RO133225B1

RO133225B1 - Simulator universal pentru exersarea tehnicilor şi procedeelor din chirurgia cardiacă prin abord clasic şi minim-invaziv

Info

Publication number: RO133225B1
Application number: ROA201800777A
Authority: RO
Inventors: Iulian Munteanu
Original assignee: Iulian Munteanu
Priority date: 2018-10-05
Filing date: 2018-10-05
Publication date: 2020-08-28
Also published as: EP3861544A1; CN112997232B; WO2020071934A1; US11817009B2; CN112997232A; JP7360469B2; RO133225A0; JP2022508766A; US20210350724A1; RO133225A3; EP3861544A4

Description

Invenția se referă la un simulator universal pentru exersarea tehnicilor și procedeelor din chirurgia cardiacă prin abord clasic și minim-invaziv.

Sunt cunoscute diferite simulatoare pentru chirurgia cardiacă, de la cele mai simple la cele mai complexe, și anume:

Cu cele simple (de birou) se pot simula doar procedee de bază, neintegrate și care oferă un nivel scăzut de realism.

Cu simulatoarele virtuale se pot simula și procedee mai complexe, ce pot fi integrate într-un context operator mai amplu, dar care oferă tot un nivel scăzut de realism, fiind infexibile și scumpe.

Simulatoarele complexe, bazate pe o combinație de țesut biologic și diferite elemente, oferă un nivel crescut de realism și de integrare a actului medical. Aceste simulatoare oferă posibilitatea executării de manevre complexe.

Simulatorul descris în brevetul US 7798815 este bazat pe țesut porcin, o cavitate toracică rudimentară și cel puțin 2 baloane poziționate intraventricular, controlate de un sistem computerizat, ce sunt umflate și dezumflate ritmic, făcând inima să se miște similar cu un cord uman. Dezavantajele acestui sistem sunt legate de posibilitatea simulării doar a abordului chirurgical clasic (prin sternotomie mediană), eliminând din sfera opțiunilor de simulare toate abordurile minim-invazive (mini sternotomie, minitoracotomie dreapta sau stânga), care reprezintă noutăți în evoluția chirurgiei cardiace.

Alt dezavantaj este reprezentat de imposibilitatea efectuării de simulări la nivelul valvelor tricuspidă și mitrală datorită faptului că prin acestea sunt introduse baloanele ce se umflă și se dezumflă pentru a crea mișcarea inimii. Totodată, în cadrul unor intervenții ce implică pereții cordului și vizualizarea interiorului ventriculilor, nivelul de realism al simulării este mai scăzut datorită vizualizării de către chirurg a baloanelor mai sus menționate.

Un alt dezavantaj al simulatorului este reprezentat de faptul că, datorită manierei de preparare a țesutului porcin, nu permite decât intervenții pe cord, fără a oferi chirurgilor oportunitatea de a simula și procedee din sfera chirurgiei toracice (pneumectomii, rezecții atipice). Tot datorită manierei de preparare a țesutului porcin nu se poate simula nici transplantul cardiac.

Se mai cunoaște un aparat pentru exersarea tehnicilor chirurgicale (WO 2017/176857 A1) care folosește țesut porcin care include un torace cu un cord și plămâni, la care este cuplat un dispozitiv de perfuzare a sângelui, o pompă, un actuator ca parte a unui mecanism de ridicare care poate fi un piston, niște baloane plasate în ventricule creând impresia bătăilor cardiace, și tubulatură de simulare a circulației sanguine pentru un lichid conținut într-un rezervor, realizând circulația lichidului în vasele arteriale și venoase.

Dezavantajul acestui simulator constă în faptul că acesta nu permite realizarea intervențiilor minim invazive și nici a celor prin abord clasic ca urmare a construcției toracelui.

Se mai cunoaște un ansamblu pentru simularea chirurgiei cardiace și a altor proceduri de intervenție pe cord (WO 2018/087733 A1), care cuprinde o inimă pasivă având cel puțin o pereche de camere cardiace, un rezervor pentru fluidul de lucru, un generator de presiune pentru a pompa fluidul de lucru la inimă și un dispozitiv de reglare a presiunii.

Dezavantajul acestui ansamblu constă în imposibilitatea de efectuare a simulărilor la nivelul aortei ascendente, a transplantului cardiac și orice abord minim invaziv, deoarece invenția nu include și un torace.

