2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of virtual patient module from Japan for standardization of simulation-based education in healthcare from Japan
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19H03877
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| Research Institution | Hiroshima International University |
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Principal Investigator |
二宮 伸治 広島国際大学, 保健医療学部, 教授 (60237774)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
黒崎 達也 広島大学, 病院(医), 准教授 (40448270)
コリー 紀代 (伊藤紀代) 北海道大学, 保健科学研究院, 助教 (80431310)
徳嶺 朝子 近畿大学, 生物理工学部, 講師 (90435058)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 仮想患者シミュレータ / 痰吸引トレーニング / 穿刺トレーニング / ECMO / 体外循環技術 / 人工透析 / 人工呼吸器シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究で提案する仮想患者モジュールにおける血行動態制御モデルでは、より実際の臨床に近い血行動態変化をマイコン等に実装可能とするシンプルなアルゴリズムが必要となる。このため、順調に推移する透析患者では、最低血圧を心拍数で除したパラメータがほぼ一定となるという知見に基づき、最低血圧と心拍数の除した値（血管抵抗に１回拍出量を乗じたものであるため以後RSVと称する）を目標値とした制御アルゴリズムについて検討した。その結果、失血時の血圧変化に対して、より生体に近い挙動を示すことが確認された。
また、臓器・感覚器モデルの試作研究として、硬度が低く生体組織に近い特性を有するPUゲルをシリコン薄膜で被覆し、PVAゲルと架橋剤の混和物をコーティングした模擬血管を埋め込むことにより防漏性を持たせた新しい表層血管モデルを開発し、その有用性を検証した結果、モデル下部に圧力センサを埋め込み、さらにウェアラブルトレーニングシステムとすることで、より臨床に近い穿刺トレーニングが可能となった。
さらに医療従事者のカテーテル操作の客観的評価のため、９軸加速度センサによるカテーテルの動作記録システムと、荷重測定デバイスを内蔵した気道モデルを試作し、カテーテル操作の客観的評価に基づくトレーニングが実現できる可能性が示唆された。
本年度は、新たに仮想医療機器モジュールとしての人口呼吸器シミュレータと食道心エコーシミュレータの開発に着手した。その結果、呼吸モデルと血行動態モデルが有機的に連動するソフトウェアが完成し、新型コロナ問題により緊急の課題となっているECMO操作人材の不足を補うための遠隔指導システムへの展開を模索中である。食道心エコーシミュレータについては、処理速度の高いPCを用いることで、実機に近い表示速度を達成できることが確認されたため、手術室シミュレーションシステムの組み込みを検討している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
「仮想患者論理モジュールの設計と試作」については、手術時の生体情報（血圧、心拍数の変化）と操作情報（送血流量・脱血流量・循環血液量変化）を同時収集、記録するシステムの構築と運用が、倫理委員会での倫理審査日程の関係上早急な実現が困難であったため、維持透析時の血圧・心拍数変化より得られた新しいアルゴリズムを構築した簡易心拍数制御モデルを開発した。今後、手術時の生体情報変化データの収集と解析によりモデルの妥当性を検討する。
「仮想患者表層モジュールの設計と試作」については、気道にかかる負荷（直圧力・せん断力）をリアルタイムモニタリングできる気道モデルを試作し、看護師と初学者の操作技術評価への応用が可能であることを確認した。また再現性の高いブラッドアクセスのトレーニングを可能とする、感圧導電素子と防漏血管を内蔵した表層血管モジュールを試作し、穿刺技術の定量評価に適応可能であることを確認した。これらのモジュールを統合した患者シミュレーションを可能とするインターフェースの開発が今後の課題となる。
「仮想医療機器モジュール（タブレット型）の設計と試作」については、呼吸モデルと循環モデルが有機的に連動するシミュレーションソフトウェアが完成した。このモジュールと他の仮想患者モジュールを連動させる手法およびその効果を検討する必要があるが、現在、ECMO操作の遠隔トレーニングを可能とするシステムへの本モジュールの応用を優先させるため、この作業は停止している。
「仮想患者モジュールの心臓手術シミュレーションへの試験的適用」については、今年度の実施はできなかたｔが、要素モジュールの開発は、ほぼ完了したので次年度に実現したい。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度の実績を踏まえ、仮想患者モジュールを用いた患者状態の再現環境の構築と教育適用の試行を実施する。
具体的には、広島大学病院心臓血管外科に設置されている体外循環シミュレータを本研究による仮想患者モジュールに置換し、トラブルシミュレーションなどの危機管理ドリルを実施することにより、有用性や課題について検討する。また、北海道大学の看護課程における人工呼吸管理トレーニングに本システムを応用し、有用性や課題について検討する。さらに、広島国際大学保健医療学部医療技術学科および近畿大学生物理工学部医用工学科における臨床工学技士養成教育に本システムを応用し、有用性や課題について検討する。
このため、前年度に要素技術として試作した、表層モジュール（気道・表層血管モジュール）および仮想医療機器モジュール（人工呼吸器・食道心エコーモジュール）を統合したシステムを構築し、さらに手術時の生体情報変化データの収集と解析によりモデルの妥当性を検討する。
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Research Products
(10 results)
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[Presentation] Hygienic Manipulation Evaluation System During Endotracheal Suctioning Using Bilateral Dorsum Manus Total Travel Distance2019
Author(s)
Colley Noriyo,Komizunai Shunsuke, Ninomiya Shinji, Asaka Tadayoshi, Mani Hiroki, Takizawa Hana, Umesawa Sarina, Taira Yuya, Murata Eri, Nakamura Misuzu, Inoue Sozo, Kanai Satoshi, Konno Atsushi
Organizer
2020 IEEE/SICE International Symposium on System Integration
Int'l Joint Research
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