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(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】P2023032457
(43)【公開日】2023-03-09
(54)【発明の名称】人体シミュレーション装置
(51)【国際特許分類】
G09B 23/32 20060101AFI20230302BHJP
【ＦＩ】
G09B23/32
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021138600
(22)【出願日】2021-08-27
(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】100157277
【弁理士】
【氏名又は名称】板倉 幸恵
(72)【発明者】
【氏名】大島 崇司
【テーマコード（参考）】
2C032
【Ｆターム（参考）】
2C032CA03
2C032CA06
(57)【要約】
【課題】人体シミュレーション装置において、臓器モデルのＸ線画像を実際の臨床像に近づけると共に、装置の操作性を向上させる。
【解決手段】人体シミュレーション装置は、臓器の外形を模擬し内部に液体を収容可能な空間である液体収容部を有する臓器モデルと、気体と液体を分離して収容する内部空間を有する気液分離槽と、気液分離槽に気体を供給し、気液分離槽に収容されている気体を吸引する気体供給吸引装置とを備える。気液分離槽と臓器モデルの液体収容部とは気液分離槽内に収容されている液体を流通させる連通部材により接続されており、気液分離槽に気体が供給された時、気体の量に応じた量の液体が気液分離槽から液体収容部に供給されることにより臓器モデルが拡張し、気液分離槽から気体が吸引された時、気体の量に応じた量の液体が液体収容部から気液分離槽へと吸引されることにより臓器モデルが収縮する。
【選択図】図１
【解決手段】人体シミュレーション装置は、臓器の外形を模擬し内部に液体を収容可能な空間である液体収容部を有する臓器モデルと、気体と液体を分離して収容する内部空間を有する気液分離槽と、気液分離槽に気体を供給し、気液分離槽に収容されている気体を吸引する気体供給吸引装置とを備える。気液分離槽と臓器モデルの液体収容部とは気液分離槽内に収容されている液体を流通させる連通部材により接続されており、気液分離槽に気体が供給された時、気体の量に応じた量の液体が気液分離槽から液体収容部に供給されることにより臓器モデルが拡張し、気液分離槽から気体が吸引された時、気体の量に応じた量の液体が液体収容部から気液分離槽へと吸引されることにより臓器モデルが収縮する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
人体シミュレーション装置であって、
臓器の外形を模擬し、内部に液体を収容可能な空間である液体収容部を有する臓器モデルと、
気体と液体を分離した状態で収容する内部空間を有する気液分離槽と、
前記気液分離槽の前記内部空間に気体を供給し、または、前記気液分離槽の前記内部空間に収容されている気体を吸引する気体供給吸引装置と、
を備え、
前記気液分離槽の前記内部空間と、前記臓器モデルの前記液体収容部とは、前記気液分離槽内に収容されている液体を流通させる連通部材により接続されており、
前記気体供給吸引装置から前記気液分離槽に気体が供給された時、供給された気体の量に応じた量の液体が前記気液分離槽から前記液体収容部に供給されることにより、前記臓器モデルが拡張し、
前記気体供給吸引装置によって前記気液分離槽から気体が吸引された時、吸引された気体の量に応じた量の液体が前記液体収容部から前記気液分離槽へと吸引されることにより、前記臓器モデルが収縮する、人体シミュレーション装置。
臓器の外形を模擬し、内部に液体を収容可能な空間である液体収容部を有する臓器モデルと、
気体と液体を分離した状態で収容する内部空間を有する気液分離槽と、
前記気液分離槽の前記内部空間に気体を供給し、または、前記気液分離槽の前記内部空間に収容されている気体を吸引する気体供給吸引装置と、
を備え、
前記気液分離槽の前記内部空間と、前記臓器モデルの前記液体収容部とは、前記気液分離槽内に収容されている液体を流通させる連通部材により接続されており、
前記気体供給吸引装置から前記気液分離槽に気体が供給された時、供給された気体の量に応じた量の液体が前記気液分離槽から前記液体収容部に供給されることにより、前記臓器モデルが拡張し、
前記気体供給吸引装置によって前記気液分離槽から気体が吸引された時、吸引された気体の量に応じた量の液体が前記液体収容部から前記気液分離槽へと吸引されることにより、前記臓器モデルが収縮する、人体シミュレーション装置。
【請求項2】
請求項１に記載の人体シミュレーション装置であって、
前記気液分離槽は、
前記気液分離槽の前記内部空間を、気体を収容するための第１空間と、前記第１空間よりも鉛直方向下側に位置し、液体を収容するための第２空間とに区画する区画部材を備え、
前記第１空間と外部とを連通する第１開口と、前記第２空間と外部とを連通する第２開口とを有し、
前記第１開口を介して前記気体供給吸引装置と接続され、前記第２開口を介して前記臓器モデルの前記液体収容部と接続されている、人体シミュレーション装置。
前記気液分離槽は、
前記気液分離槽の前記内部空間を、気体を収容するための第１空間と、前記第１空間よりも鉛直方向下側に位置し、液体を収容するための第２空間とに区画する区画部材を備え、
前記第１空間と外部とを連通する第１開口と、前記第２空間と外部とを連通する第２開口とを有し、
前記第１開口を介して前記気体供給吸引装置と接続され、前記第２開口を介して前記臓器モデルの前記液体収容部と接続されている、人体シミュレーション装置。
【請求項3】
請求項２に記載の人体シミュレーション装置であって、
前記区画部材は、前記第１空間に面した第１主面と、前記第２空間に面した第２主面とを有する平板状であり、
前記区画部材には、さらに、前記第１主面と前記第２主面とを貫通する貫通孔が形成されている、人体シミュレーション装置。
前記区画部材は、前記第１空間に面した第１主面と、前記第２空間に面した第２主面とを有する平板状であり、
前記区画部材には、さらに、前記第１主面と前記第２主面とを貫通する貫通孔が形成されている、人体シミュレーション装置。
【請求項4】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の人体シミュレーション装置であって、さらに、
前記気体供給吸引装置による気体の供給量及び供給時間と、前記気体供給吸引装置による気体の吸引量及び吸引時間と、を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、
前記気体供給吸引装置による前記気液分離槽への第１所定量の気体の供給を第１所定時間かけて行わせた後、前記気体供給吸引装置による前記気液分離槽からの第２所定量の気体の吸引を第２所定時間かけて行わせる動作を繰り返し、
前記制御装置の起動後において、前記気体供給吸引装置による前記気液分離槽への気体の供給を初めて行う場合は、前記気液分離槽への前記第１所定量の気体の供給を、前記第１所定時間よりも長い第３所定時間をかけて行わせる、人体シミュレーション装置。
前記気体供給吸引装置による気体の供給量及び供給時間と、前記気体供給吸引装置による気体の吸引量及び吸引時間と、を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、
前記気体供給吸引装置による前記気液分離槽への第１所定量の気体の供給を第１所定時間かけて行わせた後、前記気体供給吸引装置による前記気液分離槽からの第２所定量の気体の吸引を第２所定時間かけて行わせる動作を繰り返し、
前記制御装置の起動後において、前記気体供給吸引装置による前記気液分離槽への気体の供給を初めて行う場合は、前記気液分離槽への前記第１所定量の気体の供給を、前記第１所定時間よりも長い第３所定時間をかけて行わせる、人体シミュレーション装置。
