(57)【要約】【課題】生体をエコー診断した場合とほぼ同等のエコー画像を得ることができる超音波画像再現媒体および超音波画像再現成形体並びにシミュレーション装置を提供する。【解決手段】超音波診断シミュレーションにおけるエコー画像表示用に用いられるものであって、マトリックス中に粉末寒天が分散されていることを特徴とする超音波画像再現媒体。【選択図】図７
2014117287.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波診断シミュレーションにおけるエコー画像表示用に用いられるものであって、マトリックス中に粉末寒天が分散されていることを特徴とする超音波画像再現媒体。
【請求項２】
上記マトリックスとしての水１００ｃｃに対し粉末寒天を０．０２５〜５．０ｇの割合で分散させたものからなる請求項１に記載の超音波画像再現媒体。
【請求項３】
上記マトリックスとしての樹脂１００ｇに対し粉末寒天を０．０１〜１００ｇの割合で分散させたものからなる請求項１に記載の超音波画像再現媒体。
【請求項４】
マトリックスとしての樹脂１００ｇに対し粉末寒天を０．０１〜１００ｇの割合で分散させたものからなる超音波画像再現成形体。
【請求項５】
脈管や各種臓器等が立体的に模擬されている生体モデルと、
上記生体モデルに請求項１または２に記載の超音波画像再現媒体を流通させる超音波画像再現媒体供給手段とを備えてなることを特徴とするシミュレーション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断法を習得するためのシミュレーションに好適な超音波画像再現媒体および超音波画像再現成形体並びにシミュレーション装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断法は医療分野で幅広く利用されており、例えば心臓領域における超音波診断、いわゆる心エコー診断では、心臓に近い部位にある食道や胃に超音波プローブを挿入して心臓のエコー画像を取得する。それにより、体表面に超音波プローブを当ててエコー画像を得る場合に比べ、肋骨や肺に由来するエコーに邪魔されることの無い鮮明なエコー画像を得ることができる。
【０００３】
しかしながら、超音波診断装置を操作して鮮明なエコー画像を取得し的確な診断を行えるようになるまでには、多くの訓練と経験が医師にとって必要となる。そこで、超音波診断装置の操作を訓練するためのシミュレーション装置が提案されている。
【０００４】
図１４は、経食道心エコー診断シミュレーション装置（以下、単にシミュレーション装置と言う）を示したものである。同図に示すシミュレーション装置５０は、人体模型５１と、疑似プローブ５２と、パーソナルコンピュータ５３とから構成されている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
人体模型５１は、上半身の形を模した人体模型筺体５１ａを有し、その人体模型筺体５１ａ内に口蓋部５１ｂ、頸部５１ｃ、食道部５１ｄ、胃部５１ｅ、心臓部５１ｆがそれぞれ形成されている。
【０００６】
上記頸部５１ｃ内には、疑似プローブの挿入長・回転角度センサ５４が備えられ、上記食道部５１ｄおよび胃部５１ｅの外部には複数の磁気センサ５５が適当な間隔で貼着されている。また、疑似プローブ５２の先端部には磁石が収納されるとともにその先端部からレーザ光を照射することができるようになっている。レーザ光の照射方向は、超音波診断における横断面走査、長軸断面走査に相当する。
【０００７】
疑似プローブの挿入長、回転方向は上記挿入長・回転角度センサ５４によって検知され、口蓋部５１ｂから挿入された疑似プローブ５２の先端位置は、複数配列された上記磁気センサ５５によって検知されるようになっている。
【０００８】
一方、パーソナルコンピュータ５３には、健康な検体の立体的な心エコー実画像や各種心疾患を有する検体の立体的な心エコー実画像が予め記憶されており、疑似プローブ５２の挿入長さデータ、回転角度データ等に基づいて心臓部５１ｆに対する疑似プローブ先端部の相対的な位置、傾き、レーザ発光部の向き等を演算し、エコー実画像や心エコー仮想画像の立体画像データから断層画像データを切り出し、表示部５３ａに表示するようになっている。
【０００９】
