JP4284418B2 - Hemodynamic calculation method and program for training apparatus for extracorporeal circulation apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、体外循環装置用訓練装置の血行動態算出方法およびそのプログラムに関するものであり、より詳細には、想定患者情報に基づき想定患者により適合した患者血行動態を算出する方法およびそのプログラムに関するものである。 The present invention relates to a hemodynamic calculation method and program for an extracorporeal circulation apparatus training apparatus, and more particularly to a method and program for calculating patient hemodynamics that is more suitable for an assumed patient based on assumed patient information. It is.
重症心疾患の開心術治療において体外循環装置の信頼性は大変重要であり、臨床の実際に則した体外循環技術教育の重要性が増している。このような体外循環装置は多数実用化されており、本願発明者も体外循環装置に関連する人工肺装置（特許文献１を参照されたい。）を開発している。 The reliability of the extracorporeal circulation device is very important in the open heart surgery treatment of severe heart disease, and the importance of extracorporeal circulation technology education in accordance with clinical practice is increasing. Many such extracorporeal circulation devices have been put into practical use, and the inventor of the present application has also developed an artificial lung device (see Patent Document 1) related to the extracorporeal circulation device.
さらに、このような人工心肺装置の運転は複雑な循環動態に対して瞬時の対応が必要で、一歩間違うと重大な医療事故に繋がる。そこで、本願発明者らは、「人体模擬循環回路に接続した人工心肺装置をパソコンで制御してシミュレーション操作訓練のできる装置」を開発した（特許文献２を参照されたい。）。 Furthermore, the operation of such a heart-lung machine requires an instantaneous response to complicated circulatory dynamics, and if one step is mistaken, it leads to a serious medical accident. Accordingly, the inventors of the present application have developed a “device capable of performing simulation operation training by controlling a heart-lung machine connected to a human body simulation circuit by a personal computer” (see Patent Document 2).
従来の訓練装置でも、体重や身長などの患者データを保持する場合もあったが、単に患者データとして表示するのみであり、シミュレーション生体情報（血行動態情報）に対するパラメータとして利用されてはいなかった。即ち、従来の訓練装置では、擬似的に血行動態情報（生体シミュレーション情報）を算出する機構が設けられていたが、ある標準的な体格の成人男性を想定して構成していたため、小児、女性、または肥満者など体格が異なるケースに対応した訓練を行うことができなかった。しかしながら、臨床の際には、様々な患者が存在し、このような多様な患者に対して医療従事者が体外循環装置を使用することになるが、従来の訓練装置では、様々な患者に対応できるような訓練が十分にできていなかった。例えば、実際の体外循環では、体外循環開始前の循環血液量の初期値（主として患者の体格に依存する）によって体外循環操作に対する血圧変動などの血行動態の応答が著しく異なるため、その状況に応じた微妙かつ臨機応変な操作が必要とされる。さらに、臨床において循環血液量の少ない小児の体外循環は。血行動態の変動が顕著であり、循環装置の操作も成人のそれとは大きく異なり、著しく難易度が高いため、高度な熟練者を擁する限定された施設でのみ実施されているのが現状であった。そのため、熟練者の養成・訓練が緊急の課題であった。 Conventional training apparatuses sometimes hold patient data such as weight and height, but they are merely displayed as patient data, and are not used as parameters for simulated biological information (hemodynamic information). That is, in the conventional training apparatus, a mechanism for calculating hemodynamic information (biological simulation information) is provided in a pseudo manner, but it is configured assuming an adult male of a certain standard physique. Also, it was not possible to provide training for cases with different physiques, such as obese people. However, there are various patients in clinical practice, and medical personnel use extracorporeal circulation devices for such various patients. Conventional training devices can handle various patients. There was not enough training to do it. For example, in the actual extracorporeal circulation, the hemodynamic response such as blood pressure fluctuation to the extracorporeal circulation operation varies significantly depending on the initial value of the circulating blood volume (mainly depending on the patient's physique) before the start of extracorporeal circulation. Subtle and flexible operation is required. In addition, extracorporeal circulation in children with low circulating blood volume in clinical practice. Because the hemodynamic fluctuation is remarkable and the operation of the circulatory device is very different from that of adults, it is extremely difficult. . Therefore, training and training of skilled workers was an urgent issue.
体外循環装置用訓練装置に、患者の体格に依存した血行動態を適切につくりだし、その状況を臨床と同様に訓練できる機能が付加されることには大きな意義がある。
そこで、本発明は、体外循環装置用訓練装置の運用に際して、患者側基本情報の入力によって、初期パラメータを算出し、より適正な血行動態情報を算出する方法およびそのプログラムを提供することを目的とする。
It is significant that the extracorporeal circulation apparatus training apparatus has a function to appropriately create hemodynamics depending on the patient's physique and to train the situation in the same manner as clinical practice.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method and program for calculating initial parameters and calculating more appropriate hemodynamic information by inputting patient-side basic information when operating a training apparatus for an extracorporeal circulation apparatus. To do.