【請求項5】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の人体シミュレーション装置であって、
前記臓器モデルは、心臓の外形を模擬した心臓モデルであり、
前記気体供給吸引装置と前記気液分離槽とは、前記心臓モデルを拡張及び収縮させることにより、前記心臓モデルの拍動を模擬する拍動部として機能する、人体シミュレーション装置。
前記臓器モデルは、心臓の外形を模擬した心臓モデルであり、
前記気体供給吸引装置と前記気液分離槽とは、前記心臓モデルを拡張及び収縮させることにより、前記心臓モデルの拍動を模擬する拍動部として機能する、人体シミュレーション装置。
【請求項6】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の人体シミュレーション装置であって、
前記臓器モデルは、横隔膜の外形を模擬した横隔膜モデルであり、
前記気体供給吸引装置と前記気液分離槽とは、前記横隔膜モデルを拡張及び収縮させることにより、呼吸動作に伴う前記横隔膜モデルの動きを模擬する呼吸動作部として機能する、人体シミュレーション装置。
前記臓器モデルは、横隔膜の外形を模擬した横隔膜モデルであり、
前記気体供給吸引装置と前記気液分離槽とは、前記横隔膜モデルを拡張及び収縮させることにより、呼吸動作に伴う前記横隔膜モデルの動きを模擬する呼吸動作部として機能する、人体シミュレーション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、人体シミュレーション装置に関する。
【背景技術】
【0002】
循環器系や消化器系等の生体管腔内への低侵襲な治療または検査のために、カテーテル等の医療用デバイスが使用されている。例えば、特許文献１には、医師等の術者が、これらの医療用デバイスを用いた手技を模擬することが可能な心臓シミュレータが開示されている。特許文献１に記載の心臓シミュレータでは、相互に独立した複数の心室を有する心臓モデルと、心臓モデルに対する流体の供給及び排出を行う流体給排装置とを備え、心臓モデルの各心室に対して流体の供給及び排出を行うことにより、心臓モデルを拍動させる。また、特許文献２には、収容する液体に気体が混入することを抑制可能な液体容器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００６－２７６２５８号公報
【特許文献2】特開２０１９－１５４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ここで、医師等の術者は、心臓モデルや心臓モデル内の医療用デバイスの挙動を確認しつつ手技をするために、心臓モデルのＸ線画像を取得し、当該Ｘ線画像を確認しつつ手技を行う。しかし、特許文献１に記載の心臓シミュレータにおいて、流体として空気等の気体を使用した場合、心臓モデル内に充填された空気がＸ線画像上で白く映り込み、実際の臨床像とかけ離れたＸ線画像が得られるという課題があった。また、特許文献１に記載の心臓シミュレータにおいて、流体として水等の液体を使用した場合、実際の臨床像に近いＸ線画像が得られる一方で、水漏れを伴わずに、流体給排装置における液体の制御を行うことが容易ではなく、操作性に劣るという課題があった。
【0005】
また、特許文献２に記載の技術では、液体を心臓モデルの拍動に利用することについて、何ら考慮されていない。なお、このような課題は、心臓モデルの拍動を再現する場合に限らず、呼吸動作に伴う横隔膜モデルの動きを模擬する場合や、呼吸動作に伴う肺モデルの動きを模擬する場合等、人体の臓器モデルに共通する課題であった。
【0006】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、人体シミュレーション装置において、臓器モデルのＸ線画像を実際の臨床像に近づけると共に、装置の操作性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
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。
【0008】
（１）本発明の一形態によれば、人体シミュレーション装置が提供される。この人体シミュレーション装置は、臓器の外形を模擬し、内部に液体を収容可能な空間である液体収容部を有する臓器モデルと、気体と液体を分離した状態で収容する内部空間を有する気液分離槽と、前記気液分離槽の前記内部空間に気体を供給し、または、前記気液分離槽の前記内部空間に収容されている気体を吸引する気体供給吸引装置と、を備える。前記気液分離槽の前記内部空間と、前記臓器モデルの前記液体収容部とは、前記気液分離槽内に収容されている液体を流通させる連通部材により接続されており、前記気体供給吸引装置から前記気液分離槽に気体が供給された時、供給された気体の量に応じた量の液体が前記気液分離槽から前記液体収容部に供給されることにより、前記臓器モデルが拡張し、前記気体供給吸引装置によって前記気液分離槽から気体が吸引された時、吸引された気体の量に応じた量の液体が前記液体収容部から前記気液分離槽へと吸引されることにより、前記臓器モデルが収縮する。
【0009】
この構成によれば、液体が気液分離槽から液体収容部に供給されることにより臓器モデルが拡張し、液体が液体収容部から気液分離槽へと吸引されることにより臓器モデルが収縮する。すなわち、臓器モデルの拡張及び収縮のために、臓器モデルの液体収容部には水や生理食塩水等の液体が充填されるため、空気等の気体が充填される場合と比較して、Ｘ線画像上で白く写りこむことを抑制し、臓器モデルのＸ線画像を実際の臨床像に近づけることができる。また、気体供給吸引装置から気液分離槽に気体が供給された時、供給された気体の量に応じた量の液体が気液分離槽から液体収容部に供給され、気体供給吸引装置によって気液分離槽から気体が吸引された時、吸引された気体の量に応じた量の液体が液体収容部から気液分離槽へと吸引される。すなわち、気液分離槽による液体の供給及び吸引は、気体供給吸引装置による気体の供給及び吸引に応じて行われる。このため、気体供給吸引装置においては、水漏れを伴わずに気体の制御を行うことができ、人体シミュレーション装置の操作性を向上できる。
【0010】
（２）上記形態の人体シミュレーション装置において、前記気液分離槽は、前記気液分離槽の前記内部空間を、気体を収容するための第１空間と、前記第１空間よりも鉛直方向下側に位置し、液体を収容するための第２空間とに区画する区画部材を備え、前記第１空間と外部とを連通する第１開口と、前記第２空間と外部とを連通する第２開口とを有し、前記第１開口を介して前記気体供給吸引装置と接続され、前記第２開口を介して前記臓器モデルの前記液体収容部と接続されていてもよい。
この構成によれば、気液分離槽は、気液分離槽の内部空間を、気体を収容するための第１空間と、液体を収容するための第２空間とに区画する区画部材を備え、気液分離槽は、第１空間と外部とを連通する第１開口を介して気体供給吸引装置と接続され、第２空間と外部とを連通する第２開口を介して臓器モデルの液体収容部と接続されている。このため、気体供給吸引装置から第１空間内に気体が供給された際、区画部材が第１及び第２空間の間に存在することによって、第２空間内の液体にキャビテーションが生じることを抑制できる。また、気体供給吸引装置によって第１空間内の気体が吸引された際、区画部材が第１及び第２空間の間に存在することによって、第１空間内に液体が浸入することを抑制できる。この結果、人体シミュレーション装置の操作性をより一層向上できる。
この構成によれば、気液分離槽は、気液分離槽の内部空間を、気体を収容するための第１空間と、液体を収容するための第２空間とに区画する区画部材を備え、気液分離槽は、第１空間と外部とを連通する第１開口を介して気体供給吸引装置と接続され、第２空間と外部とを連通する第２開口を介して臓器モデルの液体収容部と接続されている。このため、気体供給吸引装置から第１空間内に気体が供給された際、区画部材が第１及び第２空間の間に存在することによって、第２空間内の液体にキャビテーションが生じることを抑制できる。また、気体供給吸引装置によって第１空間内の気体が吸引された際、区画部材が第１及び第２空間の間に存在することによって、第１空間内に液体が浸入することを抑制できる。この結果、人体シミュレーション装置の操作性をより一層向上できる。
