JP4997385B2 - Catheter surgery simulator - Google Patents
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Description
この発明はカテーテル手術シミュレータに関する。 The present invention relates to a catheter surgery simulator.
本発明者らは、被検体の血管などの体腔を再現したブロック状の立体モデルを提案している(特許文献1、非特許文献1)。この立体モデルは被検体の断層像データに基づき血管などの体腔モデルを積層造形し、該体腔モデルの周囲を立体モデル成形材料で囲繞して該立体モデル成形材料を硬化させ、その後体腔モデルを除去することにより得られる。
立体モデル成形材料としてシリコーンゴムなどのエラストマー材料を採用することにより、立体モデルの腔所(血管などを再現したもの)へ液体を送り込んだり、またカテーテルを挿入したりしたときの当該腔所の動的変形を観察することができる。
また、膜状の立体モデル(非特許文献2)を提案している。
また、ゲル状の基材で構成した立体モデルを提案している(非特許文献3)
The present inventors have proposed a block-shaped three-dimensional model that reproduces a body cavity such as a blood vessel of a subject (
By adopting an elastomeric material such as silicone rubber as the 3D model molding material, the liquid moves into the 3D model cavity (reproduced blood vessels) and the movement of the 3D model when the catheter is inserted. Can be observed.
Also, a film-like three-dimensional model (Non-Patent Document 2) is proposed.
Moreover, the solid model comprised with the gel-like base material is proposed (nonpatent literature 3).
上記のモデルによれば、カテーテルや液体の挿入シミュレーションに対して、体腔を再現した腔所部分の動的な変形を目視により観察することができるが、腔所部分の周囲領域の応力状態については何ら情報を得ることができない。
そこでこの発明は、立体モデルにおいて腔所部分の周囲領域の応力状態を観察できるようにすることを目的とする。
According to the above model, it is possible to visually observe the dynamic deformation of the cavity portion that reproduces the body cavity with respect to the catheter and liquid insertion simulation. I can't get any information.
Accordingly, an object of the present invention is to make it possible to observe a stress state in a peripheral region of a cavity portion in a three-dimensional model.
この発明は上記課題を解決すべくなされたものであり、次のように構成される。
少なくとも体腔を再現した腔所の周囲領域が弾性材料で形成され、カテーテルの挿入が可能な透光性の立体モデルを通過する光に生じる光弾性効果を検出する立体モデルの応力観測装置であって、
偏光光源及びそれに対応する偏光フィルタと、
該偏光光源及びそれに対応する偏光フィルタの内側に配置される位相シフトフィルタと、を備え、
前記立体モデルへ挿入されたカテーテルを目視可能とした、ことを特徴とするカテーテル手術シミュレータ。
The present invention has been made to solve the above problems, and is configured as follows.
A three-dimensional model stress observation device for detecting a photoelastic effect generated in light passing through a light-transmitting three-dimensional model in which at least a peripheral region that reproduces a body cavity is formed of an elastic material and allows insertion of a catheter. ,
A polarized light source and a corresponding polarizing filter;
A phase shift filter disposed inside the polarization light source and the corresponding polarization filter,
A catheter surgery simulator characterized in that a catheter inserted into the three-dimensional model can be viewed.
このように構成された立体モデルの応力観測装置によれば、カテーテルや液体の挿入シミュレーションにおいて立体モデルの腔所の周囲領域に応力がかかったとき、光弾性効果が生じてその応力状態を観察することができる。
また、例えば偏光光源を構成する第1の偏光フィルタと観察者側の第2の偏光フィルタとの間に位相シフトフィルタを配置させることにより、第1の偏光フィルタを透過した光の一部が第2の偏光フィルタを透過可能となる。このとき、立体モデル内にカテーテルが挿入されていた場合、カテーテルは光を透過させないので、カテーテルが影となって観察される。勿論、カテーテルにより応力変化の生じた立体モデルの周囲領域においては光弾性効果が観察される。なお、この位相シフトフィルタが存在しないと一対の偏光フィルタにより光源からの光は完全に遮断され、光弾性効果により変調された光のみが第2の偏光フィルタを透過して観察可能となる。この場合、カテーテル自体を観察することはできない。
According to the three-dimensional model stress observation apparatus configured as described above, when stress is applied to the area around the cavity of the three-dimensional model in a catheter or liquid insertion simulation, a photoelastic effect is generated and the stress state is observed. be able to.
In addition, for example, by arranging a phase shift filter between the first polarizing filter constituting the polarized light source and the second polarizing filter on the viewer side, a part of the light transmitted through the first polarizing filter is 2 can be transmitted through the polarizing filter. At this time, when the catheter is inserted into the three-dimensional model, the catheter does not transmit light, and the catheter is observed as a shadow. Of course, a photoelastic effect is observed in a region around the three-dimensional model in which a stress change is caused by the catheter. If this phase shift filter is not present, the light from the light source is completely blocked by the pair of polarizing filters, and only the light modulated by the photoelastic effect is transmitted through the second polarizing filter and can be observed. In this case, the catheter itself cannot be observed.
波長シフトフィルタとしてはいわゆる1波長板又は2波長板を用いることが好ましい。1波長板は鋭敏色板ともよばれて、光弾性効果の観察感度が上がる。 It is preferable to use a so-called one-wave plate or two-wave plate as the wavelength shift filter. The one-wavelength plate is also called a sensitive color plate, which increases the observation sensitivity of the photoelastic effect.
以下、発明の各構成要素を詳細に説明する。
(立体モデル形成材料)
立体モデルの応力状態を光弾性により観察するには、立体モデルにおいて少なくとも応力状態の観察が必要な部位を等方性材料で形成する。立体モデルは透光性を有するものとする。
かかる光弾性を有する材料として、例えば、シリコーンゴム(シリコーンエラストマー)や熱硬化性のポリウレタンエラストマー等のエラストマーの他、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、不飽和ポリエステル、フェノール樹脂、ユリア樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリメタクリル酸メチル等の熱可塑性樹脂を単独で、或いは複数組み合わせて使用することができる。
カテーテルや液体を立体モデルの腔所へ挿入したとき、当該腔所の周囲領域における応力状態が光弾性効果として観察されるためには、少なくとも当該周囲領域が弾性変形可能な材料で形成される必要がある。勿論、立体モデルを全体的に弾性変形可能な材料で形成することができる。
かかる立体モデルの形成材料として、カテーテル等の挿入にともなって変形しやすく(即ち、縦弾性係数が大きく)、かつ僅かな変形でも大きな光弾性効果の変化を観察できる(即ち、光弾性系係数が大きい)材料が好ましい。かかる材料としてゼラチン(動物性かんてん)を挙げることができる。また、植物性かんてんやカラギーナン、ローカストビーンガムのような多糖類のゲル化剤を採用することもできる。
Hereinafter, each component of the invention will be described in detail.
(3D model forming material)
In order to observe the stress state of the three-dimensional model by photoelasticity, at least a portion of the three-dimensional model that requires observation of the stress state is formed of an isotropic material. The three-dimensional model has translucency.
Examples of such photoelastic materials include thermosetting of silicone resins (epoxy resins), polyurethane resins, unsaturated polyesters, phenol resins, urea resins, etc. in addition to elastomers such as silicone rubber (silicone elastomer) and thermosetting polyurethane elastomers. A thermoplastic resin such as polymethyl methacrylate can be used singly or in combination.
When a catheter or liquid is inserted into a cavity of a three-dimensional model, in order for the stress state in the area around the cavity to be observed as a photoelastic effect, at least the area must be formed of an elastically deformable material. There is. Of course, the three-dimensional model can be formed of a material that is elastically deformable as a whole.
As a material for forming such a three-dimensional model, it is easy to deform with insertion of a catheter or the like (that is, the longitudinal elastic modulus is large), and a large change in photoelastic effect can be observed even with slight deformation (that is, the photoelastic system coefficient is Large) material is preferred. An example of such a material is gelatin (animal fertilizer). In addition, polysaccharide gelling agents such as vegetable epilepsy, carrageenan and locust bean gum can also be employed.
(立体モデルの形成方法)
立体モデルにおいて腔所は被検体の断層像データに基づき形成された血管などの体腔を再現したものとすることができる。
ここに、被検体は人体の全体若しくは一部を対象とするが、動物や植物を断層撮影の対象とすることができる。また、死体を除くものではない。
断層像データは積層造形を実行するための基礎となるデータをいう。一般的に、X線CT装置、MRI装置、超音波装置などによって得られた断層撮影データから三次元形状データを構築し、当該三次元形状データを二次元に分解して断層像データとする。
以下、断層像データ生成の一例を説明する。
(Method for forming a solid model)
In the three-dimensional model, the cavity can be a reproduction of a body cavity such as a blood vessel formed based on the tomographic image data of the subject.
Here, the subject is the whole or part of the human body, but animals and plants can be the target of tomography. It does not exclude corpses.
The tomographic image data refers to data that is the basis for executing additive manufacturing. In general, three-dimensional shape data is constructed from tomographic data obtained by an X-ray CT apparatus, an MRI apparatus, an ultrasonic apparatus, etc., and the three-dimensional shape data is decomposed into two-dimensional data to obtain tomographic image data.
Hereinafter, an example of tomographic image data generation will be described.
