WO2014077732A1 - Гибридный медицинский тренажер лапароскопии - Google Patents

Гибридный медицинский тренажер лапароскопии Download PDF

Info

Publication number
WO2014077732A1
WO2014077732A1 PCT/RU2013/000419 RU2013000419W WO2014077732A1 WO 2014077732 A1 WO2014077732 A1 WO 2014077732A1 RU 2013000419 W RU2013000419 W RU 2013000419W WO 2014077732 A1 WO2014077732 A1 WO 2014077732A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
simulator
trocar
laparoscopic
simulators
virtual
Prior art date
Application number
PCT/RU2013/000419
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ленар Наилевич ВАЛЕЕВ
Рамиль Хатямович ЗАЙНУЛЛИН
Владимир Александрович АНДРЯШИН
Александр Алексеевич ЛИТВИНОВ
Рамиль Талгатович ГАЙНУТДИНОВ
Иван Александрович АНДРЯШИН
Николай Алексеевич ЛИТВИНОВ
Адель Равильевич ВАЛЕЕВ
Игорь Валерьевич КЛЮЧАРОВ
Михаил Евгеньевич ТИМОФЕЕВ
Игорь Владимирович ЦВЕТОВ
Александр Викторович ЛУШАНИН
Данияр Джурабоевич ХАЙИТОВ
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Эйдос-Медицина"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Эйдос-Медицина" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Эйдос-Медицина"
Priority to US14/442,538 priority Critical patent/US20160098943A1/en
Priority to EA201590789A priority patent/EA027466B1/ru
Priority to JP2015541738A priority patent/JP2016500157A/ja
Priority to EP13855297.1A priority patent/EP2922048A4/en
Publication of WO2014077732A1 publication Critical patent/WO2014077732A1/ru

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B23/00—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
    • G09B23/28—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for medicine
    • G09B23/30—Anatomical models
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B23/00—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
    • G09B23/28—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for medicine
    • G09B23/285—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for medicine for injections, endoscopy, bronchoscopy, sigmoidscopy, insertion of contraceptive devices or enemas
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/313—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor for introducing through surgical openings, e.g. laparoscopes

Definitions

  • the invention relates to manuals for training in medicine, in particular, it is used in the field of training and training of joint work of specialists of the operating team, conducting endosurgical operations.
  • a well-known medical simulator LapSim manufactured Surgical Science, Gothenburg, Sweden
  • LapSim manufactured Surgical Science, Gothenburg, Sweden
  • computers three trocar simulators connected to a computer
  • three laparoscopic simulators connected to trocar simulators
  • a visualization system connected to a computer
  • coagulator pedals connected to a computer.
  • the simulator described above does not provide real actions and the real position of the surgical team relative to the patient robot and the surgical field; the ability to perform various options for laparoscopic access in complicated clinical situations; complicated access (at an angle, at a distance) depending on the selected position of the patient robot (American, French, etc.); training of operating and assisting surgeons, operating nurse teamwork with various scenarios; comprehensive training of the operating team, starting with the decision to conduct surgery based on data from the medical history and current complaints of the virtual patient, to
  • the technical task to be solved is to ensure real actions and the real position of the surgical team relative to the patient robot and the surgical field; the ability to perform various options for laparoscopic access for complicated
  • the technical problem to be solved in a hybrid medical simulator of laparoscopy containing computers, simulators of laparoscopic instruments connected to computers, simulators of trocars connected to A computer, a visualization system connected to a computer, is achieved by introducing a robot patient, simulators of laparoscopic devices connected to a computer, operating equipment, and each simulator of a laparoscopic instrument is made in the form of a real instrument containing a sensor block and separated from simulators of trocars that contain more than three installed in the abdominal cavity of the patient robot, each trocar simulator is connected to the corresponding trocar simulator displacement node, fixing the position and determining the gender the imitation of a trocar simulator on the anterior abdominal wall of a robot patient.
  • Simulators of laparoscopic instruments are made in the form of a coagulator control unit, coagulator pedals, an aspirator-irrigator pedal, an endovideo camera control unit, an aspirator-irrigator control unit, an insufflator control unit with an insufflator tube.
  • Imitators of laparoscopic instruments are made in the form of imitators of laparoscopic clamps, imitators of an endoscope, imitators of an aspirator-irrigator, imitators of a coagulator, imitators of laparoscopic scissors, imitators of dissectors, imitators “hooks”, imitators of laparoscopic clip applicators.
  • the operating room equipment is made in the form of an operating table, surgical stand, tool table.
  • Figure 1 presents a diagram of a hybrid medical simulator laparoscopy.
  • Figure 2 presents a drawing of a simulator of a laparoscopic clamp, which is a simulator of a laparoscopic instrument.
  • Fig. 3 is a drawing of a sensor block of a simulator of a laparoscopic instrument.
  • Figure 4 presents a sectional view of a simulator of a trocar (side view).