上述した諸課題を解決すべく、第１の発明による、患者情報を入力する入力手段と、初期パラメータ算出手段と、血行動態情報算出手段と、患者側血行動態を模擬する患者側血行動態模擬回路とを備える、体外循環装置用訓練装置の血行動態算出方法は、
前記入力手段が、前記体外循環装置用訓練装置による訓練を開始する前に、想定患者の身長、体重、および心係数を含む患者情報の入力を受け付けるステップと、
前記初期パラメータ算出手段が、前記患者情報に基づき所定の演算式または相関マップを使って、前記想定患者に対応した、適正灌流量(L/min)、および、循環血液量(L)を含む前記初期パラメータを求める初期パラメータ算出ステップと、
前記血行動態情報算出手段が、１次の関係を示す相関マップまたは演算式を使って、前記初期パラメータの循環血液量から前記静脈コンプライアンス及び前記末梢血管抵抗を算出し、前記静脈コンプライアンス及び前記末梢血管抵抗を用いて、前記患者側血行動態模擬回路の回路パラメータを設定し、前記患者側血行動態模擬回路によって前記想定患者に対応した血行動態情報を求める血行動態情報算出ステップと、
を含むものである。
本発明によれば、想定患者の身長、体重、および心係数などの簡単な情報を入力するだけで、特定の患者を想定した体外循環装置の訓練を実行することが可能となる。特に、小児などの個々の想定患者に対応した患者側血行動態を非常にリアルに再現することができる。即ち、求めた初期パラメータを補正パラメータとして、訓練装置に設けてある血行動態等価回路（患者側の血液が流れる流路や器官などを回路であると考えたとき標準的な患者側血行動態を擬似的に再現する等価回路）に設定すれば、補正後の血行動態等価回路は、想定患者に対応した患者側血行動態を非常に精度良く再現することとなり、ユーザに非常に現実感の高いシミュレーション生体情報を伴った訓練を提供することが可能となる。
初期パラメータとして求めた適正灌流量(L/min)、および、循環血液量(L)は、他の血行動態要素に大きく影響を及ぼすものであり、他の血行動態に影響を及ぼす要素の標準的なデフォルト値および既知の演算式や相関マップなどを使って、血圧などの他の血行動態要素を従来よりも高い精度で求めることができる。
In order to solve the above-mentioned problems, an input means for inputting patient information, an initial parameter calculation means, a hemodynamic information calculation means, and a patient-side hemodynamic simulation circuit for simulating patient-side hemodynamics according to the first invention comprising the door, hemodynamics calculation method of extracorporeal circulation apparatus for training devices,
A step wherein the input means, for accepting before starting the training by the extracorporeal circulation apparatus for training devices, height assumed patient, body weight, and the input of the patient information including the cardiac index,
The initial parameter calculation means includes a proper perfusion rate (L / min) and a circulating blood volume (L) corresponding to the assumed patient using a predetermined arithmetic expression or a correlation map based on the patient information. An initial parameter calculating step for obtaining an initial parameter;
The hemodynamic information calculating means calculates the venous compliance and the peripheral vascular resistance from the circulating blood volume of the initial parameter using a correlation map or an arithmetic expression indicating a primary relationship, and the venous compliance and the peripheral vascular resistance. Using a resistor, setting circuit parameters of the patient-side hemodynamic simulation circuit, and obtaining hemodynamic information corresponding to the assumed patient by the patient-side hemodynamic simulation circuit ;
Is included.
According to the present invention, it is possible to execute training for an extracorporeal circulation apparatus assuming a specific patient by simply inputting simple information such as the height, weight, and cardiac coefficient of the assumed patient. In particular, patient-side hemodynamics corresponding to individual assumed patients such as children can be reproduced very realistically. That is, using the obtained initial parameters as correction parameters, the hemodynamic equivalent circuit provided in the training apparatus (when the flow path or organ through which the blood on the patient side flows is considered as a circuit, the standard hemodynamics on the patient side is simulated. The equivalent hemodynamic equivalent circuit reproduces the patient side hemodynamics corresponding to the assumed patient with very high accuracy, and provides a highly realistic simulation body for the user. It is possible to provide training with information.
Appropriate perfusion rate (L / min) and circulating blood volume (L) obtained as initial parameters greatly affect other hemodynamic factors, and are the standard factors affecting other hemodynamic factors. Other hemodynamic elements such as blood pressure can be obtained with higher accuracy than in the past by using various default values and known arithmetic expressions and correlation maps.
本発明によれば、個々の想定患者に対応した、静脈コンプライアンスおよび末梢血管抵抗を含む前記患者側血行動態をユーザに提供できるようになる。特に、小児などの個々の想定患者に対応した静脈コンプライアンスおよび末梢血管抵抗を非常にリアルに再現することができ、ユーザに非常に現実感のある訓練を提供することが可能となる。 According to the present invention, the patient-side hemodynamics including venous compliance and peripheral vascular resistance corresponding to each assumed patient can be provided to the user. In particular, the venous compliance and peripheral vascular resistance corresponding to each assumed patient such as a child can be reproduced very realistically, and it is possible to provide a highly realistic training to the user.
