JP2008237304A - 心血管系シミュレーションモデル - Google Patents

Abstract

【課題】心血管系を立体的かつ忠実に再現するとともに、患者毎に異なる血管構造にも対応してカテーテル手技からカテーテルデバイスの評価に応用できる心血管系シミュレーションモデルを提供する。
【解決手段】心血管系を立体的に再現したシミュレーションモデルにおいて、大動脈を模擬した大動脈経路７と、上記大動脈７から分岐する冠状動脈を模擬した冠状動脈経路９と、上記大動脈経路７と上記冠状動脈経路９との間に介設されたコネクター１３とを備え、上記コネクター１３は、可撓性を有する内管部と硬質の外管部とを接合して二重管構造とするとともに、上記内管部の一方端部を接続用挿入部１３ｃとして上記外管部から突出させた雄型接続部１３ａと、上記接続用挿入部１３ｃが挿入される硬質管部からなる雌型接続部１３ｂと、を有することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、心血管系を立体的かつ忠実に再現したシミュレーションモデルに関し、特に、カテーテル手技からカテーテルデバイスの評価にも応用できる心血管系シミュレーションモデルに関するものである。

心血管系動脈硬化性疾患の治療において、経皮的冠動脈形成術（ＰＣＩ）や経皮的血管形成術（ＰＴＡ）は今日では治療の要となっており、カテーテル手技を持った医師の育成は重要な課題である。しかしながら、ＰＴＣＡ訓練は実際に患者に対して行なうものであることや患者毎に血管構造や疾患部位が異なっているため、技術の習得が難しいのが実情である。

そこで、カテーテル手技を訓練するための各種の装置が提案されており、欧米ではコンピュータシミュレータによる訓練が試みられている。

しかしながら、コンピュータを利用するシミュレーションでは、例えば血管構造を変えるには血管構造毎にプログラムを用意しなければならず、また、実際のカテーテル操作の感触を確かめることもできないことからまだまだ発展途上である。

また、図６に示すＰＴＣＡトレーナーは、実際の手技の際に冠状動脈内をカテーテルが通過する時の感触と類似した感触を得ることができるようになっており、血管系を模した複数の凹溝を有する平板５０と、その平板５０の表面を覆う透明板５１と、上記凹溝にカテーテルを挿入するための複数のポート５２とから構成されている。

上記凹溝の幅は各種設定されており、例えば疑似大動脈に見立てた凹溝５３ａは広幅に、また、冠動脈に見立てた凹溝５３ｂは狭幅に形成されている。さらに、比較的単純な経路で広幅からなる初心者エリヤ５３ｃや、複雑な経路で狭幅からなる上級者エリヤ５３ｄ等が訓練のための用意されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−３４３８９１号公報

しかしながら、上記した従来のＰＴＣＡトレーナーは、平板５０上に血管系を模した凹溝を形成しただけのものであるため、患者の血管系を立体的かつ忠実に再現したものとは言えず、トレーニング効果が低いという問題がある。

また、実際のカテーテル操作では冠動脈口からカテーテルを挿入する際に、大動脈の血管内壁にカテーテルの一部をサポートさせたり、カテーテルを筒軸まわりに回転させてカテーテル先端の方向を変えるといった操作が行われるが、平面的な上記ＰＴＣＡトレーナーでは、上面が血管を模擬していないフラットな透明板５１で構成されているため、そのような実際に即したカテーテル操作を訓練することもできない。

さらにまた、凹溝パターンは変更することができないため、患者毎に異なっている血管構造を想定したカテーテル操作をトレーニングすることができないという不都合もある。

本発明は以上のような従来のＰＴＣＡトレーナーにおける課題を考慮してなされたものであり、心血管系を立体的かつ忠実に再現するとともに、患者毎に異なる血管構造にも対応してカテーテル手技からカテーテルデバイスの評価に応用できる心血管系シミュレーションモデルを提供するものである。

