(57)【要約】本発明は、人間の妊娠と分娩過程を模倣する分娩シミュレーターの能動的なものと、対話型のものに関する。この場合、分娩シミュレーターは次の特徴を持つ。母体トルソ１、母体トルソ１の中に配置された胎児モデル２。この場合自然の形態、大きさ、および位置の諸状況を遵守し、胎児モデル２は連結装置７を介して、制御可能な駆動装置５と結合されている。これにより胎児モデル２を母体トルソ内で動かし、あるいは産道を通って母体トルソ１から押し出すことができる。そして駆動装置５を制御するために、プログラム可能な制御装置が設けられている。
2004530942.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
次の特徴を持つ分娩シミュレーターにおいて、
弾性素材からなる母体トルソ（１）と、
弾性素材からなる胎児モデル（２）とを持ち、この胎児モデルは母体トルソ（１）内に配置され、その際好ましくは自然の形態状況および大きさの状況と触感が維持されている、
上記の分娩シミュレーターにおいて、
胎児モデル（２）を母体トルソ（１）内で動かすため、あるいは産道を通って胎児モデルを母体トルソ（１）から押し出すため、胎児モデル（２）は１つの連結装置（７）を介して、制御可能な駆動装置（５）と結合されていることと、
プログラム可能な制御装置が駆動装置（５）を制御するために設けられ、その際母体内の胎児の自然な運動を模倣するように、制御が行われることとを特徴とする、分娩シミュレーター。
【請求項２】
胎児モデル（２）を動かすため、複数の連結装置（７）と複数の駆動装置（５）とを備えることを特徴とする、請求項１に記載の分娩シミュレーター。
【請求項３】
診察する人間が手または医療機器により母体トルソ（１）または胎児モデル（２）に加える力とモーメントを検出するセンサーデバイスが設けられ、その際センサーデバイスのセンサーは連結装置（７）および／または駆動エレメント（５）に配置されていることと、駆動エレメント（５）を制御するため、コンピューターを備えるプログラム可能な制御装置を設け、その際制御装置の形態は、センサーデバイスから供給される測定信号が、シミュレーションプログラムがファイルされているコンピューターに導かれるような形態とし、このシミュレーションプログラムは制御装置と共同作用して、外部から力の作用があったとき胎児モデル（２）を駆動エレメント（８）によって動かし、これにより胎児モデル（２）は適切な反応運動を行い、この反応運動は、該当する診察あるいは該当する分娩過程の際の母体内における胎児の自然の運動挙動に相当するものであることとを特徴とする、請求項１または２に記載の分娩シミュレーター。
【請求項４】
制御装置と信号技術的に結合された光学的ディスプレイ装置が設けられ、このディスプレイ装置が胎児の運動をリアルタイムで示すことを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の分娩シミュレーター。
【請求項５】
光学的ディスプレイ装置が説明事項と追加的情報を表示することを特徴とする、請求項４に記載の分娩シミュレーター。
【請求項６】
現実の診察または自然の分娩の際に生じ得る典型的な騒音と音声を生じるため、制御装置と信号技術的に結合された音響発声装置を設けることを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載の分娩シミュレーター。
【請求項７】
上記音響発生装置が母体トルソ（１）内に組み込まれていることを特徴とする、請求項６に記載の分娩シミュレーター。
【請求項８】
胎児モデル（２）の頚部領域および／または変形可能なセグメントからなる頭蓋冠領域に行程センサーおよび／または力センサーおよび／または圧力センサー（１３、１４）が配置され、これらのセンサーは信号技術的に制御装置と結合されていることを特徴とする胎児モデル、好ましくは先行する請求項のいずれかに記載の分娩シミュレーター用の胎児モデル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分娩前の処置法を模倣するため、および分娩過程における状況を選択してシミュレーションするための、分娩シミュレーターに関する。