  • Figure 5 shows a drawing of a site for moving a trocar simulator connected to a trocar simulator (top view).
  • Figure 6 shows a drawing of a site of movement of a trocar simulator connected to a trocar simulator (front view).
  • Figure 7 schematically shows a robot patient with trocar simulators located in his abdominal cavity.
  • On Fig shows a schematic diagram of the connection of the microcontroller of the sensor block simulator of a laparoscopic instrument with the sensors of the simulator of a laparoscopic instrument.
  • Figure 9 shows a schematic diagram of an interface unit connected to a computer, sensor units and control units.
  • Figure 10 presents a schematic diagram of the connection of microcontrollers nodes moving simulators of trocars to a computer.
  • Figure 1 1 shows a schematic diagram of a control unit of a coagulator connected to a sensor unit and an interface unit.
  • Fig (12/1 and 12/2) shows a block diagram of a General algorithm for the operation of the computer processor.
  • On Fig shows a block diagram of the algorithm of operation of the microcontroller of the sensor block simulator of a laparoscopic instrument.
  • On Fig shows a block diagram of the algorithm of operation of the microcontroller of the interface unit.
  • On Fig shows a block diagram of the algorithm of the microcontrollers nodes moving simulators of trocars.
  • On Fig shows a block diagram of the algorithm of operation of the main microcontroller node movement simulator trocar.
  • On Fig shows a block diagram of the algorithm of operation of the microcontroller of the control unit of the coagulator, which is a simulator of a laparoscopic device.
  • On Fig presents a drawing of a simulator of an endoscope, which is a simulator of a laparoscopic instrument.
  • FIG. 20 is a schematic diagram of an aspirator-irrigator control unit connected to an interface unit.
  • Fig depicts a schematic diagram of a control unit of an insufflator connected to a pairing unit.
  • On Fig shows a block diagram of the algorithm of operation of the microcontroller of the control unit endovideo camera.
  • On Fig shows a block diagram of the algorithm of operation of the microcontroller control unit of the aspirator-irrigator.
  • On Fig shows a block diagram of the algorithm of operation of the microcontroller of the control unit of the insufflator.
  • the hybrid medical simulator of laparoscopy shown in the diagram of figure 1, contains: a patient robot 1, a computer 2 (electronic computer), simulators of laparoscopic clamps 3, which are simulators of laparoscopic instruments connected 20 to a computer 2 through the interface unit 4, an endoscope simulator 5 , which is a simulator of a laparoscopic instrument, connected to a computer 2 through the control unit of the endovideo camera 6 and the interface unit 4, a simulator of an aspirator-irrigator 7, which is a simulator of a laparoscopic instrument, connected d with a computer 2 through an aspirator-25 irrigator control unit 8 and an interface unit 4, an insufflator tube 9 connected to an insufflator control unit 10, trocar simulators 11, which may contain more than three (four in this version) installed in the abdominal cavity of the robot the patient 1 and connected to the computer 2, a visualization system 12 connected to the computer 2, the interface unit 3, connecting the computer 2 with simulators of laparoscopic clamps 3, the coagulator control unit 13, which is one of the imitators
  • FIG. 1 The operating equipment is shown in FIG. 1 in the form of: an operating table 14, a surgical stand 15, an instrument stage 16.
  • Laparoscopic instrument imitators are presented in the diagram of FIG. 1 in the form of: imitators of laparoscopic clamps 3, endoscope simulator 5, and irrigator aspirator 7.
  • Simulators laparoscopic devices are presented in the diagram of Fig. 1 in the form of: an endovideo camera control unit 6, an aspirator-irrigator control unit 8, an insufflator control unit 10 with an insufflator tube 9, a coagulate control unit rum 13, pedals coagulator 17, pedal aspirator-irrigator 18.
  • Simulators of trocars 11 are located in the abdominal cavity of the robot-patient 1, the robot-patient 1 is located on the operating table 14, the imaging system 12 is connected to the computer 2, the interface unit 4 is connected to the computer 2, the simulators of laparoscopic clamps 3 are connected to the interface unit 4, the endoscope simulator 5 is connected to the control unit of the endovideo camera 6, the simulator of the aspirator-irrigator 7 is connected to the control unit of the aspirator-irrigator 8, the tube of the insufflator 9 is connected to the control unit of the insufflator 10. Simulators of laparoscopic clamps 3, simulator end the telescope 5, the simulator of the aspirator-irrigator 7 and the tube of the insufflator 9 are located on the instrument stage 16.
  • the coagulator control unit 13, the endovideo camera control unit 6, the aspirator-irrigator control unit 8 and the insufflator control unit 10 are connected to the interface unit 4.
  • the coagulator pedals 17 are connected to b the control unit of the coagulator 13, the pedal of the aspirator-irrigator 18 is connected to the control unit of the aspirator-irrigator 8.