上記構成を有するシミュレーション装置によれば、超音波プローブを人体の食道を通して胃部に挿入させる感覚と同様の感覚を得ることができ、また、疑似プローブの走査に合わせて切り出した２次元動画像を表示部に表示させることができる、との記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開第２００７／０９７２４７号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、例えば先天性心疾患のなかで頻度の高い心房中隔欠損症を心エコー診断するにあたっては、左心房から右心房への血液の流入を把握する必要があり、上記シミュレーション装置５０を用いて単にプローブの操作感覚を取得するだけでは超音波診断をシミュレーションしたことにはならない。そのため、血流をも忠実に再現できるリアルなシミュレーション装置が要望されている。
【００１２】
従来のシミュレーション装置において、仮に、人体模型内に血流を模擬した水を流したとしても水流はエコー画像に写らないため、実際の血流を模擬したことにはならない。そのため、生体に近いカラードプラ画像が得られるようなシミュレーション装置は実現されていない。
【００１３】
次に、人体模型における食道モデル、胃モデル、心臓モデル等は、操作状態を目視できるよう一般的に半透明の樹脂によって立体的に成形されているが、このようなモデルについてもエコー画像に鮮明に映し出すことができず、超音波診断装置の操作を訓練するには適していない。
【００１４】
本発明は以上のような従来のシミュレーション装置における課題を考慮してなされたものであり、生体をエコー診断した場合とほぼ同等のカラードプラ画像を得ることができる超音波画像再現媒体およびエコー画像が得られる超音波画像再現成形体並びにシミュレーション装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の超音波画像再現媒体は、超音波診断シミュレーションにおけるエコー画像表示用に用いられるものであって、マトリックス中に粉末寒天が分散されていることを要旨とする。
【００１６】
超音波画像再現媒体は、上記マトリックスとしての水１００ｃｃに対し粉末寒天を０．０２５〜５．０ｇの割合で分散させることにより得ることができ、或いは、上記マトリックスとしての樹脂１００ｇに対し粉末寒天を０．０１〜１００ｇの割合で分散させることにより得ることもできる。
【００１７】
本発明の超音波画像再現成形体は、マトリックスとしての樹脂１００ｇに対し粉末寒天を０．０１〜１００ｇの割合で分散させたものからなることを要旨とする。
【００１８】
本発明のシミュレーション装置は、脈管や各種臓器が立体的に模擬されている生体モデルと、
上記生体モデルに上記超音波画像再現媒体を流通させる超音波画像再現媒体供給手段とを備えてなることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る超音波画像再現媒体によれば、液体の流れをカラードプラ画像として映し出すことが可能になり、血液の流入を把握する必要があるような先天性心疾患の診断を、良好な再現性でシミュレーションすることが可能になる。
【００２０】
本発明に係る超音波画像再現成形体によれば、大動脈弁の弁口等の生体細部を模擬したモデルや、脈管、臓器を模擬したモデルについてもエコー画像に鮮明に映し出すことが可能になる。
【００２１】
本発明に係るシミュレーション装置によれば、生体のエコー画像に加え、血行状態や血流速度までシミュレーションすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る超音波画像再現媒体のカラードプラ画像を撮影するための実験装置を示した説明図である。
【図２】本発明に係る第一の超音波画像再現媒体のカラードプラ画像図である。
【図３】本発明に係る第二の超音波画像再現媒体のカラードプラ画像図である。
【図４】本発明に係る第三の超音波画像再現媒体のカラードプラ画像図である。
【図５】本発明に係る第四の超音波画像再現媒体のカラードプラ画像図である。
【図６】本発明に係る第五の超音波画像再現媒体のカラードプラ画像図である。
【図７】本発明に係る超音波画像再現成形体を示した説明図である。
【図８】本発明に係る第一の超音波画像再現成形体のエコー画像図である。
【図９】本発明に係る第二の超音波画像再現成形体のエコー画像図である。
【図１０】本発明に係る第三の超音波画像再現成形体のエコー画像図である。
【図１１】本発明に係る第四の超音波画像再現成形体のエコー画像図である。
【図１２】本発明に係る第五の超音波画像再現成形体のエコー画像図である。
【図１３】(ａ)は本発明に係るシミュレーション装置を表側から見たブロック図、(ｂ)は裏側から見たブロック図である。
【図１４】従来の経食道エコー診断シミュレーション装置の構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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］超音波画像再現媒体
