JP7092841B2

JP7092841B2 - 小児骨格模型

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Publication number: JP7092841B2
Application number: JP2020172799A
Authority: JP
Inventors: 昌平岩部
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-10-13
Filing date: 2020-10-13
Publication date: 2022-06-28
Anticipated expiration: 2040-10-13
Also published as: JP2022064202A

Description

本発明は人体の骨格模型に関し、特に、小児の骨格模型に関する。

従来の骨格標本は、屍体骨を元に作成した鋳型から製作されたものであった。近年、人体模型を精密に作製する技術が研究されている。例えば、診断装置であるＣＴ（Computed Tomography）やＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）を用いて生体の三次元データを複数取得する。三次元データを重ね合わせて組織を抽出し、３Ｄプリンタ等のＲＰ（Rapid Prototyping）システムで、それぞれ組織を目的に合わせて、色、透明度、超音波特性、硬さ等の特性を変えて形成し、それらを組み合わせて教育用・診断用の模型を作製することが行われている（特許文献１）。

このようにして作製された従来の人体模型は、成人健常者をモデルとして作られたものがほとんどである。これに対して、医療又は教育を目的として、子供の骨格や障害を理解するための教材又は模型等が、提案されている。

例えば、大人の骨格図が描かれた第１のシートと、子供の骨格図が描かれると共に成長軟骨が示された第２のシートを備えた教材が提案されている（特許文献２）。この教材により、成長前と成長後の骨格を一目で認識することができる。そして、特に成長期の子供達が骨の成長の重要性を容易に理解することが可能となる。

また、小児に特有の骨構造を模型化し、小児に起こる成長軟骨障害や、スポーツ障害として小児に起こる投球障害の野球肩、野球肘の受傷メカニズムと病態を、繰り返し再現可能とした野球肩・野球肘病態再現模型が提案されている（特許文献３）。

しかしながら、一般に入手できる人体模型として、小児骨格を正確に模したものは、現在のところ見当たらない。

特開２０１２－２３０２２６号公報実用新案登録第３１５０４７９号公報特開２０１８－１６９５９６号公報

Epiphyseal Growth Plate Fractures 2007th Edition，ISBN-13: 978-3540338017，ISBN-10: 3540338012

現在、整形外科において、治療又は診断のために骨格の状態を検査するには、一般にレントゲン撮影が利用されている。しかしながら、小児成長期の骨に特徴的な成長軟骨板や骨端の軟骨などの軟骨部分はレントゲン撮影では写らない。そのため、小児の診療において、レントゲン写真のみで小児成長期の骨格の状態を把握することは、経験の浅い医療従事者にとっては、困難な作業である。

また、小児骨格を撮影する手段として、関節造影検査やＭＲＩ等の診断手法があるが、関節造影検査は関節内に注射針を刺して造影剤等を入れるため、侵襲的な検査であり小児の体に影響を与えることがないように、十分な注意が必要である。また、ＭＲＩは円筒状の検査装置の中に１人で入り、長時間不動でいる必要があるため小児で行うには鎮静が必要である。さらには医療費や設備費も高額となるため手軽に実施出来る環境にはなっていない。

医療研修者等が小児骨格について習熟するためには、例えば、レントゲン写真と実際の小児骨格の模型とを用いて、両者を比較しながら、レントゲン写真から骨の形状を推測するトレーニングを行うことが必要である。そのためには、実物の複製に近い小児骨格の模型等の教材が必要であるが、従来市販されている骨格模型は成人骨格を模したものであり、小児骨格の診療の研修教材としては適切ではない。骨端の軟骨等の小児の骨格の特徴を備えた精巧な骨格模型は市販されていない。

特許文献２の教材は、成長軟骨が示された子供の骨格を説明するものであるが、二次元的な図面であるため、小児骨格の立体構造を十分に把握することができない。

また、特許文献３の模型は、成長軟骨や骨端核、各部軟骨等を備えたものであるが、この模型は受傷メカニズムや病態を再現可能とすることを目的としたものであって、各部分が個別に作成されて、動作・変形が認識できるように組み立てられたものであり、レントゲン写真と対比して小児骨格の特徴を把握することができる模型ではない。

従って、上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、小児の骨格構造を容易に把握することが可能な、小児骨格模型を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明に係る小児骨格模型は、骨組織部が不透明素材で構成され、軟骨部が透明素材で構成されていることを特徴とする。

また、前記小児骨格模型は、前記軟骨部内に、不透明素材で構成した骨端核部が配置されていることが望ましい。

また、前記小児骨格模型は、小児骨格の年齢を示す表示が付されていることが望ましい。

また、前記小児骨格模型は、長管骨である上腕骨、橈骨、尺骨、大腿骨、脛骨、腓骨の少なくとも１つの模型、もしくその部分の模型、もしくは前記長管骨又はその部分の組み合わせからなる関節を模した模型であることが望ましい。

