JP4999186B2 - Training apparatus and program for extracorporeal circulation apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、体外循環装置用の訓練装置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 training device for an extracorporeal circulation device and a program thereof.
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非常に重要であり、更にそれを操作する医療従事者にも高度な技能が求められている。従って、体外循環装置のような生命維持管理装置の操作に従事する臨床工学技師等の技能の習得および維持のため、体外循環技術の教育の重要性が増している。 The reliability of the extracorporeal circulation device is very important in the open heart surgery treatment of severe heart disease, and further, a high level of skill is required for the medical personnel who operate it. Accordingly, in order to acquire and maintain the skills of clinical engineers and the like who are engaged in the operation of a life support management device such as an extracorporeal circulation device, the importance of education of extracorporeal circulation technology is increasing.
そこで、本発明者らは、体外循環装置を使用した臨床現場において発生し得る様々なトラブルへの対処方法を習得するための訓練装置として、「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を行う装置」を開発した(例えば、特許文献1参照。)。更に本発明者らは、より臨床の実際に即したシミュレーション操作訓練を可能とするため、人体模擬循環回路の血液回路に流量制御弁を設けて人体側の血流変化や血圧変化をリアルに再現することを可能としたシミュレーション操作訓練装置(例えば、特許文献2参照)、および患者の体格等に依存した適切な血行動態をシミュレーション操作訓練装置に作り出すための血行動態算出方法(例えば、特許文献3参照。)を開発し、様々なトラブル事象の再現が可能な訓練装置も提供している。 Therefore, the present inventors, as a training device for learning how to deal with various troubles that may occur in clinical settings using an extracorporeal circulation device, "the artificial cardiopulmonary device connected to the human body simulated circulation circuit on a personal computer A device for controlling and performing simulation operation training "was developed (for example, see Patent Document 1). Furthermore, the present inventors have provided a flow control valve in the blood circuit of the human body simulation circuit to realistically reproduce blood flow changes and blood pressure changes on the human body side in order to enable simulation operation training in line with clinical practice. A simulation operation training apparatus (see, for example, Patent Document 2) that can be performed, and a hemodynamic calculation method for generating appropriate hemodynamics depending on the patient's physique and the like in the simulation operation training apparatus (for example, Patent Document 3) We have also developed a training device that can reproduce various trouble events.
また、体外循環技術の教育現場においては、体外循環装置の操作への慣熟および装置の回路構成理解のために、トラブル事象が発生しない通常の体外循環操作を定量的評価に基づく適切な反復訓練で理解、習得した上でトラブルが発生した場合のシミュレーション操作訓練を行う必要性が指摘されている一方で、体外循環技術のシミュレーション教育を行う指導者が不足していることから、本発明者らは、通常の体外循環操作トレーニングをコンピュータ制御によりインストラクター(指導者)無しで反復実施できるシミュレーション操作訓練装置として「ECCSIM−Lite」を開発し、提供している。そしてこの「ECCSIM−Lite」は、図4に示すように、模擬循環部としての生体モデル2と、体外循環装置3と、入力部としての入力装置4と、制御部としての制御装置5と、測定部としての第1圧力センサ61、第2圧力センサ62、マノメータ64を用いた第3圧力センサ63、および3個の流量計10と、リアルタイム数値シミュレーション部としてのコンピュータ7と、モニタ部としてのモニタ8とを具えている。
しかし、上記従来技術のシミュレーション操作訓練装置においては、血行動態をシミュレーションするために、少なくとも送血流量、脱血流量、人口肺入口・出口の回路内圧、および貯血槽の液量をそれぞれ測定する必要があり、図4に示すように送血流量および脱血流量の測定には流量センサ10を使用していた。そして、流量センサを使用することにより、訓練装置のコストが高くなってしまうだけでなく、軟質回路を使用することに起因する流量センサの誤差の補正が必要となると共に、流量センサの応答特性が問題となることがあった。また、訓練装置が大型化してしまい、可搬性が優れていないといった問題もあった。
However, in the simulation operation training apparatus of the above-mentioned prior art, in order to simulate hemodynamics, it is necessary to measure at least the blood flow rate, the blood removal rate, the in-circuit pressure of the artificial lung inlet / outlet, and the fluid volume of the blood reservoir As shown in FIG. 4, the
この発明は、シミュレーション操作訓練においては模擬血液の温度、密度、粘性などの物性値が殆ど変化しないことに着目し、上記課題を有利に解決した体外循環装置用の訓練装置および体外循環装置用の訓練方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを提供することを目的とする。 The present invention pays attention to the fact that the physical property values such as temperature, density, and viscosity of the simulated blood hardly change in the simulation operation training, and the training apparatus for the extracorporeal circulation apparatus and the extracorporeal circulation apparatus that have advantageously solved the above problems. An object is to provide a program for causing a computer to execute a training method.
