JP4639191B2 - 医用患者シミュレータ - Google Patents

Description

本発明は、医用患者シミュレータ、特に幼児及びその生理反応をシミュレートするためのシミュレータに関する。

本発明は、医療教育及びトレーニングに使用される患者シミュレータ（特にマネキン）向けのシステムに関する。使用者が診断をし、矯正的措置を講じることを可能にするために、マネキンは、正常及び異常双方の身体機能の他に様々な疾病徴候を示すことが１つの目的である。

本発明の第１の特徴の背景は、患者の呼吸器疾患を診断するための基礎を提供するために、肋骨下陥凹と称される呼吸パターンをシミュレートするという市場からの要求である。今日、この特別な呼吸パターンをシミュレートする患者シミュレータは存在していない。

呼吸器の障害又は重症の喘息のために、患者が呼吸することが困難であり、また、肺が空気を吸入するために多量の力を使うときに、胸部陥凹が生じる。この陥凹は横隔膜におけるキャビティとして目に見える（肋骨の間及び肋骨下端で、すなわち、胸骨の下方で、皮膚が「吸引」される）。

上記の目的は、人間にそのような陥凹が生じる部分に相当する部分の胸部皮膚を引き下げる手段を用いることによって達成される。

好ましくは、これは、陥凹が生じる部分の中央で胸部皮膚の内側に弾性ストラップを取り付け又は一体化することによって行うことが出来る。

好ましい実施例では、空気圧式メカニズムが、胸部における肺の上下動と同期させてこのストラップを引き、これによって横隔膜の上の皮膚に所望のキャビティを形成する。

これは、呼吸障害の診断及び治療を、現在ある他の患者シミュレータのいずれによっても出来ない方法で練習出来るようにする。好ましくは、この機能は、インストラクタのＰＣから、又はリモートコントロールを介してスイッチを入れたり切ったりすることが出来る。

代替の実施例では、ストラップを、胸部皮膚に接着又は溶接することが出来る。最も好ましくは、ストラップを皮膚の残部と一体成形する。後者は、より効率的な製造を可能にする。

好ましくは、皮膚は、空気圧式及びレバー式メカニズムによって引き下げることが出来る。

代替として、皮膚は電気機械的なメカニズム、例えば電気モータ又はソレノイドによって引き下げることが出来る。

代替として、胸部皮膚の適切な部分にストラップ磁性材料を固定又は成形することが出来る。引き下げは、皮膚の下側にある距離で配置された電磁石を作動させることによって行われる。

更なる代替の実施例では、陥凹は、問題の部分の下側で吸引の結果として生じる。このような解決方法は、肋骨内及び中鎖骨陥凹をシミュレートするのに用いることも出来る。実際には、下記のようにして皮膚の下側に密閉空間を形成することによって、吸引効果を作ることが出来る。
・関連する領域の周囲に連続「スカート」として垂直壁を形成し、底部を硬質「ふた」で密封する。底部のふたは、底部のふたには空気の排出用のニップルを設け、そして空気がその空間から吸引されるときに引き上げられないようにする。
・中央空気ニップルに向けて漏斗を形成するように、皮膚の下側に対して箔を溶接する。空間から空気を吸引するときに引き上げられることが防止される。
・問題の部分の生体構造に従って形成されたシール「カップ」を横切って皮膚を配置させる。カップの縁が皮膚をシールする。空気は、ポンプ作用によって、又はピストンを引き下げて真空を作るシリンダとして作用するカップの壁によって排気することが出来る。

本発明の第２の特徴では、その目的は、肺のコンプライアンス、すなわち、換気（人工呼吸）したときに肺によって示される抵抗の変化を許容する患者シミュレータを実現することである。これは、現存のどの患者シミュレータにも存在しない呼吸障害の診断及び治療を練習するための機会を提供する。好ましくは、この機能は、インストラクタのＰＣから、又はリモートコントロールによってスイッチを入れたり切ったりすることが出来る。

