特開 2023-26605 心臓モデル

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023026605

(43)【公開日】2023-02-24

(54)【発明の名称】心臓モデル

(51)【国際特許分類】

   G09B 23/32 20060101AFI20230216BHJP

【ＦＩ】

G09B23/32

【審査請求】有

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023000380

(22)【出願日】2023-01-05

(62)【分割の表示】P 2020558686の分割

【原出願日】2018-12-03

(71)【出願人】

【識別番号】390030731

【氏名又は名称】朝日インテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100160691

【弁理士】

【氏名又は名称】田邊 淳也

(74)【代理人】

【識別番号】100195659

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 祐介

(72)【発明者】

【氏名】山中 信圭

(72)【発明者】

【氏名】浪間 聡志

(72)【発明者】

【氏名】中田 昌和

(57)【要約】

【課題】心臓モデルにおいて、より簡易な構成によって、拡張収縮時のねじれを発生させる技術の向上を図ることを目的とする。
【解決手段】心臓モデルは、模擬心室を形成するとともに模擬心室が拡張収縮するように変形可能な心室形成部と、模擬心室の外側に設けられ、螺旋状の外形を有しており、模擬心室の拡張時に、心室形成部の変形を規制して心室形成部にねじれを生じさせるねじれ生成部と、を備える。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

心臓モデルであって、
模擬心室を形成し、前記模擬心室が拡張収縮するように変形可能な心室形成部と、
前記模擬心室の外側に設けられ、螺旋状の外形を有しており、前記模擬心室の拡張時に、前記心室形成部の変形を規制して前記心室形成部にねじれを生じさせるねじれ生成部と、を備える、
心臓モデル。

【請求項2】

請求項１に記載の心臓モデルであって、
前記ねじれ生成部は、前記心室形成部よりも剛性の高い材料によって形成されている、
心臓モデル。

【請求項3】

請求項１に記載の心臓モデルであって、
前記ねじれ生成部は、前記心室形成部と同じ材料で前記心室形成部と一体的に形成されている、
心臓モデル。

【請求項4】

請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の心臓モデルであって、
前記ねじれ生成部は、前記心臓モデルの心基部と心尖部とを結ぶ軸線方向から見たときに、前記模擬心室の外側を１８０度以上囲んでいる、
心臓モデル。

【請求項5】

請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の心臓モデルであって、
前記ねじれ生成部は、前記模擬心室の外側において、前記心臓モデルの心基部側から心尖部側に向かって螺旋状に配置されている、
心臓モデル。

【請求項6】

請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の心臓モデルであって、
前記ねじれ生成部は、前記模擬心室の外側に複数配置されている、
心臓モデル。

【請求項7】

請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の心臓モデルであって、
前記ねじれ生成部は、時計回りの螺旋形状を有している、
心臓モデル。

【請求項8】

請求項２に記載の心臓モデルであって、
前記ねじれ生成部は、複数の箇所において、前記心室形成部に固定されている、
心臓モデル。

【請求項9】

請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の心臓モデルであって、
前記心室形成部は、風船状の部材であり、
前記ねじれ生成部は、前記心室形成部の外表面に設けられており、
前記心臓モデルは、さらに、
前記心室形成部と前記ねじれ生成部の両方を覆う模擬心筋を形成する心筋形成部を備えている、
心臓モデル。

【請求項10】

請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載の心臓モデルは、さらに、
前記模擬心室の内部に流体を供給して前記模擬心室を拡張させるとともに、前記模擬心室の内部から流体を取り出すことによって前記模擬心室を収縮させることが可能な拍動部を備えている、
心臓モデル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、心臓モデルに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、医師等の術者が手術や治療の訓練をおこなうために、シリコンゴム等によって心臓を模擬した心臓モデルが知られている。例えば、特許文献１には、心臓モデル内に埋め込まれた管内の圧力を変化させることで心臓モデルを拡張収縮させる心臓手術用のトレーナが開示されている。特許文献２には、心房部と心室部が設けられた心臓モデルの吸排気口に吸排気チューブを取り付け、吸排気チューブを介して心房部と心室部の内部の空気を出し入れすることで心臓モデルを拡張収縮させる模擬心臓装置が開示されている。特許文献３には、胸部を模擬したタンク内の流体と、左心室アセンブリ内の流体とを別々に相互移動させることで医療用撮像に利用可能な拍動する左心室を有する心臓ファントムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２００４－５０８５８９号公報

【特許文献2】特開２００７－３３３７８１号公報

【特許文献3】特表２００３－５３６１０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記先行技術のうち、例えば特許文献１では、実際の心臓と同様に、拡張収縮時に心臓モデルにねじれが発生するように構成されている。しかしながら、上記先行技術によっても、心臓モデルにおいて、より簡易な構成によって、拡張収縮時のねじれを発生させる技術については、なお、改善の余地があった。

【0005】

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、心臓モデルにおいて、より簡易な構成によって、拡張収縮時のねじれを発生させる技術の向上を図ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

【0007】

（１）本発明の一形態によれば、心臓モデルが提供される。この心臓モデルは、模擬心室を形成し、前記模擬心室が拡張収縮するように変形可能な心室形成部と、前記模擬心室の外側に設けられ、螺旋状の外形を有しており、前記模擬心室の拡張時に、前記心室形成部の変形を規制して前記心室形成部にねじれを生じさせるねじれ生成部と、を備える。

【0008】

この構成によれば、心室形成部によって形成された模擬心室の外側に螺旋状の外形を有するねじれ生成部が配置されるため、模擬心室を拡張させたとき、ねじれ生成部によって、心室形成部の変形が規制され、心室形成部にねじれを生じさせることができる。よって、この構成によれば、簡易な構成によって、拡張収縮時のねじれを発生させることができる。

【0009】

（２）上記形態の心臓モデルにおいて、前記ねじれ生成部は、前記心室形成部よりも剛性の高い材料によって形成されていてもよい。この構成によれば、模擬心室を拡張させたときに、心室形成部の変形をねじれ生成部によってより規制することができるため、所望のねじれを発生させるために必要なねじれ生成部の大きさを小さくすることができる。よって、この構成によれば、より簡易な構成によって、拡張収縮時のねじれを発生させることができる。

【0010】

（３）上記形態の心臓モデルにおいて、前記ねじれ生成部は、前記心室形成部と同じ材料で前記心室形成部と一体的に形成されていてもよい。この構成によれば、心室形成部とねじれ生成部とが一体的に形成されたより簡易な構成によって、拡張収縮時にねじれを生じさせることができる。

【0011】

（４）上記形態の心臓モデルにおいて、前記ねじれ生成部は、前記心臓モデルの心基部と心尖部とを結ぶ軸線方向から見たときに、前記模擬心室の外側を１８０度以上囲んでいてもよい。この構成によれば、模擬心室を拡張させたときに、ねじれ生成部によって心室形成部の変形を周方向で一様に規制することができる。これにより、心臓モデルのねじれを実際の心臓のねじれにより近づけることができる。

【0012】

（５）上記形態の心臓モデルにおいて、前記ねじれ生成部は、前記模擬心室の外側において、前記心臓モデルの心基部側から心尖部側に向かって螺旋状に配置されていてもよい。この構成によれば、模擬心室を拡張させたときに、心臓モデルのねじれの方向を、実際の心臓のねじれの方向により近づけることができる。

【0013】

（６）上記形態の心臓モデルにおいて、前記ねじれ生成部は、前記模擬心室の外側に複数配置されていてもよい。この構成によれば、模擬心室を拡張させたときに、複数のねじれ生成部によって心室形成部の変形を周方向で一様に規制することができる。これにより、心臓モデルのねじれを実際の心臓のねじれにより近づけることができる。

【0014】

（７）上記形態の心臓モデルにおいて、前記ねじれ生成部は、時計回りの螺旋形状を有していてもよい。この構成によれば、模擬心室を拡張させたときに、心臓モデルのねじれの方向を、実際の心臓のねじれの方向により近づけることができる。

【0015】

（８）上記形態の心臓モデルにおいて、前記ねじれ生成部は、複数の箇所において、前記心室形成部に固定されていてもよい。この構成によれば、模擬心室を拡張させたときに、ねじれ生成部によって心室形成部をよりねじれやすくすることができる。

【0016】

（９）上記形態の心臓モデルにおいて、前記心室形成部は、風船状の部材であり、前記ねじれ生成部は、前記心室形成部の外表面に設けられており、前記心臓モデルは、さらに、前記心室形成部と前記ねじれ生成部の両方を覆う模擬心筋を形成する心筋形成部を備えていてもよい。この構成によれば、心室形成部のねじれにともなって、心筋形成部がねじれるため、より簡易な構成によって、拡張収縮時に心筋形成部のねじれを生じさせることができる。

