(57)【要約】  医療シミュレータ１は、外科手術訓練時に所定の外科処置が模擬的に施される模擬部材２０と、模擬部材２０を保持するアーム部材３０と、アーム部材３０に設けられ、模擬部材２０に対する直交三軸方向の圧縮力又は引張力をそれぞれ測定する第１の力センサ４０ａ、第２の力センサ４０ｂ及び第３の力センサ４０ｃと、各力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃにより測定された直交三軸方向の圧縮力又は引張力の測定値に基づいて、所定の外科処置における手技を評価する評価手段とを備えている。
2017204311.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外科手術訓練時に所定の外科処置が模擬的に施される模擬部材と、
前記模擬部材を保持するアーム部材と、
前記アーム部材に設けられ、前記模擬部材に対する直交三軸方向の圧縮力又は引張力を測定する力センサと、
前記力センサにより測定された前記直交三軸方向の圧縮力又は引張力の測定値に基づいて、前記所定の外科処置における手技を評価する評価手段と
を備えていることを特徴とする医療シミュレータ。
【請求項２】
前記評価手段の評価結果に基づいて警告を発する警告手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の医療シミュレータ。
【請求項３】
前記評価手段は、前記直交三軸方向の圧縮力又は引張力の測定値を、予め設定された前記圧縮力又は引張力の閾値と比較して、前記測定値が前記閾値の範囲外にある場合に、前記警告手段に警告信号を出力することを特徴とする請求項２に記載の医療シミュレータ。
【請求項４】
前記警告手段は、前記評価手段から出力された前記警告信号を入力し、その信号に基づいて警告を発することを特徴とする請求項３に記載の医療シミュレータ。
【請求項５】
前記評価手段は、前記直交三軸方向の圧縮力又は引張力の測定値をグラフ化し、そのグラフを表示装置に表示することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の医療シミュレータ。
【請求項６】
前記力センサにより測定された前記直交三軸方向の圧縮力又は引張力の測定値と、前記評価手段により作成された前記グラフとを保存する保存手段を備えていることを特徴とする請求項５に記載の医療シミュレータ。
【請求項７】
前記模擬部材に対する直交三軸方向を、それぞれ第１の軸方向、第２の軸方向及び第３の軸方向としたとき、
前記第１の軸方向に対する圧縮力又は引張力を測定する第１の力センサと、
前記第２の軸方向に対する圧縮力又は引張力を測定する第２の力センサと、
前記第３の軸方向に対する圧縮力又は引張力を測定する第３の力センサと
を備え、
前記第１の力センサ、前記第２の力センサ及び前記第３の力センサは、それぞれ歪ゲージ式ロードセルであることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の医療シミュレータ。
【請求項８】
外科手術訓練時に所定の外科処置が模擬的に施される１組の模擬部材と、
前記１組の模擬部材をそれぞれ保持する１組のアーム部材と、
前記１組のアーム部材の少なくとも一方に設けられ、前記１組の模擬部材に対する結紮力を測定する第４の力センサと
を備え、
前記評価手段は、前記力センサにより測定された前記直交三軸方向の圧縮力又は引張力の測定値、及び、前記第４の力センサにより測定された結紮力の測定値に基づいて、前記所定の外科処置における手技を評価することを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の医療シミュレータ。
【請求項９】
前記第４の力センサは、歪ゲージ式ロードセルであることを特徴とする請求項８に記載の医療シミュレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、様々な外科手術で行う各処置における手技を客観的に評価し、個々の技量を向上させるための訓練を行うことが可能な医療シミュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の外科手術は、コンピュータ、ロボット、内視鏡等の医療機器が応用されるようになり、経験と勘に頼った従来の外科手術とは大きく異なってきている。そのため、手技そのものが複雑になり、その習熟も容易ではなくなりつつある。一方、これらの医療機器を用いない従来の古典的手術分野では、手術頻度の減少により技術の習得が困難となっている。しかしながら、人体に対する訓練は厳しく制限されており、動物愛護の観点から動物実験も制限されつつある。そこで、近年、術者や助手がいきなり本番の手術に挑むのではなく、予め十分な訓練を積んだ後に、実際に患者に対して実践することが可能となる、或いは、医師や医学生が外科手術で行う各処置における手技の習得が可能となる外科手術用の訓練装置（医療シミュレータ）が提案されている。【０００３】
例えば、特許文献１には、訓練対象を模した訓練対象オブジェクトと、器具を模した器具オブジェクトとを画面上に表示させる表示部と、ユーザが保持する前記器具の位置を検出する位置検出部と、ユーザが保持する前記器具の状態を検出する状態検出部と、検出された前記位置及び前記状態に対応して前記器具オブジェクトの位置及び状態を変化させ、この変化によって前記器具オブジェクトが前記訓練対象オブジェクトから受ける外力を算出する情報処理部と、前記器具に取り付けられる接続部材と、当該訓練装置から前記接続部材へと伸びて前記接続部材を介して前記器具に引っ張り方向の力を伝達する伝達部材と、前記引っ張り方向の力を発生させ、それを前記伝達部材に与える駆動部と、前記駆動部を制御する制御部とを備えた訓練装置が提案されている。この装置は、前記駆動部に、設定された大きさの前記引っ張り方向の力を初期力として発生させておき、前記情報処理部によって算出された前記外力が、触力覚として、前記接続部材及び前記器具を介して前記ユーザに伝達されるように、前記初期力を増加又は減少させることにより、外科手術等の器具を用いた技能の訓練を仮想空間内で実現することができる。【０００４】
特許文献２には、外科手術訓練時に所定の処置が施される模擬体と、この模擬体を保持する保持体と、この保持体を動作可能に支持する支持体と、前記保持体及び支持体を連結する連結部材と、前記保持体の動作を制御する制御ユニットとを備え、前記連結部材は、電流が流れると原形状に対して収縮可能な形状記憶材料により形成され、前記制御ユニットは、前記連結部材に所定のタイミングで電流を供給する駆動信号発生手段を備えた外科手術訓練装置が提案されている。この装置は、前記駆動信号発生手段において、前記連結部材に対する電流の供給状態を変化させることで、前記連結部材の形状の変化を伴って前記保持体の動作制御を行うことにより、拍動下での心臓外科手術等を想定して、動いた状態の生体組織に対して、吻合、結紮、切断等の各種処置の訓練を行うことができる。【０００５】
しかしながら、経験の少ない医師や医学生等の評価対象者が上述の訓練装置を単独で用いても自己の手技を客観的に評価するツールが現存しないため、指導者の立会による主観的な評価を求めるしかない。訓練にあたっては常に指導者が必要となり、訓練を評価対象者単独で効率的に行えないという不都合が生じる。さらにこのような指導者がついた場合でも指導者の主観的な判断基準に基づき評価されるため、手技の評価が正確に行われない可能性がある。また、あくまでも指導者の主観的な判断基準に基づく評価であるため、評価内容（項目）も統一されておらず、評価対象者側の技術レベルや要望等に応じた評価結果を通知することは困難である。【０００６】
そこで、特許文献３には、評価対象者が医療行為を模擬的に行う対象部位を含み、当該対象部位の周囲に作用する力により弾性変形可能な軟素材と、この軟素材の弾性変形に伴う直交三軸方向の状態量を測定可能なセンサと、このセンサの測定値に基づいて、前記医療行為に対する手技の評価値を求める手技評価装置とを備えた医療用手技評価システムが提案されている。このシステムは、前記手技評価装置において、前記センサによって測定された直交三軸方向の各状態量に基づく値を予め設定された評価関数に代入して前記評価値を算出し、前記センサは、発光素子及び受光素子を備えた反射型フォトインタラプタであり、前記発光素子からの光が前記軟素材に反射して前記受光素子で受光可能な位置に設けられ、前記受光素子を通過する電流の変化に基づき、前記評価関数への代入値を求めることにより、手術時の処置等の各種医療行為に対する医師及び医学生の手技を客観的に評価することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５−１１８３２３号公報
【特許文献２】特開２００９−１３３８７８号公報
【特許文献３】特許第５０８３７７６号公報
【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３に記載の医療用手技評価システムは、上記軟素材の弾性変形に伴う直交三軸方向の状態量を、反射型フォトインタラプタ（フォトリフレクタともいう）を用いて測定している。かかる方法では、力の測定に測定対象である軟素材の弾性変形を利用しているため、当該素材の柔軟性や弾力性、或いは温度等の測定環境により変形度合いが異なり、精密な測定を行うことは困難である。即ち、心臓外科医や一般外科医等の高度な技術を評価するには、測定対象における力の測定に定量性が求められるところ、当該システムでは定性的な測定しかできず、客観的な評価が難しいという問題が生じる。更に、当該システムでは定性的な測定結果から高度且つ複雑な各手技を評価することは困難であり、評価可能な手技が限られるという問題もある。このため、当該システムを用いても、評価対象者側の技術レベルや要望等に応じた評価結果を通知することは困難である。【０００９】
本発明は、上記実情に鑑みて提案されたものであり、医師や医学生等の評価対象者における個々の技量を客観的に評価することができ、外科手術の手技を向上させるための訓練を行うことが可能な医療シミュレータ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】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明に係る医療シミュレータの第１の態様は、外科手術訓練時に所定の外科処置が模擬的に施される模擬部材と、前記模擬部材を保持するアーム部材と、前記アーム部材に設けられ、前記模擬部材に対する直交三軸方向の圧縮力又は引張力を測定する力センサと、前記力センサにより測定された前記直交三軸方向の圧縮力又は引張力の測定値に基づいて、前記所定の外科処置における手技を評価する評価手段とを備えていることを特徴とする。【００１１】
上記医療シミュレータの第１の態様によれば、模擬部材に対する直交三軸方向の圧縮力又は引張力を測定し、これらの測定値に基づき、医師や医学生等の評価対象者の外科処置における手技を評価することにより、個々の技量を客観的に評価することができる。【００１２】
