脳モデル
【課題】触感だけでなく、生体脳の力学的特性、特に押圧後の回復挙動を忠実に再現した脳モデルの提供。
【解決手段】深さ１０ｍｍまで押圧し、１０秒後の回復率が、該深さ１０ｍｍに対して、８０〜９５％である、脳モデル。
【解決手段】深さ１０ｍｍまで押圧し、１０秒後の回復率が、該深さ１０ｍｍに対して、８０〜９５％である、脳モデル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体脳の力学的特性、特に、押圧後の回復挙動を忠実に再現した脳モデルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から脳モデルとして様々な脳の模型が知られている。しかし、実際の脳は、一般に、変形後、瞬時には戻らず、少なくとも１０〜２０秒間かけて原形へとゆっくり戻る力学的特性、すなわち、回復挙動を有する。従来の脳モデルは、脳の立体的な形状のみを再現した形状模型であり、実際の脳とは押圧後の回復挙動が大きく異なり、座学での使用には問題ないが、手術用器具を用いた教育および訓練には適していない。
【０００３】
当該分野では、外科手術の教育および訓練において、ヒト生体を用いることが最も望ましいが、実際にはヒト以外の動物（例えば、ブタ、サルなど）を用いる。しかし、これらの動物において、ヒトと同様の術部構造、すなわち、患部を再現することは非常に困難である。
【０００４】
また、現状では、ヒト生体脳を使用した外科手術の教育および訓練の機会はほぼ皆無であり、そのため、献体などによるヒト人体での教育および訓練を実施しているが、献体数には限りがあり、また、術感などは生体とは大きく異なる。従って、現在、医学生や経験が浅い外科医は、熟練医師の傍らで実際の手術を観察することによって、技能スキルの向上を図っている。
【０００５】
このような状況下、医療技能の修得に適した人体模型が開発されている。例えば、特許文献１には、「人体の頭部の内部構造を、頭蓋骨から形状を採取し、ＣＴ画像データからの光造形モデルも参考にして再現した医療トレーニング用人体頭部模型であって、生体と類似した触感感覚を感じられるようにするために複数の材料を用いて複合させた構造であり、該人体頭部模型の一部又は複数部分を、前記部分と形状が同一又は異なる部品と交換可能であり、該交換可能部分とその周辺部分との間隙に圧力検知部を備え、該人体頭部模型に外部からかかる圧力を検出することを特徴とする医療トレーニング用人体頭部模型」が開示されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示の人体頭部模型は、内視鏡を用いた診断および手術などの高度な技能が要求される分野、特に、内視鏡による鼻腔内の診断および手術などの技能修得用トレーニングに用いるものであり、脳モデルに関するものではない。
【０００７】
また、当該分野では、実際の脳に近い触感、および、ある程度類似した押圧時の硬さ（圧縮弾性率）を有するポリアクリル酸ゲルを使用した脳モデルが知られているが、これは押圧後の回復挙動が実際の脳とは大きく異なる。
【特許文献１】特許第３８４５７４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、触感だけでなく、生体脳の力学的特性、特に押圧後の回復挙動を忠実に再現した脳モデルの提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記課題に鑑み鋭意検討した結果、ウレタンゲル層上にラテックス層を被覆してなる２層構造を有する脳モデルが、実際の生体脳とほぼ同一の力学的特性、特に押圧後の回復挙動を示すことを見出し、本発明を完成するに至った。従って、本発明は以下を提供する。
【００１０】
［１］ 深さ１０ｍｍまで押圧し、１０秒後の回復率が、該深さ１０ｍｍに対して、８０〜９５％である、脳モデル。
［２］ 深さ１０ｍｍまで押圧し、２０秒後の回復率が、該深さ１０ｍｍに対して、９０〜９５％である、上記［１］に記載の脳モデル。
［３］ 深さ１０ｍｍまで押圧し、２５秒後の回復率が、該深さ１０ｍｍに対して、９０〜９５％である、上記［１］または［２］に記載の脳モデル。
［４］ ラテックス層およびウレタンゲル層を含む２層構造を有し、該ラテックス層が該ウレタンゲル層を被覆する、上記［１］〜［３］のいずれか１項に記載の脳モデル。
［５］ 前記ウレタンゲル層が、
成分（Ａ）：ポリエステルポリオール、および
成分（Ｂ）：ヘキサメチレンジイソシアネート
を混合して使用する２液ポリウレタンから形成される、上記［４］記載の脳モデル。
［６］ 前記成分（Ａ）および前記成分（Ｂ）の重量比が、１００：４５〜１００：５０［成分（Ａ）：成分（Ｂ）］である、上記［５］記載の脳モデル。
［７］ 前記成分（Ａ）および前記成分（Ｂ）の重量比が、１００：４７［成分（Ａ）：成分（Ｂ）］である、上記［６］記載の脳モデル。
［８］ 前記成分（Ａ）が、３−メチル−１，５−ペンタジオールおよびアジピン酸から形成されるポリエステルポリオールである、上記［５］〜［７］のいずれか１項に記載の脳モデル。
［９］ ラテックス層の厚みが５０〜３００μｍである、上記［４］〜［８］のいずれか１項に記載の脳モデル。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の脳モデルは、実際の生体脳とほぼ同一の力学的特性、特に押圧後の回復挙動を示すので、これまで実習が困難であったヒト生体脳の代替として非常に有用である。また、本発明の脳モデルは、既存のコンピュータグラフィックス等の仮想モデリングを遙かに凌駕し、実物に近い触感を再現することができるので、医学生および経験の浅い外科医等を対象とした実際に手術用器具を用いた教育および訓練が可能となった。さらに、本発明の脳モデルでは、ラテックス層を用いることによって、実際の脳の触感および形状を忠実に再現することができ、さらに、ＣＴ画像データを併用することによって、患部の状態をも容易に再現することができるので、非常に実用性および応用性がある。また、本発明の脳モデルは、例えば、医師が患者に対して症状や手術方法等を説明するインフォームド・コンセント用模型や、医師間での術前における手術戦略用の模型としても活用できる。また、本発明の脳モデルに使用したウレタン複合材料、すなわち、深さ１０ｍｍまで押圧し、１０秒後の回復率が、押圧した深さ（すなわち、押し込み量）１０ｍｍに対して、８０〜９５％である材料は、その特殊な力学的特性から、低反発材、衝撃吸収材、緩衝材などの材料として利用することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の脳モデルは、図１に示す通り、ウレタンゲル層上にラテックス層を被覆してなる２層構造を有することを特徴とし、深さ１０ｍｍまで押圧した場合、１０秒後の回復率が押圧した深さ１０ｍｍに対して８０〜９５％であり、実際の生体脳とほぼ同じ力学的特性、特に押圧後の回復挙動を示すことができる。