すなわち、本発明の体外循環装置用の訓練装置は、生体の血行動態を模擬する模擬循環部と、前記模擬循環部から模擬血液を脱血する脱血手段と、前記模擬循環部から脱血された前記模擬血液を貯留する貯血部と、前記貯血部に貯留されている前記模擬血液を、人工肺を通して前記模擬循環部へと送血する送血手段とを備える体外循環装置と、血液循環に関する操作情報を入力する入力部と、前記操作情報に基づき前記模擬血液を前記模擬循環部と前記体外循環装置との間で循環させるように前記体外循環装置を制御する制御部と、前記循環によって発生する物理情報を測定する測定部と、前記操作情報および前記物理情報に基づき、シミュレーション情報をリアルタイムで算出するリアルタイム数値シミュレーション部と、前記シミュレーション情報を提示するモニタ部と、を具える体外循環装置用の訓練装置であって、前記物理情報には、前記貯血部内の模擬血液量および前記人工肺の入口と出口との間の模擬血液の圧力差に関連する情報が少なくとも含まれ、前記シミュレーション情報の少なくとも一部が、前記貯血部内の模擬血液量および前記人工肺の入口と出口との間の模擬血液の圧力差を用いてリアルタイムで算出された脱血流量および送血流量を利用して算出されるものである。 That is, the training apparatus for an extracorporeal circulation apparatus according to the present invention includes a simulated circulation part that simulates the hemodynamics of a living body, a blood removal means that removes simulated blood from the simulated circulation part, and a blood removal from the simulated circulation part. An extracorporeal circulation device comprising: a blood storage part for storing the simulated blood; and a blood supply means for supplying the simulated blood stored in the blood storage part to the simulated circulation part through an artificial lung; Generated by the circulation, an input unit for inputting operation information, a control unit for controlling the extracorporeal circulation device to circulate the simulated blood between the simulated circulation unit and the extracorporeal circulation device based on the operation information, and A measurement unit that measures physical information to be performed, a real-time numerical simulation unit that calculates simulation information in real time based on the operation information and the physical information, and the simulation A training unit for an extracorporeal circulation device comprising a monitor unit for presenting information on the physical information, wherein the physical information includes a simulated blood volume in the blood reservoir and a simulation between the inlet and the outlet of the artificial lung Information relating to a blood pressure difference is included at least, and at least a part of the simulation information is real-time using a simulated blood volume in the blood reservoir and a simulated blood pressure difference between an inlet and an outlet of the artificial lung. It is calculated using the blood flow removal rate and the blood flow rate calculated in (1).
また、本発明のプログラムは、体外循環装置用の訓練方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記体外循環装置は、生体の血行動態を模擬する模擬循環部から模擬血液を脱血する脱血手段と、前記模擬循環部から脱血された前記模擬血液を貯留する貯血部と、前記貯血部に貯留されている前記模擬血液を、人工肺を通して前記模擬循環部へと送血する送血手段とを備え、前記体外循環装置および前記模擬循環部には物理情報を測定する測定部が設けられており、前記プログラムは、前記コンピュータに、血液循環に関する操作情報の入力を受け付ける入力ステップと、前記操作情報に基づき前記模擬血液を前記模擬循環部と前記体外循環装置との間で循環させるように前記体外循環装置を制御するステップと、前記循環によって発生する前記物理情報を測定するように前記測定部を制御するステップと、前記操作情報および前記物理情報に基づき、シミュレーション情報をリアルタイムで算出するリアルタイム数値シミュレーションステップと、前記シミュレーション情報を提示する情報提示ステップと、を実行させ、更に、前記物理情報には、前記貯血部内の模擬血液量および前記人工肺の入口と出口との間の模擬血液の圧力差に関連する情報が少なくとも含まれ、前記リアルタイム数値シミュレーションステップには、前記貯血部内の模擬血液量および前記人工肺の入口と出口との間の模擬血液の圧力差を用いてリアルタイムで算出された脱血流量および送血流量を利用して前記シミュレーション情報の少なくとも一部を算出するステップが含まれるものである。 The program of the present invention is a program for causing a computer to execute a training method for an extracorporeal circulation device, and the extracorporeal circulation device removes simulated blood from a simulated circulation unit that simulates hemodynamics of a living body. A blood removal means, a blood storage section for storing the simulated blood removed from the simulated circulation section, and a blood supply section for sending the simulated blood stored in the blood storage section to the simulated circulation section through an artificial lung Blood flow means, the extracorporeal circulation device and the simulated circulation unit are provided with a measuring unit for measuring physical information, and the program receives an input of operation information related to blood circulation to the computer; Controlling the extracorporeal circulation device to circulate the simulated blood between the simulated circulation unit and the extracorporeal circulation device based on the operation information; and the circulation Therefore, controlling the measurement unit to measure the generated physical information, a real-time numerical simulation step for calculating simulation information in real time based on the operation information and the physical information, and information for presenting the simulation information a presentation step, is executed, further, the physical information is information related to the pressure difference between the simulated blood between the inlet and the outlet of the simulated blood volume and the artificial lung in said blood storage section is included at least, the In the real-time numerical simulation step, the blood removal volume and blood flow volume calculated in real time using the simulated blood volume in the blood reservoir and the pressure difference of the simulated blood between the inlet and outlet of the artificial lung are used. Including a step of calculating at least a part of the simulation information A.
かかる本発明の体外循環装置用の訓練装置によれば、操作訓練時の送血流量および脱血流量を貯血部内の模擬血液量(貯血量)および人工肺の入口と出口との間の模擬血液の圧力差(差圧)を用いて算出(間接測定)してシミュレーション情報の算出に用いるので、送血流量および脱血流量を測定するための流量センサを設ける必要が無い。また、流量センサを設ける必要が無いので、模擬血液の回路に軟質回路を使用することによる誤差の補正の必要性が無くなり、更に体外循環の操作の良否を判定する際にセンサの応答特性が問題となることが無い。従って、体外循環装置用の訓練装置の低コスト化およびコンパクト化を実現して、導入および維持が容易で可搬性の高い訓練装置を提供することができる。 According to the training apparatus for an extracorporeal circulation apparatus of the present invention, the simulated blood volume (blood storage volume) in the blood storage part and the simulated blood between the inlet and the outlet of the artificial lung are used for the blood flow volume and blood removal volume during operation training. Therefore, it is not necessary to provide a flow sensor for measuring the blood flow rate and the blood removal rate. In addition, since there is no need to provide a flow sensor, there is no need for error correction by using a soft circuit for the simulated blood circuit, and there is a problem with the response characteristics of the sensor when determining the quality of the extracorporeal circulation operation. It will never be. Therefore, it is possible to reduce the cost and size of the training device for the extracorporeal circulation device, and to provide a training device that is easy to introduce and maintain and highly portable.
