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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-11
(45)【発行日】2024-09-20
(54)【発明の名称】造形方法
(51)【国際特許分類】
B29C 64/386 20170101AFI20240912BHJP
B29C 64/112 20170101ALI20240912BHJP
B33Y 10/00 20150101ALI20240912BHJP
B33Y 50/00 20150101ALI20240912BHJP
【ＦＩ】
B29C64/386
B29C64/112
B33Y10/00
B33Y50/00
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2020135171
(22)【出願日】2020-08-07
(65)【公開番号】P2022030867
(43)【公開日】2022-02-18
【審査請求日】2023-06-05
(73)【特許権者】
【識別番号】000006747
【氏名又は名称】株式会社リコー
(74)【代理人】
【識別番号】100116713
【弁理士】
【氏名又は名称】酒井 正己
(72)【発明者】
【氏名】松村 貴志
(72)【発明者】
【氏名】新美 達也
(72)【発明者】
【氏名】斉藤 拓也
【審査官】田村 佳孝
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１８／００６１２７９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１９／０６３１０５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１６－１７４９３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１６８０７８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２９Ｃ ６４／３８６
Ｂ２９Ｃ ６４／１１２
Ｂ３３Ｙ １０／００
Ｂ３３Ｙ ５０／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
生体の医用３Ｄデータに基づき、３Ｄプリンタを用いて臓器モデルを造形する造形工程を有する造形方法であって、前記医用３Ｄデータは、前記生体を医用画像撮影装置で撮影することにより取得される医用画像データと、前記生体をＭＲＥ測定することにより取得される生体物性と、に基づいて作成され、
前記臓器モデルは、前記生体物性の分布に対応する強度物性の分布を有し、
前記臓器モデルを構成する材料としてハイドロゲルを含有し、
造形された前記臓器モデルをＭＲＥ測定することによって取得された臓器モデル物性の前記生体物性に対する差異を評価する工程を有する、
ことを特徴とする造形方法。
【請求項2】
前記医用３Ｄデータは、前記医用画像データに基づいて作成される複数のボクセルと、ボクセルごとに付与された前記医用画像データにおける画像濃度を示す画像濃度情報と、ボクセルごとに付与された前記生体物性を示す生体物性情報と、を含む請求項１に記載の造形方法。
【請求項3】
前記３Ｄプリンタは、マテリアルジェッティング方式である請求項１又は２に記載の造形方法。
【請求項4】
前記生体物性および前記強度物性は、粘弾性である請求項１から３のいずれか一項に記載の造形方法。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、造形方法に関する。
【背景技術】
【0002】
三次元立体造形技術の進歩はめざましく、熱溶融積層法、バインダージェッティング法、光造形法、粉末焼結積層造形法、マテリアルジェッティング法などの様々な３Ｄプリンタが製造業において用いられている。また、３Ｄプリンタで用いる材料としては、従来から知られている金属及び樹脂に加え、多様な材料が開発されている。これら多様な材料に対応した新規用途も提案されており、産業分野のみならず、医療分野及びヘルスケア分野等への応用も期待されている。医療分野における３Ｄプリンタの応用例としては、例えば、チタン、ハイドロキシアパタイト、ＰＥＥＫ等によるインプラント可能な人工骨の造形、細胞の直接積層による人工臓器の研究などへの応用が挙げられる。ヘルスケア分野における３Ｄプリンタの応用例としては、例えば、個人特有の形状を反映する必要のある補聴器具や義肢などへの応用が挙げられる。
【0003】
医療分野における３Ｄプリンタの他の応用例としては、手術トレーニングやシミュレーションを目的とし、実際の臓器形状や生体を模したモデルへの応用が期待される。このようなモデルへの応用が期待される背景として、近年、医療機器の開発が進み、従来の大きく切り開き取り除く医療から、カテーテル、内視鏡、ロボットアシスト等による患者への負担が少ない低侵襲型医療が主流になりつつある点が挙げられる。これら医療機器を用いた手術オペレーションは、非常に高度な技術と熟練を要するため、医療事故防止の観点から適切なモデルを用いた手術トレーニングの重要性が認識されているためである。また、実施事例の少ない難手術においては、事前に対象部位の詳細を再現したモデルを得ることができれば、綿密な術前シミュレーションをすることが可能になる。
【0004】
従来から知られている臓器等を模したモデルとしては、３Ｄプリンタで作製され、アクリル系樹脂およびウレタン系樹脂等のハードマテリアルで構成されるモデルが挙げられる。しかし、ハードマテリアルは材料として硬く、実際の臓器における質感を再現することは困難である。
また、従来から知られている臓器等を模した他のモデルとしては、鋳型を用いて注型法で作製され、特許文献１で開示されているようなシリコーンエラストマーおよびポリビニルアルコール等の水性ゲルで構成されるモデルなどが挙げられる。注型法で作製する場合、材料選択の幅が広く、ポリビニルアルコール等の実際の臓器における質感に近い材料を用いて作製することができる。しかし、注型法は、単一材料により一体形成する方法であるため、作製したい臓器の部位や疾患領域等に基づいて生じる臓器内の物性分布を再現することは困難である。
更に、実際の臓器における質感は直接接触して測定することが困難であるため、一般的には、医師からのヒアリング結果を基に実際の臓器に近い質感に合わせこんでいく作業が必要になる。しかし、ヒアリング対象となる患者ごとに質感の情報は異なるため、特定の患者の臓器における質感を再現したモデルを作製することは困難である。
また、従来から知られている臓器等を模した他のモデルとしては、鋳型を用いて注型法で作製され、特許文献１で開示されているようなシリコーンエラストマーおよびポリビニルアルコール等の水性ゲルで構成されるモデルなどが挙げられる。注型法で作製する場合、材料選択の幅が広く、ポリビニルアルコール等の実際の臓器における質感に近い材料を用いて作製することができる。しかし、注型法は、単一材料により一体形成する方法であるため、作製したい臓器の部位や疾患領域等に基づいて生じる臓器内の物性分布を再現することは困難である。
更に、実際の臓器における質感は直接接触して測定することが困難であるため、一般的には、医師からのヒアリング結果を基に実際の臓器に近い質感に合わせこんでいく作業が必要になる。しかし、ヒアリング対象となる患者ごとに質感の情報は異なるため、特定の患者の臓器における質感を再現したモデルを作製することは困難である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、生体を測定することにより取得される生体物性が精度良く再現された立体造形物の造形方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、生体の医用３Ｄデータに基づき、３Ｄプリンタを用いて立体造形物を造形する造形工程を有する造形方法であって、前記医用３Ｄデータは、前記生体を医用画像撮影装置で撮影することにより取得される医用画像データと、前記生体をＭＲＥ測定することにより取得される生体物性と、に基づいて作成され、前記立体造形物は、前記生体物性の分布に対応する強度物性の分布を有することを特徴とする造形方法に関する。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、生体を測定することにより取得される生体物性が精度良く再現された立体造形物を造形できる造形方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
１．造形方法
本発明の造形方法は、生体の医用３Ｄデータに基づき、３Ｄプリンタを用いて立体造形物（「モデル」とも称する）を造形する造形工程を有する。また、本発明の造形方法は、必要に応じて、上記造形工程より前に実行される工程として、生体の医用３Ｄデータを取得する取得工程と、医用３Ｄデータに基づいて造形用３Ｄデータを生成する生成工程と、を有してもよい。更に、本発明の造形方法は、必要に応じて、上記造形工程より後に実行される工程として、造形された立体造形物の精度を評価する評価工程を有してもよい。
本開示において「生体」とは、ヒト又はヒト以外の生物を構成する少なくとも一部を表し、対象の数は１つでもあってもよいし複数であってもよい。なお、ヒト又はヒト以外の生物を構成する少なくとも一部とは、例えば、胸部などの生体中における所定の領域、生体中における所定の臓器などを表す。
また、本開示において「生体の医用３Ｄデータに基づき、３Ｄプリンタを用いて立体造形物を造形する」とは、医用３Ｄデータを３Ｄプリンタに入力して立体造形物を造形するような直接的に医用３Ｄデータを用いる場合に限定されず、医用３Ｄデータに基づいて生成された造形用３Ｄデータなどを３Ｄプリンタに入力して立体造形物を造形するような間接的に医用３Ｄデータを用いる場合も表す。
本発明の造形方法は、生体の医用３Ｄデータに基づき、３Ｄプリンタを用いて立体造形物（「モデル」とも称する）を造形する造形工程を有する。また、本発明の造形方法は、必要に応じて、上記造形工程より前に実行される工程として、生体の医用３Ｄデータを取得する取得工程と、医用３Ｄデータに基づいて造形用３Ｄデータを生成する生成工程と、を有してもよい。更に、本発明の造形方法は、必要に応じて、上記造形工程より後に実行される工程として、造形された立体造形物の精度を評価する評価工程を有してもよい。
本開示において「生体」とは、ヒト又はヒト以外の生物を構成する少なくとも一部を表し、対象の数は１つでもあってもよいし複数であってもよい。なお、ヒト又はヒト以外の生物を構成する少なくとも一部とは、例えば、胸部などの生体中における所定の領域、生体中における所定の臓器などを表す。
また、本開示において「生体の医用３Ｄデータに基づき、３Ｄプリンタを用いて立体造形物を造形する」とは、医用３Ｄデータを３Ｄプリンタに入力して立体造形物を造形するような直接的に医用３Ｄデータを用いる場合に限定されず、医用３Ｄデータに基づいて生成された造形用３Ｄデータなどを３Ｄプリンタに入力して立体造形物を造形するような間接的に医用３Ｄデータを用いる場合も表す。
【0010】
（１）取得工程
本発明の造形方法は、生体の医用３Ｄデータを取得する取得工程を有することが好ましい。本開示において「医用３Ｄデータ」とは、少なくとも、生体を医用画像撮影装置により撮影することにより取得される医用画像データと、生体をＭＲＥ測定することにより取得される生体物性と、に基づき作成されるデータを表す。すなわち、生体の医用３Ｄデータを取得する取得工程は、生体を医用画像撮影装置により撮影することで医用画像データを取得する撮影工程と、生体をＭＲＥ測定することにより生体物性を取得する測定工程と、医用画像データ及び生体物性に基づき医用３Ｄデータを作成する作成工程と、を有する。
本発明の造形方法は、生体の医用３Ｄデータを取得する取得工程を有することが好ましい。本開示において「医用３Ｄデータ」とは、少なくとも、生体を医用画像撮影装置により撮影することにより取得される医用画像データと、生体をＭＲＥ測定することにより取得される生体物性と、に基づき作成されるデータを表す。すなわち、生体の医用３Ｄデータを取得する取得工程は、生体を医用画像撮影装置により撮影することで医用画像データを取得する撮影工程と、生体をＭＲＥ測定することにより生体物性を取得する測定工程と、医用画像データ及び生体物性に基づき医用３Ｄデータを作成する作成工程と、を有する。
【0011】
（Ｉ）撮影工程
撮影工程は、生体を医用画像撮影装置により撮影することで医用画像データを取得する工程である。医用画像撮影装置は、モダリティとも称され、被検体である生体をスキャンして医用画像データを取得する装置である。医用画像撮影装置としては、例えば、ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置、ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）装置、超音波診断装置などが挙げられる。これらの中でも、後述する測定工程におけるＭＲＥ測定も行える観点からＭＲＩ装置を用いることが好ましい。医用画像撮影装置は、生体の断面を複数回撮影するスライス断層撮影を行う。これにより、図１に示すように、生体の断面を示す画像である医用画像データを複数取得できる。この複数の医用画像データ（「医用画像データセット」とも称する）は、それぞれ、医療画像交換に関する国際標準規格であるＤＩＣＯＭ形式の画像であることが好ましい。また、医用画像データは、医用画像撮影装置により取得される画像濃度を示す画像濃度情報を含む。画像濃度は、例えば、医用画像撮影装置としてＣＴ装置を用いた場合はＣＴ値（Ｘ線透過率）であり、ＭＲＩ装置を用いた場合はＭＲＩ信号値であり、超音波診断装置を用いた場合は反射強度である。