【０００２】
助産婦および産婦人科医の職業教育は非常に手間がかかる。練習が必要な手技または医療器具（たとえば吸引装置）の応用を妊婦そのものに行おうとしても、それができる場合はきわめて限られているからである。まさに事態が複雑かつ緊急である場合ほど、経験の浅い人員を分娩補助に積極的に用いるのは不可能であるか、倫理的に肯定できない。さらに、問題のある様々なケースが、しばしば予期しないときに発生する。従って助産婦や産婦人科医は、長期間にわたって比較的受動的に分娩に立ち会わなければならない。受動的な職業教育を非常に長期に続けて初めて、積極的な職業教育を始めることができる。この場合も母子の残留リスクを小さく抑えるため、すべての行動を経験ある医療専門人員によって監視しなければならない。
【背景技術】
【０００３】
産婦人科職業教育を支援するため、身体モデル、フィルムおよびコンピューターアニメーションがこれまで用いられている。組み立て可能な硬質プラスチック製モデルがあって、これにより、解剖学的、生理学的、または病理学的諸関係を空間的に視覚化することができる。さらには軟質プラスチック製モデルが知られており、これは人間の触感的特色をできるだけ模倣しようというものであって、解剖学的に適切な母胎内に変形可能な胎児の人形が収められている。
【０００４】
職業教育が必要な助産婦や産婦人科医はこれらのモデルに触れて、特定の基礎的手技を練習し、たとえば胎児の姿勢など空間的諸関係を記憶することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし従来の技術から知られている身体モデル、フィルムまたはコンピューターアニメーションは、現実に近い職業教育にきわめて不十分にしか適さないので、本発明の課題は、分娩前の処置法を模倣するための、そして分娩過程の際の状況を選択してシミュレーションするための装置を得て、必要な手技をはるかに効果的に学習または訓練できるようにすることである。下記ではこの装置を分娩シミュレーターと呼ぶことにしたい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、請求項１に記載の分娩シミュレーターと、請求項８に記載の胎児モデルによって解決される。
【０００７】
好ましくは軟質弾性プラスチックまたは同様な特性を持つ材料からなる母体トルソ、かつ自然の人体の形状と硬さと触感とを備える母体トルソに、ゴム弾性材料からなる子宮中空部を設ける。子宮中空部は、その中に軟質弾性プラスチック製の胎児モデルを収めることができるような形状とし、この場合子宮中空部と胎児モデルは、形状、大きさ、姿勢において自然の状況に対応するものとする。本発明ではこの胎児モデルを、１つの連結装置を介して動力駆動装置と機械的に連結する。さらにはこの動力駆動装置を制御するためのプログラム可能な制御装置を設けるので、胎児モデルは自由にプログラム可能な運動経過に従って子宮中空部内を運動可能であるか、あるいは産道を通して母体トルソから取り出すことができる。
【０００８】
本発明の長所は、たとえば分娩前または分娩中の時間的経過といったさまざまに異なる医学的状況を、触れることができてみずからも動く身体モデルによりシミュレーションすることができるようになったことである。このモデルは、たとえばどのようにして胎児が産道から押し出されるかを感じるために、手で触れることができる。たとえばかん子または吸引装置の使用といった、器具の正しい使用法を練習することも可能である。特に重要なのは、プログラム変更により、すなわち「ボタン操作により」、異なる医学的状況を設定できることである。
【０００９】
請求項２では、胎児モデルを複数の制御可能な機械的駆動装置と連結し、複雑な胎児の運動をシミュレーションでき、これは自然な胎児の動きに広範囲に対応する。好ましくはこれらさまざまな駆動装置をまとめて１つの多関節ロボットとする。
【００１０】
