(57)【要約】【課題】手技の訓練者に現実の人体に近い感覚を体験させ得るようにする。【解決手段】模擬人体システム１は、循環部５の人工心肺ポンプ２２により模擬臓器３へ向けて模擬血液７を送り出しながら電磁弁２７の開閉弁を周期的に開放又は閉塞させ、落差ΔＨを利用して模擬臓器３内の模擬血液７をリザーバ２１へ排出させる。模擬心臓１１は、電磁弁２７の開閉弁が開放されるとき、貯蔵空間１１Ｂにおける圧力及び模擬血液７の貯蔵量が増加して外殻１１Ａを膨張させ、電磁弁２７の開閉弁が閉塞されるとき、貯蔵空間１１Ｂにおける圧力及び模擬血液７の貯蔵量が減少して外殻１１Ａを収縮させる。このため模擬心臓１１は、電磁弁２７における開閉弁の周期的な開閉に伴って膨張及び収縮を繰り返すことができ、人体における拍動に似た動きを再現することができる。【選択図】図１１
2012203016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に模擬血液を貯蔵する空間を有し当該模擬血液の貯蔵量に応じて少なくとも一部が変形する模擬臓器と、
上記模擬血液を上記模擬臓器に供給するポンプと、
上記ポンプから上記模擬臓器への上記模擬血液の流路中に設けられ当該流路の少なくとも一部を開放又は閉塞する開閉器と、
上記模擬臓器内の上記模擬血液に負圧を印加する負圧印加部と
を有する模擬人体。
【請求項２】
上記模擬臓器は、
外部から上記変形する部分に対して大気圧が印加され、
上記負圧印加部は、
上記模擬臓器よりも低い位置に設けられ、当該模擬臓器から排出された上記模擬血液の少なくとも一部を大気に開放させる開放部でなる
請求項１に記載の模擬人体。
【請求項３】
上記負圧印加部は、
上記模擬臓器内の上記模擬血液を吸引する吸引ポンプでなる
請求項１に記載の模擬人体。
【請求項４】
上記模擬臓器は、
上記空間に貯蔵する上記模擬血液の圧力が外部からの圧力よりも高まると少なくとも一部が膨張する
請求項１に記載の模擬人体。
【請求項５】
上記模擬臓器は、
上記空間に貯蔵する上記模擬血液の圧力が外部からの圧力よりも低下すると少なくとも一部がへこむように変形する
請求項１に記載の模擬人体。
【請求項６】
上記模擬臓器から上記負圧印加部への上記模擬血液の流路中に設けられ、当該流路の少なくとも一部を上記開閉器における開放又は閉塞と対応するよう開放又は閉塞する第２開閉器をさらに有する
請求項１に記載の模擬人体。
【請求項７】
上記開閉器及び上記第２開閉器は、
上記開閉器の解放時に上記第２開閉器を閉塞させ、上記開閉器の閉塞時に上記第２開閉器を開放させる
請求項６に記載の模擬人体。
【請求項８】
上記開閉器を迂回する他の流路中に設けられ、上記模擬血液の流量を調整する流量調整バルブ
をさらに有する請求項１に記載の模擬人体。
【請求項９】
上記模擬臓器は、
心臓を模した模擬心臓と冠動脈を模した模擬冠動脈とを有し、
上記模擬冠動脈は、
上記模擬心臓の外壁に固定されている
請求項１に記載の模擬人体。
【請求項１０】
上記模擬心臓は、
内部に上記模擬血液を貯蔵する貯蔵空間を有し、
上記模擬冠動脈は、
大動脈を模した模擬大動脈から上記模擬血液を流入させると共に当該模擬血液を上記模擬心臓の上記貯蔵空間へ排出する
請求項９に記載の模擬人体。
【請求項１１】
上記模擬臓器は、心臓を模した模擬心臓及び大動脈を模した模擬大動脈を少なくとも有し、
上記模擬心臓は、
上記ポンプから供給された上記模擬血液を上記模擬心臓内部へ供給する心臓供給管と、
上記模擬心臓内部から上記模擬血液を上記貯蔵部へ排出する心臓排出管と
をさらに有する共に、上記模擬大動脈との間で上記模擬血液の流動が遮断され、
上記模擬大動脈は、
上記ポンプから供給された上記模擬血液を上記模擬心臓に近接した箇所から上記模擬大動脈内部へ供給する大動脈供給管と、
上記模擬大動脈内部から上記模擬血液を上記貯蔵部へ排出する大動脈排出管と
をさらに有する
請求項１に記載の模擬人体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は模擬人体に関し、例えばカテーテル手技の訓練に用いる模擬人体に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、血管等の生体器官内にカテーテルを導入して該生体器官内の病変部（例えば、狭窄部）を処置することが広汎に行われている。
【０００３】
このカテーテル手技に関しては、医師が予めその手技を習得しておく必要があるため、その訓練のための器具として、種々のものが用いられている。
【０００４】
具体的には、例えばシリコン樹脂等により頸動脈を立体的に再現したシミュレーションモデルや、心臓模型の表面に冠動脈を模した血管模型を固定した心臓血管模型等が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。
【０００５】
これらの心臓血管模型等では、血管や患部に関する形状や弾力等を再現することにより、カテーテルを実際の人体に挿入する際の感覚等を擬似的に体験することが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４３２０４５０号公報（第１図）
【０００７】
【特許文献２】実開平５−５０４７７号公報（第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで現実の人体は、心筋が周期的に収縮・伸長することにより拍動し、これにより血液を全身へ送り出している。またこのとき冠動脈は、心筋が動くことに伴って大きく動くことになる。
【０００９】
しかしながら上述した心臓血管模型等は、拍動の再現までは考慮されておらず、静止した状態で、すなわち臨床現場とは異なる状態で、カテーテル手技の訓練が行われていた。
【００１０】
このためこれらの心臓血管模型等を用いた場合、心臓が拍動する状況でのカテーテル手技を体験することができず、不十分な訓練となってしまっていた。
【００１１】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、手技の訓練者に現実の人体に近い感覚を体験させ得る模擬人体を提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
かかる課題を解決するため本発明の模擬人体においては、内部に模擬血液を貯蔵する空間を有し当該模擬血液の貯蔵量に応じて少なくとも一部が変形する模擬臓器と、模擬血液を模擬臓器に供給するポンプと、ポンプから模擬臓器への模擬血液の流路中に設けられ当該流路の少なくとも一部を開放又は閉塞する開閉器と、模擬臓器内の模擬血液に負圧を印加する負圧印加部とを設けるようにした。
【００１３】
これにより本発明の模擬人体は、開閉器の解放時にはポンプからの供給により模擬臓器内の模擬血液を増加させる一方、開閉器の閉塞時には負圧印加部による排出作用により模擬臓器内から模擬血液を減少させることができるので、開閉器の開閉動作に応じて模擬臓器を変形させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、開閉器の解放時にはポンプからの供給により模擬臓器内の模擬血液を増加させる一方、開閉器の閉塞時には負圧印加部による排出作用により模擬臓器内から模擬血液を減少させることができるので、開閉器の開閉動作に応じて模擬臓器を変形させることができる。かくして本発明は、手技の訓練者に現実の人体に近い感覚を体験させ得る模擬人体を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施の形態による模擬人体システムの全体構成を示す略線的側面図である。
