JP2018010187A - 開胸シミュレータ - Google Patents

Abstract

【課題】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開胸シミュレータを提供する。【解決手段】開胸シミュレータ１１０は、模擬心臓１２を載置するための載置台１１２と、載置台１１２の周囲を覆うとともに、上壁１２６を有し、上壁１２６には模擬心臓１２を露出させる開口部１２７が設けられた筐体１１４と、開口部１２７に設けられ、互いに接近及び離間する左右方向に変位可能な一対の可動蓋部材１１５と、一対の可動蓋部材１１５を互いに閉じる方向に弾性的に付勢する弾性部材１１８とを備える。【選択図】図４

Description

本発明は、心臓手術の訓練に用いられる開胸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。

ところで、心臓手術の訓練に用いられるシミュレータ（トレーニング装置）が下記特許文献１に開示されている。このシミュレータは、板状のベースと、ベースに取り付けられた複数の支持アームと、支持アームに取り付けられたヒト又は動物から摘出された臓器の一例としての心臓とを備える。

米国特許出願公開第２０１４／００８７３４４号明細書

特許文献１のシミュレータでは、ベース上に支持アームを介して心臓が支持されているだけであるため、シミュレータを使用した訓練は、心臓の周囲が露出した状態から開始することになる。しかしながら、実際の心臓手術では、患者の胸部を開胸器で開胸する手技も行われる。従って、実際の手術により近い雰囲気を提供することが望まれる。

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、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開胸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、本発明の開胸シミュレータは、模擬心臓を載置するための載置台と、前記載置台の周囲を覆うとともに、上壁を有し、前記上壁には前記模擬心臓を露出させるための開口部が設けられた筐体と、前記開口部に設けられ、互いに接近及び離間する左右方向に変位可能な一対の可動蓋部材と、前記一対の可動蓋部材を互いに閉じる方向に弾性的に付勢する弾性部材と、を備えることを特徴とする。

上記の構成を採用した本発明の開胸シミュレータによれば、筐体の上壁の開口部には、左右方向に変位可能であって弾性部材によって閉じる方向に付勢された一対の可動蓋部材が配置されている。このため、開胸器をセット（位置合わせ）するところから、心臓手術の手技訓練が可能である。従って、実際の手術により近い雰囲気を提供することができる。また、術者の好みに応じて開胸の大きさを任意に変えられるため、術者がやりやすいトレーニング環境（視野）を提供することができる。

上記の開胸シミュレータにおいて、前記一対の可動蓋部材が可動範囲内で互いに最も近づいた状態で、前記一対の可動蓋部材の間には隙間が形成されてもよい。

この構成により、初期状態で一対の可動蓋部材間に隙間が形成されているため、開胸器を装着しやすい。

上記の開胸シミュレータにおいて、前記弾性部材は、弾性材料によってリング状に構成されており、前記一対の可動蓋部材に掛けられてもよい。

これにより、弾性部材を簡易構成で実現できるとともに、分解清掃が簡単である。

上記の開胸シミュレータにおいて、前記弾性部材は、前記一対の可動蓋部材の開閉方向と直交する方向の両端部において、前記一対の可動蓋部材間を延在してもよい。

この構成により、手技訓練の際に弾性部材が邪魔になることがない。

上記の開胸シミュレータにおいて、前記模擬心臓は、動物の心臓であり、前記載置台は、前記模擬心臓の外形形状に倣って形成された載置凹部を有し、前記載置凹部に模擬心臓が載置された状態で、前記模擬心臓はヒトの心臓と同様の向きで保持されてもよい。

この構成により、誰がやっても簡単に、ヒトの心臓と同様の向きに模擬心臓を載置台に載せることができる。

上記の開胸シミュレータにおいて、前記載置台は、硬質材料で構成された基台と、前記基台の上部に装着可能又は前記上部に固定され、前記載置凹部が設けられた軟質樹脂製の受け部材とを有してもよい。

この構成により、軟質樹脂製の受け部材により模擬心臓の形状個体差を吸収することで所定の向きで安定して保持できるとともに、硬質の基台により模擬心臓を安定して支持することができる。

