JP6629002B2 - 手技シミュレータ - Google Patents

Description

本発明は、心拍動下冠動脈バイパス手術の訓練に用いられる手技シミュレータに関する。

近年、心筋梗塞等の虚血性心疾患をもつ患者に対しては、カテーテルを利用した冠動脈拡張術やステント留置術に代表されるカテーテル治療が行われている。カテーテル治療は、患者に対して低侵襲であるものの、再狭窄の可能性があり、狭窄の程度によっては適用できない場合もある。

一方、カテーテル治療以外の処置方法としては、冠動脈バイパス手術（ＣＡＢＧ）がある。冠動脈バイパス手術は、患者の胸部を開いて心臓を露出させ、狭窄又は閉塞の起こっている冠動脈に、他の血管から血液を送るためのバイパス用血管を吻合する。従来の冠動脈バイパス手術では、人工心肺装置を使用して体外循環を行うオンポンプＣＡＢＧが行われてきた。しかし、オンポンプＣＡＢＧは、心停止による心臓への負担、臓器の機能低下、免疫力の低下等の危険性がある。

このようなオンポンプＣＡＢＧの危険性を回避するため、近年、心拍動下でバイパス手術を行う心拍動下冠動脈バイパス手術（オフポンプＣＡＢＧ）も行われるようになっている。オフポンプＣＡＢＧでは、スタビライザと呼ばれる医療器具を用いて、冠動脈の縫合する部分のみ動きを止めて、心臓が動いている状態のまま手術を行う。オフポンプＣＡＢＧは、技術的難易度が高い術式であるため、外科医にとっては訓練が必要不可欠である。

オフポンプＣＡＢＧの訓練に用いられる手技シミュレータとしては、例えば、下記特許文献１、２が提案されている。特許文献１の血管吻合トレーニング装置は、血管モデルが載置される載置プレートと、空気圧を利用して載置プレートを上下動させるプレート駆動装置とを備えるものであり、血管モデルを上下動させて心臓の拍動を模擬しようとしている。特許文献２の手術訓練用シミュレータは、クランク機構を介してモータで駆動される揺動手段と、揺動手段に取り付けた軟質樹脂製の模擬心臓とを備え、揺動手段で模擬心臓に動きを与えることで、心臓の拍動を模擬しようとしている。

特開２０１３−８３７８６号公報 特開２００５−２０２２６７号公報

特許文献１の血管吻合トレーニング装置は、人工物である血管モデルが単に上下動するだけであるため、実際の手術の雰囲気には程遠く、リアリティに乏しい。特許文献２の手術訓練用シミュレータで用いられる模擬心臓は人工物であるため、実際のヒトの心臓とは質感が大きく異なるだけなく、出血することもない。また、１つの揺動手段で模擬心臓を動かすだけであるため、拍動のリアリティも乏しい。なお、手技シミュレータを用いない訓練方法としては、例えば、生きた動物（ブタ等）に麻酔をかけ、心臓を止めずに手術を行う方法が考えられる。しかし、この方法は、生きた動物を対象とする点や、購入・管理に係るコスト等の面で問題がある。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、従来よりもリアリティに富み、実際の手術の雰囲気により近い状況で心臓手術の手技訓練を可能とする手技シミュレータを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の手技シミュレータは、ヒトの模擬心臓として用いられる動物の心臓と、前記心臓の左心室に挿入されるように構成された拡張及び収縮可能な第１バルーンと、前記心臓の右心室に挿入されるように構成された拡張及び収縮可能な第２バルーンと、前記第１バルーンとの間及び前記第２バルーンとの間で作動液を流動させ、前記作動液を介して前記第１バルーン及び前記第２バルーンを拡張及び収縮させるように構成されたポンプシステムと、前記心臓の３本の冠動脈にそれぞれ挿入されるように構成された３つの血液チューブを有し前記３本の冠動脈に血液を直接供給する血液供給部と、前記３つの血液チューブが挿通される血液チューブ保持孔が形成されたチューブホルダと、を備え、前記チューブホルダは、前記心臓に接続する大動脈内に配置及び固定されるように構成されている、ことを特徴とする。

上記のように構成された手技シミュレータによれば、ポンプシステムによる作動液の流動作用下に、左心室内で第１バルーンが拡張及び収縮を繰り返し、右心室内で第２バルーンが拡張及び収縮を繰り返すことにより、心臓の拍動を模擬できる。また、冠動脈には血液が供給されるため、冠動脈を切ると血液が流れ出る。従って、この手技シミュレータによれば、生きた動物を使用することなく、低コストで、よりリアリティのある状況下でオフポンプＣＡＢＧの訓練を行うことができる。また、３本の冠動脈に確実に血液を供給することができる。さらに、血液チューブを心臓に固定できるため、冠動脈から血液チューブが抜け出ることを抑制できる。

上記の手技シミュレータにおいて、前記第１バルーンには前記作動液を流す第１チューブが接続され、前記チューブホルダは、前記第１チューブが挿通される第１チューブ保持孔を有していてもよい。

