(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
循環流路内で模擬血液を循環させる、模擬心房を備える血液循環模擬装置であって、
前記循環流路に設けられ、前記模擬血液を貯蔵する模擬静脈と、
前記模擬静脈の下流側に設けられた模擬心房としての模擬右心房と、
前記模擬右心房の下流側に設けられ、前記模擬血液の流れを規制する第１の人工弁と、
前記第１の人工弁の下流側に設けられた模擬心室としての模擬右心室と、
前記模擬右心室の下流側に設けられ、前記模擬血液の流れを規制する第２の人工弁と、
前記第２の人工弁の下流側に設けられ、前記循環流路を介して前記模擬静脈に連通する模擬動脈と、を有し、
前記模擬心房は、ハウジングと、
前記ハウジング内を空気室と液体室に区画する弾性のダイヤフラムと、
前記ハウジングに設けられ、前記液体室に連通する前記模擬血液の流入口および流出口と、を備え、
前記ハウジングは、前記流入口および前記流出口を側面に有し、前記ダイヤフラムの外周縁部が、軸方向の一方の端部に設けられた筒状部材と、
前記ダイヤフラムの外周縁部に設けられた、給排気口を備えた凸状部材と、
前記筒状部材の軸方向の他方の端部に設けられた密閉部材としての凹状部材と、を有し、
前記流入口と前記流出口は、前記流入口、前記筒状部材の中心、前記流出口が直線上に位置するように設けられており、
前記血液循環模擬装置は、前記給排気口を介した前記空気室へのエアの給排気により前記ダイヤフラムを変形させ、前記液体室の容積変化により前記模擬血液の脈流を前記流出口から吐出させる駆動制御手段を有することを特徴とする
模擬心房を備える血液循環模擬装置。
【請求項２】
循環流路内で模擬血液を循環させる、模擬心房を備える血液循環模擬装置であって、
前記循環流路に設けられ、前記模擬血液を貯蔵する模擬静脈と、
前記模擬静脈の下流側に設けられた模擬心房としての模擬右心房と、
前記模擬右心房の下流側に設けられ、前記模擬血液の流れを規制する右心系の第１の人工弁と、
前記第１の人工弁の下流側に設けられた模擬心室としての模擬右心室と、
前記模擬右心室の下流側に設けられ、前記模擬血液の流れを規制する右心系の第２の人工弁と、
前記第２の人工弁の下流側に設けられた模擬肺動脈と、
前記模擬肺動脈の下流側に設けられた模擬心房としての模擬左心房と、
前記模擬左心房の下流側に設けられ、前記模擬血液の流れを規制する左心系の第３の人工弁と、
前記第３の人工弁の下流側に設けられた模擬心室としての模擬左心室と、
前記模擬左心室の下流側に設けられ、前記模擬血液の流れを規制する左心系の第４の人工弁と、
前記第４の人工弁の下流側に設けられ、前記循環流路を介して前記模擬静脈に連通する模擬大動脈と、を有し、
前記模擬心房は、ハウジングと、
前記ハウジング内を空気室と液体室に区画する弾性のダイヤフラムと、
前記ハウジングに設けられ、前記液体室に連通する前記模擬血液の流入口および流出口と、を備え、
前記ハウジングは、前記流入口および前記流出口を側面に有し、前記ダイヤフラムの外周縁部が、軸方向の一方の端部に設けられた筒状部材と、
前記ダイヤフラムの外周縁部に設けられた、給排気口を備えた凸状部材と、
前記筒状部材の軸方向の他方の端部に設けられた密閉部材としての凹状部材と、を有し、
前記流入口と前記流出口は、前記流入口、前記筒状部材の中心、前記流出口が直線上に位置するように設けられており、
前記血液循環模擬装置は、前記給排気口を介した前記空気室へのエアの給排気により前記ダイヤフラムを変形させ、前記液体室の容積変化により前記模擬血液の脈流を前記流出口から吐出させる駆動制御手段を有することを特徴とする
模擬心房を備える血液循環模擬装置。
【請求項３】
請求項１に記載の血液循環模擬装置において、前記模擬心室は、ダイヤフラムを備えたエア駆動式ポンプであり、または請求項２に記載の血液循環模擬装置において、前記模擬心室の少なくとも１つは、ダイヤフラムを備えたエア駆動式ポンプであり、
前記駆動制御手段は、前記模擬心房のダイヤフラムに対して第１の圧力でエア駆動を行い、所定時間経過後、前記模擬心室のダイヤフラムに対して前記第１の圧力よりも高い第２の圧力でエア駆動を行う制御を行うことを特徴とする模擬心房を備える血液循環模擬装置。
【請求項４】
バルサルバ洞形状を模した部分を有する人工血管が前記循環流路に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の模擬心房を備える血液循環模擬装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、模擬心房を備える血液循環模擬装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
血液循環を模擬するモデル循環装置として、オーバーフロー型モック循環回路、ドノヴァンのモデル循環回路などが知られている。これは静水圧により人体の心臓の前負荷および後負荷を再構築し、心臓のポンプ圧力を再現するシステムである。
【０００３】
非特許文献１には、ローラポンプを用いたモデル循環回路が記載されている。しかし、非特許文献１に記載のモデル循環回路には心房収縮の要素がなく、特に、低圧系、右心系のモデル循環系にこれを適用した場合、正確性、妥当性に欠けるという問題点がある。
【０００４】
非特許文献２や非特許文献３には、水力学的モデル循環回路が記載されている。しかし、このモデル循環回路には心房収縮の要素がなく、特に、低圧系、右心系のモデル循環系にこれを適用した場合、正確性、妥当性に欠けるという問題点がある。
【０００５】
特許文献１に記載の流体循環装置は、拍動流を生成する駆動ポンプと、この駆動ポンプの流出口及び流入口間に配置された循環流路とを備え、駆動ポンプの作動により、循環流路内の流体を循環させるように構成され、循環流路が、流体に流れ抵抗を付与する抵抗付与手段と、この抵抗付与手段下流側に配置されて流体の脈圧を減衰させる脈圧減衰手段と、抵抗付与手段の上流側で脈圧の振幅調整をする振幅調整手段とを備え、生体内の血液の循環に擬似した状態で流体を循環するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−８５８６号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】丸山高司、「ローラーポンプを用いた両心バイパスの実験的研究」、広島大学医学雑誌(0018-2087)、1993年06月、第41巻3号、p.143-165
【非特許文献２】Donovan F.M., “Design of an hydraulic analog of the circulatory system for evaluating artificial hearts.”, 1975, Biomat Med Dev Art Org 3(4), p.439-449
