JP2016002438A - Blood circulation simulator comprising simulated atrium, and artificial organ test method using blood circulation simulator - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a blood circulation simulator that comprises a simulated atrium and is capable of accurately simulating, with a simple configuration, a blood circulation system.SOLUTION: A blood circulation simulator comprising a simulated atrium circulates simulated blood in a circulation flow passage. The blood circulation simulator includes: a simulated vein 23 that is provided in the circulation flow passage and stores simulated blood; a simulated right atrium 11; an artificial valve 12 provided downstream of the simulated right atrium 11; a simulated right ventricle 13 provided downstream of the artificial valve 12; an artificial valve 14 provided downstream of the simulated right ventricle 13; and a simulated pulmonary artery 15 provided downstream of the artificial valve 14. The simulated right atrium 11 comprises: a housing; an elastic diaphragm for dividing the inside of the housing into an air room and a liquid room; and an inflow port and an outflow port for the simulated blood that communicate with the liquid room. The blood circulation simulator includes drive control means (driver 40, controller 50) for deforming the diaphragm by performing supply and exhaust of air to/from the air room, and making a pulsating flow of the simulated blood to be discharged from the outflow port by using variation in volume of the liquid room.

Description

本発明は、模擬心房を備える血液循環模擬装置、血液循環模擬装置を用いた人工臓器の試験方法に関する。   The present invention relates to a blood circulation simulation device including a simulated atrium and a method for testing an artificial organ using the blood circulation simulation device.

血液循環を模擬するモデル循環装置として、オーバーフロー型モック循環回路、ドノヴァンのモデル循環回路などが知られている。これは静水圧により人体の心臓の前負荷および後負荷を再構築し、心臓のポンプ圧力を再現するシステムである。   As model circulation devices for simulating blood circulation, an overflow type mock circulation circuit, a Donovan model circulation circuit, and the like are known. This is a system that reconstructs the heart's pump pressure by reconstructing the preload and afterload of the human heart with hydrostatic pressure.

非特許文献1には、ローラポンプを用いたモデル循環回路が記載されている。しかし、非特許文献1に記載のモデル循環回路には心房収縮の要素がなく、特に、低圧系、右心系のモデル循環系にこれを適用した場合、正確性、妥当性に欠けるという問題点がある。   Non-Patent Document 1 describes a model circulation circuit using a roller pump. However, the model circuit described in Non-Patent Document 1 does not have an atrial contraction element. In particular, when this is applied to the model circulation system of the low pressure system and the right heart system, the accuracy and validity are not satisfactory. There is.

非特許文献2や非特許文献3には、水力学的モデル循環回路が記載されている。しかし、このモデル循環回路には心房収縮の要素がなく、特に、低圧系、右心系のモデル循環系にこれを適用した場合、正確性、妥当性に欠けるという問題点がある。   Non-Patent Document 2 and Non-Patent Document 3 describe hydraulic model circulation circuits. However, this model circulation circuit has no atrial contraction element, and there is a problem that it is not accurate and valid when applied to the model circulation system of the low pressure system and the right heart system.

特許文献1に記載の流体循環装置は、拍動流を生成する駆動ポンプと、この駆動ポンプの流出口及び流入口間に配置された循環流路とを備え、駆動ポンプの作動により、循環流路内の流体を循環させるように構成され、循環流路が、流体に流れ抵抗を付与する抵抗付与手段と、この抵抗付与手段下流側に配置されて流体の脈圧を減衰させる脈圧減衰手段と、抵抗付与手段の上流側で脈圧の振幅調整をする振幅調整手段とを備え、生体内の血液の循環に擬似した状態で流体を循環するように構成されている。   The fluid circulation device described in Patent Document 1 includes a drive pump that generates a pulsating flow, and a circulation channel that is disposed between an outlet and an inlet of the drive pump. A resistance applying means configured to circulate a fluid in the channel, and the circulation flow path is provided on the downstream side of the resistance applying means, and a pulse pressure attenuating means configured to attenuate the pulse pressure of the fluid. And an amplitude adjusting means for adjusting the amplitude of the pulse pressure on the upstream side of the resistance applying means, and configured to circulate the fluid in a state simulating the circulation of blood in the living body.

特開2004−8586号公報JP 2004-8586 A

丸山高司、「ローラーポンプを用いた両心バイパスの実験的研究」、広島大学医学雑誌(0018-2087)、1993年06月、第41巻3号、p.143-165Takashi Maruyama, “Experimental Study of Bi-center Bypass Using Roller Pump”, Hiroshima University Medical Journal (0018-2087), 1993, June 41, 3, p.143-165 Donovan F.M., “Design of an hydraulic analog of the circulatory system for evaluating artificial hearts.”, 1975, Biomat Med Dev Art Org 3(4), p.439-449Donovan F.M., “Design of an hydraulic analog of the circulatory system for evaluating artificial hearts.”, 1975, Biomat Med Dev Art Org 3 (4), p.439-449 Peters J. L., “Consequences of the diaphragm driven artificial heart - animal implantation and mock circulation studies.”, 1973, CHEST, 63(4), p.589-597Peters J. L., “Consequences of the diaphragm driven artificial heart-animal implantation and mock circulation studies.”, 1973, CHEST, 63 (4), p.589-597

しかしながら、特許文献1に記載の流体循環装置には、心房収縮の要素がなく、特に、低圧系、右心系のモデル循環系にこれを適用した場合、正確性、再現性、妥当性に欠けるという問題があった。   However, the fluid circulation device described in Patent Document 1 does not have an atrial contraction element, and particularly when applied to a model circulation system of a low pressure system or a right heart system, it lacks accuracy, reproducibility, and validity. There was a problem.

ところで、例えば、不可逆的に破壊された弁を持つ末期的な心臓弁膜症患者などのために、様々な素材の人工弁の開発が行われており、左心系の人工弁の治療の方法論は確立されつつあるが、低圧系の右心循環系の人工弁に関しては、開発があまり進んでいない。右心系である肺循環系は低圧力で血液を循環しているので、人工弁の前後で圧力差やウォッシュアウト効果が左心系と比較して異なり、血栓形成などをきたしやすい。また、低圧力系の右心循環系では、心房収縮の影響が比較的大きい。
左心房と左心室の間には100mmHg以上の圧力差があり、僧房弁は大きな圧力差で受動的に閉鎖され、機械的な圧力により僧帽弁が挙動する。これに対して右心房と右心室の圧力差は10mmHg前後であり、複雑な圧力差と流体の挙動と血液の流れベクトルが、三尖弁、および肺動脈弁の挙動を決定する。従って、大きな圧力差で受動的に挙動する左心系とは異なり、右手系において、右心房の収縮による弁の挙動に対する影響は大きくなる。
例えば、先天性奇形などに対して施行されるフォンタン循環系では、人工弁を用いることなく、右心室をバイバスして、大静脈と肺動脈を、弁を通さずに直接接続することで、肺循環を維持する手術が行われていた。
しかしながら、心房収縮を再現するモデル循環系は知られておらず、模擬血液循環系を再現することができず、特に、左心系と異なり、右心系の模擬血液循環系を再現することができなかった。
このため、人工弁などの人工臓器の開発などに用いる、高精度に血液循環系を模擬することができる血液循環模擬装置が望まれている。特に、低圧力系である右心系の血液循環系を高精度に模擬することができる血液循環模擬装置が望まれている。
By the way, for example, prosthetic valves made of various materials have been developed for patients with end-stage valvular heart disease who have irreversibly destroyed valves. Although it has been established, the development of low-pressure right heart circulatory prosthetic valves has not progressed much. Since the pulmonary circulatory system, which is the right heart system, circulates blood at a low pressure, the pressure difference and the washout effect before and after the artificial valve are different from those of the left heart system, and blood clot formation is likely to occur. In the right-pressure circulatory system with a low pressure system, the influence of atrial contraction is relatively large.
There is a pressure difference of 100 mmHg or more between the left atrium and the left ventricle, the mitral valve is passively closed with a large pressure difference, and the mitral valve behaves due to mechanical pressure. In contrast, the pressure difference between the right atrium and the right ventricle is around 10 mmHg, and the complicated pressure difference, fluid behavior, and blood flow vector determine the behavior of the tricuspid and pulmonary valves. Therefore, unlike the left heart system that behaves passively with a large pressure difference, the effect on the valve behavior due to contraction of the right atrium is greater in the right-handed system.
For example, in the Fontan circulatory system enforced for congenital malformations, bypassing the right ventricle without using an artificial valve and directly connecting the vena cava and the pulmonary artery without passing through the valve, A maintenance operation was performed.
However, the model circulatory system that reproduces atrial contraction is not known, and the simulated blood circulatory system cannot be reproduced. In particular, unlike the left cardiac system, the simulated blood circulatory system of the right heart system can be reproduced. could not.
For this reason, there is a demand for a blood circulation simulation device that can be used to develop an artificial organ such as an artificial valve and that can simulate a blood circulation system with high accuracy. In particular, there is a demand for a blood circulation simulation device that can accurately simulate a right-circulatory blood circulation system that is a low-pressure system.

本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、簡単な構成で、高精度に血液循環系を模擬することができる、模擬心房を備える血液循環模擬装置を提供すること、例えば、人工弁、人工血管、補助人工心臓、全置換型人工心臓などの人工臓器を容易に客観的に評価することができる、血液循環模擬装置を用いた人工臓器の試験方法を提供すること、などを目的とする。   This invention makes it an example of a subject to cope with such a problem. That is, to provide a blood circulation simulator having a simulated atrium capable of simulating a blood circulation system with high accuracy with a simple configuration, for example, an artificial valve, an artificial blood vessel, an auxiliary artificial heart, a total replacement artificial heart It is an object of the present invention to provide a method for testing an artificial organ using a blood circulation simulator that can easily and objectively evaluate such an artificial organ.

このような目的を達成するために、本発明の血液循環模擬装置は、以下の構成を少なくとも具備するものである。
循環流路内で模擬血液を循環させる、模擬心房を備える血液循環模擬装置であって、
前記循環流路に設けられ、前記模擬血液を貯蔵する模擬静脈と、
前記模擬静脈の下流側に設けられた模擬心房と、
前記模擬心房の下流側に設けられ、前記模擬血液の流れを規制する第1の人工弁と、
前記第1の人工弁の下流側に設けられた模擬心室と、
前記模擬心室の下流側に設けられ、前記模擬血液の流れを規制する第2の人工弁と、
前記第2の人工弁の下流側に設けられ、前記循環流路を介して前記模擬静脈に連通する模擬動脈と、を有し、
前記模擬心房は、ハウジングと、
前記ハウジング内を空気室と液体室に区画する弾性のダイヤフラムと、
前記ハウジングに設けられ、前記液体室に連通する前記模擬血液の流入口および流出口と、を備え、
前記血液循環模擬装置は、前記空気室へのエアの給排気により前記ダイヤフラムを変形させ、前記液体室の容積変化により前記模擬血液の脈流を前記流出口から吐出させる駆動制御手段を有することを特徴とする。
In order to achieve such an object, the blood circulation simulator of the present invention comprises at least the following configuration.
A blood circulation simulation device including a simulated atrium for circulating simulated blood in a circulation channel,
A simulated vein provided in the circulation channel and storing the simulated blood;
A simulated atrium provided downstream of the simulated vein;
A first artificial valve provided on the downstream side of the simulated atrium to regulate the flow of the simulated blood;
A simulated ventricle provided downstream of the first prosthetic valve;
A second artificial valve that is provided downstream of the simulated ventricle and regulates the flow of the simulated blood;
A simulated artery provided downstream of the second artificial valve and communicating with the simulated vein via the circulation channel;
The simulated atrium includes a housing,
An elastic diaphragm that divides the housing into an air chamber and a liquid chamber;
An inlet and an outlet of the simulated blood provided in the housing and communicating with the liquid chamber;
The blood circulation simulation device has drive control means for deforming the diaphragm by supplying / exhausting air to the air chamber and discharging the pulsating flow of the simulated blood from the outlet by changing the volume of the liquid chamber. Features.

また、本発明の血液循環模擬装置を用いた人工臓器の試験方法は、上記本発明の模擬心房を含む血液循環模擬装置の循環流路に、少なくとも人工弁、人工血管、補助人工心臓、全置換型人工心臓のいずれかの人工臓器を取り付け、前記人工臓器に対して前記模擬心房から吐出された前記模擬血液を流入させて該人工臓器に対して試験を行うことを特徴とする。   The artificial organ testing method using the blood circulation simulator of the present invention includes at least an artificial valve, an artificial blood vessel, an auxiliary artificial heart, and a total replacement in the circulation channel of the blood circulation simulator including the simulated atrium of the present invention. A type artificial heart is attached, and the artificial blood discharged from the simulated atrium is flowed into the artificial organ, and the artificial organ is tested.

本発明によれば、簡単な構成で、高精度に血液循環系を模擬することができる、模擬心房を備える血液循環模擬装置を提供することができる。
また、本発明によれば、人工弁、人工血管、補助人工心臓、全置換型人工心臓などの人工臓器を簡単に客観的に評価することができる、血液循環模擬装置を用いた人工臓器の試験方法を提供することができる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the blood circulation simulation apparatus provided with the simulated atrium which can simulate a blood circulation system with a simple structure with high precision can be provided.
In addition, according to the present invention, an artificial organ test using a blood circulation simulator that can easily and objectively evaluate an artificial organ such as an artificial valve, an artificial blood vessel, an auxiliary artificial heart, or a total replacement artificial heart. A method can be provided.