【図２】人体モデル部の構成（１）を示す略線的斜視図である。
【図３】人体モデル部の構成（２）を示す略線的平面図である。
【図４】人体モデル部の構成（３）を示す略線的上側面図である。
【図５】模擬心臓の構成を示す略線図である。
【図６】模擬心臓の膨張及び収縮の様子を示す略線図である
【図７】模擬心臓における模擬血液の流れを示す略線図である。
【図８】模擬臓器とリザーバとの落差を示す略線図である。
【図９】第１の実施の形態における模擬血液の遷移を示す略線図である。
【図１０】第１の実施の形態における制御信号及び貯蔵空間の容積の変化を示す略線図である。
【図１１】第１の実施の形態における模擬血液の流れを示す略線図である。
【図１２】第２の実施の形態による模擬人体システムの全体構成を示す略線的側面図である。
【図１３】第２の実施の形態における模擬血液の遷移を示す略線図である。
【図１４】第２の実施の形態における制御信号及び貯蔵空間の容積の変化を示す略線図である。
【図１５】第２の実施の形態における模擬血液の流れを示す略線図である。
【図１６】他の実施の形態による制御信号（１）を示す略線図である。
【図１７】他の実施の形態による制御信号（２）を示す略線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、発明を実施するための形態（以下実施の形態とする）について、図面を用いて説明する。
【００１７】
［１．第１の実施の形態］
［１−１．模擬人体システムの全体構成］
図１に示すように、模擬人体システム１は、人体を模した人体モデル部２と、血液を模した液体である模擬血液７を循環させるための循環部５とにより構成されている。因みに各図中の矢印は、配管等における模擬血液７の流れる方向を示している。
【００１８】
人体モデル部２は、人体の心臓や大動脈等の各種臓器を模した模擬臓器３を有しており、当該模擬臓器３の内部を模擬血液７が流れるようになされている。
【００１９】
循環部５は、複数の配管を介して人体モデル部２の模擬臓器３と接続されており、模擬血液７を模擬臓器３の各部へ送り出し、また模擬臓器３の各部から模擬血液７を回収するようになされている。
【００２０】
［１−２．人体モデル部２の構成］
人体モデル部２は、図２〜図４に示すように、模擬臓器３の各臓器が躯体４に取り付けられた構成となっている。
【００２１】
［１−２−１．躯体の構成］
躯体４は、図２に示すように、アルミニウム製でなる大きな矩形板状の基板４Ａを中心に構成されている。基板４Ａは、その長辺が一般的な人体の肩から大腿部までの長さよりも長くなっており、またその短辺が一般的な人体の肩幅よりも長くなっている。
【００２２】
因みに基板４Ａは、模擬心臓１１を中心としたＸ線画像の撮像範囲（詳しくは後述する）よりも十分に広い範囲にわたって一様な板状とおり、Ｘ線画像に辺による影等の影響を及ぼさないようになされている。また基板４Ａは、その下面側に配置されている各種配管をＸ線画像に映さないようにもなされている。
【００２３】
また基板４Ａは、下面側の四隅に柱状の脚部４Ｂが下方へ向けて取り付けられることにより、手術台１００（図１）から所定高さ（例えば１５〜２０ｃｍ程度）持ち上げられている。
【００２４】
基板４Ａの上面には、患者が手術台１００に仰向けに横たわったときの各器官に相当する位置に、模擬臓器３の模擬心臓１１及び模擬大動脈１２等が取り付けられている。
【００２５】
また基板４Ａの上面側には、当該基板４Ａの長手方向に関し約半分の長さでなる長方形板状の上基板４Ｃが支持柱４Ｄを介して取り付けられている。因みに上基板４Ｃは、模擬心臓１１を覆わないような位置、すなわち人体における腹から大腿部に相当する位置に設けられている。
【００２６】
［１−２−２．模擬臓器の構成］
模擬臓器３は心臓を模した模擬心臓１１及び大動脈を模した模擬大動脈１２を中心に構成されており、その内部を模擬血液７が流れるようになされている。
【００２７】
模擬心臓１１は、図５（Ａ）に示すように、心臓を模した外形を有しているものの、その構造は実際の心臓とは異なっている。すなわち模擬心臓１１は、図５（Ｂ）にその断面図を示すように、外殻１１Ａの内部に空間（以下これを貯蔵空間１１Ｂと呼ぶ）を形成する中空の歪な球状ないし楕円体状に形成されており、当該貯蔵空間１１Ｂ内にある程度の容積の模擬血液７を貯蔵し得るようになされている。
【００２８】
また模擬心臓１１には、模擬血液７を貯蔵空間１１Ｂ内へ供給する心臓供給管１１Ｃ及び貯蔵空間１１Ｂ内に貯蔵された当該模擬血液７を外部へ排出する心臓排出管１１Ｄが設けられている。この心臓供給管１１Ｃ及び心臓排出管１１Ｄは、模擬心臓１１の背中側から人体における後ろ方向へ、すなわち基板４Ａ（図１〜図４）を貫通してその下方へ伸びるように設けられている。
【００２９】
また心臓供給管１１Ｃ及び心臓排出管１１Ｄは、比較的硬い樹脂材料により構成されると共に、躯体４の基板４Ａに対して固定されている。すなわち心臓供給管１１Ｃ及び心臓排出管１１Ｄは、基板４Ａに対する模擬心臓１１の位置を固定すると共に、当該模擬心臓１１全体を当該基板４Ａから持ち上げた状態で支持している。
【００３０】
模擬心臓１１は、心臓供給管１１Ｃから模擬血液７が供給されると、当該模擬血液７を貯蔵空間１１Ｂ内に貯蔵すると共に、供給されたときの圧力により当該模擬血液７を当該貯蔵空間１１Ｂ内で環流させる。また模擬心臓１１は、心臓排出管１１Ｄから模擬血液７を排出する。
【００３１】
因みに模擬心臓１１の上側（すなわち躯体４が手術台１００に載せられたときの上側）には、貯蔵空間１１Ｂから空気を排出するためのエア抜き孔１１Ｈが設けられている。模擬心臓１１は、最初に貯蔵空間１１Ｂ内に模擬血液７を満たす際、当該エア抜き孔１１Ｈを一時的に開放することにより不要な空気を抜き出すようになされている。
【００３２】
さらに模擬心臓１１の外殻１１Ａは、シリコン樹脂のように比較的柔らかく可撓性を有する材料で構成されており、例えば光造形により形成される。外壁１１Ａには、貯蔵空間１１Ｂ内に模擬血液７が貯蔵された状態において、大気圧ＰＡが外側から内側へ向けて常時印加され、且つ模擬血液７による内圧ＰＢが内側から外側へ向けて印加される。
【００３３】
このため外殻１１Ａは、特に外力が加えられない場合には、自然状態としての形状（すなわち図５（Ａ）及び（Ｂ）に示した形状）を保持するものの、外部の大気圧と内部の模擬血液７の圧力との間に差異がある場合には、その形状を変形することになる。
【００３４】
ここで、心臓供給管１１Ｃを介して供給される模擬血液７の圧力が高く且つ心臓排出管１１Ｄから排出する模擬血液７の圧力が低い場合、すなわち模擬血液７の供給量が多く排出量が少ないために貯蔵空間１１Ｂの容積が増加している場合、外壁１１Ａについては、大気圧ＰＡ＜内圧ＰＢの関係が成立する。
【００３５】