撮影工程は、生体を医用画像撮影装置により撮影することで医用画像データを取得する工程である。医用画像撮影装置は、モダリティとも称され、被検体である生体をスキャンして医用画像データを取得する装置である。医用画像撮影装置としては、例えば、ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置、ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）装置、超音波診断装置などが挙げられる。これらの中でも、後述する測定工程におけるＭＲＥ測定も行える観点からＭＲＩ装置を用いることが好ましい。医用画像撮影装置は、生体の断面を複数回撮影するスライス断層撮影を行う。これにより、図１に示すように、生体の断面を示す画像である医用画像データを複数取得できる。この複数の医用画像データ（「医用画像データセット」とも称する）は、それぞれ、医療画像交換に関する国際標準規格であるＤＩＣＯＭ形式の画像であることが好ましい。また、医用画像データは、医用画像撮影装置により取得される画像濃度を示す画像濃度情報を含む。画像濃度は、例えば、医用画像撮影装置としてＣＴ装置を用いた場合はＣＴ値（Ｘ線透過率）であり、ＭＲＩ装置を用いた場合はＭＲＩ信号値であり、超音波診断装置を用いた場合は反射強度である。
【0012】
（ＩＩ）測定工程
測定工程は、生体をＭＲＥ測定することで生体物性を取得する工程である。ＭＲＥ測定とは、磁気共鳴エラストグラフィー（ＭＲＥ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｅｌａｓｔｏｇｒａｐｈｙ）の手法により測定することを表す。本手法は、加振装置を用いて被検体内部にせん断波を生成しながらＭＲＩ装置で撮影することで、被検体内部の粘弾性分布を測定する非侵襲的な手法である。すなわち、生体をＭＲＥ測定することで取得される生体物性とは粘弾性であることが好ましい。なお、生体の粘弾性を取得する方法としては、ＭＲＥ測定を行う方法以外に、超音波エラストグラフィーによる測定を行う方法が挙げられる。この点、超音波エラストグラフィーによる測定は得られる情報が１次元であるのに対し、ＭＲＥ測定は得られる情報が２次元であって３Ｄデータの生成が容易であるため、ＭＲＥ測定を行うことが好ましい。なお、測定対象が、心臓や血管等の臓器自体が周期的な運動を伴うものである場合、この運動に伴う臓器の変形量を計測し、力学モデル等に基づいて計測値から生体物性を推測する方法も挙げられる。しかし、この方法で得られる生体物性はあくまで推測値であり、生体の正確な情報取得性の観点でＭＲＥ測定に劣る。加えて、この方法を用いることができるのは、測定対象が心臓や血管等の周期的な運動を伴う臓器である場合に限定されるため、周期的な運動を伴わない臓器または周期的な運動に伴う変形量の計測が困難である臓器も測定対象にすることができる点でＭＲＥ測定を行うことが好ましい。また、ＭＲＥ測定は、ＭＲＩ装置のオプション機能としてシステムに含まれることが多く、撮影工程及び測定工程を同一のＭＲＩ装置により実行できる点でも好ましい。これに付随して、ＭＲＩ装置による撮影工程とＭＲＩ装置による測定工程は、ほぼ同時に行うことができる。ほぼ同時に行えることで、患者等の被検体の負担を軽減できる点、医用画像データの取得時と生体物性の取得時がほぼ同時となり正確な生体の情報を得ることができる点などで好ましい。特に、後者の点に関しては、撮影および測定の対象が、経時的に形状、物性等の面で変化を生じやすい性質を有する生体であることを考慮すると、重要な観点となる。なお、ほぼ同時とは、撮影工程の時間および測定工程の時間の少なくとも一部が重複している場合、一度のＭＲＩ装置の使用で撮影工程および測定工程の両方を実行できる場合などを表す。また、ＭＲＥ測定は、生体に対して行えるので、生体中で血圧が付与されている状態の臓器における生体物性を取得できる点でも好ましい。
測定工程は、生体をＭＲＥ測定することで生体物性を取得する工程である。ＭＲＥ測定とは、磁気共鳴エラストグラフィー（ＭＲＥ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｅｌａｓｔｏｇｒａｐｈｙ）の手法により測定することを表す。本手法は、加振装置を用いて被検体内部にせん断波を生成しながらＭＲＩ装置で撮影することで、被検体内部の粘弾性分布を測定する非侵襲的な手法である。すなわち、生体をＭＲＥ測定することで取得される生体物性とは粘弾性であることが好ましい。なお、生体の粘弾性を取得する方法としては、ＭＲＥ測定を行う方法以外に、超音波エラストグラフィーによる測定を行う方法が挙げられる。この点、超音波エラストグラフィーによる測定は得られる情報が１次元であるのに対し、ＭＲＥ測定は得られる情報が２次元であって３Ｄデータの生成が容易であるため、ＭＲＥ測定を行うことが好ましい。なお、測定対象が、心臓や血管等の臓器自体が周期的な運動を伴うものである場合、この運動に伴う臓器の変形量を計測し、力学モデル等に基づいて計測値から生体物性を推測する方法も挙げられる。しかし、この方法で得られる生体物性はあくまで推測値であり、生体の正確な情報取得性の観点でＭＲＥ測定に劣る。加えて、この方法を用いることができるのは、測定対象が心臓や血管等の周期的な運動を伴う臓器である場合に限定されるため、周期的な運動を伴わない臓器または周期的な運動に伴う変形量の計測が困難である臓器も測定対象にすることができる点でＭＲＥ測定を行うことが好ましい。また、ＭＲＥ測定は、ＭＲＩ装置のオプション機能としてシステムに含まれることが多く、撮影工程及び測定工程を同一のＭＲＩ装置により実行できる点でも好ましい。これに付随して、ＭＲＩ装置による撮影工程とＭＲＩ装置による測定工程は、ほぼ同時に行うことができる。ほぼ同時に行えることで、患者等の被検体の負担を軽減できる点、医用画像データの取得時と生体物性の取得時がほぼ同時となり正確な生体の情報を得ることができる点などで好ましい。特に、後者の点に関しては、撮影および測定の対象が、経時的に形状、物性等の面で変化を生じやすい性質を有する生体であることを考慮すると、重要な観点となる。なお、ほぼ同時とは、撮影工程の時間および測定工程の時間の少なくとも一部が重複している場合、一度のＭＲＩ装置の使用で撮影工程および測定工程の両方を実行できる場合などを表す。また、ＭＲＥ測定は、生体に対して行えるので、生体中で血圧が付与されている状態の臓器における生体物性を取得できる点でも好ましい。
【0013】
（ＩＩＩ）作成工程
作成工程は、撮影工程で取得した医用画像データおよび測定工程で取得した生体物性に基づき医用３Ｄデータを作成する工程である。医用３Ｄデータは、医用画像データに基づいて作成される複数のボクセルと、ボクセルごとに付与された医用画像データにおける画像濃度を示す画像濃度情報と、ボクセルごとに付与された生体物性を示す生体物性情報と、を含む情報である。言い換えると、医用３Ｄデータは、ボクセル、画像濃度情報、及び生体物性情報が関連付けられた情報である。
作成工程は、撮影工程で取得した医用画像データおよび測定工程で取得した生体物性に基づき医用３Ｄデータを作成する工程である。医用３Ｄデータは、医用画像データに基づいて作成される複数のボクセルと、ボクセルごとに付与された医用画像データにおける画像濃度を示す画像濃度情報と、ボクセルごとに付与された生体物性を示す生体物性情報と、を含む情報である。言い換えると、医用３Ｄデータは、ボクセル、画像濃度情報、及び生体物性情報が関連付けられた情報である。
【0014】
医用３Ｄデータを作成する方法について具体的に説明する。
まず、撮影工程で取得した医用画像データから、医用画像撮影装置又は当該医用画像撮影装置と関連する画像処理装置（「医用画像撮影装置等」とも称する）により、３Ｄ画像処理に対応する医用３Ｄデータが作成される。医用３Ｄデータは、図２に示すような立方体等の最小単位を少なくとも１つ含むボクセルの集合体であり、ボクセルごとに様々な情報を関連付けることができる。次に、医用画像撮影装置等が、ボクセルごとに、撮影工程で取得した医用画像データにおける画像濃度を示す画像濃度情報を関連付ける。更に、医用画像撮影装置等が、ボクセルごとに、測定工程で取得した生体物性を示す生体物性情報を関連付ける。これにより、図３に示すように、ボクセル、画像濃度情報、及び生体物性情報が関連付けられた情報である医用３Ｄデータを作成できる。医用３Ｄデータは、画像濃度情報を用い、ボクセル領域分割（セグメンテーション）を行うことができる。ボクセル領域分割とは、画像濃度が近いボクセルを分類してセグメント化（区分化）することを表す。これにより、医用３Ｄデータに基づき、生体の内部構造の形状認識、構造分割、組織分析、及び３Ｄ画像解析等が可能になり、例えば、生体の医用３Ｄデータから肝臓等の所定の組織の医用３Ｄデータを取得することができる。本発明では、図４に示すように、医用３Ｄデータをボクセル領域分割することで取得される部分領域における医用３Ｄデータを領域別医用３Ｄデータと称する。なお、領域別医用３Ｄデータは、医用３Ｄデータに含まれる一概念であるとする。
まず、撮影工程で取得した医用画像データから、医用画像撮影装置又は当該医用画像撮影装置と関連する画像処理装置（「医用画像撮影装置等」とも称する）により、３Ｄ画像処理に対応する医用３Ｄデータが作成される。医用３Ｄデータは、図２に示すような立方体等の最小単位を少なくとも１つ含むボクセルの集合体であり、ボクセルごとに様々な情報を関連付けることができる。次に、医用画像撮影装置等が、ボクセルごとに、撮影工程で取得した医用画像データにおける画像濃度を示す画像濃度情報を関連付ける。更に、医用画像撮影装置等が、ボクセルごとに、測定工程で取得した生体物性を示す生体物性情報を関連付ける。これにより、図３に示すように、ボクセル、画像濃度情報、及び生体物性情報が関連付けられた情報である医用３Ｄデータを作成できる。医用３Ｄデータは、画像濃度情報を用い、ボクセル領域分割（セグメンテーション）を行うことができる。ボクセル領域分割とは、画像濃度が近いボクセルを分類してセグメント化（区分化）することを表す。これにより、医用３Ｄデータに基づき、生体の内部構造の形状認識、構造分割、組織分析、及び３Ｄ画像解析等が可能になり、例えば、生体の医用３Ｄデータから肝臓等の所定の組織の医用３Ｄデータを取得することができる。本発明では、図４に示すように、医用３Ｄデータをボクセル領域分割することで取得される部分領域における医用３Ｄデータを領域別医用３Ｄデータと称する。なお、領域別医用３Ｄデータは、医用３Ｄデータに含まれる一概念であるとする。
【0015】
（２）生成工程
本発明の造形方法は、医用３Ｄデータに基づいて造形用３Ｄデータを生成する生成工程を有することが好ましい。本開示において「造形用３Ｄデータ」とは、医用３Ｄデータに基づいて生成されるデータであって、３Ｄプリンタに入力されるデータを表す。造形用３Ｄデータは、１つのデータから構成されてもよいし、複数のデータから構成されてもよい。以下、造形用３Ｄデータを生成する方法の具体例２つを説明するが、本方法としてはこれらに限定されない。
本発明の造形方法は、医用３Ｄデータに基づいて造形用３Ｄデータを生成する生成工程を有することが好ましい。本開示において「造形用３Ｄデータ」とは、医用３Ｄデータに基づいて生成されるデータであって、３Ｄプリンタに入力されるデータを表す。造形用３Ｄデータは、１つのデータから構成されてもよいし、複数のデータから構成されてもよい。以下、造形用３Ｄデータを生成する方法の具体例２つを説明するが、本方法としてはこれらに限定されない。
【0016】
（Ｉ）ＳＴＬ形式のデータを含む造形用３Ｄデータの生成
医用３Ｄデータに基づいてＳＴＬ（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｅｄ Ｌａｎｇｕａｇｅ）形式のデータを含む造形用３Ｄデータを生成する場合について説明する。
この場合、図５に示すように、医用３Ｄデータをボクセル領域分割して取得された領域別医用３Ｄデータに対し、サーフェースモデル変換を行うことで領域別医用３Ｄデータに対応するＳＴＬ形式のデータを作成する。なお、ＳＴＬ形式のデータはサーフェイスデータであるため、サーフェースモデル変換を行うことで領域別医用３Ｄデータのボクセルごとに付与された生体物性情報は失われる。そのため、サーフェースモデル変換とは別に、領域別医用３Ｄデータから、ボクセルの位置を示す位置情報と、位置情報ごとに付与された生体物性情報と、を含む３Ｄ造形用生体物性情報を作成する。なお、位置情報ごとに付与された生体物性情報とは、位置情報の示す位置にあったボクセルに関連付けられていた生体物性情報である。すなわち、本説明でいう造形用３Ｄデータは、ＳＴＬ形式のデータと３Ｄ造形用生体物性情報とを含む。
医用３Ｄデータに基づいてＳＴＬ（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｅｄ Ｌａｎｇｕａｇｅ）形式のデータを含む造形用３Ｄデータを生成する場合について説明する。
この場合、図５に示すように、医用３Ｄデータをボクセル領域分割して取得された領域別医用３Ｄデータに対し、サーフェースモデル変換を行うことで領域別医用３Ｄデータに対応するＳＴＬ形式のデータを作成する。なお、ＳＴＬ形式のデータはサーフェイスデータであるため、サーフェースモデル変換を行うことで領域別医用３Ｄデータのボクセルごとに付与された生体物性情報は失われる。そのため、サーフェースモデル変換とは別に、領域別医用３Ｄデータから、ボクセルの位置を示す位置情報と、位置情報ごとに付与された生体物性情報と、を含む３Ｄ造形用生体物性情報を作成する。なお、位置情報ごとに付与された生体物性情報とは、位置情報の示す位置にあったボクセルに関連付けられていた生体物性情報である。すなわち、本説明でいう造形用３Ｄデータは、ＳＴＬ形式のデータと３Ｄ造形用生体物性情報とを含む。
