WO2005081205A1

WO2005081205A1 - カテーテル検査シミュレーションシステム

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Publication number: WO2005081205A1
Application number: PCT/JP2005/003034
Authority: WO
Inventors: Daming Wei
Original assignee: Fukushima Prefecture
Current assignee: Fukushima Prefecture
Priority date: 2004-02-25
Filing date: 2005-02-24
Publication date: 2005-09-01
Anticipated expiration: 2006-08-25
Also published as: JP2005241883A; JP4681242B2

Abstract

　カテーテル検査中において検出される生体情報の検出状況を学習することができるカテーテル検査シミュレーションシステムを提供する。　カテーテルシミュレータ２は、臓器を模擬した臓器モデル１４と、これを撮像するＣＣＤカメラ２８，２９を備える。シミュレーション装置３８においては、模擬心内心電図生成部４２は、心内心電図データ格納部４１を参照し、臓器モデル内カテーテル位置判定部４０によって判定されたカテーテル５１の位置情報に応じた模擬心内心電図を生成する。模擬Ｘ線画像生成部４４は、Ｘ線画像データ格納部４３を参照し、臓器モデル内カテーテル位置判定部４０によって判定されたカテーテル５１の位置情報に応じた模擬Ｘ線画像を生成する。表示部４９は、これらの模擬心内心電図、模擬Ｘ線画像、ＣＣＤカメラ２８，２９による臓器モデル１４の画像等を画面に表示する。

Description

明細書

力テーテノレ検査シミュレーションシステム

技術分野

[0001] 本発明は、カテーテル検査を模擬したカテーテル検査シミュレーションシステムに関する。

背景技術

[0002] このような分野の技術として、下記の特許文献 1の公報がある。この公報には、心臓カテーテルの挿入練習用の心臓血管模型が開示されている。この心臓血管模型によって、カテーテルを挿入して操作する訓練や、造影剤を注入する訓練等ができるようになつている。また特許文献 2には、血管モデルを用いてカテーテルの挿入及び操作を訓練するためのカテーテル操作シミュレータが示されて、る。このシミュレータでは、カテーテルに触圧センサが設けられており、カテーテルの血管モデルに対する触圧が検知されるようになっている。そして、カテーテルによって血管モデルに所定以上の圧力が力かると警告音を発する警告手段を備えている。カテーテル操作シミュレータはこのように構成されて、るので、カテーテルを過剰の圧力で操作しな、よう訓練できるようになって、る。

[0003] また、特許文献 3— 5には、カテーテル検査の訓練装置が記載されている。この装置によれば、カテーテル操作時の触感が訓練者にフィードバックされるため、力テーテル操作を訓練することができる。

[0004] 特許文献 1：実開平 5— 50477号公報

[0005] 特許文献 2 :特開 2000-10467号公報

[0006] 特許文献 3 :特開 2000— 42117号公報

[0007] 特許文献 4:特開 2000— 42118号公報

[0008] 特許文献 5 :特開 2000— 47568号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0009] カテーテル検査では、カテーテルを操作することにカ卩えて、カテーテル操作中にカテ一テルのセンサカゝら検出される心内心電図や X線画像等の生体情報を適時観察して、適切な対処を行わなくてはならない。しかしながら、従来のシミュレータでは、カテ一テル操作の訓練はできたとしても、カテーテル検査中にどのような生体情報が検出されていくの力示されないため、訓練者にとって生体情報の検出状況まで学習できない。

[0010] そこで、本発明は、カテーテル検査中において検出される生体情報の検出状況を学習することができるカテーテル検査シミュレーションシステムを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0011] 本発明に係るカテーテル検査シミュレーションシステムは、カテーテルが挿入可能であって、臓器を模擬した臓器モデルと、臓器モデル内に挿入されたカテーテルの位置を判定するカテーテル位置判定手段と、カテーテル位置判定手段によって判定されたカテーテルの位置に対応して模擬的に生体情報データを生成する模擬データ生成手段と、その生体情報データを表示する表示部とを備えたことを特徴とする。

[0012] このカテーテル検査シミュレーションシステムによれば、臓器モデルにカテーテルを挿入していくと、カテーテル位置判定手段は臓器モデル内におけるカテーテルの位置を判定する。また、模擬データ生成手段は、カテーテル位置判定手段によって判定されたカテーテルの位置に対応して模擬的に生体情報データを生成する。そして、その生体情報データは表示部によって表示される。したがって、臓器モデルへカテ一テルを挿入していくと、挿入されたカテーテルの位置に対応して、表示部に生体情報データが表示されるため、医師等の訓練者は、カテーテル検査の訓練にあたって、生体情報データの検出状況を臨場感よく学習することができる。