【非特許文献３】Peters J. L., “Consequences of the diaphragm driven artificial heart - animal implantation and mock circulation studies.”, 1973, CHEST, 63(4), p.589-597
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の流体循環装置には、心房収縮の要素がなく、特に、低圧系、右心系のモデル循環系にこれを適用した場合、正確性、再現性、妥当性に欠けるという問題があった。
【０００９】
ところで、例えば、不可逆的に破壊された弁を持つ末期的な心臓弁膜症患者などのために、様々な素材の人工弁の開発が行われており、左心系の人工弁の治療の方法論は確立されつつあるが、低圧系の右心循環系の人工弁に関しては、開発があまり進んでいない。右心系である肺循環系は低圧力で血液を循環しているので、人工弁の前後で圧力差やウォッシュアウト効果が左心系と比較して異なり、血栓形成などをきたしやすい。また、低圧力系の右心循環系では、心房収縮の影響が比較的大きい。
左心房と左心室の間には１００ｍｍＨｇ以上の圧力差があり、僧房弁は大きな圧力差で受動的に閉鎖され、機械的な圧力により僧帽弁が挙動する。これに対して右心房と右心室の圧力差は１０ｍｍＨｇ前後であり、複雑な圧力差と流体の挙動と血液の流れベクトルが、三尖弁、および肺動脈弁の挙動を決定する。従って、大きな圧力差で受動的に挙動する左心系とは異なり、右手系において、右心房の収縮による弁の挙動に対する影響は大きくなる。
例えば、先天性奇形などに対して施行されるフォンタン循環系では、人工弁を用いることなく、右心室をバイバスして、大静脈と肺動脈を、弁を通さずに直接接続することで、肺循環を維持する手術が行われていた。
しかしながら、心房収縮を再現するモデル循環系は知られておらず、模擬血液循環系を再現することができず、特に、左心系と異なり、右心系の模擬血液循環系を再現することができなかった。
このため、人工弁などの人工臓器の開発などに用いる、高精度に血液循環系を模擬することができる血液循環模擬装置が望まれている。特に、低圧力系である右心系の血液循環系を高精度に模擬することができる血液循環模擬装置が望まれている。
【００１０】
本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、簡単な構成で、高精度に血液循環系を模擬することができる、模擬心房を備える血液循環模擬装置を提供すること、例えば、人工弁、人工血管、補助人工心臓、全置換型人工心臓などの人工臓器を容易に客観的に評価することができる、血液循環模擬装置を用いた人工臓器の試験方法を提供すること、などを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような目的を達成するために、本発明の模擬心房を備える血液循環模擬装置は、以下の構成を少なくとも具備するものである。
循環流路内で模擬血液を循環させる、模擬心房を備える血液循環模擬装置であって、
前記循環流路に設けられ、前記模擬血液を貯蔵する模擬静脈と、
前記模擬静脈の下流側に設けられた模擬心房としての模擬右心房と、
前記模擬右心房の下流側に設けられ、前記模擬血液の流れを規制する第１の人工弁と、
前記第１の人工弁の下流側に設けられた模擬心室としての模擬右心室と、
前記模擬右心室の下流側に設けられ、前記模擬血液の流れを規制する第２の人工弁と、
前記第２の人工弁の下流側に設けられ、前記循環流路を介して前記模擬静脈に連通する模擬動脈と、を有し、
前記模擬心房は、ハウジングと、
前記ハウジング内を空気室と液体室に区画する弾性のダイヤフラムと、
前記ハウジングに設けられ、前記液体室に連通する前記模擬血液の流入口および流出口と、を備え、
前記ハウジングは、前記流入口および前記流出口を側面に有し、前記ダイヤフラムの外周縁部が、軸方向の一方の端部に設けられた筒状部材と、
前記ダイヤフラムの外周縁部に設けられた、給排気口を備えた凸状部材と、
前記筒状部材の軸方向の他方の端部に設けられた密閉部材としての凹状部材と、を有し、
前記流入口と前記流出口は、前記流入口、前記筒状部材の中心、前記流出口が直線上に位置するように設けられており、
前記血液循環模擬装置は、前記給排気口を介した前記空気室へのエアの給排気により前記ダイヤフラムを変形させ、前記液体室の容積変化により前記模擬血液の脈流を前記流出口から吐出させる駆動制御手段を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の模擬心房を備える血液循環模擬装置は、循環流路内で模擬血液を循環させる、模擬心房を備える血液循環模擬装置であって、
前記循環流路に設けられ、前記模擬血液を貯蔵する模擬静脈と、
前記模擬静脈の下流側に設けられた模擬心房としての模擬右心房と、
前記模擬右心房の下流側に設けられ、前記模擬血液の流れを規制する右心系の第１の人工弁と、
前記第１の人工弁の下流側に設けられた模擬心室としての模擬右心室と、
前記模擬右心室の下流側に設けられ、前記模擬血液の流れを規制する右心系の第２の人工弁と、
前記第２の人工弁の下流側に設けられた模擬肺動脈と、
前記模擬肺動脈の下流側に設けられた模擬心房としての模擬左心房と、
前記模擬左心房の下流側に設けられ、前記模擬血液の流れを規制する左心系の第３の人工弁と、
前記第３の人工弁の下流側に設けられた模擬心室としての模擬左心室と、
前記模擬左心室の下流側に設けられ、前記模擬血液の流れを規制する左心系の第４の人工弁と、
前記第４の人工弁の下流側に設けられ、前記循環流路を介して前記模擬静脈に連通する模擬大動脈と、を有し、
前記模擬心房は、ハウジングと、
前記ハウジング内を空気室と液体室に区画する弾性のダイヤフラムと、
前記ハウジングに設けられ、前記液体室に連通する前記模擬血液の流入口および流出口と、を備え、
前記ハウジングは、前記流入口および前記流出口を側面に有し、前記ダイヤフラムの外周縁部が、軸方向の一方の端部に設けられた筒状部材と、
前記ダイヤフラムの外周縁部に設けられた、給排気口を備えた凸状部材と、
前記筒状部材の軸方向の他方の端部に設けられた密閉部材としての凹状部材と、を有し、
前記流入口と前記流出口は、前記流入口、前記筒状部材の中心、前記流出口が直線上に位置するように設けられており、
前記血液循環模擬装置は、前記給排気口を介した前記空気室へのエアの給排気により前記ダイヤフラムを変形させ、前記液体室の容積変化により前記模擬血液の脈流を前記流出口から吐出させる駆動制御手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、簡単な構成で、高精度に血液循環系を模擬することができる、模擬心房を備える血液循環模擬装置を提供することができる。
