CN112840391A - 人体模拟装置、控制人体模拟装置的方法以及计算机程序 - Google Patents

人体模拟装置、控制人体模拟装置的方法以及计算机程序 Download PDF

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Abstract

人体模拟装置包括：心脏模型，其模仿心脏；搏动部，其使心脏模型搏动；血管模型，其模仿血管；脉动部，其向血管模型输送脉动后的流体；以及控制部，其根据所设定的心率来变更搏动部中的搏动数和脉动部中的脉动数。

Description

人体模拟装置、控制人体模拟装置的方法以及计算机程序
技术领域
本发明涉及一种人体模拟装置、控制人体模拟装置的方法以及计算机程序。
背景技术
为了对循环系统或消化系统等的生物体管腔内进行微创治疗或检查，会使用导管等医疗用设备。此外，已知有可供医生等手术者模拟使用了这些医疗用设备的手术的装置和系统。例如，在专利文献1中公开了一种模拟系统，其包括模仿了发生主动脉瘤或主动脉剥离的患者的主动脉的主动脉模型，并能够模拟使用了导管的覆膜支架植入术的手术。另一方面，例如，在专利文献2中公开了一种心脏模拟装置，其包括能够伸缩的训练用心脏，并能够模拟常见的开胸心脏手术即冠状动脉旁路移植术(CABG：Coronary Artery BypassGrafting)的手术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2015-64487号公报
专利文献2：特开2017-40812号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在专利文献1所述的模拟系统中，由于不具有主动脉模型以外的生物体模型，因此存在着无法模拟例如，针对诸如冠状动脉的缺血性心脏病的经皮冠状动脉介入治疗(PCI：Percutaneous Coronary Intervention)这样的、关于针对心脏的治疗或检查的手术的课题。此外，在专利文献2所述的心脏模拟装置中，没有考虑到使用导管等的、用于微创治疗或检查的医疗用设备的手术的模拟。
本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于提供一种能够模拟使用了医疗用设备的治疗或检查的人体模拟装置，该医疗用设备用于对心脏进行微创治疗或检查。
解决课题的手段
本发明是为了解决上述课题的至少一部分而完成的，其能够以下述方式实现。
(1)根据本发明的一个方式，提供一种人体模拟装置。该人体模拟装置包括：心脏模型，其模仿心脏；搏动部，其使所述心脏模型搏动；血管模型，其模仿血管；脉动部，其向所述血管模型输送脉动后的流体；以及控制部，其根据所设定的心率来变更所述搏动部中的搏动数和所述脉动部中的脉动数。
根据此结构，人体模拟装置包括模仿心脏的心脏模型、以及模仿血管的血管模型，因此能够模拟针对使用了医疗用设备进行治疗或检查的手术，该医疗用设备用于对心脏进行微创治疗或检查，例如，针对缺血性心脏病的经皮冠状动脉介入治疗(PCI：PercutaneousCoronary Intervention)。此外，人体模拟装置的控制部能够根据所设定的心率来变更使心脏模型搏动的搏动数和向血管模型输送的流体的脉动数，因此能够模拟在各种搏动数以及脉动数条件下进行治疗或检查的手术。
(2)在上述方式的人体模拟装置中还可以包括输入部，其用于输入在所述控制部中使用的所述心率。根据此结构，由于人体模拟装置还包括用于输入心率的输入部，因此，人体模拟装置的使用者能够自由地设定搏动数及脉动数。
(3)在上述方式的人体模拟装置中，所述控制部可以切换执行第一模式和第二模式，所述第一模式通过将所述心率维持为恒定、来规则地维持所述搏动部中的搏动数和所述脉动部中的脉动数，所述第二模式通过使所述心率不规则地变化，来不规则地使所述搏动部中的搏动数和所述脉动部中的脉动数发生变化。根据此结构，控制部能够切换执行第一模式和第二模式，所述第一模式通过规则地维持搏动数以及脉动数来模拟正常状态的患者，所述第二模式通过不规则地变化搏动数以及脉动数来模拟心律不齐状态的患者。因此，根据此人体模拟装置，可以模拟正常状态和心律不齐状态这两种状态下的治疗或检查手术。
(4)在上述方式的人体模拟装置中，还可以包括：压力测量部，其测量所述血管模型的末梢部分中的所述流体的压力，所述控制部在所述第二模式中，可以按照从预定的多个模式中根据所述压力测量部的测量值选出的一个模式，来确定所述心率。根据此结构，控制部按照从多个模式中、根据血管模型的末梢部分中的流体的压力选出的一个模式，来确定第二模式下的心率。即，控制部能够对应末梢血管中的血压变化而使搏动数以及脉动数变化，因此，根据此人体模拟装置，能够以更符合实际情况的方式来模拟治疗或检查手术。
(5)在上述方式的人体模拟装置中还可以包括显示部，其与所述控制部连接，所述控制部还可以在所述显示部上显示表示所述心率的变化的曲线图。根据此结构，控制部使显示部显示表示心率的变化的曲线图，因此能够以更符合实际情况的方式再现治疗或检查场景，并且能够提高使用者的便利性。
(6)在上述方式的人体模拟装置中，还可以包括：呼吸器官模型，其模仿呼吸器官；以及呼吸动作部，其向所述呼吸器官输送模拟呼吸动作的流体，所述控制部还可以根据所设定的呼吸率，来变更所述呼吸动作部中的呼吸率。根据此结构，控制部能够根据所设定的呼吸率、来变更呼吸动作部中的呼吸率，因此能够以更符合实际情况的方式来模拟治疗或检查手术。
(7)在上述方式的人体模拟装置中，所述控制部在所述第二模式中，可以按照从预定的多个模式、即模拟严重程度的多个模式中随机选出的一个模式，来确定所述心率和所述呼吸率。根据此结构，控制部按照从模拟患者的严重程度的多个模式中随机选出的一个模式来确定第二模式中的心率和呼吸率，因此能够模仿真实患者身体的突然变化，以人体模拟装置的使用者无法预测的方式使心率、脉动数和呼吸率发生变化。因此，根据此人体模拟装置，能够以更符合实际情况的方式模拟治疗或检查手术。
另外，本发明能够以各种方式实现，例如，可以以人体模拟装置、血管模型、脏器模型等生物体模型、人体模拟装置的控制方法等方式来实现。
附图说明
图1是第一实施方式的人体模拟装置的概略结构的示意图。
图2是第一实施方式的人体模拟装置的概略结构的示意图。
图3是主动脉模型的结构的一个示例的示意图。
图4是模型的结构的一个示例的示意图。
图5是模型的结构的一个示例的示意图。
图6是心脏模型的一个示例的示意图。
图7是示出了模型的结构的一个示例的说明图。
图8是示出了模型的结构的另一个示例的说明图。
图9是对生物体模型连接部的一个示例进行说明的图。
图10是对生物体模型连接部的另一个示例进行说明的图。
图11是对生物体模型连接部的另一个示例进行说明的图。
图12是对固定构件的一个示例进行说明的图。
图13是对固定构件的一个示例进行说明的图。
图14是对在不使用时的生物体模型连接部的一个示例进行说明的图。
图15是示出了控制部的处理工序的一个示例的流程图。
图16是示出了第二模式处理的工序的一个示例的流程图。
图17是对第二模式处理的步骤S76进行说明的图。
图18是示出了第二实施方式的模型的结构的一个示例的说明图。
图19是第三实施方式的心脏模型的一个示例的示意图。
图20是对第四实施方式的生物体模型连接部进行说明的图。
图21是对第五实施方式的生物体模型连接部进行说明的图。
图22是第六实施方式的人体模拟装置的概略结构的示意图。
图23是示出了第六实施方式的第二模式处理的工序的一个示例的流程图。
图24是第七实施方式的人体模拟装置的概略结构的示意图。
具体实施方式
