JP2016519328A - 血流をシミュレートするための装置、システム、及び方法 - Google Patents

Abstract

解剖学的単位及び波形を生成するための波形発生器を備える、血流をシミュレートするための装置。この波形発生器は、少なくとも1つの流体ラインを介して流体を送出し、これにより、該波形発生器から該流体ラインを介して波形を伝送することができるポンプを備える。この波形発生器は、流体ラインを追加の流体ラインに分割することができる分岐点をさらに備え、該流体ラインが主ライン及び並列ラインを含む。加えて、波形発生器は、流体の流れを少なくとも部分的に閉塞させることができる弁を備える。この装置は、流体を収容することができるリザーバをさらに備え、波形が、血流をシミュレートする流体ラインを介して解剖学的単位及び波形発生器に進入して該解剖学的単位及び該波形発生器から出る。【選択図】 図１Ａ

Description

（発明の背景）
連邦政府支援による研究開発についての記載：
本出願は、連邦政府支援による研究開発の対象ではない。

共同研究契約の関係者の名称：
第３者との共同研究契約は締結されていない。

（発明の分野）
本発明の実施態様は、全体として、血流をシミュレートするための装置、システム、及び方法に関する。詳細には、本発明の実施態様は、超音波技術によって生理学的血流波形（physiological blood waveform）の情報及び認識を得ることを目的として流体に流動パターンを生成する訓練装置に関する。本発明の実施態様の訓練装置は、血液/流体の流れを分析するためのシステム及び/又は血液/流体の流れを分析する方法の一部として使用することができる。

（関連技術の説明）
以前の超音波訓練装置は、診断放射線医学の分野に共通している生理学的状態に一致する流体の速度プロフィールを含んでいない。

従来技術において、出願人は、ある病的状態にある血流の正確なシミュレーションを可能にする既存のシミュレーション装置を知らない。例えば、人工の解剖学的ランドマーク上に触知可能な脈動をもたらす装置を含め、様々な目的で人体構造をシミュレートするいくつかの装置が存在する。その一例として、静脈内カテーテルの挿入の練習用の触知可能な脈動を含む腕の人体模型が挙げられる。しかしながら、このような装置は、ある病的状態にある血流を正確にシミュレートするものではない。

他の従来技術の解剖模型（anatomical model）では、人工「血液」は、静脈穿刺（venipunture）（即ち、静脈内療法のため又は静脈血の血液サンプリングのために静脈アクセスを得るプロセス）を練習するために軟組織様材料内に封入されている。しかしながら、これらの装置では、流体は、実際の形で見られ得るようには移動しない。例えば、大きい静脈内カテーテルによる内頸のアクセスの練習で使用される１つの模型は、太い管に取り付けられた吸引器を使用して脈動する頸動脈をシミュレートし、該吸引器は手動で圧縮される。手動圧縮吸引器を備えた脚及び上腕の同様の解剖模型は当分野に存在する。さらに、自動ポンプを備えた頸部及び胴部の解剖模型が存在するが、この装置は、人間の血流の実際の圧力及び速度のロバストな生理学的モデル（robust physiologic model）を作り出すものではない。

従って、超音波技術などによって生理学的血流波形の情報及び認識を得ることを目的として流体に流動パターンを生成する装置が必要とされている。

（発明の概要）
従って、上記に含まれる理由から、本発明の実施態様の目的は、超音波技術によって生理学的血流波形の情報及び認識を得ることを目的として流体に流動パターンを生成する訓練装置を提供すること、及び超音波技術を用いて病的波形を識別するために超音波シミュレーションを供給することである。

本発明の実施態様は、好ましくは、解剖学的単位及び波形を生成するための波形発生器を備える、血流をシミュレートするための装置を含む。この波形発生器は、少なくとも1つの流体ラインを介して流体を送出し、これにより、該波形発生器から該流体ラインを介して波形を伝送することができるポンプを備える。この波形発生器は、流体ラインを追加の流体ラインに分割することができる分岐点をさらに備え、該流体ラインが主ライン及び並列ラインを含む。加えて、この波形発生器は、流体の流れを少なくとも部分的に閉塞させることができる弁を備える。この装置は、流体を収容することができるリザーバをさらに備え、波形が、血流をシミュレートする流体ラインを介して解剖学的単位及び波形発生器に進入して該解剖学的単位及び該波形発生器から出る。

本発明のなお別の実施態様は、少なくとも1つの精巣を再現する解剖学的単位及び波形を生成するための波形発生器を備える、血流をシミュレートするための装置に関する。この波形発生器は、動脈をシミュレートする少なくとも1つの流体ラインを流れる血液をシミュレートする流体を送出し、これにより、該波形発生器から該流体ラインを介して波形を伝送することができる容積型電気流体ポンプを備える。この波形発生器は、流体ラインを複数の流体ラインに分割することができる分岐点をさらに備え、該複数の流体ラインが主ライン及び並列ラインを含む。加えて、この波形発生器は、流体を収容することができる動脈流流体リザーバ、及び流体の流れを少なくとも部分的に閉塞させることができる複数の弁を備える。これらの複数の弁は：分岐点の下流、かつ動脈流流体リザーバの上流に配設された並列ライン上の並列ラインピンチ弁、及び該分岐点の下流、かつ比例弁の上流に配設された該主ライン上の主ラインピンチ弁を備える。この比例弁は、解剖学的単位の上流に配設され、かつ該主ラインによって波形の静的抵抗を調節することができる。この血流をシミュレートするための装置は、可逆ポンプをさらに備え、該可逆ポンプは、静脈をシミュレートする少なくとも1つの流体ラインを流れる血液をシミュレートする流体を送出することができる容積型電気流体ポンプである。加えて、この血流をシミュレートするための装置は、流体を収容することができる静脈流流体リザーバ、ポンプを制御することができるプログラム可能な回路基板、複数の空洞部、波形から情報を得る超音波装置、及び該装置を制御するための制御システムを備える。波形発生器及び流体ラインは、診断放射線医学の分野に共通している生理学的状態に一致する流体の速度プロフィールを作成する。