上記医療シミュレータの第２の態様は、前記評価手段の評価結果に基づいて警告を発する警告手段を備えていることを特徴とする。【００１３】
上記医療シミュレータの第２の態様によれば、警告手段が発した警告により、自身の外科処置におけるミスをリアルタイムで認識することができる。【００１４】
上記医療シミュレータの第３の態様は、前記評価手段は、前記直交三軸方向の圧縮力又は引張力の測定値を、予め設定された前記圧縮力又は引張力の閾値と比較して、前記測定値が前記閾値の範囲外にある場合に、前記警告手段に警告信号を出力することを特徴とする。【００１５】
上記医療シミュレータの第３の態様によれば、模擬部材に対する直交三軸方向の圧縮力又は引張力の測定値と、予め設定された圧縮力又は引張力の閾値との比較により、高い精度で個々の技量を客観的に評価することができる。【００１６】
上記医療シミュレータの第４の態様は、前記警告手段は、前記評価手段から出力された前記警告信号を入力し、その信号に基づいて警告を発することを特徴とする。【００１７】
上記医療シミュレータの第４の態様によれば、評価手段からの警告信号に基づいて警告手段が発した警告により、自身の外科処置におけるミスの程度を定量的に認識することができる。【００１８】
上記医療シミュレータの第５の態様は、前記評価手段は、前記直交三軸方向の圧縮力又は引張力の測定値をグラフ化し、そのグラフを表示装置に表示することを特徴とする。【００１９】
上記医療シミュレータの第５の態様によれば、グラフ化された直交三軸方向の圧縮力又は引張力の測定値を表示装置に表示することにより、個々の技量を可視化することができ、その内容を訓練しながら容易に確認することができる。【００２０】
上記医療シミュレータの第６の態様は、前記力センサにより測定された前記直交三軸方向の圧縮力又は引張力の測定値と、前記評価手段により作成された前記グラフとを保存する保存手段を備えていることを特徴とする。【００２１】
上記医療シミュレータの第６の態様によれば、力センサにより測定された直交三軸方向の圧縮力又は引張力の測定値（データ）と、評価手段により作成されたグラフとを保存手段に保存することができ、それらを何時でも呼び出すことができる。これにより、過去のデータや熟練者のデータに基づき作成されたグラフと、自己のデータに基づき作成されたグラフとをそれぞれ比較を行うことにより、技量の上達度や目標に対する達成度を確認することができ、その結果を客観的に評価することができる。【００２２】
上記医療シミュレータの第７の態様は、前記模擬部材に対する直交三軸方向を、それぞれ第１の軸方向、第２の軸方向及び第３の軸方向としたとき、前記第１の軸方向に対する圧縮力又は引張力を測定する第１の力センサと、前記第２の軸方向に対する圧縮力又は引張力を測定する第２の力センサと、前記第３の軸方向に対する圧縮力又は引張力を測定する第３の力センサとを備え、前記第１の力センサ、前記第２の力センサ及び前記第３の力センサは、それぞれ歪ゲージ式ロードセルであることを特徴とする。【００２３】
上記医療シミュレータの第７の態様によれば、第１の力センサ、第２の力センサ及び第３の力センサとして歪ゲージ式ロードセルを用いることで、より簡易な構成で容易に直交三軸方向に対する圧縮力又は引張力を測定することができる。【００２４】
上記医療シミュレータの第８の態様は、外科手術訓練時に所定の外科処置が模擬的に施される１組の模擬部材と、前記１組の模擬部材をそれぞれ保持する１組のアーム部材と、前記１組のアーム部材の少なくとも一方に設けられ、前記１組の模擬部材に対する結紮力を測定する第４の力センサとを備え、前記評価手段は、前記力センサにより測定された前記直交三軸方向の圧縮力又は引張力の測定値、及び、前記第４の力センサにより測定された結紮力の測定値に基づいて、前記所定の外科処置における手技を評価することを特徴とする。【００２５】
上記医療シミュレータの第８の態様によれば、模擬部材に対する直交三軸方向の圧縮力又は引張力を測定することができると共に、結紮力も測定することができるので、当該医療シミュレータの適用範囲を広げることができる。【００２６】
上記医療シミュレータの第９の態様は、前記第４の力センサは、歪ゲージ式ロードセルであることを特徴とする。【００２７】
上記医療シミュレータの第９の態様によれば、第４の力センサとして歪ゲージ式ロードセルを用いることで、より簡易な構成で容易に結紮力を測定することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、医師や医学生等の評価対象者における個々の技量を客観的に評価することができ、外科手術の手技を向上させるための訓練を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施形態１にかかる医療シミュレータの一例を示す斜視図である。
【図２】実施形態１にかかる医療シミュレータのインターフェイス部及び処理部の構成の一例を示す図である。
【図３】実施形態１にかかる医療シミュレータの使用態様の一例を示す斜視図である。
【図４】実施形態１にかかる医療シミュレータの動作の一例を説明するフローチャートである。
【図５】実施形態１にかかる医療シミュレータの採点方法の一例を説明するフローチャートである。
【図６】実施形態２にかかる医療シミュレータの一例を示す斜視図である。
【図７】実施形態３にかかる医療シミュレータの使用態様の一例を示す斜視図であり、（ａ）は縫合前の状態を示す斜視図であり、（ｂ）は縫合開始時の状態を示す斜視図であり、（ｃ）は縫合中の状態を示す斜視図であり、（ｄ）は縫合終了時の状態を示す斜視図である。
【図８】実施形態４にかかる医療シミュレータの使用態様の一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、各図面を参照して本発明の実施形態を説明する。ただし、以下の説明は、本発明の一態様を示すものであって、本発明の範囲内で任意に変更可能である。各図面において同じ符号を付したものは、同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。また、各図において、Ｘ，Ｙ及びＺは、互いに直交する３つの空間軸を表している。本明細書では、これらの軸に沿った方向を、それぞれ第１の方向Ｘ（Ｘ方向）、第２の方向Ｙ（Ｙ方向）及び第３の方向Ｚ（Ｚ方向）とし、各図面の矢印の向かう方向を正（＋）方向、矢印の反対方向を負（−）方向として説明する。Ｘ方向及びＹ方向は、各構成部材の面内方向を表し、Ｚ方向は、各構成部材の厚み方向又は高さ方向を表す。
【００３１】
（実施形態１）
＜医療シミュレータ＞
本発明の実施形態１にかかる医療シミュレータの装置構成について説明する。
【００３２】
図１は、実施形態１にかかる医療シミュレータの一例を示す斜視図である。図示するように、医療シミュレータ１は、金属板からなる基材１０上に、動脈を模した模擬部材２０と、模擬部材２０を保持するアーム部材３０と、模擬部材２０に対する直交三軸方向の圧縮力又は引張力をそれぞれ測定する第１の力センサ４０ａ、第２の力センサ４０ｂ及び第３の力センサ４０ｃとが、後述する所定位置にそれぞれ配置され、これらの力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃが配線５０ａ，５０ｂ，５０ｃを介して医療シミュレータ１を制御するインターフェイス部６０に電気的に接続され、これらの構成要素が配置された基材１０が、金属箱体からなる筐体７０に収容されて構成されている。この筐体７０は、各要素が配置された基材１０を収容する収容部７１と、上方を覆って基材１０上の各要素を保護する蓋部７２とからなり、蓋部７２で覆われると、蓋部７２の上部に形成された開口部７２１から、模擬部材２０及びアーム部材３０の一部が露出した状態が保持される。これにより、外部からの衝撃等から装置内部を保護しつつ各種訓練を行うことができると共に、模擬部材２０に対する直交三軸方向の圧縮力又は引張力の測定誤差を低減して測定精度を高めることができる。
【００３３】
医療シミュレータ１にあっては、筐体７０内に収容された基材１０上の±Ｘ方向両端部側に、インターフェイス部６０と第３の力センサ４０ｃを基材１０上に固定する固定部材８０とが対向して固定されている。基材１０、インターフェイス部６０及び固定部材８０により形成される空間内には、模擬部材２０が各力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃを介して支持されるように設けられている。即ち、模擬部材２０は、アーム部材３０を介して第１の力センサ４０ａに支持され、模擬部材２０及び第１の力センサ４０ａは、第２の力センサ４０ｂに支持され、模擬部材２０、第１の力センサ４０ａ及び第２の力センサ４０ｂは、第３の力センサ４０ｃに支持され、模擬部材２０、第１の力センサ４０ａ、第２の力センサ４０ｂ及び第３の力センサ４０ｃは、固定部材８０に支持されている。つまり、本実施形態では、模擬部材２０は、各力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃを含むセンサ構造体により支持され、更に、模擬部材２０及び各力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃを含む構造体は、基材１０上の固定部材８０より保持して固定されている。このように、模擬部材２０及び各力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃを配置することにより、第１の力センサ４０ａは、模擬部材２０に対する直交三軸方向のうち、±Ｙ方向の圧縮力又は引張力を測定することができ、第２の力センサ４０ｂは、±Ｚ方向の圧縮力又は引張力を測定することができ、第３の力センサ４０ｃは、±Ｘ方向の圧縮力又は引張力を測定することができる。即ち、これらの力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃにより、模擬部材２０に処置を施した点（作用点）にかかる力を測定することができる。
【００３４】
