(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
訓練用心臓に配置される変形部と、
前記訓練用心臓に直接配置される訓練用血管部と、
前記変形部に接続され、前記変形部を拡張及び収縮させる駆動部と、
前記訓練用血管部に供給する作動流体を収容する作動流体収容部と、
前記作動流体収容部に対して面で圧力を付加することができる加圧部と、
前記駆動部および前記加圧部を制御するコントローラと、を備え、
前記駆動部は、前記変形部を拡張及び収縮させることで、前記訓練用心臓の拡張及び収縮から成る拍動動作が可能であり、
前記加圧部の圧力によって、前記作動流体収容部が変形する構成となっており、
前記コントローラが、前記駆動部と前記加圧部の動作タイミングをそれぞれ個別に制御することにより、前記訓練用心臓が収縮する際に、当該収縮に対応させて前記訓練用血管部に前記作動流体を送液する構成となっており、
前記拍動動作及び前記作動流体の送液は、実際の心臓の動作情報に基づいて実行され、
前記作動流体の送液は、実際の心臓で心電図にＲ波が表れ、その後、大動脈弁が開放されるタイミングで、実行される構成となっていることを特徴とする心臓シミュレーション装置。
【請求項２】
前記拍動動作が、心臓の通常の拍動動作である通常拍動動作のみならず、前記拍動動作が一定でない不整脈拍動動作及び心臓の心室が小刻みに震える心室細動拍動動作も含むことを特徴とする請求項１に記載の心臓シミュレーション装置。
【請求項３】
前記作動流体収容部内の前記作動流体の低下情報をセンサより取得して、前記低下情報の変化に基づいて、前記通常拍動動作、前記不整脈拍動動作又は前記心室細動拍動動作のいずれかを自動的に選択実行する構成となっていることを特徴とする請求項２に記載の心臓シミュレーション装置。
【請求項４】
前記作動流体の前記訓練用血管部への送液は、前記通常拍動動作、前記不整脈拍動動作又は前記心室細動拍動動作のそれぞれの拍動に合わせて、送液パターンを変える構成となっていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の心臓シミュレーション装置。
【請求項５】
前記駆動部と同期して動作するダイアフラム部を有し、このダイアフラム部の動作で、前記作動流体を前記訓練用血管部へ送液する構成となっていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の心臓シミュレーション装置。
【請求項６】
前記作動流体は、血液又は模擬血液からなることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の心臓シミュレーション装置。
【請求項７】
訓練用心臓に配置される変形部と、前記訓練用心臓に直接配置される訓練用血管部と、前記変形部に接続され、前記変形部を拡張及び収縮させる駆動部と、前記訓練用血管部に供給する作動流体を収容する作動流体収容部と、前記作動流体収容部に対して面で圧力を付加することができる加圧部と、前記駆動部および前記加圧部を制御するコントローラと、を備える心臓シミュレーション装置の制御方法であって、
前記駆動部が、前記変形部を拡張及び収縮させることで、前記訓練用心臓の拡張及び収縮から成る拍動動作をさせ、
前記加圧部の圧力によって、前記作動流体収容部を変形させ、
前記コントローラが、前記駆動部と前記加圧部の動作タイミングをそれぞれ個別に制御することにより、前記訓練用心臓が収縮する際に、当該収縮に対応させて前記訓練用血管部に前記作動流体を送液し、
前記拍動動作及び前記作動流体の送液は、実際の心臓の動作情報に基づいて実行され、
前記作動流体の送液は、実際の心臓で心電図にＲ波が表れ、その後、大動脈弁が開放されるタイミングで、実行されることを特徴とする心臓シミュレーション装置の制御方法。
【請求項８】
訓練用心臓に配置される変形部と、前記訓練用心臓に直接配置される訓練用血管部と、前記変形部に接続され、前記変形部を拡張及び収縮させる駆動部と、前記訓練用血管部に供給する作動流体を収容する作動流体収容部と、前記作動流体収容部に対して面で圧力を付加することができる加圧部と、前記駆動部および前記加圧部を制御するコントローラと、を備える心臓シミュレーション装置に、
前記駆動部が、前記変形部を拡張及び収縮させることで、前記訓練用心臓の拡張及び収縮から成る拍動動作をさせる工程と、
前記加圧部の圧力によって、前記作動流体収容部を変形させる工程と、
前記コントローラが、前記駆動部と前記加圧部の動作タイミングをそれぞれ個別に制御することにより、前記訓練用心臓が収縮する際に、当該収縮に対応させて前記訓練用血管部に前記作動流体を送液する工程と、
前記拍動動作及び前記作動流体の送液は、実際の心臓の動作情報に基づいて実行される工程、
前記作動流体の送液は、実際の心臓で心電図にＲ波が表れ、その後、大動脈弁が開放されるタイミングで、実行される工程、を実行させることを特徴とする心臓シミュレーション装置の制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医師等が例えば、心臓手術等を行うための訓練用の心臓シミュレーション装置、心臓シミュレーション装置の制御方法及び心臓シミュレーション装置の制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