現在、肺コンプライアンスの異なる度合いを示すことが出来る患者シミュレータは他に存在していない。

本発明に従えば、胸部にある２つのプレート間に一つ又はそれ以上の肺によって配置することによって、様々な肺のコンプライアンスをシミュレートすることが出来る。プレート間の間隔又は離れることに対するこれらの抵抗を、変更することが出来、従って、肺を膨張することがより困難になる。

例として、下側プレートを固定して、上側プレートを可動式にしてもよい。上側プレートは、人工呼吸によって肺が膨らんだときに強制的に押し上げられ、これによって胸部の持ち上がりをシミュレートする。この換気に対する通常の抵抗は、胸部が持ち上がるときに胸部皮膚が伸長することによって起こる。肺の不撓性を増大させるために、アクチュエータが作動し、これは、胸部の上側プレートを下側プレートに向けて引き下げる。これは、肺サックに圧力をかけて、使用者が空気を肺に吹き込むのをより困難にする。アクチュエータとしては、例えば、空気圧作動メカニズムを挙げることが出来る。

本発明の一つの実施例では、肺サックを封入するプレートは電気機械的メカニズムによって締め付けることが出来る。

弾性のある本体は、弾性ストラップ、バンド又は引っ張りバネであってよい。

選択的に、力を反転させて圧縮バネ又は軟質圧縮性体が肺の膨張に対して抵抗するようにしてもよい。

アクチュエータが空気圧式で動作して上側プレートを動かす場合には、弾性体を硬質ロッキングメカニズムによって置き換えることが出来る。次いで、ロッキングメカニズムを引っぱっているエアクッションは、所要の回復力を提供する。代替的に、肺の可変コンプライアンスを、胸部皮膚の引き締めを変化させることによって得ることが出来る。これは、例えばマネキンの側部又は背部の皮膚の取り付け部を引っぱっている空気圧式又は電気機械的メカニズムによって行うことが出来、これによって、皮膚が胸部を締め付けて、これによって肺サックの膨張に対する抵抗が増大する。

本発明の第３の特徴は、患者の筋肉活動をシミュレートすることが出来る患者シミュレータを提供する。

このことの背景は、患者の筋肉活動をシミュレートし、また、患者が心臓の除細動中に受ける電気ショックに対する身体的反応をもシミュレートするために、シミュレータに既に存在する電気空気圧式制御システムを使用することによってシミュレータの現実性を向上するという考えである。

腕を動かして筋肉活動をシミュレートするシミュレータは公知である。ＢＬＳマネキンが以前市場に出ており、これは、電気機械的解決方法で、除細動に対する身体的反応を提供出来るものであった。このマネキンがもはや入手不可能である理由は分からないし、この選ばれた技術的解決方法が満足のいくものであったかどうかも知られていない。

しかしながら、全身麻酔及びその類似物からの覚醒時における痙攣又は意識回復の最初の徴候をシミュレートするために、実際の胴体を動かすことの出来るシミュレータマネキンは存在しない。生きている徴候を示す実際の胴体の動きは、他のどの患者シミュレータからも知られていない。

従って、正常及び異常な身体の動き及び除細動に対する反応の双方をシミュレートするためのシステムを開発した。本発明によれば、これは胴体の背面の右側と左側それぞれに配置された少なくとも２つのアクチュエータを具える胴体であって、そのアクチュエータは次のモードで操作されるように配置された胴体によって解決される。
− 通常の筋肉運動のシミュレート用に；左側と右側でアクチュエータが交互に規則的に始動するモード。
− 筋肉痙攣のシミュレート用に；左側と右側でアクチュエータが急速で不規則に始動するモード。
− 除細動のシミュレート用に；各除細動につき１回の両アクチュエータが同時に急速に始動するモード。

