程的流程图。图3是表示图1的图像数据处理装置3的造型数据生成处理过程的流程图。图4是表示关于上段断层数据的正面纵截面数据D21、侧面纵截面数据D31以及横 截面数据Dll的截面图。图5是表示图4的上段断层数据的中间造型图像数据的截面图。图6是表示中段断层数据的正面纵截面数据、侧面纵截面数据以及中段断层数据 的截面图。图7是表示图6的中间造型图像数据的截面图。图8是表示下段断层数据的正面纵截面数据、侧面纵截面数据以及横截面数据的 截面图。图9是表示图8的中间造型图像数据的截面图。图10是用于说明大动脉瘤中存在血栓的情况下的处理的示意图。图11是表示制作出的立体模型的侧视图。
图12是用于说明存在大动脉离解的情况下的图像数据的处理的示意图。图13是用于说明血管存在分支的情况下的图像数据的处理的示意图。图14是用于说明存在本来应该没有的血管的情况下的图像处理的示意图。图15是用于说明能够插入手术器具的立体模型的侧视图。图16是表示图15的插入端口的侧视图。图17是表示图15的连接端部的结构的截面图。图18是表示使流向显示头(流Λ表示子)从管腔壁突出而成的立体模型的局部 截面图。图19是用于说明大动脉瘤中存在血栓的情况下应用流向显示头的情况的示意 图。图20是表示设置于立体模型上的动作检测部的立体图。图21是表示从不同的方向观察动作检测部的立体图。图22是用于说明利用动作检测用突头进行的动作检测动作的示意图。图23是用于说明利用应变检测元件(歪検出素子)进行的动作检测动作的示意 图。图24是用于说明利用压敏机构进行的动作检测动作的示意图。图25是用于说明液状分区的形成处理的示意图。图26是表示应用于大动脉瘤中存在血栓的大动脉的立体模型的实施方式的侧视 图。图27是表示图26的横截面结构的截面图。附图标记说明1 生物体组织立体模型制造系统；2 三维数据获取装置；3 图像数据处理装置； 4 立体模型制作装置；5 立体模型；11 大动脉；IlAl 11Α4 外表面；IlBl 11Β4 管腔 壁；IlCl 11C4 血流部分；11D2U1D3 血栓部分；12 大动脉瘤；13 血栓；21 大动脉； 21Α1 21Α5 边界；21Β2 21Β5 双重血管壁；21C1 21C5 管腔壁；22 鼓起；23 双重 血管壁；31 胸部大动脉弓；31Α1 31Α6 边界；31Β1 31Β6 血流；31C1 31C6 管腔壁； 32 头臂动脉；33 左颈总动脉；34 左锁骨下动脉；41 心脏；42 大动脉；44 旁路血管； 45Α 4OT 边界；46Α 46C 血流；47、48 连接血管部；49 旁路血管部；50Β 50D 血 流；51 流向显示头；51Α 脚部；51Β 流动抵接部；52 管腔壁；53 管腔内面；54 管腔；60 管腔壁；60Α 外表面；60Β 应变检测用孔；60C 柔软部；60D 固化部；60Ε 未固化部；60F、 60G 固化板部；61 动作检测用突头；62,66,69 动作检测部；70 压敏机构；71 位移检测 部 ’7IA 发光元件；71Β 受光元件；72 位移检测部；72Α 检测器主体；72Β 压敏板；72C 触头；80 生物体组织部位；81 液状分区；82 固状固化树脂部；83 管腔壁。
具体实施例方式下面，根据附图来详细说明本发明的一个实施方式。(1)生物体组织立体模型制造系统在图1中，1整体表示生物体组织立体模型制造系统，三维数据获取装置2从被检 者获取与包含要制作生物体组织立体模型的生物体组织的部位有关的三维断层数据Si，并将该三维断层数据Sl传输到图像数据处理装置3。在本实施方式的情况下，三维数据获取装置2是X射线CT装置，从作为生物体组 织的大动脉的病变部位获取以1 [mm]的片宽度进行切片而得到的由100 300张、例如300 张断层图像构成的三维断层数据Si，将该三维断层数据Sl提供给图像数据处理装置3。图像数据处理装置3从该三维断层数据Sl各层的图像数据提取要作为生物体组 织立体模型而造型的生物体组织部位(在本实施方式的情况下大动脉的病变部位)的图像 数据，并且根据需要对提取的该图像数据进行插值编辑处理。这样，图像数据处理装置3生成由多层平面点数据构成的断层造型数据S2并提供 给立体模型制作装置4。立体模型制作装置4由光造型机构成，对于断层造型数据S2的各层，在点数据的 位置处将紫外线激光照射到液状光固化性树脂的液面，由此对各层使规定厚度的树脂层固 化，将由此固化后的光固化性树脂按照断层造型数据S2的各层来进行层叠，由此形成立体 地连接固化层而成的立体模型5。在此，作为立体模型制作装置4能够应用例如seamet ( * — 卜)股份有限公 司、冊-3000、层叠间距0.05[讓]的光造型装置。该光造型装置选择性地照射由计算机控制的紫外线激光而使规定厚度的液状光 固化性树脂固化，使得在放入到容器内的液状光固化性树脂的液面上得到期望的图案，接 着在该固化层上提供与一层相当的量的液状树脂，同样地利用紫外线激光与上述同样地进 行照射以及固化，反复进行层叠操作来得到连续的固化层。另外，作为光固化性树脂能够应用聚氨酯丙烯酸酯(urethane acrylate)类光固 化树脂组合物(参照专利文献5)、硅酮系光固化树脂组合物(参照专利文献6)。在制作除了骨骼和牙齿以外的生物体组织的模型的情况下，优选伸长率较大且杨 氏模量较小的上述树脂组合物等，特别优选上述硅酮系光固化树脂组合物。专利文献5 日本特开平9-169827号公报。专利文献6 日本特开2006-2087号公报。(2)图像数据处理装置图像数据处理装置3通过图2以及图3示出的造型数据生成处理过程RTO来对由 三维数据获取装置2提供的三维断层数据Sl进行图像处理。在本实施方式的情况下，如在图4、图6以及图8中通过上段部、中段部、下段部的 断层数据表示的代表例那样，三维断层数据Sl通过横截面数据Dll、D12以及D13、正面纵 截面数据D21、D22以及D23、侧面纵截面数据D31、D32以及D33，以亮度的明亮度(因而图 像的浓淡)来表现体内的三维位置上的图像点的生物体组织。在此，图4的(C)、图6的(C)以及图8的(C)的横截面数据D11、D12以及D13表 示图4的㈧和(B)、图6的㈧和(B)以及图8的㈧和(B)的正面纵截面数据D21、D22 及D23、侧面纵截面数据D31、D32及D33中示出的横截面线Ll的高度上的断层数据。同样地，如图4的(C)、图6的(C)以及图8的(C)所示，图4的㈧和(B)、图6的 (A)和(B)以及图8的(A)和(B)的正面纵截面数据D21、D22及D23以及侧面纵截面数据 D3UD32及D33表示通过侧面纵截面线L3和正面纵截面线L2在人体的前后方向的位置以 及左右方向的位置处取的纵截面数据。
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这样，图像数据处理装置3的用户通过进行指定横截面线Li、正面纵截面线L2以 及侧面纵截面线L3的位置的操作，使得能够从作为三维断层数据Sl而提供的断层数据中 选择要作为断层造型数据S2而得到的包含生物体组织的部位的断层图像数据，并将该断 层图像数据显示在图像数据处理装置3的显示器上，并且能够对显示的该图像数据进行编 辑操作(对与作为目标而指定的图像区域内的生物体组织的部位有关的图像数据进行删 除/加入/变更等图像处理)。当进入造型数据生成处理过程RTO时，图像数据处理装置3首先在步骤SPl中根 据用户的指定操作从三维断层数据Si选定包含作为要形成生物体组织立体模型的造型对 象(即目标)的血管、脏器等生物体组织的断层图像并显示在显示器上，之后，在步骤SP2 中确认是否识别出该造型对象。在本实施方式的情况下，用户通过移动横截面线Li、正面纵截面线L2以及侧面纵 截面线L3，搜索包含人体内的造型对象(例如大动脉)的断层图像的范围，从而识别处理对 象区域TG。此时，图像数据处理装置3根据用户的指定操作而进入到步骤SP3，关于包含造型 对象(即目标)的处理对象区域TG，从三维断层数据提取具有与造型对象的亮度相同亮度 的图像数据并显示在显示器上。在本实施方式的情况下，将大动脉的病变部位作为目标，对包含该目标的上下方 向的高度范围、左右方向的宽度范围以及前后方向的深度范围设定有处理对象区域TG，在 显示器上显示包含该处理对象区域TG的断层数据中的一个、例如图4示出的上段断层数 据。在此，作为目标而指定的大动脉是具有充满血液的内腔的管状生物体组织，在作 为对其病变部位的检查而在三维数据获取装置2中获取三维断层数据Sl时，使用造影剂来 拍摄，因此血管的内腔作为具有明亮的亮度的图像数据被取入到图像数据处理装置3。与此相对，在图4的(C)示出的横截面数据Dll中，处理对象区域TG内的血管的 管腔壁部分显示为与位于其外侧的其它组织没有明显区别的图像数据。因此，图像数据处理装置3在下一个步骤SP4中根据用户的操作，提取血管的管腔 壁部分与外部组织之间的边界作为该造型对象。该提取动作是根据解剖学上的信息而假设健康的人体内的造型对象(即大动脉) 的位置、形状或者考虑基于具有相同疾病的患者的解剖例的信息来进行的。实际上，在作为提取对象的血管与其它脏器之间在浓淡上多少有些不同时，将浓 度与血管的管腔壁部分的浓度相同的图像数据部分作为血管而与外部组织的图像分割开， 由此沿着造型对象的外壁进行该提取动作。另外，在仅利用图4的(C)的横截面数据Dll无法与外部组织分割开的情况下，通 过参照位于该横截面数据Dll上下的横截面数据，将与多个断层图像的图像流(从上方位 置向下方位置的图像流或者从下方位置向上方位置的图像流)相适应的图像数据作为造 型对象的图像数据而从外部组织分割开。另外，有时在造型对象包含病变部位的情况下，虽然浓淡上没有差异，但是包含该 病变部位的造型对象的外部形状与解剖学上的健康人的脏器的外形形状不同(异常鼓起 的情况、异常细的情况等)，因此将该不同点包括在内地提取对象图像与其它组织之间的边