＜第一实施方式＞
图1和图2是第一实施方式的人体模拟装置1的概略结构的示意图。本实施方式的人体模拟装置1是用于模拟使用了医疗用设备的治疗或检查的手术的装置，该医疗用设备用于针对人体的循环系统、消化系统、呼吸系统等生物体管腔内的、导管或导丝等的微创治疗或检查。人体模拟装置1，包括模型10、容纳部20、控制部40、输入部45、脉动部50、搏动部60和呼吸动作部70。
如图2所示，模型10包括模仿人体心脏的心脏模型110、模仿肺的肺模型120、模仿横膈膜的横膈膜模型170、模仿脑的脑模型130、模仿肝脏的肝模型140、模仿下肢的下肢模型150、以及模仿主动脉的主动脉模型160。下面，将心脏模型110、肺模型120、横隔膜模型170、脑模型130、肝模型140以及下肢模型150统称为“生物体模型”。将肺模型120和横隔膜模型170也统称为“呼吸器官模型”。除肺模型120和横隔膜模型170之外的各生物体模型都连接到主动脉模型160上。模型10的详细情况，见后文所述。
容纳部20，包括水槽21和覆盖部22。水槽21，是上部开口的大致长方体形状的水槽。如图1所示，在水槽21的内部充满流体的状态下，模型10放置在水槽21的底面，由此模型10没入流体内。在本实施方式中，由于使用水(液体)作为流体，因此能够使模型10与真实人体保持同样的湿润状态。另外，作为流体，也可以采用其他液体(例如生理盐水、任意化合物的水溶液等)。填充在水槽21中的流体被吸入到模型10的主动脉模型160等的内部，并用作模拟血液的“模拟血液”。
覆盖部22，是覆盖水槽21的开口的板状构件。通过在使覆盖部22的一个面与流体接触、使另一个面与外部空气接触的状态下放置覆盖部22，使覆盖部22作为消波板发挥作用。由此，能够抑制水槽21内部的流体波动而引起的可视性的降低。本实施方式的水槽21以及覆盖部22由具有X射线透过性且透明性高的合成树脂(例如丙烯酸树脂)形成，因此能够提高从外部对模型10的可视性。另外，水槽21和覆盖部22也可以使用其他合成树脂来形成，水槽21和覆盖部22也可以由不同的材料来形成。
控制部40包括未图示的CPU、ROM、RAM和存储部，通过将存储于ROM的计算机程序扩展到RAM中并予以执行，来控制脉动部50、搏动部60及呼吸动作部70的动作(详细内容见后文所述)。输入部45是使用者用来将信息输入到人体模拟装置1的各种接口。作为输入部45，例如能够采用触摸面板、键盘、操作按钮、操作拨盘、麦克风等。以下，作为输入部45，例示的是触摸面板。
脉动部50是向主动脉模型160输送脉动后的流体的“流体供给部”。具体地，脉动部50如图1中空心箭头所示，使水槽21内的流体循环，并供给至模型10的主动脉模型160。本实施方式的脉动部50，包括过滤器55、循环泵56和脉动泵57。过滤器55，经由管状体31与水槽21的开口21O连接。过滤器55对经过过滤器55的流体进行过滤，从而除去流体中的杂质(例如，在手术中使用的造影剂等)。循环泵56例如是非容积式的离心泵，使从水槽21经由管状体31供给的流体以一定的流量循环。
脉动泵57例如是容积式的往复泵，对从循环泵56输送的流体施加脉动。脉动泵57经由管状体51与模型10的主动脉模型160连接(图2)。因此，从脉动泵57输送出的流体被供给至主动脉模型160的内腔。另外，作为脉动泵57，也可以利用低速运转的旋转泵来代替往复泵。此外，也可以省略过滤器55及循环泵56。管状体31及管状体51是由具有X射线透过性的软性材料即合成树脂(例如硅等)形成的、具有可挠性的管。
搏动部60，使心脏模型110搏动。具体地，搏动部60如图1中带斜线阴影的箭头所示，通过对心脏模型110的内腔进行流体的输送而使心脏模型110扩张，通过对心脏模型110的内腔进行流体的吸出而使心脏模型110收缩。搏动部60通过反复进行这些输送以及吸出动作，实现心脏模型110的搏动动作(扩张以及收缩动作)。作为搏动部60中使用的流体(以下也称为“扩张介质”)，与模拟血液同样，可以使用液体，还可以使用例如空气等气体。扩张介质优选为苯、乙醇等有机溶剂或水等放射线透过性的液体。搏动部60能够使用例如容积式的往复泵来实现。搏动部60经由管状体61与模型10的心脏模型110连接(图2)。管状体61是由具有X射线透过性的软性材料即合成树脂(例如硅等)形成的、具有可挠性的管。
呼吸动作部70，用于使肺模型120和横隔膜模型170进行模拟呼吸动作的动作。具体地，如图1中的带点阴影的箭头所示，呼吸动作部70将流体输送到肺模型120的内腔和横隔膜模型170，从而使肺模型120扩张并使横隔膜模型170收缩。并且，呼吸动作部70通过将流体从肺模型120的内腔和横隔膜模型170吸出，使得肺模型120收缩并使横隔膜模型170松弛。呼吸动作部70通过重复这些输送以及吸出动作，来实现肺模型120以及横隔膜模型170的呼吸动作。作为呼吸动作部70中使用的流体，与模拟血液同样，可以使用液体，也可以使用例如空气等气体。呼吸动作部70能够使用例如容积式的往复泵来实现。呼吸动作部70经由管状体71与模型10的肺模型120连接，并经由管状体72与横隔膜模型170连接(图2)。管状体71、72是由具有X射线透过性的软性材料即合成树脂(例如硅等)形成的、具有可挠性的管。
图3是主动脉模型160的结构的一个示例的示意图。主动脉模型160包括模仿人体主动脉的各部分，即，模仿升主动脉的升主动脉部161、模仿主动脉弓的主动脉弓部162、模仿腹主动脉的腹主动脉部163、以及模仿髂总动脉的髂总动脉部164。
主动脉模型160在升主动脉部161的端部设有用于连接心脏模型110的第二连接部161J。类似地，在主动脉弓部162的附近设有用于连接脑模型130的第一连接部162J，在腹主动脉部163的附近具备用于连接肝模型140的第三连接部163Ja，在髂总动脉部164的端部设有用于连接左右下肢模型150的两个第四连接部164J。另外，第二连接部161J，只需配置在升主动脉部161或其附近处即可，第四连接部164J只需配置在髂总动脉部164或其附近处即可。以下，也将这些第一～第四连接部161J～164J统称为“生物体模型连接部”。此外，主动脉模型160在腹主动脉部163的附近，设有用于连接脉动部50的流体供给部连接部163Jb。另外，流体供给部连接部163Jb不限于配置在腹主动脉部163的附近，也可以配置在升主动脉部161的附近、脑血管模型131(例如，颈总动脉)的附近等任意位置。此外，主动脉模型160也可以设有配置在不同位置的多个流体供给部连接部163Jb。
此外，在主动脉模型160的内部形成有，在上述生物体模型连接部以及流体供给部连接部(第一连接部162J、第二连接部161J、第三连接部163Ja、两个第四连接部164J、流体供给部连接部163Jb)处分别开口的内腔160L。内腔160L作为将从脉动部50供给的模拟血液(流体)输送至心脏模型110、脑模型130、肝模型140以及下肢模型150的通道而发挥功能。
本实施方式的主动脉模型160，由具有X射线透过性的软性材料即合成树脂(例如，聚乙烯醇(PVA)、硅等)形成。特别是，在使用PVA的情况下，由于PVA的亲水性，能够使没入到液体内的主动脉模型160的触感与真实人体主动脉的触感相似，在这一点上是优选的。
主动脉模型160例如可以如下所述地制作。首先，准备模仿人体的主动脉形状的模具。模具可以通过将真实人体的计算机断层摄影(CT：Computed Tomography)图像、核磁共振图像法(MRI：Magnetic Resonance Imaging)图像等进行解析而生成的人体模型数据中、相当于主动脉的部分的数据，输入到例如3D打印机中进行打印来制作。模具可以是石膏、金属或树脂的。接着，在准备好的模具的内侧涂敷液态的合成树脂材料，在合成树脂材料冷却凝固后脱模。这样，能够简单地制成具有内腔160L的主动脉模型160。