また、第２の発明による体外循環装置用訓練装置の血行動態算出方法は、
前記患者情報が、性別情報（男性または女性）および年齢情報をさらに含む、
ことを特徴とする。
性別によって適正灌流量および循環血液量などが異なるため、本発明によれば、性別で補正された、想定患者に、より適正に対応した灌流量、および、循環血液量などを求めることができるため、ひいては想定患者により適切に対応した患者側血行動態を求めることが可能となる。
In addition, the hemodynamic calculation method of the extracorporeal circulation apparatus training apparatus according to the second invention includes:
The patient information further includes gender information (male or female) and age information;
It is characterized by that.
Since the appropriate perfusion rate and circulating blood volume differ depending on the gender, according to the present invention, it is possible to obtain the perfusion rate and circulating blood volume that are more appropriate for the assumed patient corrected by gender. As a result, it is possible to obtain patient-side hemodynamics more appropriately corresponding to the assumed patient.
また、第３の発明による体外循環装置用訓練装置の血行動態算出方法は、
前記患者側血行動態模擬回路は、
心臓として作用する可変コンプライアンス（即ち、可変コンデンサ）と、血管抵抗として作用する少なくとも１つの抵抗と、動脈として作用するインダクタンス及び抵抗と、静脈として作用するコンプライアンス（即ちコンデンサ）及び抵抗と（さらには弁として作用する少なくとも１つのダイオード）を含む、患者側血行動態を模擬する患者側血行動態シミュレーションによって実行される、
ことを特徴とする。
本発明によれば、患者側血行動態を模擬する患者側血行動態シミュレーションを使うことによって、簡易、高精度、かつリアルタイムで患者側血行動態を算出しながらユーザに訓練を提供することが可能となる。
In addition, the hemodynamic calculation method for the extracorporeal circulation apparatus training apparatus according to the third invention comprises:
The patient side hemodynamic simulation circuit comprises :
Variable compliance, which acts as a heart (i.e., variable capacitor) and, at least one resistor which acts as a vascular resistance, an inductance and resistance acting as arterial compliance which acts as a vein (i.e., capacitor) and a resistor (further valve Performed by a patient side hemodynamic simulation simulating patient side hemodynamics, comprising at least one diode acting as
It is characterized by that.
According to the present invention, by using a patient side hemodynamic simulation that simulates a patient side hemodynamic, it is possible to provide training to a user while calculating patient side hemodynamics in a simple, highly accurate and real time manner. .
上述したように本発明の解決手段を方法として説明してきたが、本発明はこれらに実質的に相当する装置、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。
例えば、第４の発明による、患者情報を入力する入力手段と、初期パラメータ算出手段と、血行動態情報算出手段と、患者側血行動態を模擬する患者側血行動態模擬回路とを備える、体外循環装置用訓練装置として構成されるコンピュータに、
前記入力手段が、前記体外循環装置用訓練装置による訓練を開始する前に、想定患者の身長、体重、および心係数を含む患者情報の入力を受け付けるステップと、
前記初期パラメータ算出手段が、前記患者情報に基づき所定の演算式または相関マップを使って、前記想定患者に対応した、適正灌流量、および、循環血液量を含む前記初期パラメータを求める初期パラメータ算出ステップと、
前記血行動態情報算出手段が、１次の関係を示す相関マップまたは演算式を使って、前記初期パラメータの循環血液量から前記静脈コンプライアンス及び前記末梢血管抵抗を算出し、前記静脈コンプライアンス及び前記末梢血管抵抗を用いて、前記患者側血行動態模擬回路の回路パラメータを設定し、前記患者側血行動態模擬回路によって前記想定患者に対応した血行動態情報を求める血行動態情報算出ステップと、
を実行させるためのプログラム。
As described above, the solving means of the present invention has been described as a method. However, the present invention can be realized as a device, a program, and a storage medium storing the program substantially corresponding to these, and the scope of the present invention. It should be understood that these are also included.
For example, the extracorporeal circulation apparatus comprising input means for inputting patient information, initial parameter calculation means, hemodynamic information calculation means, and patient-side hemodynamic simulation circuit for simulating patient-side hemodynamics according to the fourth invention Computer configured as a training device for
A step wherein the input means, for accepting before starting the training by the extracorporeal circulation apparatus for training devices, height assumed patient, body weight, and the input of the patient information including the cardiac index,
An initial parameter calculation step in which the initial parameter calculation means obtains the initial parameters including the appropriate perfusion rate and the circulating blood volume corresponding to the assumed patient using a predetermined arithmetic expression or a correlation map based on the patient information. When,
The hemodynamic information calculating means calculates the venous compliance and the peripheral vascular resistance from the circulating blood volume of the initial parameter using a correlation map or an arithmetic expression indicating a primary relationship, and the venous compliance and the peripheral vascular resistance. Using a resistance, setting circuit parameters of the patient-side hemodynamic simulation circuit, and obtaining hemodynamic information corresponding to the assumed patient by the patient-side hemodynamic simulation circuit ;
A program for running
また、第５の発明によるプログラムは、
前記患者情報が、性別情報（男性または女性）、年齢情報をさらに含む、
ことを特徴とする。
A program according to the fifth invention is
The patient information further includes gender information (male or female), age information,
It is characterized by that.