［１.１］実験装置
図１は超音波画像再現媒体のカラードプラ画像を撮影するための実験装置を示したものである。
【００２４】
同図において、実験装置１は、シリコン樹脂で成形された透明の樹脂製チューブ２を有し、この樹脂製チューブ２の両端にはジョイント３ａ，４ａが備えられている。樹脂製チューブ２の径は、ジョイント３ａ側からジョイント４ａ側に向けて緩やかに拡大されており、ジョイント３ａ側の径は１１ｍｍ、ジョイント４ａ側の径は１８ｍｍである。
【００２５】
一方のジョイント３ａには、樹脂製チューブ２よりも小径からなり塩化ビニル樹脂で成形された透明の樹脂製チューブ５がジョイント３ｂを介して接続されており、その樹脂製チューブ５の先端にはシリンジ６が接続されている。
【００２６】
他方のジョイント４ａにも、樹脂製チューブ２よりも小径からなり塩化ビニル樹脂で成形された透明の樹脂製チューブ７がジョイント４ｂを介して接続されており、その樹脂製チューブ７の先端にはシリンジ８が接続されている。
【００２７】
上記シリンジ６は、血液を模した超音波画像再現媒体を樹脂製チューブ２に送り込むためのものであり、上記シリンジ８はその樹脂製チューブ２内に送り込まれた超音波画像再現媒体を引き出すためにある。したがって、シリンジ６のプランジャを押しつつシリンジ８のプランジャを引くと、超音波画像再現媒体は樹脂製チューブ２内を矢印Ａ方向に移動し、血流が再現される。
【００２８】
なお、超音波画像再現媒体が流れる方向において、樹脂製チューブ２下流側の樹脂製チューブ７からは樹脂製チューブ９が分岐しており、分岐先にシリンジ１０が接続されている。このシリンジ１０は、水に混入した粉末寒天を充填するためにある。
【００２９】
上記実験装置１における流路の容量は１２０ｃｃであり、この大きさの場合、シリンジ６および８としてはそれぞれ５０ｃｃシリンジを使用すればよい。
【００３０】
また、この実験装置１において使用されるエコープローブ（図示しない）は、頸動脈など血管エコーに使用するタイプのものであり、超音波ビームの入射角は４５°に設定されている。超音波画像再現媒体の流速は、最大３．０ｃｍ／ｓｅｃに設定している。これを上回る流速ではモザイクドプラー画像になってしまうからである。
【００３１】
［１.２］超音波画像再現媒体の製造
エコー画像を再現させる超音波画像再現媒体として、マトリックスとしての水１００ｃｃに対し粉末寒天を０．３５ｇの割合で均一に分散させる。
【００３２】
粉末寒天は、市販されているいわゆる粉寒天を使用することができ、均一に分散させるには、５〜７０℃の水温下で１分程度撹拌することが好ましい。
【００３３】
また、超音波画像再現媒体は、実験後の洗浄作業性、実験中の不可避的な液漏れ等による環境の汚染トラブルなどを考慮すると水性懸濁液であることが望ましく、また、水中への懸濁物質としては、実験装置１およびその周囲環境の清潔性を保持する上でも、それ自身が洗浄による流出・払拭除去作業性に優れ、しかも環境負荷の少ないものが望まれる。
【００３４】
粉寒天は人体に全く影響が無く、仮に実験中に吸ったとしても問題がなく、そのまま廃棄しても環境を害することがない。
【００３５】
さらに、エコー画像に鮮明に映し出すことができる超音波画像再現媒体の配合量を特定すべく、粉末寒天の配合量を様々に変えて実験を行った。
【００３６】
［１.３］超音波画像の再現
実験装置１の流路内に超音波画像再現媒体を充填し、均一に分散したら一方のシリンジ６を押しつつ他方のシリンジ８を引き、５秒間で５０ｃｃ分の超音波画像再現媒体を出し切る。
【００３７】
樹脂製チューブ２にエコープローブを当てることにより得られたカラードプラ画像結果は下記表１の通りである。
【００３８】
【表１】
2014117287.tif 000003
【００３９】
上記カラードプラ画像結果より、水１２０ｃｃに対し粉末寒天を０．０３〜６．０ｇの範囲（水１００ｃｃに換算すれば、粉末寒天を０．０２５〜５．０ｇ）で混合した超音波画像再現媒体によれば、カラードプラ画像で血流を再現できることが確認された。
【００４０】
また、粉末寒天を０．３５〜０．７ｇの範囲（水１００ｃｃに換算すれば、粉末寒天を０．２９〜０．５８ｇ）で混合した超音波画像再現媒体によれば、生体の血流に最も近いカラードプラ画像を再現できることが確認された。
【００４１】
図２〜図６はＢモードカラードプラ表示画像であり、図２は粉末寒天を水１２０ｃｃに対し０．２ｇ混合して得られたカラードプラ画像を示し、図３は同じく０．３５ｇ混合して得られたカラードプラ画像を示し、図４は同じく０．７ｇ混合して得られたカラードプラ画像を示し、図５は同じく３．０ｇ混合して得られたカラードプラ画像を示し、図６は同じく６．０ｇ混合して得られたカラードプラ画像を示している。