医師等は心臓手術、例えば、冠動脈バイパス術（ＣＡＢＧ（Ｃｏｒｏｎａｒｙ  Ａｒｔｅｒｙ  Ｂｙｐａｓｓ  Ｇｒａｆｔｉｎｇ））を行う必要があるが、この手術は心臓に張り巡らされた冠動脈に関する切断や縫合等の作業を伴うため、医師等に高い手術技能が求められる。
このため、実際に人体で手術をするための訓練用の模擬心臓等が提案されている（例えば、特許文献１等）。
このような訓練用の模擬心臓は、動物の心臓等を用い、さらに、拍動も再現させることで、人間の心臓と近い状態を再現しようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＵＳ７，７９８，８１５号公報
【特許文献２】特開２００６−２７６２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、これらの模擬心臓等は、人間の実際の心臓との相違点が多く、医師等が訓練を行うには不十分であるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、より実際の人間の心臓に近似した心臓シミュレーション装置、心臓シミュレーション装置の制御方法及び心臓シミュレーション装置の制御プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、本発明にあっては、訓練用心臓に配置される変形部と、前記訓練用心臓に直接配置される訓練用血管部と、前記変形部に接続され、前記変形部を拡張及び収縮させる駆動部と、前記訓練用血管部に供給する作動流体を収容する作動流体収容部と、前記作動流体収容部に対して面で圧力を付加することができる加圧部と、前記駆動部および前記加圧部を制御するコントローラと、を備え、前記駆動部は、前記変形部を拡張及び収縮させることで、前記訓練用心臓の拡張及び収縮から成る拍動動作が可能であり、前記加圧部の圧力によって、前記作動流体収容部が変形する構成となっており、前記コントローラが、前記駆動部と前記加圧部の動作タイミングをそれぞれ個別に制御することにより、前記訓練用心臓が収縮する際に、当該収縮に対応させて前記訓練用血管部に前記作動流体を送液する構成となっており、前記拍動動作及び前記作動流体の送液は、実際の心臓の動作情報に基づいて実行され、前記作動流体の送液は、実際の心臓で心電図にＲ波が表れ、その後、大動脈弁が開放されるタイミングで、実行される構成となっていることを特徴とする心臓シミュレーション装置により達成される。
【０００７】
前記構成によれば、訓練用心臓が収縮する際に、当該収縮に対応させて訓練用血管部に作動流体を送液する構成となっている。
このため、心臓の拍動のうち「収縮」に対応して、訓練用血管部に作動流体を送液するので、実際の心臓に極めて近似した心臓シミュレーション装置となり、医師等が行う人工心肺を使用しない冠動脈バイバス手術（ＣＡＢＧ）等の心臓手術の訓練をより効果的に行うことができる。
また、前記構成によれば、作動流体収容部には、当該作動流体収容部に対して面で圧力を付加することができる加圧部が配置され、この加圧部の圧力によって、作動流体収容部が変形する構成となっている。
したがって、作動流体は作動流体収容部の変形によって押し出されるため、モータ等を使用するポンプ等と異なり、作動流体の不規則な供給等の動作を再現し易く、実際の不整脈や心室細動等の動きにより近い心臓の動きを再現し易い構成となっている。
【０００９】
前記構成によれば、拍動動作及び作動流体の送液は、実際の心臓の動作情報に基づいて実行されるので、より実際の心臓に近似した心臓シミュレータ装置となり、医師等が行う冠動脈バイバス手術（ＣＡＢＧ）等の心臓手術の訓練をより効果的に行うことができる。
【００１０】
好ましくは、前記拍動動作が、心臓の通常の拍動動作である通常拍動動作のみならず、前記拍動動作が一定でない不整脈拍動動作及び心臓の心室が小刻みに震える心室細動拍動動作も含むことを特徴とする。
【００１１】
前記構成によれば、拍動動作が、心臓の通常の拍動動作のみならず、拍動動作が一定でない不整脈拍動動作及び心臓の心室が小刻みに震える心室細動拍動動作も含むので、医師等が心臓手術の訓練を行う際に、心臓に実際に発生する様々な状況下での訓練が可能となり、より効果的に訓練を行うことができる。
【００１２】
好ましくは、前記作動流体収容部内の前記作動流体の低下情報をセンサより取得して、前記低下情報の変化に基づいて、前記通常拍動動作、前記不整脈拍動動作又は前記心室細動拍動動作のいずれかを自動的に選択実行する構成となっていることを特徴とする。
【００１３】
前記構成によれば、作動流体収容部内の作動流体の状態情報に基づいて、通常拍動動作、不整脈拍動動作又は心室細動拍動動作のいずれかを自動的に選択実行する構成となっているので、実際に心臓手術で発生する状況が自動的に再現されることによって、より効果的な心臓手術の訓練を行うことができる。
【００１４】
好ましくは、前記作動流体の前記訓練用血管部への送液は、前記通常拍動動作、前記不整脈拍動動作、前記心室細動拍動動作のそれぞれの拍動に合わせて、送液パターンを変える構成となっていることを特徴とする。
【００１５】