また、本発明によれば、人工弁、人工血管、補助人工心臓、全置換型人工心臓などの人工臓器を簡単に客観的に評価することができる、血液循環模擬装置を用いた人工臓器の試験方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る模擬心房を備える血液循環模擬装置の一例を示す概念図（模擬右心房、模擬右心室、模擬左心房、および模擬左心室を備える血液循環模擬装置）。
【図２】本発明の実施形態に係る模擬心房の一例を示す図、（ａ）は模擬心房の斜視図、（ｂ）は（ａ）に示した模擬心房の分解斜視図。
【図３】自然心臓と血液循環模擬装置としての模擬心臓モデルの動作の一例を示す図、（ａ）〜（ｅ）は自然心臓に関する図、（ｆ）〜（ｊ）は模擬心臓（モデル）に関する図であり、（ａ）は心房収縮、（ｂ）は等容性収縮、（ｃ）は急速心室駆出／緩徐心室駆出、（ｄ）は等容性弛緩、（ｅ）は急速心室充満／緩徐心室充満、（ｆ）は模擬心房、（ｇ）は等容性収縮、（ｈ）は急速心室駆出／緩徐心室駆出、（ｉ）は等容性弛緩（心室モデル）、（ｊ）は急速心室充満／緩徐心室充満をそれぞれ示す図。
【図４】心臓の左右心房、左右心室の圧力の時間変化を示す図、（ａ）は心臓の模式図、（ｂ）は大動脈圧、左心圧、右室圧、左房圧、右房圧の時間変化の一例を示す図。
【図５】模擬右心房と模擬右心室を備えた血液循環模擬装置の一例を示す図。
【図６】模擬右心房と模擬右心室を備えた血液循環模擬装置の一例を示す写真。
【図７】模擬左心房と模擬左心室を備えた血液循環模擬装置の一例を示す図。
【図８】回転ポンプ式の人工心臓を取り付けた血液循環模擬装置の一例を示す写真。
【図９】回転式人工心臓（回転ポンプ式）を取り付けた血液循環模擬装置の一例を示す図。
【図１０】動物の心臓の左右心室を取り除き、左右心房に回転ポンプを接続する接続部を露出させた状態の一例を示す図。
【図１１】動物実験で計測された左心房収縮に関する圧容量曲線の一例を示すグラフ。
【図１２】図８に示した血液循環模擬装置における心房収縮の圧容量曲線の一例を示すグラフ。
【図１３】バルサルバ洞を模した部分を有する人工血管の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
本発明の実施形態は図示の内容を含むが、これのみに限定されるものではない。なお、以後の各図の説明で、既に説明した部位と共通する部分は同一符号を付して重複説明を一部省略する。
【００１６】
本発明の実施形態に係る模擬心房を備える血液循環模擬装置は、ヒトなどの生体の血液循環系を高精度に模擬することができる。この血液循環模擬装置は、例えば、全置換型人工心臓、補助人工心臓、人工血管、人工弁など人工臓器の開発等に用いられる。詳細には、この血液循環模擬装置は、模擬心房や模擬心室などを備え、心房の動き、心室の動き、脈流などを高精度に模擬することができる。
また、この血液循環模擬装置は、心房の収縮の強さや収縮タイミング、心室の収縮・拡張の強さ、そのタイミングなどを容易に調整することができる。
また、人工臓器を血管循環模擬装置に取り付け、その人工臓器に関するデータを容易に取得することができ、人工臓器に関する各種試験を容易に行うことができる。
【００１７】
左心房と左心室の間には１００ｍｍＨｇ以上の圧力差があり、僧房弁は大きな圧力差で受動的に閉鎖され、機械的な圧力の存在で人工弁は挙動するのに対して、右心房と右心室の圧力差は１０ｍｍＨｇ前後であり、複雑な圧力差と流体の挙動と血液の流れベクトルが、三尖弁、および肺動脈弁の挙動を決定する。従って、大きな圧力差で受動的に挙動する左心系とは異なり、右心房の収縮による弁の挙動に対する影響は大きくなる。
本発明に係る血液循環模擬装置は、人体の右心房収縮と右心室収縮と同等の収縮タイミング、および収縮力で、模擬心房と模擬心室を適切なタイムスパン（タイミング）で収縮を行うように駆動制御を行う。こうすることで、人体の右心系の精密な再現を行うことができる世界で最初のシステムが具現化する。
尚、本発明に係る血液循環模擬装置は、人体の左心房収縮と左心室収縮と同等の収縮タイミング、および収縮力で、模擬心房と模擬心室を適切なタイムスパン（タイミング）で収縮を行うように駆動制御を行うこともできる。
つまり、本発明に係る血液循環模擬装置は、人体の右心系および／または左心系の精密な再現を行うことができる。
【００１８】
本発明の実施形態に係る血液循環模擬装置は、人体や動物などの血液循環器系を模擬した装置であり、模擬血液として、例えば、水、食塩水、血液の粘性を模擬したグリセリン溶液などの流体（液体）を、心臓の各構成要素を模擬した一つまたは複数のポンプにより循環流路を循環させるように構成されている。本実施形態では、血液循環模擬装置は、模擬心房として模擬右心房および模擬左心房、模擬心室として模擬右心室および模擬左心室、人工弁（模擬弁）、模擬動脈、模擬静脈、制御部などを有する。
【００１９】
模擬心房は、模擬心室の上流側に配置され、模擬血液を一時貯蔵する機能、比較的小型のポンプ機能などを有し、模擬血液を所定のタイミングで模擬心室へ吐出する。
模擬心室は模擬心房の下流側に配置され、比較的大型のポンプ機能などを有し、模擬心房からの模擬血液を所定のタイミングで模擬肺動脈や模擬大動脈に吐出する。
【００２０】
詳細には、血液循環模擬装置は、模擬心房としての模擬右心房１１と、三尖弁を模擬した人工弁１２（模擬弁）と、模擬心室としての模擬右心室１３と、模擬右心室電磁弁５１（空気弁）と、肺動脈弁を模擬した人工弁１４（模擬弁）と、模擬肺動脈１５と、流路抵抗部１６と、模擬心房としての模擬左心房１７と、僧帽弁（二尖弁）を模擬した人工弁１８（模擬弁）と、模擬心室としての模擬左心室１９と、模擬左心室電磁弁５２（空気弁）と、大動脈弁を模擬した人工弁２０（模擬弁）と、模擬大動脈２１（大動脈モデル）と、流路抵抗部２２と、模擬静脈２３（静脈モデル、静脈圧タンク）と、パイプなどの循環流路としての流路３１〜３７と、駆動装置４０（空気圧駆動装置など）と、制御部５０と、センサ６０〜６９と、計測装置７０と、などを有する。
【００２１】
本実施形態では、模擬静脈２３、模擬右心房１１、人工弁１２、模擬右心室１３、模擬肺動脈１５、模擬左心房１７、模擬左心室１９、模擬大動脈２１などが順に循環流路を介して接続されており、それらの構成要素内で模擬血液を順に循環させるように、血液循環模擬装置が構成されている。
【００２２】
詳細には、模擬静脈２３の流入口が流路３７に連通するように接続されている。模擬静脈２３の流出口が流路３１に連通するように接続されている。流路３１の下流側が模擬右心房１１の流入口に連通するように接続されている。模擬右心房１１の流出口が流路３２に連通するように接続されている。流路３２には模擬血液の流れを上流側から下流側へと規定する人工弁１２が設けられている。
【００２３】
また、流路３２の下流側に模擬右心室１３が連通するように接続されている。模擬右心室１３の下流側に流路３３が連通するように接続されている。流路３３には模擬血液の流れを上流側から下流側へと規定する人工弁１４が設けられている。
流路３３の下流側に模擬肺動脈１５が連通するように接続されている。模擬肺動脈の下流側に流路３４が連通するように接続されている。流路３４には流路抵抗部１６が設けられている。