請求項３では、力と運動を検出するセンサーデバイスと、力と運動のフィードバックをシミュレーションするシミュレーションプログラムとが設けられる。たとえば診察する人間が手で母体トルソを押すか、あるいは胎児モデルに直接手で触れるか、あるいは医療器具で胎児をつかむと、そのとき加えられた力がセンサーデバイスのセンサーによって測定される。専門家には明らかなことであるが、同時にこれらの力の方向も直接または間接に特定可能である。これらのセンサーは、連結装置および／または駆動エレメントに配置される。制御装置のコンピューターではシミュレーションプログラムが実行され、このプログラムによって、センサーデバイスから供給された測定信号が、力および運動のフィードバック信号に換算されることになる。この力と運動のフィードバック信号は制御装置に導かれる。この制御装置は駆動エレメントを制御して、何らかの人間により特徴的な力が作用されると駆動エレメントによって胎児モデルが次のように動かされるようにする。すなわちその胎児モデルが適切な反応運動を実行し、この反応運動は、該当する医学的状況における胎児の自然の運動挙動に対応するようにする。こうして助産婦または職業教育中の人間に「生きている」胎児の感覚を教える。従って妊婦看護と助産の分野でまったく新しい職業教育法がはじめて可能となる。プログラム変更すなわちボタン操作さえすれば、自然の胎児のさまざまな臨床的状況と運動反応モデルをシミュレーションできる。
【００１１】
請求項４では、制御装置のコンピューターと信号技術的に結合された光学的ディスプレイ装置が意図される。このディスプレイ装置はモニターまたはデータ眼鏡（Datenbrille）とすることができる。シミュレーションの間さまざまな視覚的情報が表示される。たとえば分娩の１つの特殊な状況をシミュレーションする場合、同時にフィルムが走るが、このフィルムはたとえば自然の分娩における同じ状況を示すものである。それと異なる種類の表示、たとえばレントゲンフィルム表示も可能である。
【００１２】
請求項５ではこの光学的ディスプレイ装置が、説明事項や追加的情報も表示する。たとえば危険な状況に関する追加的な説明事項を字幕表示すれば、職業教育に特に役立つ。
【００１３】
請求項６では、典型的な騒音を生じる音響発生器をさらに設ける。胎児の騒音だけでなく母親の音声も録音することができる。これらの騒音は合成によって生じることもできるし、自然のもの、すなわち適切な自然の状況の中で録音されたテープ録音とすることもできる。この措置によって、職業教育を受ける人間のために現実に近い印象をあたえることができる。たとえば激しい陣痛の場合、同時に産婦の喘ぎを録音する。
【００１４】
請求項７では、この音響発生器が母体トルソに組み込まれている。これにより胎児の騒音が非常に真実性を持ってシミュレーションされる。
【００１５】
請求項８には、好ましくは請求項１〜７に記載の分娩シミュレーターを用いるために予定されている胎児モデルを記載する。この胎児モデルは、変形可能なセグメントからなる頚部領域および／または頭蓋冠領域に、行程センサーおよび／または力センサーおよび／または圧力センサーを備え、これらのセンサーは制御装置のコンピューターと信号技術的に結合されているものとする。
【００１６】
請求項１〜７に記載の分娩シミュレーターを用いるとき、学習効果を改善する追加的情報を得ることが、この胎児モデルによって可能となる。こうしてたとえば、職業教育を受けた人間が分娩シミュレーターで分娩をシミュレーションする間、胎児に対する力の導入を記録することができる。職業教育を受ける人間についても同じことを行う。続いて両者の力の経過を比較し、評価する。
【００１７】
力センサーおよび／またはモーメントセンサーを取り付けるのに好ましい箇所は、胎児モデルの頚部である。行程測定装置または圧力センサーを取り付けるのに好ましい箇所は、胎児モデルの頭蓋骨領域である。行程記録装置を設ける場合、頭蓋骨は自然の胎児頭蓋骨と同様に変形可能なものであって、また変位可能な頭蓋骨セグメントを持つものとし、この変位は行程測定装置によって測定されるものとする。
【００１８】