当这样对造型对象进行的提取与外侧的其它组织之间的边界的提取处理结束时， 在下一个步骤SP5中，图像数据处理装置3进行从该处理对象区域TG删除该造型对象以外 的部分的处理。其结果，如图5的(C)所示，图像数据处理装置3从横截面数据Dll能够得到要造 型的生物体组织立体模型的一个截面的具有外形形状的中间造型图像数据0B1，将该中间 造型图像数据OBl存储到内部存储器。当与上述一个断层数据有关的造型对象的提取处理结束时，图像数据处理装置3 经由步骤SP6返回到上述步骤SP3，对300个断层数据中的另一个断层数据同样地反复进行 步骤SP3-SP4-SP5-SP6-SP3的处理循环的处理，由此依次对所有的断层数据进行造型对象 的提取处理。这样，例如通过对图6的(C)示出的中断断层数据的横截面数据D12进行提取处 理，能够得到提取出图7的(C)示出的中间造型图像数据0B2的横截面数据D12。另外，同样地，对图8的(C)示出的下段断层数据的横截面数据D13进行提取处 理，由此能够得到提取出图9的(C)示出的中间造型图像数据0B3的横截面数据D13。这样，当300个断层数据的处理全部结束时，图像数据处理装置3在步骤SP6中得 到肯定结果而进入到下一个步骤SP7。关于该步骤SP7的处理，利用通过上述步骤SP3-SP4-SP5-SP6-SP3的处理而存储 在图像数据处理装置3的存储器中的中间造型图像数据(0B1 0B3)，将该中间造型图像数 据(0B1 0B3)作为立体图像显示在显示器上。接着该立体图像的显示处理，在步骤SP8中，图像数据处理装置3使用户判断是否 能够正确地提取出造型对象，在判断为从断层数据提取的造型对象不正确时，返回到上述 步骤SP3，再次重新进行造型对象的提取处理。与此相对，在判断为能够正确地提取出造型对象的情况下，在下一个步骤SP9中， 图像数据处理装置3使用户判断是否能够正确地进行了删除处理，在得到否定结果时返回 到上述步骤SP5，在上述步骤SP5中对认为没有正确进行该删除处理的断层数据进行删除处理。当在步骤SP9中得到肯定结果时，图像数据处理装置3进入到步骤SP10，通过平滑 (smoothing)处理来去除噪声而使表面平滑之后，在步骤SPll中，使用户判断是否缺失临 床上所需的数据，在确认出存在缺失的数据时返回到上述步骤SPlO而重新进行平滑处理。如果不久在步骤SPll中得到肯定结果，则这种情况在临床上也意味着没有问题， 因此在步骤SP12中图像数据处理装置3判断造型对象是否为血管。在此，如果得到否定结果，则图像数据处理装置3进入到步骤SP13而立即进行制 作要传输给立体模型制作装置4的断层造型数据S2的处理。与此相对，当在步骤SP12中得到肯定结果时，意味着在目前处理的立体图像中需 要内腔，因此在步骤SP16中图像数据处理装置3使用户判断是否提取了血管壁。在此，如果得到肯定结果，则意味着作为造型对象而造型出血管，此时，图像数据 处理装置3进入到步骤SP13而进行制作具有内腔的断层造型数据S2的处理。另外，如果造型对象是不具有病变部位的血管，则由于利用造影剂对从三维数据获取装置2得到的三维断层数据Sl进行了拍摄，血管的管腔壁部分在解剖学上以固定厚度 包围周围，因此在步骤SP16中得到肯定结果。与此相对，当在上述步骤SP16中得到否定结果时，这意味着在目前的处理中制作 的立体图像作为血管还尚未完成。因此，图像数据处理装置3进入到步骤SP17，使用户对目前制作的立体图像写入 规定壁厚的管腔壁的图像数据之后，显示立体图像。在此，关于血管壁的壁厚，基于在解剖学上较粗血管的壁厚较厚而血管变细则壁 厚也变薄，根据造型对象的血管部位的条件来决定壁厚。接着，图像数据处理装置3进入到步骤SP18，使用户对显示在显示器上的血管的 立体图像判断在血管中是否存在挤破、离解。在此，当得到否定结果时，在步骤SP19中，图像数据处理装置3修正该问题，返回 到上述步骤SP18，由此进行修正处理直到血管的立体图像中不存在问题。这样，图像数据处理装置3在步骤SP13中结束根据来自三维数据获取装置2的三 维断层数据Sl进行的断层造型数据S2的生成处理，在步骤SP14中对由光造型机构成的立 体模型制作装置4发送断层造型数据S2，由此实施造型处理，由此在步骤SP15中结束该造 型数据生成处理过程RT0。(3)问题的修正处理作为上述造型数据生成处理过程RTO的步骤SP18-SP19-SP18中的问题的修正处 理，存在以下情况。(3-1)大动脉瘤中存在血栓的情况如图10所示，在提供了由于大动脉11中产生大动脉瘤12而存在血栓13的三维 断层数据Sl时，图像数据处理装置3在造型数据生成处理过程RTO的步骤SP4中提取造型 对象与其它组织之间的边界，由此在高度水平V1、V2、V3以及V4中提取大动脉瘤12的部分 异常鼓起的外表面11A1、11A2、11A3以及11A4作为大动脉11的三维断层数据15。然后，在上述步骤SP17中，图像数据处理装置3使用户在大动脉11的外表面 11A1、11A2、11A3以及11A4的内侧增加规定的管腔壁11B1、11B2、11B3以及11B4的壁厚之 后在显示器上显示大动脉11的立体图像。在此，在解剖学上大动脉11是较粗血管，因此将管腔壁1 IBl、11B2、11B3以及11B4
的壁厚选定为比较厚的厚度。另夕卜，管腔壁11B1、11B2、11B3以及11B4的内腔的血流部分11C1、11C2、11C3以及 11C4包含造影剂，由此被比管腔壁11B1、11B2、11B3以及11B4明亮的图像数据所填满。因此，得到如下图像数据不存在血栓13的高度水平Vl和V4的血流部分IlCl和 11C4在整体上与管腔壁IlBl和11B4的内面接触，与此相对，存在血栓13的血流部分11C2 和11C3在血栓部分11D2和11D3处不与管腔壁11B2和11B3接触，在两者之间存在大致接 近大动脉11的浓度的图像部分。这样，在将大动脉作为造型对象而进行图像处理时，图像数据处理装置3在步骤 SP18中生成在血管中存在离解这样的判断结果。因此，在问题修正步骤SP19中，如果制作修正成从大动脉11的管腔壁11B2和 11B3分割出血栓部分11D2和11D3而得到的图像的断层造型数据S2，则从立体模型制作装置4得到的立体模型5如图11所示那样成为再现具有大动脉瘤12的大动脉11 (具有在大 动脉瘤12内部存在血栓13的内部结构)的模型。(3-2)存在大动脉离解的情况如图12所示，关于在解剖学的信息中在高度水平Vll处正常的大动脉21，在高度 水平V12 V15处在大动脉21中存在鼓起部分22的情况下，在造型数据生成处理过程RTO 的步骤SP4中提取造型对象与其它组织之间的边界作为根据从三维数据获取装置2得到的 三维断层数据Sl得到的三维断层数据25，结果得到边界21A1、21A2、21A3、21A4以及21A5。然后，在上述步骤SP17中输入大动脉11的管腔壁21C1、21C2、21C3、21C4以及 21C5时，如果在高度水平V12、V13、V14以及V15的断层数据中存在双重血管壁21B2、21B3、 21B4以及21B5，则图像数据处理装置3在步骤SP18中判断为在血管中存在挤破、离解，因 此在步骤SP19中进行问题的修正处理。在本实施方式的情况下，能够确认出在双重血管壁21B2、21B3、21B4以及21B5与 所输入的管腔壁21C2、21C3、21C4以及21C5之间存在血流部分21D2、21D3、21D4以及21D5， 根据情况也有时看到双重血管壁21B4那样一部分被切断而在皮瓣(flap)上下垂。在步骤SP18中能够确认出这样的血管时，能够制作不会丢失上述三维断层数据 25所具有的血管信息而再现的立体模型。(3-3)存在血管的分支的情况如图13所示，在关于胸部大动脉弓31从三维数据获取装置2取入三维断层数据 Sl的情况下，图像数据处理装置3在造型数据生成处理过程RTO的步骤SP4中提取出造型 对象与其它组织之间的边界时，在高度水平V22处提取了较大椭圆形状的边界31A1，与此 相对，在比该主体部分高的高度水平V21处提取了与头臂动脉32、左颈总动脉33以及左锁 骨下动脉34对应的较小椭圆形状的边界31A2、31A3以及31A4，并且在边界31A1下侧的高 度水平V23处提取了与两个分支对应的椭圆形状的边界31A5和31A6。在得到这种造型对象图像的三维断层数据35时，各边界31A1 31A6内部由于 血流31B1 31B6所包含的造影剂而存在明亮的图像数据，由此，如果作为提取出管腔壁 31C1 31C6的数据而在上述步骤SP6中确认出不存在解剖学上的矛盾，则在判断是否已提 取出血管壁的步骤SP16中得到肯定结果，因此省略步骤SP17的壁厚的输入而进入到造型 数据的制作处理步骤SP13。如果这样则能够省略处理过程，与此相应地能够使造型数据生成处理过程RTO简单化。(3-4)存在本来应该没有的血管的分支的情况在图14中示出如下情况下的图像数据处理在将大动脉42从心脏41分支的部位 设为造型对象的情况下，关于大动脉42的部分，在高度水平V31、V32以及V33处得到管腔 壁43A、43B以及43C作为三维断层数据43，并且在心脏41的高度水平V34处得到断层图像 43D，提供了包含有存在解剖学上本来应该没有的旁路血管44的造型对象的三维断层数据 Si。在这种情况下，关于高度水平V31、V32以及V33，图像数据处理装置3在造型数据 生成处理过程RTO的步骤SP4中，提取造型对象与其它组织之间的边界，由此能够分别提取 边界45A、45B以及45C。