【００２４】
流路３４の下流側に模擬左心房１７の流入口が連通するように接続されている。模擬左心房１７の流出口に流路３５が連通するように接続されている。流路３５には模擬血液の流れを上流側から下流側へと規定する人工弁１８が設けられている。
流路３５の下流側に模擬左心室１９の流入口が連通するように接続されている。模擬左心室１９の流出口に流路３６が連通するように接続されている。流路３６には、模擬血液の流れを上流側から下流側へと規定する人工弁２０が設けられている。
流路３６の下流側に模擬大動脈２１が連通するように設けられている。模擬大動脈２１の下流側に流路３７が連通するように接続されている。流路３７には流路抵抗部２２が設けられている。そして、上述したように、流路３７の下流側に模擬静脈２３が連通するように接続されている。
【００２５】
流量センサや圧力センサなどのセンサ６０〜６９は、計測装置７０に電気的に接続されている。計測装置７０に接続された制御部５０は、所定の箇所に設けられたセンサ６０〜６９からの圧力や流量などを示す信号に基づいて人工臓器などの試験を行うことができる。制御部５０は、例えば、上記センサからの信号を表示部（不図示）に表示させる処理を行ってもよい。
【００２６】
圧力センサ、流量センサ、液面センサなどのセンサ６０〜６９の設置位置の一例を説明する。
センサ６０は模擬静脈２３のタンクに設けられ、センサ６１は流路３１に設けられ、センサ６２は流路３２に設けられ、センサ６３は流路３３の人工弁１４の上流側に設けられ、センサ６４は流路３３の人工弁１４の下流側に設けられ、センサ６５は流路３４に設けられ、センサ６６は流路３５に設けられ、センサ６７は流路３６の人工弁２０の上流側に設けられ、センサ６８は流路３６の人工弁２０の下流側に設けられ、センサ６９は流路３７に設けられている。
【００２７】
尚、センサ６０〜６９は上記形態に限られるものではなく、必要に応じて所望のセンサを設けてもよい。
【００２８】
上述した模擬右心房１１、三尖弁を模擬した人工弁１２、模擬右心室１３、肺動脈弁を模擬した人工弁１４、模擬肺動脈１５、模擬左心房１７、僧帽弁（二尖弁）を模擬した人工弁１８、模擬左心室１９、大動脈弁を模擬した人工弁２０、模擬大動脈２１、模擬静脈２３（静脈モデル、静脈圧タンク）などは、取付部（不図示）を介して循環流路に対して着脱自在に構成されていてもよい。
【００２９】
圧縮エアタンクなどを備えたエア駆動装置などの駆動装置４０から、模擬右心房１１、模擬右心室１３、模擬左心房１７、模擬左心室１９それぞれに、エア通路としての配管が接続されている。
【００３０】
本実施形態では、制御部５０には駆動装置４０や計測装置７０が電気的に接続されている。また、制御部５０には、模擬右心室１３に設けられた模擬右心室電磁弁５１が電気的に接続されている。また、制御部５０には、模擬左心室１９に設けられた模擬左心室電磁弁５２が電気的に接続されている。
【００３１】
次に、血液循環模擬装置の各構成要素について説明する。
【００３２】
静脈を模した模擬静脈２３は、模擬血液を貯蔵する静脈圧タンクであり、所定の量の模擬血液を貯蔵することができる。模擬静脈２３であるタンクは、本実施形態では、上部に開口部を備えた容器であり、必要に応じて蓋部を設けることにより、密閉型のタンクとすることもできる。模擬静脈２３のタンクに貯蔵される模擬血液の液面の高さや模擬血液の圧力は、静脈を模擬するように規定されている。
【００３３】
図２は本発明の実施形態に係る模擬心房の一例を示す図である。詳細には、図２（ａ）は模擬心房の斜視図である。図２（ｂ）は図２（ａ）に示した模擬心房の分解斜視図である。模擬心房としての模擬右心房１１および模擬左心房１７は、本実施形態では、略同じ構造を有する。以下、模擬右心房１１について説明する。模擬左心房１７については、模擬右心房１１と略同じ構造であるので説明を省略する。
【００３４】
模擬右心房１１は、本実施形態では、駆動源としてエアを利用したエア駆動式ポンプである。尚、模擬心房の駆動源として気体や液体などの流体を採用してもよい。
【００３５】
模擬右心房１１は、凸状部材１１ｂ，筒状部材１１ｆ，凹状部材１１ｈなどのハウジングと、ハウジング内を空気室と模擬血液を一時的に貯蔵する液体室に区画する弾性のダイヤフラム１１ｄと、ハウジングに設けられ、液体室に連通する模擬血液の流入口１１ｓおよび流出口１１ｔと、空気室に連通する給排気口１１ｋと、などを有する。また、模擬右心房１１は、リング部材１１ａ、ダイヤフラム１１ｄ、リング形状のシール部材１１ｃ，１１ｅ，１１ｇなどを有する。
【００３６】
リング部材１１ａ、凸状部材１１ｂ、リング状のシール部材１１ｃ、ダイヤフラム１１ｄ、リング状のシール部材１１ｅ、筒状部材１１ｆ、シール部材１１ｇ、凹状部材１１ｈが順に配置された状態で、ボルトなどの固定部材や接着剤などにより、上記各構成要素の周辺部付近を固定した構造となっている。
【００３７】
リング部材１１ａ、凸状部材１１ｂ、筒状部材１１ｆ、凹状部材１１ｈは、高分子樹脂材などの所定の材料により形成されている。
【００３８】
凸状部材１１ｂは、周辺部にリング形状の平坦部と、平坦部内に設けられた凸部とを有し、平坦部と凸部とが一体形成されている。
【００３９】
シール部材１１ｃ，１１ｅ，１１ｇは、例えば、フッ素樹脂などの樹脂材料により形成された、樹脂製シールリング（例えばePTFE（延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレン）シールリング）などからなる。
【００４０】
ダイヤフラム１１ｄは、ゴム系樹脂材料などの所定の材料により構成されており、例えば、ゴム製膜（Latex membraneなどのゴム製膜を採用することができる。ダイヤフラム１１ｄは、本実施形態では、円板形状に形成され、弾性変形自在となっている。
【００４１】
筒状部材１１ｆは、略円筒形状で所定の高さの筒状本体部と、筒状本体部の側面に形成された流入口１１ｓおよび流出口１１ｔとを有する。
凹状部材１１ｈは、周辺部にリング形状の平坦部と、平坦部内に設けられた凹部とを有し、平坦部と凹部とが一体形成されている。
【００４２】
上述したように、ダイヤフラム１１ｄは、凸状部材１１ｂ，筒状部材１１ｆ，凹状部材１１ｈなどのハウジング内を空気室と液体室に区画する。
【００４３】
空気室は、凸状部材１１ｂ、シール部材１１ｃ、ダイヤフラム１１ｄに囲まれた空間である。液体室は、ダイヤフラム１１ｄ、シール部材１１ｅ、筒状部材１１ｆ、シール部材１１ｇ、凹状部材１１ｈにより囲まれた空間である。液体室の容積は、模擬心室（模擬右心房や模擬左心房）について、模擬血液を一時貯蔵する容積に相当する。液体室は流入口１１ｓと流出口１１ｔに連通するように構成されている。
尚、本実施形態では、流入口１１ｓと、筒状部材１１ｆの中心と、流出口１１ｔとが一直線上に位置するように構成されている。こうすることで、模擬心房は、流出口１１ｔから模擬血液の脈流をスムーズに流出することができる。尚、流入口１１ｓや流出口１１ｔの配置はこの形態に限られるものではない。