Scopul invenției este de a crește numărul de procedee efectuate pe același simulator, gradul de realism al simulărilor efectuate și scăderea timpului de preparare a țesutului porcin, făcând, prin acest lucru, simulările mai accesibile și mai ușor de pus în practică.

RO 133225 Β1

Obiectul invenției este de a realiza un simulator de chirurgie cardiotoracică care să 1 permită realizarea procedeelor și tehnicilor de chirurgie cardiacă clasică și minim invazivă folosite în acest moment, oferind, în același timp, un grad mai crescut de realism față de soluțiile 3 actuale.

Simulatorul pentru exersarea tehnicilor din chirurgia cardiacă prin abord clasic și 5 minim-invaziv conform invenției, care cuprinde țesut porcin amplasat într-un torace sintetic, având ca element central un cord porcin, doi plămâni, o aortă ascendentă, o aortă descendentă 7 și o trahee, țesutul porcin fiind conectat la un sistem de pompare format dintr-un actuator, un cilindru cu piston cu rol de pompă, conectat printr-o tubulatură la ventriculul stâng și drept al 9 cordului, care introduce și scoate lichid din cordul porcin, creând impresia bătăii cardiace, respectiv o pompă cu presiune reglabilă care introduce lichid prin intermediul unei tubulaturi în 11 aorta ascendentă, menținând o presiune constantă la nivelul acesteia și creând impresia unui flux sanguin, un rezervor de lichid fiind conectat la pompele care vehiculează lichid în cordul 13 porcin și la aorta ascendentă, rezolvă problema tehnică propusă și înlătură dezavantajele menționate prin aceea că toracele sintetic este format dintr-un schelet acoperit cu un strat de 15 material elastic care prezintă o serie de incizii tipice folosite în chirurgia cardiacă și toracică, articulații mobile la nivel costo-vertebral și articulații mobile la nivel costo-sternal, un stern, tăiat 17 median și transversal la nivelul celui de-al treilea spațiu intercostal sau al altor spații intercostale, o capcană de aer fiind montată între pompa și cordul porcin, și două supape 19 unidirecționale pentru lichid și pentru aer fiind montate în serie în partea superioară a capcanei de aer. 21

Prin aplicarea invenției se obțin următoarele avantaje:

- permite simularea procedeelor de chirurgie cardiacă prin abord clasic și minim invaziv, 23 ce se efectuează la nivelul cordului și a aortei ascendente;

- permite simularea procedeelor de chirurgie cardiacă la nivelul valvelor tricuspidă și 25 mitrală;

- permite efectuarea unor intervenții din sfera chirurgiei toracice;27

- permite o preparare mai facilă a țesutului porcin, ceea ce implică costuri mai scăzute de implementare a unei simulări;29

- permite introducerea unui depărtător chirurgical și depărtarea sternului sau a coastelor și revenirea acestora la normal după scoaterea depărtătorului (la fel ca în realitate).31

Se dă, în continuare, un exemplu de realizare a invenției în legătură cu fig. 1...5, care reprezintă:33

- fig. 1, torace sintetic format din schelet cu articulații mobile costo-sterale și costo-vertebrale, acoperit de un strat de latex;35

- fig. 2, articulațiile mobile sternocostale și sternul cu incizia mediană și incizia transversală;37

- fig. 3, o articulație costo-vertebrală mobilă, coastele și sternul retractat și neretractat;

- fig. 4, simulatorul în ansamblu format din torace sintetic, țesut porcin și sistemul de 39 pompare;

- fig. 5, țesutul porcin format din cord, plămâni, aorta ascendentă, aorta descendentă și 41 trahee.

Exemplu 43

Simulatorul, conform invenției, se compune dintr-un torace sintetic 1 similar anatomic cu toracele uman, format dintr-un schelet acoperit cu un strat de material elastic (latex) care 45 prezintă o serie de incizii 6 tipice folosite în chirurgia cardiacă și toracică și cu articulații mobile la nivel costo-vertebral 2 și articulații mobile la nivel costo-sternal 3, care permit retractarea atât 47 a sternului, cât și a coastelor, așa cum se face în realitate în cadrul unei intervenții chirurgicale

