(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性物質により成型した生体模型である腟、骨盤、子宮頚管又は子宮腔の内部構造を３次元コンピュータグラフィックによって表示画面に生成する表示画面生成手段、
トランスミッター、及び
生体模型である腟、骨盤、子宮頚管又は子宮腔内へ挿入する少なくとも２本の内診指に装着された磁気センサーを具備し；
表示画面生成手段の処理手順が、磁気センサーによって検出された信号によって、３次元コンピュータグラフィックで表示された腟、骨盤、子宮頚管又は子宮腔の内部構造における磁気センサーの位置状況をリアルタイムに計算し、少なくとも２本の内診指の形状の立体が区別できるように作成された内診指の３次元コンピュータグラフィックが、磁気センサーの位置状況に基づいて、腟、骨盤、子宮頚管又は子宮腔の内部構造の３次元コンピュータグラフィックと合成して表示されることを特徴とする腟、骨盤、子宮頚管又は子宮腔内部の生体模型からなる教材用モデルシステム。
【請求項２】
生体模型は、シリコーン、塩化ビニル、ポリウレタンから選ばれる合成高分子材料で成型される請求項１のシステム。
【請求項３】
表示画面が記憶手段で保存され、再生、調整、修正が可能である請求項１または２の何れか一に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体内部の診察教材用模型であって、教材生体模型の内部での特定信号送信手段からの信号を検出するセンサーの位置状況がリアルタイムで３Ｄ立体的表示ができる教材用モデルシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
医療分野においては各種内視鏡が実際の医療現場で多用されており、また指による触診も頻繁に行われいずれも厳密なトレーニングを行い技術を身につける必要がある。更に助産の分野でも同様に母子の安全を守るためには確実な知識と技術が必要とされ、十分なトレーニングを行うことが求められている。特に分娩時には刻々と変化する状況を把握し、状況に即応した判断とケアが重要となり、その分娩経過を把握する方法の一つに内診があるが、現状の教育現場では実際の産婦で実施することには限界があるために、内診モデルを用いるトレーニングが行われている。
また家畜人工授精師のトレーニングとしてウシ、ウマ、ブタ、ヒツジ、ヤギなどに対する家畜繁殖の練習も必要であるが、適当なモデルが無かった。
しかしそれらのトレーニングは生体の構造を模したシミュレーションモデルによるトレーニングが行われているのが現状である。しかし従来のシミュレーションモデルによるトレーニングでは、挿入された内視鏡、指等の位置を視覚的に把握することが困難な上、組織内での３次元的位置について客観的に認識することは無理であったため、感覚と空間認識の統合を学習することは出来なかった。
従来、生体の構造を模したシミュレーションモデルと３Ｄグラフィック表示装置を組み合わせたトレーニングモデルについては既に知られていたが、この３Ｄグラフィック表示装置内に挿入物の位置を表示することは行われないために、十分なトレーニングを行うことはできなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、生体の構造を模したシミュレーションモデルによるトレーニングを行うことが可能で、しかも挿入された内視鏡、指等の位置について器官内、組織内での３次元的位置について他覚的・視覚的に認識することが可能な表示装置を持った医療用トレーニングシミュレーションモデルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、以下の構成によって課題を解決した。
１．非磁性物質により成型した生体模型の内部構造の３次元ＣＧでの表示画面に生成される表示画面生成手段と特定信号送信手段、及び特定信号送信手段からの信号を検出するセンサーを構成手段として具備し、特定信号送信手段から発生した信号がセンサーで検出され、該センサーによって検出された信号が送信されて表示画面生成手段によって表示画面に生成され、表示画面上に３次元ＣＧで表示された教材生体模型の内部構造において表示画面に生成されたセンサーの位置状況のリアルタイム表示手段を備えたことを特徴とする生体内部の診察教材用模型からなる教材用モデルシステム。
２．生体模型が、骨盤、肛門・結腸部、食道、胃、十二指腸、大腸、小腸、結腸、腟、子宮頚管、子宮腔から選ばれる少なくとも一つの器官である前項１のシステム。
３．生体模型は、シリコーン、塩化ビニル、ポリウレタンから選ばれる合成高分子材料で成型される前項１又は２のシステム。
４．センサーが、少なくとも一つあり、器官内挿入手段に装着される前項１〜３の何れか一に記載のシステム。