与此同时，关于高度水平V34，同样地在造型数据生成处理过程RTO的步骤SP4中 提取心脏41与其它组织之间的边界45D作为造型对象。在此，在高度水平V31、V32以及V33处，在管腔壁43A、43B以及43C的内侧得到血 流46A、46B以及46C的影像图像，与此相对，在高度水平V34处，不生成与血流相当的部分 的数据。以上图像数据处理是根据解剖学上的信息来进行的，但是在图14的造型对象的 情况下，除此以外对旁路血管44进行图像数据处理。即，在高度水平V32的断层数据中，大动脉42与旁路血管44之间的连接部包含连 接血管部47。另外，在高度水平V34处，在旁路血管44与心脏41相连接的部分包含连接血管部 48。并且，在三维断层数据43中，在高度水平V33处，在大动脉的管腔壁43C附近包含 旁路血管部49。在解剖学上无法预测这些与旁路血管44有关的连接血管部47和48以及旁路血 管部49，但是在各血管部中存在血流50B、50C以及50D的情形作为造影剂的图像而被显示， 因此能够判断这些部分是血管。这样，关于旁路血管44，连续地生成从连接血管部47通过旁路血管部49而到达连 接血管部48的高度方向的断层数据，因此图像数据处理装置3根据断层数据的特殊性来判 断出存在旁路血管44，从而对旁路血管44进行图像处理。(4)手术器具的进入口部件图11示出的立体模型5是根据由图像数据处理装置3生成的断层造型数据S2并 使用立体模型制作装置4而得到的，不仅再现其外形形状，也再现内腔的结构。因此，关于位于大动脉瘤12的内腔内的血栓13 (图10)，如果能够利用该立体模型 来试行将用于对该血栓13进行手术的手术器具插入到该大动脉瘤12的位置的临床操作方 法，则有效性较大。如图15所示，作为在临床上进行这种手术操作方法之前进行研究的工具，从三维 数据获取装置2得到与位于从大动脉11分离的位置上的大腿动脉5Y有关的三维断层数据 Si，使用图2以及图3示出的造型数据生成处理过程RTO来生成断层造型数据S2，在立体 模型制作装置4中对该断层造型数据S2进行处理，由此作为立体模型5X而再现大腿动脉 5Y。在此，在解剖学上大腿动脉5Y位于从立体模型5的大动脉瘤12分离的位置上，因 此与具有大动脉瘤12的立体模型5分开地将立体模型5X作为与立体模型5的部件相连接 的部件而准备。此时，临床上以将导管插入到大腿动脉而送进大动脉瘤为目的，使图像数据处理 装置3进行处理动作，使得与设置插入端口的大腿部的位置对应地在立体模型5X上设置插 入端口部件5Y1，该插入端口部件5Y1再现插入端口。临床上使用的插入端口部件5Y1具有图16示出的结构。插入端口部件5Y1具有整体上具有圆筒形状的插入端口主体5Y2，在向该大腿动 脉的安装侧端部5Y3的侧部切下与大腿动脉的内腔连通的连通开口 5Y4，由此以连通开口
125Y4沿着大腿动脉的方式倾斜地安装插入端口部件5Y1。这样，将导管插入到导管插入侧端部5Y5的、截面为圆形状的开口，导管的前端通 过连通开口 5Y4而被插入到大腿动脉。在此，临床上在安装插入端口部件5Y1之后插入导管的操作方法作为一系列手术 而进行，因此关于对于大腿动脉的设置方向、设置位置，使用立体模型5和5X，能够在手术 之前预先试行插入导管的操作。关于通过三维数据获取装置2从大腿部位得到的三维断层数据Si，图像数据处理 装置3对通过执行图2以及图3的造型数据生成处理过程RTO来制作的断层数据附加插入 端口部件5Y1的断层数据来制作立体模型5X。如图17的(A)所示，在作为不同部件而制作的立体模型5与立体模型5X之间的 连接端部5A上形成由圆筒状凹部构成的嵌入部5A1，其周缘部被切入管腔壁5A2的厚度部 分。与此相对，在立体模型5X的连接端部5X1上形成由圆筒状凸部构成的突出部5X2， 其圆周部具有切掉管腔壁5X3的厚度部分的外周部的结构。立体模型5的连接端部5A的内腔5A3与立体模型5X的连接端部5X 1的内腔5X4 具有相同的内径。如图17的(B)所示，突出部5X2被无缝隙地嵌入到嵌入部5A1，由此在被插入到立 体模型5X的内腔5X4的作为手术器具的导管从突出部5X2通过嵌入部5A1的边界时，由于 该边界不存在高度差而该导管的前端无阻力地能够从连接端部5X1的内腔5X4移动到连接 端部5A的内腔5A3。这样，通过将作为不同部件的立体模型5和5X进行连接来再现直到位于从大动脉 瘤12分离的位置上的大腿动脉5Y的插入端口部件5Y1为止的具有与临床上的内腔结构相 同的内腔结构的立体模型，由此在实际临床中进行之前能够试行从插入端口部件5Y1插入 导管的导管插入操作方法。其结果，在由于大动脉11的内腔中的大动脉瘤的产生位置而插入端口部件5Y1的 设置位置或者设置角度不适当的情况下，能够事先确认这种不适当的情况。此时，预先准备在不同的条件下设置位置和设置角度不同的多个立体模型5X，如 果将该多个立体模型5X通过连接端部5X1连接到具有大动脉瘤12的立体模型5的连接端 部5A，则能够确认更佳的插入端口部件5Y1的设置条件。(5)实施方式的动作和效果在以上结构中，利用了从三维数据获取装置2得到的三维断层数据Sl包含人体内 的立体位置的图像信息的情况，能够得到再现如血管那样具有内腔的生物体组织的立体模 型。这样，能够适当地得到作为能够充分预测包括人体部位中的病变部位、之前的手 术痕迹在内的体内组织的状态的工具的立体模型。与此同时，通过将能够对血管插入手术器具的插入端口部件设置在立体模型上， 能够预先测试临床上的操作方法，由此能够更容易地进行手术。(6)流向显示头关于图10 图14，对上述那样在图像数据处理装置3中生成的断层造型数据S2中的具有管状管腔的生物体组织、例如血管附加图18示出的流向显示头51。流向显示头51在管腔壁52的管腔内面53上隔着适合视觉识别的间隔以突出到 内腔空间的方式直立。在本实施方式的情况下，流向显示头51是薄板状的小片，具备具有挠性的较细的 脚部51A和形成于脚部51A的前端部的宽大的流动抵接部51B。这样，在由管腔壁52包围的管腔54内流动由箭头a表示的流体(相当于血液的 模拟流体)，在该流体与从管腔内面53突出的流向显示头51的流动抵接部51B抵接时，由 于较大地构成该流动抵接部51B，因此从流体受到力而倾斜或者进行转动使得改变朝向。这样，流向显示头51与由管状的管腔壁52包围的管腔54内流动的流体的流向对 应地变更其状态，因此通过视觉识别该流向显示头51的变化来能够辨别流体的流向。如果将该流向显示头51例如应用于上述图10的在大动脉瘤中存在血栓的情况， 则能够如图19所示那样根据利用没有血栓的管腔壁IlB 1和11B4的流向显示头51能够 视觉识别的流体的流向和通过对存在血栓13的管腔壁11B2和IlB 3的流向显示头51进 行视觉识别来可知的流体的流向，来确认存在血栓13的大动脉瘤12中的血液的流向。根据以上结构，利用从管腔壁52的管腔内面53突出的流向显示头51来能够视觉 识别在被管腔壁所包围的管腔内流动的流体的影响，由此能够提供用于诊断流体的流向与 病变部位之间的关系的信息。实际上，通过从图像数据处理装置3向立体模型制作装置4提供包含有使流向显 示头51突出于管腔壁52的三维断层数据的断层造型数据S2，制作成立体模型5，关于根 据三维断层数据来制作该流向显示头51，应用专利文献6所述的活性能量效果性树脂较有 效。此外，在图18的实施方式中，作为流向显示头51使用了在脚部51A的前端部形成 有宽大的流动抵接部51B的形状的流向显示头，但是形状并不限于此，能够应用各种形状， 总之，只要应用通过在管腔壁52的管腔54上突出从而按照流体a的流动来变形的薄板状 小片即可。(7)管腔壁的动作检测(7-1)由动作检测器进行的检测如上所述，图像数据处理装置3通过对从三维数据获取装置2获取到的三维断层 数据Sl进行图像处理，生成与作为目标的生物体组织有关的断层造型数据S2，通过将该断 层造型数据S2提供给立体模型制作装置4来能够得到立体模型5。关于立体模型5，如上述图10以及图11所示，作为再现包含有在大动脉瘤12中存 在血栓13的病变部位的大动脉11的立体模型，在再现图20以及图21示出的立体模型5 的情况下，在其管腔壁60的外表面上设置有排列多个动作检测用突头61而成的动作检测 部62。在本实施方式的情况下，如图22的(A)以及(B)所示，在动作检测部62中，从大 动脉11的管腔壁60起以在虚拟排列线Lll上相互保持相互间距离Wl的方式排列具有圆 柱形状的多个动作检测用突头61。在以上结构中，当对由管腔壁60包围的管腔施加压力时，如图22的(C)所示，管 腔壁60由于受到内压Pl而向外侧鼓起。
此时，构成动作检测部62的动作检测用突头61的相互间距离Wl从施加压力之前 的状态(图22的(B))起，管腔壁60的外表面60A随着管腔壁60鼓起而间隔向打开方向 动作(图22的(C))，由此动作检测用突头61的间隔距离扩大到W1X。该动作检测用突头61的间隔变化与管腔壁60的鼓起、即内压Pl的大小对应。如果从该状态去除内压P1，则管腔壁60恢复到初始状态，因此由于外表面60A的 伸缩消失而恢复到初始的相互间距离Wi。根据以上结构，用户视觉识别设置在管腔壁60的外表面60A上的动作检测部62 的动作检测用突头61的相互间距离Wl的变化，由此能够获知管腔壁60的鼓起变化、即内 压Pl的大小变化。因而，即使在管腔壁60中存在病变部位的情况下，通过观察该动作检测用突头61 的相互间距离Wl的变化，也能够掌握管腔壁60中存在病变部位的情况下的管腔壁60对于 内压Pl的动作。(7-2)由应变检测元件进行的检测图23表示通过应变检测元件65将施加到管腔壁60的应变能够作为电信号来检 测的动作检测部66。在这种情况下，在管腔壁60的外表面60A的虚拟排列线L12上穿设有多个应变检 测用孔60B，并且，如图23的(C)所示，对该应变检测用孔60B内压入应变检测元件65，由 此构成动作检测部66。根据图23的结构，如果由管腔壁60包围的管腔内的压力变高而管腔壁60稍微鼓 起，则应变检测用孔60B的壁面发生位移而对于所嵌入的应变检测元件65的压力减少，由 此能够从应变检测元件65得到与所施加的压力对应地变化的电检测输出。这样，根据图23的结构，能够得到能够将管腔内的压力作为定量的数值来检测的 动作检测部66。(7-3)由压敏机构进行的检测图24是经由设置在管腔壁60上的压敏机构70来检测管腔壁60内的压力变化的 动作检测部69。在本实施方式的情况下，如图24的(B)所示，在立体模型制作装置4 (图1)中根 据断层造型数据S2来进行光固化处理时，在管腔壁60的使光固化性树脂光固化而得到的 固化部60D内形成不使光固化性树脂光固化而以液体的状态原样残留的未固化部60E。在本实施方式的情况下，固化部60D具有在虚拟排列线L13上排列多个横截面为 长方形状并且纵截面的厚度较薄的未固化部60E而成的结构，由此形成柔软部60C，该柔软 部60C在上侧和下侧位置处通过较薄的固化板部60F和60G夹持未固化部60E。这样，在管腔壁60中的形成未固化部60E的部分以外的部分上，管腔壁60具有作 为原来的光固化性树脂的刚性，与此相对，在形成未固化部60E的位置上，处于通过较薄的 固化板部60F和60G来支承作为未固化的液状的光固化性树脂的区间的未固化部60E的状 态，因此形成该结构部分对于管腔内的压力变化起反应的压敏机构70。如图24的(C)和⑶所示，当由管腔壁60包围的管腔内的压力变高时，该压敏机 构70采用以固化板部60F和60G与未固化部60E —起向外侧偏移的方式发生位移的反应 方法。
