(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる２つの方向である第１の方向及び第２の方向へ転動可能な球体が第１の方向へ転動されるときの転動量に応じてカテーテルチューブの挿入量を検出するとともに、前記球体が第２の方向へ転動されるときの転動量に応じてカテーテルチューブの回転量を検出し、そのようにして得た挿入／回転量検出データを外部に出力する挿入／回転量検出センサを備えたことを特徴とするカテーテル操作シミュレータ。
【請求項２】
前記カテーテルチューブは、前記球体である３個のボールそれぞれが外周面に圧接されることで３点支持されていることを特徴とする請求項１に記載のカテーテル操作シミュレータ。
【請求項３】
前記カテーテルチューブの先端にある障害物を検知して得た触圧データを外部に出力する触圧センサと、対象物内にある前記カテーテルチューブの先端領域を撮像して得た画像データを外部に出力する透過撮像手段とを備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のカテーテル操作シミュレータ。
【請求項４】
前記挿入／回転量検出データ、前記触圧データ及び前記画像データのうちの少なくともいずれかを視覚化する表示手段を備えるとともに、前記センサから出力されてくる実際上のデータと、記憶手段に前もって記憶されている基準データとを比較し、その比較結果を前記表示手段に表示させる制御手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載のカテーテル操作シミュレータ。
【請求項５】
前記基準データに基づいて設定される許容範囲から前記実際上のデータが逸脱したときに警告を発する警告手段を備えたことを特徴とする請求項４に記載のカテーテル操作シミュレータ。
【請求項６】
請求項５に記載のカテーテル操作シミュレータを用いたシミュレーション方法であって、熟練者が実際にカテーテル操作を行ったときに得られるデータを前記基準データとして前もって前記記憶手段に記憶させておき、別の者が同一対象物についてカテーテル操作を行ったときに前記センサから出力されてくる実際上のデータと前記基準データとを逐次比較することを特徴とするシミュレーション方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カテーテル操作シミュレータ及びそれを用いたシミュレーション方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、体内挿入式の医療器具の一種としてカテーテルが知られている。カテーテルを構成する直径数mm以下のカテーテルチューブは、人体内にある各種の管、例えば血管等の中に挿入されるようになっている。カテーテルチューブの先端は体内の所望の部位まで誘導され、その部位においては計測行為（例えば血圧の測定等）や治療行為（例えば血管の拡張等）が行われる。このため、カテーテルのオペレータは、体外にあるカテーテルチューブの基端部を把持して回転させつつ挿入することにより、その先端を所望の部位まで誘導する必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、体内にある管は必ずしも直線状ではなく、部分的に屈曲していたり分岐している場合が多い。しかも、管の径は必ずしも一定ではなく、管自体が細くなっていたり、内部にある障害物（例えば血栓）によって管が細くなっていることがある。
【０００４】
しかしながら、従来のカテーテルではカテーテルチューブの回転量及び挿入量を客観的に把握するすべがなかったので、オペレータは操作を自分の経験や勘のみに頼らざるを得なかった。従って、Ｘ線画像を見ることができたとしても、カテーテルチューブの先端を所望の部位まで誘導するのには熟練を要し、初心者にとってこのような操作技術の習得は極めて難しいものであった。
【０００５】
また、カテーテル操作の練習に人体そのものを用いることは倫理上適切ではないことから、一般的には実験動物が用いられている。しかし、たとえ実験動物であっても繰り返した練習には向かず、このこともカテーテル操作技術の早期習得を阻害する１つの原因になっていた。よって、そのような状況のもと、熟練者のカテーテル操作技術を初心者に確実に伝授しうる有効な練習用手段が切望されていた。
【０００６】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、操作に関する客観的な情報が得られるため、カテーテル操作技術の習得に好適なカテーテル操作シミュレータ及びそれを用いたシミュレーション方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、互いに異なる２つの方向である第１の方向及び第２の方向へ転動可能な球体が第１の方向へ転動されるときの転動量に応じてカテーテルチューブの挿入量を検出するとともに、前記球体が第２の方向へ転動されるときの転動量に応じてカテーテルチューブの回転量を検出し、そのようにして得た挿入／回転量検出データを外部に出力する挿入／回転量検出センサを備えたことを特徴とするカテーテル操作シミュレータをその要旨とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記カテーテルチューブは、前記球体である３個のボールそれぞれが外周面に圧接されることで３点支持されているものとしている。