本発明の実施形態に係る模擬心房を備える血液循環模擬装置の一例を示す概念図(模擬右心房、模擬右心室、模擬左心房、および模擬左心室を備える血液循環模擬装置)。The conceptual diagram which shows an example of the blood circulation simulation apparatus provided with the simulation atrium which concerns on embodiment of this invention (The blood circulation simulation apparatus provided with the simulation right atrium, the simulation right ventricle, the simulation left atrium, and the simulation left ventricle). 本発明の実施形態に係る模擬心房の一例を示す図、(a)は模擬心房の斜視図、(b)は(a)に示した模擬心房の分解斜視図。The figure which shows an example of the simulated atrium which concerns on embodiment of this invention, (a) is a perspective view of a simulated atrium, (b) is a disassembled perspective view of the simulated atrium shown to (a). 自然心臓と血液循環模擬装置としての模擬心臓モデルの動作の一例を示す図、(a)〜(e)は自然心臓に関する図、(f)〜(j)は模擬心臓(モデル)に関する図であり、(a)は心房収縮、(b)は等容性収縮、(c)は急速心室駆出/緩徐心室駆出、(d)は等容性弛緩、(e)は急速心室充満/緩徐心室充満、(f)は模擬心房、(g)は等容性収縮、(h)は急速心室駆出/緩徐心室駆出、(i)は等容性弛緩(心室モデル)、(j)は急速心室充満/緩徐心室充満をそれぞれ示す図。The figure which shows an example of operation | movement of the simulated heart model as a natural heart and a blood circulation simulation apparatus, (a)-(e) is a figure regarding a natural heart, (f)-(j) is a figure regarding a simulated heart (model). (A) is atrial contraction, (b) is isovolumetric contraction, (c) is rapid ventricular ejection / slow ventricular ejection, (d) is isovolumetric relaxation, (e) is rapid ventricular filling / slow ventricle. (F) is simulated atrium, (g) is isovolumetric contraction, (h) is rapid ventricular ejection / slow ventricular ejection, (i) is isovolumetric relaxation (ventricular model), (j) is rapid The figure which shows each ventricular filling / slow ventricular filling. 心臓の左右心房、左右心室の圧力の時間変化を示す図、(a)は心臓の模式図、(b)は大動脈圧、左心圧、右室圧、左房圧、右房圧の時間変化の一例を示す図。The figure which shows the time change of the left and right atrium of the heart, and the pressure of the left and right ventricle, (a) is a schematic diagram of the heart, (b) is the time change of aortic pressure, left heart pressure, right ventricular pressure, left atrial pressure and right atrial pressure. The figure which shows an example. 模擬右心房と模擬右心室を備えた血液循環模擬装置の一例を示す図。The figure which shows an example of the blood circulation simulation apparatus provided with the simulation right atrium and the simulation right ventricle. 模擬右心房と模擬右心室を備えた血液循環模擬装置の一例を示す写真。The photograph which shows an example of the blood circulation simulation apparatus provided with the simulation right atrium and the simulation right ventricle. 模擬左心房と模擬左心室を備えた血液循環模擬装置の一例を示す図。The figure which shows an example of the blood circulation simulation apparatus provided with the simulation left atrium and the simulation left ventricle. 回転ポンプ式の人工心臓を取り付けた血液循環模擬装置の一例を示す写真。The photograph which shows an example of the blood circulation simulation apparatus which attached the rotary pump type artificial heart. 回転式人工心臓(回転ポンプ式)を取り付けた血液循環模擬装置の一例を示す図。The figure which shows an example of the blood circulation simulation apparatus which attached the rotation type artificial heart (rotary pump type). 動物の心臓の左右心室を取り除き、左右心房に回転ポンプを接続する接続部を露出させた状態の一例を示す図。The figure which shows an example of the state which removed the left and right ventricles of the heart of the animal, and exposed the connection part which connects a rotation pump to the left and right atrium. 動物実験で計測された左心房収縮に関する圧容量曲線の一例を示すグラフ。The graph which shows an example of the pressure capacity curve regarding the left atrial contraction measured by the animal experiment. 図8に示した血液循環模擬装置における心房収縮の圧容量曲線の一例を示すグラフ。The graph which shows an example of the pressure capacity curve of the atrial contraction in the blood circulation simulation apparatus shown in FIG. バルサルバ洞を模した部分を有する人工血管の一例を示す図。The figure which shows an example of the artificial blood vessel which has a part imitating Valsalva sinus.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
本発明の実施形態は図示の内容を含むが、これのみに限定されるものではない。なお、以後の各図の説明で、既に説明した部位と共通する部分は同一符号を付して重複説明を一部省略する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The embodiment of the present invention includes the contents shown in the drawings, but is not limited to this. In the following description of each drawing, parts that are common to the parts that have already been described are assigned the same reference numerals, and duplicate descriptions are partially omitted.

本発明の実施形態に係る模擬心房を備える血液循環模擬装置は、ヒトなどの生体の血液循環系を高精度に模擬することができる。この血液循環模擬装置は、例えば、全置換型人工心臓、補助人工心臓、人工血管、人工弁など人工臓器の開発等に用いられる。詳細には、この血液循環模擬装置は、模擬心房や模擬心室などを備え、心房の動き、心室の動き、脈流などを高精度に模擬することができる。
また、この血液循環模擬装置は、心房の収縮の強さや収縮タイミング、心室の収縮・拡張の強さ、そのタイミングなどを容易に調整することができる。
また、人工臓器を血管循環模擬装置に取り付け、その人工臓器に関するデータを容易に取得することができ、人工臓器に関する各種試験を容易に行うことができる。
A blood circulation simulation apparatus including a simulated atrium according to an embodiment of the present invention can simulate a blood circulation system of a living body such as a human with high accuracy. This blood circulation simulation device is used, for example, for the development of artificial organs such as a total replacement artificial heart, an auxiliary artificial heart, an artificial blood vessel, and an artificial valve. Specifically, this blood circulation simulation apparatus includes a simulated atrium, a simulated ventricle, and the like, and can accurately simulate the atrial movement, the ventricular movement, the pulsating flow, and the like.
In addition, this blood circulation simulation device can easily adjust the strength and timing of atrial contraction, the strength of contraction and expansion of a ventricle, the timing thereof, and the like.
In addition, an artificial organ can be attached to a vascular circulation simulation device, data relating to the artificial organ can be easily acquired, and various tests relating to the artificial organ can be easily performed.

左心房と左心室の間には100mmHg以上の圧力差があり、僧房弁は大きな圧力差で受動的に閉鎖され、機械的な圧力の存在で人工弁は挙動するのに対して、右心房と右心室の圧力差は10mmHg前後であり、複雑な圧力差と流体の挙動と血液の流れベクトルが、三尖弁、および肺動脈弁の挙動を決定する。従って、大きな圧力差で受動的に挙動する左心系とは異なり、右心房の収縮による弁の挙動に対する影響は大きくなる。
本発明に係る血液循環模擬装置は、人体の右心房収縮と右心室収縮と同等の収縮タイミング、および収縮力で、模擬心房と模擬心室を適切なタイムスパン(タイミング)で収縮を行うように駆動制御を行う。こうすることで、人体の右心系の精密な再現を行うことができる世界で最初のシステムが具現化する。
尚、本発明に係る血液循環模擬装置は、人体の左心房収縮と左心室収縮と同等の収縮タイミング、および収縮力で、模擬心房と模擬心室を適切なタイムスパン(タイミング)で収縮を行うように駆動制御を行うこともできる。
つまり、本発明に係る血液循環模擬装置は、人体の右心系および/または左心系の精密な再現を行うことができる。
There is a pressure difference of 100 mmHg or more between the left atrium and the left ventricle, the mitral valve is passively closed with a large pressure difference, and the prosthetic valve behaves in the presence of mechanical pressure, whereas the right atrium and The pressure difference in the right ventricle is around 10 mmHg, and the complex pressure difference, fluid behavior, and blood flow vector determine the behavior of the tricuspid and pulmonary valves. Therefore, unlike the left heart system that behaves passively with a large pressure difference, the effect on the valve behavior due to contraction of the right atrium is significant.
The blood circulation simulation device according to the present invention is driven to contract the simulated atrium and simulated ventricle in an appropriate time span (timing) with contraction timing and contraction force equivalent to the right atrial contraction and right ventricular contraction of the human body. Take control. In this way, the first system in the world that can accurately reproduce the right heart system of the human body is realized.
The blood circulation simulation apparatus according to the present invention is configured to contract the simulated atrium and the simulated ventricle in an appropriate time span (timing) with contraction timing and contraction force equivalent to the left atrial contraction and the left ventricular contraction of the human body. It is also possible to perform drive control.
That is, the blood circulation simulation device according to the present invention can accurately reproduce the right heart system and / or the left heart system of the human body.

本発明の実施形態に係る血液循環模擬装置は、人体や動物などの血液循環器系を模擬した装置であり、模擬血液として、例えば、水、食塩水、血液の粘性を模擬したグリセリン溶液などの流体(液体)を、心臓の各構成要素を模擬した一つまたは複数のポンプにより循環流路を循環させるように構成されている。本実施形態では、血液循環模擬装置は、模擬心房として模擬右心房および模擬左心房、模擬心室として模擬右心室および模擬左心室、人工弁(模擬弁)、模擬動脈、模擬静脈、制御部などを有する。   A blood circulation simulation apparatus according to an embodiment of the present invention is an apparatus that simulates a blood circulatory system such as a human body or an animal. Examples of simulated blood include water, saline, and a glycerin solution that simulates the viscosity of blood. The fluid (liquid) is configured to circulate through the circulation channel by one or a plurality of pumps simulating each component of the heart. In this embodiment, the blood circulation simulation device includes a simulated right atrium and simulated left atrium as simulated atriums, a simulated right ventricle and simulated left ventricle as simulated ventricles, an artificial valve (simulated valve), a simulated artery, a simulated vein, and a control unit. Have.

模擬心房は、模擬心室の上流側に配置され、模擬血液を一時貯蔵する機能、比較的小型のポンプ機能などを有し、模擬血液を所定のタイミングで模擬心室へ吐出する。
模擬心室は模擬心房の下流側に配置され、比較的大型のポンプ機能などを有し、模擬心房からの模擬血液を所定のタイミングで模擬肺動脈や模擬大動脈に吐出する。
The simulated atrium is arranged upstream of the simulated ventricle, has a function of temporarily storing simulated blood, a relatively small pump function, and the like, and discharges simulated blood to the simulated ventricle at a predetermined timing.
The simulated ventricle is disposed downstream of the simulated atrium, has a relatively large pump function, and the like, and discharges simulated blood from the simulated atrium to the simulated pulmonary artery and the simulated aorta at a predetermined timing.

詳細には、血液循環模擬装置は、模擬心房としての模擬右心房11と、三尖弁を模擬した人工弁12(模擬弁)と、模擬心室としての模擬右心室13と、模擬右心室電磁弁51(空気弁)と、肺動脈弁を模擬した人工弁14(模擬弁)と、模擬肺動脈15と、流路抵抗部16と、模擬心房としての模擬左心房17と、僧帽弁(二尖弁)を模擬した人工弁18(模擬弁)と、模擬心室としての模擬左心室19と、模擬左心室電磁弁52(空気弁)と、大動脈弁を模擬した人工弁20(模擬弁)と、模擬大動脈21(大動脈モデル)と、流路抵抗部22と、模擬静脈23(静脈モデル、静脈圧タンク)と、パイプなどの循環流路としての流路31〜37と、駆動装置40(空気圧駆動装置など)と、制御部50と、センサ60〜69と、計測装置70と、などを有する。   Specifically, the blood circulation simulation apparatus includes a simulated right atrium 11 as a simulated atrium, an artificial valve 12 (simulated valve) that simulates a tricuspid valve, a simulated right ventricle 13 as a simulated ventricle, and a simulated right ventricular solenoid valve. 51 (air valve), artificial valve 14 simulating a pulmonary valve (simulated valve), simulated pulmonary artery 15, flow path resistance unit 16, simulated left atrium 17 as a simulated atrium, and mitral valve (bicuspid valve) ), A simulated left ventricle 19 as a simulated ventricle, a simulated left ventricular solenoid valve 52 (air valve), an artificial valve 20 (simulated valve) simulating an aortic valve, Aorta 21 (aortic model), flow path resistance unit 22, simulated vein 23 (venous model, venous pressure tank), flow paths 31 to 37 as circulation flow paths such as pipes, and drive device 40 (pneumatic drive device) Etc.), control unit 50, sensors 60-69, and measuring device With 0, and the like.

本実施形態では、模擬静脈23、模擬右心房11、人工弁12、模擬右心室13、模擬肺動脈15、模擬左心房17、模擬左心室19、模擬大動脈21などが順に循環流路を介して接続されており、それらの構成要素内で模擬血液を順に循環させるように、血液循環模擬装置が構成されている。   In the present embodiment, the simulated vein 23, the simulated right atrium 11, the artificial valve 12, the simulated right ventricle 13, the simulated pulmonary artery 15, the simulated left atrium 17, the simulated left ventricle 19, the simulated aorta 21 and the like are sequentially connected via the circulation channel. The blood circulation simulation device is configured so that the simulated blood is circulated in order within the constituent elements.