  • Computer circuitry 2 can be implemented as an IntelCorei7 processor with a processor frequency of 3500 MHz, guitarist 5 RAM type DDR3 with 8 GB of memory, NVIDIA Ge Force GTX560 graphics card with 2 GB of memory, Seagate hard disk with 500 GB of memory. Operating system "Microsoft Windows 7 Professional)). Computer 2 contains a manipulator that allows you to enter data into a program running in computer processor 2.
  • ⁇ Craft-patient 1 can be made according to the model of the HPS robot simulator, supplied by Virtualmed LLC, www.virtumed.ru.
  • the visualization system 12 can be made according to the model type TS1716L-6 (S U) 17 "LCD, monitor 'Neovo X-19AV White, supplied by ELLIPS Partner LLC.
  • Surgical stanchion 15 consists of five shelves; it can be made according to the model Spya-03-05-KMT supplied by FinStar LLC.
  • Tool table 16 can be made according to the model of the Goose type supplied by White Furniture LLC.
  • the coagulator pedals 17 can be made according to the model of the two-key pedal to the EHF A-001 supplied by ELLIPS Partner LLC.
  • the pedal of the aspirator-irrigator 18 can be made according to the model of the type of single-key pedal of the aspirator-irrigator supplied by ELLIPS Partner LLC.
  • a simulator of a laparoscopic clamp 3 which is a simulator of a laparoscopic instrument, shown in the drawing of figure 2, contains: branches 19, a working tube 20, a sensor unit 21, a handle 22, the wing of the tool 23.
  • the branches 19 are connected to the working tube 20, the working tube 20 is connected to the sensor block 21, the handle 22 is connected to the wing of the tool 23, the wing of the tool 23 is connected to the sensor block 21.
  • the sensor unit 21 of the simulator of the laparoscopic instrument shown in FIG. 3 contains: a tool wing 23, an encoder 24, an encoder pulley 25, a sensor block housing 26, a pass 27, a tube 28, a bearing 29, a handle pulley 30, a lock ring 31, traction 32, stroke restriction cavity 33, magnetic head 34, magnetic Hall sensor 35, IR LED 36, microcontroller of the sensor unit 37.
  • slots are provided for mounting the encoder 24, the magnetic Hall sensor 35, the IR LED 36, the microcontroller of the sensor block 37, the pulley of the handle 30, encoder pulley 25 and bearing 29.
  • Tube 28 is connected to bearing 29, rod 32 is compressed by lock
  • Magnetic Hall sensor 35, encoder 24, ir LED 36, the microcontroller of the sensor unit 37 is connected to the housing of the sensor unit
  • Encoder 24 can be manufactured according to a model of the LIR212A type, produced by SKB IS, St. Russia.
  • the simulator of a trocar 11 shown in the drawing of Fig. 4 in a section (side view), comprises: a housing of a simulator of a trocar 38, a receiver of a laparoscopic instrument 39, holding rollers 40, a shaft
  • longitudinal movement measurement sensor 1 of tool 42 which can be manufactured according to a model of type EMS22 manufactured by Bourns, Columbia, www.bourns.com
  • longitudinal movement measurement sensor shaft 43, shaft bearing 44, angle 45, sensor rotation along the ordinate axis 46 which can be made according to a model of the LIR212A type
  • the ordinate axis 47, the shaft of the movable angle 48, the rotation sensor on the abscissa axis 49 which can be made according to the LIR212A type model
  • the bearing of the movable angle 50 the holding housing 51, the IR receiver 52, the trocar valve 53.
  • the housing of the trocar simulator 38 is connected to the receiver
  • the housing of the trocar simulator 38 is connected to the holding rollers 40, the housing of the trocar simulator 38 is connected to the shaft of the housing of the trocar simulator 41, the housing of the trocar simulator 38 is connected to the sensor for measuring the longitudinal movement of the tool 42, the sensor for measuring the longitudinal movement of the tool 42 is connected to the shaft a sensor for measuring longitudinal displacements 43, a shaft bearing 44 is connected to the shaft of the housing of the trocar simulator 41, a shaft bearing 44 is connected to a movable corner 45, a rotation sensor along the ordinate 46 nen shaft simulator trocar housing 41, the rotation sensor on the ordinate axis 46 is connected with a retainer by rotation sensor
  • the ordinate axis 47, the rotation sensor retainer on the ordinate axis 47 is connected to the movable corner 45, the movable corner 45 is connected to the shaft of the movable corner 48, the shaft of the movable corner 48 is connected to the rotation sensor on the abscissa 49, the shaft of the movable corner 48 is connected to the bearing of the movable corner 50, the holding body 51 is connected to
  • the holding housing 51 is connected to the rotation sensor on the abscissa 49
  • the IR receiver 52 is connected to the housing of the trocar simulator 38
  • the valve of the trocar 53 is connected to the housing of the trocar simulator 38.
