[0001] 本发明涉及模拟脏器。

[0002] 近年来，在用于提高手术技能的手术练习中使用人体的模拟脏器已成为常态。在这样的模拟脏器中，为了模拟包围人体内血管的人体部位，提出了在层叠人体的肌肉的模拟肌肉层、重叠于肌肉的组织的模拟实质层及皮肤的模拟皮肤层的基础上，限定它们各自的硬度关系(例如专利文献1)。

[0003] 现有技术文献

[0004] 专利文献

[0005] 专利文献1：日本特开平2012-203153

[0052] 图1是简要示出液体喷射装置20的构成的说明图。液体喷射装置20是在医疗机构中使用的医疗设备，具有将液体以脉冲状喷射至患部来切开、切除患部的功能。

[0053] 液体喷射装置20具备控制部30、致动器用线缆31、泵用线缆32、脚踏开关35、吸引装置40、吸引管41、液体供给装置50及手持件100。

[0054] 液体供给装置50具备供水袋51、刺针(スパイク針)52、第一连接器～第五连接器53a～53e、第一供水管～第四供水管54a～54d、泵管55、堵塞检测机构56及过滤器57。手持件100具备喷嘴单元200和致动器单元300。喷嘴单元200具备喷射管205和吸引管400。

[0055] 供水袋51由透明的合成树脂制成，其内部填充有液体(具体为生理盐水)。需要说明的是，在本申请中，即使填充的是水以外的液体，也称之为“供水袋51”。刺针52经由第一连接器53a连接于第一供水管54a。当将刺针52刺入供水袋51时，填充在供水袋51内的液体成为可供应至第一供水管54a的状态。

[0056] 第一供水管54a经由第二连接器53b连接于泵管55。泵管55经由第三连接器53c连接于第二供水管54b。管泵60夹着泵管55。管泵60将泵管55内的液体从第一供水管54a一侧送出至第二供水管54b一侧。

[0057] 堵塞检测机构56通过测定第二供水管54b内的压力，来检测第一供水管～第四供水管54a～54d内的堵塞。

[0058] 第二供水管54b经由第四连接器53d连接于第三供水管54c。过滤器57连接于第三供水管54c。过滤器57收集液体中含有的异物。

[0059] 第三供水管54c经由第五连接器53e连接于第四供水管54d。第四供水管54d连接于喷嘴单元200。通过第四供水管54d供应的液体在致动器单元300的驱动下，从喷射管205的前端间歇性喷射。通过这样地间歇性喷射液体，以少的流量就能确保切除能力。

[0060] 喷射管205和吸引管400构成以喷射管205为内管、吸引管400为外管的双重管。吸引管41连接于喷嘴单元200。吸引装置40通过吸引管41对吸引管400内进行吸引。通过该吸引，吸引管400的前端附近的液体、切除片等被吸引。

[0061] 控制部30控制管泵60和致动器单元300。具体而言，控制部30在踩下脚踏开关35的期间，经由致动器用线缆31和泵用线缆32发送驱动信号。经由致动器用线缆31发送的驱动信号驱动包含于致动器单元300的压电元件(未图示)。经由泵用线缆32发送的驱动信号驱动管泵60。因而，在用户踩下脚踏开关35的期间，液体被间歇性喷射，在用户未踩下脚踏开关35的期间，液体停止喷射。

[0062] 下面，将说明模拟脏器。模拟脏器也被称为人体模型(ファントム)，在本实施方式中是指，通过液体喷射装置20局部将被切除的人造物。本实施方式中的模拟脏器用于以液体喷射装置20的性能评价、液体喷射装置20的操作练习等为目的的模拟手术。

[0063] 图2是模拟脏器600的俯视图。图3是图2所示的3-3线截面图。模拟脏器600具备模拟实质610、软性部件620、第一模拟血管631、第二模拟血管632、第三模拟血管633及壳体640。将第一模拟血管631、第二模拟血管632及第三模拟血管633统称为“模拟血管630”。

[0064] 壳体640具备第一部件641和第二部件642。通过在第一部件641上固定第二部件642而构成壳体640。像这样用两个部件构成壳体640是为了易于制作模拟脏器600(详见后述)。

[0065] 第一部件641和第二部件642由具有足以支承软性部件620和模拟血管630的刚性的材质(铁、铝、硬质树脂等)制成。为了具有上述足够的刚性，第一部件641和第二部件642由弹性模量充分高于软性部件620的材质形成。

[0066] 本实施方式中的壳体640由透明的合成树脂制成。由于壳体640是透明的，因此，能够从壳体640的侧面对软性部件620进行视觉确认。需要说明的是，在本申请的附图中，所有部件均图示为非透明部件。

