JP2009122130A - 冠動脈バイパス手術用の訓練評価システム - Google Patents

Abstract

【課題】 拍動下における冠動脈バイパス手術の訓練を実際に近い状態で行うことができ、且つ、訓練の結果得られた吻合部位に対して正確な評価を行えるようにすること。
【解決手段】 所定の流体に拍動流を付与する拍動流生成装置１１と、この拍動流生成装置１１から分岐するとともに、前記拍動流から流れ状態を変換して冠動脈流を生成する冠動脈流生成装置１２と、拍動流生成装置１１と冠動脈流生成装置１２との間に設けられ、拍動下の冠動脈バイパス手術の訓練を可能に動作する外科手術訓練装置１３とを備えて訓練評価システム１が構成されている。この訓練評価システム１は、外科手術訓練装置１３による訓練で所定の処置が施された模擬血管に、冠動脈流生成装置１２で生成された前記冠動脈流の流体が通過可能となる回路構成となっている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、冠動脈バイパス手術用の訓練評価システムに係り、更に詳しくは、拍動下での冠動脈バイパス手術の訓練を実際の手術時と同じように行うことができ、且つ、その訓練結果を適切に評価することのできる訓練評価システムに関する。

人体の心筋には、冠動脈と呼ばれる動脈が張り巡らされており、この冠動脈が動脈硬化等によって狭窄、閉塞すると、心筋梗塞と呼ばれる心筋壊死が発生する。このような冠動脈の狭窄、閉塞に対する治療として、狭窄、閉塞した血管部位を迂回するように冠動脈の別経路を新たに確保する冠動脈バイパス手術が行われている。この冠動脈バイパス手術時には、手術を行い易くするために患者の心臓を一旦停止させることから、患者の血液の循環状態を維持する人工心肺装置が使われることが多い。ところが、この人工心肺装置を使用することにより、術後の心機能低下や血流の変化に伴う脳障害等が発生する場合があるため、人工心肺装置を使わずに、患者の心臓が拍動した状態で前記手術を行うことが望ましい。しかしながら、このときは心臓が拍動状態にあるため、心筋に張り巡らされた冠動脈に対する切断や吻合等の処置が行い難く、非常に高い手術技能が医師に要求される。換言すれば、患者の心臓を停止させずに行う心臓外科手術は、医師の熟練度を要し、医師が十分な訓練を行っておく必要がある。

ところで、拍動した心臓に対する外科手術の訓練を行うための手術訓練用シミュレーターが提案されている（特許文献１参照）。このシミュレーターは、モータの回転により、当該モータに繋がる伝達機構を介して模擬心臓内に配置された揺動手段が偏心回転することで、模擬心臓の表面を拍動させる構造となっている。
特開２００５−２０２２６７号公報

しかしながら、前記シミュレーターにあっては、モータの駆動による揺動手段の偏心回転により模擬心臓の表面を拍動させる構造であるため、当該表面の変化に乏しい比較的単純な拍動運動しか得られない。人体における実際の心臓拍動時においては、心臓表面が複雑な動きをし、その動きは病態等に応じて異なるため、このような動きを前記シミュレーターで再現するには、モータ、当該モータに繋がる伝達機構及び揺動手段を更に増やし、各揺動手段を独立して動作させることが必要となる。この場合には、モータ等を含めた機構が複雑且つ大掛かりとなるため、部品点数の増大に伴う装置全体の大型化を招来し、製造コストが増大することになる。

また、このようなシミュレーターを使って、冠動脈バイパス手術の訓練を行っても、この訓練により得られた吻合状態について、実際の血流の通過状態を考慮して評価する術が存在しない。すなわち、冠動脈バイパス手術の訓練として、二本の模擬血管を使ってそれらを吻合したときに、当該吻合後の模擬血管に対し、人体の冠動脈内と同じ流れ状態の流体を流入して、模擬血管内の流体の流れ状態が正常か否か等の評価を行う手段がない。実際の手術後に、吻合された冠動脈内の血流に異常が見られると、それが原因で血栓の発生等の二次疾患を誘引することになる。このため、訓練後における模擬血管に対して、冠動脈に相当する流れの流体を流入し、模擬血管内の流体の流れ状態を評価することで、正確な処置が施されたか否かの判断ができ、このことは、訓練者の手技向上に重要である。

ところで、人体の冠動脈内の血流すなわち冠動脈流は、心臓から拍出された直後の大動脈流と異なる特異な流量波形を有しており、このような冠動脈流を生成するには、本出願人により既に提案している流れ変換装置（特願２００４−３１４９１５号）を利用する必要がある。

本発明は、このような課題に着目して案出されたものであり、その目的は、拍動下における冠動脈バイパス手術の訓練を実際の手術状況に近い状態で行うことができ、且つ、訓練の結果得られた吻合部位に対して、冠動脈流が付与された流体を通過させることで、術後の状態に沿った正確な評価を行える冠動脈バイパス手術用の訓練評価システムを提供することにある。