本発明は、心血管系を立体的に再現したシミュレーションモデルにおいて、
動脈を模擬した動脈経路と、上記動脈から分岐する血管を模擬した血管経路と、上記動脈経路と上記血管経路との間に介設されたコネクターとを備え、
上記コネクターは、
可撓性を有する内管部と硬質の外管部とを接合して二重管構造とするとともに、上記内管部の一方端部を接続用挿入部として上記外管部から突出させた雄型接続部と、上記接続用挿入部が挿入される硬質管部からなる雌型接続部と、を有する心血管系シミュレーションモデルである。

上記血管経路の一具体例としては、冠状動脈を模擬した冠状動脈経路が示される。

本発明において、上記外管部の接続側端部に第一フランジを設け、上記硬質管部の接続側端部に第二フランジを設ければ、上記雄型接続部と上記雌型接続部の内部通路に曲りを生じることなく正確に接続することができる。

本発明において、上記第一および第二フランジに円環状のマグネットを装着すれば、両マグネットの吸引力によって上記雄型接続部と上記雌型接続部とを簡単に接続することができる。

上記円環状のマグネットは、上記第一および第二フランジにおける反接続側に装着することができる。

本発明において、上記冠状動脈経路における上記コネクター近傍の胴壁に、上記冠状動脈経路内に連通する複数の流体導入部を形成し、上記冠状動脈経路の末梢部に、上記流体導入部から導入された流体の排出部を設ければ、実際の冠状動脈造影についても忠実に再現することができる。

本発明において、上記各流体導入部を、上記雌型接続部の中心軸から所定角度開いた傾斜姿勢で配置すれば、冠状動脈経路を流れる流体に方向性を与えることができる。

本発明において、上記流体導入部に流体を吐出する吐出ポンプを接続し、上記排出部から送り出される流体をその吐出ポンプのタンクに帰還するように構成することができる。

本発明の心血管シミュレーションモデルによれば、血管系を立体的かつ忠実に再現するとともに、患者毎に異なる血管構造にも対応してカテーテル手技からカテーテルデバイスの評価に応用できる心血管系シミュレーションモデルを提供することができる。

以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。

1. 心血管系シミュレーションモデルの全体構成
図１は、本発明に係る心血管系シミュレーションモデル（以下、シミュレーションモデルと略称する）の一実施形態を示した斜視図である。

同図において、シミュレーションモデル１は、縦９０．５ｃｍ、横４８．５ｃｍからなるケース２内に組み付けられており、心臓血管系を模擬した動脈経路および血管経路が形成されている。

具体的には、動脈経路としての大腿動脈経路３、腹部大動脈経路４、胸部大動脈経路５、大動脈弓経路６、上行大動脈経路７、上腕大動脈経路８、橈骨動脈経路８′、血管経路としての右冠状動脈経路９および左冠状動脈経路１０が透明かつ立体的に形成されている。

上記各動脈経路は、カテーテル等のデバイスが滑らかに通過することができるとともに、実際の血管内を通過させたときと同様の感覚が得られるように、シリコン樹脂をベースとした素材を用いて管状に成形されている。

また、上記各動脈経路は複数の透明支持材１１によってケース２の基台２ａから若干浮かせた状態で支持されており、シミュレーションモデル１を平面および側面から観察できるようになっている。なお、図中、１２は腰部の一部を立体的に模した透明カバーであり、大腿動脈経路３から腹部大動脈経路４にかけてその上方を覆うようにして設けられている。

2. シミュレーションモデルの要部構成
図２は、図１のシミュレーションモデル１を矢印Ａ方向から見た拡大図である。

図２において、上行大動脈経路７と左冠状動脈経路１０との間にはコネクター１３が介設され、上行大動脈経路７と右冠状動脈経路９との間にもコネクター１３が介設されている。

図３はそのコネクター１３を外した状態を示す拡大図であり、右冠状動脈経路９におけるコネクター１３を代表してその構成を説明する。

コネクター１３は、上行大動脈経路７側に配置された雄型接続部１３ａと、右冠状動脈経路９側に配置された雌型接続部１３ｂとから構成されており、雄型接続部１３ａに設けられている接続用挿入部１３ｃを、雌型接続部１３ｂの筒孔１３ｄに挿入することによって上行大動脈経路７と右冠状動脈経路９とが接続され一体化されるようになっている。