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２において、前記カテーテルチューブの先端にある障害物を検知して得た触圧データを外部に出力する触圧センサと、対象物内にある前記カテーテルチューブの先端領域を撮像して得た画像データを外部に出力する透過撮像手段とを備えたものとしている。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項３において、前記挿入／回転量検出データ、前記触圧データ及び前記画像データのうちの少なくともいずれかを視覚化する表示手段を備えるとともに、前記センサから出力されてくる実際上のデータと、記憶手段に前もって記憶されている基準データとを比較し、その比較結果を前記表示手段に表示させる制御手段を備えたものとしている。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項４において、前記基準データに基づいて設定される許容範囲から前記実際上のデータが逸脱したときに警告を発する警告手段を備えたものとしている。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のカテーテル操作シミュレータを用いたシミュレーション方法であって、熟練者が実際にカテーテル操作を行ったときに得られるデータを前記基準データとして前もって前記記憶手段に記憶させておき、別の者が同一対象物についてカテーテル操作を行ったときに前記センサから出力されてくる実際上のデータと前記基準データとを逐次比較することを特徴とするシミュレーション方法をその要旨とする。
【００１２】
以下、本発明の「作用」について説明する。
請求項１又は請求項２に記載の発明によると、挿入／回転量検出センサの出力する挿入／回転量検出データに基づけば、カテーテルチューブの挿入量及び回転量を客観的に把握することができる。よって、挿入量及び回転量に関する情報をカテーテル操作の練習に役立てることができる。このため、熟練したカテーテル操作技術を持たない初心者にとって、カテーテルチューブの先端を所望の部位まで誘導するときの困難性が小さくなる。
【００１３】
請求項３に記載の発明によると、挿入／回転量検出データに加えて、触圧センサの出力する触圧データに基づけば、カテーテルチューブの先端にある障害物の有無についても客観的に把握することができる。また、挿入／回転量検出データ及び触圧データに加えて、透過撮像手段の出力する画像データに基づけば、対象物内にあるカテーテルチューブの先端領域の様子についても客観的に把握することができる。
【００１４】
よって、操作に関するよりいっそう多くの情報が得られることとなり、それらをカテーテル操作の練習に役立てることができる。このため、初心者にとってのチューブ誘導時の困難性がさらにいっそう小さくなり、熟練者に匹敵するカテーテル操作技術を従来に比べてより短時間で習得することが可能となる。
【００１５】
請求項４に記載の発明によると、表示手段によって前記データが表示されることにより、操作者は操作に関する情報を視覚を通じて客観的にかつ正確に把握することが可能となる。従って、熟練者に匹敵するカテーテル操作技術を従来に比べて極めて短時間で習得することが可能となる。また、実際上のデータと基準データとを比較した結果が表示手段に表示されるため、カテーテルの操作者は、適切な操作と自己の操作との相違を視覚を通じて客観的にかつ正確に把握することができる。ゆえに、表示手段を見ながらカテーテル操作を行えば、適切な操作を比較的容易に模倣することも可能となる。
【００１６】
請求項５に記載の発明によると、カテーテルの操作者が不適切な操作を行おうとすると、実際上のデータが許容範囲から逸脱したという旨の警告が警告手段によって発せられる。従って、操作者は自分が今まさに不適切な操作を行おうとしていることを客観的に把握することができ、不適切操作が未然に防止される。
【００１７】
請求項６に記載の発明によると、別の者である初心者は、熟練者が実際に同一対象物についてカテーテル操作を行ったときに得られる基準データに基づいて練習をすることができる。また、前記初心者は、熟練者から例えば口頭説明のみを受けて練習をするのではなく、表示手段にて客観的に視覚化された基準データを見ながら練習をすることができる。以上のことから、同一対象物につき当該熟練者に匹敵するカテーテル操作技術を短時間で習得することができる。また、記憶手段に記憶されている基準データは、後でいつでも呼び出すことができるので、繰り返し練習を行う場合に極めて好都合なものとなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をカテーテル操作シミュレータＳ1 及びそれを使用したシミュレーション方法に具体化した一実施の形態を図１〜図６に基づき詳細に説明する。