【００１３】
本発明の脳モデルは、
脳組織表面の形状を再現した型にラテックス水溶液を塗布してラテックス層を形成する工程（以下、第１工程）；および
２液ポリウレタンを充填してウレタンゲル層を形成する工程（以下、第２工程）；
を包含する方法によって製造することができる。
【００１４】
第１工程：ラテックス層の形成
第１工程によって形成されるラテックス層は脳組織表面の形状および触感を忠実に再現することができる。第１工程に使用する型は、脳表面の溝の形状、深さ、表面下の空洞形状などを忠実に再現した型であれば特に制限はない。また、型を構成する材料としては、特に限定はないが、例えば、シリコーン樹脂、石膏などが挙げられ、特に、脳形状の再現性および操作性の観点から、シリコーン樹脂が特に好ましい。また、本発明において、凹型および凸型を使用してもよい。さらに、ＣＴ画像データを利用して型を作製することも可能であり、この場合、患者の術部を忠実に再現することができるので非常に有益である。
【００１５】
ラテックス層の厚みは、好ましくは５０〜３００μｍであり、ラテックス層の厚みが５０〜３００μｍであると脳組織表面の形状および触感を忠実に再現することができる。
【００１６】
使用するラテックスは、水溶液を容易に形成することができれば特に限定はなく、市販のラテックス（例えば、（株）レジテックス製Ｓ−５００（天然ゴム加硫型）、（株）レジテックス製ＮＲＬＡＴＥＸ（天然ゴム非加硫型）、市川ゴム工業（株）製ＡＲＴ−ＴＥＸ（加硫剤入り）、クォー・ユー化成（有）製Ｌ−５０００など）などが挙げられる。なかでも、（株）レジテックス製Ｓ−５００（天然ゴム加硫型）を使用すると、脳組織表面の形状および触感をより忠実に再現することができるので好ましい。
【００１７】
均質なラテックス層を形成するためには、上記ラテックスを水溶液として塗布することが好ましい。
【００１８】
ラテックス水溶液を型に塗布し、室温（１０℃〜３５℃）で放置することによってラテックス層を形成する。このとき必要に応じて加温または風乾を行ってもよい。
【００１９】
第２工程：ウレタンゲル層の形成
第１工程で形成したラテックス層上に、成分（Ａ）：ポリエステルポリオールおよび成分（Ｂ）：ヘキサメチレンジイソシアネートを混合して使用する２液ポリウレタンを充填してウレタンゲル層を形成する。
【００２０】
成分（Ａ）のポリエステルポリオールとしては、特に限定はなく、例えば、３−メチル−１，５−ペンタジオールおよびアジピン酸から形成されるポリエステルポリオールが好ましい。また、当業者に公知の方法に従って合成してもよく、市販のポリエステルポリオールを使用してもよい。
【００２１】
成分（Ｂ）のヘキサメチレンジイソシアネートとしては、特に限定はなく、当業者に公知の方法に従って合成することもできるが、市販のヘキサメチレンジイソシアネートを使用してもよい。
【００２２】
なお、本発明で使用することのできる２液ポリウレタンは、成分（Ａ）が主剤であり、成分（Ｂ）が硬化剤であり、形成されるウレタンゲルの力学的特性は、主に、成分（Ａ）および成分（Ｂ）の配合量に依存する。
【００２３】
成分（Ａ）および成分（Ｂ）の重量比は、１００：４５〜１００：５０が好ましく、最も好ましくは１００：４７［成分（Ａ）：成分（Ｂ）］である。成分（Ａ）および成分（Ｂ）の重量比が１００：４７［成分（Ａ）：成分（Ｂ）］の場合、ヒト生体脳に最も近い力学的特性を与えることができる。なお、成分（Ａ）および成分（Ｂ）の重量比が、１００：４３［成分（Ａ）：成分（Ｂ）］の場合、ブタ生体脳に最も近い力学的特性（特に、回復挙動）を与えることができる。
【００２４】
成分（Ａ）および成分（Ｂ）を上記配合量で予備混合して混合液を調製し、上記ラテックス層が形成された型に混合液を充填する。予備混合の際、硬化の観点から、主剤である成分（Ａ）に硬化剤である成分（Ｂ）を添加して均一に混合することが好ましい。また、予備混合の際、着色剤を添加してウレタンゲルを着色することも可能である。例えば、主剤である成分（Ａ）に着色剤を添加し、その後、硬化剤である成分（Ｂ）を添加して混合することによって均一に着色することができる。着色剤としてはウレタン系着色剤が好ましく、２液ポリウレタン中に均一に混合することができる。
【００２５】
充填後、加熱硬化（４０〜８０℃、好ましくは約６０℃）することによってウレタンゲル層を形成することができる。硬化後、型を取り外すことによって、本発明の脳モデル（本願明細書中、ウレタン複合材料と呼ぶ場合もある）を得ることができる。
【００２６】
以下、本発明の脳モデルの力学的特性の評価について詳細に説明する。
【００２７】
力学的特性の評価：回復挙動測定
本発明の脳モデルの力学的特性は、主に、回復挙動測定によって評価することができる。図２は、本発明で採用する回復挙動測定方法を模式的に示す図である。回復挙動測定では、まず、円筒形ジグ（直径：２０ｍｍ、長さ：１２ｍｍ、重さ：２．２６ｇ）を用いて本発明の脳モデルを押圧し、ジグの底面が深さ１０ｍｍにまで達した時点、すなわち、押し込み量が１０ｍｍの時点で荷重負荷を停止し、レーザー変位計（例えば、キーエンス製 ＬＣ２１００など）を用いて、変形した脳モデルの形状の回復に伴う押し込み量の変化を経時的に測定する。
【００２８】
脳モデルの回復挙動は、押し込み量（ｍｍ）の変化から、回復率（％）として表すことができる。
回復率（％）＝［測定時の押し込み量（ｍｍ）］／
［測定開始時（０秒）での押し込み量（すなわち１０ｍｍ）］×１００
【００２９】
一般に、ヒト生体脳は、変形後、瞬時には戻らず、少なくとも１０〜２０秒間かけて原形へと戻る力学的特性を有する。本発明の脳モデルは、深さ１０ｍｍまで押圧し、上述の通り回復挙動を測定すると、１０秒後の回復率は、深さ１０ｍｍに対して、８０〜９５％であり、ヒト生体脳に近い回復挙動を示す。
【００３０】
本発明の脳モデルは、上述ウレタンゲルの使用によって生体脳の力学的特性、特に押圧後の回復挙動を忠実に再現することができる。ただし、本発明の脳モデルではウレタンゲルが実際の生体脳とは異なる粘着性（タック感）を有するので、ラテックス層による被覆が必要である。このようにウレタンゲル層上にラテックス層を被覆することによって、実際の生体脳の力学的特性だけでなく、触感および形状をも忠実に再現することができる。また、本発明の脳モデルは、より忠実に生体脳を再現するために、適切な弾力性および触感を有する市販のシリコーンチューブを用いて脳血管を作製して設置してもよく、さらに着色してもよい。
