SE525157C2 - Simuleringssystem för invasiv kirurgi - Google Patents

Description

25 30 35 Simulationer borde betraktas som en nödvändig del i varje modernt utbildningsprogram som adresserar utvecklingen av tekniska kunskaper. De kan användas för att säkerställa effektivt lärande och inlärning för att tillhandahålla giltiga och tillförlitliga medel för utvärdering av de kunskaper av färdigheterna hos eleverna för att erhålla information om specifika svagheter som kräver förbättringar och för att skapa individuella profiler av teknisk förmåga hos eleverna. För att uppnå önskade resultat bör specifika kursplaner utvecklas på principer för vuxenutbildning, experimentell inlärning och effektiv återkoppling. Sådana simulationer kan också användas i program för kontinuerlig professionell utbildning och certifiering.

Den initiala investeringen av resurser som behövs för utvecklingen och förvärvande av simulationer och för skapandet av träningsprogram vilka innehåller dem effektivt i utbildningsmodeller neutraliseras snabbt av de otaliga fördelarna resulterande från snabbare procedurutförande i operationssalen, förbättringen av patientsäkerhet och minskande av fakultetstid behövd för att lära elever olika tekniska förmågor.

Sådana simulationer kan också användas för att utvärdera effektiviteten av utbildningsinsatser och till och med för att välja ut individer till träning. Sålunda har simulationerna potentialen att utgöra en betydande inverkan på program för kirurgisk och medicinsk utbildning i framtiden.

Som ett resultat av den snabba utvecklingen inom datorteknik, har simulationer, speciellt för ändamålet kirurgisk och medicinsk utbildning, förbättrats avsevärt.

Däremot tillåter inte de kända anordningarna och metoderna en fullskalig simulation av olika använda instrument och metoder.

Känd teknik verken föreslår eller ger ledtrådar avseende simulering av olika instrument i enlighet med föreliggande uppfinning.

Sammanfattning av uppfinningen Huvudändamålet med föreliggande uppfinningen enligt den föredragna utföringsformen är att tillhandahålla ett nytt och effektivt system för realtids simulering av självexpanderande instrument företrädesvis i kardiovaskulär eller endovaskulära diagnostik eller invasiva procedurer. 10 15 20 25 30 35 Således är ett ingreppssimuleringssystem tillhandahållen innefattande en styrenhet och en interfaceenhet, vilken styrenhet är anordnad att kommunicera med interfaceenheten för att simulera hanteringen av åtminstone ett instrument mottaget av nämnda interfaceenhet. Instrumentet är ett självexpanderande verktyg infört i ett simulerat kärl och simulerat med hänsyn till ett satt värde representerande en styvhet av nämnda kärl, en diameter för det självexpanderande instrumentet vid viloläge, en initial inre diameter av kärlet och en fjädringskonstant för nämnda verktyg. I ett föredraget utförande är nämnda instrument en stent. I ett andra föredraget utförande är nämnda instrument en distalskyddsanordning.

Företrädesvis innefattar i nämnda distalskyddsanordning en huvudsakligen dubbelkon kopplad vid två ändar till en vajer och täckt med ett hölje. En distaldel av en av konerna är ett nät för simulering av uppfångande av partiklar som kan frigöras under en ingreppssimulering.

Kort beskrivning av figurer I det följande kommer uppfinningarna att beskrivas på ett icke begränsande sätt med referenser till den bästa utföringsformen av uppfinningen tillsammans med bifogade figurer, i vilka: Fig. 1 visar schematiskt ett blockdiagram enligt en utföringsform av uppfinningen, Fig. 2 visar schematiskt en gränssnittsanordning, Fig. 3 visar schematiskt ett simulerat instrument, Fig. 4-6 visar fluorskopiska bilder illustrerande sekvenser vid användning av ballong och stent, Fig. 7-10 visar fluorskopiska bilder illustrerande sekvenser vid användning av en kateter, och Fig. 11-13 visar fluorskopiska bilder illustrerande sekvenser vid användning av ett distalskydd.

Detaljerad beskrivning av utföríngsformerna Ett utföringsexempel av en simulatorapparat enligt uppfinningen visas schematiskt i Fig. 1. Apparaten 100 innefattar en datorenhet 110 och en interfaceanordning 120.