【0017】
（ＩＩ）ＦＡＶ形式のデータを含む造形用３Ｄデータの生成
医用３Ｄデータに基づいてＦＡＶ（ＦＡｂｒｉｃａｔａｂｌｅ Ｖｏｘｅｌ）形式のデータを含む造形用３Ｄデータを生成する場合について説明する。
この場合、図６に示すように、医用３Ｄデータをボクセル領域分割して取得された領域別医用３Ｄデータに対し、ＦＡＶフォーマット変換を行うことで領域別医用３Ｄデータに対応するＦＡＶ形式のデータを作成する。なお、ＦＡＶ形式のデータは、ＳＴＬ形式のデータのようにサーフェイスデータではなく、ボクセルデータとして定義されている。これにより、画像濃度情報や生体物性情報等が付与されたボクセルデータである医用３Ｄデータを、画像濃度情報や生体物性情報等が付与されたままＦＡＶ形式のデータに変換することができる。すなわち、ＳＴＬ形式のデータに変換したときのように、別途、生体物性情報等の必要情報に関するデータ処理を行う工程を省ける点で好ましい。
医用３Ｄデータに基づいてＦＡＶ（ＦＡｂｒｉｃａｔａｂｌｅ Ｖｏｘｅｌ）形式のデータを含む造形用３Ｄデータを生成する場合について説明する。
この場合、図６に示すように、医用３Ｄデータをボクセル領域分割して取得された領域別医用３Ｄデータに対し、ＦＡＶフォーマット変換を行うことで領域別医用３Ｄデータに対応するＦＡＶ形式のデータを作成する。なお、ＦＡＶ形式のデータは、ＳＴＬ形式のデータのようにサーフェイスデータではなく、ボクセルデータとして定義されている。これにより、画像濃度情報や生体物性情報等が付与されたボクセルデータである医用３Ｄデータを、画像濃度情報や生体物性情報等が付与されたままＦＡＶ形式のデータに変換することができる。すなわち、ＳＴＬ形式のデータに変換したときのように、別途、生体物性情報等の必要情報に関するデータ処理を行う工程を省ける点で好ましい。
【0018】
（３）造形工程
本発明の造形方法は、生体の医用３Ｄデータに基づき、３Ｄプリンタを用いて立体造形物を造形する造形工程を有する。また、上記の通り、本開示において「生体の医用３Ｄデータに基づき、３Ｄプリンタを用いて立体造形物を造形する」とは、医用３Ｄデータを３Ｄプリンタに入力して立体造形物を造形するような直接的に医用３Ｄデータを用いる場合に限定されず、医用３Ｄデータに基づいて生成された造形用３Ｄデータなどを３Ｄプリンタに入力して立体造形物を造形するような間接的に医用３Ｄデータを用いる場合も表す。以下、医用３Ｄデータに基づいて生成された造形用３Ｄデータを３Ｄプリンタに入力して立体造形物を造形する場合を一例に造形工程について説明する。
本発明の造形方法は、生体の医用３Ｄデータに基づき、３Ｄプリンタを用いて立体造形物を造形する造形工程を有する。また、上記の通り、本開示において「生体の医用３Ｄデータに基づき、３Ｄプリンタを用いて立体造形物を造形する」とは、医用３Ｄデータを３Ｄプリンタに入力して立体造形物を造形するような直接的に医用３Ｄデータを用いる場合に限定されず、医用３Ｄデータに基づいて生成された造形用３Ｄデータなどを３Ｄプリンタに入力して立体造形物を造形するような間接的に医用３Ｄデータを用いる場合も表す。以下、医用３Ｄデータに基づいて生成された造形用３Ｄデータを３Ｄプリンタに入力して立体造形物を造形する場合を一例に造形工程について説明する。
【0019】
まず、上記のＳＴＬ形式のデータを含む造形用３Ｄデータが３Ｄプリンタに入力される場合について説明する。この場合、造形用３Ｄデータは、ＳＴＬ形式のデータと３Ｄ造形用生体物性情報とを含む。これらデータは同時に入力されてもよいし、別々に入力されてもよい。
３Ｄプリンタは、入力されたＳＴＬ形式のデータを印刷用２Ｄ画像データセットに変換する。印刷用２Ｄ画像データセットとは、複数の印刷用２Ｄ画像データを含むデータセットであり、印刷用２Ｄ画像データとは、Ｚ軸方向における３Ｄプリンタの解像度に合わせてＳＴＬ形式のデータをスライスすることで得られる二次元のスライスデータである。次に、３Ｄプリンタは、入力された３Ｄ造形用生体物性情報に基づき、印刷用２Ｄ画像データの各領域における強度物性を示す強度物性情報を付与する。この印刷用２Ｄ画像データ及び印刷用２Ｄ画像データの各領域における強度物性情報に基づき、３Ｄプリンタで複数種類の造形用組成物をそれぞれ所定の領域に所定の吐出量で吐出し硬化する工程を繰り返すことにより、生体物性の分布に対応する強度物性の分布を有する立体造形物を造形することができる。ここで、本開示において「強度物性」とは、３Ｄプリンタにより造形される立体造形物の物性を表し、具体的には、生体物性に対応する物性であるため粘弾性を表す。
３Ｄプリンタは、入力されたＳＴＬ形式のデータを印刷用２Ｄ画像データセットに変換する。印刷用２Ｄ画像データセットとは、複数の印刷用２Ｄ画像データを含むデータセットであり、印刷用２Ｄ画像データとは、Ｚ軸方向における３Ｄプリンタの解像度に合わせてＳＴＬ形式のデータをスライスすることで得られる二次元のスライスデータである。次に、３Ｄプリンタは、入力された３Ｄ造形用生体物性情報に基づき、印刷用２Ｄ画像データの各領域における強度物性を示す強度物性情報を付与する。この印刷用２Ｄ画像データ及び印刷用２Ｄ画像データの各領域における強度物性情報に基づき、３Ｄプリンタで複数種類の造形用組成物をそれぞれ所定の領域に所定の吐出量で吐出し硬化する工程を繰り返すことにより、生体物性の分布に対応する強度物性の分布を有する立体造形物を造形することができる。ここで、本開示において「強度物性」とは、３Ｄプリンタにより造形される立体造形物の物性を表し、具体的には、生体物性に対応する物性であるため粘弾性を表す。
【0020】
次に、上記のＦＡＶ形式のデータを含む造形用３Ｄデータが３Ｄプリンタに入力される場合について説明する。
３Ｄプリンタは、入力されたＦＡＶ形式のデータを、上記同様のスライスデータである印刷用２Ｄ画像データセットに変換する。但し、印刷用２Ｄ画像データセットに含まれる各印刷用２Ｄ画像データは、ＦＡＶ形式のデータに含まれる生体物性情報に基づき、各領域における強度物性を示す強度物性情報が付与されている。この印刷用２Ｄ画像データ及び印刷用２Ｄ画像データの各領域における強度物性情報に基づき、３Ｄプリンタで複数種類の造形用組成物をそれぞれ所定の領域に所定の吐出量で吐出し硬化する工程を繰り返すことにより、生体物性の分布に対応する強度物性の分布を有する立体造形物を造形することができる。
３Ｄプリンタは、入力されたＦＡＶ形式のデータを、上記同様のスライスデータである印刷用２Ｄ画像データセットに変換する。但し、印刷用２Ｄ画像データセットに含まれる各印刷用２Ｄ画像データは、ＦＡＶ形式のデータに含まれる生体物性情報に基づき、各領域における強度物性を示す強度物性情報が付与されている。この印刷用２Ｄ画像データ及び印刷用２Ｄ画像データの各領域における強度物性情報に基づき、３Ｄプリンタで複数種類の造形用組成物をそれぞれ所定の領域に所定の吐出量で吐出し硬化する工程を繰り返すことにより、生体物性の分布に対応する強度物性の分布を有する立体造形物を造形することができる。
【0021】
造形工程において使用される３Ｄプリンタとしては、例えば、複数種類の造形用組成物をそれぞれ所定の領域に所定の吐出量で吐出することにより、造形される立体造形物の強度物性を部位ごとに制御できるプリンタが挙げられる。具体的には、インクジェットヘッドで造形用組成物を吐出するマテリアルジェッティング方式（ＭＪ方式）の３Ｄプリンタが挙げられる。
【0022】
上記のように、３Ｄプリンタを用いて強度物性を生体物性と対応させる方法としては、強度物性を階調により表現できる３Ｄプリンタを用いる方法が挙げられる。そこで、本方法の一例を説明する。
まず、高い強度物性を有する立体造形物を造形可能な高強度造形用組成物と、低い強度物性を有する立体造形物を造形可能な低強度造形用組成物と、を準備する。これら造形用組成物は、少なくともそれぞれ１種類用いるが、それぞれ複数種類用いてもよい。このとき、高強度造形用組成物により造形される立体造形物の強度物性は生体中における生体物性の最大値以上であることが好ましく、低強度造形用組成物により造形される立体造形物の強度物性は生体中における生体物性の最小値以下であることが好ましい。
次に、立体造形物の強度物性を、あるグリッド領域を埋めるために配置する造形用組成物のパターンにより制御する。例えば、図７に示すように、７階調の強度物性による表現が必要な場合、６区画を最小単位としたグリッドを高強度造形用組成物及び低強度造形用組成物で埋める組み合わせパターンにより、７階調の強度表現が可能になる。単位グリッドの区画数を増やすことで様々な階調表現が可能になる。これはＸＹ平面で配置することにより平面方向、Ｚ方向で配置することにより、縦方向の強度分布を設定することができ、これにより生体物性の分布に対応する強度物性の分布を有する立体造形物を造形することができる。すなわち、本開示において「生体物性の分布に対応する強度物性の分布」とは、分布内における強度物性が対応する位置における生体物性と同一である場合に限定されず、階調表現により実現される強度物性が対応する位置における生体物性と近似する場合も含まれる。近似する場合としては、例えば、強度物性（後述するモデル物性と同義）の生体物性に対する差異が５％以内である場合などが挙げられる。また、本開示において「階調」とは、上記の通り、複数種類の造形用組成物がそれぞれ配置されることで形成される配置パターンであって、配置パターンごとに硬化物における強度物性が異なるものを表す。
なお、本方法は、ボクセルとして表現可能なため、ＦＡＶなどのボクセルフォーマットと対応させると効率がよい。また、単位区画を埋める造形用組成物の液滴数は任意の構成でよい。
また、３Ｄプリンタで表現できる階調における強度物性を、事前にＭＲＥ測定などで把握しておくことで、より正確に、生体物性の分布に対応する強度物性の分布を有する立体造形物を造形することができる。
まず、高い強度物性を有する立体造形物を造形可能な高強度造形用組成物と、低い強度物性を有する立体造形物を造形可能な低強度造形用組成物と、を準備する。これら造形用組成物は、少なくともそれぞれ１種類用いるが、それぞれ複数種類用いてもよい。このとき、高強度造形用組成物により造形される立体造形物の強度物性は生体中における生体物性の最大値以上であることが好ましく、低強度造形用組成物により造形される立体造形物の強度物性は生体中における生体物性の最小値以下であることが好ましい。
次に、立体造形物の強度物性を、あるグリッド領域を埋めるために配置する造形用組成物のパターンにより制御する。例えば、図７に示すように、７階調の強度物性による表現が必要な場合、６区画を最小単位としたグリッドを高強度造形用組成物及び低強度造形用組成物で埋める組み合わせパターンにより、７階調の強度表現が可能になる。単位グリッドの区画数を増やすことで様々な階調表現が可能になる。これはＸＹ平面で配置することにより平面方向、Ｚ方向で配置することにより、縦方向の強度分布を設定することができ、これにより生体物性の分布に対応する強度物性の分布を有する立体造形物を造形することができる。すなわち、本開示において「生体物性の分布に対応する強度物性の分布」とは、分布内における強度物性が対応する位置における生体物性と同一である場合に限定されず、階調表現により実現される強度物性が対応する位置における生体物性と近似する場合も含まれる。近似する場合としては、例えば、強度物性（後述するモデル物性と同義）の生体物性に対する差異が５％以内である場合などが挙げられる。また、本開示において「階調」とは、上記の通り、複数種類の造形用組成物がそれぞれ配置されることで形成される配置パターンであって、配置パターンごとに硬化物における強度物性が異なるものを表す。
なお、本方法は、ボクセルとして表現可能なため、ＦＡＶなどのボクセルフォーマットと対応させると効率がよい。また、単位区画を埋める造形用組成物の液滴数は任意の構成でよい。
また、３Ｄプリンタで表現できる階調における強度物性を、事前にＭＲＥ測定などで把握しておくことで、より正確に、生体物性の分布に対応する強度物性の分布を有する立体造形物を造形することができる。
【0023】
（４）評価工程
本発明の造形方法は、造形された立体造形物の精度を評価する評価工程を有してもよい。評価工程は、取得工程（具体的には、取得工程中の測定工程）において生体をＭＲＥ測定することにより取得される生体物性を示す生体物性情報と、造形工程において造形された立体造形物（モデル）をＭＲＥ測定することにより取得されるモデル物性を示すモデル物性情報と、に基づき、造形された立体造形物の精度を評価する工程である。なお、本工程は、人が実行してもよいし、パソコン等の情報処理装置が実行してもよい。
本発明の造形方法は、造形された立体造形物の精度を評価する評価工程を有してもよい。評価工程は、取得工程（具体的には、取得工程中の測定工程）において生体をＭＲＥ測定することにより取得される生体物性を示す生体物性情報と、造形工程において造形された立体造形物（モデル）をＭＲＥ測定することにより取得されるモデル物性を示すモデル物性情報と、に基づき、造形された立体造形物の精度を評価する工程である。なお、本工程は、人が実行してもよいし、パソコン等の情報処理装置が実行してもよい。
【0024】
まず、生体物性情報およびモデル物性情報に基づき造形された立体造形物の精度を評価する方法について説明する。