【0011】
（３）上記形態の人体シミュレーション装置において、前記区画部材は、前記第１空間に面した第１主面と、前記第２空間に面した第２主面とを有する平板状であり、前記区画部材には、さらに、前記第１主面と前記第２主面とを貫通する貫通孔が形成されていてもよい。
この構成によれば、区画部材は、第１空間に面した第１主面と、第２空間に面した第２主面とを有する平板状であるため、第２空間内の液体に対して気泡が混入すること、及び、第１空間内に液体が浸入することを効果的に抑制できる。また、第２空間は第１空間よりも鉛直方向下側に位置すると共に、区画部材には第１主面と第２主面とを貫通する貫通孔が形成されている。このため、第１空間内に供給された液体を、区画部材の貫通孔を介して第２空間へと誘導できる。
この構成によれば、区画部材は、第１空間に面した第１主面と、第２空間に面した第２主面とを有する平板状であるため、第２空間内の液体に対して気泡が混入すること、及び、第１空間内に液体が浸入することを効果的に抑制できる。また、第２空間は第１空間よりも鉛直方向下側に位置すると共に、区画部材には第１主面と第２主面とを貫通する貫通孔が形成されている。このため、第１空間内に供給された液体を、区画部材の貫通孔を介して第２空間へと誘導できる。
【0012】
（４）上記形態の人体シミュレーション装置では、さらに、前記気体供給吸引装置による気体の供給量及び供給時間と、前記気体供給吸引装置による気体の吸引量及び吸引時間と、を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、前記気体供給吸引装置による前記気液分離槽への第１所定量の気体の供給を第１所定時間かけて行わせた後、前記気体供給吸引装置による前記気液分離槽からの第２所定量の気体の吸引を第２所定時間かけて行わせる動作を繰り返し、前記制御装置の起動後において、前記気体供給吸引装置による前記気液分離槽への気体の供給を初めて行う場合は、前記気液分離槽への前記第１所定量の気体の供給を、前記第１所定時間よりも長い第３所定時間をかけて行わせてもよい。
この構成によれば、制御装置は、気体供給吸引装置による気液分離槽への第１所定量の気体の供給を第１所定時間かけて行わせた後、気体供給吸引装置による気液分離槽からの第２所定量の気体の吸引を第２所定時間かけて行わせる動作を繰り返すため、臓器モデルを規則的に拡張及び収縮させることができる。また、制御装置は、制御装置の起動後において、気体供給吸引装置による気液分離槽への気体の供給を初めて行う場合は、気液分離槽への第１所定量の気体の供給を、第１所定時間よりも長い第３所定時間をかけて行わせるため、急激な拡張に伴う臓器モデルの破損を抑制できる。
この構成によれば、制御装置は、気体供給吸引装置による気液分離槽への第１所定量の気体の供給を第１所定時間かけて行わせた後、気体供給吸引装置による気液分離槽からの第２所定量の気体の吸引を第２所定時間かけて行わせる動作を繰り返すため、臓器モデルを規則的に拡張及び収縮させることができる。また、制御装置は、制御装置の起動後において、気体供給吸引装置による気液分離槽への気体の供給を初めて行う場合は、気液分離槽への第１所定量の気体の供給を、第１所定時間よりも長い第３所定時間をかけて行わせるため、急激な拡張に伴う臓器モデルの破損を抑制できる。
【0013】
（５）上記形態の人体シミュレーション装置において、前記臓器モデルは、心臓の外形を模擬した心臓モデルであり、前記気体供給吸引装置と前記気液分離槽とは、前記心臓モデルを拡張及び収縮させることにより、前記心臓モデルの拍動を模擬する拍動部として機能してもよい。
この構成によれば、拍動する心臓モデルを有する人体シミュレーション装置を提供できる。
この構成によれば、拍動する心臓モデルを有する人体シミュレーション装置を提供できる。
【0014】
（６）上記形態の人体シミュレーション装置において、前記臓器モデルは、横隔膜の外形を模擬した横隔膜モデルであり、前記気体供給吸引装置と前記気液分離槽とは、前記横隔膜モデルを拡張及び収縮させることにより、呼吸動作に伴う前記横隔膜モデルの動きを模擬する呼吸動作部として機能してもよい。
この構成によれば、呼吸動作に伴って動く横隔膜モデルを有する人体シミュレーション装置を提供できる。
この構成によれば、呼吸動作に伴って動く横隔膜モデルを有する人体シミュレーション装置を提供できる。
【0015】
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、人体シミュレーション装置、心臓モデルを備える心臓シミュレータ、横隔膜モデルを備える横隔膜シミュレータ、肺モデルを備える肺シミュレータ、これらの装置の制御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】
【0016】
【図1】人体シミュレーション装置の構成を例示した説明図である。
【図2】モデルの構成を例示した説明図である。
【図3】拍動部の構成を例示した説明図である。
【図4】気液分離槽の断面構成を例示した説明図である。
【図5】心臓モデルの拡縮動作について説明する図である。
【図6】心臓モデルの拡縮動作について説明する図である。
【図7】心臓モデルの拡縮動作について説明する図である。
【図8】心臓モデルの拡縮動作について説明する図である。
【図9】第２実施形態の気液分離槽の構成を例示した説明図である。
【図10】第３実施形態の気液分離槽の構成を例示した説明図である。
【図11】第４実施形態のモデルの構成を例示した説明図である。
【図12】第５実施形態の人体シミュレーション装置の構成を例示した説明図である。
【図13】第５実施形態のモデルの構成を例示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
＜第１実施形態＞
図１は、人体シミュレーション装置１の構成を例示した説明図である。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、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。人体シミュレーション装置１は、モデル１０と、水槽２１と、濾過フィルタ２３と、ポンプ２４と、制御装置３０と、拍動部４０と、呼吸動作部５０と、脈動部６０とを備えている。
図１は、人体シミュレーション装置１の構成を例示した説明図である。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、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。人体シミュレーション装置１は、モデル１０と、水槽２１と、濾過フィルタ２３と、ポンプ２４と、制御装置３０と、拍動部４０と、呼吸動作部５０と、脈動部６０とを備えている。
【0018】
図２は、モデル１０の構成を例示した説明図である。図２に示すように、モデル１０は、人体の心臓の外形を模擬した心臓モデル１１０と、人体の大動脈の外形を模擬した大動脈モデル１６０と、人体の横隔膜の外形を模擬した横隔膜モデル１７０とを備えている。以降、心臓モデル１１０及び横隔膜モデル１７０を「臓器モデル」とも呼ぶ。モデル１０の詳細は後述する。なお、図２では、液体２２（模擬血液）が流通する部分をドットハッチングで表し、心臓モデル１１０及び横隔膜モデル１７０の拡張／収縮用の液体が流通する部分を斜線ハッチングで表す。
【0019】
