(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トレーニング及び医療装置のテストに適した心臓血管系トレーニング及び評価シミュレータシステムであって、
心臓の心房を介した血液の流れをシミュレートする心房アセンブリ及び心臓の心室をシミュレートする心室アセンブリを有する患者の心臓の機能をシミュレートする心臓システムモジュールを備え、
前記心房アセンブリは、加圧空気流体を受け入れる大きさと形状の剛性外側ケーシングと、前記剛性外側ケーシング内に配置された拡張可能部材と、前記拡張可能部材に動作可能に結合され血液模倣流体で満たされたフレキシブル心房内部チャンバとを含み、前記フレキシブル心房内部チャンバは、前記拡張可能部材が拡張したときに収縮してそれによって内部に貯蔵された前記血液模倣流体を放出させ、前記拡張可能部材が収縮したときに拡張するように構成され、
前記心室アセンブリは、前記フレキシブル心房内部チャンバに流動的に結合され、前記フレキシブル心房内部チャンバを流出する前記血液模倣流体を受け入れるフレキシブル心室アセンブリ内部部材と、前記フレキシブル心室アセンブリ内部部材を取り囲む剛性心室アセンブリ外側部材とを含み、前記心室アセンブリ内部部材及び前記剛性心室アセンブリ外側部材はそれらの間の空間によって分離され、それによって前記空間内に入り込んだ加圧空気流体は前記フレキシブル心室アセンブリ内部部材に力を及ぼして前記フレキシブル心室アセンブリ内部部材が内部に貯蔵された前記血液模倣流体を放出させ、前記加圧空気流体が前記心室アセンブリ内部部材と前記剛性心室アセンブリ外側部材との間の前記空間から流出するとき前記フレキシブル心室アセンブル内部部材は拡張し、
前記心臓システムモジュールは、正常又は疾患状態の人間の動脈又は静脈の解剖学的又は生理学的な特性を有しており、前記心臓システムモジュールの少なくとも一部に流動的に接続された少なくとも１つのチューブと、
前記心房アセンブリの少なくとも一部及び前記心室アセンブリの少なくとも一部に流動的に接続されて前記加圧空気流体を生成し、それによって前記心室アセンブリへの加圧空気流体の供給とは独立して加圧空気流体を前記心房アセンブリに供給する装置を含む前記空気供給モジュールと、
前記心臓血管系シミュレータシステムの１つ以上の動作パラメータを制御又は変更するように構成された１つ以上のロジックチップを含む制御ユニットと、を備え、
前記心臓血管系シミュレータシステムは、正常又は疾患状態で心臓血管系の解剖学的及び生理学的に正確な表現を提供することを特徴とする心臓血管系トレーニング及び評価シミュレータシステム。
【請求項２】
前記空気供給モジュールはモータ及び空気シリンダを含むことを特徴とする請求項１記載のトレーニング及び医療装置のテストに適した心臓血管系トレーニング及び評価シミュレータシステム。
【請求項３】
液圧アクチュエータを更に含むことを特徴とする請求項１記載のトレーニング及び医療装置のテストに適した心臓血管系トレーニング及び評価シミュレータシステム。
【請求項４】
前記血液模倣流体を貯蔵する液状流体リザーバを更に含むことを特徴とする請求項１記載のトレーニング及び医療装置のテストに適した心臓血管系トレーニング及び評価シミュレータシステム。
【請求項５】
前記血液模倣流体は血液の特性を有するように適応されていることを特徴とする請求項１記載のトレーニング及び医療装置のテストに適した心臓血管系トレーニング及び評価シミュレータシステム。
【請求項６】
前記システムの１つ以上の動作パラメータを変更するハンドヘルドユニットを更に含むことを特徴とする請求項１記載のトレーニング及び医療装置のテストに適した心臓血管系トレーニング及び評価シミュレータシステム。
【請求項７】
前記拡張可能部材はベローズを含むことを特徴とする請求項１記載のトレーニング及び医療装置のテストに適した心臓血管系トレーニング及び評価シミュレータシステム。
【請求項８】
前記フレキシブル心房内部チャンバは患者の心房を解剖学的にモデルにしていることを特徴とする請求項１記載のトレーニング及び医療装置のテストに適した心臓血管系トレーニング及び評価シミュレータシステム。
【請求項９】
前記心房アセンブリは、第１の心臓モジュールシミュレータバルブを更に含むことを特徴とする請求項１記載のトレーニング及び医療装置のテストに適した心臓血管系トレーニング及び評価シミュレータシステム。
【請求項１０】
前記第１の心臓モジュールシミュレータバルブは合成バルブであることを特徴とする請求項９記載のトレーニング及び医療装置のテストに適した心臓血管系トレーニング及び評価シミュレータシステム。
【請求項１１】
前記第１の心臓のモジュールシミュレータバルブは特定の患者を解剖学的にモデルにしていることを特徴とする請求項９記載のトレーニング及び医療装置のテストに適した心臓血管系トレーニング及び評価シミュレータシステム。
【請求項１２】
前記第１の心臓モジュールシミュレータバルブは哺乳動物心臓弁であることを特徴とする請求項９記載のトレーニング及び医療装置のテストに適した心臓血管系トレーニング及び評価シミュレータシステム。
【請求項１３】
前記哺乳動物心臓弁は人間、ウシ属の動物又はスワインであることを特徴とする請求項１２記載のトレーニング及び医療装置のテストに適した心臓血管系トレーニング及び評価シミュレータシステム。
【請求項１４】
前記心室アセンブリは、第２の心臓モジュールシミュレータバルブを更に含むことを特徴とする請求項９記載のトレーニング及び医療装置のテストに適した心臓血管系トレーニング及び評価シミュレータシステム。
【請求項１５】
前記第２の心臓モジュールシミュレータバルブは合成バルブであることを特徴とする請求項１４記載のトレーニング及び医療装置のテストに適した心臓血管系トレーニング及び評価シミュレータシステム。
【請求項１６】
前記第２の心臓のモジュールシミュレータバルブは特定の患者を解剖学的にモデルにしていることを特徴とする請求項１５記載のトレーニング及び医療装置のテストに適した心臓血管系トレーニング及び評価シミュレータシステム。
【請求項１７】
前記第２の心臓モジュールシミュレータバルブは哺乳動物の心臓弁であることを特徴とする請求項１５記載のトレーニング及び医療装置のテストに適した心臓血管系トレーニング及び評価シミュレータシステム。
【請求項１８】
前記哺乳動物の心臓弁は人間、ウシ属の動物又はスワインであることを特徴とする請求項１７記載のトレーニング及び医療装置のテストに適した心臓血管系トレーニング及び評価シミュレータシステム。
【請求項１９】
前記チューブは、患者の血管系システムを解剖学的にモデルにしたチューブであり、前記患者の血管系を複製していることを特徴とする請求項１記載のトレーニング及び医療装置のテストに適した心臓血管系トレーニング及び評価シミュレータシステム。
【請求項２０】
正常又は疾患状態における血管系コンプライアンスをシミュレートするように構成されたコンプライアンスチャンバを更に含み、前記コンプライアンスチャンバは第１の面及び第２の面を有する弾性膜によって２つの部分に分離された剛性シェルを備え、前記第１の面は血液模倣流体に曝され、前記第２の面は加圧空気に曝されていることを特徴とする請求項１記載のトレーニング及び医療装置のテストに適した心臓血管系トレーニング及び評価シミュレータシステム。
【請求項２１】
頂部と、底部と、ゲル状材料内に配置された複数の前記チューブとを含む前記心臓システムモジュールに流動的に結合された頭部を更に含むことを特徴とする請求項１記載のトレーニング及び医療装置のテストに適した心臓血管系トレーニング及び評価シミュレータシステム。
【請求項２２】
支持構造体を更に含むことを特徴とする請求項１記載のトレーニング及び医療装置の評価に適した心臓血管系シミュレータシステムを使用するための制御モジュール。
【請求項２３】
前記支持構造体は調整可能な昇降ポストを含むことを特徴とする請求項２２記載のトレーニング及び医療装置のテストに適した心臓血管系トレーニング及び評価シミュレータシステム。
【請求項２４】
前記調整可能な昇降ポストは、１つ以上のモジュールに光照明を提供するように構成されていることを特徴とする請求項２３記載のトレーニング及び医療装置のテストに適した心臓血管系トレーニング及び評価シミュレータシステム。
【請求項２５】
前記フレキシブル心室アセンブリ内部部材は患者の心室を解剖学的にモデルにしていることを特徴とする請求項１記載のトレーニング及び医療装置のテストに適した心臓血管系トレーニング及び評価シミュレータシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、手術シミュレーションシステムに関し、特に、トレーニング及び医療装置テストのための解剖学的に正確な左心シミュレータを含む正常及び疾患状態の心臓機能をシミュレーションする装置及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
心臓血管疾患、心臓及び血管系に影響を及ぼす疾患、並びに血管疾患、循環系に影響を与える疾患は、世界中で数百万人に影響を与える蔓延疾患である。血管系疾患は特定の場所で動脈壁の硬化に現れるかもしれないが、そのような疾患状態は、人体内のあらゆる器官に影響を与える。長引く血管系の疾患状態に関連したリスクを軽減又は最小限にするためにいくつかのオプションが存在する。重症度に応じて、ライフスタイルの変化、すなわち、ダイエットや運動の増加、又は薬物の使用が役に立つかもしれない。他のオプションが作用しない又は疾患が重症である状況では、外科的介入が依然として第一の医療処置ツールのままとなっている。伝統的な外科的処置はより低侵襲性の血管内技術に置き換えられ、血管内技術におけるそのような低侵襲性の進歩は外科医が血管疾患を処置する方法を変えている。
【０００３】