[0013] ここで、臓器モデルは、心臓モデル及びその心臓モデルへ連通する血管モデルを含むと好適である。この構成を採用することにより、血管カゝらカテーテルを挿入して心臓の検査を行う心臓カテーテル検査のシミュレーションが可能となる。

[0014] さら〖こ、血管モデルには、カテーテルを挿入する挿入口が形成され、カテーテル位置判定手段は、その挿入口に設けられカテーテルが血管モデルから心臓モデルへ挿入された挿入長を検出する挿入長検出手段を有すると良い。この構成を採用することにより、挿入長検出手段によって、挿入口からのカテーテルの挿入長さが検出されるため、カテーテル位置判定手段は、臓器モデル内におけるカテーテルの位置を判定することができる。

[0015] また、臓器モデルは透明な材質で形成されており、カテーテル位置判定手段は、臓器モデルを撮像する撮像手段を有し、その撮像手段によって撮像された臓器モデルの画像を処理することによって、臓器モデル内に挿入されたカテーテルの位置を判定すると好適である。この構成を採用することにより、臓器モデル内に挿入されているカテーテルが透けて見える。したがって、カテーテル位置判定手段は、臓器モデル内におけるカテーテルの位置を、撮像手段によって撮像された画像を処理することにより判定することができる。

[0016] また、カテーテル検査シミュレーションシステムにおいて、カテーテル位置判定手段は、心臓モデル内におけるカテーテルの電極位置を判定し、模擬データ生成手段は、カテーテル位置判定手段によって判定されたカテーテルの電極位置に対応して模擬的に心内心電図データを生成することが好ましい。この構成を採用することにより、臓器モデル内にカテーテルを挿入していくと、模擬データ生成手段によってカテーテルの電極位置に対応して模擬的に心内心電図データが生成され、表示部に表示される。そのため、訓練者等は、カテーテル検査の訓練にあたって、心内心電図データの検出状況を臨場感よく学習することができる。

[0017] あるいは、カテーテル検査シミュレーションシステムにおいて、模擬データ生成手段は、カテーテル位置判定手段によって判定されたカテーテルの位置に対応して模擬的に人体の X線画像データを生成すると好適である。この構成を採用すること〖こより、臓器モデル内にカテーテルを挿入していくと、模擬データ生成手段によってカテーテルの位置に対応して模擬的に人体の X線画像データが生成され、表示部に表示される。そのため、訓練者等は、カテーテル検査の訓練にあたって、 X線画像データの検出状況を臨場感よく学習することができる。

[0018] また、臓器モデルは、水が注入された透明な水槽に浸されて、臓器モデルには水が充填されていると好適である。この構成を採用することにより、臓器モデルは、水槽に注入された水によって包囲されているため、臓器モデルが水によって包囲されていないときよりも、臓器モデルにおける光の反射が抑制されて、臓器モデルを撮像手段によって確実に撮像することができる。また、臓器モデル内に充填された水力も臓器モデル内に挿入するカテーテルに対する抵抗感によって、実際のカテーテル検査においてカテーテルを挿入し操作する際に手技者が手に受ける感触をより近似的に再現することができる。

[0019] さらに、臓器モデルには、臓器モデル内で発生する気泡を取り除くための小孔が形成されていると良い。この構成を採用することにより、このカテーテル検査シミュレーシヨンシステムを用いてカテーテル検査のシミュレーションを行う間に発生する臓器モデル内の気泡を取り除くことができる。そのため、臓器モデルを撮像手段によって鮮明に撮像することができる。

[0020] また、臓器モデルは、赤外線を出射する照明器によって照射され、撮像手段は、赤外線領域を撮像すると良い。この構成により、カテーテル検査シミュレーションシステムの周辺からの外乱光に影響を受けることなぐ撮像手段は、臓器モデルを確実かつ鮮明に撮像することができる。

発明の効果

[0021] 本発明によれば、カテーテル検査中において検出される生体情報の検出状況を学習することができる。

図面の簡単な説明

[0022] [図 1]本発明に係るカテーテル検査シミュレーションシステムにおけるカテーテルシミユレータの一実施形態を示す側面図である。

[0023] [図 2]図 1に示すカテーテルシミュレータの平面図である。

[0024] [図 3]図 1に示すカテーテルシミュレータの左側面図である。

[0025] [図 4]図 1に示すカテーテルシミュレータの水槽の側面図である。

[0026] [図 5]図 1に示すカテーテルシミュレータの右側面図である。

[0027] [図 6]本発明に係るカテーテル検査シミュレーションシステムにおけるシミュレーション装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。