【0017】

（１０）上記形態の心臓モデルにおいて、さらに、前記模擬心室の内部に流体を供給して前記模擬心室を拡張させるとともに、前記模擬心室の内部から流体を取り出すことによって前記模擬心室を収縮させることが可能な拍動部を備えていてもよい。この構成によれば、拍動部によって、心臓モデルを容易に拡張収縮させることができる。

【0018】

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、心臓血管等を模した血管モデル、心臓等の臓器を模した臓器モデル、これらの少なくとも一部を含む人体シミュレーション装置、シミュレーション方法などの形態で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】人体シミュレーション装置の概略構成を示す第１の図である。

【図2】人体シミュレーション装置の概略構成を示す第２の図である。

【図3】大動脈モデルの概略構成を示す図である。

【図4】モデルの概略構成を示す第１の図である。

【図5】モデルの概略構成を示す第２の図である。

【図6】心臓モデルの外観構成を例示した説明図である。

【図7】心臓モデルの内部構成を例示した説明図である。

【図8】心室形成部材と拘束体との固定部を説明するための図である。

【図9】拡張収縮時における心室形成部材と拘束体状態を説明するための図である。

【図10】第２実施形態の心臓モデルを説明するための図である。

【図11】図１０の各Ａ－Ａ断面を例示した説明図である。

【図12】第３実施形態の心臓モデルを説明するための図である。

【図13】図１２の各Ｂ－Ｂ断面を例示した説明図である。

【図14】第４実施形態の心臓モデルを説明するための図である。

【図15】図１４の各Ｃ－Ｃ断面を説明するための図である。

【図16】第５実施形態の心臓モデルを説明するための図である。

【図17】第６実施形態の心臓モデルを説明するための図である。

【図18】第７実施形態の心臓モデルを説明するための図である。

【図19】拘束体の拡張時における心室形成部材の状態を説明するための図である。

【図20】第８実施形態の心臓モデルを説明するための図である。

【図21】変形例１の心臓モデルを説明するための図である。

【図22】変形例２の心臓モデルを説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

＜第１実施形態＞
図１及び図２は、人体シミュレーション装置１の概略構成を示す図である。本実施形態の人体シミュレーション装置１は、人体の循環器系、消化器系、呼吸器系等の生体管腔内に対する、医療用デバイスを用いた治療または検査の手技を模擬するために使用される装置である。医療用デバイスとは、カテーテルやガイドワイヤ等の、低侵襲な治療または検査のためのデバイスを意味する。人体シミュレーション装置１は、モデル１０と、収容部２０と、制御部４０と、入力部４５と、脈動部５０と、拍動部６０と、呼吸動作部７０とを備えている。

【0021】

図２に示すように、モデル１０は、人体の心臓を模した心臓モデル１１０と、肺を模した肺モデル１２０と、横隔膜を模した横隔膜モデル１７０と、脳を模した脳モデル１３０と、肝臓を模した肝臓モデル１４０と、下肢を模した下肢モデル１５０と、大動脈を模した大動脈モデル１６０とを備えている。以降、心臓モデル１１０、肺モデル１２０、横隔膜モデル１７０、脳モデル１３０、肝臓モデル１４０、及び下肢モデル１５０を総称して「生体モデル」とも呼ぶ。また、心臓モデル１１０、脳モデル１３０、肝臓モデル１４０、及び下肢モデル１５０を総称して「臓器モデル」とも呼ぶ。肺モデル１２０と横隔膜モデル１７０とを総称して「呼吸器モデル」とも呼ぶ。肺モデル１２０と横隔膜モデル１７０とを除く各生体モデル（すなわち、各臓器モデル）は、大動脈モデル１６０に接続されている。モデル１０の詳細は後述する。

【0022】

収容部２０は、水槽２１と、被覆部２２とを備える。水槽２１は、上部が開口した略直方体状の水槽である。図１に示すように、水槽２１の内部に流体を満たした状態で、水槽２１の底面にモデル１０が裁置されることで、モデル１０が流体内に没する。本実施形態では流体として水（液体）を使用するため、モデル１０を実際の人体と同様に湿潤状態に保つことできる。なお、流体としては他の液体（例えば、生理食塩水、任意の化合物の水溶液等）を採用してもよい。水槽２１に充填された流体は、モデル１０の大動脈モデル１６０等の内部に取り込まれ、血液を模擬した「模擬血液」として機能する。

【0023】

被覆部２２は、水槽２１の開口を覆う板状の部材である。被覆部２２の一方の面を流体に接触させ、他方の面を外気に接触させた状態で被覆部２２を裁置することにより、被覆部２２は波消し板として機能する。これにより、水槽２１の内部の流体が波打つことによる視認性の低下を抑制できる。本実施形態の水槽２１及び被覆部２２は、Ｘ線透過性を有すると共に透明性の高い合成樹脂（例えばアクリル樹脂）で形成されているため、外部からのモデル１０の視認性を向上できる。なお、水槽２１及び被覆部２２は他の合成樹脂を用いて形成されていてもよく、水槽２１と被覆部２２とが異なる材料で形成されていてもよい。

【0024】

制御部４０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び記憶部を備え、ＲＯＭに格納されているコンピュータプログラムをＲＡＭに展開して実行することにより、脈動部５０、拍動部６０、及び呼吸動作部７０の動作を制御する。入力部４５は、利用者が人体シミュレーション装置１に対して情報を入力するために使用される種々のインターフェースである。入力部４５としては、例えば、タッチパネル、キーボード、操作ボタン、操作ダイヤル、マイク等を採用できる。以降、入力部４５としてタッチパネルを例示する。

【0025】

脈動部５０は、大動脈モデル１６０に対して脈動させた流体を送出する「流体供給部」である。具体的には、脈動部５０は、図１において白抜き矢印で示すように、水槽２１内の流体を循環させて、モデル１０の大動脈モデル１６０へと供給する。本実施形態の脈動部５０は、フィルタ５５と、循環ポンプ５６と、脈動ポンプ５７とを備えている。フィルタ５５は、管状体３１を介して水槽２１の開口２１Ｏと接続されている。フィルタ５５は、フィルタ５５を通過する流体を濾過することで、流体中の不純物（例えば、手技で使用された造影剤等）を除去する。循環ポンプ５６は、例えば、非容積式の遠心ポンプであり、水槽２１から管状体３１を介して供給される流体を、一定の流量で循環させる。

【0026】

脈動ポンプ５７は、例えば、容積式の往復ポンプであり、循環ポンプ５６から送出された流体に脈動を加える。脈動ポンプ５７は、管状体５１を介してモデル１０の大動脈モデル１６０と接続されている（図２）。このため、脈動ポンプ５７から送出された流体は、大動脈モデル１６０の内腔へと供給される。なお、脈動ポンプ５７としては、往復ポンプに代えて、低速運転させた回転ポンプを利用してもよい。また、フィルタ５５及び循環ポンプ５６は省略してもよい。管状体３１及び管状体５１は、Ｘ線透過性を有する軟性素材の合成樹脂（例えばシリコン等）で形成された可撓性を有するチューブである。

【0027】

拍動部６０は、心臓モデル１１０を拍動させる。具体的には、拍動部６０は、図１において斜線ハッチングを付した矢印で示すように、心臓モデル１１０の内腔に流体の送出を行うことで心臓モデル１１０を拡張させ、心臓モデル１１０の内腔の流体の吸出を行うことで心臓モデル１１０を収縮させる。拍動部６０は、これら送出及び吸出動作を繰り返すことで、心臓モデル１１０の拍動動作（拡張及び収縮動作）を実現する。拍動部６０において使用される流体（以降、「拡張媒体」とも呼ぶ）としては、模擬血液と同様に、液体が使用されてもよく、例えば空気等の気体が使用されてもよい。拡張媒体は、ベンゼン、エタノール等の有機溶媒や、水等の放射線透過性の液体であることが好ましい。拍動部６０は、例えば、容積式の往復ポンプを用いて実現できる。拍動部６０は、管状体６１を介してモデル１０の心臓モデル１１０と接続されている（図２）。管状体６１は、Ｘ線透過性を有する軟性素材の合成樹脂（例えばシリコン等）で形成された可撓性を有するチューブである。