【００１９】
図２には、本実施形態において使用されるカテーテル１が示されている。
このカテーテル１は血管挿入用のカテーテルである。同カテーテル１は、対象物である血管モデル２７に挿入されるカテーテルチューブ（本実施形態ではポリ塩化ビニル製，直径１．６ｍｍ）２を備えている。カテーテルチューブ２の基端側領域は血管モデル２７外に突出しており、当該部分は操作時にオペレータによって把持されるようになっている。図１に示されるように、同チューブ２の基端部には、チューブ２の先端側に薬液や造影剤等の液体を圧送するためのシリンジ２０が２本接続されている。
【００２０】
本実施形態のカテーテル１では、カテーテルチューブ２とは別体に形成された触圧センサとしてのセンサアセンブリ３が、同カテーテルチューブ２の先端側に取り付けられている。
【００２１】
センサアセンブリ３は、アウターチューブ４とインナーチューブ５とを備える。外側のチューブ部材であるアウターチューブ４の先端側は、カテーテルチューブ２の外径とほぼ等しい外径の大径部４ａとなっている。一方、アウターチューブ４の基端側は、大径部４ａよりも外径の小さい小径部４ｂとなっている。この小径部４ｂは、カテーテルチューブ２の先端開口に対して嵌着される部位である。従って、その外周面には周方向に沿って延びる複数の抜け止め溝６が形成されている。アウターチューブ４の先端側開口部には、受圧体としてのピストン７がチューブ２の長手方向に沿って移動可能に嵌合されている。また、ピストン７とアウターチューブ４との接合部位は封止材８によって封止されている。
【００２２】
内側のチューブ部材であるインナーチューブ５は、アウターチューブ４よりも外径が小さくて長さが短い筒状部材である。前記インナーチューブ５は、アウターチューブ４内に摺動不能に嵌入されている。大径部４ａの内部に突出するインナーチューブ５の一方側の端部には、切り欠き部９が形成されている。この切り欠き部９の内壁面には、台座１１がエポキシ接着剤Ａ1 により接合されている。台座１１には、感圧センサとしての半導体式圧力センサチップ１０が載置されている。
【００２３】
台座１１の上面とセンサチップ１０の下面との間には、図２（ａ）に示されるように背圧室１９が形成されてもよい。また、かかる背圧室１９は、台座１１に形成される図示しない背圧孔を介して相対圧領域に連通されていてもよい。
【００２４】
図２（ａ）に示されるように、半導体式圧力センサチップ１０は中央に肉薄部分を有している。その肉薄部分の上面には歪みゲージ１２が形成されている。センサチップ１０の上面には、図示しない複数のボンディングパッドが形成されている。これらのボンディングパッドとフラットケーブル１３の中継タブ１４とは、ボンディングワイヤ１５を介して電気的に接続されている。このフラットケーブル１３は、カテーテルチューブ２内を通り抜けてチューブ２の基端部まで到っている。
【００２５】
エポキシ接着剤Ａ1 は、台座１１の下面及び側面とインナーチューブ５の切り欠き部９の内壁面との隙間を封止している。その結果、台座１１がインナーチューブ５に固定されている。これに加えて、台座１１及びセンサチップ１０の基端部寄り領域においてエポキシ接着剤Ａ1 は上方にも回り込み、インナーチューブ５の貫通孔を非貫通状態に封止している。従って、インナーチューブ５の内部において切り欠き部９よりもやや基端寄りの位置に、圧力障壁１６が形成されている。この圧力障壁１６は、センサチップ１０から引き出されたボンディングワイヤ１５を全体的に封止している。そして、この圧力障壁１６によりアウターチューブ４内に媒体収容空間１７が区画されている。媒体収容空間１７の中には、圧力伝達媒体としてのシリコーンゲル１８が充填されている。なお、前記圧力障壁１６はシリコーンゲル１８のチューブ２の基端側への流動を阻止する役割を果たしている。
【００２６】
図２（ｂ），図２（ｃ）に示されるように、カテーテルチューブ２の内部には分離壁２１が存在している。この分離壁２１は、チューブ２の軸線方向に沿ってその内部を２つの領域に分割している。この分離壁２１により、信号線用ルーメン２２と液体流通用ルーメン２３とが区画されている。両ルーメン２２，２３はともに断面半円状である。信号線用ルーメン２２内には、フラットケーブル１３が収容されている。液体流通用ルーメン２３内には、液体としての薬液や造影剤等が流通可能である。造影剤を供給する理由は、血管の造影によってセンサアセンブリ３の位置をより詳細に把握するためである。また、薬液としては、例えば血栓溶解剤などが挙げられる。
【００２７】
カテーテルチューブ２は、その外周面に開口部としての液体吐出口２４を備えている。この液体吐出口２４は、液体流通用ルーメン２３の内外を連通させている。従って、チューブ２の基端側から供給されてくる液体は、この液体吐出口２４を介してチューブ２の外周面側から吐出されることで、患部に供給される。
【００２８】