图4及图5是模型10结构的一个示例的示意图。图6是心脏模型110的一个示例的示意图。如图4所示，心脏模型110具有模仿心脏的形状，并且在其内部形成有内腔110L。本实施方式的心脏模型110由具有X射线透过性的软性材料即合成树脂(例如硅等)形成，与主动脉模型160相同，能够通过在根据人体模型数据制作的模具的内侧涂敷合成树脂材料并脱模来制成。而且，心脏模型110包括心血管模型111和管状体115。另外，在图6中，省略了心脏模型110的内腔110L和管状体115的图示。
心血管模型111是模仿升主动脉的一部分和冠状动脉的、管状的血管模型，并且由具有X射线透过性的软性材料即合成树脂(例如，PVA、硅等)形成。如图6所示，心血管模型111的基端111P，连接至主动脉模型160的第二连接部161J。这里，在使心血管模型111的内腔111L与主动脉模型160的内腔160L连通的状态下，心血管模型111的基端111P与第二连接部161J连接。并且，如图6所示，心血管模型111的前端111D，被分支成模仿右冠状动脉的管状的右冠状动脉模型112R和模仿左冠状动脉的管状的左冠状动脉模型112L，并分别装配在心脏模型110的表面110S上。
左右冠状动脉模型112L、R，分别在各分支的前端部具有开口112O，该开口112O用于将从主动脉模型160(内腔160L)经由心血管模型111(内腔111L)供给的流体向外部(水槽21内)放出。此外，左右冠状动脉模型112可以设置开口112O，也可以不设置开口112O。管状体115是由具有X射线透过性的软性材料即合成树脂(例如硅等)形成的、具有可挠性的管。管状体115的前端115D连接成与心脏模型110的内腔110L连通，基端115P连接成，跟与搏动部60相连的管状体61连通。
肺模型120(图4)具有分别模仿右肺和左肺的形状，并且在内部形成有与右肺和左肺呈连通状态的一个内腔120L。肺模型120被配置为覆盖心脏模型110的左侧和右侧。可用于制备肺模型120的材料和制造方法，与心脏模型110相同。肺模型120的材料与心脏模型110的材料可以相同，也可以不同。此外，肺模型120包括气管模型121，该气管模型121是模仿了气管的一部分的管状模型。气管模型121可以由与心脏模型110的管状体115相同的材料制作。气管模型121的材料与管状体115的材料可以相同，也可以不同。气管模型121，其前端121D连接成与肺模型120的内腔120L连通，其基端121P连接成，跟与呼吸动作部70相连的管状体71连通。
横隔膜模型170(图4)为模仿横隔膜的形状，并且在其内部形成有内腔170L。横隔膜模型170，配置在心脏模型110的下方(换言之，隔着心脏模型110与脑模型130相反的方向)。可用于制作横隔膜模型170的材料和制造方法，与心脏模型110相同。横隔膜模型170的材料与心脏模型110的材料可以相同，也可以不同。而且，横隔膜模型170上，在使横隔膜模型170的内腔170L与管状体72的内腔连通的状态下，连接有与呼吸动作部70相连的管状体72。
脑模型130(图4)为模仿脑的形状，并且其为没有内腔的实心形状。脑模型130，配置在心脏模型110的上方(换言之，隔着心脏模型110与横隔膜模型170相反的方向)。可用于制作脑模型130的材料和制造方法，与心脏模型110相同。脑模型130的材料与心脏模型110的材料可以相同，也可以不同。此外，脑模型130包括脑血管模型131，该脑血管模型131是模仿起自左右颈总动脉包括左右椎动脉在内的主要血管中的至少一部分的、管状的血管模型。脑血管模型131，可以由与心脏模型110的心血管模型111相同的材料制作。脑血管模型131的材料与心血管模型111的材料可以相同，也可以不同。此外，虽然未图示，但脑血管模型131不仅可以模拟动脉，还可以模拟包括大脑上静脉或直窦在内的主要静脉。
另外，脑模型130也可以是进一步包括模仿人的头盖骨和颈椎的骨模型的复合物。例如，头盖骨包括模拟顶骨、颞骨、枕骨、蝶骨的硬质树脂外壳、以及模拟额骨的盖，颈椎可以具有多个矩形的树脂体，该树脂体在其内部具有血管模型能够通过的通孔。在包括骨模型的情况下，骨模型由硬度与血管模型、脑模型等脏器模型不同的树脂制作，例如，能够用丙烯酸树脂制作头骨，用PVA制作椎骨。
脑血管模型131，其前端131D连接至脑模型130，其基端131P连接至主动脉模型160的第一连接部162J(例如，人的头臂动脉、锁骨下动脉、或其附近)。在此，脑血管模型131的前端131D与心血管模型111相同，可以模仿通过椎骨的椎动脉以及装配在脑模型130的表面和/或内部的其他血管(例如，大脑后动脉、大脑中动脉)，还可以进一步模仿后交通动脉而与颈总动脉末梢部连接。此外，脑血管模型131的基端131P，在使脑血管模型131的内腔与主动脉模型160的内腔160L连通的状态下，与第一连接部162J连接。
肝模型140(图4)为模仿肝脏的形状，并且其为没有内腔的实心形状。肝模型140，配置在横隔膜模型170的下方。可用于制作肝模型140的材料和制造方法与心脏模型110相同。肝模型140的材料与心脏模型110的材料可以相同，也可以不同。此外，肝模型140包括肝血管模型141，该肝血管模型141是模仿肝动脉的一部分的管状血管模型。肝血管模型141可以由与心脏模型110的心血管模型111相同的材料制成。肝血管模型141的材料与心血管模型111的材料可以相同，也可以不同。
肝血管模型141，其前端141D连接至肝模型140，其基端141P连接至主动脉模型160的第三连接部163Ja。其中，肝血管模型141的前端141D与心血管模型111相同，可以模仿装配在肝模型140的表面和/或内部的其他血管(例如，肝动脉)。此外，肝血管模型141的基端141P，在使肝血管模型141的内腔与主动脉模型160的内腔160L连通的状态下、与第三连接部163Ja连接。
下肢模型150(图5)，包括相当于右腿的下肢模型150R、以及相当于左腿的下肢模型150L。下肢模型150R、L，除了左右对称这一点以外具有相同的结构，因此下文中不进行区分而以“下肢模型150”进行说明。下肢模型150是模仿位于大腿的股四头肌或小腿的胫骨前肌、腓骨长肌或趾长伸肌等主要组织中的至少一部分的形状，并且其为没有内腔的实心形状。可用于制作下肢模型150的材料和制造方法，与心脏模型110相同。下肢模型150的材料与心脏模型110的材料可以相同，也可以不同。此外，下肢模型150包括下肢血管模型151(下肢血管模型151R、L)，该下肢血管模型151是模拟起自股动脉包括足背动脉在内的主要血管中的至少一部分的管状血管模型。下肢血管模型151可以由与心脏模型110的心血管模型111相同的材料制成。下肢血管模型151的材料与心血管模型111的材料可以相同，也可以不同。此外，虽然未图示，但下肢血管模型151不仅可以模拟动脉，还可以模拟包括起自髂总静脉包括大隐静脉在内的主要静脉。
下肢血管模型151配置成使下肢模型150的内部，从大腿朝向小腿侧沿着延伸方向延伸。下肢血管模型151的前端151D在下肢模型150的下端(相当于从足根部到足背部的位置)露出，基端151P连接于主动脉模型160的第四连接部164J。这里，基端151P，在使下肢血管模型151的内腔与主动脉模型160的内腔160L连通的状态下、与第四连接部164J连接。
