説明

心血管系シミュレーションモデル

【課題】心血管系を立体的かつ忠実に再現するとともに、患者毎に異なる血管構造にも対応してカテーテル手技からカテーテルデバイスの評価に応用できる心血管系シミュレーションモデルを提供する。
【解決手段】心血管系を立体的に再現したシミュレーションモデルにおいて、大動脈を模擬した大動脈経路7と、上記大動脈7から分岐する冠状動脈を模擬した冠状動脈経路9と、上記大動脈経路7と上記冠状動脈経路9との間に介設されたコネクター13とを備え、上記コネクター13は、可撓性を有する内管部と硬質の外管部とを接合して二重管構造とするとともに、上記内管部の一方端部を接続用挿入部13cとして上記外管部から突出させた雄型接続部13aと、上記接続用挿入部13cが挿入される硬質管部からなる雌型接続部13bと、を有することを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、心血管系を立体的かつ忠実に再現したシミュレーションモデルに関し、特に、カテーテル手技からカテーテルデバイスの評価にも応用できる心血管系シミュレーションモデルに関するものである。
【背景技術】
【0002】
心血管系動脈硬化性疾患の治療において、経皮的冠動脈形成術(PCI)や経皮的血管形成術(PTA)は今日では治療の要となっており、カテーテル手技を持った医師の育成は重要な課題である。しかしながら、PTCA訓練は実際に患者に対して行なうものであることや患者毎に血管構造や疾患部位が異なっているため、技術の習得が難しいのが実情である。
【0003】
そこで、カテーテル手技を訓練するための各種の装置が提案されており、欧米ではコンピュータシミュレータによる訓練が試みられている。
【0004】
しかしながら、コンピュータを利用するシミュレーションでは、例えば血管構造を変えるには血管構造毎にプログラムを用意しなければならず、また、実際のカテーテル操作の感触を確かめることもできないことからまだまだ発展途上である。
【0005】
また、図6に示すPTCAトレーナーは、実際の手技の際に冠状動脈内をカテーテルが通過する時の感触と類似した感触を得ることができるようになっており、血管系を模した複数の凹溝を有する平板50と、その平板50の表面を覆う透明板51と、上記凹溝にカテーテルを挿入するための複数のポート52とから構成されている。
【0006】
上記凹溝の幅は各種設定されており、例えば疑似大動脈に見立てた凹溝53aは広幅に、また、冠動脈に見立てた凹溝53bは狭幅に形成されている。さらに、比較的単純な経路で広幅からなる初心者エリヤ53cや、複雑な経路で狭幅からなる上級者エリヤ53d等が訓練のための用意されている(例えば、特許文献1参照)。
【特許文献1】特開2001−343891号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、上記した従来のPTCAトレーナーは、平板50上に血管系を模した凹溝を形成しただけのものであるため、患者の血管系を立体的かつ忠実に再現したものとは言えず、トレーニング効果が低いという問題がある。
【0008】
また、実際のカテーテル操作では冠動脈口からカテーテルを挿入する際に、大動脈の血管内壁にカテーテルの一部をサポートさせたり、カテーテルを筒軸まわりに回転させてカテーテル先端の方向を変えるといった操作が行われるが、平面的な上記PTCAトレーナーでは、上面が血管を模擬していないフラットな透明板51で構成されているため、そのような実際に即したカテーテル操作を訓練することもできない。
【0009】
さらにまた、凹溝パターンは変更することができないため、患者毎に異なっている血管構造を想定したカテーテル操作をトレーニングすることができないという不都合もある。
【0010】
本発明は以上のような従来のPTCAトレーナーにおける課題を考慮してなされたものであり、心血管系を立体的かつ忠実に再現するとともに、患者毎に異なる血管構造にも対応してカテーテル手技からカテーテルデバイスの評価に応用できる心血管系シミュレーションモデルを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明は、心血管系を立体的に再現したシミュレーションモデルにおいて、