立体造形物の精度を評価する方法としては、例えば、生体物性の分布およびモデル物性の分布がほぼ同一の分布を示しているかを判断することで精度を評価する方法、生体および立体造形物の対応する部位においてほぼ同一の生体物性およびモデル物性を有しているかを判断することで精度を評価する方法などが挙げられる。
立体造形物の精度を評価する方法としては、例えば、生体物性の分布およびモデル物性の分布がほぼ同一の分布を示しているかを判断することで精度を評価する方法、生体および立体造形物の対応する部位においてほぼ同一の生体物性およびモデル物性を有しているかを判断することで精度を評価する方法などが挙げられる。
【0025】
生体および立体造形物の対応する部位とは、例えば、生体および立体造形物に対して同じ基準で座標を割り当てた場合においてほぼ同一の座標となる生体中の部位および立体造形物中の部位、生体中の特定構造を有する部位（腫瘍部等）および生体中の当該特定構造を有する部位を模した立体造形物中の部位（腫瘍部を模した部位等）などが挙げられる。
生体および立体造形物の対応する部位においてほぼ同一の生体物性およびモデル物性を有しているかを判断する基準の一例としては、当該対応する部位においてモデル物性の生体物性に対する差異が５％以内であることが挙げられる。なお、差異に関しては、５％以内に限られず、求められる精度の程度により適宜選択でき、例えば、５０％以内、４０％以内、３０％以内、２０％以内、１０％以内などであってもよいが、高精度であることを評価できる観点から差異が小さいことが好ましい。
生体および立体造形物の対応する部位においてほぼ同一の生体物性およびモデル物性を有しているかを判断する基準の一例としては、当該対応する部位においてモデル物性の生体物性に対する差異が５％以内であることが挙げられる。なお、差異に関しては、５％以内に限られず、求められる精度の程度により適宜選択でき、例えば、５０％以内、４０％以内、３０％以内、２０％以内、１０％以内などであってもよいが、高精度であることを評価できる観点から差異が小さいことが好ましい。
【0026】
なお、上記のように、生体およびモデルの対応する部位における生体物性情報およびモデル物性情報を比較するためには、生体物性が測定された生体中の位置を示す情報およびモデル物性が測定された立体造形物中の位置を示す情報もあることが好ましい。そのため、立体造形物の精度を評価する場合、ボクセル、画像濃度情報、及び生体物性情報が関連付けられた情報である医用３Ｄデータと、ボクセル、画像濃度情報、及びモデル物性情報が関連付けられた情報であるモデル３Ｄデータと、を用い、これらデータにそれぞれ含まれる生体物性情報およびモデル物性情報を比較することが好ましい。ボクセルが上記の位置を示す情報に相当するためである。なお、モデル３Ｄデータは、医用３Ｄデータと同様にして取得されるデータであって、少なくとも、立体造形物を医用画像撮影装置により撮影することにより取得されるモデル画像データと、立体造形物をＭＲＥ測定することにより取得されるモデル物性と、に基づき作成されるデータを表す。
【0027】
なお、本評価工程は、立体造形物をＭＲＥ測定することにより取得されるモデル物性を用いる。これは、立体造形物を構成する材料の主成分の一つとして、水素原子核を信号源とするＭＲＥ測定に適している水が含まれていることが好ましいことを表す。すなわち、立体造形物を構成する材料として、後述するようなハイドロゲルが含有されていることが好ましい。
【0028】
２．造形用組成物
造形工程において用いられる造形用組成物について説明する。造形用組成物としては、３Ｄプリンタで用いることができ、生体物性の分布に対応する強度物性の分布を有する立体造形物を造形することができる組成物であればよく、例えば、エラストマーおよびゲル等を造形するための前駆体としての組成物が挙げられる。これらの中でも、構成する材料の主成分の一つとして、生体と同様に水を含むハイドロゲルを造形するための前駆体としての組成物（「ハイドロゲル立体造形用組成物」と称する）が好ましい。以下、造形用組成物の一例としてハイドロゲル立体造形用組成物について説明する。
造形工程において用いられる造形用組成物について説明する。造形用組成物としては、３Ｄプリンタで用いることができ、生体物性の分布に対応する強度物性の分布を有する立体造形物を造形することができる組成物であればよく、例えば、エラストマーおよびゲル等を造形するための前駆体としての組成物が挙げられる。これらの中でも、構成する材料の主成分の一つとして、生体と同様に水を含むハイドロゲルを造形するための前駆体としての組成物（「ハイドロゲル立体造形用組成物」と称する）が好ましい。以下、造形用組成物の一例としてハイドロゲル立体造形用組成物について説明する。
【0029】
ハイドロゲル立体造形用組成物は、水、重合性化合物を含有し、必要に応じて、鉱物、有機溶剤、その他成分を含有してもよい。
本開示において「ハイドロゲル立体造形用組成物」とは、光などの活性エネルギー線又は熱を照射されることで硬化してハイドロゲルを形成する液体組成物であって、特にハイドロゲルからなる立体造形物を造形するために用いられる液体組成物を意味する。また、本開示において「ハイドロゲル」とは、ポリマーを含む三次元網目構造の中に水が包含されている構造体を表し、かかる三次元網目構造が、ポリマーと鉱物とが複合化して形成される三次元網目構造である場合、特に「有機無機複合ハイドロゲル」という。なお、ハイドロゲルは水を主成分として含み、具体的には、水の含有量がハイドロゲルの全量に対して３０．０質量％以上であることが好ましく、４０．０質量％以上であることがより好ましく、５０．０質量％以上であることが更に好ましい。
本開示において「ハイドロゲル立体造形用組成物」とは、光などの活性エネルギー線又は熱を照射されることで硬化してハイドロゲルを形成する液体組成物であって、特にハイドロゲルからなる立体造形物を造形するために用いられる液体組成物を意味する。また、本開示において「ハイドロゲル」とは、ポリマーを含む三次元網目構造の中に水が包含されている構造体を表し、かかる三次元網目構造が、ポリマーと鉱物とが複合化して形成される三次元網目構造である場合、特に「有機無機複合ハイドロゲル」という。なお、ハイドロゲルは水を主成分として含み、具体的には、水の含有量がハイドロゲルの全量に対して３０．０質量％以上であることが好ましく、４０．０質量％以上であることがより好ましく、５０．０質量％以上であることが更に好ましい。
【0030】
（１）水
ハイドロゲル立体造形用組成物は水を含む。水としては、一般的に溶媒として用い得るものであれば特に限定されず、例えば、イオン交換水、限外濾過水、逆浸透水、及び蒸留水等の純水、並びに超純水などを用いることができる。
水の含有量は、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、ハイドロゲル立体造形用組成物を臓器モデルの造形に用いる場合、ハイドロゲル立体造形用組成物の全量に対して３０．０質量％以上９０．０質量％以下であることが好ましく、４０．０質量％以上９０．０質量％以下であることがより好ましい。
なお、水には、保湿性付与、抗菌性付与、導電性付与、硬度調整などの目的に応じて有機溶媒等のその他の成分を溶解又は分散させてもよい。
ハイドロゲル立体造形用組成物は水を含む。水としては、一般的に溶媒として用い得るものであれば特に限定されず、例えば、イオン交換水、限外濾過水、逆浸透水、及び蒸留水等の純水、並びに超純水などを用いることができる。
水の含有量は、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、ハイドロゲル立体造形用組成物を臓器モデルの造形に用いる場合、ハイドロゲル立体造形用組成物の全量に対して３０．０質量％以上９０．０質量％以下であることが好ましく、４０．０質量％以上９０．０質量％以下であることがより好ましい。
なお、水には、保湿性付与、抗菌性付与、導電性付与、硬度調整などの目的に応じて有機溶媒等のその他の成分を溶解又は分散させてもよい。
【0031】
（２）重合性化合物
ハイドロゲル立体造形用組成物は重合性の官能基を有する化合物である重合性化合物を含む。重合性化合物としては、モノマー、オリゴマー等が挙げられる。重合性化合物は、活性エネルギー線又は熱を照射されることで重合してポリマーの少なくとも一部を形成する。すなわち、ポリマーは、重合性化合物に由来する構造単位を有する。また、ポリマーは、鉱物と架橋して複合化し、ハイドロゲル中で三次元網目構造を形成することが好ましい。ここで、重合性化合物は、水溶性であることが好ましい。水溶性とは、例えば、３０℃の水１００ｇ及びモノマー１ｇを混合して撹拌したとき、モノマーの９０質量％以上が溶解することを表す。
ハイドロゲル立体造形用組成物は重合性の官能基を有する化合物である重合性化合物を含む。重合性化合物としては、モノマー、オリゴマー等が挙げられる。重合性化合物は、活性エネルギー線又は熱を照射されることで重合してポリマーの少なくとも一部を形成する。すなわち、ポリマーは、重合性化合物に由来する構造単位を有する。また、ポリマーは、鉱物と架橋して複合化し、ハイドロゲル中で三次元網目構造を形成することが好ましい。ここで、重合性化合物は、水溶性であることが好ましい。水溶性とは、例えば、３０℃の水１００ｇ及びモノマー１ｇを混合して撹拌したとき、モノマーの９０質量％以上が溶解することを表す。
【0032】
重合性化合物は、重合性の官能基を有する化合物であれば特に制限はないが、光重合性の官能基を有する化合物であることが好ましい。本開示において「重合性官能基」とは、活性エネルギー線の照射や熱の付加により重合反応を起こす官能基を意味し、「光重合性官能基」は特に活性エネルギー線の照射により重合反応を起こす官能基を意味する。光重合性官能基としては、これに限定するものではないが、例えば（メタ）アクリロイル基、ビニル基、アリル基等のエチレン性不飽和結合を有する基、エポキシ基などの環状エーテル基が挙げられる。エチレン性不飽和結合を有する基を含む化合物の具体例としては、例えば、（メタ）アクリルアミド基を有する化合物、（メタ）アクリレート化合物、（メタ）アクリロイル基を有する化合物、ビニル基を有する化合物、アリル基を有する化合物などが挙げられる。
【0033】
（Ｉ）モノマー
重合性化合物として用い得るモノマーは、好ましくは不飽和炭素－炭素結合などの重合性官能基を１つ以上有する化合物であり、例えば、単官能モノマー、多官能モノマーなどが挙げられる。更に、多官能モノマーとしては、二官能モノマー、三官能以上のモノマーなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
重合性化合物として用い得るモノマーは、好ましくは不飽和炭素－炭素結合などの重合性官能基を１つ以上有する化合物であり、例えば、単官能モノマー、多官能モノマーなどが挙げられる。更に、多官能モノマーとしては、二官能モノマー、三官能以上のモノマーなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【0034】
（Ａ）単官能モノマー
単官能モノマーとしては、例えば、アクリルアミド、Ｎ－置換アクリルアミド誘導体、Ｎ，Ｎ－ジ置換アクリルアミド誘導体、Ｎ－置換メタクリルアミド誘導体、Ｎ，Ｎ－ジ置換メタクリルアミド誘導体、アクリル酸、２－エチルヘキシル（メタ）アクリレート、２－ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、２－ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、カプロラクトン変性テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、３－メトキシブチル（メタ）アクリレート、テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、２－フェノキシエチル（メタ）アクリレート、イソデシル（メタ）アクリレート、イソオクチル（メタ）アクリレート、トリデシル（メタ）アクリレート、カプロラクトン（メタ）アクリレート、エトキシ化ノニルフェノール（メタ）アクリレートなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、アクリルアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルアクリルアミド、Ｎ－イソプロピルアクリルアミド、アクリロイルモルホリン、ヒドロキシエチルアクリルアミド、イソボルニル（メタ）アクリレートなどが好ましい。
単官能モノマーとしては、例えば、アクリルアミド、Ｎ－置換アクリルアミド誘導体、Ｎ，Ｎ－ジ置換アクリルアミド誘導体、Ｎ－置換メタクリルアミド誘導体、Ｎ，Ｎ－ジ置換メタクリルアミド誘導体、アクリル酸、２－エチルヘキシル（メタ）アクリレート、２－ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、２－ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、カプロラクトン変性テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、３－メトキシブチル（メタ）アクリレート、テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、２－フェノキシエチル（メタ）アクリレート、イソデシル（メタ）アクリレート、イソオクチル（メタ）アクリレート、トリデシル（メタ）アクリレート、カプロラクトン（メタ）アクリレート、エトキシ化ノニルフェノール（メタ）アクリレートなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、アクリルアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルアクリルアミド、Ｎ－イソプロピルアクリルアミド、アクリロイルモルホリン、ヒドロキシエチルアクリルアミド、イソボルニル（メタ）アクリレートなどが好ましい。