RO 133225 Β1 cardiace, câte un orficiu de scurgere în cea mai joasă zonă a fiecărui hemitorace (unde se adună lichidul scurs), un stern, tăiat median 4 și transversal 5 la nivelul celui de-al treilea spațiu intercostal, țesut porcin, special preparat, compus din cord 7, doi plămâni 21, aorta ascendentă 17, aorta descendentă 22 și trahee 23, și un sistem de pompare format dintr-un actuator 10, un cilindru cu piston 8 cu rol de pompă, conectat prin tubulatura 11 la ventriculul stâng al cordului și la ventriculul drept al cordului, care introduce și scoate lichid din cord 7, creând impresia bătăii cardiace, o pompă 9 cu presiune reglabilă, care introduce lichid prin intermediul unei tubulaturi 18 în aorta ascendentă 17, menținând o presiune constantă la nivelul acesteia și creând impresia unui flux sanguin, o capcană de aer 13 montată între pompa 8 și cord 7, și două supape unidirecționale 19 pentru lichid și 20 pentru aer, montate în serie în partea superioară a capcanei 13 și un rezervor de lichid 14 conectat la pompele 8, 9 care vehiculează lichid în cordul porcin 7 și la aorta ascendentă 17.

Simulatorul astfel conceput este un simulator universal și se utilizează pentru exersarea tehnicilor și procedeelor din chirurgia cardiacă prin abord clasic sau minim-invaziv.

Simularea abordurilor chirurgicale clasice și minim invazive este obținută prin intermediul toracelui sintetic 1, care prezintă următoarele incizii: anterolateral drept la nivelul spațiului intercostal doi, antero-lateral drept la nivelul spațiului intercostal trei, anterolateral drept la nivelul spațiului intercostal patru, anterolateral stâng la nivelul spațiului intercostal trei, anterolateral stâng la nivelul spațiului intercostal patru. Pot exista și alte incizii la alte niveluri. De asemenea, sternul este secționat longitudinal pe linia sa mediană și transversal, la nivelul spațiului intercostal trei. Pot exista secțiuni transversale și la nivelul altor spații intercostale. Elementele de îmbinare (corespondentul articulațiilor umane) sunt mobile, atât la nivelul îmbinării coastelor cu sternul 3, cât și la nivelul îmbinării coastelor cu vertebrele 2. Această mobilitate permite introducerea unui depărtător chirurgical și depărtarea coastelor sau a sternului, și revenirea acestora la normal după scoaterea depărtătorului (la fel ca în realitate).

Simularea bătăilor inimii, pentru a se putea exersa procedee de canulare și procedeele de bypass coronairan ON-PUMP, este obținută prin umplerea și golirea cordului 7 cu lichid. Acest efect se obține prin folosirea unui cilindru cu piston 8 cu rol de pompă, conectat prin tubulatura 11 la ventriculul stâng al cordului (tubulatura intră în cord pe la nivelul unei vene pulmonare și ajunge la nivelul valvei mitrale) și la ventriculul drept al cordului (tubulatura intră în inimă pe la nivelul arterei pulmonare, trece de valva pulmonară și intră în ventriculul drept). Se pot conecta și mai multe tuburi la fiecare dintre cei doi ventriculi și prin intermediul altor căi de intrare. Cilindrul poate fi acționat prin diferite metode (pneumatic, electric, hidraulic, etc.) de către un actuator 10. Mișcarea sa se reglează în funcție de lungimea cursei (și, în consecință, volumul pompat) și de viteza de pompare (ce poate fi reglată atât la nivelul de ciclu, cât și la nivel de etapă (reglarea individuală a vitezei de umplere și reglarea individuală a vitezei de golire). Reglarea acestor parametri permite simularea bătăilor inimii umane în diferite condiții de viteză și de umplere.

Cilindrul cu piston 8 este conectat la un rezervor 14 din care se alimentează cu apă. între cilindru și cordul porcin 7 există o capcană de aer 13 sub forma unui vas plin cu apă, care prezintă, în partea sa superioară, o supapă de sens de apă 19 (care nu permite ieșirea apei) și, deasupra ei, una de aer 20 (care nu permite intrarea aerului). Când intră aer în sistem (fie la nivelul cordului, în timpul simulărilor, fie la îmbinări, fie în alte părți) acesta este aspirat de cilindru și ajunge la nivelul capcanei de aer unde este blocat. Capcana de aer este conectată și ea la pompa cu presiune reglabilă 9 și poate fi umplută periodic, fără oprirea funcționării sistemului.

RO 133225 Β1

Pentru a permite simularea intervențiilor chirurgicale la nivelul valvelor tricuspidă și 1 mitrală, tuburile 11 care intră în ventriculul stâng și drept sunt de mici dimensiuni și construite dintr-un material foarte moale și flexibil care permite îndepărtarea lor foarte ușoară din câmpul 3 chirurgical.