血管の外科的処置はこれまでよりも安全であるが、複雑な血管の外科的処置は患者への副次的な被害をもたらす可能性がある。手術はリスクなしではない一方、外科医と彼/彼女のチームの技術レベルだけでなく、外科的処置を行うとき予期せぬ驚きを最小化する能力は患者に合併症及び／又は死を防止することに対して最も重要である。多くの血管疾患処置を行っている経験豊富な外科医は、より少ない経験を有する外科医よりもそのような外科的処置を少ない合併症で終了する可能性が高い。そのような経験はトレーニングや多くの処置を実行することによって得られるが、有効な外科的処置の数が制限要因である。よって、必ずしも全ての外科医が取り組んだ処置のリスクを最小限に抑える技術レベルを得るために必要な外科的処置の数を実行するために同じ機会を有するとは限らない。更に、新しい処置が開発されるほど、上級の外科医に必要とされている経験を得ることは難しいかもしれない。
【０００４】
様々な外科的処置を実行するためのトレーニング装置は、技術を向上させるために外科医によって使用されており、当該分野で知られている。例えば、米国特許第８０１６５９８号、米国特許第７９７６３１３号及び米国特許第７９７６３１２号は、患者のケアを教示するための患者シミュレータシステムを記載している。米国特許第７７９８８１５号は、心臓手術のトレーニング環境での心臓の鼓動をシミュレートするための電気機械ポンピングシステムを開示している。米国特許第７８６６９８３号は、外科技術を教示、練習、及び評価するための手術シミュレータを開示している。そのシミュレータは、使い捨てることができる器官、血管、及び組織のカセットを含むものとして記載されている。
【０００５】
米国特許第７０８３４１８号は、外科的及び／又は医学的技術を教示又は説明するためのモデルを開示している。このシステムは、組織及び器官を表す基本コンポーネントと、基本コンポーネントから及び／又は互いに結合可能かつ着脱可能に構成又は配置されたいくつかのコンポーネントとを有するものとして記載され、外科的及び／又は医療技術において異なる段階を表す互いに対してコンポーネントの異なる位置を説明する。
【０００６】
米国特許第７０６３９４２号は、血流力学シミュレーションのためのシステムを開示している。このシステムは、血管の性質を有する管、多量の流体を含有するリザーバ、管とリザーバとを接続する配管、及びシステム内に流体を循環させるための少なくとも１つのポンプを含むものとして記載されている。
【０００７】
米国特許第６８４３１４５号は、動的な心室をシミュレートするための心臓ファントムを開示している。そのファントムは、２つの同心に配置された流体密封で柔軟な膜を含み、膜の壁の間に密閉空間を定めていると記載されている。
【０００８】
米国特許第６６８５４８１号は、心臓手術及び他の同様の処置のためのトレーニング装置を開示している。その装置は、心臓モデルなどの器官モデル、対応する実器官に類似した動きをモデルに付与するように適合されたアニメーションネットワーク、及びアニメーションネットワークの動作を制御するための制御装置を含むものとして記載されている。心臓モデルは、２つの部分、心筋をシミュレートする内部キャストと、心膜をシミュレートする外部シェルとからなると記載されている。
【０００９】
米国特許第５０５２９３４号は、人工弁及び心臓超音波処置の評価のためのファントムとして作用する装置を開示し、僧帽弁及び大動脈弁並びに位置調整の超音波トランスデューサが取り付けられているマルチチャンバ領域を血液模倣流体の制御された拍動流が通過する。
【００１０】
そのようなトレーニング装置は当該技術分野では知られているが、本発明による正常及び疾患状態の心臓機能をシミュレートするための装置及びシステムは、そのような従来装置よりも解剖学的及び生理学的に的確なトレーニングツールを提供し、それによって心臓血管系又は血管系処置に伴う副次的な被害を減らす仕組みを提供する。
【発明の概要】
【００１１】
本発明は、トレーニング及び医療装置のテストのために解剖学的に正確な心臓シミュレータを含む正常及び疾患状態の心臓及び血管の機能をシミュレートするための装置及びシステムを記載している。システムと装置は、空気圧で加圧されたチャンバを使用して心室と心房の収縮を生成する。合成の僧帽弁及び大動脈弁の相互作用（インタラクション）と併せて、システムは、正確な体積分率及び拍動流の圧力勾配を生じるポンピング作用を生成するように構成され、人間の心臓のポンピング作用を複製する。リモートハンドヘルドの使用及び電子コントローラメインコントロールパネルからの手動での調整を介して、空気圧レベル、流体圧力、及び心拍数は正常な心臓機能からひどく病気の又は傷ついた心臓状態までの範囲の心臓の多種多様な状態をシミュレートする収縮を誘導するように制御される。
【００１２】
トレーニング及び医療装置のテストに適した心臓血管系トレーニング及び評価シミュレータシステム及び装置は、正常又は疾患状態の心臓血管系の解剖学的及び生理学的に正確な表現を提供する。例示的な実施例では、システムは、支持構造体、患者の心臓の機能をシミュレートする空気圧駆動心臓系モジュール、心臓系モジュールに流動的に接続され、患者の血管をシミュレートする血管系モジュール、及び心臓系モジュールと血管系モジュールとに動作可能に結合した制御モジュールを含む。心臓モジュールは、心臓の心房をシミュレートする心房アセンブリと、心臓の心室をシミュレートする心室アセンブリとを含む。制御モジュールは、心拍数、駆出率、体血管抵抗及びコンプライアンスを含むシステムの１つ以上の動作パラメータを制御又は変更する１つ以上のサブモジュールを含む。システムパラメータを変更することによって、限定されないが敗血症を含む病理学的血行動態状態、血管収縮剤による亢進治療、又は心房細動又は粗動などの心臓不整脈を再現することができる。
【００１３】
よって、システム及び装置は、外科医の経験不足や複雑な処置を伴う経験不足から生じる血管手術を受けている患者への副次的被害を低減するために使用することができる仕組みを提供する。心臓や血管系を複製する装置を提供することによって、外科医は、実際の患者に血管内の処置を行う前に血管内の処置を行うことができる。よって、装置の選択、配置、最適化を実際の手術前に決定することができ、実際の処置中にそのようなタスクを実行する必要があることと関連したリスクを排除する。
【００１４】
従って、本発明の第１の目的は、正常及び疾患状態の心臓機能をシミュレートするための装置及びシステムを提供することである。
【００１５】
本発明の更なる目的は、トレーニング及び医療装置のテストのための解剖学的に正確な心臓シミュレータを含む正常及び疾患状態の心臓機能をシミュレートするための装置及びシステムを提供することである。
【００１６】
また、本発明の他の目的は、心臓のポンピング作用を複製する正確な体積分率を生じるポンピング作用を生成するように構成され、正常及び疾患状態の心臓の機能をシミュレートするための装置及びシステムを提供することである。
【００１７】
本発明の更なる目的は、心臓を複製する拍動流の圧力勾配を提供するように構成された正常及び疾患状態の心臓機能をシミュレートするための装置及びシステムを提供することである。
【００１８】
また、本発明の他の目的は、空気圧レベル、流体圧及び心拍数を制御し、それによって多種多様な心臓状態をシミュレートする収縮を誘導する正常及び疾患状態の心臓機能をシミュレートするための装置及びシステムを提供することである。
【００１９】
本発明の更なる目的は、空気圧レベル、流体圧及び心拍数を制御し、病気の又は傷ついた心臓状態である多種多様な心臓状態をシミュレートする収縮を誘導する正常及び疾患状態の心臓機能をシミュレートするための装置及びシステムを提供することである。
【００２０】
本発明の更なる目的は、トレーニングのために、及び正常又は疾患状態の心臓血管系の解剖学的及び生理学的に正確な表現を提供する医療装置をテストするために適切なトレーニング及び評価シミュレータシステム及び装置を提供することである。
【００２１】
本発明の他の目的は、心拍数、駆出率、全身血管抵抗及びコンプライアンスを含むシステムの１つ以上の動作パラメータを制御又は変更する制御モジュールを有するトレーニング及び評価シミュレータシステムを提供することである。
【００２２】
本発明の更に別の目的は、限定されないが敗血症を含む病理学的血行動態状態、血管収縮剤による亢進治療、又は心房細動又は粗動などの心臓不整脈を再現することができるトレーニング及び評価シミュレータシステム及び装置を提供することである。
【００２３】
本発明の更なる目的は、外科医が実際の患者に血管内の処置を行う前に血管内の処置を行うことを可能にするトレーニング及び評価シミュレータシステム及び装置を提供することである。
【００２４】
また、本発明の他の目的は、外科医が装置の選択、配置、最適化を実際の手術前に決定することを可能にし、実際の処置中にそうする必要があることと関連したリスクを排除するトレーニング及び評価シミュレータシステム及び装置を提供することである。
【００２５】
本発明の他の目的及び利点は、本発明の実施例が例示された添付図面と共に説明された以下の記載から明らかになる。添付図面は明細書の一部を構成し、本発明の例示的な実施例を含み、本発明の様々な目的及び特徴を例示する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は本発明の例示的な実施例に応じたシミュレータシステムのブロック図である。
【図２】図２は本発明の制御モジュールの斜視図である。
【図３】図３は制御モジュールの側面図である。
【図４】図４は制御モジュールの上面図である。
【図５】図５は制御モジュールの分解斜視図である。
【図６】図６は本発明の空気圧モジュラーシャーシの斜視図である。
【図７】図７は空気圧アクチュエータアセンブリの例示的な実施例の斜視図である。
【図８】図８は空気圧アクチュエータアセンブリの分解斜視図である。
【図９】図９は空気圧アクチュエータアセンブリの分解斜視図である。
【図１０】図１０は空気圧アクチュエータアセンブリの右側面図である。
【図１１】図１１は空気圧アクチュエータアセンブリの左側面図である。
【図１２】図１２は空気圧アクチュエータアセンブリの正面図である。
【図１３】図１３は空気圧アクチュエータアセンブリの背面図である。
【図１４】図１４は空気圧アクチュエータアセンブリの上面図である。