【0035】
単官能モノマーの含有量としては、ハイドロゲル立体造形用組成物の全量に対して、０．５質量％以上３０．０質量％以下が好ましい。
【0036】
（Ｂ）二官能モノマー
二官能モノマーとしては、例えば、トリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、テトラエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールヒドロキシピバリン酸エステルジ（メタ）アクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールエステルジ（メタ）アクリレート、１，３－ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、１，４－ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、１，６－ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、１，９－ノナンジオールジ（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、トリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、カプロラクトン変性ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールエステルジ（メタ）アクリレート、プロポキシ化オペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、エトキシ変性ビスフェノールＡジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコール２００ジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコール４００ジ（メタ）アクリレートなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
二官能モノマーとしては、例えば、トリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、テトラエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールヒドロキシピバリン酸エステルジ（メタ）アクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールエステルジ（メタ）アクリレート、１，３－ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、１，４－ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、１，６－ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、１，９－ノナンジオールジ（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、トリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、カプロラクトン変性ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールエステルジ（メタ）アクリレート、プロポキシ化オペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、エトキシ変性ビスフェノールＡジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコール２００ジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコール４００ジ（メタ）アクリレートなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【0037】
（Ｃ）三官能以上のモノマー
三官能以上のモノマーとしては、例えば、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、トリアリルイソシアヌレート、ε－カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、ε－カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ε－カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールペンタ（メタ）アクリレート、ε－カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、トリス（２－ヒドロキシエチル）イソシアヌレートトリ（メタ）アクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート，プロポキシ化トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート，プロポキシ化グリセリルトリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヒドロキシペンタ（メタ）アクリレート、エトキシ化ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ペンタ（メタ）アクリレートエステルなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
三官能以上のモノマーとしては、例えば、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、トリアリルイソシアヌレート、ε－カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、ε－カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ε－カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールペンタ（メタ）アクリレート、ε－カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、トリス（２－ヒドロキシエチル）イソシアヌレートトリ（メタ）アクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート，プロポキシ化トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート，プロポキシ化グリセリルトリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヒドロキシペンタ（メタ）アクリレート、エトキシ化ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ペンタ（メタ）アクリレートエステルなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【0038】
多官能モノマーの含有量としては、ハイドロゲル立体造形用組成物の全量に対して、０．０１質量％以上１０．０質量％以下が好ましい。
【0039】
（ＩＩ）オリゴマー
オリゴマーは、上記単官能モノマーの低重合体や末端に反応性不飽和結合基を有する低重合体である。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
オリゴマーは、上記単官能モノマーの低重合体や末端に反応性不飽和結合基を有する低重合体である。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【0040】
（３）鉱物
ハイドロゲル立体造形用組成物は鉱物を含むことが好ましい。鉱物は、上記重合性化合物から形成されるポリマーと結合することが可能な鉱物であれば特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、層状粘土鉱物、特に水膨潤性層状粘土鉱物などが挙げられる。
水膨潤性層状粘土鉱物について図８を用いて説明する。図８は、鉱物としての水膨潤性層状粘土鉱物、及び水膨潤性層状粘土鉱物を水中で分散させた状態の一例を示す模式図である。図８の上図に示すように、水膨潤性層状粘土鉱物は、単一層の状態で存在しており、単位格子を結晶内に持つ二次元円盤状の結晶が積み重なった状態を呈している。そして、図８の上図の水膨潤性層状粘土鉱物を水中で分散させると、図８の下図に示すように、各単一層が分離して、複数の二次元円盤状の結晶となる。
なお、水膨潤性とは、図８に示すように層状粘土鉱物の各単一層の間に水分子が挿入され、水中に分散される性質を意味する。また、水膨潤性層状粘土鉱物の単一層の形状は円盤状に限定されず、他の形状であってもよい。
ハイドロゲル立体造形用組成物は鉱物を含むことが好ましい。鉱物は、上記重合性化合物から形成されるポリマーと結合することが可能な鉱物であれば特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、層状粘土鉱物、特に水膨潤性層状粘土鉱物などが挙げられる。
水膨潤性層状粘土鉱物について図８を用いて説明する。図８は、鉱物としての水膨潤性層状粘土鉱物、及び水膨潤性層状粘土鉱物を水中で分散させた状態の一例を示す模式図である。図８の上図に示すように、水膨潤性層状粘土鉱物は、単一層の状態で存在しており、単位格子を結晶内に持つ二次元円盤状の結晶が積み重なった状態を呈している。そして、図８の上図の水膨潤性層状粘土鉱物を水中で分散させると、図８の下図に示すように、各単一層が分離して、複数の二次元円盤状の結晶となる。
なお、水膨潤性とは、図８に示すように層状粘土鉱物の各単一層の間に水分子が挿入され、水中に分散される性質を意味する。また、水膨潤性層状粘土鉱物の単一層の形状は円盤状に限定されず、他の形状であってもよい。
【0041】
水膨潤性層状粘土鉱物としては、例えば、水膨潤性スメクタイト、水膨潤性雲母などが挙げられる。より具体的には、ナトリウムを層間イオンとして含む水膨潤性ヘクトライト、水膨潤性モンモリナイト、水膨潤性サポナイト、水膨潤性合成雲母などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、高弾性のハイドロゲルが得られる点から、水膨潤性ヘクトライトが好ましい。
水膨潤性ヘクトライトは、適宜合成したものであってもよいし、市販品であってもよい。市販品としては、例えば、合成ヘクトライト（ラポナイトＸＬＧ、ＲｏｃｋＷｏｏｄ社製）、ＳＷＮ（Ｃｏｏｐ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｌｔｄ．製）、フッ素化ヘクトライトＳＷＦ（Ｃｏｏｐ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｌｔｄ．製）などが挙げられる。これらの中でも、ハイドロゲルの弾性率を向上させる点から、合成ヘクトライトが好ましい。
水膨潤性ヘクトライトは、適宜合成したものであってもよいし、市販品であってもよい。市販品としては、例えば、合成ヘクトライト（ラポナイトＸＬＧ、ＲｏｃｋＷｏｏｄ社製）、ＳＷＮ（Ｃｏｏｐ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｌｔｄ．製）、フッ素化ヘクトライトＳＷＦ（Ｃｏｏｐ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｌｔｄ．製）などが挙げられる。これらの中でも、ハイドロゲルの弾性率を向上させる点から、合成ヘクトライトが好ましい。
【0042】
鉱物の含有量としては、ハイドロゲル立体造形用組成物の全量に対して、１．０質量％以上４０．０質量％以下が好ましい。
【0043】
（４）有機溶媒
ハイドロゲル立体造形用組成物は必要に応じて有機溶剤を含んでもよい。有機溶媒は、例えば、ハイドロゲルの保湿性を高めること等を目的として含有される。
有機溶媒としては、例えば、炭素数１～４のアルキルアルコール類、アミド類、ケトン類、ケトンアルコール類、エーテル類、多価アルコール類、ポリアルキレングリコール類、多価アルコールの低級アルコールエーテル類、アルカノールアミン類、Ｎ－メチル－２－ピロリドンなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
これらの中でも、保湿性の点から、多価アルコールが好ましく、具体的にはエチレングリコール、プロピレングリコール、１，２－プロパンジオール、１，２－ブタンジオール、１，３－ブタンジオール、１，４－ブタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、１，２，６－ヘキサントリオール、チオグリコール、ヘキシレングリコール、グリセリン等の多価アルコール類が良好に使用される。
有機溶媒の含有量としては、ハイドロゲル立体造形用組成物の全量に対して、１０．０質量％以上５０．０質量％以下が好ましい。１０．０質量％以上であることでハイドロゲル立体造形用組成物の乾燥を抑制でき、５０．０質量％以下であることでハイドロゲル立体造形用組成物中における鉱物の分散性を向上できる。