以降、諸図面を参照しつつ、本発明の実施態様を詳細に説明する。
図１は、本発明による体外循環装置用訓練装置の血行動態算出方法の処理ステップの一例を示すフローチャートである。ステップS1では、体外循環装置用訓練装置に、想定患者の身長、体重、心係数、性別、年齢などの患者情報を入力する。ステップS3では、入力された患者情報から所定の計算式（例えば、体表面積ＢＳＡ＝0.007184×身長0.725×体重0.425）を用いて体表面積を求める。ステップS5では、入力された患者情報およびこれから算出した体表面積に基づき、所定の演算式または相関マップを使って、前記想定患者に対応した、適正灌流量および循環血液量などを含む前記初期パラメータを求める。ステップS7では、算出した初期パラメータに基づき、既知の演算式や相関マップ、さらには、本発明者らによって新規に求められた演算式や相関マップを用いて、前記想定患者に対応した血行動態情報を求める。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a flowchart showing an example of processing steps of the hemodynamic calculation method of the extracorporeal circulation apparatus training apparatus according to the present invention. In step S1, patient information such as the height, weight, cardiac coefficient, sex, and age of the assumed patient is input to the extracorporeal circulation apparatus training apparatus. In step S3, a predetermined calculation formula from a patient information input (e.g., body surface area BSA = 0.007184 × Height 0.725 × Weight 0.425) obtaining the body surface area used. In step S5, based on the input patient information and the body surface area calculated from the patient information, the initial parameters including an appropriate perfusion rate and a circulating blood volume corresponding to the assumed patient are determined using a predetermined arithmetic expression or a correlation map. Ask. In step S7, based on the calculated initial parameters, the hemodynamic information corresponding to the assumed patient using a known arithmetic expression and correlation map, and further using the arithmetic expression and correlation map newly obtained by the present inventors. Ask for.
本発明で求める血行動態情報（生体情報）は相互に依存関係がある。例えば、血圧は、大まかには、以下の式のように末梢血管抵抗および心拍出量のファクターで決定される。
血圧＝係数×（心拍出量×末梢血管抵抗）
逆に、血圧と心拍出量から、末梢血管抵抗をシミュレーションで求めることができる。なお、血圧には、上記以外に循環血液量、中心静脈圧、血液粘度、血管壁弾力性（即ち、血管緊張度の増減によって流路の断面積が変化し、循環血液量などが変化する。）なども関連する。さらに、心拍出量は、以下に示すように、心拍数、１回心拍出量、体表面積（想定体重から換算可能）に依存する。
The hemodynamic information (biological information) obtained in the present invention is mutually dependent. For example, blood pressure is roughly determined by peripheral vascular resistance and cardiac output factors as in the following equations.
Blood pressure = coefficient x (cardiac output x peripheral vascular resistance)
Conversely, peripheral vascular resistance can be determined by simulation from blood pressure and cardiac output. In addition to the above, in the blood pressure, the circulating blood volume, central venous pressure, blood viscosity, blood vessel wall elasticity (that is, the cross-sectional area of the flow path is changed by increasing or decreasing the blood vessel tension, and the circulating blood volume is changed. ) Etc. are also relevant. Furthermore, the cardiac output depends on the heart rate, the single cardiac output, and the body surface area (convertible from the assumed body weight) as shown below.
以下に既知の演算式を示すが、本発明はこれらの式や式に相当するマップなどを利用して血行動態情報を算出している。
体表面積ＢＳＡ＝0.007184×身長0.725×体重0.425
心拍出量＝心係数×体表面積
（心係数＝心拍出量／体表面積）
血圧＝係数×心拍出量（心臓が一回に拍出する量）×末梢血管抵抗（細動脈の抵抗）
末梢血管抵抗Ｒ＝血圧勾配ΔＰ／血液流量Ｆ
（即ち、抵抗Ｒは圧勾配と血液の粘性、血管の大きさで規定される）
平均血圧＝心拍出量×末梢血管抵抗
平均血圧=拡張期血圧＋脈圧／３
（脈圧=収縮期血圧−拡張期血圧）
Although known arithmetic expressions are shown below, the present invention calculates hemodynamic information using maps and the like corresponding to these expressions and expressions.
Body surface area BSA = 0.007184 × height 0.725 × weight 0.425
Cardiac output = cardiac coefficient x body surface area
(Cardiac coefficient = cardiac output / body surface area)
Blood pressure = coefficient x cardiac output (amount that the heart beats at once) x peripheral vascular resistance (arteriole resistance)
Peripheral vascular resistance R = blood pressure gradient ΔP / blood flow F
(That is, resistance R is defined by pressure gradient, blood viscosity, and blood vessel size.)