また、かかる本発明のプログラムによれば、コンピュータに、測定部を制御して貯血量および人工肺の入口と出口との間の模擬血液の圧力差(差圧)を測定し、その測定値に基づき操作訓練時の送血流量および脱血流量を算出させ、その算出された送血流量および脱血流量を利用してシミュレーション情報を算出させることができるので、送血流量および脱血流量を測定するための流量センサを設ける必要が無い体外循環装置用の訓練方法を実現可能なプログラムを提供することができる。また、流量を流量センサにより測定することなく算出により求めるので、誤差の補正やセンサの応答特性の問題に関する追加のステップをプログラムに含める必要が無い。従って、低コストかつコンパクトな体外循環装置用の訓練方法をコンピュータに実行させることが可能なプログラムを提供することができる。 Further, according to the program of the present invention, the computer controls the measurement unit to measure the blood storage volume and the pressure difference (differential pressure) of the simulated blood between the inlet and the outlet of the artificial lung, Based on this, it is possible to calculate the blood flow and blood flow during operation training, and to calculate simulation information using the calculated blood flow and blood flow. Therefore, it is possible to provide a program capable of realizing a training method for an extracorporeal circulation device that does not require a flow sensor to be used. Further, since the flow rate is obtained by calculation without being measured by the flow sensor, it is not necessary to include an additional step related to error correction and sensor response characteristic problems in the program. Therefore, it is possible to provide a program that allows a computer to execute a low-cost and compact training method for an extracorporeal circulation device.
なお、この発明の体外循環装置用の訓練装置は、前記貯血部内の模擬血液量に関連する情報が、前記貯血部に設置された貯血部圧力センサにより測定された貯血部圧力値であり、前記人工肺の入口と出口との間の模擬血液の圧力差に関連する情報が、前記人工肺の入口および出口の模擬血液の圧力を測定する人工肺圧力センサにより測定された前記模擬血液の圧力値であり、前記貯血部圧力値から前記貯血部内の模擬血液量を算出し、その算出された貯血部内の模擬血液量、並びに前記人工肺の入口および出口の模擬血液の圧力値を用いて前記脱血流量および送血流量をリアルタイムで算出するものでも良い。このように構成すれば、圧力センサを設けるだけで脱血流量および送血流量を算出してシミュレーション情報の算出が可能な訓練装置を提供することができる。従って、病院施設で保有している既存の心肺回路および圧トランスジューサの訓練装置への利用が可能となり、訓練装置の導入および維持のコストを更に抑えることができる。 In the training apparatus for an extracorporeal circulation apparatus according to the present invention, the information related to the simulated blood volume in the blood reservoir is a blood reservoir pressure value measured by a blood reservoir pressure sensor installed in the blood reservoir, Information relating to the pressure difference of the simulated blood between the inlet and outlet of the oxygenator is a pressure value of the simulated blood measured by an oxygenator pressure sensor that measures the pressure of the simulated blood at the inlet and outlet of the oxygenator And calculating the simulated blood volume in the blood reservoir from the blood reservoir pressure value, and using the calculated simulated blood volume in the blood reservoir and the pressure values of the simulated blood at the inlet and outlet of the artificial lung. The blood flow volume and the blood flow volume may be calculated in real time. With this configuration, it is possible to provide a training apparatus that can calculate simulation information by calculating a blood removal rate and a blood flow rate by simply providing a pressure sensor. Therefore, it becomes possible to use the existing cardiopulmonary circuit and pressure transducer possessed by the hospital facility for the training apparatus, and the cost for introducing and maintaining the training apparatus can be further reduced.
更に、この発明の体外循環装置用の訓練装置は、前記リアルタイム数値シミュレーション部が、イベント入力、または事前に用意した複数のシナリオから選択されたシナリオを受けて、これを加味した前記シミュレーション情報をリアルタイムで算出するものでも良い。このように構成すれば、体外循環の基本操作(送血流量および脱血流量の手動制御)の反復訓練を行う訓練装置のみならず、臨床の現場に即したリアルなトラブル例を再現し得る体外循環装置用の訓練装置についても、流量センサの設置の必要性を無くして低コスト化およびコンパクト化を実現することができる。 Furthermore, in the training apparatus for the extracorporeal circulation apparatus according to the present invention, the real-time numerical simulation unit receives an event input or a scenario selected from a plurality of scenarios prepared in advance, and the simulation information in consideration of the scenario is real-time. It may be calculated by By configuring in this way, not only a training device that performs repetitive training of basic operation of the extracorporeal circulation (manual control of blood flow rate and blood removal rate), but also an extracorporeal case that can reproduce realistic trouble cases suitable for clinical practice. Regarding the training device for the circulation device, it is possible to reduce the cost and the size by eliminating the necessity of installing the flow sensor.