【0028】

呼吸動作部７０は、肺モデル１２０及び横隔膜モデル１７０に呼吸動作を模擬した動作をさせる。具体的には、呼吸動作部７０は、図１においてドットハッチングを付した矢印で示すように、肺モデル１２０の内腔と横隔膜モデル１７０とに対する流体の送出を行うことで、肺モデル１２０を拡張させると共に横隔膜モデル１７０を収縮させる。また、呼吸動作部７０は、肺モデル１２０の内腔と横隔膜モデル１７０とから流体の吸出を行うことで、肺モデル１２０を収縮させると共に横隔膜モデル１７０を弛緩させる。呼吸動作部７０は、これら送出及び吸出動作を繰り返すことで、肺モデル１２０及び横隔膜モデル１７０の呼吸動作を実現する。呼吸動作部７０において使用される流体としては、模擬血液と同様に、液体が使用されてもよく、例えば空気等の気体が使用されてもよい。呼吸動作部７０は、例えば、容積式の往復ポンプを用いて実現できる。呼吸動作部７０は、管状体７１を介してモデル１０の肺モデル１２０と接続され、管状体７２を介して横隔膜モデル１７０と接続されている（図２）。管状体７１，７２は、Ｘ線透過性を有する軟性素材の合成樹脂（例えばシリコン等）で形成された可撓性を有するチューブである。

【0029】

図３は、大動脈モデル１６０の概略構成を示す図である。大動脈モデル１６０は、人体の大動脈を模した各部、すなわち、上行大動脈を模した上行大動脈部１６１と、大動脈弓を模した大動脈弓部１６２と、腹部大動脈を模した腹部大動脈部１６３と、総腸骨大動脈を模した総腸骨大動脈部１６４とで構成されている。

【0030】

大動脈モデル１６０は、上行大動脈部１６１の端部において、心臓モデル１１０を接続するための第２接続部１６１Ｊを備えている。同様に、大動脈弓部１６２の近傍において、脳モデル１３０を接続するための第１接続部１６２Ｊを備え、腹部大動脈部１６３の近傍において、肝臓モデル１４０を接続するための第３接続部１６３Ｊａを備え、総腸骨大動脈部１６４の端部において、左右の下肢モデル１５０を接続するための２つの第４接続部１６４Ｊを備えている。なお、第２接続部１６１Ｊは上行大動脈部１６１またはその近傍に配置されていれば足り、第４接続部１６４Ｊは総腸骨大動脈部１６４またはその近傍に配置されていれば足りる。以降、これらの第１～第４接続部１６１Ｊ～１６４Ｊを総称して「生体モデル接続部」とも呼ぶ。また、大動脈モデル１６０は、腹部大動脈部１６３の近傍において、脈動部５０を接続するための流体供給部接続部１６３Ｊｂを備えている。なお、流体供給部接続部１６３Ｊｂは、腹部大動脈部１６３の近傍に限らず、上行大動脈部１６１の近傍や、脳血管モデル１３１（例えば、総頸動脈）の近傍等の任意の位置に配置されてよい。また、大動脈モデル１６０は、異なる位置に配置された複数の流体供給部接続部１６３Ｊｂを備えてもよい。

【0031】

また、大動脈モデル１６０の内部には、上述した生体モデル接続部及び流体供給部接続部（第１接続部１６２Ｊ、第２接続部１６１Ｊ、第３接続部１６３Ｊａ、２つの第４接続部１６４Ｊ、流体供給部接続部１６３Ｊｂ）においてそれぞれ開口した内腔１６０Ｌが形成されている。内腔１６０Ｌは、脈動部５０から供給された模擬血液（流体）を、心臓モデル１１０、脳モデル１３０、肝臓モデル１４０、及び下肢モデル１５０へと輸送するための流路として機能する。

【0032】

本実施形態の大動脈モデル１６０は、Ｘ線透過性を有する軟性素材の合成樹脂（例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、シリコン等）により形成されている。特に、ＰＶＡを使用する場合、ＰＶＡの親水性によって、液体内に没した大動脈モデル１６０の触感を、実際の人体の大動脈の触感に似せることができる点で好ましい。

【0033】

大動脈モデル１６０は、例えば、次のようにして作製できる。まず、人体の大動脈の形状を模した型を準備する。型は、実際の人体のコンピュータ断層撮影（ＣＴ：Computed Tomography）画像や、核磁気共鳴画像法（ＭＲＩ：Magnetic Resonance Imaging）画像等を解析して生成された人体モデルデータのうち、大動脈に相当する部分のデータを、例えば３Ｄプリンタに入力して印刷することによって作製できる。型は、石膏であってもよく、金属であってもよく、樹脂であってもよい。次に、準備した型の内側に、液状にした合成樹脂材料を塗布し、合成樹脂材料が冷え固まったのち脱型する。このようにすれば、内腔１６０Ｌを有する大動脈モデル１６０を、簡単に作製できる。

【0034】

図４及び図５は、モデル１０の概略構成を示す図である。図４に示すように、心臓モデル１１０は、心臓を模した形状であり、内部には心室形成部材１１７が配置されている。本実施形態の心臓モデル１１０は、Ｘ線透過性を有する軟性素材の合成樹脂（例えば、ウレタン、シリコン等）により形成され、大動脈モデル１６０と同様に、人体モデルデータから作製された型の内側に合成樹脂材料を塗布し脱型することで作製し得る。また、心臓モデル１１０は、心臓血管モデル１１１と、管状体１１５とを備えている。心臓血管モデル１１１は、上行大動脈の一部と冠動脈とを模した管状の血管モデルであり、Ｘ線透過性を有する軟性素材の合成樹脂（例えば、ＰＶＡ、シリコン等）により形成されている。管状体１１５は、Ｘ線透過性を有する軟性素材の合成樹脂（例えばシリコン等）で形成された可撓性を有するチューブである。管状体１１５は、先端１１５Ｄが心室形成部材１１７の内側の空間に連通するよう接続され、基端１１５Ｐが拍動部６０へと繋がる管状体６１に連通するよう接続されている。

【0035】

肺モデル１２０は、右肺及び左肺をそれぞれ模した形状であり、内部には、右肺と左肺とが連通した状態の１つの内腔１２０Ｌが形成されている。肺モデル１２０は、心臓モデル１１０の左右を覆う配置とされている。肺モデル１２０の作製に採用し得る材料及び製法は、心臓モデル１１０と同様である。肺モデル１２０の材料と心臓モデル１１０の材料は同じであってもよく、相違していてもよい。また、肺モデル１２０は、気管の一部を模した管状のモデルである気管モデル１２１を備えている。気管モデル１２１は、心臓モデル１１０の管状体１１５と同様の材料で作製できる。気管モデル１２１の材料と管状体１１５の材料は同じであってもよく、相違していてもよい。気管モデル１２１は、先端１２１Ｄが肺モデル１２０の内腔１２０Ｌに連通するよう接続され、基端１２１Ｐが呼吸動作部７０へと繋がる管状体７１に連通するよう接続されている。

【0036】

横隔膜モデル１７０は、横隔膜を模した形状であり、内部には内腔１７０Ｌが形成されている。横隔膜モデル１７０は、心臓モデル１１０の下方（換言すれば、心臓モデル１１０を挟んで脳モデル１３０とは逆方向）に配置されている。横隔膜モデル１７０の作製に採用し得る材料及び製法は、心臓モデル１１０と同様である。横隔膜モデル１７０の材料と心臓モデル１１０の材料は同じであってもよく、相違していてもよい。また、横隔膜モデル１７０には、横隔膜モデル１７０の内腔１７０Ｌと管状体７２の内腔とを連通させた状態で、呼吸動作部７０へと繋がる管状体７２が接続されている。

【0037】

脳モデル１３０は、脳を模した形状であり、内腔を有さない中実形状である。脳モデル１３０は、心臓モデル１１０の上方（換言すれば、心臓モデル１１０を挟んで横隔膜モデル１７０とは逆方向）に配置されている。脳モデル１３０の作製に採用し得る材料及び製法は、心臓モデル１１０と同様である。脳モデル１３０の材料と心臓モデル１１０の材料は同じであってもよく、相違していてもよい。また、脳モデル１３０は、左右で一対の総頸動脈から左右で一対の椎骨動脈を含む主要動脈のうち少なくとも一部を模した管状の血管モデルである脳血管モデル１３１を備えている。脳血管モデル１３１は、心臓モデル１１０の心臓血管モデル１１１と同様の材料で作製できる。脳血管モデル１３１の材料と心臓血管モデル１１１の材料は同じであってもよく、相違していてもよい。また、図示していないが、脳血管モデル１３１は動脈だけでなく、上大脳静脈や直静脈洞を含む主要静脈を模擬していてもよい。

【0038】

なお、脳モデル１３０は、ヒトの頭蓋及び頸椎を模した骨モデルをさらに備えた複合体であってもよい。例えば、頭蓋は、頭頂骨、側頭骨、後頭骨、蝶形骨を模擬した硬質樹脂ケースと、前頭骨を模擬した蓋と、を有し、頸椎は、内部に血管モデルが通過可能な貫通孔を有する矩形の樹脂体を複数有していてもよい。骨モデルを備える場合、骨モデルは血管モデル、脳モデル等の臓器モデルとは硬度の異なる樹脂で作製され、例えば、頭蓋をアクリル樹脂、椎骨をＰＶＡで作製することができる。