本発明の実施態様は、血流をシミュレートするための装置を備える、血流をシミュレートするためのシステムをさらに含む。この血流をシミュレートするための装置は、好ましくは、解剖学的単位及び波形を生成するための波形発生器を備える。この波形発生器は、少なくとも1つの流体ラインを介して流体を送出し、これにより、該波形発生器から該流体ラインを介して波形を伝送することができるポンプ、及び該流体ラインを複数の流体ラインに分割することができる分岐点を備え、該複数の流体ラインが主ライン及び並列ラインを含む。この波形発生器は、流体の流れを少なくとも部分的に閉塞させることができる複数の弁、流体ラインを通る波形の静的抵抗を調節することができる比例弁、及び流体を収容することができるリザーバをさらに備える。このシステムは、少なくともポンプを制御することができるプログラム可能な回路基板、空洞部、波形から情報を得る超音波装置、及び二重流体ライン制御システムをさらに含む。波形は、流体ラインを介して該波形発生器に進入して該波形発生器から出、かつ該波形発生器及び該流体ラインは、診断放射線医学の分野に共通している生理学的状態に一致する流体の速度プロフィールを作成する。

本発明のなお別の実施態様は、波形発生器を用いて波形を生成するステップを含む血流をシミュレートする方法に関する。この波形発生器は、好ましくは、少なくとも1つの流体ラインを介して流体を送出し、これにより、該波形発生器から該流体ラインを介して波形を伝送することができるポンプ、及び該流体ラインを複数の流体ラインに分割することができる分岐点を備え、該複数の流体ラインが主ライン及び並列ラインを含む。この波形発生器は、流体の流れを少なくとも部分的に閉塞させることができる複数の弁、流体ラインを通る波形の静的抵抗を調節することができる比例弁、流体を収容することができるリザーバ、少なくともポンプを制御することができるプログラム可能な回路基板をさらに備える。この血流をシミュレートする方法は、波形発生器に進入して該波形発生器から出ている流体ラインを通る流体の速度プロフィールを作成するステップであって、この流体の速度プロフィールが、診断放射線医学の分野に共通している生理学的状態に一致する、前記ステップ、及び超音波装置を使用して波形から情報を得るステップをさらに含む。

（図面の簡単な説明）
本発明の実施態様の好ましい特徴は、いくつかの図面において同様の参照符号が同様の要素を指す添付の図面に開示されている。

図1Aは、本発明の一実施態様による精巣捻転シミュレーション装置の部分流れ図であり、この流れ図の残りの部分は、線X-Xの先にある（続きは図1Bを参照されたい）。

図1Bは、本発明の一実施態様による精巣捻転シミュレーション装置の部分流れ図であり、この流れ図の残りの部分は、線X-Xの先にある（続きは図1Aを参照されたい）。

図2は、本発明の一実施態様による精巣捻転シミュレーション装置の部分流れ図である。

図3は、本発明の一実施態様によるユーザーインターフェイスのワイヤーフレームである。

図4は、本発明の一実施態様による波形発生器の一部の側面図である。

図5は、本発明の一実施態様による波形発生器の一部の拡大側面図である。

図6は、本発明の一実施態様による波形発生器の一部の背面図である。

図7は、本発明の一実施態様による、弁を制御するための制御システムの回路図である。

図8は、本発明の一実施態様による、ポンプを制御するための制御システムの回路図である。

図9は、本発明の一実施態様による制御システムの回路図である。

図10〜33は、本発明の一実施態様による超音波検査から得られた画像である。

（詳細な説明）
ここで、本発明の好ましい実施態様が示されている添付の図面を参照して発明の実施態様を以降により詳細に説明する。しかしながら、本発明は、多様な形式で実施することができ、本明細書で説明され、例示される実施態様に限定されると解釈するべきものではない。むしろ、これらの例示される実施態様は、本開示が、十分かつ完全となり、そして当業者に本発明の範囲を伝えるために提供される。

以下の説明では、同様の参照符号は、図面における同様の部分又は対応する部分を指す。加えて、以下の説明では、「上部」、「底部」、「側部」、「正面」、「背面」、「内部」、及び「外部」などの語は、便宜上の語であり、限定の語として解釈するべきではないことを理解されたい。

本出願における記載は、生理学的血流波形の情報を得ること、及び使用者/観察者が該生理学的血流波形を良く認識することを目的として流体に流動パターンを生成する訓練装置についてである。本発明の実施態様は、この訓練装置を用いて生理学的血流波形を使用者が研究するために超音波技術を使用することができる。