請求項３に記載の分娩シミュレーターとともにこの胎児モデルを用いる場合、この胎児モデルのセンサー情報を用いて、反応力とそれにともなう反応運動との計算のため、より多く、より正確な力および／またはモーメントに関する情報を供給する。そのほか言及しておきたいのは、具体的な運動シミュレーションを実行する際信号を得るのに必要であれば、専門家は必要に応じて胎児または母体トルソの適切な箇所にさらにセンサーを取り付けるであろうということである。たとえば母体トルソの腹部領域に圧力センサーを取り付けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
下記に本発明を、略図と組み合わせた実施例を用いてさらに詳しく説明する。
【００２０】
図１は、胎児モデル２をおさめた妊婦の母体トルソ１の形状と大きさを持つ分娩シミュレーターの断面を示す。この母体トルソ１は、たとえばテーブルといった土台面の領域３に固定されている。胎児モデル２は、子宮をシミュレーションする中空部４に収められている。この母体トルソ１と胎児モデル２は、軟質弾性プラスチックから形成されている。胎児モデル２には線形駆動装置５が、力センサー６を介して連結されている。この線形駆動装置５は、長さ測定システムの形をとるポジション検知装置を内部に備え、矢印５ａで表した交互方向の運動を可能にする。力センサー６は玉継手７ａを介して胎児モデル２と結合されている。線形駆動装置５が胎児モデル２を産道から押し出すとき、職業教育を受ける人間は胎児モデル２を、本物の分娩の場合と同様に保持し、導かなければならない。そのとき作用する力を力センサー６が検知し、力測定信号として評価電子系統により処理され、力測定データとして記憶装置に記憶される。シミュレーションされた分娩の際に追跡可能な力と運動の過程は、記憶されている力と運動の標準的な過程と比較される。追跡された力と運動の過程と、記憶された力と運動の標準的過程との差から、職業教育を受ける人間の訓練成果を類推することができる。
【００２１】
図２は図１と基本的に同じ配置を示すが、この場合線形駆動装置５は、交互方向の運動５ａのほかさらに回転運動５ｂを可能とする。図１と異なるのは、胎児モデル２と力センサー６の連結箇所が、ねじり剛性があってかつバネ弾性があるエレメント７ｂとして形成されていることである。
【００２２】
図３は図２と基本的に同じ配置を示すが、この場合線形駆動装置５は、運動５ａおよび５ｂのほかさらにスイング運動５ｃを可能とする。図１または２と異なるのは、胎児モデル２と力センサー６の連結箇所が、剛性連結として形成されていることである。
【００２３】
図４は図３と基本的に同じ配置を示すが、この場合線形駆動装置５は、運動５ａ、５ｂ、５ｃのほかさらに運動５ｄを行う。この運動は運動５ａの方向に対して垂直である。胎児モデル２と力センサー６の連結箇所は、これも剛性連結として形成されている。
【００２４】
図５の示す線形駆動装置５は、３つの個別駆動装置５1、５2、５3からなり、これらの末端部分はスイング可能な状態で支持部８およびプレート９にピボット取り付けされている。プレート９は力センサー６を介して２点ホルダー１０と剛性結合されている。この２点ホルダー１０は胎児モデル２のポイント１１および１２に固定されている。
【００２５】
図６の示す線形駆動装置５は、図５で説明したものと同様に、３つの個別駆動装置５1、５2、５3からなり、これらの末端部分はスイング可能な状態で支持部８1、８2、８3にピボット取り付けされている。胎児モデル２の方向に伸びる末端部分は、胎児モデルのさまざまなポイント２1、２2、２3にスイング可能な状態でピボット取り付けされている。
【００２６】
自由度がさまざまに異なるさまざまな駆動装置を用いて、胎児モデルの現実に近い運動をどのようにして生じるか、専門家には略図と上記の説明で明らかなことである。
【００２７】
図７に示す胎児モデル２の頭部は、力−トルクセンサー１３を介して胴部と結合されている。分娩シミュレーションの際には、胎児モデル２の頭部に対する手技の練習が特に重要である。このとき胎児の頚部に特別な荷重がかかる。従って分娩シミュレーションを監視する際には頭部把握のチェックが特に重要であるが、胎児モデルのこの実施形態によればそれは可能である。電気的測定信号の転送には、専門家は有線および無線の転送方法を利用できる。