【0039】

脳血管モデル１３１は、先端１３１Ｄが脳モデル１３０に接続され、基端１３１Ｐが大動脈モデル１６０の第１接続部１６２Ｊ（例えば、ヒトにおける腕頭動脈、鎖骨下動脈、またはその近傍）に接続されている。脳血管モデル１３１の先端１３１Ｄは、椎骨を通過する椎骨動脈および脳モデル１３０の表面及び／または内部へと配設された他の血管（例えば、後大脳動脈、中大脳動脈）を模していてもよく、さらに後交通動脈を模して総頸動脈末梢部と接続してもよい。また、脳血管モデル１３１の基端１３１Ｐは、脳血管モデル１３１の内腔と、大動脈モデル１６０の内腔１６０Ｌとを連通させた状態で、第１接続部１６２Ｊに接続されている。

【0040】

肝臓モデル１４０は、肝臓を模した形状であり、内腔を有さない中実形状である。肝臓モデル１４０は、横隔膜モデル１７０の下方に配置されている。肝臓モデル１４０の作製に採用し得る材料及び製法は、心臓モデル１１０と同様である。肝臓モデル１４０の材料と心臓モデル１１０の材料は同じであってもよく、相違していてもよい。また、肝臓モデル１４０は、肝動脈の一部を模した管状の血管モデルである肝臓血管モデル１４１を備えている。肝臓血管モデル１４１は、心臓モデル１１０の心臓血管モデル１１１と同様の材料で作製できる。肝臓血管モデル１４１の材料と心臓血管モデル１１１の材料は同じであってもよく、相違していてもよい。

【0041】

肝臓血管モデル１４１は、先端１４１Ｄが肝臓モデル１４０に接続され、基端１４１Ｐが大動脈モデル１６０の第３接続部１６３Ｊａに接続されている。肝臓血管モデル１４１の先端１４１Ｄは、肝臓モデル１４０の表面及び／または内部へと配設された他の血管（例えば、肝動脈）を模していてもよい。また、肝臓血管モデル１４１の基端１４１Ｐは、肝臓血管モデル１４１の内腔と、大動脈モデル１６０の内腔１６０Ｌとを連通させた状態で、第３接続部１６３Ｊａに接続されている。

【0042】

図５に示すように、下肢モデル１５０は、右足に相当する下肢モデル１５０Ｒと、左足に相当する下肢モデル１５０Ｌと、を備えている。下肢モデル１５０Ｒ，Ｌは、左右対称である点を除いて同じ構成を有するため、以降は区別せず「下肢モデル１５０」として説明する。下肢モデル１５０は、太腿にある大腿四頭筋や下腿の前脛骨筋、長腓骨筋や長趾伸筋等の主要組織のうち少なくとも一部を模した形状であり、内腔を有さない中実形状である。下肢モデル１５０の作製に採用し得る材料及び製法は、心臓モデル１１０と同様である。下肢モデル１５０の材料と心臓モデル１１０の材料は同じであってもよく、相違していてもよい。また、下肢モデル１５０は、大腿動脈から足背動脈を含む主要動脈のうち少なくとも一部を模した管状の血管モデルである下肢血管モデル１５１（下肢血管モデル１５１Ｒ，Ｌ）を備えている。下肢血管モデル１５１は、心臓モデル１１０の心臓血管モデル１１１と同様の材料で作製できる。下肢血管モデル１５１の材料と心臓血管モデル１１１の材料は同じであってもよく、相違していてもよい。また、図示していないが、下肢血管モデル１５１は動脈だけでなく、総骨腸静脈から大伏在静脈を含む主要静脈を模擬していてもよい。

【0043】

下肢血管モデル１５１は、下肢モデル１５０の内部を、太腿から下腿側に向かって延伸方向に沿って延びる配置とされている。下肢血管モデル１５１は、先端１５１Ｄが下肢モデル１５０の下端（足根部から足背部に相当する位置）に露出し、基端１５１Ｐが大動脈モデル１６０の第４接続部１６４Ｊに接続されている。ここで、基端１５１Ｐは、下肢血管モデル１５１の内腔と、大動脈モデル１６０の内腔１６０Ｌとを連通させた状態で、第４接続部１６４Ｊに接続されている。

【0044】

なお、上述した心臓血管モデル１１１、脳血管モデル１３１、肝臓血管モデル１４１及び下肢血管モデル１５１を総称して「血管モデル」とも呼ぶ。また、これら血管モデルと、大動脈モデル１６０とを総称して「全身血管モデル」とも呼ぶ。このような構成とすれば、各生体モデルの表面に配設された血管モデルによって、例えば、脳の後大脳動脈、心臓の左冠動脈及び右冠動脈等を模擬できる。また、各生体モデルの内部に配設された血管モデルによって、例えば、脳の中大脳動脈、肝臓の肝動脈、下肢の大腿動脈等を模擬できる。

【0045】

本実施形態の人体シミュレーション装置１では、大動脈モデル１６０に対して、少なくとも１つ以上の生体モデル（心臓モデル１１０、肺モデル１２０、横隔膜モデル１７０、脳モデル１３０、肝臓モデル１４０、下肢モデル１５０）を着脱することで、種々の態様のモデル１０を構成することができる。大動脈モデル１６０に装着される生体モデル（心臓モデル１１０、肺モデル１２０、横隔膜モデル１７０、脳モデル１３０、肝臓モデル１４０、下肢モデル１５０）の組み合わせは、手技に必要な器官に応じて自由に変更できる。例えば、心臓モデル１１０と下肢モデル１５０とを装着したモデル１０を構成すれば、人体シミュレーション装置１を利用して、ＰＣＩの総大腿動脈アプローチ（ＴＦＩ：Trans-Femoral Intervention）の手技を模擬できる。その他、例えば、下肢モデル１５０を除く全ての生体モデルを装着してもよく、心臓モデル１１０と肺モデル１２０とを装着してもよく、肺モデル１２０と横隔膜モデル１７０とを装着してもよく、肝臓モデル１４０のみを装着してもよく、下肢モデル１５０のみを装着してもよい。

【0046】

このように、本実施形態の人体シミュレーション装置１によれば、生体モデル接続部（第１接続部１６２Ｊ、第２接続部１６１Ｊ、第３接続部１６３Ｊａ、第４接続部１６４Ｊ）に人体内の一部を模した生体モデル（心臓モデル１１０、脳モデル１３０、肝臓モデル１４０、下肢モデル１５０）を接続することによって、循環器系や消化器系など、接続された生体モデルに応じた各器官の生体管腔に対する、カテーテルやガイドワイヤ等の医療用デバイスを用いた様々な手技を模擬することができる。また、生体モデル接続部１６１Ｊ～１６４Ｊは、生体モデルを着脱可能に接続することができるため、手技に不要な生体モデルを取り外して別途保存することも可能であり、利便性を向上できる。

【0047】

図６及び図７を用いて、心臓モデル１１０の概略構成について説明する。図６は、心臓モデル１１０の外観構成を例示した説明図である。図７は、心臓モデル１１０の内部構成を例示した説明図である。心臓モデル１１０は、上述した、心臓血管モデル１１１と、心室形成部材１１７と、のほか、心筋形成部材１１３と、拘束体１１８と、を備えている。

【0048】

心筋形成部材１１３は、心臓モデル１１０の模擬心筋を形成する部材であり、例えば、ウレタンによって構成されている。心筋形成部材１１３によって、心基部１１６と心尖部１１４を有する心臓モデル１１０の外側が形成される。心筋形成部材１１３によって形成される心臓モデル１１０の外表面１１３ｓｕｆには、心臓血管モデル１１１が配置されている。心臓血管モデル１１１は、左右の冠動脈を模擬した冠動脈モデル１１２を含んでいる。冠動脈モデル１１２は、心臓モデル１１０の外表面１１３ｓｕｆにおいて、主枝部から複数の側枝部が伸びた形状を有している。心臓モデル１１０は、この心臓血管モデル１１１に対して造影剤を使用した際に得られるＸ線画像において、実際の人体のＸ線画像で確認される濃染の様子を模擬することが可能なシミュレータとして機能する。図７に示すように、心筋形成部材１１３によって形成される模擬心筋の内側には心室形成部材１１７および拘束体１１８が配置されている。

