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推薦者の声と活用事例

整形外科領域へのBio-Texture Modelingの応用
千葉大学フロンティアメディカル工学研究開発センター 大学院医学研究院整形外科学 教授 鈴木 昌彦 先生 生体の内部構造を模倣して2種類の樹脂とサポート材の組み合わせを変えて3次元構築を行うことで、より生体に近いBio-Texture Modelingが可能となる。

整形外科領域では、外科医の術前トレーニング(人工関節などのインプラントを骨へ設置する手順の訓練)や生体に埋入する医療器具の力学的安全性を検証する実験に、ポリウレタン製ファントム(SawBones,USA)が広く使用されてきた。

近年では、石膏や光硬化樹脂を用いた3Dプリンターも術前の骨形状を把握するために利用されている。これらの造型モデルに共通していることは単一の素材を用いていることである。これらの方法ではCTデータやMRIデータから骨形状を模倣した造型は可能であるが、生体に近い骨の質感を得ることは難しい。

一般に骨強度は骨密度と骨質で規定されることが知られており、骨形状以外の因子が重要となる。したがって、単一素材を用いて形状のみを再現したのでは生体に近い骨を再現することは不可能である。一方、Objet社が開発したConnexTMは2種類の樹脂とサポート材を使用した造型が可能であり、その立体構造の特定の部位に決まった樹脂を使用することが可能である。生体の内部構造を模倣して設計図を作成して、樹脂とサポート材の組み合わせを局所ごとに変化させることで、より生体質感性に優れた造型(Bio-Texture Modeling)が可能になると考えられる。

我々は素材の組み合わせを変えて幾つかのパターンで骨を作製して、熟練した術者が実際の人工膝関節手術と同じ手順でモデル骨の切除を行い、ヒトでの手術に近い質感を持つ骨の開発を進めている。

また、ヒトの体では、神経、血管、靱帯、などの走行が必ずしも同じではない。通常は数種類のタイプに分かれることが多い。皮膚を切開し、内部を展開して手術を行う場合に、このようなvariantsを術者が認識して、術前に正しい解剖学的位置関係を把握しておくことが重要となる。この点でもConnexTMは血管と神経を別の樹脂を用いて再構築することができ、術者のトレーニングや研修医の教育に有用である。

本物の骨の質感に近いモデルを開発するために、熟練した術者が実際の人工膝関節手術と同じ手順でモデル骨の切除を行っているところ。(ドリルによる穴あけ) 本物の骨の質感に近いモデルを開発するために、熟練した術者が実際の人工膝関節手術と同じ手順でモデル骨の切除を行っているところ。(ボーンソーによる切除) 穴あけや切除といった、質感評価の試験を行った後のモデル
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