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の内部に液体２２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が液体２２内に没する。これにより、モデル１０を実際の人体と同様に湿潤状態に保つことができる。なお、液体２２としては、水、生理食塩水、任意の化合物の水溶液等を採用できる。水槽２１に充填された液体２２は、大動脈モデル１６０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。なお、水槽２１にはさらに、液体２２の表面を覆う波消し板が設けられていてもよい。波消し板を用いれば、液体２２の表面に生じる波打ちを抑制し、モデル１０の視認性を向上できる。水槽２１及び波消し板は、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）のほか、任意の材料により形成できる。
【0020】
制御装置３０は、例えばパーソナルコンピュータにより構成されており、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、記憶部、及び入出力インタフェースを備えている。制御装置３０は、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、拍動部４０、呼吸動作部５０、脈動部６０、及びポンプ２４を制御する（図１：破線矢印）。制御装置３０の入出力インタフェースとしては、任意のデバイス、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、フットスイッチ、マイク、モニタ、インジケータ、スピーカ等を採用できる。
【0021】
拍動部４０は、モデル１０の心臓モデル１１０を拡張及び収縮させることにより、心臓モデル１１０の拍動を模擬する。具体的には、拍動部４０は、心臓モデル１１０内に液体を供給することにより、心臓モデル１１０を拡張させる。また、拍動部４０は、心臓モデル１１０内の液体を吸引することにより、心臓モデル１１０を収縮させる。詳細は後述する。呼吸動作部５０は、モデル１０の横隔膜モデル１７０を拡張及び収縮させることにより、呼吸動作に伴う横隔膜モデル１７０の動きを模擬する。具体的には、呼吸動作部５０は、横隔膜モデル１７０内に液体を供給することにより、横隔膜モデル１７０を拡張させる。また、呼吸動作部５０は、横隔膜モデル１７０内の液体を吸引することにより、横隔膜モデル１７０を収縮させる。詳細は後述する。
【0022】
濾過フィルタ２３は、管状体を介して水槽２１に設けられた開口２１Ｏと接続されている。濾過フィルタ２３は、濾過フィルタ２３を通過する液体２２を濾過することで、液体２２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。ポンプ２４は、濾過フィルタ２３の下流に接続されており、濾過された液体２２を一定の流量で循環させる。ポンプ２４としては、例えば、非容積式の遠心ポンプを用いることができる。脈動部６０は、脈動ポンプを内蔵しており、大動脈モデル１６０の内腔１６０Ｌ（図２）に対して脈動を加えた液体２２を送出することにより、大動脈モデル１６０からの血流を模擬する。脈動ポンプとしては、例えば、容積式の往復ポンプや、低速運転させた回転ポンプを用いることができる。
【0023】
図２に示すように、モデル１０の心臓モデル１１０は、人体の心臓の外形を模擬した外形を有している。心臓モデル１１０の内部には、液体を収容可能な空間である液体収容部Ｒ１１０が設けられている。液体収容部Ｒ１１０は、心臓モデル１１０のうちの任意の箇所に設けられた開口１１０ａを介して外部と連通している。液体収容部Ｒ１１０は、心臓モデル１１０のうち開口１１０ａが設けられた位置に取り付けられた第１連通部材４１によって、拍動部４０（具体的には、図３で説明する気液分離槽４２０）と接続されている。第１連通部材４１は、内部に第１ルーメン４１Ｌを有する管状部材であり、拍動部４０（具体的には気液分離槽４２０）に収容されている液体を流通させるために用いられる。
【0024】
また、心臓モデル１１０の外表面には、心臓血管モデル１１１と、冠動脈モデル１１２とが設けられている。心臓血管モデル１１１は、上行大動脈の一部を模した管状の血管モデルである。心臓血管モデル１１１の近位端は、大動脈モデル１６０と内腔を連通させた状態で接続されている。心臓血管モデル１１１の遠位端は、冠動脈モデル１１２と内腔を連通させた状態で接続されている。冠動脈モデル１１２は、冠動脈を模した管状の血管モデルである。図２に示すように、冠動脈モデル１１２は、右冠動脈を模した管状の右冠動脈モデル１１２Ｒと、左冠動脈を模した管状の左冠動脈モデル１１２Ｌとを有している。右冠動脈モデル１１２Ｒ及び左冠動脈モデル１１２Ｌの遠位端には、各冠動脈モデル１１２Ｒ，Ｌの内腔と外部とを連通する先端開口１１２Ｏが設けられている。
【0025】
モデル１０の大動脈モデル１６０は、人体の大動脈の外形を模擬した外形を有している。大動脈モデル１６０の内部には、流体を流通させる内腔１６０Ｌが設けられている。内腔１６０Ｌは、大動脈モデル１６０のうちの任意の箇所に設けられた開口１６０ａを介して外部と連通している。大動脈モデル１６０の内腔１６０Ｌは、大動脈モデル１６０のうち開口１６０ａが設けられた位置に取り付けられた第３連通部材６１によって、脈動部６０（図２）と接続されている。第３連通部材６１は、内部に第３ルーメン６１Ｌを有する管状部材であり、脈動部６０から送出される液体２２を流通させるために用いられる。具体的には、脈動部６０から送出された液体２２（模擬血液）は、第３ルーメン６１Ｌを介して大動脈モデル１６０の内腔１６０Ｌを心臓モデル１１０がある方向に向かって進み、心臓血管モデル１１１の内腔と、各冠動脈モデル１１２Ｒ，Ｌの内腔を通じて、先端開口１１２Ｏから水槽２１内へと排出される。
【0026】
モデル１０の横隔膜モデル１７０は、人体の横隔膜の外形を模擬した外形を有している。横隔膜モデル１７０の内部には、液体を収容可能な空間である液体収容部Ｒ１７０が設けられている。液体収容部Ｒ１７０は、横隔膜モデル１７０のうちの任意の箇所に設けられた開口１７０ａを介して外部と連通している。横隔膜モデル１７０は、横隔膜モデル１７０のうち開口１７０ａが設けられた位置に取り付けられた第２連通部材５１によって、呼吸動作部５０と接続されている。第２連通部材５１は、内部に第２ルーメン５１Ｌを有する管状部材であり、呼吸動作部５０に収容されている液体を流通させるために用いられる。
【0027】
なお、心臓モデル１１０、心臓血管モデル１１１、冠動脈モデル１１２、大動脈モデル１６０、横隔膜モデル１７０、第１連通部材４１、第２連通部材５１、及び第３連通部材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）のほか、周知の材料により形成できる。また、第１連通部材４１、第２連通部材５１、及び第３連通部材６１は、Ｘ線透過性を有すると共に、シリコン等よりも剛性の高い合成樹脂により形成されていてもよい。心臓モデル１１０、心臓血管モデル１１１、冠動脈モデル１１２、大動脈モデル１６０、横隔膜モデル１７０、第１連通部材４１、第２連通部材５１、及び第３連通部材６１は同一の材料により形成されてもよく、異なる材料により形成されてもよい。
【0028】
【0029】
気体供給吸引装置４１０は、気液分離槽４２０に対して気体を供給し、または、気液分離槽４２０内の気体を吸引する装置である。気体供給吸引装置４１０は、電動アクチュエータ４１１と、エアシリンダ４１２とを有している。電動アクチュエータ４１１は、エアシリンダ４１２の内部空間に配置されたピストンを電動で駆動させる装置である。エアシリンダ４１２は、金属製であり、内部空間にピストンが配置されている。電動アクチュエータ４１１が図３のＤ１方向にピストンを動かすことで、エアシリンダ４１２の筐体内でピストンにより圧縮された気体が、エアシリンダ４１２のシリンダ開口４１０ａを介して外部に送出される。また、電動アクチュエータ４１１が図３のＤ２方向にピストンを動かすことで、エアシリンダ４１２の筐体内で陰圧が生じ、エアシリンダ４１２のシリンダ開口４１０ａを介して、外部の気体が吸引される。なお、気体供給吸引装置４１０による気体の供給量及び供給時間と、気体供給吸引装置による気体の吸引量及び吸引時間とは、制御装置３０（図１）によって制御される。
【0030】