[0028] [図 7]図 6に示すシミュレーション装置の動作を示すフローチャートである。

[0029] [図 8]臓器モデルにカテーテルが挿入された状態を示す概略図である。 [0030] [図 9]表示部における画面表示例である。

[0031] [図 10]個人対応型モデルの作成方法を示すフローチャートである。

符号の説明

[0032] 6· ··水槽、 14· ··臓器モデル、 15· ··小孔、 16· ··心臓モデル、 17· ··血管モデル、 32, 33- " ED照明器、 28, 29- CCDカメラ、 36· ··ロータジ一エンコーダ、 36a, 36b- -- ローター、 40…臓器モデル内カテーテル位置判定部、 41· ··心内心電図データ格納部、 42· ··模擬心内心電図生成部、 43· ·'Χ線画像データ格納部、 44…模擬 X線画像生成部、 46· ··人体画像データ格納部、 47…人体モデル画像生成部、 49· · '表示部、 51…カテーテル。

発明を実施するための最良の形態

[0033] 以下、図面を参照して、本発明の好適なカテーテル検査シミュレーションシステムについて詳細に説明する。

[0034] 図 1は、カテーテル検査シミュレーションシステム 1におけるカテーテルシミュレータ 2 の側面図であり、図 2はカテーテルシミュレータ 2の平面図であり、図 3及び図 5はカテ一テルシミュレータ 2の側面図である。また、図 4は、カテーテルシミュレータ 2における水槽 6の側面図である。

[0035] 図 1一図 5に示すように、複数本のフレーム 3によって直方体状に架台 4が糸且まれており、その架台 4内には、アクリル製で透明の水槽 6が支持部材 7及び支持フレーム 8 によって保持されている。したがって、水槽 6は、ジャッキ 9により上下移動が可能となつている。また、水槽 6は、円筒状に形成されており、水槽 6の両端面は、円環状の固定部 11により固定されている。そのため、水槽 6内の水が漏れないようになつている。架台 4の底には、水槽 6に水を供給し排水するための給排水ポンプ 12が設置されており、給排水ポンプ 12にチューブを接続して、水槽 6への水の供給及び水の排水を行うことができるようになって!/ヽる。

[0036] 水槽 6内には台座 13が敷設され、台座 13上には、ガラス製の臓器モデル 14が配置されている。臓器モデル 14は、心臓を模擬した心臓モデル 16と、心臓モデル 16へ連通する血管を模擬した血管モデル 17により構成されている。心臓モデル 16内には、カテーテルが挿入可能なように左心房、左心室、右心房、右心室の部屋 (空間）が形成されている。また、血管モデル 17には、大腿静脈が模擬された大腿静脈モデル部 17aや上行大静脈が模擬された上行大静脈モデル部 17b等の血管モデル部を有しており、各血管モデル部 17a, 17b等も、カテーテルが挿入可能なように中空状に形成されている。これらの心臓モデル 16及び血管モデル 17は、人体の心臓や血管の平均的な大きさで形成されている。なお、大腿静脈モデル部 17a、上行大静脈モデル部 17b、及び心臓モデル 16は連通している。また、臓器モデル 14に水槽 6内に注入された水が充填されるように、各血管モデルの端部には揷通口 18が形成されている。また、水槽 6内には水中ポンプ 19が配置されている。そして、水中ポンプ 19 にはチューブ 21の一端が接続され、チューブ 21の他端が一つの揷通口 18に接続されている。このように構成されることで、水中ポンプ 19からの給水が臓器モデル 14に充填できるようにもなつて、る。

[0037] 心臓モデル 16には、水を充填してカテーテル検査シミュレーションを行う間に心臓モデル 16内にお、て発生する気泡を取り除くために、複数の小孔 15を散在させて形成しておくとが好ましい。この構成により、 CCDカメラ 28, 29によって臓器モデル 14 を鮮明に撮像することができる。また、水槽 6や臓器モデル 14に充填する水は、純水や蒸留水など不純物を含まな、水であることが好適である。カテーテル検査をシミュレーシヨンした後、臓器モデル 14及び水槽 6を乾燥させても、臓器モデル 14及び水槽 6には不純物が付着しないため、常に臓器モデル 14内を鮮明に確認することができる他、これら臓器モデル 14及び水槽 6を繰り返し使用することができるからである。