  • a trocar simulator moving assembly connected to a simulator
  • 25 of the trocar 1 1 (top view and front view), shown in the drawing of FIG. 5 and FIG. 6, comprises: a guide 54, a longitudinal movement sensor 55, a longitudinal movement sensor latch 56, a jumper 57, a steering rotation sensor 58, a guide pulley 59, guide housing retainer 60, guide housing 61, rubber ring 62, studs of the guide housing retainer 63, sensor pulley 64, silicone shaft 65, trocar simulator 11, laparoscopic clamp simulator 3, microcontroller of trocar simulator displacement unit 66 (66 g 66 3 - microcontrollers of trocar simulator displacement units, 66 4 - main microcontroller of trocar simulator displacement unit), lamb of displacement unit 67.
  • Simulator a laparoscopic clamp 3 is inserted into the simulator of the trocar 1 1, the simulator of the trocar 11 is connected to the guide 54, the guide 54 is inserted into the guide body 61, the retainer of the guide housing 60 is connected by means of studs of the housing lock, for example
  • the guide 63 with a jumper 57 the silicone shaft 65 is pressed against the guide 54, the clamp of the longitudinal displacement sensor 56 is connected to the guide body 61, the longitudinal displacement sensor of the guide 55 is connected to the silicone shaft 65, the longitudinal displacement sensor of the guide 55 is connected to the clamp of the longitudinal displacement sensor 56, pulley the guide 59 and the pulley of the sensor 64 are connected by a rubber ring 62, the pulley of the guide 59 is connected to the guide 54, the pulley of the sensor 64 is connected to the rotation sensor of the guide 58.
  • the guide 54 is th square section aluminum tube, inside which are laid one cavity signal wires connecting the microcontroller simulated moving assembly of the trocar 66 with the sensor measuring the longitudinal movement of the tool 42, the rotation sensor on the ordinate axis 46, the rotation sensor on the abscissa 49 and IR receiver 52.
  • the patient robot 1 with trocar simulators 1 1 located in its abdominal cavity contains: the patient robot 1, simulators of laparoscopic clamps 3, trocar simulators 11. Simulators of trocars 11 are located in the abdominal cavity of the robot patient 1 , simulators of laparoscopic clamps 3 are introduced into simulators of trocars 1 1.
  • a schematic diagram of the connection of the microcontroller of the sensor unit 37 of the laparoscopic instrument simulator with the sensors of the laparoscopic instrument simulator, shown in Fig. 8, contains: the microcontroller of the sensor unit 37, which can be made according to a model of the AtMega8 type, located in the sensor unit 21, shown in Fig.
  • encoder 24 which can be performed according to the model of the LIR212 type, a magnetic Hall sensor 35, which can be performed according to the model of the SS49 type, IR LED 36, the microcontroller of the interface unit 68.
  • the microcontroller of the sensor block Forge 37 is connected respectively with a magnetic Hall sensor 35, encoder 24, a microcontroller of the interface unit 68, and an IR LED 36.
  • n microcontrollers of the sensor unit 37 ( ⁇ -number of connected imitators of laparoscopic instruments), for example, n can take values equal to four, the microcontroller of the interface unit 68, which can be performed according to Delhi type AtMegal6, the microcontroller of the coagulator control unit 69, which can be made according to the model of the AtMegal6 type, the microcontroller of the control unit of the video camera 70, which can be made according to the model of the AtMegal6 type, the microcontroller of the control unit of the aspirator-irrigator 71, which can be made according to the model of the AtMegal6 type , the microcontroller of the insufflator control unit
  • the microcontroller of the interface unit 68 is connected respectively to n unit microcontrollers yes sensors 37 (Fig. 9 shows one microcontroller of the sensor block 37), the microcontroller of the block controlling the coagulator 69, the microcontroller of the endovideo camera control unit 70, the microcontroller of the control unit of the aspirator-irrigator 71, the microcontroller of the control unit of the insufflator 72 and the computer 2.
  • the microcontroller of the interface unit 68 is located inside
  • the microcontroller of the trocar simulator 664 moving assembly is connected with a computer 2.
  • the trocar simulator 661 is connected to a sensor for measuring the longitudinal movement of the tool 42, a rotation sensor for the ordinate 46, a rotation sensor for the abscissa 49, a longitudinal sensor for guiding 55, a sensor for guiding 58 and an IR receiver 52.
  • a sensor for measuring the longitudinal movement of the tool 42 a rotation sensor for the ordinate 46, a rotation sensor for the abscissa 49, a longitudinal sensor for guiding 55, a sensor for guiding 58 and an IR receiver 52.
  • the 20 of the trocar 662-664 is made similarly to the microcontroller of the displacement unit of the trocar simulator 661 and is connected respectively to the outputs of the sensor for measuring the longitudinal movement of the tool 42, the rotation sensor for the ordinate 46, the rotation sensor for the abscissa 49, the sensor for the longitudinal movement of the guide 55, the rotation sensor
  • Schematic diagram of the control unit 'coagulator 13 connected to the sensor unit 21 and the interface unit 4, shown in Fig. P, contains: the control unit coagulator 13, the pedal of the coagulator 17, the microcontroller of the sensor unit 37, the microcontroller of the interface unit 68, the microcontroller of the control unit of the coagulator 69, 9, the coagulator current power regulator 74, the coagulation mode switch 75, the cutting mode switch 76, the mixed mode switch 77, the sensor unit 21, the interface unit 4 and the housing of the coagulator control unit 78.
