JP6308607B2 - カテーテルシミュレータ、光弾性効果観察装置、薄板状モデル及び保持具。 - Google Patents
カテーテルシミュレータ、光弾性効果観察装置、薄板状モデル及び保持具。 Download PDFInfo
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Description
このカテーテルシミュレータで使用するモデル(カテーテルの挿入対象)は、生体組織に近い弾性のシリコーンエラストマー等で形成されている。
他方、ポリビニルアルコール(以下「PVA」と略することがある)の水性ゲルは、生体組織に近い弾性を有するとともに高い光弾性効果を有することが知られている。
しかしながら、PVAの水性ゲルはその高い感度のため、従来技術と同様にしてモデルを構成したとき、自身の自重や、成型時の収縮ないし膨張に伴うひずみによる内部応力で光弾性効果を生じてしまうおそれがあった。
また、PVAの水性ゲルによるモデルが好適な弾性を備え、かつ乾燥に伴う収縮ひずみを生じないためには、これを常に湿潤状態に維持しておかなければならず、モデルの維持、管理に手間がかかる。
以上の課題のため、PVAの水性ゲルからなり、カテーテル挿入に伴う疑似血管流路周壁の応力変化を、光弾性効果を利用して観察するためのモデルは実用的には提供されていなかった。
ポリビニルアルコールの水性ゲルで形成され、疑似血管流路を備えた薄板状モデルと、
偏光光源及びそれに対応した偏光フィルタを備え、前記薄板状モデルの光弾性効果を観察可能とする光弾性効果観察部と、
を備えてなるカテーテルシミュレータ。
また、薄板状モデルは、例えばパック詰めにより保管できるため、その湿潤状態の維持、管理が容易になる。
第1の局面に規定のカテーテルシミュレータにおいて、前記薄板状モデルの少なくとも一面を拘束する透光性部材を有する保持具を更に備え、前記薄板状モデルを前記光弾性観察部の偏光光源及び偏光フィルタの間に配置する。
PVAの水性ゲルは、光弾性感度(光弾性係数)が高いため、カテーテル挿入シミュレーションを行った場合に、カテーテルがモデルに及ぼす僅かな力(1g以下)を検出することができる。またPVAの水性ゲルは屈折率が水に近いので、この水性ゲルからなるモデルを水中に浸すと、光弾性効果により生じる応力縞やモデル内部に挿入されたカテーテルの像に殆どひずみが生じない。このため応力やカテーテルの状態を明瞭かつ正確に観察することができる。さらにPVAの水性ゲルは、摩擦特性や弾力特性が生体組織に近いため、この材料により構成されたモデルは生体と同様なカテーテルの操作感を呈し、カテーテルの挿入シミュレーションに好適なものとなる。
本発明者は、鋭意検討を行った結果、PVAの水性ゲルがこのような複数の利点を有し、カテーテルの挿入シミュレーションと、その際の光弾性観察に好適であることを見出した。
しかしながら、本発明者の検討によれば、PVAの水性ゲルからなりかつ薄板状のモデルは剛性が小さく、いわゆるペラペラの状態である。従って、自由状態の薄板状モデルへカテーテルを挿入すると、カテーテルにより疑似血管流路の周壁に生じた力がモデル自体の変形として逃げてしまい、当該周壁の応力として現れないおそれがある。
そこで、第2の局面で規定するように、薄板状モデルの少なくとも一面を拘束することとした。この一面は光弾性効果の観測面であるため、拘束するための部材は光透過性とする。この透光性部材により当該面の全面を拘束することが好ましいが、一部でもよい。
薄板状モデルにおける疑似血管流路の開口部へカテーテルガイドを連結し、カテーテルの挿入を補助することが好ましい(第3の局面)。
第2の局面に規定のカテーテルシミュレータにおいて、前記保持具は前記薄板状モデルを収納する収納室を有し、該収納室内に前記薄板状モデルが収納されるとともに、前記収納室には前記疑似血管流路の開口部に対向する部位に前記カテーテルガイドが備えられる。
このように規定される第4の局面のカテーテルシミュレータによれば、薄板状モデルが保持具の収納室に収納されるので、この収納室を湿潤状態に維持することで、薄板状モデルの湿潤状態も維持できる。この収納室をクローズ状態、即ち外部に対して液密な状態にすれば、当該収納室を湿潤状態に管理することがより容易になる(第5の局面)。
薄板状モデルを保持具とともに水中に浸漬すると、薄板状モデルへカテーテルを挿入することが困難になる。そこで、水槽に第2のカテーテルガイドを設け、この第2のカテーテルガイドを薄板状モデルに取り付けられた第1のカテーテルガイドに連結する。これにより、第2のカテーテルガイド及び第1のカテーテルガイドを介して、水槽の外部より、薄板状モデルへカテーテルを容易に挿入できる。