詳細には、模擬静脈23の流入口が流路37に連通するように接続されている。模擬静脈23の流出口が流路31に連通するように接続されている。流路31の下流側が模擬右心房11の流入口に連通するように接続されている。模擬右心房11の流出口が流路32に連通するように接続されている。流路32には模擬血液の流れを上流側から下流側へと規定する人工弁12が設けられている。   Specifically, the inflow port of the simulated vein 23 is connected so as to communicate with the flow path 37. The outlet of the simulated vein 23 is connected so as to communicate with the flow path 31. The downstream side of the flow path 31 is connected so as to communicate with the inlet of the simulated right atrium 11. The outlet of the simulated right atrium 11 is connected so as to communicate with the flow path 32. The flow path 32 is provided with an artificial valve 12 that regulates the flow of the simulated blood from the upstream side to the downstream side.

また、流路32の下流側に模擬右心室13が連通するように接続されている。模擬右心室13の下流側に流路33が連通するように接続されている。流路33には模擬血液の流れを上流側から下流側へと規定する人工弁14が設けられている。
流路33の下流側に模擬肺動脈15が連通するように接続されている。模擬肺動脈の下流側に流路34が連通するように接続されている。流路34には流路抵抗部16が設けられている。
Further, the simulated right ventricle 13 is connected to the downstream side of the flow path 32 so as to communicate therewith. A flow path 33 is connected to the downstream side of the simulated right ventricle 13 so as to communicate therewith. The channel 33 is provided with an artificial valve 14 that regulates the flow of the simulated blood from the upstream side to the downstream side.
The simulated pulmonary artery 15 is connected to the downstream side of the flow path 33 so as to communicate therewith. A flow path 34 is connected to communicate with the downstream side of the simulated pulmonary artery. The flow path resistance portion 16 is provided in the flow path 34.

流路34の下流側に模擬左心房17の流入口が連通するように接続されている。模擬左心房17の流出口に流路35が連通するように接続されている。流路35には模擬血液の流れを上流側から下流側へと規定する人工弁18が設けられている。
流路35の下流側に模擬左心室19の流入口が連通するように接続されている。模擬左心室19の流出口に流路36が連通するように接続されている。流路36には、模擬血液の流れを上流側から下流側へと規定する人工弁20が設けられている。
流路36の下流側に模擬大動脈21が連通するように設けられている。模擬大動脈21の下流側に流路37が連通するように接続されている。流路37には流路抵抗部22が設けられている。そして、上述したように、流路37の下流側に模擬静脈23が連通するように接続されている。
The inflow port of the simulated left atrium 17 is connected to the downstream side of the flow path 34 so as to communicate therewith. The flow path 35 is connected to the outflow port of the simulated left atrium 17 so as to communicate therewith. The flow path 35 is provided with an artificial valve 18 that regulates the flow of simulated blood from the upstream side to the downstream side.
An inflow port of the simulated left ventricle 19 is connected to the downstream side of the flow path 35 so as to communicate therewith. The flow path 36 is connected to the outflow port of the simulated left ventricle 19 so as to communicate therewith. The flow path 36 is provided with an artificial valve 20 that regulates the flow of the simulated blood from the upstream side to the downstream side.
The simulated aorta 21 communicates with the downstream side of the flow path 36. A flow path 37 is connected to the downstream side of the simulated aorta 21 so as to communicate therewith. The flow path resistance portion 22 is provided in the flow path 37. As described above, the simulated vein 23 is connected to the downstream side of the flow path 37 so as to communicate therewith.

流量センサや圧力センサなどのセンサ60〜69は、計測装置70に電気的に接続されている。計測装置70に接続された制御部50は、所定の箇所に設けられたセンサ60〜69からの圧力や流量などを示す信号に基づいて人工臓器などの試験を行うことができる。制御部50は、例えば、上記センサからの信号を表示部(不図示)に表示させる処理を行ってもよい。   Sensors 60 to 69 such as a flow sensor and a pressure sensor are electrically connected to the measuring device 70. The control unit 50 connected to the measuring device 70 can test an artificial organ or the like based on signals indicating pressure, flow rate, and the like from sensors 60 to 69 provided at predetermined locations. For example, the control unit 50 may perform a process of displaying a signal from the sensor on a display unit (not shown).

圧力センサ、流量センサ、液面センサなどのセンサ60〜69の設置位置の一例を説明する。
センサ60は模擬静脈23のタンクに設けられ、センサ61は流路31に設けられ、センサ62は流路32に設けられ、センサ63は流路33の人工弁14の上流側に設けられ、センサ64は流路33の人工弁14の下流側に設けられ、センサ65は流路34に設けられ、センサ66は流路35に設けられ、センサ67は流路36の人工弁20の上流側に設けられ、センサ68は流路36の人工弁20の下流側に設けられ、センサ69は流路37に設けられている。
An example of installation positions of sensors 60 to 69 such as a pressure sensor, a flow rate sensor, and a liquid level sensor will be described.
The sensor 60 is provided in the tank of the simulated vein 23, the sensor 61 is provided in the flow path 31, the sensor 62 is provided in the flow path 32, and the sensor 63 is provided on the upstream side of the artificial valve 14 in the flow path 33. 64 is provided on the downstream side of the artificial valve 14 in the flow path 33, the sensor 65 is provided in the flow path 34, the sensor 66 is provided in the flow path 35, and the sensor 67 is provided on the upstream side of the artificial valve 20 in the flow path 36. The sensor 68 is provided on the downstream side of the artificial valve 20 in the flow path 36, and the sensor 69 is provided in the flow path 37.

尚、センサ60〜69は上記形態に限られるものではなく、必要に応じて所望のセンサを設けてもよい。   The sensors 60 to 69 are not limited to the above-described embodiments, and a desired sensor may be provided as necessary.

上述した模擬右心房11、三尖弁を模擬した人工弁12、模擬右心室13、肺動脈弁を模擬した人工弁14、模擬肺動脈15、模擬左心房17、僧帽弁(二尖弁)を模擬した人工弁18、模擬左心室19、大動脈弁を模擬した人工弁20、模擬大動脈21、模擬静脈23(静脈モデル、静脈圧タンク)などは、取付部(不図示)を介して循環流路に対して着脱自在に構成されていてもよい。   The simulated right atrium 11, artificial valve 12 simulating tricuspid valve, simulated right ventricle 13, artificial valve 14 simulating pulmonary valve, simulated pulmonary artery 15, simulated left atrium 17, mitral valve (bicuspid valve) The artificial valve 18, the simulated left ventricle 19, the artificial valve 20 simulating the aortic valve, the simulated aorta 21, the simulated vein 23 (venous model, venous pressure tank), etc. are connected to the circulation channel via an attachment portion (not shown). On the other hand, it may be configured to be detachable.

圧縮エアタンクなどを備えたエア駆動装置などの駆動装置40から、模擬右心房11、模擬右心室13、模擬左心房17、模擬左心室19それぞれに、エア通路としての配管が接続されている。   Pipes as air passages are connected to the simulated right atrium 11, the simulated right ventricle 13, the simulated left atrium 17, and the simulated left ventricle 19 from a driving device 40 such as an air driving device equipped with a compressed air tank or the like.

本実施形態では、制御部50には駆動装置40や計測装置70が電気的に接続されている。また、制御部50には、模擬右心室13に設けられた模擬右心室電磁弁51が電気的に接続されている。また、制御部50には、模擬左心室19に設けられた模擬左心室電磁弁52が電気的に接続されている。   In the present embodiment, the driving device 40 and the measuring device 70 are electrically connected to the control unit 50. The control unit 50 is electrically connected to a simulated right ventricular solenoid valve 51 provided in the simulated right ventricle 13. In addition, a simulated left ventricular solenoid valve 52 provided in the simulated left ventricle 19 is electrically connected to the control unit 50.

次に、血液循環模擬装置の各構成要素について説明する。   Next, each component of the blood circulation simulation device will be described.

静脈を模した模擬静脈23は、模擬血液を貯蔵する静脈圧タンクであり、所定の量の模擬血液を貯蔵することができる。模擬静脈23であるタンクは、本実施形態では、上部に開口部を備えた容器であり、必要に応じて蓋部を設けることにより、密閉型のタンクとすることもできる。模擬静脈23のタンクに貯蔵される模擬血液の液面の高さや模擬血液の圧力は、静脈を模擬するように規定されている。   The simulated vein 23 simulating a vein is a venous pressure tank that stores simulated blood, and can store a predetermined amount of simulated blood. In the present embodiment, the tank that is the simulated vein 23 is a container having an opening at the top, and can be a sealed tank by providing a lid as necessary. The height of the simulated blood level stored in the tank of the simulated vein 23 and the pressure of the simulated blood are defined so as to simulate the vein.

図2は本発明の実施形態に係る模擬心房の一例を示す図である。詳細には、図2(a)は模擬心房の斜視図である。図2(b)は図2(a)に示した模擬心房の分解斜視図である。模擬心房としての模擬右心房11および模擬左心房17は、本実施形態では、略同じ構造を有する。以下、模擬右心房11について説明する。模擬左心房17については、模擬右心房11と略同じ構造であるので説明を省略する。   FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a simulated atrium according to an embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 2 (a) is a perspective view of a simulated atrium. FIG. 2B is an exploded perspective view of the simulated atrium shown in FIG. The simulated right atrium 11 and simulated left atrium 17 as simulated atriums have substantially the same structure in this embodiment. Hereinafter, the simulated right atrium 11 will be described. Since the simulated left atrium 17 has substantially the same structure as the simulated right atrium 11, description thereof is omitted.

模擬右心房11は、本実施形態では、駆動源としてエアを利用したエア駆動式ポンプである。尚、模擬心房の駆動源として気体や液体などの流体を採用してもよい。   In the present embodiment, the simulated right atrium 11 is an air-driven pump that uses air as a drive source. A fluid such as gas or liquid may be employed as a driving source for the simulated atrium.

模擬右心房11は、凸状部材11b,筒状部材11f,凹状部材11hなどのハウジングと、ハウジング内を空気室と模擬血液を一時的に貯蔵する液体室に区画する弾性のダイヤフラム11dと、ハウジングに設けられ、液体室に連通する模擬血液の流入口11sおよび流出口11tと、空気室に連通する給排気口11kと、などを有する。また、模擬右心房11は、リング部材11a、ダイヤフラム11d、リング形状のシール部材11c,11e,11gなどを有する。   The simulated right atrium 11 includes a housing such as a convex member 11b, a cylindrical member 11f, and a concave member 11h, an elastic diaphragm 11d that divides the housing into an air chamber and a liquid chamber that temporarily stores simulated blood, and a housing. And a simulated blood inlet 11s and outlet 11t communicating with the liquid chamber, an air supply / exhaust port 11k communicating with the air chamber, and the like. The simulated right atrium 11 includes a ring member 11a, a diaphragm 11d, ring-shaped seal members 11c, 11e, and 11g.

リング部材11a、凸状部材11b、リング状のシール部材11c、ダイヤフラム11d、リング状のシール部材11e、筒状部材11f、シール部材11g、凹状部材11hが順に配置された状態で、ボルトなどの固定部材や接着剤などにより、上記各構成要素の周辺部付近を固定した構造となっている。   The ring member 11a, the convex member 11b, the ring-shaped seal member 11c, the diaphragm 11d, the ring-shaped seal member 11e, the cylindrical member 11f, the seal member 11g, and the concave member 11h are arranged in this order, and a bolt or the like is fixed. It has a structure in which the vicinity of each component is fixed by a member or an adhesive.

リング部材11a、凸状部材11b、筒状部材11f、凹状部材11hは、高分子樹脂材などの所定の材料により形成されている。   The ring member 11a, the convex member 11b, the cylindrical member 11f, and the concave member 11h are formed of a predetermined material such as a polymer resin material.

凸状部材11bは、周辺部にリング形状の平坦部と、平坦部内に設けられた凸部とを有し、平坦部と凸部とが一体形成されている。   The convex member 11b has a ring-shaped flat part in the peripheral part and a convex part provided in the flat part, and the flat part and the convex part are integrally formed.

シール部材11c,11e,11gは、例えば、フッ素樹脂などの樹脂材料により形成された、樹脂製シールリング(例えばePTFE(延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレン)シールリング)などからなる。   The seal members 11c, 11e, and 11g are made of, for example, a resin seal ring (for example, ePTFE (stretched porous polytetrafluoroethylene) seal ring) formed of a resin material such as a fluororesin.

ダイヤフラム11dは、ゴム系樹脂材料などの所定の材料により構成されており、例えば、ゴム製膜(Latex membraneなどのゴム製膜を採用することができる。ダイヤフラム11dは、本実施形態では、円板形状に形成され、弾性変形自在となっている。   The diaphragm 11d is made of a predetermined material such as a rubber-based resin material, and for example, a rubber film (a rubber film such as a Latex membrane) can be adopted. In the present embodiment, the diaphragm 11d is a disc. It is formed into a shape and is elastically deformable.

筒状部材11fは、略円筒形状で所定の高さの筒状本体部と、筒状本体部の側面に形成された流入口11sおよび流出口11tとを有する。
凹状部材11hは、周辺部にリング形状の平坦部と、平坦部内に設けられた凹部とを有し、平坦部と凹部とが一体形成されている。
The cylindrical member 11f includes a cylindrical main body having a substantially cylindrical shape and a predetermined height, and an inlet 11s and an outlet 11t formed on a side surface of the cylindrical main body.
The concave member 11h has a ring-shaped flat part in the peripheral part and a concave part provided in the flat part, and the flat part and the concave part are integrally formed.