動脈を模擬した動脈経路と、上記動脈から分岐する血管を模擬した血管経路と、上記動脈経路と上記血管経路との間に介設されたコネクターとを備え、
上記コネクターは、
可撓性を有する内管部と硬質の外管部とを接合して二重管構造とするとともに、上記内管部の一方端部を接続用挿入部として上記外管部から突出させた雄型接続部と、上記接続用挿入部が挿入される硬質管部からなる雌型接続部と、を有する心血管系シミュレーションモデルである。
【0012】
上記血管経路の一具体例としては、冠状動脈を模擬した冠状動脈経路が示される。
【0013】
本発明において、上記外管部の接続側端部に第一フランジを設け、上記硬質管部の接続側端部に第二フランジを設ければ、上記雄型接続部と上記雌型接続部の内部通路に曲りを生じることなく正確に接続することができる。
【0014】
本発明において、上記第一および第二フランジに円環状のマグネットを装着すれば、両マグネットの吸引力によって上記雄型接続部と上記雌型接続部とを簡単に接続することができる。
【0015】
上記円環状のマグネットは、上記第一および第二フランジにおける反接続側に装着することができる。
【0016】
本発明において、上記冠状動脈経路における上記コネクター近傍の胴壁に、上記冠状動脈経路内に連通する複数の流体導入部を形成し、上記冠状動脈経路の末梢部に、上記流体導入部から導入された流体の排出部を設ければ、実際の冠状動脈造影についても忠実に再現することができる。
【0017】
本発明において、上記各流体導入部を、上記雌型接続部の中心軸から所定角度開いた傾斜姿勢で配置すれば、冠状動脈経路を流れる流体に方向性を与えることができる。
【0018】
本発明において、上記流体導入部に流体を吐出する吐出ポンプを接続し、上記排出部から送り出される流体をその吐出ポンプのタンクに帰還するように構成することができる。
【発明の効果】
【0019】
本発明の心血管シミュレーションモデルによれば、血管系を立体的かつ忠実に再現するとともに、患者毎に異なる血管構造にも対応してカテーテル手技からカテーテルデバイスの評価に応用できる心血管系シミュレーションモデルを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0020】
以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【0021】
1. 心血管系シミュレーションモデルの全体構成
図1は、本発明に係る心血管系シミュレーションモデル(以下、シミュレーションモデルと略称する)の一実施形態を示した斜視図である。
【0022】
同図において、シミュレーションモデル1は、縦90.5cm、横48.5cmからなるケース2内に組み付けられており、心臓血管系を模擬した動脈経路および血管経路が形成されている。
【0023】
具体的には、動脈経路としての大腿動脈経路3、腹部大動脈経路4、胸部大動脈経路5、大動脈弓経路6、上行大動脈経路7、上腕大動脈経路8、橈骨動脈経路8′、血管経路としての右冠状動脈経路9および左冠状動脈経路10が透明かつ立体的に形成されている。
【0024】
上記各動脈経路は、カテーテル等のデバイスが滑らかに通過することができるとともに、実際の血管内を通過させたときと同様の感覚が得られるように、シリコン樹脂をベースとした素材を用いて管状に成形されている。
【0025】
また、上記各動脈経路は複数の透明支持材11によってケース2の基台2aから若干浮かせた状態で支持されており、シミュレーションモデル1を平面および側面から観察できるようになっている。なお、図中、12は腰部の一部を立体的に模した透明カバーであり、大腿動脈経路3から腹部大動脈経路4にかけてその上方を覆うようにして設けられている。
【0026】
2. シミュレーションモデルの要部構成
図2は、図1のシミュレーションモデル1を矢印A方向から見た拡大図である。
【0027】
図2において、上行大動脈経路7と左冠状動脈経路10との間にはコネクター13が介設され、上行大動脈経路7と右冠状動脈経路9との間にもコネクター13が介設されている。
【0028】
図3はそのコネクター13を外した状態を示す拡大図であり、右冠状動脈経路9におけるコネクター13を代表してその構成を説明する。