このとき模擬心臓１１は、図６（Ａ）に示すように、外壁１１Ａが外側へ広がるように膨張して貯蔵空間１１Ｂの容積が増大すると共に、当該外壁１１Ａが元の形状に戻ろうとする復元力ＦＲが内向きに作用する。このため模擬心臓１１は、（大気圧ＰＡ＋復元力ＦＲ）＝内圧ＰＢの関係が成立する状態で力の平衡が保たれる。
【００３６】
一方、心臓供給管１１Ｃを介して供給される模擬血液７の圧力が低く且つ心臓排出管１１Ｄから排出する模擬血液７の圧力が高い場合、すなわち模擬血液７の供給量が少なく排出量が多いために貯蔵空間１１Ｂの容積が減少している場合、外壁１１Ａについては、大気圧ＰＡ＞内圧ＰＢの関係が成立する。
【００３７】
このとき模擬心臓１１では、図６（Ｂ）に示すように、外壁１１Ａが内側へ収縮して貯蔵空間１１Ｂの容積が縮小することにより内圧ＰＢが高まる。このため模擬心臓１１は、外壁１１Ａが内側へ収縮して大気圧ＰＡ≒内圧ＰＢの関係が成立する状態で力の平衡が保たれる。
【００３８】
因みにこの場合、外壁１１Ａが元の形状に戻ろうとする微小な復元力ＦＲが外向きに作用するものの、その影響はごく僅かである。
【００３９】
このように模擬心臓１１は、心臓供給管１１Ｃを介して供給される模擬血液７を貯蔵空間１１Ｂ内に貯蔵した後、心臓排出管１１Ｄから排出するようになされている。このとき模擬心臓１１は、模擬血液７の供給量及び排出量の差分に応じて貯蔵空間１１Ｂの容積が調整されることにより、膨張又は収縮するようになされている。
【００４０】
模擬大動脈１２（図１〜図４）は、シリコン樹脂等の比較的柔らかい材料でなり、人体の大動脈のうちおおむね上行大動脈から大腿動脈及び左外腸骨動脈の範囲を模した形状に形成されている。ただし模擬大動脈１２の模擬心臓１１との接続部分は実際の人体と異なり閉塞されており、模擬血液７が互いに流動しないようになされている。
【００４１】
また模擬大動脈１２には、図７に示すように、左冠動脈及び右冠動脈をそれぞれ模した模擬左冠動脈１３Ａ及び模擬右冠動脈１３Ｂ（以下これらをまとめて模擬冠動脈１３と呼ぶ）が上行大動脈に相当する部分に接続され、さらに３本の鎖骨下動脈を模した模擬鎖骨下動脈１４（図１）が接続されている。
【００４２】
さらに模擬大動脈１２（図１）には模擬大腿動脈１６及び模擬左外腸骨動脈１７が接続されている。模擬大腿動脈１６及び模擬左外腸骨動脈１７には、それぞれカテーテルを挿入するためのカテーテルシース１８及び１９が接続されている。すなわちこのカテーテルシース１８及び１９は、それぞれ模擬大腿動脈１６及び模擬左外腸骨動脈１７を介して模擬大動脈１２へと連通している。
【００４３】
因みにカテーテルシース１８及び１９は、カテーテルが挿入されない場合に閉塞することにより、模擬血液７を外部へ流出させないようになされている。
【００４４】
模擬左冠動脈１３Ａ及び模擬右冠動脈１３Ｂは、模擬大動脈１２と同様にシリコン樹脂等の比較的柔らかい材料でなり、実際の人体における左冠動脈及び右冠動脈と同様、それぞれ模擬心臓１１の周囲を取り囲むように、当該模擬心臓１１の外壁１１Ａに固定されている。
【００４５】
因みに模擬大動脈１２及び模擬冠動脈１３は、その内部に模擬血液７が所定の圧力で環流されている状態において、カテーテルの訓練をする者の手に得られる感触が臨床状態に極めて近くなるよう、その柔らかさや表面の滑らかさ等が選定されている。
【００４６】
また模擬冠動脈１３は、いずれかの箇所を意図的に狭め、或いは閉塞させることができ、これにより動脈硬化等による冠動脈の病変状態を擬似的に再現するように、すなわち擬似的な病変部とするようになされている。
【００４７】
さらに模擬左冠動脈１３Ａ及び模擬右冠動脈１３Ｂの先端側、すなわち模擬大動脈１２に接続する側と反対側の端部分は、模擬心臓１１の外殻１１Ａに穿設された貫通孔１１Ｅを介して、当該模擬心臓１１内の貯蔵空間１１Ｂと接続されている。
【００４８】
模擬大動脈１２のうち上行大動脈に相当する部分には、下方、すなわち人体における背面側に大動脈供給管１２Ａが設けられている。この大動脈供給管１２Ａは、後述する循環部５から模擬血液７が供給されるようになされている。
【００４９】
模擬大動脈１２は、大動脈供給管１２Ａから模擬血液７が供給されると、上行大動脈から下行大動脈等を介して当該模擬血液７を模擬大腿動脈１６及び模擬左外腸骨動脈１７へ順次流すようになされている。
【００５０】
模擬血液７の一部は、模擬大動脈１２から分岐する模擬冠動脈１３へ流れ、当該模擬冠動脈１３を経た後に模擬心臓１１内の貯蔵空間１１Ｂへ排出される。
【００５１】
このとき模擬冠動脈１３から排出された模擬血液７は、貯蔵空間１１Ｂ内に貯えられている大量の模擬血液７と混合されることにより直ちに希釈され、やがて心臓排出管１１Ｄから排出される。
【００５２】
また模擬血液７の一部は、模擬大動脈１２から分岐する３本の模擬鎖骨下動脈１４へ流れる。模擬鎖骨下動脈１４の１本は圧力モニタ１５が接続されており、他の２本は栓２０（図１）により閉塞されている。
【００５３】
圧力モニタ１５は、模擬大動脈１２内を流れる模擬血液７の圧力を検出して表示する。実際上模擬人体システム１では、作業者等が圧力モニタ１５による検出結果を参照しながら人工心肺ポンプ２２の出力を調整することにより、当該圧力モニタ１５により検出する圧力を所定の圧力（例えば５０〜１００ｍｍＨｇ）に合わせるようになされている。
【００５４】
ところで模擬大動脈１２は、模擬心臓１１の外壁１１Ａに取り付けられている。このため模擬大動脈１２は、模擬心臓１１が膨張又は収縮するときに、その外壁１１Ａの動きと連動して物理的に動くことになる。
【００５５】
また模擬大動脈１２は、内部の模擬血液７の圧力が変動すると、模擬心臓１１に比較すると僅かではあるものの膨張又は収縮することにより、僅かに動くことになる。
【００５６】
このように模擬臓器３は、内部を流れる模擬血液７の圧力が変化し、或いは貯蔵する模擬血液７の体積が増減すると、主に模擬心臓１１が膨張又は収縮することにより、模擬冠動脈１３や模擬大動脈１２等、その一部が物理的に動くようになされている。
【００５７】
［１−３．循環部の構成］
循環部５（図１）は、リザーバ２１に貯えた模擬血液７を人工心肺ポンプ２２により模擬臓器３へ送り出すと共に、当該模擬臓器３から回収した模擬血液７を再びリザーバ２１に貯蔵するようになされている。
【００５８】
リザーバ２１は、十分な量の模擬血液７を貯蔵し得るようになされている。またリザーバ２１では、模擬血液７の液面を大気に開放させており、その液面に大気圧が加わっている。
【００５９】
人工心肺ポンプ２２は、リザーバ２１から模擬血液７を吸入し、配管２３を介して所定の流速で排出するようになされている。因みにリザーバ２１及び人工心肺ポンプ２２は、輸液スタンド１０１に取り付けられている。
【００６０】
配管２３は、人工心肺ポンプ２２の排出口に接続されており、当該人工心肺ポンプ２２から排出された模擬血液７を分岐管２４並びに配管２５及び２６へ供給する。
【００６１】
また配管２３の途中には、電磁弁２７が取り付けられている。電磁弁２７は、シーケンサ２８から供給される制御信号Ｓ１に従って内部の開閉弁を開放又は閉塞することにより、配管２３内の模擬血液７を流動させ、或いはその流れを停止させるようになされている。
