JP7170054B2 - 人体シミュレーション装置、人体シミュレーション装置を制御する方法、及びコンピュータプログラム - Google Patents
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Description
図1及び図2は、第1実施形態の人体シミュレーション装置1の概略構成を示す図である。本実施形態の人体シミュレーション装置1は、人体の循環器系、消化器系、呼吸器系等の生体管腔内に対する、カテーテルやガイドワイヤ等の、低侵襲な治療または検査のための医療用デバイスを用いた治療または検査の手技を模擬するために使用される装置である。人体シミュレーション装置1は、モデル10と、収容部20と、制御部40と、入力部45と、脈動部50と、拍動部60と、呼吸動作部70とを備えている。
図18は、第2実施形態のモデル10aの構成の一例を示す説明図である。第1実施形態(図4)では、大動脈モデル160が備える生体モデル接続部のうち、第2接続部161Jに心臓モデル110を接続し、第1接続部162Jに脳モデル130を接続し、第3接続部163Jaに肝臓モデル140を接続し、第4接続部164Jに下肢モデル150を接続する場合を例示した。しかし、生体モデル接続部と、生体モデル接続部に接続される生体モデルとは、必ずしも上述した組み合わせでなくてもよい。例えば、図18に示すように、第2接続部161Jに対して肝臓モデル140が接続されてもよい。また、第2実施形態では、複数の生体モデル接続部を備えていた大動脈モデル160に代えて、単一の生体モデル接続部(図示の例では第2接続部161J)を備える大動脈モデル160aを備えていてもよい。このようにしても、上述した第1実施形態と同様の効果を奏することができる。
図19は、第3実施形態の心臓モデル110bの一例を示す図である。第1実施形態(図6)では、心臓血管モデル111の先端111Dは、一体に形成された左右の冠動脈モデル112L,Rに分岐するとした。しかし、左右の冠動脈モデル112L,Rは、血管の各部をそれぞれ構成する複数の血管構成部1121,1122,1125,1126,1127を備えていてもよい。また、各血管構成部1121,1122,1125,1126,1127のうちの少なくとも一部には、血管の内外部において病変を模擬した病変部が形成されていてもよい。図19の例では、左冠動脈モデル112Lの血管構成部1122の血管外部には、こぶ状の病変部LPが形成されている。また、右冠動脈モデル112Rの血管構成部1126の血管内部には、狭窄状の病変部LPが形成されている。このような第3実施形態の心臓モデル110bでは、さらに、同一の血管構成部について、病変部LPを有さない血管構成部と、病変部LPを有する血管構成部との両方が準備され、これらを付け替え可能に構成してもよい。
図20は、第4実施形態における生体モデル接続部について説明する図である。第1実施形態(図11)では、図12及び図13で示した構成の固定部材95を用いて、第1フランジ部91と第2フランジ部92とを固定した。しかし、固定部材95とは異なる構成の固定部材を用いて、第1フランジ部91と第2フランジ部92とを固定してもよい。例えば、図20に示すように、ねじ97を用いて、第1フランジ部91と第2フランジ部92とを固定してもよい。このようにしても、上述した第1実施形態と同様の効果を奏することができる。
図21は、第5実施形態における生体モデル接続部について説明する図である。第1実施形態(図10)では、第1フランジ部91と第2フランジ部92との突合面には、それぞれ、弾性体からなる弾性体層914,924が配置されているとした。しかし、弾性体層914,924のうち、少なくとも一方は省略されてもよい。例えば、図21に示すように、第1フランジ部91dは弾性体層を備えず、第2フランジ部92dは弾性体層を備えない構成としてもよい。このようにしても、上述した第1実施形態と同様の効果を奏することができる。
図22は、第6実施形態における人体シミュレーション装置1eの概略構成を示す図である。図23は、第6実施形態における第2モード処理の手順の一例を示すフローチャートである。第1実施形態(図2,図16)では、制御部40は、第2モード処理において使用される時間係数x及び拍動係数kを、乱数を用いてランダムに決定した。しかし、第2モード処理において使用される時間係数x及び拍動係数kは、生体モデルの状態に応じて決定されてもよい。