[0067] 软性部件620配置于在壳体640的中央部所形成的圆柱状的凹陷内部。通过层叠第一软性部件621和第二软性部件622来形成软性部件620。软性部件620的内部以能够保持模拟实质610的方式凹陷，具有圆形杯那样的形状。软性部件620由软于壳体640但硬于模拟实质610的材质形成。本实施方式中的软性部件620由压针断裂强度(ピン押し破断強度；pressing pin breaking strength)是模拟实质610的5倍、弹性模量也是模拟实质610的5倍的材质形成。

[0068] 模拟实质610是模拟(模仿)营造生物体脏器(例如人的大脑、肝脏等)原本的生理机能的组织、即实质(实质细胞)的人造物。在本实施方式中，模拟实质610模拟人体大脑的实质细胞，其配置于在软性部件620的中央部所形成的圆柱状凹陷的内部。模拟实质610是作为液体喷射装置20的切开、切除对象的部位。

[0069] 模拟血管630是模拟(模仿)人体脑血管的人造物。模拟血管630由壳体640保持，通过贯通模拟实质610、软性部件620及壳体640而埋设于模拟实质610内。第一模拟血管631、第二模拟血管632及第三模拟血管633这三根模拟血管都大致水平配置。

[0070] 第一模拟血管631和第二模拟血管632分别配置为与第三模拟血管633有交点。第一模拟血管631和第二模拟血管632彼此平行配置，没有交点。此处所说的交点是指，在将模拟血管630投影于面S(图3)上时，第一模拟血管631和第二模拟血管632各自与第三模拟血管633相交的部位。面S是与壳体640的上端接触并与模拟实质610露出于壳体640的面接触的面。

[0071] 在本实施方式中，将第一模拟血管至第三模拟血管配置为不是三根都平行。将第一模拟血管631和第二模拟血管632平行配置，而将第三模拟血管633配置为相对于第一模拟血管631和第二模拟血管632，在水平面上的角度为45°。第三模拟血管633与第一模拟血管631和第二模拟血管632立体交叉，在交叉点处，位于第一模拟血管631和第二模拟血管632之上(参照图3)。

[0072] 在此，对模拟实质610和模拟血管630的物性进行说明。模拟血管630由PVA(聚乙烯醇)制作成中空部件。众所周知，通过改变PVA的制作条件，能够改变其强度。在本实施方式中，以使模拟血管630的压针断裂强度为0.2MPa的方式限定PVA的制作条件，并按如下方式确定其血管强度。

[0073] 由于已知猪的脑组织、具体而言猪的脑血管和埋有其脑血管的猪的脑实质在强度上与人体大致为同程度，因此，使用猪脑组织来确定模拟血管630的强度(每单位面积的压针断裂强度：0.2MPa)。另外，将血管直径设为模拟人体的脑内血管的Φ0.2mm～0.8mm。需要说明的是，测定强度时，使用下文所述的强度测定仪(岛津制作所制：桌上小型试验机EZ-S)。

[0074] 通过改变PVA的制作条件，能够改变模拟实质610的强度。在本实施方式中，使模拟实质610的每单位面积的压针断裂强度(以下简称为“压针断裂强度”)是模拟血管630的1/3以下。换言之，使与模拟实质610相比，模拟血管630具有三倍以上的断裂强度。如上所述，在本实施方式中，由于将模拟血管630的压针断裂强度规定为0.2MPa，因此，对于模拟实质610，通过改变PVA的制作条件来调整其强度，以得到0.01～0.07MPa范围内的压针断裂强度。

[0075] 图4是用于说明材料的强度试验的图。图示的模拟实质试验样品610S是在与模拟实质610的形成条件相同的条件下使PVA固化而形成的模拟实质610的试验样品。模拟血管试验样品630S是在与模拟血管630的形成条件相同的条件下用PVA形成的模拟血管630的试验样品。强度测定仪800使用测力传感器(load cell)810将针820压抵于试验样品。结合图4所示的强度测定仪800中的测定条件，调节试验样品的厚度。

[0076] 模拟实质试验样品610S和模拟血管试验样品630S这两试验样品分别分开放置于上述的强度测定仪800的试验台(未图示)上，对它们单独执行强度试验。强度测定仪800使测力传感器810的按压力经针820作用于供强度试验的模拟实质试验样品610S或模拟血管试验样品630S。在强度试验中，压入针820，使其变形，直到模拟实质试验样品610S或模拟血管试验样品630S出现破损。从测力传感器810实时计测这样的变形过程中的针820的压入力(pressing force)。测定作为模拟血管630的试验样品的模拟血管试验样品630S的压针断裂强度时所用的针820具有0.5mm的针直径，使之以1mm/sec的压入速度压入试验样品中。测定模拟实质610的试验样品610S的压针断裂强度时所用的针820具有1.0mm的针直径，使之以1mm/sec的压入速度压入试验样品中。