【００４４】
駆動制御手段としての駆動装置４０および制御部５０は、模擬心房としての模擬右心房１１などの空気室へエアを給排気することにより、ダイヤフラム１１ｄを変形させ、液体室の容積変化により模擬血液の脈流を流出口１１ｔから吐出させる。
【００４５】
本実施形態では、模擬右心房１１や模擬左心房１７の液体室の容量が、模擬右心室１３や模擬左心室１９の液体室の容積よりも小さくなるように構成されている。
低圧力系の模擬右心房１１に供給されるエアの圧力は、模擬左心房１７に供給されるエアの圧力よりも小さい。つまり、模擬右心房１１内の模擬血液の圧力は、模擬左心房１７内の模擬血液の圧力よりも小さい。
また、模擬右心房１１に供給されるエアの圧力は、模擬右心室１３に供給されるエアの圧力よりも小さい。こうすることで、人体などの右心房や左心房を高精度に模擬した模擬心房や模擬心室を実現している。
心臓に関し、大きな圧力差で受動的に挙動する左心系とは異なり、右心房の収縮による弁の挙動に対する影響は大きくなる。そこで、本発明に係る血液循環模擬装置は、人体の右心房収縮と右心室収縮と同等の収縮タイミング、および収縮力で、模擬心房と模擬心室を、適切なタイムスパン（タイミング）で収縮を行うように制御を行う。また、本発明に係る血液循環模擬装置は、人体の左心房収縮、左心室収縮、右心房収縮、右心室収縮について同等の収縮タイミング、および収縮力で、模擬心房と模擬心室を、適切なタイムスパン（タイミング）で収縮を行うように制御を行う。
また、本発明に係る血液循環模擬装置は、人体の左心房収縮、左心室収縮、右心房収縮、右心室収縮について、人体の心臓の病状などを再現するように、模擬心房と模擬心室を、所定の収縮タイミング、および収縮力で収縮制御を行う。
【００４６】
模擬心室としての模擬右心室１３および模擬左心室１９は、本実施形態では、略同じ構造を有する。以下、模擬右心室１３について説明する。
【００４７】
模擬右心室１３は、本実施形態では、円筒形状の筒状部材と、筒状部材内に設けられたダイヤフラム１３ａと、を有する。ダイヤフラム１３ａは、略円錐形状で弾性を有し、変形自在となっている。このダイヤフラム１３ａは心室を模擬した形状となっている。筒状部材内はダイヤフラム１３ａにより液体室と空気室に区画されている。筒状部材の液体室には、模擬血液の流入口および流出口が設けられている。筒状部材の空気室には、駆動装置４０に接続された配管が配置されている。また、筒状部材の空気室には、模擬右心室電磁弁５１が設けられている。
【００４８】
駆動制御手段としての制御部５０および駆動装置４０による、模擬右心室１３の動作の一例を説明する。
【００４９】
制御部５０は、模擬右心室電磁弁５１（空気弁）を閉状態とする。駆動装置４０から模擬右心室１３の空気室へ圧縮エアを供給した場合、ダイヤフラム１３ａが収縮して、液体室の容積が減少し、模擬血液が流出口から吐出される。
次に、駆動装置４０は、模擬右心室１３の空気室からエアを排気し、且つ、制御部５０は、模擬右心室電磁弁５１（空気弁）を開状態とする。すると、ダイヤフラム１３ａが拡張して、液体室の容積が増加し、模擬血液が流入口から液体室内に流入する。
【００５０】
模擬左心室１９については、模擬右心室１３と略同じ構造であるので説明を省略する。模擬左心室１９のダイヤフラム１９ａは、模擬右心室１３のダイヤフラム１３ａに対応する。模擬左心室電磁弁５２（空気弁）は、模擬右心室電磁弁５１（空気弁）に対応する。
【００５１】
三尖弁を模擬した人工弁１２、肺動脈弁を模擬した人工弁１４、僧帽弁（二尖弁）を模擬した人工弁１８（模擬弁）、大動脈弁を模擬した人工弁２０（模擬弁）は、上述したように循環流路の所定の位置に配置されている。人工弁としては、機械弁、生体弁などを挙げることができる。
機械弁は、金属や樹脂などの所定材料から形成されている。生体弁としては、ヒト以外の動物の心臓の一部分から形成された弁、自分以外のヒトの心臓の一部分から形成された弁、自分の心臓の部分から形成された弁などを挙げることができる。
尚、人工弁２０は、三尖弁、二尖弁、一尖弁、および、ジェリーフィッシュ弁などであってもよい。
【００５２】
人工弁１２は、例えば、模擬右心房１１の内圧が模擬右心室１３の内圧よりも高い場合、開状態となり、模擬右心房１１の内圧が模擬右心室１３の内圧より低い場合、閉状態となる。
さらに、右心房の形態を模した模擬右心房１１の内部の模擬血液（流体）に関する流体力学の観点から、人工弁１２の開放方向に流体の力のベクトルが働いた場合、模擬右心房１１と模擬右心室１３の圧力差が少なくても、人体の三尖弁と同様に、開放することもできる。このため、精密なシミュレーションが可能になる。
また、右心室の形態を模した模擬右心室１３の内部の模擬血液（流体）に関する流体力学の観点から、人工弁１２の閉鎖方向に流体の力のベクトルが働いた場合、人体の三尖弁と同様に、人工弁１２を閉鎖することもできる。このため、精密なシミュレーションが可能になる。
【００５３】
人工弁１４は、弁の上流側と下流側とで圧力差を生じた場合、または、人工弁１４の開放方向に流体の力のベクトルが働いた場合に開状態となり、弁の上流側と下流側とで圧力差が消滅した場合、または、人工弁１４の閉鎖方向に流体の力のベクトルが働いた場合に、閉状態となる。
人工弁１８は、弁の上流側と下流側とで圧力差を生じた場合、または、人工弁１８の開放方向に流体の力のベクトルが働いた場合に開状態となり、弁の上流側と下流側とで圧力差が消滅した場合、または人工弁１８の閉鎖方向に流体の力のベクトルが働いた場合に閉状態となる。
人工弁２０は、弁の上流側と下流側とで圧力差を生じた場合、または、人工弁２０の開放方向に流体の力のベクトルが働いた場合に開状態となり、弁の上流側と下流側とで圧力差が消滅した場合、または、または人工弁２０の閉鎖方向に流体の力のベクトルが働いた場合に閉状態となる。
【００５４】
模擬肺動脈１５、模擬大動脈２１（大動脈モデル）は、例えば、繊維などの所定の材料で形成された筒状の部材である。詳細には、弾性ゴム、弾性プラスティックなどの弾性材料で構成された素材が該当する。
【００５５】
流路抵抗部１６や流路抵抗部２２は、模擬肺動脈１５や模擬大動脈２１（大動脈モデル）などの模擬動脈の下流側の流路に設けられている。流路抵抗部１６，２２は、通常の流路の断面積よりも小さい断面積の縮径部などを有する。縮径部は、所定の大きさの断面積とするように設定可能に構成されている。流路抵抗部１６，２２としては、例えば、ゲートバルブ、バタフライバルブ、流路分岐型の素材、などの各種バルブを採用することができる。
【００５６】
駆動装置４０は、例えば、圧縮エアタンク等を備えた空気圧駆動装置などであり、制御部５０の制御により、模擬右心房１１、模擬右心室１３、模擬左心房１７、模擬左心室１９それぞれに、エア通路としての配管を介してエアの給気または排気を行う。
【００５７】