前記構成によれば、通常拍動動作、不整脈拍動動作、心室細動拍動動作のそれぞれの拍動パターンに合わせて、作動流体を訓練用血管部へ送液するパターンを変える構成となっているので、実際の心臓手術における冠動脈の血流動態を緻密に再現することができる。
【００１８】
好ましくは、前記駆動部を有し、当該駆動部と同期して動作するダイアフラム部を有し、このダイアフラム部の動作で、前記作動流体を前記訓練用血管部へ送液する構成となっていることを特徴とする。
【００１９】
前記構成によれば、駆動部を有し、当該駆動部と同期して動作するダイアフラム部を有し、このダイアフラム部の動作で、作動流体を訓練用血管部へ送液する構成となっている。
したがって、前記構成では、拍動動作と作動流体の送液を共通する駆動部で制御するので、収縮に対応させて訓練用血管部に作動流体を送液させ易い構成となっている。
【００２０】
好ましくは、前記作動流体は、血液又は模擬血液からなることを特徴とする。
【００２１】
前記構成によれば、作動流体が、血液や又は模擬血液により構成されるため、より実際の心臓に近似した心臓シミュレーション装置となり、医師が行う冠動脈バイパス手術（ＣＡＢＧ）の心臓手術の訓練をより効果的に行うことができる。
【００２２】
上記目的は、本発明にあっては、訓練用心臓に配置される変形部と、前記訓練用心臓に直接配置される訓練用血管部と、前記変形部に接続され、前記変形部を拡張及び収縮させる駆動部と、前記訓練用血管部に供給する作動流体を収容する作動流体収容部と、前記作動流体収容部に対して面で圧力を付加することができる加圧部と、前記駆動部および前記加圧部を制御するコントローラと、を備える心臓シミュレーション装置の制御方法であって、前記駆動部が、前記変形部を拡張及び収縮させることで、前記訓練用心臓の拡張及び収縮から成る拍動動作をさせ、前記加圧部の圧力によって、前記作動流体収容部を変形させ、前記コントローラが、前記駆動部と前記加圧部の動作タイミングをそれぞれ個別に制御することにより、前記訓練用心臓が収縮する際に、当該収縮に対応させて前記訓練用血管部に前記作動流体を送液し、前記拍動動作及び前記作動流体の送液は、実際の心臓の動作情報に基づいて実行され、前記作動流体の送液は、実際の心臓で心電図にＲ波が表れ、その後、大動脈弁が開放されるタイミングで、実行されることを特徴とする心臓シミュレーション装置の制御方法により達成される。
【００２３】
上記目的は、本発明にあっては、訓練用心臓に配置される変形部と、前記訓練用心臓に直接配置される訓練用血管部と、前記変形部に接続され、前記変形部を拡張及び収縮させる駆動部と、前記訓練用血管部に供給する作動流体を収容する作動流体収容部と、前記作動流体収容部に対して面で圧力を付加することができる加圧部と、前記駆動部および前記加圧部を制御するコントローラと、を備える心臓シミュレーション装置に、前記駆動部が、前記変形部を拡張及び収縮させることで、前記訓練用心臓の拡張及び収縮から成る拍動動作をさせる工程と、前記加圧部の圧力によって、前記作動流体収容部を変形させる工程と、前記コントローラが、前記駆動部と前記加圧部の動作タイミングをそれぞれ個別に制御することにより、前記訓練用心臓が収縮する際に、当該収縮に対応させて前記訓練用血管部に前記作動流体を送液する工程と、前記拍動動作及び前記作動流体の送液は、実際の心臓の動作情報に基づいて実行される工程、前記作動流体の送液は、実際の心臓で心電図にＲ波が表れ、その後、大動脈弁が開放されるタイミングで、実行される工程、を実行させることを特徴とする心臓シミュレーション装置の制御プログラムにより達成される。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、本発明によれば、より実際の人間の心臓に近似した心臓シミュレーション装置、心臓シミュレーション装置の制御方法及び心臓シミュレーション装置の制御プログラムを提供できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の心臓シミュレーション装置である例えば、コントローラを含む実施の形態に係る冠動脈バイパス術（ＣＡＢＧ（Ｃｏｒｏｎａｒｙ  Ａｒｔｅｒｙ  Ｂｙｐａｓｓ  Ｇｒａｆｔｉｎｇ））シミュレーションシステム１を示す概略図である。
【図２】図１のコントローラ等の主な構成を示す概略ブロック図である。
【図３】第１の各種情報記憶部の主な構成を示す概略ブロック図である。
【図４】第２の各種情報記憶部の主な構成を示す概略ブロック図である。
【図５】本システムの主な動作例等を示す概略フローチャートである。
【図６】本システムの主な動作例等を示す他の概略フローチャートである。
【図７】本システムの主な動作例等を示す他の概略フローチャートである。
【図８】本システムの主な動作例等を示す他の概略フローチャートである。
【図９】実際の人間の心臓の動作である拍動（拡張と収縮）の状態を心電図等で示した概略説明図である。
【図１０】図１に示す冠動脈バイパス術（ＣＡＢＧ）シミュレーションシステムの第１の変形例である冠動脈バイパス術（ＣＡＢＧ）シミュレーションシステムを示す概略図である。
【図１１】図１に示す冠動脈バイパス術（ＣＡＢＧ）シミュレーションシステムの第２の変形例である冠動脈バイパス術（ＣＡＢＧ）シミュレーションシステムを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００２７】