本発明の実施態様は、異常血管（又は正常血管）を流れる血流を（高精度で）シミュレートするように設計され、かつ本発明の実施態様は、ライブ臨床超音波装置（live clinical ultrasound device）で信号を正確かつ確実に再現するように設計されている。

本発明の一実施態様は、好ましくは、解剖学的単位を有する訓練装置を含み、該解剖学的単位は、人体の1つ以上の部分に対しての外観上の類似性を再現しようとしている。例えば、以下により詳細に説明されるように、解剖学的単位は、頸部の血管、脚部の血管、腕の血管、精巣、腹部血管系、心室、脳血管系、又は胸部血管系などを再現することができる。当業者であれば、本発明の解剖学的単位が、本明細書で説明されない人体構造（又は別の動物の構造）の他の部分のレプリカを含むことができ、かつ説明される解剖学的単位が、本発明の実施態様に含めることができるものの例として記載されることを理解されよう。さらに、当業者であれば、解剖学的単位が、生理学の再現の範囲を超えても良く、例えば、機械的な流れを表すこともできることを理解されよう。

本発明の実施態様はまた、好ましくは、波形発生器を含み、該波形発生器は、解剖学的単位とは別個の要素とすることができ、好ましくは、それ自体のケーシング内に収容される。解剖学的単位及び波形発生器の目的の1つは、超音波技術を使用して病的波形を識別することを目的として超音波シミュレーションを行うことにある。言い換えれば、本発明の実施態様の解剖学的単位及び波形発生器は、正常かつ病的な動脈流及び/又は静脈流を表現するような圧力及び速度で流体の律動的な流れを実現することができる。この流れは、ライブ臨床超音波装置（手持ち式の携帯型装置を含む）などを用いて解剖模型で検出可能である。本発明の実施態様によって示される波形は、正常な状態及び病的状態に一致するパターンを有するのに加えて、人間の圧力及び速度で、又はそれに近いものとして、臨床医が認識することができる。

本発明の実施態様は、以前は訓練装置で利用できなかった機能を果たすいくつかの技術及び構成要素を含む。例えば、本発明の一実施態様は、診断放射線医学の分野に共通している生理学的状態に一致する流体の速度プロフィールを含む。解剖学的に代表される模型で流体波形を生成することにより、医療従事者（例えば、限定されるものではないが、放射線医、癌専門医、一般外科医、様々な技術者、及び/又は泌尿器科医を含む）及びその他の任意の医学訓練を受けたスタッフ（例えば、超音波技術を取り扱う又は超音波検査から収集した情報を分析するあらゆる人）が、血流を標的とする超音波（即ち、ドップラー超音波）によって得ることができる特定の病状に精通することができるようになる。

本出願において使用される場合、波形を生成するために使用される機械要素は、波形発生器と呼ばれる。本発明の好ましい実施態様では、波形は、流体ラインを介して波形発生器から出て、解剖学的に表される単位内に含まれる流体ラインを介して波形発生器に入る。各波形は、ポンプ装置から機械的に生成され、次いで、波形発生器内の様々な機械要素によって調節されてから、使用者によって調べられる解剖学的単位の流体ラインを通過する。機械装置のタイミング及び範囲の両方の慎重な調整により、医療従事者の訓練を目的として様々な波形を生成して、超音波装置を使用して解剖学的構造内に流体ラインの位置を決めること、及び観察される特定の波形からの病的な流れの情報を正確に識別することの両方が可能となる。

本発明の実施態様の解剖学的単位は、外部から人体の1つ以上の部分をシミュレートするために整形することができる。解剖学的単位は、密封されて隔離された容器を含み得る。この密封容器は、該密封容器内に保持された流体ラインを外部装置に接続することができ、これは、シミュレーションによって異なる。解剖学的単位は、波形発生器からの波形を変更又は伝送するための液圧ライン及び/又は容積型流体ポンプ（要素2の説明を参照されたい）を含み得る。解剖学的単位は、体のあらゆる解剖学的特徴の再現を試みることができる。例えば、解剖学的単位は、上述の流体保持管及びポンプを完全に収容することができる、皮膚の触感をシミュレートするように要求するシリコーン、ラテックスゴム、又は他の柔軟なゴム複合材（など）で表現することができる。解剖学的単位は、動物（ヒト以外の動物）の解剖学的構造を表現することもできる。

波形発生器は、好ましくは、制御された容量から流体を自己プライミングする容積型電気流体ポンプ2を備える。波形発生器は、流体保持リザーバ1を備えることもでき、該流体保持リザーバ1は、可撓性のゴム又はシリコーン管に流体を放出することができる。このポンプ2は、ヒトの心臓と同様に近位点と呼ばれる。この管は、ポンプ2の出力から分岐点まで遠位側に延びている。この分岐点は、単純化するために本明細書ではY接続部15と呼ばれる。