また、本発明の他の目的は、モータを用いずに、比較的簡単な構成で、拍動下における冠動脈バイパス手術の訓練を行うことができる冠動脈バイパス手術用の訓練評価システムを提供することにある。

（１）前記目的を達成するため、本発明は、所定の流体に拍動流を付与する拍動流生成装置と、この拍動流生成装置で生成された拍動流から冠動脈流に変換する冠動脈流生成装置と、拍動下の冠動脈バイパス手術訓練を可能に動作する外科手術訓練装置とを備え、
前記外科手術訓練装置による訓練で所定の処置が施された模擬血管に、前記冠動脈流生成装置で生成された前記冠動脈流の流体が通過可能となる回路構成を採っている。

（２）ここで、前記冠動脈流生成装置は、前記拍動流生成装置で生成された拍動流に吸引力を付与することで、前記拍動流を冠動脈流に変換する、という構成を採っている。

（３）また、前記外科手術訓練装置は、前記模擬血管を含む模擬体と、この模擬体を保持する保持体と、この保持体を動作可能に支持する支持体と、前記保持体及び支持体を連結する連結部材と、前記保持体の動作を制御する制御ユニットとを備え、
前記連結部材は、電流が流れると原形状に対して収縮可能な形状記憶材料により形成され、
前記制御ユニットは、前記連結部材に所定のタイミングで電流を供給する駆動信号発生手段を備え、
前記駆動信号発生手段は、前記連結部材に対する電流の供給状態を変化させることで、前記連結部材の形状の変化を伴って前記保持体の動作制御を行う、という構成を採っている。

（４）更に、前記模擬血管を通過する流体の圧力損失を測定可能な圧力計を設けるとよい。

前記（１）、（２）の構成によれば、拍動下の冠動脈バイパス手術訓練を可能に動作する外科手術訓練装置により、模擬血管に吻合等の所定の処置を施す訓練を行い、当該処置後の模擬血管に対して、冠動脈流生成装置で生成された前記冠動脈流の流体が通過するため、拍動下における冠動脈バイパス手術の訓練を実際の手術状況に近い状態で行うことができ、且つ、訓練の結果得られた吻合部位に対して、術後の状態に沿った正確な評価を行うことができる。

前記（３）のように構成することで、連結部材に対する電流の供給により、連結部材の変形を利用して、モータを使わずに模擬体及び保持体を動作させることができる。ここで、保持体に対する連結部材の連結状態を種々選択し、当該連結部材への電流の供給を独立して制御することにより、模擬体に対して複雑な動きを与えることが可能になり、このようにすることで、病態等の各種条件に応じた心臓表面の複雑な動きを模擬することができる。この際、モータ及びその伝達機構は使わずに、電流の供給を制御するためのプログラムモジュール及び／又は処理回路の調整により対応が可能であるため、簡単な構成により、種々の複雑な動きを模擬体に行わせることができ、部品点数の減少による装置全体の小型化、省コスト化を実現することができる。

前記（４）の構成によれば、血管内の圧力損失は、当該血管内で血流が停滞して血栓の発生を誘引することから、手術訓練により吻合等の処置がなされた模擬血管内の流体の圧力損失を測定することで、模擬血管内が血栓を誘引する状態になっているか否かを判断し、処置の良し悪しを的確に評価することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１には、本実施形態に係る冠動脈バイパス手術用の訓練評価システムの概略構成図が示されている。この図において、訓練評価システム１は、模擬血管を用いて拍動下における冠動脈バイパス手術の訓練を行い、当該訓練後の模擬血管に対して、人体の冠動脈流を模擬した流れの流体を通過させ、当該流体の通過状態から訓練結果についての評価を得ることのできるシステムである。

この訓練評価システム１は、前記流体が循環可能な回路構成となっており、当該流体に拍動流を付与する拍動流生成装置１１と、この拍動流生成装置１１から分岐するとともに、前記拍動流の流れ状態を変換して上流側に冠動脈流を生成する冠動脈流生成装置１２と、冠動脈流生成装置１２の上流側に設けられ、拍動下の冠動脈バイパス手術の訓練を可能に動作する外科手術訓練装置１３とを備えて構成されている。なお、本システムに適用される流体としては、特に限定されるものではなく、血液、血液等に擬似した液体、生理食塩水、水、所定の処理液等の液体を例示できる。

前記拍動流生成装置１１は、体循環を模擬して前記流体が循環可能な回路構成となっており、心臓からの血液の拍出に擬似して流体を拍出させる拍動ポンプ１４と、人体の大動脈を模擬し、拍動ポンプ１４の流出部１４Ａに接続された大動脈チューブ１６と、人体の大静脈を模擬し、拍動ポンプ１４の流入部１４Ｂに接続された大静脈チューブ１７と、大動脈チューブ１６に接続された第１のタンク１９と、大静脈チューブ１７に接続された第２のタンク２０と、これら第１及び第２のタンク１９，２０を連通させる末梢チューブ２１と、この抹消チューブ２１の途中に設けられ、当該抹消チューブ２１内の流体に抵抗を付与する抵抗付与具２２とを備えて構成されている。