【図１５】図１５は空気圧アクチュエータアセンブリの底面図である。
【図１６】図１６は図１４のライン１６Ａ−１６Ａに沿ったシリンダチューブアセンブリの断面図である。
【図１７】図１７は本発明の液圧モジュールの例示的な実施例の斜視図である。
【図１８】図１８は液圧モジュールの分解斜視図である。
【図１９】図１９は液圧モジュールの右側面図である。
【図２０】図２０は前側壁が除去された液圧モジュールシャーシの正面図である。
【図２１】図２１は背側壁が除去された液圧モジュールシャーシの背面図である。
【図２２】図２２は液圧モジュールシャーシの上部パネルの図である。
【図２３】図２３は流体貯蔵モジュールの実施例の斜視図である。
【図２４】図２４は本発明の血管コンプライアンスモジュールの一実施例を示す斜視図である。
【図２５】図２５は血管コンプライアンスモジュールの上面図である。
【図２６】図２６は血管コンプライアンスモジュールの底面図である。
【図２７】図２７は血管コンプライアンスチャンバの正面図である。
【図２８】図２８は図２５のライン２８Ａ−２８Ａに沿った断面図である。
【図２９】図２９は血管コンプライアンスチャンバの分解斜視図である。
【図３０Ａ】図３０Ａは電気モジュールの例示的な実施例の制御モジュールの斜視図である。
【図３０Ｂ】図３０Ｂは本発明での使用に適した電気回路図の一実施例を示す図である。
【図３０Ｃ】図３０Ｃは本発明での使用に適したハンドヘルド装置の一実施例を示す図である。
【図３１】図３１は解剖モジュールの例示的な実施例の斜視図である。
【図３２】図３２は解剖モジュールの前面図である。
【図３３】図３３は解剖モジュールの裏面図である。
【図３４】図３４は心臓シミュレータモジュール及び心室モジュールの部分斜視図である。
【図３５】図３５は図３４のライン３５Ａ−３５Ａに沿った大動脈弁及び大動脈弓を示す部分断面図である。
【図３６】図３６は図３４のライン３６Ａ−３６Ａに沿った心房圧縮機構、心房チャンバ及び僧帽弁を示す部分断面図である。
【図３７】図３７は心室圧縮チャンバ、大動脈弓、及び心房圧縮機構を示す心臓シミュレータモジュールの背面図である。
【図３８】図３８は心臓シミュレータモジュールの分解図である。
【図３９】図３９は心室及び心室圧縮チャンバの一実施形態の側面図である。
【図４０】図４０は心室チャンバ及び心室圧縮チャンバの代替の実施形態である。
【図４１】図４１は脳血管系を有する頭部ユニットの例示的な実施例の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１を参照すると、心臓血管シミュレータシステム１０と一般的に呼ばれるシミュレータシステムの概略ブロック図が示されている。シミュレータシステム１０は、心臓血管系として記載されている。しかしながら、シミュレータシステムは、心臓血管系に限定されず、他のシステムを複製するために適応させることができる。心臓血管シミュレータシステム１０は、制御モジュール１０００及び解剖モジュール２０００を含む１つ以上のモジュールからなる。制御モジュール１０００及び解剖モジュール２０００は体組織、すなわち心臓及び／又は血管系の解剖学的及び機能的に正確な複製であるシステムを提供するように相互に作用する。そのように解剖学的に正確なシステムを提供することは、様々な外科的処置及び／又は技術を練習及びトレーニングするユニークツールを、生体系でそのような動作を行う前にユーザに提供することである。そのようなシステムは人間の生体構造及び系を用いて説明されるが、本発明による血管シミュレータシステムは、限定されないが、犬や猫のような家庭動物、マウスやラットのような齧歯動物、牛、馬、羊、豚（スワイン／ ポォーサァィン）のような家畜、ライオン又はトラのような野生動物などの他の生物系を複製する又は作るように適合させても良い。
【００２８】
制御モジュール１０００及び解剖モジュール２０００の各々は、更にサブモジュールを含む。サブモジュールは、システムを駆動する及び／又は生体系の正確な構造的及び機能的な複製を提供する個別のコンポーネントを含む。より詳細に説明すると、制御モジュール１０００は、空気圧モジュール１１００、液圧モジュール１３００、流体貯蔵モジュール１４００、コンプライアンスモジュール１５００、及び電子モジュール１６００を含む１つ以上のサブモジュールを有する。心臓血管系として本明細書に例示された解剖モジュール２０００は、心臓シミュレータモジュール２１００、血管系シミュレータモジュール２２００、１つ以上の周辺器官／組織シミュレータモジュール２３００を含む３つのサブモジュールによって主に構成されている。
【００２９】
図２〜図５を参照すると、制御モジュール１０００の例が図示されている。図に示されたように、空気圧モジュール１１００、液圧モジュール１３００、流体貯蔵モジュール１４００、コンプライアンスモジュール１５００、及び電子モジュール１６００を含むサブモジュールの各々は、制御モジュールチャンバシャーシ１００２内に格納されている。制御モジュールチャンバシャーシ１００２は、複数の壁１００４、１００６、１００８、１０１０、及び底壁１０１２を含み、図５のように内側部分１０１４を形成する。内側部分１０１４は、その中に複数のサブモジュールの各々を収容するようにサイズ取り及び形付けされている。カバー１０１６として本明細書で例示された上部は下部１０１２と係合するようにサイズ取り及び形付けされている。非限定的な実施例であるが、好ましい実施例では、下部１０１２に係合するようにサイズ及び形状であり、制御モジュールチャンバシャーシカバー１０１６は図示しない１つ以上のヒンジを介して底部１０１２にヒンジ結合で接続されている。よって、当該技術分野の当業者に知られた接続の代替手段を使用することができる。
【００３０】
取り外し可能にサブモジュールを収納することはユーザに制御モジュール１０００とそのコンポーネントを容易に移動させることを可能にする。代わりに、サブモジュールの各々をボードなどの支持構造体に個別に格納することができる。限定されないがネジ１０２０及びピン１０２２などの締結部材を介してカバー１０１６の内面１０１８に電子モジュール１５００が固定されている。カバー１０１６は外部装置を電子モジュール１６００と接続するための接続装置に適合するように少なくとも１つの開口部１０２３を含んでも良い。図示されていないが、カバー１０１６及び１つ又は全ての壁が固定可能な係合のためのロック機構を含むことができる。
【００３１】
内側部分１０１４は、好ましくは、側壁１０１０の内面１０２６に固定された第１の締結梁１０２４などの、側壁の内側面に沿って配置された１つ以上の水平締結梁を含む。第２の締結梁１０２８が２つの側壁の間に配置され、側壁１００４の内側面１０３０（図示せず）及び側壁１００８の内側面１０３２に固定されている。締結梁１０２４、１０２８はサブモジュールの各々が内部に固定配置され得るようにネジ又は締付けピンなどの締結部材を受けるように切り込み１０３０及び／又は開口部１０３２を含んでも良い。底壁１０１２の上面１０３４にはバンパー１０３６が存在する。また、側壁１００４、１００６、１００８、又は１０１０は追加の指示又は内側にモジュールを固定するために垂直に直線に並んだ梁１０３８及び１０４０を含んでも良い。加えて、側壁１００８は、入口／出口導管１０４４（静脈入力を表す、解剖モジュールからの流体）及び１０４６（動脈の出力を表す、制御モジュールへの流体）を含む凹部１０４２を含んでも良い。追加の凹部１０４８及び１０５０は、追加の外部空気圧のコネクタを１０５２（動脈空気圧アウト）、１０５４（心室空気圧アウト）、及び１０５６を含み、空気が解剖モジュール２０００に移動することを可能にする。
【００３２】
図６〜図１６を参照すると、空気圧モジュール１１００の例が例示されている。空気圧モジュール１１００は、圧縮空気で心臓血管シミュレータシステム１０の１つ以上のモジュールを提供する必要なコンポーネントを含んでいる。発生される圧縮空気は、後述するように、空気圧モジュール１１００に空気圧によって接続される心臓シミュレータモジュール２１００の１つ以上のコンポーネントがその中、外に含まれる液体などの任意の物質を圧縮して強制的に排出することを可能にする。よって、空気圧モジュール１１００は、心臓シミュレータモジュール２１００に心臓の動的な機能の正確なシミュレーションを提供するように作用する。
【００３３】
空気圧モジュール１１００のコンポーネントの大部分は空気圧モジュールシャーシ１１０２内に含まれている。図６を参照すると、空気圧モジュールシャーシ１１０２は、複数の側壁１１０４、１１０６、１１０８（図示せず）、及び１１１０（図示せず）、並びに底壁１１１２（図示せず）を含んでいる。その壁の各々は、空気圧モジュール１１００の動作コンポーネントを内部に格納する内部区画を形成するように配置されている。空気圧モジュールシャーシカバー１１１４は、内部区画を囲む。一対のハンドル１１１６は、空気圧モジュールシャーシカバー１１１４の外面１１１７に取り付けられてユーザが容易かつ迅速に制御モジュールチャンバシャーシ１００２から空気圧モジュールシャーシ１１０２を除去することを可能にする。
【００３４】
図７〜図１６を参照すると、１１１８として参照される空気圧アクチュエータアセンブリが空気圧モジュールシャーシ１１０２内に収容されて例示されている。空気圧アクチュエータアセンブリ１１１８は、心臓血管シミュレータシステム１０の部分、特に心臓シミュレータモジュール２１００を駆動するために必要な加圧された空気流体の流れ（すなわち、空気又は他のガス）を提供する。空気圧アクチュエータアセンブリ１１１８のコンポーネントは空気圧アクチュエータアセンブリ支持構造体１１２０に直接的又は間接的に結合されている。空気圧アクチュエータアセンブリ１１１８は、心臓シミュレータモジュール内の複数の位置に空気を送るように構成されている。そのような機能を達成するために、標準的な直流モータなどのモータ１１２２が第１のプーリーアセンブリ１１２３を駆動するために用いられている。標準的な直流モータが例示されているが、このようなステッピングモータなどの他のモータでも同様に使用することができる。