【0029】
コネクター13は、上行大動脈経路7側に配置された雄型接続部13aと、右冠状動脈経路9側に配置された雌型接続部13bとから構成されており、雄型接続部13aに設けられている接続用挿入部13cを、雌型接続部13bの筒孔13dに挿入することによって上行大動脈経路7と右冠状動脈経路9とが接続され一体化されるようになっている。
【0030】
図4(a)および(b)は上記雄型接続部13aに装着される雄型接続部品の左側面図および正面図を示し、図4(c)および(d)は上記雌型接続部13bに装着される雌型接続部品の正面図および右側面図を示している。
【0031】
2-1. 雄型接続部品
雄型接続部品13eは、管状に成形された硬質の外管部13fと、この外管部13fに入れ子状に挿入される、可撓性のチューブ(内管部)13gとを有している。
【0032】
上記外管部13fはアクリル樹脂成形品からなり、一方、上記チューブ13gは塩化ビニル樹脂からなり、両者は溶剤型接着剤によって固着され二重管構造となっている。
【0033】
外管部13fとチューブ13gの反接続方向側の端面は、接続方向に向けて傾斜するテーパ面13hが形成されており、デバイスがチューブ13g内に円滑に案内されるようになっている。
【0034】
チューブ13gの筒軸方向長さL1は、外管部13fの筒軸方向の長さL2よりも長く形成されており、外管部13fから突出する部分は上記接続用挿入部13cを構成するようになっている。
【0035】
また、外管部13fの接続側端部には円環状のマグネット13iが固着されており、このマグネット13iにおける接続側の面に、パッキンとして機能するアクリル樹脂からなる円環状の第一フランジ13jが装着されている。
【0036】
上記マグネット13iの物性は以下の通りである。
種類:ネオジム磁石
磁化方向:厚み方向
表面処理:Niめっき
表面磁束密度:2,600ガウス
吸着力:1.6kg
【0037】
なお、本実施形態ではチューブ13gは内径6mm、厚み2mmとし、外管部13fは内径8mm、厚み2mmとし、マグネット13iは内径10mm、外径16mm、厚み1.8mmとした。
【0038】
2-2. 雌型接続部品
一方、雌型接続部品13kは、上記外管部13fと同径で管状に成形された硬質管部13lと、この硬質管部13lの接続側に形成された、パッキンとして機能する第二フランジ13mと、この第二フランジ13mの反接続側の面に装着される円環状のマグネット13nとを有している。
【0039】
上記硬質管部13lと第二フランジ13mは一体成形されたアクリル樹脂成形品からなり、上記マグネット13nは上記マグネット13iと同じ構成のものである。
【0040】
なお、硬質管部13lの接続側の端面は上記接続用挿入部13cの挿入を円滑にするためのテーパ面13pが形成されている。
【0041】
このように、接続用挿入部13cが可撓性部材から構成され、かつ雌型接続部品13kの端面にテーパ面13pが形成されているため、雄型接続部品13eの接続用挿入部13cを極めて円滑に雌型接続部品13kに挿入することが可能になる。
【0042】
また、挿入後は、寸法安定性の高い第一フランジ13jと第二フランジ13mを挟んだ状態で両マグネット13iおよび13nが高い吸引力を発揮するため、雄型接続部品13eと雌型接続部品13kが位置決めされた状態で正確に接続され、それにより、雄型接続部13aと雌型接続部13bとが確実に接続される。
【0043】
また、雄型接続部品13eと雌型接続部品13kとを接続した場合、チューブ13gから硬質管部13lに至る通路内径が拡張されることになる。
【0044】
それにより、上行大動脈経路7と右冠状動脈経路9とを別部品で構成したとしても、雄型接続部品13eの接続用挿入部13cから雌型接続部品13kの硬質管部13l内にデバイスを挿通するにあたり、デバイス挿通に抗する引っ掛かりや目地等が存在しないため、一連の動脈経路と同様に訓練することができる。
【0045】
図2に戻って説明する。
【0046】
右心室に沿った右冠状動脈経路9の形状を保形するため、その各末梢部は保形支持材14によって支持され、また、左心室に沿った左冠状動脈経路10の形状を保形するため、その各末梢部は保形支持材15によって支持されている。