前記拍動ポンプ１４は、前記流体が収容される主空間２４と空気が収容される副空間２５とを仕切るダイアフラム２６を備えている。このダイアフラム２６は、副空間２５に供給される空気の圧力によって変位し、当該変位によって、主空間２４の容積を変え、当該空間２４に対する流体の吐出及び吸入を行えるように設定されている。なお、ダイアフラム２６を変位させる空気圧と前記抵抗付与具２２を調整することにより、拍動ポンプ１４から拍出される流体の圧力を変化させることができる。この拍動ポンプ１４から吐出した流体は、人体の心臓からの動脈流に相当する拍動流となる。

なお、前記拍動ポンプ１４としては、前述した構造のものに限らず、心臓のように流体に拍動流を付与できる構造のものであれば何でもよい。

前記第１タンク１９は、その内部に前記流体と空気が封入されており、血液が大動脈を通過した時における血管弾性による血流の減衰状態を模擬するために設けられている。つまり、抹消チューブ２１内を流れる流体が、大動脈通過後の流れ状態に相当するように、タンク１９内の液量並びに空気圧が調整されている。

前記第２タンク２０は、その内部に前記流体と空気が封入されており、血液が静脈を通過した後における血流状態を模擬するために設けられている。つまり、大静脈チューブ１７を流れる流体が、体内の各種静脈から大静脈に合流した直後の流れ状態になるように、タンク２０内の液量並びに空気圧が調整されている。

前記抵抗付与具２２は、特に限定されるものではないが、抹消チューブ２１を外周面側から締め付け可能なピンチ状の用具であり、抹消抵抗を模擬している。

このような拍動流生成装置１１にあっては、拍動ポンプ１４から拍出された流体が大動脈チューブ１６、抹消チューブ２１、大静脈チューブ１７を通って拍動ポンプ１４に戻る循環回路を構成する。なお、大動脈チューブ１６内及び大静脈チューブ１７内には、逆止弁２８が設けられており、前記一方向の循環状態を維持して、拍動ポンプ１４の動作時における流体の逆流を阻止する。

前記冠動脈流生成装置１２は、心筋の周囲の冠循環を模擬して前記流体が循環可能な回路構成となっており、拍動流生成装置１１で生成された拍動流に吸引力を付与することで、前記拍動流を冠動脈流に変換するように機能する。この冠動脈流生成装置１２は、前記大動脈チューブ１６より分岐するチューブからなる入口側流路３０と、前記第２タンク２０に繋がるチューブからなる出口側流路３１と、これら各流路３０，３１の間に配置されるとともに、入口側流路３０内の流れ状態を人体の冠動脈内の流れ状態に擬似させる冠循環シミュレータ３３とを備えて構成されている。

前記入口側流路３０の途中には、前記外科手術訓練装置１３と、この外科手術訓練装置１３の上流側及び下流側に配置された圧力計Ｐとが設けられている。後述するように、外科手術訓練装置１３では、医師や医学生等の訓練者により、次のような冠動脈バイパス手術の訓練が実際に即した拍動下で行われる。すなわち、この訓練では、最初から存在する模擬血管８９の途中部分に対して、新たな模擬血管８９の一端部を吻合することで、これら模擬血管８９，８９によりＹ字状の流路が形成される。そして、最初から存在する模擬血管８９の一端部と、新たな模擬血管８９の他端部とを入口側流路３０の途中に繋ぎ、最初から存在する模擬血管８９の他端部を閉塞した状態としている。これにより、吻合処置後の模擬血管８９，８９に対し、冠動脈流が付与された流体が通過し、その結果、冠動脈バイパス手術による吻合部位に対し、実際の術後状態に合わせた各種評価が可能になる。

前記出口側流路３１の途中には、冠動脈流生成装置１２内を流れる流体の圧力調整を行う圧力調整手段３７が設けられている。この圧力調整手段３７は、特に限定されるものではないが、出口側流路３１の内径を変えることで、当該流路３１を通過する流体に抵抗を付与するピンチ状の抵抗付与具により構成されている。

前記冠循環シミュレータ３３は、図２にも示されるように、入口側流路３０及び出口側流路３１にそれぞれ接続される閉ループ状のチューブにより構成されたループ流路３９と、このループ流路３９からそれぞれ分岐するチューブにより構成された第１及び第２の分岐流路４２，４３と、これら分岐流路４２，４３の端部間に配置されたアクチュエータ４４とを備えて構成されている。

前記ループ流路３９には、入口側流路３０、出口側流路３１、第１及び第２の分岐流路４２，４３がほぼ等間隔となる位置で接続されている。具体的に、入口側流路３０及び出口側流路３１は、ほぼ１８０度間隔となる図２中上下位置で接続されている。また、第１及び第２の分岐流路４２，４３は、ほぼ１８０度間隔となる図２中左右位置で接続されている。