この構成により、血液チューブと一緒に第１チューブも心臓に固定することができるため、第１バルーンが左心室から抜け出ることを抑制できる。

上記の手技シミュレータにおいて、前記血液チューブの先端外周部には、拡張及び収縮可能な拡張部が設けられていてもよい。

この構成により、冠動脈内で拡張部を拡張させることで、血液チューブが冠動脈から抜け出ることを抑制することができる。

上記の手技シミュレータにおいて、前記ポンプシステムは、流入ポート及び流出ポートを有する遠心ポンプと、前記第１バルーンと前記遠心ポンプの前記流入ポート及び前記流出ポートの一方とを接続する第１ラインと、前記第２バルーンと前記遠心ポンプの前記流入ポート及び前記流出ポートの他方とを接続する第２ラインとを備え、前記遠心ポンプが回転と停止を繰り返すことにより、前記第１バルーンと前記第２バルーンの収縮及び収縮の動作タイミングをずらしてもよい。

この構成により、１つの遠心ポンプで第１バルーンと第２バルーンの両方を動作させることができる。また、心臓の動きを実際の拍動により近づけることができ、リアリティを一層向上させることができる。

上記の手技シミュレータにおいて、前記第１バルーンは、前記第２バルーンよりも大きく構成され、前記第２ラインには、前記作動液の一部を貯留するリザーバが接続されていてもよい。

この構成により、遠心ポンプを介して接続された第１バルーン及び第２バルーンを適切に動作させることができる。

上記の手技シミュレータにおいて、前記心臓が載置される載置台と、前記載置台をシーソー状に揺らす本体部とを有する揺動装置をさらに備えてもよい。

この構成により、第１バルーン及び第２バルーンの動作に加えて、揺動装置による揺れが心臓に与えられるため、心臓の動きがより強調される。従って、心臓の動きを実際の拍動により近づけることができる。

上記の手技シミュレータにおいて、少なくとも前記心臓の下方に存在するように前記心臓の周りに配置され、心膜を模擬した非通液性の膜状部材をさらに備えてもよい。

この構成により、冠動脈から出血した血液が膜状部材に溜まり、心臓下部に血液が存在する状態になるため、リアリティを一層向上させることができる。

上記の手技シミュレータにおいて、少なくとも側壁及び上壁を有するとともに、前記心臓を収容する大きさを有し、前記上壁には前記心臓を露出させる開口部が形成された筐体をさらに備えてもよい。

この構成により、開胸されたヒトの胸のイメージを提供し、リアリティを一層向上させることができる。

上記の手技シミュレータにおいて、前記心臓は、ブタの心臓であってもよい。

ヒトの心臓に形や大きさが近いブタの心臓を用いることにより、リアリティを一層向上させることができる。

本発明の手技シミュレータによれば、従来よりもリアリティに富み、実際の手術の雰囲気により近い状況で心臓手術の手技訓練が可能となる。

本発明の実施形態に係る手技シミュレータの概略構成図である。 第１バルーン及び第２バルーンの断面図である。 チューブホルダの斜視図である。 チューブホルダの大動脈への固定状態を示す模式図である。 膜状部材で覆われた心臓が揺動装置に載せられるとともに筐体内に収容された状態を示す模式図である。 筐体の分解斜視図である。

以下、本発明に係る手技シミュレータについて好適な複数の実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。

図１に概略構成を示すように、本発明の実施形態に係る手技シミュレータ１０は、動物の心臓１２と、心臓１２の左心室１２Ｌに挿入される第１バルーン１４と、心臓１２の右心室１２Ｒに挿入される第２バルーン１６と、第１バルーン１４及び第２バルーン１６を拡張及び収縮させるポンプシステム１８と、心臓１２の冠動脈１３（左廻旋枝１３ａ、左前下行枝１３ｂ、右冠動脈１３ｃ）に血液Ｂを直接供給する血液供給部２０とを備える。この手技シミュレータ１０は、外科医がオフポンプＣＡＢＧの訓練を行う際に用いられる。

心臓１２は、ヒトの模擬心臓として用いられるものであり、例えば、哺乳類の心臓が挙げられる。特に、ブタの心臓は、ヒトの心臓と構造や大きさが比較的近いことから、手技訓練用の心臓１２として好適である。また、ブタの心臓は、比較的安価で入手も容易である。なお、心臓１２としてはブタ以外の哺乳類の心臓、例えば、ウシ、ヤギ、ヒツジ等の心臓を用いてもよい。

第１バルーン１４及び第２バルーン１６は、作動液Ｌの給排により拡張及び収縮するように構成された袋状の部材である。第１バルーン１４及び第２バルーン１６は、スムーズな拡張及び収縮を行うため、弾力的伸縮性を有する材料（例えば、シリコーンゴム等のゴム材、エラストマー材）により構成されるのがよい。