【００６２】
配管２５は、模擬心臓１１の心臓供給管１１Ｃに接続されており、当該心臓供給管１１Ｃを介して模擬血液７を模擬心臓１１の貯蔵空間１１Ｂ内へ供給する。このとき貯蔵空間１１Ｂ内では、心臓供給管１１Ｃにおける模擬血液７の圧力により、貯えられている模擬血液７が環流される。
【００６３】
配管２６は、模擬大動脈１２の大動脈供給管１２Ａに接続されており、当該大動脈供給管１２Ａを介して模擬大動脈１２内へ模擬血液７を供給する。
【００６４】
このような構成により循環部５は、電磁弁２７が開状態のときに模擬血液７を模擬心臓１１の貯蔵空間１１Ｂ内及び模擬大動脈１２内へ供給し、電磁弁２７が閉状態のときに模擬血液７の供給を停止する。すなわち循環部５は、電磁弁２７を介して配管２３内における模擬血液７の流動を制御するようになされている。
【００６５】
一方、配管３１は、模擬心臓１１の心臓排出管１１Ｄに接続されており、貯蔵空間１１Ｂ内から排出されてきた模擬血液７を配管３５へ供給する。また配管３２及び３３は、それぞれ模擬大腿動脈１６及び模擬左外腸骨動脈１７に接続されており、模擬大腿動脈１６及び模擬左外腸骨動脈１７内を流れてきた模擬血液７をそれぞれ配管３４へ供給する。配管３４は、配管３２及び３３から流れてきた模擬血液７を合流させ、配管３５へ供給する。
【００６６】
配管３５は、配管３１及び３４から流れてきた模擬血液を合流させ、その一部を配管２４を介して配管２３へ供給すると共に、残りをリザーバ２１へ供給する。
【００６７】
ところでリザーバ２１は、図１に示したように、模擬心臓１１及び模擬大動脈１２の高さよりも低い位置となるよう、輸液スタンド１０１に取り付けられている。
【００６８】
詳細には、図８に示すように、躯体４が手術台に載置されることにより、模擬心臓１１及び模擬大動脈１２の床面からの高さＨ１が約９００〜１１００［ｍｍ］である一方、リザーバ２１の床面からの高さＨ２が約５００［ｍｍ］となっている。すなわち両者の高低差である落差ΔＨは、約４００〜６００［ｍｍ］となっている。
【００６９】
この落差ΔＨが設けてあることにより、模擬心臓１１及び模擬大動脈１２内の模擬血液７は、模擬心臓１１及び模擬大動脈１２による能動的な排出作用を必要とせずに、圧力及び重力の作用によりリザーバ２１内に流出する。
【００７０】
その後リザーバ２１内の模擬血液７は、人工心肺ポンプ２２によって再度吸入されることにより、模擬臓器３内を繰り返し循環する。
【００７１】
ここで、模擬人体システム１における模擬血液７の流れを模式的に表すと、図９のような遷移図として表すことができる。因みに図９では、「モデル心臓」が模擬心臓１１を表しており、また「モデル血管」が模擬大動脈１２、模擬冠動脈１３、模擬大腿動脈１４、模擬大腿動脈１６及び模擬左外腸骨動脈１７における各部分をそれぞれ表している。
【００７２】
このように循環部５は、人工心肺ポンプ２２から送り出した模擬血液７を、各種配管を介して模擬心臓１１及び模擬大動脈１２へ供給し、また当該模擬心臓１１及び模擬大動脈１２から排出された模擬血液７を回収することにより、模擬血液７を循環させるようになされている。
【００７３】
［１−４．模擬血液の循環制御］
循環部５のシーケンサ２８は、図１０（Ａ）に示すような波形の制御信号Ｓ１を電磁弁２７へ供給するようになされている。制御信号Ｓ１は、信号レベルが高い「Ｈ」レベルと低い「Ｌ」レベルとを周期Ｃ１で交互に繰り返す矩形波となっている。因みに制御信号Ｓ１は、周期Ｃ１のうち「Ｈ」レベルとなる期間の割合、すなわちデューティー比が５０［％］となっている。
【００７４】
一方電磁弁２７は、制御信号Ｓ１が「Ｈ」レベルのときに開閉弁を開放し、「Ｌ」レベルのときに開閉弁を閉塞するようになされている。このため電磁弁２７は、周期Ｃ１で開閉弁の開放及び閉塞を交互に切り替えることにより、模擬臓器３に対する模擬血液７の供給及び遮断を交互に切り替えることになる。
【００７５】
従って図１０（Ａ）の矩形波は、電磁弁２７における開閉弁の開閉動作について、「Ｈ」レベルが「開放」を表し「Ｌ」レベルが「閉塞」を表すと見なすこともできる。
【００７６】
模擬心臓１１は、電磁弁２７の開閉弁が開放され模擬血液７が心臓供給管１１Ｃから供給されるとき、心臓排出管１１Ｄからの模擬血液７の排出圧力よりも心臓供給管１１Ｃからの模擬血液７の供給圧力の方が高くなる。
【００７７】
このとき模擬心臓１１は、図１１（Ａ）に模式的に示すように、貯蔵空間１１Ｂにおける圧力が高まると共に模擬血液７の貯蔵量が増加していき、外殻１１Ａを膨張させていく。
【００７８】
一方模擬心臓１１は、電磁弁２７の開閉弁が閉塞され心臓供給管１１Ｃからの模擬血液７の供給が停止されるとき、心臓供給管１１Ｃからの模擬血液７の供給圧力よりも心臓排出管１１Ｄからの模擬血液７の排出圧力の方が高くなる。
【００７９】
このとき模擬心臓１１は、図１１（Ｂ）に模式的に示すように、貯蔵空間１１Ｂにおける圧力が低下すると共に模擬血液７の貯蔵量が減少していき、外殻１１Ａを収縮させていく。
【００８０】
ここで制御信号Ｓ１の変化、すなわち電磁弁２７における開閉弁の開閉動作と対応付けて貯蔵空間１１Ｂにおける内部の圧力Ｐ及び容積Ｖの変化の様子を表すと、それぞれ図１０（Ａ）と対応する図１０（Ｂ）及び（Ｃ）に示すような曲線を描くことになる。
【００８１】
すなわち貯蔵空間１１Ｂにおける内部の圧力Ｐは、制御信号Ｓ１の信号レベルが「Ｈ」である間は比較的高い圧力ＰＨまで増加していき、制御信号Ｓ１の信号レベルが「Ｌ」である間は比較的低い圧力ＰＬまで減少していく。
【００８２】
このとき貯蔵空間１１Ｂの容積Ｖは、制御信号Ｓ１の信号レベルが「Ｈ」である間は比較的大きい容積ＶＨまで増加していき、制御信号Ｓ１の信号レベルが「Ｌ」である間は比較的小さい容積ＶＬまで減少していく。
【００８３】
これにより模擬心臓１１は、あたかも人体の心臓が拍動するかのように、外殻１１Ａの膨張及び収縮を周期的に繰り返すことになる。これに伴い模擬大動脈１２及び模擬冠動脈１３は、模擬心臓１１における外殻１１Ａの動きに連動して、人体における大動脈及び冠動脈と同様に動くことになる。
【００８４】
このように模擬人体システム１では、拍動部５のシーケンサ２８が電磁弁２７の開閉弁を開放又は閉塞させるよう周期的に切り替えることにより、模擬心臓１１を周期的に膨張又は収縮させ、模擬大動脈１２及び模擬冠動脈１３をその動きに連動させることができる。
【００８５】
［１−５．カテーテル手技の訓練］
次に、模擬人体システム１を利用したカテーテル手技の訓練の様子について説明する。模擬人体システム１は、循環部５により模擬血液７を模擬臓器３内に循環させながら電磁弁２７の開閉弁を周期的に開閉することにより、模擬心臓１１を拍動させる。
【００８６】
また模擬人体システム１は、実際のカテーテル手術と同様に布で覆われ、少なくとも模擬心臓１１及びその周辺を直接目視できないようになされた状態で、図示しないＸ線撮像装置により撮像され、その表示画面にＸ線画像が表示される。
【００８７】
そしてカテーテル手技の訓練をする者（以下訓練者と呼ぶ）は、カテーテルシース１８又は１９からカテーテルを順次挿入し、Ｘ線画像を目視確認しながら、当該カテーテルを介して伝わる触覚を頼りに、その先端を模擬冠動脈１３にまで到達させる。