【0049】

心室形成部材１１７は、例えば、厚さ０．１～１ｍｍ程度の天然ゴムによって形成された風船状の部材であり、内側に内腔部としての模擬心室１１７ｌｕｍを形成する。この模擬心室１１７ｌｕｍは、管状体１１５と連通しており、管状体１１５による、模擬心室１１７ｌｕｍへの流体の供給、および、模擬心室１１７ｌｕｍからの流体の吸出によって、模擬心室１１７ｌｕｍが拡張収縮する。心室形成部材１１７は、模擬心室１１７ｌｕｍの拡張収縮に応じて外形が拡張収縮する。この心室形成部材１１７の拡張収縮によって、心室形成部材１１７を覆う心筋形成部材１１３が拡張収縮し、これにより、実際の心臓と同様の拍動が心臓モデル１１０によって模擬される。

【0050】

拘束体１１８は、心室形成部材１１７よりも剛性の高い素線によって形成された時計回りの螺旋状の部材（螺旋コイル）であり、心室形成部材１１７の外表面に配置される。拘束体１１８は、心室形成部材１１７の拡張変形時に、心室形成部材１１７の変形を規制して、心室形成部材１１７にねじれを生じさせる「ねじれ生成部」として機能する。拘束体１１８は、例えば、円形断面の金属や樹脂の素線によって形成することができる。本実施形態の拘束体１１８は、心臓モデル１１０の心基部１１６と心尖部１１４とを結ぶ軸線Ｎ方向から見たときに、心室形成部材１１７の外側を１８０度以上囲んでいる。また、螺旋の走向方向が軸線Ｎに沿った方向となっている。「螺旋の走向方向が軸線Ｎに沿っている」とは、拘束体１１８を軸線Ｎ方向から見たときに、心基部１１６から心尖部１１４に向かって時計回りに螺旋状となるように配置されていることを意味する。本実施形態の拘束体１１８は、心室形成部材１１７の外側を螺旋状に５周程度巻き回った構成となっている。拘束体１１８が心室形成部材１１７の外側を巻き回る回数（巻き数）は、０．５～１０回転の範囲が好ましく、１～５回転の範囲がより好ましい。３～４回転の範囲がさらに好ましい。

【0051】

図８は、心室形成部材１１７と、拘束体１１８との固定部ＦＰを説明するための図である。拘束体１１８は、心室形成部材１１７と複数の固定部ＦＰにおいて固定されており、その他の部分では固定されていない。固定部ＦＰは、拘束体１１８において所定の間隔で設けられている。固定部ＦＰでは拘束体１１８と心室形成部材１１７は接着剤によって固定されていてもよいし、溶着されていてもよい。このように、心室形成部材１１７と拘束体１１８とは、固定部ＦＰによって、部分的に固定されている。これにより、全体が固定される場合に比べて、心室形成部材１１７の拘束体１１８に対する自由度が増加し、心室形成部材１１７を拡張させたときに、拘束体１１８によって心室形成部１１７をよりねじれやすくすることができる。

【0052】

図９（Ａ）は、心室形成部材１１７の収縮時における心室形成部材１１７と拘束体１１８の状態を説明するための図である。図９（Ｂ）は、心室形成部材１１７の拡張時における心室形成部材１１７と拘束体１１８の状態を説明するための図である。図９（Ａ）の収縮状態から心室形成部材１１７の内腔（模擬心室）を加圧すると、心室形成部材１１７が一様に拡張しようとして拘束体１１８を内側から押し広げる。拘束体１１８は、内側から一様に押し広げられると、図９（Ｂ）の矢印に示すように、拘束体１１８の各コイル間において相対的な位置がずれる。心室形成部材１１７は、この拘束体１１８の各コイル間の相対的な位置ずれに追従してねじれが生じる。このねじれによって心臓モデル１１０に捻転が生じる。拘束体１１８の螺旋の心室形成部材１１７に対する走向方向、回転数（巻き数）によって、心臓モデル１１０の捻転の方向および捻転角度を調整することができる。

【0053】

拘束体１１８は、心室形成部材１１７の外側に１周以上巻き回ること、すなわち、心室形成部材１１７を１８０度以上囲むことが好ましい。１８０度以上囲むことによって、心室形成部材１１７を拡張させたときに、拘束体１１８によって、心室形成部材１１７の変形を周方向で一様に規制することができる。これにより、心室形成部材１１７の周方向でほぼ均等にねじれを生じさせることができる。また、本実施形態の拘束体１１８は、螺旋が時計回りとなっているため、ねじれの方向を実際の心臓のねじれの方向に近づけることができる。

【0054】

以上説明した、本実施形態の心臓モデル１１０によれば、図７に示すように、心室形成部材１１７によって形成された模擬心室１１７ｌｕｍの外側に螺旋状の外形を有する拘束体１１８が配置されているため、模擬心室１１７ｌｕｍを拡張させたとき、拘束体１１８によって、心室形成部材１１７の変形が規制されて心室形成部材１１７にねじれを生じさせることができる。よって、この構成によれば、心臓モデル１１０において、簡易な構成によって、拡張収縮時のねじれを発生させることができる。

【0055】

また、本実施形態の心臓モデル１１０によれば、拘束体１１８は、心室形成部材１１７よりも剛性の高い材料によって形成されているため、模擬心室１１７ｌｕｍを拡張させたときに、心室形成部材１１７の変形を拘束体１１８によってより規制することができる。これにより、例えば、所望のねじれを発生させるために必要な拘束体１１８の大きさを小さくすることができる。よって、より簡易な構成によって、拡張収縮時のねじれを発生させることができる。

【0056】

また、本実施形態の心臓モデル１１０によれば、拘束体１１８は、心臓モデル１１０の心基部１１６と心尖部１１４とを結ぶ軸線Ｎ方向から見たときに、心室形成部材１１７の外側を１８０度以上囲んでいる。そのため、心室形成部材１１７を拡張させたときに、拘束体１１８によって心室形成部材１１７の拡張を周方向に一様に規制することができる。これにより、心臓モデル１１０のねじれを実際の心臓のねじれにより近づけることができる。

【0057】

また、本実施形態の心臓モデル１１０によれば、拘束体１１８は、模擬心室１１７ｌｕｍの外側において、心臓モデル１１０の心基部１１６側から心尖部１１４側に向かって螺旋状に配置されている。そのため、心臓モデル１１０のねじれの方向を、実際の心臓のねじれの方向により近づけることができる。また、本実施形態の心臓モデル１１０によれば、拘束体１１８は、複数の固定部ＦＰにおいて、心室形成部材１１７に固定されているため、拘束体１１８によって心室形成部材１１７をよりねじれやすくすることができる。

【0058】

＜第２実施形態＞
図１０は、第２実施形態の心臓モデル１１０Ａを説明するための図である。図１０では、心臓モデル１１０Ａのうちの心室形成部材１１７および拘束体１１８Ａのみを示しており、心筋形成部材１１３や冠動脈モデル１１２の図示を省略している。第２実施形態の心臓モデル１１０Ａは、第１実施形態の心臓モデル１１０（図７）と比較すると、拘束体の螺旋の巻き数（回転数）が異なる。第２実施形態の拘束体１１８Ａは、心室形成部材１１７の外側を螺旋状に１回程度巻き回った構成となっている。それ以外の構成は第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

【0059】

図１１は、図１０の各Ａ－Ａ断面を例示した説明図である。図１１（Ａ）は、図１０のＡ１－Ａ１断面を例示している。図１１（Ｂ）は、図１０のＡ２－Ａ２断面を例示している。図１１（Ｃ）は、図１０のＡ３－Ａ３断面を例示している。図１１（Ｄ）は、図１０のＡ４－Ａ４断面を例示している。図１１（Ｅ）は、図１０のＡ５－Ａ５断面を例示している。ここでは、図１１（Ａ）のＡ１－Ａ１断面における拘束体１１８の位置（心室形成部材１１７の右側）から軸線Ｎに伸びる直線と、図１１（Ｂ）～（Ｅ）の各Ａ－Ａ断面における拘束体１１８の位置から軸線Ｎに伸びる直線と、のなす角をθ１（＞０）とする。図１１（Ｂ）では、θ１≒９０度であり、図１１（Ｃ）では、θ１≒１８０度であり、図１１（Ｄ）では、θ１≒２７０度であり、図１１（Ｅ）では、θ１≒３６０度となっている。このように、第２実施形態の拘束体１１８Ａは、軸線Ｎ方向から見たときに、心室形成部材１１７の外側を１８０度以上囲んでいる。また、拘束体１１８Ａは、心室形成部材１１７の外周において、心基部１１６から心尖部１１４に向かって時計回りに螺旋状に配置されている。

