JP3229487B2 - 血液循環シミュレータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、生体の血液循環系を機
械的に模擬すると共に、血圧波形が変化したときの生体
活動の変化が判る血液循環シミュレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】血圧波形は患者の容体により変化するた
め、血圧波形と生体の関係は実際の診断・治療の基礎知
識として極めて重要なものである。そして、医療従事者
を要請する医科系大学，看護学校，医療関連専門学校等
の循環生理学習においては、血圧波形と生体の関係を教
科書的な単なる知識としてだけではなく、実験等により
体得できるようにすることが切望されている。

【０００３】血圧波形を発生するものとしては、実際の
実験動物から血圧波形を検出するのが簡単ではあるが、
実験動物の心拍数を変化させる場合は強制的に運動させ
なければならず、また脈圧を変える場合はコレステロー
ルの摂取量が異なる二以上の実験動物を比較しなければ
ならず、さらに平均血圧を変化させる場合は血管収縮剤
等を使用しなければならないため、様々なパターンの血
圧波形を容易に観察することができない。また、電気的
に血圧波形を発生するものも知られており、これは、実
験動物を用いる場合に比して心拍数，脈圧，平均血圧を
自由に設定できるという利点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実験動
物を使用する場合は、実験自体が大掛かりになるだけで
なく、実験動物の世話を継続的に行う必要があり、さら
に、必要に応じて餌をコントロールしてコレステロール
の摂取量を調節しなければならず、非常に面倒であっ
た。また、電気的に血圧波形を発生するものにあって
は、心拍数，脈圧，平均血圧を任意に設定して，これら
を変化させたときに血圧波形が変化する様子を見ること
はできるが，その血圧波形に基づく生体活動の変化を知
ることはできない。そこで，本発明は，心拍数，脈圧，
平均血圧が変化して血圧波形が変化したときに、その心
拍数，脈圧，平均血圧の変化に応じた生体活動の変化を
簡単に知ることができようにすることを技術的課題とし
ている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明は、心拍数、脈圧及び平均血圧をコントロー
ラで可変調節可能にした模擬血圧波形発生手段を備え、
当該模擬血圧波形発生手段で形成された模擬血圧波形を
グラフィック表示するディスプレイ装置の表示部を複数
に分割し、前記コントローラで設定した心拍数、脈圧及
び平均血圧のデータに基づき、前記心拍数で拍動する心
臓画像と、前記心拍数に対応した運動量を表す人の運動
画像と、脈圧に対応する沈着量のコレステロールと平均
血圧に対応する血管内径を表した血管画像を、前記模擬
血圧波形と共にアニメーション表示する制御装置を備え
たことを特徴としている。

【０００６】

【作用】本発明によれば、ディスプレイ装置の表示部が
複数に分割され、心拍数，脈圧又は平均血圧のデータに
基づいて、そのデータに対応する生体活動の変化が、模
擬血圧波形と共にアニメーション表示され、例えば心拍
数に応じた心臓の拍動状態及び人の運動状態（座る，立
つ，歩く，走る等）や、脈圧に応じた血管断面のコレス
テロール沈着幅や、平均血圧に応じた毛細血管径等をア
ニメーション表示することにより、その血圧波形に応じ
た生体活動を一目で認識できる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて
具体的に説明する。図１は本発明に係る血液循環シミュ
レータを示すフローシート、図２はディスプレイ装置に
表示される模擬血圧波形を示すグラフ、図３〜図５はデ
ィスプレイ装置に表示される生体活動の変化を示すアニ
メーション表示の説明図である。

【０００８】図中１は、心拍数，脈圧，平均血圧をコン
トローラ２で可変調節可能にした模擬血圧循環系であっ
て、心臓に相当する拍動ポンプ３が管路４の上流側に介
装され、その下流側には、脈圧に影響を与える血管コン
プライアンスを付与する空気圧ダンパ５及び平均血圧に
影響を与える末梢血管抵抗を付与するニードルバルブ６
が介装されている。管路４の両端には、血液に相当する
液体を流入／流出する流入口４ａ及び流出口４ｂが、液
体を貯留したリザープタンク７の液中に開口形成されて
いる。

【０００９】拍動ポンプ３は、内部に所定のストローク
で往復運動するプッシャープレート８が配されると共
に、その吸込口３ａ及び拍出口３ｂに取り付けられた逆
止弁９，９を介して前記管路４に接続されている。プッ
シャープレート８は、モータ１０により一定の回転数で
回転されるクランク１０ａに接続されたロッド１１によ
り往復駆動され、その回転数に応じた拍動数（心拍数）
で液体を拍出するように成されており、モータ１０の回
転数が高くなれば心拍数が多くなり、回転数が低くなれ
ば心拍数が少なくなる。

