Development of Ultra-Fast, Ultra-inexpensive Innovative Manufacturing of Organ Models for Surgical Simulation

开发超快速、超廉价的外科模拟器官模型创新制造

• 批准号: 21K12103
• 负责人: 川上 勝
• 金额: $ 2万
• 依托单位: Yamagata University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K12103/
• 关键词: ３Dプリンター; ハイドロゲル; 臓器モデル; 手術シミュレーション; レーザーカッター

令和４年度の研究では、UVレーザーの照射により溶液を加熱し、澱粉の糊化を利用した３D造形を試みた。使用したUVの波長（405nm）では、澱粉溶液が光を吸収しないため、黄色系の食用色素などを添加する必要が有ることが分かった。また糊化された部分も、透明度に欠け、臓器モデルの透視の機能を持つことが困難であることが分かったため、デンプンでは無い凝固因子を検討した。具体的には、多糖の一種であるカードランを用いて、レーザー加熱による凝固反応を用いた造形を試した。その結果、熱による凝固は確認されたが、デンプンと同様に、UVレーザーでは効果的に温度上昇を起こすことが困難であり、色素の添加が必要であった。また造形されたゲルの強度が低く、透明度も劣るため、３D造形の材料としては適していないことを確認した。そのため、造形原理として熱による凝固では無く、UV光による光架橋反応を利用したゲルの造形を検討した。アクリルアミド系のハイドロゲルを用いて、UVによる造形を行い、その後に白く白濁させたい部分には、別途加熱のみを目的とした照射光を当てる方式をとる方式を検討した。そのため、３Dプリンタは、光架橋を起こすためのUV光照射光源と、材料を加熱できる、可視光域の波長を持った光源を備えた構成となる。基礎となる３Dプリンタ筐体は、ステージが動く方式では無く、ノズル部がXY方向に走査する方式が適していると判明したたため、令和４年度では、「coreXY」と呼ばれる方式のプリンタを導入し、この制御基板を、２波長の光源を制御可能な方式に変換し、実際に稼働する２波長ゲル３Dプリンタを試作した。造形されるゲルの造形精度についても調査した。臓器によくみられる管状のモデルを造形し、その管の肉厚と内径が、どの程度まで小さなものが製作できるかを調べたところ、肉厚1mm、内径2mmの管状モデルの造形が可能であることを確認した。

In the fourth year of the study, the UV radiation solution was heated, and the starch was gelatinized. Use of UV wavelength (405nm), starch solution, light absorption, yellow system food pigment, addition of necessary For example, if you have a problem with some of the components, transparency, and transparency, you will find that there is no coagulation factor. The specific polysaccharide is a kind of polysaccharide. It is used in the middle of the reaction. It is used in the middle of the reaction. The results, heat and coagulation are confirmed, and the temperature rise of the UV light is difficult. The strength of the 3D shape is low, the transparency is low, and the material of the 3D shape is low. The principle of solidification and UV light bridge reflection is discussed. The way in which the light is emitted 3D light bridge, UV light source, material heating, visible light source The basic 3D layout is based on the "core XY" mode, and the "core XY" mode is based on the "core XY" mode. The shape accuracy of the shape is carefully investigated. The thickness and inner diameter of the tube are adjusted to the thickness and inner diameter of the tube. The thickness and inner diameter of the tube are 1mm and 2mm, respectively.

项目成果

３Dゲルプリンターを用いた臓器の手術モデルの作製

利用3D凝胶打印机制备器官手术模型

• 发表时间: 2022
• 作者: 坂下大輔;渡邉 洋輔;川上 勝;小川 純;MD Nahin;Islam SHIBLEE;古川 英光
• 通讯作者: 古川 英光

Texture Design and Its Effect of Soft Foods Suitable for Nursing Foods Using Macroscopic 3D Structures Printed by 3D Food Printer

利用3D食品打印机打印的宏观3D结构进行适合护理食品的软质食品的纹理设计及其效果

• DOI: 10.11301/jsfe.21599
• 发表时间: 2021
• 期刊: Japan Journal of Food Engineering
• 作者: HORIUCHI Mami;AKACHI Toshiyuki;KAWAKAMI Masaru;FURUKAWA Hidemitsu
• 通讯作者: FURUKAWA Hidemitsu

３Dゲルプリンターを用いたソフト管モデルの開発

使用3D凝胶打印机开发软管模型

• 发表时间: 2023
• 作者: Takishima Yuki;Yoshida Kazunari;Khosla Ajit;Kawakami Masaru;Furukawa Hidemitsu;坂下大輔,川上 勝,渡邊 洋輔,エムディナヒン イスラム シブリ,小川 純,古川 英光
• 通讯作者: 坂下大輔,川上 勝,渡邊 洋輔,エムディナヒン イスラム シブリ,小川 純,古川 英光

やわらかものづくりハンドブック

软制造手册

• 发表时间: 2022
• 作者: 古川 英光;川上 勝
• 通讯作者: 川上 勝

4D Printing of Hydrogels Controlled by Hinge Structure and Spatially Gradient Swelling for Soft Robots

• DOI: 10.3390/machines11010103
• 发表时间: 2023-01
• 期刊: Machines
• 影响因子: 2.6
• 作者: Masanari Kameoka;Yosuke Watanabe;MD Nahin Islam Shiblee;M. Kawakami;J. Ogawa;A. Khosla;H. Furukawa;S. Zhang;S. Hirai;Zhongkui Wang