上述したように、ダイヤフラム11dは、凸状部材11b,筒状部材11f,凹状部材11hなどのハウジング内を空気室と液体室に区画する。   As described above, the diaphragm 11d partitions the inside of the housing such as the convex member 11b, the cylindrical member 11f, and the concave member 11h into an air chamber and a liquid chamber.

空気室は、凸状部材11b、シール部材11c、ダイヤフラム11dに囲まれた空間である。液体室は、ダイヤフラム11d、シール部材11e、筒状部材11f、シール部材11g、凹状部材11hにより囲まれた空間である。液体室の容積は、模擬心室(模擬右心房や模擬左心房)について、模擬血液を一時貯蔵する容積に相当する。液体室は流入口11sと流出口11tに連通するように構成されている。
尚、本実施形態では、流入口11sと、筒状部材11fの中心と、流出口11tとが一直線上に位置するように構成されている。こうすることで、模擬心房は、流出口11tから模擬血液の脈流をスムーズに流出することができる。尚、流入口11sや流出口11tの配置はこの形態に限られるものではない。
The air chamber is a space surrounded by the convex member 11b, the seal member 11c, and the diaphragm 11d. The liquid chamber is a space surrounded by the diaphragm 11d, the seal member 11e, the cylindrical member 11f, the seal member 11g, and the concave member 11h. The volume of the liquid chamber corresponds to a volume for temporarily storing simulated blood in the simulated ventricle (simulated right atrium and simulated left atrium). The liquid chamber is configured to communicate with the inlet 11s and the outlet 11t.
In the present embodiment, the inflow port 11s, the center of the cylindrical member 11f, and the outflow port 11t are configured to be in a straight line. By doing so, the simulated atrium can smoothly flow out the pulsating flow of the simulated blood from the outflow port 11t. The arrangement of the inlet 11s and the outlet 11t is not limited to this form.

駆動制御手段としての駆動装置40および制御部50は、模擬心房としての模擬右心房11などの空気室へエアを給排気することにより、ダイヤフラム11dを変形させ、液体室の容積変化により模擬血液の脈流を流出口11tから吐出させる。   The drive device 40 and the control unit 50 as drive control means deform the diaphragm 11d by supplying and exhausting air to and from an air chamber such as the simulated right atrium 11 as a simulated atrium, and change the volume of the liquid chamber to simulate blood. A pulsating flow is discharged from the outlet 11t.

本実施形態では、模擬右心房11や模擬左心房17の液体室の容量が、模擬右心室13や模擬左心室19の液体室の容積よりも小さくなるように構成されている。
低圧力系の模擬右心房11に供給されるエアの圧力は、模擬左心房17に供給されるエアの圧力よりも小さい。つまり、模擬右心房11内の模擬血液の圧力は、模擬左心房17内の模擬血液の圧力よりも小さい。
また、模擬右心房11に供給されるエアの圧力は、模擬右心室13に供給されるエアの圧力よりも小さい。こうすることで、人体などの右心房や左心房を高精度に模擬した模擬心房や模擬心室を実現している。
心臓に関し、大きな圧力差で受動的に挙動する左心系とは異なり、右心房の収縮による弁の挙動に対する影響は大きくなる。そこで、本発明に係る血液循環模擬装置は、人体の右心房収縮と右心室収縮と同等の収縮タイミング、および収縮力で、模擬心房と模擬心室を、適切なタイムスパン(タイミング)で収縮を行うように制御を行う。また、本発明に係る血液循環模擬装置は、人体の左心房収縮、左心室収縮、右心房収縮、右心室収縮について同等の収縮タイミング、および収縮力で、模擬心房と模擬心室を、適切なタイムスパン(タイミング)で収縮を行うように制御を行う。
また、本発明に係る血液循環模擬装置は、人体の左心房収縮、左心室収縮、右心房収縮、右心室収縮について、人体の心臓の病状などを再現するように、模擬心房と模擬心室を、所定の収縮タイミング、および収縮力で収縮制御を行う。
In the present embodiment, the volume of the liquid chambers of the simulated right atrium 11 and the simulated left atrium 17 is configured to be smaller than the volume of the liquid chambers of the simulated right ventricle 13 and the simulated left ventricle 19.
The pressure of the air supplied to the low pressure system simulated right atrium 11 is smaller than the pressure of the air supplied to the simulated left atrium 17. That is, the pressure of the simulated blood in the simulated right atrium 11 is smaller than the pressure of the simulated blood in the simulated left atrium 17.
Further, the pressure of air supplied to the simulated right atrium 11 is smaller than the pressure of air supplied to the simulated right ventricle 13. By doing so, a simulated atrium and simulated ventricle that simulates the right atrium and the left atrium of a human body with high accuracy are realized.
With the heart, unlike the left heart system, which behaves passively with large pressure differences, the impact of the right atrial contraction on the valve behavior is significant. Therefore, the blood circulation simulation apparatus according to the present invention contracts the simulated atrium and the simulated ventricle in an appropriate time span (timing) with contraction timing and contraction force equivalent to the right atrial contraction and right ventricular contraction of the human body. Control as follows. In addition, the blood circulation simulation apparatus according to the present invention is configured to appropriately connect the simulated atrium and the simulated ventricle with the same contraction timing and contraction force for the left atrial contraction, left ventricular contraction, right atrial contraction, and right ventricular contraction. Control is performed so as to perform contraction at the pan (timing).
In addition, the blood circulation simulation device according to the present invention includes a simulated atrium and a simulated ventricle so as to reproduce the pathology of the human heart with respect to left atrial contraction, left ventricular contraction, right atrial contraction, and right ventricular contraction of the human body. Contraction control is performed with a predetermined contraction timing and contraction force.

模擬心室としての模擬右心室13および模擬左心室19は、本実施形態では、略同じ構造を有する。以下、模擬右心室13について説明する。   The simulated right ventricle 13 and the simulated left ventricle 19 as simulated ventricles have substantially the same structure in this embodiment. Hereinafter, the simulated right ventricle 13 will be described.

模擬右心室13は、本実施形態では、円筒形状の筒状部材と、筒状部材内に設けられたダイヤフラム13aと、を有する。ダイヤフラム13aは、略円錐形状で弾性を有し、変形自在となっている。このダイヤフラム13aは心室を模擬した形状となっている。筒状部材内はダイヤフラム13aにより液体室と空気室に区画されている。筒状部材の液体室には、模擬血液の流入口および流出口が設けられている。筒状部材の空気室には、駆動装置40に接続された配管が配置されている。また、筒状部材の空気室には、模擬右心室電磁弁51が設けられている。   In this embodiment, the simulated right ventricle 13 includes a cylindrical tubular member and a diaphragm 13a provided in the tubular member. The diaphragm 13a has a substantially conical shape, has elasticity, and is freely deformable. The diaphragm 13a has a shape simulating a ventricle. The inside of the cylindrical member is divided into a liquid chamber and an air chamber by a diaphragm 13a. The liquid chamber of the cylindrical member is provided with a simulated blood inlet and outlet. A pipe connected to the driving device 40 is arranged in the air chamber of the cylindrical member. A simulated right ventricular solenoid valve 51 is provided in the air chamber of the cylindrical member.

駆動制御手段としての制御部50および駆動装置40による、模擬右心室13の動作の一例を説明する。   An example of the operation of the simulated right ventricle 13 by the control unit 50 and the drive device 40 as drive control means will be described.

制御部50は、模擬右心室電磁弁51(空気弁)を閉状態とする。駆動装置40から模擬右心室13の空気室へ圧縮エアを供給した場合、ダイヤフラム13aが収縮して、液体室の容積が減少し、模擬血液が流出口から吐出される。
次に、駆動装置40は、模擬右心室13の空気室からエアを排気し、且つ、制御部50は、模擬右心室電磁弁51(空気弁)を開状態とする。すると、ダイヤフラム13aが拡張して、液体室の容積が増加し、模擬血液が流入口から液体室内に流入する。
The control unit 50 closes the simulated right ventricular solenoid valve 51 (air valve). When compressed air is supplied from the driving device 40 to the air chamber of the simulated right ventricle 13, the diaphragm 13a contracts, the volume of the liquid chamber decreases, and simulated blood is discharged from the outlet.
Next, the drive device 40 exhausts air from the air chamber of the simulated right ventricle 13, and the control unit 50 opens the simulated right ventricle electromagnetic valve 51 (air valve). Then, the diaphragm 13a expands, the volume of the liquid chamber increases, and the simulated blood flows into the liquid chamber from the inlet.

模擬左心室19については、模擬右心室13と略同じ構造であるので説明を省略する。模擬左心室19のダイヤフラム19aは、模擬右心室13のダイヤフラム13aに対応する。模擬左心室電磁弁52(空気弁)は、模擬右心室電磁弁51(空気弁)に対応する。   Since the simulated left ventricle 19 has substantially the same structure as the simulated right ventricle 13, a description thereof will be omitted. The diaphragm 19 a of the simulated left ventricle 19 corresponds to the diaphragm 13 a of the simulated right ventricle 13. The simulated left ventricular solenoid valve 52 (air valve) corresponds to the simulated right ventricular solenoid valve 51 (air valve).

三尖弁を模擬した人工弁12、肺動脈弁を模擬した人工弁14、僧帽弁(二尖弁)を模擬した人工弁18(模擬弁)、大動脈弁を模擬した人工弁20(模擬弁)は、上述したように循環流路の所定の位置に配置されている。人工弁としては、機械弁、生体弁などを挙げることができる。
機械弁は、金属や樹脂などの所定材料から形成されている。生体弁としては、ヒト以外の動物の心臓の一部分から形成された弁、自分以外のヒトの心臓の一部分から形成された弁、自分の心臓の部分から形成された弁などを挙げることができる。
尚、人工弁20は、三尖弁、二尖弁、一尖弁、および、ジェリーフィッシュ弁などであってもよい。
Artificial valve 12 simulating a tricuspid valve, artificial valve 14 simulating a pulmonary valve, artificial valve 18 simulating a mitral valve (bicuspid valve), artificial valve 20 simulating an aortic valve (simulated valve) Is arranged at a predetermined position of the circulation channel as described above. Examples of the artificial valve include a mechanical valve and a biological valve.
The mechanical valve is formed from a predetermined material such as metal or resin. Examples of the biological valve include a valve formed from a part of the heart of an animal other than a human, a valve formed from a part of a human heart other than itself, and a valve formed from a part of the own heart.
The artificial valve 20 may be a tricuspid valve, a bicuspid valve, a monocuspid valve, a jellyfish valve, or the like.

人工弁12は、例えば、模擬右心房11の内圧が模擬右心室13の内圧よりも高い場合、開状態となり、模擬右心房11の内圧が模擬右心室13の内圧より低い場合、閉状態となる。
さらに、右心房の形態を模した模擬右心房11の内部の模擬血液(流体)に関する流体力学の観点から、人工弁12の開放方向に流体の力のベクトルが働いた場合、模擬右心房11と模擬右心室13の圧力差が少なくても、人体の三尖弁と同様に、開放することもできる。このため、精密なシミュレーションが可能になる。
また、右心室の形態を模した模擬右心室13の内部の模擬血液(流体)に関する流体力学の観点から、人工弁12の閉鎖方向に流体の力のベクトルが働いた場合、人体の三尖弁と同様に、人工弁12を閉鎖することもできる。このため、精密なシミュレーションが可能になる。
For example, the artificial valve 12 is open when the internal pressure of the simulated right atrium 11 is higher than the internal pressure of the simulated right ventricle 13, and is closed when the internal pressure of the simulated right atrium 11 is lower than the internal pressure of the simulated right ventricle 13. .
Further, from the viewpoint of fluid dynamics related to simulated blood (fluid) inside the simulated right atrium 11 simulating the shape of the right atrium, when a fluid force vector acts in the opening direction of the artificial valve 12, the simulated right atrium 11 and Even if the pressure difference of the simulated right ventricle 13 is small, it can be opened in the same manner as the tricuspid valve of the human body. For this reason, a precise simulation becomes possible.
Further, from the viewpoint of fluid dynamics related to simulated blood (fluid) inside the simulated right ventricle 13 simulating the shape of the right ventricle, when a fluid force vector acts in the closing direction of the artificial valve 12, the tricuspid valve of the human body Similarly, the artificial valve 12 can be closed. For this reason, a precise simulation becomes possible.

人工弁14は、弁の上流側と下流側とで圧力差を生じた場合、または、人工弁14の開放方向に流体の力のベクトルが働いた場合に開状態となり、弁の上流側と下流側とで圧力差が消滅した場合、または、人工弁14の閉鎖方向に流体の力のベクトルが働いた場合に、閉状態となる。
人工弁18は、弁の上流側と下流側とで圧力差を生じた場合、または、人工弁18の開放方向に流体の力のベクトルが働いた場合に開状態となり、弁の上流側と下流側とで圧力差が消滅した場合、または人工弁18の閉鎖方向に流体の力のベクトルが働いた場合に閉状態となる。
人工弁20は、弁の上流側と下流側とで圧力差を生じた場合、または、人工弁20の開放方向に流体の力のベクトルが働いた場合に開状態となり、弁の上流側と下流側とで圧力差が消滅した場合、または、または人工弁20の閉鎖方向に流体の力のベクトルが働いた場合に閉状態となる。
The artificial valve 14 is opened when a pressure difference is generated between the upstream side and the downstream side of the valve, or when a force vector of fluid acts in the opening direction of the artificial valve 14, and the upstream side and the downstream side of the valve are opened. When the pressure difference disappears between the two sides, or when the force vector of the fluid acts in the closing direction of the artificial valve 14, the closed state is established.
The artificial valve 18 is opened when a pressure difference occurs between the upstream side and the downstream side of the valve, or when a fluid force vector acts in the opening direction of the artificial valve 18, and the upstream side and the downstream side of the valve. When the pressure difference disappears between the two sides, or when the fluid force vector acts in the closing direction of the artificial valve 18, the closed state is established.
The artificial valve 20 is opened when a pressure difference occurs between the upstream side and the downstream side of the valve, or when a fluid force vector acts in the opening direction of the artificial valve 20, and the upstream side and the downstream side of the valve. When the pressure difference disappears between the two sides, or when the fluid force vector acts in the closing direction of the artificial valve 20, the closed state is established.