【００８８】
このとき模擬心臓１１及び模擬冠動脈１３は、実際の人体と同様に拍動している。このため訓練者は、拍動に伴うカテーテル操作感の変化やＸ線画像上で像が動くことによる視認の困難さをも体験することができる。
【００８９】
その後、訓練者がカテーテルの先端を模擬冠動脈１３内に到達させた状態で、その先端から造影剤を注入すると、造影剤が模擬冠動脈１３内を流れることにより当該模擬冠動脈１３の形状がＸ線画像に映し出される。ここで閉塞部分等が設けてあれば、血流の状態（すなわち模擬血液７が流れる状態）からその箇所や状態が造影剤による像としてＸ線画像に現れることになる。
【００９０】
模擬冠動脈１３内を流れた造影剤は、模擬心臓１１の貫通孔１１Ｅを介して貯蔵空間１１Ｂ内に排出され（図７）、貯蔵空間１１Ｂ内を環流している十分な量の模擬血液７により直ちに希釈化され、Ｘ線画像にはほとんど映らなくなる。このため、模擬冠動脈１３内で造影剤を注入した際に当該造影剤がＸ線画像に像として現れるのは、ほぼ模擬冠動脈１３内を流れる部分のみとなる。
【００９１】
訓練者は、このようなＸ線画像を視認しながら、引き続きステントやバルーン等のようなカテーテル手技に関する種々の訓練を行う。
【００９２】
かくして模擬人体システム１は、模擬心臓１１を人体と同様に拍動させ、模擬冠動脈１３に造影剤を注入したときに、臨床現場に極めて近い状態のＸ線画像を視認させながら、訓練者にカテーテル手技の訓練をさせることができる。
【００９３】
［１−６．動作及び効果］
以上の構成において、模擬人体システム１は、循環部５の人工心肺ポンプ２２により模擬臓器３へ向けて一定の流速で模擬血液７を送り出すと共に、落差ΔＨを利用して模擬臓器３内の模擬血液７をリザーバ２１へ排出させる。
【００９４】
また循環部５の電磁弁２７は、シーケンサ２８からの制御信号Ｓ１に従い開閉弁を周期的に開放又は閉塞させる。
【００９５】
模擬心臓１１は、電磁弁２７の開閉弁が開放され模擬血液７が供給されるとき、貯蔵空間１１Ｂにおける内部の圧力が高まると共に模擬血液７の貯蔵量が増加していき、外殻１１Ａを膨張させる（図１１（Ａ））。
【００９６】
一方模擬心臓１１は、電磁弁２７の開閉弁が閉塞され模擬血液７の供給が停止されるとき、貯蔵空間１１Ｂにおける内部の圧力が低下すると共に模擬血液７の貯蔵量が減少していき、外殻１１Ａを収縮させる（図１１（Ｂ））。
【００９７】
このため模擬心臓１１は、電磁弁２７の開閉弁の周期的な開閉動作に伴って外殻１１Ａの膨張及び収縮を繰り返すことができるので、人体における拍動に似た動きを再現することができる。
【００９８】
一般に人体では、心筋が伸縮することにより心臓が拍動し、体内に血液を循環させている。しかしながら、模擬心臓１１において外殻１１Ａを能動的に伸縮させるとすると、その構造や制御が格段に複雑化してしまい、模擬人体システム１全体が大規模且つ複雑なものになってしまう。
【００９９】
これに対し模擬心臓１１では、模擬大動脈１２との間を閉塞して模擬血液７を直接流動させないようにし、心臓供給管１１Ｃからの供給量と心臓排出管１１Ｄからの排出量との差により貯蔵空間１１Ｂ内における圧力及び模擬血液７の貯蔵量を増減させ、その貯蔵量に応じて外殻１１Ａを膨張又は収縮させるようにした。換言すれば、模擬心臓１１は、貯蔵空間１１Ｂにおける模擬血液７の圧力及び貯蔵量に応じて、外殻１１Ａを変形するようにした。
【０１００】
すなわち模擬心臓１１は、電磁弁２７の開閉に応じて、可撓性を有する外殻１１Ａを受動的に拍動させることができる。このため模擬心臓１１では、能動的に伸縮する心筋のような複雑な構造を必要とせず、その構造を極めて簡素化することができる。
【０１０１】
また模擬人体システム１では、模擬冠動脈１３を模擬心臓１１の外壁１１Ａと同様の柔らかい材料により構成し、当該外壁１１Ａに取り付けた。このため模擬人体システム１は、実際の冠動脈と同様、模擬心臓１１の拍動に連れて模擬冠動脈１３を動かすことができる。
【０１０２】
ところで模擬人体システム１では、模擬心臓１１及び模擬大動脈１２等からの模擬血液７の排出、すなわち脱血については、液面が大気に開放されたリザーバ２１を用い、模擬心臓１１及び模擬大動脈１２等と当該リザーバ２１との間の落差ΔＨ（図８）を利用する。
【０１０３】
このため模擬人体システム１では、排出用の吸引ポンプ等を別途用いること無く、電磁弁２７の開閉弁を閉塞したときにも模擬臓器３から模擬血液７を排出することができる。
【０１０４】
また模擬冠動脈１３は、その他端を模擬心臓１１内の貯蔵空間１１Ｂと接続し、模擬大動脈１２側から供給され当該模擬冠動脈１３内を流れる模擬血液７を貯蔵空間１１Ｂ内へ排出するようにした。
【０１０５】
このため模擬人体システム１では、模擬冠動脈１３内に挿入したカテーテルの先端から当該模擬冠動脈１３内に造影剤を注入した場合、模擬心臓１１内の貯蔵空間１１Ｂへ排出して直ちに希釈化することができる。このため模擬心臓１１近傍を撮影したＸ線画像では、模擬冠動脈１３内を流れる造影剤のみを像として表すことができる。
【０１０６】
以上の構成によれば、第１の実施の形態による模擬人体システム１は、循環部５の人工心肺ポンプ２２により模擬臓器３へ向けて模擬血液７を送り出しながら電磁弁２７の開閉弁を周期的に開放又は閉塞させ、落差ΔＨを利用して模擬臓器３内の模擬血液７をリザーバ２１へ排出させる。模擬心臓１１は、電磁弁２７の開閉弁が開放されるとき、貯蔵空間１１Ｂにおける圧力及び模擬血液７の貯蔵量が増加して外殻１１Ａを膨張させ、電磁弁２７の開閉弁が閉塞されるとき、貯蔵空間１１Ｂにおける圧力及び模擬血液７の貯蔵量が減少して外殻１１Ａを収縮させる。このため模擬心臓１１は、電磁弁２７における開閉弁の周期的な開閉に伴って膨張及び収縮を繰り返すことができ、人体における拍動に似た動きを再現することができる。
【０１０７】
［２．第２の実施の形態］
［２−１．模擬人体システム及び人体モデル部の構成］
図１との対応部分に同一符号を付した図１２に示すように、第２の実施の形態による模擬人体システム４０は、人体モデル部２及び循環部５とそれぞれ対応する人体モデル部４２及び循環部４５により構成されている。
【０１０８】
人体モデル部４２は、人体モデル部２と比較して配管３１及び配管３４の途中にそれぞれ流用調整バルブ５１及び５２が設けられている点が相違するものの、模擬臓器３等の他の部分については同様に構成されている。
【０１０９】
流量調整バルブ５１及び５２は、それぞれ開放から閉塞までの間で開度を自在に調整し得るようになされており、この開度に応じて配管３１及び配管３４内における模擬血液７の流量を自在に減少させることができる。
【０１１０】
すなわち人体モデル部４２は、模擬心臓１１からの模擬血液７の排出速度と、模擬大動脈１２からの模擬大腿動脈１６及び模擬左外腸骨動脈１７を介した模擬血液７の排出速度とを、それぞれ自在に調整し得るようになされている。
【０１１１】
因みに人体モデル部４２では、主に模擬心臓１１からの模擬血液７の排出速度と、模擬大動脈１２からの模擬大腿動脈１６及び模擬左外腸骨動脈１７を介した模擬血液７の排出速度とのバランスをとる目的で、流量調整バルブ５１及び５２の開度を統括的に調整するようになされている。
【０１１２】
［２−２．循環部の構成］
