【寄稿】

3Dプリンタを用いた立体臓器モデルとその応用

森川 利昭（東京慈恵会医科大学外科学講座教授/東京慈恵会医科大学附属病院呼吸器外科診療部長）

　3Dプリンタは日本の技術者によって原理が発明され，米国で発展した機器である。平面の画像を積み重ねることで，あらゆる立体画像データを正確に造形することができる。主に工業製品の試作目的で使用され，近年日本でも盛んに用いられるようになった。個別での造形が可能であり，一人ひとりの人体データに基づいて造形できることから，今日では医療分野での応用も進められている。CTやMRIデータなどをもとに，実寸大での造形はもちろん，さまざまな縮尺を選び，実際の臓器と同じ形状が再現可能である。最近の機種では必要に応じて樹脂を選択し，複数の樹脂を組み込むこともできる。実質部分を透明の樹脂で造形し，造影剤などで濃淡をつけて内部の脈管部分を造形すれば，中の構造を一覧することができ，臓器の立体構造を理解する助けとなる^1）。

　しかしながら，個々に造形するために時間がかかる，樹脂が比較的高価であるなど，現時点ではその応用に限界もある。本稿では，こうした限界を超え3Dプリンタ技術をさらに医学へと応用していく試みの一つとして，筆者らが進めている手術シミュレーションのための人体モデル作製について紹介したい。

より人体に近い人体モデルの作製が可能に

　これまでの外科手術のトレーニングでは，トレーニングボックスやコンピュータによるシミュレーション，生きた動物を用いたトレーニングなどが主な手段であった。当講座ではより科学的なトレーニング方法を求め，3Dプリンタによる正確な形状の再現性に加え，従来の工業的技法を応用して人体の質感を再現することで，新たな手術シミュレーションモデルを考案した。

　本モデルは臓器の質感を再現した実寸大の解剖モデルで，本体となる胸郭ならびに胸腔内臓器の2つの部分から構成されている（写真❶）。ヒト（ボランティア）の胸部CTデータから3Dプリンタで基本的な造形を行い，さらに注型技術などの工業技術を用いて作製を行った。胸郭部分は肋骨や胸椎，鎖骨，肩甲骨などの骨性胸郭と，それを取り囲む筋肉や皮膚からなる。骨性胸郭は骨の硬さ・弾力性を有しており，筋肉や皮膚も特有の柔らかさを有している。

写真❶：CTデータから3Dプリンタと工業技法を用いて作製した，等寸大の胸郭モデル。胸郭内に実際の臓器を模した臓器モデルを装着して使用する。

　もう一方の胸腔内臓器は両側の肺と肺をつなぐ縦隔臓器，すなわち心臓大血管などからなる。これらの胸腔内臓器は水分を多く含むウェットモデルで，実際の臓器に極めて近い質感を再現している。特に肺は縦隔と一体となり，実際の肺の中と同様の血管や気管支が造形され，肺実質は水分と空気を豊富に含むマシュマロ様となっている。そのため通常の手術のように触診や剝離，切開・縫合やステープリング，さらにはエネルギーデバイスの使用が可能である。血管や気管支を露出してステープリングすることで，肺葉切除や縦隔郭清が行える（写真❷）。

写真❷：胸腔鏡下手術シミュレーションの術野モニター像。実際と同じ手術器具を用い，同じ感覚で手術操作を行える。

　再使用可能な胸郭部分に対し，レトルトパックで供給される臓器部分は使い捨てだが，全て無機質で無害な物質で作製されているため，開封後も腐敗することはなく，エネルギーデバイスなどの使用によっても有害なガスは発生しない。使用する際，胸郭部分に臓器部分を装着する。実際の手術と同様の距離感・質感を得ながら，カメラや手術器具をどこからどのように操作するかといった実際の...