[0077] 图5例示出由上述强度试验得到的实验数据。纵轴表示针820的压入力，横轴表示针820的压入深度。由于以1mm/sec实施针820的压入，因此，如图5所示，压入深度随时间的推移而变大，压入力相对于压入深度大致呈线性增大。根据该图5的图表，按如下方式得到模拟实质610和模拟血管630的物性值。

[0078] 如图5所示，至压入深度到达深度δ2为止，随着压入深度增加，压入力也增大。基于作为线性区域的一部分的、至压入深度到达深度δ1(<δ2)为止的区域内的数据的斜率，算出模拟实质试验样品610S或模拟血管试验样品630S的弹性模量(MPa)。利用下式(1)进行该计算。式(1)是赫兹-斯内登方程(Hertz Sneddon equation)。

[0079] F＝2R{E/(1-ν2)}δ……(1)

[0080] 式(1)中，F是压入力，R是针820的针尖的半径，E是弹性模量，ν是泊松比，δ是压入深度。优选地，深度δ1设定为数据能够近似为线性程度的大的值。另一方面，由于赫兹-斯内登方程在深度δ相对于半径R(＝0.25mm或0.5mm)充分小的情况下有效，因此，优选地，将深度δ1设定为相对于半径R充分小。将式(1)变形，得到下式(2)。

[0081] E＝{(1-ν2)/2R}(F/δ)……(2)

[0082] 式(2)中的F/δ是数据的斜率。根据模拟实质试验样品610S或模拟血管试验样品630S大致是非压缩性的，泊松比ν可以采用0.49作为估计值。如上所述，半径R是已知的，模拟实质试验样品610S的半径R不同于模拟血管试验样品630S的半径R。因此，通过测定数据的斜率，能够算出模拟实质试验样品610S或模拟血管试验样品630S的弹性模量E。

[0083] 如图5所示，压入力在某一压入深度将出现峰值。考虑这样的峰值的出现是因为模拟实质试验样品610S或模拟血管试验样品630S断裂。将出现峰值时的压入力设为最大压入力Fmax，将最大压入力Fmax时的压入深度设为深度δ2。通过下式(3)算出压针断裂强度P(MPa)。如上所述，该式中的半径R是已知的，模拟实质试验样品610S的半径R不同于模拟血管试验样品630S的半径R。

[0084] P＝Fmax/(πR2)……(3)

[0085] 通过上述试验，在下文所述的制作工序中，调整模拟血管630的制作条件，以得到接近施加给模拟血管630的上述压针断裂强度(0.2MPa)的强度。使用通过这种方式制备的材料制作模拟血管630。另外，关于模拟实质610，在下文所述的制作工序中，对PVA进行各种调整，以得到施加给模拟实质610的上述压针断裂强度(0.01MPa～0.07MPa)。

[0086] 图6是示出模拟脏器600的制作程序的流程图。首先，制作第一软性部件621(步骤S710)。具体而言，将尿烷(ウレタン)的主剂和固化剂混合搅拌而得到的混合物注入另行准备的模具(未图示)中。然后，尿烷凝胶化成弹性体凝胶状，成为第一软性部件621。通过这样的模具成型，得到上端开口的凹状的第一软性部件621。

[0087] 接着，将第一软性部件621插入至第一部件641的凹陷内(步骤S720)。图7是对第一软性部件621已插入第一部件641的状态进行俯视观察而示出的说明图。图8是图7所示的8-8线截面图。

[0088] 接着，制作模拟血管630(步骤S730)。在本实施方式中，采用PVA(聚乙烯醇)作为模拟血管630的材料。在本实施方式的情况下，由于模拟血管630是中空部件，因此采用以下制作方法。该方法是指，将固化前的PVA涂覆于超细线的外周，在PVA固化后抽出超细线的方法。超细线的外径与血管内径一致。超细线由金属制成，例如由钢琴丝等形成。在使用PVA制作模拟血管630时，如上所述，调整PVA的制作条件，以使压针断裂强度为0.2MPa，使用条件调整完毕的PVA和钢琴丝等超细线形成模拟血管630。需要说明的是，在第一模拟血管631、第二模拟血管632及第三模拟血管633设为是不同的模拟血管的情况下，改变所使用的超细线的直径即可。