上記の開胸シミュレータにおいて、前記筐体は、前記載置台の通過を許容する下部開口部を有してもよい。

この構成により、手術台に載置台をセットした後に、筐体をセットすることができるため、開胸シミュレータのセットアップが容易となる。

上記の開胸シミュレータにおいて、前記筐体内に収容可能であり、前記載置台を載置可能な内側トレイをさらに備えてもよい。

この構成により、内側トレイで血液を受け止めることができ、使用後の清掃が楽になる。

本発明の開胸シミュレータによれば、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。

手技シミュレータの全体概略構成図である。 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。 本発明の実施形態に係る開胸シミュレータの斜視図である。 上記開胸シミュレータの分解斜視図である。 載置台の断面図である。 蓋部、一対の可動蓋部材及び弾性部材の分解斜視図である。 上記開胸シミュレータに心臓をセットした状態の断面図である。 上記開胸シミュレータに開胸器をセットした状態の平面図である。 上記開胸シミュレータに開胸器をセットした状態の断面図である。

以下、本発明に係る開胸シミュレータについて好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。

図１に示す手技シミュレータ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。

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。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。

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１２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、上記構成の変形例として、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。

図１に示す構成例の場合、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。

図２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２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２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。

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２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。

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、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。

図１に示すように、手技シミュレータ１０は、さらに、開胸シミュレータ１１０を備える。

図３及び図４に示すように、開胸シミュレータ１１０は、心臓１２を載置するための載置台１１２と、載置台１１２の周囲を囲む筐体１１４と、筐体１１４に可動に設けられた一対の可動蓋部材１１５と、可動蓋部材１１５を弾性的に付勢する弾性部材１１８とを備える。

図４及び図５に示すように、載置台１１２は、硬質材料で構成された基台１２０と、載置凹部１２２ａが設けられた軟質樹脂製の受け部材１２２とを有する。本実施形態では、基台１２０は、中空円筒型に形成されている。なお、基台１２０は、多角筒型に形成されてもよい。基台１２０は、中実筒型に形成されてもよい。図５に示すように、基台１２０は、上下に貫通した中空部１２０ａを有する。図４及び図５に示すように、基台１２０の上部における周方向の一部には、切欠部１２０ｂが設けられている。切欠部１２０ｂは、基台１２０の周壁を厚さ方向に貫通するとともに、上方に開口した溝形状を有する。

基台１２０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。

受け部材１２２は、基台１２０の上部に着脱可能に構成されている。なお、受け部材１２２は、基台１２０の上部に固定されてもよい。受け部材１２２は、心臓１２を所定の姿勢で載せるための載置凹部１２２ａと、載置凹部１２２ａの周囲に設けられた周縁部１２２ｂとを有し、平面視で略円形状に形成されている。

載置凹部１２２ａは、下方に向かって椀状に凹んでおり、心臓１２の外形形状に倣って形成されている。すなわち、ヒトの心臓の前側（胸側）を上方に向けたときと同様の姿勢に心臓１２を向けたときの当該心臓１２の下側形状に沿うように、載置凹部１２２ａが形成されている。動物の心臓１２（心臓１２がブタのものである場合には、ブタの心臓）から型を取り、当該型を用いて載置凹部１２２ａを成形するとよい。受け部材１２２が基台１２０に取り付けられた（載せられた）状態で、載置凹部１２２ａは、基台１２０の中空部１２０ａ内に配置される。

周縁部１２２ｂは、載置凹部１２２ａの上部外周縁から径方向外方に突出している。周縁部１２２ｂが基台１２０の上端部に載る（引っ掛かる）ことで、受け部材１２２が基台１２０に支持される。周縁部１２２ｂの外端部には、下方に突出するリング状突起１２２ｃが設けられている。受け部材１２２が基台１２０に取り付けられた状態で、リング状突起１２２ｃは、基台１２０の上端部外周面を覆う。

受け部材１２２の上部における周方向の一部には、切欠部１２２ｄが設けられている。切欠部１２２ｄは、載置凹部１２２ａの上部から周縁部に亘って設けられている。受け部材１２２の構成材料としては、例えば、シリコーンゴム等のゴム材やエラストマー材等が挙げられる。