【0060】

以上説明した、第２実施形態の心臓モデル１１０Ａによれば、拘束体の螺旋の巻き数（回転数）は、第１実施形態の５回転よりも少なくてよい。第２実施形態の拘束体１１８Ａのように螺旋の巻き数（回転数）が１回転あれば、拘束体１１８Ａが心室形成部材１１７の外側を１８０度以上囲むことになるため、模擬心室を拡張させたときに、拘束体１１８Ａによって心室形成部材１１７の拡張を周方向で一様に規制することができる。これにより、心臓モデル１１０Ａのねじれを実際の心臓のねじれにより近づけることができる。

【0061】

＜第３実施形態＞
図１２は、第３実施形態の心臓モデル１１０Ｂを説明するための図である。図１２では、心臓モデル１１０Ｂのうちの心室形成部材１１７および拘束体１１８Ｂのみを示しており、心筋形成部材１１３や冠動脈モデル１１２の図示を省略している。第３実施形態の心臓モデル１１０Ｂは、第１実施形態の心臓モデル１１０（図７）と比較すると、拘束体の螺旋の巻き数（回転数）がさらに少ない。第３実施形態の拘束体１１８Ｂは、心室形成部材１１７の外側を螺旋状に半周程度巻き回った構成となっている。それ以外の構成は第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

【0062】

図１３は、図１２の各Ｂ－Ｂ断面を例示した説明図である。図１３（Ａ）は、図１２のＢ１－Ｂ１断面を例示している。図１３（Ｂ）は、図１２のＢ２－Ｂ２断面を例示している。図１３（Ｃ）は、図１２のＢ３－Ｂ３断面を例示している。図１３（Ｄ）は、図１２のＢ４－Ｂ４断面を例示している。図１３（Ｅ）は、図１２のＢ５－Ｂ５断面を例示している。ここでは、図１３（Ａ）のＢ１－Ｂ１断面における拘束体１１８の位置（心室形成部材１１７の右側）から軸線Ｎに伸びる直線と、図１３（Ｂ）～（Ｅ）の各Ｂ－Ｂ断面における拘束体１１８の位置から軸線Ｎに伸びる直線と、のなす角をθ２（＞０）とする。図１３（Ｂ）では、θ２≒４５度であり、図１３（Ｃ）では、θ２≒９０度であり、図１３（Ｄ）では、θ２≒１３５度であり、図１３（Ｅ）では、θ２≒１８０度となっている。このように、第３実施形態の拘束体１１８Ｂは、軸線Ｎ方向から見たときに、心室形成部材１１７の外側を１８０度以上囲んでいる。また、拘束体１１８Ｂは、心室形成部材１１７の外周において、心基部１１６から心尖部１１４に向かって時計回りに螺旋状に配置されている。

【0063】

以上説明した、第３実施形態の心臓モデル１１０Ｂによれば、拘束体の螺旋の巻き数（回転数）は、１回転未満であってもよい。第３実施形態の拘束体１１８Ｂのように螺旋の巻き数（回転数）が０．５回転以上あれば、拘束体１１８Ｂが心室形成部材１１７の外側を１８０度以上囲むため、模擬心室を拡張させたときに、拘束体１１８Ｂによって心室形成部材１１７の拡張を周方向で一様に規制することができる。

【0064】

＜第４実施形態＞
図１４は、第４実施形態の心臓モデル１１０Ｃを説明するための図である。図１４では、心臓モデル１１０Ｃのうちの心室形成部材１１７および拘束体１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄのみを示しており、心筋形成部材１１３や冠動脈モデル１１２の図示を省略している。第４実施形態の心臓モデル１１０Ｃは、第１実施形態の心臓モデル１１０（図７）と比較すると、拘束体の数および巻き数が異なる。第４実施形態の心臓モデル１１０Ｃは、心室形成部材１１７の外側に４つの拘束体１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄが配置されている。各拘束体１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄは、心室形成部材１１７の外側を螺旋状に半周程度巻き回った構成となっている。４つの拘束体１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄは、心室形成部材１１７の周方向にほぼ等間隔に並んで配置されている。それ以外の構成は第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

【0065】

図１５は、図１４の各Ｃ－Ｃ断面を説明するための図である。図１５（Ａ）は、図１４のＣ１－Ｃ１断面を例示している。図１５（Ｂ）は、図１４のＣ２－Ｃ２断面を例示している。図１５（Ｃ）は、図１４のＣ３－Ｃ３断面を例示している。図１５（Ｄ）は、図１４のＣ４－Ｃ４断面を例示している。図１５（Ｅ）は、図１４のＣ５－Ｃ５断面を例示している。ここでは、図１５（Ａ）のＣ１－Ｃ１断面における拘束体１１８ａの位置（心室形成部材１１７の右側）から軸線Ｎに伸びる直線と、図１５（Ｂ）～（Ｅ）の各Ｃ－Ｃ断面における拘束体１１８ａの位置から軸線Ｎに伸びる直線と、のなす角をθ３（＞０）とする。図１５（Ｂ）では、θ３≒４５度であり、図１５（Ｃ）では、θ３≒９０度であり、図１５（Ｄ）では、θ３≒１３５度であり、図１５（Ｅ）では、θ３≒１８０度となっている。このように、４つの拘束体１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄは、心基部１１６から心尖部１１４にかけて、心室形成部材１１７の周方向にほぼ等間隔に並んで配置されており、軸線Ｎ方向から見たときに、それぞれ、心室形成部材１１７の外側を１８０度以上囲んでいる。また、拘束体１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄは、心室形成部材１１７の外周において、心基部１１６から心尖部１１４に向かってそれぞれ時計回りに螺旋状に配置されている。

【0066】

以上説明した、第４実施形態の心臓モデル１１０Ｃによれば、心室形成部材１１７の外側に配置される拘束体の本数は、１本に限定されず複数とすることができる。第４実施形態の心臓モデル１１０Ｃのように、心基部１１６から心尖部１１４にかけて、複数の拘束体１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄが、心室形成部材１１７の周方向にほぼ等間隔に並んで配置されていれば、模擬心室を拡張させたときに、拘束体１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄによって心室形成部材１１７の拡張を周方向で一様に規制することができる。また、第４実施形態の心臓モデル１１０Ｃのように、各拘束体１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄの螺旋の巻き数（回転数）が０．５回転以上あれば、各拘束体１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄが心室形成部材１１７の外側を１８０度以上囲むため、模擬心室を拡張させたときに、各拘束体１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄによって心室形成部材１１７の拡張を周方向でさらに一様に規制することができる。心室形成部材１１７の外側に配置される拘束体の本数は、１～８本の範囲が好ましい。

【0067】

＜第５実施形態＞
図１６は、第５実施形態の心臓モデル１１０Ｄを説明するための図である。図１６では、心臓モデル１１０Ｄのうちの心室形成部材１１７および拘束体１１８Ｄのみを示しており、心筋形成部材１１３や冠動脈モデル１１２の図示を省略している。第５実施形態の心臓モデル１１０Ｄは、第１実施形態の心臓モデル１１０（図７）と比較すると、拘束体の形状および巻き数が異なる。第５実施形態の拘束体１１８Ｄは、螺旋階段状の外形を有している。すなわち、拘束体１１８Ｄは、複数の屈曲部を備えており、心室形成部材１１７の周方向に沿った部分と、これに直交する部分とが屈曲部を介して交互に繰り返される形状を有している。拘束体１１８Ｄは、この螺旋階段状の外形で心室形成部材１１７の外側を１周程度巻き回っている。それ以外の構成は第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

【0068】

以上説明した、第５実施形態の心臓モデル１１０Ｄによれば、拘束体の形状は、完全な螺旋形状に限定されない。拘束体１１８は、心室形成部材１１７の表面において、軸線Ｎ方向の位置が互いに異なる部分を有しており、かつ、心室形成部材１１７の周方向の位置が互いに異なる部分を有していればよい。このように構成されていれば、模擬心室を拡張させたとき、拘束体１１８によって、心室形成部材１１７の変形が規制されて心室形成部材１１７にねじれを生じさせることができる。第５実施形態の拘束体１１８Ｄは、一方の端部の軸線Ｎ方向の位置と、他方の端部の軸線Ｎ方向の位置とが、異なっており、巻き数（回転数）が１回転以上あるため、心室形成部材１１７の周方向の位置が互いに異なる部分を有している。そのため、第５実施形態の拘束体１１８Ｄによっても、心室形成部材１１７の変形が規制されて心室形成部材１１７にねじれを生じさせることができる。