[0089] 接着，配置模拟血管630(步骤S740)。图9是对第一模拟血管631、第二模拟血管632及第三模拟血管633已完成配置的状态进行俯视观察而示出的说明图。图10是图9的10-10线截面图和结合示出第二部件642的安装情形的说明图。如图9、图10所示，通过将第一模拟血管631和第二模拟血管632配置于规定位置，然后，将第三模拟血管633配置于规定位置，来进行步骤S740的血管配置。

[0090] 第一模拟血管631与第二模拟血管632的间隔G设定为大于吸引管400(参照图1)的直径的距离。通过这样设定，在切开、切除模拟实质610时，能够将吸引管400插入第一模拟血管631与第二模拟血管632之间。不过，即使间隔G过宽，模拟血管630存在于切除对象附近的影响也小，因此，将间隔G设定为吸引管400的直径的数倍左右。

[0091] 接着，将第二部件642固定于第一部件641(步骤S750)。具体而言，如图10的下部所示，将矩形框状的第二部件642置于第一部件641之上，第一部件641和第二部件642将模拟血管630夹在它们之间。在该状态下，使用螺丝(未图示)将第二部件642固定于第一部件641。由此，完成壳体640，第一软性部件621的上方区域被第二部件642包围。

[0092] 接着，制作第二软性部件622(步骤S760)。制作方法与第一软性部件621的制作方法(步骤S710)相同。不过，由于第二软性部件622的形状不同于第一软性部件621的形状，其形成为环状，因此，使用与步骤S710不同的模具。

[0093] 接着，将第二软性部件622插入第二部件642的孔内(步骤S770)。图11是对第二软性部件622已插入完毕的状态进行俯视观察而示出的说明图。图12是图11的12-12线截面图。通过在步骤S770中插入第二软质部件，如图11、图12所示，模拟血管630被夹在第一软性部件621与第二软性部件622之间。如图12所示，在步骤S770中，使第二软性部件622比第二部件642隆起得更高。也就是说，在步骤S760中，将第二软性部件622制作成厚度大于第二部件642的高度的环状。

[0094] 接着，制作并配置模拟实质610(步骤S780)。图13是对模拟实质610已完成配置的状态进行俯视观察而示出的说明图。图14是图13的14-14线截面图。在进行步骤S780的模拟实质610的制作时，使用PVA，除调配PVA原材料外，还通过冷冻进行固化。在模拟实质610的配置中，将PVA原材料注入由第二软性部件622包围的凹陷内。于是，在制作模拟实质610时，通过调整PVA原材料的混合比、改变制作条件来调整强度等，以使其压针断裂强度为0.01MPa～0.07MPa。需要说明的是，在模拟实质610的制作中，如上所述，还进行各种调整，以使其断裂强度和弹性模量为软性部件620的1/5。

[0095] 步骤S780结束后，在即将使用模拟脏器600之前，切除模拟实质610和软性部件620的上部(步骤S790)。由此，完成图2、图3所示的模拟脏器600，该模拟脏器600具备压针断裂强度为0.01MPa～0.07MPa的模拟实质610和压针断裂强度为0.2MPa的模拟血管630，模拟血管630埋设于模拟实质610内。需要说明的是，模拟实质610和软性部件620的上部是指，比壳体640的上表面更隆起的部位。

[0096] 对得到的模拟脏器600实施了模拟实质610的切除实验。为了评价图1所示的液体喷射装置20的性能而实施了该切除实验。

[0097] 图15是对切除部位Sp进行俯视观察而示出的说明图。图16是图15的16-16线截面图。将切除部位Sp选为位于第一模拟血管631和第三模拟血管633的交点附近、且位于第二模拟血管632和第三模拟血管633的交点附近的部位。在液体喷射装置20中，将来自喷射管205的液体的脉冲射流调整为适于切开、切除模拟实质610，经确认，利用经过该调整而从喷射管205间歇性喷射的液体的脉冲射流，能够没有特别障碍地切开、切除图示的切除部位Sp处的模拟实质610。

[0098] 在以上说明的实施方式的模拟脏器600中，使模拟血管630的压针断裂强度与模拟实质610相比为其三倍以上，因此，在进行图15所示的模拟实质610的切开、切除的技能练习中，即使从喷射管205间歇性喷射的液体的脉冲射流到达模拟血管630而导致脉冲射流碰撞模拟血管630，也不会损伤模拟血管630。因此，根据该实施方式的模拟脏器600，能够提供设想对模拟血管630周边的模拟实质610进行切开、切除的手术情形。