ここでは、体軸方向に平行移動しながら等間隔に撮影することによって得られた複数の二次元画像を入力データ(断層撮影データ)として使用する場合について説明するが、他の撮影方法によって得られた二次元画像、或いは三次元画像を入力画像とする場合でも同様な処理を行うことによって腔所の三次元形状データを得ることができる。入力された各二次元画像は、まず撮影時の撮影間隔に基づいて正確に積層される。次に、各二次元画像上に、画像濃度値に関しての閾値を指定することにより、体腔モデルの対象とする腔所領域のみを各二次元画像中より抽出し、一方で他の領域を積層された二次元画像中より削除する。これにより腔所領域に相当する部分の三次元形状が二次元画像を積層した形で与えられ、この各二次元画像の輪郭線を三次元的に補間し、三次元曲面として再構成することにより対象とする腔所の三次元形状データが生成される。尚、この場合は濃度値に関しての閾値を指定することによって、まず入力画像中より腔所領域の抽出を行ったが、この方法とは別に、腔所表面を与える特定濃度値を指定することによって入力画像中より腔所表面の抽出し、三次元補間することによって直接的に三次元曲面を生成することも可能である。また、閾値指定による領域抽出(或いは特定濃度値指定による表面抽出)を行った後に入力画像の積層を行ってもよい。また、三次元曲面の生成はポリゴン近似によって行ってもよい。 Here, a case will be described in which a plurality of two-dimensional images obtained by imaging at equal intervals while being translated in the body axis direction are used as input data (tomographic data), but obtained by other imaging methods. Even when a two-dimensional image or a three-dimensional image is used as an input image, three-dimensional shape data of the cavity can be obtained by performing the same processing. Each input two-dimensional image is first accurately stacked based on the shooting interval at the time of shooting. Next, by specifying a threshold for the image density value on each two-dimensional image, only the cavity region that is the target of the body cavity model is extracted from each two-dimensional image, while other regions are stacked. Delete from the two-dimensional image. As a result, the three-dimensional shape of the portion corresponding to the cavity region is given in the form of a stack of two-dimensional images, and the contour line of each two-dimensional image is interpolated three-dimensionally and reconstructed as a three-dimensional curved surface. Three-dimensional shape data of the target cavity is generated. In this case, the cavity region is first extracted from the input image by designating a threshold value for the density value, but separately from this method, by specifying a specific density value that gives the cavity surface. It is also possible to directly generate a three-dimensional curved surface by extracting the cavity surface from the input image and performing three-dimensional interpolation. Further, the input images may be stacked after performing region extraction by specifying a threshold value (or surface extraction by specifying a specific density value). The generation of the three-dimensional curved surface may be performed by polygon approximation.
尚、前記三次元形状データには、該三次元形状データの生成中、或いは生成後において、形状の修正や変更を施すことが可能である。例えば、断層撮影データ中には存在しない構造を付加することや、サポートと呼ばれる支持構造を付加することや、或いは断層撮影データ中の構造を一部除去することや、腔所の形状を変更することなどが可能であり、これによって、立体モデルの内部に形成される腔所の形状を自由に修正或いは変更することができる。さらには、腔所の内部に非積層造形領域を設けることも可能であり、後に説明する内部を中空の構造とし、非積層造形領域を設けた体腔モデルを作製する場合には、そのような非積層造形領域を腔所の内部に設けた三次元形状データを生成しておく。尚、これらの処理は、積層造形システム、或いは積層造形システムに対応したソフトウェアにおいて行ってもよい。 The three-dimensional shape data can be modified or changed during or after the generation of the three-dimensional shape data. For example, adding a structure that does not exist in the tomographic data, adding a support structure called a support, removing a part of the structure in the tomographic data, or changing the shape of the cavity Thus, the shape of the cavity formed inside the three-dimensional model can be freely modified or changed. Furthermore, it is also possible to provide a non-layered modeling region inside the cavity, and in the case where a body cavity model having a non-layered modeling region provided with a non-layered modeling region is explained, Three-dimensional shape data in which the layered modeling region is provided inside the cavity is generated. In addition, you may perform these processes in the additive manufacturing system or the software corresponding to an additive manufacturing system.
次に、生成した腔所の三次元形状データを、必要に応じて体腔モデルの積層造形に使用する積層造形システムに対応した形式に変換し、使用する積層造形システム、或いは使用する積層造形システムに対応したソフトウェアへと送る。
積層造形システム(或いは積層造形システムに対応したソフトウェア)では、積層造形時の体腔モデルの配置や積層方向などの各種設定項目の設定を行うと同時に、積層造形中における形状保持などの目的で、サポート(支持構造)をサポートが必要な箇所に付加する(必要なければ付加する必要はない)。最後に、このようにして得られた造形用データを積層造形時の造形厚さに基づいてスライスすることによって、積層造形に直接利用されるスライスデータ(断層像データ)を生成する。尚、上記の手順とは逆に、スライスデータの生成を行った後にサポートの付加を行ってもよい。また、スライスデータが使用する積層造形システム(或いは積層造形システムに対応したソフトウェア)によって自動的に生成される場合には、この手順を省略することができる。但し、この場合でも積層造形厚さの設定を行っても良い。サポートの付加についても同様であり、積層造形システム(或いは積層造形システムに対応したソフトウェア)によってサポートが自動的に生成される場合には、手動で生成する必要はない(手動で生成してもよい)。
Next, the generated three-dimensional shape data of the cavity is converted into a format corresponding to the additive manufacturing system used for the additive manufacturing of the body cavity model as necessary, and used for the additive manufacturing system or the additive manufacturing system to be used. Send to compatible software.
The additive manufacturing system (or software that supports additive manufacturing systems) supports the setting of various setting items such as the placement of the body cavity model and the stacking direction during additive manufacturing as well as the purpose of maintaining the shape during additive manufacturing. (Support structure) is added to the place where support is required (if it is not necessary, it is not necessary to add it). Finally, slice data (tomographic image data) that is directly used for additive manufacturing is generated by slicing the modeling data obtained in this way based on the modeling thickness at the time of additive manufacturing. In contrast to the above procedure, support may be added after slice data is generated. Moreover, when the slice data is automatically generated by the additive manufacturing system (or software corresponding to the additive manufacturing system) used, this procedure can be omitted. However, even in this case, the layered modeling thickness may be set. The same applies to the addition of the support. When the support is automatically generated by the additive manufacturing system (or software corresponding to the additive manufacturing system), it is not necessary to generate the support manually (may be generated manually). ).
上記の例では、断層撮影データから三次元形状データを構築しているが、データとして最初から三次元形状データが与えられた場合もこれを二次元に分解して次の積層造形工程に用いる断層像データを得ることができる。 In the above example, the 3D shape data is constructed from the tomographic data. However, when the 3D shape data is given as the data from the beginning, it is decomposed into 2D and used in the next additive manufacturing process. Image data can be obtained.
この発明では血管などの体腔を対象としており、ここに体腔とは諸器官(骨格、筋、循環器、呼吸器、消化器、泌尿生殖器、内分泌器、神経、感覚器など)に存在する腔所、並びに、これらの諸器官や体壁などの幾何学的配置によって構成される腔所を指す。したがって、心臓の内腔、胃の内腔、腸の内腔、子宮の内腔、血管の内腔、尿管の内腔などの諸器官の内腔や、口腔、鼻腔、口峡、中耳腔、体腔、関節腔、囲心腔などが「体腔」に含まれる。 In this invention, a body cavity such as a blood vessel is targeted, and the body cavity is a cavity located in various organs (skeletal, muscle, circulatory organ, respiratory organ, digestive organ, urogenital organ, endocrine organ, nerve, sensory organ, etc.). And a cavity formed by a geometric arrangement of these organs and body walls. Therefore, the lumens of organs such as the heart lumen, stomach lumen, intestinal lumen, uterine lumen, blood vessel lumen, ureter lumen, oral cavity, nasal cavity, strait, middle ear A cavity, a body cavity, a joint cavity, a pericardial cavity, and the like are included in the “body cavity”.
上記の断層像データから上記体腔モデルを形成する。
形成の方法は特に限定されるものではないが、積層造形が好ましい。ここに積層造詣とは、断層像データに基づき薄い層を形成し、これを順次繰り返すことにより所望の造形を得ることをいう。
積層造形された体腔モデルは後の工程で分解除去されなければならない。除去を容易にするため、積層造形に用いる材料を低い融点の材料とするか、若しくは溶剤に容易に溶解する材料とすることが好ましい。かかる材料としては低融点の熱硬化性樹脂若しくはワックス等を用いることができる。いわゆる光造形法(積層造形に含まれる)において汎用される光硬化性樹脂においてもその分解が容易であれば、これを用いることができる。
The body cavity model is formed from the tomographic image data.
Although the formation method is not particularly limited, layered modeling is preferable. Here, the layered structure means that a thin layer is formed based on the tomographic image data, and this is sequentially repeated to obtain a desired shape.
The layered body cavity model must be decomposed and removed in a later process. In order to facilitate the removal, it is preferable that the material used for additive manufacturing is a material having a low melting point or a material that is easily dissolved in a solvent. As such a material, a low-melting-point thermosetting resin or wax can be used. A photo-curable resin widely used in so-called stereolithography (included in layered modeling) can be used if it can be easily decomposed.
前記体腔モデルは、次の工程において立体モデル成形材料で囲繞する際に外部から付加される圧力等の外力に耐え得る強度を有する範囲であれば、その内部を中空構造とし薄肉化することができる。これによって、積層造形に所要される時間や造形に伴うコストが低減されるだけでなく、後の溶出行程において体腔モデルの溶出を簡素化できる。
具体的な積層造形の方式として、例えば粉末焼結方式、溶融樹脂噴出方式、溶融樹脂押出方式等を挙げることができる。
If the body cavity model has a strength that can withstand external forces such as pressure applied from the outside when surrounded by the three-dimensional model molding material in the next step, the inside can be thinned with a hollow structure. . This not only reduces the time required for layered modeling and the cost associated with modeling, but also simplifies elution of the body cavity model in the subsequent elution process.
Specific examples of the additive manufacturing method include a powder sintering method, a molten resin ejection method, a molten resin extrusion method, and the like.