好ましくは、アクチュエータはエアクッションである。

好ましくは、右側に一つのエアクッション、左側に一つのエアクッションが配置される。空気をこれらの中に注入すると、マネキンは、それが置かれていた面からわずかに持ち上がる。エアクッションの急速で不規則な動作が開始すると、ランダムな痙攣性反応が創り出される。エアクッションのより規則正しくより完全な充填及び放出を右側と左側との間で交互に行うことで、意識を回復する患者の通常の身体運動をシミュレートする。

これらの運動のパターンは、インストラクタのＰＣから、又はリモートコントロールを介して駆動することが出来る。加えて、シミュレータは除細動を感知するためのセンサを具えることが出来る。そのような電気ショックを受けると、両エアクッションは、充填の最大レベルまですぐに充填され、次いで、再度完全に空気を抜く。この結果、身体の迅速な上げ下げが行われ、電気ショックによって筋肉が緊張する人間の身体がシミュレートされる。

本発明の第４の特徴は、医療教育及びトレーニングで使用される患者シミュレータ（マネキン）における様々な空気圧式機能を制御するシステムを提供する。これらの機能の多くを、例えば呼吸の深さ（肺膨張の度合い）、口腔及び呼吸管の腫張の度合い及び身体運動の程度といった様々なレベルに設定出来ることが重要である。また、破裂及び漏れの危険に起因して、アクチュエータが受ける最大圧力を制限出来るものでなければならない。

従って、それぞれのアクチュエータ（エアクッション）において実際の空気圧の制御を行い、次いで、様々な機能を制御するために積極的にこれを使用することが望ましい。

現在使用されている技術では、それぞれのアクチュエータの圧力は、充填時間の関数として現れる。この関数は、充填時間の関数として圧力堆積の経験的データに基づいて、個々にプログラミングされる。この方法の問題は、再充填前に個々のアクチュエータの空気を完全に抜く必要があることである。もしもこれが行われないと、先の充填から残留する空気の上に、次の充填（これは、前と同じ時間に渡って行われる）が生じ、これによって過剰な圧力が生じる。この問題は、高い頻度で繰り返したとき（例えば、急速な呼吸をシミュレートするとき）に起こる。このシステムは、圧力フィードバックを含まないので、完全に空気を抜くのに十分な時間がない反復充填は、圧力の堆積の増加をもたらす。これが生じる多くの場合に、加圧の結果としてアクチュエータ（エアクッション）が破壊した。

従って、本発明は、各アクチュエータの圧力を測定し、その圧力値を使用して、充填度に制限を設定することを提案する。既に多くのホースが存在し、ほとんど余地がないマネキンに２セットのエアホース（１つは空気をアクチュエータに流入及び流出させるため、１つは圧力の測定のため）を使用しなければならないことを避けるために、圧力は、個々のアクチュエータの圧力源（弁）のより近くで測定される。弁の開放直後の圧力の行過ぎ量の影響を最小限にするために、空気流れを制限し、アクチュエータ内の空気流れにほぼ等しい圧力測定を提供するノズルの後で圧力を測定する。急速な充填（すなわち、高い空気流れ）が重要である機能に対しては、スロットルフリーシステムを使用することが出来る。次いで、空気袋内の圧力は、別のホースを介して袋に直接連結されている圧力センサによって測定される。

本発明の第５の特徴は、幼児シミュレータにおける可変性泉門を提供することを目的とする。

本発明に従えば、これはシミュレータの頭部の少なくとも１つの泉門領域における１つ又はそれ以上のエアクッションを配置することによって提供され、そのエアクッションは、脳における圧力増加をシミュレートするために、空気で膨らませることが可能である。

ここで、本発明の様々な特徴を、実施例によって添付図面を参照しながら、より詳細に説明する。

下記において、方向を示す用語「上側」と「下側」が使用されるとき、これは、患者シミュレータが仰向けに寝ているように描かれている図に関連するものと理解されるべきである。使用される他の方向を示す用語は、「下方」及び「上方」である。これらは、立位でのマネキンに関する。これらの用語の使用は、純粋に実用的なものであり、本発明の記載を簡単にするためのものであり、本発明が使用される位置を限定するものではない。