【００３５】
第１の支持構造体１１２４によって支持されているモータ１１２２は、第１のプーリーシャフト１１２８の回転を介して第１の駆動プーリー１１２６を回転させる。第１のプーリーシャフト１１２８は第２の支持構造体に固定されている。第１の駆動プーリー１１２６の回転は第１のベルト１１３４の移動を介して被駆動プーリー１１３２を回転させる。ベルトは、限定されないが、例えば、台形の歯又は曲線の歯などの歯１１３５（図１３参照）を有する標準同期ベルトであっても良い。被駆動プーリー１１３２は第３の支持構造体１１４２の並行アーム１１３８及び１１４０に結合されている第２のプーリーシャフト１１３６によって支持されている。ベルト１１３４の張力を調節又は調整するためにベルト調整部材１１４４及び１１４６が使用されている。
【００３６】
空気圧アクチュエータアセンブリ１１１８は、図８に１１４７として参照されるシリンダチューブアセンブリとして本明細書に示され、圧縮空気シリンダドライバとして機能する空気圧コンプライアンスコンポーネントを含む。シリンダチューブアセンブリ１１４７は、心臓シミュレータモジュール２１００に向かわせる加圧された空気を提供するように構成され、心臓コンポーネントの収縮を提供するように機能する。シリンダチューブアセンブリ１１４７はシリンダ１１５０と同軸上に配置されたシリンダスリーブ１１４８を含む。シリンダ１１５０の後端はシリンダ支持構造体１１５２に固定されている。シリンダ支持構造体１１５２は、突出部材１１５８内の開口部１１５６への挿入を介して上端部１１５４で第３の支持構造体１１４２に固定されている。更に、シリンダ支持構造体１１５２は、開口部１１６０を介しての調整部材１１４４の挿入によって第３の支持構造体１１４２に固定されている。シリンダ支持構造体１１５２は、底端部１１６２で空気圧アクチュエータアセンブリ支持構造体１１２０に固定している。シリンダ１１５０の基端部１１６４は好ましくはシリンダ支持構造体１１５２の開口部１１６６内に固定される。ベルトクランプ１１６８は、ベルト１１３４が移動するに従ってシリンダスリープ１１４８が更にシリンダ１１５０に沿って移動するようにベルト１１３４をシリンダスリープ１１４８に結合している。ベルトクランプ１１６８は図９に示されたように、ネジ又はナットなどの固定部材１１７２を介して共に固定された２つのプレート１１７０を含み、それを通してベルト１１３４の通過を可能にする。
【００３７】
図１６に示されたように、シリンダ１１５０の内側にピストンを有するロッド１１７４が取り付けられている。ロッドはシリンダスリーブ１１４８に結合され、それにより、固定されたシリンダ１１５０に沿ってシリンダスリーブ１１４８が移動するほど、ピストン１１７６が両方向に加圧された空気の状態で空気の流れを生じるように空間１１７７を介して双方向に移動する。例えば、ピストン１１７６が矢印１１７９で示されたように右に移動するほど、圧縮空気の状態で加圧流体が生成され、流体導管１１７８（図９参照）を介してシリンダ１１５０の外に放出される。加圧空気はチューブ（図示せず）を通して心臓チャンバ２１００の心房側（後述する）に向けられる。ピストンが矢印１１８１で示されたように反対方向に移動するほど、加圧された空気を生成して、異なる空気導管１１８０（図９参照）を介して放出することができる。流体導管１１８０を介した加圧空気はチューブ（図示せず）を通して心臓チャンバ２１００の心室側（後述する）に向けられる。流体導管１１７８を介して心臓チャンバ２１００に排出する前に、加圧空気はシリンダからチューブコネクタ１１８３を介してコネクタ１１８５に出る。コネクタ１１８０を介して心臓チャンバ２１００に出る前に、加圧空気はシリンダからチューブコネクタ１１８７を介してコネクタ１３８９に出る。よって、双方向の移動は心臓シミュレータモジュール２１００の様々な部分に向けられ得る加圧空気の生成を可能にし、それによって対応する心臓シミュレータモジュール部の収縮を介して心房及び心室の「鼓動」をシミュレートし、それによって心臓チャンバの収縮期圧縮をシミュレートする。
【００３８】
シリンダスリーブ１１４８は、一端１１８２でプレート１１８４を介してロッド１１７４に結合されている。プレートは図１１に示されたように、締結部材１１８３を介してシリンダスリーブに固定されている。シリンダスリーブ１１４８の反対側の端部１１９１にはブッシング１１８８が存在する。同軸配置は、シリンダスリーブ１１４８が双方向に、すなわち、順方向／逆方向に直線的にシリンダに沿って移動することを可能にする。シリンダスリーブ１１４８は１つ以上のスロット１１８６を含んで、プーリーなどの他のコンポーネント、又はシリンダをシステムの他のコンポーネントに流動的に接続するために使用されるエルボコネクタ及び／又はチューブバーブなどの流体コネクタ装置と接触することなく移動を可能にしても良い。
【００３９】
更に、シリンダチューブアセンブリ１１４７は、シリンダスリーブ１１４８に結合可能な、１１９２で参照される第２のプーリーシステムを含む。第２のプーリーシステム１１９２は空気圧アクチュエータアセンブリ１１２３の制御及び操作のためにストローク調整を提供する。このシステムは、心腔圧縮を増加又は減少する空気量及び心臓出力、すなわち、心臓シミュレータモジュールから放出される流体量及び心臓シミュレータモジュールに流体を放出する力を制御する。第２のプーリーシステム１１９２は第２のプーリー支持構造体１１９４によって支持されている。第１の検知プレート（限界設定点）１１９８及び第２のホーム検知プレート１２００の使用を介して空気圧アクチュエータアセンブリ１１２３のストロークの変化をトリガとする機構を提供するためにインターポーザブラケット１１９６が使用されている。第１の検知プレート（限界設定点）１１９８及び第２のホーム検知プレート１２００の両方は、インターポーザブラケット１１９６がそこに亘る部分を通って移動することができるように適用される。検知プレート１１９８及び１２００の各々は切り欠き部１２０１及び１２０２を含んでも良く、シリンダスリーブ１１５０が双方向に移動するとインターポーザブラケット１１９６が切り欠き部１２０１及び１２０２を移動する。検知プレート１１９８及び１２００の両方は、インターポーザブラケット１１９６の方向性を検出するように構成されたレーザなどのセンサ（図示せず）を各々含む。
【００４０】
シリンダスリーブ１１４８が移動すると、取付インターポーザブラケット１１９６はセンサを作動させる第１の検知プレート（限界設定点）の部分を介して移動する。第１の検知プレートセンサは、電子制御モジュール１６００と電子的に接続されている。トリガイベント、インターポーザブラケット１１９６の検知はモータ１１２２と電気的に通信して極性を反転し、逆方向にモータを駆動する。そのような動作はベルト１１３４を逆転させる結果となり、更に、シリンダスリーブ１１５０を反転させる。インターポーザブラケット１１９６は第２のホーム検知プレート１２００に向けて反対方向に移動し、その目的地に到達すると、そのセンサを作動させる。インターポーザブラケット１１９６は電子制御モジュール１６００に電子的に接続された第２のセンサを作動させると、モータ１１２２は反転し、シリンダスリーブ１１４８及びインターポーザブラケット１１９６を反対方向に移動させ、又は元の方向に戻させる。シリンダスリーブ１１４８が双方向に移動していると、更に、取り付けられたロッドがピストン１１７６を動作させ、そのピストン１１７６の動きに従って空気がシリンダ１１５０から外に移動し、また流体排出口１１７８又は１１８０へ移動する。
【００４１】
このように、インターポーザブラケット１１９６は、空気圧イベントで変化を起こす、すなわち空気を心房モジュール又は心室モジュールに放出する前後の動きで振動し、逆の場合も反対方向にその動きで同じである。第１の検知プレート（限界設定点）１１９８と第２のホーム検知プレート１２００との間の距離は調整可能であり、それによってシリンダが各方向に移動する変化量を変更する。好ましくは、第１の検知プレート１１９８は第２のホーム検知プレート１２００がレール１２０３に固定されると第２のホーム検知プレート１２００に対して調整可能である。図６に示されたように、空気圧縮調整ノブ１２０４は第２のホーム検知プレート１２００に対して第１の検知プレート１１９８の位置を調整する。センサを移動することは、心房及び心室の収縮を増加／減少させるための機構を提供する。空気圧縮調整ノブ１２０４を係合させることは、シャフト１２０５が第２のプーリーアセンブリ１１９２の駆動プーリー１２０６を回転させ、第２のプーリーアセンブリベルト１２０８及び被駆動プーリー１２０９を動作させる。第１の検知プレート１１９８は第２のプーリーアセンブリベルト１２０８に固定され、それによってレール１２０３沿った方向に第１の検知プレート１１９８を動かす。シリンダスリーブの双方向の動きを制御するために、サーボ機構などのフィードバック機構を使用する装置を含む代替の機構を用いることができる。
【００４２】
マニホールド１２１４及び１２１６並びに２４Ｖソレノイドバルブ１２１８及び１２２０はシリンダチューブアセンブリ１１４７に空気圧で結合される。マニホールド１２１４及び１２１６並びに２４Ｖソレノイドバルブ１２１８及び１２２０は支持構造体１２１９によって支持され、支持構造体１２１９は空気圧アクチュエータアセンブリ支持構造体１１２０に固定可能である。ソレノイドバルブ１２１８及び１２２０は制御可能に開閉するように構成されて、空気がソレノイドエアーインコネクタ１２２１Ａ及び１２２１Ｂを介してシリンダ１１５０に入ることができるようにする機構を提供する。ピストン１１７６が図１６の矢印１１７９の方向に移動すると、ソレノイドのうちの１つ、例えば、１２１８は開いてシリンダ１１５０内の空間での空気を可能にする。別のソレノイド１２２０は閉じた位置にあり、それにより空気を第２の空間１２２７に向けることができない。第２の空間１２２７内の空気は、ピストン１１７６が矢印１１８１で示された反対方向に移動すると圧縮される。この動きの間には、ソレノイド１２１８は開いて空間１２２５での空気を可能にし、ソレノイド１２２０は閉じている。マニホールド１２１４に流動的に接続された圧力調整器１２２２は心房作動システムの過圧力を防止する。