另外，将上述心血管模型111、脑血管模型131、肝血管模型141及下肢血管模型151也统称为“部分血管模型”。并且，将部分血管模型和主动脉模型160也统称为“血管模型”。如果采用这样的结构，则通过装配在各生物体模型的表面上的部分血管模型，能够模拟诸如脑的大脑后动脉、心脏的左冠状动脉以及右冠状动脉等。另外，通过装配在各生物体模型内部的部分血管模型，能够模拟诸如脑的大脑中动脉、肝脏的肝动脉以及下肢的股动脉等。
图7是示出了模型10的结构的一个示例的说明图。在本实施方式的人体模拟装置1中，通过将至少一个以上的生物体模型(心脏模型110、肺模型120、横隔膜模型170、脑模型130、肝模型140以及下肢模型150)向主动脉模型160上安装或从其上拆除，能够构成各种方式的模型10。在图7的示例中，在仅将心脏模型110安装到主动脉模型160上，而其他的生物体模型(肺模型120、横隔膜模型170、脑模型130、肝模型140以及下肢模型150)被拆下的状态下构成模型10。此外，在模型10上连接有用于向主动脉模型160输送模拟血液的脉动部50、以及用于使心脏模型110搏动的搏动部60。例如，在利用人体模拟装置1，模拟例如针对缺血性心脏病的经皮冠状动脉介入治疗(PCI：Percutaneous Coronary Intervention)的、心脏导管治疗或检查手术时，使用图7所示的方式的模型10即可。
图8是示出了模型10的结构的另一个示例的说明图。在图8的示例中，在仅将脑模型130安装到主动脉模型160上，而其他的生物体模型(心脏模型110、肺模型120、横隔膜模型170、肝模型140以及下肢模型150)被拆下的状态下构成模型10。此外，在模型10上，连接有用于向主动脉模型160输送模拟血液的脉动部50。例如，在利用人体模拟装置1，模拟针对脑动脉瘤的线圈栓塞术那样的、脑血管导管治疗或检查手术时，使用图8所示的方式的模型10即可。
另外，图7和图8所示，仅仅是模型10的一个示例。安装在主动脉模型160上的生物体模型(心脏模型110、肺模型120、横隔膜模型170、脑模型130、肝模型140以及下肢模型150)的组合可以根据手术所需的器官而自由变化。例如，如果构成安装了心脏模型110和下肢模型150的模型10，则能够利用人体模拟装置1模拟PCI的经股动脉介入治疗(TFI：Trans-Femoral Intervention)的手术。此外，例如，可以安装除了下肢模型150之外的所有生物体模型，还可以安装心脏模型110和肺模型120，也可以安装肺模型120和横隔膜模型170，也可以仅安装肝模型140，也可以仅安装下肢模型150。
如此，根据本实施方式的人体模拟装置1，通过将模仿人体内的一部分的生物体模型(心脏模型110、脑模型130、肝模型140和下肢模型150)连接到生物体模型连接部(第一连接部162J、第二连接部161J、第三连接部163Ja和第四连接部164J)上，能够模拟针对循环系统或消化系统等、与所连接的生物体模型对应的各器官的生物体管腔的、使用导管或导线等医疗用设备的各种手术。此外，由于生物体模型连接部161J～164J能够可拆装地连接生物体模型，因此也可以拆下手术中不需要的生物体模型而另行保存，能够提高便利性。
此外，在本实施方式的人体模拟装置1中，进一步地，如果连接与呼吸系统相关的生物体模型(肺模型120、横隔膜模型170)，则呼吸系统的动作能够影响到其他生物体模型(心脏模型110、脑模型130、肝模型140以及下肢模型150)，因此可以在更接近实际情况的环境下实现手术的模拟。
另外，在本实施方式的人体模拟装置1中，由于生物体模型连接部包括4种连接部(第一连接部162J、第二连接部161J、第三连接部163Ja和第四连接部164J)，因此可以同时将心脏模型110、脑模型130、肝模型140以及下肢模型150中的2个以上连接至主动脉模型160。其结果，例如，可以通过一个人体模拟装置1来模拟对多根血管的治疗或检查。
再者，在本实施方式的人体模拟装置1中，由于在主动脉模型160中，第一连接部162J配置在主动脉弓(主动脉弓部162)或其附近处，第二连接部分161J配置在升主动脉(升主动脉部161)或其附近处，第三连接163Ja配置在腹主动脉(腹主动脉163)或其附近处，第四连接164J配置在髂总动脉(髂总动脉164)或其附近处，因此能够容易地将与主动脉模型160连接的脑模型130、心脏模型110、肝模型140以及下肢模型150配置在真实人体中的脑、心脏、肝脏、下肢位置处。
另外，在本实施方式的人体模拟装置1中，通过将扩张介质输送至心脏模型110的内腔并将扩张介质从内腔吸出的搏动部60，能够使心脏模型110与真实心脏同样搏动。另外，在搏动部60中，当使用放射线透过性液体作为扩张介质时，能够抑制扩张介质映入造影图像，并提高使用者的沉浸感。
图9是对生物体模型连接部的一个示例进行说明的图。在图9中，图示了彼此正交的XYZ轴。作为生物体模型连接部的第二连接部161J包括，设置在升主动脉部161的端部且与升主动脉部161的内腔161L相连的开口161O。类似地，作为部分血管模型的心血管模型111包括，设置在心血管模型111的端部(基端111P)且与心血管模型111的内腔111L相连的开口111O。当将心脏模型110连接在主动脉模型160上时，本示例中，在使第二连接部161J的端面与心血管模型111的端面对接、并使内腔161L与内腔111L连通的状态下，使用夹具等留置件(省略图示)固定第二连接部161J与心血管模型111。由此，能够将心脏模型110连接在主动脉模型160上，并将流过主动脉模型160的内腔160L的流体供给至心血管模型111的内腔111L。
另外，在图9中，作为生物体模型连接部的一个示例，示出了第二连接部161J，作为部分血管模型的一个示例，示出了心血管模型111。但是，其他生物体模型连接部(第一连接部162J、第三连接部163Ja和第四连接部164J)、流体供给部连接部163Jb、其他部分血管模型(脑血管模型131、肝血管模型141和下肢血管模型151)以及气管模型121，也可以采用同样的结构。
图10和图11是对生物体模型连接部的另一个示例进行说明的图。图10及图11的XYZ轴，分别对应于图9的XYZ轴。作为生物体模型连接部的第二连接部161J还包括，形成在与升主动脉部161(主动脉模型160)的内腔161L相连的开口161O的外周的第一凸缘部91。第一凸缘部91具有沿着升主动脉部161的延伸方向(X轴方向)覆盖升主动脉部161的表面的筒状体913、以及配置在筒状体913的开口161O侧的端部、且沿YZ方向扩展的圆盘构件912。在圆盘构件912的大致中央处，形成有与内腔161L连通的开口(通孔)912O。
类似地，作为部分血管模型的心血管模型111，还包括形成在与心血管模型111的内腔111L相连的开口111O的外周的第二凸缘部92。第二凸缘部92具有沿着心血管模型111的延伸方向(X轴方向)覆盖心血管模型111的表面的筒状体923、以及配置在筒状体923的开口111O侧的端部、且沿YZ方向扩展的圆盘构件922。在圆盘构件922的大致中央处，形成有与开口111O连通的开口(通孔)。
图12和图13是对固定构件的一个示例进行说明的图。图12及图13的XYZ轴，分别对应于图9的XYZ轴。如图12中所示，固定构件95是具有缺口95N的半圆形状的构件，如图13所示，在内部形成有与第一、二凸缘部91、92卡合的卡合部951。第一凸缘部91、第二凸缘部92和固定构件95可以由诸如聚乙烯、聚丙烯或丙烯酸树脂等合成树脂来形成。