図４に示すように、筐体１１４は、少なくとも側壁１２４（周囲壁）及び上壁１２６を有するとともに、心臓１２を載せた載置台１１２を収容する大きさを有し、上壁１２６には心臓１２を露出させるための開口部１２７が形成されている。具体的に、本実施形態において筐体１１４は、上下が開口した直方体状の胴部１３０と、胴部１３０から分離可能であり且つ胴部１３０の上部開口を部分的に閉じられる長方形状の蓋部１３２とを有する。胴部１３０が上記側壁１２４を構成し、蓋部１３２が上記上壁１２６を構成している。

胴部１３０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１３０ａが設けられている。代わりの切欠部が蓋部１３２に設けられてもよい。胴部１３０における互いに対向する壁部には、貫通孔１３０ｂが設けられている。貫通孔１３０ｂは、切欠部１３０ａよりも下方に設けられている。貫通孔１３０ｂは、胴部１３０を移動させる際に作業者が指を入れる指掛け孔として用いることができる。なお、胴部１３０及び蓋部１３２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１１４（胴部１３０及び蓋部１３２）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１１４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１１４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１１４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。

図６に示すように、開口部１２７は、蓋部１３２における略中央に、蓋部１３２を厚さ方向に貫通して設けられている。開口部１２７は、平面視で、四角形（図示例では長方形）に形成されている。開口部１２７の左右両側には、蓋部１３２における他の部分よりも薄い厚みを有するスライド支持部１３４が設けられている。

スライド支持部１３４には、左右方向（矢印Ｙ方向）に延在する長孔状のガイド孔１３４ａが設けられている。ガイド孔１３４ａは、スライド支持部１３４を厚さ方向に貫通している。各スライド支持部１３４において、ガイド孔１３４ａは、左右方向に直交する水平方向（矢印Ｘ方向）に間隔を置いて複数（図示例では２つ）設けられている。

蓋部１３２が胴部１３０上に載せられた際の蓋部１３２の位置ずれを防止するために、蓋部１３２の下面における外周部近傍には、下方に突出する位置決め突起１３２ａが設けられている。なお、位置決め突起１３２ａを設ける代わりに、蓋部１３２の下面における外周部以外の部分（外周部よりも内側の部分）が下方に突出させて段差を設けることにより、上述した位置ずれ防止機能を持たせてもよい。

図４に示すように、一対の可動蓋部材１１５は、蓋部１３２の開口部１２７に、互いに接近及び離間する左右方向に変位可能に設けられている。具体的に、一対の可動蓋部材１１５は、蓋部１３２の上述したスライド支持部１３４によって左右方向にそれぞれスライド可能に支持されている。一対の可動蓋部材１１５は、互いに同一形状を有するとともに、左右対称に配置されている。なお、以下では、一対の可動蓋部材１１５が互いに接近する方向を「開閉方向内側」と言う場合があり、一対の可動蓋部材１１５が互いに離間する方向を「開閉方向外側」と言う場合がある。

図６に示すように、各可動蓋部材１１５は、上側プレート１３６と、下側プレート１３８と、上側プレート１３６と下側プレート１３８とを連結する連結部１４０とを有する。上側プレート１３６及び下側プレート１３８は、平面視で長方形状に形成されている。上側プレート１３６には、上側プレート１３６を厚さ方向に貫通する上側孔部１３６ａが設けられている。上側プレート１３６において、上側孔部１３６ａは、左右方向に直交する水平方向（矢印Ｘ方向）に間隔を置いて複数（図示例では２つ）設けられている。

下側プレート１３８には、下側プレート１３８を厚さ方向に貫通する下側孔部１３８ａが設けられている。下側プレート１３８において、下側孔部１３８ａは、左右方向に直交する水平方向（矢印Ｘ方向）に間隔を置いて複数（図示例では２つ）設けられている。上側孔部１３６ａと下側孔部１３８ａは、平面視で、同一位置に設けられている。