  • the microcontroller of the coagulator control unit 69 The microcontroller of the coagulator control unit 69
  • the current power regulator of the coagulator 74, the coagulation mode switch 75, the cutting mode switch 76, the mixed mode switch 77 are installed on the body of the coagulator control unit 78.
  • the microcontroller of the coagulator control unit 69 is located inside the body of the coagulator control unit om 78.
  • Endoscope simulator 5 which is a simulator
  • a laparoscopic instrument shown in FIG. 18, comprises: a working tube 20, a sensor unit 21, a tool wing 23.
  • a working tube 20 is connected to a sensor unit 21, a tool wing 23 is connected to a sensor unit 21.
  • the 20 connected to the sensor unit 21 and the interface unit 4, shown in Fig. 19, contains: an endocamera control unit 6, the sensor unit 21, an interface unit 4, a microcontroller of the endocamera control unit 70, an endocamera switch 79, a color tone adjuster 80, a light control 81 white balance adjuster
  • halogen lighting switch 83 xenon lighting switch 84
  • lighting brightness display 85 which can be made according to the type B AS 6-1 1EWA model, the microcontroller of the sensor unit 37, the microcontroller of the coupler unit 68 and the housing of the control unit for the end-video camera 86.
  • the end-camera switch 79, a hue adjuster 80, a dimmer 81, a white balance adjuster 82, a halogen lighting switch 83, a xenon lighting switch 84, and a lighting brightness display 85 are mounted on the housing of the endovideo camera control unit 86.
  • the microcontroller of the endovideo camera control unit 70 is connected to an endovideo camera switch 79, a color tone adjuster 80, a dimmer 81, a white balance dimmer 82, a switch halogen lighting 83, a xenon lighting switch 84, a microcontroller of the sensor unit 37, a microcontroller of the coupler unit 68 and a display for lighting brightness 85.
  • Microcontrol the video camera control unit scooter 70 is located inside the housing of the video camera control unit 86.
  • Schematic diagram of the control unit of the aspirator-irrigator 8 connected to the interface unit 4, shown in Fig.20, contains: the control unit of the aspirator-irrigator 8, the interface unit 4, the microcontroller of the control unit of the aspirator-irrigator 71, the pedal of the aspirator-irrigator 18, the switch of the aspirator -irrigator 87, switch for aspiration mode 88, switch for irrigation mode 89, switch for opening and closing 90, microcontroller of interface unit 68 and housing of control unit for aspirator-irrigator 91.
  • the microcontroller of block is controlled the irrigation suction device 71 is connected to the pedal of the irrigation aspirator 18, the switch of the aspirator-irrigator 87, the switch for the aspiration mode 88, the switch for the irrigation mode 89, the switch for opening and closing 90 and the microcontroller of the interface unit 68.
  • the switch for the aspirator-irrigator 87, the switch for aspiration mode 88 , switch for irrigation mode 89, opening and closing switch 90 are installed on the housing of the control unit of the aspirator-irrigator 91.
  • the microcontroller of the control unit of the aspirator-irrigator 71 is located inside the housing the control unit of the aspirator-irrigator 91.
  • Schematic diagram of the insufflator control unit 10 connected to the interface unit 4, shown in Fig.21, contains: the insufflator control unit 10, the interface unit 4, the microcontroller of the insufflator control unit 72, the microcontroller of the interface unit
  • insufflator switch 92 insufflation start button 93, pressure increase switch 94, pressure decrease switch 95, pressure storage switch 96, flow increase switch 97, flow decrease switch 98, flow memory switch 99, set pressure display 100, measured pressure display 101, th display of a predetermined flow 102, a display of the measured flow 103 and the housing of the insufflator control unit 104.
  • the microcontroller of the insufflator control unit 72 is connected to the outputs of the microcontroller of the interface unit 68, the switch nsuflyatora 92, insufflation start button 93, increasing the pressure switch 94, the switch pressure reduction
  • the microcontroller of the insufflator control unit 72 is located inside the housing of the insufflator control unit 104.
  • the stroke of the handle 22 is limited to with an axial ring 31, which abuts against the walls of the cavity of the stroke restriction 33, thus, the real restriction of the stroke of the jaws 19 is simulated.
  • a detailed description of the surgeon's manipulations using the laparoscopic clamp simulator 3 and other laparoscopic instrument simulators is discussed further on pages 22-43, where hybrid medical simulator of laparoscopy, presented in the diagram of figure 1 and in examples of training operations "cholecystectomy" and "adnexectomy”.