【００４２】
［２］超音波画像再現成形体
図７に示す各超音波画像再現成形体は右心室を模擬したものであり、以下、右心室モデルと呼ぶ。
【００４３】
これらの右心室モデルを製作するにあたり、信越シリコンＫＥ−１６０６に硬化触媒ＣＡＴ−ＲＧ（信越化学工業（株）社製）を所定量（本実施形態では一割程度）投入して良く撹拌し、さらに、そのマトリックスとしての溶融状態のシリコン樹脂１００ｇに対し粉末寒天を０．０１〜１００ｇの割合で混合し、撹拌して粉末寒天を均一に分散させ、次いで真空脱泡機で気泡を除去し、形状型の表面にその粉末寒天混合樹脂をハケで塗布し、粉末寒天混合樹脂が硬化した後、形状型を抜き取り、粉末寒天が均一に分散された中空構造の右心室モデルを製作した。
【００４４】
このようにして製作された右心室モデルにエコープローブを当てることにより得られたエコー画像結果は下記表２の通りである。
【００４５】
【表２】
2014117287.tif 000004
【００４６】
上記エコー画像結果より、溶融樹脂１００ｇに対し、粉末寒天を０．０１〜１００ｇの範囲で混合して成形された超音波画像再現成形体は、エコー画像を再現できることが確認された。
【００４７】
また、粉末寒天を２．０〜５０ｇの範囲で混合して成形された超音波画像再現成形体は、実際の生体画像に近いエコー画像を再現できることが確認された。
【００４８】
また、上記超音波画像再現成形体は、超音波画像表示方法におけるＢモード表示に適している。
【００４９】
上記Ｂモード表示の「Ｂ」は輝度（Brightness）の略であり、Ａモードにおける振幅を輝度に変換して表示するモードである。このＢモード表示は超音波診断におけるベースとなる表示方法であり、例えば肝臓や膵臓などを検査するような場合に選択される。
【００５０】
なお、ＡモードのＡは振幅（Ampritude）の略であり、縦軸に反射強度、横軸に深さを表示するモードである。
【００５１】
図８〜図１２はＢモード表示画像であり、図８は粉末寒天を溶融樹脂１００ｇに対し０．０１ｇ混合して得られたエコー画像を示し、図９は同じく０．５ｇ混合して得られたエコー画像を示し、図１０は同じく２．０ｇ混合して得られたエコー画像を示し、図１１は同じく５０ｇ混合して得られたエコー画像を示し、図１２は同じく１００ｇ混合して得られたエコー画像を示している。
【００５２】
なお、上記実施形態では超音波画像再現成形体として右心室を例に取り説明したが、これに限らず、超音波画像再現成形体として、例えば、腎臓や肝臓などの臓器モデルにも適用することができる。さらには、大動脈弁の弁口等の生体細部を模擬したモデルにも適用することができる。
【００５３】
［３］シミュレーション装置
［３.１］シミュレーション装置の構成
図１３は、上記超音波画像再現媒体が使用されるシミュレーション装置の構成を示したブロック図であり、同図(ａ)はシミュレーション装置を表側から見たものであり、同図(ｂ)は裏側から見たものである。
【００５４】
シミュレーション装置は、脈管や各種臓器等が立体的に模擬されている生体モデルを有するものであり、本実施形態では先天性心疾患を再現した心臓モデル（先天性心疾患モデル）２０を有し、この心臓モデル２０は、透明アクリル樹脂製の水槽２１内に設けられている。
【００５５】
心臓モデル２０は右心房２０ａ、右心室２０ｂ、右心房２０ａの下方に配置され左心房を部分的に模した左心房部２０ｃを備えている。
【００５６】
また、心臓モデル２０には、静脈経路として大腿静脈部２２、腹大静脈部２３、胸大静脈部２４、右上肺静脈部２５、右下肺静脈部２６、左上肺静脈部２７、左下肺静脈部２８、上大静脈部２９が接続されるとともに、動脈経路として肺動脈部３０が接続されている。
【００５７】
上記右心房２０ａ、左心房部２０ｃおよび各静脈部、各動脈部は、実際の臓器や血管にデリバリーシース（カテーテル）を通過させた場合と同様の感覚が得られるように、柔軟性を有する合成樹脂、具体的には、シリコン樹脂をベースとした素材によって構成されている。
【００５８】
なお、図中、符号３１は上行大動脈の一部を模した動脈部であり、パイプ３２は左心室から大動脈につながっている経路を簡略化して再現している。
【００５９】
また、左心房部２０ｃの下方には胸大静脈部２４とほぼ平行に、食道を模した管状の食道部３３が設けられている。この食道部３３の一方端３３ａは水槽２１の側壁から突出しており、その一方端３３ａの開口から、カラードプラエコー検査を行うためのプローブを挿入することができるようになっている。なお、食道部３３の他方端は閉塞されている。