[0038] 架台 4内には、アーム 22が 2本取り付けられており、各アーム 22は関節 23を有している。そのため、アーム 22の先端が上下に移動できるようになつている。また、各ァーム 22の先端には、弧状のスライド支持部 24が固定されており、各スライド支持部 24 には、スリット 25が形成されている。そして、各スライド支持部 24には、それぞれカメラ支持台 26、 27が、スライド支持部 24のスリット 25に沿ってスライドして移動できるように取り付けられている。さらに、カメラ支持台 26には CCDカメラ (撮像手段） 28が固定され、カメラ支持台 27には CCDカメラ (撮像手段） 29が固定されている。各 CCD カメラ 28, 29は、心臓モデル 16や血管モデル 17を、下方の斜め後方から撮像するようにカメラ支持台 26, 27に配置されている。したがって、各アーム 22を上下させ、カメラ支持台 26、 27をスライド支持部 24上でスライドさせることにより、 CCDカメラ 28 , 29の位置を変えることができ、様々な角度から心臓モデル 16や血管モデル 17を撮影することができる。また、臓器モデル 14は透明なガラスで作製されているため、臓器モデル 14内に挿入されるカテーテルが透けて見える。そのため、 CCDカメラ 28 , 29によって撮像された画像から、臓器モデル 14内におけるカテーテルの位置がわかるようになっている。

[0039] また、架台 4には、透明な蓋 31が蝶番によって開閉可能に取り付けられており、さらに、蓋 31には、 2個の LED照明器 32, 33が取り付けられている。 LED照明器 32は、 CCDカメラ 29から見て心臓モデル 16の裏側に位置している。そして、 LED照明器 32の照明によって心臓モデル 16が照らされ、 CCDカメラ 29によって心臓モデル 16 は鮮明に撮像されるようになっている。同様に、 LED照明器 33は、 CCDカメラ 28力ら見て心臓モデル 16の裏側に位置している。そして、 LED照明器 33の照明によつて心臓モデル 16が照らされ、 CCDカメラ 28によって心臓モデル 16は鮮明に撮像されるようになっている。

[0040] ここで、 LED照明器 32, 33に搭載する LEDは赤外線 LEDを採用し、 CCDカメラ 28 , 29は赤外線領域を撮像する赤外線 CCDカメラを用いるとよい。これにより、カテーテルシミュレータ 2の周辺において、訓練者等の人が移動して臓器モデル 14に当たつている可視光の光量が変化したとしても、その変化に影響を受けずに、臓器モデル 14を CCDカメラ 28, 29によって確実かつ鮮明に撮像することができる。なお、力テーテルシミュレータ 2に遮光カバーをかけることにより、 CCDカメラ 28, 29に外乱光が入射しないようにする場合には、 LED照明器 32, 33に搭載する LEDは、赤外線し EDであっても可視光を出射する LEDであってもよぐ CCDカメラ 28, 29は赤外線 C CDカメラであってもよいし、可視光を撮像する CCDカメラであってもよい。力テーテルシミュレータ 2の周辺にいる者の移動によって生じる外乱光の影響を受けないからである。

[0041] また、臓器モデル 14は、水槽 6に充填された水によって包囲されているため、臓器モデル 14が水によって包囲されていないときよりも、臓器モデル 14における光の反射が抑制されて、臓器モデル 14を CCDカメラ 28, 29によって確実に撮像することができる。

[0042] 血管モデル 17において、大腿静脈モデル部 17aの端部には、カテーテルを挿入するカテーテル揷入口 34が形成されている。このカテーテル揷入口 34には、一対の口一ター 36a, 36bを有するロータリーエンコーダ (挿入長検出手段） 36が取り付けられている。そして、カテーテルを挿入する際、カテーテルとロータリーエンコーダ 36の口一ター 36a, 36bと力接虫して、ローター 36a, 36b力回転する。これにより、ロータリ一エンコーダ 36は、ローター 36a, 36bの回転角度に応じて信号 (挿入長指示信号）を出力する。ロータリーエンコーダ 36から出力される信号は、カテーテルが挿入された挿入長さに対応している。

[0043] 上述のように、カテーテル検査シミュレーションを行っている際には水槽 6や臓器モデル 14に水を充填する。したがって、ローター 36a, 36bからのカテーテルに対する抵抗感、及び臓器モデル 14内に充填された水力ゝらのカテーテルに対する抵抗感によつて、実際のカテーテル検査にお、てカテーテルを挿入し操作する際に手技者が手に受ける感触を近似的に再現することができる。

[0044] また、臓器モデル 14や LED照明器 32, 33が被さるように人体モデル 37が蓋 31に装着されている。通常の心臓カテーテル検査では開胸しないため、被検者の心臓は直接的に見ることはできない。そのため、人体モデル 37を取り付けることにより実際の心臓カテーテル検査を模擬し、訓練者等がシミュレーション装置の画面等力得られる情報によってカテーテル挿入状況を把握するようにしている。