【００３１】
本発明を以下の実施例でさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
【実施例】
【００３２】
製造例１：型の作製
ヒト頭蓋骨から形状を採取し、ＣＴ画像データからの光造形モデルを用いて、脳組織表面形状を再現した型を作製した。このとき、脳組織表面形状に現れる多数の溝（脳表面における溝の幅よりも、脳内部の溝の底部の幅が大きく、表面からなだらかに幅が大きくなるような構造をしている）を忠実に再現した。
【００３３】
製造例２：ラテックス水溶液の調製
（株）レジテックス製Ｓ−５００（天然ゴム加硫型ラテックス）を水に溶解してラテックス水溶液を調製した。
【００３４】
製造例３：２液ポリウレタンの調製
２液ポリウレタンとして、以下の成分（Ａ）および成分（Ｂ）を使用した。
成分（Ａ）：３−メチル−１，５−ペンタジオールとアジピン酸からなるポリエステルポリオール（分子量：１０００）
成分（Ｂ）：ヘキサメチレンジイソシアネートプレポリマー（溶剤として、マレイン酸 ジ２−エチルヘキシルを含有）
【００３５】
実施例１：脳モデルの作製
製造例１で作製した型に製造例２で調製したラテックス水溶液を薄く均一に塗布し、室温（約２０℃）にて自然乾燥させ、外皮のラテックス層（厚み：５０〜３００μｍ）を形成した。
製造例３の２液ポリウレタンを成分（Ａ）：成分（Ｂ）＝１００：４５の重量比で混合し、上記のラテックス皮膜処理した型に流し込み、６０℃で３０分間硬化させた。混合の際、主剤である成分（Ａ）に対してウレタン系着色剤（ミクニペイント株式会社製、ポリデュール）を添加し、その後、硬化剤である成分（Ｂ）を添加し、混合することによって均一に着色した（肌色）。
硬化後、型を外して脳モデルを得た。
実施例２：脳モデルの作製
製造例３の２液ポリウレタンを成分（Ａ）：成分（Ｂ）＝１００：４７の重量比で混合したことを除いて、実施例１と同様に脳モデルを作製した。
実施例３：脳モデルの作製
製造例３の２液ポリウレタンを成分（Ａ）：成分（Ｂ）＝１００：５０の重量比で混合したことを除いて、実施例１と同様に脳モデルを作製した。
比較例１：脳モデルの作製
製造例３の２液ポリウレタンを成分（Ａ）：成分（Ｂ）＝１００：４３の重量比で混合したことを除いて、実施例１と同様に脳モデルを作製した。
【００３６】
比較例２：従来の脳モデル（ポリアクリル酸ゲル製）
モノマー溶液濃度が１０重量％となるようにアクリル酸（ナカライテスク株式会社製）を蒸留水に溶解した。次いで、架橋剤としてＮ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド（ＭＢＡ、ナカライテスク株式会社製）をモノマーに対して０．７５モル％加え、さらに開始剤として過硫酸アンモニウム（ＡＰＳ、和光純薬工業株式会社製）を０．５モル％加え、モノマー溶液を調製した。
上記で調製したモノマー溶液を製造例１で作製した型に流し込み、７０℃に保った恒温水槽中で４時間重合反応を行った。重合反応によって生成したポリアクリル酸ゲルを型から取り出し、蒸留水で洗浄して未反応モノマーおよび開始剤残渣を除去した。その後、ポリアクリル酸ゲルを蒸留水中に浸漬し、平衡に達するまで膨潤させて脳モデルを作製した。
【００３７】
触感評価
ベテラン脳神経外科医（合計１７名）が実施例および比較例の脳モデルに触れ、その触感が最もヒト生体脳に近いものを選択した。結果を以下の表に示す。
【００３８】
【表１】
【００３９】
結果、実施例１〜３の脳モデル［成分（Ａ）：成分（Ｂ）＝１００：４５〜１００：５０（重量比）］は、ヒト生体脳に近い触感を有し、特に、実施例２［成分（Ａ）：成分（Ｂ）＝１００：４７（重量比）］の脳モデルは最もヒト生体脳に近い触感を有することが分かった。
【００４０】
力学的特性評価：回復挙動測定（回復率（％）と時間（秒）との関係）
ヒト生体脳は、一般に、変形後、瞬時には戻らず、少なくとも１０〜２０秒間かけて原形へと戻る力学的特性を有する。本発明の実施例１〜３および比較例１〜２の脳モデルについて、力学的特性を上述の回復挙動測定に基づいて評価した。
【００４１】
図２に示す通り、円筒形ジグ（直径：２０ｍｍ、長さ：１２ｍｍ、重さ：２．２６ｇ）を用いて脳モデルを押圧し、ジグの底面が深さ１０ｍｍにまで達した時点、すなわち、押し込み量が１０ｍｍの時点で荷重負荷を停止し、レーザー変位計（キーエンス製 ＬＣ２１００）を用いて、形状の回復に伴う押し込み量の変化を経時的に測定した。
【００４２】
図３において、実施例１〜３および比較例１〜２の脳モデルの回復挙動を回復率（％）と時間（秒）との関係に基いて示す（縦軸：回復率（％）、横軸：時間（秒）、実施例１（・）（小丸）、実施例２（●）（大丸）および実施例３（◆）ならびに比較例１（▲）および比較例２（■））。
【００４３】
従来の脳モデル（比較例２）では、０．０４秒後の回復率がほぼ１００％であり、実際のヒト生体脳の回復挙動とは大きく異なる。
【００４４】
本発明の脳モデル（実施例１〜３）では、図３のグラフに示す通り、５秒後の回復率が７５〜９０％、１０秒後の回復率が８０〜９５％、１５秒後の回復率が８５〜９５％、２０秒後の回復率が９０〜９５％、２５秒後の回復率も９０〜９５％であり、特に、１０秒後の回復率が８０〜９５％、２０秒後の回復率が９０〜９５％であり、少なくとも１０〜２０秒間かけてゆっくりとその形状が回復することから、本発明の脳モデルはヒト生体脳に近い回復挙動を示すことが分かった。また、このことから、１０〜２５秒間に回復率が９０％に達する脳モデルがヒト生体脳に最も近いことも分かった。また、比較例１の脳モデルは、１０秒後の回復率が７５％未満であり、２５秒後の回復率が約８０％であり、２５秒後でさえも回復率が９０％に届かず、ヒト生体脳とは異なる回復挙動を示すことが分かった。
【００４５】
押圧後の回復挙動：荷重（ｇ）と押し込み量（ｍｍ）との関係
本発明では、さらに、脳モデルの押圧後の回復挙動を荷重（ｇ）と押し込み量（ｍｍ）との関係に基づいて検証した。鉛直下方に可動する円筒形ロッドを備えた圧縮試験装置（ロッド断面積：７．０７ｍｍ２、圧縮速度：０．９９６ｍｍ／秒）（図６）を用いて実施例１〜３および比較例１〜２の脳モデルの押圧後の回復挙動を測定した。図４は、実施例１〜３および比較例１〜２の脳モデルの押圧後の回復挙動を示すグラフである（ｙ軸：荷重（ｇ）、ｘ軸：押し込み量（ｍｍ））。
実施例１（・）の脳モデルは、二次関数：ｙ＝２．２１３３ｘ２＋０．５１０７ｘ、
実施例２（●）の脳モデルは、二次関数：ｙ＝０．９５０２ｘ２＋２．３５９６ｘ、
実施例３（◆）の脳モデルは、二次関数：ｙ＝１．３４１１ｘ２＋４．４４１ｘ、