[0099] 在以上说明的实施方式的模拟脏器600中，使模拟实质610的压针断裂强度是0.01MPa～0.07MPa，而使模拟血管630的压针断裂强度是模拟实质610的三倍以上的
0.2MPa。如果是这样的压针断裂强度，则模拟实质610具有与人体大脑中的脑实质细胞大致相同的强度物性，模拟血管630也具有与脑实质细胞和埋在其中的脑内血管大致相同的强度物性。因此，根据该实施方式的模拟脏器600，能够提供反映了关于人体大脑中的脑实质细胞和埋在其中的脑内血管的断裂强度关系的手术情形。

[0100] 本发明并不限于本说明书的实施方式、实施例、变形例，在不脱离其宗旨的范围内，可用各种构成实现。例如，为了解决上述技术问题的一部分或全部、或者达到上述效果的一部分或全部，可对记载于发明内容部分的各方式中的技术特征所对应的实施方式、实施例、变形例中的技术特征适当进行替换、组合。如果该技术特征在本说明书中不是作为必须特征被说明，则可将其适当删除。例如，例示以下方式。

[0101] 对于模拟脏器600，设想了脑实质和脑内血管，将模拟血管630埋设于模拟实质610内，使模拟血管630的压针断裂强度是模拟实质610的三倍以上的0.2MPa，但模拟血管630的压针断裂强度也可以在0.2MPa以外，是0.1MPa～0.3MPa即可。

[0102] 对于模拟脏器600，设想了脑实质和脑内血管，将模拟血管630埋设于模拟实质610内，但也可以设想大脑以外的脏器。在这种情况下，将模拟血管630的压针断裂强度设为到造成所设想的脏器的血管损伤的压针断裂强度即可。

[0103] 如果根据强度测定仪的计测规格能够进行模拟血管630的形式下的强度测定，则也可以直接计测模拟血管630的压针断裂强度。在这种情况下，通过板厚(シート厚み)与模拟血管630的厚度之比对利用上述两试验样品所计测得到的压针断裂强度进行补充即可。

[0104] 也可以通过间歇性喷射的液体以外的方式切除模拟脏器600。例如，既可以使用连续喷射的液体进行切除，也可以使用被超声波赋予了切除能力的液体进行切除。或者，还可以使用金属制的手术刀进行切除。

[0105] 模拟血管630的根数也可以是1根、2根或4根以上。只要构成为至少一根以上的模拟血管630埋设于模拟实质610内即可。

[0106] 另外，模拟血管630采用中空部件，但也可以采用实心部件。

[0107] 模拟血管630的材质并不限于上述例示的材质。例如，既可以是PVA以外的合成树脂(例如尿烷(urethane))，也可以是天然树脂。

[0108] 模拟实质610的材质并不限于上述例示的材质。例如，也可以是PVA以外的合成树脂(尿烷、橡胶类的材料)。

[0109] 也可以使用喷射沉积(基于喷墨方式等的3D打印)来制作模拟血管630。

[0110] 也可以使用3D打印来制作模拟实质610。

[0111] 也可以使用3D打印来统一制作模拟血管630和模拟实质610。在进行这样的3D打印时，预先调整油墨，以使模拟实质610和模拟血管630在油墨干燥后出现上述强度关系即可。

[0112] 在实施方式中，采用了使用压电元件作为致动器的构成，但也可以采用使用光脉泽器(maser)来喷射液体的构成、通过加热器使液体中产生气泡来喷射液体的构成、通过泵等对液体加压来喷射液体的构成。使用光脉泽器来喷射液体的构成是指，对液体照射光脉泽而使液体中产生气泡，从而利用由于该气泡的产生所引起的液体压力上升的构成。

[0113] 在实施方式中，通过在第一部件641上固定第二部件642来构成壳体640，但并不限定于此。只要构成为第一部件641和第二部件642不会误相对移动即可，也可以采用利用两个部件接触而产生的摩擦力来进行连接、或使两个部件能够装卸的构成。

[0114] 在实施方式中，采用通过使模拟血管630贯通模拟实质610、软性部件620及壳体640来将模拟血管630埋设于模拟实质610内的构成，但并不限定于此。既可以采用模拟血管
630贯通模拟实质610、软性部件620和壳体640中至少之一的构成，也可以采用所有部件都不贯通的构成。只要构成为模拟血管630的至少一部分埋设于模拟实质内即可。另外，采用了将模拟血管固定于壳体640的构成，但并不限定于此。也可以构成为不将模拟血管固定于壳体640，而是通过使其紧贴于模拟实质而难以移动。