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生体血管に近い血管模型を3Dプリンターで作製 ― 北海道大学病院

北海道大学病院の外観

北海道大学病院放射線診断科の研究グループが、光硬化性樹脂を材料に、生体血管に近い血管模型を3Dプリンターで作製することに成功した。同研究の目的は、カテーテル治療の医学的手技シミュレーション用の血管模型を開発することだ。滑りや弾性などの特性を含め、生体血管に近い血管模型を3Dプリンターで直接作製できた事例は今回が初だという。(上部画像出典:北海道大学病院概要冊子より)

>>関連記事:どんな高難度カテーテル治療も予習可能に?! ~ 精緻な3D血管モデルがもたらす手術の大幅な質向上

カテーテル手術の技術習得用に使う血管模型を3Dプリンターで作製

カテーテル手術は、狭心症や心筋梗塞などによって狭くなった冠動脈を、先端に風船のついた管(バルンカテーテル)で拡げる治療方法だ。心臓や血管の治療技術の研鑽には豚由来の心臓や血管が用いられることが多い。

そこで北海道大学の研究グループは、3Dプリンターで血管模型を作製する際の適切な性能を割り出すべく、複数の条件で造形した透明・柔軟な3Dプリント性樹脂板と豚の生体動脈の機械的特性 (弾性率・粘着性・透明性・動摩擦係数)を比較評価した。カテーテル手術に用いられるバルーンカテーテルの先端はポリエチレン製であることから、実際にすべり具合の検証も行った。

樹脂3Dプリンターを活用した人工血管の製法を特定

その結果、樹脂は樹脂の硬化時間に関係なく、動脈より硬いこと、樹脂の可視光線透過率および接着強度は、樹脂の硬化時間の増加とともに減少することが判明した。樹脂の硬化時間を短く設定することで、透明性を保ったまま、粘着性を低下させるという方向性が定まったのである。

光硬化性樹脂(左)と豚の血管(右)の強度を比較(出典:北海道大学病院)
光硬化性樹脂(左)と豚の血管(右)の強度を比較(出典:北海道大学病院)

カテーテル治療の練習用に3Dプリント血管模型を活用するためには、実際の血管と同程度の滑り具合が求められる。北大の研究グループは、樹脂で造形した際に実際の血管と同じような滑り具合を実現するために3Dプリント血管にシリコンコーティングを行うことにした。シリコンコーティングした樹脂表面の動摩擦係数は、シリコン層の膜厚が 1.6-2μm の場合に動脈と同程度であることを割り出した。

透明柔軟な光硬化樹脂を用いて3Dプリンターから作製した生体血管に近い血管模型(左・中央)と、この模型を用いたカテーテル治療の医学的手技シミュレーションの様子(右)(出典:北海道大学病院)
透明柔軟な光硬化樹脂を用いて3Dプリンターから作製した生体血管に近い血管模型(左・中央)と、この模型を用いたカテーテル治療の医学的手技シミュレーションの様子(右)(出典:北海道大学病院)

こうした取り組みを通じて、同一の素材と作製方法を用いることで、生体血管に近い血管模型を 3D プリンターから直接作製できる製法を確立させたという。再現性のある3Dプリント性血管を自由な形状で造形できることで、手術の難易度が高いカテーテル手術の事前シミュレーションや、医学的手技とよばれる手術テクニックの学習に活用が期待できる。

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