【００２８】
図８の胎児モデル２はその頭部に、図７に示したものに加えて行程−圧力センサー１４を頭蓋骨領域に配置されている。さらに胎児モデル２の頭蓋冠では、個々の部分が変位可能に形成されている。たとえば分娩をシミュレーションするとき、自然の分娩プロセスの場合と同様に頭蓋冠の各部分が変位するが、この変位が医学的に指定された限界を超えないよう、訓練の際に注意することができる。行程−圧力センサーを用いて、分娩シミュレーションの間の変位と圧力を検知することができ、得られたデータから、職業訓練を受ける人間が胎児モデルの頭部を正しく保持し、導いているかを、評価することができる。適切な行程−圧力センサーとそれに適した信号処理技術を選択し、使用することは、専門家の裁量に任されている。
【００２９】
図９は１つの分娩シミュレーターの断面を図式的に示すが、このシミュレーターは妊婦の腹部トルソ１に胎児モデル２を収めるという形状である。腹部トルソ１は土台面領域３、たとえばテーブル上に固定されている。この胎児モデル２は、子宮をシミュレーションする中空部４の中に位置する。この腹部トルソ１と胎児モデル２は、軟質弾性プラスチックから形成される。胎児モデル２にはシリアルリンクアームを備える６関節ロボット５が６コンポーネント−力・モーメントセンサー６を介して連結されている。
【００３０】
分娩シミュレーションの際にロボット５が胎児モデル２を産道から排出するとき、職業教育を受ける人間は胎児モデル２を、現実の分娩の場合と同様に把握して導かなければならない。そのとき加えられる力とモーメントは、６コンポーネント−力・モーメントセンサー６に検知され、電気信号に変換され、制御・調整装置に伝達される。
【００３１】
このロボットはシリアルリンクアームを備える。すなわち複数のロボットセグメントが、能動的に駆動される回転軸を介してたがいに直列に結合されている。回転軸の方向は、ロボットのエンドエフェクターが、６コンポーネント−力・モーメントセンサー６と連結された胎児モデルとともに、６自由度（３ポジションと３方向）で運動できるような方向を選択する。ロボットの角度位置は内部の関節角度センサーによって検知され、制御・調整装置に伝達される。関節角度データから空間中における胎児モデル２の位置が特定される。
【００３２】
人間が胎児モデル２に手で、弾性ある腹壁６を介して間接的に、あるいは直接に触れるとき、手あるいは医療機器から胎児モデル２に加えられた力により、その人間は１つの運動を誘発する。胎児モデル２はそれに対して、自然の胎児による現実の反応運動に対応する１つの運動モデルに従って反応する。
【００３３】
胎児モデルの運動誘発は基本的に２つの方法により行われる。
【００３４】
第１の方法は図１０に示すアドミタンス制御である。この場合胎児モデル２に触れたとき加えられる力は、６コンポーネント−力・モーメントセンサー６に検知されて、シミュレーションプログラムを備えるコンピューターに伝達される。胎児モデル２に生じる運動はこのコンピューターで計算され、基準量としてロボット制御装置に転送される。ロボット制御装置は、算出された基準運動を測定されたロボット運動と比較し、ロボットにモーター電流を供給するので、測定された運動と算出された運動の間の誤差は最小限に抑えられる。
【００３５】
第２の方法は図１１に示すインピーダンス制御である。この場合力とモーメントの作用によって強制されたポジションおよび方向の変化が検知され、シミュレーションプログラムを備えるコンピューターに伝達される。すると対応する力とモーメントが計算されて、基準量としてロボット制御装置に転送される。ロボット制御装置は、計算された基準的な力およびモーメントを実際に生じた力およびモーメントと比較して、生じた誤差が最小限となるようにロボットを動かす。
【００３６】