【0069】

＜第６実施形態＞
図１７は、第６実施形態の心臓モデル１１０Ｅを説明するための図である。図１７では、心臓モデル１１０Ｅのうちの心室形成部材１１７および拘束体１１８Ｅのみを示しており、心筋形成部材１１３や冠動脈モデル１１２の図示を省略している。第６実施形態の心臓モデル１１０Ｅは、第１実施形態の心臓モデル１１０（図７）と比較すると、拘束体の形状、数、および、巻き数が異なる。第６実施形態の心臓モデル１１０Ｅは、心室形成部材１１７の外側に４つの拘束体１１８ｅ、１１８ｆ、１１８ｇ、１１８ｈが配置されている。各拘束体１１８ｅ、１１８ｆ、１１８ｇ、１１８ｈは、螺旋形状を有しておらず、心室形成部材１１７の外側を周方向に半周程度巻き回ったＵ字形状を有している。４つの拘束体１１８ｅ、１１８ｆ、１１８ｇ、１１８ｈは、それぞれ、軸線Ｎ方向における位置が互いに異なっており、心基部１１６側から心尖部１１４側に向かって、拘束体１１８ｅ、拘束体１１８ｆ、拘束体１１８ｇ、拘束体１１８ｈの順に並んで配置されている。また、４つの拘束体１１８ｅ、１１８ｆ、１１８ｇ、１１８ｈは、心室形成部材１１７の周方向における位置が、拘束体１１８ｅと拘束体１１８ｇが等しく、これらと対向する位置に、拘束体１１８ｆと拘束体１１８ｈが配置されている。これにより、軸線Ｎ方向から見たときに、拘束体１１８ｅと拘束体１１８ｆによって、および、拘束体１１８ｇおよび拘束体１１８ｈによって、心室形成部材１１７の外側を１周程度巻き回った構成となっている。それ以外の構成は第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

【0070】

以上説明した、第６実施形態の心臓モデル１１０Ｅによれば、拘束体の形状は、螺旋形状に限定されない。また、拘束体１１８が複数ある場合、複数の拘束体１１８が全体として、心室形成部材１１７の表面において、軸線Ｎ方向の位置が互いに異なる部分を有しており、かつ、心室形成部材１１７の周方向の位置が互いに異なる部分を有していればよい。このように構成されていれば、模擬心室を拡張させたとき、拘束体１１８によって、心室形成部材１１７の変形が規制されて心室形成部材１１７にねじれを生じさせることができる。第６実施形態の４つの拘束体１１８ｅ、１１８ｆ、１１８ｇ、１１８ｈは、４つの拘束体１１８ｅ、１１８ｆ、１１８ｇ、１１８ｈが全体として、軸線Ｎ方向の異なる位置に存在しており、巻き数（回転数）が１回転以上あるため、心室形成部材１１７の周方向の位置が互いに異なる部分を有している。そのため、第６実施形態の拘束体１１８ｅ、１１８ｆ、１１８ｇ、１１８ｈによっても、心室形成部材１１７の変形が規制されて心室形成部材１１７にねじれを生じさせることができる。

【0071】

＜第７実施形態＞
図１８は、第７実施形態の心臓モデル１１０Ｆを説明するための図である。図１８では、心臓モデル１１０Ｆのうちの心室形成部材１１７および拘束体１１９ａ、１１９ｂ、１１９ｃ、１１９ｄのみを示しており、心筋形成部材１１３や冠動脈モデル１１２の図示を省略している。第７実施形態の心臓モデル１１０Ｆは、第１実施形態の心臓モデル１１０（図７）と比較すると、拘束体の構成、数、および、巻き数が異なる。第７実施形態の心臓モデル１１０Ｆは、心室形成部材１１７の外側に４つの拘束体１１９（１１９ａ、１１９ｂ、１１９ｃ、１１９ｄが配置されている。各拘束体１１９は、心室形成部材１１７の外側を螺旋状に半周程度巻き回った構成となっている。４つの拘束体１１９は、心室形成部材１１７の周方向にほぼ等間隔に並んで配置されている。４つの拘束体１１９は、それぞれ、内腔を有する長尺の風船状の部材であり、天然ゴムや樹脂によって形成されている。拘束体１１９は、内腔と連通する開口部が管状体１１５の基端１１５ｐに接続されている。４つの拘束体１１９は、管状体１１５からの流体の供給・吸出によって、拡張収縮可能となっている。

【0072】

図１９は、拘束体１１９の拡張時における心室形成部材１１７と拘束体１１９の状態を説明するための図である。拘束体１１９の内腔を加圧すると、拘束体１１９の外形は、螺旋形状から直線形状に近づく。このとき、心室形成部材１１７は、拘束体１１９の変形に追従して、心基部１１６側と心尖部１１４側との間で相対的な位置がずれ、ねじれが生じる。拘束体１１９を収縮させると、拘束体１１９の外形は、直線形状から螺旋形状に再度近づく。このとき、心室形成部材１１７は、拘束体１１９が螺旋形状に戻ることに追従して、ねじれが解消する。

【0073】

以上説明した、第７実施形態の心臓モデル１１０Ｆによれば、拘束体は心室形成部材１１７の変形を規制する部材に限定されない。例えば、第７実施形態の心臓モデル１１０Ｆのように、拘束体１１９は内腔を備え、内腔を加圧することによって、心室形成部材１１７にねじれを生じさせてもよい。この構成によっても、心臓モデル１１０Ｆのような簡易な構成によって、拡張収縮時のねじれを発生させることができる。

【0074】

＜第８実施形態＞
図２０は、第８実施形態の心臓モデル１１０Ｇを説明するための図である。第８実施形態の心臓モデル１１０Ｇは、第１実施形態の心臓モデル１１０（図７）と比較すると、心室形成部材１１７を備えていない点が異なる。第８実施形態の心臓モデル１１０Ｇは、心筋形成部材１１３の内側に中空の模擬心室１１３ｌｕｍが形成されている。すなわち、第８実施形態では、心筋形成部材１１３が心室形成部材としても機能する。模擬心室１１３ｌｕｍは管状体１１５と連通しており、管状体１１５からの流体の供給・吸出によって、拡張収縮可能となっている。模擬心室１１３ｌｕｍの内側には、拘束体１１８が配置されている。拘束体１１８は、第１実施形態と同様の構成であり、時計回りの螺旋状の素線によって形成されている。拘束体１１８は、全体が、模擬心室１１３ｌｕｍの内側表面と接触し、全体が固定されている。この構成によれば、模擬心室１１３ｌｕｍを拡張させたときに、模擬心室１１３ｌｕｍの一様な拡張を拘束体１１８によってより規制することができる。これにより、心臓モデル１１０Ｇは、拡張収縮時にねじれを発生させることができる。

【0075】

以上説明した、第８実施形態の心臓モデル１１０Ｇによれば、心臓モデルは心室形成部材１１７を備えていなくてもよい。例えば、第８実施形態の心臓モデル１１０Ｇのように、心筋形成部材１１３によって形成された模擬心室１１３ｌｕｍに拘束体１１８を配置することによっても、模擬心室１１３ｌｕｍの拡張時に、模擬心室１１３ｌｕｍの一様な拡張を拘束体１１８によってよって規制することができる。このように、心臓モデル１１０Ｇのような簡易な構成によっても、拡張収縮時にねじれを発生させることができる。

【0076】

＜本実施形態の変形例＞
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

【0077】

［変形例１］
図２１は、変形例１の心臓モデルを説明するための図である。図２１（Ａ）は、第１実施形態の心臓モデル１１０（図７）の心筋形成部材１１３、心室形成部材１１７、および、拘束体１１８の一部分を示した断面図である。図２１（Ａ）の左側は、心室形成部材１１７の内側の模擬心室１１７ｌｕｍを示している。第１実施形態の拘束体１１８（図７）は、全体が心室形成部材１１７と接触しているものとした。しかし、図２１（Ｂ）に示す心臓モデル１１０Ｈのように、拘束体１１８の少なくとも一部は、心室形成部材１１７と接触していなくてもよい。この場合であっても、心室形成部材１１７の拡張時に拘束体１１８によって心室形成部材１１７にねじれを生じさせることができる。

【0078】

また、第１実施形態の拘束体１１８は、円形断面の素線によって形成されているものとした。しかし、拘束体１１８の断面は、円形に限定されず、任意の形状とすることができる。例えば、図２１（Ｃ）に示す心臓モデル１１０Ｊのように、拘束体１１８Ｊの断面は、半円形状であってもよい。また、図２１（Ｄ）に示す心臓モデル１１０Ｋのように、拘束体１１８Ｋは中空であってもよいし、矩形断面であってもよい。