模擬肺動脈15、模擬大動脈21(大動脈モデル)は、例えば、繊維などの所定の材料で形成された筒状の部材である。詳細には、弾性ゴム、弾性プラスティックなどの弾性材料で構成された素材が該当する。   The simulated pulmonary artery 15 and the simulated aorta 21 (aortic model) are, for example, cylindrical members formed of a predetermined material such as fiber. In detail, the raw material comprised with elastic materials, such as elastic rubber and an elastic plastic, corresponds.

流路抵抗部16や流路抵抗部22は、模擬肺動脈15や模擬大動脈21(大動脈モデル)などの模擬動脈の下流側の流路に設けられている。流路抵抗部16,22は、通常の流路の断面積よりも小さい断面積の縮径部などを有する。縮径部は、所定の大きさの断面積とするように設定可能に構成されている。流路抵抗部16,22としては、例えば、ゲートバルブ、バタフライバルブ、流路分岐型の素材、などの各種バルブを採用することができる。   The channel resistance unit 16 and the channel resistance unit 22 are provided in a channel downstream of the simulated artery such as the simulated pulmonary artery 15 and the simulated aorta 21 (aorta model). The flow path resistance parts 16 and 22 have a reduced diameter part having a smaller cross-sectional area than that of a normal flow path. The reduced diameter portion is configured to be set so as to have a predetermined cross-sectional area. As the flow path resistance units 16 and 22, for example, various valves such as a gate valve, a butterfly valve, and a flow path branching type material can be employed.

駆動装置40は、例えば、圧縮エアタンク等を備えた空気圧駆動装置などであり、制御部50の制御により、模擬右心房11、模擬右心室13、模擬左心房17、模擬左心室19それぞれに、エア通路としての配管を介してエアの給気または排気を行う。   The drive device 40 is, for example, a pneumatic drive device provided with a compressed air tank or the like. Under the control of the control unit 50, each of the simulated right atrium 11, simulated right ventricle 13, simulated left atrium 17, and simulated left ventricle 19 Air is supplied or exhausted through a pipe as a passage.

計測装置70は、例えば、制御部50の制御により、各種センサ60〜69からの信号を受信し、制御部50に送信する。制御部50は、計測装置70からの信号に基づいて、血液循環模擬装置に取り付けられた人工臓器に関するデータ(例えば、流量データ、圧力データなど)を容易に取得することができる。   For example, the measurement device 70 receives signals from the various sensors 60 to 69 and transmits the signals to the control unit 50 under the control of the control unit 50. The control unit 50 can easily acquire data (for example, flow rate data, pressure data, etc.) regarding the artificial organ attached to the blood circulation simulation device based on the signal from the measurement device 70.

制御部50は、血液循環模擬装置の各構成要素を統括的に制御する。制御部50は、CPU、RAM、ROM、記憶装置、表示部、操作入力部などを備えるコンピュータなどにより構成されている。制御部50はプログラムを実行することにより、血液循環模擬装置に本発明に係る機能を実現させる。   The control unit 50 comprehensively controls each component of the blood circulation simulation device. The control unit 50 includes a computer having a CPU, RAM, ROM, storage device, display unit, operation input unit, and the like. The control unit 50 causes the blood circulation simulation device to realize the function according to the present invention by executing a program.

駆動制御手段としての駆動装置40および制御部50は、模擬心房の空気室へのエアの給排気により模擬心房のダイヤフラムを変形させ、模擬心房の液体室の容積変化により模擬血液の脈流を流出口から吐出させる制御を行う。
また、駆動制御手段は、模擬心房のダイヤフラムに対して第1の圧力でエア駆動を行い、所定時間経過後、模擬心室のダイヤフラムに対して第1の圧力よりも高い第2の圧力でエア駆動を行う制御を行う。こうすることで、血液循環系を高精度に模擬することができる。
The drive unit 40 and the control unit 50 as drive control means deform the diaphragm of the simulated atrium by supplying and exhausting air to and from the air chamber of the simulated atrium, and flow the simulated blood pulsating flow by changing the volume of the liquid chamber of the simulated atrium. Control to discharge from the outlet.
The drive control means performs air driving at a first pressure for the diaphragm of the simulated atrium, and after a predetermined time has elapsed, drives the air at a second pressure higher than the first pressure with respect to the diaphragm of the simulated ventricle. Control to perform. By doing so, the blood circulation system can be simulated with high accuracy.

次に、一般的な成人の血液循環系を模擬した場合、本発明の実施形態に係る血液循環模擬装置において、各構成要素における模擬血液の圧力の一例を説明する。   Next, an example of the pressure of simulated blood in each component in the blood circulation simulation apparatus according to the embodiment of the present invention when a general adult blood circulation system is simulated will be described.

模擬右心房11内の圧力は、2〜8mmHgである。
模擬右心室13内の圧力は、15〜30mmHg(拡張期圧)、2〜8mmHg(収縮期圧)である。
模擬左心房17の圧力は、2〜18mmHgである。
模擬左心室19の圧力は、18〜30mmHg(拡張期圧)、80〜200mmHg(収縮期圧)である。
模擬肺動脈15の管内の圧力は、2〜8mmHg(拡張期圧)、15〜200mmHg(収縮期圧)である。
模擬大動脈21の管内の圧力は、80〜200mmHg(拡張期圧)、80〜200mmHg(収縮期圧)である。
尚、ロータリー型人工心臓では脈圧がなくなる。また、高血圧の患者は約200mmHgである。
但し、1mmHgは約133.3224Pa(パスカル)である。
The pressure in the simulated right atrium 11 is 2-8 mmHg.
The pressure in the simulated right ventricle 13 is 15 to 30 mmHg (diastolic pressure) and 2 to 8 mmHg (systolic pressure).
The pressure of the simulated left atrium 17 is 2 to 18 mmHg.
The pressure of the simulated left ventricle 19 is 18 to 30 mmHg (diastolic pressure) and 80 to 200 mmHg (systolic pressure).
The pressure in the tube of the simulated pulmonary artery 15 is 2 to 8 mmHg (diastolic pressure) and 15 to 200 mmHg (systolic pressure).
The pressure in the tube of the simulated aorta 21 is 80 to 200 mmHg (diastolic pressure) and 80 to 200 mmHg (systolic pressure).
Note that pulse pressure is lost in a rotary artificial heart. Moreover, the patient of hypertension is about 200 mmHg.
However, 1 mmHg is about 133.3224 Pa (pascal).

駆動制御手段としての駆動装置40および制御部50は、血液循環模擬装置の各構成要素での模擬血液の圧力を上述した値となるように駆動制御を行う。   The drive device 40 and the control unit 50 as drive control means perform drive control so that the pressure of the simulated blood in each component of the blood circulation simulation device becomes the value described above.

また、模擬右心房11と模擬右心室13の間の流路内の圧力は1〜20mmHgである。
模擬右心室13と模擬肺動脈15の間の流路内の圧力が5〜40mmHgである。
模擬左心房17と模擬左心室19の間の流路内の圧力が20〜200mmHgである。
模擬左心室19と模擬大動脈21の間の流路内の圧力が20〜200mmHgである。
Moreover, the pressure in the flow path between the simulated right atrium 11 and the simulated right ventricle 13 is 1 to 20 mmHg.
The pressure in the flow path between the simulated right ventricle 13 and the simulated pulmonary artery 15 is 5 to 40 mmHg.
The pressure in the flow path between the simulated left atrium 17 and the simulated left ventricle 19 is 20 to 200 mmHg.
The pressure in the flow path between the simulated left ventricle 19 and the simulated aorta 21 is 20 to 200 mmHg.

<動作の一例>
図3は自然心臓と血液循環模擬装置としての模擬心臓モデルの動作の一例を示す図である。
詳細には、図3(a)〜図3(e)は自然心臓に関する図であり、具体的には、図3(a)は心房収縮、図3(b)は等容性収縮、図3(c)は急速心室駆出/緩徐心室駆出、図3(d)は等容性弛緩、図3(e)は急速心室充満/緩徐心室充満をそれぞれ示す図である。
人体の心臓は、図3(a)〜図3(e)に示すように、心房収縮、等容性収縮、急速心室駆出/緩徐心室駆出、等容性弛緩、急速心室充満/緩徐心室充満を順に繰り返す動作を行う。
<Example of operation>
FIG. 3 is a diagram showing an example of the operation of a simulated heart model as a natural heart and blood circulation simulator.
Specifically, FIGS. 3A to 3E are diagrams relating to the natural heart. Specifically, FIG. 3A is an atrial contraction, FIG. 3B is an isovolumetric contraction, and FIG. (C) is rapid ventricular ejection / slow ventricular ejection, FIG. 3 (d) is an isovolumetric relaxation, and FIG. 3 (e) is a diagram illustrating rapid ventricular filling / slow ventricular filling.
As shown in FIGS. 3 (a) to 3 (e), the human heart is composed of atrial contraction, isovolumetric contraction, rapid ventricular ejection / slow ventricular ejection, isovolumetric relaxation, rapid ventricular filling / slow ventricle. The operation is repeated in order.

図3(f)〜図3(j)は模擬心臓(モデル)に関する図であり、具体的には、図3(f)は模擬心房、図3(g)は等容性収縮、図3(h)は急速心室駆出/緩徐心室駆出、図3(i)は等容性弛緩(心室モデル)、図3(j)は急速心室充満/緩徐心室充満をそれぞれ示す図である。   3 (f) to 3 (j) are diagrams relating to a simulated heart (model). Specifically, FIG. 3 (f) is a simulated atrium, FIG. 3 (g) is an isovolumetric contraction, and FIG. h) shows rapid ventricular ejection / slow ventricular ejection, FIG. 3 (i) shows isovolumetric relaxation (ventricular model), and FIG. 3 (j) shows rapid ventricular filling / slow ventricular filling.

本発明に係る血液循環模擬装置において、駆動制御手段としての駆動装置40および制御部50は、模擬心房の空気室へのエアの給排気により模擬心房のダイヤフラムを変形させ、模擬心房の液体室の容積変化により模擬血液の脈流を流出口から吐出させる制御を行う。また、駆動制御手段は、模擬心房のダイヤフラムに対して第1の圧力でエア駆動を行い、所定時間経過後、模擬心室のダイヤフラムに対して第1の圧力よりも高い第2の圧力でエア駆動を行う制御を行う。
また、本発明に係る血液循環模擬装置の駆動制御手段としての駆動装置40および制御部50は、図3(f)〜図3(j)に示すように、心房収縮、等容性収縮、急速心室駆出/緩徐心室駆出、等容性弛緩、急速心室充満/緩徐心室充満を順に繰り返すように、各構成要素を所定のタイミングで制御を行う。
In the blood circulation simulation device according to the present invention, the drive device 40 and the control unit 50 as drive control means deform the diaphragm of the simulated atrium by supplying and exhausting air to the air chamber of the simulated atrium, and the liquid chamber of the simulated atrium Control is performed to discharge the pulsating flow of the simulated blood from the outlet by changing the volume. The drive control means performs air driving at a first pressure for the diaphragm of the simulated atrium, and after a predetermined time has elapsed, drives the air at a second pressure higher than the first pressure with respect to the diaphragm of the simulated ventricle. Control to perform.
Further, as shown in FIGS. 3 (f) to 3 (j), the drive device 40 and the control unit 50 as the drive control means of the blood circulation simulation device according to the present invention have an atrial contraction, an isovolumetric contraction, a rapid contraction. Each component is controlled at a predetermined timing so as to sequentially repeat ventricular ejection / slow ventricular ejection, isovolumetric relaxation, rapid ventricular filling / slow ventricular filling.

図4は心臓の左右心房、左右心室の圧力の時間変化を示す図である。詳細には、図4(a)は心臓の模式図、図4(b)は大動脈圧、左心圧、右室圧、左房圧、右房圧の時間変化の一例を示す図である。
図4(b)において、横軸に時間を示し、縦軸に圧力を示す。また、図4(b)において、左室圧(左心室の圧力)を太い実線で示し、右室圧(右心室の圧力)を一点鎖線で示し、左房圧(左房室の圧力)を破線で示し、右房圧(右房室の圧力)を二点鎖線で示し、大動脈圧を細い実線で示す。
FIG. 4 is a diagram showing temporal changes in pressure in the left and right atria and left and right ventricles of the heart. Specifically, FIG. 4 (a) is a schematic diagram of the heart, and FIG. 4 (b) is a diagram showing an example of temporal changes in aortic pressure, left heart pressure, right ventricular pressure, left atrial pressure, and right atrial pressure.
In FIG.4 (b), time is shown on a horizontal axis and a pressure is shown on a vertical axis | shaft. 4B, the left ventricular pressure (left ventricular pressure) is indicated by a thick solid line, the right ventricular pressure (right ventricular pressure) is indicated by a one-dot chain line, and the left atrial pressure (left atrial chamber pressure) is It is indicated by a broken line, right atrial pressure (right atrial chamber pressure) is indicated by a two-dot chain line, and aortic pressure is indicated by a thin solid line.