比較例１（▲）の脳モデルは、二次関数：ｙ＝０．８１３７ｘ２−０．３０１３ｘ、
比較例２（■）の脳モデルは、一次関数：ｙ＝１．２２２８ｘ
で示される挙動を有することが分かった（ただし、ｘ＝０〜１０）。
【００４６】
実際のヒト生体脳の押圧後の回復挙動に関して、荷重（ｇ）をｙ軸にとり、押し込み量（ｍｍ）をｘ軸にとると、両者の関係は一般に二次関数で示される。上述の通り、実施例１〜３の脳モデルの押圧後の回復挙動はすべて二次関数で表され、実際のヒト生体脳の挙動に酷似していることが分かった。なお、比較例２の脳モデルは、従来の脳モデルであり、その押圧後の回復挙動は一次関数で表され、実際のヒト生体脳の挙動とは全く異なることが分かった。
【００４７】
また、比較例１の脳モデルも二次関数（ｙ＝０．８１３７ｘ２−０．３０１３ｘ）で示される回復挙動を示すが、これは、ブタ生体脳の回復挙動（ｙ＝０．９９６８ｘ２−１．１４１６ｘ）に酷似していることが分かった（図４、比較例１（▲）、ブタ生体脳（○）（白丸））。
【００４８】
押圧時の挙動：荷重（ｇ）と押し込み量（ｍｍ）との関係
本発明では脳モデルの押圧時（押し込み時）の挙動についても検証した。実施例１〜３および比較例１〜２の脳モデルの押圧時の挙動を上記の圧縮試験装置（ロッド断面積：７．０７ｍｍ２、圧縮速度：０．９９６ｍｍ／秒）を用いて測定した。図５は、実施例１〜３および比較例１〜２の脳モデルの押圧時の挙動を示すグラフである（ｙ軸：荷重（ｇ）、ｘ軸：押し込み量（ｍｍ））。
実施例１（・）の脳モデルは、二次関数：ｙ＝０．４５１４ｘ２＋１．６２６６ｘ、
実施例２（●）の脳モデルは、二次関数：ｙ＝０．６６４８ｘ２＋１．８７０８ｘ、
実施例３（◆）の脳モデルは、二次関数：ｙ＝０．６３０７ｘ２＋４．７６０６ｘ、
比較例１（▲）の脳モデルは、二次関数：ｙ＝０．４５１１ｘ２＋０．１６０３ｘ、
比較例２（■）の脳モデルは、一次関数：ｙ＝１．０６２４ｘ
で示される挙動を有することが分かった（ただし、ｘ＝０〜１０）。
【００４９】
実際のヒト生体脳の押圧時の挙動は二次関数で示される。上述の通り、実施例１〜３の脳モデルの押圧時の挙動はすべて二次関数で表され、実際のヒト生体脳の押圧時の挙動に酷似していることが分かった。なお、比較例２の脳モデルは、従来の脳モデルであり、その押圧時の挙動は一次関数で表され、実際のヒト生体脳の押圧時の挙動とは全く異なることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の脳モデルは、上述の通り、実際の生体脳とほぼ同一の力学的特性、特に押圧時の挙動および押圧後の回復挙動を示すので、これまで実習が困難であったヒト生体脳の代替として非常に有用である。また、本発明の脳モデルは、既存のコンピュータグラフィックス等の仮想モデリングを遙かに凌駕し、実物に近い触感を再現することができるので、医学生および経験の浅い外科医等を対象とした実際に手術用器具を用いた教育および訓練が可能となる。さらに、本発明の脳モデルでは、ラテックス層を用いることによって、実際の脳の触感および形状を忠実に再現することができ、さらに、ＣＴ画像データを併用することによって、患部の状態をも容易に再現することができるので、非常に実用性および応用性がある。また、本発明の脳モデルは、例えば、医師が患者に対して症状や手術方法等を説明するインフォームド・コンセント用模型や、医師間での術前における手術戦略用の模型としても活用できる。また、本発明の脳モデルに使用したウレタン複合材料、すなわち、深さ１０ｍｍまで押圧し、１０秒後の回復率が、押圧した深さ（すなわち、押し込み量）１０ｍｍに対して、８０〜９５％である材料は、その特殊な力学的特性から、低反発材、衝撃吸収材、緩衝材などの材料として利用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、本発明の脳モデルの概略図である。
【図２】図２は、本発明の脳モデルの力学的特性を評価するための回復挙動測定方法を示す模式図である。
【図３】図３は、実施例１〜３および比較例１〜２の脳モデルの回復挙動を回復率（％）と時間（秒）との関係で示すグラフである（実施例１（・）（小丸）、実施例２（●）（大丸）および実施例３（◆）ならびに比較例１（▲）および比較例２（■））。
【図４】図４は、実施例１〜３および比較例１〜２の脳モデルの回復挙動を荷重（ｇ）と押し込み量（ｍｍ）との関係で示すグラフである（実施例１（・）（小丸）、実施例２（●）（大丸）および実施例３（◆）ならびに比較例１（▲）および比較例２（■））。
【図５】図５は、実施例１〜３および比較例１〜２の脳モデルの押圧時（押し込み時）の挙動を荷重（ｇ）と押し込み量（ｍｍ）との関係で示すグラフである（実施例１（・）（小丸）、実施例２（●）（大丸）および実施例３（◆）ならびに比較例１（▲）および比較例２（■））。
【図６】図６は、圧縮試験装置の概略図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体脳の力学的特性、特に、押圧後の回復挙動を忠実に再現した脳モデルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から脳モデルとして様々な脳の模型が知られている。しかし、実際の脳は、一般に、変形後、瞬時には戻らず、少なくとも１０〜２０秒間かけて原形へとゆっくり戻る力学的特性、すなわち、回復挙動を有する。従来の脳モデルは、脳の立体的な形状のみを再現した形状模型であり、実際の脳とは押圧後の回復挙動が大きく異なり、座学での使用には問題ないが、手術用器具を用いた教育および訓練には適していない。
【０００３】
当該分野では、外科手術の教育および訓練において、ヒト生体を用いることが最も望ましいが、実際にはヒト以外の動物（例えば、ブタ、サルなど）を用いる。しかし、これらの動物において、ヒトと同様の術部構造、すなわち、患部を再現することは非常に困難である。
【０００４】
また、現状では、ヒト生体脳を使用した外科手術の教育および訓練の機会はほぼ皆無であり、そのため、献体などによるヒト人体での教育および訓練を実施しているが、献体数には限りがあり、また、術感などは生体とは大きく異なる。従って、現在、医学生や経験が浅い外科医は、熟練医師の傍らで実際の手術を観察することによって、技能スキルの向上を図っている。
【０００５】