また、本発明のプログラムは、前記貯血部内の模擬血液量に関連する情報が、前記貯血部に設置された貯血部圧力センサにより測定された貯血部圧力値であり、前記人工肺の入口と出口との間の模擬血液の圧力差に関連する情報が、前記人工肺の入口および出口の圧力を測定する人工肺圧力センサにより測定された前記模擬血液の圧力値であり、前記シミュレーション情報の少なくとも一部を算出するステップが、前記貯血部圧力値から前記貯血部内の模擬血液量を算出するステップと、その算出された貯血部内の模擬血液量、並びに前記人工肺の入口および出口の模擬血液の圧力値を用いて前記脱血流量および送血流量をリアルタイムで算出するステップと、を含むものでも良い。このように構成すれば、圧力センサを設けるだけで脱血流量および送血流量を算出してシミュレーション情報の算出が可能で、病院施設で保有している既存の心肺回路および圧トランスジューサの利用が可能な訓練装置を用いた訓練方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを提供することができる。従って、体外循環装置用の低コストかつコンパクトな訓練方法を実現可能なプログラムを提供することができる。 In the program of the present invention, the information related to the simulated blood volume in the blood reservoir is blood reservoir pressure values measured by a blood reservoir pressure sensor installed in the blood reservoir, and the inlet and outlet of the artificial lung Is the pressure value of the simulated blood measured by an artificial lung pressure sensor that measures the pressure at the inlet and outlet of the artificial lung, and at least one of the simulation information Calculating the simulated blood volume in the blood reservoir from the blood reservoir pressure value, the calculated simulated blood volume in the blood reservoir, and the simulated blood pressure at the inlet and outlet of the artificial lung And a step of calculating the blood removal rate and the blood flow rate in real time using values. With this configuration, it is possible to calculate simulation information by calculating blood flow removal and blood flow by simply providing a pressure sensor, and use of existing cardiopulmonary circuits and pressure transducers possessed by hospital facilities is possible. A program for causing a computer to execute a training method using a simple training apparatus can be provided. Therefore, it is possible to provide a program capable of realizing a low-cost and compact training method for the extracorporeal circulation apparatus.
更に、本発明のプログラムは、前記リアルタイム数値シミュレーションステップでは、イベント入力、または事前に用意した複数のシナリオから選択されたシナリオを受けて、これを加味した前記シミュレーション情報をリアルタイムで算出するものでも良い。このように構成すれば、体外循環の基本操作(送血流量および脱血流量の手動制御)の反復訓練のみならず、臨床の現場に即したリアルなトラブル例を再現し得る体外循環装置用の訓練方法を実現可能なプログラムを提供することができる。 Furthermore, the program of the present invention may be a program that receives an event input or a scenario selected from a plurality of scenarios prepared in advance and calculates the simulation information in consideration of this in real time in the real time numerical simulation step. . If configured in this way, not only repetitive training of basic operation of the extracorporeal circulation (manual control of blood flow and blood removal), but also for an extracorporeal circulation device that can reproduce a real trouble example suitable for clinical practice. A program capable of realizing the training method can be provided.
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。ここに図1は、本発明にかかる体外循環装置用の訓練装置の一実施例の基本的な構成を示す説明図であり、図2は、図1に示す訓練装置においてシミュレーション情報が算出される過程を説明するブロック図であり、図3は、図1に示す訓練装置を用いた訓練の手順を示すフローチャートである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram showing a basic configuration of an embodiment of a training apparatus for an extracorporeal circulation apparatus according to the present invention, and FIG. 2 shows that simulation information is calculated in the training apparatus shown in FIG. FIG. 3 is a block diagram illustrating a process, and FIG. 3 is a flowchart illustrating a training procedure using the training apparatus illustrated in FIG. 1.
図1に示すように、本発明の一実施例の訓練装置1は、模擬循環部としての生体モデル2と、体外循環装置3と、入力部としての入力装置4と、制御部としての制御装置5と、測定部としての第1圧力センサ61、第2圧力センサ62、およびマノメータ64を用いた第3圧力センサ63と、リアルタイム数値シミュレーション部としてのコンピュータ7と、モニタ部としてのモニタ8とを具える。
As shown in FIG. 1, a training apparatus 1 according to an embodiment of the present invention includes a
ここで、生体モデル2は、静脈コンプライアンス等の生体(人、動物など)の血行動態を模擬するように構成されており、体外循環装置3と送血手段および脱血手段を介して接続されて模擬血液(生体の血液と同様の粘度、温度などの諸特性を持つ液体)が生体モデル2と体外循環装置3との間で循環可能なようにされている。また、生体モデル2には、測定部としての血圧センサ(図示せず)および温度センサ(図示せず)が設けられており、血圧および温度が測定されて物理情報としてシミュレーション情報の算出に利用される。
Here, the
