JP4404963B1

JP4404963B1 - 医療訓練用血管モデル及びその製造方法

Info

Publication number: JP4404963B1
Application number: JP2009534957A
Authority: JP
Inventors: 光生梅津; 栄光朴
Original assignee: Waseda University
Current assignee: Waseda University
Priority date: 2009-03-20
Filing date: 2009-03-20
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2029-03-20
Also published as: WO2010106691A1; EP2410502A4; JPWO2010106691A1; EP2410502A1; US8469717B2; US20120040323A1

Abstract

本発明は、経時的な変形を生じさせずに、模擬血管の血管壁を切開或いは切断したときに、他の器具を併用することなく実際の血管の状態に近似させることを目的とする。
医療訓練用血管モデル１０は、血管を模擬して人工的に形成された模擬血管１１と、模擬血管１１を支持する台座１２とを備えている。模擬血管１１は、周方向の一部分が表出する一方、周方向の残り部分が台座１２に埋設されている。台座１２は、模擬血管１１の下方位置に接合部分２４を備えており、接合部分２４は、模擬血管１１に沿って延びる切り欠き２６の形成縁２６Ａ，２６Ａ同士を接合することで形成され、模擬血管１１に拡径方向の引張応力を付与する。
【選択図】図１

Description

本発明は、医療訓練用血管モデル及びその製造方法に係り、更に詳しくは、外科手術時等における血管に対する各種処置の訓練用として有用な血管モデル及びその製造方法に関する。

心臓血管外科は、手術ミスが術中死の直接的原因となる可能性の高い分野であり、手術に際しては高度に熟練した技術が求められる。このような心臓外科手術の一つとして、冠動脈バイパス手術がある。この冠動脈バイパス手術は、心臓の周囲に張り巡らされた冠動脈の一部が狭窄したときに、当該狭窄部位の末梢側と他の血管部位との間をグラフトと呼ばれる代替血管で連結することで、血流を確保する手術法である。

若手医師にとっては、臨床現場で経験を積むことが困難な中で、前述した手術技能（手技）の向上のためには、効率的に訓練できる環境が必要となる。ここで、若手外科医の手技を高める訓練としては、熟練した技術を持つ外科医の指導の下、ブタの心臓をヒトの心臓に見立てて行う訓練がある。ところが、このような動物の臓器を用いた訓練は、生体組織を用いているため、保管上の手間や衛生面上の問題があるばかりか、倫理上の問題もある。従って、このような問題から、前述の手技訓練には、生体組織ではなく、人工的な訓練用ツールを用いることが要請されている。

ところで、動物の組織を模したゲル状物の表面近くに模擬血管を封入してなる血管モデルが知られている（特許文献１参照）。この血管モデルは、注射針や採血針を刺す手技練習に用いられるとされている。

しかしながら、冠動脈バイパス手術の訓練として、前記特許文献１の血管モデルを使用した場合には、実際に近い状態で訓練を行えない。すなわち、実際の血管壁は、生理的状態において、常に血圧による内圧を受けており、当該内圧に釣り合うように血管組織に応力が存在している。このため、吻合に際して血管壁の表面から血管の軸線方向に切開すると、当該切開部分が血管壁の周方向に勢い良く拡開することになる。ところが、前記血管モデルでは、実際の血管と異なり前記応力が模擬血管に存在していないことから、当該模擬血管の血管壁を切開しても、単なるスリットが出来るに過ぎず、当該スリットを周方向に拡開させるような力が作用しない。つまり、実際の手術時には、血管の切開部分が拡開した状態で運針、結紮、吻合等の処置が行われることから、前記血管モデルをそのまま使用しても、実際の状態に即した訓練を行うことが困難となる。このため、前記血管モデルを使って実際の状態に即した訓練を行おうとすると、血管の切開部分を拡開させるための器具が別途必要となるとともに、当該器具による適切な拡開状態の調整が必要になり、医師や医学生は、手技訓練を簡単に行うことができない。

そこで、本出願人は、模擬血管を切開したときに、他の器具を併用することなく実際の血管の切開状態に近似させることができ血管モデルを既に提案した（特許文献２参照）。図７に示されるように、この血管モデル５０は、人工的に形成された模擬血管５１と、この模擬血管５１を支持する台座５２とを備えている。台座５２は、弾性材料を上下二層に重ね合わされて得られた積層体であり、模擬血管５１の一部が埋設された上側の第１部材５４と、当該第１部材５４の下側に重ね合わされた第２部材５５とからなり、第１部材５４には、模擬血管５１を拡径する方向の引張応力が存在する。従って、模擬血管５１の血管壁を軸線方向に切開すると、模擬血管５１が周方向に勢い良く拡開することになる。