第１バルーン１４は、大動脈１５を介して心臓１２の左心室１２Ｌに挿入可能であり、左心室１２Ｌ内で拡張及び収縮することにより、心臓１２の左心室１２Ｌの収縮運動を模擬できるように構成されている。第２バルーン１６は、肺動脈１７を介して心臓１２の右心室１２Ｒに挿入可能であり、右心室１２Ｒ内で拡張及び収縮することにより、心臓１２の右心室１２Ｒの収縮運動を模擬できるように構成されている。心臓１２において、左心室１２Ｌは右心室１２Ｒよりも大きい。このため、第１バルーン１４は、自然状態及び拡張状態の大きさ（太さ及び長さ）において、第２バルーン１６よりも大きく形成されている。

図１において、第１バルーン１４は、ポンプシステム１８における通液ラインを構成する第１チューブ４０に接続されている。図２に示すように、第１バルーン１４は、第１チューブ４０が接続された基端部１４ａと、基端部１４ａとは反対側の端部である先端部１４ｂと、基端部１４ａと先端部１４ｂとの間を構成する中間部１４ｃとを有する。本実施形態では、先端部１４ｂの壁の厚さが、基端部１４ａ及び中間部１４ｃの壁の厚さよりも厚くなっている。これにより、先端部１４ｂは、基端部１４ａ及び中間部１４ｃよりも硬く（変形しにくく）なっている。

図１において、第２バルーン１６は、ポンプシステム１８における通液ラインを構成する第２チューブ４６に接続されている。図２に示すように、第２バルーン１６は、第２チューブ４６が接続された基端部１６ａと、基端部１６ａとは反対側の端部である先端部１６ｂと、基端部１６ａと先端部１６ｂとの間を構成する中間部１６ｃとを有する。本実施形態では、先端部１６ｂの壁の厚さが、基端部１６ａ及び中間部１６ｃの壁の厚さよりも厚くなっている。これにより、先端部１６ｂは、基端部１６ａ及び中間部１６ｃよりも硬く（変形しにくく）なっている。

第１バルーン１４及び第２バルーン１６において、先端部１４ｂ、１６ｂの硬度は、ショアＡ硬度で、例えば、１０°〜６０°であり、好ましくは、３０°〜４０°である。また、第１バルーン１４及び第２バルーン１６において、基端部１４ａ、１６ａ及び中間部１４ｃ、１６ｃの硬度は、ショアＡ硬度で、例えば、０°〜４０°であり、好ましくは、１０°〜３０°である。

このように、第１バルーン１４及び第２バルーン１６では、先端部１４ｂ、１６ｂを相対的に硬く、基端部１４ａ、１６ａ及び中間部１４ｃ、１６ｃを相対的に軟らかくすることで、本来収縮しない心臓１２の心尖部が動くことを抑制する一方、心室部の収縮を強調できる。これにより、本来の心臓１２の動きに近づけることができる。

なお、例えば、相対的に硬い材料で形成した先端部１４ｂと、相対的に軟らかい材料で形成した基端部１４ａ及び中間部１４ｃとを結合することにより、先端部１４ｂが基端部１４ａ及び中間部１４ｃよりも硬い第１バルーン１４を得てもよい。第２バルーン１６についても同様である。

第１チューブ４０は、第１バルーン１４の内側に入り込んでいる。すなわち、第１チューブ４０の端部は、第１バルーン１４内で、先端部１４ｂに向かって突出している。同様に、第２チューブ４６は、第２バルーン１６の内側に入り込んでいる。すなわち、第２チューブ４６の端部は、第２バルーン１６内で、先端部１６ｂに向かって突出している。このように第１チューブ４０及び第２チューブ４６が構成されているため、第１バルーン１４及び第２バルーン１６を左心室１２Ｌ及び右心室１２Ｒに押し込む際に、第１バルーン１４及び第２バルーン１６の過度な折れ曲がりや変形を抑制し、容易な挿入を可能とする。

図１において、ポンプシステム１８は、遠心ポンプ２２と、遠心ポンプ２２を制御するコントローラ２４と、第１バルーン１４と遠心ポンプ２２とを接続する第１ライン２６と、第２バルーン１６と遠心ポンプ２２とを接続する第２ライン２８と、第２ライン２８に接続されたリザーバ３０とを有する。ポンプシステム１８は、回路内で作動液Ｌを流動させることにより、第１バルーン１４及び第２バルーン１６を拡張及び収縮させる。作動液Ｌは、例えば、水である。作動液Ｌが液体の場合、術者が心臓に触れたときの感触がより実物に近づく。

遠心ポンプ２２は、ポンプ本体３２と、ポンプ本体３２を駆動する駆動部３４とを有する。ポンプ本体３２は、流入ポート３６ａ及び流出ポート３６ｂが形成されたハウジング３６と、ハウジング３６内に回転可能に配置されたインペラ３８とを有する。インペラ３８の回転中、流入ポート３６ａからインペラ３８の中心部に流入した作動液Ｌは、インペラ３８の回転に伴って加速されながらインペラ３８の外周側へと流れ、流出ポート３６ｂから吐出される。

コントローラ２４は、遠心ポンプ２２と第１バルーン１４及び第２バルーン１６との間で作動液Ｌを流動させ、作動液Ｌを介して第１バルーン１４及び第２バルーン１６を拡張及び収縮させるように遠心ポンプ２２を制御する。具体的に、第１バルーン１４及び第２バルーン１６の動作によって心臓１２の拍動を模擬するため、コントローラ２４は、インペラ３８が回転と停止を交互に繰り返すように遠心ポンプ２２の駆動部３４を制御する。