図４は、気液分離槽４２０の断面構成を例示した説明図である。気液分離槽４２０は、気体と液体とを分離した状態で収容する内部空間Ｒ１，Ｒ２を有する装置である。図４に示すように、本実施形態の気液分離槽４２０は、本体部４２１と、上部筐体４２２と、下部筐体４２３と、第１接続部４２４と、第２接続部４２６と、第３接続部４２５と、第４接続部４２７と、区画部材４２１１とを備えている。
【0031】
本体部４２１は、円筒形状の容器である。上部筐体４２２は、本体部４２１の鉛直方向上側に設けられた蓋であり、円盤状を有している。上部筐体４２２には、鉛直方向上側の面と下側の面とを連通する３つの貫通孔４２２１，４２２２，４２２３（図４：破線）が形成されている。下部筐体４２３は、本体部４２１の鉛直方向下側に設けられた底板であり、円盤状を有している。下部筐体４２３には、鉛直方向上側の面と下側の面とを連通する貫通孔４２３１（図４：破線）が形成されている。
【0032】
第１接続部４２４は、ストレート形状の継手であり、上部筐体４２２のうち貫通孔４２２１が設けられた位置に取り付けられている。以降、第１接続部４２４の両端にある開口のうち、外部に露出した開口を「第１開口４２０ａ」とも呼ぶ。第１開口４２０ａは、気液分離槽４２０の内部空間（第１空間Ｒ１）と外部とを連通する開口である。第２接続部４２６は、Ｌ字状の継手であり、下部筐体４２３のうち貫通孔４２３１が設けられた位置に取り付けられている。以降、第２接続部４２６の両端にある開口のうち、外部に露出した開口を「第２開口４２０ｃ」とも呼ぶ。第２開口４２０ｃは、気液分離槽４２０の内部空間（第２空間Ｒ２）と外部とを連通する開口である。
【0033】
第３接続部４２５は、Ｌ字状の継手であり、上部筐体４２２のうち貫通孔４２２２が設けられた位置に取り付けられている。以降、第３接続部４２５の両端にある開口のうち、外部に露出した開口を「第３開口４２０ｂ」とも呼ぶ。第３開口４２０ｂは、気液分離槽４２０の内部空間（第１空間Ｒ１）と外部とを連通する開口である。第４接続部４２７は、Ｌ字状の継手であり、上部筐体４２２のうち貫通孔４２２３が設けられた位置に取り付けられている。以降、第４接続部４２７の両端にある開口のうち、外部に露出した開口を「第４開口４２０ｄ」とも呼ぶ。第４開口４２０ｄは、気液分離槽４２０の内部空間（第１空間Ｒ１）と外部とを連通する開口である。
【0034】
区画部材４２１１は、気液分離槽４２０の内部空間を、第１空間Ｒ１と第２空間Ｒ２とに区画するための部材であり、本体部４２１の内壁に沿った円形の平板状である。ここで、第１空間Ｒ１とは、気液分離槽４２０の内部空間において気体を収容するための空間を意味する。第２空間Ｒ２とは、気液分離槽４２０の内部空間において液体を収容するための空間を意味する。図示のように、第２空間Ｒ２は、第１空間Ｒ１よりも鉛直方向下側（換言すれば、下部筐体４２３、第２接続部４２６、及び第２開口４２０ｃがある側）に設けられる。このような第１空間Ｒ１と第２空間Ｒ２との位置関係は、気液分離槽４２０が重力によって気体と液体を分離する構造に起因する。
【0035】
区画部材４２１１の一対の主面４２１１ａ，４２１１ｂのうち、第１空間Ｒ１に面した面を第１主面４２１１ａと呼び、第２空間Ｒ２に面した面を第２主面４２１１ｂと呼ぶ。図４に示すように、区画部材４２１１には、第１主面４２１１ａと第２主面４２１１ｂとを貫通する貫通孔４２１２が形成されている。本実施形態の例では、区画部材４２１１には、３つの円形状の貫通孔４２１２が形成されており、これら３つの貫通孔４２１２は、それぞれ区画部材４２１１の中心から均等に離れた位置に設けられている（なお、図４は断面図のため、２つの貫通孔４２１２のみが図示されている）。なお、貫通孔４２１２の内径、数、形状については一例に過ぎず、任意に変更できる。
【0036】
なお、上述した本体部４２１と、上部筐体４２２と、下部筐体４２３と、第１接続部４２４と、第２接続部４２６と、第３接続部４２５と、第４接続部４２７と、区画部材４２１１とのうち、少なくとも一部は、別々の部材ではなく一体的に構成されていてもよい。例えば、本体部４２１と区画部材４２１１が一体的に構成されていてもよい。例えば、上部筐体４２２と第１接続部４２４と第３接続部４２５と第４接続部４２７とが一体的に構成されていてもよい。また、第１接続部４２４と、第２接続部４２６と、第３接続部４２５とのうちの少なくとも一部は、省略されてもよい。例えば、第１接続部４２４を省略した場合、上部筐体４２２の貫通孔４２２１のうち、外部に露出した開口が「第１開口４２０ａ」に相当する。同様に、第３接続部４２５を省略した場合、上部筐体４２２の貫通孔４２２２のうち、外部に露出した開口が「第３開口４２０ｂ」に相当する。第２接続部４２６を省略した場合、下部筐体４２３の貫通孔４２３１のうち、外部に露出した開口が「第２開口４２０ｃ」に相当する。
【0037】
図３に戻り、説明を続ける。気体供給吸引装置４１０は、連通部材４２によって気液分離槽４２０の第１空間Ｒ１と接続されている。連通部材４２は、内部にルーメンを有する管状部材であり、気体供給吸引装置４１０と気液分離槽４２０との間で気体を流通させるために用いられる。連通部材４２の一端は、シリンダ開口４１０ａを介して気体供給吸引装置４１０に取り付けられている。連通部材４２の他端は、第１開口４２０ａ（図４：第１接続部４２４）を介して気液分離槽４２０に取り付けられている。連通部材４２内のルーメンは、気体供給吸引装置４１０と気液分離槽４２０との間で気体を流通させる流路として機能する。
【0038】
気液分離槽４２０の第２空間Ｒ２は、第１連通部材４１によって心臓モデル１１０の液体収容部Ｒ１１０と接続されている。第１連通部材４１は、上述の通り、内部に第１ルーメン４１Ｌを有する管状部材であり、気液分離槽４２０と心臓モデル１１０との間で液体を流通させるために用いられる。第１連通部材４１の一端は、第２開口４２０ｃ（図４：第２接続部４２６）を介して気液分離槽４２０に取り付けられている。第１連通部材４１の他端は、開口１１０ａを介して心臓モデル１１０に取り付けられている。すなわち、図３において実線矢印で示すように、第１連通部材４１内の第１ルーメン４１Ｌは、気液分離槽４２０と心臓モデル１１０との間で液体を流通させる流路として機能する。
【0039】
図５～図８は、心臓モデル１１０の拡縮動作について説明する図である。図５（Ａ）は、気液分離槽４２０に対する事前準備の様子を示す。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の時の心臓モデル１１０の様子を示す。まず、事前準備として、気液分離槽４２０の第２空間Ｒ２に液体（例えば、水や生理食塩水等）を充填する。液体の充填は、第３接続部４２５と、第４接続部４２７とに対して、エアコック付きホース（図示省略）をそれぞれ取り付け、第３接続部４２５の第３開口４２０ｂを介して第１空間Ｒ１に液体を供給しつつ、第４接続部４２７の第４開口４２０ｄを介して第１空間Ｒ１から内部の気体を排出することにより行うことができる。第３開口４２０ｂから供給された液体は、第１空間Ｒ１を通過して、区画部材４２１１の貫通孔４２１２を介して、第２空間Ｒ２に満たされる。ここで、充填される液体の体積は、第２空間Ｒ２の容積以下であることが好ましい。液体の充填が完了した後、エアコックをそれぞれ閉じることで第３開口４２０ｂ及び第４開口４２０ｄを封止し、第３開口４２０ｂ及び第４開口４２０ｄからの気体及び液体の漏出を抑制する。
【0040】
図６（Ａ）は、気体が供給された時の気液分離槽４２０の様子を示す。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の時の心臓モデル１１０の様子を示す。気液分離槽４２０の第２空間Ｒ２に液体を充填後、図６（Ａ）において白抜き矢印で示すように、気体供給吸引装置４１０から気液分離槽４２０に気体を供給する。すると、図６（Ａ），（Ｂ）において黒矢印で示すように、供給された気体の量に応じた量の液体が、気液分離槽４２０の第２空間Ｒ２から、第１連通部材４１の第１ルーメン４１Ｌを介して、心臓モデル１１０の液体収容部Ｒ１１０に供給される。図７（Ａ）は、さらに気体が供給された時の気液分離槽４２０の様子を示す。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の時の心臓モデル１１０の様子を示す。気体供給吸引装置４１０から気液分離槽４２０への気体の供給をさらに継続すると、図７（Ｂ）において白抜き矢印で示すように、液体収容部Ｒ１１０内の液体の体積増加に応じて、軟性素材で形成された心臓モデル１１０が拡張する。