図４(ａ)および(ｂ)は上記雄型接続部１３ａに装着される雄型接続部品の左側面図および正面図を示し、図４(ｃ)および(ｄ)は上記雌型接続部１３ｂに装着される雌型接続部品の正面図および右側面図を示している。

2-1. 雄型接続部品
雄型接続部品１３ｅは、管状に成形された硬質の外管部１３ｆと、この外管部１３ｆに入れ子状に挿入される、可撓性のチューブ（内管部）１３ｇとを有している。

上記外管部１３ｆはアクリル樹脂成形品からなり、一方、上記チューブ１３ｇは塩化ビニル樹脂からなり、両者は溶剤型接着剤によって固着され二重管構造となっている。

外管部１３ｆとチューブ１３ｇの反接続方向側の端面は、接続方向に向けて傾斜するテーパ面１３ｈが形成されており、デバイスがチューブ１３ｇ内に円滑に案内されるようになっている。

チューブ１３ｇの筒軸方向長さＬ１は、外管部１３ｆの筒軸方向の長さＬ２よりも長く形成されており、外管部１３ｆから突出する部分は上記接続用挿入部１３ｃを構成するようになっている。

また、外管部１３ｆの接続側端部には円環状のマグネット１３ｉが固着されており、このマグネット１３ｉにおける接続側の面に、パッキンとして機能するアクリル樹脂からなる円環状の第一フランジ１３ｊが装着されている。

上記マグネット１３ｉの物性は以下の通りである。
種類：ネオジム磁石
磁化方向：厚み方向
表面処理：Ｎｉめっき
表面磁束密度：２，６００ガウス
吸着力：１．６ｋｇ

なお、本実施形態ではチューブ１３ｇは内径６ｍｍ、厚み２ｍｍとし、外管部１３ｆは内径８ｍｍ、厚み２ｍｍとし、マグネット１３ｉは内径１０ｍｍ、外径１６ｍｍ、厚み１．８ｍｍとした。

2-2. 雌型接続部品
一方、雌型接続部品１３ｋは、上記外管部１３ｆと同径で管状に成形された硬質管部１３ｌと、この硬質管部１３ｌの接続側に形成された、パッキンとして機能する第二フランジ１３ｍと、この第二フランジ１３ｍの反接続側の面に装着される円環状のマグネット１３ｎとを有している。

上記硬質管部１３ｌと第二フランジ１３ｍは一体成形されたアクリル樹脂成形品からなり、上記マグネット１３ｎは上記マグネット１３ｉと同じ構成のものである。

なお、硬質管部１３ｌの接続側の端面は上記接続用挿入部１３ｃの挿入を円滑にするためのテーパ面１３ｐが形成されている。

このように、接続用挿入部１３ｃが可撓性部材から構成され、かつ雌型接続部品１３ｋの端面にテーパ面１３ｐが形成されているため、雄型接続部品１３ｅの接続用挿入部１３ｃを極めて円滑に雌型接続部品１３ｋに挿入することが可能になる。

また、挿入後は、寸法安定性の高い第一フランジ１３ｊと第二フランジ１３ｍを挟んだ状態で両マグネット１３ｉおよび１３ｎが高い吸引力を発揮するため、雄型接続部品１３ｅと雌型接続部品１３ｋが位置決めされた状態で正確に接続され、それにより、雄型接続部１３ａと雌型接続部１３ｂとが確実に接続される。

また、雄型接続部品１３ｅと雌型接続部品１３ｋとを接続した場合、チューブ１３ｇから硬質管部１３ｌに至る通路内径が拡張されることになる。

それにより、上行大動脈経路７と右冠状動脈経路９とを別部品で構成したとしても、雄型接続部品１３ｅの接続用挿入部１３ｃから雌型接続部品１３ｋの硬質管部１３ｌ内にデバイスを挿通するにあたり、デバイス挿通に抗する引っ掛かりや目地等が存在しないため、一連の動脈経路と同様に訓練することができる。