コントローラ２４は、制御用プログラムを格納した専用コンピュータであってもよく、あるいはＰＣ等の汎用コンピュータに制御用プログラムをインストールしたものであってもよい。

第１ライン２６は、ポンプシステム１８における流体回路の一部を構成する管状体であって、一端部が遠心ポンプ２２に接続され、他端部が第１バルーン１４に接続されている。本実施形態では、第１ライン２６の一端部は、遠心ポンプ２２の流出ポート３６ｂに接続されている。第１ライン２６は、第１バルーン１４側を構成する第１チューブ４０と、遠心ポンプ２２側を構成する第１ポンプ側チューブ４２とを有し、第１チューブ４０と第１ポンプ側チューブ４２とはコネクタ５０を介して接続される。

第２ライン２８は、ポンプシステム１８における流体の回路の一部を構成する管状体であって、一端部が遠心ポンプ２２に接続され、他端部が第２バルーン１６に接続されている。本実施形態では、第２ライン２８の一端部は、遠心ポンプ２２の流入ポート３６ａに接続されている。第２ライン２８は、第２バルーン１６側を構成する第２チューブ４６と、遠心ポンプ２２側を構成する第２ポンプ側チューブ４８とを有し、第２チューブ４６と第２ポンプ側チューブ４８とはコネクタ４４を介して接続される。

なお、本実施形態の変形例では、第１ライン２６の一端部が遠心ポンプ２２の流入ポート３６ａに接続され、第２ライン２８の一端部が遠心ポンプ２２の流出ポート３６ｂに接続されてもよい。

第２ライン２８の一端部と他端部との間を構成する中間部には、回路内の作動液Ｌの一部を貯留するリザーバ３０が接続されている。図１において、リザーバ３０は、槽３０Ａの形態を有する。ある変形例において、リザーバ３０は、ゴム材等の弾力的伸縮性を有する材料で形成されたバルーンの形態を有していてもよい。

血液供給部２０は、心臓１２の３本の冠動脈１３（左廻旋枝１３ａ、左前下行枝１３ｂ、右冠動脈１３ｃ）に血液Ｂを落差圧により供給するように構成及び配置される。具体的に、本実施形態において、血液供給部２０は、３本の冠動脈１３にそれぞれ挿入されるように構成された３つの血液チューブ５２と、３つの血液チューブ５２に接続された血液バッグ５４とを有する。

本実施形態の場合、各血液チューブ５２は、カテーテルの形態を有する。すなわち、血液チューブ５２は、可撓性を有する長尺なチューブ状本体５６と、チューブ状本体５６の基端部に接続されたハブ５８とを有する。チューブ状本体５６は、心臓１２の冠動脈１３の内径よりも細く形成されている。

ハブ５８は、三連活栓６０の出口ポート６２ａ〜６２ｃにそれぞれ接続されている。三連活栓６０の入口ポート６４は、チューブ６６を介して血液バッグ５４に接続されている。三連活栓６０は、３つのコック６１ａ〜６１ｃを有し、コック６１ａ〜６１ｃを個別に回動操作することにより、血液バッグ５４と血液チューブ５２との間の連通・遮断を切り換えられるように構成されている。

血液バッグ５４に収容され、冠動脈１３へと供給される血液Ｂは、人工物でもよいが、動物から採取された血液がより好ましい。血液Ｂとしては、心臓１２と同じ動物の血液であるのがよい。従って、心臓１２としてブタの心臓を用いる場合にはブタの血液を用いるのがよい。なお、心臓１２と血液Ｂは、別々の動物のものであってもよい。

本実施形態の場合、図４に示すように、血液チューブ５２はさらに、冠動脈１３への固定用バルーンとして、チューブ状本体５６の先端外周部に設けられた拡張及び収縮可能な拡張部７０を有する。拡張部７０は、例えば、弾力的伸縮性を有する材料（ゴム材、エラストマー材等）によって構成され、拡張用流体（例えば、空気、水等）の給排によって、拡張及び収縮する。図４では、拡張状態の拡張部７０が示されている。

冠動脈１３内で拡張部７０が拡張することにより、血液チューブ５２（チューブ状本体５６）の先端部が冠動脈１３から抜け出ることが抑制される。また、血液チューブ５２を介して冠動脈１３内に導入された血液Ｂが、大動脈１５側に漏れ出ることが抑制される。図１に示すように、ハブ５８には、拡張部７０に対する拡張用流体の給排を行うための図示しないデバイス（例えば、シリンジ）が接続可能な拡張用ポート５９が設けられている。拡張用ポート５９は、チューブ状本体５６に形成された図示しない拡張用ルーメンを介して拡張部７０の内腔と連通している。

図３に示すように、手技シミュレータ１０は、さらに、第１チューブ４０及び３本の血液チューブ５２を大動脈１５に固定するためのチューブホルダ７２を備える。チューブホルダ７２は、外力を加えた際に容易に変形可能な軟質材料（例えば、シリコーンゴム等のゴム材やエラストマー材等）により構成されるのがよい。