この血管モデル５１は、図８に示される手順で製造される。すなわち、同図（Ａ）に示されるように、第１部材５４の左右両側を同図中下向きに曲げながら、その底面を第２部材５５の同図中上面に沿って貼り合わせることで、同図（Ｂ）に示されるように、第１部材５４の内部に同図中左右方向となる外向きの引張応力が生じ、その結果、模擬血管５１に拡径方向の引張応力が付与されることになる。

特開平１１−１６７３４２号公報特開２００７−３１６３４３号公報

しかしながら、前記特許文献２の血管モデル５１にあっては、第１部材５４全体が、模擬血管５１の存在する中央部分から折り曲げられた状態で第２部材５５に貼り合わされ、第１部材５４の全域で前記引張応力が作用することになるため、図８（Ｃ）に示されるように、血管モデル５１が経時的に反り返ってしまう変形を招来する場合がある。このような変形が生じると、商品価値が低下することはもとより、第１部材５４内の引張応力が当初よりも小さくなるため、模擬血管５１の血管壁を軸線方向に切開したときに、模擬血管５１の意図した拡開状態が得られなくなる虞がある。

また、脳血管等の特定部位の血管は、その軸線を横切る方向に切断されると、当該切断部分から二分された血管が軸線方向に相互に離間する引張力が作用する。しかしながら、前記血管モデル５１にあっては、血管の切断時に前記引張力を作用させることができず、脳血管等に対する切断を伴う手技訓練に用いたときに、実際の状況に即した訓練を行うことができない。

本発明は、このような課題に着目して案出されたものであり、その目的は、経時的な変形を生じさせずに、模擬血管の血管壁を切開或いは切断したときに、他の器具を併用することなく実際の血管の状態に近似させることができる医療訓練用血管モデルを提供することにある。

（１）前記目的を達成するため、本発明は、血管を模擬して人工的に形成された模擬血管と、当該模擬血管を支持する台座とを備えた医療訓練用血管モデルにおいて、
前記模擬血管は、周方向の一部分が表出する一方、周方向の残り部分が前記台座に埋設され、
前記台座は、前記模擬血管の下方位置に接合部分を備え、
前記接合部分は、前記模擬血管に沿って延びる切り欠きの形成縁同士を接合することで形成され、前記模擬血管に拡径方向の引張応力を付与する、という構成を採っている。

（２）また、本発明に係る医療訓練用血管モデルは、血管を模擬して人工的に形成された模擬血管と、当該模擬血管を支持するとともに、表面側に開放する溝部が形成された台座とを備え、
前記模擬血管は、前記溝部の開放空間を跨いで配置されるとともに、周方向の一部分が表出する一方、周方向の残り部分が前記台座に埋設され、
前記台座は、前記模擬血管の下方位置に接合部分を備え、
前記接合部分は、前記模擬血管を横切る方向に延びる切り欠きの形成縁同士を接合することで形成され、前記模擬血管に伸長方向の引張応力を付与する、という構成を採っている。

（３）更に、本発明は、血管を模擬して人工的に形成された模擬血管と、当該模擬血管を支持する台座とを備えた医療訓練用血管モデルの製造方法において、
前記模擬血管の周方向の一部分を表出させて周方向の残り部分を前記台座に埋設した後、前記模擬血管の下方となる前記台座内で当該模擬血管に沿って延びる切り欠きの形成縁同士を接合することで、前記模擬血管を拡径方向の引張応力が付与された状態にする、という手法を採っている。

（４）また、本発明は、血管を模擬して人工的に形成された模擬血管と、当該模擬血管を支持するとともに、表面側に開放する溝部が形成された台座とを備えた医療訓練用血管モデルの製造方法において、
前記模擬血管の周方向の一部分を表出させて周方向の残り部分を前記台座に埋設することで、前記溝部の開放空間を跨いで前記模擬血管を配置した後、前記溝部の下方となる前記台座内で前記模擬血管を横切る方向に延びる切り欠きの形成縁同士を接合することで、前記模擬血管を伸長方向の引張応力が付与された状態にする、という手法を採っている。

なお、本明細書及び請求の範囲において、「上」、「下」、「左」、「右」は、特に明示しない限り、図２における血管モデルの向きを基準とした「上」、「下」、「左」、「右」を意味する。