また、各図面では、説明を分かり易くするために、各実施形態の構成部材の寸法形状および配置箇所を誇張して模式的に図示してあり、各構成部材の寸法形状および配置箇所が実物とは異なっている。
図1にこの発明の実施形態のカテーテルシミュレータ1の構成を示す。
このカテーテルシミュレータ1は被観察ユニット10、光弾性効果観察部20、光弾性効果評価部30を備えてなる。
上記光弾性効果観察部20によれば、第2の偏光フィルタ24側からの観察時、被観察ユニット10のモデルへ挿入されたカテーテルが影として視認できるとともに、カテーテルの影響でモデルに生じる光弾性効果を観察できる。
なお、PVAの水性ゲルにより形成された薄板状モデルを採用したときは、光弾性効果の感度が高いので、位相シフトフィルタ25を省略し、第1の偏光フィルタ23の偏光方向と第2の偏光フィルタ24の偏光方向とを直交状態よりわずかに(例えば5〜20度程度)ずらすことによっても、カテーテルの影とともに光弾性効果を観察可能である。
上記において光弾性効果観察部20及び光弾性効果評価部30は特許文献1に示される従来の構成であり、勿論、当該特許文献1に開示される他の実施形態の採用も可能である。
この被観察ユニット10は、薄板状モデル100、保持具200及び水槽300を備える。水槽300の下側に偏光光源が配置され、光弾性効果は保持具200の上面側から観察できる。
図3は薄板状モデル100及び保持具200の分解斜視図である。
この例の薄板状モデル100はPVAの水性ゲル製であり、血管を模した疑似血管流路101が形成されている。薄板状モデル100の厚さは、疑似血管流路101の径の2〜5倍とする。
薄板状モデル100の厚さをこの範囲より厚くすると自重や成型時の収縮ないし膨張ひずみによる光弾性効果の発生が懸念され、また、この範囲より薄いとカテーテル挿入時にモデルが破壊されるおそれがある。即ち、薄板状モデル100の厚さを疑似血管流路101の径の2〜5倍の範囲とすることにより、カテーテル挿入時に疑似血管流路101の周壁に生じる応力を光弾性効果として効率よく観察できる。
図3の例では、疑似血管流路101は、薄板状モデルの一つの縁で開口し(開口部103)、枝分かれしながら平面部と平行に貫かれて相対向する縁に開口する。
疑似血管流路101の形状はシミュレーションの目的等に応じて任意に設計できる。流路に動脈瘤を模擬した球形状の腔所を設けることもできる。
図3の例では疑似血管流路101は薄板状モデル100の平面に平行に形成されているが、これを平面に対して傾斜して設けてもよい。
また、薄板状モデルへ二つ以上の独立した疑似血管流路を形成してもよい。
疑似血管流路の一端は薄板状モデル内に止まり、外部に開口していなくてもよい。
図4(A)は疑似血管流路111が、図3と同様に、薄板状モデル100の縁において開口する例を模式的に示している。
これに対し、図4(B)の例では、疑似血管流路112が傾斜して、薄板状モデル100の上面で開口する。この開口部113からカテーテルが挿入される。
同様に、図4(C)の例では、疑似血管流路115がほぼ垂直に曲がって、薄板状モデル100の上面で開口する。この開口部116からカテーテルが挿入される。このような開口は、カテーテルの挿入口としてだけでなく、カテーテルや流体の排出口として用いることもできる。またこのような開口を複数設けることもできる。
図4(A)のように、薄板状モデル中に複雑な形状の疑似血管流路を貫通させるには、疑似血管流路の実モデル(空洞な疑似血管流路のネガのモデル)を予め形成し、これをインサートとして薄板状モデルを型成形し、その後、インサートを除去する。
これに対し、図5(A)に示すように、薄板状モデルを第1のピース100aと第2のピース100bとに分割し、各ピース100a、100bにおいて相対向する面に溝121、122を形成する。この溝121,122は各ピース100a、100bを貼り合わせたときにそれぞれ対向するものとし、溝121,122により疑似血管流路が形成される。
第1及び第2のピース100a、100bの各対向面において、その中央分割線に対して左右対称に溝を形成すれば、第1のピース100aと第2のピース100bとを同一形状の部材とできる。
図5(C)の例では、第1のピース100a側の対向面のみに溝121aを設ける例を示す。この溝121aは、図5(A),(B)の溝121より深く形成し、疑似血管流路としての径を確保する。従って、図5(C)の例では、第1のピース100aを第2のピース100bより厚く形成している。
図6の例には、薄板状モデルの一面に溝123を設け、この溝123を保持具200の透光プレート203で蓋をし、もって、疑似血管流路を構成する例を示す。