在图24的(C)的实施方式的情况下，利用这种压敏机构70的位移动作，设置位移 检测部71来检测该压敏机构70的位移动作，该位移检测部71使从发光元件7IA放射的检 测光在外侧的固化板部60F的表面上反射而由受光元件71B接收。另外，在图24的(D)的情况下，设置有位移检测部72，该位移检测部72在使设置 在从检测器主体72A突出的压敏板72B的前端上的触头72C与外侧的固化板部60F接触的 状态下，在压敏机构70由于管腔内压力而进行位移动作时，通过该动作来推压压敏板72B， 由此从检测器主体72A输出与该推压量相应的检测输出。根据图24的结构，能够得到动作检测部69，该动作检测部69通过在管腔壁60内 设置作为不进行光固化的液状区间的未固化部60E，来构成根据由管腔壁60包围的管腔内 的压力来向外侧进行位移动作的压敏机构70，因此能够得到该压敏机构70的位移量、即与 管腔内的压力对应的位移检测输出。另外，即使在作为立体模型5而构成刚性较大的管腔壁60的情况下，也能够得到 与管腔内部的压力变化对应的检测输出，因此关于包含通过再现生物体组织来提取出的病 变部位的生物体机构，能够得到用于研究管腔壁的动作的有效的信息。(8)液状分区的形成处理如上所述，在图像数据处理装置3中用于再现生物体组织的断层造型数据S2被提 供给立体模型制作装置4时，如图25的(A)和(B)所示，立体模型制作装置4进行如下处 理在作为目标的生物体组织中的、不会成为内腔的生物体组织部位80的内部残留液状分 区81，与此同时在其它区域形成固状固化树脂部82。在本实施方式的情况下，在生物体组织80的虚拟排列线L14上排列圆板状的液状 分区81，不对该液状分区81进行液状的活性能量线固化性树脂的固化处理而残留液状的 树脂材料，由此设为将液状分区81封入到固状固化树脂部82内的结构。这样，如上述图10以及图11所示，关于作为大动脉11的病变部位而在大动脉瘤 12中存在血栓13的立体模型5，如图26所示那样作为其管腔壁83 (图10的IlBl 11B4)、 血栓13的部分，制作出具有将液状分区81封入到固状固化树脂部82内的结构的立体模型 5。如果表示该立体模型5的横截面，则如图27所示，关于管腔壁83和在大动脉瘤12 内侧产生的血栓13，都通过在形成管腔壁83的固状固化树脂部82内封入液状分区81而成 的结构而制作出柔软的生物体组织。根据以上结构，在根据在图像数据处理装置3中生成的断层造型数据S2来在立体 模型制作装置中制作再现生物体组织的立体模型5时，具有在光固化处理后的固状固化树 脂部82中封入未光固化而以液状残留的液状分区81而成的结构，因此封入有该液状分区 81，与此相应地立体模型5的管腔壁83的外表面具有柔软的肌肤触感。因而，在用户触摸该立体模型5的情况下，具有接近体内的生物体组织的柔软度， 因此即使用作确认支架移植体、支架的适应性等的手术手的技术模拟装置，也不会感到不 协调而能够细查立体模型5。产业上的可利用性能够将本发明利用于再现具有病变部位的人体内部的生物体组织的场合。
权利要求
一种生物体组织立体模型，其特征在于，再现管腔部的管腔壁部的厚度，该管腔部包含生物体组织的病变部位。
2.根据权利要求1所述的生物体组织立体模型，其特征在于，手术器具进入到所再现的上述病变部位的进入部位形成于上述管腔部的侧面。
3.根据权利要求1或者2所述的生物体组织立体模型，其特征在于，上述生物体组织立体模型包括多个部件，各上述部件与相邻的上述部件在上述管腔部 的结合部进行结合，上述结合部具有重叠结合部以使得在相邻的各上述部件的结合部相结 合的状态下上述管腔部的内面部位不会产生高度差。
4.根据权利要求1 3中的任一项所述的生物体组织立体模型，其特征在于，上述管腔部是血管。
5.根据权利要求1 4中的任一项所述的生物体组织立体模型，其特征在于，上述病变部位是血管。
6.一种生物体组织立体模型的制造方法，其特征在于，具有以下工序根据生物体组织的病变部位的三维数据来制作病变部位断层数据，该病变部位断层数 据再现包含上述病变部位的管腔部的管腔壁部分的厚度；以及使用上述病变部位断层数据来对立体模型进行层叠造型。
7 根据权利要求6所述的生物体组织立体模型的制造方法，其特征在于，还具有以下工序将用于在上述管腔部的侧面或者端面形成手术器具进入到所再现的 上述病变部位的进入部位的三维数据与上述病变部位断层数据进行结合。
8.根据权利要求6或者7所述的生物体组织立体模型的制造方法，其特征在于，上述生物体组织立体模型包括多个部件，上述制造方法还具有以下工序以在对相邻 的各上述部件进行结合的上述管腔部的结合部相结合的状态下上述管腔部的内面部位不 会产生高度差的方式，使重叠结合部的三维数据与上述病变部位断层数据相结合。
9.一种生物体组织立体模型，其特征在于，在根据生物体的断层图像数据来制作的生 物体管腔模型中，具有从管腔壁向管腔突出形成的薄板状小片。
10.一种生物体组织立体模型的制造方法，其特征在于，根据生物体的断层图像数据， 通过使用活性能量固化性树脂的造型方法来制作权利要求9所述的生物体组织立体模型。
11.一种生物体组织立体模型，其特征在于，在根据生物体的断层图像数据来制作的生 物体模型中，根据与由管腔壁包围的管腔内的压力的变化相应地在设置于上述管腔壁上的 测量结构中产生的位移，测量上述管腔内的压力。
12.根据权利要求11所述的生物体组织立体模型，其特征在于，上述测量结构是以下部分中的任一个a)设置于立体模型表面上的规定间隔的凸起；b)设置于立体模型表面上的薄膜部分；c)设置于立体模型的壁上的内侧薄膜部、外侧薄膜部以及由被该内侧薄膜部和该外侧 薄膜部夹持的液体区间部构成的压敏部。
13.—种生物体组织立体模型的制造方法，根据生物体断层图像数据，通过使用活性能 量固化性树脂的造型方法来制作权利要求11所述的生物体组织立体模型。
14.一种生物体组织立体模型，其特征在于，在根据生物体断层图像数据通过使液状的活性能量固化性树脂固化来制作的生物体模型中，具有上述活性能量固化性树脂以未固化 的状态被已固化的树脂所包围的液状分区。
15. 一种生物体组织立体模型的制造方法，其特征在于，在根据生物体断层图像数据通 过使用活性能量固化性树脂的造型方法来制作的生物体模型中，设置上述活性能量固化性 树脂以未固化的状态被已固化的树脂所包围的液状分区。
全文摘要
使包含人体病变部的内部组织立体模型化。再现包含病变部位的管腔壁部分的厚度、柔软度，并且能够确认管腔壁的动作、管腔壁内部的液体的流动，由此通过视觉识别等来能够明确地确认管腔内的病变部位的状态，其结果能够更容易诊断管腔内。
文档编号G09B23/30GK101981608SQ20098011043
公开日2011年2月23日 申请日期2009年3月27日 优先权日2008年3月28日
发明者三泽裕 申请人:泰尔茂株式会社
技术领域：
本发明涉及一种生物体组织立体模型及其制造方法，特别是优选适用于再现具有 人体内部的病变部位的生物体组织的情况。
背景技术：
作为再现人体内部的生物体组织的立体模型，提出有以下模型使用造影剂并利 用X射线CT、MRI的数据来得到断层图像信息，根据从该断层图像信息得到的三维数据来再 现生物体组织(参照专利文献1 4)。专利文献1 日本特开平8-1874号公报。专利文献2 日本特开2006-343434号公报。专利文献3 日本特开平5-11689号公报。专利文献4 日本专利第3613568号公报。在对人体的生物体组织中产生的病变部位、特别是体内病变部位的状态进行确认 并且研究治疗时，医生无法直接通过视觉识别来进行诊断，因此如果能够再现该体内的病 变部位的生物体组织立体模型来呈现，则作为进行适当的治疗的工具而有效性较大。特别是，对于血管那样具有内腔的生物体组织还能够通过将导管等手术器具导通 到内腔来进行病变部位的诊断、治疗，因此如果能够适当地再现产生了病变部位的生物体 组织的立体模型则实用效果较大。另外，关于血管那样具有管状管腔的生物体组织，如果能够利用立体模型来获知 在管腔内流动的血液等流体的流向，则在确认生物体组织的功能方面有效。并且，关于血管那样具有管状管腔的生物体组织，如果除了由于流过管腔内的流 体、例如血液的压力发生变动而生物体组织进行伸缩的动作以外，由于对管腔内插入处理 器具、或者处置器具在管腔内的扩张等而管腔内的压力过大，则该生物体组织的病变部位 有可能产生破裂等不合适的动作。对于这一点，由于以往技术不具有用于获知由再生组织模型再现的生物体组织的 动作的功能，因此作为生物体组织模型而尚不充分。并且，在以往作为根据三维数据来再现生物体组织的方法，例如使用利用根据三 维数据生成的光来使光固化性树脂固化的方法的情况下，由于所再现的生物体组织立体 模型是使活性能量线固化性树脂固化而得到的模型，因此具有大于生物体组织的刚性的刚 性，因而不具有柔软度，因此无法成为再现生物体组织的柔软度的模型，从而要求提高作为 确认支架移植体(Stentgraft)、支架(stent)的适应性等的手术手的技术模拟装置的功 能。