尚、積層造形によって作製された体腔モデルには、積層造形の後に、表面研磨や、表面コーティングの付加など各種の加工(除去加工及び付加加工)を加えることが可能であり、これによって体腔モデルの形状を修正或いは変更することが可能である。これらの加工の一環として、体腔モデルの作製にあたって、積層造形後の除去が必要なサポートを付加した場合には、サポートの除去を行っておく。
体腔モデルの表面を他の材料でコーティングすることにより、体腔モデルの材料の一部の成分又は全部の成分が立体モデル成形材料中に拡散することを防止することができる。その他、体腔モデルの表面を物理的に処理(熱処理、高周波処理等)、若しくは化学的に処理することにより、当該拡散を防止することもできる。
The body cavity model created by additive manufacturing can be subjected to various processes (removal processing and additional processing) such as surface polishing and surface coating after additive manufacturing, which allows the body cavity model to be It is possible to modify or change the shape. As a part of these processes, when a support that needs to be removed after the layered modeling is added in the production of the body cavity model, the support is removed.
By coating the surface of the body cavity model with another material, it is possible to prevent some or all components of the body cavity model material from diffusing into the three-dimensional model molding material. In addition, the diffusion can be prevented by physically treating the surface of the body cavity model (heat treatment, high frequency treatment, etc.) or chemically treating the surface.
表面処理することにより体腔モデルの表面の段差を円滑化することが好ましい。これにより、立体モデルの内腔表面が円滑になり、より実際の血管等の体腔内表面を再現できることとなる。表面処理の方法として、体腔モデルの表面を溶剤に接触させること、加熱して表面を溶融すること、コーティングすること及びこれらを併用することが挙げられる。 It is preferable to smooth the level difference on the surface of the body cavity model by surface treatment. As a result, the lumen surface of the three-dimensional model becomes smooth, and the actual body cavity inner surface such as a blood vessel can be reproduced. Examples of the surface treatment include contacting the surface of the body cavity model with a solvent, heating to melt the surface, coating, and using these in combination.
体腔モデルの一部又は全部を立体モデル成形材料で囲繞してこれを硬化する。体腔モデルを除去することにより立体モデルが形成される。 A part or the whole of the body cavity model is surrounded with a three-dimensional model molding material and cured. A three-dimensional model is formed by removing the body cavity model.
(他の立体モデル)
立体モデルを多層構造とすることもできる。即ち、
血管などの体腔を再現した腔所をその内部に有する膜状モデルと、該膜状モデルを囲繞する基材から立体モデルを形成する。
このように構成された立体モデルでは、生体血管の有する膜状構造と血管周囲の軟組織の構造が物理特性も含めて個別に再現される。これにより、柔軟性を有する膜状構造の血管のモデルが、血管周囲組織の粘弾性特性を有する基材に埋設された状態となる。このため、医療器具や流体の挿入シミュレーションに際して、立体モデル内部の膜状構造の血管モデルが基材内で生体内における血管と同様に柔軟に変形することができ、生体血管の変形特性を再現するのに好適なものとなる。
ここに、膜状モデルは、既述の体腔モデルの表面へ膜状モデル成形材料を薄く積層し、これを硬化して得られる。
膜状モデルの成形材料は光弾性効果を示す等方性材料であれば特に限定されず、例えば、シリコーンゴム(シリコーンエラストマー)や熱硬化性のポリウレタンエラストマー等のエラストマーの他、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、不飽和ポリエステル、フェノール樹脂、ユリア樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリメタクリル酸メチル等の熱可塑性樹脂を単独で、或いは複数組み合わせて使用することができる。これらの材料を塗布、吹き付け、若しくはディッピング等の方法で体腔モデルの表面へ薄く積層し、その後周知の方法で加硫若しくは硬化させる。
膜状モデルの対象を脳血管モデルとするときには、透明でかつ生体組織に近い弾力性及び柔軟性を備える材料を採用することが好ましい。かかる材料としてシリコーンゴムを挙げることができる。また、シリコーンゴムは生体組織と同等の接触特性を有するので、カテーテル等の医療器具を挿入し手術の試行に適したものとなる。
膜状モデル形成材料を複数層から形成することができる。その厚みも任意に設定できる。
膜状モデルはその全体が実質的に均一な厚さに形成されることが、光弾性効果を観察する点から、好ましい。
(Other 3D models)
The three-dimensional model can also have a multilayer structure. That is,
A three-dimensional model is formed from a membranous model having a cavity in which a body cavity such as a blood vessel is reproduced and a base material surrounding the membranous model.
In the three-dimensional model configured as described above, the membrane structure of the biological blood vessel and the structure of the soft tissue around the blood vessel are individually reproduced including physical characteristics. Thereby, the model of the blood vessel having a membranous structure having flexibility is embedded in the base material having the viscoelastic characteristics of the tissue around the blood vessel. For this reason, in a medical instrument or fluid insertion simulation, a blood vessel model having a film-like structure inside a three-dimensional model can be flexibly deformed in the same manner as a blood vessel in a living body, and the deformation characteristics of a living blood vessel are reproduced. It becomes a suitable thing.
Here, the membranous model is obtained by thinly laminating a membranous model molding material on the surface of the body cavity model described above and curing it.
The molding material of the membranous model is not particularly limited as long as it is an isotropic material exhibiting a photoelastic effect. For example, in addition to elastomers such as silicone rubber (silicone elastomer) and thermosetting polyurethane elastomer, silicone resin, epoxy resin Thermosetting resins such as polyurethane, unsaturated polyester, phenolic resin, urea resin, and thermoplastic resins such as polymethyl methacrylate can be used alone or in combination. These materials are thinly laminated on the surface of the body cavity model by a method such as application, spraying, or dipping, and then vulcanized or cured by a known method.
When the target of the membranous model is a cerebral blood vessel model, it is preferable to employ a material that is transparent and has elasticity and flexibility close to a living tissue. An example of such a material is silicone rubber. In addition, since silicone rubber has contact characteristics equivalent to those of living tissue, a medical instrument such as a catheter is inserted to be suitable for a trial of surgery.
The membranous model forming material can be formed from a plurality of layers. The thickness can also be set arbitrarily.
From the viewpoint of observing the photoelastic effect, the membranous model is preferably formed with a substantially uniform thickness as a whole.
基材は生体組織に類似した物理特性を有する透光性材料とすることが好ましい。
ここに、生体組織とは膜状モデルが再現した血管等を囲繞する柔軟な組織である。かかる柔軟性(物理特性)を再現する材料として、実施例ではシリコーンゲル及びグリセリンゲルを用いた。ゼラチン、かんてん、多糖類のゲルなどを用いることもできる。なお、ケーシングに気密性を確保できれば高粘度の液体を基材として用いることもできる。
基材の材料としてゲルを用いた場合、物理特性の異なる複数の材料を用いて基材をより生体組織に近づけることができる。
膜状モデルの動的な挙動を観察するため、基材は透光性とすることが好ましい。膜状モデルと基材との境界を明確にするため、膜状モデル若しくは基材の少なくとも一方を着色することができる。また、膜状モデルの動的挙動をより正確に観察できるように、膜状モデルの材料の屈折率と基材の材料の屈折率とを実質的に等しくすることが好ましい。
膜状モデルの全部が当該基材内に埋設される必要はない。即ち、膜状モデル一部は空隙部内に位置していてもよい。また、膜状モデルの一部はソリッド基材(生体組織と非類似の物理特性を有する)内にあってもよい。
基材は弾性を有するものとする。好ましくは、縦弾性係数が2.0kPa〜100kPaの低弾性とする。更に好ましくは、基材は充分な伸びを有する。これにより、膜状モデルが大きく変形しても、膜状モデルから基材が剥離することがない。例えば、無負荷時を1として、膜状モデルに対する接着性を確保した状態で引っ張ったときに基材は無付加時の2〜15倍の伸び率を有することが好ましい。ここで伸び率とは、基材が元に戻ることの出来る最大変形量を指す。また、荷重を加えて変形させた基材から荷重を除去したときに基材が元に戻る速度は比較的緩やかであることが好ましい。例えば、粘弾性パラメータである損失係数tanδ(1Hz時)は0.2〜2.0とすることができる。
これにより、血管等の周囲に存在する組織と同等若しくは近い特性を基材が持ち、膜状モデルの変形がより実際に近い環境で行われることとなる。即ち、カテーテル等の挿入感をリアルに再現可能となる。
基材は膜状モデルに対して密着性を有するものとする。これにより、膜状モデルへカテーテル等を挿入して膜状モデルを変形させも基材と膜状モデルとの間にズレの生じることがない。両者の間にズレが生じると、膜状モデルにかかる応力に変化が生じるので、例えばカテーテルの挿入シミュレーションをする場合に支障をきたし、その挿入時に違和感を生じるおそれがある。
膜状モデルとして脳血管モデルを対象としたとき、基材と膜状モデルとの密着性(接着強度)は1kPa〜20kPaとすることが好ましい。
かかる基材として実施例ではシリコーンゲル及びグリセリンゲルを用いているが、その材質が特に限定されるものではない。なお、ケーシングに気密性を確保できれば高粘度の液体を基材として用いることもできる。これは特に、弾性を有さない生体組織に囲まれる血管を再現した膜状モデルに対する基材として好適である。これら複数種類の流動体を混合し、さらにはこれらへ接着性の薬剤を混合することにより、好適な基材を調製することもできる。
基材の材料としてゲルを用いた場合、物理特性の異なる複数の材料を用いて基材をより生体組織に近づけることができる。
膜状モデルの動的な挙動を観察するため、基材は透光性とすることが好ましい。膜状モデルと基材との境界を明確にするため、膜状モデル若しくは基材の少なくとも一方を着色することができる。また、膜状モデルの動的挙動をより正確に観察できるように、膜状モデルの材料の屈折率と基材の材料の屈折率とを実質的に等しくすることが好ましい。
膜状モデルの全部が当該基材内に埋設される必要はない。即ち、膜状モデル一部は空隙部内に位置していてもよい。また、膜状モデルの一部はソリッド基材(生体組織と非類似の物理特性を有する)内又は流体内にあってもよい。
The base material is preferably a translucent material having physical properties similar to those of living tissue.