[0045] 次に、図 6を参照して、カテーテルシミュレータ 2におけるカテーテルの挿入状態に応じて、模擬されたカテーテル検査データを出力するシミュレーション装置 38について説明する。図 6は、シミュレーション装置の機能ブロック図である。

[0046] シミュレーション装置 38は、画像処理部 39、臓器モデル内カテーテル位置判定部（カテーテル位置判定手段の一部) 40、心内心電図データ格納部 (カテーテル検査データ格納部) 41、模擬心内心電図生成部 (模擬データ生成手段) 42、 X線画像データ格納部 (カテーテル検査データ格納部) 43、模擬 X線画像生成部 (模擬データ生成手段) 44、人体画像データ格納部 46、人体モデル画像生成部 47、及び表示部 49を備える。なお、シミュレーション装置 38は、物理的には CPU (中央処理装置）、 RAM、 ROM、キーボード、及びディスプレイ等を備えて構成される。

[0047] 画像処理部 39は、 CCDカメラ 28, 29によって撮像された臓器モデル 14の画像信号を受け、表示部 49で画像を表示できるよう処理すると共に、その処理した信号を臓器モデル内カテーテル位置判定部 40に出力する。

[0048] 臓器モデル内カテーテル位置判定部 40は、ロータリーエンコーダ 36によって出力され、カテーテルの挿入長さを指示する挿入長指示信号を受け、臓器モデル 14内におけるカテーテルの先端部の位置を判定する。なお、大腿静脈モデル部 17a及び上行大静脈モデル部 17bの長さは予め分力つて、るため、カテーテルの先端部の位置が大腿静脈モデル部 17a又は上行大静脈モデル部 17b内にあるの力、心臓モデル 16内まで到達したのかを、臓器モデル内カテーテル位置判定部 40は挿入長指示信号から判定する。また、臓器モデル内カテーテル位置判定部 40は、画像処理部 39 力ら CCDカメラ 28, 29によって撮像された臓器モデル 14の画像信号を受け、カテ一テルの電極位置を判定する。すなわち、 CCDカメラ 28, 29によって撮像された臓器モデル 14の画像から、心臓モデル 16における左心房、左心室、右心房、及び右心室の位置は予め特定できる。そのため、臓器モデル内カテーテル位置判定部 40 は、カテーテルの電極位置を特定し、その電極位置が心臓モデル 16内の左心房、左心室、右心房、及び右心室のうちいずれの内壁に接触しているの力、またその電極の位置を判定する。

[0049] 心内心電図データ格納部 41は、心臓の左心房、左心室、右心房、及び右心室のそれぞれの内壁で検出される心内心電図データを格納している。なお、この心内心電図データは、臨床現場において被検者力検出された心内心電図データであってもよぐモデルィ匕された心内心電図データであってもよい。

[0050] 模擬心内心電図生成部 42は、臓器モデル内カテーテル位置判定部 40によって判定されたカテーテルの電極位置を指示する情報を受け、そのカテーテルの電極位置に対応した心内心電図データを心内心電図データ格納部 41から読み出し、模擬的な心内心電図を生成する。そして、模擬心内心電図生成部 42は、生成した模擬心内心電図を表示部 49に出力する。

[0051] X線画像データ格納部 43は、血管内にカテーテルの先端部が位置したときの X線画像データや、心臓の左心房、左心室、右心房、及び右心室のそれぞれにカテーテルの先端部が位置したときの人体の X線画像データを格納している。なお、この X線画像データは、臨床現場にぉ、て被検者カも検出された X線画像データであってもよく、モデルィ匕された X線画像データであってもよい。

[0052] 模擬 X線画像生成部 44は、臓器モデル内カテーテル位置判定部 40によって判定されたカテーテルの位置を指示する情報を受け、そのカテーテルの位置に対応した X 線画像データを X線画像データ格納部 43から読み出し、模擬的な X線画像を生成する。そして、模擬 X線画像生成部 44は、生成した模擬 X線画像を表示部 49に出力する。

[0053] 人体画像データ格納部 46は、カテーテル検査を行う際の胸部付近の人体画像データを格納している。この人体画像データは、被検者又は一般の人の胸部付近の画像データであってもよぐモデルィ匕された人体画像データであってもよ!/、。

[0054] 人体モデル画像生成部 47は、人体画像データ格納部 46から人体画像データを読み出し、人体モデル画像を生成する。なお、人体画像データ格納部 46に複数の人体画像データを格納させておき、カテーテル検査の訓練における想定に応じて人体画像データを選択して読み出すようにしてもよい。さらに、人体モデル画像生成部 47 は、生成した人体モデル画像を表示部 49に出力する。