循環部４５は、循環部５と比較して、リザーバ２１が模擬臓器３とほぼ同等の高さに設けられている点及び配管３５の途中に吸引ポンプ５３が設けられている点が大きく異なっている。
【０１１３】
吸引ポンプ５３は、所定の流速で模擬血液７を吸引するようになされている。このため循環部４５は、リザーバ２１と模擬臓器３との落差が殆ど無いものの、模擬臓器３から模擬血液７を排出させることができる。
【０１１４】
また循環部４５は、循環部５と比較して、配管３５の途中における吸引ポンプ５３よりも上流側に電磁弁５４が設けられ、シーケンサ２８に代わるシーケンサ４８が設けられている点も異なっている。
【０１１５】
電磁弁５４は、電磁弁２７と同様に構成されており、シーケンサ４８からの制御信号Ｓ２に従って内部の開閉弁を開放又は閉塞させることにより、配管３５内において模擬血液７を流動させ、又はその流れを停止させるようになされている。
【０１１６】
シーケンサ４８は、電磁弁２７及び５４にそれぞれ制御信号Ｓ１及びＳ２を供給することにより、それぞれを独立に開閉制御するようになされている。
【０１１７】
すなわち循環部４５は、電磁弁２７を介して配管２３内における模擬血液７の流動を制御すると共に、電磁弁５４を介して配管３５内における模擬血液７の流動も制御するようになされている。
【０１１８】
さらに循環部４５は、配管２３における電磁弁２７を迂回するようにその両側を接続する配管５５と、配管３５における電磁弁５４を迂回するようにその両側を接続する配管５６がそれぞれ設けられている。この配管５５及び５６には、流量調整バルブ５１及び５２と同様の構成でなる流量調整バルブ５７及び５８がそれぞれ設けられている。
【０１１９】
このため循環部４５は、電磁弁２７が閉塞しているときにも、流量調整バルブ５７における開度に応じた流量の模擬血液７を配管２５及び２６へ、すなわち模擬心臓１１及び模擬大動脈１２へ供給することができる。
【０１２０】
また循環部４５は、電磁弁５４が閉塞しているときにも、流量調整バルブ５８における開度に応じた流量の模擬血液７を吸引ポンプ５４へ流す、すなわち模擬血液７を吸引ポンプ５４により模擬心臓１１及び模擬大動脈１２から吸引することができる。
【０１２１】
ここで模擬人体システム４０における模擬血液７の流れを模式的に表すと、図９と対応する図１３に示すような遷移図として表すことができる。
【０１２２】
［２−３．模擬血液の循環制御］
循環部４５のシーケンサ４８は、図１０（Ａ）と対応する図１４（Ａ）に示すように、シーケンサ２８と同様の矩形波でなる制御信号Ｓ１を電磁弁２７へ供給する。電磁弁２７は、周期Ｃ１で開閉弁の開放及び閉塞を交互に切り替えることにより、模擬臓器３に対する模擬血液７の供給及びその停止を交互に切り替える。
【０１２３】
またシーケンサ４８は、図１４（Ｂ）に示すように、制御信号Ｓ１と同一の周期Ｃ１でなり逆相の矩形波でなる制御信号Ｓ２を電磁弁５４へ供給する。電磁弁５４は、周期Ｃ１で電磁弁２７と相補的に開閉弁の開放及び閉塞を交互に切り替えることにより、模擬臓器３からの模擬血液７の排出及びその停止を交互に切り替える。
【０１２４】
ここで図１４（Ａ）及び（Ｂ）の矩形波は、図１０（Ａ）の場合と同様、電磁弁２７及び５４それぞれにおける開閉弁の開閉動作について、「Ｈ」レベルが「開放」を表し「Ｌ」レベルが「閉塞」を表すと見なすこともできる。
【０１２５】
模擬心臓１１は、電磁弁２７の開閉弁が開放され模擬血液７が心臓供給管１１Ｃから供給されると共に電磁弁５４の開閉弁が閉塞され心臓排出管１１Ｄからの模擬血液７の排出が抑制されるとき、心臓排出管１１Ｄからの模擬血液７の排出圧力よりも心臓供給管１１Ｃからの模擬血液７の供給圧力の方が高くなる。
【０１２６】
このとき模擬心臓１１は、図１１（Ａ）と対応する図１５（Ａ）に模式的に示すように、貯蔵空間１１Ｂにおける内部の圧力が高まると共に模擬血液７の貯蔵量が増加していき、外殻１１Ａを膨張させていく。
【０１２７】
一方模擬心臓１１は、電磁弁２７の開閉弁が閉塞され心臓供給管１１Ｃからの模擬血液７の供給が抑制されると共に電磁弁５４の開閉弁が開放され心臓排出管１１Ｄから模擬血液７が排出されるとき、心臓供給管１１Ｃからの模擬血液７の供給圧力よりも心臓排出管１１Ｄからの模擬血液７の排出圧力の方が高くなる。
【０１２８】
このとき模擬心臓１１は、図１１（Ｂ）と対応する図１５（Ｂ）に模式的に示すように、貯蔵空間１１Ｂにおける内部の圧力が低下すると共に模擬血液７の貯蔵量が減少していき、外殻１１Ａを収縮させていく。
【０１２９】
ここで制御信号Ｓ１及びＳ２の変化、すなわち電磁弁２７及び５４における開閉弁の開閉動作と対応付けて貯蔵空間１１Ｂにおける内部の圧力Ｐ及び容積Ｖの変化の様子を表すと、図１０（Ｂ）及び（Ｃ）とそれぞれ対応する図１４（Ｃ）及び（Ｄ）に示すような曲線を描くことになる。
【０１３０】
すなわち貯蔵空間１１Ｂにおける内部の圧力Ｐは、制御信号Ｓ１の信号レベルが「Ｈ」且つ制御信号Ｓ２の信号レベルが「Ｌ」である間は比較的高い圧力ＰＨまで増加していき、制御信号Ｓ１の信号レベルが「Ｌ」且つ制御信号Ｓ２の信号レベルが「Ｈ」である間は比較的低い圧力ＰＬまで減少していく。
【０１３１】
また貯蔵空間１１Ｂの容積Ｖは、制御信号Ｓ１の信号レベルが「Ｈ」且つ制御信号Ｓ２の信号レベルが「Ｌ」である間は比較的大きい容積ＶＨまで増加していき、制御信号Ｓ１の信号レベルが「Ｌ」且つ制御信号Ｓ２の信号レベルが「Ｈ」である間は比較的小さい容積ＶＬまで減少していく。
【０１３２】
これにより模擬心臓１１は、第１の実施の形態と同様に、あたかも人体の心臓が拍動するかのように外殻１１Ａの膨張及び収縮を周期的に繰り返すことになる。これに伴い模擬大動脈１２及び模擬冠動脈１３は、模擬心臓１１における外殻１１Ａの動きに連動して、人体における大動脈及び冠動脈と同様に動くことになる。
【０１３３】
このように模擬人体システム４０では、拍動部４５のシーケンサ４８が電磁弁２７及び５４の開閉弁をそれぞれ開放又は閉塞させるよう周期的に切り替えることにより、模擬心臓１１を周期的に膨張又は収縮させ、模擬大動脈１２及び模擬冠動脈１３をその動きに連動させることができる。
【０１３４】
因みに模擬人体システム４０では、第１の実施の形態と同様、模擬心臓１１を拍動させた状態で訓練者にカテーテル手技の訓練をさせるようになされている。
【０１３５】
［２−４．動作及び効果］
以上の構成において、第２の実施の形態による模擬人体システム４０は、循環部４５の人工心肺ポンプ２２により模擬臓器３へ向けて一定の流速で模擬血液７を送り出すと共に、吸引ポンプ５３により模擬臓器３内の模擬血液７をリザーバ２１へ排出させる。
【０１３６】
また循環部４５の電磁弁２７及び５４は、シーケンサ４８からの制御信号Ｓ１及びＳ２に従い開閉弁を周期的に開放又は閉塞させる。
【０１３７】
模擬心臓１１は、電磁弁２７の開閉弁が開放され模擬血液７が供給されると共に電磁弁５４の開閉弁が閉塞され模擬血液７の排出が抑制されるとき、貯蔵空間１１Ｂにおける内部の圧力が高まると共に模擬血液７の貯蔵量が増加していき、外殻１１Ａを膨張させる（図１５（Ａ））。
【０１３８】