このような状況下、医療技能の修得に適した人体模型が開発されている。例えば、特許文献１には、「人体の頭部の内部構造を、頭蓋骨から形状を採取し、ＣＴ画像データからの光造形モデルも参考にして再現した医療トレーニング用人体頭部模型であって、生体と類似した触感感覚を感じられるようにするために複数の材料を用いて複合させた構造であり、該人体頭部模型の一部又は複数部分を、前記部分と形状が同一又は異なる部品と交換可能であり、該交換可能部分とその周辺部分との間隙に圧力検知部を備え、該人体頭部模型に外部からかかる圧力を検出することを特徴とする医療トレーニング用人体頭部模型」が開示されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示の人体頭部模型は、内視鏡を用いた診断および手術などの高度な技能が要求される分野、特に、内視鏡による鼻腔内の診断および手術などの技能修得用トレーニングに用いるものであり、脳モデルに関するものではない。
【０００７】
また、当該分野では、実際の脳に近い触感、および、ある程度類似した押圧時の硬さ（圧縮弾性率）を有するポリアクリル酸ゲルを使用した脳モデルが知られているが、これは押圧後の回復挙動が実際の脳とは大きく異なる。
【特許文献１】特許第３８４５７４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、触感だけでなく、生体脳の力学的特性、特に押圧後の回復挙動を忠実に再現した脳モデルの提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記課題に鑑み鋭意検討した結果、ウレタンゲル層上にラテックス層を被覆してなる２層構造を有する脳モデルが、実際の生体脳とほぼ同一の力学的特性、特に押圧後の回復挙動を示すことを見出し、本発明を完成するに至った。従って、本発明は以下を提供する。
【００１０】
［１］ 深さ１０ｍｍまで押圧し、１０秒後の回復率が、該深さ１０ｍｍに対して、８０〜９５％である、脳モデル。
［２］ 深さ１０ｍｍまで押圧し、２０秒後の回復率が、該深さ１０ｍｍに対して、９０〜９５％である、上記［１］に記載の脳モデル。
［３］ 深さ１０ｍｍまで押圧し、２５秒後の回復率が、該深さ１０ｍｍに対して、９０〜９５％である、上記［１］または［２］に記載の脳モデル。
［４］ ラテックス層およびウレタンゲル層を含む２層構造を有し、該ラテックス層が該ウレタンゲル層を被覆する、上記［１］〜［３］のいずれか１項に記載の脳モデル。
［５］ 前記ウレタンゲル層が、
成分（Ａ）：ポリエステルポリオール、および
成分（Ｂ）：ヘキサメチレンジイソシアネート
を混合して使用する２液ポリウレタンから形成される、上記［４］記載の脳モデル。
［６］ 前記成分（Ａ）および前記成分（Ｂ）の重量比が、１００：４５〜１００：５０［成分（Ａ）：成分（Ｂ）］である、上記［５］記載の脳モデル。
［７］ 前記成分（Ａ）および前記成分（Ｂ）の重量比が、１００：４７［成分（Ａ）：成分（Ｂ）］である、上記［６］記載の脳モデル。
［８］ 前記成分（Ａ）が、３−メチル−１，５−ペンタジオールおよびアジピン酸から形成されるポリエステルポリオールである、上記［５］〜［７］のいずれか１項に記載の脳モデル。
［９］ ラテックス層の厚みが５０〜３００μｍである、上記［４］〜［８］のいずれか１項に記載の脳モデル。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の脳モデルは、実際の生体脳とほぼ同一の力学的特性、特に押圧後の回復挙動を示すので、これまで実習が困難であったヒト生体脳の代替として非常に有用である。また、本発明の脳モデルは、既存のコンピュータグラフィックス等の仮想モデリングを遙かに凌駕し、実物に近い触感を再現することができるので、医学生および経験の浅い外科医等を対象とした実際に手術用器具を用いた教育および訓練が可能となった。さらに、本発明の脳モデルでは、ラテックス層を用いることによって、実際の脳の触感および形状を忠実に再現することができ、さらに、ＣＴ画像データを併用することによって、患部の状態をも容易に再現することができるので、非常に実用性および応用性がある。また、本発明の脳モデルは、例えば、医師が患者に対して症状や手術方法等を説明するインフォームド・コンセント用模型や、医師間での術前における手術戦略用の模型としても活用できる。また、本発明の脳モデルに使用したウレタン複合材料、すなわち、深さ１０ｍｍまで押圧し、１０秒後の回復率が、押圧した深さ（すなわち、押し込み量）１０ｍｍに対して、８０〜９５％である材料は、その特殊な力学的特性から、低反発材、衝撃吸収材、緩衝材などの材料として利用することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の脳モデルは、図１に示す通り、ウレタンゲル層上にラテックス層を被覆してなる２層構造を有することを特徴とし、深さ１０ｍｍまで押圧した場合、１０秒後の回復率が押圧した深さ１０ｍｍに対して８０〜９５％であり、実際の生体脳とほぼ同じ力学的特性、特に押圧後の回復挙動を示すことができる。
【００１３】
本発明の脳モデルは、
脳組織表面の形状を再現した型にラテックス水溶液を塗布してラテックス層を形成する工程（以下、第１工程）；および
２液ポリウレタンを充填してウレタンゲル層を形成する工程（以下、第２工程）；
を包含する方法によって製造することができる。
【００１４】
第１工程：ラテックス層の形成
第１工程によって形成されるラテックス層は脳組織表面の形状および触感を忠実に再現することができる。第１工程に使用する型は、脳表面の溝の形状、深さ、表面下の空洞形状などを忠実に再現した型であれば特に制限はない。また、型を構成する材料としては、特に限定はないが、例えば、シリコーン樹脂、石膏などが挙げられ、特に、脳形状の再現性および操作性の観点から、シリコーン樹脂が特に好ましい。また、本発明において、凹型および凸型を使用してもよい。さらに、ＣＴ画像データを利用して型を作製することも可能であり、この場合、患者の術部を忠実に再現することができるので非常に有益である。
【００１５】
ラテックス層の厚みは、好ましくは５０〜３００μｍであり、ラテックス層の厚みが５０〜３００μｍであると脳組織表面の形状および触感を忠実に再現することができる。
【００１６】
使用するラテックスは、水溶液を容易に形成することができれば特に限定はなく、市販のラテックス（例えば、（株）レジテックス製Ｓ−５００（天然ゴム加硫型）、（株）レジテックス製ＮＲＬＡＴＥＸ（天然ゴム非加硫型）、市川ゴム工業（株）製ＡＲＴ−ＴＥＸ（加硫剤入り）、クォー・ユー化成（有）製Ｌ−５０００など）などが挙げられる。なかでも、（株）レジテックス製Ｓ−５００（天然ゴム加硫型）を使用すると、脳組織表面の形状および触感をより忠実に再現することができるので好ましい。
【００１７】
均質なラテックス層を形成するためには、上記ラテックスを水溶液として塗布することが好ましい。
【００１８】