[0055] 表示部 49は、模擬心内心電図生成部 42によって出力された模擬心内心電図、模擬 X線画像生成部 44によって出力された模擬 X線画像、人体モデル画像生成部 47〖こよって出力された人体モデル画像、及び画像処理部 39によって出力された臓器モデル 14の画像を受け、これらを画面に表示する。

[0056] 次に、このカテーテル検査シミュレーションシステム 1におけるカテーテル検査シミュレーシヨンシステム 1における動作について、図 7のフローチャートを参照して説明する。

[0057] 訓練者は、水槽 6や臓器モデル 14に純水を充填したうえで、カテーテル 51の先端部 52をカテーテル揷入口 34に差し込み、カテーテルのハンドル操作を行いながら、力テーテル 51を挿入していく。すると、カテーテル 51は、大腿静脈モデル部 17a及び上行大静脈モデル部 17bを通って心臓モデル 16へ到達する。図 8は、カテーテル 5 1の先端部 52が心臓モデル 16まで到達したときの様子を示す図である。カテーテル 51を挿入して続けている間、ロータリーエンコーダ 36のローター 36a, 36bは回転し、ロータリーエンコーダ ₃₆は、ローター _36a, 36bの回転角度に応じた挿入長指示信号を、シミュレーション装置 38の臓器モデル内カテーテル位置判定部 40へ出力する (S101)。また、 CCDカメラ 28, 29は、撮像している臓器モデル 14の画像信号をシミユレーシヨン装置 38の画像処理部へ出力する（S102)。

[0058] 臓器モデル内カテーテル位置判定部 40は、ロータリーエンコーダ 36によって出力された挿入長指示信号、及び画像処理部 39から出力された臓器モデル 14の画像信号を受け、カテーテル 51の位置を判定する（S103)。すなわち、臓器モデル内力テ一テル位置判定部 40は、ロータリーエンコーダ 36によって出力された挿入長指示信号により、カテーテル 51の先端部 52の位置が大腿静脈モデル部 17a又は上行大静脈モデル部 17b内にあるの力、心臓モデル 16内まで到達したの力判定する。そして、臓器モデル内カテーテル位置判定部 40は、カテーテル 51の先端部 52の位置が心臓モデル 16内まで到達したと判定すると、画像処理部 39から出力された臓器モデル 14の画像信号を解析処理し、心臓モデル 16内におけるカテーテル 51の電極 5 3の位置を特定する。臓器モデル内カテーテル位置判定部 40によるカテーテル 51 の位置に関する判定結果は、模擬心内心電図生成部 42、模擬 X線画像生成部 44 に出力され続けている。

[0059] 模擬心内心電図生成部 42は、臓器モデル内カテーテル位置判定部 40によって判定されたカテーテル 51の位置情報を受けている。カテーテル 51の先端部 52の位置が大腿静脈モデル部 17a又は上行大静脈モデル部 17b内にある間は、模擬心内心電図生成部 42は、心内心電図データ格納部 41を参照することもなぐ模擬心内心電図を生成しない。し力しながら、模擬心内心電図生成部 42は、臓器モデル内力テ一テル位置判定部 40によって出力される判定情報によって、カテーテル 51の電極 5 3が心臓モデル 16内に進入したと認識すると、心内心電図データ格納部 41を読み出し（S104)、カテーテル 51の電極 53の位置に対応した模擬心内心電図を生成する（S105)。そして、模擬心内心電図生成部 42は、生成した模擬心内心電図を表示部 49に出力する。 [0060] また、模擬 X線画像生成部 44は、臓器モデル内カテーテル位置判定部 40によって判定されたカテーテル 51の位置情報を受けている。そして、模擬 X線画像生成部 44 は、 X線画像データ格納部 43を参照し、臓器モデル内カテーテル位置判定部 40によって出力されるカテーテル 51の位置情報に対応した X線画像データを読み出し (S 106)、模擬 X線画像を生成する（S107)。そして、模擬 X線画像生成部 44は、生成した模擬 X線画像を表示部 49に出力する。

[0061] 一方、ステップ 102において CCDカメラ 28, 29によって撮像された臓器モデル 14の画像信号は、画像処理部 39によって画像処理され、表示部 49に出力されている。また、人体モデル画像生成部 47は、人体画像データ格納部 46から人体画像データを読み取り（S108)、人体モデル画像データを生成したうえで (S 109)、表示部 49に出力している。

[0062] このように、表示部 49には、模擬心内心電図生成部 42によって出力された模擬心内心電図、模擬 X線画像生成部 44によって出力された模擬 X線画像、人体モデル画像生成部 47によって出力された人体モデル画像、及び画像処理部 39によって出力された臓器モデル 14の画像が入力されている。そして、表示部 49は、これらの模擬心内心電図、模擬 X線画像、人体モデル画像、及び臓器モデル 14の画像を画面に表示する（S 110)。