また、前記小児骨格模型は、前記骨組織部及び前記軟骨部の少なくとも一方が、骨折を再現した形状であってもよい。

本発明における小児骨格模型によれば、小児の骨格構造を容易に把握することができる。

小児骨格の上腕骨の遠位部の切断標本を描いた図である。上腕骨の遠位部の構造を、年齢ごとに描いた図である。上腕骨の近位部の構造を、年齢ごとに描いた図である。大腿骨の近位部の構造を、年齢ごとに描いた図である。一実施形態の小児骨格模型の要部の例を示す図である。一実施形態の小児骨格模型の全体構造の例を示す図である。

まず、小児の骨格の特徴について、図面を用いて説明する。

図１は、小児骨格の上腕骨の遠位部（肘）の切断標本を描いた図である。上腕骨の骨幹と骨幹端の骨組織１の先端に骨端の軟骨２が存在する。また、骨端の軟骨２の内部に、骨化中心となる骨端核３が存在する。このように、小児の骨格の骨端部は軟骨２でできており、既に述べたように軟骨部分はレントゲン写真に写らない。したがって、レントゲン像と実際の骨形状とは異なったものになる。レントゲン写真では、骨幹端部の骨組織１までが白く写り、また、それから離れて骨端核３が、浮いているように写る。実際の骨の外形や関節面の形状は写らない。

次に、小児骨格の特徴として、骨端の軟骨２と骨端核３の形状・構造が、年齢とともに経時的に変化することがあげられる。図２は、上腕骨の遠位部の構造を、年齢ごとに描いた図である（参考：非特許文献１）。０～１歳では、骨組織１の先端に骨端の軟骨２のみが存在する。２～４歳、５～７歳、８～９歳、１０～１２歳では、骨端の軟骨２の中に骨端核３が発生し、年齢と共に成長する。１３歳頃には骨組織１と骨端核３とがほぼ一体化し、成人の骨格に近くなる。

図３は、上腕骨の近位部の構造の年齢による変化を示した図である（参考：非特許文献１）。新生児では、骨組織１の先端に骨端の軟骨２のみが存在する。生後７か月になると、骨端の軟骨２の中に骨端核３が発生する。

図４は、大腿骨の近位部の構造を、年齢ごとに描いた図である（参考：非特許文献１）。生後２か月では骨組織１の先端に骨端の軟骨２のみが存在する。生後８か月頃に骨端核３が発生し、２歳、７歳、１５歳と年齢と共に骨端核３が成長し、次第に骨端全体が骨となっていく様子が見て取れる。

このように、図２～図４を参照すると、いずれの骨格部分においても、骨格の外形状は大きく変化しないが、骨幹端の形状（骨組織１）、骨端の軟骨２の形状、骨端の軟骨２の中に占める骨端核３の形状及び大きさは、年齢とともに変化している。それゆえに、骨組織１と骨端核３のみが投影像として写る平面のレントゲン写真から、軟骨を含めた骨の形の立体像を把握することは容易ではない。それができるようになるには年齢ごとに骨幹端（骨組織１）、骨端の軟骨２と骨端核３の形状と立体的な位置を覚えるトレーニングが必要である。したがって、本発明は、レントゲン写真に写る骨組織１及び骨端核３の投影像から、レントゲン写真に写っていない骨端の軟骨２を含めた全体の骨形状をイメージとして再現し、それぞれの対応関係を立体的に把握できるようにするための、小児骨格模型を提供する。

なお、このような骨端の軟骨と骨端核が変化するのは、上述した腕や脚の骨に限られず、手や足、骨盤等、全身の様々な骨で同様な成長がおきる。したがって、小児骨格の模型は、体の各所の骨ごとに、成長過程ごとに作製することが望ましい。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図５に、本発明の実施形態である小児骨格模型の要部の例を示す。図５は、例えば、小児の上腕骨の模型の遠位端の拡大図である。骨幹と骨幹端部の骨組織１を模した骨組織部１０は不透明素材で形成され、骨端の軟骨２を模した軟骨部２０は透明素材で形成されており、両者は一体化している。さらに、軟骨部２０の透明素材内部には、骨端核３を模した骨端核部３０が不透明素材で形成されて封入されている。したがって、骨端核部３０は軟骨部２０の中で透けて見える。各部の形状・配置は、実際の小児骨格の画像データを元に作製される。

骨組織部１０及び骨端核部３０を構成する不透明素材は、色や材質を限定するものではないが、実際の骨組織に類似した白色乃至薄い黄色の素材が望ましい。また、素材は石灰質材料や硬質プラスチック等、一定程度の硬さを有する素材が望ましい。

軟骨部２０を構成する透明素材は、色や材質を限定するものではないが、内部の骨端核部３０の形状・配置が認識できるように、無色透明又は少なくとも後ろ側が透けて見える程度の透光性を有する素材が望ましい。具体的には、例えば、透明樹脂等の材料を固化させた素材が望ましい。