Here, the biological tissue is a flexible tissue surrounding a blood vessel or the like reproduced by the membranous model. In the examples, silicone gel and glycerin gel were used as materials for reproducing such flexibility (physical properties). Gelatin, orange, polysaccharide gel and the like can also be used. In addition, if a casing can ensure airtightness, a highly viscous liquid can also be used as a base material.
When gel is used as the material of the base material, the base material can be brought closer to a living tissue by using a plurality of materials having different physical properties.
In order to observe the dynamic behavior of the membranous model, the base material is preferably translucent. In order to clarify the boundary between the membranous model and the substrate, at least one of the membranous model and the substrate can be colored. Further, it is preferable that the refractive index of the material of the film model and the refractive index of the material of the base material are substantially equal so that the dynamic behavior of the film model can be observed more accurately.
The entire membranous model need not be embedded in the substrate. That is, a part of the membranous model may be located in the gap. Also, a part of the membranous model may be in a solid substrate (having dissimilar physical characteristics to living tissue).
A base material shall have elasticity. Preferably, the elastic modulus is low elasticity of 2.0 kPa to 100 kPa. More preferably, the substrate has sufficient elongation. Thereby, even if a membranous model changes greatly, a substrate does not peel from a membranous model. For example, when no load is set to 1, it is preferable that the substrate has an elongation ratio of 2 to 15 times that when no addition is applied when the substrate is pulled in a state in which adhesion to the film model is ensured. Here, the elongation percentage refers to the maximum amount of deformation that the base material can return to. In addition, it is preferable that the speed at which the base material is restored when the load is removed from the base material deformed by applying a load is relatively moderate. For example, the loss coefficient tan δ (at 1 Hz), which is a viscoelastic parameter, can be set to 0.2 to 2.0.
As a result, the base material has characteristics similar to or close to those of the tissue existing around the blood vessel or the like, and the deformation of the membranous model is performed in an environment that is closer to reality. That is, the insertion feeling of a catheter or the like can be realistically reproduced.
A base material shall have adhesiveness with respect to a membranous model. Thereby, even if a catheter or the like is inserted into the membranous model and the membranous model is deformed, no deviation occurs between the base material and the membranous model. If there is a difference between the two, the stress applied to the membranous model will change, which may hinder, for example, a catheter insertion simulation, and may cause discomfort during the insertion.
When a cerebral blood vessel model is targeted as a membranous model, the adhesion (adhesive strength) between the substrate and the membranous model is preferably 1 kPa to 20 kPa.
In this embodiment, silicone gel and glycerin gel are used as the base material, but the material is not particularly limited. In addition, if a casing can ensure airtightness, a highly viscous liquid can also be used as a base material. This is particularly suitable as a base material for a membranous model that reproduces a blood vessel surrounded by a living tissue having no elasticity. A suitable base material can also be prepared by mixing these plural kinds of fluids and further mixing an adhesive agent thereto.
When gel is used as the material of the base material, the base material can be brought closer to a living tissue by using a plurality of materials having different physical properties.
In order to observe the dynamic behavior of the membranous model, the base material is preferably translucent. In order to clarify the boundary between the membranous model and the substrate, at least one of the membranous model and the substrate can be colored. Further, it is preferable that the refractive index of the material of the film model and the refractive index of the material of the base material are substantially equal so that the dynamic behavior of the film model can be observed more accurately.
The entire membranous model need not be embedded in the substrate. That is, a part of the membranous model may be located in the gap. Further, a part of the membranous model may be in a solid substrate (having dissimilar physical properties to living tissue) or in a fluid.
ケーシングは基材を収容するものであり任意の形状をとることができる。膜状モデルの動的挙動を観察できるように全体若しくはその一部が透光性材料で形成される。かかるケーシングは透光性の合成樹脂(アクリル板等)やガラス板で形成することができる。
ケーシングには膜状モデルの腔所に連通する穴が空けられている。この穴からカテーテルを挿入することができる。
立体モデルは全体として透光性であることが好ましい。カテーテルの挿入状態を観察する点からいえば、少なくともその膜状モデルの内部が視認できればよい。
ケーシングと膜状モデルとの間には充分な距離を設ける。これにより、弾性を有する基材に充分なマージン(厚さ)が確保され、カテーテル挿入等により膜状モデルへ外力がかけられたときその外力に応じて膜状モデルは自由に変形できることとなる。なお、このマージンは立体モデルの対象、用途等に応じて任意に選択できるものであるが、例えば膜状モデルの膜厚の10倍〜100倍以上とすることが好ましい。
A casing accommodates a base material and can take arbitrary shapes. The whole or a part thereof is formed of a translucent material so that the dynamic behavior of the membranous model can be observed. Such a casing can be formed of a light-transmitting synthetic resin (such as an acrylic plate) or a glass plate.
The casing has a hole communicating with the cavity of the membranous model. A catheter can be inserted through this hole.
The three-dimensional model is preferably translucent as a whole. From the viewpoint of observing the insertion state of the catheter, it is sufficient that at least the inside of the membranous model can be visually recognized.
Provide a sufficient distance between the casing and the membranous model. As a result, a sufficient margin (thickness) is secured for the elastic base material, and when an external force is applied to the membranous model by insertion of a catheter or the like, the membranous model can be freely deformed according to the external force. This margin can be arbitrarily selected according to the object, application, etc. of the three-dimensional model, but is preferably set to 10 to 100 times or more the film thickness of the membranous model, for example.
体腔モデルを膜状モデルで被覆した状態の中子をケーシング中にセットし、該ケーシングへ基材材料を注入し、ゲル化する。
その後、体腔モデルを除去すると膜状モデルが基材中に残された状態となる。
体腔モデルの除去の方法は体腔モデルの造形材料に応じて適宜選択され、立体モデルの他の材料に影響の出ない限り、特に限定されない。
体腔モデルを除去する方法として、(a) 加熱により溶融する加熱溶融法、(b) 溶剤により溶解する溶剤溶解法、(c) 加熱による溶融と溶剤による溶解とを併用するハイブリッド法等を採用することができる。これらの方法により体腔モデルを選択的に流動化し、立体モデルの外部へ溶出してこれを除去する。
The core in a state where the body cavity model is covered with the membranous model is set in the casing, and the base material is injected into the casing for gelation.
Thereafter, when the body cavity model is removed, the membranous model remains in the base material.
The method of removing the body cavity model is appropriately selected according to the modeling material of the body cavity model, and is not particularly limited as long as other materials of the three-dimensional model are not affected.
As a method for removing the body cavity model, (a) a heat melting method that melts by heating, (b) a solvent dissolution method that dissolves by a solvent, (c) a hybrid method that combines melting by heating and dissolution by a solvent, etc. be able to. By these methods, the body cavity model is selectively fluidized and eluted out of the three-dimensional model to remove it.
体腔モデルの材料の成分の一部が膜状モデルの内部へと拡散し、膜状モデルに曇りが生じて、その視認性が低下するおそれがある。この曇りを除去するため、体腔モデルを除去した後に試料を再度加熱することが好ましい。この加熱は体腔モデル除去の途中で実行することもできる。 Some of the components of the material of the body cavity model may diffuse into the membranous model, causing the membranous model to become cloudy and reducing its visibility. In order to remove this fogging, it is preferable to reheat the sample after removing the body cavity model. This heating can also be performed during the removal of the body cavity model.
立体モデルは、また、次のようにして形成することもできる。
体腔モデルを中子としてゲル状の基材へ埋設し、当該体腔モデルを除去する。これにより、基材中に体腔を再現した腔所が形成される。その後、腔所の周壁へ膜状モデルの形成材料を付着させ重合若しくは加硫等により硬化する。膜状モデル形成材料を基材の腔所へ流すこと、若しくは基材を膜状モデル形成材料にディッピングすることにより、膜状モデル形成材料を基材の体腔周壁へ付着させることができる。
A three-dimensional model can also be formed as follows.
The body cavity model is embedded as a core in a gel-like base material, and the body cavity model is removed. Thereby, the cavity which reproduced the body cavity in the base material is formed. Thereafter, a film-form model forming material is attached to the peripheral wall of the cavity and cured by polymerization or vulcanization. By flowing the membranous model forming material into the cavity of the base material, or by dipping the base material into the membranous model forming material, the membranous model forming material can be attached to the peripheral wall of the body cavity of the base material.
また、当該腔所の周壁へ膜状モデル形成材料を付着する代わりに当該腔所の周壁を親水化処理することができる。これにより、立体モデルの腔所へ水若しくは水溶液を充填したとき周壁に水膜が形成され、カテーテルの挿入抵抗が緩和される。即ち、この水膜が膜状モデルに対応することとなる。
当該腔所の周壁を疎水化処理(親油化処理)した場合も同様に、腔所へ油を充填したとき周壁に油膜が形成され、カテーテルの挿入抵抗が緩和される。即ち、この油膜が膜状モデルに対応する。
Further, the peripheral wall of the cavity can be hydrophilized instead of attaching the membranous model forming material to the peripheral wall of the cavity. Thereby, when water or an aqueous solution is filled in the cavity of the three-dimensional model, a water film is formed on the peripheral wall, and the insertion resistance of the catheter is alleviated. That is, this water film corresponds to the membranous model.
Similarly, when the peripheral wall of the cavity is subjected to a hydrophobic treatment (lipophilic treatment), when the cavity is filled with oil, an oil film is formed on the peripheral wall and the insertion resistance of the catheter is reduced. That is, this oil film corresponds to a film model.