上述の通りに各力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃを配置することにより、模擬部材２０に対する直交三軸方向の圧縮力又は引張力の測定が可能となる理由は、各力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃの構成にある。各力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃの略中央には、平面視した場合に２つの円の一部を重ねた形状を有し、短手方向に貫通して貫通孔４１ａ，４１ｂ，４１ｃがそれぞれ設けられている。模擬部材２０に処置を施すと、その点（作用点）に力が加わり、各力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃが各貫通孔４１ａ，４１ｂ，４１ｃの貫通方向に直交する方向に弾性変形する。これにより、各力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃの各貫通孔４１ａ，４１ｂ，４１ｃの貫通方向に直交する短手方向（測定方向）の圧縮力又は引張力を測定することができるものである。また、各力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、長手方向の何れかの位置で測定方向の力を受けても、同一の力として測定できるようになっている。よって、各力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃを直交する三軸方向に測定方向を合わせて組み上げれば、三軸方向の力を測定することが可能となる。ここで、３本の力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃの組み方は特に制限されず、各力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃを所定の位置で所定の方向に固着すればよく、また、各力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃ間に他の剛直な部材を挟んでも、測定精度に影響を与えることは無く問題ない。本実施形態では、後述する各固定部材を介して３本の力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃを組立てた。固着方法は限定されず、測定する力をロスなく伝達できる程度に剛直に固着できればよく、例えば、接着や締結等の方法を適用することができる。
【００３５】
次に、本実施形態における各力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃの配置及び固着方法について説明する。
【００３６】
第１の力センサ４０ａは、貫通孔４１ａの貫通方向が±Ｚ方向と平行になるように配置され、その長手方向一方端部側の短手方向一方側面を、アーム部材３０の長手方向一方端部側を切り欠いて設けた切欠部３１に当接した状態で、螺子９０ａ，９０ｂで螺子留め固定されている。また、その長手方向他方端部側の短手方向他方側面を、金属柱からなる固定部材８１の一側面に当接した状態で、且つ、金属製の矩形体材からなる固定部材８２の突出部８２１表面上の短手方向一方端部側に載置した状態で、螺子９１ａ，９１ｂで螺子留め固定されている。これにより、第１の力センサ４０ａは、アーム部材３０に螺子留め固定された一方端部側が宙に浮いた状態となり、模擬部材２０に対する±Ｙ方向の圧縮力又は引張力を測定することができる。なお、上述した通り、固定部材８２の突出部８２１表面上の略中央には固定部材８１が固着されているが、突出部８２１の±Ｙ方向の幅よりも、固定部材８１の短手方向の幅が小さくなるように形成されているため、第１の力センサ４０ａを載置するスペースが生じる。本実施形態では、固定部材８１と固定部材８２を別部材としたが、これらを１つの部材としてもよい。また、第１の力センサ４０ａを用いて模擬部材２０に対する±Ｙ方向の圧縮力又は引張力を測定することができれば、各固定部材８１，８２の配置、素材及び形状等は上記に限定されない。
【００３７】
第２の力センサ４０ｂは、貫通孔４１ｂの貫通方向が±Ｙ方向と平行になるように配置され、その長手方向一方端部側の短手方向一方側面を、固定部材８２の裏面側に当接した状態で、螺子９２ａ，９２ｂで螺子留め固定されている。また、その長手方向他方端部側の短手方向他方側面を、金属製の矩形体材からなる固定部材８３の突出部８３１表面上に載置した状態で、埋没螺子９３ａ，９３ｂで螺子留め固定されている。ただし、固定部材８３の上面８３２側に突出部８３１が突設されているため、突出部８３１表面より上面８３２の方がＺ方向に対して低い位置にあり、突出部８３１に第２の力センサ４０ｂが螺子留め固定されると、第２の力センサ４０ｂと上面８３２との間に空間が生じる。これにより、第２の力センサ４０ｂは、固定部材８２に螺子留め固定された一方端部側が宙に浮いた状態となり、模擬部材２０に対する±Ｚ方向の圧縮力又は引張力を測定することができる。なお、第２の力センサ４０ｂを用いて模擬部材２０に対する±Ｚ方向の圧縮力又は引張力を測定することができれば、各固定部材８２，８３の配置、素材及び形状等は上記に限定されない。
【００３８】
第３の力センサ４０ｃは、貫通孔４１ｃの貫通方向が±Ｚ方向と平行になるように配置され、その長手方向一方端部側の短手方向一方側面を、固定部材８３の突出部８３３の一方側面側に当接した状態で、埋没螺子９４ａ，９４ｂで螺子留め固定されている。また、その長手方向他方端部側の短手方向他方側面を、金属製の矩形体材からなる固定部材８０の短手方向一方側面側の基材１０とは反対側の一方端部を切り欠いて設けた切欠部８０１に載置した状態で、螺子９５ａ，９５ｂで螺子留め固定されている。これにより、第３の力センサ４０ｃは、固定部材８３に螺子留め固定された一方端部側が宙に浮いた状態となり、模擬部材２０に対する±Ｘ方向の圧縮力又は引張力を測定することができる。なお、第３の力センサ４０ｃを用いて模擬部材２０に対する±Ｘ方向の圧縮力又は引張力を測定することができれば、各固定部材８０，８３の配置、素材及び形状等は上記に限定されない。
【００３９】
模擬部材２０は、その軸方向一方端部側の先端面２１が、樹脂製の薄板１００上に接着固定されている。一方、アーム部材３０は、長手方向一方端部をＬ字状に屈曲して形成されたアルミ製のＬ字薄板からなる。本実施形態では、これらを連結するために、互いに大きさが異なり、一方端部をＬ字状に屈曲して形成したアルミ製のＬ字薄板１０１，１０２の背面同士を接着剤等で接着固定して用いた。即ち、薄板１００の裏面側に、Ｌ字薄板１０１の屈曲部表面を接着剤等で接着固定し、アーム部材３０の屈曲部表面側に、Ｌ字薄板１０２における屈曲部裏面を螺子９６により螺子留め固定した。これにより、模擬部材２０がアーム部材３０を介して各力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃを含むセンサ構造体に固定され、模擬部材２０に対する直交三軸方向の圧縮力又は引張力、即ち、模擬部材２０に処置を施した点（作用点）にかかる力を測定することができるようになる。なお、模擬部材２０と各力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃを含むセンサ構造体とを接続することができれば、アーム部材３０及びＬ字薄板１０１，１０２の配置、素材及び形状等は上記に限定されない。
【００４０】
本実施形態における模擬部材２０は、心臓手術用の動脈の一部を模して形成されたクロロプレンゴム製の弾性材からなる筒状体である。本実施形態では、かかる模擬部材２０を用いて説明するが、医療シミュレータ１で用いる模擬部材２０の外観形状は、外科手術訓練の内容に応じて適宜選択されるため、これに限定されない。医療シミュレータ１で用いることが可能な模擬部材２０は、血管、腸管、皮膚等の生体組織の一部を模して形成されており、外科手術訓練時に所定の外科処置が模擬的に施される。そのため、模擬部材２０には、上述のクロロプレンの他に、ラテックスやシリコーン等の弾性を有するゴム素材を適用し、各生体組織の触感を再現して効果的な外科手術の訓練が行えるようにしている。模擬部材２０の素材は、各生体組織の形状に形成加工することができ、各生体組織の触感を再現することができれば特に限定されない。また、上述の弾性材は、生体組織を模倣するために、スポンジ状や発泡ゴム状にして用いてもよい。これらは、発泡の仕方、泡の大きさ、材質、可塑剤やその添加量等を、必要に応じて選択することにより適切な触感を有する生体組織とすることができる。
【００４１】
ここで、所定の外科処置とは、血管、腸管、腎臓、膀胱、尿道、肝臓等の体内臓器に対して切断、止血、縫合、吻合等の操作を行う一般の外科手術と同様にして、医師や医学生等の評価対象者が模擬部材２０に対して行う、例えば糸を貫通させる、糸で結ぶ、クリップをかける、加熱する、挟む等の操作である。かかる操作により、模擬部材２０には、外科処置を施した場合と同様の外力が人為的に加えられ、この力を、各力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃにより測定することで、模擬部材２０に行われた外科処置の手技に対して評価を行うことができる。本実施形態では、動脈を模した筒状体である模擬部材２０を用いて、評価対象者が行う縫合処置における手技を評価した。なお、具体的な評価方法については後述する。
【００４２】
本実施形態における各力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、歪ゲージ式ロードセルである。当該ロードセルを各力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃに適用し、上述した通りに組み立ててセンサ構造体とすることで、模擬部材２０に対する±Ｙ方向、±Ｚ方向及び±Ｘ方向、即ち直交三軸方向の圧縮力又は引張力をそれぞれ測定することができる。また、これらの力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃに歪ゲージ式ロードセルを適用することにより、医療シミュレータ１の装置構成を簡易化することができ、操作性に優れているため、より速く精密に測定することができる。また、歪ゲージ式ロードセルは、比較的安価で寿命が長いという利点があり、コスト面でも優れている。
【００４３】
ただし、本実施形態では、模擬部材２０に外科処置を施した場合の外力を測定することができるセンサであれば、歪ゲージ式ロードセルに限定されない。例えば、バネ、ピエゾフィルム、レーザ、空気圧、油圧等を利用したセンサ、圧縮素子、変位センサ等を用いてもよい。また、歪ゲージ式ロードセル以外の、例えば、磁歪式ロードセル、静電容量型ロードセル、ジャイロ式ロードセル等を用いてもよい。
【００４４】
図２は、実施形態１にかかる医療シミュレータのインターフェイス部及び処理部の構成の一例を示す図である。図示するように、医療シミュレータ１は、模擬部材２０に対する直交三軸方向の圧縮力又は引張力を測定することができるように、第１の力センサ４０ａ、第２の力センサ４０ｂ及び第３の力センサ４０ｃを所定位置に配置し（図１参照）、これらの力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃとインターフェイス部６０とが、配線５０ａ，５０ｂ，５０ｃを介して電気的に接続されている。また、インターフェイス部６０には、配線５０ｅを介して後述する処理部６５が電気的に接続されている。本実施形態では、主にインターフェイス部６０において、各力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃにより測定された直交三軸方向の圧縮力又は引張力の測定値（アナログ信号）をデジタル信号に変換（Ａ／Ｄ変換）し、処理部６５へシリアル伝送して、処理部６５で後述する各処理を行うように構成したが、これに限定されない。例えば、インターフェイス部６０及び処理部６５で行う各処理を、１つの装置内で行うようにしてもよい。