計測装置７０は、例えば、制御部５０の制御により、各種センサ６０〜６９からの信号を受信し、制御部５０に送信する。制御部５０は、計測装置７０からの信号に基づいて、血液循環模擬装置に取り付けられた人工臓器に関するデータ（例えば、流量データ、圧力データなど）を容易に取得することができる。
【００５８】
制御部５０は、血液循環模擬装置の各構成要素を統括的に制御する。制御部５０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、記憶装置、表示部、操作入力部などを備えるコンピュータなどにより構成されている。制御部５０はプログラムを実行することにより、血液循環模擬装置に本発明に係る機能を実現させる。
【００５９】
駆動制御手段としての駆動装置４０および制御部５０は、模擬心房の空気室へのエアの給排気により模擬心房のダイヤフラムを変形させ、模擬心房の液体室の容積変化により模擬血液の脈流を流出口から吐出させる制御を行う。
また、駆動制御手段は、模擬心房のダイヤフラムに対して第１の圧力でエア駆動を行い、所定時間経過後、模擬心室のダイヤフラムに対して第１の圧力よりも高い第２の圧力でエア駆動を行う制御を行う。こうすることで、血液循環系を高精度に模擬することができる。
【００６０】
次に、一般的な成人の血液循環系を模擬した場合、本発明の実施形態に係る血液循環模擬装置において、各構成要素における模擬血液の圧力の一例を説明する。
【００６１】
模擬右心房１１内の圧力は、２〜８ｍｍＨｇである。
模擬右心室１３内の圧力は、１５〜３０ｍｍＨｇ（拡張期圧）、２〜８ｍｍＨｇ（収縮期圧）である。
模擬左心房１７の圧力は、２〜１８ｍｍＨｇである。
模擬左心室１９の圧力は、１８〜３０ｍｍＨｇ（拡張期圧）、８０〜２００ｍｍＨｇ（収縮期圧）である。
模擬肺動脈１５の管内の圧力は、２〜８ｍｍＨｇ（拡張期圧）、１５〜２００ｍｍＨｇ（収縮期圧）である。
模擬大動脈２１の管内の圧力は、８０〜２００ｍｍＨｇ（拡張期圧）、８０〜２００ｍｍＨｇ（収縮期圧）である。
尚、ロータリー型人工心臓では脈圧がなくなる。また、高血圧の患者は約２００ｍｍＨｇである。
但し、１ｍｍＨｇは約１３３．３２２４Ｐａ（パスカル）である。
【００６２】
駆動制御手段としての駆動装置４０および制御部５０は、血液循環模擬装置の各構成要素での模擬血液の圧力を上述した値となるように駆動制御を行う。
【００６３】
また、模擬右心房１１と模擬右心室１３の間の流路内の圧力は１〜２０ｍｍＨｇである。
模擬右心室１３と模擬肺動脈１５の間の流路内の圧力が５〜４０ｍｍＨｇである。
模擬左心房１７と模擬左心室１９の間の流路内の圧力が２０〜２００ｍｍＨｇである。
模擬左心室１９と模擬大動脈２１の間の流路内の圧力が２０〜２００ｍｍＨｇである。
【００６４】
＜動作の一例＞
図３は自然心臓と血液循環模擬装置としての模擬心臓モデルの動作の一例を示す図である。
詳細には、図３（ａ）〜図３（ｅ）は自然心臓に関する図であり、具体的には、図３（ａ）は心房収縮、図３（ｂ）は等容性収縮、図３（ｃ）は急速心室駆出／緩徐心室駆出、図３（ｄ）は等容性弛緩、図３（ｅ）は急速心室充満／緩徐心室充満をそれぞれ示す図である。
人体の心臓は、図３（ａ）〜図３（ｅ）に示すように、心房収縮、等容性収縮、急速心室駆出／緩徐心室駆出、等容性弛緩、急速心室充満／緩徐心室充満を順に繰り返す動作を行う。
【００６５】
図３（ｆ）〜図３（ｊ）は模擬心臓（モデル）に関する図であり、具体的には、図３（ｆ）は模擬心房、図３（ｇ）は等容性収縮、図３（ｈ）は急速心室駆出／緩徐心室駆出、図３（ｉ）は等容性弛緩（心室モデル）、図３（ｊ）は急速心室充満／緩徐心室充満をそれぞれ示す図である。
【００６６】
本発明に係る血液循環模擬装置において、駆動制御手段としての駆動装置４０および制御部５０は、模擬心房の空気室へのエアの給排気により模擬心房のダイヤフラムを変形させ、模擬心房の液体室の容積変化により模擬血液の脈流を流出口から吐出させる制御を行う。また、駆動制御手段は、模擬心房のダイヤフラムに対して第１の圧力でエア駆動を行い、所定時間経過後、模擬心室のダイヤフラムに対して第１の圧力よりも高い第２の圧力でエア駆動を行う制御を行う。
また、本発明に係る血液循環模擬装置の駆動制御手段としての駆動装置４０および制御部５０は、図３（ｆ）〜図３（ｊ）に示すように、心房収縮、等容性収縮、急速心室駆出／緩徐心室駆出、等容性弛緩、急速心室充満／緩徐心室充満を順に繰り返すように、各構成要素を所定のタイミングで制御を行う。
【００６７】
図４は心臓の左右心房、左右心室の圧力の時間変化を示す図である。詳細には、図４（ａ）は心臓の模式図、図４（ｂ）は大動脈圧、左心圧、右室圧、左房圧、右房圧の時間変化の一例を示す図である。
図４（ｂ）において、横軸に時間を示し、縦軸に圧力を示す。また、図４（ｂ）において、左室圧（左心室の圧力）を太い実線で示し、右室圧（右心室の圧力）を一点鎖線で示し、左房圧（左房室の圧力）を破線で示し、右房圧（右房室の圧力）を二点鎖線で示し、大動脈圧を細い実線で示す。
【００６８】
人体の心臓において、左室圧および右室圧の急激な上昇の前に、左心房の収縮および右心房の収縮により、房圧および右房圧が上昇する。
本発明に係る血液循環模擬装置の駆動制御手段としての駆動装置４０および制御部５０は、例えば、図４に示した人体の心臓の各心房や各心室の圧力変化を再現するように、模擬心房（模擬左心房、模擬右心房）のダイヤフラムに対して第１の圧力でエア駆動を行い、所定時間経過後、模擬心室（模擬左心室、模擬右心室）のダイヤフラムに対して第１の圧力よりも高い第２の圧力でエア駆動を行う制御を行う。
このように、本発明に係る血液循環模擬装置は、模擬左心室の左室圧および模擬右心室の右室圧の急激な上昇の前に、所定のタイミングで、模擬左心房および模擬右心房に対して、所定の収縮力で収縮を行うことにより、人体の心臓を高精度に模擬することができる。
【００６９】
図５は模擬右心房１１と模擬右心室１３を備えた血液循環模擬装置の一例を示す図である。図６は模擬右心房１１と模擬右心室１３を備えた血液循環模擬装置の一例を示す写真である。本実施形態に係る血液循環模擬装置は、右心系の血液循環系を模擬した例である。詳細には、本実施形態の血液循環模擬装置は、図１に示した血液循環模擬装置から模擬左心房、模擬左心室などを取り除いた構成となっている。
【００７０】
具体的には、図５に示した血液循環模擬装置は、模擬右心房１１と、人工弁１２と、模擬右心室１３と、模擬右心室電磁弁５１（空気弁）と、人工弁１４（模擬弁）と、模擬肺動脈１５と、流路抵抗部２２と、模擬静脈２３（静脈モデル、静脈圧タンク）と、パイプなどの循環流路としての流路３１〜３３，３４１と、駆動装置４０（空気圧駆動装置など）と、制御部５０と、センサ６０〜６５，６９と、計測装置７０と、などを有する。
図６において、模擬右心室１３と計測対象の人工弁１４との間に設けたセンサ６３は血流センサである。
【００７１】