发明内容
本发明是考虑以上点而完成的，提出了一种如下生物体组织立体模型及其制造方 法能够适当地再现包含病变部位的管腔部，另外，关于具有管腔的生物体组织，能够视觉识别流过管腔内的流体的流向，或者能够掌握在管腔内的压力发生变化时与该变化相应地 产生的生物体组织部位中的变化，或者使用活性能量线固化性树脂的已固化的树脂来能够 将生物体组织立体模型制作成具有柔软度的模型。用于解决上述问题的本发明作为生物体组织立体模型来再现包含病变部位的管 腔壁部分的厚度。另外，本发明在根据生物体断层图像数据来制作的生物体管腔模型中，从管腔壁 向管腔突出形成薄板状小片。或者，本发明在根据生物体断层图像数据来制作的生物体模型中，根据与由管腔 壁包围的管腔内的压力的变化相应地在设置于管腔壁上的测量结构产生的位移来测量管 腔内的压力。或者，本发明在根据生物体断层图像数据使液状的活性能量线固化性树脂固化来 制作的生物体模型中，将未固化的液状分区封入到已固化的树脂部内。根据本发明，通过包括病变部位在内地再现管腔壁部分的厚度，能够明确地视觉 识别管腔内的病变部位的状态，其结果能够更容易诊断管腔内。另外，根据本发明，从管腔壁向管腔突出形成薄板状小片，由此通过对与流过管腔 内的流体的流向对应地进行动作的薄板状小片的动作进行视觉识别来能够确认流体的流 向。并且，根据本发明，在根据生物体断层图像数据来制作包围管腔的管腔壁时，在管 腔壁上形成测量结构，根据该测量结构中产生的位移来测量管腔内的压力，由此能够根据 管腔内的压力变化来可靠地测量管腔壁中产生的动作。并且，根据本发明，在通过对活性能量线固化性树脂进行固化处理来制作生物体 组织的生物体模型时，将未固化的液状分区封入到已固化的树脂部内，由此能够得到具有 柔软的肌肤触感的生物体现象主体模型。
图1是表示本发明的一个实施方式的生物体组织立体模型制造系统的框图。图2是表示图1的图像数据处理装置3的造型数据生成处理过程的流程图。图3是表示图1的图像数据处理装置3的造型数据生成处理过程的流程图。图4是表示关于上段断层数据的正面纵截面数据D21、侧面纵截面数据D31以及横 截面数据Dll的截面图。图5是表示图4的上段断层数据的中间造型图像数据的截面图。图6是表示中段断层数据的正面纵截面数据、侧面纵截面数据以及中段断层数据 的截面图。图7是表示图6的中间造型图像数据的截面图。图8是表示下段断层数据的正面纵截面数据、侧面纵截面数据以及横截面数据的 截面图。图9是表示图8的中间造型图像数据的截面图。图10是用于说明大动脉瘤中存在血栓的情况下的处理的示意图。图11是表示制作出的立体模型的侧视图。
图12是用于说明存在大动脉离解的情况下的图像数据的处理的示意图。图13是用于说明血管存在分支的情况下的图像数据的处理的示意图。图14是用于说明存在本来应该没有的血管的情况下的图像处理的示意图。图15是用于说明能够插入手术器具的立体模型的侧视图。图16是表示图15的插入端口的侧视图。图17是表示图15的连接端部的结构的截面图。图18是表示使流向显示头(流Λ表示子)从管腔壁突出而成的立体模型的局部 截面图。图19是用于说明大动脉瘤中存在血栓的情况下应用流向显示头的情况的示意 图。图20是表示设置于立体模型上的动作检测部的立体图。图21是表示从不同的方向观察动作检测部的立体图。图22是用于说明利用动作检测用突头进行的动作检测动作的示意图。图23是用于说明利用应变检测元件(歪検出素子)进行的动作检测动作的示意 图。图24是用于说明利用压敏机构进行的动作检测动作的示意图。图25是用于说明液状分区的形成处理的示意图。图26是表示应用于大动脉瘤中存在血栓的大动脉的立体模型的实施方式的侧视 图。图27是表示图26的横截面结构的截面图。附图标记说明1 生物体组织立体模型制造系统；2 三维数据获取装置；3 图像数据处理装置； 4 立体模型制作装置；5 立体模型；11 大动脉；IlAl 11Α4 外表面；IlBl 11Β4 管腔 壁；IlCl 11C4 血流部分；11D2U1D3 血栓部分；12 大动脉瘤；13 血栓；21 大动脉； 21Α1 21Α5 边界；21Β2 21Β5 双重血管壁；21C1 21C5 管腔壁；22 鼓起；23 双重 血管壁；31 胸部大动脉弓；31Α1 31Α6 边界；31Β1 31Β6 血流；31C1 31C6 管腔壁； 32 头臂动脉；33 左颈总动脉；34 左锁骨下动脉；41 心脏；42 大动脉；44 旁路血管； 45Α 4OT 边界；46Α 46C 血流；47、48 连接血管部；49 旁路血管部；50Β 50D 血 流；51 流向显示头；51Α 脚部；51Β 流动抵接部；52 管腔壁；53 管腔内面；54 管腔；60 管腔壁；60Α 外表面；60Β 应变检测用孔；60C 柔软部；60D 固化部；60Ε 未固化部；60F、 60G 固化板部；61 动作检测用突头；62,66,69 动作检测部；70 压敏机构；71 位移检测 部 ’7IA 发光元件；71Β 受光元件；72 位移检测部；72Α 检测器主体；72Β 压敏板；72C 触头；80 生物体组织部位；81 液状分区；82 固状固化树脂部；83 管腔壁。
具体实施例方式下面，根据附图来详细说明本发明的一个实施方式。(1)生物体组织立体模型制造系统在图1中，1整体表示生物体组织立体模型制造系统，三维数据获取装置2从被检 者获取与包含要制作生物体组织立体模型的生物体组织的部位有关的三维断层数据Si，并将该三维断层数据Sl传输到图像数据处理装置3。在本实施方式的情况下，三维数据获取装置2是X射线CT装置，从作为生物体组 织的大动脉的病变部位获取以1 [mm]的片宽度进行切片而得到的由100 300张、例如300 张断层图像构成的三维断层数据Si，将该三维断层数据Sl提供给图像数据处理装置3。图像数据处理装置3从该三维断层数据Sl各层的图像数据提取要作为生物体组 织立体模型而造型的生物体组织部位(在本实施方式的情况下大动脉的病变部位)的图像 数据，并且根据需要对提取的该图像数据进行插值编辑处理。这样，图像数据处理装置3生成由多层平面点数据构成的断层造型数据S2并提供 给立体模型制作装置4。立体模型制作装置4由光造型机构成，对于断层造型数据S2的各层，在点数据的 位置处将紫外线激光照射到液状光固化性树脂的液面，由此对各层使规定厚度的树脂层固 化，将由此固化后的光固化性树脂按照断层造型数据S2的各层来进行层叠，由此形成立体 地连接固化层而成的立体模型5。在此，作为立体模型制作装置4能够应用例如seamet ( * — 卜)股份有限公 司、冊-3000、层叠间距0.05[讓]的光造型装置。该光造型装置选择性地照射由计算机控制的紫外线激光而使规定厚度的液状光 固化性树脂固化，使得在放入到容器内的液状光固化性树脂的液面上得到期望的图案，接 着在该固化层上提供与一层相当的量的液状树脂，同样地利用紫外线激光与上述同样地进 行照射以及固化，反复进行层叠操作来得到连续的固化层。另外，作为光固化性树脂能够应用聚氨酯丙烯酸酯(urethane acrylate)类光固 化树脂组合物(参照专利文献5)、硅酮系光固化树脂组合物(参照专利文献6)。在制作除了骨骼和牙齿以外的生物体组织的模型的情况下，优选伸长率较大且杨 氏模量较小的上述树脂组合物等，特别优选上述硅酮系光固化树脂组合物。专利文献5 日本特开平9-169827号公报。专利文献6 日本特开2006-2087号公报。(2)图像数据处理装置图像数据处理装置3通过图2以及图3示出的造型数据生成处理过程RTO来对由 三维数据获取装置2提供的三维断层数据Sl进行图像处理。在本实施方式的情况下，如在图4、图6以及图8中通过上段部、中段部、下段部的 断层数据表示的代表例那样，三维断层数据Sl通过横截面数据Dll、D12以及D13、正面纵 截面数据D21、D22以及D23、侧面纵截面数据D31、D32以及D33，以亮度的明亮度(因而图 像的浓淡)来表现体内的三维位置上的图像点的生物体组织。在此，图4的(C)、图6的(C)以及图8的(C)的横截面数据D11、D12以及D13表 示图4的㈧和(B)、图6的㈧和(B)以及图8的㈧和(B)的正面纵截面数据D21、D22 及D23、侧面纵截面数据D31、D32及D33中示出的横截面线Ll的高度上的断层数据。同样地，如图4的(C)、图6的(C)以及图8的(C)所示，图4的㈧和(B)、图6的 (A)和(B)以及图8的(A)和(B)的正面纵截面数据D21、D22及D23以及侧面纵截面数据 D3UD32及D33表示通过侧面纵截面线L3和正面纵截面线L2在人体的前后方向的位置以 及左右方向的位置处取的纵截面数据。