【００４３】
図１７〜図２２は液圧モジュール１３００を例示している。液圧モジュール１３００は、１）システムを通って移動する流体内に混入した気泡を除去するための機構を提供し、２）液圧モジュール１３００へ（動脈巡回をシミュレートする）及びから循環し、解剖モジュール２０００（の肺巡回をシミュレートする）に戻って入る流体の流れに対する抵抗を制御することによって流体圧力（血圧をシミュレートする）制御を提供し、３）システムを介した流体の流れを開始する機構を提供するように構成される。流体圧力制御の調整は後述されるべき毛細管抵抗を調整することによって、また、後述されるコンプライアンスチャンバモジュール１５００を使用して血管の圧力測定法によって達成される。
【００４４】
他のモジュールと同様に、液圧モジュール１３００のコンポーネントの大部分は、液圧モジュールシャーシ１３０２内に収納されている。図１７及び図１８を参照すると、液圧モジュールシャーシ内に封入され、液圧モジュールシャーシ１３０２は、複数の側壁１３０４、１３０６、１３０８、１３１０及び底壁１３１２を含んでいる。側壁１３０６は、チューブ又は他の流体コネクタなどの外部装置に接続するために取り付けられた１つ以上の流体導管又はコネクタを有する凹部１３１４を含む。凹部１３１４は、ネジ１３１８又はピン１３２０などの締結部材を介して側壁１３０６の部分に固定するフランジ部１３１６Ａ、１３１６Ｂ、１３１６Ｃ、１３１６Ｄを含んでいる。図示のように、１つ以上の側壁は１つ以上の他の側壁に着脱自在に取り付けられても良い。上部パネル１３１９は、開口部１３２５、１３２６にピン１３２０、ネジ１３２２及びワッシャ１３２４を各々挿入することによって、側壁１３０４、１３０６、１３０８、１３１０に固定され、それによって、内側部分１３２８を形成している。
【００４５】
血液をシミュレートする液体などの流体は、解剖モジュール２０００及び液圧モジュール１３００の両方を介してシステム１０を循環する。解剖モジュール２０００及び液圧モジュール１３００の流体圧回路は解剖血管系モジュール２２００（図３１）及び相互接続されたループから構成され、相互接続されたループは動脈マニホールド２２２４（図３１）から制御モジュール１０００及び液圧モジュール１３００を介して通じ、肺マニホールド２２３６を介して解剖モジュール２０００に戻る。動脈マニホールド２２２４からの流体の通過は、凹パネル１０４２（図３）上のクイックディスコネクト流体コネクタ１０４４に液圧で接続される。流体は、クイックディスコネクト流体コネクタ１０４４から図４に示された入口マニホールド１３２９内の制御モジュール流体に通じる。入口マニホールド１３２９内の制御モジュール流体は図示しない動脈側に２つの出口ポートを含む。それらのポートのいずれか１つはコンプライアンスチャンバ１５００へバタフライバルブを介して接続されている。その他の接続はクイックディスコネクト流体コネクタ１３３０（図１８）を介して液圧モジュール１３００への流れを可能にしている。クイックディスコネクト流体コネクタ１３３０へのチューブの接続は、流体が液圧モジュール入口マニホールド１３３２に入ることを可能にする。
【００４６】
流体は液圧モジュール入口マニホールド１３３２のポート１３３４から気泡トラップ１３３６を介して流れる。気泡トラップ１３３６の例は入力チューブ及び出口ポートを含んでも良く、出口ポートでは入力チューブは空気を空気抜きバルブに伝わらせるために出口ポートより高い。気泡トラップ１３３６の入力チューブ及び出口ポートは流れ速度を減少させるために通常のシステム配管より容積が大きいチャンバ内に収納されている。液体に入り込んだ空気は分離されて、ポート１３３８を介して液圧モジュール入口マニホールド１３３２の不連続部に戻る。流体の流れは、続く透明なＰＶＣ管１３４２を介して液圧ループマニホールド１３４０へ続いており、ＰＶＣ管１３４２での流れは毛細管制限バルブ１３４８への出力ポート１３４６へ続いている。毛細管制限バルブ１３４８は、例えば、動脈及び肺をシミュレートした各回路を介した解剖モジュール２０００への流れ状態を調整する手段を提供する。毛細管制限バルブ１３４８は、人体に通常見出される毛細管抵抗を複製する能力をシステムに提供する。制限バルブ１３４８の調整は、人間の毛細血管及び動脈システムによって通常提供される抵抗をシミュレートする。毛細管制限バルブ１３４８の使用は、コンプライアンスチャンバ１５００を通じてシミュレートされる血管コンプライアンスと併せて機能し、心臓モジュール２１００と関連した抵抗、すなわち、心臓ポンプ、及び結果的に収縮期及び拡張期血圧の表現に関連した抵抗を決定する。調整ノブ１３４９による毛細管制限バルブ１３４８を通る流量の操作は、ライブ心臓系で見つけられる様々な流れ状態を表現する。毛細管制限バルブ１３４８からの流れは、流体がクイックディスコネクトポート１３５６を通って液圧モジュール１３５６から出る液圧モジュール出口マニホールド１３４４に通じる。流体は、クイックディスコネクトポート１３５６から、図３１に示された肺マニホールド２２３６で解剖モジュール２０００に戻るように入口マニホールド１３２９内の制御モジュール流体に流れ、流体は図３に示されたポート１０４６を介して出る。
【００４７】
液圧モジュール１３００は、流体リザーバ１４００に接続する図４に示されたインライン圧搾バルブポンプ１３５９への流体接続部１３５８を介した解剖及び液圧の流れ回路のための流体充填機能を提供する。圧搾バルブポンプ１３５９は流体リザーバモジュール１４００から液圧モジュール１３００に流体を引き込むように手動で作動される。代わりとして、電気ポンプなどの他の手段を介して流体を液圧モジュール１３００に引き込むことができる。後述の流体コネクタ１３５８を介して液圧モジュール１３００に入る流体は、三方ボールバルブ１３６０に接続され、三方ボールバルブ１３６０はサイドポートＡ、１３６０Ａ、サイドポートＢ、１３６０Ｂ、及びセンタディバーティングポート１３６０Ｃを有し「１」、「システムフィル(system fill)」とラベル表示されている。ボールバルブ１３６０は制御ノブ１３６２を使用してサイドポート１３６０Ａからディバーティングセンタポート１３６０Ｃへ接続し、接続なしのポートを閉位置に、また、ディバーティングポート１３６０Ｃにサイドポート１３６０Ｂを接続するように作動させ得る。コネクタ１３５８からの流体はサイドポート１３６０Ａを通って三方ボールバルブ１３６０に入り、バルブ１３６０が当該接続状態で作動されているならばセンタディバーティングポート１３６０Ｃを介して出る。流体はバルブポート１３６０Ｃから液圧モジュール出口マニホールド１３４４に流れる。初期流体充填サイクルの間において毛細管制限バルブ１３４８は閉位置に作動され、それにより、圧搾バルブポンプ１３５９から液圧回路にくみ出されている流体は、図１８に示されたデバブラー１３３６及びシステムクイックデエア（脱気）ベント１３６４に到達する前に流れ回路全体を通って伝わる必要がある。システムクイックデエアベント１３６４は、ループマニホールド１３４０のポート１３６６に配置され、初期流体充填だけのために通気機能を提供する。流体が内部に収納されたポペットフロートバルブ（図示せず）に到達すると、ベントは加圧されたシステムの使用の間において閉じる。流体充填及びデエアサイクルが完了するか、又はシステム充填バルブが使用されていない場合には、システム充填ボールバルブ１３６０は流体圧力を維持するために閉位置に作動される。
【００４８】
初期流体充填後に、毛細管抵抗弁１３４８が開かれ、動脈供給ライン（心臓シミュレータモジュール２１００から流体を移動させるための供給ライン）を表すチューブが切断される。心臓シミュレータモジュール２１００は解剖モジュール２１００を介して流体をくみ上げるために用いられ、頭が付属器官／組織モジュール２３００として用いられるならば、解剖回路の最も高い点からウイリス動脈輪(Circle of Willis)の出力に置かれたポイントを表すチューブなどの付属器官／組織モジュール２３００などへの流体接続を行うように解剖モジュール２１００を図３に示されたクイックディスコネクトコネクタ１０５６に向けることができる。流体は、図１８に示されたクイックディスコネクト流体コネクタ１３６７を介して液圧モジュール１３００に向けられる。クイックディスコネクト流体コネクタ１３６７を通って入る流体は本明細書では１３７２で示されたボールバルブ（図２１）に液圧で接続されており、図２２に「３」「モデルデエア(Model De-Air)」とラベル表示されている。三方ボールバルブ１３７２は、サイドポートＡ、１３７２Ａ、サイドポートＢ、１３７２Ｂ、センタディバーティングポート１３７２Ｃを有している。ボールバルブ１３７２は、サイドポート１３７２Ａからセンタディバーティングポート１３７２Ｃへ接続し、接続なしのポートを閉位置に、サイドポート１３７２Ｂをディバーティングポート１３７２Ｃに接続するように作動させ得る。流体はポート１３７２Ｃを通ってボールバルブ１３７２に入り、モデルデエアとしての使用ではバルブが当該位置に作動される場合には機能はポート１３７２Ａに接続されている。解剖血管モデルからの気泡を含む流体はサイドポート１３６４（図１８）を介して液圧マニホールド入力モジュール１３３２に入る。液圧入力マニホールド１３３２のサイドポート１３７４から入る気泡と流体はデバブラー１３３６を通過し、デバブラー１３３６では空気が分離され通気される。また、モデルデエアの三方ボールバルブ１３７２は、ノブ１３７６を使用してバルブ１３７２のポート１３７２Ｂを選択することによって神経血管の血管系としてシミュレートされた血管系モジュール２２００を介した追加の流れを伝えるために用いることができる。ノブ１３７６は液圧出口マニホールド１３４４のサイドポートに液圧で接続される。そのような動作は毛細管抵抗弁１３４８に流れの適切な量を設定するために使用することができる。
【００４９】