ラテックス水溶液を型に塗布し、室温（１０℃〜３５℃）で放置することによってラテックス層を形成する。このとき必要に応じて加温または風乾を行ってもよい。
【００１９】
第２工程：ウレタンゲル層の形成
第１工程で形成したラテックス層上に、成分（Ａ）：ポリエステルポリオールおよび成分（Ｂ）：ヘキサメチレンジイソシアネートを混合して使用する２液ポリウレタンを充填してウレタンゲル層を形成する。
【００２０】
成分（Ａ）のポリエステルポリオールとしては、特に限定はなく、例えば、３−メチル−１，５−ペンタジオールおよびアジピン酸から形成されるポリエステルポリオールが好ましい。また、当業者に公知の方法に従って合成してもよく、市販のポリエステルポリオールを使用してもよい。
【００２１】
成分（Ｂ）のヘキサメチレンジイソシアネートとしては、特に限定はなく、当業者に公知の方法に従って合成することもできるが、市販のヘキサメチレンジイソシアネートを使用してもよい。
【００２２】
なお、本発明で使用することのできる２液ポリウレタンは、成分（Ａ）が主剤であり、成分（Ｂ）が硬化剤であり、形成されるウレタンゲルの力学的特性は、主に、成分（Ａ）および成分（Ｂ）の配合量に依存する。
【００２３】
成分（Ａ）および成分（Ｂ）の重量比は、１００：４５〜１００：５０が好ましく、最も好ましくは１００：４７［成分（Ａ）：成分（Ｂ）］である。成分（Ａ）および成分（Ｂ）の重量比が１００：４７［成分（Ａ）：成分（Ｂ）］の場合、ヒト生体脳に最も近い力学的特性を与えることができる。なお、成分（Ａ）および成分（Ｂ）の重量比が、１００：４３［成分（Ａ）：成分（Ｂ）］の場合、ブタ生体脳に最も近い力学的特性（特に、回復挙動）を与えることができる。
【００２４】
成分（Ａ）および成分（Ｂ）を上記配合量で予備混合して混合液を調製し、上記ラテックス層が形成された型に混合液を充填する。予備混合の際、硬化の観点から、主剤である成分（Ａ）に硬化剤である成分（Ｂ）を添加して均一に混合することが好ましい。また、予備混合の際、着色剤を添加してウレタンゲルを着色することも可能である。例えば、主剤である成分（Ａ）に着色剤を添加し、その後、硬化剤である成分（Ｂ）を添加して混合することによって均一に着色することができる。着色剤としてはウレタン系着色剤が好ましく、２液ポリウレタン中に均一に混合することができる。
【００２５】
充填後、加熱硬化（４０〜８０℃、好ましくは約６０℃）することによってウレタンゲル層を形成することができる。硬化後、型を取り外すことによって、本発明の脳モデル（本願明細書中、ウレタン複合材料と呼ぶ場合もある）を得ることができる。
【００２６】
以下、本発明の脳モデルの力学的特性の評価について詳細に説明する。
【００２７】
力学的特性の評価：回復挙動測定
本発明の脳モデルの力学的特性は、主に、回復挙動測定によって評価することができる。図２は、本発明で採用する回復挙動測定方法を模式的に示す図である。回復挙動測定では、まず、円筒形ジグ（直径：２０ｍｍ、長さ：１２ｍｍ、重さ：２．２６ｇ）を用いて本発明の脳モデルを押圧し、ジグの底面が深さ１０ｍｍにまで達した時点、すなわち、押し込み量が１０ｍｍの時点で荷重負荷を停止し、レーザー変位計（例えば、キーエンス製 ＬＣ２１００など）を用いて、変形した脳モデルの形状の回復に伴う押し込み量の変化を経時的に測定する。
【００２８】
脳モデルの回復挙動は、押し込み量（ｍｍ）の変化から、回復率（％）として表すことができる。
回復率（％）＝［測定時の押し込み量（ｍｍ）］／
［測定開始時（０秒）での押し込み量（すなわち１０ｍｍ）］×１００
【００２９】
一般に、ヒト生体脳は、変形後、瞬時には戻らず、少なくとも１０〜２０秒間かけて原形へと戻る力学的特性を有する。本発明の脳モデルは、深さ１０ｍｍまで押圧し、上述の通り回復挙動を測定すると、１０秒後の回復率は、深さ１０ｍｍに対して、８０〜９５％であり、ヒト生体脳に近い回復挙動を示す。
【００３０】
本発明の脳モデルは、上述ウレタンゲルの使用によって生体脳の力学的特性、特に押圧後の回復挙動を忠実に再現することができる。ただし、本発明の脳モデルではウレタンゲルが実際の生体脳とは異なる粘着性（タック感）を有するので、ラテックス層による被覆が必要である。このようにウレタンゲル層上にラテックス層を被覆することによって、実際の生体脳の力学的特性だけでなく、触感および形状をも忠実に再現することができる。また、本発明の脳モデルは、より忠実に生体脳を再現するために、適切な弾力性および触感を有する市販のシリコーンチューブを用いて脳血管を作製して設置してもよく、さらに着色してもよい。
【００３１】
本発明を以下の実施例でさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
【実施例】
【００３２】
製造例１：型の作製
ヒト頭蓋骨から形状を採取し、ＣＴ画像データからの光造形モデルを用いて、脳組織表面形状を再現した型を作製した。このとき、脳組織表面形状に現れる多数の溝（脳表面における溝の幅よりも、脳内部の溝の底部の幅が大きく、表面からなだらかに幅が大きくなるような構造をしている）を忠実に再現した。
【００３３】
製造例２：ラテックス水溶液の調製
（株）レジテックス製Ｓ−５００（天然ゴム加硫型ラテックス）を水に溶解してラテックス水溶液を調製した。
【００３４】
製造例３：２液ポリウレタンの調製
２液ポリウレタンとして、以下の成分（Ａ）および成分（Ｂ）を使用した。
成分（Ａ）：３−メチル−１，５−ペンタジオールとアジピン酸からなるポリエステルポリオール（分子量：１０００）
成分（Ｂ）：ヘキサメチレンジイソシアネートプレポリマー（溶剤として、マレイン酸 ジ２−エチルヘキシルを含有）
【００３５】
実施例１：脳モデルの作製
製造例１で作製した型に製造例２で調製したラテックス水溶液を薄く均一に塗布し、室温（約２０℃）にて自然乾燥させ、外皮のラテックス層（厚み：５０〜３００μｍ）を形成した。
製造例３の２液ポリウレタンを成分（Ａ）：成分（Ｂ）＝１００：４５の重量比で混合し、上記のラテックス皮膜処理した型に流し込み、６０℃で３０分間硬化させた。混合の際、主剤である成分（Ａ）に対してウレタン系着色剤（ミクニペイント株式会社製、ポリデュール）を添加し、その後、硬化剤である成分（Ｂ）を添加し、混合することによって均一に着色した（肌色）。
硬化後、型を外して脳モデルを得た。
実施例２：脳モデルの作製
製造例３の２液ポリウレタンを成分（Ａ）：成分（Ｂ）＝１００：４７の重量比で混合したことを除いて、実施例１と同様に脳モデルを作製した。
実施例３：脳モデルの作製
製造例３の２液ポリウレタンを成分（Ａ）：成分（Ｂ）＝１００：５０の重量比で混合したことを除いて、実施例１と同様に脳モデルを作製した。
比較例１：脳モデルの作製