本発明の実施態様は、二重流体ライン制御システム（主駆動及び並列駆動）も含み得る。同じ回路内で複数の流体保持ラインを使用することにより、別途の波形の微調整が可能となり、かつ圧力調節機構としても機能する。Y接続部15の遠位側の両方の流体ラインは、弁につながっており、この弁は、ソレノイド式弁とすることができる。これらの弁は、流体の流れを部分的又は完全に機械的に閉塞させる。当業者であれば、流体の流れを部分的に閉塞させることが、流体の流れを部分的に停止する、遮断する、又は塞ぐことを意味することを理解されよう。ソレノイド弁のソレノイドコイルにはシャフトが貫通している。ソレノイドコイルにエネルギーが供給されると、該ソレノイドコイルがシャフト頭部を延出させて、該シャフトの端部における管を固定質量体（stationary mass）に押圧し、従って該管が閉塞される。弁のシャフトが延出できる直線距離（ストローク長さ）を変更することにより、単一弁の閉塞の程度を変更することが可能である。両方のラインにあるソレノイド弁（要素13及び14を参照）は、主ライン（要素13を参照）を介してポンプ2から放出される流体のプロフィールを変更することを目的として制御された方式で動的圧力及び動的抵抗を発生させるのに役立つ。

Y接続部15から遠位側に延びている1つのラインは、主ライン13として機能し、主ライン13と呼ばれる。Y接続部15の遠位側の第2の流体ラインは、主ライン13で生成される圧力及び波形の調節のためのコントロールラインとして機能する。第2のラインは、並列ライン14と呼ばれる。並列ライン14は、回路全体において二重の目的を果たすことができる。並列ライン14の第1の使用は、Y接続部15における流体の圧力を調整することによって波形を調節するためである。例えば、並列ライン14が完全に閉塞されるようになると、ポンプ2から放出される流体は、主ライン13と並列ライン14の両方を介して移送されるのとは対照的に、主ライン13のみを通って移送される。この結果、より高速でより大きな波が主ライン13を介して伝送される。並列ライン14の第2の機能は、オーバーフローの役割を果たすことである。主ライン13の抵抗を調整すると（以下に説明される。比例弁5を参照されたい）、抵抗の増大により、より大きな圧力水頭が弁3、5の境界に形成する。過剰な圧力及び質量を、並列ライン14を介して放出できるようにすることにより、システム全体の圧力が、どんな場合にも維持される。

主ライン13及び並列ライン14の両方にあるソレノイド弁に加えて、本発明の一実施態様は、当業界では一般に「比例弁」5と呼ばれる電流依存性電動弁を含む。これらの弁5は、各ライン13、14を通る流れに対する静的抵抗を調節するのに役立つ。主流体ライン13は、波形発生器を出て、解剖学的単位に含まれる流体ラインに接続されている。従って、流体は、模擬的な解剖学的構造を通過して波形発生器に戻り、リザーバ1に接続され得、完全な流体流動回路が形成される。並列ライン14は、リザーバ1に直接戻り、波形発生器内に留まり、同様に閉回路が完成する。

本発明の一実施態様では、並列駆動システムの各機械要素及び流体ポンプ自体は、プログラム可能な回路基板24の制御下にある。この回路基板24を使用して、使用者がプログラムした設定に基づいて機械要素2、3、5を制御し、各装置2、3、5に供給される電力を個々に調節する。この基板24の特徴は、好ましくは、自律的に動作するようにプログラムできる能力、時間依存的又は反復可能なシーケンスにおけるリレーによって各装置に対する直流又は交流を切り替える能力、及び遠隔制御又は遠隔プログラミングを目的として外部装置とやりとりする能力を含む。各装置2、3、5のオンオフを正確なシーケンスのタイミングで切り替えるように回路基板24をプログラムすることにより、使用されるタイミングシーケンスに応じて様々な波形を生成することができる。

本発明の一実施態様は、好ましくは、上記説明される要素から構成される完全な流動回路を含む。しかしながら、説明される技術は、同時に動作する複数の完全流動回路を形成するために本発明の様々な実施態様に適応させることができる。これらの要素を含む追加の単位を加えることにより、1つのポンプ2から少なくとも2つの機能的な流動回路を動作させる能力が与えられる。このような構成は、限定されるものではないが：狭窄頸動脈の研究、精巣及び卵巣の研究、肢の対称性の研究、腎機能の研究、肺潅流の研究、並びに対称的に機能する解剖学的構造のその他の任意の研究を含む対称性の研究に有用である。

シミュレーション装置100又は該シミュレーション装置100の一部が図1〜図9に示されている。特に、図1は、本発明の一実施態様によるシミュレーション装置100の流れ図を示し、該シミュレーション装置100は、精巣捻転シミュレーション装置である。図1は、精巣捻転シミュレーション装置を示しているが、当業者であれば、図1に示されている解剖学的単位6が解剖学的構造の別の部分であり得ることを容易に理解されよう。図1に示されているように、本発明の好ましい一実施態様によるシミュレーション装置100には3つの主要部分：動脈流部分200、解剖学的構造部分300、及び静脈流部分400が存在する。本発明の好ましい一実施態様では、装置100の動脈流部分200は、流体リザーバ1、ポンプ2、及び弁（図1に示されているように、該弁は、好ましくは、ピンチ弁3及び比例弁5を含む）を備える。装置100は、好ましくは、y接続部15を用いて分岐点で分割される二重流体ライン−主ライン13及び並列ライン14を備える。図1に示されている弁は、本発明の好ましい実施態様ではソレノイド弁であるが、当業者であれば、弁は、当分野で公知である他のタイプ又は当分野で将来公知になる他のタイプの弁でも良いことを理解されよう。加えて、分岐点は、本発明の好ましい一実施態様ではy接続部15を使用するが、当業者であれば、1つのラインを少なくとも2つのラインに分割することができる任意の継手を使用できることを理解されよう。一般に、動脈流部分200は、本明細書で説明される波形発生器を含む。波形発生器は、図4〜図6に示されているそれ自体のハウジング内に配設される別個の要素とすることができる。