Average blood pressure = cardiac output x peripheral vascular resistance Average blood pressure = diastolic blood pressure + pulse pressure / 3
(Pulse pressure = systolic blood pressure-diastolic blood pressure)
体外循環装置用訓練装置で使用される操作情報には、体外循環開始前には、身長、体重、心係数、性別、年齢、心拍数、血圧、および体温を含み、体外循環開始後には、ポンプ血流量（或いは、ポンプ回転数、リザーバタンク液量、リザーバタンク陰圧など）、脱血量、および目標体温が含まれる。また、体外循環装置用訓練装置が提供する血行動態情報（シミュレーション生体情報）には、静脈コンプライアンス、末梢血管抵抗、動脈圧、中心静脈圧、肺動脈圧、循環血液流量、心拍数、不整脈、心拍出量、体温、および血液ガス情報、へマトクリットなどが含まれる。 The operation information used in the extracorporeal circulation device training device includes height, weight, heart coefficient, gender, age, heart rate, blood pressure, and body temperature before the start of extracorporeal circulation. Blood flow volume (or pump rotation speed, reservoir tank fluid volume, reservoir tank negative pressure, etc.), blood removal volume, and target body temperature are included. The hemodynamic information (simulation biological information) provided by the extracorporeal circulation device training device includes venous compliance, peripheral vascular resistance, arterial pressure, central venous pressure, pulmonary artery pressure, circulating blood flow rate, heart rate, arrhythmia, heart rate Includes output, body temperature, and blood gas information, hematocrit, etc.
図２は、本発明による血行動態算出方法の使用に適した体外循環装置用訓練装置の入力パネル画面の一例を示す図である。図に示すように、体外循環装置用訓練装置に患者情報として身長、体重、性別、年齢、心係数を入力すると、体外循環装置用訓練装置に設けてある回路などによって体表面積、および適正灌流量などが初期パラメータとして自動的に算出される。 FIG. 2 is a diagram showing an example of an input panel screen of the extracorporeal circulation apparatus training apparatus suitable for use in the hemodynamic calculation method according to the present invention. As shown in the figure, when height, weight, sex, age, and cardiac coefficient are input as patient information to the extracorporeal circulation device training device, the body surface area and the appropriate perfusion rate are determined by the circuit provided in the extracorporeal circulation device training device. Are automatically calculated as initial parameters.
図３は、本発明による血行動態算出方法の使用に適した体外循環装置用訓練装置に搭載される患者側血行動態（即ち体内の血液流路）を擬似する等価回路である。この等価回路は、集中定数回路による血行動態の等価回路シミュレーション技術を利用したものである。図に示すように、この回路は、送血ポンプと等価である第１の電源DC1、脱血装置と等価である第２の電源DC2を含む。第１の電源DC1（送血ポンプ）からは血圧としての電圧である回路内圧PINが印加され、動脈フィルタFを通過して送血流量（電流）QINで患者側血液回路内に血液が流れる。回路内のP1−P10は接続点（血管分岐点）、Q1−17は回路（血管）内の各所での流量（電流値）を示す。D8、D11、D12、D14は、それぞれ大動脈弁、三尖弁、肺動脈弁、僧坊弁として機能するダイオードであり、１つの方向へのみ血液が流れることを可能にする。 FIG. 3 is an equivalent circuit that simulates the patient-side hemodynamics (that is, the blood flow path in the body) installed in the extracorporeal circulation apparatus training apparatus suitable for use in the hemodynamic calculation method according to the present invention. This equivalent circuit utilizes a hemodynamic equivalent circuit simulation technique using a lumped constant circuit. As shown in the figure, this circuit includes a first power source DC1 equivalent to a blood pump and a second power source DC2 equivalent to a blood removal apparatus. From the first power supply DC1 (blood delivering pump) circuit internal pressure P IN is a voltage as blood pressure is applied, the blood in the patient blood circuit with an arterial flow (current) Q IN passes through the arterial filter F Flowing. P1 to P10 in the circuit indicate connection points (blood vessel branch points), and Q1-17 indicates flow rates (current values) at various points in the circuit (blood vessel). D8, D11, D12, and D14 are diodes that function as an aortic valve, tricuspid valve, pulmonary valve, and mitral valve, respectively, and allow blood to flow in only one direction.