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这样，图像数据处理装置3的用户通过进行指定横截面线Li、正面纵截面线L2以 及侧面纵截面线L3的位置的操作，使得能够从作为三维断层数据Sl而提供的断层数据中 选择要作为断层造型数据S2而得到的包含生物体组织的部位的断层图像数据，并将该断 层图像数据显示在图像数据处理装置3的显示器上，并且能够对显示的该图像数据进行编 辑操作(对与作为目标而指定的图像区域内的生物体组织的部位有关的图像数据进行删 除/加入/变更等图像处理)。当进入造型数据生成处理过程RTO时，图像数据处理装置3首先在步骤SPl中根 据用户的指定操作从三维断层数据Si选定包含作为要形成生物体组织立体模型的造型对 象(即目标)的血管、脏器等生物体组织的断层图像并显示在显示器上，之后，在步骤SP2 中确认是否识别出该造型对象。在本实施方式的情况下，用户通过移动横截面线Li、正面纵截面线L2以及侧面纵 截面线L3，搜索包含人体内的造型对象(例如大动脉)的断层图像的范围，从而识别处理对 象区域TG。此时，图像数据处理装置3根据用户的指定操作而进入到步骤SP3，关于包含造型 对象(即目标)的处理对象区域TG，从三维断层数据提取具有与造型对象的亮度相同亮度 的图像数据并显示在显示器上。在本实施方式的情况下，将大动脉的病变部位作为目标，对包含该目标的上下方 向的高度范围、左右方向的宽度范围以及前后方向的深度范围设定有处理对象区域TG，在 显示器上显示包含该处理对象区域TG的断层数据中的一个、例如图4示出的上段断层数 据。在此，作为目标而指定的大动脉是具有充满血液的内腔的管状生物体组织，在作 为对其病变部位的检查而在三维数据获取装置2中获取三维断层数据Sl时，使用造影剂来 拍摄，因此血管的内腔作为具有明亮的亮度的图像数据被取入到图像数据处理装置3。与此相对，在图4的(C)示出的横截面数据Dll中，处理对象区域TG内的血管的 管腔壁部分显示为与位于其外侧的其它组织没有明显区别的图像数据。因此，图像数据处理装置3在下一个步骤SP4中根据用户的操作，提取血管的管腔 壁部分与外部组织之间的边界作为该造型对象。该提取动作是根据解剖学上的信息而假设健康的人体内的造型对象(即大动脉) 的位置、形状或者考虑基于具有相同疾病的患者的解剖例的信息来进行的。实际上，在作为提取对象的血管与其它脏器之间在浓淡上多少有些不同时，将浓 度与血管的管腔壁部分的浓度相同的图像数据部分作为血管而与外部组织的图像分割开， 由此沿着造型对象的外壁进行该提取动作。另外，在仅利用图4的(C)的横截面数据Dll无法与外部组织分割开的情况下，通 过参照位于该横截面数据Dll上下的横截面数据，将与多个断层图像的图像流(从上方位 置向下方位置的图像流或者从下方位置向上方位置的图像流)相适应的图像数据作为造 型对象的图像数据而从外部组织分割开。另外，有时在造型对象包含病变部位的情况下，虽然浓淡上没有差异，但是包含该 病变部位的造型对象的外部形状与解剖学上的健康人的脏器的外形形状不同(异常鼓起 的情况、异常细的情况等)，因此将该不同点包括在内地提取对象图像与其它组织之间的边
当这样对造型对象进行的提取与外侧的其它组织之间的边界的提取处理结束时， 在下一个步骤SP5中，图像数据处理装置3进行从该处理对象区域TG删除该造型对象以外 的部分的处理。其结果，如图5的(C)所示，图像数据处理装置3从横截面数据Dll能够得到要造 型的生物体组织立体模型的一个截面的具有外形形状的中间造型图像数据0B1，将该中间 造型图像数据OBl存储到内部存储器。当与上述一个断层数据有关的造型对象的提取处理结束时，图像数据处理装置3 经由步骤SP6返回到上述步骤SP3，对300个断层数据中的另一个断层数据同样地反复进行 步骤SP3-SP4-SP5-SP6-SP3的处理循环的处理，由此依次对所有的断层数据进行造型对象 的提取处理。这样，例如通过对图6的(C)示出的中断断层数据的横截面数据D12进行提取处 理，能够得到提取出图7的(C)示出的中间造型图像数据0B2的横截面数据D12。另外，同样地，对图8的(C)示出的下段断层数据的横截面数据D13进行提取处 理，由此能够得到提取出图9的(C)示出的中间造型图像数据0B3的横截面数据D13。这样，当300个断层数据的处理全部结束时，图像数据处理装置3在步骤SP6中得 到肯定结果而进入到下一个步骤SP7。关于该步骤SP7的处理，利用通过上述步骤SP3-SP4-SP5-SP6-SP3的处理而存储 在图像数据处理装置3的存储器中的中间造型图像数据(0B1 0B3)，将该中间造型图像数 据(0B1 0B3)作为立体图像显示在显示器上。接着该立体图像的显示处理，在步骤SP8中，图像数据处理装置3使用户判断是否 能够正确地提取出造型对象，在判断为从断层数据提取的造型对象不正确时，返回到上述 步骤SP3，再次重新进行造型对象的提取处理。与此相对，在判断为能够正确地提取出造型对象的情况下，在下一个步骤SP9中， 图像数据处理装置3使用户判断是否能够正确地进行了删除处理，在得到否定结果时返回 到上述步骤SP5，在上述步骤SP5中对认为没有正确进行该删除处理的断层数据进行删除处理。当在步骤SP9中得到肯定结果时，图像数据处理装置3进入到步骤SP10，通过平滑 (smoothing)处理来去除噪声而使表面平滑之后，在步骤SPll中，使用户判断是否缺失临 床上所需的数据，在确认出存在缺失的数据时返回到上述步骤SPlO而重新进行平滑处理。如果不久在步骤SPll中得到肯定结果，则这种情况在临床上也意味着没有问题， 因此在步骤SP12中图像数据处理装置3判断造型对象是否为血管。在此，如果得到否定结果，则图像数据处理装置3进入到步骤SP13而立即进行制 作要传输给立体模型制作装置4的断层造型数据S2的处理。与此相对，当在步骤SP12中得到肯定结果时，意味着在目前处理的立体图像中需 要内腔，因此在步骤SP16中图像数据处理装置3使用户判断是否提取了血管壁。在此，如果得到肯定结果，则意味着作为造型对象而造型出血管，此时，图像数据 处理装置3进入到步骤SP13而进行制作具有内腔的断层造型数据S2的处理。另外，如果造型对象是不具有病变部位的血管，则由于利用造影剂对从三维数据获取装置2得到的三维断层数据Sl进行了拍摄，血管的管腔壁部分在解剖学上以固定厚度 包围周围，因此在步骤SP16中得到肯定结果。与此相对，当在上述步骤SP16中得到否定结果时，这意味着在目前的处理中制作 的立体图像作为血管还尚未完成。因此，图像数据处理装置3进入到步骤SP17，使用户对目前制作的立体图像写入 规定壁厚的管腔壁的图像数据之后，显示立体图像。在此，关于血管壁的壁厚，基于在解剖学上较粗血管的壁厚较厚而血管变细则壁 厚也变薄，根据造型对象的血管部位的条件来决定壁厚。接着，图像数据处理装置3进入到步骤SP18，使用户对显示在显示器上的血管的 立体图像判断在血管中是否存在挤破、离解。在此，当得到否定结果时，在步骤SP19中，图像数据处理装置3修正该问题，返回 到上述步骤SP18，由此进行修正处理直到血管的立体图像中不存在问题。这样，图像数据处理装置3在步骤SP13中结束根据来自三维数据获取装置2的三 维断层数据Sl进行的断层造型数据S2的生成处理，在步骤SP14中对由光造型机构成的立 体模型制作装置4发送断层造型数据S2，由此实施造型处理，由此在步骤SP15中结束该造 型数据生成处理过程RT0。(3)问题的修正处理作为上述造型数据生成处理过程RTO的步骤SP18-SP19-SP18中的问题的修正处 理，存在以下情况。(3-1)大动脉瘤中存在血栓的情况如图10所示，在提供了由于大动脉11中产生大动脉瘤12而存在血栓13的三维 断层数据Sl时，图像数据处理装置3在造型数据生成处理过程RTO的步骤SP4中提取造型 对象与其它组织之间的边界，由此在高度水平V1、V2、V3以及V4中提取大动脉瘤12的部分 异常鼓起的外表面11A1、11A2、11A3以及11A4作为大动脉11的三维断层数据15。然后，在上述步骤SP17中，图像数据处理装置3使用户在大动脉11的外表面 11A1、11A2、11A3以及11A4的内侧增加规定的管腔壁11B1、11B2、11B3以及11B4的壁厚之 后在显示器上显示大动脉11的立体图像。在此，在解剖学上大动脉11是较粗血管，因此将管腔壁1 IBl、11B2、11B3以及11B4
的壁厚选定为比较厚的厚度。另夕卜，管腔壁11B1、11B2、11B3以及11B4的内腔的血流部分11C1、11C2、11C3以及 11C4包含造影剂，由此被比管腔壁11B1、11B2、11B3以及11B4明亮的图像数据所填满。因此，得到如下图像数据不存在血栓13的高度水平Vl和V4的血流部分IlCl和 11C4在整体上与管腔壁IlBl和11B4的内面接触，与此相对，存在血栓13的血流部分11C2 和11C3在血栓部分11D2和11D3处不与管腔壁11B2和11B3接触，在两者之间存在大致接 近大动脉11的浓度的图像部分。这样，在将大动脉作为造型对象而进行图像处理时，图像数据处理装置3在步骤 SP18中生成在血管中存在离解这样的判断结果。因此，在问题修正步骤SP19中，如果制作修正成从大动脉11的管腔壁11B2和 11B3分割出血栓部分11D2和11D3而得到的图像的断层造型数据S2，则从立体模型制作装置4得到的立体模型5如图11所示那样成为再现具有大动脉瘤12的大动脉11 (具有在大 动脉瘤12内部存在血栓13的内部结构)的模型。(3-2)存在大动脉离解的情况如图12所示，关于在解剖学的信息中在高度水平Vll处正常的大动脉21，在高度 水平V12 V15处在大动脉21中存在鼓起部分22的情况下，在造型数据生成处理过程RTO 的步骤SP4中提取造型对象与其它组织之间的边界作为根据从三维数据获取装置2得到的 三维断层数据Sl得到的三维断层数据25，结果得到边界21A1、21A2、21A3、21A4以及21A5。然后，在上述步骤SP17中输入大动脉11的管腔壁21C1、21C2、21C3、21C4以及 21C5时，如果在高度水平V12、V13、V14以及V15的断层数据中存在双重血管壁21B2、21B3、 21B4以及21B5，则图像数据处理装置3在步骤SP18中判断为在血管中存在挤破、离解，因 此在步骤SP19中进行问题的修正处理。在本实施方式的情况下，能够确认出在双重血管壁21B2、21B3、21B4以及21B5与 所输入的管腔壁21C2、21C3、21C4以及21C5之间存在血流部分21D2、21D3、21D4以及21D5， 根据情况也有时看到双重血管壁21B4那样一部分被切断而在皮瓣(flap)上下垂。在步骤SP18中能够确认出这样的血管时，能够制作不会丢失上述三维断层数据 25所具有的血管信息而再现的立体模型。(3-3)存在血管的分支的情况如图13所示，在关于胸部大动脉弓31从三维数据获取装置2取入三维断层数据 Sl的情况下，图像数据处理装置3在造型数据生成处理过程RTO的步骤SP4中提取出造型 对象与其它组织之间的边界时，在高度水平V22处提取了较大椭圆形状的边界31A1，与此 相对，在比该主体部分高的高度水平V21处提取了与头臂动脉32、左颈总动脉33以及左锁 骨下动脉34对应的较小椭圆形状的边界31A2、31A3以及31A4，并且在边界31A1下侧的高 度水平V23处提取了与两个分支对应的椭圆形状的边界31A5和31A6。在得到这种造型对象图像的三维断层数据35时，各边界31A1 31A6内部由于 血流31B1 31B6所包含的造影剂而存在明亮的图像数据，由此，如果作为提取出管腔壁 31C1 31C6的数据而在上述步骤SP6中确认出不存在解剖学上的矛盾，则在判断是否已提 取出血管壁的步骤SP16中得到肯定结果，因此省略步骤SP17的壁厚的输入而进入到造型 数据的制作处理步骤SP13。如果这样则能够省略处理过程，与此相应地能够使造型数据生成处理过程RTO简单化。(3-4)存在本来应该没有的血管的分支的情况在图14中示出如下情况下的图像数据处理在将大动脉42从心脏41分支的部位 设为造型对象的情况下，关于大动脉42的部分，在高度水平V31、V32以及V33处得到管腔 壁43A、43B以及43C作为三维断层数据43，并且在心脏41的高度水平V34处得到断层图像 43D，提供了包含有存在解剖学上本来应该没有的旁路血管44的造型对象的三维断层数据 Si。在这种情况下，关于高度水平V31、V32以及V33，图像数据处理装置3在造型数据 生成处理过程RTO的步骤SP4中，提取造型对象与其它组织之间的边界，由此能够分别提取 边界45A、45B以及45C。