図１は、本発明の心臓シミュレーション装置である例えば、コントローラ１０を含む実施の形態に係る冠動脈バイパス術（ＣＡＢＧ（Ｃｏｒｏｎａｒｙ  Ａｒｔｅｒｙ  Ｂｙｐａｓｓ  Ｇｒａｆｔｉｎｇ））シミュレーションシステム１を示す概略図である。
【００２８】
冠動脈バイパス術は、開胸心臓手術で、医師は、先ず、脚、胸、腕または腹部から健康な血管の一部を採取する。その後、この血管を冠動脈の閉塞部分に移植することで、血液が閉塞動脈を迂回して心臓に流れる新しい路（バイパス）を作る術式である。
【００２９】
また、近年、スタビライザーという器具が開発され、縫合する部位のみ動きを止めることが可能となったため、心臓が動いている状態のまま手術することも可能となっている。この術式をオフポンプＣＡＢＧと呼ぶ。
【００３０】
このような冠動脈バイパス術、特にオフポンプＣＡＢＧの術式で手術する場合、医師には高い技能等が求められるため、事前に模擬心臓や模擬血管等からなるＣＡＢＧシミュレーションシステムを用いて、術式の訓練を行うのが一般的である。
本実施の形態のＣＡＢＧシミュレーションシステム１は、ＣＡＢＧ、特にオフポンプＣＡＢＧの術式の訓練に最適なシミュレーションシステムとなっている。
【００３１】
本システム１は、図１に示すように、例えば、豚の心臓等を用いた訓練用心臓２を有している。
この訓練用心臓２には、図１に示すように、その表面等に訓練用血管部である例えば、右冠動脈２２や左冠動脈２１等が配置されている。
また、訓練用血管部内には作動流体（例えば、模擬血液）が送液される。なお、模擬血液とは、実際の血液や赤く着色した生理食塩水等が含まれ、心臓シミュレーション装置として実際の心臓を再現する上で理想的な液体全般を指す。
【００３２】
本実施の形態では、訓練用心臓２には、出血部位２３があり、この治療をするため、訓練用心臓２が拍動している状態で、オフポンプＣＡＢＧの訓練を行う構成となっている。
すなわち、本実施の形態では、出血部位２３は、冠動脈にありオフポンプＣＡＢＧ手法で血管の吻合をする際に、出血が生じる設定となっている。したがって、医師等は、訓練用心臓２が拍動し、かつ冠動脈に模擬血液が送液された状態で、ＣＡＢＧ手法の訓練を行うことができる構成となっている。
【００３３】
この訓練用心臓２の内部には、変形部である例えば、シリコーン製の柔軟なバルーン２４が配置されている。このバルーン２４は、風船状となっており、内部に後述する水を収容することで、膨らみ、逆に水が排出されることで収縮する構成となっている。
【００３４】
すなわち、このバルーン２４の膨張又は収縮によって、訓練用心臓２が拡張又は収縮し、これによって心臓の拍動が再現される構成となっている。
【００３５】
このバルーン２４は、図１に示すように、送液チューブ５１を介して、駆動部である例えば、遠心ポンプ４に接続されると共に、送液チューブ５２を介してタンク３に接続されている。
このタンク３内には、例えば、液体である水３１が収容されており、遠心ポンプ４の動作で、この水３１がバルーン２４内に供給されると、バルーン２４が膨張し、逆に水３１の供給が停止されるとバルーン２４が収縮する構成となっている。
すなわち、バルーン２４は柔軟で伸縮性に富むと共に、復元力を有するシリコーン等から成っているため、バルーン２４への水３１の供給が止まると、その復元力で元の大きさに収縮する構成となっている。
【００３６】
また、遠心ポンプ４の動作によって、水３１をバルーン２４内に供給し、又は供給を止めることで、バルーン２４を膨張、収縮させ、これにより訓練用心臓２の拡張と収縮からなる拍動を実現している。
【００３７】
また、本実施の形態では、訓練用心臓２の左冠動脈２１に送血チューブ５３が接続されている。この送血チューブ５３は、図１に示すように作動流体である例えば、模擬血液７を収容する作動流体収容部である例えば、バッグ６１に接続され、バッグ６１内の模擬血液７が、送血チューブ５３を介して、左冠動脈２１へ供給される構成となっている。
【００３８】
このバッグ６１には、図１に示すように、レベルセンサ６２が設けられており、バッグ６１内の模擬血液７の水位等を測定可能な構成となっている。
また、バッグ６１の外側には、図１に示すように、バッグ６１を面で加圧可能な加圧部６３が配置され、この加圧部６３の動作により、バッグ６１内の模擬血液７が、送血チューブ５３を介して、訓練用心臓２に供給される構成となっている。
なお、これらバッグ６１、加圧部６３及びレベルセンサ６２等により、全体として加圧バッグ６を構成している。
【００３９】
また、図１に示すように遠心ポンプ４及び加圧バッグ６は、コントローラ１０に接続され、コントローラ１０が、これらを制御する構成となっている。
【００４０】
ところで、図１に示すＣＡＢＧシミュレーションシステム１のコントローラ１０等は、コンピュータを有し、コンピュータは、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等を有し、これらは、バスを介して接続されている。
【００４１】
図２は、図１のコントローラ１０等の主な構成を示す概略ブロック図である。