VR1、VR2は、大動脈クランプ、脱血クランプとして機能する可変抵抗であり、血液を止めたり、流したりすることを可能にする。R10、R13、R15、R16は、各血管の血管抵抗として作用する抵抗であり、L9、L17はある容量を持った容器かつ抵抗（血管）として機能するインダクタンスである。可変コンプライアンスC1は左心室、C5は右心室、C2,C3,C4,C6は、ある容量を持った容器（血管）として機能するコンデンサ（一部に可変コンデンサを含む）である。なお、第２の電源DC2（脱血ポンプ）によって、引圧POUTが発生しており、脱血クランプVR2を経て流量QOUTで脱血装置へ血液が導かれる。本発明は、患者側基本情報の入力によって、このような血行動態を模擬する回路に求めた初期パラメータを設定して、血行動態を算出することができる。また、この患者側血行動態回路は、複数の要素（弁、静脈、動脈など）から構成される複数の要素伝達関数、またはこれを１つにまとめた伝達関数で表すことができる。従って、このような患者側血行動態回路は、循環境界条件を満足する閉回路の連立微分方程式の数値求解法として作用する１つのソフトウェアモジュールとしても構成することができる。即ち、この患者側血行動態回路は、プログラムとして構成することも可能であり、本発明による血行動態算出プログラムと組み合わせて構成することもできる。本発明による方法やプログラムを前記患者側血行動態回路に適用する場合には、この患者側血行動態回路を構成する各要素伝達関数の係数や定数などのパラメータを想定患者の患者情報に適合したパラメータに変更する。このように想定患者の患者情報に適合したパラメータが設定された回路は、当該患者によく合った血行動態情報を出力することが可能となり、ユーザに様々な想定患者を対象とした訓練を施すことを可能にする。 VR1 and VR2 are variable resistors that function as an aortic clamp and a blood removal clamp, and can stop and flow blood. R10, R13, R15, and R16 are resistors that act as vascular resistance of each blood vessel, and L9 and L17 are containers having a certain capacity and inductance that functions as a resistor (blood vessel). The variable compliance C1 is the left ventricle, C5 is the right ventricle, and C2, C3, C4, and C6 are capacitors (partly including a variable capacitor) that function as a container (blood vessel) having a certain capacity. Note that the second power supply DC2 (blood removal pump) generates the suction pressure P OUT , and the blood is guided to the blood removal device at the flow rate Q OUT through the blood removal clamp VR2. The present invention can calculate hemodynamics by setting initial parameters obtained in a circuit that simulates such hemodynamics by inputting patient-side basic information. In addition, this patient-side hemodynamic circuit can be represented by a plurality of element transfer functions composed of a plurality of elements (valves, veins, arteries, etc.), or a transfer function in which these are combined into one. Therefore, such a patient-side hemodynamic circuit can also be configured as a single software module that acts as a numerical solution method for a closed circuit simultaneous differential equation that satisfies the circulation boundary condition. That is, this patient-side hemodynamic circuit can be configured as a program, or can be configured in combination with the hemodynamic calculation program according to the present invention. When the method or program according to the present invention is applied to the patient-side hemodynamic circuit, parameters such as coefficients and constants of element transfer functions constituting the patient-side hemodynamic circuit are adapted to the patient information of the assumed patient. Change to In this way, the circuit in which parameters suitable for the patient information of the assumed patient are set can output hemodynamic information well suited to the patient, and the user can be trained for various assumed patients. Enable.
実際の訓練装置における患者情報に基づく循環血液量の変更は、以下の手順で実施される。
（1）患者情報に基づき既知の推定式によって循環血液量を計算する。
（2）模擬循環回路内血液タンクのゼロ点を校正する。
（3）ゼロ点校正後、循環血液量の充填量を表示する。
（4）充填終了により訓練開始可能となる。
ここで、循環血液量の変化を患者側血行動態に正確に反映させるには、図３に示す患者側循環回路の血管抵抗および血管コンプライアンス等の回路パラメータが適切に設定されなければならない。本発明らは、血行動態の等価回路シミュレータを用いた検証により、末梢血管抵抗と静脈コンプライアンスが循環血液量に相関することを見いだした。即ち、このような相関マップまたは簡易推定式によって血行動態である末梢血管抵抗と静脈コンプライアンスをより精度良く計算することができることを実験によって見いだしたものである。ここで、末梢血管抵抗と静脈コンプライアンスなどの血行動態情報は、前述したように他の血行動態情報の要素である血圧などにも関連するものであり、結果として、末梢血管抵抗と静脈コンプライアンス以外の血行動態情報も、想定患者により適合した数値で得ることが可能となる。
The change of the circulating blood volume based on the patient information in the actual training apparatus is performed by the following procedure.
(1) Calculate the circulating blood volume using a known estimation formula based on patient information.
(2) Calibrate the zero point of the blood tank in the simulated circulation circuit.
(3) After zero point calibration, display the filling volume of circulating blood volume.
(4) Training can be started when filling is completed.
Here, in order to accurately reflect changes in the circulating blood volume in the patient-side hemodynamics, circuit parameters such as vascular resistance and vascular compliance of the patient-side circulation circuit shown in FIG. 3 must be set appropriately. The present inventors have found that peripheral vascular resistance and venous compliance correlate with circulating blood volume through verification using an equivalent circuit simulator of hemodynamics. That is, it has been found through experiments that peripheral blood vessel resistance and venous compliance, which are hemodynamics, can be calculated with higher accuracy by using such a correlation map or simple estimation formula. Here, hemodynamic information such as peripheral vascular resistance and venous compliance is also related to blood pressure, which is an element of other hemodynamic information as described above. Hemodynamic information can also be obtained with numerical values that are more suitable for the assumed patient.