製造例３の２液ポリウレタンを成分（Ａ）：成分（Ｂ）＝１００：４３の重量比で混合したことを除いて、実施例１と同様に脳モデルを作製した。
【００３６】
比較例２：従来の脳モデル（ポリアクリル酸ゲル製）
モノマー溶液濃度が１０重量％となるようにアクリル酸（ナカライテスク株式会社製）を蒸留水に溶解した。次いで、架橋剤としてＮ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド（ＭＢＡ、ナカライテスク株式会社製）をモノマーに対して０．７５モル％加え、さらに開始剤として過硫酸アンモニウム（ＡＰＳ、和光純薬工業株式会社製）を０．５モル％加え、モノマー溶液を調製した。
上記で調製したモノマー溶液を製造例１で作製した型に流し込み、７０℃に保った恒温水槽中で４時間重合反応を行った。重合反応によって生成したポリアクリル酸ゲルを型から取り出し、蒸留水で洗浄して未反応モノマーおよび開始剤残渣を除去した。その後、ポリアクリル酸ゲルを蒸留水中に浸漬し、平衡に達するまで膨潤させて脳モデルを作製した。
【００３７】
触感評価
ベテラン脳神経外科医（合計１７名）が実施例および比較例の脳モデルに触れ、その触感が最もヒト生体脳に近いものを選択した。結果を以下の表に示す。
【００３８】
【表１】
【００３９】
結果、実施例１〜３の脳モデル［成分（Ａ）：成分（Ｂ）＝１００：４５〜１００：５０（重量比）］は、ヒト生体脳に近い触感を有し、特に、実施例２［成分（Ａ）：成分（Ｂ）＝１００：４７（重量比）］の脳モデルは最もヒト生体脳に近い触感を有することが分かった。
【００４０】
力学的特性評価：回復挙動測定（回復率（％）と時間（秒）との関係）
ヒト生体脳は、一般に、変形後、瞬時には戻らず、少なくとも１０〜２０秒間かけて原形へと戻る力学的特性を有する。本発明の実施例１〜３および比較例１〜２の脳モデルについて、力学的特性を上述の回復挙動測定に基づいて評価した。
【００４１】
図２に示す通り、円筒形ジグ（直径：２０ｍｍ、長さ：１２ｍｍ、重さ：２．２６ｇ）を用いて脳モデルを押圧し、ジグの底面が深さ１０ｍｍにまで達した時点、すなわち、押し込み量が１０ｍｍの時点で荷重負荷を停止し、レーザー変位計（キーエンス製 ＬＣ２１００）を用いて、形状の回復に伴う押し込み量の変化を経時的に測定した。
【００４２】
図３において、実施例１〜３および比較例１〜２の脳モデルの回復挙動を回復率（％）と時間（秒）との関係に基いて示す（縦軸：回復率（％）、横軸：時間（秒）、実施例１（・）（小丸）、実施例２（●）（大丸）および実施例３（◆）ならびに比較例１（▲）および比較例２（■））。
【００４３】
従来の脳モデル（比較例２）では、０．０４秒後の回復率がほぼ１００％であり、実際のヒト生体脳の回復挙動とは大きく異なる。
【００４４】
本発明の脳モデル（実施例１〜３）では、図３のグラフに示す通り、５秒後の回復率が７５〜９０％、１０秒後の回復率が８０〜９５％、１５秒後の回復率が８５〜９５％、２０秒後の回復率が９０〜９５％、２５秒後の回復率も９０〜９５％であり、特に、１０秒後の回復率が８０〜９５％、２０秒後の回復率が９０〜９５％であり、少なくとも１０〜２０秒間かけてゆっくりとその形状が回復することから、本発明の脳モデルはヒト生体脳に近い回復挙動を示すことが分かった。また、このことから、１０〜２５秒間に回復率が９０％に達する脳モデルがヒト生体脳に最も近いことも分かった。また、比較例１の脳モデルは、１０秒後の回復率が７５％未満であり、２５秒後の回復率が約８０％であり、２５秒後でさえも回復率が９０％に届かず、ヒト生体脳とは異なる回復挙動を示すことが分かった。
【００４５】
押圧後の回復挙動：荷重（ｇ）と押し込み量（ｍｍ）との関係
本発明では、さらに、脳モデルの押圧後の回復挙動を荷重（ｇ）と押し込み量（ｍｍ）との関係に基づいて検証した。鉛直下方に可動する円筒形ロッドを備えた圧縮試験装置（ロッド断面積：７．０７ｍｍ２、圧縮速度：０．９９６ｍｍ／秒）（図６）を用いて実施例１〜３および比較例１〜２の脳モデルの押圧後の回復挙動を測定した。図４は、実施例１〜３および比較例１〜２の脳モデルの押圧後の回復挙動を示すグラフである（ｙ軸：荷重（ｇ）、ｘ軸：押し込み量（ｍｍ））。
実施例１（・）の脳モデルは、二次関数：ｙ＝２．２１３３ｘ２＋０．５１０７ｘ、
実施例２（●）の脳モデルは、二次関数：ｙ＝０．９５０２ｘ２＋２．３５９６ｘ、
実施例３（◆）の脳モデルは、二次関数：ｙ＝１．３４１１ｘ２＋４．４４１ｘ、
比較例１（▲）の脳モデルは、二次関数：ｙ＝０．８１３７ｘ２−０．３０１３ｘ、
比較例２（■）の脳モデルは、一次関数：ｙ＝１．２２２８ｘ
で示される挙動を有することが分かった（ただし、ｘ＝０〜１０）。
【００４６】
実際のヒト生体脳の押圧後の回復挙動に関して、荷重（ｇ）をｙ軸にとり、押し込み量（ｍｍ）をｘ軸にとると、両者の関係は一般に二次関数で示される。上述の通り、実施例１〜３の脳モデルの押圧後の回復挙動はすべて二次関数で表され、実際のヒト生体脳の挙動に酷似していることが分かった。なお、比較例２の脳モデルは、従来の脳モデルであり、その押圧後の回復挙動は一次関数で表され、実際のヒト生体脳の挙動とは全く異なることが分かった。
【００４７】
また、比較例１の脳モデルも二次関数（ｙ＝０．８１３７ｘ２−０．３０１３ｘ）で示される回復挙動を示すが、これは、ブタ生体脳の回復挙動（ｙ＝０．９９６８ｘ２−１．１４１６ｘ）に酷似していることが分かった（図４、比較例１（▲）、ブタ生体脳（○）（白丸））。
【００４８】
押圧時の挙動：荷重（ｇ）と押し込み量（ｍｍ）との関係
本発明では脳モデルの押圧時（押し込み時）の挙動についても検証した。実施例１〜３および比較例１〜２の脳モデルの押圧時の挙動を上記の圧縮試験装置（ロッド断面積：７．０７ｍｍ２、圧縮速度：０．９９６ｍｍ／秒）を用いて測定した。図５は、実施例１〜３および比較例１〜２の脳モデルの押圧時の挙動を示すグラフである（ｙ軸：荷重（ｇ）、ｘ軸：押し込み量（ｍｍ））。
実施例１（・）の脳モデルは、二次関数：ｙ＝０．４５１４ｘ２＋１．６２６６ｘ、
実施例２（●）の脳モデルは、二次関数：ｙ＝０．６６４８ｘ２＋１．８７０８ｘ、
実施例３（◆）の脳モデルは、二次関数：ｙ＝０．６３０７ｘ２＋４．７６０６ｘ、
比較例１（▲）の脳モデルは、二次関数：ｙ＝０．４５１１ｘ２＋０．１６０３ｘ、
比較例２（■）の脳モデルは、一次関数：ｙ＝１．０６２４ｘ
で示される挙動を有することが分かった（ただし、ｘ＝０〜１０）。
【００４９】