図２（ａ）に示されるように、このカテーテルチューブ２は先端封止体２５を備えている。先端封止体２５は生体適合性材料（例えばエポキシ樹脂等）からなり、２つあるルーメン２２，２３のうち液体流通用ルーメン２３のみをその先端において封止している。前記先端封止体２５は、液体吐出口２４が形成された位置の近傍であってそれよりもチューブ２の先端側に位置している。また、先端封止体２５の基端側には、流体案内斜面２５ａが設けられている。この流体案内斜面２５ａは、ルーメン２３の内部かつ液体吐出口２４の近傍に位置している。なお、図２（ａ）では流体案内斜面２５ａが液体吐出口２４のほぼ真下に位置している。
【００２９】
このように構成されたカテーテル１では、センサアセンブリ３が障害物（例えば図１に示される血管モデル２７の分岐部位）２８に接触すると、その頭部にあるピストン７がその障害物２８から圧力を受ける。すると、そのときの触圧の増加は、シリコーンゲル１８を介して受圧面であるセンサチップ１０に伝達され、そこにある歪みゲージ１２の抵抗値に変化を生じさせる。その結果、センサチップ１０は、触圧の変化に応じた電気信号を触圧データＤ1 としてワイヤボンディング１５、中継タブ１４及びフラットケーブル１３を介して外部に常時出力する。
【００３０】
図４（ａ），図４（ｂ）には、このシミュレータＳ1 の備える挿入／回転量検出センサ３１が概略的に示されている。
この挿入／回転量検出センサ３１は、センサハウジング３２内に２種の移動量検出手段（ここでは２種のエンコーダ３３，３４）を収容してなるものである。センサハウジング３２は、両端面において開口する貫通孔３５を備えている。この貫通孔３５にはカテーテルチューブ２が挿通される。貫通孔３５の中央部分は、開口部分に比べて広く形成された収容部３６となっている。前記２種のエンコーダ３３，３４は、その収容部３６の内壁面に支持されている。第１のエンコーダ３３は挿入量検出用であって、貫通孔３５の軸線方向に対して直交する方向に入力軸を向けた状態で配置されている。第２のエンコーダ３４は回転量検出用であって、貫通孔３５の軸線方向と同じ方向に入力軸を向けた状態で配置されている。
【００３１】
上記の収容部３６内には、３個のボール３７と３個の押えローラ３８と６本のばね３９とが収容されている。３個のボール３７は、貫通孔３５の軸線方向に対して垂直に切ったときにおける同一の面内に存在している。カテーテルチューブ２は各ボール３７がなす中央部の隙間に挿通されている。各押えローラ３８は各ボール３７の外周側において収容部３６の内壁面に軸支されるとともに、対応するボール３７の表面に外接されている。各押えローラ３８のさらに外周側に配置されたばね３９は、押えローラ３８の軸部における２箇所をチューブ中心方向に付勢している。その結果、カテーテルチューブ２の外周面に対して各ボール３７が転動可能に３方向から圧接している。また、３個のボール３７のうちの１つのものには、第１及び第２のエンコーダ３３，３４の入力軸がそれぞれ回転可能に摺接している。
【００３２】
このように構成された挿入／回転量検出センサ３１において、カテーテルチューブ２を挿入した場合には、その挿入量に応じた分だけ各ボール３７が所定方向に転動する。すると、ボール３７に摺接している第１のエンコーダ３３の入力軸が挿入量に応じた分だけ回転し、挿入量が検出される。そして、第１のエンコーダ３３は、検出された挿入量に見合う分の電気信号を、挿入量データＤ2 として外部に出力する。一方、カテーテルチューブ２を回転させた場合には、その回転量に応じた分だけ各ボール３７が所定方向（挿入時のときと９０°異なる方向）に転動する。すると、ボール３７に摺接している第２のエンコーダ３４の入力軸が回転量に応じた分だけ回転し、回転量が検出される。そして、第２のエンコーダ３４は、検出された回転量に見合う分の電気信号を、回転量データＤ3 として外部に出力する。
【００３３】
図１に示されるように、このシミュレータＳ1 は透過撮像手段としてのＸ線カメラ４６を備えている。前記Ｘ線カメラ４６は、血管モデル２７内にあるカテーテルチューブ２の先端領域を透過して撮像するように設けられている。その結果、Ｘ線カメラ４６によって得られた電気信号は、画像データＤ4 として外部に常時出力される。
【００３４】
続いて、本実施形態のシミュレータＳ1 の備えるデータ処理システム５１について述べる。
図１に示されるように、制御手段としてのデータ処理システム５１は、ここではコンピュータ５２と、警告手段の一部をなすスピーカ５３と、表示手段としてのＣＲＴ５４とによって構成されている。
【００３５】
図３のブロック図に示されるように、同コンピュータ５２は、演算制御部５５のほかに、複数のアンプ５６，５７，５８，５９及び複数のＡ／Ｄ変換器６０，６１，６２，６３を備えている。また、演算制御部５５は、ＣＰＵ６６、記憶手段としてのメモリ６７、Ｉ／Ｏインターフェース６８、音声信号発生器６９等を備えている。なお、メモリ６７はＲＯＭ６７ａとＲＡＭ６７ｂとからなる。音声信号発生器６９とは、例えば従来公知のシンセサイザや発振回路等をいい、１種または複数種の音声信号を発生する機能を有するものを指す。
【００３６】