本実施形態の場合、チューブホルダ７２は、全体として円筒形である。チューブホルダ７２には、第１チューブ４０が挿通される第１チューブ保持孔７４と、３本の血液チューブ５２（チューブ状本体５６）が挿通される血液チューブ保持孔７６が、軸方向に貫通して形成されている。

第１チューブ保持孔７４は略円形であって、その直径は、第１チューブ４０の外径と略同じか、それよりも僅かに大きい。図３において、第１チューブ保持孔７４は、チューブホルダ７２の略中心に設けられている。なお、第１チューブ保持孔７４は、チューブホルダ７２の中心から偏心した位置に設けられてもよい。各血液チューブ保持孔７６は略円形であって、その直径は、第１チューブ保持孔７４の直径よりも小さく、且つチューブ状本体５６の外径と同じか、それよりも僅かに大きい。

チューブホルダ７２において、３つの血液チューブ保持孔７６は、周方向に等間隔ではなく、３本の冠動脈１３の配置に適合するように配置されている。具体的には、２つの血液チューブ保持孔７６は近接して配置され、残りの１つの血液チューブ保持孔７６は、近接した２つの血液チューブ保持孔７６から周方向に離れて（例えば、９０°〜１８０°の角度間隔で）配置されている。

手技シミュレータ１０の使用において、チューブホルダ７２は、図４に示すように、第１チューブ保持孔７４に第１チューブ４０が挿通され且つ血液チューブ保持孔７６に血液チューブ５２が挿通された状態で、心臓１２に近い大動脈１５内に配置及び固定される。チューブホルダ７２を固定するには、例えば、紐状あるいはロープ状の締付部材７７を、大動脈１５を介してチューブホルダ７２の外周部に巻き付けて縛る。複数の締付部材７７を用いてチューブホルダ７２を固定してもよい。

大動脈１５に対するチューブホルダ７２の固定力を上げるために、図３のように、チューブホルダ７２の外周面に周方向に延在するリング状の溝７３が設けられてもよい。複数の締付部材７７を用いる場合には、複数の溝７３が軸方向に間隔を置いて設けられてもよい。

図５に示すように、本実施形態の手技シミュレータ１０は、さらに、心臓１２を揺らす揺動装置７８と、心膜を模擬した膜状部材８０と、心臓１２、揺動装置７８及び膜状部材８０を収容する筐体８２とを備える。

揺動装置７８は、心臓１２が載置される載置台８４と、載置台８４をシーソー状に揺らす本体部８６とを有する。載置台８４は、本体部８６によって、揺動軸８８を中心に揺動可能に支持されているとともに、平坦な上面８５を有する。

載置台８４の揺動に伴って心臓１２を効果的に揺らし、心臓１２の動き（拍動）を強調するために、図５のように、載置台８４の上面８５には複数の突起９０（９０ａ、９０ｂ）が設けられてもよい。複数の突起９０は、揺動軸８８から水平方向にずれた一方側と他方側とに配置されている。これにより、載置台８４の揺動に伴って、一方側の突起９０ａと他方側の突起９０ｂが交互に心臓１２を突き上げるため、載置台８４の揺動を効果的に心臓１２に伝えることができる。

膜状部材８０は、柔軟な非通液性の部材からなり、好ましくは伸縮性を有し、使用時には少なくとも心臓１２の下方に存在するように心臓１２の周囲に配置される。膜状部材８０は、ある程度の血液Ｂを溜められるように、少なくとも下部が袋状に形成されている。この構成により、膜状部材８０は、手技訓練中において冠動脈１３から漏れ出る血液Ｂの受け皿としての役割を担う。

本実施形態において、膜状部材８０は、弾力的伸縮性を有する外材９２と、外材９２中に埋設されたメッシュ状の中材９４とからなる。外材９２は、例えば、シリコーンゴム等のゴム材やエラストマー材である。このような構造により、中材９４が補強体の役割を担うため、膜状部材８０を糸９６で吊り、開胸器９８に引っ掛けて固定することができる。また、糸９６を通す位置によって心臓１２の高さ等の調整が可能であり、術者の手技をさせやすくすることができる。

なお、膜状部材８０のうち、糸９６を通す縁部８１のみに中材９４が埋設されていてもよい。膜状部材８０は、初期状態で全体が袋状に形成されていると、心膜を切る訓練も行うことができるため、好適である。

図５及び図６において、筐体８２は、少なくとも側壁１００及び上壁１０２を有するとともに、心臓１２を収容する大きさを有し、上壁１０２には心臓１２を露出させる開口部１０３が形成されている。具体的に、本実施形態において筐体８２は、上下が開口した直方体状の胴部１０４と、胴部１０４から分離可能であり且つ胴部１０４の上部開口を部分的に閉じられる長方形状の蓋部１０６とを有する。胴部１０４が上記側壁１００を構成し、蓋部１０６が上記上壁１０２を構成している。