液圧システムのデエア回路は、急速デエアベント、システム圧力リリーフ１３７５、及びデバブラユニット１３３６からなる。これらのユニットは空気及び流体を共通のベントライン（図示せず）に放出する。共通のベントラインは三方ボールバルブ（図示されていないが、１３７７によって表され、図２２に「２」「システムデエア」とラベル表示されている）に液圧で接続される。１３７７で表されている三方ボールバルブはサイドポートＡ、サイドポートＢ、及びセンタディバーティングポートＣを有している。ノブ１３７８を使用して１３７７で表されている三方ボールバルブを作動させることができ、サイドポートＡからディバーティングセンタポートＣへ接続し、接続なしのポートを閉位置に、また、ディバーティングセンタポートＣにサイドポートＢを接続する。共通のベントラインは、ボールバルブ１３７７のサイドポートＡに液圧で接続される。そのバルブがポートＡとポートＣを接続するように作動された場合には、空気又は流体が１３７７で表されている三方ボールバルブを介して図１８に示された凹パネル１３１４の流体コネクタ１３５８に流れる。コネクタ１３５８を通過する流体はリザーバモジュール１４００のポートに放出される。システム圧力保持のためにシステムデエアバルブ１３７７を閉じることができる。
【００５０】
液圧モジュールは、システム充填ボールバルブ１３６０及びシステムデエアボールバルブ１３７７を作動させることによりトランスポート又はメンテナンスのために両方のバルブをそれらのＢポートに作動させることにより放出（ドレイン）位置に放出することができる。放出接続部はチューブ１３８０（図２０）に作られており、それはループマニホールド１３４０に接続している。液圧モジュール及び接続された回路は放出されると、ドレインベント１３８２（図１８）を介して空気が放出され、放出チューブ１３８０から放出する水を移動させる。液圧モジュール１３００はコネクタ１３８６を介して液圧入力マニホールド１３３２に流動的に接続されたゲージ１３８４を含んでも良い。また、ゲージ１３８４はコネクタ１３８８を介して圧力リーフバルブ１３７５に流動的に接続されても良い。よって、毛細管バルブ１３４８に到達する前に、動脈入力として表された流入流体圧力を測定するためにゲージ１３８４を用いることができる。０〜２００mm/Hgのような所望の流体圧力を達成することができるように過剰な圧力を流体リザーバモジュール１４００に放出することができる。
【００５１】
図２、図４及び図２３を参照すると、制御モジュール１０００は流体リザーバモジュール１４００を更に含んでいる。流体リザーバモジュール１４００は流体を保持する流体貯蔵チャンバ１４０２を含み、液体の逆流を制御するためにチェックバルブを含んでも良い。流体は血液をシミュレートする任意の液体を含むことができる。好ましい実施例では、液体は、人間の血液の粘度を複製したものであって、血管内装置、ワイヤ及びカテーテルが血管系システムを行き来するように摩擦係数を模倣した特性を有する透明な血液類似体である。代替としては、流体は全血液であることができる。よって、静脈又は動脈を通した血液の流れと同じ又は近似した粘度及び／又は流量を有するように任意の流体を用いることができ、また、任意の流体を変更することができる。その流体は、透明であっても良く、また、流体の流れをシステムを通して可視化することができるように染料を含んでも良い。任意の形態において、流体貯蔵チャンバ１４０２は、複数の側壁１４０４、１４０６、１４０８、及び１４１０並びに底壁１４１２（図示せず）を含んでいる。上部カバー１４１４は、流体を貯蔵するために包囲された内側部分１４１６を提供する。その上部分は、一端で制御モジュールチャンバシャーシの側壁１００６の上端部に及び締結梁１０２８に取り付けるために用いられる周囲周りに延びた突起部１４１８を含んでいる。上部カバー１４１４は、ゲージ１４２０などのインディクタ(indictors)を含んでも良い。流れのレベルの視覚的確認を提供するために窓を利用することができる。
【００５２】
液体を満たす及び／又は除去するために流体コネクタ１４２２を用いても良い。側壁１４０４の底部は、流体貯留チャンバ１４０２への流体接続用又は水放出システムへの取り付け用にシステムの他のコンポーネントへの流体コネクタを提供するために開口部１４２４及び１４２６を含んでいても良い。ハンドル１４２８及び１４３０は、制御モジュール１００２からの容易な取り外し及びそれへの配置を提供するために流体貯蔵チャンバ１４０２に付着する。上述されたように、流体の流れを始めるために、流体貯蔵チャンバ１４０２は、図４に示されたハンドポンプ１３５９のような本明細書において例示されたポンプに流動的に接続されている。圧迫又は圧縮によってハンドポンプ１３５９（図４参照）を係合することは、流体を流体貯蔵チャンバ１４０２から液圧モジュールへ流させる。液体の流れを活発にすることができる電気モジュール又は他のメカニズムに接続された電気ポンプを使用することができる。
【００５３】
図２４〜図２８を参照すると、コンプライアンスチャンバモジュール１５００が例示されている。コンプライアンスチャンバモジュール１５００は、システム流体貯蔵装置として作用し、血管系システム全体がモデル化されていないという事実のために補償を機能的に提供するように適合されている。よって、コンプライアンスチャンバは、システム１０が全人間心臓血管系システム内に含まれた全ての血管系の血管を複製しないならば心臓システムコンプライアンス及び補償の解剖学的に正しい範囲を提供する。例えば、下肢、特に、足への血管系は、血管系モジュール２２００の一部として一般的に含まれていない。不完全にモデル化された血管システムにポンピングしつつ解剖学的に正確な心臓生理学を用いて正確な心臓動態を複製するためにコンプライアンスチャンバが用いられる。コンプライアンスチャンバは、システムの非成形部品の血管の容積及び圧力測定をシミュレートする。圧力測定は、動脈の緊張をシミュレートし、コンプライアンスチャンバ１５００から空気を追加又は除去することによって変更することができる。空気量に応じて高血圧又は低血圧の状態をシミュレートすることができる。
【００５４】
好ましくは、コンプライアンスチャンバモジュール１５００は、流体の流れが血管系シミュレータモジュール２２００から戻って液圧モジュール１３００に向かって接近しているシステム内に配置され、入口マニホールド１３２９内の制御モジュール流体に流動的に加えることができる。流体はコンプライアンスチャンバモジュール１５００に入り、システムに戻って制御可能に交換することができる。コンプライアンスチャンバモジュール１５００は上部カバープレート１５０２、底プレート１５０４、及びその間に本体１５０６を含む。本体は、内部の内容物の可視化のために透明なプラスチック材料で構成することができる。ワッシャ１５１０と蝶ナット１５１２を介して上部カバープレート１５０２に取り付けられたいくつかのチャンバスタッドポスト１５０８は、底プレート１５０４に上部カバープレート１５０２を固定する。チャンバスタッドポスト１５０８は、一端でスイベルナット又はネジ付きナット１５１４を含んで底カバーに固定しても良い。本体１５０６は底プレート１５０４に配置されたスクリーン１５１６及びダイヤフラム１５１８を含む。ダイヤフラムは本体１５０６を上部及び底部に分離し、液体又はガス流体が拡散する又は横切ることを防止する材料からなる。
【００５５】
解剖モジュール２０００を介して循環し血液の流れを表す流体のような流体は、第１の流体入口／出口１５２０を介して本体１５０６に入る。ガスは第２の流体入口／出口１５２２を通ってダイヤフラム１５０８上の空間に入り込むことができ、ダイヤフラム１５１８に作用する背圧を提供する。本体１５０６内に収納された追加の空気又はガスは背圧を増加させる一方、ガスの除去は背圧を減少させる。コンプライアンスチャンバ内のガス量に基づいて、チャンバからの液体の流れがシステム１０内に戻って制御可能に放出される。第３の流体入口／出口１５２４は必要ならば高くなった過度の圧力を流し出すために使用され得る。Ｏリング１５２６及び１５２８は、上部カバープレート１５０２及び底部プレート１５０４各々に対して封止されている。コンプライアンスチャンバモジュール１５００は、コンプライアンスチャンバモジュールマウント１５３０上に置かれ、ネジ１５３２及び位置決めネジ１５３４などの締結装置を介して制御モジュールチャンバシャーシ１００２に固定する。ダイヤフラム１５１８の使用は単なる例示であり、当該技術分野で知られているピストン、バネ、又はブラダーを使用する他のアキュムレータに置き換えることができる。
【００５６】
図３０Ａ及び図３０Ｂを参照すると、電子制御モジュール１６００が実施例として例示されている。電子モジュール１６００は、実施されるべきタスクに基づいてシステムが機能する及び／又は変更されることを可能にする複数のロジックチップを含むシステム１０の主制御態様を含んでいる。図示の例では、電子制御モジュール１６００は、制御モジュールチャンバシャーシカバー１０１６の内面１０１８上に配置され、モジュール間の相互作用（インタラクション）を動作させるための電源及び回路を提供する主な機能を有している。
【００５７】