本発明によれば、切り欠きの形成縁同士を接合することで、当該切り欠きの接合部分の上方に位置する模擬血管に引張応力を集中的に付与させることができ、血管モデル全体の経時的な変形を招来しにくくすることができる。また、切り欠きの形成縁を相互に接合することで、模擬血管に引張応力を付与する構造となるため、台座全体を変形させて前記引張応力を付与する従来構造に比べ、血管モデルの製造を簡単に行うことができる。更に、切り欠きの幅や深さを調整することにより、血管壁に作用する引張応力の微調整が可能になる。

特に、前記（１）、（３）の発明によれば、模擬血管内に存在する引張応力により、模擬血管の血管壁を切開したときに、当該切開部分が周方向に拡開するような実際の現象に近似した現象を発生させることができる。

また、前記（２）、（４）の発明によれば、模擬血管内に存在する引張応力により、模擬血管を切断したときに、切断部分から二分された血管がその軸線方向に相互に離間するような実際の現象に近似した現象を発生させることができる。

第１の実施形態に係る血管モデルの概略斜視図。図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。（Ａ）は、前記血管モデルの製造時における第１部材の貼り合わせ前の状態を示す断面図であり、（Ｂ）は、第１部材及び第２部材を貼り合わせる際の状態を説明するための断面図である。第２の実施形態に係る血管モデルの概略斜視図。図２のＡ−Ａ線に沿う断面図。第２の実施形態に係る血管モデルの製造時における切り欠きの形成縁の接合を説明するための断面図である。従来例に係る血管モデルの概略斜視図。（Ａ）は、従来例の血管モデルにおける第１及び第２部材を貼り合わせる前の状態を示す断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の状態から第１及び第２部材が貼り合わせられた状態を示す断面図であり、（Ｃ）は、（Ｂ）の状態から血管モデルが経時的に変形した状態を示す断面図である。

発明を実施するための形態

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）

図１には、本実施形態に係る医療訓練用血管モデルの概略斜視図が示され、図２には、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図が示されている。これらの図において、血管モデル１０は、冠動脈バイパス手術の訓練用として用いられるものであり、冠動脈を模擬して人工的に形成され、ほぼ直線状に延びる模擬血管１１と、心筋の一部分に相当して模擬血管１１を支持する台座１２とを備えて構成されている。なお、この血管モデル１０の用途としては、冠動脈バイパス手術の訓練用に限らす、血管吻合手技全般を含む他の血管処置の技術を向上させる訓練に用いることもできる。

前記模擬血管１１は、シリコーン等、所定の弾性材料によりチューブ状に形成されている。この模擬血管１１は、実際の血管と同程度の弾性及び引き裂き強度に設定された血管壁１４と、その内部の空間１５とからなる。また、この模擬血管１１は、台座１２の上端側における左右方向中央位置で、図２中紙面直交方向に延びるように配置され、周方向の一部分が表出する一方、周方向の残り部分が台座１２内に埋設されている。

前記血管壁１４は、特に限定されるものではないが、三層構造をなし、うち少なくとも二層が異なる色彩が付されており、切開時に、実際の血管吻合時に表れるようなコントラストが表出するようになっている。また、血管壁１４には、その内径を拡張する方向（拡径方向）に引張応力が作用している。

前記台座１２は、シリコーン等、所定の弾性材料からなる中実ブロック状の積層体である。この台座１２は、模擬血管１１のほぼ下半分が埋設された上側の第１部材１７と、第１部材１７の同図中下側に重ね合わされた第２部材１８とからなる。

前記第１部材１７は、特に限定されるものではないが、ほぼ「へ」字状の縦断面形状をなす山型に設けられている。すなわち、この第１部材１７は、上端側に位置する表面２０と、下端側に位置する裏面２１と、これら表面２０及び裏面２１の各端縁にそれぞれ連なる端面２２と、これら各面２０〜２２に囲まれた内部領域２３と、裏面２１から内部領域２３内に同図中上下方向に延びる接合部分２４とにより構成されている。

前記表面２０は、特に限定されるものではないが、模擬血管１１の左右両側から斜め下向きに端面２２，２２に向かうほぼ平面状の傾斜面となっている。

前記裏面２１は、模擬血管１１の軸線の真下に位置する頂部２１Ａから、左右両側に斜め下向きに端面２２，２２に向かうほぼ平面状の傾斜面からなる。

前記接合部分２４は、頂部２１Ａから内部領域２３の途中までの間でほぼ鉛直方向に延びている。この接合部分２４は、図３（Ａ）に示される第１部材１７の初期形状から形成される。すなわち、初期形状における第１部材１７は、模擬血管１１が埋設された状態で、裏面２１の左右方向ほぼ中央位置に、模擬血管１１の軸線のほぼ真下に頂点が位置する楔型の切り欠き２６が形成されている。この切り欠き２６は、模擬血管１１の軸線に沿って、図３（Ａ）中紙面直交方向に第１部材１７を貫通するようになっている。そして、切り欠き２６の形成縁２６Ａ同士を接合することで、図３（Ｂ）に示される接合部分２４が得られる。