当将心脏模型110连接到主动脉模型160上时，本示例中，如图11所示，在使第一凸缘部91的圆盘构件912的-X轴方向的面与第二凸缘部92的圆盘构件922的+X轴方向的面对接的状态下，使用固定构件95固定第一、第二凸缘部91、92。固定构件95以缺口95N嵌入筒状体913、923，且卡合部951卡合在圆盘构件912、922的外缘的方式，来固定第一、第二凸缘部91、92。由此，与图9相同，能够将心脏模型110连接在主动脉模型160上，并将流过主动脉模型160的内腔160L的流体供给至心血管模型111的内腔111L。另外，其他的生物体模型连接部、流体供给部连接部163Jb、其他的部分血管模型以及气管模型121，也可以采用图10～图13的结构。
这样，在本示例中，通过将升主动脉部161(主动脉模型160)侧的第一凸缘部91和心血管模型111(部分血管模型)侧的第二凸缘部92以对接的状态固定，能够简单地将生物体模型连接在主动脉模型160上。此外，本示例中，可以通过使用固定构件95而将第一凸缘部91与第二凸缘部92容易地固定。另外，在不利用固定构件95而固定第一及第二凸缘部91、92时，只要使用夹具等留置件固定圆盘构件912、922即可。
此外，在图10和图11的示例中，在第一凸缘部91与第二凸缘部92的对接面(具体地，圆盘构件912的-X轴方向的面与圆盘构件922的+X轴方向的面)分别配置有由弹性体构成的弹性体层914、924。在弹性体层914、924中，与圆盘构件912、922相同，形成有与开口161O、111O连通的开口(通孔)。如果设置成具有这样的弹性体层914、924的结构，则能够提高第一凸缘部91与第二凸缘部92的连接部分、换言之，升主动脉部161(主动脉模型160)与心血管模型111(部分血管模型)的连接部分的气密性，能够抑制连接部分处的流体泄漏。
另外，也可以在上述第一凸缘部91和第二凸缘部92上，针对每组生物体模型连接部和与其对应的部分血管模型，施加不同的形状、不同的着色、不同的标记。例如，第一连接部162J的第一凸缘部91和脑血管模型131的第二凸缘部92可以被着色为黄色，并且第一连接部162J的第一凸缘部91和心血管模型111的第二凸缘部92可以被着色为红色。以此方式，可以一眼就能掌握哪个生物体模型(具体地，与生物体模型相连的部分血管模型)优选地连接到哪个生物体模型连接部，因此可以提高使用便利性。此外，第一连接部162J的第一凸缘部91的圆盘构件912和脑血管模型131的第二凸缘部92的圆盘构件922可以设置为矩形形状，第一连接部162J的第一凸缘部91的圆盘构件912和心血管模型111的第二凸缘部92的圆盘构件922可以设置为半圆形状。如此也可以获得相同的效果。
图14是对非使用时的生物体模型连接部的一个示例进行说明的图。图14的XYZ轴，分别对应于图9的XYZ轴。在不将生物体模型(心脏模型110)连接于升主动脉部161(主动脉模型160)的情况下，只要安装图14所示的闭塞构件96来代替图10及图11所说明的第一凸缘部91即可。闭塞构件96，设置有没有开口的圆盘构件962来代替圆盘构件912。通过安装闭塞构件96，设置在升主动脉部161的升主动脉部161上的开口161O被密封，因此，能够抑制通过内腔161L的流体从开口161O处的泄漏。另外，其他的生物体模型连接部、流体供给部连接部163Jb、其他的部分血管模型以及气管模型121也可以在非使用时，安装图14所示的闭塞构件96。
图15是示出了控制部的处理工序的一个示例的流程图。控制部40通过图15所示的处理，控制脉动部50、搏动部60及呼吸动作部70的动作。控制部40在任意的时刻(例如，人体模拟装置1的电源接通时刻、从输入部45获取处理开始指示的时刻等)开始图15的处理。
在步骤S12中，控制部40获取心率i。具体地，控制部40使输入部45(触摸屏)显示用于指定心率的屏幕，获取由使用者输入的值作为心率i。在使用者未指定心率的情况下，控制部40可以将心率i设为预定的默认值。在步骤S14中，控制部40获取呼吸率j。具体地，控制部40使输入部45(触摸屏)显示用于指定呼吸率的屏幕，获取由使用者输入的值作为呼吸率j。在使用者未指定呼吸率的情况下，控制部40可以将呼吸率j设为预定的默认值。另外，步骤S12和S14也可以同时实施。
在步骤S16中，控制部40获取动作对象。具体地，控制部40使输入部45显示用于指定将脉动部50、搏动部60及呼吸动作部70中的哪一个动作部作为动作对象的画面，并获取由使用者指定的动作对象。另外，使用者可以将脉动部50、搏动部60和呼吸动作部70中的一个以上(可以是多个)指定为动作对象。在步骤S18中，控制部40判断步骤S16中所指定的动作对象是脉动部50、搏动部60、以及呼吸动作部70的一部分还是整体。在所指定的动作对象是一部分的情况下(步骤S18：部分)，控制部40使处理进入步骤S20。另一方面，在所指定的动作对象是整体的情况下(步骤S18：整体)，控制部40使处理进入步骤S30。
在步骤S20中，控制部40使在步骤S16中由使用者指定的动作部进行动作。在指定了脉动部50的动作的情况下，控制部40使脉动部50动作，以使脉动部50中的脉动数与在步骤S12中获取的心率i一致。在指定了搏动部60的动作的情况下，控制部40使搏动部60动作，以使搏动部60中的搏动数与在步骤S12中获取的心率i一致。另外，在使脉动部50和搏动部60这两者动作的情况下，控制部40也可以使脉动部50的相位与搏动部60的相位错开。在指定了呼吸动作部70的动作的情况下，控制部40使呼吸动作部70动作，以使呼吸动作部70中的呼吸率与在步骤S14中获取的呼吸率j一致。
在步骤S22中，控制部40判断处理的结束条件是否成立。结束条件可以采用任意的各种条件。例如，控制部40在人体模拟装置1的电源被切断时、从输入部45获取到处理结束指示时等情况下，能够作出结束条件成立的判断。在结束条件成立时(步骤S22：是)，控制部40结束处理。在结束条件不成立时(步骤S22：否)，控制部40使处理进入步骤S20，继续进行使用了所指定的心率i和呼吸率j的、所指定的动作部的动作。
另一方面，在步骤S30中，控制部40获取动作模式。具体地，控制部40使输入部45显示用于指定将动作模式设为“第一模式”和“第二模式”中的哪一个动作模式的画面，并获取由使用者指定的动作模式。在本实施方式中，第一模式是指，将心率i和呼吸率j维持为恒定，从而有规则地维持搏动部60中的搏动数、脉动部50中的脉动数、呼吸动作部70中的呼吸率的动作模式。第二模式是指，使心率i和呼吸率j不规则地变化，从而搏动部60中的搏动数、脉动部50中的脉动数、呼吸动作部70中的呼吸率不规则地变化的动作模式。
在步骤S32中，控制部40根据在步骤S30中获取的动作模式来改变处理步骤。当步骤S30中所获取的动作模式为第一模式时(步骤S32：第一模式)，控制部40使处理进入步骤S40。当步骤S30中所获取的动作模式为第二模式时(步骤S32：第二模式)，控制部40使处理进入步骤S50。关于步骤S50中的第二模式处理，将在图16中进行说明。
在步骤S40中，控制部40执行步骤S40～S46中所示的第一模式处理。具体地，在步骤S40中，控制部40使脉动部50动作，以使脉动部50中的脉动数成为其相位从步骤S12中所获得的心率i偏移90度的脉动数(i，cos)。在步骤S42中，控制部40使搏动部60动作，以使搏动部60中的搏动数与在步骤S12中获取的心率i一致。在步骤S44中，控制部40使呼吸动作部70动作，以使呼吸动作部70中的呼吸率与在步骤S14中获取的呼吸率j一致。
之后，在步骤S46中，控制部40判断处理的结束条件是否成立。与步骤S22相同，结束条件可以采用任意的各种条件。步骤S46的结束条件与步骤S22的结束条件可以相同，也可以不同。在结束条件成立时(步骤S46：是)，控制部40结束处理。在结束条件不成立时(步骤S46：否)，控制部40使处理进入步骤S40，继续进行第一模式处理。