一方模擬心臓１１は、電磁弁２７の開閉弁が閉塞され模擬血液７の供給が抑制されると共に電磁弁５４の開閉弁が開放され模擬血液７が排出されるとき、貯蔵空間１１Ｂにおける内部の圧力が低下すると共に模擬血液７の貯蔵量が減少していき、外殻１１Ａを収縮させる（図１５（Ｂ））。
【０１３９】
このため模擬心臓１１は、電磁弁２７及び５４における開閉弁の周期的な開閉動作に伴って、第１の実施の形態と同様に外殻１１Ａの膨張及び収縮を繰り返すことができるので、人体における拍動に似た動きを再現することができる。
【０１４０】
特に循環部４５は、第１の実施の形態における循環部５（図１）の構成に加えて電磁弁５４を設けたことにより、模擬心臓１１及び模擬大動脈１２等からの模擬血液７の排出量を動的に変化させることができる。
【０１４１】
このため模擬人体システム４０では、特に模擬心臓１１への模擬血液７の供給時（図１５（Ａ））に、模擬血液７を無駄に排出することなく貯蔵空間１１Ｂにおける内部の圧力を高めて容積を増加させることができるので、模擬血液７を効率良く拍動に利用することができる。
【０１４２】
これにより模擬人体システム４０では、人工心肺ポンプ２２の能力を高めることなく、模擬心臓１１における拍動時の動きを第１の実施の形態よりも大きくすることが可能となる。
【０１４３】
また模擬人体システム４０では、循環部４５に設けた吸引ポンプ５３の吸引作用により模擬臓器３から模擬血液７を吸引してリザーバ２１へ排出するため、第１の実施の形態のようにリザーバ２１を模擬臓器３よりもある程度低い位置に設置する必要が無い。
【０１４４】
これにより模擬人体システム４０では、例えば手術台や手術室等の制約によりリザーバ２１を高い位置に設置しなければならないような場合にも、模擬臓器３から模擬血液７を排出させることができ、模擬心臓１１を確実に拍動させることができる。
【０１４５】
さらに模擬人体システム４０では、電磁弁２７及び５４と並行するように流量調整バルブ５７及び５８を設けたことにより、電磁弁２７及び５４の開閉弁を閉塞したときにも模擬血液７を配管２３及び３５内に所望の流量で流動させることができる。
【０１４６】
これにより模擬人体システム４０では、模擬心臓１１における拍動時の動きや模擬大動脈１２側での模擬血液７の流量等をきめ細かく調整することができる。
【０１４７】
また模擬人体システム４０では、流量調整バルブ５１及び５２により配管３１及び３４における模擬血液７の流量を細かく調整することができる。
【０１４８】
これにより模擬人体システム４０では、例えば模擬心臓１１における拍動時の動きの大きさを調整したいような場合や、模擬大動脈１２内における模擬血液７の流速を独立して調整したいような場合に、それぞれ所望の状態に合わせることができる。
【０１４９】
そのうえ模擬人体システム４０は、その他の点についても、第１の実施の形態による模擬人体システム１と同様の作用効果を奏し得る。
【０１５０】
以上の構成によれば、模擬人体システム４０は、循環部４５の人工心肺ポンプ２２により模擬臓器３へ向けて模擬血液７を送り出しながら電磁弁２７の開閉弁を周期的に開放又は閉塞させ、また電磁弁５４の開閉弁を周期的に開放又は閉塞させながら吸引ポンプ５３により模擬臓器３内の模擬血液７をリザーバ２１へ排出させる。模擬心臓１１は、電磁弁２７の開閉弁が開放されると共に電磁弁５４の開閉弁が閉塞されるとき、貯蔵空間１１Ｂにおける圧力及び模擬血液７の貯蔵量が増加して外殻１１Ａを膨張させ、電磁弁２７の開閉弁が閉塞されると共に電磁弁５４の開閉弁が開放されるとき、貯蔵空間１１Ｂにおける圧力及び模擬血液７の貯蔵量が減少して外殻１１Ａを収縮させる。このため模擬心臓１１は、電磁弁２７及び５４における開閉弁の周期的な開閉動作に伴って外殻１１Ａの膨張及び収縮を繰り返すことができるので、人体における拍動に似た動きを再現することができる。
【０１５１】
［３．他の実施の形態］
なお上述した第１の実施の形態においては、外部から大気圧が印加される模擬臓器３と液面が大気に開放されたリザーバ２１との落差ΔＨにより模擬臓器３から模擬血液７を排出させ、第２の実施の形態においては、吸引ポンプ５３により模擬臓器３から模擬血液７を排出させるようにした場合について述べた。
【０１５２】
本発明はこれに限らず、模擬臓器３内の模擬血液７に対し負圧を印加し得る種々の手段を用いることにより、当該模擬臓器３から当該模擬血液７を排出させるようにしても良い。また模擬臓器３については、大気圧に限らず、外部から何らかの圧力が印加されれば良い。
【０１５３】
また上述した第１の実施の形態においては、配管２３に電磁弁２７を設け、シーケンサ２８からの制御信号Ｓ１に従って当該電磁弁２７の開閉弁を開放又は閉塞させることにより配管２３内における模擬血液７の流動を制御するようにした場合について述べた。
【０１５４】
本発明はこれに限らず、種々のバルブや開閉器等を用いて配管２３内における模擬血液７の流動を制御するようにしても良い。この場合、要はシーケンサ２８からの制御信号Ｓ１に従って配管２３内で模擬血液７を流動させ、又はその流動を停止させることができれば良い。第２の実施の形態についても同様である。
【０１５５】
さらに上述した第１の実施の形態においては、シーケンサ２８から電磁弁２７へ制御信号Ｓ１を供給することにより、図１０（Ａ）に示したような動作パターンで電磁弁２７の開閉弁を動作させるようにした場合について述べた。
【０１５６】
本発明はこれに限らず、例えば電磁弁２７に制御回路が組み込まれた場合のように電磁弁２７単体で周期的に開閉弁の開放及び閉塞を繰り返すことができる場合に、シーケンサ２８を省略するようにしても良い。第２の実施の形態については、電磁弁２７及び５４における開閉動作を同期させることができれば、同様にシーケンサ４８を省略することができる。
【０１５７】
さらに上述した第１の実施の形態においては、制御信号Ｓ１のデューティー比を５０［％］とする場合について述べた。
【０１５８】
本発明はこれに限らず、デューティー比を６５［％］や３０［％］等の任意の値に設定しても良い。この場合、要は模擬心臓１１の拍動時の動きが実際の人体における心臓の拍動に近ければ良い。第２の実施の形態についても同様である。
【０１５９】
さらに上述した第２の実施の形態においては、制御信号Ｓ１及びＳ２における立ち上がり及び立ち下がりのタイミングを揃えると共に、両者を互いに相補的に「Ｈ」レベル又は「Ｌ」レベルとするようにした場合について述べた。
【０１６０】
本発明はこれに限らず、例えば図１６に示す制御信号Ｓ１１及びＳ１２のように、立ち上がり及び立ち下がりのタイミングをずらすように、いわば位相差を任意に設定するようにしても良く、さらには図１７に示す制御信号Ｓ２２のように、１周期の期間内に任意の間隔で立ち上がり及び立ち下がりを２回以上繰り返すようにしても良い。この場合も、要は模擬心臓１１の拍動時の動きが実際の人体における心臓の拍動に近ければ良い。
【０１６１】
さらに上述した第１の実施の形態においては、制御信号Ｓ１を一定の周期Ｃ１の矩形波とする場合について述べた。
【０１６２】
本発明はこれに限らず、制御信号Ｓ１の周期については、例えば任意のタイミングで一時的に変化させることによりいわゆる不整脈を再現する等、必ずしも常に一定でなくとも良い。この場合、カテーテル手技の訓練目的等に応じて適宜調整すれば良い。第２の実施の形態についても同様である。