模擬肺動脈１５の下流側に流路３４１が連通するように接続されている。流路３４１には流路抵抗部１６が設けられている。流路３４１の下流側には流路抵抗部２２を介して流路３７が連通自在に設けられており、流路３７が模擬静脈２３に接続されている。
本実施形態の血液循環模擬装置の他の構成要素については、図１に示した血液循環模擬装置と略同じ構成であるので、説明を省略する。
【００７２】
本実施形態の血液循環模擬装置は、右心系の血液循環系を模擬したものであり、左心系の血液循環系と比較して、模擬右心房１１および模擬右心室１３での模擬血液の圧力が低く設定されており、全体として低圧系となっている。このため右心系の血液循環系を高精度に模擬する血液循環模擬装置を提供することができる。
また、右心系の人工弁や人工血管などの人工臓器などを、この血液循環模擬装置に取り付け、その人工臓器に対する試験を容易に客観的に行うことができる血液循環模擬装置を提供することができる。
【００７３】
また、図に示した血液循環模擬装置において、模擬静脈２３は２つの貯水タンクと、その貯水タンクを連通する管が設けられている。
【００７４】
図７は模擬左心房１７と模擬左心室１９などを備えた血液循環模擬装置の一例を示す図である。本実施形態の血液循環模擬装置は、左心系の血液循環系を模擬した例である。詳細には、図７に示した血液循環模擬装置は、図１に示した血液循環模擬装置から模擬右心房、模擬右心室などを取り除いた構成となっている。
【００７５】
具体的には、図７に示した血液循環模擬装置は、流路抵抗部１６と、模擬心房としての模擬左心房１７と、僧帽弁（二尖弁）を模擬した人工弁１８（模擬弁）と、模擬心室としての模擬左心室１９と、模擬左心室電磁弁５２（空気弁）と、大動脈弁を模擬した人工弁２０（模擬弁）と、模擬大動脈２１（大動脈モデル）と、流路抵抗部２２と、模擬静脈２３（静脈モデル、静脈圧タンク）と、パイプなどの循環流路としての流路３１１，３４〜３７と、駆動装置４０（空気圧駆動装置など）と、制御部５０と、センサ６０〜６９と、計測装置７０と、などを有する。
【００７６】
模擬静脈２３の下流側に流路３１１が接続されている。流路３１１にはセンサ６１が備えられている。流路３１１の下流側に流路抵抗部１６を介して流路３４が接続されている。本実施形態の血液循環模擬装置の他の構成要素については、図１に示した血液循環模擬装置と略同じ構成であるので、説明を省略する。
【００７７】
本実施形態の血液循環模擬装置は、左心系の血液循環系を模擬したものであり、右心系の血液循環系と比較して、模擬左心房１７および模擬左心室１９での模擬血液の圧力が高く設定されており、全体として高圧系となっている。このため左心系の血液循環系を高精度に模擬する血液循環模擬装置を提供することができる。
また、左心系の人工弁や人工血管などの人工臓器などを、この血液循環模擬装置に取り付け、その人工臓器に対する試験を容易に客観的に行うことができる血液循環模擬装置を提供することができる。
【００７８】
図８は回転ポンプ式の人工心臓を取り付けた血液循環模擬装置の一例を示す写真である。図９は回転ポンプ式の人工心臓を取り付けた血液循環模擬装置の一例を示す図である。
図８、図９に示したように、本実施形態の血液循環模擬装置には、回転ポンプ式人工心臓１９１（回転式人工心臓）が取り付けられている。具体的には、回転ポンプ式人工心臓１９１は、模擬左心室１９の代わりにその位置に設けられている。尚、回転ポンプ式人工心臓は、模擬右心室１３の代わりに設けられてもよい。また、模擬左心室１９および模擬右心室１３それぞれを回転ポンプ式人工心臓に置き換えてもよい。
回転ポンプ式の人工心臓を血液循環模擬装置に取り付けた場合、模擬血液は脈流ではなく、連続流となる。
【００７９】
血液循環模擬装置に模擬血液の連続流を吐出する回転ポンプ式人工心臓を取り付けた場合であっても、回転ポンプ式人工心臓に対する試験を容易に客観的に行うことができる血液循環模擬装置を提供することができる。
【００８０】
＜実験＞
本願発明者は、本発明に係る血液循環模擬装置の効果を確認するために実験を行った。
図１０は動物の心臓の左右心室を取り除き、左右心房に回転ポンプを接続する接続部を露出させた状態の一例を示す図である。図１１は動物実験で計測された左心房収縮に関する圧容量曲線の一例を示すグラフである。図１１において、横軸に左心房内の容積を示し、縦軸に左心房内の圧力を示す。
図１０において、左右心室を取り除いた動物の心臓に、大動脈送血部８１、肺動脈送血部８２が取り付けられている。また、左心房８３に接続部８５が設けられ、右心房８４に接続部８６が設けられている。
接続部８５は、左心房８３と連通するように設けられ、模擬左心室（ポンプ）の入力側に接続される。
接続部８６は、右心房８４と連通するように設けられ、模擬右心室（ポンプ）の入力側に接続される。
【００８１】
詳細には、図１１は、詳細には、動物の右心房または左心房の血液の流量値に基づいて、右心房または左心房の容積を算出し、その容積値と、右心房または左心房の圧力値とをプロットしている。また、図１１に示した直線に関し、収縮期末圧容積関係の勾配が心房の最大弾性率（Emax）を示す。この指標で心機能の変力作用程度を定量することができる。
具体的な計算方法を簡単に説明する。心房の拍動に関し、心房の血液の流量値および心房の圧力値を測定し、例えば図１１に示すようにプロットし、心房の心拍による曲線の左肩の点に注目する。そして、所定回数のサイクル（複数の心拍）で得られる、上記曲線の右肩の点に対応する複数の点について、回帰直線を算出する。
【００８２】
図１２は図８に示した血液循環模擬装置における心房収縮の圧容量曲線の一例を示すグラフである。図１２において、横軸に左心房内の容積を示し、縦軸に左心房内の圧力を示す。また、図１２に示した直線に関し、収縮期末圧容積関係の勾配Emaxが心房の最大弾性率を示す。
詳細には、図１２は、図８に示した模擬左心房１７に関して、圧力・容積計測を行った結果を示している。詳細には、模擬左心房１７に設けた流量計による流量値に基づいて、模擬左心房１７の容積を算出し、その容積値と模擬左心房１７に設けた圧力センサによる計測値（圧力値）とをプロットしている。具体的には、図１２は、動物実験で計測された心房収縮の圧容量解析の時系列結果による弾性率変化に基づいて構築した血液循環模擬装置における、心房収縮の圧容量曲線の一例である。
【００８３】
図１１、図１２に示したように、血液循環模擬装置は、具体的には、例えば、心房及び心室の、収縮の陽圧、陰圧、収縮時間、収縮のタイミングなどの各種パラメータを調整することにより、動物実験による圧容量曲線を再現することができる。
また、血液循環模擬装置において、例えば、模擬心房や模擬心室の容量、圧力変化、弾性率を所定の値に設定することで、様々な状態の血液循環系を高精度に再現することができる。
このため、病気の患者さんの状態に応じた弾性率変化を高精度に再現することができる血液循環模擬装置を提供することができる。
また、生体の循環系を模擬した精密な弾性率シミュレートが可能になり、人工臓器開発に益することができる。
【００８４】