图16是示出了第二模式处理的工序的一个示例的流程图。在步骤S52中，控制部40获取当前时刻并将其作为开始时刻t0。在步骤S54中，控制部40对在第二模式处理中使用的变量进行初始化。具体地，控制部40将在步骤S12(图15)中所获得的心率i代入变量n以及变量o，将在步骤S14(图15)中所获得的呼吸率j代入变量p。
在步骤S60～S64中，控制部40使用变量n、o、p使脉动部50、搏动部60及呼吸动作部70动作。具体地，在步骤S60中，控制部40使脉动部50动作，以使脉动部50中的脉动数成为其相位从变量n偏移90度的脉动数(n，cos)。在步骤S62中，控制部40使搏动部60动作，以使搏动部60中的搏动数与变量o一致。在步骤S64中，控制部40使呼吸动作部70动作，以使呼吸动作部70中的呼吸率与变量p一致。在变量n、o、p的初始化(步骤S54)后的步骤S60～S64中，变量n及变量o等于使用者所输入的心率i，变量p等于使用者所输入的呼吸率j。因此，在变量n、o、p的初始化(步骤S54)后的步骤S60～S64中，使用维持为恒定的心率i(变量n、o)和维持为恒定的呼吸率j(变量p)，使脉动部50、搏动部60、呼吸动作部70动作。
在步骤S70中，控制部40产生随机数，将该随机数作为时间系数x。在步骤S72中，控制部40产生随机数，将该随机数作为搏动系数k。
在步骤S74中，控制部40根据时间系数x确定异常心跳发生时间m1和异常心跳持续时间m2。这里，异常心跳发生时间m1是指，搏动部60中的搏动数、脉动部50中的脉动数、以及呼吸动作部70中的呼吸率的变化(从恒定到不规则)开始的时间。而异常心跳持续时间m2是指，搏动部60中的搏动数、脉动部50中的脉动数、以及呼吸动作部70中的呼吸率的不规则所维持的时间。控制部40可以使用时间系数x、通过任意方法来确定异常心跳发生时间m1和异常心跳持续时间m2。例如，控制部40可以设置异常心跳发生时间m1＝t0+x(min)，设置异常心跳持续时间m2＝x(min)。在这种情况下，若以时间系数x＝5为例，则异常心跳发生时间m1＝从步骤S52的开始时间t0起的5分钟之后，异常心跳持续时间m2＝5分钟。
图17是对第二模式处理的步骤S76进行说明的图。在第二模式处理(图16)的步骤S76中，控制部40判断在步骤S52中所获得的开始时间t0与从开始时间t0起的经过时间Δt之和(即当前时间)是否比在步骤S74中所确定的异常心跳发生时间m1小。当小于异常心跳发生时间m1时(步骤S76：是，图17：区域A1)，控制部40使处理进入步骤S78。在步骤S78中，控制部40判断处理的结束条件是否成立。与图15的步骤S22相同，结束条件可以采用任意的各种条件。步骤S78的结束条件与步骤S22的结束条件可以相同，也可以不同。
当不小于异常心跳发生时间m1时(步骤S76：否，图17：区域A2或区域A3)，控制部40使处理进入步骤S80。在步骤S80中，控制部40判断在步骤S52中获得的开始时间t0与从开始时间t0起的经过时间Δt之和(即当前时间)，是否比在步骤S74中确定的异常心跳发生时间m1与异常心跳持续时间m2之和小。当不小于时间m1与m2之和时(步骤S80：否，图17：区域A3)，控制部40使处理进入步骤S52(开始时间t0的获取)，并重复处理。
当小于时间m1与m2之和时(步骤S80：是，图17：区域A2)，控制部40使处理进入步骤S82。在步骤S82中，控制部40根据在步骤S12(图15)中获取的心率i与在步骤S72中产生的搏动系数k相乘而得到的值，将处理分配到以下的第一～第三模式。以下的第一～第三模式相当于模拟患者严重程度的多个模式。在图16的示例中，假定第三模式是最严重的，第一模式是最轻的情况。
当心率i×搏动系数k的值为180以下时(步骤S82：i*k≤180)，在步骤S84中，控制部40以第一模式添加校正值。具体地，控制部40将心率i×搏动系数k代入变量n，将心率i×搏动系数k代入变量o，将呼吸率j×(呼吸率j×搏动系数k/变量o)代入变量p。
当心率i×搏动系数k的值大于180且为240以下时(步骤S82：180<i*k≤240)，在步骤S86中，控制部40以第二模式添加校正值。具体地，控制部40将心率i×搏动系数k代入变量n，将0代入变量o，将呼吸率j×(呼吸率j×搏动系数k/变量o)代入变量p。
当心率i×搏动系数k的值大于240时(步骤S82：240<i*k)，在步骤S88中，控制部40以第三模式添加校正值。具体地，控制部40将心率i×搏动系数k代入变量n，将0代入变量o，将0代入变量p。
在完成步骤S84、86、88之后，控制部40使处理进入步骤S60，并重复上述处理。由此，在步骤S60、S62、S64中，使用在第一～第三模式的任一模式中添加校正值后的变量n、o、p，换言之，使用因利用第一～第三模式和随机产生的搏动系数k而不规则地变化的变量n、o、p，使脉动部50、搏动部60和呼吸动作部70动作。
如此，由于本实施方式的人体模拟装置1，包括模仿心脏的心脏模型110、以及模仿血管的血管模型(主动脉模型160、心血管模型111、脑血管模型131、肝血管模型141和下肢血管模型151)，因此能够模拟例如针对缺血性心脏病的经皮冠状动脉介入治疗(PCI：Percutaneous Coronary Intervention)那样的、使用医疗用设备进行治疗或检查的手术，该医疗用设备用于对心脏进行微创治疗或检查。此外，人体模拟装置1的控制部40能够根据所设定的心率i，来改变使心脏模型110搏动的搏动数、以及向主动脉模型160等各血管模型输送的流体的脉动部50的脉动数(图15：步骤S12、S20、S40、S42)。因此，能够模拟各种搏动数及脉动数条件下的治疗或检查手术。
此外，根据本实施方式的人体模拟装置1，控制部40能够根据所设定的呼吸率j，来变更呼吸动作部70的呼吸率(图15：步骤S14、S20、S44)。因此，能够以更符合实际情况的方式模拟治疗或检查手术。并且，由于本实施方式的人体模拟装置1还包括用于输入心率i、呼吸率j的输入部45，因此人体模拟装置1的使用者，能够自由地设定搏动部60的搏动数、脉动部50的脉动数以及呼吸动作部70的呼吸率。
并且，根据本实施方式的人体模拟装置1，控制部40能够切换执行第一模式(图15：步骤S40～S46)和第二模式(图15：步骤S50、图16)，所述第一模式通过规则地维持搏动数、脉动数以及呼吸率来模拟正常状态的患者，所述第二模式通过不规则地改变搏动数、脉动数以及呼吸率来模拟心律不齐状态的患者。因此，根据人体模拟装置1，可以在正常状态和心律不齐状态这两种状态下模拟治疗或检查手术。
再者，根据本实施方式的人体模拟装置1，控制部40按照从模拟患者的严重程度的第一～第三模式中、使用随机确定的搏动系数k而随机选出的一个模式，确定第二模式(图16)中的心率i及呼吸率j(即，变量n、o、p)(步骤S82)。因此，能够模拟真实患者身体的突然变化，以人体模拟装置1的使用者无法预测的形式使搏动部60中的搏动数、脉动部50中的脉动数以及呼吸动作部70中的呼吸率发生变化。因此，根据本人体模拟装置1，能够以更符合实际情况的方式模拟治疗或检查手术。
此外，根据本实施方式的人体模拟装置1，控制部40在第二模式(图16)中，反复执行将搏动数、脉动数以及呼吸率维持恒定的第一周期(图17：区域A1、A3)、和使搏动数、脉动数以及呼吸率发生变化的第二周期(图17：区域A2)，因此能够再现心律失常和基本正常状态反复出现的患者的状态。并且，控制部40在第二模式中，使用随机确定的时间系数x，随机确定使搏动数、脉动数以及呼吸率发生变化的、第二周期开始的异常心跳发生时间m1和第二周期持续的异常心跳持续时间m2(图16：步骤S74)。因此，能够以人体模拟装置1的使用者无法预测的形式，使搏动数、脉动数以及呼吸率发生变化。其结果，根据本人体模拟装置1，能够以更符合实际情况的方式模拟治疗或检查手术。