体外循環装置3は、生体モデル2に接続された脱血手段としての脱血回路31と、その脱血回路31に接続されて生体モデル2より脱血された模擬血液を貯留する貯血部としての貯血槽32と、その貯血槽32から生体モデル2へと人口肺35を介して模擬血液を送血する送血手段としての送血ポンプ33および送血回路34とを備えており、脱血回路31および送血回路34には、クランプ36が設けられて模擬血液の流量調整および遮断が行えるようにされている。
The extracorporeal circulation device 3 is a
そして、貯血槽32の底面、人工肺35の入口側(模擬血液流入側)の送血回路34、および人工肺35の出口側(模擬血液流出側)の送血回路34には、それぞれ第1圧力センサ61、第2圧力センサ62、および第3圧力センサ63が設けられており、各圧力センサ61、62、63が測定した圧力値はコンピュータ7へと送られる。更に、模擬血液の粘度および温度も図示しないセンサにより測定されてコンピュータ7へと送られている。
The bottom surface of the
また、入力装置4は、制御装置5を介して送血ポンプ33に接続されており、操作者9が入力装置4に入力した操作情報に基づき制御装置5が送血ポンプ33を駆動して模擬血液を循環させる。更に、入力装置4は、コンピュータ7とも接続されて操作者9が入力した操作情報、例えば想定患者の情報(性別、身長、体重、および心係数等)に基づいてコンピュータ7がシミュレーション情報を算出できるようにしている。なお、入力されなかった情報については、初期設定値が自動的に設定される。
The
コンピュータ7は、図2に示すように、操作者9が入力装置4を介して入力した想定患者等の入力情報B1、第1圧力センサが検出した、貯血槽32の底面の圧力である第1圧力値B2、第2圧力センサが検出した、人工肺35の入口側の模擬血液圧力値である第2圧力値B3、第3圧力センサが検出した、人工肺35の出口側の模擬血液圧力値である第3圧力値B4、およびその他の情報B5に基づきシミュレーション情報を算出し(B6)、その算出結果をモニタ8に表示する(B7)。ここで、シミュレーション情報には例えば、静脈コンプライアンス、抹消血管抵抗、動脈圧、中心静脈圧、肺動脈圧、循環血液流量、心拍数、不整脈、心拍出量等の血行動態情報、および血液ガス情報、ヘマトクリット、体温等のシミュレーション生体情報、並びに人工肺入口圧、人工肺出口圧、貯血槽液量、脱血流量、送血流量が含まれており、それらの情報は、患者の体循環と肺循環とを含む数値血行動態モデルのシミュレータプログラム等を用いて算出される。
As shown in FIG. 2, the
そして、この様にシミュレーション情報を算出する際には、第1圧力値B2を用いて貯血槽液量の算出を行うと共に(B8)、第2圧力値B3と第3圧力値B4との差である人工肺の固有抵抗による圧変化(人工肺35の入口と出口との間の圧力差)を算出して、その圧変化の値を用いて送血流量を算出し(B9)、それら算出された貯血槽液量および送血流量を用いて脱血液量を算出することにより(B10)、送血液量および脱血液量をモニタ8に表示し(B7)、または送血液量および脱血液量を用いてシミュレーション情報を算出することができる(B6)。 When calculating the simulation information in this manner, the blood reservoir fluid amount is calculated using the first pressure value B2 (B8), and the difference between the second pressure value B3 and the third pressure value B4 is calculated. The pressure change due to the specific resistance of a certain oxygenator (pressure difference between the inlet and outlet of the oxygenator 35) is calculated, and the blood flow is calculated using the pressure change value (B9). By calculating the blood removal volume using the blood reservoir volume and blood flow volume (B10), the blood flow volume and blood removal volume are displayed on the monitor 8 (B7), or the blood flow volume and blood removal volume are displayed. The simulation information can be calculated by using (B6).
ここで一般に、時刻tにおける貯血槽液量VR(P3(t))の算出は、例えば模擬血液の密度ρ、重力加速度g、および貯血槽32の底面積Aを用いて貯血槽の底面圧P3(t)から数式(1)を用いて算出することができる。
以上のような構成により、図3に示すように、本実施例の体外循環装置3によれば、操作者9が操作情報を入力し(S1)、送血ポンプ33を駆動して模擬血液を循環させ(S2)、その循環によって生じた物理情報を圧力センサ61〜63等のセンサが測定し(S3)、その物理情報および操作情報に基づきシミュレーションを行い(S4)、そのシミュレーション結果を表示する(S5)ことができる。そして、これによりシミュレーションを用いて体外循環技術の訓練を行うことができる。
With the configuration as described above, as shown in FIG. 3, according to the extracorporeal circulation device 3 of the present embodiment, the
このような体外循環装置3によれば、図4に示すような従来技術の訓練装置と異なり、訓練装置1に脱血流量および送血流量を計測するための流量センサ10を設けることなくシミュレーションを用いて体外循環の基本操作の反復訓練を行うことができる。また、流量センサ10を設ける必要が無いので、模擬血液の回路に軟質回路を使用することによる誤差の補正の必要性が無くなり、更に体外循環の操作の良否を判定する際にセンサの応答特性が問題となることが無い。従って、体外循環装置用の訓練装置1の低コスト化およびコンパクト化を実現して、導入および維持が容易で可搬性の高い訓練装置1を提供することができる。
According to such an extracorporeal circulation device 3, unlike the conventional training device as shown in FIG. 4, simulation is performed without providing the training device 1 with a
また、訓練装置1によれば、圧力センサを設けるだけで脱血流量および送血流量を算出してシミュレーション情報の算出が可能であるので、日本体外循環技術医学会が定めた「体外循環教育用標準回路」に標準装備されているセンサ(人工肺入口の圧力センサおよび人工肺出口のマノメータ等)や、病院施設で保有している既存の心肺回路および圧トランスジューサの訓練装置への利用が可能となり、訓練装置1の導入および維持のコストを更に抑えることができる。 Moreover, according to the training apparatus 1, since it is possible to calculate the simulation information by calculating the blood flow removal rate and the blood flow delivery rate simply by providing a pressure sensor, “For extracorporeal circulation education” established by the Japanese Society for Extracorporeal Circulation Technology. It is possible to use it as a standard equipment in sensors (such as pressure sensors at the oxygenator inlet and manometers at the oxygenator outlet), as well as existing cardiopulmonary circuits and pressure transducer training equipment held in hospital facilities. The cost of introducing and maintaining the training device 1 can be further reduced.