また、ループ流路３９の途中四箇所には、第１〜第４の逆止弁４６〜４９がほぼ等間隔で設けられており、これら逆止弁４６〜４９は、図２中実線で示した矢印方向の流れを許容する向きでそれぞれ配置されている。

すなわち、前記第１の逆止弁４６は、入口側流路３０の接続部分と図２中左側の第１の分岐流路４２の接続部分との間に配置され、図２中左下方向の流れのみを許容するようになっている。
前記第２の逆止弁４７は、第１の分岐流路４２の接続部分と出口側流路３１の接続部分との間に配置され、図２中右下方向の流れのみを許容するようになっている。
前記第３の逆止弁４８は、出口側流路３１の接続部分と図２中右側の第２の分岐流路４３の接続部分との間に配置され、図２中左下方向の流れのみを許容するようになっている。
前記第４の逆止弁４９は、第２の分岐流路４３の接続部分と入口側流路３０の接続部分との間に配置され、図２中右下方向の流れのみを許容するようになっている。

前記アクチュエータ４４は、第１及び第２の分岐流路４２，４３に接続された吐出口Ｅを有する第１及び第２のシリンジ５３，５４と、これらシリンジ５３，５４内の容積を同時に相反した状態で増減させる駆動装置５６と、第１及び第２のシリンジ５３，５４を支持する支持体５７とを備えている。

前記第１及び第２のシリンジ５３，５４は、流体が収容される内部空間を仕切るピストン板５３Ａ，５４Ａと、これらピストン板５３Ａ，５４Ａに接続されたロッド５３Ｂ，５４Ｂとを備えている。これらロッド５３Ｂ，５４Ｂは、相対する向きでほぼ一直線上に並んで配置される。

前記駆動装置５６は、ロッド５３Ｂ，５４Ｂの相対する端部同士を一体的に接続する接続部材５８と、当該接続部材５８に連結された連結ロッド５９と、この連結ロッド５９に接続され、接続部材５８を所定方向に移動させるモータ６１とにより構成される。この駆動装置５６は、モータ６１の駆動によって、一直線上に並ぶ各シリンジ５３，５４のロッド５３Ｂ，５４Ｂを当該一直線上の同一方向に同時に移動可能となっている。すなわち、図２中左右方向に背中合わせの状態で並んだ各シリンジ５３，５４に対し、モータ６１が駆動すると、接続部材５８が左右方向に移動し、これに伴って、各シリンジ５３，５４内の空間の容積が相反した状態で増減することになる。つまり、接続部材５８が図２中左方に移動すると、同図中左側の第１のシリンジ５３内の容積が減少し、第１の分岐流路４２からループ流路３９に第１のシリンジ５３内の流体が吐出されるとともに、同図右側の第２のシリンジ５４内の容積が増大し、ループ流路３９から第２の分岐流路４３に流体が吸引される。一方、接続部材５９が図２中右方に移動すると、前述と逆の動作となり、第２の分岐流路４３からループ流路３９に流体が吐出されるとともに、ループ流路３９から第１の分岐流路４２に流体が吸引されることになる。ここで、モータ６１の駆動タイミングは、前記拍動ポンプ１４（図１参照）にほぼ同期するタイミングで動作するようになっている。具体的には、収縮期及び拡張期を経る拍動ポンプ１４の一周期の間で、接続部材５８が、所定の可動範囲を一方向にのみ動くように設定される。従って、拍動ポンプ１４の二周期で、接続部材５８が前記可動範囲を一往復するようになっている。なお、この可動範囲は、任意に変えることができ、これによって、各シリンジ５３，５４に吸引される液量が変わり、冠動脈流生成装置１２内を流れる流体の流量調整が可能になる。

なお、前記モータ６１の代わりに、前述と同様の作用を奏するシリンダ等の各種アクチュエータを適用することもできる。

次に、前記拍動流生成装置１１及び冠動脈流生成装置１２による冠動脈流の生成手順について説明する。

前記拍動流生成装置１１では、拍動ポンプ１４の動作によって、人体の体循環状態に擬似した流体の循環状態が発生する。このとき、大動脈チューブ１６内では、図３に示される生体の大動脈流に近似した流量波形が得られる。同時に、冠動脈流生成装置１２では、拍動ポンプ１４からの拍動流にほぼ同期してモータ６１が駆動し、各シリンジ５３，５４の作用により、流体が大動脈チューブ１６から冠動脈流生成装置１２側に吸い込まれる。