腔所の周壁は周知の方法で親水化若しくは疎水化される。例えば基材としてシリコーンゲルを採用した場合、界面活性剤等の極性基を有する膜を当該周壁に形成することによりその腔所の周壁を親水化することができる。同様に、オイルやワックス等の油性膜を腔所の周壁に形成することによりその腔所の周壁を疎水化することができる。 The peripheral wall of the cavity is made hydrophilic or hydrophobic by a known method. For example, when silicone gel is employed as the substrate, the peripheral wall of the cavity can be hydrophilized by forming a film having a polar group such as a surfactant on the peripheral wall. Similarly, by forming an oily film such as oil or wax on the peripheral wall of the cavity, the peripheral wall of the cavity can be hydrophobized.
体腔モデルの基体をシリコーンゴム等の透光性ゲル材料で形成し、体腔部の周壁を当該ゲル材料より光弾性係数の高い材料で全体的に若しくは部分的に被覆することができる。光弾性係数の高い材料を基材内へ埋設することもできる。高い光弾性係数を有する材料により光弾性効果が強調されることとなる。なお、光弾性係数の高い材料としてエポキシ樹脂などを挙げることができる。エポキシ樹脂の薄膜はカテーテルの挿入によって容易に変形するので、これを用いることにより光弾性効果を明確に観察することができる。 The body cavity model base can be formed of a light-transmitting gel material such as silicone rubber, and the peripheral wall of the body cavity can be entirely or partially covered with a material having a photoelastic coefficient higher than that of the gel material. A material having a high photoelastic coefficient can also be embedded in the base material. The photoelastic effect is emphasized by the material having a high photoelastic coefficient. In addition, an epoxy resin etc. can be mentioned as a material with a high photoelastic coefficient. Since the epoxy resin thin film is easily deformed by insertion of the catheter, the photoelastic effect can be clearly observed by using this.
ケーシングは基材を収容するものであり任意の形状をとることができる。膜状モデルの動的挙動を観察できるように全体若しくはその一部が透光性材料で形成される。かかるケーシングは透光性の合成樹脂(アクリル板等)やガラス板で形成することができる。
ケーシングには膜状モデルの腔所に連通する穴が空けられている。この穴からカテーテルを挿入することができる。
立体モデルは全体として透光性であることが好ましい。カテーテルの挿入状態を観察する点からいえば、少なくともその膜状モデルの内部が視認できればよい。
A casing accommodates a base material and can take arbitrary shapes. The whole or a part thereof is formed of a translucent material so that the dynamic behavior of the membranous model can be observed. Such a casing can be formed of a light-transmitting synthetic resin (such as an acrylic plate) or a glass plate.
The casing has a hole communicating with the cavity of the membranous model. A catheter can be inserted through this hole.
The three-dimensional model is preferably translucent as a whole. From the viewpoint of observing the insertion state of the catheter, it is sufficient that at least the inside of the membranous model can be visually recognized.
(光弾性効果)
光弾性効果とは、透光性材料において内部応力が生じると、一時的に複屈折性をおび、最大主応力と最小主応力の方向で屈折率が異なるため、入射光が2つの平面偏光に分かれて進むことをいう。当該2つの波の位相差により干渉縞が生じ、この干渉縞を観察することにより透光性材料の内部応力の状態を知ることができる。
この光弾性効果を生じさせるには、図1に示すように、光源からの光を第1の偏光板(偏光フィルタ)に通して偏光させ、立体モデルにこの直線偏光を通す。立体モデルにおいて内部応力が生じていると内部応力に強さに応じて複屈折が生じ、最大主応力(acosφsinωt)と最小主応力(acosφsin(ωt−A))が生成する。これらの光は速度が異なるため位相差を生じ、第2の偏光板(偏光フィルタ)を通して観察すると、干渉縞が現れる。なお、この第2の偏光板の偏光方向は第1の偏光板の変更方向と実質的に直交している。
一対の偏光板に間に立体モデルを介在させ、立体モデルを透過する光に生じる光弾性効果を観察する方法として、直交ニコル法、平行ニコル法、鋭敏色法等が知られている。また、偏光板と立体モデルとの間に一対の1/4波長板(1/4波長フィルタ)を介在させることにより光弾性効果を検出する方法として、円偏光法やセナルモン法等が知られている。
(Photoelastic effect)
The photoelastic effect means that when an internal stress occurs in a translucent material, it temporarily has birefringence, and the refractive index differs in the direction of the maximum principal stress and the minimum principal stress. It means to proceed in a divided manner. An interference fringe is generated by the phase difference between the two waves, and the state of the internal stress of the translucent material can be known by observing the interference fringe.
In order to generate this photoelastic effect, as shown in FIG. 1, light from a light source is polarized through a first polarizing plate (polarizing filter), and this linearly polarized light is passed through a three-dimensional model. If an internal stress is generated in the three-dimensional model, birefringence occurs according to the strength of the internal stress, and a maximum main stress (acosφsinωt) and a minimum main stress (acosφsin (ωt−A)) are generated. Since these lights have different speeds, a phase difference is generated, and interference fringes appear when observed through the second polarizing plate (polarizing filter). The polarization direction of the second polarizing plate is substantially perpendicular to the changing direction of the first polarizing plate.
As a method for observing the photoelastic effect generated in light transmitted through the three-dimensional model by interposing a three-dimensional model between a pair of polarizing plates, an orthogonal Nicol method, a parallel Nicol method, a sensitive color method, and the like are known. Further, as a method for detecting the photoelastic effect by interposing a pair of quarter-wave plates (quarter-wave filters) between the polarizing plate and the three-dimensional model, a circular polarization method, a senalmon method, and the like are known. Yes.
このように、光弾性効果を用いることのより、立体モデルの腔所へカテーテルを挿入したときの腔所の周囲領域の応力変化を観察することが可能となる。しかしながら、カテーテル自体は何ら光弾性効果を生じさせないので、周囲領域の応力変化にともなう光弾性効果とともにその位置及び状態を観察することができなかった。
そこでこの発明では、光源側の第1の偏光フィルタと観察者側の第2の変更フィルタとの中へ位相シフトフィルタを介在させることにより、カテーテル自体の位置及び状態を観察可能とした。即ち、位相シフトフィルタを存在させることにより、第1の偏光フィルタを透過した光の一部が第2の偏光フィルタを透過し、バックグランド光を構成する。ここに、立体モデル中にカテーテルが存在すると、それが影となって現れてその位置、状態及び動作が観察される。即ち、カテーテルとカテーテルにより生じた光弾性効果を同時に観察可能となる。
In this way, by using the photoelastic effect, it is possible to observe a change in stress in a region around the cavity when the catheter is inserted into the cavity of the three-dimensional model. However, since the catheter itself does not produce any photoelastic effect, its position and state cannot be observed together with the photoelastic effect accompanying the stress change in the surrounding region.
Therefore, in the present invention, the position and state of the catheter itself can be observed by interposing a phase shift filter in the first polarizing filter on the light source side and the second change filter on the observer side. In other words, by the presence of the phase shift filter, a part of the light transmitted through the first polarizing filter is transmitted through the second polarizing filter and constitutes background light. Here, when a catheter exists in the three-dimensional model, it appears as a shadow, and its position, state and operation are observed. That is, it becomes possible to simultaneously observe the catheter and the photoelastic effect generated by the catheter.
位相シフトフィルタとしては、第1の偏光フィルタを透過した光を1波長若しくは2波長シフトさせるものを用いることができる。光弾性効果の感度が向上するからである。
この発明では、観察者側の第2の偏光フィルタからバックグランド光を取り出すことができれば、複数枚の波長シフトフィルタを用いてもよい。なお、円偏光法やセナルモン法等においては1/4波長板が用いられているが、これらの方法においてはバックグランド光を第2の変更フィルタから取り出すことができないので、カテーテルの観察は不可能である。
As the phase shift filter, a filter that shifts the light transmitted through the first polarizing filter by one wavelength or two wavelengths can be used. This is because the sensitivity of the photoelastic effect is improved.
In the present invention, a plurality of wavelength shift filters may be used as long as background light can be extracted from the second polarizing filter on the viewer side. Note that a quarter wave plate is used in the circular polarization method, the senalmon method, etc., but since the background light cannot be extracted from the second change filter in these methods, the observation of the catheter is impossible. It is.
本発明者らの検討により、観察側の第2の偏光フィルタと1/4波長フィルタとの間に位相シフトフィルタを配置し、更に当該位相シフトフィルタを当該1/4波長フィルタの光学軸に対してほぼ22.5度傾斜させることが好ましい。
かかる構成を図2に示す。図2において、符号201は白色光源、符号203及び204は偏光フィルタ、符号205及び206は1/4波長フィルタ、207は観察対象である立体モデル、209は位相シフトフィルタ(この例では2波長板)である。
位相シフトフィルタ209の傾斜角度ψ=±5度〜±40度のとき、より好ましくはψ=±22.5度のとき、第2の偏光フィルタ204において観察される光弾性効果(光の色(波長))から、観察対象の応力とその方向を特定することができる。
これは、次の理由による。
図2の構成において、観察される光の強さIは下記式1で表現される。
According to the study by the present inventors, a phase shift filter is arranged between the second polarizing filter on the observation side and the quarter wavelength filter, and the phase shift filter is further arranged with respect to the optical axis of the quarter wavelength filter. It is preferable to incline approximately 22.5 degrees.
Such a configuration is shown in FIG. In FIG. 2, reference numeral 201 is a white light source, reference numerals 203 and 204 are polarization filters, reference numerals 205 and 206 are quarter wavelength filters, 207 is a three-dimensional model to be observed, and 209 is a phase shift filter (in this example, a two-wavelength plate). ).