上述の本発明の一実施例の一変形例として、入力装置4を介して訓練装置1に事前に定められたシナリオ、またはイベントを入力して、これを加味した前記シミュレーション情報をリアルタイムで算出するようにしても良い。この場合、図3に示す物理情報および操作情報に基づくシミュレーションの実施(S4)が、シナリオまたはイベントを加味して算出されることとなる。なお、シナリオまたはイベントの入力は、操作者9若しくは指導者(図示せず)により手動で、またはコンピュータにより自動でなされる。
As a modified example of the above-described embodiment of the present invention, a predetermined scenario or event is input to the training device 1 via the
ここで、イベントやシナリオの一例を挙げると、「体外循環開始後、脱血量が少ないのに送血量が多いと、人工心肺装置内の血液レベルが急速に低下してレベルセンサーが鳴り、送血量を落とすか、脱血量を減らすかを行うように訓練者に警告する画面表示および図示しないスピーカからの音声指示を行う。訓練者は警告および音声指示に応じて適切に操作情報を入力する。その後、あまりに体外循環のレベルが低下すると空気を送る危険を図示しないアラームが知らせ、送血ポンプ33が自動的にストップするというシミュレーションがなされる。」といったシナリオが考えられ、その他にも実際の医療現場において発生し得る様々な状況をイベントやシナリオとして入力し得る。
Here is an example of an event or scenario: “After starting extracorporeal circulation, if the blood removal volume is small but the blood delivery volume is large, the blood level in the cardiopulmonary apparatus will drop rapidly and the level sensor will sound. A screen is displayed to warn the trainee to reduce the amount of blood to be delivered or to reduce the amount of blood to be removed, and a voice instruction is given from a speaker (not shown). After that, if the level of extracorporeal circulation is too low, an alarm (not shown) notifies the danger of sending air, and a simulation is made that the
この一変形例ように構成すれば、臨床の現場に即したリアルなトラブル例を再現し得る体外循環装置用の訓練装置についても、流量センサの設置の必要性を無くして低コスト化およびコンパクト化を実現することができる。また、事前に定めたシナリオに従い操作者に指示を出して訓練を行えば、訓練を指導者なしで行うことが可能となる。 If configured as such a modified example, the training device for extracorporeal circulation devices that can reproduce real trouble cases in line with the clinical field also eliminates the need for the installation of a flow sensor and reduces cost and size. Can be realized. Also, if training is performed by giving instructions to the operator according to a predetermined scenario, the training can be performed without a leader.
なお、上記の実施例や変形例以外にも、本発明の体外循環装置用の訓練装置は、差圧計を用いて人工肺の入口と出口との間の圧力差を測定しても良い。このようにすれば、人工肺の入口と出口とに圧力センサを別個に設ける必要が無くなり、よりコンパクトな訓練装置を提供することができる。また、貯血槽内の模擬血液量は、圧力センサを用いた測定以外にも、レベル計等を用いて測定を行っても良く、レベル計により直接的に貯血槽内の模擬血液量を測定すれば、貯血槽の模擬血液量を算出する手間を省くことができる。更に、物理情報および操作情報は上述の情報に限定されること無く、様々な情報を用いてシミュレーションを行うことができる。その他、脱血手段や体外循環装置の回路構成は、訓練目的に応じて任意に変更することができる。 In addition to the above-described embodiments and modifications, the training device for an extracorporeal circulation device of the present invention may measure the pressure difference between the inlet and the outlet of the oxygenator using a differential pressure gauge. In this way, it is not necessary to separately provide pressure sensors at the inlet and outlet of the oxygenator, and a more compact training device can be provided. In addition to the measurement using a pressure sensor, the simulated blood volume in the blood reservoir may be measured using a level meter or the like, and the simulated blood volume in the blood reservoir can be measured directly with the level meter. For example, the labor for calculating the simulated blood volume in the blood reservoir can be saved. Further, the physical information and the operation information are not limited to the above-described information, and various types of information can be used for simulation. In addition, the circuit configuration of the blood removal means and the extracorporeal circulation device can be arbitrarily changed according to the training purpose.
かくして、本発明の体外循環装置用の訓練装置によれば、操作訓練時の送血流量および脱血流量を貯血槽内の模擬血液量(貯血量)および人工肺の入口と出口との間の模擬血液の圧力差(差圧)を用いて算出(間接測定)してシミュレーション情報の算出に用いるので、送血流量および脱血流量を測定するための流量センサを設ける必要が無い。また、流量センサを設ける必要が無いので、模擬血液の回路に軟質回路を使用することによる誤差の補正の必要性が無くなり、更に体外循環の操作の良否を判定する際にセンサの応答特性が問題となることが無い。従って、体外循環装置用の訓練装置の低コスト化およびコンパクト化を実現して、導入および維持が容易で可搬性の高い訓練装置を提供することができる。 Thus, according to the training apparatus for an extracorporeal circulation apparatus of the present invention, the blood flow volume and blood removal volume during the operation training are simulated between the simulated blood volume (blood storage volume) in the blood reservoir and the inlet and outlet of the artificial lung. Since it is calculated (indirect measurement) using the pressure difference (differential pressure) of the simulated blood and used for calculation of simulation information, it is not necessary to provide a flow sensor for measuring the blood flow rate and the blood flow rate. In addition, since there is no need to provide a flow sensor, there is no need for error correction by using a soft circuit for the simulated blood circuit, and there is a problem with the response characteristics of the sensor when determining the quality of the extracorporeal circulation operation. It will never be. Therefore, it is possible to reduce the cost and size of the training device for the extracorporeal circulation device, and to provide a training device that is easy to introduce and maintain and highly portable.
