【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...