本発明の好ましい一実施態様では、装置100の解剖学的部分300は、解剖学的単位6及び空洞部7を含む。本発明の一実施態様では、超音波活性領域16は解剖学的単位6を含む。図1は、解剖学的単位6を通る動脈17及び静脈18の一例を含む。解剖学的単位6は、ハウジングを含み、該ハウジングは、ヒト又は他の動物の解剖学的構造の一部を模倣することができる。このハウジングは、該ハウジングの外部の流体ラインに接続することができる。このハウジングは、例えば、シリコーン、ラテックス、ゴム、柔軟なゴム複合材、又は類似物から構成することができる。本発明の好ましい一実施態様では、超音波装置12は、超音波活性領域16を観察するために使用される。特に、超音波装置12は、超音波活性領域16で生成される波形を観察するために使用される。

本発明の好ましい一実施態様では、装置100の静脈流部分400は、可逆ポンプ8を含み、該可逆ポンプ8は、容積型電気流体ポンプの形式にすることができる。静脈流部分400は、流体リザーバ1をさらに含む。静脈流部分400は、動脈流部分200を通る波形とは異なるタイプの、解剖学的単位6を通る波形を生成する（静脈流部分400は静脈18をシミュレートするが、動脈流部分200は動脈17をシミュレートする）。本発明の好ましい一実施態様では、動脈流の波形は脈動性であるが、静脈流の波形は波状である。動脈流及び静脈流は、血流をシミュレートするために解剖学的単位6をシーケンスにおいて同時に流れ得る。動脈流及び静脈流は、互いに調和し得る。動脈流及び静脈流は、解剖学的単位6を同じ方向又は反対方向に移動することができる。本発明の一実施態様は、呼吸変動（呼吸）、並びに独特であり、かつ時には特定の疾患の診断に利用される非常に弱い低圧波を発生させる心臓の位相性及び拍動性をもたらす静脈流をシミュレートすることができる。

装置100に含まれるソレノイド弁は、マイクロコントローラ9を用いてトランジスタ回路10によって制御される。図1に示されているように、マイクロコントローラ9は、主ライン13及び並列ライン14上の構成要素の制御によって波形の生成を可能にするプログラム可能な回路基板である。本発明の好ましい一実施態様では、マイクロコントローラ9は、ブルートゥース（又は類似物）によってAndroidデバイス（又は類似物）上のアプリケーション11によって制御される。従って、マイクロコントローラ9は、ブルートゥースチップ19と連動して機能することができる。アプリケーション11は、好ましくは、使用者によるシミュレーション装置100の制御を可能にするユーザーインターフェイス20を含む。

マイクロコントローラ9は、血流（動脈及び静脈）をシミュレートする波形を生成するために一連の事象を制御する。本発明の好ましい一実施態様における回路基板24は、アプリケーション11を含む装置（例えば、Androidデバイス）に接続されるブルートゥース装置又は類似物を有するようにプリントされる。従って、アプリケーション11は、Androidデバイス又は類似物上に存在し、プリント回路基板24は、制御シーケンスを含む。

図2は、2つの解剖学的単位6を示している点を除いて図1に類似した、本発明の一実施態様によるシミュレーション装置100の流れ図を示している。精巣捻転をシミュレートする本発明の一実施態様では、図1は、1つの精巣を示しているが、図2は、2つの精巣を示している。従って、図2を使用して、観察者が流動状態の差異を確認できるように、一方の精巣を通る正常な流れ及び他方の精巣を通る病的状態を示すことができる。例えば、一方の精巣は、捻転の流動状態をシミュレートすることができ、他方は、正常な流動状態をシミュレートする。図2では、実線は、解剖学的単位6への流れを表し、点線は、解剖学的単位6から出る流れを表している。

図3は、本発明の一実施態様のユーザーインターフェイス20の例を示している。具体的には、図3は、使用者が選択してシミュレートすることができる5つの異なるシナリオ：「正常な症例」、「部分捻転の症例」、「完全な捻転の症例」、「完全な捻転のNF症例」、及び「炎症の症例」を示している。しかしながら、当業者であれば、図3に示されているユーザーインターフェイスの選択は単なる例であることを理解されよう。言い換えれば、より多くの状態/症例から選択することができる、より少ない状態/症例からしか選択できない、又は異なる病的状態/症例から選択することができる。例えば、本発明の一実施態様のユーザーインターフェイス20では、心拍数（HR）及び抵抗を修正可能である。

図4は、本発明の一実施態様による波形発生器の一部を示し、組み合わせられたポンプ2とリザーバ1を含むハウジング21を備える。本発明の一実施態様では、ポンプ2は、脈動波を可能にする圧力水頭が生じるように選択することができ、該脈動波は、狭い空間（即ち、動脈17又は静脈18）を通過する際に高い抵抗を有する。図示されている管は、ハウジング21に対する入口22及び出口23を表している。図4は、制御配線26も示している。図5は、組み合わせられたポンプ2とリザーバ1を備えるハウジング21の拡大図を示し、図6は、該ハウジング21の背面図を示している。図6に示されているように、ハウジング21は、例えば、2つの解剖学的単位（例えば、2つの精巣）をシミュレートするための追加のポンプとリザーバを備えることができる。