与此同时，关于高度水平V34，同样地在造型数据生成处理过程RTO的步骤SP4中 提取心脏41与其它组织之间的边界45D作为造型对象。在此，在高度水平V31、V32以及V33处，在管腔壁43A、43B以及43C的内侧得到血 流46A、46B以及46C的影像图像，与此相对，在高度水平V34处，不生成与血流相当的部分 的数据。以上图像数据处理是根据解剖学上的信息来进行的，但是在图14的造型对象的 情况下，除此以外对旁路血管44进行图像数据处理。即，在高度水平V32的断层数据中，大动脉42与旁路血管44之间的连接部包含连 接血管部47。另外，在高度水平V34处，在旁路血管44与心脏41相连接的部分包含连接血管部 48。并且，在三维断层数据43中，在高度水平V33处，在大动脉的管腔壁43C附近包含 旁路血管部49。在解剖学上无法预测这些与旁路血管44有关的连接血管部47和48以及旁路血 管部49，但是在各血管部中存在血流50B、50C以及50D的情形作为造影剂的图像而被显示， 因此能够判断这些部分是血管。这样，关于旁路血管44，连续地生成从连接血管部47通过旁路血管部49而到达连 接血管部48的高度方向的断层数据，因此图像数据处理装置3根据断层数据的特殊性来判 断出存在旁路血管44，从而对旁路血管44进行图像处理。(4)手术器具的进入口部件图11示出的立体模型5是根据由图像数据处理装置3生成的断层造型数据S2并 使用立体模型制作装置4而得到的，不仅再现其外形形状，也再现内腔的结构。因此，关于位于大动脉瘤12的内腔内的血栓13 (图10)，如果能够利用该立体模型 来试行将用于对该血栓13进行手术的手术器具插入到该大动脉瘤12的位置的临床操作方 法，则有效性较大。如图15所示，作为在临床上进行这种手术操作方法之前进行研究的工具，从三维 数据获取装置2得到与位于从大动脉11分离的位置上的大腿动脉5Y有关的三维断层数据 Si，使用图2以及图3示出的造型数据生成处理过程RTO来生成断层造型数据S2，在立体 模型制作装置4中对该断层造型数据S2进行处理，由此作为立体模型5X而再现大腿动脉 5Y。在此，在解剖学上大腿动脉5Y位于从立体模型5的大动脉瘤12分离的位置上，因 此与具有大动脉瘤12的立体模型5分开地将立体模型5X作为与立体模型5的部件相连接 的部件而准备。此时，临床上以将导管插入到大腿动脉而送进大动脉瘤为目的，使图像数据处理 装置3进行处理动作，使得与设置插入端口的大腿部的位置对应地在立体模型5X上设置插 入端口部件5Y1，该插入端口部件5Y1再现插入端口。临床上使用的插入端口部件5Y1具有图16示出的结构。插入端口部件5Y1具有整体上具有圆筒形状的插入端口主体5Y2，在向该大腿动 脉的安装侧端部5Y3的侧部切下与大腿动脉的内腔连通的连通开口 5Y4，由此以连通开口
125Y4沿着大腿动脉的方式倾斜地安装插入端口部件5Y1。这样，将导管插入到导管插入侧端部5Y5的、截面为圆形状的开口，导管的前端通 过连通开口 5Y4而被插入到大腿动脉。在此，临床上在安装插入端口部件5Y1之后插入导管的操作方法作为一系列手术 而进行，因此关于对于大腿动脉的设置方向、设置位置，使用立体模型5和5X，能够在手术 之前预先试行插入导管的操作。关于通过三维数据获取装置2从大腿部位得到的三维断层数据Si，图像数据处理 装置3对通过执行图2以及图3的造型数据生成处理过程RTO来制作的断层数据附加插入 端口部件5Y1的断层数据来制作立体模型5X。如图17的(A)所示，在作为不同部件而制作的立体模型5与立体模型5X之间的 连接端部5A上形成由圆筒状凹部构成的嵌入部5A1，其周缘部被切入管腔壁5A2的厚度部 分。与此相对，在立体模型5X的连接端部5X1上形成由圆筒状凸部构成的突出部5X2， 其圆周部具有切掉管腔壁5X3的厚度部分的外周部的结构。立体模型5的连接端部5A的内腔5A3与立体模型5X的连接端部5X 1的内腔5X4 具有相同的内径。如图17的(B)所示，突出部5X2被无缝隙地嵌入到嵌入部5A1，由此在被插入到立 体模型5X的内腔5X4的作为手术器具的导管从突出部5X2通过嵌入部5A1的边界时，由于 该边界不存在高度差而该导管的前端无阻力地能够从连接端部5X1的内腔5X4移动到连接 端部5A的内腔5A3。这样，通过将作为不同部件的立体模型5和5X进行连接来再现直到位于从大动脉 瘤12分离的位置上的大腿动脉5Y的插入端口部件5Y1为止的具有与临床上的内腔结构相 同的内腔结构的立体模型，由此在实际临床中进行之前能够试行从插入端口部件5Y1插入 导管的导管插入操作方法。其结果，在由于大动脉11的内腔中的大动脉瘤的产生位置而插入端口部件5Y1的 设置位置或者设置角度不适当的情况下，能够事先确认这种不适当的情况。此时，预先准备在不同的条件下设置位置和设置角度不同的多个立体模型5X，如 果将该多个立体模型5X通过连接端部5X1连接到具有大动脉瘤12的立体模型5的连接端 部5A，则能够确认更佳的插入端口部件5Y1的设置条件。(5)实施方式的动作和效果在以上结构中，利用了从三维数据获取装置2得到的三维断层数据Sl包含人体内 的立体位置的图像信息的情况，能够得到再现如血管那样具有内腔的生物体组织的立体模 型。这样，能够适当地得到作为能够充分预测包括人体部位中的病变部位、之前的手 术痕迹在内的体内组织的状态的工具的立体模型。与此同时，通过将能够对血管插入手术器具的插入端口部件设置在立体模型上， 能够预先测试临床上的操作方法，由此能够更容易地进行手术。(6)流向显示头关于图10 图14，对上述那样在图像数据处理装置3中生成的断层造型数据S2中的具有管状管腔的生物体组织、例如血管附加图18示出的流向显示头51。流向显示头51在管腔壁52的管腔内面53上隔着适合视觉识别的间隔以突出到 内腔空间的方式直立。在本实施方式的情况下，流向显示头51是薄板状的小片，具备具有挠性的较细的 脚部51A和形成于脚部51A的前端部的宽大的流动抵接部51B。这样，在由管腔壁52包围的管腔54内流动由箭头a表示的流体(相当于血液的 模拟流体)，在该流体与从管腔内面53突出的流向显示头51的流动抵接部51B抵接时，由 于较大地构成该流动抵接部51B，因此从流体受到力而倾斜或者进行转动使得改变朝向。这样，流向显示头51与由管状的管腔壁52包围的管腔54内流动的流体的流向对 应地变更其状态，因此通过视觉识别该流向显示头51的变化来能够辨别流体的流向。如果将该流向显示头51例如应用于上述图10的在大动脉瘤中存在血栓的情况， 则能够如图19所示那样根据利用没有血栓的管腔壁IlB 1和11B4的流向显示头51能够 视觉识别的流体的流向和通过对存在血栓13的管腔壁11B2和IlB 3的流向显示头51进 行视觉识别来可知的流体的流向，来确认存在血栓13的大动脉瘤12中的血液的流向。根据以上结构，利用从管腔壁52的管腔内面53突出的流向显示头51来能够视觉 识别在被管腔壁所包围的管腔内流动的流体的影响，由此能够提供用于诊断流体的流向与 病变部位之间的关系的信息。实际上，通过从图像数据处理装置3向立体模型制作装置4提供包含有使流向显 示头51突出于管腔壁52的三维断层数据的断层造型数据S2，制作成立体模型5，关于根 据三维断层数据来制作该流向显示头51，应用专利文献6所述的活性能量效果性树脂较有 效。此外，在图18的实施方式中，作为流向显示头51使用了在脚部51A的前端部形成 有宽大的流动抵接部51B的形状的流向显示头，但是形状并不限于此，能够应用各种形状， 总之，只要应用通过在管腔壁52的管腔54上突出从而按照流体a的流动来变形的薄板状 小片即可。(7)管腔壁的动作检测(7-1)由动作检测器进行的检测如上所述，图像数据处理装置3通过对从三维数据获取装置2获取到的三维断层 数据Sl进行图像处理，生成与作为目标的生物体组织有关的断层造型数据S2，通过将该断 层造型数据S2提供给立体模型制作装置4来能够得到立体模型5。关于立体模型5，如上述图10以及图11所示，作为再现包含有在大动脉瘤12中存 在血栓13的病变部位的大动脉11的立体模型，在再现图20以及图21示出的立体模型5 的情况下，在其管腔壁60的外表面上设置有排列多个动作检测用突头61而成的动作检测 部62。在本实施方式的情况下，如图22的(A)以及(B)所示，在动作检测部62中，从大 动脉11的管腔壁60起以在虚拟排列线Lll上相互保持相互间距离Wl的方式排列具有圆 柱形状的多个动作检测用突头61。在以上结构中，当对由管腔壁60包围的管腔施加压力时，如图22的(C)所示，管 腔壁60由于受到内压Pl而向外侧鼓起。