【００１０】また、空気圧ダンパ５は、管路４に接続さ
れる流入口５ａ及び流出口５ｂが形成された密閉チャン
バ１２にエアポンプ１３が接続され、内部の空気量を調
節することにより血管コンプライアンスを変化させるよ
うに成されている。なお、１４は空気圧ダンパ５内の液
面位置に基づいて空気量を検出するための液面センサ、
１５ａは空気量を増やすときに開かれる空気採入バル
ブ，１５ｂは空気量を減らすときに開かれる空気抜バル
ブである。すなわち、ダンパ５内の空気量が多くなれ
ば、その空気の緩衝作用により、拍動ポンプ３から拍出
された液体の脈流が緩和されて最高血圧と最低血圧との
差（脈圧）が小さくなり、ダンパ５内の空気量が少なく
なれば、空気の緩衝作用が弱まって、液体の脈流が緩和
されず脈圧が大きくなる。

【００１１】さらに、ニードルバルブ６はモータ１６に
より開度（ニードルと弁座とのクリアランス）が調整さ
れて、末梢血管抵抗となる管路４の管内抵抗を増減し、
クリアランスを小さくすれば管内抵抗が増して平均血圧
が高くなり、クリアランスを大きくすれば管内抵抗が減
少して平均血圧が低下する。

【００１２】模擬血液循環系１の心拍数，脈圧及び平均
血圧を自在に調節するコントローラ２は、その入力側に
液面センサ１４が接続されると共に、出力側に拍動ポン
プ３を駆動するモータ１０、空気圧ダンバ５に空気を供
給するエアポンプ１３，空気採入バルブ１５ａ，空気抜
バルブ１５ｂ，ニードルバルブ６の開度を調整するモー
タ１６が接続され、その操作パネル（図示せず）には、
モータ１０の回転数（心拍数），ダンパ５内の空気量
（血管コンプライアンス）及びニードルバルブ６の開度
（末梢血管抵抗）を設定するスイッチ２ａ，２ｂ及び２
ｃが配設されている。

【００１３】１７は、模擬血液循環系１を流れる液体の
血圧を検出するための圧力センサであって、前記空気圧
ダンパ５とニードルバルブ６の間、本例では空気圧ダン
パ５を形成する密閉チャンバ１２内の液圧を検出するよ
うに配設され、当該圧力センサ１７と前記模擬血液循環
系１とで模擬血圧波形発生手段１８が形成されている。

【００１４】１９は、模擬血圧波形等をディスプレイ装
置２０にグラフィック表示する制御装置であって、その
入力側には、圧力センサ１７及びコントローラ２が接続
され、圧力センサ１７から出力される血圧波形及び前記
コントローラ２の各スイッチ２ａ，２ｂ，２ｃで設定さ
れたデータに基づいて、模擬血圧波形をグラフィック表
示すると共に、その心拍数，脈圧，平均血圧に対応じた
生体活動をアニメーション表示するように成されてい
る。

【００１５】ディスプレイ装置２０の表示部２１は４分
割され、第一の表示部（例えば左上）２１ａには、例え
ば図２（ａ）〜（ｄ）に示すように前記圧力センサ１７
で検出された模擬血圧波形をそのままグラフィック表示
（縦軸が血圧，横軸が時間）すると共に、模擬血圧波形
から読み取ることのできる心拍数，最高血圧，最低血
圧，脈圧，平均血圧が数値表示される。

【００１６】第二の表示部（例えば右上）２１ｂには、
図３に示すように心臓の絵がアニメーション表示され、
コントローラ２から入力されたモータ１０の回転数に応
じた心拍数で脈動するように表示される。第三の表示部
（例えば左下）２１ｃには、図４（ａ）〜（ｄ）に示す
ように人の運動状態がアニメーション表示され、コント
ローラ２から入力されたモータ１０の回転数に応じた心
拍数に対応して、例えば椅子に座っている状態，立って
いる状態，歩いている状態，走っている状態が表示され
る。このとき、歩いている状態及び走っている状態を、
例えば心拍数に応じて３段階の速さに変化させれば、心
拍数に応じた運動状態が全部で８段階に変化する。

【００１７】さらに、第四の表示部（例えば右下）２１
ｄは、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように血管の断面図
がアニメーション表示され、コントローラ２から入力さ
れた空気圧ダンパ５の空気量に応じた血管コンプライア
ンスに対応してコレステロールの沈着量が図示され、コ
ントローラ２から入力されたニードルバルブ６のクリア
ランスに応じた末梢血管抵抗に対応する血管内径の太さ
の変化が表示される。なお同時に、コントローラ２から
入力されたモータ１０の回転数に対応した心拍数で血管
の直径を拡縮させることにより拍動させるように表示し
てもよく、この場合の拍動幅は、コレステロールの沈着
量と同様に血管コンプライアンスに対応して変化する。