コンポーネントのいくつかは、制御モジュールチャンバシャーシカバー１０１６に固定され、電子モジュールカバー１６０２によって囲まれている。代替としては、コンポーネントは取り外し可能な電子モジュールシャーシ内に収容されても良い。本明細書では直流２４Ｖの安定化ＡＣ−ＤＣコンバータ１６０４として例示された主電源はシステム１０に電力を供給し、ケーブル１６１０を介して電源接続部１６０８で電子制御回路基板１６０６に電気的に接続されている。代替としては、主電源は外部の２４Ｖ直流バッテリーであっても良い。電子制御回路基板１６０６はシステム１０の様々なコンポーネント用の個々のロジック回路を含んでいる。その回路の各々は空気圧モジュールモータロジックコネクタ１６１２、第１及び第２のセンサロジックコネクタ１６１４（ホームセンサ）及び１６１８（リミットセンサ）、心房ソレノイドロジックコネクタ１６２０、心室ソレノイドロジックコネクタ１６２２、ハンドヘルドデバイスロジックコネクタ１６２１、並びにファンロジックコネクタ１６２３を含む様々な接続点で接続されている。空気圧モジュールモータロジックコネクタ１６１２、第１及び第２のセンサロジックコネクタ１６１４（ホームセンサ）及び１６１８（リミットセンサ）、心房ソレノイドロジックコネクタ１６２０、心室ソレノイドロジックコネクタ１６２２、ハンドヘルドデバイスロジックコネクタ１６２１、並びにファンロジックコネクタ１６２３はモータ１１２２、第１及び第２のセンサ１２１０及び１２１２、心房ソレノイド１２１６、心室ソレノイド１２１４、ファン１６２５（制御システムを冷却するため）、又は２４Ｖのアクセサリ１６２７に各々電気的に接続される。加えて、主電源１６０４は、電源入力１６２９にも電気的に接続されても良い。電気的接続は当該技術分野の当業者に公知の手段によって達成することができ、例えば、１６２８、１６３０、１６３２、１６３４、１６３６、及び１６３８などの電気コネクタの使用を介して接続する一連のケーブル及び電気配線の使用を含んでも良い。そのコネクタの各々は、電気ピン１６４０、電気ソケット１６４２、又は男性／男性のフィードスルーデバイス１６４４を含んでも良い。加えて、１つ以上のコネクタをサポートするためにブラケット１６４６を使用することができる。
【００５８】
ハンドヘルドデバイス１６４８は、回路ロジックコネクタ１６２１を介して電気モジュール１６２１に電気的に接続され、ユーザがシステムの機能を制御し、１つ以上のモジュールを操作する能力を可能にする。出願を通して記載された制御機構又は操作パラメータ調整のいずれかをハンドヘルドユニット１６４８を用いて制御することができる。図３０Ｃを参照すると、ハンドヘルドデバイス１６４８が例示されている。ハンドヘルドデバイス１６４８は、コマンドの機能と視覚インジケータの混合を提供するように構成されている。例えば、心臓モジュール２１００を制御するためにユーザによって心拍数制御ノブ１６５０を制御することができ、それによって心拍数（毎分当たりの脈拍）のシミュレーションに影響を与える。ランストップスイッチ１６５２は、システムの１つ以上の態様、好ましくは心臓の鼓動を一時停止するために作用するが、システムの他の態様を機能させることもできる。いくつかのインジケータＬＥＤは、限定されないが、電源１６５４、心房アセンブリ１６５６、心室アセンブリ１６５８、及びシステムラン１６６０を含むシステムの１つ以上の態様の機能を示すために使用される。
【００５９】
制御モジュール１０００は、心臓シミュレータモジュール２１００へ加圧された空気の流れ及び液体を供給することによって解剖モジュール２１００とインタラクションを行う。加圧空気の作用は、心臓シミュレータモジュール２１００が収縮及び拡大することにより人間又は動物の心臓の筋肉のように機能することを可能にし、血管系シミュレータモジュール２３００内を移動する血液の流れを表す流体を強要する。制御モジュールは加圧空気のパルスを心臓モジュール２１００に供給するように構成されている。流体圧及び流体の力／流れは心臓モジュールそれ自身のポンピング作用によって作成される。図３１〜図４０は血管系モジュール２２００と共に心臓シミュレータモジュール２１００のコンポーネントを例示している。それらの図は加えて、頭部として本明細書に示された付属器官／組織モジュール２３００の実施例の取り付けを示している。
【００６０】
心臓シミュレータモジュール２１００は、ネジ２１０６などの締結部材を介して支持ボード２１０２に固定されている。心臓シミュレータモジュール２１００は心臓の左側を表すいくつかのチャンバを備え、また、左心房アセンブリ２１０８として本明細書では示された心房アクチュエータ、及び左心室アセンブリ２１１０として本明細書では示された心室アクチュエータを含んでいる。標準のサイズ及び形状を用いてその心房及び心室をモールド化することができる。好ましくは、本発明は、心臓及びその血管系のコンピュータ断層撮影（ＣＴスキャン）の画像を用いてモールド化された心房及び心室を使用する。個別の患者の心房及び心室に類似した正確なサイズ及び形状を表すように心房及び心室をモールド化することができる。
【００６１】
左心房アセンブリ２１０８は、図示されていないチューブを介して流体コネクタ１１７８に空気圧で接続する。加圧空気は、チューブに嵌合するためのチューブバーブ２１１４へのエルボー接続部２１１２に結合されている心房空気圧インコネクタ２１１１を介して左心房アセンブリ２１０８に入る。左心房アセンブリ２１０８は、好ましくは、ウレタンなどの硬く、頑丈で、透明なキャストプラスチックから製造された外気空気圧支持構造体２１１６を含んでいる。外気空気圧支持構造体２１１６の内部には、チューブバーブ２１１４へのエルボー接続部２１１２に空気圧で接続される図３６に示されたフレキシブル蛇腹（ベローズ）アセンブリ２１２０が設けられている。空気圧モジュールから生成され、心房空気圧インコネクタ２１１１に空気圧で接続された空気圧はその蛇腹を膨らませる。追加の噴射ポートがシステム１０内の様々な位置に染料又は代表的な薬を注入するための機構を提供するために含まれても良い。蛇腹アセンブリ２１２０は拡張すると、左心房チャンバ２１２２を押しつける。心房外気空気圧支持構造体２１１６の底部端２１２４及び２１２６は図３８に示されたプレート２２２８及び２２３０に接続する。
【００６２】
左心房チャンバ２１２２は、好ましくは、収縮及び拡大することが可能な軟らかく、柔軟で、透明なシリコーンで作られている。適切な時に、すなわち左心房が収縮するときに、拡張して左心房に流体が逆流することなく、流体が左心室に流れることを可能にするために、左心房２１２８は本明細書では図３６に合成バルブ２１２９として示された如き一方向バルブを含む。そのバルブ２１２９は、僧帽弁を表し、例示として、合成の複製であっても良い。代替として、そのバルブは、スワイン（豚）などの実際の哺乳類の僧帽弁、又は人間の僧帽弁の移植であっても良い。
【００６３】
左心室モジュール２１１０は、図３４、図３６及び図３８に示されたように、左心室チャンバ２１３２を取り囲む左心室空気圧チャンバ２１３０からなる。左心室空気圧チャンバ２１３０は、好ましくはウレタンなど硬く、頑丈で、透明なキャストプラスチックから製造されている。左心室チャンバ２１３２は、シリコーンなどの軟らかく、柔軟で、透明なブラスチックで作られている。左心室空気圧チャンバ２１３０の第１の端部２１３４は左心房アセンブリ２１０８への、好ましくは心臓支持構造体２１３７への接続のためのフランジ２１３６を含んでいる。左心室空気圧チャンバ２１３０の第２の端部２１３８は第２のフランジ２１４０を含んでいる。第２のフランジ２１４０は、左心室チャンバ２１３２の頂部２１４２を取り囲むようにサイズ及び形状が決められたリング２１４１に接続する。本実施例では、頂部２１４２は左心室チャンバ２１３２の残り部分によっては収縮しない。代替の実施例では、頂部２１４２は図４０に示されたように左心室空気圧チャンバ２１３０によって完全に取り囲まれている。
【００６４】
図３９に示されたように、左心室チャンバ２１３２は血管系を含んでいない。代替の実施例では、左心室チャンバ２１３２は、左心室チャンバ２１３２の左冠状動脈、左回旋動脈、左辺縁動脈、左下行前動脈、及び対角枝などの解剖学的に正確な血管系２１４４を含む。血管系は、「正常な」血管系であっても良く、又は疾患状態の血管系のものとすることもできる。加えて、正常又は疾患状態の血管系は、（ＣＴスキャン、ＭＲ及び／又は回転血管造影法を使用することによって）個別の患者の正確な血管系を表すために適合させることができ、又は特に非患者の正常／疾患状態を表すように構成することができる。更に、心室チャンバ２１３２の部分が、図４０に示されたように、（心室肥大をシミュレートする）厚い部分２１４６及び／又は（心室発育不全をシミュレートする）より薄い部分２１４８を含み、収縮及び拡大に対して心臓の異なる抵抗をシミュレートしても良い。図示されていないが、そのような特徴は同様に心房に適用しても良い。左心室モジュール２１１０は、様々なコネクタを介して血管系モジュール２２００の１つ以上の部品に流動的に接続されている。例えば、流体は、図３５に示されたように、左心室から出て、本明細書では合成大動脈弁２１５０として示されたバルブを介して血管系モジュール２２００に流れる。合成大動脈弁２１５０は、合成プラスチックから構築されても良く、又はスワイン／ ポォーサァィンなどの動物又は人間の大動脈弁であっても良い。いずれの場合も、バルブ２１５０は、流体が一方向に、すなわち、左心室チャンバから出て、そして血管系モジュール２２００へ適切な時に流れることを可能にするように構成されている。
【００６５】
血管系モジュール２２００は、心臓シミュレータモジュール２１００内への及び心臓シミュレータモジュール２１００から離れる流体の流れを与える合成チューブなどの複数の部材からなる。心房及び心室と同様に、特定の患者の血管系のサイズ、形状及び圧力測定法を複製して血管系モジュール２２００のチューブを作っても良い。好ましくは、チューブは、所望の必要性に対応する曲げモジュール、又は剛性を有する透明な医療グレードのプラスチックで作られている。図１、図３４及び図３７を参照すると、流体は左心室チャンバ２１３２から出て、そして大動脈２２０２及び大動脈弓２２０３を表すチューブに流れ込む。限定されないが、２２０４（鎖骨下動脈）、２２０６（右総頸動脈）、及び２２０８（腕頭動脈）などの１つ以上の大動脈コネクタは、椎骨動脈２２１０を表すチューブなどの血管系モジュール２２００の他のコンポーネントに流動的に取り付けるために、また、ブロック図の図１に示されたように、周辺器官／組織シミュレータモジュール２３００（図３１参照）、流体コネクタ２３１０（図３１参照）に接続された左総頸動脈２２１２、及び流体コネクタ２３１２（図３１参照）に接続された右総頸動脈２２１４に流動的に接続するために使用される。更に、流体は下行大動脈２２１６に流れ、右腸骨動脈２２１８及び左腸骨動脈２２２０に接続する。心臓シミュレータモジュール２１００から出た流体の流れは、チューブを介して、そして図３１に示されたように、流体が移動するシステムのどの部分かに応じて１つ以上の動脈マニホールド入口２２２６、２２２８、２２３０、２２３１又は２２３２を介して最終的に動脈マニホールド２２２４に移動される。流体は出力コネクタ２２３４を介して、制御モジュール１０００に戻るチューブ（図示せず）を介して動脈マニホールド２２２４の外に移動する。