【0079】

また、第１実施形態の拘束体１１８は、心室形成部材１１７とは異なる材料で形成されているものとした。しかし、拘束体１１８は、心室形成部材１１７と同じ材料によって形成されていてもよいし、心室形成部材１１７と一体的に形成されていてもよい。例えば、図２１（Ｅ）に示す心臓モデル１１０Ｌのように、心室形成部材１１７Ｌの表面に螺旋状の突起部１１７ｐｒｏが形成されていてもよい。この場合であっても、心室形成部材１１７Ｌの拡張時に、突起部１１７ｐｒｏを有する部分と、有していない部分とで変形量（拡張変形の程度）に差異が生じるため、心室形成部材１１７Ｌにねじれを生じさせることができる。また、図２１（Ｆ）に示す心臓モデル１１０Ｍのように、拘束体の代わりに、心室形成部材１１７Ｍの表面に螺旋状の凹部１１７ｒｅが形成されていてもよい。この場合であっても、心室形成部材１１７Ｍの拡張時に、凹部１１７ｒｅが形成されている部分と、有していない部分とで変形量に差異が生じるため、心室形成部材１１７Ｍにねじれを生じさせることができる。

【0080】

［変形例２］
図２２は、変形例２の心臓モデルを説明するための図である。図２２（Ａ）は、第８実施形態の心臓モデル１１０Ｇ（図２０）の心筋形成部材１１３、模擬心室１１３ｌｕｍ、および、拘束体１１８の一部分を示した断面図である。図２２（Ａ）の左側は、心室形成部材１１７の内側の模擬心室１１３ｌｕｍを示している。第８実施形態の拘束体１１８（図２０）は、その全体が模擬心室１１３ｌｕｍの内側表面と接触しているものとした。しかし、図２２（Ｂ）に示す心臓モデル１１０Ｎのように、拘束体１１８は、全体ではなく、一部が模擬心室１１３ｌｕｍの内側表面と接触・固定されていてもよい。この場合であっても、模擬心室１１３ｌｕｍの拡張時に拘束体１１８によって心筋形成部材１１３にねじれを生じさせることができる。

【0081】

また、第８実施形態の拘束体１１８は、円形断面の素線によって形成されているものとした。しかし、拘束体１１８の断面は、円形に限定されず、任意の形状とすることができる。例えば、図２２（Ｃ）に示す心臓モデル１１０Ｐのように、拘束体１１８Ｐの断面は、半円形状であってもよい。また、図２２（Ｄ）に示す心臓モデル１１０Ｑのように、拘束体１１８Ｑは中空であってもよいし、矩形断面であってもよい。

【0082】

また、第８実施形態の拘束体１１８は、心筋形成部材１１３とは異なる部材で形成されているものとした。しかし、拘束体１１８は、心筋形成部材１１３と同じ部材によって形成されていてもよいし、心筋形成部材１１３と一体的に形成されていてもよい。例えば、図２２（Ｅ）に示す心臓モデル１１０Ｒのように、心筋形成部材１１３Ｒの内側表面に螺旋状の突起部１１３ｐｒｏが形成されていてもよい。この場合であっても、心筋形成部材１１３Ｒの拡張時に、突起部１１３ｐｒｏを有する部分と、有していない部分とで変形量（拡張変形の程度）に差異が生じるため、心筋形成部材１１３Ｒにねじれを生じさせることができる。また、図２２（Ｆ）に示す心臓モデル１１０Ｓのように、拘束体の代わりに、心筋形成部材１１３Ｓの表面に螺旋状の凹部１１３ｒｅが形成されていてもよい。この場合であっても、心筋形成部材１１３Ｓの拡張時に、凹部１１３ｒｅが形成されている部分と、有していない部分とで変形量に差異が生じるため、心筋形成部材１１３Ｓにねじれを生じさせることができる。

【0083】

［変形例３］
第１実施形態では、拘束体１１８は、固定部ＦＰにおいて部分的に心室形成部材１１７に固定されているものとした。しかし、拘束体１１８は、全体が心室形成部材１１７に固定されていてもよいし、全体が心室形成部材１１７に固定されていなくてもよい。これらの場合であっても、心室形成部材１１７の拡張時に拘束体１１８によって心室形成部材１１７にねじれを生じさせることができる。

【0084】

［変形例４］
第１～５、７、８実施形態では、拘束体１１８は、時計回りの螺旋形状を有しているものとした。しかし、拘束体１１８は、逆時計回りの螺旋形状であってもよい。この場合であっても、心室形成部材１１７の拡張時に拘束体１１８によって心室形成部材１１７にねじれを生じさせることができる。なお、拘束体１１８は、時計回りの螺旋形状とする方がより実際の心臓のねじれに近づけることができるため好ましい。また、拘束体１１８は、心室形成部材１１７の外側において、心基部１１６から心尖部１１４に向かって螺旋状に配置されているものとした。しかし、拘束体１１８は、それ以外の方向に向かって螺旋状に配置されていてもよい。この場合であっても、心室形成部材１１７の拡張時に拘束体１１８によって心室形成部材１１７にねじれを生じさせることができる。なお、拘束体１１８は、心室形成部材１１７の外側において、心基部１１６から心尖部１１４に向かって螺旋状に配置されている方がより実際の心臓のねじれに近づけることができるため好ましい。

【0085】

［変形例５］
第１～７実施形態で例示した拘束体１１８は、その一例であり、拘束体１１８の形状はこれらに限定されない。拘束体１１８は、心室形成部材１１７の表面において、軸線Ｎ方向の位置が異なる部分を有しており、かつ、心室形成部材１１７の周方向の位置が異なる部分を有していれば、第１～７実施形態で例示した形状以外の形状であってもよい。なお、拘束体１１８は、心基部１１６から心尖部１１４を見たときに、心室形成部材１１７の周りを９０度以上回っていれば、心臓に似せたひずみを発生させることができる。なお、１８０度以上回っていることが好ましい。

【0086】

以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。

【符号の説明】

【0087】

１…人体シミュレーション装置
１０…モデル
２０…収容部
２１…水槽
２２…被覆部
３１…管状体
４０…制御部
４５…入力部
５０…脈動部
５１…管状体
５５…フィルタ
５６…循環ポンプ
５７…脈動ポンプ
６０…拍動部
６１…管状体
７０…呼吸動作部
７１、７２…管状体
１１０、１１０Ａ～Ｋ…心臓モデル
１１１…心臓血管モデル
１１２…冠動脈モデル
１１３…心筋形成部材
１１４…心尖部
１１５…管状体
１１６…心基部
１１７…心室形成部材
１１８、１１９…拘束体
１２０…肺モデル
１３０…脳モデル
１３１…脳血管モデル
１４０…肝臓モデル
１４１…肝臓血管モデル
１５０…下肢モデル
１５１…下肢血管モデル
１６０…大動脈モデル
１６１…上行大動脈部
１６２…大動脈弓部
１６３…腹部大動脈部
１６４…総腸骨大動脈部
１７０…横隔膜モデル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【手続補正書】

【提出日】2023-01-30

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

心臓モデルであって、
模擬心室を形成し、前記模擬心室が拡張収縮するように変形可能な心室形成部と、
前記模擬心室の外側に設けられ、螺旋状の外形を有しており、前記模擬心室の拡張時に、前記心室形成部の変形を規制して前記心室形成部にねじれを生じさせるねじれ生成部と、を備え、
前記ねじれ生成部は、前記心室形成部よりも剛性の高い材料によって形成されている、
心臓モデル。

【請求項2】

請求項１に記載の心臓モデルであって、
前記ねじれ生成部は、前記模擬心室の外側に巻き回された素線である、
心臓モデル。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の心臓モデルであって、
前記ねじれ生成部は、前記心臓モデルの心基部と心尖部とを結ぶ軸線方向から見たときに、前記模擬心室の外側を１８０度以上囲んでいる、
心臓モデル。

【請求項4】

請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の心臓モデルであって、
前記ねじれ生成部は、前記模擬心室の外側において、前記心臓モデルの心基部側から心尖部側に向かって螺旋状に配置されている、
心臓モデル。

【請求項5】

請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の心臓モデルであって、
前記ねじれ生成部は、前記模擬心室の外側に複数配置されている、
心臓モデル。

【請求項6】

請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の心臓モデルであって、
前記ねじれ生成部は、時計回りの螺旋形状を有している、
心臓モデル。

【請求項7】

請求項１に記載の心臓モデルであって、
前記ねじれ生成部は、複数の箇所において、前記心室形成部に固定されている、
心臓モデル。

【請求項8】

請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の心臓モデルであって、
前記心室形成部は、風船状の部材であり、
前記ねじれ生成部は、前記心室形成部の外表面に設けられており、
前記心臓モデルは、さらに、
前記心室形成部と前記ねじれ生成部の両方を覆う模擬心筋を形成する心筋形成部を備えている、
心臓モデル。

【請求項9】

請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の心臓モデルは、さらに、
前記模擬心室の内部に流体を供給して前記模擬心室を拡張させるとともに、前記模擬心室の内部から流体を取り出すことによって前記模擬心室を収縮させることが可能な拍動部を備えている、
心臓モデル。