【0047】
上記保形支持材14および15は、右冠状動脈経路9または左冠状動脈経路10内に挿通されたデバイスを観察する際に邪魔とならないように透明なエポキシ樹脂から構成されている。
【0048】
また、上記右冠状動脈経路9および左冠状動脈経路10は上記したように、それぞれコネクター13によって着脱自在に接続できるように構成されているため、これらの冠状動脈経路9および10を交換可能なパーツとすることができる。
【0049】
したがって、患者毎に異なっている血管構造を想定し、右冠状動脈経路パーツ9(または左冠状動脈経路10)を複数種類用意して交換すれば、個々の患者に応じたカテーテル操作をトレーニングすることが可能になる。
【0050】
2-3. 狭窄部用パーツ
また、例えば左冠状動脈経路10と上行大動脈経路7とはコネクター13部分で容易に分離させることができるため、左冠状動脈経路10内に狭窄部用パーツ16を埋め込むことが簡便に行なえ、狭窄部の拡張手術を訓練することもできる。
【0051】
狭窄部用パーツ16は異なる狭窄形状を持つものを複数用意することが好ましい。例えば、通常の狭窄部を模して成形された柔らかい樹脂製筒状パーツや石灰化病変部を模した筒状パーツをオプションとして用意することができる。
【0052】
狭窄部用パーツ16を取り付けるには、まず、シリコンスプレーを左冠状動脈経路10内に吹き付け、狭窄部パーツ16(または石灰化病変パーツ)を狭窄部挿入用具で所望の位置に押し込むことによって左冠状動脈経路10内に狭窄部を設けることができる。
【0053】
また、狭窄部用パーツ16を左冠状動脈経路10から取り外すには、まず、左冠状動脈経路10内にシリコンスプレーを吹き付け、左冠状動脈経路10における狭窄部の後側を摘まむようにして狭窄部用パーツ16を押し出し、狭窄部用パーツ16が左冠状動脈経路10の入口まで移動すれば、それを引き抜くことによって取り外すことができる。
【0054】
また、上記石灰化病変部を模した狭窄部パーツ16を左冠状動脈経路10(または右冠状動脈経路9)内に挿入すれば、高速回転冠動脈粥種切除術の訓練をすることが可能になる。また、血栓様パーツを挿入すれば、血栓吸引カテーテル等の操作を訓練することが可能になる。
【0055】
3. 訓練方法
次に、本発明のシミュレーションモデルを用いたカテーテル操作の訓練方法について一例を説明する。
【0056】
なお、説明では左冠状動脈経路10へカテーテルを挿入する場合を例に取り説明する。
【0057】
大腿動脈経路3(図1参照)にカテーテルイントロデューサ(図示しない)を穿刺する。
【0058】
ガイドワイヤをカテーテルの内腔内に挿入した状態で、そのカテーテルを上記カテーテルイントロデューサに挿通させる。
【0059】
ガイドワイヤを先行させながら腹部大動脈経路4→胸部大動脈経路5→大動脈弓経路6→上行大動脈経路7の順にカテーテルを挿入していく。
【0060】
カテーテルの先端が左冠状動脈経路10の入口上方近くに到達した時点でガイドワイヤを抜き、カテーテルの先端形状を湾曲状態に復帰させる。
【0061】
次に、カテーテルをゆっくりと進めると、図2に示すように、カテーテル20の先端20aは、上行大動脈経路7の内壁に沿って移動し、左冠状動脈経路の入口から左冠状動脈経路10内に挿入される。
【0062】
左冠状動脈口に設けられたコネクター13は上記したようにデバイスの挿入が円滑に行なえるように構成されているため、実際の動脈内と略同じ感覚でカテーテル操作をシミュレーションすることができる。
【0063】
なお、カテーテル20の先端20aが左冠状動脈経路10の入口に向けられていない場合、カテーテル20を軸まわりに回転させ、先端部20aを左冠状動脈経路10の入口に対向させる。
【0064】
カテーテル20の先端部20aを左冠状動脈経路10内に進めるためにカテーテル20をさらに挿入すると、上行大動脈経路7内でカテーテル20が湾曲することがある。
【0065】
このような場合、カテーテル20の一部20bを上行大動脈経路7の内壁にもたれさせ、その動脈内壁をサポートとして先端部20aを左冠状動脈経路10内に進めていく。
【0066】