ここに、保持具200は一対の透光プレート(透光性部材)201、203を連結柱205で連結した構成である。透光プレート201、202は薄板状モデル100の両面へそれぞれ全面的に密接し、薄板状モデル100を挟持する。
これにより、薄板状モデル100は保持具200に拘束され、疑似血管流路101の周壁に対するカテーテルの干渉は、薄板状モデル100自体を変形させることなく、当該周壁の応力として反映される。
なお、薄板状モデル100の少なくとも一方の面に透光プレートが密着しておれば、光弾性効果を観測する見地から、その拘束は十分と考えられる。特に、疑似血管流路101の開口部が薄板状モデル100の上面で開口しているときには、カテーテルからの力が下向きに働くので、薄板状モデル100を下側から透光性プレート203で支えればよい。
カテーテルガイド107には、図3に示す通り、ホーン状のカテーテル導入管109を取り付けることができる。またチューブ形状のカテーテル導入管109やコネクタ形状のカテーテル導入管109を取り付けることができる。逆止弁機能や、栓機能を備えるカテーテル導入管109を用いることもできる。
また、複数の開口部に複数のカテーテル導入管109を取り付けてもよい。
なお、カテーテル導入管109を、図7に示す通り、薄板状モデル100へ直設取り付けることもできる。
図8に示す例では、薄板状ガイド100に連結柱205を通す貫通孔140が形成されている。この貫通孔140へ連結柱205を通すことにより保持具200に対して薄板状モデル100がより安定する。
水槽300の一つの側壁にはホーン状の第2のカテーテルガイド303を設けることができる。このカテーテルガイド303の一端は保持具200の第1のカテーテルガイド207のガイド孔208に接続される。
この被観察ユニット310は、薄板状モデル100とこの薄板状モデル100を収納するケース320とを備えてなる。
ケース320は透光性の材料からなり、内部に薄板状モデル100を収納する収納室335が設けられる。薄板状モデル100をケース320内の収納室へ容易に収納するため、ケース320は二つ割りにされており(上部ケース320a、下部ケース320b)、それぞれに凹部が形成されている。上部ケース320aと下部ケース320bとを合わせたとき、それぞれの凹部があわさって、収納室335が形成される。
この収納室335は、ケース320の外部に対して閉じられて液密であり、もって、この収納室335内に収納した薄板状モデル100の湿潤状態を維持できる。ケース320において薄板状モデル100の疑似血管流路101の開口部103に対向する位置にカテーテルガイド337が設けられる。
このケース320の場合、湿潤状態に維持可能な収納室335へ薄板状モデル100を収納することにより、このケース320自体を何ら水槽に浸漬しなくてもよい。
なお、ケース320の収納室335は、薄板状モデル100に何らストレスを与えることなくこれを収納できればよい。ただし、薄板状モデル100の上下面は収納室335の上下面で挟持された状態することが好ましい。
このように構成された被観察ユニット310はケース320内に薄板状モデル100を収納するという簡易な構成となるため、安価に提供可能となる。
この薄板状モデル400を、例えば図9の例のケースに収納する場合、ケースの収納室には当該突起401に対応した凹部が形成される。
薄板状モデルが矩形なとき、前後左右の特定が困難になり、例えばケースへ収納するときに方向間違いおこすおそれがある。薄板状モデルの収納方向を間違えると、カテーテルガイドと薄板状モデルの疑似血管流路の開口部とが連通されなくなる。
これに対し、突起401を設けることにより、薄板状モデル400の向きが容易に確認でき、ケースに対して常に正しい位置に収納できる。
疑似血管流路において光弾性効果による観察を要しない部分を突起401内に存在させる。従って、この突起401を保持具若しくはケースにより強く拘束することができる。この突起401に光弾性効果が生じても、本来の観察に何ら影響を及ぼさないからである。また、突起401を保持具若しくはケースで強く拘束することにより、突起401の位置は安定する。よって、この突起401に疑似血管流路の開口部を存在させることにより、保持具若しくはケースのカテーテルガイドとの連通をより確実に確保できる。
この被観察ユニット500は、透光性ケース501において上部開放の収納室503に薄板状モデル510を収納した構成である。透光性ケース501の収納室502の底壁により薄板状モデル510の一面が拘束されている。
この薄板状モデル510にはその上面で疑似血管流路511が開口している。
これにより、ケース501側のカテーテルガイドは不要となる。