この際、モータ６１の駆動により、接続部材５８が図２中左右方向に往復運動することになるが、接続部材５８が左右どちらに動いても、つまり、各シリンジ５３，５４内の容積が増減どちらに変化しても、何れか一方のシリンジ５３，５４による吸引力を使って、拍動流生成装置１１の流体が入口側流路３０から冠循環シミュレータ３３内に流入し、出口側流路３１から拍動流生成装置１１に流出されることになる。つまり、接続部材５８が図２中左方に動いたときには、冠循環シミュレータ３３内で、同図中一点鎖線で記された矢印方向の経路で流体の流れが許容されることになり、その経路にて入口側流路３０からの流体が出口側流路３１に流れることになる。一方、接続部材５８が図２中右方に動いたときには、冠循環シミュレータ３３内で、同図中二点鎖線で記された矢印方向の経路で流体の流れが許容されることになり、その経路にて入口側流路３０からの流体が出口側流路３１に流れることになる。その結果、入口側流路３０では、図４に示される生体の冠動脈流に近似した流量波形が得られる。すなわち、拍動流生成装置１１内の流体が循環している状態で、モータ６１の駆動を停止しているとき、入口側流路３０内は、図５に示されるように、ノイズの乗ったような流量波形の状態となる。つまり、このときは、拍動ポンプ１４の拍動を受け少量の流体が入口側流路３０から冠動脈流生成装置１２側に流れ込むが、冠動脈流生成装置１２内の流路の抵抗等によって、図３に示された拍動流の流量波形が崩れ、図５の流量波形となる。ところが、前述したように、ポンプ６１が拍動ポンプ１４の動作に同期するように駆動すると、拍動ポンプ１４の収縮期から拡張期に亘る間で、何れか一方のシリンジ５３，５４を使って流体の吸引が連続的に行われることになる。このため、図３の流量波形に対して、シリンジ５３，５４の吸引力が所定の時間遅れをもって作用し、図４に示される人体の冠動脈の流れ状態に近似した流量波形を得ることができる。つまり、外科手術訓練装置１３内の模擬血管８９，８９を通過する流体の流量波形は、生体の冠動脈流と同様に、拍動流の収縮期Ｓに対応する小さい山と、同拡張期Ｄに対応する大きな山とが現れ、これら二つの山の間に、冠動脈流特有の谷部分が形成されることになる。

前記外科手術訓練装置１３は、図６に示されるように、訓練者が外科手術訓練を行うための訓練ユニット７０と、この訓練ユニット７０における訓練部位の動作制御を行う制御ユニット７１とを備えて構成されている。

前記訓練ユニット７０は、上部が開放する箱型のケース７３と、このケース７３の上部に被覆されたシート７４と、患部に相当するようにケース７３内に配置された被処置体７５とを備えて構成されている。

前記ケース７３は、その内部空間が胸腔に相当するように設けられたものである。このケース７３は、図７に示されるように、被処置体７５を下方から支持する平面視ほぼ方形状のベース７７と、このベースの四隅に起立配置されたほぼ角柱状の支柱７８と、これら支柱７８の上端側間に連結された平面視ほぼ方形枠状のフレーム７９と、ケース７３の側方となる各支柱７８間にそれぞれ配置されるとともに、透光性を有するアクリル板により形成された側壁８０とにより構成されている。

前記シート７４は、人体の皮膚部分に相当する部材であり、ラテックス等の所定の弾性を有するゴムにより形成されている。このシート７４のほぼ中央には、皮膚の切開部位を模擬した切り込み穴８１が形成されており、シート７４をケース７３の上部に被覆した際に、訓練者は、切り込み穴８１を通じて、ケース７３の外部上方からその内部の被処置体７５にアクセス可能となっている。なお、このシート７４は、図示しない固定具によって、フレーム７９に固定されるようになっている。

前記被処置体７５は、図６に示されるように、外科手術訓練時に所定の処置が施される模擬体８３と、この模擬体８３を下方から保持する保持体８４と、この保持体８４を動作可能に支持する支持体８５と、保持体８４及び支持体８５を連結する連結部材としてのワイヤ８６とを備えて構成されている。

前記模擬体８３は、訓練対象となる生体組織の一部を模擬して形成されており、本実施形態では、図７〜図９に示されるように、冠動脈が表出する心臓表面の一部分を模擬してシリコーン等により形成されている。この模擬体８３は、ほぼ直方体状をなす模擬心筋８８と、模擬心筋８８の上面側における短寸幅方向ほぼ中央に固定され、模擬心筋８８の長手方向に沿って延びる模擬血管８９とからなる。本実施形態における冠動脈バイパス手術訓練時には、この模擬血管８９の途中部分を切開し、当該切開部分に他の模擬血管８９の一端側を吻合する処置が行われる。

前記保持体８４は、模擬心筋８８の下面側に取り付けられる保持プレート９０と、この保持プレート９０の下面における中央部分から下向きに突出するほぼ円筒状の中央突部９１と、この中央突部９１に取り付けられる付勢手段としてのコイルばね９２と、保持プレート９０の下面における各コーナ側４箇所から下向きに突出するほぼ円筒状のコーナ突部９３とを備えて構成されている。