このような実際の虚血性心疾患の治療で行なわれるカテーテル操作についても本発明のシミュレーションモデルでは再現することが可能である。
【0067】
なお、本発明のシミュレーションモデルでは、上記カテーテルイントロデューサを大腿動脈経路3に穿刺する場合に限らず、勿論、橈骨動脈8′に穿刺した場合についても訓練することが可能である。
【0068】
4. 造影剤注入用のシミュレーションモデル
現在、行なわれているカテーテル検査の多くは冠状動脈造影であり、本発明のシミュレーションモデルはこのような冠状動脈造影についても再現することができるようになっている。
【0069】
図5に示す造影剤注入用のシミュレーションモデルにおいて、冠状動脈経路9の雌型接続部13bには、4本の流体導入部17a〜17dが接続されている。
【0070】
これらの流体導入部17a〜17dは、雌型接続部13bの内部通路に連通し得る筒状に形成されており、雌型接続部13bの胴壁円周上に略均等に配置されている。
【0071】
さらに、各流体導入部17a〜17dは、雌型接続部13bの中心軸Cから、所定角度θ(15°〜60°)開いた傾斜姿勢で配置されており、流体の流れに方向性を与えている。
【0072】
流体導入部17aおよび17cの口部17eおよび17gは、吐出ポンプ18からの流体供給ホース19から分岐された分岐ホース19aおよび19bと接続されている。また、口部17fおよび17hは、同じく流体供給ホース19から分岐された別の分岐ホース19cおよび19dと接続されている。
【0073】
なお、上記冠状動脈経路9の末梢部には流体排出部9aが設けられ、この流体出口9aから送り出された流体は上記吐出ポンプ18のタンクTに戻るようになっている。
【0074】
なお、吐出ポンプ18は固定容量型であっても可変容量型であってもよいが、心臓からの血液量に見合う流量を吐出することができる小型ポンプで足りる。なお、上記流体としては水あるいはアルコールにグリセリンを添加したものを使用することができる。
【0075】
また、図中、Mは吐出ポンプ18を駆動させるモータである。
【0076】
4-1. 造影剤注入用シミュレーションモデルの動作
モータMが回転すると、吐出ポンプ18が駆動し、タンクTから流体を吸い上げ加圧状態で流体供給ホース19に送り出す。
【0077】
送り出された流体の流れは、分岐ホース19aと19bに分配され、分岐ホース19a側に流れた流体は流体導入部17aおよび17cから雌型接続部13bの内部通路に導入される。
【0078】
他方、分岐ホース19b側に流れた流体の流れは、流体導入部17bおよび17dから雌型接続部13b内の内部通路に導入される。
【0079】
このようにして、各流体導入部17a〜17dによって方向付けられた状態で導入された流体は、雌型接続部13b内で合流し、冠状動脈経路9内を流れる。
【0080】
流れを伴わない空の心血管シミュレーションモデルでは造影剤を注入してもその心血管シミュレーションモデルの内壁に部分的に造影剤が付着するため、造影剤の注入状態をシミュレートすることはできない。
【0081】
これに対し、本発明の造影剤注入用のシミュレーションモデルでは、雌型接続部13b内で矢印方向の流体の流れが形成されるため、生体の冠状動脈と同じ条件で造影剤を注入することができる。それにより、造影剤の注入状態を正確に再現することが可能になる。
【0082】
また、本発明では容積の少ない冠状動脈経路にのみに流体を流すように構成しているため、吐出ポンプ18の小型化が図れ、シミュレーションモデルを可搬性に優れた極めてコンパクトな構成にすることができるという利点がある。
【0083】
なお、本発明の心血管系シミュレーションモデルは、上記実施形態では冠状動脈を模擬した冠状動脈経路を例に取り説明したが、頸動脈、脳動脈を模擬した頭頸部動脈経路や下肢動脈を模擬した下肢動脈経路に置き換えることもできる。
【0084】
また、本発明のシミュレーションモデルは、実験系の様々な病態に即したモデルを構成することができるため、カテーテルデバイスの評価にも応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0085】
【図1】本発明に係る心血管系シミュレーションモデルの全体斜視図である。