【００４５】
インターフェイス部６０は、基材１０上に螺子９７ａ，９７ｂで螺子留め固定されており（図１参照）、各力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃにより測定された直交三軸方向の圧縮力又は引張力の測定値に基づいて、所定の外科処置における手技を評価し、この評価結果に基づいて後述する処理部６５において警告信号を作成し、インターフェイス部６０に電気的に接続されている処理部６５内の音声出力部６５７及びデータ表示部６５８（後述する）に出力するように構成されている。かかる警告信号は、医療シミュレータ１を用いた訓練中に常時作成されるため、警告信号を入力した音声出力部６５７及びデータ表示部６５８は、後述する所定の方法で評価対象者に対して評価結果を通知することができる。
【００４６】
インターフェイス部６０は、ソフトウェア及びハードウェアによって構成され、電圧検出部６０１、Ａ／Ｄ変換部６０２、ノイズ処理部６０３、及びシリアル変換部６０４により成り立っているが、必要に応じてこれら以外の構成要素が含まれていてもよい。インターフェイス部６０は、電圧検出部６０１により第１の力センサ４０ａ、第２の力センサ４０ｂ及び第３の力センサ４０ｃからのアナログ信号を増幅し、増幅されたアナログ信号をＡ／Ｄ変換部６０２でデジタル信号に変換し、このデジタル信号に含まれるノイズをノイズ処理部６０３で除去し、このノイズ除去信号をシリアル変換部６０４でシリアル変換し、シリアル変換されたデータ（シリアルデータ）を処理部６５に送信する。
【００４７】
処理部６５は、データ演算部６５１、過去データ記録部６５２、データ評価部６５３、基準データ記憶部６５４、時間計測部６５５、警告信号作成部６５６、音声出力部６５７、及びデータ表示部６５８により構成されるパソコン等であり、必要に応じてこれら以外の構成要素が含まれていてもよい。処理部６５は、インターフェイス部６０により送信されたシリアルデータを受け取り、データ演算部６５１で実際に各力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃにより検出された力（ｇ）に変換して演算値を作成し、この演算値を過去データ記録部６５２で記録すると共にデータ評価部６５３に送信し、この演算値と時間計測部６５５からの計時データに基づいて評価対象値を作成し、基準データ記憶部６５４から読み出した基準値と比較して評価し、この評価結果に基づき評価信号を作成して警告信号作成部６５６に送信し、この評価信号に基づき作成された警告信号を音声出力部６５７及びデータ表示部６５８にそれぞれ出力し、評価結果を後述する所定の方法で評価対象者にそれぞれ通知する。
【００４８】
電圧検出部６０１は、各力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃからの微小な電圧をＡ／Ｄ変換に適した値まで増幅し、増幅したアナログ信号（アナログデータ）をＡ／Ｄ変換部６０２に出力する。本実施形態では、増幅の過程で高周波成分を除去するためローパスフィルタを併用したが、高周波成分を除去できればこの構成に限定されない。
【００４９】
Ａ／Ｄ変換部６０２は、電圧検出部６０１から出力されたアナログ信号を入力してデジタル信号（デジタルデータ）に変換し、この信号をノイズ処理部６０３に出力する。
【００５０】
ノイズ処理部６０３は、Ａ／Ｄ変換部６０２から出力されたデジタル信号を入力してデジタルフィルタによりノイズを除去し、このノイズ除去デジタル信号をシリアル変換部６０４に出力する。本実施形態では、これらの処理をオンボードＣＰＵにより行い、専用のソフトウェアを使用したが、かかる処理を行うことができればこの構成に限定されない。
【００５１】
シリアル変換部６０４は、ノイズ処理部６０３から出力されたノイズ除去デジタル信号（ノイズキャンセルデータ）を入力してシリアル変換したのち、変換したシリアル信号（シリアルデータ）を処理部６５のデータ演算部６５１に出力する。本実施形態では、これらの処理をオンボードＣＰＵにより行ったが、かかる処理を行うことができればこの構成に限定されない。
【００５２】
データ演算部６５１は、シリアル変換部６０４でシリアル変換されたシリアル信号（各力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃからのシリアルデータ）を受け取り、演算処理により実際に各力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃにより検出された力（ｇ；荷重値）に変換し、時系列の演算値（時系列演算データ）を作成する。例えば評価対象者が縫合処置を行った場合には、処置中に各力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃから得られた電圧値を、上述した通りにインターフェイス部６０で処理してからデータ演算部６５１で演算値を作成し、過去データ記録部６５２及びデータ評価部６５３に出力する。
【００５３】
過去データ記録部６５２は、データ演算部６５１が出力した時系列の演算値をそのまま後日読み取れる形で記録する。この機能により評価対象者や指導者（熟練者）の時系列の演算値（時系列演算データ）をそれぞれ記録し、後日グラフや評価結果等をデータ表示部６５８に表示することができ、評価対象者の上達程度や指導者との違いを把握することが可能となる。
【００５４】
データ評価部６５３は、データ演算部６５１により出力された演算値、及び後述する時間計測部６５５により出力された計時信号に基づき、計時開始から終了まで、所定時間毎に各力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃの演算値を検出し、評価対象値（評価対象データ）を作成する。或いは、必要により検出した各力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃの演算値を所定時間単位で平均し、平均評価対象値（平均評価対象データ）を作成する。この作成された評価対象値又は平均評価対象値と、予め基準データ記憶部６５４に記憶され入力した基準値（後述する）とを比較して、その評価結果を評価信号（評価データ）として警告信号作成部６５６に出力する。この評価データには、基準値に対する評価対象値の評価結果（良し悪し）の他、例えば一定の時間内の力（荷重値）の最大値や分布を評価した結果等も含まれてもよい。
【００５５】
基準データ記憶部６５４は、各処置における手技の優劣の指標となる基準値（閾値）を入力して保存する。基準値（閾値）を求める場合には、医療シミュレータ１を用いた各処置を、例えば経験豊富な心臓外科医等の熟練者が行い、得られた値（演算値）を各処置における手技の優劣の指標と基準値とし、これを基準データ記憶部６５４に入力する。本実施形態では、得られた基準値を適宜変更し、他の基準値を設定してもよい。例えば、医療シミュレータ１を使用して評価対象者を指導する指導者が、得られた基準値を参照して自由にその値を設定することができる。また、新たに設定した基準値を自由に保存や移動することが可能であり、例えばＵＳＢメモリ等に入れて持ち歩き、医療シミュレータ１の基準値を容易に書き換えることが可能である。これにより、各大学病院や研究機関等の目標レベルに応じて基準値を設定することができ、或いは、目標とする熟練者の技術レベルが高すぎる場合に、評価対象者の技術レベルに応じて基準値を設定することができる。本実施形態では、基準値を設定する際に、自動的に基準データ記憶部６５４に入力されるのではなく、指導者が基準データ記憶部６５４に手作業で書き込む構成にしたが、必要に応じてこの構成を変更してもよい。この場合、熟練者による演算値は、指導者が基準値を設定する際の参考値となる。
【００５６】
時間計測部６５５は、データ評価部６５３に計時信号（時間データ）を出力する。ここで、計時信号とは、データ評価部６５３において評価対象値を作成する際に必要な時間データであり、例えば、評価対象者が縫合処置を行った場合に、かかる処置の開始（計時開始）から終了までの時間データである。このデータをデータ評価部６５３に送信することで、評価対象者が行った各処置における評価対象値を作成することができる。
【００５７】
警告信号作成部６５６は、データ評価部６５３から出力された評価信号を入力し、データ評価部６５３の評価結果に基づき警告信号を作成して、音声出力部６５７及びデータ表示部６５８に出力する。具体的には、評価対象値が基準値の範囲外にある場合には、警告信号を作成して警告信号を作成して音声出力部６５７及びデータ表示部６５８に出力し、評価対象値が基準値の範囲内にある場合には、継続信号を作成して音声出力部６５７及びデータ表示部６５８に出力する。ここで、警告信号とは、音声出力部６５７及びデータ表示部６５８が、後述する所定の方法で評価対象者に対して、評価対象値が基準値の範囲外にある旨の評価結果を通知するための信号である。一方、継続信号とは、同様にして評価対象者に対して、評価対象値が基準値の範囲内にある旨の評価結果を通知するための信号である。ただし、継続信号を作成せずに、評価対象値が基準値の範囲外にある場合のみを評価対象者に通知するようにしてもよい。
【００５８】
音声出力部６５７は、スピーカ等の音声出力装置である。警告信号作成部６５６から出力された警告信号又は継続信号を入力し、データ評価部６５３の評価結果に基づいて音声を出力する。かかる出力内容は特に限定されないが、例えば、警告信号を入力した場合に、評価結果を「ＮＯ」等の聞き取りやすい言語や高音又は低音による警告音や評価結果をイメージしやすい擬音等で出力してもよいし、継続信号を入力した場合に、評価結果を「ＯＫ」等の聞き取りやすい言語や無音や擬音等で出力してもよい。或いは、評価対象値が基準値から外れた程度に応じて、評価結果を音高により昇順又は降順（音階）で出力してもよい。
【００５９】
データ表示部６５８は、ディスプレイ等の画像表示装置である。警告信号作成部６５６から出力された警告信号又は継続信号を入力し、データ評価部６５３の評価結果を画像表示装置に表示する。かかる表示内容は特に限定されないが、例えば、警告信号を入力した場合に、評価結果を「×」等の記号や赤色等の点滅光等を表示し、継続信号を入力した場合に、評価結果を「○」等の記号や青色等の点滅光等を表示するようにしてもよい。或いは、評価対象値が基準値から外れた程度に応じて、評価結果を「○」、「△」及び「×」等の記号で表示してもよいし、段階的に発光の強さや色を変更するように表示してもよい。また、本実施形態では、医療シミュレータ１を用いた訓練中に警告信号及び継続信号を常時作成するようにしたが、かかる各信号を、訓練終了後にデータ表示部６５８へ出力するようにしてもよい。
【００６０】
実例を挙げれば、一定の時間内に評価対象者が行った縫合処置等の行為に対して総合的に採点（評価）を行い、合格（評価対象値が基準値の範囲内）したか否（評価対象値が基準値の範囲外）かを表示画面、音声出力等で評価対象者に提示してもよい。