【0041】
図８（Ａ）は、気体が吸引された時の気液分離槽４２０の様子を示す。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）の時の心臓モデル１１０の様子を示す。心臓モデル１１０の拡張後、図８（Ａ）において白抜き矢印で示すように、気体供給吸引装置４１０によって気液分離槽４２０から気体を吸引する。すると、図８（Ａ），（Ｂ）において黒矢印で示すように、吸引された気体の量に応じた量の液体が、心臓モデル１１０の液体収容部Ｒ１１０から、第１連通部材４１の第１ルーメン４１Ｌを介して、気液分離槽４２０の第２空間Ｒ２へと吸引される。これにより、図８（Ｂ）において白抜き矢印で示すように、液体収容部Ｒ１１０内の液体の体積減少に応じて、軟性素材で形成された心臓モデル１１０が収縮する。
【0042】
制御装置３０（図１）は、次の処理ａ１，ａ２を繰り返すことで、規則的に心臓モデル１１０を拡張／収縮させて、心臓モデル１１０の拍動を模擬する。
（ａ１）制御装置３０は、気体供給吸引装置４１０による気液分離槽４２０への第１所定量の気体の供給を、第１所定時間かけて行わせる。
（ａ２）制御装置３０は、気体供給吸引装置４１０による気液分離槽４２０からの第２所定量の気体の吸引を、第２所定時間かけて行わせる。
ここで、第１所定量及び第２所定量は、拡張時の心臓モデル１１０の大きさの目標値に応じて任意に決定できる。第１所定量と第２所定量とは同じであってもよく、同じでなくてもよい。また、第１所定時間は心臓モデル１１０が拡張するために要する時間の目標値に応じて任意に決定できる。第２所定時間は心臓モデル１１０が収縮するために要する時間の目標値に応じて任意に決定できる。第１所定時間と第２所定時間とは同じであってもよく、同じでなくてもよい。
（ａ１）制御装置３０は、気体供給吸引装置４１０による気液分離槽４２０への第１所定量の気体の供給を、第１所定時間かけて行わせる。
（ａ２）制御装置３０は、気体供給吸引装置４１０による気液分離槽４２０からの第２所定量の気体の吸引を、第２所定時間かけて行わせる。
ここで、第１所定量及び第２所定量は、拡張時の心臓モデル１１０の大きさの目標値に応じて任意に決定できる。第１所定量と第２所定量とは同じであってもよく、同じでなくてもよい。また、第１所定時間は心臓モデル１１０が拡張するために要する時間の目標値に応じて任意に決定できる。第２所定時間は心臓モデル１１０が収縮するために要する時間の目標値に応じて任意に決定できる。第１所定時間と第２所定時間とは同じであってもよく、同じでなくてもよい。
【0043】
なお、制御装置３０は、制御装置３０の起動後において、気体供給吸引装置４１０による気液分離槽４２０への気体の供給を初めて行う場合（換言すれば、初回の処理ａ１の実行時）は、気体供給吸引装置４１０による気液分離槽４２０への第１所定量の気体の供給を、第３所定時間かけて行わせることが好ましい。第３所定時間は、上述した第１所定時間よりも長い時間である。このようにすれば、制御装置３０は、初回の処理ａ１の実行時に限って、心臓モデル１１０を、ゆっくりと時間を掛けて拡張することができる。
【0044】
図１の呼吸動作部５０についても、図３～図８で説明した拍動部４０と同様の構成を有している。すなわち、呼吸動作部５０は、気体供給吸引装置と、気液分離槽とを備えている。気体供給吸引装置から気液分離槽に気体が供給された時、供給された気体の量に応じた量の液体が気液分離槽から横隔膜モデル１７０の液体収容部Ｒ１７０に供給されることにより、横隔膜モデル１７０が拡張する。また、気体供給吸引装置によって気液分離槽から気体が吸引された時、吸引された気体の量に応じた量の液体が横隔膜モデル１７０の液体収容部Ｒ１７０から気液分離槽へと吸引されることにより、横隔膜モデル１７０が収縮する。なお、呼吸動作部５０についても、気体供給吸引装置による気体の供給量及び供給時間と、気体供給吸引装置による気体の吸引量及び吸引時間とが、制御装置３０によって制御される。
【0045】
以上のように、第１実施形態の人体シミュレーション装置１によれば、図６（Ｂ）及び図７（Ｂ）で説明した通り、液体が気液分離槽４２０から心臓モデル１１０の液体収容部Ｒ１１０に供給されることにより心臓モデル１１０（臓器モデル）が拡張し、図８（Ｂ）で説明した通り、液体が心臓モデル１１０の液体収容部Ｒ１１０から気液分離槽４２０へと吸引されることにより心臓モデル１１０が収縮する。すなわち、心臓モデル１１０の拡張及び収縮のために、心臓モデル１１０の液体収容部Ｒ１１０には水や生理食塩水等の液体が充填されるため、空気等の気体が充填される場合と比較して、Ｘ線画像上で白く写りこむことを抑制し、心臓モデル１１０のＸ線画像を実際の臨床像に近づけることができる。また、図６（Ａ）及び図７（Ａ）で説明した通り、気体供給吸引装置４１０から気液分離槽４２０に気体が供給された時、供給された気体の量に応じた量の液体が気液分離槽４２０から心臓モデル１１０の液体収容部Ｒ１１０に供給され、図８（Ａ）で説明した通り、気体供給吸引装置４１０によって気液分離槽４２０から気体が吸引された時、吸引された気体の量に応じた量の液体が心臓モデル１１０の液体収容部Ｒ１１０から気液分離槽４２０へと吸引される。すなわち、気液分離槽４２０による液体の供給及び吸引は、気体供給吸引装置４１０による気体の供給及び吸引に応じて行われる。このため、気体供給吸引装置４１０においては、水漏れを伴わずに気体の制御を行うことができ、人体シミュレーション装置１の操作性を向上できる。
【0046】
また、第１実施形態の人体シミュレーション装置１によれば、図４で説明した通り、気液分離槽４２０は、気液分離槽４２０の内部空間を、気体を収容するための第１空間Ｒ１と、液体を収容するための第２空間Ｒ２とに区画する区画部材４２１１を備えている。また、図３で説明した通り、気液分離槽４２０は、第１空間Ｒ１と外部とを連通する第１開口４２０ａを介して気体供給吸引装置４１０と接続され、第２空間Ｒ２と外部とを連通する第２開口４２０ｃを介して心臓モデル１１０（臓器モデル）の液体収容部Ｒ１１０と接続されている。このため、気体供給吸引装置４１０から第１空間Ｒ１内に気体が供給された際、区画部材４２１１が第１及び第２空間Ｒ１，Ｒ２の間に存在することによって、第２空間Ｒ２内の液体にキャビテーションが生じることを抑制できる。また、気体供給吸引装置４１０によって第１空間Ｒ１内の気体が吸引された際、区画部材４２１１が第１及び第２空間Ｒ１，Ｒ２の間に存在することによって、第１空間Ｒ１内に液体が浸入することを抑制できる。この結果、人体シミュレーション装置１の操作性をより一層向上できる。
【0047】
さらに、第１実施形態の人体シミュレーション装置１によれば、図４で説明した通り、気液分離槽４２０の区画部材４２１１は、第１空間Ｒ１に面した第１主面４２１１ａと、第２空間Ｒ２に面した第２主面４２１１ｂとを有する平板状であるため、第２空間Ｒ２内の液体に対して気泡が混入すること、及び、第１空間Ｒ１内に液体が浸入することを効果的に抑制できる。また、第２空間Ｒ２は第１空間Ｒ１よりも鉛直方向下側に位置すると共に、区画部材４２１１には第１主面４２１１ａと第２主面４２１１ｂとを貫通する貫通孔４２１２が形成されている。このため、図５で説明した通り、第１空間Ｒ１内に供給された液体を、区画部材４２１１の貫通孔４２１２を介して第２空間Ｒ２へと誘導できる。
【0048】
さらに、第１実施形態の人体シミュレーション装置１によれば、制御装置３０は、気体供給吸引装置４１０による気液分離槽４２０への第１所定量の気体の供給を第１所定時間かけて行わせた後（処理ａ１）、気体供給吸引装置４１０による気液分離槽４２０からの第２所定量の気体の吸引を第２所定時間かけて行わせる動作（処理ａ２）を繰り返すため、心臓モデル１１０（臓器モデル）を規則的に拡張及び収縮させることができる。また、制御装置３０は、制御装置３０の起動後において、気体供給吸引装置４１０による気液分離槽４２０への気体の供給を初めて行う場合は、気液分離槽４２０への第１所定量の気体の供給を、第１所定時間よりも長い第３所定時間をかけて行わせるため、急激な拡張に伴う心臓モデル１１０の破損を抑制できる。