カテーテル１のセンサアセンブリ３から引き出されたフラットケーブル１３は、信号増幅用のアンプ５６及びＡ／Ｄ変換器６０を介して、Ｉ／Ｏインターフェイス６８に電気的に接続されている。従って、半導体式圧力センサチップ１０から出力されるアナログの信号（触圧データＤ1 ）は、このアンプ５７によってまず増幅される。増幅されたアナログの触圧データＤ1 は、Ａ／Ｄ変換器６０によってデジタル化された後、演算制御部５５内に取り込まれる。取り込まれた触圧データＤ1 は、必要に応じて一時的にＲＡＭ６７ｂに記憶される。
【００３７】
第１のエンコーダ３３から引き出された図示しないケーブルは、信号増幅用のアンプ５７及びＡ／Ｄ変換器６１を介して、同じくＩ／Ｏインターフェイス６８に電気的に接続されている。従って、第１のエンコーダ３３から出力されるアナログの信号（挿入量データＤ2 ）は、このアンプ５６によってまず増幅される。増幅されたアナログの挿入量データＤ2 は、Ａ／Ｄ変換器６１によってデジタル化された後、演算制御部５５内に取り込まれる。取り込まれた挿入量データＤ2 は、必要に応じて一時的にＲＡＭ６７ｂに記憶される。
【００３８】
第２のエンコーダ３４から引き出された図示しないケーブルは、信号増幅用のアンプ５８及びＡ／Ｄ変換器６２を介して、同じくＩ／Ｏインターフェイス６８に電気的に接続されている。従って、第２のエンコーダ３４から出力されるアナログの信号（回転量データＤ3 ）は、このアンプ５８によってまず増幅される。増幅されたアナログの回転量データＤ3 は、Ａ／Ｄ変換器６２によってデジタル化された後、演算制御部５５内に取り込まれる。取り込まれた回転量データＤ3 は、必要に応じて一時的にＲＡＭ６７ｂに記憶される。
【００３９】
Ｘ線カメラ４６から外部に引き出された図示しないケーブルは、信号増幅用のアンプ５９を介して、同じくＩ／Ｏインターフェイス６８に電気的に接続されている。従って、Ｘ線カメラ４６から出力されるデジタルの信号（画像データＤ4 ）は、このアンプ５９によって増幅された後、演算制御部５５内に取り込まれる。取り込まれた画像データＤ4 は、必要に応じて一時的にＲＡＭ６７ｂに記憶される。
【００４０】
メモリ６７のＲＯＭ６７ａ内には、各種の制御プログラムがあらかじめ格納されている。前記ＣＰＵ６６は、ＲＯＭ６７ａ内の制御プログラムに従って各種の処理動作を実施する。
【００４１】
例えば、ＣＰＵ６６は、基準データを作成すべく、熟練者がカテーテル操作を行ったときに得られる前記各データＤ1 ，Ｄ2 ，Ｄ3 ，Ｄ4 をＲＡＭ６７ｂに一時的に記憶させるよう司令を出す。
【００４２】
また、ＣＰＵ６６は、初心者であるオペレータがカテーテル操作を行う際、前記基準データをＲＡＭ６７ｂから呼び出し、それと挿入／回転量検出センサ３１から送られてくる実際上のデータＤ2 ，Ｄ3 とを逐次比較する。そして、ＣＰＵ６６は、その比較結果をＩ／Ｏインターフェイス６８を介してＣＲＴ５４に出力する。なお、ＣＰＵ６６は、比較処理の対象とはされていないデータ（即ち、ここでは画像データＤ4 ）についてもＩ／Ｏインターフェイス６８を介してＣＲＴ５４に出力する。
【００４３】
さらに、ＣＰＵ６６は、基準データを構成している触圧データＤ1 に基づいて触圧の許容範囲の最大値を計算により自動的に求め、かつその値をＲＡＭ６７ｂに記憶させる。このような許容範囲の最大値は人為的に設定されてもよい。ＣＰＵ６６は、初心者であるオペレータがカテーテル操作を行う際、上記許容範囲の最大値を前記基準データをＲＡＭ６７ｂから呼び出し、それとセンサアセンブリ３から送られてくる実際上のデータＤ1 との大小を逐次比較する。そして、ＣＰＵ６６は、その比較結果をＩ／Ｏインターフェイス６８を介してＣＲＴ５４に出力する。その一方でＣＰＵ６６は、許容範囲の最大値よりも実際上の触圧データＤ1 のほうが大きいとき、触圧が許容範囲から逸脱したものと判断し、音声信号発生器６９に音声信号を生成させるよう司令する。その結果、音声信号発生器６９からＩ／Ｏインターフェイス６８を介して外部に音声信号が出力される。
【００４４】
演算制御部５５のＩ／Ｏインターフェイス６８には、音声信号増幅用のアンプ６３を介してスピーカ５３が電気的に接続されている。アンプ６３は演算制御部５５側から出力される音声信号を増幅し、スピーカ５３はその増幅された音声信号を警告音に変換することで聴覚化する。なお、本実施形態では、音声信号発生器６９，アンプ６３及びスピーカ５３により１つの警告手段が構成されている。
【００４５】
図５には、ＣＲＴ５４の表示画面の一例が示されている。ＣＲＴ５４はコンピュータ５２側から出力される各種信号を視覚化するための手段であって、Ｉ／Ｏインターフェイス６８を介して電気的に接続されている。
【００４６】
ＣＲＴ５４の表示画面における上段の左側エリアには、Ｘ線カメラ４６によって撮像されたカテーテルチューブ２の先端領域におけるその時点での「位置画像」が表示される。
【００４７】
表示画面における上段の中央エリアには、カテーテルチューブ２のその時点での「回転角度」が表示される。この図では、初心者であるオペレータが操作したときの回転角度が実線矢印で表示され、熟練者が操作したときの回転角度が破線矢印で表示される。
【００４８】
表示画面における上段の右側エリアには、カテーテルチューブ２の「触圧」と「挿入量」とが直線状のメータとして表示される。これらのものにおいて斜線部分が、その時点での実際上の「触圧」及び「挿入量」の大きさに相当する。
