JP6627344B2 - 訓練用模擬血管 - Google Patents

Description

本発明は、血管の切開訓練等に用いられる訓練用模擬血管に関する。

従来、外科手術において、血管の切開、切開部の吻合、及び血管同士の吻合等の手技が行われている。また、血管の切開及び吻合の他にも、人工心肺を用いた体外循環を行う場合、一時的にカニューレと呼ばれる管を血管の内部に留置し、体外にて血液を循環させる流路を構築することも行われる。
このような手術には、熟練した技術が求められる。そこで、医師は、円筒状のチューブからなる模擬血管を用いて手技の訓練を行う場合があり、実際の血管の質感に近い吻合訓練用模擬血管も提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−２１５８１８号公報

しかしながら、従来の模擬血管は、血管の内部で実際の生体に近い血液の圧力や流れを再現した状態における手技の訓練を想定しておらず、このような生体と同様の血液の流れ及び圧力下においても、実際の血管と同様の質感を維持できる訓練用模擬血管が求められている。

従って、本発明は、生体と同様の血液の流れ及び圧力下においても、実際の血管と同様の質感を維持できる訓練用模擬血管を提供することを目的とする。

本発明は、円筒状に形成される訓練用模擬血管であって、内膜層と、前記内膜層の外側に配置される中膜層と、前記中膜層の外側に配置される外膜層と、前記内膜層と前記中膜層との間に配置される第１メッシュ層と、前記中膜層と前記外膜層との間に配置される第２メッシュ層と、を備える訓練用模擬血管に関する。

また、訓練用模擬血管は、前記内膜層の内側に配置される第３メッシュ層を更に備えることが好ましい。

また、前記内膜層、前記中膜層及び前記外膜層は、弾性材料により構成されることが好ましい。

また、前記弾性材料のゴム硬度は、０°〜４０°であることが好ましい。

また、前記中膜層は、前記内膜層及び前記外膜層とは異なる色に着色されていることが好ましい。

本発明の訓練用模擬血管によれば、生体と同様の血液の流れ及び圧力下においても、実際の血管と同様の質感を維持できる。

本発明の一実施形態に係る訓練用模擬血管を示す斜視図である。 第１実施形態の訓練用模擬血管としての模擬動脈を示す断面図である。 第２実施形態の訓練用模擬血管としての模擬静脈を示す断面図である。 訓練用模擬血管を使用の状態を示す図である。 実施例１の結果を示す写真である。 比較例の結果を示す写真である。 比較例の結果を示す写真である。

以下、本発明の訓練用模擬血管の好ましい各実施形態について、図面を参照しながら説明する。
訓練用模擬血管１は、円筒状に形成され、血管の切開、切開部の吻合、及び血管同士の吻合等の手技の訓練を行う場合に使用される。

第１実施形態の訓練用模擬血管１は、大動脈を模擬した模擬動脈であり、図１及び図２に示すように、内膜層１０と、中膜層２０と、外膜層３０と、第１メッシュ層４０と、第２メッシュ層５０と、第３メッシュ層６０と、を備える。

内膜層１０、中膜層２０及び外膜層３０は、それぞれ、血管の内膜、中膜及び外膜を模擬している。即ち、内膜層１０が訓練用模擬血管１の最も内側に配置され、中膜層２０は、内膜層１０の外側に配置される。また、外膜層３０は、中膜層２０の外側に配置される。これら内膜層１０、中膜層２０及び外膜層３０は、弾性材料により構成されることで、実際の血管に近い質感が実現される。内膜層１０、中膜層２０及び外膜層３０に用いられる弾性材料としては、シリコーンゴム、合成ゴム、天然ゴム、アクリル系ゴム、オレフィン径ゴム、ポリウレタン等が挙げられる。

第１実施形態では、内膜層１０、中膜層２０及び外膜層３０は、シリコーンゴムにより構成される。内膜層１０、中膜層２０及び外膜層３０に用いられる弾性材料は、訓練用模擬血管１の切開時及び吻合時の感触を実際の血管に近くする観点から、タイプＡデュロメータにより測定されるゴム硬度が０°〜４０°であることが好ましい。

本実施形態では、中膜層２０は、内膜層１０及び外膜層３０とは異なる色に着色されている。より具体的には、内膜層１０及び外膜層３０は、薄いピンク色に着色されている。そして、中膜層２０は、内膜層１０及び外膜層３０よりも濃いピンク色に着色されている。これにより、訓練用模擬血管１の外観を実際の血管により近づけられる。
内膜層１０、中膜層２０及び外膜層３０それぞれの厚さは、模擬する血管に応じて適宜設定できる。第１実施形態では、内膜層１０、中膜層２０及び外膜層３０それぞれの厚さは、１．５ｍｍ〜２ｍｍに設定される。