【0049】
このように、第１実施形態の構成によれば、拍動する心臓モデル１１０を有する人体シミュレーション装置１を提供できる。また、呼吸動作に伴って動く横隔膜モデル１７０を有する人体シミュレーション装置１を提供できる。
【0050】
＜第２実施形態＞
図９は、第２実施形態の気液分離槽４２０Ａの構成を例示した説明図である。第２実施形態の人体シミュレーション装置１は、図４で説明した気液分離槽４２０に代えて、図９に示す気液分離槽４２０Ａを備える。気液分離槽４２０Ａは、図４で説明した構成において、区画部材４２１１を備えておらず、単一の内部空間Ｒを有している。図５（Ａ）で説明したように、気液分離槽４２０Ａに液体が供給された場合、内部空間Ｒでは、重力によって鉛直方向下側に液体が溜まり、鉛直方向上側に気体が溜まることにより、気体と液体とが分離した状態で収容される。このため、気液分離槽４２０Ａによっても、図５～図８で説明したと同様の動作によって、心臓モデル１１０を拡張及び収縮させることができる。
図９は、第２実施形態の気液分離槽４２０Ａの構成を例示した説明図である。第２実施形態の人体シミュレーション装置１は、図４で説明した気液分離槽４２０に代えて、図９に示す気液分離槽４２０Ａを備える。気液分離槽４２０Ａは、図４で説明した構成において、区画部材４２１１を備えておらず、単一の内部空間Ｒを有している。図５（Ａ）で説明したように、気液分離槽４２０Ａに液体が供給された場合、内部空間Ｒでは、重力によって鉛直方向下側に液体が溜まり、鉛直方向上側に気体が溜まることにより、気体と液体とが分離した状態で収容される。このため、気液分離槽４２０Ａによっても、図５～図８で説明したと同様の動作によって、心臓モデル１１０を拡張及び収縮させることができる。
【0051】
このように、気液分離槽４２０Ａの構成は種々の変更が可能であり、単一の内部空間Ｒを有する構成とされてもよい。このような第２実施形態の気液分離槽４２０Ａを有する人体シミュレーション装置１によっても、上述した第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【0052】
＜第３実施形態＞
図１０は、第３実施形態の気液分離槽４２０Ｂの構成を例示した説明図である。第３実施形態の人体シミュレーション装置１は、図４で説明した気液分離槽４２０に代えて、図１０に示す気液分離槽４２０Ｂを備える。気液分離槽４２０Ｂは、図４で説明した構成において、区画部材４２１１に代えて、区画部材４２１１Ｂを有している。図１０に示すように、区画部材４２１１Ｂには、第１主面４２１１ａと第２主面４２１１ｂとを貫通する５つの貫通孔４２１２Ｂが形成されている。これら５つの貫通孔４２１２Ｂは、それぞれ直線状であり、均等な間隔で配置されている。
図１０は、第３実施形態の気液分離槽４２０Ｂの構成を例示した説明図である。第３実施形態の人体シミュレーション装置１は、図４で説明した気液分離槽４２０に代えて、図１０に示す気液分離槽４２０Ｂを備える。気液分離槽４２０Ｂは、図４で説明した構成において、区画部材４２１１に代えて、区画部材４２１１Ｂを有している。図１０に示すように、区画部材４２１１Ｂには、第１主面４２１１ａと第２主面４２１１ｂとを貫通する５つの貫通孔４２１２Ｂが形成されている。これら５つの貫通孔４２１２Ｂは、それぞれ直線状であり、均等な間隔で配置されている。
【0053】
このように、気液分離槽４２０Ｂの構成は種々の変更が可能であり、第１実施形態とは異なる数及び形状の貫通孔４２１２Ｂを有する区画部材４２１１Ｂを備えてもよい。貫通孔４２１２Ｂの幅、数、形状については一例に過ぎず、任意に変更できる。また、各貫通孔４２１２Ｂは、等間隔で配置されていなくてもよい。このような第３実施形態の気液分離槽４２０Ｂを有する人体シミュレーション装置１によっても、上述した第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【0054】
＜第４実施形態＞
図１１は、第４実施形態のモデル１０Ｃの構成を例示した説明図である。第４実施形態の人体シミュレーション装置１は、図２で説明したモデル１０に代えて、図１１に示すモデル１０Ｃを備える。モデル１０Ｃは、心臓モデル１１０に代えて心臓モデル１１０Ｃを有している。心臓モデル１１０Ｃは、図２で説明した構成においてさらに、心臓モデル１１０Ｃの内部空間に収容されたバルーン１１９を有している。バルーン１１９は、ゴム等の弾性体や、軟性素材の合成樹脂（例えば、シリコン等）であって、放射線を透過する材料により形成されている。バルーン１１９は、第１連通部材４１によって、拍動部４０（図３：気液分離槽４２０の第１開口４２０ａ）と接続されている。これにより、バルーン１１９の内部は、液体を収容可能な空間である液体収容部Ｒ１１９として機能する。
図１１は、第４実施形態のモデル１０Ｃの構成を例示した説明図である。第４実施形態の人体シミュレーション装置１は、図２で説明したモデル１０に代えて、図１１に示すモデル１０Ｃを備える。モデル１０Ｃは、心臓モデル１１０に代えて心臓モデル１１０Ｃを有している。心臓モデル１１０Ｃは、図２で説明した構成においてさらに、心臓モデル１１０Ｃの内部空間に収容されたバルーン１１９を有している。バルーン１１９は、ゴム等の弾性体や、軟性素材の合成樹脂（例えば、シリコン等）であって、放射線を透過する材料により形成されている。バルーン１１９は、第１連通部材４１によって、拍動部４０（図３：気液分離槽４２０の第１開口４２０ａ）と接続されている。これにより、バルーン１１９の内部は、液体を収容可能な空間である液体収容部Ｒ１１９として機能する。
【0055】
このように、モデル１０Ｃの構成は種々の変更が可能であり、心臓モデル１１０Ｃの内部空間にバルーン１１９が収容されており、バルーン１１９の内部空間が液体収容部Ｒ１１９として機能してもよい。なお、図１１の例では、心臓モデル１１０Ｃがバルーン１１９を内蔵する構成としたが、心臓モデル１１０Ｃに代えて、または心臓モデル１１０Ｃと共に、横隔膜モデル１７０がバルーンを内蔵する構成としてもよい。このような第４実施形態のモデル１０Ｃを有する人体シミュレーション装置１によっても、上述した第１実施形態と同様の効果を奏することができる。また、第４実施形態の人体シミュレーション装置１では、心臓モデル１１０Ｃ（臓器モデル）からの水漏れをより一層抑制できる。
【0056】
＜第５実施形態＞
図１２は、第５実施形態の人体シミュレーション装置１Ｄの構成を例示した説明図である。第５実施形態の人体シミュレーション装置１Ｄは、図１で説明した構成において、モデル１０に代えてモデル１０Ｄを有すると共に、濾過フィルタ２３、ポンプ２４、呼吸動作部５０、及び脈動部６０を有していない。
図１２は、第５実施形態の人体シミュレーション装置１Ｄの構成を例示した説明図である。第５実施形態の人体シミュレーション装置１Ｄは、図１で説明した構成において、モデル１０に代えてモデル１０Ｄを有すると共に、濾過フィルタ２３、ポンプ２４、呼吸動作部５０、及び脈動部６０を有していない。
【0057】
図１３は、第５実施形態のモデル１０Ｄの構成を例示した説明図である。第５実施形態のモデル１０Ｄは、図２で説明した構成において、心臓モデル１１０に代えて心臓モデル１１０Ｄを有すると共に、大動脈モデル１６０及び横隔膜モデル１７０を有していない。また、図１３に示すように、心臓モデル１１０Ｄは、図２で説明した心臓血管モデル１１１及び冠動脈モデル１１２を有していない。すなわち、第５実施形態の人体シミュレーション装置１Ｄでは、心臓モデル１１０Ｄの拡張及び収縮による、心臓モデル１１０Ｄの拍動のみが模擬される。
【0058】