【００６１】
なお、本実施形態では、医療シミュレータ１を用いた訓練中に警告信号及び継続信号を常時作成し、これらの信号を音声出力部６５７及びデータ表示部６５８に出力するようにしたが、必要に応じて、音声出力部６５７及びデータ表示部６５８の一方のみに出力するようにしても構わない。その場合は、評価対象者が訓練中に評価結果を認識しやすいため、警告信号及び継続信号を音声出力部６５７に出力することが好ましい。
【００６２】
＜医療シミュレータの使用態様＞
次に、上述した医療シミュレータ１の使用態様について、模擬部材２０を用いて動脈の縫合処置の訓練を行う場合を例に挙げて説明する。
【００６３】
図３は、本発明の実施形態１にかかる医療シミュレータの使用態様の一例を示す斜視図である。なお、図３には、薄板１００に接着固定された模擬部材２０が示されており、それ以外の医療シミュレータ１の構成要素は省略した。図示するように、上述の通りに模擬部材２０をアーム部材３０に固定し（図１参照）、縫合針１１０、縫合糸１１１及び鉗子や摂子（ピンセット）、持針器等（不図示）を用意する。本実施形態では、着糸部（針先とは反対側の端部）に縫合糸１１１がそれぞれ着糸された縫合針１１０を用いた。これにより、医療シミュレータ１では、模擬部材２０に対して縫合処置を模した作業を行い、その作業を評価することで、動脈の縫合処置の訓練を行うことができる。
【００６４】
次に、縫合針１１０の着糸部から針先までの距離の１／３〜１／２の部分を持針器で把持し、模擬部材２０の他方端部側の周縁部２２に縫合針１１０の針先を刺入する。この時点を作業の開始点とする。医療シミュレータ１は、針先の刺入位置や方向に応じて力を検出することが可能であり、詳細は後述するが、例えば図３の実線で示した縫合針１１０の刺入及び引抜きによる直交三軸方向の力（圧縮力又は引張力）を検出し、作業途中の想像線（二点鎖線）で示した縫合針１１０の刺入及び引抜きによる直交三軸方向の力を検出し続け、作業が完了するまで力の検出を行う。この時、図２に示すように、インターフェイス部６０における電圧検出部６０１では、第１の力センサ４０ａ、第２の力センサ４０ｂ及び第３の力センサ４０ｃからの微小な電圧を検出し、また、処理部６５における時間計測部６５５では、模擬部材２０に対する作業の開始時に計時を開始してデータ評価部６５３に計時信号を出力する。
【００６５】
次に、縫合針１１０の湾曲方向に向かって運針し、針先から遠い部分を持針器で把持して縫合針１１０を引き抜く。ここで、模擬部材２０の周縁部２２における縫合針１１０を刺入して引き抜いた部分（作用点）に直交三軸方向の力（圧縮力又は引張力）が加わると、その力に応じて各力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃが弾性変形する。各力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃが弾性変形すると、その変化量に応じて電圧検出部６０１で検出される各力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃからの電圧値が変化する。これらの値は増幅された後に各処理が行われ、処理部６５のデータ演算部６５１に出力され、縫合針１１０ａの刺入から引き抜き動作における各電圧値（時系列演算データ）の経時変化グラフ（計測グラフ）を作成し、そのデータをデータ評価部６５３に出力する。データ評価部６５３では、計測グラフ（評価対象データのグラフ）と、基準データ記憶部６５４に記憶された縫合処置の基準値と比較し、その評価結果を評価信号として警告信号作成部６５６に出力する。なお、本実施形態では、作業開始から終了まで継続して、各力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃからの電圧を検出し続けているため、各電圧値の経時変化グラフが作成される構成としているが、その構成に限定されない。本実施形態の要旨を逸脱しない限り、必要に応じてデータの取得方法を変更しても構わない。また、後述する各実施例においても、同様に電圧の検出を各処理の開始から終了まで行う構成にしているが、これらについても構成は限定されない。
【００６６】
警告信号作成部６５６では、入力した評価信号に基づき、計測グラフにおける各電圧値（評価対象データ）の変化が、基準値と略等しい場合、又は、予め設定された許容範囲内である場合には、継続信号を作成して音声出力部６５７及びデータ表示部６５８に当該信号を出力する。データ表示部６５８では、入力した継続信号に基づき、データ評価部６５３の評価結果を画面に表示する。また、音声出力部６５７では、入力した継続信号に基づき、データ評価部６５３の評価結果を音声で出力する。これにより、評価対象者は、可視化及び音声化された評価情報に基づいて自身の処置が正しいことを確認し、縫合針１１０を用いた処置を継続する。この処置が問題なく完了すると、同様にして縫合針１１０を用いた処置を行い評価される。
【００６７】
一方、計測グラフにおける各電圧値（評価対象データ）の変化が、予め設定された許容範囲を外れた場合には、警告信号を作成して音声出力部６５７及びデータ表示部６５８に警告信号を出力する。データ表示部６５８では、入力した警告信号に基づき、データ評価部６５３の評価結果を画面に表示する。また、音声出力部６５７では、入力した警告信号に基づき、データ評価部６５３の評価結果を音声で出力する。これにより、評価対象者は、可視化及び音声化された評価情報に基づいて自身の処置におけるミスを処置中に認識することができ、正しい処置ができるようになるまでやり直すことができ、かかる手技を向上させることができる。その後、縫合針１１０ａを用いた処置が完了したら、異なる位置、例えば縫合針１１０ｂの位置で引き続き処置を行い評価される。
【００６８】
一般的に手術は、臓器の連結、切断、止血等の操作により目的を完遂する。このような操作は、血管、腸管、腎臓、膀胱、尿道、肝臓等の体内臓器に対し、人為的に外力を加えることによりなされ、具体的には、糸を貫通させたり、糸で結んだり、クリップをかけたり、加熱したり、挟んだりすることにより行われる。体内臓器に外力を加えた場合に、ある一定以上の力が加えられると、その力に耐え切れずに臓器が破壊されて目的を達成することができない。従って、上記操作は、その臓器が破損されずに存在しうる限界値以下の力を加えて行う必要がある。従来、外科医は長年の実地経験により、上記限界値を経験として蓄え、実際の手術に役立ててきた。しかしながら、他の外科医にかかる限界値を正確に伝授することは難しく、高度な技術を取得するためには実地経験を積むしかなかった。
【００６９】
そこで、上述の医療シミュレータ１を経験豊富な外科医（熟練者）が使用し、各種臓器を模した模擬部材２０に各種処置を施すことで、上記限界値データを容易に取得し保存することができる。即ち、医療シミュレータ１は、第１の力センサ４０ａ、第２の力センサ４０ｂ及び第３の力センサ４０ｃにより、模擬部材２０に対する直交三軸方向の圧縮力又は引張力をそれぞれ測定することで、熟練者による模擬部材２０に処置を施した点（作用点）にかかる力（限界値）を測定し、これを基準値として保存することができる。そして、その限界値を基準として、医療シミュレータ１を技術に乏しい外科医や医学生等（評価対象者）が用いた場合に、上記作用点に加わった直交三軸方向の力（測定値）を測定し、その測定値が適切であるか否か評価することができる。従って、評価対象者は、実地に寄らず効率よく訓練することができる。また、実際の手術を行う前に、その状況をシミュレーションすることにより、予め適切な力を把握することができ、実地での評価精度が向上する。
【００７０】
＜医療シミュレータの動作＞
次に、上述した医療シミュレータ１の動作について、各フローチャートを参照して説明する。
【００７１】
図４は、実施形態１にかかる医療シミュレータの動作の一例を説明するフローチャートである。図示するように、医療シミュレータ１では、例えば上述したように模擬部材２０を用いて動脈の縫合処置の訓練を行う場合には、まず、訓練する臓器名（この場合は動脈）を入力し（ステップＳ１）、模擬部材２０を用いて外科処置（この場合は縫合処置）の訓練を行い（ステップＳ２）、模擬部材２０に加わる直交三軸方向の力（測定値）を測定し（ステップＳ３）、得られた測定値に基づき測定対象者の外科処置が適切であるか否か採点する（ステップＳ４）。これにより、模擬部材２０に加わる直交三軸方向の力（圧縮力又は引張力）を正確に測ることができるので、外科処置を模擬的に行いながらこの力を経時的に測定することにより、客観的な評価が可能となる。
【００７２】
次に、上述したステップＳ４における採点方法の詳細について説明する。
【００７３】
一般に、外科処置中に対象とする組織（対象組織）に加わる力は経時的に変化し、いくつかの力のピーク（以下、「ピーク値」という）ができる。この際、過大な力が加わると組織は破断する。更に、破断に至らぬ弱い力でも繰り返し加わると組織の脆弱性が増す。従って、このピーク値は、医療シミュレータ１における採点にあたり最も重視される要素である。即ち、医療シミュレータ１では、所定の訓練時間中にステップＳ３において複数の測定値が得られるが、ステップＳ４においては、測定中に加わった最も強い力（以下、「最大ピーク値」という）を検出して評価に用いる。
【００７４】
図５は、実施形態１にかかる医療シミュレータの採点方法の一例を説明するフローチャートである。図示するように、医療シミュレータ１では、図４のステップＳ４が更に複数のステップＳ４１〜Ｓ４９に分かれており、まず、ステップＳ３で得られた複数の測定値から最大ピーク値を検出し（ステップＳ４１）、後述する熟練者による対象組織に応じた限界値に基づき作成された採点テーブルを用いて、検出された最大ピーク値から評価対象者の基本点数を決定し（ステップＳ４２）、更に外科処置を継続してピーク値を検出して（ステップＳ４３）、ステップＳ４４へ移行する。
【００７５】
ここで、採点テーブルとは、熟練者による限界値（基準値）に基づき作成された採点用の点数群である。採点テーブルには、この基準値に対する乖離度に応じて決定された減点値が格納されている。ステップＳ４２では、基準値に対する最大ピーク値の乖離度に応じて、採点テーブルに基づいて減点値を決定し、合格値から減点値を引いた値を評価対象者の基本点数としている。最大ピーク値と基本点数との関係は対象組織により異なるので、予め医療シミュレータ１内部（処理部６５の過去データ記録部６５２）に採点テーブルを記憶しておき、ステップＳ４２において採点テーブルの減点値を参照する。なお、合格値は、予め評価対象者のレベル等に応じて適宜設定することができ、それに応じて採点テーブルも変更される。
【００７６】