第１メッシュ層４０は、内膜層１０と中膜層２０との間に配置される。第２メッシュ層５０は、中膜層２０と外膜層３０との間に配置される。第３メッシュ層６０は、内膜層１０の内側に配置される。

第１メッシュ層４０、第２メッシュ層５０及び第３メッシュ層６０は、複数の貫通孔が形成された柔軟性を有するシート状部材により構成される。第１メッシュ層４０、第２メッシュ層５０及び第３メッシュ層６０は、訓練用模擬血管１の強度を確保しつつ、切開時や吻合時の感触を悪化させない観点から、２０μｍ〜０．５ｍｍの厚さに構成されることが好ましい。また、同様の観点から、複数の貫通穴（網目）の孔径は、２０μｍ〜２ｍｍであることが好ましい。第１メッシュ層４０、第２メッシュ層５０及び第３メッシュ層６０は、ポリエチレンテレフタレート、ポリウレタン、ポリプロピレン等の合成樹脂により構成される。

訓練用模擬血管１の太さ（外径及び内径）は、模擬する血管の種類に応じて適宜設定できる。第１実施形態では、訓練用模擬血管１の外径は２５ｍｍ、内径は２０ｍｍに設定される。

次に、訓練用模擬血管１の製造方法の一態様につき説明する。第１実施形態の訓練用模擬血管１は、以下の手順により製造できる。
（１）目的とする訓練用模擬血管１の内径に対応した径の金属棒の表面に第３メッシュ層６０を巻き付ける。
（２）液状のシリコーンゴムを充填したタンクに、第３メッシュ層６０を巻き付けた金属棒を浸漬してシリコーンゴムを金属棒の表面（第３メッシュ層６０の外面）に付着させる。
（３）シリコーンゴムが付着した金属棒を引き上げ、空気中で硬化させる。
（４）（２）及び（３）の作業を繰り返し（例えば２０回程度）、所望の厚さの内膜層１０を形成する。
（５）形成された内膜層１０の表面に第１メッシュ層４０を巻き付ける。
（６）再び（２）及び（３）の作業を繰り返し、第１メッシュ層４０の外側に所望の厚さの中膜層２０を形成する。
（７）形成された中膜層２０の表面に第２メッシュ層５０を巻き付ける。
（８）再び（２）及び（３）の作業を繰り返し、第２メッシュ層５０の外側に所望の厚さの外膜層３０を形成する。
（９）外膜層３０が形成された訓練用模擬血管１を金属棒から剥離する。

以上説明した第１実施形態の訓練用模擬血管１によれば、以下のような効果を奏する。

（１）訓練用模擬血管１を、内膜層１０と、中膜層２０と、外膜層３０と、内膜層１０と中膜層２０との間に配置される第１メッシュ層４０と、中膜層２０と外膜層３０との間に配置される第２メッシュ層５０と、を含んで構成した。これにより、訓練用模擬血管１を、実際の血管と同様に３層構造に形成できるので、訓練用模擬血管１の質感を実際の血管に近づけられる。また、第１メッシュ層４０及び第２メッシュ層５０を含んで（つまり、複数のメッシュ層を含んで）訓練用模擬血管１を構成することにより、訓練用模擬血管１の質感を損なうことなく強度を向上させられる。よって、訓練用模擬血管１の内部に実際の生体に近い血液の圧力や流れを再現した状態においても、訓練用模擬血管１の形状を好適に維持させられる。また、第１メッシュ層４０及び第２メッシュ層５０を含むことにより、訓練用模擬血管１の吻合を行う場合に、吻合に用いた糸が内膜層１０、中膜層２０、及び外膜層３０の吻合した部分に食い込んでこれら内膜層１０、中膜層２０、及び外膜層３０を断裂させてしまうことを好適に防げる。

（２）実際の血管では、動脈には静脈よりも高い圧力で血液が流れるため、動脈は静脈よりも膜壁が厚く構成される。そこで、訓練用模擬血管１を、内膜層１０の内側に配置される第３メッシュ層６０を含んで構成した。これにより、動脈を模擬した訓練用模擬血管１の膜壁をより厚く形成できると共に、訓練用模擬血管１の質感を損なうことなく訓練用模擬血管１の強度をより向上させられる。