胴部１０４の上部には、チューブ類（第１チューブ４０等）を通すための切欠部１０５が設けられている。代わりの切欠部が蓋部１０６に設けられてもよい。なお、胴部１０４及び蓋部１０６は上記以外の形状でもよく、例えば、平面視で、正方形、円形、楕円形、四角形以外の多角形であってもよい。

筐体８２は、硬質で且つ耐水性、耐溶剤性に優れた材料で構成されるのがよい。また、筐体８２は、壁厚を厚くすることにより、使用中に術者の肘等で押されても触れても容易にずれ動かないようにある程度の重量があるのがよい。また、筐体８２は、セットアップの際に内部の様子を確認できるように、透明な材料で構成されているのがよい。筐体８２の構成材料としては、例えば、塩化ビニル、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ガラス等が挙げられる。

次に、手技シミュレータ１０のセットアップ手順の一例を説明する。

心臓１２のセットアップは、例えば、以下のように行う。予め冷凍しておいた心臓１２を解凍し、大動脈１５及び肺動脈１７を適度の長さに切断して左心室１２Ｌ及び右心室１２Ｒの入口を作る。血液Ｂの漏れを防ぐため、心臓１２に繋がった肺静脈及び大静脈は糸（縫合糸等）で縛って閉じる。

チューブホルダ７２のセットアップは、例えば、以下のように行う。チューブホルダ７２の第１チューブ保持孔７４に、第１バルーン１４が接続された第１チューブ４０を挿通させるとともに、３つの血液チューブ保持孔７６に３本の血液チューブ５２をそれぞれ挿通させる。

回路のセットアップは以下のように行う。大動脈１５を介して、左心室１２Ｌ内に第１バルーン１４を挿入するとともに、３本の血液チューブ５２を３本の冠動脈１３（左廻旋枝１３ａ、左前下行枝１３ｂ、右冠動脈１３ｃ）にそれぞれ挿入する。この場合、血液チューブ５２の先端部に設けられた拡張部７０を冠動脈１３内で拡張させることにより、冠動脈１３から血液チューブ５２が抜け出ることを抑制できる。

次に、チューブホルダ７２を大動脈１５内に挿入し、大動脈１５の外側から締付部材７７で縛ることにより、チューブホルダ７２を大動脈１５に対して固定する。これにより、チューブホルダ７２が径方向内方に締め付けられて若干だけ変形するため、第１チューブ４０及び血液チューブ５２が第１チューブ保持孔７４及び血液チューブ保持孔７６にそれぞれ固定される。従って、第１チューブ４０及び血液チューブ５２は、チューブホルダ７２を介して大動脈１５に固定されることになる。

次に、肺動脈１７を介して、右心室１２Ｒ内に第２バルーン１６を挿入するとともに、肺動脈１７の外側を糸等の締付部材で縛ることにより第２チューブ４６を肺動脈１７に固定する。なお、右心室１２Ｒ内への第２バルーン１６の挿入・設置は、左心室１２Ｌ内への第１バルーン１４の挿入・設置の前に行ってもよい。

次に、作動液Ｌが充填された第１ポンプ側チューブ４２と、作動液Ｌが充填された第１チューブ４０とを接続して、第１ライン２６を形成するとともに、作動液Ｌが充填された第２ポンプ側チューブ４８と、作動液Ｌが充填された第２チューブ４６とを接続して、作動液Ｌが充填された第２ライン２８を形成する。これにより、作動液Ｌが充填され且つ遠心ポンプ２２を介して流体連通した左心室１２Ｌ側の回路と右心室１２Ｒ側の回路が形成される。遠心ポンプ２２及びコントローラ２４は、心臓１２において所望の拍動を模擬できるように（第１バルーン１４及び第２バルーン１６が所望の動きをするように）設定しておく。

三連活栓６０を介して血液バッグ５４を３本の血液チューブ５２に接続する。そして、血液バッグ５４を心臓１２よりも高い位置に設置する（例えば、適宜のハンガーで吊下げる）ことにより、落差を利用して血液Ｂを３本の冠動脈１３内へ流す。

筐体８２への心臓１２等のセットアップは、例えば、以下のように行う。筐体８２の胴部１０４の内側に揺動装置７８をセットし、胴部１０４に蓋部１０６を載せ、蓋部１０６に設けられた開口部１０３を介して、膜状部材８０に覆われた心臓１２を揺動装置７８の載置台８４に載せる。次に、蓋部１０６の開口部１０３に開胸器９８を取り付けるとともに、膜状部材８０の縁部８１に通した糸９６を開胸器９８に引っ掛ける。これにより、膜状部材８０が吊るされ、受け皿として機能し得る形状に保持される。次に、図示しないスタビライザを開胸器９８に取り付け、吻合を行う冠動脈１３の周囲部分が動かないようにスタビライザで固定する。

次に、揺動装置７８をオンにして心臓１２を揺動させるとともに、遠心ポンプ２２を作動させて心臓１２の左心室１２Ｌ及び右心室１２Ｒにそれぞれ配置された第１バルーン１４及び第２バルーン１６を繰り返し拡張及び収縮させる。これにより、心臓１２に模擬的な拍動が与えられる。以上により、手技シミュレータ１０を用いた訓練のための準備が完了する。