【０１６３】
さらに上述した第１の実施の形態においては、電磁弁２７が開閉弁を閉塞したときに配管２３内における模擬血液７の流動を完全に停止させるようにした場合について述べた。
【０１６４】
本発明はこれに限らず、例えば電磁弁２７が開閉弁を閉塞したときに配管２３内における模擬血液７の流動を完全には停止させず、その一部を流動させるようにしても良い。すなわち電磁弁２７は、制御信号Ｓ１に従って配管２３内における模擬血液７の流動量をある程度変化させることができれば良い。第２の実施の形態についても同様である。
【０１６５】
さらに上述した第１の実施の形態においては、模擬心臓１１の外殻１１Ａをシリコン樹脂等の柔らかい材料により構成し、貯蔵空間１１Ｂにおける模擬血液７の貯蔵量が増加したときに外殻１１Ａが膨張し、当該貯蔵量が減少したときに外殻１１Ａが収縮するようにした場合について述べた。
【０１６６】
本発明はこれに限らず、模擬心臓１１の外殻１１Ａの強度及び貯蔵空間１１Ｂにおける模擬血液７の貯蔵量を調整することにより、例えば貯蔵空間１１Ｂにおける模擬血液７の貯蔵量が増加したときには外殻１１Ａが自然状態の形状を維持する一方、貯蔵量が減少したときに外殻１１Ａの一部がへこむように変形するようにしても良い。
【０１６７】
さらには、両者を組み合わせることにより、貯蔵空間１１Ｂにおける模擬血液７の貯蔵量が増加したときに外殻１１Ａが膨張し、当該貯蔵量が減少したときに外殻１１Ａが収縮した上でさらに一部がへこむように変形するようにしても良い。第２の実施の形態についても同様である。
【０１６８】
因みに模擬心臓１１、模擬大動脈１２及び模擬冠動脈１３等の模擬臓器３は、シリコン樹脂以外にも、柔らかく変形可能な材料であれば種々のものにより構成することができる。第２の実施の形態についても同様である。
【０１６９】
さらに上述した第２の実施の形態においては、配管３１及び３４に流量調整バルブ５１及び５２を設けるようにした場合について述べた。
【０１７０】
本発明はこれに限らず、任意の配管に流量調整バルブを設けるようにしても良く、或いは配管の内径等を適宜選定することによりその流量を最適化することができれば、当該流量調整バルブを省略するようにしても良い。
【０１７１】
さらに上述した第２の実施の形態においては、電磁弁２７を迂回するように配管５５を設け、電磁弁２７と並列に流量調整バルブ５７を設けるようにした場合について述べた。
【０１７２】
本発明はこれに限らず、第１の実施の形態と同様に、配管５５及び流量調整バルブ５７を省略しても良い。配管５６及び流量調整バルブ５８についても同様である。或いは第１の実施の形態において、第２の実施の形態と同様に配管５５及び流量調整バルブ５７を設けるようにしても良い。
【０１７３】
さらに上述した第１の実施の形態においては、模擬心臓１１と模擬大動脈１２との間を閉塞して模擬血液７が直接流れないようにした場合について述べた。
【０１７４】
本発明はこれに限らず、模擬心臓１１と模擬大動脈１２との間を開放して模擬血液７が直接流れるようにしても良い。この場合、要は電磁弁２７の開閉動作に応じて模擬心臓１１の貯蔵空間１１Ｂ内の圧力及び容積が変化して外殻１１Ａが膨張又は収縮すれば良い。第２の実施の形態についても同様である。
【０１７５】
さらに上述した第１の実施の形態においては、模擬冠動脈１３が模擬大動脈１２から供給された模擬血液７を貯蔵空間１１Ｂ内に排出するようにした場合について述べた。
【０１７６】
本発明はこれに限らず、例えば特許文献２と同様に、模擬冠動脈１３の排出側の先端に排出用配管を接続し、当該排出用配管を配管３５に接続して模擬血液７を排出させるようにしても良い。第２の実施の形態についても同様である。
【０１７７】
さらに上述した第１の実施の形態においては、循環部５において、管路３５を介して排出されてきた模擬血液７をリザーバ２１に排出し、これを人工心肺ポンプ２２により再度管路２３へ供給して当該模擬血液７を再度循環させるようにした場合について述べた。
【０１７８】
本発明はこれに限らず、例えばカテーテル手技の訓練を行う間は模擬血液７を再利用せず、予め大量に用意した模擬血液７を人工心肺ポンプ２２により順次供給するようにしても良い。第２の実施の形態についても同様である。
【０１７９】
さらに上述した第１の実施の形態においては、模擬冠動脈１３に病変状態を模して閉塞させた部分を設けるようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、例えばカテーテルを冠動脈に到達させるまでの訓練を行うような場合に、閉塞させた部分を設けないようにしても良い。
【０１８０】
さらに上述した第１の実施の形態においては、大腿動脈からカテーテルを挿入する手技を想定し、模擬臓器３として模擬大動脈１２に加えて模擬大腿動脈１６及び模擬左外腸骨動脈１７を設け、それぞれにカテーテル挿入口としてのカテーテルシース１８及び１９を設けるようにした場合について述べた。
【０１８１】
本発明はこれに限らず、模擬臓器３として、例えば上行大動脈から上腕動脈や橈骨動脈及び尺骨動脈の範囲を模した形状等、実際のカテーテル検査及び手術においてカテーテルを挿入する箇所から冠動脈に至るまでの範囲を模した形状とするようにしても良い。この場合、当該箇所にカテーテル挿入口としてのカテーテルシースを接続するようにすれば良い。
【０１８２】
さらに上述した第１の実施の形態においては、循環部５において、圧力モニタ１５を目視した作業者等の手作業により人工心肺ポンプ２２の出力を調整するようにした場合について述べた。
【０１８３】
本発明はこれに限らず、例えば圧力モニタ１５の検出値に応じて人工心肺ポンプ２２の能力の出力値を自動的に調整するようにしても良い。第２の実施の形態についても同様である。
【０１８４】
さらに上述した第１の実施の形態においては、模擬臓器としての模擬臓器３と、ポンプとしての人工心肺ポンプ２２と、開閉器としての電磁弁２７及びシーケンサ２８と、負圧印加部としてのリザーバ２１とによって模擬人体としての模擬人体システム１を構成する場合について述べた。
【０１８５】
本発明はこれに限らず、その他種々の構成でなる模擬臓器と、ポンプと、開閉器と、負圧印加部とによって模擬人体を構成するようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１８６】
本発明は、冠動脈のように人体において拍動の影響を受ける臓器についてカテーテル手技を訓練する場合に利用できる。
【符号の説明】
【０１８７】
１、４０……模擬人体システム、２、４２……人体モデル部、３……模擬臓器、５、４５……循環部、７……模擬血液、１１……模擬心臓、１１Ｂ……貯蔵空間、１１Ｃ……心臓供給管、１１Ｄ……心臓排出管、１２……模擬大動脈、１３……模擬冠動脈、２１……リザーバ、２２……人工心肺ポンプ、２３、３５……配管、２７、５４……電磁弁、２８、４８……シーケンサ、５３……吸引ポンプ、５１、５２、５７、５８……流量調整バルブ、Ｓ１、Ｓ２……制御信号。
【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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