When the tilt angle of the phase shift filter 209 is ψ = ± 5 degrees to ± 40 degrees, more preferably ψ = ± 22.5 degrees, the photoelastic effect (light color (light color)) observed in the second polarizing filter 204 is obtained. From the wavelength)), the stress to be observed and its direction can be specified.
This is due to the following reason.
In the configuration of FIG. 2, the observed light intensity I is expressed by the following
ここに、θは応力の方向を示し、Reは光弾性効果により生じた位相シフトによる遅延(Retardation)を示す。なお、このReは応力強さに対応する。
ψ=22.5として、上記式1にRGBの各波長を代入したとき、観察される光の色(波長)は応力の方向と応力の強さとを反映している。換言すれば、観察された光の色から応力の方向と応力の強さが特定できる。観察された光と応力方向及び応力強さとの関係は図3のマップで表される。なお、紙面の都合上、図3は白黒表記となったが、実際には、図3の全領域に渡り色変化が認められ、図3の縦軸(応力方向)の任意の座標と横軸(応力強さ)の任意の座標とで指定される色(波長)は実質的に1つに特定される。このようなカラーマップはψ=±5度〜±40度のとき、より鮮明にはψ=±22.5度のとき得られる。
他方、ψ=0度あるいはψ=90度のときは、図4Aに示す通り、縦軸の90度を中心にして上下対称の色分布のなるので、観察された色から応力方向や応力強さを特定することは出来ない。またψ=±45のときは、図4Bに示す通り、前記位相シフトフィルタの効果を得ることができないため、カテーテルの影を観察することが困難である。
また、本発明者らの検討によれば、ψ=±22.5のとき、光源をG(緑色系)の光とすると、図3のマップにおいて、緑色の明るさ(強さ)が横軸に対応して分布していることがわかった。実際には横軸のほぼ中央で最も明るく、左右に移行するに従い明るさが低減する。立体モデルにかかる最高応力はほぼRe=265〜400程度であり、それを超えると破損するおそれが強い。従って、緑色の明るさに注目すれば、立体モデルにかかっている応力の強さを特定することができる。これにより、オペレータはカテーテル手術シミュレーションを行なうときの立体モデルの応力状態を、リアルタイムでかつ直感的に把握することができる。
Here, θ indicates the direction of stress, and Re indicates a delay due to phase shift caused by the photoelastic effect. This Re corresponds to the stress intensity.
When ψ = 22.5 and the respective wavelengths of RGB are substituted into
On the other hand, when ψ = 0 degrees or ψ = 90 degrees, as shown in FIG. 4A, the color distribution is vertically symmetric about 90 degrees on the vertical axis, so the stress direction and stress intensity from the observed color. Cannot be specified. When ψ = ± 45, it is difficult to observe the shadow of the catheter because the effect of the phase shift filter cannot be obtained as shown in FIG. 4B.
Further, according to the study by the present inventors, when ψ = ± 22.5, when the light source is G (green) light, the brightness (intensity) of green in the map of FIG. It was found that it was distributed corresponding to. Actually, it is brightest at the approximate center of the horizontal axis, and the brightness decreases as it moves left and right. The maximum stress applied to the three-dimensional model is about Re = 265 to 400, and if it exceeds that, there is a strong possibility of breakage. Therefore, if attention is paid to the brightness of green, the strength of stress applied to the three-dimensional model can be specified. Thereby, the operator can grasp in real time and intuitively the stress state of the three-dimensional model when performing the catheter surgery simulation.
(第1実施例)
立体モデル化の対象とする脳血管及び患部である脳動脈の形状に関する三次元データを得るため、撮影領域の血管内部へ造影剤を投与しながら、患者の頭部に対して、0.35×0.35×0.5mmの空間分解能を持つヘリカルスキャン方式のX線CT装置により撮影を行った。撮影により得られた三次元データは、3次元CADソフトへの受け渡しのため、体軸方向に等間隔に配列された500枚の512×512の解像度をもつ256階調の二次元画像(断層撮影データ)に再構成した後、各二次元画像に対応する画像データを撮影方向に一致する順序で前記X線CT装置に内蔵されたドライブにより5.25インチ光磁気ディスクへ保存した。
(First embodiment)
In order to obtain three-dimensional data related to the shape of the cerebral blood vessel to be modeled and the cerebral artery, which is the affected part, 0.35 × Imaging was performed with a helical scan type X-ray CT apparatus having a spatial resolution of 0.35 × 0.5 mm. The three-dimensional data obtained by photographing is a two-dimensional image of 256 gradations having a resolution of 512 × 512 and arranged at equal intervals in the body axis direction (tomographic imaging) for delivery to the three-dimensional CAD software. Then, the image data corresponding to each two-dimensional image was stored in a 5.25 inch magneto-optical disk by a drive built in the X-ray CT apparatus in the order corresponding to the imaging direction.
次に、パーソナルコンピュータに外部接続した5.25インチ光磁気ドライブによって、前記画像データをコンピュータ内部の記憶装置へ取り込み、この画像データから、市販の三次元CADソフトを利用して、積層造形に必要とされるSTL形式(三次元曲面を三角形パッチの集合体として表現する形式)の三次元形状データを生成した。この変換では、入力された二次元画像を撮影間隔に基づいて積層することによって、濃度値をスカラー量とする三次元のスカラー場を構築し、そのスカラー場上に血管内表面を与える特定の濃度値を指定することによって、アイソサーフェス(特定スカラー値の境界面)として血管内腔の三次元形状データを構築した後、構築されたアイソサーフェスに対して三角形ポリゴン近似のレンダリングが行われる。
なお、この段階で、三次元形状データに付加データを加え、体腔モデル12(図6参照)の端部からガイド部13を膨出させた(図5参照)。このガイド部13は中空柱状の部材である。中空部31を備えることにより、積層造形時間の短縮を図っている。このガイド部13の先端は拡径されており、この部分が立体モデル表面に表出して、大径な開口部25(図6参照)を形成することとなる。
Next, the 5.25 inch magneto-optical drive externally connected to the personal computer is used to capture the image data into a storage device inside the computer, and from this image data, it is necessary for additive manufacturing using commercially available 3D CAD software. 3D shape data in the STL format (a format in which a 3D curved surface is expressed as an aggregate of triangular patches) is generated. In this conversion, the input two-dimensional image is layered based on the imaging interval to construct a three-dimensional scalar field with the density value as a scalar quantity, and a specific density that gives the intravascular surface on the scalar field By specifying a value, after constructing the three-dimensional shape data of the blood vessel lumen as an isosurface (boundary surface of a specific scalar value), rendering of the triangular polygon approximation is performed on the constructed isosurface.
At this stage, additional data is added to the three-dimensional shape data, and the
生成したSTL形式の三次元形状データを、次に溶融樹脂噴出方式の積層造形システムへと転送し、造形システム内でのモデルの配置や積層方向、積層厚さを決定すると同時にモデルに対してサポートを付加した。
このようにして生成された積層造形用のデータをコンピュータ上で所定の積層造形厚さ(13μm)にスライスして多数のスライスデータを生成した。そして、このようにして得られた各スライスデータに基づいて、p−トルエンスルホンアミドとp−エチルベンゼンスルホンアミドを主成分とした造形材料(融点:約100度、アセトンに容易に溶解)を加熱により溶融して噴出することにより、各スライスデータに一致する形状を有する指定厚さの樹脂硬化層を一面ずつ積層形成することよって積層造形を行った。最終層の形成の後にサポートを除去することによって、脳血管内腔領域の積層造形モデル(体腔モデル12)を作成した。
更に、この体腔モデル12の表面を処理して円滑にする。
The generated three-dimensional shape data in STL format is then transferred to a molten resin injection type additive manufacturing system to determine the model placement, stacking direction, and stacking thickness in the modeling system, and support the model at the same time. Was added.
A lot of slice data was generated by slicing the layered modeling data generated in this way to a predetermined layered modeling thickness (13 μm) on a computer. And based on each slice data obtained in this way, a modeling material (melting point: about 100 degrees, easily dissolved in acetone) mainly composed of p-toluenesulfonamide and p-ethylbenzenesulfonamide is heated. Laminated modeling was performed by laminating and forming one layer of a cured resin layer with a specified thickness having a shape that matches each slice data by being melted and ejected. By removing the support after the formation of the final layer, a layered modeling model (body cavity model 12) of the cerebral vascular lumen region was created.
Further, the surface of the
この体腔モデル12の全表面へシリコーンゴム層15をほぼ1mmの厚さに形成した(図6参照)。このシリコーンゴム層15は、体腔モデル12をシリコーンゴム槽へディッピングし取出した体腔モデルを回転させながら乾燥させることにより得られる。このシリコーンゴム層が膜状モデルとなる。
この実施例では、体腔モデル12の全表面をシリコーンゴム層15で被覆したが、体腔モデル12の所望の部分を部分的にシリコーンゴム層15で被覆することも可能である。
A
In this embodiment, the entire surface of the
体腔モデル12をシリコーンゴム層15からなる膜状モデルで被覆してなる中子11を直方体のケーシング24にセットする。このケーシング24は透明なアクリル板からなる。ケーシング内に基材22の材料を注入して、これをゲル化する。
基材22の材料として、2液混合型のシリコーンゲルを用いた。このシリコーンゲルは透明かつ弾性を有しており、かつ血管周囲の軟組織に極めて近い物理特性を有している。縮合重合型のシリコーンゲルを用いることもできる。このように基材は、透光性、弾性を備えるとともに、膜状モデルに対する密着性を備えるものとする。
A core 11 formed by covering the
As a material for the
基材22の材料の物理特性は、膜状モデルの対象である血管等の周囲の組織の物理特性に適合するように、調整される。
なお、この実施例では針入度、流動性、粘着性、応力緩和性などを指標にして、最終的にはオペレータの手触り(カテーテルの挿入感覚)によりその物理特性を生体組織に近づけるようにしている。
シリコーンゲルの場合、そのポリマーの骨格を調製することはもとより、シリコーンオイルを配合することにより当該物理特性を調整することができる。
The physical properties of the material of the
In this embodiment, the penetration, fluidity, adhesiveness, stress relaxation, etc. are used as indicators, and finally the physical properties are brought closer to the living tissue by the operator's hand (catheter insertion feeling). Yes.