（３）内膜層１０、中膜層２０及び外膜層３０を、弾性材料であるシリコーンゴムにより構成した。これにより、訓練用模擬血管１の質感をより実際の血管に近づけられる。また、内膜層１０、中膜層２０及び外膜層３０の着色の自由度を高められるので、訓練用模擬血管１の色をより実際の血管に近づけられる。

（４）中膜層２０を、内膜層１０及び外膜層３０とは異なる色に着色した。これにより、訓練用模擬血管１を切開した場合に、触覚のみでなく、視覚によっても手技の状況を把握できる。また、訓練用模擬血管１をより実際の血管に近づけられる。

（５）弾性材料のゴム硬度を、０°〜４０°に設定した。これにより、訓練用模擬血管１の質感を更に実際の血管に近づけられる。

次に、訓練用模擬血管の第２実施形態につき、図３を参照しながら説明する。第２実施形態の訓練用模擬血管１Ａは、大静脈を模擬した模擬静脈であり、内膜層１０と、中膜層２０と、外膜層３０と、第１メッシュ層４０と、第２メッシュ層５０と、を備える。即ち、第２実施形態の訓練用模擬血管１Ａは、第３メッシュ層を備えない点で、第１実施形態と異なる。
第２実施形態の訓練用模擬血管１Ａは、外径が３０ｍｍ、内径が２５ｍｍに設定される。第２実施形態の訓練用模擬血管１Ａによれば、上述の（１）、（３）〜（５）の効果を奏する。

以上説明した第１実施形態の訓練用模擬血管１及び第２実施形態の訓練用模擬血管１Ａは、上述の構成を備えることにより、内部に液体を流通させない状態において手技の訓練に用いることができる他、図４に示すように、体外循環訓練装置１００に接続し、実際の生体に近い血液の圧力や流れを再現した状態における手技の訓練にも用いることができる。

より具体的には、体外循環訓練装置１００は、人工心肺シミュレータ１１０と、脱血回路１２０と、返血回路１３０と、脱血回路１２０と返血回路１３０との接続部分に配置される送血ポンプ１４０と、脱血回路１２０に配置される貯血タンク１５０と、を備える。体外循環訓練装置１００は、人工心肺シミュレータ１１０、脱血回路１２０、貯血タンク１５０、及び返血回路１３０により構成される回路に、模擬血液を循環させることで体外循環を模擬する。

人工心肺シミュレータ１１０は、送血ポンプ１４０の出力を制御すること等により、生体の血行動態を模擬する。
脱血回路１２０は、人工心肺シミュレータ１１０から導出される模擬血液を流通させる。脱血回路１２０の上流側は人工心肺シミュレータ１１０に接続される。貯血タンク１５０は、脱血回路１２０を流通する模擬血液を貯留する。

返血回路１３０は、脱血回路１２０と人工心肺シミュレータ１１０とを接続する。返血回路１３０は、脱血回路１２０を流通してきた模擬血液を人工心肺シミュレータ１１０に返送する。
送血ポンプ１４０は、脱血回路１２０を流通してきた模擬血液を昇圧して返血回路１３０に送り出す。送血ポンプ１４０は、体外循環装置における人工心として機能する。

以上の体外循環訓練装置１００において、大動脈を模擬した第１実施形態の訓練用模擬血管１は、返血回路１３０の一部を構成する。また、大静脈を模擬した第２実施形態の訓練用模擬血管１Ａは、脱血回路１２０の一部を構成する。
これにより、第１実施形態の訓練用模擬血管１には、送血ポンプ１４０にて昇圧された模擬血液が流通し、第２実施形態の訓練用模擬血管１Ａには、送血ポンプ１４０にて昇圧される前の模擬血液が流通する。

次に、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

［実施例１］
大動脈を模擬した第１実施形態の訓練用模擬血管１に水道水を充填し、１００ｍｍＨｇの圧力を加えた状態で、切開及びカニュレーションを行った後、訓練用模擬血管１の内部に５Ｌ／ｍｉｎの流量で水道水を循環させた。訓練用模擬血管１として、以下のものを用いた。

訓練用模擬血管の外径：２５ｍｍ
内膜層、中膜層、及び外膜層の材質：シリコーンゴム、硬度４０°、厚さ２ｍｍ
第１メッシュ層、第２メッシュ層、及び第３メッシュ層の材質：ポリエチレンテレフタレート、厚さ０．５ｍｍ、孔径２ｍｍ