Datorenheten 110 kan vara en vanlig PC eller liknande, eller en enhet integrerad med interfaceanordningen 120. Datorenheten enligt denna utförande kommunicerar med en displayenhet 111, en inenhet 112 såsom ett tangentbord och en mus, och 10 15 20 25 30 35 :I o. i' mi 4- ß 4 f f? . iwfi non: 0 I 0 0 :acc 00 0 o Q I 0 0 0 in 0 0 0000 g I 0 0 :las 0 0 ett kommunikationsinterface (ej visad).

Interfaceanordningen 120, beskriven i en parallell ansökan, med namnet ”ETT INVASIV KIRURGI SIMULERINGSKONTROLLSYSTEM" av samma sökande och införlivad häri genom hänvisning är anordnad för att mottaga ett antal instrument 121-123. Kontrollsystemet beskrivet i en parallell ansökan med namnet ”ETT INVASIV KIRURGI SIMULERINGSKONTROLLSYSTEM" av samma sökande och införlivad häri genom hänvisning är anordnat för att simulera invasiva procedurer.

Emellertid är uppfinningen inte begränsad till ett system innefattande ovan nämnda styrsystem och interfaceanordning. Uppfinningens läror kan användas i vilket system som kan simulera självexpanderande instrument.

En 3D-geometri kan konstrueras på olika sätt: ~ De kan modelleras i en 3D-modelleringsprogramvara, d.v.s. från nolläge genom att använda anatomiböcker, videosekvenser, etc. som endast referenser.

- De kan rekonstrueras från riktiga patientdata, t.ex. erhållen genom skanning 130 med CT, MRI, ultraljud, fluoroskop etc.

En interfaceanordning 200, som visas schematiskt i Fig. 2 som en föredragen utföringsform, är anordnad att mottaga ett antal instrumentattrapper företrädesvis två instrumentattrapper. Anordningen innefattar ett antal rörliga vagnar 216A-216C motsvarande antalet instrumentattrapper, ett gemensamt spår 220, ett sammankopplande organ 226 anordnat som ett teleskopiskt rör. Det sammankopplande organet 226 kopplar samman vagnarna 216A-216C seriellt.

Varje vagn är försedd med en öppning som möjliggör mottagning av instrumentattrapperna. Varje vagn 216A-216C innefattar dessutom organ för mottagande och låsning av åtminstone en av instrumentattrapperna och organ för mottagande av en rörelse från instrumentattrappen och generering av en återkopplad kraft till instrumentattrappen med hänsyn till en simuleringsegenskap.

Företrädesvis innefattar varje vagn en detekteringsanordning för detektering av nämnda instrumentattrappens typ som införes nämnda sammankopplandeorgan.

Interfaceanordningen är ansluten till en styrenhet (PC) för att mäta rörelsen av varje vagn och reglera rörelsen medelst en hastighetsregulator och en distansregulator. Varje vagn är ansluten till en kuggbälteskoppling för att driva längs spåret 220. Varje vagn är försedd med ett glidstycke, som är anordnad på ett 10 15 20 25 30; 35 g on 0000 I E Ö i- 4 f' :..0 :..o: : ".: Q g-'z .zl- : å I. :. s . o 0:3; :2 22"... 1; :'I 2. 22 sJ L. J i .J 1 2" g : n: I 'I g °,,' u u oo I I . vridhjul. Glidstycket är försett med en pressyta, som är pressad mot en hylsa som greppad instrumentvajern. Dessutom är varje vagn försedd med en utgång, som är försedd med en detektor som detekterar närvaron av ett instrument i vagnen.

Detektorn är anordnad att detektera tjockleken av varje instrument. Den optiska sensorn detekterar närvaron av ett instrument i vagnen. Styrenheten mäter längsgående rörelse och en rotationsrörelse av instrumentet och ger en återkopplad kraft (force feedback) i den längsgående riktningen och rotationsriktningen, av instrumentet i enlighet med den mottagna kraften och vridmomentet. Ett låsorgan är anordnat att klämma ett instrument som är anslutet till en mittenvägg.