【００４９】
表示画面における下段のエリアには、カテーテルチューブ２の「挿入量」を横軸としかつ「触圧」を縦軸としたグラフが表示される。なお、このグラフはカテーテル操作の全行程を示すものである。同グラフでは、初心者であるオペレータが操作したときの様子が実線で表示され、熟練者が操作したときの様子が破線で表示される。また、触圧の許容範囲の最大値は水平な直線で示されている。
【００５０】
即ち、本実施形態のＣＲＴ５４は、挿入量検出データＤ2 、回転量検出データＤ3 、触圧データＤ1 及び画像データＤ4 の全てを逐次視覚化するようになっている。
【００５１】
次に、このカテーテル操作シミュレータＳ1 における信号処理動作を図６のフローチャートを用いて説明する。なお、初心者であるオペレータが同一対象物についてカテーテル操作をする以前には、前もって熟練者のカテーテル操作により基準データが作成されかつ記憶されているとして説明を行う。また、カテーテルチューブ２の先端は既に血管モデル２７内に挿入されており、ＣＲＴ５４の表示画面にはＸ線カメラ４６による「位置画像」が既に表示されているとする。
【００５２】
ステップＳＴ1 において、ＣＰＵ６６は、ＲＡＭ６７ｂから基準データを呼び出すとともに、その基準データをＩ／Ｏインターフェイス４３を介してＣＲＴ５４に出力する。すると、ＣＲＴ５４の表示画面における下段のエリアに、前に熟練者がカテーテル操作を行った際の「挿入量」及び「触圧」のデータ曲線（破線）が表示される。このグラフはカテーテル操作の全行程を示すものであるため、オペレータはカテーテル操作を行う前に、適切な操作の仕方を視覚を通じて具体的にイメージすることができる。また、このときには触圧の許容範囲の最大値もあらかじめ水平な直線として示されるため、オペレータはこれについても視覚を通じて客観的に把握することができる。以上のようなステップＳＴ1 の後、ＣＰＵ６６は次ステップＳＴ2 に移行する。
【００５３】
ステップＳＴ2 において、ＣＰＵ６６は、デジタル変換された触圧データＤ1 、挿入量検出データＤ2 及び回転量検出データＤ3 をＩ／Ｏインターフェイス６８を介して演算制御部５５内に入力する。この後、ＣＰＵ６６は次ステップＳＴ3 に移行する。
【００５４】
ステップＳＴ3 において、ＣＰＵ６６は、入力してきた触圧データＤ1 、挿入量検出データＤ2 及び回転量検出データＤ3 をＩ／Ｏインターフェイス６８を介してＣＲＴ５４に出力する。すると、ＣＲＴ５４の表示画面における上段の右側エリアには、そのオペレータがカテーテル操作を行っているその時点での「挿入量」及び「触圧」が表示される。表示画面における上段の中央エリアには、カテーテルチューブ２のその時点での「回転角度」が熟練者のものとともに表示される。一方、表示画面における下段のエリアには、そのオペレータがカテーテル１の挿入を開始してから現時点に至るまでのデータ曲線の軌跡が実線で逐次表示される。
【００５５】
従って、オペレータは、熟練者による適切な操作と自己の操作との相違を視覚を通じて客観的にかつ正確に把握することができる。具体的にいえば、グラフに表示されている実線と破線とのズレの度合いを見ることにより、自己の操作が適切であるか否かを把握できる。ゆえに、ＣＲＴ５４の表示画面を見ながらカテーテル操作を行えば、適切な操作を比較的容易に模倣することも可能となる。以上のようなステップＳＴ3 の後、ＣＰＵ６６は次ステップＳＴ4 に移行する。
【００５６】
ステップＳＴ4 において、ＣＰＵ６６は、触圧の許容範囲の最大値（Ｄ1 MAX ）と触圧データＤ1 とを比較しその大小を判定する。Ｄ1 ≦Ｄ1 MAX であると、即ち触圧データＤ1 が前記最大値を超えていないと判定された場合、ＣＰＵ６６は最初のステップＳＴ1 に戻る。Ｄ1 ＞Ｄ1 MAX であると、即ち触圧データＤ1 が前記最大値を超えていると判定された場合、ＣＰＵ６６は次ステップＳＴ5 に移行する。
【００５７】
ステップＳＴ5 において、ＣＰＵ６６は、所定の音声発生プログラムに従って音声信号発生器６９に音声信号を生成させ、かつそれをＩ／Ｏインターフェイス６８及びアンプ６３を介してスピーカ５３に出力する。その結果、音声信号が空気の振動に変換され、警告音として聴覚化される。従って、その警告音を聞いたオペレータは、その時点での触圧データＤ1 が許容範囲から逸脱していることを把握することができる。なお、表示画面における下段のエリアには、このとき実線のピークが水平な直線を超えた状態が表示されることとなる。
【００５８】
つまり、同オペレータは自分が今まさに不適切な操作を行おうとしていることを、視覚及び聴覚の双方を通じて客観的に把握することができる。
そして、この後にＣＰＵ６６は最初のステップＳＴ1 に戻り、カテーテルチューブ２の先端が目的部位に到達するまでの間、上記の処理を再び繰り返すようになっている。
【００５９】