【００６０】
カラードプラエコー検査では、シミュレーション装置内に導入された超音波画像再現媒体の平均流速を色調の明暗で表すことができ、血流を再現することができる。
【００６１】
また、プローブに近づく超音波画像再現媒体の流れは赤色、プローブから遠ざかる流れは青色で表示されるため、血流が流れる方向をその超音波画像再現媒体によって把握することもできる。
【００６２】
上記カラードプラエコー検査においては、画像表示条件の設定やプローブと検査部位との位置関係によって表示される流れが異なるなど、様々な要因で画像が影響を受ける。したがって、最適のエコー画像を得るには熟練した技術が要求される。
【００６３】
本実施形態のシミュレーション装置を使用すれば、血流の流れを超音波画像再現媒体によって再現することができるため、最適のエコー画像を得るための技術を習得することができる。
【００６４】
なお、図中の矢印は、血液を模した超音波画像再現媒体が流れる方向を表している。その流れを形成するための手段として、ポンプ３４と、そのポンプ３４の吐出口３４ａから送り出される超音波画像再現媒体を拍動流にする拍動流形成装置３５が備えられている。
【００６５】
上記ポンプ３４および拍動流形成装置３５は、超音波画像再現媒体をシミュレーション装置内に流通させる超音波画像再現媒体供給手段として機能する。
【００６６】
拍動流形成装置３５から送り出され拍動が与えられた超音波画像再現媒体は、流路Ｌ１およびＬ２を通じ、大腿静脈部２２，２２→腹大静脈部２３→胸大静脈部２４から右心房部２０ａに流入し、また、流路Ｌ３を通じ各肺静脈部２５〜２８から左心房２０ｃに流入するようになっている。
【００６７】
右心房２０ａから右心室２０ｂに流入した超音波画像再現媒体は、肺動脈部３０から肺（図示しない）に送られたものとみなし、パイプ３２から流路Ｌ４を通じてポンプ３４に戻るようになっている。
【００６８】
それにより、シミュレーション装置に超音波画像再現媒体が循環される。
【００６９】
［３.２］シミュレーション方法
次に、本発明のシミュレーション装置を用いた診断シミュレーション例について説明する。
【００７０】
上記心疾患心臓モデルを備えたシミュレーション装置の経路内に超音波画像再現媒体を循環させる。
【００７１】
具体的には、ポンプ３４と拍動流形成装置３５を作動させ、ポンプ３４から吐出される超音波画像再現媒体に拍動を与え、流路Ｌ１、Ｌ２およびＬ３を通じ、心臓モデル２０に超音波画像再現媒体を供給する。
【００７２】
次に、食道部３３の一方端３３ａから経食道心エコーのプローブを挿入し、心臓モデル２０の近傍まで移動させる。
【００７３】
心エコー図をモニターで観察しながら超音波画像再現媒体の拍動によって開閉する大動脈弁が明瞭に映し出されるようにプローブの向きを調整する。
【００７４】
このように、本発明のシミュレーション装置によれば、血流を模した超音波画像再現媒体をエコー画像で再現することができるため、生体に近いエコー画像に基づいて診断や治療等の各種シミュレーションを行うことができる。
【符号の説明】
【００７５】
１    実験装置
２    樹脂製チューブ
３ａ，４ａ  ジョイント
３ｂ，４ｂ  ジョイント
５，７，９    樹脂製チューブ
６，８，１０    シリンジ
２０    心臓モデル
２０ａ  右心房
２０ｂ  右心室
２０ｃ  左心房部
２１    水槽
２２    大腿静脈部
２３    腹大静脈部
２４    胸大静脈部
２５    右上肺静脈部
２６    右下肺静脈部
２７    左上肺静脈部
２８    左下肺静脈部
２９    上大静脈部
３０    肺動脈部
３１    上行大動脈
３２    パイプ
３３    食道部
３４    ポンプ
３５    拍動流形成装置
【図１】
2014117287.tif 000005
【図２】
2014117287.tif 000006
【図３】
2014117287.tif 000007
【図４】
2014117287.tif 000008
【図５】
2014117287.tif 000009
【図６】
2014117287.tif 000010
【図７】
2014117287.tif 000011
【図８】
2014117287.tif 000012
【図９】
2014117287.tif 000013
【図１０】
2014117287.tif 000014
【図１１】
2014117287.tif 000015
【図１２】
2014117287.tif 000016
【図１３】
2014117287.tif 000017
【図１４】
2014117287.tif 000018