Låsorganet innefattar ett momenthjul som är anordnat i mittenväggen. Glidstycket är anordnat i insidan av momenthjulet, vilket glidstycke förflyttar i längdriktningen.

Glidstycket är fixerat i rotationsriktningen.

Systemet simulerar det sätt olika typer av det självexpanderande instruments uppförande. Det självexpanderande instrumentet består av själva instrumentet och ett skyddande hölje (rör). Allteftersom höljet drages tillbaka expanderar själva instrumentet till dess "naturliga" form. I vissa fall är det även möjligt att skjuta tillbaka höljet för att täcka instrumentet igen.

Exempel 1: Självexpanderande stent. Stentet pressas på toppen av ett ihåligt rör, som löper på toppen av en vajer och är täckt med ett hölje. Stentet är inte ansluten till det undre röret. När det skyddande höljet drages tillbaka öppnas stentet gradvis och antagar en fördefinierad diameter (i ett kärl är denna diameter maximal, och kommer att vara mindre om kärlets väggar pressar samman stentet).

När höljet är helt tillbaka dragen, kommer stentet att helt koppas från höljet och röret och pressas mot kärlets väggar. Nu finns det ingen möjlighet att dra tillbaka själva stentet.

Exempel 2: Distalskyddsanordning (DPD). En DPD 30 som visas i Fig. 3 är en "dubbe|kon" 31 och 32 kopplade att två ändar till en vajer 33, och täckt med hölje ( ej visat). Den distaldelen av konen är ett fint nät 31 som är avsett att fånga partiklar som kan lösgöras under ett ingrepp. Den proximala delen av "konen" är helt öppen. När höljet är tillbaka dragen antagar konen dess ”naturliga” from - bredast i mitten. Eftersom den är ansluten till drag vajern kan höljet skjutas tillbaka igen och täcka "konen". 10 15 20 25 30 35 .g oo oo f» z f? nu; øco.: : '°,: :..o n. o z 0 .U E I 'J å--gä -: :O 'za §:.š. . :C03 . :una .sig g o n o I I det följande kommer uppfinningen att beskrivas med hänsyn till ett antal icke- begränsande exempel: Figurerna 4-6 illustrerar sekvenser av ett självexpanderande instrument, i detta exempel ett självexpanderande stent. I fallet med självexpanderande stent är de täckta med ett hölje, vilket sedan kan dras tillbaka och stentet expanderar till en förutbestämd storlek (men när den träffar kärlets väggar blir dess slutliga storlek beroende av kärlets styvhet och själva stentets egenskaper). Stentets egenskaper, både visuella, det sätt den expanderar och de inverkningar den har på kärlet simuleras. Kärlet kan även utvidgas senare med en ”vanlig” ballong. I Fig. 4 befinner sig ett självexpanderande stent på plats i ett kärl men inte utvecklad, i Fig. 5 är höljet som täcker stentet delvis tillbaka draget och i Fig. 6 är höljet helt draget tillbaka och stentet utvecklat (inte kopplad till instrumentet). Simulatorprogrammet har ett antal initiala värden: en viloläges expansionsdiameter för det självexpanderande instrumentets expansionsdiameter, kärlets initiala inre diameter (vid den simulerade delen), fjäderkonstant för det självexpanderande instrumentet och en kärlstyvhet. Dessa parametrar bestämmer hur simulatorn sätter gränser för expansion av instrumentet och (simulerad del) av kärlet. Om höljet används, måste även diametern lnitieras.

En ballong och ett stent kan även användas på samma sätt; ballongen (även för stensten) samverkar med kärlet, vilket expanderar. Blodflödet ändras och kontrastämnet om det injiceras. Stentet simuleras på så sätt att det är synligt och stannar på plats när ballongen tömmes. Det är även möjligt att gå in med en större ballong och tömma den igen. Detta kommer att påverka både stentet och kärlet, såkallad efterutvidgning. Det är även möjligt att först tömma ballongen, innan ett stent används, såkallad för-utvidgning. Simuleringen uppnås genom att använda force feedback, varvid en tät lesion avkännes när man går genom med en "stor" baflong.