[0063] これらステップ S101— S110は、訓練者が本カテーテル検査シミュレーションシステム 1を用いて訓練している間、実行されている。したがって、挿入されている力テーテル 51の位置に対応して、表示部 49に表示されている模擬心内心電図の波形、模擬 X線画像、及び臓器モデル 14の画像は変化する。

[0064] 図 9は、表示部 49における画面表示例である。図 9に示すように、表示部 49の画面 5 6には、 4つのウィンドウ画面 57— 60が表示されている。ウィンドウ画面 57には、人体モデル画像生成部 47によって出力された男性成人の人体モデル画像 62が表示されている。ウィンドウ画面 58には、模擬 X線画像生成部 44によって出力された模擬 X線画像が表示されている。この模擬 X線画像には、模擬カテーテル画像 63と模擬胸骨画像 64と模擬肋骨画像 66とが現れている。ウィンドウ画面 59には、画像処理部 39によって出力された臓器モデル 14の画像が表示されている。この臓器モデル 14 の画像には、カテーテル 51が現れている。また、ウィンドウ画面 60には、模擬心内心電図生成部 42によって出力された模擬心内心電図 67が表示されている。

[0065] 以上のようにカテーテル検査シミュレーションシステム 1は構成されているため、表示部 49のウィンドウ画面 60には、挿入されたカテーテル 51の電極 53の位置に対応して模擬心内心電図 67が表示され、ウィンドウ画面 58にはカテーテル 51の位置に対応した模擬 X線画像が表示され、ウィンドウ画面 59には臓器モデル 14の画像が表示される。したがって、訓練者は、心臓カテーテル検査におけるこれらの生体情報の検出状況を臨場感よく学習することができる。

[0066] なお、本実施形態においては、一般的モデルとして作成されたガラス製の臓器モデル 14に代えて、患者個人ごとに対応して作成された個人対応型モデルを用いることができる。以下、この個人対応型モデルの作成方法および作成した個人対応型モデルを用いたカテーテル検査シミュレーションシステム 1について説明する。図 10は、コンピュータシステム（図示せず）により処理され、個人対応型モデルの作成方法を示すフローチャートである。

[0067] まず、医師により患者ごとの診察が行われ、 MRI (核磁気共鳴コンピュータ断層撮影装置： Magnetic Resonance Imaging)により MRI画像が取得される（S201)。取得された MRI画像は当該患者の身体の情報であり、例えば、心臓モデルおよびその心臓モデルへ連通する血管モデルを作成可能にする情報を含むものである。このような

MRI画像がコンピュータシステムに入力され、コンピュータシステムにより取得された MRI画像に基づ!/、て個人対応型モデルのコンピュータモデルが作成される（S202) 。このコンピュータモデルは、 MRI画像のような複数の 2次元画像に基づいて得られた、 3次元的に表現された画像である。なお、このコンピュータモデルを作成する際に、カテーテルを挿入する挿入口を形成したコンピュータモデルを作成することが望ましいが、この挿入口は、後述するように臓器モデルが作成された後に、人の手により加工されることにより形成されても良い。

[0068] 作成されたコンピュータモデルは、 3Dプリンタ（図示せず）に入力される（S203)。この 3Dプリンタは、透明素材である ABS榭脂を原材料とした立体的な模型を作成する機能を有するものであり、 ABS榭脂を重ね塗りすることにより、立体的な模型を作成することができるプリンタである。そして、作成されたコンピュータモデルが入力された 3Dプリンタにより、個人対応型モデルのコンピュータモデルに基づいて、個人対応型モデルの物理モデル（立体的に作成された模型）が作成される（S204)。なお、コンピュータモデルは分割され、複数回に分けて 3Dプリンタに入力され、複数部分の物理モデルが複数個作成されるようにしても良い。この場合は、人の手により物理モデル同士を接着する作業が要される。

[0069] 作成された個人対応型モデルの物理モデル (以下、個人モデルと称す）は、図 1に示される臓器モデル 14と置き換えられることにより、個別の患者に対応したシミュレーシヨンが可能となる。すなわち、患者によって臓器の形状は異なるため、 MRIにより取得された MRI画像に基づヽて個人モデルが作成され、この個人モデルを用いてカテ一テルの検査シミュレーションが実行されるようにする。これにより、個別の患者に対応した生体情報が表示され、より現実に近いシミュレーションが可能となり、医師等の訓練者は、カテーテル検査の訓練にあたって生体情報データの検出状況を臨場感よく学習することができる。