また、本発明のプログラムによれば、コンピュータに、測定部を制御して貯血量および人工肺の入口と出口との間の模擬血液の圧力差(差圧)を測定し、その測定値に基づき操作訓練時の送血流量および脱血流量を算出させ、その算出された送血流量および脱血流量を利用してシミュレーション情報を算出させることができるので、送血流量および脱血流量を測定するための流量センサを設ける必要が無い体外循環装置用の訓練方法を実現可能なプログラムを提供することができる。また、流量を流量センサにより測定することなく算出により求めるので、誤差の補正やセンサの応答特性の問題に関する追加のステップをプログラムに含める必要が無い。従って、低コストかつコンパクトな体外循環装置用の訓練方法をコンピュータに実行させることが可能なプログラムを提供することができる。 According to the program of the present invention, the computer controls the measurement unit to measure the blood storage amount and the pressure difference (differential pressure) of the simulated blood between the inlet and the outlet of the artificial lung, and based on the measured value Since the blood flow and blood flow during operation training can be calculated and simulation information can be calculated using the calculated blood flow and blood flow, the blood flow and blood flow are measured. The program which can implement | achieve the training method for extracorporeal circulation apparatuses which do not need to provide the flow sensor for this can be provided. Further, since the flow rate is obtained by calculation without being measured by the flow sensor, it is not necessary to include an additional step related to error correction and sensor response characteristic problems in the program. Therefore, it is possible to provide a program that allows a computer to execute a low-cost and compact training method for an extracorporeal circulation device.
1 訓練装置
2 生体モデル
3 体外循環装置
4 入力装置
5 制御装置
7 コンピュータ
8 モニタ
9 操作者
10 流量センサ
31 脱血回路
32 貯血槽
33 送血ポンプ
34 送血回路
35 人工肺
36 クランプ
61 第1圧力計
62 第2圧力計
63 第3圧力計
64 マノメータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (6)
前記模擬循環部から模擬血液を脱血する脱血手段と、前記模擬循環部から脱血された前記模擬血液を貯留する貯血部と、前記貯血部に貯留されている前記模擬血液を、人工肺を通して前記模擬循環部へと送血する送血手段とを備える体外循環装置と、
血液循環に関する操作情報を入力する入力部と、
前記操作情報に基づき前記模擬血液を前記模擬循環部と前記体外循環装置との間で循環させるように前記体外循環装置を制御する制御部と、
前記循環によって発生する物理情報を測定する測定部と、
前記操作情報および前記物理情報に基づき、シミュレーション情報をリアルタイムで算出するリアルタイム数値シミュレーション部と、
前記シミュレーション情報を提示するモニタ部と、
を具える体外循環装置用の訓練装置であって、
前記物理情報には、前記貯血部内の模擬血液量および前記人工肺の入口と出口との間の模擬血液の圧力差に関連する情報が少なくとも含まれ、
前記シミュレーション情報の少なくとも一部が、前記貯血部内の模擬血液量および前記人工肺の入口と出口との間の模擬血液の圧力差を用いてリアルタイムで算出された脱血流量および送血流量を利用して算出される、体外循環装置用の訓練装置。 A simulated circulatory part that simulates the hemodynamics of a living body;
A blood removal means for removing simulated blood from the simulated circulation section; a blood storage section for storing the simulated blood removed from the simulated circulation section; and the simulated blood stored in the blood storage section, An extracorporeal circulation device comprising blood feeding means for feeding blood to the simulated circulation section through,
An input unit for inputting operation information related to blood circulation;
A control unit for controlling the extracorporeal circulation device to circulate the simulated blood between the simulated circulation unit and the extracorporeal circulation device based on the operation information;
A measurement unit for measuring physical information generated by the circulation;
Based on the operation information and the physical information, a real-time numerical simulation unit that calculates simulation information in real time;
A monitor unit for presenting the simulation information;
A training device for an extracorporeal circulation device comprising:
The physical information includes at least information related to the simulated blood volume in the blood reservoir and the pressure difference of the simulated blood between the inlet and the outlet of the artificial lung,
At least a part of the simulation information uses the blood flow removal and blood flow calculated in real time using the simulated blood volume in the blood reservoir and the pressure difference of the simulated blood between the inlet and outlet of the artificial lung The training device for the extracorporeal circulation device calculated as above.
前記貯血部内の模擬血液量に関連する情報が、前記貯血部に設置された貯血部圧力センサにより測定された貯血部圧力値であり、
前記人工肺の入口と出口との間の模擬血液の圧力差に関連する情報が、前記人工肺の入口および出口の模擬血液の圧力を測定する人工肺圧力センサにより測定された前記模擬血液の圧力値であり、
前記貯血部圧力値から前記貯血部内の模擬血液量を算出し、その算出された貯血部内の模擬血液量、並びに前記人工肺の入口および出口の模擬血液の圧力値を用いて前記脱血流量および送血流量をリアルタイムで算出する、体外循環装置用の訓練装置。 The training device for an extracorporeal circulation device according to claim 1,
Information related to the simulated blood volume in the blood reservoir is a blood reservoir pressure value measured by a blood reservoir pressure sensor installed in the blood reservoir,
Information related to the pressure difference of the simulated blood between the inlet and outlet of the oxygenator is measured by an artificial lung pressure sensor that measures the pressure of the simulated blood at the inlet and outlet of the oxygenator. Value,
Calculate the simulated blood volume in the blood reservoir from the blood reservoir pressure value, and use the calculated simulated blood volume in the blood reservoir and the pressure values of the simulated blood at the inlet and outlet of the artificial lung and Training device for extracorporeal circulation device that calculates blood flow in real time.