ハイドロゲル立体造形用組成物は必要に応じて有機溶剤を含んでもよい。有機溶媒は、例えば、ハイドロゲルの保湿性を高めること等を目的として含有される。
有機溶媒としては、例えば、炭素数１～４のアルキルアルコール類、アミド類、ケトン類、ケトンアルコール類、エーテル類、多価アルコール類、ポリアルキレングリコール類、多価アルコールの低級アルコールエーテル類、アルカノールアミン類、Ｎ－メチル－２－ピロリドンなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
これらの中でも、保湿性の点から、多価アルコールが好ましく、具体的にはエチレングリコール、プロピレングリコール、１，２－プロパンジオール、１，２－ブタンジオール、１，３－ブタンジオール、１，４－ブタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、１，２，６－ヘキサントリオール、チオグリコール、ヘキシレングリコール、グリセリン等の多価アルコール類が良好に使用される。
有機溶媒の含有量としては、ハイドロゲル立体造形用組成物の全量に対して、１０．０質量％以上５０．０質量％以下が好ましい。１０．０質量％以上であることでハイドロゲル立体造形用組成物の乾燥を抑制でき、５０．０質量％以下であることでハイドロゲル立体造形用組成物中における鉱物の分散性を向上できる。
【0044】
（５）その他成分
ハイドロゲル立体造形用組成物は必要に応じてその他成分を含んでもよい。
その他成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、安定化剤、表面処理剤、重合開始剤、着色剤、粘度調整剤、接着性付与剤、酸化防止剤、老化防止剤、架橋剤、紫外線吸収剤、可塑剤、防腐剤、金属イオン、フィラー、金属微粒子、分散剤などが挙げられる。
ハイドロゲル立体造形用組成物は必要に応じてその他成分を含んでもよい。
その他成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、安定化剤、表面処理剤、重合開始剤、着色剤、粘度調整剤、接着性付与剤、酸化防止剤、老化防止剤、架橋剤、紫外線吸収剤、可塑剤、防腐剤、金属イオン、フィラー、金属微粒子、分散剤などが挙げられる。
【0045】
（Ｉ）安定化剤
安定化剤は、鉱物を安定して分散させ、ハイドロゲル立体造形用組成物のゾル状態を保つために含有される。また、ハイドロゲル立体造形用組成物を液滴として吐出する方式に用いる場合、液体としての特性安定化を目的として安定化剤が含有される。
安定化剤としては、例えば、高濃度リン酸塩、グリコール、非イオン界面活性剤などが挙げられる。
安定化剤は、鉱物を安定して分散させ、ハイドロゲル立体造形用組成物のゾル状態を保つために含有される。また、ハイドロゲル立体造形用組成物を液滴として吐出する方式に用いる場合、液体としての特性安定化を目的として安定化剤が含有される。
安定化剤としては、例えば、高濃度リン酸塩、グリコール、非イオン界面活性剤などが挙げられる。
【0046】
（ＩＩ）表面処理剤
表面処理剤としては、例えば、ポリエステル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、シリコーン樹脂、クマロン樹脂、脂肪酸エステル、グリセライド、ワックスなどが挙げられる。
表面処理剤としては、例えば、ポリエステル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、シリコーン樹脂、クマロン樹脂、脂肪酸エステル、グリセライド、ワックスなどが挙げられる。
【0047】
（ＩＩＩ）重合開始剤
重合開始剤としては、例えば、熱重合開始剤、光重合開始剤などが挙げられる。これらの中でも、保存安定性の点から、活性エネルギー線を照射することによりラジカル又はカチオンを生成する光重合開始剤が好ましい。
光重合開始剤としては、光（特に波長２２０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の紫外線）の照射によりラジカルを生成する任意の物質を用いることができる。
熱重合開始剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アゾ系開始剤、過酸化物開始剤、過硫酸塩開始剤、レドックス（酸化還元）開始剤などが挙げられる。
重合開始剤としては、例えば、熱重合開始剤、光重合開始剤などが挙げられる。これらの中でも、保存安定性の点から、活性エネルギー線を照射することによりラジカル又はカチオンを生成する光重合開始剤が好ましい。
光重合開始剤としては、光（特に波長２２０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の紫外線）の照射によりラジカルを生成する任意の物質を用いることができる。
熱重合開始剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アゾ系開始剤、過酸化物開始剤、過硫酸塩開始剤、レドックス（酸化還元）開始剤などが挙げられる。
【0048】
（６）ハイドロゲル立体造形用組成物の物性
ハイドロゲル立体造形用組成物の２５℃における粘度は、３．０ｍＰａ・ｓ以上２０．０ｍＰａ・ｓ以下が好ましく、６．０ｍＰａ・ｓ以上１２．０ｍＰａ・ｓ以下がより好ましい。粘度が３．０ｍＰａ・ｓ以上２０．０ｍＰａ・ｓ以下であることで、３Ｄプリンター（特にマテリアルジェッティング方式）における液滴吐出などに好適に適用することができる。なお、粘度の測定は、例えば、回転粘度計（ＶＩＳＣＯＭＡＴＥ ＶＭ－１５０ＩＩＩ、東機産業株式会社製）などを用いて測定することができる。
ハイドロゲル立体造形用組成物の２５℃における粘度は、３．０ｍＰａ・ｓ以上２０．０ｍＰａ・ｓ以下が好ましく、６．０ｍＰａ・ｓ以上１２．０ｍＰａ・ｓ以下がより好ましい。粘度が３．０ｍＰａ・ｓ以上２０．０ｍＰａ・ｓ以下であることで、３Ｄプリンター（特にマテリアルジェッティング方式）における液滴吐出などに好適に適用することができる。なお、粘度の測定は、例えば、回転粘度計（ＶＩＳＣＯＭＡＴＥ ＶＭ－１５０ＩＩＩ、東機産業株式会社製）などを用いて測定することができる。
【0049】
ハイドロゲル立体造形用組成物の表面張力は、２０ｍＮ／ｍ以上４５ｍＮ／ｍ以下が好ましく、２５ｍＮ／ｍ以上３４ｍＮ／ｍ以下がより好ましい。表面張力が、２０ｍＮ／ｍ以上であると、吐出安定性を向上でき、４５ｍＮ／ｍ以下であると、造形用の吐出ノズル等にハイドロゲル立体造形用組成物を充填しやすくなる。なお、表面張力の測定は、例えば、表面張力計（自動接触角計ＤＭ－７０１、協和界面科学株式会社製）などを用いて測定することができる。
【0050】
３．３Ｄプリンタを用いて立体造形物を造形する方法
３Ｄプリンタ（以下、「造形装置」とも称する）で立体造形物を造形する方法の一例として、マテリアルジェッティング方式の３Ｄプリンタで上記のハイドロゲル立体造形用組成物を用いてハイドロゲル立体造形物を造形する方法について説明する。
３Ｄプリンタ（以下、「造形装置」とも称する）で立体造形物を造形する方法の一例として、マテリアルジェッティング方式の３Ｄプリンタで上記のハイドロゲル立体造形用組成物を用いてハイドロゲル立体造形物を造形する方法について説明する。
【0051】
マテリアルジェッティング方式によるハイドロゲル立体造形物の造形方法は、ハイドロゲル立体造形用組成物の液滴を付与して液膜を形成する液膜形成工程と、ハイドロゲル立体造形用組成物の液膜を硬化させる硬化工程と、を有し、液膜形成工程及び硬化工程を順次繰り返すことを特徴とする。なお、ハイドロゲル立体造形物の造形方法は、必要に応じて、ハイドロゲル立体造形物を支持する支持体を造形する支持体造形工程、その他工程を有してもよい。
マテリアルジェッティング方式によるハイドロゲル立体造形物の造形装置は、ハイドロゲル立体造形用組成物を収容している収容手段と、収容されていたハイドロゲル立体造形用組成物の液滴を付与して液膜を形成する液膜形成手段と、ハイドロゲル立体造形用組成物の液膜を硬化させる硬化手段と、を有し、液膜形成手段による液膜形成及び硬化手段による硬化を順次繰り返すことを特徴とする。
マテリアルジェッティング方式によるハイドロゲル立体造形物の造形装置は、ハイドロゲル立体造形用組成物を収容している収容手段と、収容されていたハイドロゲル立体造形用組成物の液滴を付与して液膜を形成する液膜形成手段と、ハイドロゲル立体造形用組成物の液膜を硬化させる硬化手段と、を有し、液膜形成手段による液膜形成及び硬化手段による硬化を順次繰り返すことを特徴とする。
【0052】
まず、図９及び図１０を用いてマテリアルジェッティング方式について説明する。図９は、ハイドロゲル立体造形物の造形装置の一例を示す模式図である。図１０は、ハイドロゲル立体造形物を支持体から剥離した一例を示す模式図である。図９に示すマテリアルジェッティング方式のハイドロゲル立体造形物の造形装置１０は、インクジェットヘッドを配列したヘッドユニットを用い、ハイドロゲル立体造形用組成物噴射ヘッドユニット１１からハイドロゲル立体造形用組成物収容容器に収容されていたハイドロゲル立体造形用組成物を、支持体造形用組成物噴射ヘッドユニット１２から支持体造形用組成物収容容器に収容されていた支持体造形用組成物を、造形体支持基板１４に向けて噴射し、隣接した紫外線照射機１３でハイドロゲル立体造形用組成物及び支持体造形用組成物を硬化しながら積層する。ここで、支持体造形用組成物とは、光などの活性エネルギー線又は熱を照射されることで硬化し、ハイドロゲル立体造形物を支持する支持体を造形する液体組成物を表し、例えば、アクリル系材料などが挙げられる。なお、造形装置１０は、噴射されたハイドロゲル立体造形用組成物を平坦化する平滑化部材１６を有してもよい。
【0053】
造形装置１０は、ハイドロゲル立体造形用組成物噴射ヘッドユニット１１、支持体造形用組成物噴射ヘッドユニット１２、及び紫外線照射機１３と、立体造形物（ハイドロゲル）１７及び支持体（サポート材）１８とのギャップを一定に保つため、積層回数に合わせて、ステージ１５を下げながら積層する。
【0054】
造形装置１０における紫外線照射機１３は、矢印Ａ、Ｂいずれの方向に移動する際も使用され、紫外線照射に伴って発生する熱により、積層表面が平滑化され、結果として立体造形物１７の寸法安定性が向上する。
【0055】
造形装置１０における造形が終了後、図１０に示すように立体造形物１７と支持体１８を水平方向に引っ張ることにより、支持体１８は一体として剥離され、立体造形物１７を容易に取り出すことができる。
【0056】
（１）液膜形成工程
液膜形成工程においてハイドロゲル立体造形用組成物を付与する方法としては、液滴が適切な精度で目的の位置に付与できる方式であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、公知の液滴吐出方式を用いることができる。液滴吐出方式の具体例としては、例えば、ディスペンサー方式、スプレー方式、インクジェット方式などが挙げられるが、インクジェット方式であることが好ましい。
液膜形成工程においてハイドロゲル立体造形用組成物を付与する方法としては、液滴が適切な精度で目的の位置に付与できる方式であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、公知の液滴吐出方式を用いることができる。液滴吐出方式の具体例としては、例えば、ディスペンサー方式、スプレー方式、インクジェット方式などが挙げられるが、インクジェット方式であることが好ましい。
【0057】
ハイドロゲル立体造形用組成物の液滴の体積は、例えば、２ｐＬ以上６０ｐＬ以下が好ましく、１５ｐＬ以上３０ｐＬ以下がより好ましい。液滴の体積が２ｐＬ以上であると吐出安定性を向上でき、６０ｐＬ以下であると、造形用の吐出ノズル等にハイドロゲル立体造形用組成物を充填する際に、充填が容易になる。
【0058】
（２）硬化工程
硬化工程においてハイドロゲル立体造形用組成物の液膜を硬化させる硬化手段は、例えば、紫外線（ＵＶ）照射ランプ、電子線などが挙げられる。紫外線（ＵＶ）照射ランプの種類としては、例えば、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライドなどが挙げられる。
ハイドロゲル立体造形用組成物に対する硬化手段としては、ＵＶ－ＬＥＤ（Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ－Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：紫外線発光ダイオード）が好適に使用される。ＬＥＤの発光波長としては特に制限するものではなく、一般的には３６５ｎｍ、３７５ｎｍ、３８５ｎｍ、３９５ｎｍ、４０５ｎｍ等があるが、造形物への色の影響を考慮すると、開始剤の吸収が大きくなるように、短波長発光の方が有利である。また、ＵＶ－ＬＥＤは、一般的に用いられる紫外線照射ランプ（高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライドランプ）、電子線などにくらべ、硬化時に生じる熱エネルギーが小さく、ハイドロゲルの熱損傷が小さくなる。特に、ハイドロゲル立体造形用組成物により造形されるハイドロゲルは、水を含有する状態で使用されるため、この効果は顕著なものである。
硬化工程においてハイドロゲル立体造形用組成物の液膜を硬化させる硬化手段は、例えば、紫外線（ＵＶ）照射ランプ、電子線などが挙げられる。紫外線（ＵＶ）照射ランプの種類としては、例えば、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライドなどが挙げられる。