連結部１４０は、左右の可動蓋部材１１５の互いに対向する側（開閉方向内側）の端部において、上側プレート１３６と下側プレート１３８とを連結している。上側プレート１３６と下側プレート１３８との間には、連結部１４０の厚さ分だけ、隙間（以下、「溝部１１５ａ」という）が形成されている。すなわち、上側プレート１３６の下面と下側プレート１３８の上面とは、溝部１１５ａを介して互いに対向している。上側プレート１３６の下面と下側プレート１３８の上面は、互いに平行である。可動蓋部材１１５において、溝部１１５ａは、連結部１４０以外の箇所で外方に開口している。

連結部１４０は、左右方向に直交する水平方向（矢印Ｘ方向）に延在している。連結部１４０の長さは、上側プレート１３６及び下側プレート１３８の長さよりも短い。これにより、可動蓋部材１１５において、連結部１４０の延在方向の両側には、一対の可動蓋部材１１５の互いに対向する方向（開閉方向内側）に向かって開口する凹状溝１１５ｂが形成されている。また、連結部１４０の延在方向両端部には、延在方向外側に向かうに従って開閉方向内側に傾斜する傾斜部１４０ａが設けられている。傾斜部１４０ａに代えて、湾曲部が設けられてもよい。

可動蓋部材１１５は、上側プレート１３６と下側プレート１３８との間（溝部１１５ａ）にスライド支持部１３４が配置されるように、蓋部１３２に取り付けられる。可動蓋部材１１５が蓋部１３２に取り付けられた状態では、鍔部１４２ａを有するガイドピン１４２が、上側孔部１３６ａ、ガイド孔１３４ａ及び下側孔部１３８ａに挿入されるとともに、抜け止めピン１４４が、ガイドピン１４２のピン孔１４２ｂに挿入されている。これにより、可動蓋部材１１５がスライド支持部１３４から脱落することが防止される。抜け止めピン１４４をガイドピン１４２から抜き取るとともに、ガイドピン１４２を可動蓋部材１１５から抜き取ることにより、可動蓋部材１１５は蓋部１３２から取り外すことができる。

可動蓋部材１１５とガイドピン１４２とは一体となって左右方向（矢印Ｙ方向）に変位する。従って、可動蓋部材１１５は、ガイドピン１４２がガイド孔１３４ａによって規制された可動範囲内で、蓋部１３２に対して左右方向に変位可能である。

ガイド孔１３４ａの開閉方向内側（開口部１２７側）の端部にガイドピン１４２が位置するときに、一対の可動蓋部材１１５は最も閉じた（近づいた）状態となる。ガイド孔１３４ａの開閉方向外側（開口部１２７と反対側）の端部にガイドピン１４２が位置するときに、一対の可動蓋部材１１５は最も開いた（離間した）状態となる。すなわち、ガイド孔１３４ａは、可動蓋部材１１５の可動範囲を規定している。図３及び図４に示すように、一対の可動蓋部材１１５が最も閉じた状態で、一対の可動蓋部材１１５間には、隙間１２７ａが形成される。

図４において、弾性部材１１８は、一対の可動蓋部材１１５を互いに閉じる方向に弾性的に付勢する。本実施形態では、弾性部材１１８は、弾力的伸縮性を有する材料（ゴム材、エラストマー材等の弾性材料）によってリング状に構成されている。弾性材料により構成された紐状又はロープ状の部材の端部同士を結ぶことにより、リング状の弾性部材１１８が構成されてもよい。

図４において、弾性部材１１８は、一対の可動蓋部材１１５に装着されている。すなわち、弾性部材１１８の一部が、一方の可動蓋部材１１５の溝部１１５ａ（図６参照）に挿入されるとともに連結部１４０に引っ掛けられており、弾性部材１１８の他の一部が、他方の可動蓋部材１１５の溝部１１５ａに挿入されるとともに連結部１４０に引っ掛けられている。弾性部材１１８のうち、一対の可動蓋部材１１５間を延在する部分は、凹状溝１１５ｂ（図６参照）を介して開口部１２７に露出している。

このように構成及び配置された弾性部材１１８によって、一対の可動蓋部材１１５は、互いに閉じる方向に弾性的に付勢されている。このため、一対の可動蓋部材１１５に対して拡開力を作用させていない状態では、図４のように、一対の可動蓋部材１１５は、最も閉じた状態となっている。