従って分娩シミュレーション計算のためのシミュレーションプログラムは、母親の骨盤、子宮、靭帯、腱、皮膚および筋肉構造と、胎児モデルの身体との間の生体力学的関係を含む。このプログラムは、次に挙げるものの間における静力学的および動力学的関係を記述する。すなわち、たとえば職業教育を受ける助産婦といった人間が胎児モデルに加えて実際に生じる力およびモーメントと、空間的ポジション／位置から見た胎児の位置や運動およびその導関数、すなわち母親の身体に対する速度および加速度との間における関係である。これにより、測定された力および運動から、胎児モデル２に生じる運動（アドミタンス制御）を、あるいは測定された胎児の運動から、それに伴う力と運動（インピーダンス制御）を計算することができ、後者の力と運動は操作する人間に伝達される。
【００３７】
機械的な力アクチュエーター機構５の制御によって、操作する人間は、実際の反応と同様な触覚上の主観的印象を得る。分娩シミュレーション計算で相応のパラメーター選択を行うことにより、正常な分娩過程または胎児運動だけでなく、まれな状況や問題的な例を示し、具体的に伝達することもできる。
【００３８】
図９に示す本発明の実施形態ではさらに、分娩シミュレーションで得られた運動情報から、運動アニメーション計算処理により、解剖学的コンポーネント、たとえば母親と胎児の骨盤、子宮、靭帯、腱、皮膚、筋肉構造の運動と変形を求め、これをリアルタイムでモニター７に視覚化する。たとえばレントゲン写真表示または超音波映像表示のようなさまざまな表示方法を選択でき、その際特に危険にさらされた部分または損傷を色彩で表示することができる。さまざまな表示方法を切り替えることも可能である。操作する人間に触覚的情報と同時に視覚的情報が伝達されるので、その人間にとって非常に現実的な全体的印象が生じる。
【００３９】
図９に示す本発明の実施形態ではさらに、生体工学的計算から痛みのしきい値を求め、これを超えると音響サンプルを再生する命令が作動する。この音響サンプルは記憶装置にファイルされており、要求があると呼び出されて、ステレオラウドスピーカーシステム８を経由して再生される。たとえば誤った手技の際に苦痛の声が響くならば、それは操作する人間にとって持続的な学習心理的作用を持つことになる。
【００４０】
下記にはアクチュエーターとその制御装置を実現するについて、そのほかの説明事項を述べる。
【００４１】
アクチュエーターは、６軸Ｓｔａｅｕｂｌｉ産業ロボットＲＸ９０を用いたものが真価を認められている。このロボットのオリジナルの制御コンピューターは、１６ｍｓ以上という比較的長いサイクル時間を必要とする。分娩シミュレーターの安定した動作と、トラブルがなくて現実に近い生体工学的特性表示とを得るには、リアルタイム条件下でｋＨｚ領域の比較的高い検知速度と、モデル基盤の制御法を実行する高い計算能力を必要とすることがある。この理由からパソコンを基盤とする制御機能が平行して構築された。１つの切り替えシステムを介して、角度、力およびモーメントの各センサーと、電子的関節増幅器のためのアナログ信号とを、Ｓｔａｅｕｂｌｉコンピューターからパソコンへと切り替えることができる。パソコンでは信号検知／出力が、対応するＰＣＩカードによって行われる。電流制御機能上に電子的関節増幅器をコンフィギュレーションすることにより、パソコンにおいて、関節モーメントインタフェースに基づく上記の制御機能を実行することができる。パソコンの計算能力は著しく高いため、検知時間を２５０μＳに短縮することができ、これによりオリジナル・アーキテクチャを用いるよりも、結果がいちじるしく改善されることになる。この手順の長所は、そのほかすべてのオリジナル・コンポーネント、たとえば関節増幅器、ブレーキや緊急停止回路のための安全電子系統、電源がそのまま維持されて、その後も使用できることである。
【００４２】
下記にはこの生体工学的モデルの実現に関するそのほかの説明事項を挙げる。
【００４３】