次に、手技シミュレータ１０の作用及び効果を説明する。

手技シミュレータ１０において、遠心ポンプ２２がコントローラ２４の制御下に回転及び停止を繰り返し行うことで、心臓１２の左心室１２Ｌ内で第１バルーン１４が拡張及び収縮を繰り返すとともに、心臓１２の右心室１２Ｒ内で第２バルーン１６が拡張及び収縮を繰り返す。

具体的には、遠心ポンプ２２のインペラ３８の回転時には、流入ポート３６ａに接続された第２ライン２８からは作動液Ｌが吸引される一方、流出ポート３６ｂに接続された第１ライン２６には作動液Ｌが吐出される。従って、右心室１２Ｒ内の第２バルーン１６は作動液Ｌの流出によって収縮するが、左心室１２Ｌ内の第１バルーン１４は作動液Ｌの流入によって拡張する。なお、この場合、リザーバ３０内の作動液Ｌの一部が第２ライン２８へ流入する。

一方、インペラ３８が回転している状態からインペラ３８が停止すると、第１バルーン１４の弾性復元力によって、第１バルーン１４内の作動液Ｌが第１ライン２６へと押し出され、回路内の作動液Ｌは、インペラ３８の回転時とは逆方向に流動する。これにより、第１バルーン１４及び第２バルーン１６は、インペラ３８の回転時とは逆の動きを見せる。すなわち、左心室１２Ｌ内の第１バルーン１４は作動液Ｌの流出によって収縮するが、右心室１２Ｒ内の第２バルーン１６は作動液Ｌの流入によって拡張する。なお、この場合、第２ライン２８内の作動液Ｌの一部がリザーバ３０へ流入する。

このように、遠心ポンプ２２が回転と停止を繰り返すことにより、第１バルーン１４と第２バルーン１６においては、互いに逆の動作タイミングで拡張及び収縮が繰り返される。これにより、心臓１２において、実際の心臓の拍動に近い動きが模擬される。また、第１バルーン１４及び第２バルーン１６による模擬拍動に加えて、心臓１２は、揺動装置７８によって揺らされているため、心臓１２全体に動きが与えられ、拍動のリアリティが一層向上する。

冠動脈１３へは血液供給部２０より血液Ｂが供給されていることから、冠動脈１３を切ると血液Ｂが流出するため、術者は、実際の手術と同様に冠動脈１３からの出血を体験できる。流出した血液Ｂは、膜状部材８０によって受け止められるため、心臓１２の下方に配置された揺動装置７８が血液Ｂで汚れることがない。また、実際の手術においては心臓の周囲に出血した血液が溜まるため、膜状部材８０に溜まった血液Ｂは一層のリアリティをもたらす。

以上説明したように、手技シミュレータ１０によれば、ポンプシステム１８による作動液Ｌの流動作用下に、左心室１２Ｌ内で第１バルーン１４が拡張及び収縮を繰り返し、右心室１２Ｒ内で第２バルーン１６が拡張及び収縮を繰り返すことにより、心臓１２の拍動を模擬できる。また、冠動脈１３には血液Ｂが供給されるため、冠動脈１３を切ると血液Ｂが流れ出る。従って、この手技シミュレータ１０によれば、生きた動物を使用することなく、低コストで、よりリアリティのある状況下でオフポンプＣＡＢＧの訓練を行うことができる。

なお、生きた動物を用いて心臓手術の訓練を行う場合、手技訓練中に心臓が停止する頻度が高く、安定して訓練を行うことが困難である。そのうえ、３本の冠動脈すべてに対して処置を行うことは、心臓への負担が大きすぎて心臓が耐えられないため、実際上困難である。これに対し、手技シミュレータを用いれば、３本の冠動脈１３ａ〜１３ｃのすべてに対してバイパス手技を施すことが可能となるだけでなく、１本の冠動脈の複数箇所について血管吻合訓練が可能である。

また、本実施形態の場合、血液供給部２０は、３本の冠動脈１３ａ〜１３ｃにそれぞれ挿入されるように構成された３本の血液チューブ５２を有するので、３本の冠動脈１３ａ〜１３ｃに確実に血液Ｂを供給することができる。しかも、チューブホルダ７２により、３本の血液チューブ５２を心臓１２に固定できるため、これらの血液チューブ５２が冠動脈１３からそれぞれ抜け出ることを抑制できる。また、チューブホルダ７２により、血液チューブ５２と一緒に第１チューブ４０も心臓１２に固定することができるため、第１バルーン１４が左心室１２Ｌから抜け出ることを抑制できる。

本実施形態の場合、血液チューブ５２の先端外周部には、拡張及び収縮可能な拡張部７０が設けられており、冠動脈１３内で拡張部７０を拡張させることで、血液チューブ５２が冠動脈１３から抜け出ることを抑制することができる。