図２に示すように、コントローラ１０は、「制御部１１」を有し、制御部１１は、図１に示す遠心ポンプ４及び加圧バッグ６等と通信するための「通信装置１２」を有している。
また、図２の制御部１１は、各種情報を表示する「ディスプレイ１３」や各種情報を入力する「入力装置１４」を制御すると共に時刻情報を生成する「計時装置１５」も制御する。
さらに、「制御部１１」は、図２に示す「第１の各種情報記憶部１１０」や「第２の各種情報記憶部１２０」を制御する。
図３及び図４は、それぞれ「第１の各種情報記憶部１１０」及び「第２の各種情報記憶部１２０」の主な構成を示す概略ブロック図である。これらの内容は後述する。
【００４２】
図５乃至図８は、本システム１の主な動作例等を示す概略フローチャートである。以下、これらのフローチャートに沿って説明すると共に、図１乃至図４等の構成等についても説明する。
ここで、本実施の形態で再現している実際の人間の心臓の拍動等について説明する。
【００４３】
図９は、実際の人間の心臓の動作である拍動（拡張と収縮）の状態を心電図等で示した概略説明図である。
実際の心臓は、血液を動脈中に押し出すため、心臓の拡張と収縮を繰り返している。具体的には、心臓は収縮で血液を動脈中に押し出すことになる。このような心臓の拡張と収縮の繰り返しが拍動と呼ばれている。
【００４４】
図９に示すように、心臓は例えば、８００ｍｓの「拡張期」と３００ｍｓの「収縮期」で成る「１心周期」（例えば、１１００ｍｓ）を繰り返すことで拍動を行っている。
先ず、「拡張期」に入ると心筋の働きで心臓が膨張を開始し（僧帽弁開放）、心電図上に「Ｐ波」（心房の興奮を示す）が表れ、開始から６００ｍｓ経過後、膨張が止まる。
【００４５】
その後、例えば、２００ｍｓ経過すると「拡張期」が終了し（僧帽弁閉鎖）、「収縮期」が開始される。
「収縮期」は、心電図に「Ｒ波」（心臓が収縮するときの電気の流れで心室の興奮を示す）が表れて開始される。この心臓の収縮で血液を動脈に供給する準備が始まり、「Ｒ波」から例えば、２０ｍｓ後に「大動脈弁」が開放され、血液の動脈への押し出しが開始される。
【００４６】
その後、例えば、「Ｒ波」から２２０ｍｓ後、心電図上に「Ｔ波」（心室の興奮が冷めている）が表れる。この「Ｔ波」が表れるときは、大動脈弁が閉鎖され、血液の押し出しが終了したことを示す。
このようにして、「拡張期」と「収縮期」からなる１心周期が終了し、この心周期が繰り返されることで拍動が行われる。
【００４７】
本実施の形態では、例えば、上述のような心臓の拍動及び大動脈圧の推移等を図１の本システム１で、忠実に再現しようとするものである。
【００４８】
以下、図５等のフローチャートについて説明する。
先ず、訓練用心臓２等を図１に示すように配置する。そして、本システム１を動作させる。
すると、図５のステップ（以下「ＳＴ」とする。）１で、図３の「第１の拡張動作実行処理部（プログラム）１１１」が動作し、図１の遠心ポンプ４を所定の条件で動作させる。これにより、図１のタンク３から所定量の水３１が、訓練用心臓２のバルーン２４へ供給され始める。
また、動作開始時刻を図３の「遠心ポンプ動作開始時刻情報記憶部１１２」に記憶させる。
【００４９】
これにより、バルーン２４内に水３１が注入され、バルーン２４の膨張が開始する。この動作開始時刻は、図９の拡張期の（１）に相当する。
また、上述の所定量の水３１の注入程度情報やバルーン２４の復元（収縮）力の程度は、図９に示した心臓が実際に拡張や収縮するのと同様の拡張や収縮を「訓練用心臓２」で再現できるように計算され、調整されている。
【００５０】
次いで、ＳＴ２へ進む。ＳＴ２でも、図３の「第１の拡張動作実行処理部（プログラム）１１１」が動作し、図２の「計時装置１５」を参照し、「遠心ポンプ動作開始時刻１１２」から６００ｍｓ経過したか否かを判断する。
ＳＴ３で、「６００ｍｓ」経過したと判断したときは、ＳＴ４へ進む。ＳＴ４でも「第１の拡張動作実行処理部（プログラム）１１１」が動作し、遠心ポンプ４の動作を停止する。
【００５１】
すなわち、タンク３からのバルーン２４への水３１の供給を停止する。そして、「遠心ポンプ停止時刻情報」を図３の「遠心ポンプ停止時刻情報記憶部１１３」に記憶する。
この遠心ポンプ停止時刻情報は、図９の拡張期の（２）の時点に相当する。
【００５２】
次いで、ＳＴ５へ進む。ＳＴ５では、図３の「第１の収縮動作実行処理部（プログラム）１１４」が動作し、図２の「計時装置１５」を参照し、「遠心ポンプ停止時刻情報記憶部１１３」の「遠心ポンプ停止時刻情報」から２００ｍｓ経過したか否かを判断する。
【００５３】
すなわち、図９の拡張期が終了し、収縮期の開始時期が到来したかどうかを判断する。この収縮期の開始時期は、図９の心電図における「Ｒ波」の部分に相当する。
【００５４】
ＳＴ６で、「２００ｍｓ」経過したと判断されると、ＳＴ７へ進む。ＳＴ７でも、「第１の収縮動作実行処理部（プログラム）１１４」が動作し、図２の「計時装置１５」を参照し、当該時刻を「収縮期開始時刻」として「収縮期開始時刻記憶部１１５」に記憶する。そして、２０ｍｓ経過後に、図１の「加圧バッグ６」に血液の供給を指示する。
【００５５】
この「加圧バッグ６」に血液の供給を指示する時点は、図９の心電図における「Ｒ波」から２０ｍｓ経過した時点（３）に相当する。すなわち、大動脈圧が高まる開始時点である。