ハイドロゲル立体造形用組成物に対する硬化手段としては、ＵＶ－ＬＥＤ（Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ－Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：紫外線発光ダイオード）が好適に使用される。ＬＥＤの発光波長としては特に制限するものではなく、一般的には３６５ｎｍ、３７５ｎｍ、３８５ｎｍ、３９５ｎｍ、４０５ｎｍ等があるが、造形物への色の影響を考慮すると、開始剤の吸収が大きくなるように、短波長発光の方が有利である。また、ＵＶ－ＬＥＤは、一般的に用いられる紫外線照射ランプ（高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライドランプ）、電子線などにくらべ、硬化時に生じる熱エネルギーが小さく、ハイドロゲルの熱損傷が小さくなる。特に、ハイドロゲル立体造形用組成物により造形されるハイドロゲルは、水を含有する状態で使用されるため、この効果は顕著なものである。
【0059】
ハイドロゲル立体造形物の造形方法は、ハイドロゲル立体造形用組成物の液滴を付与して液膜を形成する液膜形成工程と、ハイドロゲル立体造形用組成物の液膜を硬化させる硬化工程と、を有し、液膜形成工程及び硬化工程を順次繰り返す。このとき、繰り返し回数としては、特に制限はなく、造形するハイドロゲル立体造形物の大きさ、形状などに応じて適宜選択することができる。また、硬化後の１層あたりの平均厚みは、１０μｍ以上５０μｍ以下が好ましい。平均厚みが１０μｍ以上５０μｍ以下であることで、精度よく、且つ剥離を少なく造形することが可能である。
【0060】
（３）支持体造形工程
支持体造形工程において使用される支持体造形用組成物は、光などの活性エネルギー線又は熱を照射されることで硬化し、ハイドロゲル立体造形物を支持する支持体を造形する液体組成物である。支持体造形用組成物の組成は、ハイドロゲル立体造形用組成物とは異なる。具体的には、硬化性材料及び重合開始剤などを含み、水及び鉱物は含まないことが好ましい。硬化性材料としては、活性エネルギー線（紫外線、電子線等）照射、加熱等により重合反応を生じて硬化する化合物であり、例えば、活性エネルギー線硬化性化合物、熱硬化性化合物などが挙げられる。これらの中でも、常温で液体の材料が好ましい。
支持体造形用組成物は、ハイドロゲル立体造形用組成物とは異なる位置に付与される。これは、支持体造形用組成物とハイドロゲル立体造形用組成物とが重ならないことを意味し、支持体造形用組成物とハイドロゲル立体造形用組成物とが隣接していてもよい。
支持体造形用組成物を付与する方法としては、ハイドロゲル立体造形用組成物を付与する方法と同様の方法が挙げられる。
支持体造形工程において使用される支持体造形用組成物は、光などの活性エネルギー線又は熱を照射されることで硬化し、ハイドロゲル立体造形物を支持する支持体を造形する液体組成物である。支持体造形用組成物の組成は、ハイドロゲル立体造形用組成物とは異なる。具体的には、硬化性材料及び重合開始剤などを含み、水及び鉱物は含まないことが好ましい。硬化性材料としては、活性エネルギー線（紫外線、電子線等）照射、加熱等により重合反応を生じて硬化する化合物であり、例えば、活性エネルギー線硬化性化合物、熱硬化性化合物などが挙げられる。これらの中でも、常温で液体の材料が好ましい。
支持体造形用組成物は、ハイドロゲル立体造形用組成物とは異なる位置に付与される。これは、支持体造形用組成物とハイドロゲル立体造形用組成物とが重ならないことを意味し、支持体造形用組成物とハイドロゲル立体造形用組成物とが隣接していてもよい。
支持体造形用組成物を付与する方法としては、ハイドロゲル立体造形用組成物を付与する方法と同様の方法が挙げられる。
【0061】
（４）その他工程
その他の工程としては、例えば、液膜を平滑化させる工程、剥離工程、立体造形物の研磨工程、立体造形物の清浄工程などが挙げられるが、液膜を平滑化させる工程を含むことが好ましい。液膜形成工程にて形成された液膜は、全ての位置で狙いの膜厚（層厚）になっているとは限らないためである。例えば、インクジェット方式で液膜形成する場合、不吐出やドット間段差が生じる場合などがあり、高精度な立体造形物を形成することが困難になることがある。これら課題に対しては、液膜を形成した後に機械的に平滑化する（均す）、液膜を硬化して得られるハイドロゲル薄膜を機械的に削り取る、平滑度を検知して次の層の積層時に製膜量をドットレベルで調整する、などの方法が考えられる。なお、ハイドロゲル立体造形物が臓器モデルを対象として造形される場合、ハイドロゲルの硬度は比較的柔らかいため、平滑化の方法としては、液膜を機械的に均す方法が好ましい。機械的に平滑化する方法とは、例えば、ブレード形状の部材で均す、ローラー形状の部材で均すなどの方法が挙げられる。
その他の工程としては、例えば、液膜を平滑化させる工程、剥離工程、立体造形物の研磨工程、立体造形物の清浄工程などが挙げられるが、液膜を平滑化させる工程を含むことが好ましい。液膜形成工程にて形成された液膜は、全ての位置で狙いの膜厚（層厚）になっているとは限らないためである。例えば、インクジェット方式で液膜形成する場合、不吐出やドット間段差が生じる場合などがあり、高精度な立体造形物を形成することが困難になることがある。これら課題に対しては、液膜を形成した後に機械的に平滑化する（均す）、液膜を硬化して得られるハイドロゲル薄膜を機械的に削り取る、平滑度を検知して次の層の積層時に製膜量をドットレベルで調整する、などの方法が考えられる。なお、ハイドロゲル立体造形物が臓器モデルを対象として造形される場合、ハイドロゲルの硬度は比較的柔らかいため、平滑化の方法としては、液膜を機械的に均す方法が好ましい。機械的に平滑化する方法とは、例えば、ブレード形状の部材で均す、ローラー形状の部材で均すなどの方法が挙げられる。
【0062】
（５）強度物性が異なる部位を有するハイドロゲル立体造形物の造形方法
次に、ハイドロゲル立体造形物の造形方法のより具体的な説明として、強度物性が異なる部位を有するハイドロゲル立体造形物の造形方法の一例について説明する。以下の説明では、組成の異なる２種類のハイドロゲル立体造形用組成物を用いる態様を例として詳細を説明するが、かかる態様に限定されるものではない。当業者であれば、かかる説明からさらなる態様（例えば、３種類以上のハイドロゲル立体造形用組成物を用いる態様など）について容易に理解するものである。
次に、ハイドロゲル立体造形物の造形方法のより具体的な説明として、強度物性が異なる部位を有するハイドロゲル立体造形物の造形方法の一例について説明する。以下の説明では、組成の異なる２種類のハイドロゲル立体造形用組成物を用いる態様を例として詳細を説明するが、かかる態様に限定されるものではない。当業者であれば、かかる説明からさらなる態様（例えば、３種類以上のハイドロゲル立体造形用組成物を用いる態様など）について容易に理解するものである。
【0063】
強度物性が異なる部位を有するハイドロゲル立体造形物の造形方法は、組成の異なる複数のハイドロゲル立体造形用組成物の液滴をそれぞれ付与することで、組成の異なる複数の領域を有する液膜を形成する液膜形成工程と、液膜を硬化させる硬化工程と、を有し、液膜形成工程及び硬化工程を順次繰り返すことを特徴とする。
なお、上記造形方法は、組成の異なる複数のハイドロゲル立体造形用組成物をそれぞれ収容している収容手段と、収容されていた組成の異なる複数のハイドロゲル立体造形用組成物の液滴をそれぞれ付与することで、組成の異なる複数の領域を有する液膜を形成する液膜形成手段と、液膜を硬化させる硬化手段と、を有し、液膜形成手段による液膜形成及び硬化手段による硬化を順次繰り返すことを特徴とするハイドロゲル立体造形物の造形装置を用いる。
具体的には、まず、第一のハイドロゲル立体造形用組成物と、第一のハイドロゲル立体造形用組成物とは組成の異なる第二のハイドロゲル立体造形用組成物と、を用い、各ハイドロゲル立体造形用組成物の液滴の、それぞれ、付与する位置及び付与量を制御することにより、組成が異なる複数の領域を連続的に有する液膜を形成する。なお、第一のハイドロゲル立体造形用組成物は上記の高強度造形用組成物の一例であるとし、第二のハイドロゲル立体造形用組成物は上記の低強度造形用組成物の一例であるとする。次に、この液膜を硬化させて上記領域を連続的に有する１層分の硬化膜を形成する。その後、液膜の形成と硬化とを順次繰り返すことで硬化膜を積層し、強度物性が異なる複数の部位を連続的に有するハイドロゲル立体造形物を造形する。なお、ハイドロゲル立体造形物における強度物性が異なる複数の部位は、１層分の硬化膜の中で強度物性が異なることにより存在していてもよいし、硬化膜間で強度物性が異なることにより存在していてもよい。
なお、上記造形方法は、組成の異なる複数のハイドロゲル立体造形用組成物をそれぞれ収容している収容手段と、収容されていた組成の異なる複数のハイドロゲル立体造形用組成物の液滴をそれぞれ付与することで、組成の異なる複数の領域を有する液膜を形成する液膜形成手段と、液膜を硬化させる硬化手段と、を有し、液膜形成手段による液膜形成及び硬化手段による硬化を順次繰り返すことを特徴とするハイドロゲル立体造形物の造形装置を用いる。
具体的には、まず、第一のハイドロゲル立体造形用組成物と、第一のハイドロゲル立体造形用組成物とは組成の異なる第二のハイドロゲル立体造形用組成物と、を用い、各ハイドロゲル立体造形用組成物の液滴の、それぞれ、付与する位置及び付与量を制御することにより、組成が異なる複数の領域を連続的に有する液膜を形成する。なお、第一のハイドロゲル立体造形用組成物は上記の高強度造形用組成物の一例であるとし、第二のハイドロゲル立体造形用組成物は上記の低強度造形用組成物の一例であるとする。次に、この液膜を硬化させて上記領域を連続的に有する１層分の硬化膜を形成する。その後、液膜の形成と硬化とを順次繰り返すことで硬化膜を積層し、強度物性が異なる複数の部位を連続的に有するハイドロゲル立体造形物を造形する。なお、ハイドロゲル立体造形物における強度物性が異なる複数の部位は、１層分の硬化膜の中で強度物性が異なることにより存在していてもよいし、硬化膜間で強度物性が異なることにより存在していてもよい。
【0064】
４．立体造形物の用途
立体造形物の用途としては、例えば、生体の組織を模した組織モデルなどが挙げられるが、ヒトの組織モデルであることが好ましい。ここで、組織とは、生体を構成する機能器官である。従って、組織は、内臓に限らず、骨、皮膚、血管など生体を構成するあらゆる器官を含む。また、組織モデルは、臓器モデルであることが好ましい。
臓器モデルの用途としては２つに大別できる。１つは汎用用途における臓器モデルであり、もう１つは個別用途における臓器モデルである。汎用用途における臓器モデルとしては、例えば、医療機器開発における性能確認、校正、トレーニング、教育現場における構造確認などに用いられる臓器モデルである。この場合の臓器モデルは、対象とする臓器の平均的な形状・物性を有する。また、この場合の臓器モデルは、主に健常者のデータを基に造形され、単独もしくは複数人のデータが平均化されたモデルであることが好ましい。個別用途における臓器モデルとしては、例えば、医療現場におけるインフォームドコンセント、術前シミュレーション、術式トレーニングなどに用いられる臓器モデルである。この場合の臓器モデルは、対象とする患者個人の患部を含む臓器の形状・物性を有する。また、この場合の臓器モデルは、患者個人のデータを基に造形され、患部が再現されたモデルであることが好ましい。
立体造形物をヒトの臓器モデルとして用いる場合、立体造形物を形成するハイドロゲルなどの材料における水の含有量は、立体造形物全量に対して７０質量％以上８５質量％以下であることが好ましい。７０質量％以上８５質量％以下であることで、ヒトの臓器モデルが対象とする実際のヒトの臓器と同等の水分含有量とすることができ、好適に使用することができる。なお、具体的には、ヒトの心臓モデルであれば約８０質量％であることが好ましく、ヒトの腎臓モデルであれば約８３質量％であることが好ましく、ヒトの脳又は腸のモデルであれば約７５質量％であることが好ましい。従って、立体造形物における水の含有量は、立体造形物全量に対して７５質量％以上８３質量％以下であることがより好ましい。
立体造形物の用途としては、例えば、生体の組織を模した組織モデルなどが挙げられるが、ヒトの組織モデルであることが好ましい。ここで、組織とは、生体を構成する機能器官である。従って、組織は、内臓に限らず、骨、皮膚、血管など生体を構成するあらゆる器官を含む。また、組織モデルは、臓器モデルであることが好ましい。
臓器モデルの用途としては２つに大別できる。１つは汎用用途における臓器モデルであり、もう１つは個別用途における臓器モデルである。汎用用途における臓器モデルとしては、例えば、医療機器開発における性能確認、校正、トレーニング、教育現場における構造確認などに用いられる臓器モデルである。この場合の臓器モデルは、対象とする臓器の平均的な形状・物性を有する。また、この場合の臓器モデルは、主に健常者のデータを基に造形され、単独もしくは複数人のデータが平均化されたモデルであることが好ましい。個別用途における臓器モデルとしては、例えば、医療現場におけるインフォームドコンセント、術前シミュレーション、術式トレーニングなどに用いられる臓器モデルである。この場合の臓器モデルは、対象とする患者個人の患部を含む臓器の形状・物性を有する。また、この場合の臓器モデルは、患者個人のデータを基に造形され、患部が再現されたモデルであることが好ましい。