図２に戻って説明する。

右心室に沿った右冠状動脈経路９の形状を保形するため、その各末梢部は保形支持材１４によって支持され、また、左心室に沿った左冠状動脈経路１０の形状を保形するため、その各末梢部は保形支持材１５によって支持されている。

上記保形支持材１４および１５は、右冠状動脈経路９または左冠状動脈経路１０内に挿通されたデバイスを観察する際に邪魔とならないように透明なエポキシ樹脂から構成されている。

また、上記右冠状動脈経路９および左冠状動脈経路１０は上記したように、それぞれコネクター１３によって着脱自在に接続できるように構成されているため、これらの冠状動脈経路９および１０を交換可能なパーツとすることができる。

したがって、患者毎に異なっている血管構造を想定し、右冠状動脈経路パーツ９（または左冠状動脈経路１０）を複数種類用意して交換すれば、個々の患者に応じたカテーテル操作をトレーニングすることが可能になる。

2-3. 狭窄部用パーツ
また、例えば左冠状動脈経路１０と上行大動脈経路７とはコネクター１３部分で容易に分離させることができるため、左冠状動脈経路１０内に狭窄部用パーツ１６を埋め込むことが簡便に行なえ、狭窄部の拡張手術を訓練することもできる。

狭窄部用パーツ１６は異なる狭窄形状を持つものを複数用意することが好ましい。例えば、通常の狭窄部を模して成形された柔らかい樹脂製筒状パーツや石灰化病変部を模した筒状パーツをオプションとして用意することができる。

狭窄部用パーツ１６を取り付けるには、まず、シリコンスプレーを左冠状動脈経路１０内に吹き付け、狭窄部パーツ１６（または石灰化病変パーツ）を狭窄部挿入用具で所望の位置に押し込むことによって左冠状動脈経路１０内に狭窄部を設けることができる。

また、狭窄部用パーツ１６を左冠状動脈経路１０から取り外すには、まず、左冠状動脈経路１０内にシリコンスプレーを吹き付け、左冠状動脈経路１０における狭窄部の後側を摘まむようにして狭窄部用パーツ１６を押し出し、狭窄部用パーツ１６が左冠状動脈経路１０の入口まで移動すれば、それを引き抜くことによって取り外すことができる。

また、上記石灰化病変部を模した狭窄部パーツ１６を左冠状動脈経路１０（または右冠状動脈経路９）内に挿入すれば、高速回転冠動脈粥種切除術の訓練をすることが可能になる。また、血栓様パーツを挿入すれば、血栓吸引カテーテル等の操作を訓練することが可能になる。

3. 訓練方法
次に、本発明のシミュレーションモデルを用いたカテーテル操作の訓練方法について一例を説明する。

なお、説明では左冠状動脈経路１０へカテーテルを挿入する場合を例に取り説明する。

大腿動脈経路３（図１参照）にカテーテルイントロデューサ（図示しない）を穿刺する。

ガイドワイヤをカテーテルの内腔内に挿入した状態で、そのカテーテルを上記カテーテルイントロデューサに挿通させる。

ガイドワイヤを先行させながら腹部大動脈経路４→胸部大動脈経路５→大動脈弓経路６→上行大動脈経路７の順にカテーテルを挿入していく。

カテーテルの先端が左冠状動脈経路１０の入口上方近くに到達した時点でガイドワイヤを抜き、カテーテルの先端形状を湾曲状態に復帰させる。

次に、カテーテルをゆっくりと進めると、図２に示すように、カテーテル２０の先端２０ａは、上行大動脈経路７の内壁に沿って移動し、左冠状動脈経路の入口から左冠状動脈経路１０内に挿入される。

左冠状動脈口に設けられたコネクター１３は上記したようにデバイスの挿入が円滑に行なえるように構成されているため、実際の動脈内と略同じ感覚でカテーテル操作をシミュレーションすることができる。

なお、カテーテル２０の先端２０ａが左冠状動脈経路１０の入口に向けられていない場合、カテーテル２０を軸まわりに回転させ、先端部２０ａを左冠状動脈経路１０の入口に対向させる。