人体の心臓において、左室圧および右室圧の急激な上昇の前に、左心房の収縮および右心房の収縮により、房圧および右房圧が上昇する。
本発明に係る血液循環模擬装置の駆動制御手段としての駆動装置40および制御部50は、例えば、図4に示した人体の心臓の各心房や各心室の圧力変化を再現するように、模擬心房(模擬左心房、模擬右心房)のダイヤフラムに対して第1の圧力でエア駆動を行い、所定時間経過後、模擬心室(模擬左心室、模擬右心室)のダイヤフラムに対して第1の圧力よりも高い第2の圧力でエア駆動を行う制御を行う。
このように、本発明に係る血液循環模擬装置は、模擬左心室の左室圧および模擬右心室の右室圧の急激な上昇の前に、所定のタイミングで、模擬左心房および模擬右心房に対して、所定の収縮力で収縮を行うことにより、人体の心臓を高精度に模擬することができる。
In the human heart, the atrial pressure and the right atrial pressure are increased by the contraction of the left atrium and the contraction of the right atrium before the rapid increase in the left and right ventricular pressures.
The drive device 40 and the control unit 50 as the drive control means of the blood circulation simulation device according to the present invention, for example, simulate the pressure change in each atrium or each ventricle of the human heart shown in FIG. Air is driven at a first pressure to the diaphragms of the simulated left atrium and the simulated right atrium, and after a predetermined time, the diaphragm is moved from the first pressure to the diaphragm of the simulated ventricle (simulated left ventricle, simulated right ventricle). The control is performed to drive the air with a high second pressure.
As described above, the blood circulation simulation device according to the present invention is applied to the simulated left atrium and the simulated right atrium at a predetermined timing before the left ventricular pressure of the simulated left ventricle and the right ventricular pressure of the simulated right ventricle are suddenly increased. On the other hand, by performing contraction with a predetermined contraction force, the human heart can be simulated with high accuracy.

図5は模擬右心房11と模擬右心室13を備えた血液循環模擬装置の一例を示す図である。図6は模擬右心房11と模擬右心室13を備えた血液循環模擬装置の一例を示す写真である。本実施形態に係る血液循環模擬装置は、右心系の血液循環系を模擬した例である。詳細には、本実施形態の血液循環模擬装置は、図1に示した血液循環模擬装置から模擬左心房、模擬左心室などを取り除いた構成となっている。   FIG. 5 is a diagram showing an example of a blood circulation simulation apparatus including a simulated right atrium 11 and a simulated right ventricle 13. FIG. 6 is a photograph showing an example of a blood circulation simulation apparatus provided with a simulated right atrium 11 and a simulated right ventricle 13. The blood circulation simulation device according to the present embodiment is an example of simulating a right heart blood circulation system. Specifically, the blood circulation simulation device of this embodiment has a configuration in which the simulated left atrium, simulated left ventricle, and the like are removed from the blood circulation simulation device shown in FIG.

具体的には、図5に示した血液循環模擬装置は、模擬右心房11と、人工弁12と、模擬右心室13と、模擬右心室電磁弁51(空気弁)と、人工弁14(模擬弁)と、模擬肺動脈15と、流路抵抗部22と、模擬静脈23(静脈モデル、静脈圧タンク)と、パイプなどの循環流路としての流路31〜33,341と、駆動装置40(空気圧駆動装置など)と、制御部50と、センサ60〜65,69と、計測装置70と、などを有する。
図6において、模擬右心室13と計測対象の人工弁14との間に設けたセンサ63は血流センサである。
Specifically, the blood circulation simulation apparatus shown in FIG. 5 includes a simulated right atrium 11, an artificial valve 12, a simulated right ventricle 13, a simulated right ventricular solenoid valve 51 (air valve), and an artificial valve 14 (simulated). Valve), simulated pulmonary artery 15, flow path resistance unit 22, simulated vein 23 (venous model, venous pressure tank), flow paths 31 to 33, 341 as circulation flow paths such as pipes, and drive device 40 ( A pneumatic drive device), a control unit 50, sensors 60 to 65, 69, a measuring device 70, and the like.
In FIG. 6, a sensor 63 provided between the simulated right ventricle 13 and the artificial valve 14 to be measured is a blood flow sensor.

模擬肺動脈15の下流側に流路341が連通するように接続されている。流路341には流路抵抗部16が設けられている。流路341の下流側には流路抵抗部22を介して流路37が連通自在に設けられており、流路37が模擬静脈23に接続されている。
本実施形態の血液循環模擬装置の他の構成要素については、図1に示した血液循環模擬装置と略同じ構成であるので、説明を省略する。
A flow path 341 is connected to the downstream side of the simulated pulmonary artery 15 so as to communicate therewith. A flow path resistance unit 16 is provided in the flow path 341. A flow path 37 is provided on the downstream side of the flow path 341 through the flow path resistance portion 22 so as to be freely communicated, and the flow path 37 is connected to the simulated vein 23.
The other components of the blood circulation simulation device of this embodiment are substantially the same as those of the blood circulation simulation device shown in FIG.

本実施形態の血液循環模擬装置は、右心系の血液循環系を模擬したものであり、左心系の血液循環系と比較して、模擬右心房11および模擬右心室13での模擬血液の圧力が低く設定されており、全体として低圧系となっている。このため右心系の血液循環系を高精度に模擬する血液循環模擬装置を提供することができる。
また、右心系の人工弁や人工血管などの人工臓器などを、この血液循環模擬装置に取り付け、その人工臓器に対する試験を容易に客観的に行うことができる血液循環模擬装置を提供することができる。
The blood circulation simulation device of the present embodiment simulates the blood circulation system of the right heart system. Compared with the blood circulation system of the left heart system, the blood circulation simulation apparatus of the simulated right atrium 11 and the simulation right ventricle 13 The pressure is set low, and the entire system is a low pressure system. Therefore, it is possible to provide a blood circulation simulation device that simulates the blood circulation system of the right heart system with high accuracy.
Also, it is possible to provide a blood circulation simulation device that can attach an artificial organ such as a right heart artificial valve or an artificial blood vessel to the blood circulation simulation device and can easily and objectively test the artificial organ. it can.

また、図に示した血液循環模擬装置において、模擬静脈23は2つの貯水タンクと、その貯水タンクを連通する管が設けられている。   Further, in the blood circulation simulation apparatus shown in the figure, the simulated vein 23 is provided with two water storage tanks and a pipe communicating the water storage tanks.

図7は模擬左心房17と模擬左心室19などを備えた血液循環模擬装置の一例を示す図である。本実施形態の血液循環模擬装置は、左心系の血液循環系を模擬した例である。詳細には、図7に示した血液循環模擬装置は、図1に示した血液循環模擬装置から模擬右心房、模擬右心室などを取り除いた構成となっている。   FIG. 7 is a diagram showing an example of a blood circulation simulation apparatus including a simulated left atrium 17 and a simulated left ventricle 19. The blood circulation simulation device of this embodiment is an example that simulates the blood circulation system of the left heart system. Specifically, the blood circulation simulation apparatus shown in FIG. 7 has a configuration in which the simulated right atrium, the simulated right ventricle, and the like are removed from the blood circulation simulation apparatus shown in FIG.

具体的には、図7に示した血液循環模擬装置は、流路抵抗部16と、模擬心房としての模擬左心房17と、僧帽弁(二尖弁)を模擬した人工弁18(模擬弁)と、模擬心室としての模擬左心室19と、模擬左心室電磁弁52(空気弁)と、大動脈弁を模擬した人工弁20(模擬弁)と、模擬大動脈21(大動脈モデル)と、流路抵抗部22と、模擬静脈23(静脈モデル、静脈圧タンク)と、パイプなどの循環流路としての流路311,34〜37と、駆動装置40(空気圧駆動装置など)と、制御部50と、センサ60〜69と、計測装置70と、などを有する。   Specifically, the blood circulation simulator shown in FIG. 7 includes a flow path resistance unit 16, a simulated left atrium 17 as a simulated atrium, and an artificial valve 18 (simulated valve) that simulates a mitral valve (bicuspid valve). ), A simulated left ventricle 19 as a simulated ventricle, a simulated left ventricular solenoid valve 52 (air valve), an artificial valve 20 (simulated valve) simulating an aortic valve, a simulated aorta 21 (aortic model), and a flow path A resistance unit 22, a simulated vein 23 (vein model, venous pressure tank), flow paths 311 and 34 to 37 as circulation flow paths such as pipes, a drive device 40 (pneumatic drive device, etc.), and a control unit 50 , Sensors 60 to 69, a measuring device 70, and the like.

模擬静脈23の下流側に流路311が接続されている。流路311にはセンサ61が備えられている。流路311の下流側に流路抵抗部16を介して流路34が接続されている。本実施形態の血液循環模擬装置の他の構成要素については、図1に示した血液循環模擬装置と略同じ構成であるので、説明を省略する。   A flow path 311 is connected to the downstream side of the simulated vein 23. A sensor 61 is provided in the flow path 311. A flow path 34 is connected to the downstream side of the flow path 311 via the flow path resistance portion 16. The other components of the blood circulation simulation device of this embodiment are substantially the same as those of the blood circulation simulation device shown in FIG.

本実施形態の血液循環模擬装置は、左心系の血液循環系を模擬したものであり、右心系の血液循環系と比較して、模擬左心房17および模擬左心室19での模擬血液の圧力が高く設定されており、全体として高圧系となっている。このため左心系の血液循環系を高精度に模擬する血液循環模擬装置を提供することができる。
また、左心系の人工弁や人工血管などの人工臓器などを、この血液循環模擬装置に取り付け、その人工臓器に対する試験を容易に客観的に行うことができる血液循環模擬装置を提供することができる。
The blood circulation simulation apparatus according to the present embodiment simulates the blood circulation system of the left heart system. Compared with the blood circulation system of the right heart system, the blood circulation simulation apparatus of the simulated left atrium 17 and the simulated left ventricle 19 The pressure is set high, and the whole is a high pressure system. Therefore, it is possible to provide a blood circulation simulation device that simulates the blood circulation system of the left heart system with high accuracy.
Also, it is possible to provide a blood circulation simulation device in which an artificial organ such as a left heart artificial valve or an artificial blood vessel is attached to the blood circulation simulation device, and a test on the artificial organ can be easily and objectively performed. it can.

図8は回転ポンプ式の人工心臓を取り付けた血液循環模擬装置の一例を示す写真である。図9は回転ポンプ式の人工心臓を取り付けた血液循環模擬装置の一例を示す図である。
図8、図9に示したように、本実施形態の血液循環模擬装置には、回転ポンプ式人工心臓191(回転式人工心臓)が取り付けられている。具体的には、回転ポンプ式人工心臓191は、模擬左心室19の代わりにその位置に設けられている。尚、回転ポンプ式人工心臓は、模擬右心室13の代わりに設けられてもよい。また、模擬左心室19および模擬右心室13それぞれを回転ポンプ式人工心臓に置き換えてもよい。
回転ポンプ式の人工心臓を血液循環模擬装置に取り付けた場合、模擬血液は脈流ではなく、連続流となる。
FIG. 8 is a photograph showing an example of a blood circulation simulation apparatus equipped with a rotary pump type artificial heart. FIG. 9 is a diagram showing an example of a blood circulation simulation apparatus to which a rotary pump type artificial heart is attached.
As shown in FIGS. 8 and 9, a rotary pump artificial heart 191 (rotary artificial heart) is attached to the blood circulation simulation device of this embodiment. Specifically, the rotary pump artificial heart 191 is provided at that position instead of the simulated left ventricle 19. The rotary pump artificial heart may be provided instead of the simulated right ventricle 13. Further, each of the simulated left ventricle 19 and the simulated right ventricle 13 may be replaced with a rotary pump type artificial heart.
When a rotary pump type artificial heart is attached to a blood circulation simulator, the simulated blood is not a pulsating flow but a continuous flow.

血液循環模擬装置に模擬血液の連続流を吐出する回転ポンプ式人工心臓を取り付けた場合であっても、回転ポンプ式人工心臓に対する試験を容易に客観的に行うことができる血液循環模擬装置を提供することができる。   Provided a blood circulation simulator that can easily and objectively test a rotary pump artificial heart even when a rotary pump artificial heart that discharges a continuous flow of simulated blood is attached to the blood circulation simulator can do.

<実験>
本願発明者は、本発明に係る血液循環模擬装置の効果を確認するために実験を行った。
図10は動物の心臓の左右心室を取り除き、左右心房に回転ポンプを接続する接続部を露出させた状態の一例を示す図である。図11は動物実験で計測された左心房収縮に関する圧容量曲線の一例を示すグラフである。図11において、横軸に左心房内の容積を示し、縦軸に左心房内の圧力を示す。
図10において、左右心室を取り除いた動物の心臓に、大動脈送血部81、肺動脈送血部82が取り付けられている。また、左心房83に接続部85が設けられ、右心房84に接続部86が設けられている。
接続部85は、左心房83と連通するように設けられ、模擬左心室(ポンプ)の入力側に接続される。
接続部86は、右心房84と連通するように設けられ、模擬右心室(ポンプ)の入力側に接続される。
<Experiment>
The inventor of the present application conducted an experiment to confirm the effect of the blood circulation simulation device according to the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing an example of a state in which the left and right ventricles of the animal's heart are removed, and the connection portion connecting the rotary pump to the left and right atrium is exposed. FIG. 11 is a graph showing an example of a pressure capacity curve related to left atrial contraction measured in an animal experiment. In FIG. 11, the horizontal axis shows the volume in the left atrium, and the vertical axis shows the pressure in the left atrium.
In FIG. 10, an aortic blood supply part 81 and a pulmonary artery blood supply part 82 are attached to the heart of an animal from which the left and right ventricles are removed. In addition, a connection portion 85 is provided in the left atrium 83 and a connection portion 86 is provided in the right atrium 84.
The connecting portion 85 is provided so as to communicate with the left atrium 83 and is connected to the input side of the simulated left ventricle (pump).
The connecting portion 86 is provided so as to communicate with the right atrium 84 and is connected to the input side of the simulated right ventricle (pump).