此外，控制部40能够切换执行使脉动部50、搏动部60、呼吸动作部70中的至少任意一个进行动作的部分动作(图15：步骤S20)和使整体进行动作的整体动作(图15：步骤S40～S44)(图15：步骤S18)。因此，能够提高人体模拟装置1的使用者的便利性。
＜第二实施方式＞
图18是示出了第二实施方式的模型的结构10a的一个示例的说明图。在第一实施方式(图4)中，示出了在主动脉模型160所具有的生物体模型连接部中，将心脏模型110连接在第二连接部161J上，将脑模型130连接在第一连接部162J上，将肝模型140连接在第三连接部163Ja上，将下肢模型150连接在第四连接部164J上的情况。但是，生物体模型连接部和连接至生物体模型连接部的生物体模型不一定必须是上述组合。例如，如图18所示，肝模型140可以连接到第二连接部161J。此外，在第二实施方式中，也可以取代具有多个生物体模型连接部的主动脉模型160，而设置具有单一生物体模型连接部(在图示的例子中为第二连接部161J)的主动脉模型160a。即使如此，也可以获得与上述第一实施方式相同的效果。
＜第三实施方式＞
图19是第三实施方式的心脏模型110b的一个示例的示意图。在第一实施方式(图6)中，心血管模型111的前端111D被设置成，分支为一体形成的左右冠状动脉模型112L、R。但是，左右冠状动脉模型112L、R可以包括分别构成血管的各个部分的多个血管构成部1121、1122、1125、1126和1127。此外，在各血管构成部1121、1122、1125、1126、1127中的至少一部分中，也可以形成有模拟血管的内外部中的病变的病变部。在图19的示例中，在左冠状动脉模型112L的血管构成部1122的血管外部，形成有瘤状的病变部LP。此外，在右冠状动脉模型112R的血管构成部1126的血管内部，则形成有狭窄状的病变部LP。在这样的第三实施方式的心脏模型110b中，还可以构成为，针对同一血管构成部，准备不具有病变部LP的血管构成部和具有病变部LP的血管构成部这两者，并可对它们进行互换。
另外，在图19中对心脏模型110b进行了示例。但是，对于具有部分血管模型的其他生物体模型(图4：脑模型130、肝模型140、下肢模型150)也能够采用与第三实施方式相同的结构。此外，对于主动脉模型160(图3)也可以采用与第三实施方式相同的结构。
即使这样，也可以获得与第一实施方式相同的效果。此外，根据第三实施方式的模型10b，部分血管模型(心血管模型111)包括多个血管构成部1121、1122、1125、1126、1127，在多个血管构成部1121、1122、1125、1126、1127中的至少一部分中，形成有模拟病变的病变部LP。因此，手术者能够对形成在部分血管模型上的病变部LP模拟使用了导丝或导管等医疗用设备的手术(例如，PCI等手术)。
＜第四实施方式＞
图20是对第四实施方式的生物体模型连接部进行说明的图。在第一实施方式(图11)中，使用图12及图13所示的结构的固定构件95，来固定第一凸缘部91和第二凸缘部92。但是，也可以使用与固定构件95不同的结构的固定构件，来固定第一凸缘部91和第二凸缘部92。例如，如图20所示，使用螺钉97来固定第一凸缘部91和第二凸缘部92。即使如此，也可以获得与上述第一实施方式相同的效果。
＜第五实施方式＞
图21是对第五实施方式的生物体模型连接部进行说明的图。在第一实施方式(图10)中，在第一凸缘部91与第二凸缘部92的对接面上，设置成分别配置有由弹性体构成的弹性体层914、924。但是，也可以省略弹性体层914和924中的至少一个。例如，如图21所示，也可以设置成第一凸缘部91d不具有弹性体层，第二凸缘部92d不具有弹性体层的结构。即使如此，也可以获得与上述第一实施方式相同的效果。
＜第六实施方式＞
图22是第六实施方式的人体模拟装置1e的概略结构的示意图。图23是示出了第六实施方式的第二模式处理的工序的一个示例的流程图。在第一实施方式(图2和图16)中，控制部40使用随机数随机确定第二模式处理中所使用的时间系数x及搏动系数k。但是，在第二模式处理中所使用的时间系数x以及搏动系数k，也可以根据生物体模型的状态来确定。
例如，如图22所示，在第六实施方式的人体模拟装置1e中，模型10e设有传感器119，该传感器119配置于心血管模型111的前端111D，具体地、配置在左右冠状动脉模型112L、R的前端(图6，左右冠状动脉模型112L、R中的心尖部侧的端部)。传感器119是检测末梢血管中的流体的压力(模拟血液的血压)的传感器。类似地，模型10e包括配置在脑血管模型131的前端131D的传感器139、配置在肝血管模型141的前端141D的传感器149、以及配置在下肢血管模型151的前端151D的传感器159。传感器119、139、149和159分别用作“压力测量部”，其测量部分血管模型的末梢部分中的流体的压力。
如图23所示，在第六实施方式的第二模式处理中，控制部40e通过由传感器119、139、149、159测量的压力来确定时间系数x和搏动系数k。具体地，在图23的第二模式处理中，代替图16(第一实施方式)的步骤S70、S72而执行步骤S90、S92和S94。在步骤S90中，控制部40e获取传感器119、139、149、159的测量值。
在步骤S92中，控制部40e根据在步骤S90中获取的各传感器测量值来确定时间系数x。具体地，控制部40e能够采取利用了传感器测量值的运算(例如，乘/除预定的系数)、利用了传感器测量值的检索(例如，检索预定的传感器测量值阈值与时间系数的对应关系)等手段来确定时间系数x。此时，控制部40e可以仅使用单一的传感器的测量值来确定时间系数x，也可以使用多个传感器的测量值来确定时间系数x。在步骤S94中，控制部40e根据在步骤S90中获取的各传感器测量值来确定搏动系数k。与步骤S92相同，控制部40e能够采取利用了一个以上的传感器测量值的运算、或利用了一个以上的传感器测量值的检索等手段来确定搏动系数k。
即使如此，也可以获得与上述第一实施方式相同的效果。并且，根据第六实施方式的人体模拟装置1e，控制部40e按照从模拟患者的严重程度的第一～第三模式中、根据血管模型(心血管模型111、脑血管模型131、肝血管模型141、下肢血管模型151)的末梢部分的流体压力(即传感器119、139、149、159的测量值)选出的一个模式，确定第二模式(图23)中的心率i以及呼吸率j(即，变量n、o、p)(步骤S82)。即，控制部40e对应于末梢血管中的血压变化，使搏动部60中的搏动数、脉动部50中的脉动数以及呼吸动作部70中的呼吸率发生变化。因此，根据第六实施方式的人体模拟装置1e，能够以更符合实际情况的方式模拟治疗或检查手术。
＜第七实施方式＞
图24是第七实施方式的人体模拟装置1f的概略结构的示意图。在第一实施方式(图2)中，对人体模拟装置1的装置结构的一个示例进行了说明。但是，人体模拟装置1，还可以包括在实际治疗或检查中所使用的各种装置。例如，如图24所示，第七实施方式的人体模拟装置1f包括连接至控制部40f的监视器(显示部)200。控制部40f在执行图15和图16中所说明的处理的过程中，使表示所设定的心率i、呼吸率j、以及在第二模式处理中变更后的心率i和呼吸率j(即，变量n、o、p)的曲线图显示在监视器200上。