図１は、患者シミュレータの縦断面図であり、頭部１の部分及び胴体２の部分を示す。この胴体２は、胸部皮膚３を含む。胸部皮膚の下側に肋骨及び胸骨を表すシェル４がある。このシェルの下側に第１プレート５があり、それは、上部プレートとも称される。プレート５の下側に一つ又は好ましくは２つの肺６が、一つは胸郭の右側、一つは胸郭の左側にある。肺６の下側には、第２又は下部プレートがある。

シェルの下方で胸部皮膚３の領域は、それに取り付けた、又は胸部皮膚３と一体化したストラップ８を有する。好ましくは、これは、胸部皮膚３及びストラップ８を同じ段階で成形することによって成される。

ストラップ８は、ストラップ８を引くように設計されたレバー９に連結されている。レバー９の一端は、ヒンジ１０で支持されている。レバー９と上部プレート５との間にエアクッション１１がある。エアクッション１１は、ホース１２を介して圧縮空気源に連結されている（図示せず。）。肺６は、ホース１３を介して圧縮空気源に連結されている（図示せず。）。

陥凹で呼吸をシミュレートした場合には、空気は肺６に繰り返しポンプ送りされ、次いで放出される。エアクッション１１の充填は、この肺６の膨張及び放出に合わせて行われる。この充填は、人間の陥凹時間に最も相当する肺膨張の間の特定の時点で行われる。

破線で示されるように、エアクッション１１が充填されると、レバー９はヒンジを中心に回転し、レバー９の外側端が下がる（図２）。破線で示されるように、これは、ストラップ８を引くと、ストラップ８の周りの領域で胸部皮膚３が引き下がる。

陥凹機能を使用しないときは、このメカニズムは胸部皮膚上に目に見える効果がない。これは、レバー９が上部プレート５に設置され、完全にこれと一緒に動作するという事実に起因している。

図２は、図１と同様の縦断面図である。しかし、図２はプレート５の移動度を小さくするメカニズムも示している。これは、一端がヒンジ１５で支持されているレバー１４を具える。レバー１４の他端は可撓体１６に連結される。

可撓体１６は、下側プレート７に機能的に係合されている。通常の肺コンプライアンスの場合に、弾性ストラップがプレート５の動きを妨げないことを確実にするために、符号１７で示されているように、ストラップはプレート７に対していくらかの撓みを有する。ストラップ１６は、図に示されているようにエンドレス弾性バンドであってよい。

エアクッション１８は、プレート５とレバー１４との間に配置される。これは、ホース１９を介して圧縮空気源に連結される（図示せず）。エアクッションが空気で充満すると、レバー１４は、破線１４’によって示されている位置に持ち上げられる。従って、ストラップ１６とプレート７との間の撓みは、減少又は除去される。続けて肺６を充填すると、レバー１４と下部プレート７との間で作動するストラップ１６は、下側プレート７から離れて上側プレート５の動作を妨げるであろう。肺を空気で満たすことがより困難になるため、このことによって肺が感じるコンプライアンスはより少なくなる。

図３は、患者シミュレータの胴体２の横断面図であり、背シェル２０を例示する。背シェルは、胴体を強化するように働く。背シェル２０の外側で、胴体の左右に、それぞれ２つの凹み２１及び２２がある。各凹み２１、２２に、それぞれエアクッション２３及び２４がある。エアクッション２３、２４は、それぞれホース２５、２６を介して、圧縮空気源に連結されている。

好ましくは、エアクッションを充填及び放出の双方のために、三方弁を使用することによってエアクッションの急速な収縮が達成される。充填及び放出は、同じホース２５、２６を通して行われる。弁が活性化すると、弁が開いて圧縮空気源からの圧縮空気が入り、エアクッションが膨らむ。弁が脱活性化するとすぐに、弁が閉じて空気を圧縮し、エアクッション中の空気は弁を通って戻り、大気中に排出される。