図24は、第7実施形態における人体シミュレーション装置1fの概略構成を示す図である。第1実施形態(図2)では、人体シミュレーション装置1の装置構成の一例について説明した。しかし、人体シミュレーション装置1には、実際の治療または検査において使用される種々の装置が含まれていてもよい。例えば、図24に示すように、第7実施形態の人体シミュレーション装置1fは、制御部40fに接続されたモニタ(表示部)200を備える。制御部40fは、図15及び図16で説明した処理の実行中において、設定された心拍数i、呼吸数j、及び、第2モード処理で変更した心拍数i及び呼吸数j(すなわち、変数n,o,p)を表すグラフを、モニタ200に表示させる。
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
上記第1~7実施形態では、人体シミュレーション装置1,1e,1fの構成の一例を示した。しかし、人体シミュレーション装置の構成は種々の変更が可能である。例えば、人体シミュレーション装置は、水槽と、水槽を被覆する被覆部とのうちの少なくとも一方を備えていなくてもよい。例えば、人体シミュレーション装置は、タッチパネル以外の手段(例えば、音声、操作ダイヤル、ボタン等)による入力部を備えていてもよい。
上記第1~7実施形態では、モデル10,10a,b,e,fの構成の一例を示した。しかし、モデルの構成は種々の変更が可能である。例えば、大動脈モデルは、上述の第1~第4接続部のうちの少なくとも一部を備えていなくてもよい。例えば、大動脈モデルにおける上述の第1~第4接続部の配置は、任意に変更してよく、第1接続部は、大動脈弓またはその近傍に配置されていなくてもよい。同様に、第2接続部は、上行大動脈またはその近傍に配置されていなくてもよく、第3接続部は、腹部大動脈またはその近傍に配置されていなくてもよく、第4接続部は、総腸骨大動脈またはその近傍に配置されていなくてもよい。例えば、大動脈モデルが有する生体モデル接続部の数は任意に変更することが可能であり、上述しない生体モデル(例えば、胃モデル、膵臓モデル、腎臓モデル等)を接続するための新たな生体モデル接続部を備えてもよい。
上記第1~7実施形態では、制御部40,40e,fにおける処理手順の一例を示した。しかし、制御部における処理は種々の変更が可能である。例えば、脈動部、拍動部、及び呼吸動作部の部分動作(図15:ステップS20,S22)と、全体動作(図15:ステップS30~S50)のうちの少なくとも一方は、省略してもよい。例えば、第1動作モード処理(図15:ステップS40~S46)と、第2動作モード処理(図15:ステップS50、図16、図23)とのうちの少なくとも一方は、省略してもよい。例えば、制御部は、時間係数xと時間係数yとを統一した1つの変数を用いて、第2モード処理を実行してもよい。
第1~7実施形態の人体シミュレーション装置の構成、及び上記変形例1~3の人体シミュレーション装置の構成は、適宜組み合わせてもよい。
10,10a,b,e…モデル
20…収容部
21…水槽
22…被覆部
31…管状体
40,40e,f…制御部
45…入力部
50…脈動部
51…管状体
55…フィルタ
56…循環ポンプ
57…脈動ポンプ
60…拍動部
61…管状体
70…呼吸動作部
71…管状体
72…管状体
91,91d…第1フランジ部
92,92d…第2フランジ部
95…固定部材
96…閉塞部材
110,110b…心臓モデル
111…心臓血管モデル
112…冠動脈モデル
112L…左冠動脈モデル
112R…右冠動脈モデル
115…管状体
119…センサ
120…肺モデル
121…気管モデル
130…脳モデル
131…脳血管モデル
139…センサ
140…肝臓モデル
141…肝臓血管モデル
149…センサ
150…下肢モデル
151…下肢血管モデル
159…センサ
160,160a…大動脈モデル
161…上行大動脈部
161J…第2接続部
162…大動脈弓部
162J…第1接続部
163…腹部大動脈部
163Ja…第3接続部