なお、弾性部材１１８は、上述した弾性材料からなるリング状の構成に代えて、バネ（コイルバネ等）の形態を有していてもよい。この場合、一対の可動蓋部材１１５に対して共通のバネを設け、当該共通のバネにより一対の可動蓋部材１１５を閉じる方向に付勢してもよい。あるいは、一対の可動蓋部材１１５に対して個別にバネを設け、当該個別のバネにより一対の可動蓋部材１１５を閉じる方向にそれぞれ付勢してもよい。

図４に示すように、本実施形態では、開胸シミュレータ１１０は内側トレイ１４６をさらに備える。内側トレイ１４６は、筐体１１４内（胴部１３０）内に収容可能であるとともに、載置台１１２を載置可能に構成されている。具体的に、内側トレイ１４６は、底壁１４６ａと、この底壁１４６ａの外周部から上方に突出した周壁１４６ｂとを有し、上方に開口している。内側トレイ１４６は、平面視で、胴部１３０の内周形状よりも小さく、載置台１１２の外周形状よりも大きい。図４において、内側トレイ１４６は、平面視で、筐体１１４の胴部１３０と同様に四角形状に形成されているが、他の形状に形成されてもよい。

次に、図１に示した手技シミュレータ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。

開胸シミュレータ１１０のセットアップにより、心臓１２は、図７のように開胸シミュレータ１１０内に配置される。このセットアップは、例えば、以下のように行う。筐体１１４の胴部１３０を手術台上に載せ、胴部１３０の内側に内側トレイ１４６を配置するとともに、内側トレイ１４６上に載置台１１２を載せる。

この場合、基台１２０の上部に受け部材１２２を載せた状態の載置台１１２を内側トレイ１４６に載せてもよく、あるいは、基台１２０を先に内側トレイ１４６に載せてから、基台１２０の上部に受け部材１２２を載せてもよい。内側トレイ１４６及び載置台１１２を手術台上に載せた後に、筐体１１４の胴部１３０を手術台に載せてもよい。基台１２０の上部に受け部材１２２を載せる際、基台１２０の切欠部１２０ｂと受け部材１２２の切欠部１２２ｄとの周方向位置を一致させておく。

次に、載置台１１２（受け部材１２２）の載置凹部１２２ａに、所望の向きで心臓１２を載せる。このとき、ヒトの心臓の前側（胸部側）を上方に向けて置いたときと同様の姿勢になるように心臓１２を載せる。この場合、載置凹部１２２ａの形状に合わせて、載置凹部１２２ａに心臓１２が自然に入り込むような向きで、心臓１２を載置凹部１２２ａに載せると、心臓１２の姿勢が安定する。このため、載置凹部１２２ａには、心臓１２を適切な向きで簡単に載せることができる。なお、大動脈１５は、基台１２０の切欠部１２０ｂ及び受け部材１２２の１２２ｄに配置される（図８参照）。

図７に示すように、開胸シミュレータ１１０では、心膜を模擬した膜状部材１５０が用いられるとよい。膜状部材１５０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する。また、膜状部材１５０は、図７に示すように、初期状態で、全体が袋状に形成され、心臓１２を覆っているとよい。

次に、一対の可動蓋部材１１５が取り付けられた状態の蓋部１３２を胴部１３０に載せる。これにより、図７のように、開胸シミュレータ１１０内に心臓１２が配置された状態となる。なお、筐体１１４内での心臓１２の位置が、開口部１２７の下方（閉じた一対の可動蓋部材１１５の下方）に配置されるように、載置台１１２の位置を調整しておく。図７において、一対の可動蓋部材１１５は、弾性部材１１８の弾性付勢力によって、最も閉じた状態になっている。

次に、図１に示す遠心ポンプ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を用いた心臓手術の訓練方法を説明する。

図８のように、術者（訓練者）は、開胸器１５２を開胸シミュレータ１１０にセットする。具体的には、まず、開胸器１５２の２本のアーム１５４を最も閉じた状態にして、２本のアーム１５４にそれぞれ設けられたフック１５６を、一対の可動蓋部材１１５間の隙間１２７ａ（図７参照）に挿入する。この隙間１２７ａは、実際の手術において胸骨を切開した際にできるわずかな隙間を模している。そして、レバー１５８を回転させることで、２本のアーム１５４の相互間隔を広げる（２本のアーム１５４を開く）。