また、この「収縮期開始時刻」は、図９の心電図における「Ｒ波」の時点（加圧バッグ６に血液の供給を指示する時点（４）の２２０ｍｓ前の時点（５））に相当する。
【００５６】
また、ＳＴ７では、加圧バッグ６のバッグ６１内の模擬血液７が送血チューブ５３を介して左冠動脈２１へ押し出される。
具体的には、加圧バッグ６の加圧部６３が膨らみ、バッグ６１を面で加圧することで作動流体７が押し出される。
【００５７】
次いで、ＳＴ８へ進む。ＳＴ８でも「第１の収縮動作実行処理部（プログラム）１１４」が動作し、図２の「計時装置１５」を参照し、図３の「収縮期開始時刻記憶部１１５」の「収縮期開始時刻」から２２０ｍｓ経過したか否かを判断する。
【００５８】
次いで、ＳＴ８で、２２０ｍｓ経過したと判断したときは、ＳＴ１０へ進む。ＳＴ１０でも「第１の収縮動作実行処理部（プログラム）１１４」が動作し、加圧バッグ６に模擬血液７の供給の停止を指示する。
【００５９】
この時点が、図９の大動脈弁閉鎖（４）の時点に相当する。
また、次の拡張期を迎える時点で、本収縮期は終了し、本システム１が開始されてからの最初の１回目の拍動（１心周期）が終了し、２回目の拍動が開始される。
本実施の形態では、この２回目の拍動から図９の収縮期の開始時点である「Ｒ波」の時点、すなわち、上述の「収縮期開始時刻」を基準に拍動と模擬血液７の供給を制御する。
これにより、簡易且つ正確な拍動等のタイミングの管理が可能となる。
【００６０】
先ず、ＳＴ１１では、図３の「第２の拡張動作実行処理部（プログラム）１１６」が動作し、図３の「収縮期開始時刻記憶部１１５」の「収縮期開始時刻」から３００ｍｓ経過したか否かを判断する。
すなわち、図９の「Ｒ波」から３００ｍｓ経過で収縮期が終了し、拡張期が開始される図９の（１）の時点が到来したか否かを判断する。
【００６１】
ＳＴ１２で、３００ｍｓ経過したと判断したときは、ＳＴ１３へ進む。ＳＴ１３でも「第２の拡張動作実行処理部（プログラム）１１６」が動作し、図１の遠心ポンプ４が動作を開始する。これにより、バルーン２４が膨らみ、図１の訓練用心臓２は、図９の拡張期と同様に拡張する期間となる。
【００６２】
次いで、ＳＴ１４へ進む。ＳＴ１４でも「第２の拡張動作実行処理部（プログラム）１１６」が動作し、図３の「収縮期開始時刻記憶部１１５」の「収縮期開始時刻」から９００ｍｓ経過したか否かを判断する。
すなわち、図９の（２）で示す時点が到来したか否かを判断する。
【００６３】
ＳＴ１５で、９００ｍｓ経過したと判断されたときは、ＳＴ１６へ進む。ＳＴ１６でも、「第２の拡張動作実行処理部（プログラム）１１６」が動作し、遠心ポンプ４の動作が停止され、拡張期は終了に向かう。
【００６４】
次いで、ＳＴ１７へ進む。ＳＴ１７では、図３の「第２の収縮動作実行処理部（プログラム）１１７」が動作し、図３の「収縮期開始時刻記憶部１１５」の「収縮期開始時刻」から１１００ｍｓ経過したか否かを判断する。
すなわち、図９の「Ｒ波」の時点（次の収縮期の開始時点）が到来したか否かを判断する。
【００６５】
ＳＴ１８で、１１００ｍｓ経過したと判断したときは、ＳＴ１９へ進む。ＳＴ１９でも「第２の収縮動作実行処理部（プログラム）１１７」が動作し、当該時刻を新「収縮期開始時刻」として図３の「収縮期開始時刻記憶部１１５」に記憶して、書き換える。その後、新「収縮期開始時刻」から２０ｍｓ経過後、図１の加圧バッグ６に血液の供給を指示する。
【００６６】
次いで、ＳＴ２０へ進む。ＳＴ２０でも「第２の収縮動作実行処理部（プログラム）１１７」が動作し、図１の「計時装置１５」を参照し、新「収縮期開始時刻」から２２０ｍｓ経過したか否かを判断する。
すなわち、図９の（４）の大動脈弁閉鎖の時点が到来したか否かを判断する。
【００６７】
ＳＴ２１で、２２０ｍｓ経過したと判断したときは、ＳＴ２２へ進む。ＳＴ２２でも「第２の収縮動作実行処理部（プログラム）１１７」が動作し、加圧バッグ６の動作を停止させる。
【００６８】
このように，本実施の形態では、図９に示す実際の人間の心臓と同様の拍動及び大動脈圧の上昇と同様のタイミングを、図１の訓練用心臓２で再現させることができる。
このため、この訓練用心臓２で、冠動脈バイパス術（ＣＡＢＧ）を訓練することで、より人体に近い状態での訓練を可能にし、訓練効果を高めることができる。
なお、この図９に示す実際の人間の心臓と同様の拍動と大動脈圧の上昇等のデータが、「実際の心臓の動作情報」の一例となっている。
【００６９】
また、心臓が動いている状態のままで手術する「オフポンプＣＡＢＧ」の訓練には特に有効で、本実施の形態では、極めて効果的に訓練を行うことができる。
さらに、従来、心臓の拍動を行う心臓シミュレーション装置では、血液が心臓の収縮期に対応して（同期して）、冠動脈に供給されるものはなく、訓練を行う医師にとって実際の心臓との相違が際立ってしまうという問題があった。
しかし、この点、本実施の形態では、実際の心臓の収縮期に作動流体が冠動脈に供給されるので、実際の心臓の拍動に伴って変化する冠動脈内の血流動態を緻密に再現することができる。したがって、実際の心臓と同様の条件で訓練をすることが可能となっている。
【００７０】
ところで、図７のＳＴ２２の後、ＳＴ２３へ進む。ＳＴ２３では、「加圧バッグ状態情報記憶部１２１」に「不整脈」のデータがあるか否かを判断する。