  • a simulator of a laparoscopic instrument for example, a simulator of a laparoscopic clamp 3, which is one of the simulators of a laparoscopic instrument, is inserted into the hole of the receiver of the laparoscopic instrument 39.
  • the simulator of the laparoscopic clamp 3 is rotated along the abscissa and the ordinates, as in a real operation, respectively, the receiver of the laparoscopic instrument 39 , the body of the trocar simulator 38 and rotation through the shaft of the body of the trocar simulator 41 is transmitted to the rotation sensor along the ordinate 46, also the rotation of the is given through the movable corner 45 and the shaft of the movable corner 48 to the rotation sensor on the abscissa 49.
  • the rotation sensor on the ordinate 46 and the rotation sensor on the abscissa 49 track the position coordinates of the laparoscopic simulator clamp 3 in space.
  • the simulator of the laparoscopic clamp 3 when entering is in contact with the holding rollers 40 and the shaft of the sensor for measuring longitudinal displacements 43, thereby the sensor for measuring longitudinal displacement of the tool 42 registers the depth
  • the rotation of the guide 54 is transmitted through the guide pulley 59 and the sensor pulley 64 to the rotation sensor of the guide 58.
  • the longitudinal movement sensor of the guide 55 determines the longitudinal movement of the guide 54.
  • the position of the trocar simulators 11 is determined on the front wall of the abdominal cavity of the robot patient 1.
  • trocar simulators 11 are integrated
  • a hybrid medical simulator of laparoscopy contains four movable trocar simulators 1 1. Depending on the type of endosurgical operation, different positions of trocar simulators 1 are set. 1. Different types of simulators of laparoscopic instruments are used, such as: endoscope simulator 5, coagulator simulator, simulator laparoscopic scissors, simulator of laparoscopic clamp 3, simulator of dissector, simulator “hook”, simulator of laparoscopic clip applicator, simulator of aspirator-irrigator 7, etc. The simulator of the coagulator is made similarly to the simulator of the laparoscopic clamp 3.
  • the data is transmitted to the IR LED 36, which transmits a signal with the instrument code to the IR receiver 52, which is located in the simulator of a trocar 1 1 shown in the drawing of figure 4 (thus, the system recognizes what kind of simulator of a laparoscopic instrument is introduced into a specific simulator of a trocar 11).
  • the algorithm of operation of the microcontroller of the interface unit 68 is shown in the block diagram of FIG. .fourteen.
  • the microcontroller of the interface unit 68 sequentially polls the data via the TWI interface with n microcontrollers of the sensor unit 37 ( ⁇ -number of connected imitators of laparoscopic instruments), the microcontroller of the control unit of the endovideo camera 70, the microcontroller of the control unit of the aspirator-irrigator 71, the microcontroller of the control unit of the control unit of the insufflator 72 and the microcontroller of the control unit of the control unit of the insufflator 72 and the microcontroller 69.
  • the microcontroller of the interface unit 68 converts the received data into information packets recognized by the program on e 2. M data via RS232 serial port are transmitted to the computer 2.
  • a hybrid medical simulator laparoscopy contains four movable trocar simulators 11, respectively, contains four microcontrollers of the trocar simulator 66 displacement assembly shown in FIG. 10.
  • the coagulator simulator which is a simulator of a laparoscopic instrument, is sent via the TWI interface to the microcontroller of the coagulator control unit 69.
  • the microcontroller of the coagulator control unit 69 transmits the collected data via the TWI interface to the microcontroller of the interface unit 68, the operation of which is considered on
  • the microcontroller of the video camera control unit 70 transmits the collected data via the TWI interface to the microcontroller of the interface unit 68.
  • the dimmer 81 When you press the dimmer 81, the values of the current setting are displayed on the brightness display 85.
  • the algorithm of operation of the microcontroller of the control unit of the aspirator-irrigator 71 is shown in the block diagram of Fig.23.
  • the microcontroller of the control unit of the aspirator-irrigator 71 is located in the control unit of the aspirator-irrigator 8. Data from the switch of the aspirator-irrigator 87, the switch of the aspiration mode 88, the switch of the irrigation mode 89, the opening and closing switch 90, and the pedal of the aspirator-irrigator 18 are fed to the microcontroller of the control unit Aspirator-irrigator 71.
  • the microcontroller of the control unit of the aspirator-irrigator 71 transmits the collected data via the TWI interface to the microcontroller of the interface unit 68.
  • the algorithm shown in the block diagram of FIG. 12 (the block diagram of FIG. 12 is shown on two pages, on the first page under the name of FIG. 12/1, on the second - FIG. 12/2).
  • the graphical display module according to the algorithm shown in the block diagram of FIG. 12 displays a menu in the visualization system 12 in which it is necessary to select an exercise,
  • Manipulations by simulators of laparoscopic instruments which are carried out by the surgeon, while rotating the wing of the instrument 23 and pressing the handle 22 are monitored by an encoder 24, a magnetic Hall sensor 35, shown in the drawing of FIG.