これにより、一対の可動蓋部材１１５が、弾性部材１１８の弾性付勢力に抗して、左右方向に拡開する。このように開胸器１５２によって一対の可動蓋部材１１５を開くことで、胸部外科手術における開胸が模擬される。一対の可動蓋部材１１５は、弾性部材１１８によって付勢されることにより、実際に、切開した胸骨を開く際に、術者が感じる抵抗力を再現できる。また、この場合、一対の可動蓋部材１１５の開き度合いは、術者の好みに応じて任意に調整することができる。実際には、術者の習熟度合いや治療範囲によって、心臓の露出具合、すなわち、胸部の開き度合いは異なる。可動蓋部材１１５の開き度合いを任意に調整できる構成にすることで、様々な術者の訓練に対応することができる。

開胸器１５２によって一対の可動蓋部材１１５を開くと、心臓１２（本実施形態の場合、模擬心膜である膜状部材１５０に覆われた心臓１２）が開口部１２７を介して露出し、開胸した状態が模擬される。このとき、開胸したヒトの胸のイメージが提供されるとともに、ポンプシステム１８（図１）によって、心臓１２には模擬的な拍動が与えられているため、リアリティに富む。

次に、術者は、開口部１２７を介して、適宜の切断器具（メス等）によって袋状の膜状部材１５０を切り開き、心臓１２を露出させる。これにより、心膜を切る訓練を行うことができる。次に、術者は、図９のように、切り開いた膜状部材１５０の縁部１５０ａに糸１６０を通すとともに、糸１６０を開胸器１５２のアーム１５４に引っ掛けて固定する。

図９の状態において、膜状部材１５０は、心臓１２の上方を除く周囲を囲むように配置され、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１５０は、手技訓練中において冠動脈１３（図１参照）から漏れ出る血液Ｂの受け皿としての役割を担う。

次に、術者は、図示しないスタビライザを開胸器１５２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当該スタビライザで固定する。そして、術者は、心臓１２に対して所定の処置（オフポンプＣＡＢＧ）を行う。これにより、当該処置の訓練を行うことができる。

図１に示す手技シミュレータ１０において、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、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。しかも、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１２の拍動に近い動きが模擬される。

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。

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。

また、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。

手技シミュレータ１０では、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の拡張及び収縮の動作タイミングをずらす。このため、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。

また、図３等に示した本実施形態に係る開胸シミュレータ１１０によれば、筐体１１４の上壁１２６の開口部１２７には、左右方向に変位可能であって弾性部材１１８によって互いに閉じる方向に付勢された一対の可動蓋部材１１５が配置されている。このため、開胸器１５２をセット（位置合わせ）するところから、心臓手術の手技訓練が可能である。従って、実際の手術により近い雰囲気を提供することができる。また、術者の好みに応じて開胸の大きさを任意に変えられるため、術者がやりやすいトレーニング環境（視野）を提供することができる。

本実施形態では、一対の可動蓋部材１１５が可動範囲内で互いに最も近づいた状態で、一対の可動蓋部材１１５の間には隙間１２７ａが形成されている（図３、図４参照）。この構成により、初期状態で一対の可動蓋部材１１５間に隙間１２７ａが形成されているため、開胸器１５２（図８参照）を装着しやすい。

本実施形態では、前記弾性部材１１８は、弾性材料によってリング状に構成されており、一対の可動蓋部材１１５に掛けられている。これにより、弾性部材１１８を簡易構成で実現できるとともに、分解清掃が簡単である。

本実施形態では、弾性部材１１８は、一対の可動蓋部材１１５の開閉方向と直交する水平方向（矢印Ｘ方向）の両端部において、一対の可動蓋部材１１５間を延在している。この構成により、手技訓練の際に弾性部材１１８が邪魔になることがない。