以上、説明したように、本発明に係る模擬心房を備える血液循環模擬装置は、循環流路内で模擬血液を循環させるように構成されている。
この血液循環模擬装置は、循環流路に設けられ、模擬血液を貯蔵する模擬静脈２３と、模擬静脈２３の下流側に設けられた模擬心房としての模擬右心房１１と、模擬右心房１１の下流側に設けられ、模擬血液の流れを規制する右心系の第１の人工弁（人工弁１２）と、第１の人工弁の下流側に設けられた模擬心室としての模擬右心室１３と、模擬右心室１３の下流側に設けられ、模擬血液の流れを規制する右心系の第２の人工弁（人工弁１４）と、第２の人工弁（人工弁１４）の下流側に設けられた模擬肺動脈１５と、模擬肺動脈１５の下流側に設けられた模擬心房としての模擬左心房１７と、模擬左心房１７の下流側に設けられ、模擬血液の流れを規制する左心系の第３の人工弁（人工弁１８）と、第３の人工弁の下流側に設けられた模擬心室としての模擬左心室１９と、模擬左心室１９の下流側に設けられ、模擬血液の流れを規制する左心系の第４の人工弁（人工弁２０）と、第４の人工弁の下流側に設けられ、循環流路を介して模擬静脈２３に連通する模擬大動脈２１と、を有する。
模擬右心房１１や模擬左心房１７などの模擬心房は、ハウジングと、ハウジング内を空気室と液体室に区画する弾性のダイヤフラムと、ハウジングに設けられ、液体室に連通する模擬血液の流入口および流出口と、を備える。
そして、血液循環模擬装置は、模擬心房の空気室へのエアの給排気によりダイヤフラムを変形させ、模擬心房の液体室の容積変化により模擬血液の脈流を流出口から吐出させる駆動制御手段（駆動装置４０および制御部５０）を有する。
【００８５】
このように、簡単な構成で、高精度に血液循環系を模擬することができる、模擬心房を備える血液循環模擬装置を提供することができる。
また、本発明の血液循環模擬装置を用いた人工臓器の試験方法は、上記血液循環模擬装置の循環流路に、少なくとも人工弁、人工血管、補助人工心臓、全置換型人工心臓のいずれかの人工臓器を取り付け、人工臓器に対して模擬心房から吐出された模擬血液を流入させて該人工臓器に対して試験を行う。こうすることで、人工臓器を簡単に客観的に評価することができる、血液循環模擬装置を用いた人工臓器の試験方法を提供することができる。
【００８６】
本実施形態では、模擬心室は、ダイヤフラムを備えたエア駆動式ポンプである。駆動制御手段は、模擬心房のダイヤフラムに対して第１の圧力でエア駆動を行い、所定時間経過後、模擬心室のダイヤフラムに対して第１の圧力よりも高い第２の圧力でエア駆動を行う制御を行うので、模擬心房の収縮を高精度に模擬した血液循環模擬装置を提供することができる。
【００８７】
ヒトの心臓では、心房収縮の後、所定時間経過後に心室収縮となり、その後、心房拡張、心室拡張となることを繰り返す。
本発明の実施形態に係る血液循環模擬装置では、駆動制御手段の制御により、模擬心房の収縮の後、上記所定時間経過後に、模擬心室を収縮し、その後、模擬心房を拡張した後、模擬心室を拡張させることを繰り返す。こうすることで、血液循環系を高精度に再現することができる、血液循環模擬装置を提供することができる。
また、駆動制御手段が、心臓などの各種疾病を模擬するように、模擬心房の収縮、模擬心室の収縮、模擬心房の拡張、模擬心室の拡張それぞれのタイミングを制御することで、血液循環系の各種疾病状態を高精度に模擬可能な血液循環模擬装置を提供することができる。
【００８８】
また、血液循環模擬装置は、模擬心房（心房モデル）の後負荷側に、拍動型、または無拍動型人工心臓を接続し、心房収縮能力を持つ人工心臓モデル循環を具体化することにより、全置換型人工心臓の循環を完全にシミュレートすることができる。
【００８９】
また、全置換型人工心臓を血液循環模擬装置に取り付けて、血液循環系を高精度にシミュレートすることができ、全置換型人工心臓を効率よく開発を行うことできる。
【００９０】
また、血液循環模擬装置の模擬心室の流入側または流出側に人工弁を装着することで、血液循環模擬装置に人工弁（模擬弁）を取り付けた場合、その血液循環系を水力学的、流体力学的に高精度に模擬することができる。つまり、人工弁の開発、研究に役立てることができる。
【００９１】
また、血液循環模擬装置の模擬心室の流出側の人工弁よりも下流側（末梢側）に人工血管を装着することにより、人工血管の循環環境を精密に模擬することができる。人工血管の開発、研究に役立てることができる。
【００９２】
また、血液循環模擬装置の模擬心室の流出側の人工弁よりも末梢側に、例えば、図１３に示したようなバルサルバ洞（大動脈洞）を模した部分９１ａを有する人工血管９１を装着することにより、人工血管の循環環境を精密に再現し、人工血管の開発、研究に役立てることができるモデル循環回路を提供することができる。
【００９３】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。
また、上述の各図で示した実施形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの記載内容を組み合わせることが可能である。
また、各図の記載内容はそれぞれ独立した実施形態になり得るものであり、本発明の実施形態は各図を組み合わせた一つの実施形態に限定されるものではない。
【００９４】
血液循環模擬装置は、二心房二心室型であってもよいし、一心房一心室型、二心房一心室型であってもよい。
【００９５】
上記実施形態では、血液循環模擬装置は、循環流路内に模擬血液を循環させたが、模擬血液としては、水、食塩水、血液の粘性を模擬したグリセリン溶液などの流体であったが、血液などの液体であってもよい。
【００９６】
また、上記実施形態では、エア駆動式の模擬心房や模擬心室を説明したが、この形態に限られるものではない。例えば、模擬心房や模擬心室は、気体駆動式、液体駆動式、形状記憶合金を用いた形状記憶合金駆動式、モータ駆動式であってもよい。
【符号の説明】
【００９７】
１１…模擬右心房（模擬心房）、１１ｄ…ダイヤフラム、１１ｆ…筒状部材、１１ｋ…給排気口、１１ｓ…流入口、１１ｔ…流出口、１２…人工弁（模擬弁；模擬三尖弁）、１３…模擬右心室（模擬心室）、１３ａ…ダイヤフラム、１４…人工弁（模擬弁；模擬肺動脈弁）、１５…模擬肺動脈（模擬動脈）、１６…流路抵抗部、１７…模擬左心房（模擬心房）、１８…人工弁（模擬弁；模擬僧帽弁）、１９…模擬左心室（模擬心室）、１９ａ…ダイヤフラム、２０…人工弁（模擬弁；模擬大動脈弁）、２１…模擬大動脈（模擬動脈）、２２…流路抵抗部、２３…模擬静脈（静脈モデル）、３１〜３７…流路（循環流路）、４０…駆動装置（駆動制御手段）、５０…制御部（駆動制御手段）、５１…模擬右心室電磁弁（空気弁）、５２…模擬左心室電磁弁（空気弁）、６１〜６９…センサ、７０…計測装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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