  • These sensors are connected to A computer 2 according to a circuit diagram for connecting a microcontroller of a sensor block 37 of a laparoscopic instrument simulator to sensors of a simulator of a laparoscopic instrument shown in Fig. 8, and according to a circuit diagram of an interface unit 4 connected to the sensor blocks 21 and the control units shown in Fig. 9.
  • Data from these sensors is transmitted to the computer 2 according to the algorithm of operation of the microcontroller of the sensor block 37 of the simulator of the laparoscopic instrument shown in the block diagram of Fig. 13, and the algorithm of operation of the microcontroller of the interface block 68, shown in the block diagram of Fig. 14.
  • Manipulations by trocar 11 simulators using the introduced laparoscopic instrument simulators are monitored by: a sensor for measuring the longitudinal movement of the tool 42, a rotation sensor on the ordinate 46, a rotation sensor on the abscissa 49.
  • the movement of the trocar simulator 11 is tracked in the movement unit of the trocar simulator by the longitudinal movement sensor 55 and the sensor rotation of the guide 58.
  • These sensors are connected to the computer 2 according to the circuit diagram of the connection of the microcontrollers of the nodes of movement of simulators tro 66 acres to the computer 2 shown in Figure 10. Data from these sensors is transmitted to the computer 2 according to the algorithm of operation of the microcontrollers of the nodes of movement of the simulator trocars 66 g 663, shown in the block diagram of Fig. 15, and the algorithm of the main microcontroller of the nodes of the movement of simulator of trocars 66 4 shown in the block diagram of Fig.
  • the graphical display module In the calibration mode, it generates into the visualization system 12 a signal with the image of a dialog box listing calibrated sensors: encoder 24, a sensor for measuring the longitudinal movement of the tool 42, a rotation sensor along the ordinate 46, and a rotation sensor along
  • the simulator of the laparoscopic instrument is introduced into the simulator of the trocar 11 and the minimum and maximum values are fixed for each calibrated sensor. For example, to calibrate the sensor for measuring the longitudinal displacement of the instrument 42, first, the laparoscopic instrument simulator is completely inserted 1 (to the stop) into the simulator of the trocar 11, the computer 2 selects the corresponding mode for fixing the minimum position of this sensor in the dialog box, then, without fully removing it, pull out the simulator laparoscopic
  • Calibration can be carried out repeatedly until the real movements of the tool simulators entered into the trocar simulators 1 1 coincide with the virtual instruments displayed in the exercises performed by the visualization system 12.
  • Autodesk 3ds Mach developed by Autodesk, is entered into the computer database 2.
  • the physics module according to the algorithm shown in the block diagram of FIG. 12 is software written using the PhysX SDK, which was developed by the company
  • the graphical display module according to the algorithm shown in the flowchart of FIG. 12 is software written using the DirectX SDK, which was developed by Microsoft.
  • the clinical case description includes the medical history and current complaints of the virtual patient.
  • the robot patient 1 is located on the operating table 14.
  • the position of the first simulator of the trocar 11 is selected, into which the endoscope simulator 5 will be introduced, which is a simulator of a laparoscopic instrument.
  • the visualization system 12 After selecting the first trocar simulator 1 1 and installing the endoscope simulator 5, which is a simulator of a laparoscopic instrument, the visualization system 12 displays the video information generated by the graphic display module according to the position
  • module graphic graphical display according to the algorithm shown in the block diagram of Fig.12, generates a display of each virtual laparoscopic instrument among the virtual organs and virtual tissues, according to the location of the virtual laparoscopic instruments.
  • the physics module according to the algorithm shown in the flowchart of FIG. 12, in the computer database 2 initializes the physical models of organs in the states corresponding to the completed steps preceding
  • the physics module modifies three-dimensional surfaces imitating organs (for example, simulated traction or completed cuts and installed clips). Upon completion of all the actions provided for by the selected stage, an automatic exit from the exercise is performed.
  • the graphic display module generates a three-dimensional picture sent to the visualization system 12, taking into account data obtained from the physics module and other modules given on the u block diagram of Fig. 12.
  • the logic module according to the algorithm shown in the block diagram of FIG. 12 determines the signs of the beginning and end of the next stage, including determining the violation of the stages of the operation. The exercise ends when all stages of the operation are completed.
  • the physics module calculates the current state of the surfaces of the virtual organs
  • the graphic display module according to the algorithm shown in the block diagram of FIG. 12, generates a signal, entering the visualization system 12; as a result, a picture corresponding to the orientation of the inserted endoscope simulator 5, which is a simulator of a laparoscopic instrument, with the image of realistic mobility, smooth movement and mutual influence of virtual organs is imitated in the visualization system 12.
  • the logic module according to the algorithm shown in the block diagram of Fig.
  • the surgeon must carefully dissect the peritoneum and adipose tissue in order to isolate (visualize) the tubular formations (artery and duct) that are subject to clipping and intersection.