詳細には、図11は、詳細には、動物の右心房または左心房の血液の流量値に基づいて、右心房または左心房の容積を算出し、その容積値と、右心房または左心房の圧力値とをプロットしている。また、図11に示した直線に関し、収縮期末圧容積関係の勾配が心房の最大弾性率(Emax)を示す。この指標で心機能の変力作用程度を定量することができる。
具体的な計算方法を簡単に説明する。心房の拍動に関し、心房の血液の流量値および心房の圧力値を測定し、例えば図11に示すようにプロットし、心房の心拍による曲線の左肩の点に注目する。そして、所定回数のサイクル(複数の心拍)で得られる、上記曲線の右肩の点に対応する複数の点について、回帰直線を算出する。
Specifically, FIG. 11 shows details of calculating the volume of the right atrium or the left atrium based on the blood flow value of the right atrium or the left atrium of the animal, and the volume value of the right atrium or the left atrium. The pressure value is plotted. Moreover, regarding the straight line shown in FIG. 11, the gradient of the end-systolic pressure-volume relationship indicates the maximum elastic modulus (Emax) of the atrium. With this index, the inotropic effect of cardiac function can be quantified.
A specific calculation method will be briefly described. For atrial beats, the atrial blood flow value and atrial pressure value are measured and plotted, for example, as shown in FIG. 11, and the point on the left shoulder of the atrial heartbeat curve is noted. Then, a regression line is calculated for a plurality of points corresponding to the right shoulder point of the curve obtained in a predetermined number of cycles (a plurality of heartbeats).

図12は図8に示した血液循環模擬装置における心房収縮の圧容量曲線の一例を示すグラフである。図12において、横軸に左心房内の容積を示し、縦軸に左心房内の圧力を示す。また、図12に示した直線に関し、収縮期末圧容積関係の勾配Emaxが心房の最大弾性率を示す。
詳細には、図12は、図8に示した模擬左心房17に関して、圧力・容積計測を行った結果を示している。詳細には、模擬左心房17に設けた流量計による流量値に基づいて、模擬左心房17の容積を算出し、その容積値と模擬左心房17に設けた圧力センサによる計測値(圧力値)とをプロットしている。具体的には、図12は、動物実験で計測された心房収縮の圧容量解析の時系列結果による弾性率変化に基づいて構築した血液循環模擬装置における、心房収縮の圧容量曲線の一例である。
FIG. 12 is a graph showing an example of a pressure capacity curve of atrial contraction in the blood circulation simulator shown in FIG. In FIG. 12, the horizontal axis shows the volume in the left atrium, and the vertical axis shows the pressure in the left atrium. Further, regarding the straight line shown in FIG. 12, the gradient Emax related to the end-systolic pressure-volume represents the maximum elastic modulus of the atrium.
Specifically, FIG. 12 shows the result of pressure / volume measurement for the simulated left atrium 17 shown in FIG. Specifically, the volume of the simulated left atrium 17 is calculated based on the flow rate value provided by the flow meter provided in the simulated left atrium 17, and the volume value and the measured value (pressure value) by the pressure sensor provided in the simulated left atrium 17 are calculated. And plot. Specifically, FIG. 12 is an example of a pressure capacity curve of atrial contraction in a blood circulation simulation device constructed based on a change in elastic modulus based on a time series result of pressure capacity analysis of atrial contraction measured in an animal experiment. .

図11、図12に示したように、血液循環模擬装置は、具体的には、例えば、心房及び心室の、収縮の陽圧、陰圧、収縮時間、収縮のタイミングなどの各種パラメータを調整することにより、動物実験による圧容量曲線を再現することができる。
また、血液循環模擬装置において、例えば、模擬心房や模擬心室の容量、圧力変化、弾性率を所定の値に設定することで、様々な状態の血液循環系を高精度に再現することができる。
このため、病気の患者さんの状態に応じた弾性率変化を高精度に再現することができる血液循環模擬装置を提供することができる。
また、生体の循環系を模擬した精密な弾性率シミュレートが可能になり、人工臓器開発に益することができる。
As shown in FIG. 11 and FIG. 12, the blood circulation simulator specifically adjusts various parameters such as positive pressure of contraction, negative pressure, contraction time, and timing of contraction of the atrium and ventricle. As a result, the pressure-capacity curve obtained by animal experiments can be reproduced.
In the blood circulation simulation apparatus, for example, by setting the volume, pressure change, and elastic modulus of the simulated atrium or simulated ventricle to predetermined values, blood circulation systems in various states can be reproduced with high accuracy.
Therefore, it is possible to provide a blood circulation simulation device that can accurately reproduce a change in elastic modulus according to the state of a sick patient.
In addition, precise elastic modulus simulation simulating the circulatory system of a living body becomes possible, which can be beneficial for artificial organ development.

以上、説明したように、本発明に係る模擬心房を備える血液循環模擬装置は、循環流路内で模擬血液を循環させるように構成されている。
この血液循環模擬装置は、循環流路に設けられ、模擬血液を貯蔵する模擬静脈23と、模擬静脈23の下流側に設けられた模擬心房としての模擬右心房11と、模擬右心房11の下流側に設けられ、模擬血液の流れを規制する右心系の第1の人工弁(人工弁12)と、第1の人工弁の下流側に設けられた模擬心室としての模擬右心室13と、模擬右心室13の下流側に設けられ、模擬血液の流れを規制する右心系の第2の人工弁(人工弁14)と、第2の人工弁(人工弁14)の下流側に設けられた模擬肺動脈15と、模擬肺動脈15の下流側に設けられた模擬心房としての模擬左心房17と、模擬左心房17の下流側に設けられ、模擬血液の流れを規制する左心系の第3の人工弁(人工弁18)と、第3の人工弁の下流側に設けられた模擬心室としての模擬左心室19と、模擬左心室19の下流側に設けられ、模擬血液の流れを規制する左心系の第4の人工弁(人工弁20)と、第4の人工弁の下流側に設けられ、循環流路を介して模擬静脈23に連通する模擬大動脈21と、を有する。
模擬右心房11や模擬左心房17などの模擬心房は、ハウジングと、ハウジング内を空気室と液体室に区画する弾性のダイヤフラムと、ハウジングに設けられ、液体室に連通する模擬血液の流入口および流出口と、を備える。
そして、血液循環模擬装置は、模擬心房の空気室へのエアの給排気によりダイヤフラムを変形させ、模擬心房の液体室の容積変化により模擬血液の脈流を流出口から吐出させる駆動制御手段(駆動装置40および制御部50)を有する。
As described above, the blood circulation simulation apparatus including the simulated atrium according to the present invention is configured to circulate simulated blood in the circulation channel.
This blood circulation simulation device is provided in a circulation flow path, stores a simulated vein 23 for storing simulated blood, a simulated right atrium 11 as a simulated atrium provided downstream of the simulated vein 23, and a downstream of the simulated right atrium 11. A first artificial valve (prosthetic valve 12) of the right heart system that is provided on the side and regulates the flow of simulated blood, and a simulated right ventricle 13 as a simulated ventricle provided downstream of the first artificial valve; Provided downstream of the simulated right ventricle 13 and downstream of the second artificial valve (artificial valve 14) of the right heart system that regulates the flow of simulated blood and the second artificial valve (artificial valve 14). The simulated left pulmonary artery 15, the simulated left atrium 17 as a simulated atrium provided downstream of the simulated pulmonary artery 15, and the third left heart system that is provided downstream of the simulated left atrium 17 and regulates the flow of simulated blood. Artificial valve (artificial valve 18) and a simulation provided downstream of the third artificial valve A simulated left ventricle 19 as a chamber, a fourth artificial valve (artificial valve 20) of the left heart system that is provided downstream of the simulated left ventricle 19 and regulates the flow of simulated blood, and downstream of the fourth artificial valve And a simulated aorta 21 that is provided on the side and communicates with the simulated vein 23 via a circulation channel.
The simulated atrium such as the simulated right atrium 11 and the simulated left atrium 17 includes a housing, an elastic diaphragm that divides the inside of the housing into an air chamber and a liquid chamber, and an inlet of simulated blood that is provided in the housing and communicates with the liquid chamber. And an outlet.
The blood circulation simulation device deforms the diaphragm by supplying and exhausting air to and from the air chamber of the simulated atrium, and drives control means (drive) that discharges the pulsating flow of the simulated blood from the outlet by changing the volume of the liquid chamber of the simulated atrium Device 40 and controller 50).

このように、簡単な構成で、高精度に血液循環系を模擬することができる、模擬心房を備える血液循環模擬装置を提供することができる。
また、本発明の血液循環模擬装置を用いた人工臓器の試験方法は、上記血液循環模擬装置の循環流路に、少なくとも人工弁、人工血管、補助人工心臓、全置換型人工心臓のいずれかの人工臓器を取り付け、人工臓器に対して模擬心房から吐出された模擬血液を流入させて該人工臓器に対して試験を行う。こうすることで、人工臓器を簡単に客観的に評価することができる、血液循環模擬装置を用いた人工臓器の試験方法を提供することができる。
As described above, a blood circulation simulation apparatus including a simulated atrium that can simulate the blood circulation system with high accuracy with a simple configuration can be provided.
Further, in the method for testing an artificial organ using the blood circulation simulator of the present invention, at least one of an artificial valve, an artificial blood vessel, an auxiliary artificial heart, and a total replacement artificial heart is provided in the circulation channel of the blood circulation simulator. A test is performed on the artificial organ by attaching the artificial organ and flowing the simulated blood discharged from the simulated atrium into the artificial organ. By doing so, it is possible to provide a test method for an artificial organ using a blood circulation simulation device that can easily and objectively evaluate the artificial organ.

本実施形態では、模擬心室は、ダイヤフラムを備えたエア駆動式ポンプである。駆動制御手段は、模擬心房のダイヤフラムに対して第1の圧力でエア駆動を行い、所定時間経過後、模擬心室のダイヤフラムに対して第1の圧力よりも高い第2の圧力でエア駆動を行う制御を行うので、模擬心房の収縮を高精度に模擬した血液循環模擬装置を提供することができる。   In the present embodiment, the simulated ventricle is an air-driven pump provided with a diaphragm. The drive control means performs air driving at a first pressure on the diaphragm of the simulated atrium, and after a predetermined time has elapsed, drives the air at a second pressure higher than the first pressure on the diaphragm of the simulated ventricle. Since the control is performed, it is possible to provide a blood circulation simulation device that simulates the contraction of the simulated atrium with high accuracy.

ヒトの心臓では、心房収縮の後、所定時間経過後に心室収縮となり、その後、心房拡張、心室拡張となることを繰り返す。
本発明の実施形態に係る血液循環模擬装置では、駆動制御手段の制御により、模擬心房の収縮の後、上記所定時間経過後に、模擬心室を収縮し、その後、模擬心房を拡張した後、模擬心室を拡張させることを繰り返す。こうすることで、血液循環系を高精度に再現することができる、血液循環模擬装置を提供することができる。
また、駆動制御手段が、心臓などの各種疾病を模擬するように、模擬心房の収縮、模擬心室の収縮、模擬心房の拡張、模擬心室の拡張それぞれのタイミングを制御することで、血液循環系の各種疾病状態を高精度に模擬可能な血液循環模擬装置を提供することができる。
In the human heart, after atrial contraction, it becomes a ventricular contraction after a lapse of a predetermined time, and thereafter, atrial dilation and ventricular dilation are repeated.
In the blood circulation simulation apparatus according to the embodiment of the present invention, the simulated ventricle is contracted after the predetermined time has elapsed after the contraction of the simulated atrium, and then the simulated atrium is expanded after the contraction of the simulated atrium. Repeat to expand. By doing so, it is possible to provide a blood circulation simulation device that can reproduce the blood circulation system with high accuracy.
Further, the drive control means controls the timing of each of the contraction of the simulated atrium, contraction of the simulated ventricle, expansion of the simulated atrium, and expansion of the simulated ventricle so as to simulate various diseases such as the heart. A blood circulation simulation device capable of simulating various disease states with high accuracy can be provided.

また、血液循環模擬装置は、模擬心房(心房モデル)の後負荷側に、拍動型、または無拍動型人工心臓を接続し、心房収縮能力を持つ人工心臓モデル循環を具体化することにより、全置換型人工心臓の循環を完全にシミュレートすることができる(具体的な構成図があればご教示願います。上記拍動型人工心臓または無拍動型人工心臓と、血液循環模擬装置の各構成要素の関係が明確となる構成図があれば好ましい)。   In addition, the blood circulation simulator is connected to a pulsatile or non-pulsatile artificial heart on the back load side of the simulated atrium (atrial model), thereby realizing an artificial heart model circulation having an atrial contraction capability. Can fully simulate the circulation of a total replacement artificial heart (please tell me if there is a specific configuration diagram. The above-mentioned pulsatile or non-pulsatile artificial heart and blood circulation simulator It is preferable to have a configuration diagram that clearly shows the relationship among the components.