次に、ステップＳ４４では、検出したピーク値に対してステップＳ４２と同様に採点テーブルを参照して減点値を決定し、評価対象者の基本点数が減点となった場合（ステップＳ４５；Ｙｅｓ）には、基本点数から減点値を引いて新たな基本点数を算出し（ステップＳ４６）、採点テーブルに付随して記憶されている減点の内容を評価対象者に通知し（ステップＳ４６）、ステップＳ４３へ戻る。減点の内容は対象組織により異なり、画面や音声を通じて通知される。一方、評価対象者の基本点数が減点されなかった場合（ステップＳ４５；Ｎｏ）には、ステップＳ４８へ移行する。
【００７７】
次に、ステップＳ４８では、測定終了のタイミングか否かを判断する。測定終了のタイミングである場合（ステップＳ４８；Ｙｅｓ）には、採点テーブルに付随して記憶されている評価基準に基づいて、最終的な基本点数から採点結果を評価対象者に通知して（ステップＳ４９）、ステップＳ４における採点を完了する。なお、評価基準とは、処置中の最大ピーク値及び所要時間、結紮力等のいくつかの要素を総合したものであり、必要に応じて適宜変更可能である。
【００７８】
一方、測定終了のタイミングでない場合（ステップＳ４６；Ｎｏ）には、外科処置を継続する。即ち、この場合はステップＳ４３に戻る。なお、測定の終了のタイミングは、評価対象者等が入力してもよいし、医療シミュレータ１が直交三軸方向の力（圧縮力又は引張力）により自動認識できるように設定してもよい。
【００７９】
（実施形態２）
＜医療シミュレータ＞
本発明の実施形態２にかかる医療シミュレータの装置構成について説明する。
【００８０】
図６は、実施形態２にかかる医療シミュレータの一例を示す斜視図である。図示するように、医療シミュレータ２は、結紮処置訓練用の１組のピン２００ａ，２００ｂがそれぞれ設けられた１組のターミネータ２１０ａ，２１０ｂと、１組のターミネータ２１０ａ，２１０ｂを保持する１組のアーム部材２２０ａ，２２０ｂと、１組のピン２００ａ，２００ｂの結紮力を測定する第４の力センサ４０ｄとを備え、これらの部材が後述する所定位置にそれぞれ配置されたこと以外は、実施形態１にかかる医療シミュレータ１と同様の構成を有している。従って、本実施形態では、主に医療シミュレータ１と異なる構成について説明し、それ以外については適宜説明を省略する。
【００８１】
医療シミュレータ２にあっては、医療シミュレータ１と同様に、基材１０、インターフェイス部６０及び固定部材８０により空間が形成されおり、その空間に、医療シミュレータ１の模擬部材２０に替えて、１組のピン２００ａ，２００ｂがそれぞれ設けられた１組のターミネータ２１０ａ，２１０ｂが、第１の力センサ４０ａ、第２の力センサ４０ｂ、第３の力センサ４０ｃ及び第４の力センサ４０ｄを介して支持されるように設けられており、これらの力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄが配線５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄを介して医療シミュレータ２を制御するインターフェイス部６０に電気的に接続されている。１組のターミネータ２１０ａ，２１０ｂは、１組のアーム部材２２０ａ，２２０ｂを介して第１の力センサ４０ａ及び第４の力センサ４０ｄに支持され、１組のターミネータ２１０ａ，２１０ｂ、第１の力センサ４０ａ及び第４の力センサ４０ｄは、第２の力センサ４０ｂに支持され、１組のターミネータ２１０ａ，２１０ｂ、第１の力センサ４０ａ、第４の力センサ４０ｄ及び第２の力センサ４０ｂは、第３の力センサ４０ｃに支持され、１組のターミネータ２１０ａ，２１０ｂ、第１の力センサ４０ａ、第４の力センサ４０ｄ、第２の力センサ４０ｂ及び第３の力センサ４０ｃは、固定部材８０に支持されている。つまり、本実施形態では、１組のターミネータ２１０ａ，２１０ｂは、各力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄを含むセンサ構造体により支持され、更に、１組のターミネータ２１０ａ，２１０ｂ及び各力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄを含む構造体は、基材１０上の固定部材８０より保持して固定されている。このように、１組のターミネータ２１０ａ，２１０ｂ及び各力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄを配置することにより、第１の力センサ４０ａは、一方のターミネータ２１０ａに対する±Ｙ方向の圧縮力又は引張力を測定することができ、第４の力センサ４０ｄは、他方のターミネータ２１０ｂに対する±Ｙ方向の圧縮力又は引張力を測定することができ、第２の力センサ４０ｂは、１組のターミネータ２１０ａ，２１０ｂに対する±Ｚ方向の圧縮力又は引張力を測定することができ、第３の力センサ４０ｃは、１組のターミネータ２１０ａ，２１０ｂに対する±Ｘ方向の圧縮力又は引張力を測定することができる。即ち、これらの力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄにより、１組のターミネータ２１０ａ，２１０ｂを介して、１組のピン２００ａ，２００ｂに処置を施した点（作用点）にかかる力を測定することができる。
【００８２】
また、医療シミュレータ２は、第４の力センサ４０ｄを備えたことで、１組のピン２００ａ，２００ｂに対する結紮力も測定することができる。ここで、結紮力とは、外科的処置の際に用いられる身体の一部や医療機器を縫合糸で縛って固定する際に、身体の一部や医療機器に対して縫合糸によりかかる力である。
【００８３】
例えば、腎臓を摘出する場合、腎臓の動脈及び静脈を切断するが、これにより断端より出血するため、予め動脈及び静脈を糸で結ぶかクリップを断端にかけて止血する処置が必要である。糸で結ぶ場合には、内腔が無くなる十分な結紮力を加える必要があるが、強すぎると血管の断裂や損傷が生じる。従って、適切な力で結紮する必要がある。この時、結紮部位が本来の位置から移動すると、結紮している血管を糸が引っ張ることになり、余計な力が加わる。この力が、血管が耐えることができる限度を超えると、血管が破断し目的を達成することができない。この限度は、血管の種類や太さにより異なる。
【００８４】
また、臓器同士をつなぐための処置としては、糸針による縫合がある。例えば、前立腺癌で前立腺を摘出すると尿道と膀胱をつなぐ処置が必要となり、当該処置は、これらを縫合することによりなされる。この時、尿道や膀胱は柔らかく脆弱で針を通すときに余計な力が加わると、尿道や膀胱がちぎれてしまう。一方、余りにも弱い力で縫合すると、尿道と膀胱が密着せずに、隙間から尿が漏れてしまう。従って、適切な力で縫合することが必要となる。その他、様々な臓器をつなぐために縫合が必要となるが、臓器の種類や術式等により最適な力が異なっている。
【００８５】
医療シミュレータ２は、１組のピン２００ａ，２００ｂを結紮して結紮処置の訓練を行うことで、臓器の種別や手術の術式に応じた結紮力を評価することができ、評価対象者に応じた訓練を行うことができる。当該結紮処置を評価するためには、１組のピン２００ａ，２００ｂに対する直交三軸方向の圧縮力又は引張力を測定するだけでなく、これらに対する結紮力を測定する必要がある。そこで、第１の力センサ４０ａ、第２の力センサ４０ｂ及び第３の力センサ４０ｃに加えて第４の力センサ４０ｄを設けることで、１組のピン２００ａ，２００ｂに対する結紮力を測定することができる。
【００８６】
第４の力センサ４０ｄは、他の力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃと同様に、略中央には平面視した場合に２つの円の一部を重ねた形状を有し、短手方向に貫通して貫通孔４１ｄが設けられている歪ゲージ式ロードセルである。第４の力センサ４０ｄは、第１の力センサ４０ａと平行に、且つ、貫通孔４１ｄの貫通方向が±Ｚ方向と平行になるように配置され、その長手方向一方端部側の短手方向一方側面を、アーム部材２２０ｂの長手方向一方端部側を切り欠いて設けた切欠部２２１ｂに当接した状態で、図示しない１組の螺子で螺子留め固定されている。また、長手方向他方端部側の短手方向他方側面を、固定部材８１の一側面に当接した状態で、且つ、固定部材８２の突出部８２１表面上の短手方向一方端部側に載置した状態で、図示しない１組の螺子で螺子留め固定されている。これにより、第４の力センサ４０ｄは、アーム部材２２０ｂに螺子留め固定された端部側が宙に浮いた状態となり、他方のターミネータ２１０ｂに対する±Ｙ方向の圧縮力又は引張力を測定することができる。また、実施形態１で述べた通り、第１の力センサ４０ａは、一方の端部が、アーム部材２２０ａの切欠部２２１ａに螺子留め固定され、他方の端部が、固定部材８１の一側面に螺子留め固定されている。即ち、第１の力センサ４０ａ及び第４の力センサ４０ｄが固定部材８１を介して連結して固定部材８２に固定されていることから、１組のピン２００ａ，２００ｂに対して結紮処置を施すと、第１の力センサ４０ａが一方のピン２００ａに加わるＹ方向の力を測定し、第４の力センサ４０ｄが他方のピン２００ｂに加わる−Ｙ方向の力を測定することで、結果として、これらの力センサ４０ａ，４０ｄにより１組のピン２００ａ，２００ｂに対する結紮力を測定することができる。
【００８７】
なお、上述した通り、固定部材８２の突出部８２１表面上の略中央には固定部材８１が固着されているが、突出部８２１の±Ｙ方向の幅よりも、固定部材８１の短手方向の幅が小さくなるように形成されているため、第１の力センサ４０ａと対向する側に第４の力センサ４０ｄを載置するスペースが生じる。
【００８８】
１組のターミネータ２１０ａ，２１０ｂは、それぞれ金属製の切頭三角柱体からなり、底面の短手方向側に延設された板状体がＬ字状に屈曲して、１組のアーム部材２２０ａ，２２０ｂに当接する当接部２１１ａ，２１１ｂを形成している。また、１組のターミネータ２１０ａ，２１０ｂの切頭部２１２ａ，２１２ｂの略中央には、細い金属円柱材の表面を樹脂製の被覆材で被覆した１組のピン２００ａ，２００ｂが設けられている。この被覆材は、詳細は後述するが、１組のピン２００ａ，２００ｂに対して結紮処置を施す際に、縫合糸の滑り止めとなる。本実施形態では、このような一方のピン２００ａが設けられたターミネータ２１０ａを、一方のアーム部材２２０ａのＬ字状に屈曲した端部表面側に当接した状態で、螺子９６ａにより螺子留め固定した。また、他方のピン２００ｂが設けられたターミネータ２１０ｂも同様に、図示しない螺子により螺子留め固定した。
【００８９】
医療シミュレータ２は、筐体７０の蓋部７２の開口部７２１からは、１組のピン２００ａ，２００ｂと、１組のターミネータ２１０ａ，２１０ｂの一部が露出した状態となっている。かかる構成により、１組のピン２００ａ，２００ｂに対して結紮処置を施すことができる。
【００９０】