In the case of silicone gel, the physical properties can be adjusted by blending silicone oil as well as preparing the polymer skeleton.
シリコーンゲルの外に、グリセリンゲルを用いることもできる。このグリセリンゲルは次のようにして得られる。即ち、ゼラチンを水に浸漬して、これにグリセリンと石炭酸を加え、加熱溶解する。温度が高い間に濾過し、中子に影響の出ない温度になったらケーシング内に注入し、放冷する。 In addition to silicone gel, glycerin gel can also be used. This glycerin gel is obtained as follows. That is, gelatin is immersed in water, glycerin and carboxylic acid are added thereto, and the mixture is dissolved by heating. Filtration while the temperature is high, and when it reaches a temperature that does not affect the core, it is poured into the casing and allowed to cool.
その後、中子11内の体腔モデル12を除去する。除去の方法としてハイブリット法を採用した。即ち、試料を加熱して開口部25から体腔モデルの材料を外部へ流出させ、更に、空洞部へアセトンを注入して体腔モデルの材料を溶解除去する。
その後、試料を120℃に設定された恒温層内で約1時間加熱して、膜状モデル(シリコーンゴム層15)の曇りをとった。
Thereafter, the
Thereafter, the sample was heated in a constant temperature layer set at 120 ° C. for about 1 hour to remove the cloudiness of the membranous model (silicone rubber layer 15).
このようにして得られた立体モデル21は、図7及び図8に示すように、シリコーンゲルからなる基材22中に膜状モデル15が埋設された構成となる。シリコーンゲルが生体組織に近い物理特性を有するので、膜状モデル15は血管と同等の動的挙動を示こととなる。
As shown in FIGS. 7 and 8, the three-
他の実施形態の立体モデルとして、上記立体モデル21から膜状モデル15を省略したものを挙げることができる。
この場合、基材として光弾性係数の高いゼラチンを用いることが好ましい。
As a three-dimensional model according to another embodiment, one obtained by omitting the
In this case, it is preferable to use gelatin having a high photoelastic coefficient as the substrate.
図9はこの発明の実施例のカテーテル手術シミュレータ60の構成を示す。
この実施例のカテーテル手術シミュレータ60は、光源61、一対の偏光板62及び63、1波長板68、図7に示した立体モデル21、受光部70から大略構成される。
光源61には白色光源を用いることが好ましい。太陽光を光源として用いることもできる。また、単色光源を用いることも可能である。第1の偏光板62及び63は相互に直交した偏光方向を有する。これにより、立体モデル21の内部応力に起因する光弾性効果を第2の偏光板63側において観察することができる。1対の偏光板62及び63の間に1波長板68を介在させることにより、波長530nm近傍の光がバックグランド光として第2の偏光板63を透過するカテーテルのような非透明部材が影として観察される。なお、1波長板68に代表される波長シフトフィルタは第1の偏光板62と立体モデル21との間に介在させてもよい。
立体モデル21の腔所へカテーテルを挿入したとき、カテーテルと腔所の周壁とが干渉すると、当該腔所周壁に応力が生じそこに光弾性効果(干渉縞)が現れる。また、コイル塞栓時の動脈瘤の変形に伴う当該動脈瘤周囲領域の応力状態も光弾性効果からシミュレートすることができる。
FIG. 9 shows the configuration of a
The
The light source 61 is preferably a white light source. Sunlight can also be used as a light source. It is also possible to use a monochromatic light source. The first polarizing plates 62 and 63 have polarization directions orthogonal to each other. Thereby, the photoelastic effect resulting from the internal stress of the three-
When the catheter is inserted into the cavity of the three-
この実施例では光源61、第1の偏光板62、立体モデル21及び第2の偏光板63を直線上に配置させたが、第2の偏光板63を偏移して(即ち、直線上からずらして)配置することができる。立体モデル21の腔所において光が乱反射するので、腔所の形状においては第2の偏光板63を偏移して配置したほうが、光弾性効果をより鮮明に観察できる場合があるからである。
In this embodiment, the light source 61, the first polarizing plate 62, the three-
受光部70は、CCD等からなる撮像装置71と当該撮像装置71で撮像した光弾性効果の画像を処理する画像処理装置70、並びに画像処理部70の処理結果を出力するディスプレイ75及びプリンタ77を備えてなる。
画像処理装置73では次のような処理が行われる(図10参照)。
まず、立体モデル21へ何ら外力を加えていない初期状態の画像をバックグラウンド画像として取り込む(ステップ1)。立体モデル21が高い光弾性係数の材料で形成されている場合、自重で光弾性効果を生じる場合がある。従って、光源61から光を照射し、更に外力を加えたとき(例えばカテーテルを挿入したとき)の光弾性効果による干渉縞画像を取り込んだ後(ステップ3)、これからバックグランド画像を差分処理する(ステップ5)。
The
The
First, an image in an initial state where no external force is applied to the three-
立体モデル21が高い光弾性係数の材料で形成されている場合、内部応力の如何によっては細かい干渉縞が繰返しパターンで現れる。画像処理装置73は単位面積あたりの当該パターンの数をカウントすることにより、当該内部応力を数値化する(ステップ7)。そして、第2の偏光板63を介して得られる立体モデル21の形状に関する画像において、内部応力の生じた部分に当該数値に対応した色を与えて外部表示する(ステップ9)。
この実施例では受光部70により光弾性効果による干渉縞を画像処理しているが、当該干渉縞を観察者が直接若しくは撮像装置71を介して観察してもよい。
When the three-
In this embodiment, the interference fringes due to the photoelastic effect are image-processed by the
図11に他の実施例のカテーテル手術シミュレータ80を示す。図12に示す要素と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
この実施例では第1の偏光板62と立体モデル21との間に第1の1/4偏光板82を介在させ、立体モデル21と第2の偏光板63との間に第2の1/4偏光板83を介在させている。これにより、円偏光に基づき立体モデル21の光弾性効果を観察可能になる。円偏光に基づく光弾性効果の観察によれば、干渉縞に応力方向の影響が現れないので、立体モデルの姿勢制御が容易になる。
FIG. 11 shows a
In this embodiment, a first 1/4 polarizing plate 82 is interposed between the first polarizing plate 62 and the three-
上記の例では、第2の偏光板62に撮像装置71を対向させて観察を行っていたが、これを目視によりヒトが直接観察することもできる。
図12には目視観察に適した例が示されている。この例では、メガネ90が準備されている。このメガネ90のレンズ部分は2層構造とされており、図12(B)に示すように、観察者側に第2の偏光板63が配置され、その外側に1波長板68が配設されている。
このメガネ90を掛けずに光源61をオンの状態とすると、立体モデル21が第1の偏光板62を通過した光により照明されて、カテーテルの状態やその血管構造など目視による構造観察が可能になる。他方、メガネ90を掛けると、基本的に図9の構成が形成されるので、カテーテルの状態と当該カテーテルによる立体モデルの応力状態に対応した光弾性効果とが同時に観察可能となる。
この実施例ではメガネ90を採用したが、観察者側から第2の偏光板と位相シフトフィルタとを積層したプレートを準備すればよい。
また、1波長板に代表される位相シフトフィルタを第1の偏光板62と立体モデル21との間に配置したときには、メガネのレンズ部分を第2の偏光板のみから形成すればよい。
In the above example, the
FIG. 12 shows an example suitable for visual observation. In this example,
When the light source 61 is turned on without wearing the
In this embodiment, the
When a phase shift filter typified by a single wavelength plate is disposed between the first polarizing plate 62 and the three-
図13はこの発明の他の実施例のカテーテル手術シミュレータ160を示す。なお、図9と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。図13においてディスプレイ175及びプリンタ177は膜状モデルの応力状態を出力する出力部を構成する。ランプ装置178及びスピーカ装置179はアラームを出力する出力部を構成する。一対の偏光板62,63及び位相シフトフィルタとしての1波長板により光弾性観察部が構成される。
次に、図13に示したカテーテル手術シミュレータ160の動作を図14のフローチャートに基づき説明をする。
立体モデル21に対向する第2の偏光板63の部分を撮像装置71で撮像し、膜状モデルの状態量を特定する特徴量としてピクセル毎の輝度を画像処理装置のメモリの所定の領域に保存する(ステップ11)。ステップ15では最も高い輝度のピクセルを抽出し(ステップ15)、予め準備されているテーブル若しくは関係式を参照して当該最高輝度に対応する応力を特定する(ステップ17)。次に、所定のルールに従い特定された応力のレベルを特定する(ステップ19)。例えば、応力の小さい方から、安全段階、注意段階、危険段階の3段階に応力をレベル分けすることができる。
FIG. 13 shows a
Next, the operation of the
The portion of the second polarizing plate 63 facing the three-
特定された応力のレベルはディスプレイ175に数値、文字、若しくは棒グラフの形態等で表示することができる(ステップ21)。勿論、ディスプレイ175には撮像装置71の撮像画面をリアルタイムで表示可能である。
特定された応力のレベルに応じ、スピーカ装置179を介してその段階を音声案内することができる。段階が変化したときに当該音声案内をすることが好ましい(ステップ23)。
また、特定されたレベルに応じてランプ装置178を点灯させることができる(ステップ25)。例えば、安全段階では緑色のランプを点灯し、注意段階では黄色のランプを点灯し、危険段階になったとき赤色のランプを点灯する。
このようにアラームを出力することにより、オペレータはカテーテルの挿入作業に集中することができる。
The specified stress level can be displayed on the
Depending on the specified stress level, the stage can be voice-guided through the
Further, the
By outputting the alarm in this way, the operator can concentrate on the catheter insertion work.