本実施の形態では、訓練用心臓２の拍動等の制御の他に、コントローラ１０は、加圧バッグ６のレベルセンサ６２と計時装置１５から加圧バッグ６内の模擬血液７の低下に関するデータ（「作動流体の状態情報」の一例）を生成する。
【００７１】
具体的には、図４の「加圧バッグ作動流体低下関連データ生成処理部（プログラム）１２２」が動作して、「計時装置１５」と「加圧バッグ６」の「レベルセンサ６２」の数値に基づいて、模擬血液７の低下に関するデータを判断する。
例えば、６０秒間で水位が５ｍｌ以内低下したときは、不整脈拍動動作である例えば、「不整脈」のデータを、３０秒間で水位が５ｍｌ以内低下したときは、心室細動拍動動作である例えば、「心室細動」のデータを図４の「加圧バッグ状態情報記憶部１２１」に記憶する。
【００７２】
ここで、「不整脈」とは拍動数やリズムが一定でない状態をいい、「心室細動」は、心臓の心室が小刻みに震えて全身に血液を送ることができない状態をいう。
【００７３】
ＳＴ２３では、上述の「不整脈」のデータが、「加圧バッグ状態情報記憶部１２１」に記憶されているか否かが判断される。
【００７４】
ＳＴ２３で、「加圧バッグ状態情報記憶部１２１」に「不整脈」のデータが記憶されているときは、ＳＴ２４へ進む。ＳＴ２４では、図４の「不整脈動作実行処理部（プログラム）１２３」が動作し、不整脈特有の動作が所定回数、実行される。
【００７５】
具体的には、例えば、図３の「収縮期開始時刻」から１４００ｍｓ経過した後、遠心ポンプ４の動作を開始し、その後、上述の通常拍動動作を実行する。
このように動作させることで、ときどき拍動が抜ける「不整脈」を再現させることができる。
【００７６】
この「不整脈」の拍動は、例えば血管の吻合に時間が掛かり過ぎたり、吻合が適切に行われない場合等にバッグ６１内の模擬血液７が減少し、所定の条件に合致したときに自動的に、図１の訓練用心臓２に発生するので、訓練を行う医師にとって、実際の心臓手術の状況により近い条件で、訓練をすることができ、訓練効果を高めることができる。
また、本実施の形態は、心臓が不整脈の拍動を起こすきっかけとして、冠動脈からの血液流出によるバッグ６１内の血液量の減少を一因としている。
【００７７】
さらに、本実施の形態は、心臓の収縮期に合わせてバッグ６１内から模擬血液７を供給する。その結果として、実際の心臓の拍動だけでなく大動脈圧の上昇までをも再現することが可能となっている。
これらの構成によって、実際に心臓が不整脈の拍動に陥る前後における冠動脈からの血液流出（突出）の動態（変化）をも緻密に再現することができる。
したがって、訓練を行う医師は、訓練用心臓２が不整脈の拍動に陥った場合における心臓手術訓練をより実践的に行うことができる。
【００７８】
次いで、ＳＴ２５へ進む。ＳＴ２５では、上述の「心室細動」のデータが、「加圧バッグ状態情報記憶部１２１」に記憶されているか否かが判断される。
【００７９】
ＳＴ２５で、「加圧バッグ状態情報記憶部１２１」に「心室細動」のデータが記憶されているときは、ＳＴ２６へ進む。ＳＴ２６では、図４の「心室細動動作実行処理部（プログラム）１２４」が動作し、心室細動特有の動作が所定回数、実行される。
【００８０】
具体的には、例えば、遠心ポンプ４の動作開始後１００ｍｓ後、動作停止。その後１００ｍｓ経過したときに加圧バッグ６から血液の供給を開始する。その後、１００ｍｓ経過したときに供給を停止等する。これにより遠心ポンプ４と加圧バッグ６をそれぞれ１００ｍｓずつ動作させると共に、各動作間を１００ｍｓ空けることで、心臓が小刻みに振動する「心室細動」の動作を実行する。本工程では、これらの動作を所定回数繰り返す。
【００８１】
この「心室細動」の拍動も、例えば血管の吻合に時間が掛かり過ぎたり、吻合が適切に行われない場合等にバッグ６１内の模擬血液７が減少し、所定の条件に合致したときに自動的に、図１の訓練用心臓２に発生するので、訓練を行う医師にとって、実際の心臓手術の状況により近い条件で、訓練をすることができ、訓練効果を高めることができる。
また、心室細動の拍動においても、実際に心臓が心室細動の拍動に陥る前後における冠動脈からの血液流出（突出）の動態（変化）をも緻密に再現することができる。したがって、訓練を行う医師は、訓練用心臓２が心室細動の拍動に陥った場合における心臓手術訓練をより実践的に行うことができる。
【００８２】
本実施の形態では、バッグ６１内の作動流体７を遠心ポンプ４ではなく、加圧部６３を設け、加圧部６３で、バッグ６１を面状で加圧することで、バッグ６１内の模擬血液７が、送血チューブ５３を介して、訓練用心臓２に供給される構成となっている。
したがって、モータ等を使用するポンプ等と異なり、模擬血液７の不規則な供給等の動作を再現し易く、実際の不整脈や心室細動等の動きにより近い心臓の動きを再現し易い構成となっている。
【００８３】
次いで、ＳＴ２７へ進み、本システム１の動作を停止させる指示が入力されない場合、ＳＴ１１に戻り、同じ心臓の拍動動作を繰り返すことになる。
【００８４】
（第１の変形例）
図１０は、図１に示す冠動脈バイパス術（ＣＡＢＧ）シミュレーションシステム１の第１の変形例である冠動脈バイパス術（ＣＡＢＧ）シミュレーションシステム２００を示す概略図である。