また、全置換型人工心臓を血液循環模擬装置に取り付けて、血液循環系を高精度にシミュレートすることができ、全置換型人工心臓を効率よく開発を行うことできる。   In addition, it is possible to simulate the blood circulation system with high accuracy by attaching the total replacement artificial heart to the blood circulation simulator, and to develop the total replacement artificial heart efficiently.

また、血液循環模擬装置の模擬心室の流入側または流出側に人工弁を装着することで、血液循環模擬装置に人工弁(模擬弁)を取り付けた場合、その血液循環系を水力学的、流体力学的に高精度に模擬することができる。つまり、人工弁の開発、研究に役立てることができる。   In addition, by installing an artificial valve on the inflow side or outflow side of the simulated ventricle of the blood circulation simulation device, when the artificial valve (simulation valve) is attached to the blood circulation simulation device, the blood circulation system is hydraulic and fluid It can be simulated dynamically with high accuracy. In other words, it can be used for the development and research of artificial valves.

また、血液循環模擬装置の模擬心室の流出側の人工弁よりも下流側(末梢側)に人工血管を装着することにより、人工血管の循環環境を精密に模擬することができる。人工血管の開発、研究に役立てることができる。   In addition, by installing an artificial blood vessel on the downstream side (peripheral side) of the artificial valve on the outflow side of the simulated ventricle of the blood circulation simulator, the circulation environment of the artificial blood vessel can be accurately simulated. It can be used for the development and research of artificial blood vessels.

また、血液循環模擬装置の模擬心室の流出側の人工弁よりも末梢側に、例えば、図13に示したようなバルサルバ洞(大動脈洞)を模した部分91aを有する人工血管91を装着することにより、人工血管の循環環境を精密に再現し、人工血管の開発、研究に役立てることができるモデル循環回路を提供することができる。   Further, for example, an artificial blood vessel 91 having a portion 91a imitating a valsalva sinus (aortic sinus) as shown in FIG. 13 is attached to the distal side of the artificial valve on the outflow side of the simulated ventricle of the blood circulation simulator. Thus, it is possible to provide a model circulation circuit that accurately reproduces the circulatory environment of the artificial blood vessel and can be used for the development and research of the artificial blood vessel.

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。
また、上述の各図で示した実施形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの記載内容を組み合わせることが可能である。
また、各図の記載内容はそれぞれ独立した実施形態になり得るものであり、本発明の実施形態は各図を組み合わせた一つの実施形態に限定されるものではない。
As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to these embodiments, and there are design changes and the like without departing from the gist of the present invention. Is included in the present invention.
Further, the embodiments described in the above drawings can be combined with each other as long as there is no particular contradiction or problem in the purpose and configuration.
Moreover, the description content of each figure can become independent embodiment, respectively, and embodiment of this invention is not limited to one embodiment which combined each figure.

血液循環模擬装置は、二心房二心室型であってもよいし、一心房一心室型、二心房一心室型であってもよい。   The blood circulation simulation device may be a two-atrial, two-ventricular type, a one-atrium, one-ventricular type, or a two-atrium, one-ventricular type.

上記実施形態では、血液循環模擬装置は、循環流路内に模擬血液を循環させたが、模擬血液としては、水、食塩水、血液の年生を模擬したグリセリン溶液などの流体であったが、血液などの液体であってもよい。   In the above embodiment, the blood circulation simulation device circulated the simulated blood in the circulation channel, but the simulated blood was a fluid such as water, saline, a glycerin solution simulating a blood grader, It may be a liquid such as blood.

また、上記実施形態では、エア駆動式の模擬心房や模擬心室を説明したが、この形態に限られるものではない。例えば、模擬心房や模擬心室は、気体駆動式、液体駆動式、形状記憶合金を用いた形状記憶合金駆動式、モータ駆動式であってもよい。   In the above embodiment, the air-driven simulated atrium or simulated ventricle has been described. However, the present invention is not limited to this configuration. For example, the simulated atrium and simulated ventricle may be gas-driven, liquid-driven, shape memory alloy-driven using a shape memory alloy, or motor-driven.

11…模擬右心房(模擬心房)、11d…ダイヤフラム、11f…筒状部材、11k…給排気口、11s…流入口、11t…流出口、12…人工弁(模擬弁;模擬三尖弁)、13…模擬右心室(模擬心室)、13a…ダイヤフラム、14…人工弁(模擬弁;模擬肺動脈弁)、15…模擬肺動脈(模擬動脈)、16…流路抵抗部、17…模擬左心房(模擬心房)、18…人工弁(模擬弁;模擬僧帽弁)、19…模擬左心室(模擬心室)、19a…ダイヤフラム、20…人工弁(模擬弁;模擬大動脈弁)、21…模擬大動脈(模擬動脈)、22…流路抵抗部、23…模擬静脈(静脈モデル)、31〜37…流路(循環流路)、40…駆動装置(駆動制御手段)、50…制御部(駆動制御手段)、51…模擬右心室電磁弁(空気弁)、52…模擬左心室電磁弁(空気弁)、61〜69…センサ、70…計測装置。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Simulated right atrium (simulated atrium), 11d ... Diaphragm, 11f ... Cylindrical member, 11k ... Supply / exhaust port, 11s ... Inlet, 11t ... Outlet, 12 ... Artificial valve (simulated valve; Simulated tricuspid valve), DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 ... Simulated right ventricle (simulated ventricle), 13a ... Diaphragm, 14 ... Artificial valve (simulated valve; Simulated pulmonary valve), 15 ... Simulated pulmonary artery (simulated artery), 16 ... Channel resistance part, 17 ... Simulated left atrium (simulated) Atrial), 18 ... artificial valve (simulated valve; simulated mitral valve), 19 ... simulated left ventricle (simulated ventricle), 19a ... diaphragm, 20 ... artificial valve (simulated valve; simulated aortic valve), 21 ... simulated aorta (simulated) Arteries), 22 ... flow path resistance unit, 23 ... simulated vein (venous model), 31-37 ... flow path (circulation flow path), 40 ... drive device (drive control means), 50 ... control unit (drive control means) 51 ... Simulated right ventricular solenoid valve (air valve), 52 ... Simulated left Chamber solenoid valve (air valve), 61 to 69 ... sensor, 70 ... measurement device.

Claims (4)

循環流路内で模擬血液を循環させる、模擬心房を備える血液循環模擬装置であって、
前記循環流路に設けられ、前記模擬血液を貯蔵する模擬静脈と、
前記模擬静脈の下流側に設けられた模擬心房と、
前記模擬心房の下流側に設けられ、前記模擬血液の流れを規制する第1の人工弁と、
前記第1の人工弁の下流側に設けられた模擬心室と、
前記模擬心室の下流側に設けられ、前記模擬血液の流れを規制する第2の人工弁と、
前記第2の人工弁の下流側に設けられ、前記循環流路を介して前記模擬静脈に連通する模擬動脈と、を有し、
前記模擬心房は、ハウジングと、
前記ハウジング内を空気室と液体室に区画する弾性のダイヤフラムと、
前記ハウジングに設けられ、前記液体室に連通する前記模擬血液の流入口および流出口と、を備え、
前記血液循環模擬装置は、前記空気室へのエアの給排気により前記ダイヤフラムを変形させ、前記液体室の容積変化により前記模擬血液の脈流を前記流出口から吐出させる駆動制御手段を有することを特徴とする
模擬心房を備える血液循環模擬装置。
A blood circulation simulation device including a simulated atrium for circulating simulated blood in a circulation channel,
A simulated vein provided in the circulation channel and storing the simulated blood;
A simulated atrium provided downstream of the simulated vein;
A first artificial valve provided on the downstream side of the simulated atrium to regulate the flow of the simulated blood;
A simulated ventricle provided downstream of the first prosthetic valve;
A second artificial valve that is provided downstream of the simulated ventricle and regulates the flow of the simulated blood;
A simulated artery provided downstream of the second artificial valve and communicating with the simulated vein via the circulation channel;
The simulated atrium includes a housing,
An elastic diaphragm that divides the housing into an air chamber and a liquid chamber;
An inlet and an outlet of the simulated blood provided in the housing and communicating with the liquid chamber;
The blood circulation simulation device has drive control means for deforming the diaphragm by supplying and exhausting air to and from the air chamber, and discharging the pulsating flow of the simulated blood from the outlet by changing the volume of the liquid chamber. A blood circulation simulation apparatus comprising a simulated atrium.
循環流路内で模擬血液を循環させる、模擬心房を備える血液循環模擬装置であって、
前記循環流路に設けられ、前記模擬血液を貯蔵する模擬静脈と、
前記模擬静脈の下流側に設けられた模擬心房としての模擬右心房と、
前記模擬右心房の下流側に設けられ、前記模擬血液の流れを規制する右心系の第1の人工弁と、
前記第1の人工弁の下流側に設けられた模擬心室としての模擬右心室と、
前記模擬右心室の下流側に設けられ、前記模擬血液の流れを規制する右心系の第2の人工弁と、
前記第2の人工弁の下流側に設けられた模擬肺動脈と、
前記模擬肺動脈の下流側に設けられた模擬心房としての模擬左心房と、
前記模擬左心房の下流側に設けられ、前記模擬血液の流れを規制する左心系の第3の人工弁と、
前記第3の人工弁の下流側に設けられた模擬心室としての模擬左心室と、
前記模擬左心室の下流側に設けられ、前記模擬血液の流れを規制する左心系の第4の人工弁と、
前記第4の人工弁の下流側に設けられ、前記循環流路を介して前記模擬静脈に連通する模擬大動脈と、を有し、
前記模擬心房は、ハウジングと、
前記ハウジング内を空気室と液体室に区画する弾性のダイヤフラムと、
前記ハウジングに設けられ、前記液体室に連通する前記模擬血液の流入口および流出口と、を備え、
前記血液循環模擬装置は、前記空気室へのエアの給排気により前記ダイヤフラムを変形させ、前記液体室の容積変化により前記模擬血液の脈流を前記流出口から吐出させる駆動制御手段を有することを特徴とする
模擬心房を備える血液循環模擬装置。
A blood circulation simulation device including a simulated atrium for circulating simulated blood in a circulation channel,
A simulated vein provided in the circulation channel and storing the simulated blood;
A simulated right atrium as a simulated atrium provided downstream of the simulated vein;
A first artificial valve of the right heart system that is provided downstream of the simulated right atrium and regulates the flow of the simulated blood;
A simulated right ventricle as a simulated ventricle provided downstream of the first prosthetic valve;
A second artificial valve of the right heart system that is provided downstream of the simulated right ventricle and regulates the flow of the simulated blood;
A simulated pulmonary artery provided downstream of the second artificial valve;
A simulated left atrium as a simulated atrium provided downstream of the simulated pulmonary artery;
A third artificial valve of the left heart system that is provided downstream of the simulated left atrium and regulates the flow of the simulated blood;
A simulated left ventricle as a simulated ventricle provided downstream of the third artificial valve;
A fourth artificial valve of the left heart system that is provided downstream of the simulated left ventricle and regulates the flow of the simulated blood;
A simulated aorta provided downstream of the fourth artificial valve and communicating with the simulated vein via the circulation channel;
The simulated atrium includes a housing,
An elastic diaphragm that divides the housing into an air chamber and a liquid chamber;
An inlet and an outlet of the simulated blood provided in the housing and communicating with the liquid chamber;
The blood circulation simulation device has drive control means for deforming the diaphragm by supplying and exhausting air to and from the air chamber, and discharging the pulsating flow of the simulated blood from the outlet by changing the volume of the liquid chamber. A blood circulation simulation apparatus comprising a simulated atrium.
前記模擬心室は、ダイヤフラムを備えたエア駆動式ポンプであり、
前記駆動制御手段は、前記模擬心房のダイヤフラムに対して第1の圧力でエア駆動を行い、所定時間経過後、前記模擬心室のダイヤフラムに対して前記第1の圧力よりも高い第2の圧力でエア駆動を行う制御を行うことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の血液循環模擬装置。
The simulated ventricle is an air-driven pump with a diaphragm,
The drive control means performs air drive with a first pressure on the diaphragm of the simulated atrium, and after a predetermined time has elapsed, with a second pressure higher than the first pressure with respect to the diaphragm of the simulated ventricle. The blood circulation simulation apparatus according to claim 1, wherein control for performing air driving is performed.
請求項1から請求項3のいずれかに記載の模擬心房を備える血液循環模擬装置の循環流路に、少なくとも人工弁、人工血管、補助人工心臓、全置換型人工心臓のいずれかの人工臓器を取り付け、
前記人工臓器に対して前記模擬心房から吐出された前記模擬血液を流入させて該人工臓器に対する試験を行うことを特徴とする
血液循環模擬装置を用いた人工臓器の試験方法。
An artificial organ of at least one of an artificial valve, an artificial blood vessel, an auxiliary artificial heart, and a total replacement type artificial heart is provided in a circulation channel of a blood circulation simulation apparatus including the simulated atrium according to any one of claims 1 to 3. attachment,
A test method for an artificial organ using a blood circulation simulator, wherein the test is performed on the artificial organ by flowing the simulated blood discharged from the simulated atrium into the artificial organ.
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