即使如此，也可以获得与上述第一实施方式相同的效果。并且，根据第七实施方式的人体模拟装置1f，控制部40f使显示部200显示，表示心率i、呼吸率j的变化的曲线图，因此能够以更符合实际情况的方式再现治疗或检查场景，并且能够提高使用者的便利性。
＜本实施方式的变形例＞
本发明不限于上述实施方式，可以在不脱离其主旨的范围内以各种方式实施，例如也可以是如下所述的变形。
[变形例]
在第一～第七实施方式中，示出了人体模拟装置1、1e、1f的结构的一个示例。但是，人体模拟装置的结构可以进行各种改变。例如，人体模拟装置可以不包括水槽和覆盖水槽的覆盖部中的至少一个。例如，人体模拟装置也可以设置由触摸面板以外的单元(例如，语音、操作拨盘、按钮等)提供的输入部。
[变形例2]
在上述第一～第七实施方式中，示出了模型10、10a、b、e、f的结构的一个示例。但是，模型的结构可以进行各种改变。例如，主动脉模型可以不设置上述第一～第四连接部的至少一部分。例如，主动脉模型中的上述第一～第四连接部的配置可以任意地变更，并且第一连接可以不配置在主动脉弓或其附近处。类似地，第二连接部可以不配置在升主动脉或其附近处，第三连接部可以不配置在腹主动脉或其附近处，第四连接部可以不配置在髂总动脉部或其附近处。例如，主动脉模型所具有的生物体模型连接部的数量可任意变更，也可设置用于连接上文未提到的生物体模型(例如胃模型、胰脏模型、肾脏模型等)的、新的生物体模型连接部。
例如，模型可以不包括心脏模型、肺模型、脑模型、肝模型、下肢模型和横隔膜模型的至少一部分。在省略心脏模型的情况下，也可以一并省略搏动部。在省略肺模型和横隔膜模型的情况下，也可以一并省略呼吸动作部。例如，模型也可以构成为，还具有模拟肋骨、胸骨、胸椎、腰椎、股骨、颈骨等人体骨骼的至少一部分的骨模型的复合物。
例如，上述心脏模型、肺模型、脑模型、肝模型、下肢模型和横隔膜模型的结构可以任意变更。例如，可以省略心脏模型的内腔和将流体输送到心脏模型的内腔的搏动部(图4)。例如，心脏模型的心血管模型可以不包括左右冠状动脉模型，并且左右冠状动脉模型能够分别可拆装地构成(图6)。例如，肺模型可以在左右肺分别设置独立的内腔(图4)。例如，下肢模型还可以包括覆盖大腿肌的皮肤模型(图5)。
[变形例3]
在上述第一～第七实施方式中，示出了控制部40、40e、f的处理工序的一个示例。但是，控制部的处理可以进行各种改变。例如，脉动部、搏动部以及呼吸动作部的部分动作(图15：步骤S20、S22)和整体动作(图15：步骤S30～S50)中的至少一方可以省略。例如，第一动作模式处理(图15：步骤S40～S46)和第二动作模式处理(图15：步骤S50、图16、图23)中的至少一方可以省略。例如，控制部可以使用统一了时间系数x和时间系数y的一个变量来执行第二模式处理。
例如，控制部也可以不实施基于呼吸率j和呼吸率j(或者变量p)的呼吸动作部的控制(图15：步骤S20、S44，图16：步骤S64)。例如，控制部也可以不实施基于心率i和心率i(或者变量n)的脉动部的控制(图15：步骤S20、S40，图16：步骤S60)。例如，控制部也可以不实施基于心率i和心率i(或者变量o)的搏动部的控制(图15：步骤S20、S42，图16：步骤S62)。
[变形例4]
第一～第七实施方式的人体模拟装置的结构、以及上述变形例1～3的人体模拟装置的结构可以进行适当组合。
以上基于实施方式、变形例对本发明进行了说明，但上述形态的实施方式是为了便于理解本发明的示例，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则以及权利要求请求范围之内所作的变形、改进以及等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。另外，其技术特征如果在本说明书中没有被描述为不可或缺，则可以进行适当删除。
附图标记说明
1、1e、f…人体模拟装置
10、10a、b、e…模型
20…容纳部
21…水槽
22…覆盖部
31…管状体
40、40e、f…控制部
45…输入部
50…脉动部
51…管状体
55…过滤器
56…循环泵
57…脉动泵
60…搏动部
61…管状体
70…呼吸动作部
71…管状体
72…管状体
91、91d…第一凸缘部
92、92d…第二凸缘部
95…固定构件
96…闭塞构件
110、110b…心脏模型
111…心血管模型
112…冠状动脉模型
112L…左冠状动脉模型
112R…右冠状动脉模型
115…管状体
119…传感器
120…肺模型
121…气管模型
130…脑模型
131…脑血管模型
139…传感器
140…肝模型
141…肝血管模型
149…传感器
150…下肢模型
151…下肢血管模型
159…传感器
160、160a…主动脉模型
161…升主动脉部
161J…第二连接部
162…主动脉弓
162J…第一连接部
163…腹主动脉部
163Ja…第三连接部
163Jb…流体供给部连接部
164…髂总动脉部
164J…第四连接部
170…横隔膜模型
200…监视器
912…圆盘构件
913…筒状体
914…弹性体层
922…圆盘构件
923…筒状体
924…弹性体层
951…卡合部
962…圆盘构件
1121…血管构成部
1122…血管构成部
1126…血管构成部

Claims (9)

1.一种人体模拟装置，其包括：
心脏模型，其模仿心脏；
搏动部，其使所述心脏模型搏动；
血管模型，其模仿血管；
脉动部，其向所述血管模型输送脉动后的流体；以及
控制部，其根据所设定的心率来变更所述搏动部中的搏动数和所述脉动部中的脉动数。
2.根据权利要求1所述的人体模拟装置，其还包括：
输入部，其用于输入在所述控制部中使用的所述心率。
3.根据权利要求1或2所述的人体模拟装置，其中，
所述控制部能够切换执行第一模式和第二模式，
所述第一模式通过将所述心率维持为恒定，来规则地维持所述搏动部中的搏动数和所述脉动部中的脉动数，
所述第二模式通过使所述心率不规则地变化，来不规则地使所述搏动部中的搏动数和所述脉动部中的脉动数发生变化。
4.根据权利要求3所述的人体模拟装置，其还包括：
压力测量部，其测量所述血管模型的末梢部分中的所述流体的压力，
所述控制部在所述第二模式中，
按照从预定的多个模式中、根据所述压力测量部的测量值选出的一个模式，来确定所述心率。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的人体模拟装置，其还包括：
显示部，其与所述控制部连接，
所述控制部还使所述显示部显示表示所述心率的变化的曲线图。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的人体模拟装置，其还包括：
呼吸器官模型，其模仿呼吸器官；以及
呼吸动作部，其向所述呼吸器官输送模拟呼吸动作的流体，
所述控制部还根据所设定的呼吸率，来改变所述呼吸动作部中的呼吸率。
7.根据从属于权利要求3的权利要求6所述的人体模拟装置，其中，
所述控制部在所述第二模式中，
按照从预定的多个模式、即模拟严重程度的多个模式中，随机选出的一个模式，来确定所述心率和所述呼吸率。
8.一种控制人体模拟装置的方法，其包括：
使模仿心脏的心脏模型搏动的工序；
向模仿血管的血管模型输送脉动后的流体的工序；以及
根据所设定的心率来变更所述搏动的工序中的搏动数和所述输送流体的工序中的脉动数的工序。
9.一种计算机程序，其使信息处理装置执行：
使模仿心脏的心脏模型搏动的步骤；
向模仿血管的血管模型输送脉动后的流体的步骤；以及
根据所设定的心率来变更所述搏动的步骤中的搏动数和所述输送流体的步骤中的脉动数的步骤。
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