前記保持プレート９０は、特に限定されるものではないが、模擬心筋８８とほぼ同一の平面形状をなしており、模擬体８３を着脱自在に取り付け可能になっているとともに、当該取り付け時には、模擬体８３を相対移動不能に固定可能となっている。

前記コイルばね９２は、図１０に示されるように、その上端部分が中央突部９１の外周に巻き付けられて固定されており、図１０の初期状態で中央突部９１より下方に延びる長さに設定されており、保持プレート９０を図１０中に上向きに付勢するようになっている。なお、本実施形態では、コイルばね９２を用いているが、後述する作用を奏することができれば、他のばねやゴム等の他の付勢手段を代替することも可能である。

前記各コーナ突部９３には、前記ワイヤ８６が取り付けられており、特に限定されるものではないが、各コーナ突部９３の高さは、中央突部９１よりも低く設定されている。

前記支持体８５は、図７〜図９に示されるように、ベース７７に対して着脱自在に起立配置された丸棒状の脚部材９５と、前記保持体８４及び脚部材９５を連結するユニバーサルジョイント９６とを備えて構成されている。

前記ユニバーサルジョイント９６は、模擬体８８の姿勢を可変にし、且つ、当該模擬体８８を所望の姿勢でロックするようになっている。すなわち、ユニバーサルジョイント９６は、前記保持体８４が取り付けられる上側部材９８と、脚部材９５が取り付けられる下側部材９９と、上側部材９８の下端側に連なって、上側部材９８を下側部材９９に対してほぼ全周に首振り回転可能に連結する中間部材１００とを備えている。

前記上側部材９８は、図１０に示されるように、上端側が開放する有底円筒状に設けられており、前記コイルばね９２が受容される受容部１０２と、この受容部１０２の下方位置で径方向に貫通する貫通穴１０３と、この貫通穴１０３に挿通される軸部材１０４とを備えている。

前記受容部１０２は、その底部にコイルばね９２の下端部分が載置され、装置が作動していない図１０の初期状態において、コイルばね９２の上部が外側に表出可能となる深さに設定されている。従って、前記初期状態では、保持プレート９０の下面と上側部材９８の上端との間には隙間Ｃが生じることになる。

前記軸部材１０４は、受容部９８の外径よりも長く設定されており、延出方向両端側（図１０中左右両端側）が受容部９８の外側に突出するように固定配置されている。これら突出部分には、軸部材１０４を貫通する***１０６が設けられている。この***１０６には、後述するように、前記ワイヤ８６が挿通されるようになっている。

図７〜図９に示されるように、前記下側部材９９は、その下端側から内部に脚部材９５の上部を挿入可能に設けられ、ねじＳ（図９参照）の締め付けにより、下側部材９９が脚部材９５に固定されるようになっている。ここで、長さの異なる脚部材９５を選択的に使用することで、支持体８５の全体高さを変えることができる。換言すると、脚部材９５の選択により、ケース７３（図７参照）の上端側から模擬体８３までの距離を変えることができる。

前記中間部材１００は、その下端側の球状部材Ｂ（図１０参照）を回転中心として、下側部材９９に対して上側部材９８を図８及び図９の矢印方向に回転可能に設けられている。ここで、上側部材９８の外周側に設けられたねじ（図示省略）の締め付けにより、下側部材９９に対する上側部材９８の角度を所望の値に固定することが可能になっている。この上側部材９８は、模擬体８３及び保持体８４に対してコイルばね９２を介して繋がっているため、上側部材９８の姿勢の変更に伴って模擬体８３の姿勢が変わり、訓練の対象に応じて、支持体８５に対する模擬体８３の角度を変えて訓練を行うことができる。例えば、心臓の表部における冠動脈の吻合訓練を行う際には、模擬体８３の表面がほぼ水平となる向きにセットされ、心臓の側部における冠動脈の吻合訓練を行う際には、模擬体８３の表面が傾斜する向きにセットされる。なお、特に限定されるものではないが、模擬体８３の模擬血管８９から中間部材１００の回転中心すなわち球状部材Ｂまでは、４０ｍｍ〜４５ｍｍに設定されている。