このように、人体シミュレーション装置１Ｄの構成は種々の変更が可能であり、大動脈モデル１６０、濾過フィルタ２３、ポンプ２４、及び脈動部６０が省略されることで、大動脈モデル１６０からの血流の模擬を省略してもよい。また、横隔膜モデル１７０及び呼吸動作部５０が省略されることで、呼吸動作に伴う横隔膜モデル１７０の動きの模擬を省略してもよい。図１３の例では、大動脈モデル１６０と、横隔膜モデル１７０との両方を省略したが、いずれか一方のみを省略してもよい。このような第５実施形態の人体シミュレーション装置１Ｄによっても、上述した第１実施形態と同様の効果を奏することができる。また、第５実施形態の人体シミュレーション装置１Ｄでは、人体シミュレーション装置１Ｄの構成を簡略化できる。
【0059】
＜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。
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。
【0060】
［変形例１］
上記第１～５実施形態では、人体シミュレーション装置１，１Ｄの構成の一例を示した。しかし、人体シミュレーション装置１の構成は種々の変更が可能である。例えば、人体シミュレーション装置１において、モデル１０は水槽２１内の液体２２に浸された状態でなくてもよい。この場合、水槽２１は省略可能である。例えば、人体シミュレーション装置１は、図示しない他の医療装置（例えば、ＦＰＤ装置、ＣＴ装置、ＭＲＩ装置等）を備えていてもよい。例えば、人体シミュレーション装置１は、図示しない他の医療用デバイス（例えば、カテーテル、モノレールガイドワイヤ、貫通用ガイドワイヤ等）を備えていてもよい。
上記第１～５実施形態では、人体シミュレーション装置１，１Ｄの構成の一例を示した。しかし、人体シミュレーション装置１の構成は種々の変更が可能である。例えば、人体シミュレーション装置１において、モデル１０は水槽２１内の液体２２に浸された状態でなくてもよい。この場合、水槽２１は省略可能である。例えば、人体シミュレーション装置１は、図示しない他の医療装置（例えば、ＦＰＤ装置、ＣＴ装置、ＭＲＩ装置等）を備えていてもよい。例えば、人体シミュレーション装置１は、図示しない他の医療用デバイス（例えば、カテーテル、モノレールガイドワイヤ、貫通用ガイドワイヤ等）を備えていてもよい。
【0061】
［変形例２］
上記第１～５実施形態では、モデル１０，１０Ｃ，１０Ｄの構成の一例を示した。しかし、モデル１０の構成は種々の変更が可能である。例えば、モデル１０は、人体の肺の外形を模擬した肺モデル、人体の脳の外形を模擬した脳モデル、人体の下肢の外形を模擬した下肢モデル等、上述しない他の臓器モデル、筋肉モデル、血管モデル等を備えていてもよい。モデル１０に肺モデルを備える構成とした場合、肺モデルに対して上述した横隔膜モデル１７０と同様の構成を転用することで、呼吸動作に伴う肺モデルの動きを模擬できる。例えば、心臓モデル１１０，１１０Ｃ，１１０Ｄの内部は、心房や心室を模擬した複数の空間に分割されていてもよい。この場合、各空間は、気液分離槽４２０から供給された液体が各空間内に充填されるよう、相互に接続されていることが好ましい。
上記第１～５実施形態では、モデル１０，１０Ｃ，１０Ｄの構成の一例を示した。しかし、モデル１０の構成は種々の変更が可能である。例えば、モデル１０は、人体の肺の外形を模擬した肺モデル、人体の脳の外形を模擬した脳モデル、人体の下肢の外形を模擬した下肢モデル等、上述しない他の臓器モデル、筋肉モデル、血管モデル等を備えていてもよい。モデル１０に肺モデルを備える構成とした場合、肺モデルに対して上述した横隔膜モデル１７０と同様の構成を転用することで、呼吸動作に伴う肺モデルの動きを模擬できる。例えば、心臓モデル１１０，１１０Ｃ，１１０Ｄの内部は、心房や心室を模擬した複数の空間に分割されていてもよい。この場合、各空間は、気液分離槽４２０から供給された液体が各空間内に充填されるよう、相互に接続されていることが好ましい。
【0062】
［変形例３］
上記第１～５実施形態では、拍動部４０の構成の構成の一例を示した。しかし、拍動部４０の構成は種々の変更が可能である。例えば、気体供給吸引装置４１０は、電動でなく手動でもよい。例えば、気液分離槽４２０の第１開口４２０ａ、第３開口４２０ｂ、及び第２開口４２０ｃのうち少なくともいずれかは、本体部４２１に設けられていてもよい。例えば、気体供給吸引装置４１０と、気液分離槽４２０とが単一の装置として構成されてもよい。
上記第１～５実施形態では、拍動部４０の構成の構成の一例を示した。しかし、拍動部４０の構成は種々の変更が可能である。例えば、気体供給吸引装置４１０は、電動でなく手動でもよい。例えば、気液分離槽４２０の第１開口４２０ａ、第３開口４２０ｂ、及び第２開口４２０ｃのうち少なくともいずれかは、本体部４２１に設けられていてもよい。例えば、気体供給吸引装置４１０と、気液分離槽４２０とが単一の装置として構成されてもよい。
【0063】
［変形例４］
上記第１～５実施形態の人体シミュレーション装置１，１Ｄの構成、及び、上記変形例１～３の構成は、適宜組み合わせてもよい。例えば、第２，第３実施形態のいずれかで説明した気液分離槽４２０Ａ，Ｂと、第４実施形態で説明したモデル１０Ｃとを組み合わせて人体シミュレーション装置１を構成してもよい。
上記第１～５実施形態の人体シミュレーション装置１，１Ｄの構成、及び、上記変形例１～３の構成は、適宜組み合わせてもよい。例えば、第２，第３実施形態のいずれかで説明した気液分離槽４２０Ａ，Ｂと、第４実施形態で説明したモデル１０Ｃとを組み合わせて人体シミュレーション装置１を構成してもよい。
【0064】
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】
【0065】
１，１Ｄ…人体シミュレーション装置
１０，１０Ｃ，１０Ｄ…モデル
２１…水槽
２２…液体
２３…濾過フィルタ
２４…ポンプ
３０…制御装置
４０…拍動部
４１…第１連通部材
４２…連通部材
５０…呼吸動作部
５１…第２連通部材
６０…脈動部
６１…第３連通部材
１１０，１１０Ｃ，１１０Ｄ…心臓モデル
１１１…心臓血管モデル
１１２…冠動脈モデル
１１２Ｌ…左冠動脈モデル
１１２Ｒ…右冠動脈モデル
１１９…バルーン
１６０…大動脈モデル
１７０…横隔膜モデル
４１０…気体供給吸引装置
４１１…電動アクチュエータ
４１２…エアシリンダ
４２０，４２０Ａ～４２０Ｄ…気液分離槽
４２０ａ…第１開口
４２０ｂ…第３開口
４２０ｃ…第２開口
４２０ｄ…第４開口
４２１，４２１Ｃ，４２１Ｄ…本体部
４２２，４２２Ｃ，４２２Ｄ…上部筐体
４２３…下部筐体
４２４…第１接続部
４２５…第３接続部
４２６…第２接続部
４２７…第４接続部
４２１１，４２１１Ｂ，４２１１Ｃ，４２１１Ｄ…区画部材
４２１２，４２１２Ｂ…貫通孔
４２１３，４２２１，４２２２，４２２３，４２３１…貫通孔
Ｒ…内部空間
Ｒ１…第１空間
Ｒ１１０…液体収容部
Ｒ２…第２空間
１０，１０Ｃ，１０Ｄ…モデル
２１…水槽
２２…液体
２３…濾過フィルタ
２４…ポンプ
３０…制御装置
４０…拍動部
４１…第１連通部材
４２…連通部材
５０…呼吸動作部
５１…第２連通部材
６０…脈動部
６１…第３連通部材
１１０，１１０Ｃ，１１０Ｄ…心臓モデル
１１１…心臓血管モデル
１１２…冠動脈モデル
１１２Ｌ…左冠動脈モデル
１１２Ｒ…右冠動脈モデル
１１９…バルーン
１６０…大動脈モデル
１７０…横隔膜モデル
４１０…気体供給吸引装置
４１１…電動アクチュエータ
４１２…エアシリンダ
４２０，４２０Ａ～４２０Ｄ…気液分離槽
４２０ａ…第１開口
４２０ｂ…第３開口
４２０ｃ…第２開口
４２０ｄ…第４開口
４２１，４２１Ｃ，４２１Ｄ…本体部
４２２，４２２Ｃ，４２２Ｄ…上部筐体
４２３…下部筐体
４２４…第１接続部
４２５…第３接続部
４２６…第２接続部
４２７…第４接続部
４２１１，４２１１Ｂ，４２１１Ｃ，４２１１Ｄ…区画部材
４２１２，４２１２Ｂ…貫通孔
４２１３，４２２１，４２２２，４２２３，４２３１…貫通孔
Ｒ…内部空間
Ｒ１…第１空間
Ｒ１１０…液体収容部
Ｒ２…第２空間
【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】