此时，构成动作检测部62的动作检测用突头61的相互间距离Wl从施加压力之前 的状态(图22的(B))起，管腔壁60的外表面60A随着管腔壁60鼓起而间隔向打开方向 动作(图22的(C))，由此动作检测用突头61的间隔距离扩大到W1X。该动作检测用突头61的间隔变化与管腔壁60的鼓起、即内压Pl的大小对应。如果从该状态去除内压P1，则管腔壁60恢复到初始状态，因此由于外表面60A的 伸缩消失而恢复到初始的相互间距离Wi。根据以上结构，用户视觉识别设置在管腔壁60的外表面60A上的动作检测部62 的动作检测用突头61的相互间距离Wl的变化，由此能够获知管腔壁60的鼓起变化、即内 压Pl的大小变化。因而，即使在管腔壁60中存在病变部位的情况下，通过观察该动作检测用突头61 的相互间距离Wl的变化，也能够掌握管腔壁60中存在病变部位的情况下的管腔壁60对于 内压Pl的动作。(7-2)由应变检测元件进行的检测图23表示通过应变检测元件65将施加到管腔壁60的应变能够作为电信号来检 测的动作检测部66。在这种情况下，在管腔壁60的外表面60A的虚拟排列线L12上穿设有多个应变检 测用孔60B，并且，如图23的(C)所示，对该应变检测用孔60B内压入应变检测元件65，由 此构成动作检测部66。根据图23的结构，如果由管腔壁60包围的管腔内的压力变高而管腔壁60稍微鼓 起，则应变检测用孔60B的壁面发生位移而对于所嵌入的应变检测元件65的压力减少，由 此能够从应变检测元件65得到与所施加的压力对应地变化的电检测输出。这样，根据图23的结构，能够得到能够将管腔内的压力作为定量的数值来检测的 动作检测部66。(7-3)由压敏机构进行的检测图24是经由设置在管腔壁60上的压敏机构70来检测管腔壁60内的压力变化的 动作检测部69。在本实施方式的情况下，如图24的(B)所示，在立体模型制作装置4 (图1)中根 据断层造型数据S2来进行光固化处理时，在管腔壁60的使光固化性树脂光固化而得到的 固化部60D内形成不使光固化性树脂光固化而以液体的状态原样残留的未固化部60E。在本实施方式的情况下，固化部60D具有在虚拟排列线L13上排列多个横截面为 长方形状并且纵截面的厚度较薄的未固化部60E而成的结构，由此形成柔软部60C，该柔软 部60C在上侧和下侧位置处通过较薄的固化板部60F和60G夹持未固化部60E。这样，在管腔壁60中的形成未固化部60E的部分以外的部分上，管腔壁60具有作 为原来的光固化性树脂的刚性，与此相对，在形成未固化部60E的位置上，处于通过较薄的 固化板部60F和60G来支承作为未固化的液状的光固化性树脂的区间的未固化部60E的状 态，因此形成该结构部分对于管腔内的压力变化起反应的压敏机构70。如图24的(C)和⑶所示，当由管腔壁60包围的管腔内的压力变高时，该压敏机 构70采用以固化板部60F和60G与未固化部60E —起向外侧偏移的方式发生位移的反应 方法。
在图24的(C)的实施方式的情况下，利用这种压敏机构70的位移动作，设置位移 检测部71来检测该压敏机构70的位移动作，该位移检测部71使从发光元件7IA放射的检 测光在外侧的固化板部60F的表面上反射而由受光元件71B接收。另外，在图24的(D)的情况下，设置有位移检测部72，该位移检测部72在使设置 在从检测器主体72A突出的压敏板72B的前端上的触头72C与外侧的固化板部60F接触的 状态下，在压敏机构70由于管腔内压力而进行位移动作时，通过该动作来推压压敏板72B， 由此从检测器主体72A输出与该推压量相应的检测输出。根据图24的结构，能够得到动作检测部69，该动作检测部69通过在管腔壁60内 设置作为不进行光固化的液状区间的未固化部60E，来构成根据由管腔壁60包围的管腔内 的压力来向外侧进行位移动作的压敏机构70，因此能够得到该压敏机构70的位移量、即与 管腔内的压力对应的位移检测输出。另外，即使在作为立体模型5而构成刚性较大的管腔壁60的情况下，也能够得到 与管腔内部的压力变化对应的检测输出，因此关于包含通过再现生物体组织来提取出的病 变部位的生物体机构，能够得到用于研究管腔壁的动作的有效的信息。(8)液状分区的形成处理如上所述，在图像数据处理装置3中用于再现生物体组织的断层造型数据S2被提 供给立体模型制作装置4时，如图25的(A)和(B)所示，立体模型制作装置4进行如下处 理在作为目标的生物体组织中的、不会成为内腔的生物体组织部位80的内部残留液状分 区81，与此同时在其它区域形成固状固化树脂部82。在本实施方式的情况下，在生物体组织80的虚拟排列线L14上排列圆板状的液状 分区81，不对该液状分区81进行液状的活性能量线固化性树脂的固化处理而残留液状的 树脂材料，由此设为将液状分区81封入到固状固化树脂部82内的结构。这样，如上述图10以及图11所示，关于作为大动脉11的病变部位而在大动脉瘤 12中存在血栓13的立体模型5，如图26所示那样作为其管腔壁83 (图10的IlBl 11B4)、 血栓13的部分，制作出具有将液状分区81封入到固状固化树脂部82内的结构的立体模型 5。如果表示该立体模型5的横截面，则如图27所示，关于管腔壁83和在大动脉瘤12 内侧产生的血栓13，都通过在形成管腔壁83的固状固化树脂部82内封入液状分区81而成 的结构而制作出柔软的生物体组织。根据以上结构，在根据在图像数据处理装置3中生成的断层造型数据S2来在立体 模型制作装置中制作再现生物体组织的立体模型5时，具有在光固化处理后的固状固化树 脂部82中封入未光固化而以液状残留的液状分区81而成的结构，因此封入有该液状分区 81，与此相应地立体模型5的管腔壁83的外表面具有柔软的肌肤触感。因而，在用户触摸该立体模型5的情况下，具有接近体内的生物体组织的柔软度， 因此即使用作确认支架移植体、支架的适应性等的手术手的技术模拟装置，也不会感到不 协调而能够细查立体模型5。产业上的可利用性能够将本发明利用于再现具有病变部位的人体内部的生物体组织的场合。
权利要求
一种生物体组织立体模型，其特征在于，再现管腔部的管腔壁部的厚度，该管腔部包含生物体组织的病变部位。
2.根据权利要求1所述的生物体组织立体模型，其特征在于，手术器具进入到所再现的上述病变部位的进入部位形成于上述管腔部的侧面。
3.根据权利要求1或者2所述的生物体组织立体模型，其特征在于，上述生物体组织立体模型包括多个部件，各上述部件与相邻的上述部件在上述管腔部 的结合部进行结合，上述结合部具有重叠结合部以使得在相邻的各上述部件的结合部相结 合的状态下上述管腔部的内面部位不会产生高度差。
4.根据权利要求1 3中的任一项所述的生物体组织立体模型，其特征在于，上述管腔部是血管。
5.根据权利要求1 4中的任一项所述的生物体组织立体模型，其特征在于，上述病变部位是血管。
6.一种生物体组织立体模型的制造方法，其特征在于，具有以下工序根据生物体组织的病变部位的三维数据来制作病变部位断层数据，该病变部位断层数 据再现包含上述病变部位的管腔部的管腔壁部分的厚度；以及使用上述病变部位断层数据来对立体模型进行层叠造型。
7 根据权利要求6所述的生物体组织立体模型的制造方法，其特征在于，还具有以下工序将用于在上述管腔部的侧面或者端面形成手术器具进入到所再现的 上述病变部位的进入部位的三维数据与上述病变部位断层数据进行结合。
8.根据权利要求6或者7所述的生物体组织立体模型的制造方法，其特征在于，上述生物体组织立体模型包括多个部件，上述制造方法还具有以下工序以在对相邻 的各上述部件进行结合的上述管腔部的结合部相结合的状态下上述管腔部的内面部位不 会产生高度差的方式，使重叠结合部的三维数据与上述病变部位断层数据相结合。
9.一种生物体组织立体模型，其特征在于，在根据生物体的断层图像数据来制作的生 物体管腔模型中，具有从管腔壁向管腔突出形成的薄板状小片。
10.一种生物体组织立体模型的制造方法，其特征在于，根据生物体的断层图像数据， 通过使用活性能量固化性树脂的造型方法来制作权利要求9所述的生物体组织立体模型。
11.一种生物体组织立体模型，其特征在于，在根据生物体的断层图像数据来制作的生 物体模型中，根据与由管腔壁包围的管腔内的压力的变化相应地在设置于上述管腔壁上的 测量结构中产生的位移，测量上述管腔内的压力。
12.根据权利要求11所述的生物体组织立体模型，其特征在于，上述测量结构是以下部分中的任一个a)设置于立体模型表面上的规定间隔的凸起；b)设置于立体模型表面上的薄膜部分；c)设置于立体模型的壁上的内侧薄膜部、外侧薄膜部以及由被该内侧薄膜部和该外侧 薄膜部夹持的液体区间部构成的压敏部。
13.—种生物体组织立体模型的制造方法，根据生物体断层图像数据，通过使用活性能 量固化性树脂的造型方法来制作权利要求11所述的生物体组织立体模型。
14.一种生物体组织立体模型，其特征在于，在根据生物体断层图像数据通过使液状的活性能量固化性树脂固化来制作的生物体模型中，具有上述活性能量固化性树脂以未固化 的状态被已固化的树脂所包围的液状分区。
15. 一种生物体组织立体模型的制造方法，其特征在于，在根据生物体断层图像数据通 过使用活性能量固化性树脂的造型方法来制作的生物体模型中，设置上述活性能量固化性 树脂以未固化的状态被已固化的树脂所包围的液状分区。
全文摘要
使包含人体病变部的内部组织立体模型化。再现包含病变部位的管腔壁部分的厚度、柔软度，并且能够确认管腔壁的动作、管腔壁内部的液体的流动，由此通过视觉识别等来能够明确地确认管腔内的病变部位的状态，其结果能够更容易诊断管腔内。
文档编号G09B23/30GK101981608SQ20098011043
公开日2011年2月23日 申请日期2009年3月27日 优先权日2008年3月28日
发明者三泽裕 申请人:泰尔茂株式会社
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