代替で、次善最適の解決策として、エアクッションは、膨張後の急速な収縮を可能にする開口部を設けることができる。この開口部は、圧縮空気の急速な流れで、エアクッションの急速な膨張を可能にするにはあまりにも小さすぎるが、圧縮空気の流れが止まると急速な圧縮を生じるのに十分大きくなるように形成される。

エアクッション２３、２４は、次の形態で使用することが出来る。

通常の筋肉運動のシミュレーション：左右の空気を交互に規則的に充填及び放出する。

筋肉痙攣のシミュレーション：左右のエアクッションを急速に不規則に（任意の）充填及び放出（膨張及び収縮）する。この膨張と収縮は、幾つかのケースでは完全に行われ、幾つかのケースでは不完全である。

除細動のシミュレーション：各除細動につき一度の同時に両エアクッションを急速に充填する。

除細動の場合に、除細動器からの電流を検知し、患者シミュレータの制御システムを除細動モードに設定する。その結果、電気ショックが始動すると、クッションが急速に同時に充填されるであろう。

図４は、患者シミュレータにおけるエアクッション及び／又は肺の充填を調節する制御システムの概略図である。

空気圧アクチュエータ（例えばエアクッション又は肺）２７は、ホース２８に連結されている。このホースは、空気吹き出し口３０が付いた空気抜き弁２９に連結されている。また、ホース２８は、第１空気ダクト３１に連結され、順次圧力センサ３２に連結される。空気ダクト３１は、第２空気ダクト３３にも連結されており、順次充填弁３４に連結される。充填弁３４は、吸気口３６を介して、圧縮空気源（図示せず）に再び連結されている。第２空気ダクト３３は、スロットル調節器又はノズル３５を具えている。

充填弁３４、空気抜き弁２９、ノズル３５、圧力センサ３２及び第１及び第２空気ダクト３１、３３は、共に制御ユニット３７を形成し、互いに物理的に近接して、アクチュエータからある距離に位置している。

アクチュエータ２７に空気が充満すると、充填弁は、開放位置に操作される。これで、空気は、第２空気ダクト３３及びノズル３５を介して第１空気ダクト内及びホース２８及びアクチュエータ２７に流れる。ノズル３５は、圧力を均等化して第１空気ダクトの圧力（圧力センサ３２によって感知される圧力である。）をアクチュエータ２７の圧力にほぼ等しくする。ノズル３５は、アクチュエータ２７の膨張をわずかにではあるが大幅ではない程度に遅らせる。従って、ノズル３５のスロットルは、アクチュエータ２７の急速な充填と圧力センサ３２とアクチュエータ２７との間の均圧化との間の妥協点である。従って、ノズル３５の配置はアクチュエータ２７の機能に依存する。例えば、上記エアクッション２３及び２４等の急速な充填を要するアクチュエータで、ノズル３５におけるスロットルは、少しばかりアクチュエータへの空気流れを制限しなければならない。これらの場合の好ましい解決策は、別のホースを介して圧力センサをアクチュエータの容量に直接連結することによって、現実のアクチュエータで圧力が測定されることである。

肺６による膨張はより長い時間に渡って行われる。しかし、圧力を制御することがここではより重要である。従って、均圧化の要件はより厳密であり、スロットルは空気流れをより大幅に遅くしなくてはならない。

充填弁３４は、第１空気ダクト３１の圧力が所望の値になると閉じる。もしアクチュエータ２７が（肺のように）すぐに再び収縮するならば、空気抜き弁２９を開き、空気を放出する。