前記ワイヤ８６は、例えば、特開２００５−１９３５８３号公報、特開昭５７−１４１７０４号公報等に開示されているように、電流が流れると発熱により収縮可能となるＴｉ−Ｎｉ系若しくはＴｉ−Ｎｉ−Ｃｕ系等の形状記憶合金により形成されている。このワイヤ８６は、二本設けられ、図１１に示されるように、そのうちの一本は、同図中左上のコーナ突部９３から軸部材１０４の***１０６に挿通されて同図中左下のコーナ突部９３まで延び、残りの一本は、同図中右上のコーナ突部９３から軸部材１０４の***１０６に挿通されて同図中右下のコーナ突部９３まで延びている。図１１中左上のコーナ突部９３に取り付けられたワイヤ８６の端部には、制御ユニット７１で制御された電流が流れる入口側電線１０７が接続されている。また、図１１中右上のコーナ突部９３に取り付けられたワイヤ８６の端部には、アースＥに繋がる出口側電線１０８が接続されている。更に、図１１中左下及び右下の各コーナ突部９３，９３に取り付けられたワイヤ８６，８６の端部間は、接続用電線１０９が接続されている。従って、二本のワイヤ８６，８６は、電気的に直列に接続されることになり、制御ユニット７１側からの電流は、図１１中左側に配置されたワイヤ８６から同右側に配置されたワイヤ８６を通ってアースＥに流れることになる。また、これらワイヤ８６，８６は、前記初期状態において、所定の張力が付与された状態で各コーナ突部９３に張設されている。なお、特に限定されるものではないが、入口側電線１０７及び出口側電線１０８は、図６及び図８に一部示されているが、支持体８５の内部空間を通ってベース７７からケース７３の外側に出されるようになっている。

ここで、ワイヤ８６に代えて、前述と同様の作用を奏する限りにおいて、薄板状等の他の形状の連結手段を採用することができ、電流が流れると収縮可能な形状記憶材料であれば、その材質等は特に問わない。

前記制御ユニット７１は、図６に示されるように、電源１１３と、この電源１１３からの電流を所定のタイミングでワイヤ８６に供給する駆動信号発生手段１１４とを備えている。この駆動信号発生手段１１４は、ワイヤ８６に対する電流の供給状態を変化させ、ワイヤ８６の収縮と原形状への復元とを繰り返し行うことにより、保持体８４と一体化された模擬体８３の動作制御を行うものである。具体的に、制御ユニット７１は、予め設定された所定波形の供給電圧をワイヤ８６に供給可能な機器により構成され、図示省略しているが、ファンクションジェネレータ等の信号発生器及び増幅器等の公知の機器により構成されている。また、駆動信号発生手段１１４では、デューティー比や供給電圧の出力波形を所望の状態に制御できるようになっている。本実施形態では、特に限定されるものではないが、出力波形としてパルス波（矩形波）が用いられており、周波数が０．５Ｈｚ〜２Ｈｚの何れかの値に設定され、デューティー比が１０％程度に設定されている。なお、信号発生器及び増幅器に代えてコンピュータを用いてもよく、また、パルス波のみならず正弦波等の他の波形を出力波形としてもよい。

次に、前記外科手術訓練装置１３の作用について図６〜図１０を参照しながら説明する。

先ず、訓練前の準備として、訓練の対象となる部位に応じて所望の長さの脚部材９５を選択し、当該脚部材９５をベース７７及び下側部材９９に取り付ける。そして、訓練の対象となる部位に応じて、下側部材９９に対して上側部材９８を首振り回転して、所望の角度で上側部材９８を固定し、模擬体８３を所望の姿勢にする。そして、図示しないスイッチを投入すると、制御ユニット７１から電流がワイヤ８６に供給され、所定のタイミングで電流がＯＮ−ＯＦＦ状にワイヤ８６に供給されることになる。ここで、電流が供給されると、前述したワイヤ８６の特性により当該ワイヤ８６が収縮し、これに伴って、ワイヤ８６が取り付けられたコーナ突部９３に一体化された保持プレート９０に対し、下方への引張力が発生する。この際、保持プレート９０の中央突部９１に取り付けられたコイルばね９２の圧縮を伴って、保持プレート９０及び模擬体８３が前記初期位置から下方に移動することになる。一方、電流の供給が中断されると、形状が記憶されたワイヤ８６が元の長さに復元するように伸長し、コイルばね９２の復元力を伴って、保持プレート９０及び模擬体８３が上方に移動して、前記初期位置に戻る。つまり、制御ユニット７１からパルス状の波形となる供給電圧がワイヤ８６に印加されることで、模擬体８３及び保持体８４が支持体８５に対して離間接近するように、前記隙間Ｃ（図１０参照）の範囲内で上下動することになる。この状態を心臓の拍動状態とし、訓練者は、シート７４の切り込み穴８１から手を入れ、模擬体８３の上下動に伴って、その模擬血管８９に対して他の模擬血管８９を吻合することで、冠動脈バイパス手術に関する各種処置の訓練を行う。

ここで、制御ユニット７１により、供給電圧の大きさやデューティー比を変えると、模擬体８３の拍動状態を変えることができる。例えば、供給電圧を下げると、ワイヤ８６への加熱が小さくなり、それに伴ってワイヤ８６の収縮量（ひずみ）も小さくなり、振幅の小さい拍動状態を作り出すことができる。また、デューティー比を下げると、電流の供給がＯＦＦになる時間が増大するため、ゆっくりとした動きの拍動状態を作り出すことができる。