【００１８】以上が本発明の一例構成であって、次にそ
の作用について説明する。まず、コントローラ２の各ス
イッチ２ａ，２ｂ，２ｃを操作して、心拍数，脈圧，平
均血圧を所定の値に設定して模擬血液循環系１の拍動ポ
ンプ３を駆動させると、液体が拍動ポンプ３により拍出
されて空気圧ダンパ５及びニードルバルブ６が介装され
た管路４を通って，リザーブタンク７に還流される。

【００１９】このとき、圧力センサ１７により検出され
た模擬血圧波形と、コントローラ２で設定された各デー
タが制御装置１９に入力され、ディスプレイ装置２０の
第一表示部２１ａに模擬血圧波形がグラフィック表示さ
れると共に，心拍数，最高血圧，最低血圧，脈圧，平均
血圧が数値表示され、他の表示部２１ｂ〜２１ｄに，生
体活動の変化を表すアニメーション表示がされる。した
がって、誰でも、各表示部２１ａ〜２１ｄを対比するこ
とにより、血圧波形と対応させて心臓がどのように拍動
しているか，普通の人のどの程度の運動状態に相当する
か，血管がどの程度硬化しているか、血管がどの程度収
縮しているかを一目で認識することができ、逆にこれら
の生体活動の状態に応じた血圧波形はどのようなものか
を認識することができる。

【００２０】例えば、心拍数が変化したときの血圧波形
及び生体活動の変化を見るときは、コントローラ２の心
拍数設定スイッチ２ａを操作することによりモータ１０
の回転数を任意の値に設定すると、模擬血液循環系１の
心拍数が変化する。そして、例えば心拍数が速くなる
と、第一表示部２１ａの模擬血圧波形は図２（ｂ）に示
すように図２（ａ）に比して血圧波形の周期が短くな
り、第二表示部２１ａの心臓ががなり速く拍動し、第三
表示部２１ｃでは心拍数に応じた人の運動状態がアニメ
ーション表示される。

【００２１】また、血管コンプライアンスが変化したと
きの血圧波形及び生体活動の変化を見るときは、コント
ローラ２の血管コンプライアンス設定スイッチ２ｂを操
作することにより空気圧ダンパ５内の空気量を増減させ
ると、模擬血液循環系１の脈圧（最高血圧と最低血圧の
差）が変化する。そして、例えば空気量が減少すると、
血管が動脈硬化を起こした状態に相当し、第一表示部２
１ａの模擬血圧波形は図２（ｃ）に示すように図２
（ａ）に比して脈圧が大きくなり、第四表示部２１ｄの
血管断面に付着するコレステロールの沈着量が、図５
（ｂ）に示すよように図５（ａ）に比して増大すると共
に、心臓の拍動に応じて拡縮する血管の拍動幅が小さく
なる。次いで、空気量を増大させると、血管が動脈硬化
を起こしていない状態に戻り、第一表示部２１ａの模擬
血圧波形の脈圧が小さくなり、第四表示部２１ｄの血管
断面に付着するコレステロールの沈着量が減少すると共
に、血管の拍動幅も大きくなる。

【００２２】さらに、末梢血管抵抗が変化したときの血
圧波形及び生体活動の変化を見るときは、コントローラ
２の末梢血管抵抗設定スイッチ２ｃを操作することによ
りニードルバルブ６のクリアランスを調整すると、模擬
血液循環系１の平均血圧が変化する。そして、例えばニ
ードルバルブ６のクリアランスを狭くして管路４の抵抗
を大きくすると、高血圧の状態に相当し、第一表示部２
１ａの模擬血圧波形は図２（ｄ）に示すように図２
（ａ）に比して平均血圧が高くなり、第四表示部２１ｄ
の血管断面の内径が図５（ｂ）のように図５（ａ）に比
して小さくなる。次いで、ニードルバルブ６のクリアラ
ンスを広くすると、低血圧の状態になり、第一表示部２
１ａの模擬血圧波形の平均血圧が低く、第四表示部２１
ｄの血管断面の内径が大きくなる。

【００２３】このように、表示部２１が四つに分割され
て、模擬血圧波形とそれに対応した生体活動の変化を同
時に観察することができるので、動物実験を行なうこと
なく血圧波形が変化したときの患者の容体を学習するこ
とができる。なお、拍動ポンプ３はモータ１０により駆
動される場合に限らず、液体を一定の周期で拍出できる
ものであれば、例えば空気圧で駆動される場合であって
も良い。また、圧力センサ１７は、空気圧ダンパ５に接
続する場合に限らず、空気圧ダンパ５とニードルバルブ
６の間に設置されていても良い。