【図2】図1のA方向矢視拡大図である。
【図3】コネクターを分離した状態を示す説明図である。
【図4】(a)および(b)は雄型接続部品の左側面図および正面図、(c)および(d)は雌型接続部品の正面図および右側面図である。
【図5】造影剤注入用シミュレーションモデルの原理図である。
【図6】従来のPTCAトレーナーの構成を示す全体図である。
【符号の説明】
【0086】
1 シミュレーションモデル
2 ケース
3 大腿動脈経路
4 腹部大動脈経路
5 胸部大動脈経路
6 大動脈弓経路
7 上行大動脈経路
8 上腕大動脈経路
8′ 橈骨動脈経路
9 右冠状動脈経路
10 左冠状動脈経路
11 透明支持材
12 透明カバー
13 コネクター
13a 雄型接続部
13b 雌型接続部
13c 接続用挿入部
13d 筒孔
13e 雄型接続部品
13f 外管部
13g チューブ
13h テーパ面
13i マグネット
13j パッキン
13k 雌型接続部品
13l 硬質管部
13m フランジ
13n マグネット
14,15 保形支持材
16 狭窄用パーツ
17a〜17d 流体導入部
18 吐出ポンプ
19 流体供給ホース
20 カテーテル

【特許請求の範囲】
【請求項1】
心血管系を立体的に再現したシミュレーションモデルにおいて、
動脈を模擬した動脈経路と、上記動脈から分岐する血管を模擬した血管経路と、上記動脈経路と上記血管経路との間に介設されたコネクターとを備え、
上記コネクターは、
可撓性を有する内管部と硬質の外管部とを接合して二重管構造とするとともに、上記内管部の一方端部を接続用挿入部として上記外管部から突出させた雄型接続部と、
上記接続用挿入部が挿入される硬質管部からなる雌型接続部と、
を有することを特徴とする心血管系シミュレーションモデル。
【請求項2】
上記血管経路として冠状動脈を模擬した冠状動脈経路を有する請求項1記載の心血管系シミュレーションモデル。
【請求項3】
上記外管部の接続側端部に第一フランジが設けられ、上記硬質管部の接続側端部に第二フランジが設けられている請求項1または2記載の心血管系シミュレーションモデル。
【請求項4】
上記第一および第二フランジに円環状のマグネットが装着されている請求項3記載の心血管系シミュレーションモデル。
【請求項5】
上記円環状のマグネットが、上記第一および第二フランジにおける反接続側に装着されている請求項4記載の心血管系シミュレーションモデル。
【請求項6】
上記冠状動脈経路における上記コネクター近傍の胴壁に、上記冠状動脈経路内に連通する複数の流体導入部が形成され、上記冠状動脈経路の末梢部に、上記流体導入部から導入された流体の排出部が設けられている請求項2〜5のいずれか1項に記載の心血管系シミュレーションモデル。
【請求項7】
上記各流体導入部は、上記雌型接続部の中心軸から所定角度開いた傾斜姿勢で配置されている請求項6記載の心血管系シミュレーションモデル。
【請求項8】
上記流体導入部に流体を吐出する吐出ポンプが接続され、上記排出部から送り出される流体がその吐出ポンプのタンクに帰還するように構成されている請求項6または7記載の心血管系シミュレーションモデル。

【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図1】
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【図2】
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【図6】
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【公開番号】特開2008−237304(P2008−237304A)
【公開日】平成20年10月9日(2008.10.9)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−78826(P2007−78826)
【出願日】平成19年3月26日(2007.3.26)
【出願人】(500409219)学校法人関西医科大学 (36)
【出願人】(504043440)株式会社いわさき (3)
【Fターム(参考)】