本実施形態では、載置台１１２は、心臓１２の外形形状に倣って形成された載置凹部１２２ａを有し、載置凹部１２２ａに心臓１２が載置された状態で、心臓１２はヒトの心臓と同様の向きで保持される。この構成により、誰がやっても簡単に、ヒトの心臓と同様の向きに心臓１２を載置台１１２に載せることができる。

本実施形態では、載置台１１２は、硬質材料で構成された基台１２０と、前記基台１２０の上部に装着可能又は前記上部に固定され載置凹部１２２ａが設けられた軟質樹脂製の受け部材１２２とを有する（図４、図５参照）。この構成により、軟質樹脂製の受け部材１２２により心臓１２の形状個体差を吸収することで所定の向きで安定して保持できるとともに、硬質の基台１２０により心臓１２を安定して支持することができる。

本実施形態では、筐体１１４は、載置台１１２の通過を許容する下部開口部１１４ａ（図４参照）を有する。この構成により、手術台に載置台１１２をセットした後に、筐体１１４をセットすることができるため、開胸シミュレータ１１０のセットアップが容易となる。

本実施形態に係る開胸シミュレータ１１０は、筐体１１４内に収容可能であり、載置台１１２を載置可能な内側トレイ１４６をさらに備える（図４参照）。この構成により、内側トレイ１４６で血液Ｂを受け止めることができ、使用後の清掃が楽になる。

本実施形態では、心臓１２から流出した血液Ｂは、膜状部材１５０によって受け止められるため、載置台１１２の血液Ｂによる汚れを抑制することができる。また、実際の手術においては心臓１２の周囲に出血した血液が溜まるため、膜状部材１５０に溜まった血液Ｂは一層のリアリティをもたらす。

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
１１０…開胸シミュレータ １１２…載置台
１１４…筐体 １１５…可動蓋部材
１１８…弾性部材 １２０…基台
１２２…受け部材 １２７…開口部
１３２…蓋部 １３４…スライド支持部
１５０…膜状部材

Claims (8)

1. 模擬心臓を載置するための載置台と、
   前記載置台の周囲を覆うとともに、上壁を有し、前記上壁には前記模擬心臓を露出させるための開口部が設けられた筐体と、
   前記開口部に設けられ、互いに接近及び離間する左右方向に変位可能な一対の可動蓋部材と、
   前記一対の可動蓋部材を互いに閉じる方向に弾性的に付勢する弾性部材と、を備える、
   ことを特徴とする開胸シミュレータ。
2. 請求項１記載の開胸シミュレータにおいて、
   前記一対の可動蓋部材が可動範囲内で互いに最も近づいた状態で、前記一対の可動蓋部材の間には隙間が形成されている、
   ことを特徴とする開胸シミュレータ。
3. 請求項１又は２記載の開胸シミュレータにおいて、
   前記弾性部材は、弾性材料によってリング状に構成されており、前記一対の可動蓋部材に掛けられている、
   ことを特徴とする開胸シミュレータ。
4. 請求項３記載の開胸シミュレータにおいて、
   前記弾性部材は、前記一対の可動蓋部材の開閉方向と直交する方向の両端部において、前記一対の可動蓋部材間を延在している、
   ことを特徴とする開胸シミュレータ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の開胸シミュレータにおいて、
   前記模擬心臓は、動物の心臓であり、
   前記載置台は、前記模擬心臓の外形形状に倣って形成された載置凹部を有し、前記載置凹部に模擬心臓が載置された状態で、前記模擬心臓はヒトの心臓と同様の向きで保持される、
   ことを特徴とする開胸シミュレータ。
6. 請求項５記載の開胸シミュレータにおいて、
   前記載置台は、
   硬質材料で構成された基台と、
   前記基台の上部に装着可能又は前記上部に固定され、前記載置凹部が設けられた軟質樹脂製の受け部材と、を有する、
   ことを特徴とする開胸シミュレータ。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の開胸シミュレータにおいて、
   前記筐体は、前記載置台の通過を許容する下部開口部を有する、
   ことを特徴とする開胸シミュレータ。
8. 請求項７記載の開胸シミュレータにおいて、
   前記筐体内に収容可能であり、前記載置台を載置可能な内側トレイをさらに備える、
   ことを特徴とする開胸シミュレータ。

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