本発明を実現するには、その基盤となる生体工学的モデルを発展させる必要がある。生体工学的モデルには、外部（操作者）から胎児に加えられる荷重、すなわち力およびモーメント（原因）と、基盤となる運動またはポジション（作用）との間の関係が表示される。ここで数学的表示に際して原因−作用の原理が記述されるのか、または作用−原因の原理が記述されるかは、制御の方法に依存する。アドミタンス制御の場合は逆のモデルが必要とされる。すなわち原因（力、モーメント）は、作用（ポジション、速度）の関数として計算される。逆にインピーダンス制御の場合は、直接的な動的モデル（フォワードモデルともいう）において原因から作用を計算する。この計算方法、すなわち逆であるか直接であるかは、モデル化の方法にとっては大きな意味を持たない。下記に直接的な方向におけるモデル化の例を略述する。
【００４４】
胎児は解剖学的に限定された特定の形態／ジオメトリーを持ち、これはもっとも単純な場合硬いものと見なすことができる。しかし、操作者または母体の一部の接触によって胎児に力が加えられるとき、胎児の形態が受動的に粘弾性的に変形すると想定することは意味がある。子宮、腹部、産道、骨盤などからなる母体も、特定のジオメトリー的、粘弾性的な特性を持つ。
【００４５】
ここで操作者が力および／またはモーメントを胎児に加えるならば、この荷重は胎児を経由して胎児−母親の接点（たとえば子宮または産道の中）に伝えられる。これらの箇所では変形または摩擦により限定された相対運動が生じる。対応する（すなわち、影響を受けた）胎児および母親の身体部分のジオメトリー的および粘弾性的特性をどのようなものにするかに応じて、多かれ少なかれ明瞭な運動（明瞭とはここでは早いこと、あるいは目を引くほどの規模を意味する）を生じる。従って胎児のポジションは、外部から（膣または腹壁を経由して）荷重を加えられることによって影響される。この場合見て取れるのは、胎児は外部の力を借りなくても―子宮が収縮さえすれば―より大きな機械的または筋肉の抵抗が生じない限り、母体から出て来ることができるということである。しかし産道の狭窄が存在するか、あるいは不都合な斜位によって胎児の頭蓋骨が産道に「引っかかって」いる場合、操作者は次のように力とモーメントを加える。すなわち、「排出力」を高めるように（たとえば母親の腹壁を下方に押すことによって）、あるいは胎児の頭部を回転させる（外部から産道を把握する）ことによって傾倒姿勢を除去するように、力とモーメントを加える。
【００４６】
この生体工学的モデルは、かならずしもすべての解剖学的コンポーネントと形態を、明示的に含む必要はない。加えられた力と発生する運動との間の数学的関係を「抽象的に」ある程度表示すれば十分である。すなわち力とモーメントが胎児のある特定箇所にある特定方向に働くとき、どのポジション、方向、速度が生じるかを、１つの数学的関数が記述する。この場合この問題の多次元性に注意しなければならない。すなわち加えられた力とモーメントは３Ｄ方向に働き、胎児の任意の箇所に作用することができる。発生するポジション、方向、速度もやはり３Ｄで表示できる。さらに力／モーメントと位置／運動との関係は、子宮内ないし産道内における胎児のその時点のポジションに依存する。この数学的関係を、線形または非線形の代数方程式をベースにして容易に記述することができる。しかし正確なパラメーター化は困難である。パラメーターの選択は、正常なあるいは病理的な分娩過程をどの程度現実に近くシミュレーションできるかを決定する。このパラメーターは、理論的考察に基づいて、あるいは経験的／測定技術的に得ることができる。
【００４７】
下記にはグラフィックディスプレイの実現について、さらに詳細な説明事項を述べる。モニターを用いて、骨盤、子宮、胎盤、子宮口、血管、胎児といった体内の解剖学的コンポーネントを視覚化する。選択によっては、モニターをシャッター眼鏡と一緒に、立体モードで動作させることもできる。運動アニメーションは、分娩シミュレーターの運動と同期して行われる。これにより操作者は、胎児が運動している間も、体内の解剖学的、生体工学的諸関係を学ぶことができる。この視覚化は、セグメント化されて３Ｄ再構築されたＣＴ撮影およびＭＲＴ撮影に基づいて行われる。再構築された解剖学的表示は追加的な情報であって、医学的職業教育においては教授法上高いポジショニングを持っているが、現実の分娩に際してこれを視覚化することはできないものである。臨床上のルーティンワークでは、通常は超音波法だけが分娩の診察と評価に用いられる。このような超音波撮影は、分娩と同時に生じる個別画像をまとめたものをベースに、運動アニメーションでシミュレーションすることができる。