５．内診モデルにおいて、少なくとも２本の内診指の先端にセンサーを使用する前項４のシステム。
６．内視鏡の先端部にセンサーを使用する前項４のシステム。
７．器官内挿入手段の形状の少なくとも立体が区別できるように３次元ＣＧを作成し、このものが前記生体模型の内部構造の表示画面生成手段上の３次元ＣＧにおいて、器官内挿入手段の動きに連動して表示される前項４〜６の何れか一に記載のシステム。
８．表示画面が記憶手段で保存され、再生、調整、修正が可能である前項１〜７の何れか一に記載のシステム。
【発明の効果】
【０００５】
本発明では生体の構造を模したシミュレーションモデルを使い、視覚的に確認できない部分を３次元グラフィックにより表示し、挿入物に磁気センサーを用いることで、内視鏡、指等の挿入物の位置と動きを３次元グラフィック上にリアルタイムで実施者が把握出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１−１】直列接続図：ホストコンピューターへの単一のＲＳ２３２インターフェースによる直列接続を示す。
【図１−２】並列接続図：ホストコンピューターへの個々のＲＳ２３２インターフェースによる並列接続を示す。
【図２】使用図
【図３】ＣＧ図
【符号の説明】
【０００７】
１  トランスミッター
２  器官内挿入手段
３  生体模型
４  内診指ＣＧ
５  生体模型子宮内のＣＧ
XMTR  トランスミッター
SNSR  センサー
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の対象は、生体内部の診察教材用模型である。このような模型は既に多数市販されており、例えば骨盤、肛門・結腸部、食道、胃、十二指腸、大腸、小腸、結腸、腟、子宮頚管、子宮腔等の器官が例示される。本発明においては、これらの模型は、非磁性物質により成型されていることが必要である。これは、特定信号送信手段からの信号を検出するセンサーとして磁気センサーを使うので、非磁性物質材料であることが必須で、成型が容易で、弾力性があり、生体と同等・類似の物理的性質をもつものが好ましい。そのため、生体模型は、シリコーン、塩化ビニル、ポリウレタンから選ばれる合成高分子材料で成型される。本発明において、センサーは、タッチセンサー、圧センサー等では、３次元的な位置と動きをフォローできず、しかも指などに装着して診断手技に違和感を与えない大きさのセンサーとしては、磁気センサーが最適なものである。【０００９】
特定信号送信手段及びこの信号を検出するセンサーを含む検出手段は、トランスミッター、センサー、コントローラーから構成され、特定信号送信手段であるトランスミッターから発せられる磁気情報（特定信号）をセンサーによって検出し、その信号は、モニターディスプレイ等の表示画面を生成する表示画面生成手段で表示される。トランスミッター、センサーともケーブルでコントローラーに接続され、コントローラーからはパソコンのPCIバスに刺されたカードと接続される。複数のセンサーを使う場合にはこの構成単位がセンサーのセット数だけ必要となる。なお各セットの接続方法は２通り有り図に示した。PCIバス以外にもＵＳＢに接続するタイプの磁気センサーも利用可能である。なおPCIバスのカードにはコントローラーとの接続コネクターは３個付いている。
センサーによって検出された信号は、予め設定した当該生体模型の内部構造の表示画面生成手段上の３次元ＣＧにおいて表示され、教材生体模型の内部でのセンサーの位置状況がリアルタイムで表示できる。生体模型の内部構造の３次元ＣＧは、実際の内診モデルに近似したものが使われる。そのため生体模型の内部構造の３次元ＣＧは、定点計測等によって、修正されていく。
トランスミッターの前でセンサーを動かすことで画面上の指の像がスムーズに動き、またセンサーを回転させることで指の向きも回転される。又その指の像は骨盤等の生体模型の像との関係がうまく表示されている。骨盤等の生体模型の裏に行けば骨盤の裏に行ったように指の一部が骨盤に隠れるように表示される。【００１０】
信号を検出するセンサーは、少なくとも一つの個数あり、複数であればより複雑な位置関係の把握に有効である。具体的には、例えば内診モデルの場合、２本の内診指（示指と中指）の先端爪側にセンサーを各１個づつ計２個の例が示される。内視鏡であれば、その先端部にセンサーを使用する。センサーは、例えば器官内挿入手段に装着される。器官内挿入手段とは、指、内視鏡等、視覚できない器官内の処理を行う手段、器具であれば特に限定されない。磁気センサーについては３次元で位置表示が可能で小型の磁気センサーであれば、どのような磁気センサーも使用可能である。具体的にはAscension社のMiniBird等を挙げることが出来る。これら磁気センサーは通常直径1.5〜2m程度の範囲を検出が可能で、その範囲内であれば３次元ＣＧの表示が可能である。【００１１】