医療シミュレータ２は、医療シミュレータ１と同様にインターフェイス部６０及び処理部６５を有している。インターフェイス部６０では、各力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄにより検出された直交三軸方向の力（圧縮力又は引張力）及び結紮力のアナログ信号を増幅し、デジタル信号に変換し、ノイズを除去した信号はシリアル変換したのち処理部６５に送られる。処理部６５では、シリアル変換された直交三軸方向の力のデータを受け取り、データ演算部６５１において演算処理して実際の直交三軸方向の力（ｇ；荷重値）に変換して時系列の演算値を作成し、これをデータ評価部６５３に出力して評価対象値を作成する。評価対象者が結紮処置を行った場合に、得られた値を評価対象値とし、所定の結紮処置における手技を評価し、この評価結果に基づいて警告信号作成部６５６で警告信号を作成するように構成されている。医療シミュレータ２は、手技の優劣の指標となる基準データとして結紮力データが加わるが、これら以外の点は医療シミュレータ１と同様である。
【００９１】
＜医療シミュレータの使用態様＞
次に、上述した医療シミュレータ２の使用態様について、１組のピン２００ａ，２００ｂが設けられた１組のターミネータ２１０ａ，２１０ｂを用いて、血管の結紮処置の訓練を行う場合を例に挙げて説明する。
【００９２】
実際に血管を結紮する際には、血管の断端を鉗子で止めている場合が多い。外科医は、この状態で縫合糸を用いて糸結び（結紮）をする。鉗子は、結紮が終了するまで血管の断端から出血を止めると共に血管の滑脱を防止し、外科医が結紮をし易くする。本実施形態では、この鉗子の替わりに１組のピン２００ａ，２００ｂが設けられた１組のターミネータ２１０ａ，２１０ｂを使用する。なお、血管に対する結紮力を測定することができれば装置構成は限定されず、例えば、１本のピンを１つのターミネータに設けて血管に対する結紮力を測定してもよいし、縫合糸がずれて滑脱し難い素材からなるピンを用いれば、ピンの表面を被覆材で被覆しなくてもよい。
【００９３】
まず、上述の通りに１組のピン２００ａ，２００ｂが設けられた１組のターミネータ２１０ａ，２１０ｂを１組のアーム部材２２０ａ，２２０ｂに固定し、図示しない縫合糸を用意する。次に、縫合糸を１組のピン２００ａ，２００ｂに巻き付ける。この時点を結紮開始とする。この時、第１の力センサ４０ａ、第２の力センサ４０ｂ、第３の力センサ４０ｃ及び第４の力センサ４０ｄからの各アナログ信号をインターフェイス部６０において増幅し、デジタル信号に変換し、ノイズを除去した信号をシリアル変換したのち処理部６５に送信する。処理部６５における時間計測部６５５では、１組のピン２００ａ，２００ｂに対する結紮処置の開始時に、データ評価部６５３に対し評価を開始するよう計時信号を出力する。また、データ評価部６５３では、時間計測部６５５により出力された計時信号に基づき、所定時間毎に評価を行い警告信号作成部６５６に評価対象データを出力する。この時、評価開始の計時信号は結紮の開始に伴い自動的に発生してもよいし、キーボード、足踏みスイッチ等により手動で入力してもよい。
【００９４】
次に、所定の結紮方法に従って縫合糸の糸結びを行う。ここで、所定の結紮方法とは、結紮処置の目的に応じて適宜変更され得る。例えば、半結び、男結び、女結び、外科結び等の所定の結び目を作る訓練や、両手結び、片手結び、器械結び、深部結紮、鏡視下結紮等の結紮技法にかかる訓練を行うこともできる。また、各種結紮技法の訓練の際には、ペアン等の鉗子や持針器、或いは深部結紮棒等の冶具を用いて訓練することもできる。更に、単結紮や多重結紮等の結紮回数にかかる訓練を行うこともできる。医療シミュレータ２は、１組のピン２００ａ，２００ｂに対して所定の結紮方法に従って結紮した部分（作用点）に三次元方向の力（圧縮力又は引張力）及び結紮力が加わると、その力に応じて各力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄが弾性変形する。各力センサ４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄが弾性変形すると、その変化量に応じて電圧検出部６０１で検出される各電圧値が変化する。これらの値は増幅された後に各処理が行われ、処理部６５のデータ演算部６５１に出力され、１組のピン２００ａ，２００ｂに対する縫合糸の巻き付けから結紮動作における各電圧値（時系列演算データ）の経時変化グラフ（計測グラフ）を作成し、同時にそのデータをデータ評価部６５３に出力する。データ評価部６５３では、計測グラフ（評価対象データのグラフ）と、基準データ記憶部６５４に記憶された結紮処置の基準値と比較し、その評価結果を評価信号として警告信号作成部６５６に出力する。警告信号作成部６５６では、入力した評価信号に基づき、実施形態１と同様にして評価を行い、継続信号又は警告信号を作成して音声出力部６５７及びデータ表示部６５８にこれらの信号を出力する。これにより、評価対象者は、実施形態１と同様にして、自身の結紮処置の評価結果を確認しながら、或いは、評価結果により処置の修正を行いながら、訓練を行うことができる。
【００９５】
（実施形態３）
＜医療シミュレータ＞
本発明の実施形態３にかかる医療シミュレータの装置構成について説明する。
【００９６】
図７は、本発明の実施形態３にかかる医療シミュレータの使用態様の一例を示す斜視図であり、（ａ）は縫合前の状態を示す斜視図であり、（ｂ）は縫合開始時の状態を示す斜視図であり、（ｃ）は縫合中の状態を示す斜視図であり、（ｄ）は縫合終了時の状態を示す斜視図である。図７（ｃ）及び（ｄ）では、縫合糸１１１のみを図示し、縫合針１１０は省略してある。図示するように、皮膚の一部を模して形成された１組の模擬部材３００ａ，３００ｂは、その底面側に樹脂製の薄板３１０ａ，３１０ｂが接着固定されている。本実施形態では、薄板３１０ａ，３１０ｂと１組のアーム部材２２０ａ，２２０ｂとを連結するために、互いに大きさが異なり、一方端部をＬ字状に屈曲して形成したアルミ製のＬ字薄板３２０ａ，３２０ｂ，３３０ａ，３３０ｂの背面同士を接着剤等で接着固定して用いた。即ち、薄板３１０ａ，３１０ｂ裏面側に、Ｌ字薄板３２０ａ，３２０ｂにおけるＬ字状に屈曲した端部表面を接着剤等で接着固定し、１組のアーム部材２２０ａ，２２０ｂのＬ字状に屈曲した端部表面側に、Ｌ字薄板３３０ａ，３３０ｂにおけるＬ字状に屈曲した端部裏面を接着剤等により接着固定した。これにより、１組の模擬部材３００ａ，３００ｂが１組のアーム部材２２０ａ，２２０ｂを介して各力センサに固定され、１組の模擬部材３００ａ，３００ｂに対する直交三軸方向の力（圧縮力又は引張力）及び結紮力を測定することができるようになる。
【００９７】
＜医療シミュレータの使用態様＞
次に、上述した医療シミュレータ２の使用態様について、１組の模擬部材３００ａ，３００ｂを用いて、皮膚の縫合処置及び結紮処置の訓練を行う場合を例に挙げて説明する。
【００９８】
まず、図７（ａ）に示すように、上述の通りに１組の模擬部材３００ａ，３００ｂを１組のアーム部材２２０ａ，２２０ｂに固定し、縫合針１１０、縫合糸１１１及び鉗子や摂子（ピンセット）、持針器等（不図示）を用意する。本実施形態では、着糸部（針先とは反対側の端部）に縫合糸１１１が着糸された縫合針１１０を用いた。
【００９９】
次に、図７（ｂ）に示すように、縫合針１１０の着糸部から針先までの距離の１／３〜１／２の部分を持針器で把持し、一方の模擬部材３００ａの短手方向一方端部側の端縁部３０１ａに縫合針１１０の針先を刺入する（この時点を縫合及び結紮開始とする）と、その力に応じて、図６に示す第１の力センサ４０ａ、第２の力センサ４０ｂ及び第３の力センサ４０ｃが弾性変形する。次に、図７（ｃ）に示すように、図７（ａ）に示す縫合針１１０の湾曲方向に向かって運針し、針先から遠い部分を持針器で把持して縫合針１１０を引き抜く。ここで、一方の模擬部材３００ａの端縁部３０１ａにおける縫合針１１０を刺入して引き抜いた部分（作用点）に三次元方向の力（圧縮力又は引張力）が加わると、その力に応じて第１の力センサ４０ａ、第２の力センサ４０ｂ及び第３の力センサ４０ｃが弾性変形する。同様に、他方の模擬部材３００ｂの短手方向他方端部側の端縁部３０１ｂに縫合針１１０の針先を刺入し、縫合針１１０の湾曲方向に向かって運針して引き抜くと、その部分（作用点）に三次元方向の力（圧縮力又は引張力）が加わり、その力に応じて第１の力センサ４０ａ、第２の力センサ４０ｂ、第３の力センサ４０ｃ及び第４の力センサ４０ｄが弾性変形する。次に、引き抜いた縫合針１１０を所定の結紮方法に従って縫合糸の糸結びを開始すると、その力に応じて第１の力センサ４０ａ、第２の力センサ４０ｂ、第３の力センサ４０ｃ及び第４の力センサ４０ｄが弾性変形する。
【０１００】
本実施形態では、上述の縫合針１１０の刺入から結紮動作終了までの間、第１の力センサ４０ａ、第２の力センサ４０ｂ、第３の力センサ４０ｃ及び第４の力センサ４０ｄからの各アナログ信号をインターフェイス部６０において増幅し、デジタル信号に変換し、ノイズを除去した信号をシリアル変換したのち処理部６５に送信し続ける。処理部６５における時間計測部６５５では、１組の模擬部材３００ａ，３００ｂに対する縫合処置及び結紮処置の開始時に、データ評価部６５３に対し評価を開始するよう計時信号を出力する。また、データ演算部６５１では、１組の模擬部材３００ａ，３００ｂに対する各動作における各電圧値（時系列演算データ）の経時変化グラフ（計測グラフ）を作成し、同時にそのデータをデータ評価部６５３に出力し続ける。データ評価部６５３では、計測グラフ（評価対象データのグラフ）と、基準データ記憶部６５４に記憶された縫合処置及び結紮処置の基準値と比較し、その評価結果を評価信号として警告信号作成部６５６に出力し続ける。この時、評価開始の計時信号は処置の開始にともない自動的に発生してもよいし、キーボード、足踏みスイッチ等により手動で入力してもよい。警告信号作成部６５６では、入力した評価信号に基づき、実施形態１と同様にして評価を行い、継続信号又は警告信号を作成して音声出力部６５７及びデータ表示部６５８にこれらの信号を出力する。
【０１０１】
そして、図７（ｄ）に示すように、一定の時間内に所定の結紮方法に従って縫合糸の糸結びを終了すると、結紮処置中に評価対象者が行った行為に対し総合的に採点（評価）を行い、合格（評価対象値が基準値の範囲内）したか否（評価対象値が基準値の範囲外）かを表示画面、音声出力等で評価対象者に提示してもよい。これにより、評価対象者は、実施形態１と同様にして、自身の縫合処置及び結紮処置の評価結果を確認しながら、或いは、評価結果により処置の修正を行いながら、訓練を行うことができる。
【０１０２】
（実施形態４）
＜医療シミュレータ＞
本発明の実施形態４にかかる医療シミュレータの装置構成について説明する。
【０１０３】
図８は、本発明の実施形態４にかかる医療シミュレータの使用態様の一例を示す斜視図である。図示するように、本実施形態では、上述した医療シミュレータ２について、使用する模擬部材について、前立腺癌における前立腺の摘出手術の際に尿道と膀胱をつなぐ操作（以下「吻合」とする）を訓練するための尿道の一部を模して形成された模擬部材４００と、膀胱の一部を模して形成された模擬部材５００とを適用した以外は実施形態３と同様の装置構成とした。なお、本実施形態では、着糸部（針先とは反対側の端部）に縫合糸１１１が着糸された縫合針１１０を用いたが、図８では、縫合糸１１１のみを図示し、縫合針１１０は省略してある。
【０１０４】