なお、前記実施形態では、説明を簡単にするため、最もシンプルな１自由度の動作（上下動）を実現可能な構成としたが、更に多くのワイヤ８６を用い、これらワイヤ８６の保持プレート９０への取り付け位置を調整し、且つ、各ワイヤ８６に対する電流の供給を独立制御可能にすることで、各ワイヤ８６の収縮及び復元を独立させ、模擬体８３及び保持体８４の直線運動、回転運動及び／又はねじり運動等の種々の動作も実現可能となる。

以上のように、実際の心臓の拍動状態に近似して動作する模擬体８３上で吻合された模擬血管８９，８９は、図１に示されるように、入口側流路３０の途中に接続されることになる。そして、前記拍動流生成装置１１及び冠動脈流生成装置１２によって生成された冠動脈流の流体が入口側流路３０を通過する際に、吻合された模擬血管８９，８９内を通ることになる。ここで、模擬血管８９，８９の上流側及び下流側に設けられた圧力計Ｐによりそれぞれの圧力を測定することで、上流側から下流側への圧力損失が血栓の発生を誘引する閾値以下か否かを判定することができる。仮に、前記圧力損失が前記閾値以上であれば、吻合された模擬血管８９，８９の状態が良くないと評価される。また、図示省略しているが、流体内に蛍光粒子を混入し、当該蛍光粒子にレーザー光を当てることで、模擬血管８９，８９内及びその下流側の流れを可視化し、血栓の発生要因となる流れの状態を見極めることで、吻合された模擬血管８９，８９の状態を評価することができる。

従って、このような実施形態によれば、拍動下における冠動脈バイパス手術の訓練を行うことができ、当該訓練の結果を実際の冠動脈流に相当する流れを使って評価することができ、実際の状態に近い拍動下での訓練と、当該訓練後の部位に対する正確な評価とを同時に行うことができるという効果を得る。

また、接続部材５８の移動位置並びに移動量を調整することで、シリンジ５３，５４内からの流体の吐出量を変えることができ、冠動脈流生成装置１２内を循環する流量の制御が可能となる。このような構成により、冠動脈流生成装置１２内の流量制御は、圧力調整手段３７で調整される流体圧制御と独立して行うことができ、例えば、高血圧・低血流量や、低血圧・高血流量といった、様々な患者毎の病態を再現できるという効果もある。

その他、本発明における装置各部の構成は図示構成例に限定されるものではなく、実質的に同様の作用を奏する限りにおいて、種々の変更が可能である。

本実施形態に係る冠動脈バイパス手術用の訓練評価システムの概略構成図。 図１の要部拡大図。 人体の大動脈流を表す流量波形。 人体の冠動脈流を表す流量波形。 拍動流生成装置が作動して冠動脈流生成装置が停止している場合の模擬血管内の流量波形。 外科手術訓練装置の概略構成図。 訓練ユニットの概略斜視図。 被処置体の概略正面図。 被処置体の概略側面図。 図８のＡ−Ａ線に沿う断面図。 被処置体の概略平面図。

符号の説明

１０ 訓練評価システム
１１ 拍動流生成装置
１２ 冠動脈流生成装置
１３ 外科手術訓練装置
７１ 制御ユニット
７３ ケース
８３ 模擬体
８４ 保持体
８５ 支持体
８６ ワイヤ（連結部材）
８９ 模擬血管
１１４ 駆動信号発生手段
Ｐ 圧力計

Claims (4)

1. 所定の流体に拍動流を付与する拍動流生成装置と、この拍動流生成装置で生成された拍動流から冠動脈流に変換する冠動脈流生成装置と、拍動下の冠動脈バイパス手術訓練を可能に動作する外科手術訓練装置とを備え、
   前記外科手術訓練装置による訓練で所定の処置が施された模擬血管に、前記冠動脈流生成装置で生成された前記冠動脈流の流体が通過可能となる回路構成となっていることを特徴とする冠動脈バイパス手術用の訓練評価システム。
2. 前記冠動脈流生成装置は、前記拍動流生成装置で生成された拍動流に吸引力を付与することで、前記拍動流を冠動脈流に変換することを特徴とする請求項１記載の冠動脈バイパス手術用の訓練評価システム。
3. 前記外科手術訓練装置は、前記模擬血管を含む模擬体と、この模擬体を保持する保持体と、この保持体を動作可能に支持する支持体と、前記保持体及び支持体を連結する連結部材と、前記保持体の動作を制御する制御ユニットとを備え、
   前記連結部材は、電流が流れると原形状に対して収縮可能な形状記憶材料により形成され、
   前記制御ユニットは、前記連結部材に所定のタイミングで電流を供給する駆動信号発生手段を備え、
   前記駆動信号発生手段は、前記連結部材に対する電流の供給状態を変化させることで、前記連結部材の形状の変化を伴って前記保持体の動作制御を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の冠動脈バイパス手術用の訓練評価システム。
4. 前記模擬血管を通過する流体の圧力損失を測定可能な圧力計が設けられていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の冠動脈バイパス手術用の訓練評価システム。

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