図６に、本発明の実施形態である小児骨格模型の全体構造の例を示す。本実施形態の小児骨格模型は、例えば、小児の上腕骨の模型である。近位端の軟骨部２０～骨幹の骨組織部１０～遠位端の軟骨部２０を含む全体を、一つの模型としている。さらに、透明素材からなる軟骨部２０の内部には、不透明素材の骨端核部３０が配置されている。図６には、０歳児の骨格模型、６歳児の骨格模型、及び１２歳児の骨格模型が、それぞれ示されている。小児骨格は年齢とともに大きく変化するから、骨格模型は年齢別に作製する。例えば、同じ個所の骨について、４～５世代の年齢について作製するのが望ましい。なお、骨の全体形状を把握するためには、図６のように全体の模型がよいが、全体模型は必須ではない。例えば、関節部を把握するためには、図５のように要部（部分）のみの小児骨格模型としてもよい。

各年齢の骨格模型とレントゲン写真とを対比することにより、レントゲン写真に写った骨組織１及び骨端核３から、骨端の軟骨２の形状（骨の外形）とそれぞれの位置関係を容易に把握することができる。ひいては、レントゲン写真から正常と異常の判断ができるようになる。

また、各骨格模型のいずれかの位置（例えば、骨組織部１０の中央部）に、何歳（又は何か月）の小児骨格の模型であるか、小児骨格の年齢を示す表示（数字、記号等）を付してもよい。年齢を示す表示を付すことにより、年齢把握が容易になり、小児骨格模型を用いた学習効率を高めることができる。

本実施形態では、上腕骨の模型について説明したが、全ての骨について、本発明に基づいて骨格模型を作製できる。例えば、上述した上肢については、上腕骨以外にも、橈骨、尺骨の骨格模型を作製することができる。また、長管骨である上腕骨、橈骨、尺骨の骨格模型（又はその部分模型）を組み合わせて隣接配置し、肘関節を模した模型としてもよい。関連する骨の模型を組み合わせることにより、それぞれの骨の関節面を容易に把握することができる。

また、骨格模型の骨組織部１０及び軟骨部２０の少なくとも一方を、骨折を再現した形状としてもよい。典型的な骨折を再現した模型を作成することにより、骨折時のレントゲン写真を読影するための研修用模型を作成することができる。

さらに、腕の骨に限られず、下肢の長管骨（大腿骨、脛骨、腓骨）、手の中手骨や指骨、足の中足骨や趾骨、骨盤や肩甲骨等、全身の様々な骨で同様に模型を作製することができる。特に、年齢と共に骨端の軟骨と骨端核が変化する骨について、成長過程ごとに小児骨格模型を形成することが望ましい。

小児骨格の模型は、ＣＴやＭＲＩを用いて小児骨格の正確な三次元データを取得し、取得した三次元データに基づいて、体の各所の骨の設計データを作成することが望ましい。また、小児骨格模型は、骨格の形状が正確であれば、任意のサイズで作製することができるが、小児骨格の学習のためには実物大で作製することが望ましい。

本実施形態の小児骨格模型の製造方法については、骨端核部３０が封入された透明素材（例えば、透明樹脂）からなる軟骨部２０と、骨組織部１０とを別々に作製し、両者を接着して一体化することで形成することができる。例えば、骨組織部１０は鋳型から製造してもよい。また、ＭＲＩやＣＴで取得したデータに基づいて、小児骨格の三次元設計データを予め作成し、これを例えば３Ｄプリンタに入力して、小児骨格模型を一度の処理で形成することもできる。このとき、骨組織部１０及び骨端核部３０と、軟骨部２０とは、色及び透明度が異なる材料を用いることにより、全体を一体形成することができる。なお、最終的に、図５及び図６に示すような模型構造が得られれば、任意の製造方法を用いることができる。

上記の実施の形態では、小児骨格模型の構造について説明したが、本発明はこれに限らず、小児骨格模型の製造方法として構成されてもよい。例えば、小児の骨の三次元データを取得する工程と、取得した三次元データに基づいて、骨の三次元設計データを作成する工程と、作成された三次元設計データを３Ｄプリンタに入力し、骨組織部が不透明素材からなり、軟骨部が透明素材からなる小児骨格模型を作製するステップとを備えた、小児骨格模型の製造方法として構成されても良い。

上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

１骨組織
２骨端の軟骨
３骨端核
１０骨組織部
２０軟骨部
３０骨端核部

Claims

骨組織部が不透明素材で構成され、軟骨部が透明素材で構成されていることを特徴とする、小児骨格模型。
請求項１に記載の小児骨格模型において、
前記軟骨部内に、不透明素材で構成した骨端核部が配置されていることを特徴とする、小児骨格模型。
請求項１又は２に記載の小児骨格模型において、
小児骨格の年齢を示す表示が付されていることを特徴とする、小児骨格模型。
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の小児骨格模型において、
前記小児骨格模型は、長管骨である上腕骨、橈骨、尺骨、大腿骨、脛骨、腓骨の少なくとも１つの模型、もしくはその部分の模型、もしくは前記長管骨又はその部分の組み合わせからなる関節を模した模型であることを特徴とする、小児骨格模型。
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の小児骨格模型において、
前記骨組織部及び前記軟骨部の少なくとも一方は、骨折を再現した形状であることを特徴とする、小児骨格模型。