前記第２部材１８は、特に限定されるものではないが、ほぼ三角柱状に設けられており、図３（Ｂ）中上面が第１部材１７の裏面２１の面形状とほぼ同一の面形状となっている。

前記血管モデル１０は、次の手順で、第１部材１７及び第２部材１８を貼り合わせることで形成される。

先ず、模擬血管１１の下半分を第１部材１７に埋設した後、図３（Ａ）に示されるように、第１部材１７の左右両端側を下向きに曲げながら、切り欠き２６の形成縁２６Ａ，２６Ａ同士をシリコーン等で接合することにより、図３（Ｂ）に示されるように、内部領域２３中に接合部分２４を形成する。次に、シリコーン等の接着剤で、第１部材１７の裏面２１を第２部材１８の上面に接合することにより、第１部材１７と第２部材１８が貼り合わされて台座１２が得られる。当該台座１２に支持された模擬血管１１は、その軸線の真下に位置する切り欠き２６の形成縁２６Ａの接合により、血管壁１４に拡径方向の引張応力が集中して作用することになる。

このように得られた血管モデル１０の模擬血管１１は、血管壁１４の内部に前記引張応力が作用している状態で台座１２に固定されるため、医師や医学生等の訓練者が模擬血管１１を切開したときに、その切開部分が素早く拡開し、実際の血管の切開状態に近い切開状態が得られることになる。

従って、このような実施形態によれば、血管を拡開させるための特別な器具を併用せずに、切開を伴う血管処置訓練を実際に近い状況下で行うことができる。また、切り欠き２６の幅や深さを調節することで、血管壁１４に作用する引張応力の細かい調整が可能になる。更に、血管モデル１０は、切り欠き２６の形成縁２６Ａの接合によって模擬血管１１に集中的に引張応力を作用させるため、第１部材全体に応力を作用させた従来構造よりも、第１部材１７及び第２部材１８の貼合作業を楽に行うことができ、血管モデル１０の生産性を高めることができる。

なお、前記実施形態において、第１部材１７及び第２部材１８は前述の形状に限定されるものではなく、模擬血管１１の下方位置で当該模擬血管１１に沿って延びる切り欠き２６の形成縁２６Ａ，２６Ａ同士を接合してなる接合部分２４が形成されている限り、種々の形状とすることができる。例えば、第１部材１７と第２部材１８を貼り合わせたときに、模擬血管１１の周囲の表面２０を心臓表面のような曲面形状にすることもできる。このようにすることで、臨床時と同様にスタビライザ等の心筋表面固定器具を使った手術訓練が可能になる。

また、台座１２は、前述した二層構造に限定されず、前記第２部材１８を省略し、或いは、三層以上の構造とすることもできる。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、前記第１実施形態と同一若しくは同等の構成部分については同一符号を用いるものとし、説明を省略若しくは簡略にする。
（第２実施形態）

図４及び図５に示される本実施形態に係る血管モデル３０は、脳血管を切断し当該切断部分を縫合する訓練等に用いられるものであり、模擬血管１１の軸線方向に沿って模擬血管１１を伸長する方向（伸長方向）に引張応力を作用させたところに特徴を有する。

すなわち、本実施形態の血管モデル３０の台座３２は、ほぼ凹状をなすブロック体により構成されており、上端側に位置する表面３４と、下端側に位置する裏面３５と、これら表面３４及び裏面３５の各端縁にそれぞれ連なる端面３６と、表面３４側が開放して裏面３５側に向かって凹むとともに、模擬血管１１を横切る方向に延びる溝部３８と、各面３４〜３６及び溝部３８の形成面３８Ａに囲まれた内部領域３９と、裏面３５と内部領域３９内との間で上下に延びる接合部分４０とを備えて構成されている。

溝部３８は、台座３２のほぼ中央部分に開放空間Ｓを形成することで、断面コ字状の暗渠溝に設けられており、開放空間Ｓを跨ぐように、模擬血管１１の下半分が表面３４側から台座３２に埋設されている。従って、模擬血管１１は、その延出方向両端側が台座３２に支持され、中央部分が開放空間Ｓ上に浮いた状態となっている。なお、模擬血管１１の構成及び材質と台座１２の材質は、前記第１実施形態と同様になっている。