そして好ましくは器官内挿入手段の形状の少なくとも立体が区別できるように回転可能な３次元ＣＧを作成し、このものが前記生体模型の表示画面生成手段上の３次元ＣＧにおいて、器官内挿入手段の動きに連動して表示される。【００１２】
本発明において、表示画面に生成された画面は、保存処理が可能であり、再生、調整、修正が可能である。これは、データを取り込んだ後にトレーニングを行っている者が自分の動作を後で確認するあるいは望ましい指の動きを別に表示する事も可能な手段である。【００１３】
図１−１及び１−２は、トランスミッター（特定信号送信手段）とそのトランスミッターからの信号を検出するセンサーと３次元ＣＧを表示して特定信号を該ＣＧにおいて表示するための親装置（マスター）と子装置（スレイブ）の直列結合及び並列結合の図示したものである。前者は、接続がシンプルで汎用性が高いが、センサーの増加で通信速度に問題がおこる。後者は、通信速度はセンサー数にかかわらず同一に保たれるが接続が複雑になる。【００１４】
図２は、具体的な使用状況を示し、１はトランスミッターであり、３は生体模型であり、２は器官内挿入手段であって具体的には人の指である。この指の示指と中指の先端爪側にセンサーが各１個装填されている。図は挿入した２本の指で子宮口にふれて子宮口の位置と開大を判断している。検出手段の後方に伸びる線は、モニターディスプレイ及びコンピュータとの接続ラインである。【００１５】
図３は、ＣＧとして表示された生体模型であって、子宮内のモデルのＣＧ図である。図中４は、内診指の示指の第２関節までの形状を指の爪側と腹側が区別できるように３次元ＣＧ（４）を作成し、指の動きに連動して内診指ＣＧをしめした。５は、生体模型子宮内のＣＧを示すものである。
【実施例】
【００１６】
本発明のシステムの実施にあたりデータ処理の流れは以下の通りである。
１)３次元モデルデータ(骨盤データ等)の準備
本システムにおいては、実際の生体内部の診察教材用模型である教材モデルの３次元データがあらかじめ用意され、これをもとに表示画面生成手段上に３次元ＣＧとして表示される。実際の教材モデルのデータは、生体の場合、CTスキャン、MRIなどで取り込んだ３次元画像から、等値面処理やセグメンテーション手法を使用して、３次元モデルすなわち３次元ＣＧを構築する。教材モデルは、形状モデリングソフトを用いて、あらかじめモデリングしておかれる。【００１７】
２)器官内挿入手段の形状(内診指,内視鏡等)の３次元データの準備
教材モデルの器官内への挿入手段（以下「挿入端子」と呼ぶ）、例えば内診指、内視鏡等の３次元データをあらかじめ用意し、３次元ＣＧ（例えば内診指ＣＧ）として準備する。
以上のような３次元モデルデータ（すなわち３次元ＣＧ）は、多角形ポリゴンの集合からなり、各ポリゴンは、頂点座標とそれらを連結する頂点列からなっており、頂点列は決まった並び（例えば、半時計方向）になっている。【００１８】
３)使用態様
ユーザーは実際の教材モデルの器官内へ挿入端子を挿入しトレーニングを行なう。器官内での挿入端子の動きはユーザーには不可視であり、位置と動きの把握は困難だが挿入端子に３次元センサーをつけ、実際の挿入端子の動きに連動して、３次元ＣＧで教材モデルと挿入端子の位置と動きをリアルタイムでユーザーが把握できる。【００１９】
４)ユーザーからの入力データ
ユーザーは、使用にあたり、実際の教材モデルと、挿入端子との相対位置の調整をおこなうことが可能である。計算機上でモデルと挿入端子を正確に表示するために、所望によっては調整の必要があるためである。しかし、教材モデルが完全に固定される場合はこの調整は必要がない。【００２０】
５)３次元モデル位置センサーからのデータの取り込み
挿入端子につけた磁気センサーにより、位置と向き(姿勢)のデータを計算機に取り込まれる。【００２１】
６)画面合成の計算
位置センサーからの情報（位置情報と向き）と３次元モデルデータは、同一の座標空間で定義しておく。また、画面上での表示に拡大縮小変換を行うことで、実際の動きと画面上の動きを対応付ける。すなわち３次元モデルデータ（骨盤データ等）と３次元位置センサーからのデータを画面上で合成のための計算がコンピュータで行われる。【００２２】
７)画面出力
リアルタイムに３次元モデルデータと挿入端子ユーザーの位置を画面上で合成し、３次元ＣＧとして画面に出力する。
【図１−１】
0005069096.tif 000002
【図１−２】
0005069096.tif 000003
【図２】
0005069096.tif 000004
【図３】
0005069096.tif 000005