カテーテル２０の先端部２０ａを左冠状動脈経路１０内に進めるためにカテーテル２０をさらに挿入すると、上行大動脈経路７内でカテーテル２０が湾曲することがある。

このような場合、カテーテル２０の一部２０ｂを上行大動脈経路７の内壁にもたれさせ、その動脈内壁をサポートとして先端部２０ａを左冠状動脈経路１０内に進めていく。

このような実際の虚血性心疾患の治療で行なわれるカテーテル操作についても本発明のシミュレーションモデルでは再現することが可能である。

なお、本発明のシミュレーションモデルでは、上記カテーテルイントロデューサを大腿動脈経路３に穿刺する場合に限らず、勿論、橈骨動脈８′に穿刺した場合についても訓練することが可能である。

4. 造影剤注入用のシミュレーションモデル
現在、行なわれているカテーテル検査の多くは冠状動脈造影であり、本発明のシミュレーションモデルはこのような冠状動脈造影についても再現することができるようになっている。

図５に示す造影剤注入用のシミュレーションモデルにおいて、冠状動脈経路９の雌型接続部１３ｂには、４本の流体導入部１７ａ〜１７ｄが接続されている。

これらの流体導入部１７ａ〜１７ｄは、雌型接続部１３ｂの内部通路に連通し得る筒状に形成されており、雌型接続部１３ｂの胴壁円周上に略均等に配置されている。

さらに、各流体導入部１７ａ〜１７ｄは、雌型接続部１３ｂの中心軸Ｃから、所定角度θ（１５°〜６０°）開いた傾斜姿勢で配置されており、流体の流れに方向性を与えている。

流体導入部１７ａおよび１７ｃの口部１７ｅおよび１７ｇは、吐出ポンプ１８からの流体供給ホース１９から分岐された分岐ホース１９ａおよび１９ｂと接続されている。また、口部１７ｆおよび１７ｈは、同じく流体供給ホース１９から分岐された別の分岐ホース１９ｃおよび１９ｄと接続されている。

なお、上記冠状動脈経路９の末梢部には流体排出部９ａが設けられ、この流体出口９ａから送り出された流体は上記吐出ポンプ１８のタンクＴに戻るようになっている。

なお、吐出ポンプ１８は固定容量型であっても可変容量型であってもよいが、心臓からの血液量に見合う流量を吐出することができる小型ポンプで足りる。なお、上記流体としては水あるいはアルコールにグリセリンを添加したものを使用することができる。

また、図中、Ｍは吐出ポンプ１８を駆動させるモータである。

4-1. 造影剤注入用シミュレーションモデルの動作
モータＭが回転すると、吐出ポンプ１８が駆動し、タンクＴから流体を吸い上げ加圧状態で流体供給ホース１９に送り出す。

送り出された流体の流れは、分岐ホース１９ａと１９ｂに分配され、分岐ホース１９ａ側に流れた流体は流体導入部１７ａおよび１７ｃから雌型接続部１３ｂの内部通路に導入される。

他方、分岐ホース１９ｂ側に流れた流体の流れは、流体導入部１７ｂおよび１７ｄから雌型接続部１３ｂ内の内部通路に導入される。

このようにして、各流体導入部１７ａ〜１７ｄによって方向付けられた状態で導入された流体は、雌型接続部１３ｂ内で合流し、冠状動脈経路９内を流れる。

流れを伴わない空の心血管シミュレーションモデルでは造影剤を注入してもその心血管シミュレーションモデルの内壁に部分的に造影剤が付着するため、造影剤の注入状態をシミュレートすることはできない。

これに対し、本発明の造影剤注入用のシミュレーションモデルでは、雌型接続部１３ｂ内で矢印方向の流体の流れが形成されるため、生体の冠状動脈と同じ条件で造影剤を注入することができる。それにより、造影剤の注入状態を正確に再現することが可能になる。