前記リアルタイム数値シミュレーション部が、イベント入力、または事前に用意した複数のシナリオから選択されたシナリオを受けて、これを加味した前記シミュレーション情報をリアルタイムで算出する、体外循環装置用の訓練装置。 In the training apparatus for the extracorporeal circulation apparatus according to claim 1 or 2,
The training apparatus for an extracorporeal circulation apparatus in which the real-time numerical simulation unit receives an event input or a scenario selected from a plurality of scenarios prepared in advance, and calculates the simulation information in consideration of the scenario.
前記体外循環装置は、生体の血行動態を模擬する模擬循環部から模擬血液を脱血する脱血手段と、前記模擬循環部から脱血された前記模擬血液を貯留する貯血部と、前記貯血部に貯留されている前記模擬血液を、人工肺を通して前記模擬循環部へと送血する送血手段とを備え、
前記体外循環装置および前記模擬循環部には物理情報を測定する測定部が設けられており、
前記プログラムは、前記コンピュータに、
血液循環に関する操作情報の入力を受け付ける入力ステップと、
前記操作情報に基づき前記模擬血液を前記模擬循環部と前記体外循環装置との間で循環させるように前記体外循環装置を制御するステップと、
前記循環によって発生する前記物理情報を測定するように前記測定部を制御するステップと、
前記操作情報および前記物理情報に基づき、シミュレーション情報をリアルタイムで算出するリアルタイム数値シミュレーションステップと、
前記シミュレーション情報を提示する情報提示ステップと、
を実行させ、更に、
前記物理情報には、前記貯血部内の模擬血液量および前記人工肺の入口と出口との間の模擬血液の圧力差に関連する情報が少なくとも含まれ、
前記リアルタイム数値シミュレーションステップには、前記貯血部内の模擬血液量および前記人工肺の入口と出口との間の模擬血液の圧力差を用いてリアルタイムで算出された脱血流量および送血流量を利用して前記シミュレーション情報の少なくとも一部を算出するステップが含まれる、プログラム。 A program for causing a computer to execute a training method for an extracorporeal circulation device,
The extracorporeal circulation device includes a blood removal means for removing simulated blood from a simulated circulation unit that simulates hemodynamics of a living body, a blood storage unit for storing the simulated blood removed from the simulated circulation unit, and the blood storage unit Blood supply means for supplying the simulated blood stored in the blood to the simulated circulation part through an artificial lung,
The extracorporeal circulation device and the simulated circulation unit are provided with a measurement unit for measuring physical information,
The program is stored in the computer.
An input step for receiving operation information related to blood circulation;
Controlling the extracorporeal circulation device to circulate the simulated blood between the simulated circulation unit and the extracorporeal circulation device based on the operation information;
Controlling the measurement unit to measure the physical information generated by the circulation;
Based on the operation information and the physical information, a real-time numerical simulation step for calculating simulation information in real time;
An information presenting step for presenting the simulation information;
In addition,
The physical information includes at least information related to the simulated blood volume in the blood reservoir and the pressure difference of the simulated blood between the inlet and the outlet of the artificial lung,
In the real-time numerical simulation step, the blood removal rate and the blood flow rate calculated in real time using the simulated blood volume in the blood reservoir and the pressure difference of the simulated blood between the inlet and the outlet of the artificial lung are used. And calculating at least a part of the simulation information.
前記貯血部内の模擬血液量に関連する情報が、前記貯血部に設置された貯血部圧力センサにより測定された貯血部圧力値であり、
前記人工肺の入口と出口との間の模擬血液の圧力差に関連する情報が、前記人工肺の入口および出口の圧力を測定する人工肺圧力センサにより測定された前記模擬血液の圧力値であり、
前記シミュレーション情報の少なくとも一部を算出するステップが、
前記貯血部圧力値から前記貯血部内の模擬血液量を算出するステップと、
その算出された貯血部内の模擬血液量、並びに前記人工肺の入口および出口の模擬血液の圧力値を用いて前記脱血流量および送血流量をリアルタイムで算出するステップと、
を含む、プログラム。 The program according to claim 4, wherein
Information related to the simulated blood volume in the blood reservoir is a blood reservoir pressure value measured by a blood reservoir pressure sensor installed in the blood reservoir,
The information related to the pressure difference of the simulated blood between the inlet and outlet of the oxygenator is the pressure value of the simulated blood measured by an oxygenator pressure sensor that measures the inlet and outlet pressure of the oxygenator ,
Calculating at least a portion of the simulation information;
Calculating a simulated blood volume in the blood reservoir from the blood reservoir pressure value;
Calculating the blood flow removal and blood flow in real time using the calculated simulated blood volume in the blood reservoir and the pressure values of the simulated blood at the inlet and outlet of the artificial lung; and
Including the program.
前記リアルタイム数値シミュレーションステップでは、イベント入力、または事前に用意した複数のシナリオから選択されたシナリオを受けて、これを加味した前記シミュレーション情報をリアルタイムで算出する、プログラム。 In the program according to claim 4 or 5,
The real-time numerical simulation step receives an event input or a scenario selected from a plurality of scenarios prepared in advance and calculates the simulation information in consideration of the scenario in real time.
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