従って、本実施形態によれば以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態のカテーテル操作シミュレータＳ1 は、カテーテルチューブ２の挿入量及び回転量を検出して得た挿入量検出データＤ2 及び回転量検出データＤ3 をデータ処理システム５１に出力する挿入／回転量検出センサ３１を備えている。従って、かかるデータＤ2 ，Ｄ3 に基づくことで、カテーテルチューブ２の挿入量及び回転量を客観的に把握することができる。
【００６０】
また、同シミュレータＳ1 は、さらにカテーテルチューブ２の先端にある障害物を検知して得た触圧データＤ1 をデータ処理システム５１に出力するセンサアセンブリ３を備えている。従って、前記２種のデータＤ2 ，Ｄ3 に加えて触圧データＤ1 に基づくことで、カテーテルチューブ２の先端にある障害物の有無についても客観的に把握することができる。
【００６１】
しかも、同シミュレータＳ1 は、さらに血管モデル２７内にあるカテーテルチューブ２の先端領域を撮像して得た画像データＤ4 をデータ処理システム５１に出力するＸ線カメラ４６を備えている。従って、前記３種のデータＤ1 ，Ｄ2 ，Ｄ3 に加えて画像データＤ4 に基づくことで、血管モデル２７内にあるカテーテルチューブ２の先端領域の様子についても客観的に把握することができる。
【００６２】
以上のことから、同シミュレータＳ1 によると、操作に関するよりいっそう多くの情報が得られ、それらをカテーテル操作の練習に役立てることができる。このため、初心者にとってのチューブ誘導時の困難性がさらにいっそう小さくなり、熟練者に匹敵するカテーテル操作技術を従来に比べてより短時間で習得することが可能となる。
【００６３】
（２）同シミュレータＳ1 は、前記４種のデータＤ1 ，Ｄ2 ，Ｄ3 ，Ｄ4 の全てを視覚化するＣＲＴ５４を備えている。従って、これらのデータＤ1 〜Ｄ4 が表示されることにより、オペレータは操作に関する情報を視覚を通じて客観的にかつ正確に把握することが可能となる。従って、熟練者に匹敵するカテーテル操作技術を従来に比べて極めて短時間で習得することが可能となる。
【００６４】
（３）同シミュレータＳ1 は、前記２種のセンサ３，３１から出力されてくる実際上のデータＤ1 ，Ｄ2 ，Ｄ3 と、メモリ６７に前もって記憶されている基準データとを比較し、その比較結果をＣＲＴ５４に表示させるデータ処理システム５１を備えている。従って、その比較結果を見ながらカテーテル操作を行うオペレータは、適切な操作と自己の操作との相違を、視覚を通じて客観的にかつ正確に把握することができる。ゆえに、ＣＲＴ５４を見ながらカテーテル操作を行えば、適切な操作を比較的容易に模倣することが可能となる。このことは熟練した操作技術の早期習得を達成するうえで好都合となる。
【００６５】
（４）同シミュレータＳ1 は、基準データに基づいて設定される許容範囲の最大値Ｄ1 MAX から実際上の触圧データＤ1 が逸脱したときに警告音を発する警告手段を備えている。従って、オペレータが不適切な操作を行おうとすると、警告手段の一部をなすスピーカ５３によって警告音が発せられる。従って、オペレータは、自分が今まさに不適切な操作を行おうとしていることを、聴覚を通じて客観的に把握することができる。それゆえ、不適切な操作が行われることを未然にかつ確実に防止することができる。
【００６６】
（５）本実施形態のシミュレーション方法によると、熟練者と別の者であるオペレータは、その熟練者が実際に同一対象物についてカテーテル操作を行ったときに得られる基準データに基づいて練習をすることができる。また、前記オペレータは、熟練者から例えば口頭説明のみを受けて練習をするのではなく、ＣＲＴ５４にて客観的に視覚化された基準データ（特に全行程のデータ曲線）を見ながら練習をすることができる。以上のことから、同一対象物につき当該熟練者に匹敵するカテーテル操作技術を短時間で習得することができる。また、メモリ６７に記憶されている基準データは、後でいつでもを呼び出すことができるので、オペレータが繰り返し練習を行いたい場合に極めて好都合である。つまり、このシミュレータ方法によれば、熟練者のカテーテル操作技術を初心者に確実に伝授することができ、カテーテル操作技術の早期習得に貢献することができる。
【００６７】
なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
・  スピーカ５３の代わりに、例えばサイレン等を使用してもよい。
・  実施形態のようにいったん各データＤ1 ，Ｄ2 ，Ｄ3 をデジタル化した後に演算制御手段５５に取り込んで処理する方法に代え、アナログ信号のまま取り込んでアナログ回路により信号処理してもよい。従って、この場合にはＡ／Ｄ変換器６０，６１，６２を省略した構成とすることができる。なお、センサ３，３１から直接デジタル信号が出力されてくるような場合にも、Ａ／Ｄ変換器６０，６１，６２を省略した構成とすることができる。
【００６８】
・  各センサ３，３１やＸ線カメラ４６から出力される各種データＤ1 〜Ｄ4 のゲインが充分に大きければ、アンプ５６，５７，５８，５９を省略した構成を採ることも許容される。
【００６９】