また、本発明では容積の少ない冠状動脈経路にのみに流体を流すように構成しているため、吐出ポンプ１８の小型化が図れ、シミュレーションモデルを可搬性に優れた極めてコンパクトな構成にすることができるという利点がある。

なお、本発明の心血管系シミュレーションモデルは、上記実施形態では冠状動脈を模擬した冠状動脈経路を例に取り説明したが、頸動脈、脳動脈を模擬した頭頸部動脈経路や下肢動脈を模擬した下肢動脈経路に置き換えることもできる。

また、本発明のシミュレーションモデルは、実験系の様々な病態に即したモデルを構成することができるため、カテーテルデバイスの評価にも応用することができる。

本発明に係る心血管系シミュレーションモデルの全体斜視図である。 図１のＡ方向矢視拡大図である。 コネクターを分離した状態を示す説明図である。 (ａ)および(ｂ)は雄型接続部品の左側面図および正面図、(ｃ)および(ｄ)は雌型接続部品の正面図および右側面図である。 造影剤注入用シミュレーションモデルの原理図である。 従来のＰＴＣＡトレーナーの構成を示す全体図である。

符号の説明

１ シミュレーションモデル
２ ケース
３ 大腿動脈経路
４ 腹部大動脈経路
５ 胸部大動脈経路
６ 大動脈弓経路
７ 上行大動脈経路
８ 上腕大動脈経路
８′ 橈骨動脈経路
９ 右冠状動脈経路
１０ 左冠状動脈経路
１１ 透明支持材
１２ 透明カバー
１３ コネクター
１３ａ 雄型接続部
１３ｂ 雌型接続部
１３ｃ 接続用挿入部
１３ｄ 筒孔
１３ｅ 雄型接続部品
１３ｆ 外管部
１３ｇ チューブ
１３ｈ テーパ面
１３ｉ マグネット
１３ｊ パッキン
１３ｋ 雌型接続部品
１３ｌ 硬質管部
１３ｍ フランジ
１３ｎ マグネット
１４，１５ 保形支持材
１６ 狭窄用パーツ
１７ａ〜１７ｄ 流体導入部
１８ 吐出ポンプ
１９ 流体供給ホース
２０ カテーテル

Claims (8)

1. 心血管系を立体的に再現したシミュレーションモデルにおいて、
   動脈を模擬した動脈経路と、上記動脈から分岐する血管を模擬した血管経路と、上記動脈経路と上記血管経路との間に介設されたコネクターとを備え、
   上記コネクターは、
   可撓性を有する内管部と硬質の外管部とを接合して二重管構造とするとともに、上記内管部の一方端部を接続用挿入部として上記外管部から突出させた雄型接続部と、
   上記接続用挿入部が挿入される硬質管部からなる雌型接続部と、
   を有することを特徴とする心血管系シミュレーションモデル。
2. 上記血管経路として冠状動脈を模擬した冠状動脈経路を有する請求項１記載の心血管系シミュレーションモデル。
3. 上記外管部の接続側端部に第一フランジが設けられ、上記硬質管部の接続側端部に第二フランジが設けられている請求項１または２記載の心血管系シミュレーションモデル。
4. 上記第一および第二フランジに円環状のマグネットが装着されている請求項３記載の心血管系シミュレーションモデル。
5. 上記円環状のマグネットが、上記第一および第二フランジにおける反接続側に装着されている請求項４記載の心血管系シミュレーションモデル。
6. 上記冠状動脈経路における上記コネクター近傍の胴壁に、上記冠状動脈経路内に連通する複数の流体導入部が形成され、上記冠状動脈経路の末梢部に、上記流体導入部から導入された流体の排出部が設けられている請求項２〜５のいずれか１項に記載の心血管系シミュレーションモデル。
7. 上記各流体導入部は、上記雌型接続部の中心軸から所定角度開いた傾斜姿勢で配置されている請求項６記載の心血管系シミュレーションモデル。
8. 上記流体導入部に流体を吐出する吐出ポンプが接続され、上記排出部から送り出される流体がその吐出ポンプのタンクに帰還するように構成されている請求項６または７記載の心血管系シミュレーションモデル。