図４は、本発明で使用する静脈コンプライアンスと循環血液量との関係を示す相関マップ（簡易推定曲線）である。血行動態の等価回路シミュレータにより、循環血液量の変化に対する血圧と漕流量が正常値を示す関係を調べた結果、循環血液量と静脈コンプライアンスとは相関関係があり、循環血液量の変化に対して、静脈コンプライアンスは1次式で近似できることが明らかになった。末梢血管抵抗についても同様の関係が見いだされた。図５に、本発明で使用する血管抵抗と循環血液量との関係を示す相関マップ（簡易推定曲線）を示す。これらのマップ上の簡易推定曲線から得られる推定式により、前述したようにシミュレーションプログラム内の回路パラメータを変更することで、簡便に血行動態を擬似することが可能となる。 FIG. 4 is a correlation map (simple estimation curve) showing the relationship between venous compliance and circulating blood volume used in the present invention. As a result of investigating the relationship between blood pressure and sputum flow rate with respect to changes in circulating blood volume and the normal value using a hemodynamic equivalent circuit simulator, there is a correlation between circulating blood volume and venous compliance. It was revealed that vein compliance can be approximated by a linear equation. A similar relationship was found for peripheral vascular resistance. FIG. 5 shows a correlation map (simple estimation curve) showing the relationship between vascular resistance and circulating blood volume used in the present invention. By changing the circuit parameters in the simulation program as described above using the estimation formula obtained from the simple estimation curves on these maps, it is possible to easily simulate the hemodynamics.
上記の本発明による方法を実装したプログラムで実際に適用して患者情報から循環血液量・静脈コンプライアンスを推定した。下記の表のように患者情報によって精度よく循環血液量・静脈コンプライアンスなどを求めることが可能になることが分った。 The circulating blood volume and venous compliance were estimated from the patient information by actually applying the program according to the above-described method of the present invention. As shown in the table below, it has been found that it is possible to accurately determine circulating blood volume and venous compliance based on patient information.
体外循環装置用訓練装置に本方法を適用することにより、従来はできなった小児を想定患者とする体外循環の訓練が可能となる。また、患者の体格の違いによる操作の違いを予め体感することにより、術前の安全確保のためのシミュレータ訓練が可能となり、体外循環の安全確保に大きく資することが期待される。 By applying this method to the extracorporeal circulation apparatus training apparatus, it becomes possible to perform extracorporeal circulation training in which a child who has not been made conventionally is assumed. In addition, by experiencing the difference in operation due to the difference in the patient's physique in advance, simulator training for ensuring preoperative safety is possible, which is expected to greatly contribute to ensuring the safety of extracorporeal circulation.
本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各部材、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。 Although the present invention has been described based on the drawings and examples, it should be noted that those skilled in the art can easily make various modifications and corrections based on the present disclosure. Therefore, it should be noted that these variations and modifications are included in the scope of the present invention. For example, functions included in each member, each means, each step, etc. can be rearranged so as not to be logically contradictory, and a plurality of means, steps, etc. can be combined or divided into one. Is possible.
DC1 第１の電源（送血ポンプ）
DC2 第２の電源（脱血ポンプ）
F 動脈フィルタ
動脈フィルタFを通過して
P1−P10 接続点（血管分岐点）
Q1−17 流量（電流値）
D8、D11、D12、D14 ダイオード（大動脈弁、三尖弁、肺動脈弁、僧坊弁）
VR1、VR2 可変抵抗（大動脈クランプ、脱血クランプ）
R10、R13、R15、R16 抵抗（血管抵抗）
L9、L17 インダクタンス
C1−C7 コンデンサ（可変コンデンサを含む）
PIN 回路内圧
POUT 引圧
QOUT 流量
DC1 1st power supply (blood pump)
DC2 Second power supply (blood removal pump)
F Arterial filter through arterial filter F
P1-P10 connection point (blood vessel branch point)
Q1-17 Flow rate (current value)
D8, D11, D12, D14 diode (aortic valve, tricuspid valve, pulmonary valve, mitral valve)
VR1, VR2 variable resistance (aortic clamp, blood removal clamp)
R10, R13, R15, R16 resistance (blood vessel resistance)
L9, L17 Inductance
C1-C7 capacitors (including variable capacitors)
P IN circuit internal pressure
P OUT pressure
Q OUT flow rate
Claims (5)
前記入力手段が、前記体外循環装置用訓練装置による訓練を開始する前に、想定患者の身長、体重、および心係数を含む患者情報の入力を受け付けるステップと、
前記初期パラメータ算出手段が、前記患者情報に基づき所定の演算式または相関マップを使って、前記想定患者に対応した、循環血液量を含む初期パラメータを求める初期パラメータ算出ステップと、
前記血行動態情報算出手段が、１次の関係を示す相関マップまたは演算式を使って、前記初期パラメータの循環血液量から前記静脈コンプライアンス及び前記末梢血管抵抗を算出し、前記静脈コンプライアンス及び前記末梢血管抵抗を用いて、前記患者側血行動態模擬回路の回路パラメータを設定し、前記患者側血行動態模擬回路によって前記想定患者に対応した血行動態情報を求める血行動態情報算出ステップと、
を含む体外循環装置用訓練装置の血行動態算出方法。 A hemodynamic calculation method for a training apparatus for an extracorporeal circulation apparatus , comprising: input means for inputting patient information; initial parameter calculation means; hemodynamic information calculation means; and a patient side hemodynamic simulation circuit that simulates patient side hemodynamics. Because