立体造形物をヒトの臓器モデルとして用いる場合、立体造形物を形成するハイドロゲルなどの材料における水の含有量は、立体造形物全量に対して７０質量％以上８５質量％以下であることが好ましい。７０質量％以上８５質量％以下であることで、ヒトの臓器モデルが対象とする実際のヒトの臓器と同等の水分含有量とすることができ、好適に使用することができる。なお、具体的には、ヒトの心臓モデルであれば約８０質量％であることが好ましく、ヒトの腎臓モデルであれば約８３質量％であることが好ましく、ヒトの脳又は腸のモデルであれば約７５質量％であることが好ましい。従って、立体造形物における水の含有量は、立体造形物全量に対して７５質量％以上８３質量％以下であることがより好ましい。
【実施例】
【0065】
以下、本発明の例を説明するが、本発明はこれら例に何ら限定されるものではない。
【0066】
＜高強度造形用組成物Ａの作製＞
まず、イオン交換水に減圧脱気を３０分間実施して純水を準備し、この純水５８０．０質量部を撹拌させながら、水膨潤性粘土鉱物である合成ヘクトライト（ラポナイトＲＤ、ＢＹＫ社製）６７．０質量部を少しずつ添加し、更に撹拌して混合液を作製した。次に、混合液に合成ヘクトライトの分散剤としてエチドロン酸（東京化成工業株式会社製）５．０質量部を添加して分散液を得た。
次に、得られた分散液に、モノマーとして、活性アルミナのカラムを通過させ重合禁止剤を除去したジメチルアクリルアミド（ＤＭＡＡ、東京化成工業株式会社製）２６２．０質量部を添加した。また、架橋剤としてＮ，Ｎ’－メチレンビスアクリルアミド（ＭＢＡＡ、東京化成工業株式会社製）２．４質量部、ポリエチレングリコールジアクリレート（Ａ－４００、新中村化学工業株式会社製）８．０質量部を添加した。更に、乾燥防止剤としてグリセリン（阪本薬品工業株式会社製）３００．０質量部を添加して混合した。
次に、重合促進剤としてＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’－テトラメチルエチレンジアミン（ＴＥＭＥＤ、東京化成工業株式会社製）６．７質量部を添加した。また、界面活性剤としてエマルゲンＬＳ－１０６（花王株式会社製）を５．３質量部添加して混合した。
次に、氷浴で冷却しながら、光重合開始剤（イルガキュア１８４、ＢＡＳＦ社製）のメタノール４質量％溶液を１２．３質量部添加し、攪拌混合の後、減圧脱気を２０分間実施した。続いて、ろ過を行い、不純物等を除去し、均質な高強度造形用組成物Ａを得た。
まず、イオン交換水に減圧脱気を３０分間実施して純水を準備し、この純水５８０．０質量部を撹拌させながら、水膨潤性粘土鉱物である合成ヘクトライト（ラポナイトＲＤ、ＢＹＫ社製）６７．０質量部を少しずつ添加し、更に撹拌して混合液を作製した。次に、混合液に合成ヘクトライトの分散剤としてエチドロン酸（東京化成工業株式会社製）５．０質量部を添加して分散液を得た。
次に、得られた分散液に、モノマーとして、活性アルミナのカラムを通過させ重合禁止剤を除去したジメチルアクリルアミド（ＤＭＡＡ、東京化成工業株式会社製）２６２．０質量部を添加した。また、架橋剤としてＮ，Ｎ’－メチレンビスアクリルアミド（ＭＢＡＡ、東京化成工業株式会社製）２．４質量部、ポリエチレングリコールジアクリレート（Ａ－４００、新中村化学工業株式会社製）８．０質量部を添加した。更に、乾燥防止剤としてグリセリン（阪本薬品工業株式会社製）３００．０質量部を添加して混合した。
次に、重合促進剤としてＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’－テトラメチルエチレンジアミン（ＴＥＭＥＤ、東京化成工業株式会社製）６．７質量部を添加した。また、界面活性剤としてエマルゲンＬＳ－１０６（花王株式会社製）を５．３質量部添加して混合した。
次に、氷浴で冷却しながら、光重合開始剤（イルガキュア１８４、ＢＡＳＦ社製）のメタノール４質量％溶液を１２．３質量部添加し、攪拌混合の後、減圧脱気を２０分間実施した。続いて、ろ過を行い、不純物等を除去し、均質な高強度造形用組成物Ａを得た。
【0067】
－高強度造形用組成物Ａの硬化物における粘弾性の測定－
まず、高強度造形用組成物Ａを用いてハイドロゲルを作製した。具体的には、３１ｍｍ×３１ｍｍ（厚さ１０ｍｍ）の容器を準備し、高強度造形用組成物Ａで内部を満たし、紫外線照射機（ウシオ電機株式会社製、ＳＰＯＴ ＣＵＲＥ ＳＰ５－２５０ＤＢ）を用いて硬化させた。照射条件は、波長：３６５ｎｍ、照射強度：３５０ｍＪ／ｃｍ２、照射時間：６０秒であった。
次に、作製したハイドロゲルの物性をレオメーターにより測定したところ、貯蔵弾性率：８３２０Ｐａ，損失弾性率：２５４０Ｐａであった。
まず、高強度造形用組成物Ａを用いてハイドロゲルを作製した。具体的には、３１ｍｍ×３１ｍｍ（厚さ１０ｍｍ）の容器を準備し、高強度造形用組成物Ａで内部を満たし、紫外線照射機（ウシオ電機株式会社製、ＳＰＯＴ ＣＵＲＥ ＳＰ５－２５０ＤＢ）を用いて硬化させた。照射条件は、波長：３６５ｎｍ、照射強度：３５０ｍＪ／ｃｍ２、照射時間：６０秒であった。
次に、作製したハイドロゲルの物性をレオメーターにより測定したところ、貯蔵弾性率：８３２０Ｐａ，損失弾性率：２５４０Ｐａであった。
【0068】
＜低強度造形用組成物Ｂの作製＞
まず、イオン交換水に減圧脱気を３０分間実施して純水を準備し、この純水５８０．０質量部を撹拌させながら、水膨潤性粘土鉱物である合成ヘクトライト（ラポナイトＲＤ、ＢＹＫ社製）６７．０質量部を少しずつ添加し、更に撹拌して混合液を作製した。次に、混合液に合成ヘクトライトの分散剤としてエチドロン酸（東京化成工業株式会社製）５．０質量部を添加して分散液を得た。
次に、得られた分散液に、モノマーとして、活性アルミナのカラムを通過させ重合禁止剤を除去したジメチルアクリルアミド（ＤＭＡＡ、東京化成工業株式会社製）２６２．０質量部を添加した。また、架橋剤としてＮ，Ｎ’－メチレンビスアクリルアミド（ＭＢＡＡ、東京化成工業株式会社製）０．６質量部、ポリエチレングリコールジアクリレート（Ａ－４００、新中村化学工業株式会社製）２．０質量部を添加した。更に、乾燥防止剤としてグリセリン（阪本薬品工業株式会社製）３００．０質量部を添加して混合した。
次に、重合促進剤としてＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’－テトラメチルエチレンジアミン（ＴＥＭＥＤ、東京化成工業株式会社製）６．７質量部を添加した。また、界面活性剤としてエマルゲンＬＳ－１０６（花王株式会社製）を５．３質量部添加して混合した。
次に、氷浴で冷却しながら、光重合開始剤（イルガキュア１８４、ＢＡＳＦ社製）のメタノール４質量％溶液を１２．３質量部添加し、攪拌混合の後、減圧脱気を２０分間実施した。続いて、ろ過を行い、不純物等を除去し、均質な低強度造形用組成物Ｂを得た。
まず、イオン交換水に減圧脱気を３０分間実施して純水を準備し、この純水５８０．０質量部を撹拌させながら、水膨潤性粘土鉱物である合成ヘクトライト（ラポナイトＲＤ、ＢＹＫ社製）６７．０質量部を少しずつ添加し、更に撹拌して混合液を作製した。次に、混合液に合成ヘクトライトの分散剤としてエチドロン酸（東京化成工業株式会社製）５．０質量部を添加して分散液を得た。
次に、得られた分散液に、モノマーとして、活性アルミナのカラムを通過させ重合禁止剤を除去したジメチルアクリルアミド（ＤＭＡＡ、東京化成工業株式会社製）２６２．０質量部を添加した。また、架橋剤としてＮ，Ｎ’－メチレンビスアクリルアミド（ＭＢＡＡ、東京化成工業株式会社製）０．６質量部、ポリエチレングリコールジアクリレート（Ａ－４００、新中村化学工業株式会社製）２．０質量部を添加した。更に、乾燥防止剤としてグリセリン（阪本薬品工業株式会社製）３００．０質量部を添加して混合した。
次に、重合促進剤としてＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’－テトラメチルエチレンジアミン（ＴＥＭＥＤ、東京化成工業株式会社製）６．７質量部を添加した。また、界面活性剤としてエマルゲンＬＳ－１０６（花王株式会社製）を５．３質量部添加して混合した。
次に、氷浴で冷却しながら、光重合開始剤（イルガキュア１８４、ＢＡＳＦ社製）のメタノール４質量％溶液を１２．３質量部添加し、攪拌混合の後、減圧脱気を２０分間実施した。続いて、ろ過を行い、不純物等を除去し、均質な低強度造形用組成物Ｂを得た。
【0069】
－低強度造形用組成物Ｂの硬化物における粘弾性の測定－
まず、低強度造形用組成物Ｂを用いてハイドロゲルを作製した。具体的には、３１ｍｍ×３１ｍｍ（厚さ１０ｍｍ）の容器を準備し、低強度造形用組成物Ｂで内部を満たし、紫外線照射機（ウシオ電機株式会社製、ＳＰＯＴ ＣＵＲＥ ＳＰ５－２５０ＤＢ）を用いて硬化させた。照射条件は、波長：３６５ｎｍ、照射強度：３５０ｍＪ／ｃｍ２、照射時間：６０秒であった。
次に、作製したハイドロゲルの物性をレオメーターにより測定したところ、貯蔵弾性率：４４１５Ｐａ，損失弾性率：３１０４Ｐａであった。
まず、低強度造形用組成物Ｂを用いてハイドロゲルを作製した。具体的には、３１ｍｍ×３１ｍｍ（厚さ１０ｍｍ）の容器を準備し、低強度造形用組成物Ｂで内部を満たし、紫外線照射機（ウシオ電機株式会社製、ＳＰＯＴ ＣＵＲＥ ＳＰ５－２５０ＤＢ）を用いて硬化させた。照射条件は、波長：３６５ｎｍ、照射強度：３５０ｍＪ／ｃｍ２、照射時間：６０秒であった。
次に、作製したハイドロゲルの物性をレオメーターにより測定したところ、貯蔵弾性率：４４１５Ｐａ，損失弾性率：３１０４Ｐａであった。
【0070】
＜医用３Ｄデータの取得＞
ＭＲＥ測定が可能なＭＲＩ装置を用い、脂肪肝を患う患者の肝臓部分を含む医用３Ｄデータを取得した。本医用３Ｄデータは、患者をＭＲＩ装置で撮影することにより取得される医用画像データと、患者をＭＲＥ測定することにより取得される生体物性と、に基づいて作成されていた。具体的には、本医用３Ｄデータは、医用画像データに基づいて作成される複数のボクセルと、ボクセルごとに付与された医用画像データにおける画像濃度（ＭＲＩ信号値）を示す画像濃度情報と、ボクセルごとに付与された生体物性（粘弾性）を示す生体物性情報と、を含んでいた。
なお、ＭＲＥ測定により取得された肝臓部分における生体物性（粘弾性）は、いずれの部位においても、高強度造形用組成物Ａの硬化物における粘弾性と低強度造形用組成物Ｂの硬化物における粘弾性の範囲内であった。
ＭＲＥ測定が可能なＭＲＩ装置を用い、脂肪肝を患う患者の肝臓部分を含む医用３Ｄデータを取得した。本医用３Ｄデータは、患者をＭＲＩ装置で撮影することにより取得される医用画像データと、患者をＭＲＥ測定することにより取得される生体物性と、に基づいて作成されていた。具体的には、本医用３Ｄデータは、医用画像データに基づいて作成される複数のボクセルと、ボクセルごとに付与された医用画像データにおける画像濃度（ＭＲＩ信号値）を示す画像濃度情報と、ボクセルごとに付与された生体物性（粘弾性）を示す生体物性情報と、を含んでいた。
なお、ＭＲＥ測定により取得された肝臓部分における生体物性（粘弾性）は、いずれの部位においても、高強度造形用組成物Ａの硬化物における粘弾性と低強度造形用組成物Ｂの硬化物における粘弾性の範囲内であった。
【0071】
＜造形用３Ｄデータの生成＞
まず、医用３Ｄデータをボクセル領域分割し、肝臓部分を示す領域別医用３Ｄデータを取得した。次に、領域別医用３Ｄデータに対し、ＦＡＶフォーマット変換を行うことで造形用３ＤデータであるＦＡＶ形式のデータを作成した。
まず、医用３Ｄデータをボクセル領域分割し、肝臓部分を示す領域別医用３Ｄデータを取得した。次に、領域別医用３Ｄデータに対し、ＦＡＶフォーマット変換を行うことで造形用３ＤデータであるＦＡＶ形式のデータを作成した。
【0072】
＜肝臓モデルの造形例＞
高強度造形用組成物Ａ及び低強度造形用組成物Ｂを、それぞれ、図９に示すようなマテリアルジェッティング方式であって、且つ強度物性の階調を表現できる３Ｄプリンタに収容し、３Ｄプリンタのインクジェットヘッドに充填した。次に、３Ｄプリンタに造形用３Ｄデータを入力し、造形用３Ｄデータを基に、生体物性の分布に対応する強度物性の分布を有する立体造形物である肝臓モデルの造形を行った。具体的には、インクジェットヘッドから各造形用組成物を噴射させ、液膜形成と硬化を順次繰り返すことで造形した。
高強度造形用組成物Ａ及び低強度造形用組成物Ｂを、それぞれ、図９に示すようなマテリアルジェッティング方式であって、且つ強度物性の階調を表現できる３Ｄプリンタに収容し、３Ｄプリンタのインクジェットヘッドに充填した。次に、３Ｄプリンタに造形用３Ｄデータを入力し、造形用３Ｄデータを基に、生体物性の分布に対応する強度物性の分布を有する立体造形物である肝臓モデルの造形を行った。具体的には、インクジェットヘッドから各造形用組成物を噴射させ、液膜形成と硬化を順次繰り返すことで造形した。
【符号の説明】
【0073】
１０ 造形装置
１１ ハイドロゲル立体造形用組成物噴射ヘッドユニット
１２ 支持体造形用組成物噴射ヘッドユニット
１３ 紫外線照射機
１４ 造形体支持基板
１５ ステージ
１６ 平滑化部材
１７ 立体造形物（ハイドロゲル）
１８ 支持体（サポート材）
１１ ハイドロゲル立体造形用組成物噴射ヘッドユニット
１２ 支持体造形用組成物噴射ヘッドユニット
１３ 紫外線照射機
１４ 造形体支持基板
１５ ステージ
１６ 平滑化部材
１７ 立体造形物（ハイドロゲル）
１８ 支持体（サポート材）
【先行技術文献】
【特許文献】
【0074】
【文献】特開２０１５－０６９０５４号公報
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