Pentru a se putea exersa procedee de canulare, realizarea unei presiuni similare cu cea 5 fiziologică la nivelul aortei ascendente 17 este obținută prin intermediul unei pompe 9 cu presiune reglabilă între 0 și 180 mmHg conectată la un rezervor cu lichid 14 și la aorta 7 ascendentă 17 prin intermediul unui tub 18 conectat la unul dintre vasele supraaortice. Prin intermediul unui alt tub 15, aorta este conectată la același rezervor cu lichid 14 la care este 9 conectată și pompa. Lichidul pompat în aorta 17 este eliminat prin tubul 15 conectat la rezervorul de alimentare, lichidul fiind în felul acesta recirculat. La nivelul acestui circuit există 11 un indicator de presiune 16 care arată presiunea la nivelul circuitului și, implicit, al aortei 17.

Pentru simularea anumitor intervenții din sfera chirurgiei toracice, este necesară 13 păstrarea elementelor anatomice, prin păstrarea aproape intactă a plămânilor 21. Folosirea plămânilor 21 și a traheii 23 creează un grad de realism suplimentar și permite exersarea de 15 proceduri chirurgicale la nivelul plămânilor. De asemenea, păstrarea aproape intactă a materialului biologic scade timpii și resursele necesare pregătirii materialului biologic. 17

Claims

Revendicări

1. Simulator pentru exersarea tehnicilor din chirurgia cardiacă prin abord clasic și minim-invaziv, care cuprinde țesut porcin amplasatîntr-un torace sintetic (1), având ca element central un cord porcin (7), doi plămâni (21), o aortă ascendentă (17), o aortă descendentă (22) și o trahee (23), țesutul porcin fiind conectat la un sistem de pompare format dintr-un actuator (10), un cilindru cu piston (8) cu rol de pompă, conectat printr-o tubulatură (11) la ventriculul stâng și drept al cordului, care introduce și scoate lichid din cordul porcin (7), creând impresia bătăii cardiace, respectiv o pompă (9) cu presiune reglabilă care introduce lichid prin intermediul unei tubulaturi (18) în aorta ascendentă (17), menținând o presiune constantă la nivelul acesteia și creând impresia unui flux sanguin, un rezervor de lichid (14) fiind conectat la pompele (8, 9) care vehiculează lichid în cordul porcin (7) și la aorta ascendentă (17), caracterizat prin aceea că toracele sintetic (1) este format dintr-un schelet acoperit cu un strat de material elastic care prezintă o serie de incizii (6) tipice folosite în chirurgia cardiacă și toracică, articulații mobile (2) la nivel costo-vertebral, și articulații mobile (3) la nivel costo-sternal, un stern, tăiat median (4) și transversal (5) la nivelul celui de-al treilea spațiu intercostal sau al altor spații intercostale, o capcană de aer (13) fiind montată între pompă (8) și cordul porcin (7), și două supape unidirecționale pentru lichid (19) și pentru aer (20) fiind montate în serie în partea superioară a capcanei de aer (13).
2. Simulator conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că simularea mișcării cordului (7) se realizează prin intermediul cilindrului cu piston (8) cu rol de pompă, ale cărui viteză de pompare și lungime a cursei sunt reglabile pentru a vehicula lichid în interiorul cordului (7), permițând simularea bătăilor inimii umane în diferite condiții de viteză și de umplere, realizând astfel simularea procedeelor chirurgicale inclusiv la nivelul valvelor mitrală și tricuspidă.
3. Simulator conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că articulațiile mobile (2) de la nivelul costo-vertebral și articulațiile mobile (3) la nivel costo-sternal permit simularea abordurilor atât clasice, cât și minim-invazive din chirurgia cardiacă.
4. Simulator conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că stratul de material elastic care simulează pielea și țesutul subcutanat uman prezintă diferite incizii (6) ce se folosesc pentru abordul chirurgical, permițând, în acest fel, simularea majorității procedeelor din chirurgia cardiacă.
5. Simulator conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că presiunea la nivelul aortei ascendente (17) este constantă, similară cu cea fiziologică și reglabilă între 0 și 180 mmHg.
6. Simulator conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că presiunea la nivelul aortei ascendente (17) se obține prin crearea unui circuit conectat la vasele supraaortice în care lichidul pompat prin tubulatură (18) de pompă (9) la nivelul aortei ascendente (17) se întoarce în rezervorul de lichid (14) al pompei prin intermediul unei tubulaturi (15).