【００４８】
グラフィックアニメーションにおいては、運動と同期した身体セグメントの位置変化、血管または臍帯の配置変化、筋肉、子宮、胎盤などの変形が考慮される。このような運動過程の視覚化は、いわゆる「運動学的ＣＴおよびＭＲＴ撮影」により可能である。しかしこれは単に映画的な技術であって、１自由度以上の対話的操作は不可能であり、従ってＶＲ分野に応用するには適当する分野が限られる（Ｄｕｐｕｙら、１９７７。ＷｉｔｏｎｓｋｉおよびＧｏｒａｊ、１９９９）。別な方法はモデルをベースとするアニメーションである。ここではすべてのコンポーネントが、それらの関連するジオメトリー的、粘弾性的特性と、それらの機械的相互作用がモデル化される。しかし現実に近いシミュレーションを得るには、ＦＥ計算と複雑な多物体接触モデルが必要である。これらはシミュレーション技術的な手間をいちじるしく大きくし、システムのリアルタイム能力を損なう恐れがある。
【００４９】
従って画像データと同様に解剖学的モデル計算をも用いるという、組み合わせによる方法を推奨する。開始点となるのは、数多くの不連続な分娩モーメントからジオメトリーデータを再構築し、その際あらゆる任意の胎児ポジションをあらゆる重要な自由度で表示できるよう、そのジオメトリーデータを補間および外挿することである。この場合の補間法および外挿法はモデル支援により行うことができ、その際たとえば特定の身体部分の体積維持または長さ一定を計算に入れる。これは比較的わずかな計算上の手間があれば可能なので、あらゆる任意の方向にリアルタイム能力あるスムーズな運動経過が得られる。
【００５０】
音響表示装置の実現について、下記にさらに詳しく説明事項を記載する。分娩の際には一連のさまざまな音響信号が生じ、ラウドスピーカーで再生される。これには、母親の苦痛の叫び声、胎児排出の際の騒音、そしてたとえば母親の陣痛や胎児の心電図のような音響で表示される信号が含まれる。ラウドスピーカーは人工的な身体部分の近くに置き、あるいは外部から見えないようにその身体部分の中に組み込むことができる。
【００５１】
分娩の際の騒音は、複数の被験者から分娩の際に録音することができる。騒音を表示するときは、騒音の種類として、操作者が基盤とする状況やその行う運動動作と関連づけられるようなモデルを見つけなければならない。多数の産婦人科医の経験に基づいて、この関連性をまず言語的変数を用いて質的に記述することができる。次にファジイ論理の方法を用いて、言語的データから量的な関連性を導き出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１の実施形態で稼動中のものの概略図である。
【図２】本発明の第２の実施形態で稼動中のものの概略図である。
【図３】本発明の第３の実施形態で稼動中のものの概略図である。
【図４】本発明の第４の実施形態で稼動中のものの概略図である。
【図５】本発明の第５の実施形態で稼動中のものの概略図である。
【図６】本発明の第６の実施形態で稼動中のものの概略図である。
【図７】第２の発明において第１の実施形態の概略図である。
【図８】第２の発明において第２の実施形態の概略図である。
【図９】本発明の対話型の実施形態を示す説明図である。
【図１０】本発明の対話型の実施形態において第１の制御アルゴリズムを示す説明図である。
【図１１】本発明の対話型の実施形態において第２の制御アルゴリズムを示す説明図である。
【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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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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