Proceduren illustrerad i Fig. 7-10 genomföres på så sätt att först en styrkateter och en styrvajer avanceras för att nå antingen det högra eller vänstra kransartär trädet.

Sedan injiceras kontrastmedel genom kateten för att lokalisera lesion/stenos. Vyn kan ändras för att erhålla en perfekt visualisering av lesion. Bilder kan också exporteras för att användas i ett separatprogram för QCA (Qualitative C Assessment) för längd och bredd mätning. Sedan kan användaren bestämma vilka ballong/stent storlekar han/hon vill använda. (Typiskt lagras några filmslingor innan och efter ballong utvidgning/stentnlng). En tunn ledvajer (kronarvajer) avanceras 10 15 2G 25 30 först genom kateten och i kärlträdet. Spetsen på vajern kan formas i en vinkel (kan bestämmas av användaren) och sedan styrs vajern genom kärlträdet genom rotation av vajern och dragning/skjutning för att hitta den rätta vägen förbi Iesionen. Sedan avanceras ballongen/stentet till vajerns spets och positioneras på rätt plats medelst radioopaka markörer. Kontrastmedel kan injiceras för att se att den är positionerad i rätt plats. Slutligen blåses ballongen/stensten upp, hålles för en stund och sedan tömmes. Alla steg simuleras och kan utföras som i verkligheten.

En distalskyddsanordning stoppar blodproppen att förflytta sig vidare och blockera mycket små kärl (som kan vara ödesdiger i hjärnan). En "filterkorg" kan då kopplas till en vajer och först täckes med ett hölje. Vajern och höljet positioneras efter lesion och sedan drages höljet tillbaka, vilket lämnar korgen son ett skydd för när lesion utvidgas. Efteråt avanceras ett återställningshölje för att stänga korgen och de två drages tillbaka tillsammans. Distalskyddsanordningens uppförande simuleras innefattande hur en kan hantera den och de synliga egenskaperna. Andra typer av skyddsanordningar är också möjliga att simulera, t.ex. ballonger som blockerar flödet under utvidgningen. Sekvenserna illustreras i Fig. 11-13, som visar: Fig. 11A distalskyddsanordningen är på plats i ett kärl, höljet som täcker filtret är tillbaka dragen; Fig. 12: höljet drages tillbaka, markörer vid ”basen” av filtret startar att "expandera"; Fig. 13: höljet drages tillbaka ännu mer.

Notera att själva filtret är i detta fall inte synligt på fluoroskop bild. Endast markörpunkter är. Ovan sekvenser kan reverseras eftersom filtret kvarstår kopplat till vajern.

Uppfinningen är inte begränsad till de visade utföringsexemplen, utan kan varieras på olika sätt utan att avlägsnas från de bifogade kravens skyddsomfång, och anordningen och metoden kan implementeras på olika sätt beroende av applikation, funktionella enheter, behov, krav och så vidare.

Claims (1)

1. .men 10 15 20 f: t; l xJ I C ”l f. ,, _) ”l 8 KfHV _ Ett simuleringssystem för simulering av en invasiv operation, innefattande en styrenhet och en interfaceenhet, vilken styrenhet är anordnad att kommunicera med interfaceenheten för att simulera hanteringen av åtminstone ett instrument mottaget av nämnda interfaceenhet, kännetecknat därav, att nämnda instrument är ett självexpanderande verktyg infört i ett simulerat kärl och simulerat med hänsyn till ett satt värde representerande en styvhet av nämnda kärl, en diameter för det självexpanderande instrumentet vid viloläge, en initial inre diameter av kärlet och en fjädringskonstant för nämnda verktyg. . System enligt krav 1, vari nämnda instrument är ett stent. . System enligt krav 1, vari nämnda instrument är en distalskyddsanordning. . System enligt krav 3, vari nämnda distalskyddsanordning (30) innefattar en huvudsakligen dubbelkon (31, 32) kopplad vid två ändar till en vajer (33) och täckt med ett hölje. . System enligt krav 4 vari en distaldel av en av konerna är ett nät (31) för simulering av uppfångande av partiklar som kan frigöras under en ingreppssimulering.