【００２４】また、制御装置１９に対し、心拍数，脈
圧，平均血圧に関するデータをコントローラ２から入力
する場合について説明したが、制御装置１９には圧力セ
ンサ１７のみを接続し、その血圧波形から心拍数，脈
圧，平均血圧を読み取り、これらのデータに基づいてデ
ィスプレイ装置２０に生体活動の変化をアニメーション
表示するようにしてもよい。

【００２５】さらにまた、模擬血圧波形発生手段とし
て、液体が流れる模擬血圧循環系１を用いることなく、
電気的に血圧波形を形成し、その血圧波形の心拍数，脈
圧，平均血圧に基づいて生体活動の変化をアニメーショ
ン表示するようにしてもよい。ただし、模擬血液循環系
１を用いれば、動脈に相当する管路４に穴を開けたとき
にどの程の勢いで血液が吹き出すか、また、人工弁が装
着不良の場合どのようになるか等、実際の治療では起き
てはならないことの実験に使用することもできる。

【００２６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、デ
ィスプレイ装置の表示部が複数に分割され、心拍数，脈
圧又は平均血圧のデータに基づいて、そのデータに対応
する生体活動の変化が、模擬血圧波形と共にアニメーシ
ョン表示され、例えば心拍数に応じた心臓の拍動状態及
び人の運動状態や、脈圧に応じた血管断面のコレステロ
ール沈着量や、平均血圧に応じた血管径の変化をアニメ
ーション表示することにより、その血圧波形に応じた生
体活動を誰でも一目で認識でき、逆にこれらの生体活動
の状態に応じた血圧波形はどのようなものかを認識する
ことができ、学習効果を向上させることができるという
大変優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る血液循環シミュレータを示すフロ
ーシート。

【図２】ディスプレイ装置にグラフィック表示される模
擬血圧波形を示す説明図。

【図３】ディスプレイ装置にアニメーション表示される
生体活動の一例を示す説明図。

【図４】ディスプレイ装置にアニメーション表示される
生体活動の一例を示す説明図。

【図５】ディスプレイ装置にアニメーション表示される
生体活動の一例を示す説明図。

【符号の説明】

１・・・模擬血液循環系 ２・・・コントローラ ３・・・拍動ポンプ ４・・・管路 ４ａ・・流入口 ４ｂ・・流出口 ５・・・空気圧ダンパ ６・・・ニードルバルブ ７・・・リザーブタンク １０・・・モータ １７・・・圧力センサ １９・・・制御装置 ２０・・・ディスプレイ装置 ２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ・・・表示部

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 心拍数、脈圧及び平均血圧をコントロー
   ラ（２）で可変調節可能にした模擬血圧波形発生手段
   （１８）を備え、当該模擬血圧波形発生手段（１８）で
   形成された模擬血圧波形をグラフィック表示するディス
   プレイ装置（２０）の表示部（２１）を複数に分割し、
   前記コントローラ（２）で設定した心拍数、脈圧及び平
   均血圧のデータに基づき、前記心拍数で拍動する心臓画
   像と、前記心拍数に対応した運動量を表す人の運動画像
   と、脈圧に対応する沈着量のコレステロールと平均血圧
   に対応する血管内径を表した血管画像を、前記模擬血圧
   波形と共にアニメーション表示する制御装置（１９）を
   備えたことを特徴とする血圧循環シミュレータ。
2. 【請求項２】 心臓に相当する拍動ポンプ（３）が管路
   （４）の上流側に介装され、その下流側には、脈圧に影
   響を与える血管コンプライアンスを付与する空気圧ダン
   パ（５）及び平均血圧に影響を与える抹消血管抵抗を付
   与するニードルバルブ（６）が介装されると共に、心拍
   数となる前記拍動ポンプ（３）の拍動数、脈圧を決定す
   る前記空気圧ダンパ（５）内の空気量及び平均血圧を決
   定する前記ニードルバルブ（６）の弁開度を任意に設定
   するコントローラ（２）を備えた模擬血圧循環系（１）
   が形成され、 前記空気圧ダンパ（５）とニードルバルブ（６）の間に
   は模擬血圧循環系（１）を流れる液体の血圧を検出する
   圧力センサ（１７）が配設され、 前記圧力センサ（１７）で検出された模擬血圧波形をグ
   ラフィック表示するディスプレイ装置（２０）の表示部
   （２１）を複数に分割し、前記コントローラ（２）で設
   定した心拍数、脈圧及び平均血圧のデータに基づき、前
   記心拍数で拍動する心臓画像と、前記心拍数に対応した
   運動量を表す人の運動画像と、脈圧に対応する沈着量の
   コレステロールと平均血圧に対応する血管内径を表した
   血管画像を、前記模擬血圧波形と共にアニメーション表
   示する制御装置を備えたことを特徴とする血液循環シミ
   ュレータ。