その結果、圧力を加えた状態において、訓練用模擬血管１の膨張は発生せず、また、カニュレーション後の水道水の循環維持が可能であった。実施例１における切開及びカニュレーション後に水道水を循環させている状態を、図５に示す。

［実施例２］
大静脈を模擬した第２実施形態の訓練用模擬血管１Ａに水道水を充填し、２０ｍｍＨｇの圧力を加えた状態で、切開及びカニュレーションを行った後、訓練用模擬血管１の内部に５Ｌ／ｍｉｎの流量で水道水を循環させた。訓練用模擬血管１Ａとして、以下のものを用いた。

訓練用模擬血管の外径：３０ｍｍ
内膜層、中膜層、及び外膜層の材質：シリコーンゴム、硬度４０°、厚さ２ｍｍ
第１メッシュ層、及び第２メッシュ層の材質：ポリエチレンテレフタレート、厚さ０．５ｍｍ、孔径２ｍｍ

その結果、圧力を加えた状態において、訓練用模擬血管１の膨張は発生せず、また、カニュレーション後の水道水の循環維持が可能であった。

［比較例］
比較例の訓練用模擬血管２として、第１メッシュ層、第２メッシュ層及び第３メッシュ層を有さないシリコーンゴム製の訓練用模擬血管（外径３０ｍｍ、シリコーンゴム層の厚さ２．５ｍｍ、硬度４０°）を作製した。
比較例の訓練用模擬血管２に水道水を充填し、２０ｍｍＨｇの圧力を加えたところ、訓練用模擬血管２が膨張し、円筒形状を維持できなかった。結果を図６に示す。
また、比較例の訓練用模擬血管２に水道水を充填し、２０ｍｍＨｇの圧力を加えた状態で切開及び吻合を行ったところ、吻合時に糸がシリコーンゴムに食い込んで周囲のシリコーンゴムが断裂し、充填した水道水が訓練用模擬血管２の外部に漏れてしまった。結果を図７に示す。

以上の実施例及び比較例の結果から、内膜層１０と、中膜層２０と、外膜層３０と、内膜層１０と中膜層２０との間に配置される第１メッシュ層４０と、中膜層２０と外膜層３０との間に配置される第２メッシュ層５０と、を備える訓練用模擬血管１Ａ、及び更に内膜層１０の内側に配置される第３メッシュ層６０を備える訓練用模擬血管１では、生体と同様の血液の流れ及び圧力下においても、円筒形状を維持できることが分かった。また、吻合等の手技の訓練においても、比較例の訓練用模擬血管に比して実際の血管と同様の質感を維持できることが分かった。

以上、本発明の訓練用模擬血管の好ましい各実施形態につき説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態では、訓練用模擬血管を、金属棒の表面にメッシュ層を巻き付けると共に、この金属棒の表面に液状のシリコーンゴムを付着させて形成したが、これに限らない。即ち、訓練用模擬血管を、シート状のシリコーンゴム及びメッシュ層を積層し、積層されたシート状のシリコーンゴム及びメッシュ層の積層体を円筒形状に曲げると共に接合して形成してもよい。

また、本実施形態では、ゴム硬度４０°のシリコーンゴムを用いて訓練用模擬血管を構成したが、これに限らない。即ち、例えば、動脈硬化した血管や石灰化した血管を模擬する場合には、より固いシリコーンゴム（例えば、硬度１００°）を用いて訓練用模擬血管を構成してもよい。

１，１Ａ 訓練用模擬血管
１０ 内膜層
２０ 中膜層
３０ 外膜層
４０ 第１メッシュ層
５０ 第２メッシュ層
６０ 第３メッシュ層

Claims (4)

1. 円筒状に形成される訓練用模擬血管であって、
   第３メッシュ層と、
   前記第３メッシュ層の外側に配置される内膜層と、
   前記内膜層の外側に配置される中膜層と、
   前記中膜層の外側に配置される外膜層と、
   前記内膜層と前記中膜層との間に配置される第１メッシュ層と、
   前記中膜層と前記外膜層との間に配置される第２メッシュ層と、を備える訓練用模擬血管。
2. 前記内膜層、前記中膜層及び前記外膜層は、弾性材料により構成される請求項１に記載の訓練用模擬血管。
3. 前記弾性材料のゴム硬度は、０°〜４０°である請求項２に記載の訓練用模擬血管。
4. 前記中膜層は、前記内膜層及び前記外膜層とは異なる色に着色されている請求項１〜３のいずれかに記載の訓練用模擬血管。