A step wherein the input means, for accepting before starting the training by the extracorporeal circulation apparatus for training devices, height assumed patient, body weight, and the input of the patient information including the cardiac index,
An initial parameter calculating step for determining an initial parameter including a circulating blood volume corresponding to the assumed patient using a predetermined arithmetic expression or a correlation map based on the patient information;
The hemodynamic information calculation means calculates the venous compliance and the peripheral vascular resistance from the circulating blood volume of the initial parameter using a correlation map or an arithmetic expression indicating a primary relationship, and the venous compliance and the peripheral blood vessel Using a resistor, setting circuit parameters of the patient-side hemodynamic simulation circuit, and obtaining hemodynamic information corresponding to the assumed patient by the patient-side hemodynamic simulation circuit ;
A hemodynamic calculation method for a training apparatus for an extracorporeal circulation apparatus including:
前記患者情報が、性別情報および年齢情報をさらに含む、
ことを特徴とする体外循環装置用訓練装置の血行動態算出方法。 In the hemodynamic calculation method of the training apparatus for extracorporeal circulation apparatus according to claim 1,
The patient information further includes gender information and age information;
A hemodynamic calculation method for a training apparatus for an extracorporeal circulation apparatus, characterized in that:
前記患者側血行動態模擬回路は、
心臓として作用する可変コンプライアンスと、血管抵抗として作用する少なくとも１つの抵抗と、動脈として作用するインダクタンス及び抵抗と、静脈として作用するコンプライアンス及び抵抗とを含む、ことを特徴とする体外循環装置用訓練装置の血行動態算出方法。 In the hemodynamic calculation method of the training apparatus for extracorporeal circulation apparatus according to claim 1 or 2 ,
The patient side hemodynamic simulation circuit comprises :
A variable compliance that acts as a heart, at least one resistor which acts as a vascular resistance, an inductance and a resistor to act as an artery, and a compliance and resistance acting as a vein, an extracorporeal circulation apparatus for training devices, characterized in that Hemodynamic calculation method.
前記入力手段が、前記体外循環装置用訓練装置による訓練を開始する前に、想定患者の身長、体重、および心係数を含む患者情報の入力を受け付けるステップと、
前記初期パラメータ算出手段が、前記患者情報に基づき所定の演算式または相関マップを使って、前記想定患者に対応した、循環血液量を含む初期パラメータを求める初期パラメータ算出ステップと、
前記血行動態情報算出手段が、１次の関係を示す相関マップまたは演算式を使って、前記初期パラメータの循環血液量から前記静脈コンプライアンス及び前記末梢血管抵抗を算出し、前記静脈コンプライアンス及び前記末梢血管抵抗を用いて、前記患者側血行動態模擬回路の回路パラメータを設定し、前記患者側血行動態模擬回路によって前記想定患者に対応した血行動態情報を求める血行動態情報算出ステップと、
を実行させるためのプログラム。 A computer configured as a training apparatus for an extracorporeal circulation apparatus , comprising input means for inputting patient information, initial parameter calculation means, hemodynamic information calculation means, and a patient side hemodynamic simulation circuit for simulating patient side hemodynamics In addition,
A step wherein the input means, for accepting before starting the training by the extracorporeal circulation apparatus for training devices, height assumed patient, body weight, and the input of the patient information including the cardiac index,
An initial parameter calculating step for determining an initial parameter including a circulating blood volume corresponding to the assumed patient using a predetermined arithmetic expression or a correlation map based on the patient information;
The hemodynamic information calculation means calculates the venous compliance and the peripheral vascular resistance from the circulating blood volume of the initial parameter using a correlation map or an arithmetic expression indicating a primary relationship, and the venous compliance and the peripheral blood vessel Using a resistor, setting circuit parameters of the patient-side hemodynamic simulation circuit, and obtaining hemodynamic information corresponding to the assumed patient by the patient-side hemodynamic simulation circuit ;
A program for running
前記患者情報が、性別情報および年齢情報をさらに含む、
ことを特徴とするプログラム。 The program according to claim 4 , wherein
The patient information further includes gender information and age information;
A program characterized by that.
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|---|---|---|---|---|
| WO2013132923A1 (en) | 2012-03-09 | 2013-09-12 | 国立大学法人広島大学 | Blood feeding flow rate-controlling device and extracorporeal circulation device |
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- 2005-11-21 JP JP2005335851A patent/JP4284418B2/en active Active
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