163Jb…流体供給部接続部
164…総腸骨大動脈部
164J…第4接続部
170…横隔膜モデル
200…モニタ
912…円盤部材
913…筒状体
914…弾性体層
922…円盤部材
923…筒状体
924…弾性体層
951…係合部
962…円盤部材
1121…血管構成部
1122…血管構成部
1126…血管構成部
Claims (9)
- 経皮的冠動脈形成術の手技を模擬するための人体シミュレーション装置であって、
心臓を模した心臓モデルと、
前記心臓モデルを拍動させる拍動部と、
血管を模した血管モデルと、
前記血管モデルに脈動させた流体を送出する脈動部と、
設定された心拍数に応じて、前記拍動部における拍動数と、前記脈動部における脈動数とを変更する制御部と、
横隔膜を模した横隔膜モデルと、
前記横隔膜モデルに呼吸動作を模擬した動作をさせる呼吸動作部と、
を備える、人体シミュレーション装置。 - 請求項1に記載の人体シミュレーション装置であって、さらに、
前記制御部において使用される前記心拍数を入力するための入力部を備える、人体シミュレーション装置。 - 請求項1または請求項2に記載の人体シミュレーション装置であって、
前記制御部は、
前記心拍数を一定に維持することで、前記拍動部における拍動数と前記脈動部における脈動数とを規則的に維持する第1モードと、
前記心拍数を不規則に変化させることで、前記拍動部における拍動数と前記脈動部における脈動数とを不規則に変化させる第2モードと、
を切り替えて実行可能である、人体シミュレーション装置。 - 請求項3に記載の人体シミュレーション装置であって、さらに、
前記血管モデルの末梢部分における前記流体の圧力を測定する圧力測定部を備え、
前記制御部は、前記第2モードにおいて、
前記心拍数を、予め定められた複数のパターンの中から、前記圧力測定部の測定値に応じて選択された1つのパターンに則して決定する、人体シミュレーション装置。 - 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の人体シミュレーション装置であって、さらに、
前記制御部に接続された表示部を備え、
前記制御部は、さらに、前記表示部に前記心拍数の変化を表すグラフを表示させる、人体シミュレーション装置。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の人体シミュレーション装置であって、さらに、
呼吸器を模した、前記横隔膜モデルを含む呼吸器モデルを備え、
前記呼吸動作部は、前記呼吸器モデルに呼吸動作を模擬した流体を送出し、
前記制御部は、さらに、設定された呼吸数に応じて、前記呼吸動作部における呼吸数を変更する、人体シミュレーション装置。 - 請求項3に従属する請求項6に記載の人体シミュレーション装置であって、
前記制御部は、前記第2モードにおいて、
前記心拍数及び前記呼吸数を、予め定められた複数のパターンであって、重篤度合いを模擬した複数のパターンの中から、ランダムに選択された1つのパターンに則して決定する、人体シミュレーション装置。 - 経皮的冠動脈形成術の手技を模擬するための人体シミュレーション装置を制御する方法であって、情報処理装置が、
心臓を模した心臓モデルを拍動させる工程と、
血管を模した血管モデルに脈動させた流体を送出する工程と、
横隔膜を模した横隔膜モデルに呼吸動作を模擬した動作をさせる工程と、
設定された心拍数に応じて、前記拍動させる工程における拍動数と、前記流体を送出する工程における脈動数とを変更する工程と、
を備える、方法。 - 経皮的冠動脈形成術の手技を模擬するための人体シミュレーション装置の制御に用いられるコンピュータプログラムであって、情報処理装置に、
心臓を模した心臓モデルを拍動させるステップと、
血管を模した血管モデルに脈動させた流体を送出するステップと、
横隔膜を模した横隔膜モデルに呼吸動作を模擬した動作をさせるステップと、
設定された心拍数に応じて、前記拍動させるステップにおける拍動数と、前記流体を送出するステップにおける脈動数とを変更するステップと、
を実行させる、コンピュータプログラム。
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