アクチュエータ２７が次の膨張（例えば急速な呼吸のシミュレーションの場合、容易に起こりうる）の開始に先立って空気を完全に放出しない場合には、アクチュエータ、ホース２８及び第１空気ダクト３１内の圧力は、前回の膨張の開始時の圧力よりも高い。しかしながら、圧力センサは、以前と同じ圧力で膨張を停止するであろう。従って、アクチュエータの過膨張及びこれによるあらゆる遮断が防止される。

図５は、シミュレータの頭部１の縦断面図である。頭部１は、柔らかい肌４０に覆われた固い内部シェル４１を具える。より大きい又は前側の泉門が幼児に見られる領域に相当する頭部領域は、内部シェル４１の凹み４５である。この凹みに、ホース４２を介して圧縮空気源に連結されたエアクッション４３が設けられている。気泡ゴムの固まりのような可撓体４４が、エアクッション４３と肌４０との間に配置されている。

脳の中の増加した圧力をシミュレートするために、エアクッション４３は、ホース４２を介して空気源から膨らまされ、肌４０に対して可撓体４４を押し、これを外側に動かす。これは、破線４０’によって示され、頭部１における膨らみを形成している。頭部１における膨らみは、実際の患者の場合と同じように、可視的であり、柔らかくかつ撓むように感じる。エアクッション４３から空気を放出することで、可撓体４４が凹み４５に戻ると膨張がなくなる。もしそれが所望ならば、マネキンのより小さく後部にある泉門が幼児に見られる場所に、類似の装置を設けることも出来る。

上記は、正常及び異常な身体的機能と共に様々な病気を実現するために、本発明によるシミュレータにおける空気圧式装置の使用について説明している。また、同じ効果を得るために、上記の空気圧式装置以外の他の手段を使用することも可能である。図６は、陥凹機能を視覚化するための別の解決策を図１に関連して記載している。図１に示す実施例は、この陥凹機能が、ストラップ８の下側端部を回転ホイールに偏芯させて取り付けることによって達成される。回転ホイールは、モータ（図示せず）によって駆動し、締め付けステーを介して上側プレート５に取り付けられる。ホイール５０が回転すると、上述と同じように胸部皮膚３の陥凹を形成する。収縮の頻度及びタイミングはホイール５０の回転を調節することによって制御することが出来る。ホイール５０をクランクハンドルに置き換えることは自明である。

当業者に明らかであるその他の状況も、機械装置手段によって実現することが出来る。

図１は、患者シミュレータの縦断面図である。 図２は、患者シミュレータの縦断面図である。 図３は、患者シミュレータの横断面図である。 図４は、本発明による空気制御システムを示す概略図である。 図５は、患者シミュレータの頭部の縦断面図である。 図６は、患者シミュレータの縦断面図である。

Claims (2)

1. 幼児の肋骨下陥凹のシミュレーション用の医用患者シミュレータであって、当該シミュレータは、
   肋骨及び外気供給によって膨張するように構成された少なくとも１つの人工肺（６）を収容する胴体（２）と、
   前記胴体（２）の外側に少なくとも部分的に配置された胸部皮膚（３）とを具え、
   人間に陥凹が生じる領域に相当する領域に前記胴体の胸部皮膚を引き下げる手段（８、９）を具え、
   前記手段は、前記胴体（２）の胸部の引き上げ及び引き下げをする少なくとも１つの人工肺と同期して前記胸部皮膚（３）を引くように構成されたメカニズムを具え、
   前記手段は、肋骨下陥凹が生じる領域のほぼ中央に胸部皮膚（３）の内側に取り付けられた弾性ストラップ（８）をさらに有し、
   前記手段は、前記胸部皮膚（３）中で引くよう作動するときに前記手段及び前記人工肺が同期して動くように、前記メカニズムが前記弾性ストラップを引くことを特徴とする医用患者シミュレータ。
2. 請求項１に記載のシミュレータにおいて、前記メカニズムが前記人工肺を含む空気圧式メカニズムであることを特徴とする、医用患者シミュレータ。

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