本変形例の構成の多くは、上述の実施の形態と共通しているため、共通する構成は同一符号等とし、以下、相違点を中心に説明する。
【００８５】
本変形例においては、上述の実施の形態の加圧バッグ６の加圧部６３を構成に含めておらず、模擬血液７は、バッグ６１内に収容されているだけの構成となっている。
そして、バッグ６１内の模擬血液７は、図１０に示す遠心ポンプ１４０によって、訓練用心臓２に供給される構成となっている。
したがって、訓練用心臓２への作動流体７の供給量等をポンプによって制御可能な構成となっている。
【００８６】
（第２の変形例）
図１１は、図１に示す冠動脈バイパス術（ＣＡＢＧ）シミュレーションシステム１の第２の変形例である冠動脈バイパス術（ＣＡＢＧ）シミュレーションシステム３００を示す概略図である。
本変形例の構成の多くは、上述の実施の形態と共通しているため、共通する構成は同一符号等とし、以下、相違点を中心に説明する。
【００８７】
本変形例においては、上述の実施の形態の加圧バッグ６の加圧部６３を構成に含めておらず、模擬血液７は、バッグ６１内に収容されているだけの構成となっている。
そして、バッグ６１内の模擬血液７は、図１１に示すダイアフラム部である例えば、ダイアフラム型ポンプ２４０によって、訓練用心臓２に供給される構成となっている。
【００８８】
具体的には、ダイアフラム型ポンプ２４０は、その内部に、図において上下方向に移動可能なダイアフラム２４１を有している。
したがって、図１１において、遠心ポンプ４が動作し、タンク３内の水３１をバルーン２４へ供給すると、タンク３内の水３１は、タンク３からバルーン２４方向へ流れ、その際にダイアフラム型ポンプ２４０内のダイアフラム２４１の下側の空間内の空気が送液チューブ５２側に引かれて、ダイアフラム２４１の下側の空間は負圧となり、ダイアフラム２４１は下側（図１１の破線部分）に移動する。
すると、ダイアフラム２４１の上側の空間が負圧となり、バッグ６１内の模擬血液７がダイアフラム型ポンプ２４０内に引き込まれる。
【００８９】
次いで、図１１の遠心ポンプ４が動作を停止し、タンク３内の水３１の流れが止まると、ダイアフラム型ポンプ２４０のダイアフラム２４１の下側の負圧は解消し、ダイアフラム２４１は上昇する。
このとき、ダイアフラム２４１内に引き込まれていた模擬血液７が送血チューブ５３を介して、左冠動脈２１へ供給される。
【００９０】
すなわち、上述の実施の形態では、バルーン２４の膨張用の水３１を供給する遠心ポンプ４と、左冠動脈２１に作動流体７を供給する加圧バッグ６がそれぞれ設けられ、それぞれ個別にコントローラ１０が動作タイミングを制御していた。
【００９１】
しかし、本変形例では、バルーン２４の膨張用の水３１を供給する遠心ポンプ４の動作に同期して、ダイアフラム型ポンプ２４０が動作するので、上述の実施の形態のように、遠心ポンプ４とダイアフラム型ポンプ２４０をそれぞれ別個に制御する必要がないという利点がある。
【００９２】
すなわち、水３１を供給するときは、模擬血液７が供給されず、水３１が供給されないときは、模擬血液７が供給されるという動作が遠心ポンプ４の動作のみで制御可能となっている。
また、本変形例では、バッグ６１内の模擬血液７を訓練用心臓２に送液するための専用のモータ駆動ポンプ等を別個備える必要がなく、コスト面からも効率的となる。
【００９３】
ところで、本発明は、上述の実施の形態等に限定されない。
【００９４】
１・・・冠動脈バイパス術（ＣＡＢＧ（Ｃｏｒｏｎａｒｙ  Ａｒｔｅｒｙ  Ｂｙｐａｓｓ  Ｇｒａｆｔｉｎｇ））シミュレーションシステム、２・・・訓練用心臓、３・・・タンク、４・・・遠心ポンプ、６・・・加圧バッグ、７・・・模擬血液、１０・・・コントローラ、１１・・・制御部、１２・・・通信装置、１３・・・ディスプレイ、１４・・・入力装置、１５・・・計時装置、２１・・・左冠動脈、２２・・・右冠動脈、２３・・・出血部位、２４・・・バルーン、３１・・・水、５１、５２・・・送液チューブ、５３・・・送血チューブ、６１・・・バッグ、６２・・・レベルセンサ、６３・・・加圧部、１１０・・・第１の各種情報記憶部、１１１・・・第１の拡張動作実行処理部（プログラム）、１１２・・・遠心ポンプ動作開始時刻情報記憶部、１１３・・・遠心ポンプ停止時刻情報記憶部、１１４・・・第１の収縮動作実行処理部（プログラム）、１１５・・・収縮期開始時刻記憶部、１１６・・・第２の拡張動作実行処理部（プログラム）、１１７・・・第２の収縮動作実行処理部（プログラム）、１２０・・・第２の各種情報記憶部、１２１・・・加圧バッグ状態情報記憶部、１２２・・・加圧バッグ模擬血液低下関連データ生成処理部（プログラム）、１２３・・・不整脈動作実行処理部（プログラム）、１２４・・・心室細動動作実行処理部（プログラム）
【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】
0006710027.tif 000008
【図８】
0006710027.tif 000009
【図９】
0006710027.tif 000010
【図１０】
0006710027.tif 000011
【図１１】
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