また、本実施形態の場合、ポンプシステム１８は、流入ポート３６ａ及び流出ポート３６ｂを有する遠心ポンプ２２と、第１バルーン１４と遠心ポンプ２２の流入ポート３６ａ及び流出ポート３６ｂの一方とを接続する第１ライン２６と、第２バルーン１６と遠心ポンプ２２の流入ポート３６ａ及び流出ポート３６ｂの他方とを接続する第２ライン２８とを備える。そして、遠心ポンプ２２が回転と停止を繰り返すことにより、第１バルーン１４と第２バルーン１６の収縮及び収縮の動作タイミングをずらす。この構成により、１つの遠心ポンプ２２で第１バルーン１４と第２バルーン１６の両方を動作させることができる。また、心臓１２の動きを実際の拍動により近づけることができ、リアリティを一層向上させることができる。

特に、第２ライン２８には、作動液Ｌの一部を貯留するリザーバ３０が接続されている。この構成により、遠心ポンプ２２を介して接続された第１バルーン１４及び第２バルーン１６を適切に動作させることができる。

本実施形態の場合、第１バルーン１４及び第２バルーン１６の動作に加えて、揺動装置７８による揺れが心臓１２に与えられるため、心臓１２の動きがより強調される。従って、心臓１２の動きを実際の拍動により近づけることができる。

本実施形態の場合、冠動脈１３から出血した血液Ｂが膜状部材８０に溜まり、心臓１２下部に血液Ｂが存在する状態になるため、リアリティを一層向上させることができる。筐体８２は、開胸されたヒトの胸のイメージを提供し、リアリティを一層向上させることができる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能である。

１０…手技シミュレータ １２…心臓
１２Ｌ…左心室 １２Ｒ…右心室
１３…冠動脈 １４…第１バルーン
１６…第２バルーン １８…ポンプシステム
２０…血液供給部 ２２…遠心ポンプ
２６…第１ライン ２８…第２ライン
３０…リザーバ ５２…血液チューブ
７２…チューブホルダ ７４…第１チューブ保持孔
７６…血液チューブ保持孔 ７８…揺動装置
８０…膜状部材 ８２…筐体

Claims (9)

1. ヒトの模擬心臓として用いられる動物の心臓と、
   前記心臓の左心室に挿入されるように構成された拡張及び収縮可能な第１バルーンと、
   前記心臓の右心室に挿入されるように構成された拡張及び収縮可能な第２バルーンと、
   前記第１バルーンとの間及び前記第２バルーンとの間で作動液を流動させ、前記作動液を介して前記第１バルーン及び前記第２バルーンを拡張及び収縮させるように構成されたポンプシステムと、
   前記心臓の３本の冠動脈にそれぞれ挿入されるように構成された３つの血液チューブを有し前記３本の冠動脈に血液を直接供給する血液供給部と、
   前記３つの血液チューブが挿通される血液チューブ保持孔が形成されたチューブホルダと、を備え、
   前記チューブホルダは、前記心臓に接続する大動脈内に配置及び固定されるように構成されている、
   ことを特徴とする手技シミュレータ。
2. 請求項１記載の手技シミュレータにおいて、
   前記第１バルーンには前記作動液を流す第１チューブが接続され、
   前記チューブホルダは、前記第１チューブが挿通される第１チューブ保持孔を有する、
   ことを特徴とする手技シミュレータ。
3. 請求項１又は２記載の手技シミュレータにおいて、
   前記血液チューブの先端外周部には、拡張及び収縮可能な拡張部が設けられている、
   ことを特徴とする手技シミュレータ。
4. 請求項１記載の手技シミュレータにおいて、
   前記ポンプシステムは、流入ポート及び流出ポートを有する遠心ポンプと、前記第１バルーンと前記遠心ポンプの前記流入ポート及び前記流出ポートの一方とを接続する第１ラインと、前記第２バルーンと前記遠心ポンプの前記流入ポート及び前記流出ポートの他方とを接続する第２ラインとを備え、
   前記遠心ポンプが回転と停止を繰り返すことにより、前記第１バルーンと前記第２バルーンの収縮及び収縮の動作タイミングをずらす、
   ことを特徴とする手技シミュレータ。
5. 請求項４記載の手技シミュレータにおいて、
   前記第１バルーンは、前記第２バルーンよりも大きく構成され、
   前記第２ラインには、前記作動液の一部を貯留するリザーバが接続されている、
   ことを特徴とする手技シミュレータ。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の手技シミュレータにおいて、
   前記心臓が載置される載置台と、前記載置台をシーソー状に揺らす本体部とを有する揺動装置をさらに備える、
   ことを特徴とする手技シミュレータ。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の手技シミュレータにおいて、
   少なくとも前記心臓の下方に存在するように前記心臓の周りに配置され、心膜を模擬した非通液性の膜状部材をさらに備える、
   ことを特徴とする手技シミュレータ。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の手技シミュレータにおいて、
   少なくとも側壁及び上壁を有するとともに、前記心臓を収容する大きさを有し、前記上壁には前記心臓を露出させる開口部が形成された筐体をさらに備える、
   ことを特徴とする手技シミュレータ。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の手技シミュレータにおいて、
   前記心臓は、ブタの心臓である、
   ことを特徴とする手技シミュレータ。

Images