なお、この例では薄板状モデル510の各開口部は着脱可能なシール505により閉塞されている。
従って、使用時には、図12に示すように、薄板状モデル510からシール505をはがし、更にはカテーテルの容易挿入性を確保する見地から、ホーン状のカテーテルガイド515や屈曲管からなるカテーテルガイド517を当該開口部へ連結する。
図11及び図12の例においても、図10に示した突起付き薄板状モデルを適用できる。
この被観察ユニット600は、図2に記載の被観察ユニット10において、ホーン形状のカテーテルガイド303の代わりに、チューブ形状のカテーテルガイド209を取り付けたものである。チューブ形状のカテーテルガイド209は、水槽300上部の開口部から水槽外まで伸びており、当該カテーテルガイド209を通して、カテーテルを水槽300の外部から薄板状モデル100の流路101の内部へ導くことができる。
10 被観察ユニット
20 光弾性効果観察部
100、400、510 薄板状モデル
101、511 疑似血管流路
103、113、116 開口部
200 保持具
300 水槽
310 ケース
335、503 収納室
Claims (13)
- ポリビニルアルコールの水性ゲルで形成され、疑似血管流路を備えた薄板状モデルと、
偏光光源及びそれに対応した偏光フィルタを備え、前記薄板状モデルの光弾性効果を観察可能とする光弾性効果観察部と、
を備えてなるカテーテルシミュレータであって、
前記薄板状モデル、前記偏光光源及び前記偏光フィルタは上下方向に配置され、
平置きされた前記薄板状モデルが前記偏光光源及び偏光フィルタの間に配置され、
前記薄板状モデルの上面及び下面の少なくとも一方へ密接する透光プレートを有する保持具が更に備えられる、
カテーテルシミュレータ。 - 前記薄板状モデルの厚さは前記疑似血管流路の径の2〜5倍である、請求項1に記載のカテーテルシミュレータ。
- 前記薄板状モデルにおける疑似血管流路の開口部に連結されるカテーテルガイドが更に備えられる、請求項2に記載のカテーテルシミュレータ。
- 前記保持具は前記薄板状モデルを収納する収納室を有し、該収納室内に前記薄板状モデルが収納されるとともに、前記収納室には前記疑似血管流路の開口部に対向する部位に前記カテーテルガイドが備えられる、請求項3に記載のカテーテルシミュレータ。
- 前記収納室は前記保持具の内部に設けられ、外部に対して液密な状態である請求項4に記載のカテーテルシミュレータ。
- 前記保持具を浸漬可能な水槽が備えられ、該水槽は前記カテーテルガイドに連結する第2のカテーテルガイドを有する、請求項3に記載のカテーテルシミュレータ。
- 前記薄板状モデルは第1のピースと第2のピースに分解され、前記第1のピースと前記第2のピースの対向面の少なくとも一方に溝が形成され、前記第1のピースと前記第2のピースとを貼り合わせたとき、前記溝により前記疑似血管流路が形成される、請求項1〜6のいずれかに記載のカテーテルシミュレータ。
- 前記第1のピースと前記第2のピースの各対向面は曲面に形成される、請求項7に記載のカテーテルシミュレータ。
- 前記薄板状モデルの下面に溝が形成され、該溝に蓋をするように前記下面へ前記透光プレートを密着させ、前記溝を前記疑似血管流路とする、請求項7に記載のカテーテルシミュレータ。
- 前記薄板状モデルの上面に前記疑似血管流路の開口部が設けられている、請求項1に記載のカテーテルシミュレータ。
- 前記薄板状モデルの少なくも一縁に突起が設けられ、前記保持具の収納室には前記突起に対応した凹部が形成され、前記薄板状モデルを前記収納室に収納するとき、前記突起が前記凹部に嵌合される、請求項4に記載のカテーテルシミュレータ。
- 前記突起に前記疑似血管流路の開口部が形成される、請求項11に記載のカテーテルシミュレータ。
- ポリビニルアルコールの水性ゲルで形成され疑似血管流路を備えたモデル、偏光光源及びそれに対応した偏光フィルタを備え、前記モデルの光弾性効果を観察可能とするカテーテルシミュレータ用の光弾性効果観察装置であって、
前記モデルを保持する保持具が更に備えられ、
前記モデルはその厚さを前記疑似血管流路の径の2〜5倍とした薄板状であり、
平置きにされた該薄板状モデルの上下方向に前記偏光光源と前記偏光フィルタが配置され、
前記保持具は前記薄板状モデルの上面及び下面の少なくとも一方へ密接する透光プレートを有する収納室と、
該収納室に収納された前記薄板状モデルの前記疑似血管流路の開口部に連結するカテーテルガイドと、を備える、カテーテルシミュレータ用の光弾性効果観察装置。
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