・  触圧センサであるセンサアセンブリ３や挿入／回転量検出センサ３１は、必ずしも実施形態において例示したものに限定されることはなく、それらと異なる構造を有するものであってもよい。例えば、挿入／回転量検出センサ３１におけるエンコーダ３３，３４の代わりに、ポテンショメータ等を使用することも可能である。勿論、挿入量検出データＤ2 及び回転量検出データＤ3 の２つを出力するものに限定されることはないので、挿入量検出センサと回転量検出センサとを別個に用いても構わない。
【００７０】
・  表示手段としてのＣＲＴ５４の表示内容は実施形態に限定されず、例えば次に列挙するようなものでもよい。１）挿入／回転量検出データＤ2 ，Ｄ3 のみ表示、２）触圧データＤ1 のみ表示、３）画像データＤ4 のみ表示、４）挿入／回転量検出データＤ2 ，Ｄ3 及び触圧データＤ1 のみ表示、５）挿入／回転量検出データＤ2 ，Ｄ3 及び画像データＤ4 のみ表示、６）触圧データＤ1 及び画像データＤ4 のみ表示。また、ここに列挙した１）〜６）のものを聴覚化する聴覚化手段をさらに備えたものとしてもよい。
【００７１】
・  透過撮像装置としてはＸ線カメラ４６のみに限定されず、例えばＮＭＲ装置等であってもよい。
・  本発明のシミュレータＳ1 は、血管モデル２７以外の管状モデル（例えば、気管支、消化管、リンパ管、尿道等のモデル）を対象物とした場合に適用されてもよい。また、同シミュレータＳ1 は、前記管状モデルのような非生物のみならず、実際の生物（サル等の動物）を対象物とした場合に適用されてもよい。
【００７２】
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想をその効果とともに以下に列挙する。
（１）  請求項４乃至６のいずれか１つにおいて、前記表示手段は前記触圧データの許容範囲の上限値を表示すること。従って、この技術的思想１に記載の発明によると、不適切なカテーテル操作が行われることを視覚を通じて未然に防止することができる。
【００７３】
（２）  請求項４乃至６のいずれか１つにおいて、前記表示手段は、カテーテル挿入開始時から目的部位到達までの全行程について表示すること。従って、この技術的思想２に記載の発明によると、操作者はカテーテル操作を行う前に、適切な操作の仕方を視覚を通じて具体的にイメージすることができる。
【００７４】
（３）  請求項４乃至６のいずれか１つにおいて、前記記憶手段はＲＡＭを構成要素として含むこと。従って、この技術的思想３に記載の発明によると、熟練者が前に行ったカテーテル操作のデータを正確に記憶しておくことができる。
【００７５】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１〜５に記載の発明によれば、操作に関する客観的な情報が得られるため、カテーテル操作の練習に好適なカテーテル操作シミュレータを提供することができる。
【００７６】
請求項３に記載の発明によれば、熟練者に匹敵するカテーテル操作技術を従来に比べてより短時間で習得することができる。
請求項４に記載の発明によれば、熟練者に匹敵するカテーテル操作技術を従来に比べて極めて短時間で習得できるばかりでなく、表示手段を見ながらカテーテル操作を行うことで適切な操作を比較的容易に模倣することが可能となる。
【００７７】
請求項５に記載の発明によれば、不適切なカテーテル操作が行われることを未然に防止することができる。
請求項６に記載の発明によれば、熟練者のカテーテル操作技術を初心者に確実に伝授することができるため、カテーテル操作技術の早期習得に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化した一実施形態におけるカテーテル操作シミュレータのブロック図。
【図２】（ａ）は実施形態のカテーテルの先端部の断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ａ）はＢ−Ｂ線断面図。
【図３】実施形態のデータ処理システムのブロック図。
【図４】（ａ）は挿入／回転量検出センサの概略断面図、（ｂ）は挿入／回転量検出センサを別の位置にて切断したときの概略断面図。
【図５】ＣＲＴの表示画面を示す概略図。
【図６】シミュレータにおける処理動作を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…カテーテル、２…カテーテルチューブ、３…触圧センサとしてのセンサアセンブリ、２７…対象物としての血管モデル、２８…障害物、３１…挿入／回転量検出センサ、３７…球体としてのボール、４６…透過撮像手段としてのＸ線カメラ、５１…制御手段としてのデータ処理システム、５３…警告手段の一部をなすスピーカ、５４…表示手段としてのＣＲＴ、６３…警告手段の一部をなすアンプ、６７…記憶手段としてのメモリ、６９…警告手段の一部をなす音声信号発生器、Ｓ1 …カテーテル操作シミュレータ、Ｄ1 …触圧データ、Ｄ2 …挿入／回転量検出データの一部である挿入量データ、Ｄ3 …挿入／回転量検出データの一部である回転量データ、Ｄ4 …画像データ。
【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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