図7及び図8は、回路図であり、図7は、本発明の一実施態様による弁を制御するための回路を示し、図8は、本発明の一実施態様によるポンプを制御するための回路を示している。図9は、それぞれマイクロコントローラ9に接続されている弁、ポンプ、及びブルートゥースモジュールの回路を示している。

ここで、本発明の実施態様の個々の構成要素についてより詳細に説明する

本発明の好ましい一実施態様では、流体リザーバ1は、ポンプ2、8によって流体が吸引される保存容器として機能する。流体リザーバ1は、体内の循環中の全血をシミュレートする。

本発明の好ましい一実施態様では、ポンプ2は、容積型電気流体ポンプである。本発明の好ましい実施態様のシステムでは、ポンプ2は心臓をシミュレートし、高圧の流体をリザーバ1から弁システム及び解剖学的構造を介して送出し、そして最終的に該リザーバ1に戻す。ポンプ2は心臓をシミュレートするため、該ポンプ2は、様々な時間間隔で流体を流体リザーバ1から吸引する。本発明の実施態様に使用できるポンプ2の例として、Swiftech（登録商標）MCP35Xポンプが挙げられる。好ましくは、本発明の実施態様のポンプ2は、可変制御速度を有する。

本発明の好ましい一実施態様におけるピンチ弁3は、改良型ソレノイドピンチ弁である。これらのピンチ弁3は、完全に遮断できないように改良されている。この改良により、本発明の好ましい実施態様のシステムが、拡張期の血流をより正確にシミュレートすることができる。ピンチ弁3のオン/オフのタイミングを変更することにより、波形を変更することができる。

本発明の好ましい一実施態様では、二重流体ライン制御システム4は、並列ライン14を使用して主ライン13に入る流体の量を間接的に制御する。並列ライン14の抵抗を増減することにより、主ライン13を通る流体の量が増減する。従って、本発明の好ましい一実施態様では、主ライン13を通る流体のみが、超音波ユニット12によって確認される。

本発明の好ましい一実施態様における比例弁5は、回路の抵抗を変更し、これにより流体の流量を変更して、様々な流動状態をモデル化する能力を高めるのに役立つ。

本発明の好ましい一実施態様では、解剖学的単位6は、使用者が超音波活性領域16において超音波装置12で試験される体の一部である。上記のように、本発明の実施態様は、1つの特定の解剖学的単位6に限定されるものではない。むしろ、多くの様々な解剖学的単位6を、本発明の実施態様に従って使用することができる。解剖学的単位6に特有の状態に基づいて様々な流れのシナリオを作成することができる。

本発明の好ましい一実施態様における空洞部7は、解剖学的単位6から出た後の動脈ライン及び静脈ラインに位置している。空洞部7の導入により、解剖学的単位6の外部の全てが超音波装置12から隠される。言い換えれば、空洞部7は、超音波信号を隠すように機能する。

本発明の好ましい一実施態様では、可逆ポンプ8は、容積型電気流体ポンプである。この可逆ポンプ8は、静脈流をシミュレートするのに役立つ。

本発明の好ましい一実施態様におけるマイクロコントローラ9は、様々な流動状態を予めプログラムされた電子要素を含む。本発明の好ましい一実施態様では、このマイクロコントローラ9は、ブルートゥース又は類似物（例えば、送信データ用の無線技術又は有線技術）によってAndroidデバイス又は類似物（例えば、スマートフォン、タブレット、コンピュータ）によって制御することができる。

本発明の好ましい一実施態様では、トランジスタ回路10は、マイクロコントローラ9を用いて弁3、5及びポンプ2、8を制御するためにスイッチとして機能する電子ハードウェアである。

本発明の好ましい一実施態様は、例えば、Androidデバイス上のアプリケーション（「app」）11を含む。このアプリケーション11は、使用者がシミュレートしたい状態を選択することができるグラフィカルユーザーインターフェイス（GUI）20を提供する。このアプリケーション11は、模擬患者の心拍数及び血管抵抗の程度を変更することによって各シミュレーションを使用者がカスタマイズすることをさらに可能にする。本発明の好ましい一実施態様では、このアプリケーション11は、ブルートゥース又は類似物によってマイクロコントローラ9を制御する。

本発明の好ましい一実施態様では、超音波装置12は、使用者（訓練者）が、波形を可視化して模擬患者を診断することを可能にする。さらに、本発明の実施態様は、他のドップラー装置も含み得る。例えば、本発明の一実施態様は、子宮内での胎児の心臓の鼓動の検出に使用されるタイプのような可聴音のみのドップラー装置を含む。

主ライン13及び並列ライン14における弁3、5は、流れを変更して波形を生成するのに役立つ。弁3、5は、本発明の実施態様のシステムを通る流体の量を変更する。本発明の好ましい実施態様のピンチ弁3は、不完全な流れを可能にする。比例弁5は、解剖学的単位6の動脈17を通る流れの程度を変更する。本発明の好ましい一実施態様では、比例弁5を調整して流れを変更し、解剖学的単位6の様々な動脈の状態（例えば、動脈疾患の人間）をシミュレートすることができる。

本出願において説明される本発明の多くの実施態様は、超音波装置を含むが、当業者であれば、本発明の実施態様を、超音波装置を用いない訓練目的（又は他の目的）のために使用できることを理解されよう。