実際のヒト生体脳の押圧時の挙動は二次関数で示される。上述の通り、実施例１〜３の脳モデルの押圧時の挙動はすべて二次関数で表され、実際のヒト生体脳の押圧時の挙動に酷似していることが分かった。なお、比較例２の脳モデルは、従来の脳モデルであり、その押圧時の挙動は一次関数で表され、実際のヒト生体脳の押圧時の挙動とは全く異なることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の脳モデルは、上述の通り、実際の生体脳とほぼ同一の力学的特性、特に押圧時の挙動および押圧後の回復挙動を示すので、これまで実習が困難であったヒト生体脳の代替として非常に有用である。また、本発明の脳モデルは、既存のコンピュータグラフィックス等の仮想モデリングを遙かに凌駕し、実物に近い触感を再現することができるので、医学生および経験の浅い外科医等を対象とした実際に手術用器具を用いた教育および訓練が可能となる。さらに、本発明の脳モデルでは、ラテックス層を用いることによって、実際の脳の触感および形状を忠実に再現することができ、さらに、ＣＴ画像データを併用することによって、患部の状態をも容易に再現することができるので、非常に実用性および応用性がある。また、本発明の脳モデルは、例えば、医師が患者に対して症状や手術方法等を説明するインフォームド・コンセント用模型や、医師間での術前における手術戦略用の模型としても活用できる。また、本発明の脳モデルに使用したウレタン複合材料、すなわち、深さ１０ｍｍまで押圧し、１０秒後の回復率が、押圧した深さ（すなわち、押し込み量）１０ｍｍに対して、８０〜９５％である材料は、その特殊な力学的特性から、低反発材、衝撃吸収材、緩衝材などの材料として利用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、本発明の脳モデルの概略図である。
【図２】図２は、本発明の脳モデルの力学的特性を評価するための回復挙動測定方法を示す模式図である。
【図３】図３は、実施例１〜３および比較例１〜２の脳モデルの回復挙動を回復率（％）と時間（秒）との関係で示すグラフである（実施例１（・）（小丸）、実施例２（●）（大丸）および実施例３（◆）ならびに比較例１（▲）および比較例２（■））。
【図４】図４は、実施例１〜３および比較例１〜２の脳モデルの回復挙動を荷重（ｇ）と押し込み量（ｍｍ）との関係で示すグラフである（実施例１（・）（小丸）、実施例２（●）（大丸）および実施例３（◆）ならびに比較例１（▲）および比較例２（■））。
【図５】図５は、実施例１〜３および比較例１〜２の脳モデルの押圧時（押し込み時）の挙動を荷重（ｇ）と押し込み量（ｍｍ）との関係で示すグラフである（実施例１（・）（小丸）、実施例２（●）（大丸）および実施例３（◆）ならびに比較例１（▲）および比較例２（■））。
【図６】図６は、圧縮試験装置の概略図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
深さ１０ｍｍまで押圧し、１０秒後の回復率が、該深さ１０ｍｍに対して、８０〜９５％である、脳モデル。
【請求項２】
深さ１０ｍｍまで押圧し、２０秒後の回復率が、該深さ１０ｍｍに対して、９０〜９５％である、請求項１に記載の脳モデル。
【請求項３】
深さ１０ｍｍまで押圧し、２５秒後の回復率が、該深さ１０ｍｍに対して、９０〜９５％である、請求項１または２に記載の脳モデル。
【請求項４】
ラテックス層およびウレタンゲル層を含む２層構造を有し、該ラテックス層が該ウレタンゲル層を被覆する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の脳モデル。
【請求項５】
前記ウレタンゲル層が、
成分（Ａ）：ポリエステルポリオール、および
成分（Ｂ）：ヘキサメチレンジイソシアネート
を混合して使用する２液ポリウレタンから形成される、請求項４記載の脳モデル。
【請求項６】
前記成分（Ａ）および前記成分（Ｂ）の重量比が、１００：４５〜１００：５０［成分（Ａ）：成分（Ｂ）］である、請求項５記載の脳モデル。
【請求項７】
前記成分（Ａ）および前記成分（Ｂ）の重量比が、１００：４７［成分（Ａ）：成分（Ｂ）］である、請求項６記載の脳モデル。
【請求項８】
前記成分（Ａ）が、３−メチル−１，５−ペンタジオールおよびアジピン酸から形成されるポリエステルポリオールである、請求項５〜７のいずれか１項に記載の脳モデル。
【請求項９】
ラテックス層の厚みが５０〜３００μｍである、請求項４〜８のいずれか１項に記載の脳モデル。
【請求項１】
深さ１０ｍｍまで押圧し、１０秒後の回復率が、該深さ１０ｍｍに対して、８０〜９５％である、脳モデル。
【請求項２】
深さ１０ｍｍまで押圧し、２０秒後の回復率が、該深さ１０ｍｍに対して、９０〜９５％である、請求項１に記載の脳モデル。
【請求項３】
深さ１０ｍｍまで押圧し、２５秒後の回復率が、該深さ１０ｍｍに対して、９０〜９５％である、請求項１または２に記載の脳モデル。
【請求項４】
ラテックス層およびウレタンゲル層を含む２層構造を有し、該ラテックス層が該ウレタンゲル層を被覆する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の脳モデル。
【請求項５】
前記ウレタンゲル層が、
成分（Ａ）：ポリエステルポリオール、および
成分（Ｂ）：ヘキサメチレンジイソシアネート
を混合して使用する２液ポリウレタンから形成される、請求項４記載の脳モデル。
【請求項６】
前記成分（Ａ）および前記成分（Ｂ）の重量比が、１００：４５〜１００：５０［成分（Ａ）：成分（Ｂ）］である、請求項５記載の脳モデル。
【請求項７】
前記成分（Ａ）および前記成分（Ｂ）の重量比が、１００：４７［成分（Ａ）：成分（Ｂ）］である、請求項６記載の脳モデル。
【請求項８】
前記成分（Ａ）が、３−メチル−１，５−ペンタジオールおよびアジピン酸から形成されるポリエステルポリオールである、請求項５〜７のいずれか１項に記載の脳モデル。
【請求項９】
ラテックス層の厚みが５０〜３００μｍである、請求項４〜８のいずれか１項に記載の脳モデル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−２４４５１９（Ｐ２００９−２４４５１９Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−８９８９５（Ｐ２００８−８９８９５）
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（５０４１５０４５０）国立大学法人神戸大学 (421)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（５０４１５０４５０）国立大学法人神戸大学 (421)
【Ｆターム（参考）】
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