前記開放空間Ｓは、表面３４側のみならず、模擬血管１１の延出方向となる軸線方向にほぼ直交する方向すなわち溝部３８の延出方向における両端側も開放している。

前記接合部分３９は、図６に示されるように、初期段階で台座３２の裏面３５に形成された切り欠き４２の形成縁４２Ａ，４２Ａ同士を接合することによって得られたものである。この切り欠き４２は、溝部３８の下方位置から当該溝部３８の延出方向に沿って内部領域３９を貫通するように切り込むことによって、楔型に形成される。

本実施形態の血管モデル３０は、図６中矢印で示されるように、模擬血管１１の延出方向両端側となる台座３２の同図中両端側を下向きに曲げながら、第１実施形態と同様にシリコーンを使って、切り欠き４２の形成縁４２Ａ，４２Ａ同士を接合することによって完成する。この際、切り欠き４２の形成縁４２Ａ，４２Ａの接合により、台座３２に支持された模擬血管１１は、伸長方向に引張応力が作用した状態となる。

このように得られた血管モデル３０の模擬血管１１は、血管壁１４に伸長方向の引張応力が作用している状態で台座１２に固定されるため、訓練者が模擬血管１１を切断したときに、当該切断部分から二分された模擬血管１１が素早く離間し、実際の脳血管等の切断時のような模擬血管１１の切断状態が得られることになる。

なお、本実施形態においても、切り欠き４２の幅や深さを調節することで、血管壁１４に作用する引張応力の細かい調整が可能になる。

その他、前記各実施形態の装置各部の構成は図示構成例に限定されるものではなく、実質的に同様の作用を奏する限りにおいて、種々の変更が可能である。

本発明に係る医療用血管モデルは、血管に対する各種処置の訓練用器具として製造販売できる。

符号の説明

１０血管モデル
１１模擬血管
１２台座
２４接合部分
２６切り欠き
２６Ａ形成縁
３０血管モデル
３２台座
３８溝部
４０接合部分
４２切り欠き
４２Ａ形成縁
Ｓ開放空間

Claims

血管を模擬して人工的に形成された模擬血管と、当該模擬血管を支持する台座とを備えた医療訓練用血管モデルにおいて、
前記模擬血管は、周方向の一部分が表出する一方、周方向の残り部分が前記台座に埋設され、
前記台座は、前記模擬血管の下方位置に接合部分を備え、
前記接合部分は、前記模擬血管に沿って延びる切り欠きの形成縁同士を接合することで形成され、前記模擬血管に拡径方向の引張応力を付与することを特徴とする医療訓練用血管モデル。
血管を模擬して人工的に形成された模擬血管と、当該模擬血管を支持するとともに、表面側に開放する溝部が形成された台座とを備え、
前記模擬血管は、前記溝部の開放空間を跨いで配置されるとともに、周方向の一部分が表出する一方、周方向の残り部分が前記台座に埋設され、
前記台座は、前記模擬血管の下方位置に接合部分を備え、
前記接合部分は、前記模擬血管を横切る方向に延びる切り欠きの形成縁同士を接合することで形成され、前記模擬血管に伸長方向の引張応力を付与することを特徴とする医療訓練用血管モデル。
血管を模擬して人工的に形成された模擬血管と、当該模擬血管を支持する台座とを備えた医療訓練用血管モデルの製造方法において、
前記模擬血管の周方向の一部分を表出させて周方向の残り部分を前記台座に埋設した後、前記模擬血管の下方となる前記台座内で当該模擬血管に沿って延びる切り欠きの形成縁同士を接合することで、前記模擬血管を拡径方向の引張応力が付与された状態にすることを特徴とする医療訓練用血管モデルの製造方法。
血管を模擬して人工的に形成された模擬血管と、当該模擬血管を支持するとともに、表面側に開放する溝部が形成された台座とを備えた医療訓練用血管モデルの製造方法において、
前記模擬血管の周方向の一部分を表出させて周方向の残り部分を前記台座に埋設することで、前記溝部の開放空間を跨いで前記模擬血管を配置した後、前記溝部の下方となる前記台座内で前記模擬血管を横切る方向に延びる切り欠きの形成縁同士を接合することで、前記模擬血管を伸長方向の引張応力が付与された状態にすることを特徴とする医療訓練用血管モデルの製造方法。