本出願において使用される「血液」又は「流体」は、本発明の実施態様のシステム及び装置によって送出されるのが望ましいであろうあらゆる流体とすることができる。

本発明の一実施態様は、血流パターンをシミュレートする構成要素（弁、配管など）の全てを備えるシステムを含む。このシステムは、超音波装置も含み得る。

本発明の一実施態様は、水流を病的状態にある人間の状態のようにする流動パターンを作る。この流動パターンは、疾患状態又は正常な状態をシミュレートすることができる。例えば、本発明の一実施態様は：正常な流れ、疾患状態の流れ、及び流れのない状態をシミュレートすることができる。

本発明の実施態様は、静的である様々な既存の装置に使用できることも想定される。

本発明の一実施態様は、オープン無線技術制御（例えば、ブルートゥース制御）を含む。本発明の別の実施態様は、手動制御システムを含む。

ここで、本発明の実施態様の様々な解剖学的形態を説明する。

精巣捻転模型：精巣捻転は、精巣及び精索の捻転（即ち、捻じれ又は回転の動き）である。精巣捻転は、しばしば、精巣への血液供給の減少に関連し、数時間以内に不可逆的な損傷が起こる。精巣捻転の症例では、捻じれた精巣の外科的な捻転解除が、4〜6時間後では100％の精巣の生存度であり、12時間後では20％の生存度であり、24時間後だと0％の生存度であるため、迅速な鑑別診断が重要である。たとえ最も高いリスク集団（0〜19歳の少年）であっても、急性陰嚢痛の患者の16％しか精巣捻転ではない。超音波のような容易に利用可能な技術を用いて捻転と非捻転を迅速に区別する能力により、医師が、外科的介入のために可能性の高い精巣捻転を迅速に調べることができ、かつ非捻転の症例の不必要な搬送を回避することができる。これは、泌尿器系の診療情報提供書へのアクセスが制限されている地方及び/又は国際的な現場では特に重要であろう。従って、精巣捻転の処置では時間が重要な因子である。

従って、本発明の一実施態様は、片方又は１対の精巣の実物のような模型を利用し、このような模型は、急性陰嚢痛の原因の超音波検査所見を再現することができ、従って、捻転を除外するように医療提供者を訓練する。この装置の使用者（訓練者及び実施者の両方）には、（限定されるものではないが）：優先順位の高い救急科の医師、放射線医、超音波検査技師、第2次優先者、地方の医師、及び外国の医師が含まれる。本発明の実施態様の装置の特定の利点の1つは、症状が非常に珍しいため、学習者が、日常的な訓練の過程で特定の異常に出会う可能性が低いことである。本発明の実施態様は、訓練、及び訓練を標準化する学習機会を提供する。

本発明のこの実施態様における解剖模型は、明確な診断パターンからより微妙な所見までの範囲の複数の様々な血管超音波検査所見の生成を可能にする。本発明の一実施態様では、いずれかの精巣が症状のある精巣であり、このような精巣は、解剖学的に正確な本物のようなサイズ及び硬度とすることができる。

本発明のこの実施態様における波形発生器は、本物のようなサイズの血管における静脈及び動脈超音波流、拍動動脈流、及び障害して完全に閉塞された静脈を模倣する修正可能な血管（血流）抵抗をシミュレートして、臨床シナリオに一致する多様な波形を作り出すことができる。加えて、本発明の一実施態様は、精巣を模倣する毛細血管型の膨張性血管床を含み得る。精巣捻転装置の別の特徴は、付随する超音波検査パターンを用いて、一連の症例において捻転と非捻転とを正確に区別するために模型を用意して利用することができる。

さらに、本発明の実施態様における波形発生器は、頸動脈及び頸静脈、心臓、大腿動脈及び静脈、深部静脈系の静脈、血管シャント、並びに上腕の動脈及び静脈などをシミュレートすることができる。言い換えれば、様々な解剖模型に接続された波形発生器は、体内の全ての形態の血流をシミュレートすることができる。

本発明の好ましい実施態様の制御ユニットは、好ましくは、装置、例えば、タブレット上のユーザーインターフェイス20を含む。波形発生器は、ポンプ及び関連機器を含む。本発明の一実施態様では、サービスラインが解剖学的単位6に進入している。

本発明の実施態様は、本明細書で説明されるシミュレーション装置100を形成する方法、及び本明細書で説明されるシミュレーション装置100を使用する方法をさらに含む。

Claims (20)