[0070] また、 3Dプリンタにおける原材料を ABS榭脂の代わりに弾力性のある材料が用いられることで、さらに実際の臓器に近い個人モデルの作成が可能となる。また、コンビュータモデルが作成される際に、血管部分が取り除かれたコンピュータモデルが作成され、このコンピュータモデルに基づ、て物理モデルである個人モデルが作成されるようにしてもよい。このように、血管部分が取り除かれている個人モデルをカテーテル検查シミュレーションシステム 1に適用させようとした場合、カテーテル検査シミュレーシヨンシステム 1のオペレータは、個人モデルにおける血管が取り除かれた部分に、人ェ血管または本物に似せた模型の血管を装着して、カテーテル検査のシミュレーションを可能とする。このように、カテーテルが挿入される血管をより本物に似せたものとすることができるため、より実際の臓器に近い個人モデルの作成が可能となり、さらに、より現実に近いシミュレーションが可能となる。

[0071] また、本実施形態における個人モデルは、 3Dプリンタによらずに、人の手により作成されても良い。

[0072] 以上、本発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、臓器モデル 14は心臓モデル 16及び血管モデル 17から構成させ、心臓カテーテル検査を模擬した力脳など他の臓器をモデルとして臓器モデルを作成し、他の臓器のカテーテル検査を模擬してもよい。また、上記実施形態には、 CCDカメラ 28, 29を臓器モデル 14の下側に設置し、下側力も臓器モデル 14を撮像した力これに限らず、 CCDカメラ 28, 29を臓器モデル 14の上側に設置し、上側力も臓器モデル 14を撮像するようにしてもょ、。

Claims

請求の範囲

[1] カテーテルが挿入可能であって、臓器を模擬した臓器モデルと、

前記臓器モデル内に挿入された前記カテーテルの位置を判定するカテーテル位置判定手段と、

前記カテーテル位置判定手段によって判定された前記カテーテルの位置に対応して模擬的に生体情報データを生成する模擬データ生成手段と、

前記生体情報データを表示する表示部と

を備えたことを特徴とするカテーテル検査シミュレーションシステム。

[2] 前記臓器モデルは、心臓モデル及びその心臓モデルへ連通する血管モデルを含むことを特徴とする請求項 1に記載のカテーテル検査シミュレーションシステム。

[3] 前記血管モデルには、前記カテーテルを挿入する挿入口が形成され、

前記カテーテル位置判定手段は、前記挿入口に設けられ前記カテーテルが前記血管モデルカゝら前記心臓モデルへ挿入された挿入長さを検出するための挿入長検出手段を有することを特徴とする請求項 2に記載のカテーテル検査シミュレーションシステム。

[4] 前記臓器モデルは透明な材質で形成されており、

前記カテーテル位置判定手段は、前記臓器モデルを撮像する撮像手段を有し、前記撮像手段によって撮像された前記臓器モデルの画像を処理することによって、前記臓器モデル内に挿入された前記カテーテルの位置を判定することを特徴とする請求項 1一 3のうちいずれか一項に記載のカテーテル検査シミュレーションシステム。

[5] 前記カテーテル位置判定手段は、前記心臓モデル内における前記カテーテルの電極位置を判定し、

前記模擬データ生成手段は、前記カテーテル位置判定手段によって判定された前記カテーテルの電極位置に対応して模擬的に心内心電図データを生成することを特徴とする請求項 2— 4のうちいずれか一項に記載のカテーテル検査シミュレーションシステム。

[6] 前記模擬データ生成手段は、前記カテーテル位置判定手段によって判定された前記カテーテルの位置に対応して模擬的に人体の X線画像データを生成することを特徴とする請求項 1一 4のいずれか一項に記載のカテーテル検査シミュレーションシステム。

[7] 前記臓器モデルは、水が注入された透明な水槽に浸されて、前記臓器モデルには水が充填されていることを特徴とする請求項 4に記載のカテーテル検査シミュレーションシステム。

[8] 前記臓器モデルには、前記臓器モデル内で発生する気泡を取り除くための小孔が形成されていることを特徴とする請求項 7に記載のカテーテル検査シミュレーションシステム。

[9] 前記臓器モデルは、赤外線を出射する照明器によって照射され、

前記撮像手段は、赤外線領域を撮像することを特徴とする請求項 4に記載のカテ一テル検査シミュレーションシステム。

[10] 前記臓器モデルは、診察しょうとする患者の身体の情報に基づいて作成されたものであることを特徴とする請求項 1一 3のうちいずれか一項に記載のカテーテル検査シミュレーシヨンシステム。