【００６６】
流体は、通常、心臓シミュレータモジュール２１００に入り、そして肺マニホールド２２３６を介して血管系モジュール２２００に流れる。流体は、肺マニホールド入口２２３８を介して肺マニホールド２２３６に流入し、肺マニホールド出口２２４０、２２４２、２２４４及び２２４６からのチューブに流れ出す。出口２２４０〜２２４６は、ブロック図の図１に示されたように、２つの左肺静脈２２４８及び２２５０、並びに２つの右肺静脈２２５２及び２２５４を表すチューブに接続する。２つの左肺静脈２２４８及び２２５０並びに２つの右肺静脈２２５２及び２２５４は左心房チャンバ２１３２に直接流入する。
【００６７】
血管系モジュール２２００のコンポーネントの各々は、支持プレート接続要素２２５８を介して支持プレート２１０２に搭載された調整可能な昇降ポスト２２５６によって支持されても良い。調整可能な昇降ポスト２２５６は、解剖モジュール２０００内の流れ及び圧力の波伝送に対する解剖要素の自然反応の干渉を防ぐように適合されたタブ要素２２６０を含む。ポスト２２５６は観察及び特徴付けのために心臓血管系システム１０の解剖部品及び／又は表面の３６０度のアクセス及び可視化を提供する。ポスト２２５６は、Ｚ軸方向に調整可能であり、Ｘ及びＹ座標移動ブラケットに搭載され得る。組み合わせの動きは、連続した解剖モデルに沿った様々な増分で解剖関係に対してねじれ又はオフセットの増大を可能にする。また、ポスト２２５６は、解剖モジュール２０００の半透明又は透明のコンポーネントを介して解剖モジュール２０００の内部に戻る経路を照らすために１つ以上のチューブに光照明を提供する。また、ポスト２２５６は、コンポーネントの１つ以上の交換のため又は他の解剖プロファイルの好みとの交換のために解剖モジュール２０００の１つ以上の部品からの素早い切断を提供する。
【００６８】
図３１〜３３及び図４１を参照すると、周辺器官／組織モジュールは頭部２３０２として示されている。頭部２３０２はネジ又はナットなどの締結部材２３０８を介してボード２３０５及び／又は上部２３０６に接続された底部２３０４を含んでいる。そのような構成は、上部２３０６が除去又は交換されることを可能にする。底部２３０４は、血管系モジュール２２００の１つ以上のコンポーネントに頭部２３０２を流動的に接続するように構成された１つ以上の流体コネクタ２３１０及び２３１２を含んでいる。そのような流体コネクタは、ユーザが周辺器官又は組織で外科的技術又は処置の効果を評価することを可能にする。
【００６９】
図４１は、脳血管系を表す複数のチューブ２３１２及び２３１４を有する頭部２３０２を例示している。脳血管系はくも膜下腔及び周囲の脳内の血管のコンプライアンスを模倣するために、材料２３１６のようなゲル内に配置される。頸動脈分岐から頭蓋内の血液循環への血管系システム、及びどんな病状も複製することができる。また、頭部ユニット２３０２は、コネクタ１０５４などのシステム１０の他の部分に接続可能な追加のチューブ２３１８を含むことができる。
【００７０】
図１に戻って参照すると、本発明は、シミュレータ装置１０のサイクルの例示を通して示すことができる。このような流体貯蔵モジュール１４００内に格納された、システムを通る血流を表す液体などの流体は、一体型チェックバルブモジュール１４３２によって手動ハンドポンプ１３５９を通過される。その流体は、第１の気泡除去器（デバデラー）及び／又は急速気泡除去器を通過されてそこに存在する気泡及び／又はガスが除去される。気泡の除去は、システムの心臓ダイナミクスの精度及び正確性に悪影響を与える流体ダイナミクス異常を防止し、それによって全体のシステム性能を高める。気泡除去が完了すると、流体は肺マニホールド２２３６に流動的に接続されているチューブを介して解剖モジュール２０００に入る。肺マニホールド２２３６内の流体は、本明細書に記載されたシステムで使用されていない肺から戻る酸素化された血液を表し、２つの左肺静脈及び２つの右静脈を介して左心房アセンブリ２１０８へ流れる。
【００７１】
心房チャンバ２１２２は流体で満たされ、回路の収縮期側で測定された流体の圧力は、人間の心臓（５０〜８０mmHg）の拡張期圧のための最小正常範囲にあるように制御モジュール１０００によって制御される。システムによって得られた１２０／８０（収縮期／拡張期）の実際の血圧は、（心臓シミュレータモジュールとの関係において、制御モジュールを操作することによってシミュレートされた）流体流量、心臓のシミュレートされた心拍数、動脈圧縮、心室圧縮（或いは、心房チャンバ又は心室チャンバから外に出た流体量としてシミュレートされた、駆出率）、毛細管抵抗（コンプライアンスチャンバの操作によりシミュレートされた効果）、及び血管圧力測定又は張力（コンプライアンスチャンバの操作によりシミュレートされた効果）の組み合わせ機能である。
【００７２】
システムは収縮期及び拡張期の値を独立して調整しないが、これらのパラメータの様々な組み合わせは多かれ少なかれ収縮期及び拡張期の数値に影響を与える。様々な疾患状態をシミュレートするために拡張期の血圧の値を正常範囲より上下に操作することができる。制御モジュール１０００によって開始され、左心房が収縮される。電子モジュール１６００はモータ１１２２を時計回り又は反時計回りの方向に駆動し、加圧空気の流れを左心房チャンバ２１２８に向かわせる方向にシリンダ１１５０内のピストンを双方向に移動させる。生成された加圧空気はチューブを介して流れ、左心房２１２８の外気圧支持構造体２１１６に入る。空気は心房ベロー２１２６を左心房チャンバ２１２２に対して圧縮させ、左心房チャンバ２１２２内の容量を減らす。その容量の減少は僧帽弁２１２９を通って、左心室空気圧チャンバ２１３０に流体が放出される結果となる。
【００７３】
適切なタイミングで、シリンダ内を移動するピストンの戻り行程から生成された加圧空気は、制御モジュール及び第２のプーリーシステムのインタラクション（相互作用）によって制御される。生成された加圧空気は、左心室空気圧チャンバ２１３０へ血管系モジュールのチューブを介して移動する。加圧された流体は、左心室チャンバ２１３２内の容量を減少させ、合成大動脈弁２１５０を介して大動脈弓２２０２へ流体を排出する結果となる。その流体の圧力は通常の収縮期圧力１００〜１６０mmHgの正常範囲内に設定される。心臓の毎分７０拍、及び駆出率（５０〜６５％）で流れの流量２〜６Ｌ/分が人間の心臓の通常範囲内に設定される。しかしながら、そのような条件は、それらの対応する圧力、容量流量、駆出率、又はそれらの組み合わせを変更するために電子制御モジュール１６００によって操作することができる。左心室チャンバから排出される流体は、圧力下にあり、椎骨動脈、左総頸動脈、右総頸動脈などの心室モジュールの様々な部分を介して流れる。また、流体は、下行大動脈に下って右腸骨動脈及び左腸骨動脈に流れる。最終的には、全ての流体は、動脈マニホールド２２２４に向けられ、流量が調整される制御モジュール１０００に戻るように向けられ、気泡が除去される。毛細管抵抗の設定、クコンプライアンスチャンバ背圧調整の組み合わせを介して、また、様々なデュロメータ値を有する動脈を表すモールド化血管系シミュレータモジュールを介してなどのいくつかの機構を介して、血管張力をシミュレートしかつ調整することができる。そして、液体は新たなサイクルを開始するために肺マニホールドに戻される。
【００７４】
上述したように、異常な心臓状態は、流体制御システム内の制御及び調整から送られたコマンドを介して心房／心室空気シリンダによって生成される空気バーストの力、持続時間、及び頻度を変化させることによってシミュレートすることができる。
【００７５】
本明細書で言及した全ての特許及び刊行物は、本発明が関連する技術分野の当業者のレベルを示すものである。各刊行物が具体的かつ個別に参照により組み入れられることが示されたかのように全ての特許及び刊行物は、本明細書に同程度に参照により組み込まれる。
【００７６】
本発明の特定の形態が図示されているが、それは本明細書に記載及び示された特定の形態又は配置に限定されるものではないことが理解されるべきである。様々な変更が本発明の範囲から逸脱することなく行われること、また、本発明が本明細書及び本明細書中に含まれる任意の図面に記載されているものに限定されるものではないことは当該技術分野の当業者には明らかである。
【００７７】
当該技術分野の当業者は、本発明が目的を実行し、記載された結果及び利点、並びにそこに内在することを得るように適合されていることを容易に認識することができる。本明細書に記載の実施例、方法、手順、及び技術は、好ましい実施例の現在の代表であり、例示を意図したものであり、範囲を限定するものではない。本発明の精神の範囲内に包含され、添付の特許請求の範囲によって定義された中の変更及び他の使用は当該技術分野の当業者には思い付く。本発明は特定の好ましい実施形態に関連して説明してきたが、特許請求された本発明はそのような特定の態様に不当に限定されるべきではないことを理解すべきである。実際、当業者に明らかである本発明を実施するための記載された様式の様々な改変は、添付の特許請求の範囲の範囲内にあることが意図される。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０Ａ】
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【図３０Ｂ】
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【図３０Ｃ】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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