1. 血流をシミュレートするための装置であって：
   解剖学的単位；及び
   波形を生成するための波形発生器を備え、該波形発生器が：
   少なくとも1つの流体ラインを介して流体を送出し、これにより、該波形発生器から該流体ラインを介して波形を伝送することができるポンプ；
   該流体ラインを複数の流体ラインに分割することができる分岐点であって、該複数の流体ラインが主ライン及び並列ラインを含む、該分岐点；
   流体の流れを少なくとも部分的に閉塞させることができる複数の弁；及び
   該流体を収容することができるリザーバを備え、
   該波形が、血流をシミュレートする流体ラインを介して該解剖学的単位及び該波形発生器に進入して該解剖学的単位及び該波形発生器から出る、前記装置。
2. 前記解剖学的単位が、人体の1つ以上の部分を再現する、請求項1記載の装置。
3. 前記波形発生器が、それ自体のハウジングに配設された別個の要素である、請求項1記載の装置。
4. 超音波装置をさらに備える、請求項1記載の装置。
5. 前記波形発生器及び前記流体ラインが、診断放射線医学の分野に共通している生理学的状態に一致する流体の速度プロフィールを作成する、請求項1記載の装置。
6. 前記解剖学的単位が密封容器を含み、該密封容器が、該密封容器内に維持される流体ラインを外部装置に接続することができる、請求項1記載の装置。
7. 前記波形発生器によって生成される波形を変更又は伝送するための装置をさらに備える、請求項1記載の装置。
8. 前記波形を変更又は伝送するための装置が液圧ラインを含む、請求項7記載の装置。
9. 前記波形を変更又は伝送するための装置が容積型流体ポンプを含む、請求項7記載の装置。
10. 前記解剖学的単位が、シリコーン、ラテックスゴム、又は同様の柔軟なゴム複合材を含む、請求項1記載の装置。
11. 前記ポンプが容積型電気流体ポンプである、請求項1記載の装置。
12. 前記波形発生器の弁がソレノイド弁を含む、請求項1記載の装置。
13. 前記弁がピンチ弁及び比例弁を含む、請求項1記載の装置。
14. ユーザーインターフェイスを備えた制御システムをさらに備える、請求項1記載の装置。
15. 前記制御システムがプログラム可能な回路基板を含む、請求項14記載の装置。
16. 複数の流体流動回路をさらに備え、該複数の流体流動回路が同時に動作することができる、請求項1記載の装置。
17. オープン無線技術制御をさらに備える、請求項1記載の装置。
18. 血流をシミュレートするための装置であって：
    解剖学的単位；及び
    波形を生成するための波形発生器であって：
    少なくとも1つの流体ラインを介して流体を送出し、これにより、該波形発生器から該流体ラインを介して波形を伝送することができるポンプ；
    該流体ラインを複数の流体ラインに分割することができる分岐点であって、該複数の流体ラインが主ライン及び並列ラインを含む、該分岐点；
    流体の流れを少なくとも部分的に閉塞させることができる複数の弁；
    流体ラインを通る該波形の静的抵抗を調節することができる比例弁；
    該流体を収容することができるリザーバ；及び
    空洞部を備える、該波形発生器；
    少なくとも該ポンプを制御することができるプログラム可能な回路基板；及び
    二重流体ライン制御システムを備え、
    波形が、該流体ラインを介して該波形発生器に進入して該波形発生器から出、かつ
    該波形発生器及び該流体ラインが、診断放射線医学の分野に共通している生理学的状態に一致する流体の速度プロフィールを作成する、前記装置。
19. 血流をシミュレートするための装置であって：
    少なくとも1つの精巣を再現する解剖学的単位；
    波形を生成するための波形発生器であって：
    動脈をシミュレートする少なくとも1つの流体ラインを流れる血液をシミュレートする流体を送出し、これにより、該波形発生器から該流体ラインを介して波形を伝送することができる容積型電気流体ポンプ；
    該流体ラインを複数の流体ラインに分割することができる分岐点であって、該複数の流体ラインが主ライン及び並列ラインを含む、該分岐点；
    該流体を収容することができる動脈流流体リザーバ；及び
    流体の流れを少なくとも部分的に閉塞させることができる複数の弁であって：
    該分岐点の下流、かつ該動脈流流体リザーバの上流に配設された該並列ライン上の並列ラインピンチ弁；及び
    該分岐点の下流、かつ比例弁の上流に配設された該主ライン上の主ラインピンチ弁を備え、
    該比例弁が、該解剖学的単位の上流に配設され、該主ラインによって該波形の静的抵抗を調節することができる、該複数の弁を備える、該波形発生器；
    静脈をシミュレートする少なくとも1つの流体ラインを流れる血液をシミュレートする流体を送出することができる容積型電気流体ポンプである可逆ポンプ；
    該流体を収容することができる静脈流流体リザーバ；
    該ポンプを制御することができるプログラム可能な回路基板；
    複数の空洞部；
    該波形から情報を得る超音波装置；及び
    該装置を制御するための制御システムを備え、
    該波形発生器及び該流体ラインが、診断放射線医学の分野に共通している生理学的状態に一致する流体の速度プロフィールを作成する、前記装置。
20. 血流をシミュレートするためのシステムであって：
    装置であって：
    解剖学的単位；及び
    波形を生成するための波形発生器であって：
    少なくとも1つの流体ラインを介して流体を送出し、これにより、該波形発生器から該流体ラインを介して波形を伝送することができるポンプ；
    該流体ラインを複数の流体ラインに分割することができる分岐点であって、該複数の流体ラインが主ライン及び並列ラインを含む、該分岐点；
    流体の流れを少なくとも部分的に閉塞させることができる複数の弁；
    流体ラインを通る該波形の静的抵抗を調節することができる比例弁；
    該流体を収容することができるリザーバ；及び
    少なくとも該ポンプを制御することができるプログラム可能な回路基板を備える、該波形発生器；及び
    空洞部を備える、該装置；
    該波形から情報を得る超音波装置；及び
    二重流体ライン制御システムを備え、
    波形が、該流体ラインを介して該波形発生器に進入して該波形発生器から出、かつ
    該波形発生器及び該流体ラインが、診断放射線医学の分野に共通している生理学的状態に一致する流体の速度プロフィールを作成する、前記システム。

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