上記において、ピクセル毎にその輝度から応力を特定し、所定の閾値を超えた応力をもつピクセルをカウントし、カウント結果に基づき応力レベルを特定することもできる。また、ピクセル毎に応力変化を演算して当該応力変化が所定の閾値を超えたものをカウントし、当該カウント結果に基づき応力レベルを特定することができる。
更には、撮像装置で撮影した画像内のピクセルについて一定の法則に基づいて輝度に重み係数を乗じ、画像の所定領域若しくは全領域につき当該輝度を足しあわせることにより得られる計算値を特徴量とすることもできる。
上記の説明では、輝度より応力を求めているが、輝度そのものを演算対象、即ち、輝度の大きさ、その変化率に基づき、何ら応力計算を経ることなく、レベルを決定してアラーム(音声案内やランプ)を動作させることもできる。
In the above, it is also possible to specify the stress from the brightness for each pixel, count the pixels having the stress exceeding the predetermined threshold, and specify the stress level based on the count result. Further, it is possible to calculate a stress change for each pixel, count the stress change exceeding a predetermined threshold value, and specify the stress level based on the count result.
Furthermore, the feature value is a calculated value obtained by multiplying the luminance of a pixel in the image captured by the imaging device by a weighting factor based on a certain rule and adding the luminance to a predetermined region or the entire region of the image. You can also.
In the above description, the stress is obtained from the brightness. However, the brightness itself is calculated, that is, based on the magnitude of the brightness and the rate of change thereof, the level is determined without any stress calculation, and an alarm (voice guidance) is obtained. Or lamp) can be operated.
更には、ピクセル毎に得られた輝度より応力を特定し、当該応力を時系列的に積算することもできる。これにより、膜状モデルにおいて当該ピクセルに対応する部分に蓄積した応力(応力履歴)が表示可能となる。また。応力の蓄積量に応じて(例えば応力の蓄積が所定の閾値をこえたとき)、アラーム出力を動作させることもできる。
上記のような画像処理が可能となったのは、1波長板を介在させることにより、感度が向上して画像処理を精度よく行えるようになったためである。
Furthermore, the stress can be specified from the luminance obtained for each pixel, and the stress can be integrated in time series. Thereby, the stress (stress history) accumulated in the portion corresponding to the pixel in the membranous model can be displayed. Also. Depending on the amount of accumulated stress (for example, when the accumulated stress exceeds a predetermined threshold), the alarm output can be operated.
The image processing as described above is possible because the sensitivity is improved and the image processing can be performed accurately by interposing the one-wave plate.
図15は、カテーテル手術におけるロードマップ作成をシミュレートした実施例を示す。
ステップ31では、立体モデル21の血管部分(膜状モデル部分)に造影剤を流し込んで立体モデル21の画像を撮影する。このとき、偏光板62,63の少なくとも一方を外して、好ましくは、偏光板62,63及び1波長板68を外して、光源61からの光が立体モデル21を透過するものとする。造影剤が導入された立体モデルは血管部分が染色された状態で撮影され、その画像が保存される(ステップ31)。
その後、図13の状態で立体モデル、特に膜状モデルの光弾性効果を撮影装置71で撮影する(ステップ33)。
撮影された光弾性効果を示す画像を、造影剤導入画像を背景として、これに重ねて表示する(ステップ35)。これにより、カテーテル手術におけうロードマップ作成の信頼性を確認することができる。
FIG. 15 shows an embodiment that simulates the creation of a road map in catheter surgery.
In step 31, a contrast agent is poured into the blood vessel portion (film model portion) of the three-
Thereafter, in the state of FIG. 13, the photoelastic effect of the three-dimensional model, particularly the film model, is photographed by the photographing device 71 (step 33).
The photographed image showing the photoelastic effect is displayed with the contrast agent introduction image as a background (step 35). Thereby, the reliability of roadmap creation in catheter surgery can be confirmed.
図16に他の実施例のシミュレータ300の構成を示す。なお、図11と同一の要素には同一の符号を付してその説明を部分的に省略する。
この実施例では、第2の1/4波長板83と第2の偏光板63との間に2波長板301を存在させている。この2波長板は、前記1/4波長板の光学軸に対して22.5度傾斜している。
かかる構成は、既述の図2の構成と対応している。光源色を白色光としたとき、撮像装置71で撮像される光の色(波長)を図3に示すカラーマップに対照することにより、立体モデルにおいて光弾性効果を生じた部分の応力の大きさとその向きが特定される。
実施例の装置300では、図3のカラーマップがメモリ303に保存されている。また、図3の横軸Reの値から応力を演算する演算式もメモリ303に保存されている。
符号305はマウス等のポインティングディバイスであって、撮像装置71の撮像画像を表示するディスプレイ75において、所望部分をカーソル310で指定することができる(図17参照)。
画像処理装置73はカーソル310で指定された部分の色を認識し、当該色をメモリ303に保存されているカラーマップ(図3参照)に対照させて、応力の方向とその大きさを特定する。なお、図3において特定される遅延Reをメモリ303に保存されている関係式に代入することにより応力を大きさを求めることができる。そして、図17に示すように、ポップアップウインドウ320を開いて、そこにカーソル310で指定した部分の応力の大きさを数値表示し、また方向を矢印で表す。
FIG. 16 shows the configuration of a
In this embodiment, a two-wave plate 301 is present between the second quarter-wave plate 83 and the second polarizing plate 63. The two-wave plate is inclined 22.5 degrees with respect to the optical axis of the quarter-wave plate.
Such a configuration corresponds to the configuration of FIG. 2 described above. When the light source color is white light, by comparing the color (wavelength) of the light imaged by the
In the
The
この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。 The present invention is not limited to the description of the embodiments and examples of the invention described above. Various modifications may be included in the present invention as long as those skilled in the art can easily conceive without departing from the description of the scope of claims.
11 中子
12 体腔モデル
15、55 シリコーンゴム層(膜状モデル)
21 立体モデル
22 基材
60、80、160、300 カテーテル手術シミュレータ
61 光源
62、63 偏光板
68 1波長板
70 受光部
82、83 1/4波長板
11
21 Three-
Claims (13)
偏光光源及びそれに対応する偏光フィルタと、
前記偏光光源及び前記偏光フィルタの内側に配置される位相シフトフィルタであって、前記偏光光源からの光の一部が背景色として前記偏光フィルタを透過可能とする位相シフトフィルタと、を備え、
前記光弾性効果と前記立体モデルへ挿入されたカテーテルの影をともに目視可能とした、ことを特徴とするカテーテル手術シミュレータ。 A three-dimensional model stress observation device for detecting a photoelastic effect generated in light passing through a light-transmitting three-dimensional model in which at least a peripheral region that reproduces a body cavity is formed of an elastic material and allows insertion of a catheter. ,
A polarized light source and a corresponding polarizing filter;
A phase shift filter disposed inside the polarization light source and the polarization filter, the phase shift filter enabling a part of the light from the polarization light source to pass through the polarization filter as a background color, and
A catheter surgery simulator characterized in that both the photoelastic effect and the shadow of the catheter inserted into the three-dimensional model can be seen.
前記基材はシリコーンゲルからなる、ことを特徴とする請求項5に記載のカテーテル手術シミュレータ。 The film model is made of urethane resin or urethane elastomer,
The catheter surgery simulator according to claim 5, wherein the base material is made of silicone gel.
偏光光源と及びそれに対応する偏光フィルタの間に前記立体モデルを配置して、前記カテーテルにより前記周囲領域に生じた応力に対応する光弾性効果を生じさせ、
前記偏光光源と前記偏光フィルタの間に位相シフトフィルタを介在させることにより、前記光弾性効果とともに前記立体モデルへ挿入された前記カテーテルの影を観察可能とする、
ことを特徴とする立体モデルの応力観測方法。 Insert the catheter into a translucent three-dimensional model in which at least the area around the cavity that reproduces the body cavity is made of an elastic material,
Placing the three-dimensional model between a polarized light source and a corresponding polarizing filter to produce a photoelastic effect corresponding to the stress generated in the surrounding region by the catheter;
By interposing a phase shift filter between the polarization light source and the polarization filter, the shadow of the catheter inserted into the three-dimensional model together with the photoelastic effect can be observed.
A method for observing stress in a three-dimensional model.
前記撮像装置により撮像された画像を処理して、前記立体モデルの状態を特定する特徴量を生成する画像処理装置と、
前記画像処理装置で生成された前記特徴量を出力する、又は前記特徴量に基づきアラームを出力する出力部と、
が更に備えられていることを特徴とする請求項1に記載のカテーテル手術シミュレータ。 An imaging device for imaging the photoelastic effect of the three-dimensional model;
An image processing device that processes an image picked up by the image pickup device and generates a feature quantity that identifies a state of the three-dimensional model;
An output unit that outputs the feature value generated by the image processing apparatus or outputs an alarm based on the feature value;
The catheter surgery simulator according to claim 1, further comprising:
前記出力部は前記画像の上に重ねて前記撮像装置が撮像した光弾性効果を表示する、
ことを特徴とする請求項10に記載のカテーテル手術シミュレータ。 Means for storing an image of a state in which a contrast medium is introduced into the membranous model,
The output unit displays the photoelastic effect captured by the imaging device over the image,
The catheter surgery simulator according to claim 10 .
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