本実施形態における模擬部材４００は、尿道の一部を模して形成されたクロロプレンゴム製の弾性材からなる筒状体であり、外周部の一部を薄板３１０ａ上に載置した状態で、接着剤等で接着固定されている。また、模擬部材５００は、膀胱の一部を模して形成されたクロロプレンゴム製の弾性材からなり、閉塞部側に向かって先細った袋状体であり、閉塞部側（一方端部側）の外周部には、模擬部材４００の一方端部側の開口部４０１と連結するための円形開口部５０１が形成され、他方端部側には、開口部５０２が形成されている。模擬部材５００は、円形開口部５０１が形成されていない側の外周部の一部を薄板３１０ｂ上に載置した状態で、接着剤等で接着固定されている。これにより、模擬部材４００及び模擬部材５００が１組のアーム部材２２０ａ，２２０ｂを介して各力センサに固定され、模擬部材４００及び模擬部材５００に対する直交三軸方向の圧縮力又は引張力及び結紮を測定することができるようになる。
【０１０５】
＜医療シミュレータの使用態様＞
次に、上述した医療シミュレータ２の使用態様について、模擬部材４００及び模擬部材５００を用いて、尿道と膀胱の縫合処置及び結紮処置の訓練を行う場合を例に挙げて説明する。
【０１０６】
まず、上述の通りに模擬部材４００及び模擬部材５００を１組のアーム部材２２０ａ，２２０ｂに固定し、縫合糸１１１が着糸された縫合針（不図示）及び鉗子や摂子（ピンセット）、持針器等（不図示）を用意する。
【０１０７】
次に、縫合針の着糸部から針先までの距離の１／３〜１／２の部分を持針器で把持し、模擬部材４００の開口部４０１の端縁部４０２に縫合針の針先を刺入する。この時点を吻合開始とする。次に、縫合針の湾曲方向に向かって運針し、針先から遠い部分を持針器で把持して縫合針を引き抜き、その部分（作用点）に三次元方向の力（圧縮力又は引張力）が加わると、その力に応じて、図６に示す第１の力センサ４０ａ、第２の力センサ４０ｂ及び第３の力センサ４０ｃが弾性変形する。同様に、模擬部材５００の円形開口部５０１の端縁部５０３に縫合針の針先を刺入し、縫合針の湾曲方向に向かって運針して引き抜くと、その部分（作用点）に三次元方向の力（圧縮力又は引張力）が加わり、その力に応じて、図６に示す第１の力センサ４０ａ、第２の力センサ４０ｂ、第３の力センサ４０ｃ及び第４の力センサ４０ｄが弾性変形する。次に、引き抜いた縫合針を所定の結紮方法に従って縫合糸の糸結びを開始すると、図６に示す第１の力センサ４０ａ、第２の力センサ４０ｂ、第３の力センサ４０ｃ及び第４の力センサ４０ｄが弾性変形する。
【０１０８】
本実施形態では、縫合針の刺入から結紮動作終了（糸結びが終了した時点）、即ち吻合処置が終了するまでの間、第１の力センサ４０ａ、第２の力センサ４０ｂ、第３の力センサ４０ｃ及び第４の力センサ４０ｄからの各アナログ信号をインターフェイス部６０において増幅し、デジタル信号に変換し、ノイズを除去した信号をシリアル変換したのち処理部６５に送信し続ける。処理部６５における時間計測部６５５では、模擬部材４００及び模擬部材５００に対する吻合処置の開始時に、データ評価部６５３に対し評価を開始するよう計時信号を出力する。また、データ演算部６５１では、模擬部材４００及び模擬部材５００に対する各動作における各電圧値（時系列演算データ）の経時変化グラフ（計測グラフ）を作成し、同時にそのデータをデータ評価部６５３に出力し続ける。データ評価部６５３では、計測グラフ（評価対象データのグラフ）と、基準データ記憶部６５４に記憶された吻合処置の基準値と比較し、その評価結果を評価信号として警告信号作成部６５６に出力し続ける。この時、評価開始の計時信号は処置の開始にともない自動的に発生してもよいし、キーボード、足踏みスイッチ等により手動で入力してもよい。警告信号作成部６５６では、入力した評価信号に基づき、実施形態１と同様にして評価を行い、継続信号又は警告信号を作成して音声出力部６５７及びデータ表示部６５８にこれらの信号を出力する。
【０１０９】
そして、所定の吻合方法に従って処置を終了すると、吻合処置中に評価対象者が行った行為に対し総合的に採点（評価）を行い、合格（評価対象値が基準値の範囲内）したか否（評価対象値が基準値の範囲外）かを表示画面、音声出力等で評価対象者に提示してもよい。これにより、評価対象者は、実施形態１と同様にして、自身の吻合処置の評価結果を確認しながら、或いは、評価結果により処置の修正を行いながら、訓練を行うことができる。
【０１１０】
（他の実施形態）
以上、本発明の医療シミュレータの一実施形態を説明したが、本発明の基本的構成は上記のものに限定されるものではない。なお、図面において示す構成要素、即ち模擬部材、各力センサ等の厚さ、幅、相対的な位置関係等は、本発明を説明する上で、誇張して示されている場合がある。また、本明細書の「上」という用語は、構成要素の位置関係が「直上」であることを限定するものではない。例えば、「１組のアーム部材の載置面上の模擬部材」等という表現は、１組のアーム部材の載置面と模擬部材との間等に、他の構成要素を含むものを除外しない。
【０１１１】
本発明の医療シミュレータは、上述した使用態様の他、ロボット手術における操作の習熟に適用することができる。近年、遠隔操作により体内の手術を行うロボット手術が普及してきている。ロボットを用いることにより、体内の臓器が目の前で拡大されて見え、あたかも術者（ロボット術者）が患者の体内に入り込んだような感覚で手術を行うことが可能となる。その一方で、臓器に触った感覚に乏しく、その分、操作を困難にしている。本発明の医療シミュレータは、ロボットにより加わった力であっても測定することができるので、予め本発明の医療シミュレータを用いてトレーニングすることにより、より安全で質の高い手術が可能となる。例えば、上述した膀胱尿道吻合時に、ロボットを適用して評価することもできる。この場合、本発明の医療シミュレータの出力画像（評価結果）を、ロボット術者の操作画面を分割したその一部に表示することができ、或いは、その操作画面にオーバーレイして表示することができる。これにより、術者はロボットを操作しながら本発明の医療シミュレータの評価画面を見ることができる。
【０１１２】
本発明の医療シミュレータは、上述した使用態様では、模擬部材やピンとアーム部材とを螺子留めにより固定したが、これに限定されない。実際の糸結びでは、血管の太さに差異があり、また、血管だけでなく、腸管や皮膚等を結紮することもある。このため、本発明の医療シミュレータでは、上述した通り、模擬部材やピンを交換できる構造としたが、この際の着脱機構は螺子に限定されず、例えば、磁石やバネ構造を用いてもよい。
【０１１３】
本発明の医療シミュレータは、上述した使用態様では、模擬部材やピンに対して、何ら障害物を設けず処置を施したが、これに限定されない。近年、術式の複雑化により、より繊細な手技が必要となったり、体内の深いところにあるものを糸で結んだりする機会が増えてきている。例えば、上述した膀胱尿道吻合時は、実際には骨盤が術野を遮る形で行われるため、血管の断端を結紮するためには非常に高度な技術が必要とされる。このような場合、通常２回以上結紮を行うが、この間、緩んではならず、最終的に必要十分な結紮力が必要である。更に、糸結び中に必要以上の力が加わると、容易に血管がちぎれてしまう。太い血管であれば、多少結紮部位に力が加わってもよいが、細い血管では、わずかな力でも引っ張ることにより、ちぎれてしまう。要するに、血管の太さ又は場所により、結紮部位に加えられる適切な力や強さが異なり、最適な糸結びがあるところ、術野が狭い場合であっても、適切な力や強さで最適な結紮を行う必要がある。このため、従来では、個々の外科医が実地経験により技術を会得してきたが、この経験を第三者が的確に知ることは難しい。そこで、本発明の医療シミュレータを用いる際に、処置時の視野を遮る障害物、例えば、膀胱尿道吻合時における骨盤を模した部材等を用いることにより、実地に近い状況を作り出すことで、自身の技術を高めることができる。
【０１１４】
本発明の医療シミュレータは、模擬部材やピンを訓練時に駆動させない構成であったが、これに限定されず、模擬部材やピンの方向に応じて糸結びの方法を変え、あらゆる方向に対応可能な訓練を行うようにしてもよい。例えば、カメラの三脚のような、首振り機構上に本発明の医療シミュレータを設置してもよい。本発明の医療シミュレータのセンサとして、三次元重力センサを適用することで、首振りにより本体の角度が変わった場合でも、引っ張り方向の補正を行い、適切に測定することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
本発明は、医師や医学生等、或いは必要に応じて他の医療関係者や医療機器メーカー等の研究開発者等の評価対象者が、血管、腸管、腎臓、膀胱、尿道、肝臓等の体内臓器に対して切断、止血、縫合、吻合等の操作を行う一般の外科手術の訓練を行う際に極めて有用である。
【符号の説明】
【０１１６】
１，２  医療シミュレータ
１０  基材
２０  模擬部材
２１  先端面
２２  周縁部
３０  アーム部材
３１  切欠部
４０ａ  第１の力センサ
４０ｂ  第２の力センサ
４０ｃ  第３の力センサ
４０ｄ  第４の力センサ
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ  貫通孔
５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅ  配線
６０  インターフェイス部
６５  処理部
７０  筐体
７１  収容部
７２  蓋部
８０，８１，８２，８３  固定部材
９０ａ，９０ｂ，９１ａ，９１ｂ，９２ａ，９２ｂ，９５ａ，９５ｂ，９６，９６ａ，９７ａ，９７ｂ  螺子
９３ａ，９３ｂ，９４ａ，９４ｂ  埋没螺子
１００  薄板
１０１，１０２  Ｌ字薄板
１１０  縫合針
１１１  縫合糸
２００ａ，２００ｂ  ピン
２１０ａ，２１０ｂ  ターミネータ
２１１ａ，２１１ｂ  当接部
２１２ａ，２１２ｂ  切頭部
２２０ａ，２２０ｂ  アーム部材
２２１ａ，２２１ｂ  切欠部
３００ａ，３００ｂ  模擬部材
３０１ａ  端縁部
３１０ａ，３１０ｂ  薄板
３２０ａ，３２０ｂ，３３０ａ，３３０ｂ  Ｌ字薄板
４００，５００  模擬部材
４０１，５０２  開口部
４０２，５０３  端縁部
５０１  円形開口部
６０１  電圧検出部
６０２  Ａ／Ｄ変換部
６０３  ノイズ処理部
６０４  シリアル変換部
６５１  データ演算部
６５２  過去データ記録部
６５３  データ評価部
６５４  基準データ記憶部
６５５  時間計測部
６５６  警告信号作成部
６５７  音声出力部
６５８  データ表示部
７２１  開口部
８０１  切欠部
８２１，８３１，８３３  突出部
８３２  上面
【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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【国際調査報告】
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