  • the surgeon introduces a simulator of one of the laparoscopic instruments, for example, a dissector simulator, a hook simulator, which are simulators of laparoscopic instruments, the nurse connects the power tool connector to the coagulator control unit 13, sets the appropriate switches (coagulation mode switch 75, cutting mode switch 76, switch 77 mixed mode and current power regulator coagulator 74) the necessary mode and current power of the coagulator (according to the surgeon).
  • the values of the mode and power of the coagulator current are transmitted to the computer 2.
  • the surgeon By manipulating the laparoscopic instrument with a simulator, the surgeon captures the virtual adipose tissue, pulls it off, then cuts the pedal by pressing the coagulator pedal 17 (the signal about pressing the coagulator 17 pedal goes to computer 2 and the physics module according to the algorithm given 12, generates a virtual current flow through virtual tissues).
  • the physics module according to the algorithm shown in the flowchart of FIG.
  • the surgeon inserts a simulator of a laparoscopic clip applicator, which is a simulator of a laparoscopic instrument, into a simulator of a trocar 1 1, manipulates he and the movement of the virtual instrument achieves getting the desired section of the virtual vessel between the branches of the virtual clip applicator, sets the clip by holding the handle of the simulator of the laparoscopic clip applicator.
  • the physics module according to the algorithm shown in Fig. 12 calculates the deformation of the vessel model, modifies the three-dimensional surface of the vessel, visualizes the installed virtual clip in the place of its imposition (for each clip, the position in the virtual space and the corresponding deformation of the virtual vessel are further calculated).
  • the surgeon introduces a simulator of laparoscopic scissors, which is a simulator of a laparoscopic instrument, manipulates them and moves the simulator of a laparoscopic instrument, brings the branches of the virtual scissors to the incision site of the virtual vessel, performs an incision.
  • the physics module according to the algorithm shown in the block diagram of FIG. 12 calculates the change in the three-dimensional surface of the virtual vessel as a result of a virtual section (the graphic display module according to the algorithm shown in the block diagram of FIG. 12 displays the changes in the visualization system 12).
  • the logic module according to the algorithm shown in the flowchart of Fig.
  • the physics module according to the algorithm shown in the block diagram of FIG. 12 calculates the corresponding deformations of the surface of the virtual gallbladder, the displacement and deformation of other virtual organs under the influence of the movement of virtual laparoscopic instruments.
  • the surgeon manipulates simulators of laparoscopic instruments and brings the virtual hook tool to the place of adhesion of the virtual gallbladder with the virtual liver, presses the coagulator pedal 17.
  • the physics module according to the algorithm shown in the block diagram of FIG. 12 calculates by the coordinates of the virtual instrument and the coordinates of the points virtual surfaces
  • the visualization system 12 displays smoke and randomly moving particles of the dissected tissue, over a period of about 1 -3 seconds
  • the logic module determines the correctness of the effect
  • the exposure time the logic module according to the algorithm shown in the block diagram of Fig. 12 compares the exposure time with the minimum and maximum if the exposure time is less than the minimum threshold for the given power, then the disconnection of virtual tissues does not occur, if the exposure time is greater than the maximum threshold for a given power, then extensive tissue necrosis is simulated
  • the location of exposure the physics module according to the algorithm shown in the block diagram of FIG. 12 calculates the current exposure zone in three-dimensional coordinates, the module
  • the logic module according to the algorithm shown in the block diagram of FIG. 12 compares the zone impacts with a database of virtual vessels under the surface of virtual organs, as a result of piercing, cutting with virtual instruments or under the influence of a dissector, bleeding is generated, which is also displayed in visualization system 12; AI virtual bleeding verifiable facts bleeding coagulation Power places to stop it), washing
  • the effect of the jet on the surface sections is calculated, the obtained surface section enters the bleeding calculation module according to the algorithm shown in the block diagram of FIG. 12, the washed-out part is determined, which is also displayed in the visualization system 12), and the aspiration of the gallbladder bed, etc. situation.
  • Logic module according to the algorithm shown in the block diagram of FIG. 12, the washed-out part is determined, which is also displayed in the visualization system 12), and the aspiration of the gallbladder bed, etc. situation.
  • the algorithm shown in the flowchart of FIG. 12 generates abnormal situations, for example, cardiac arrest, etc.
  • signals are sent that change the indications in the visualization system 12 and / or the audiovisual and mechanical vital signs of the robot-patient 1.
  • the surgical team must identify the emergency situation and respond accordingly.
  • Logic module according to the algorithm shown in the flowchart of Fig.
  • visualization system 12 displays a description of the clinical case of the selected virtual patient in the form of text information.
  • the clinical case description includes the medical history and current complaints of the virtual patient.
  • the visualization system 12 displays the video information generated by the graphic display module according to the position of the virtual endoscope according to the algorithm shown in the block diagram of FIG. 12.
  • the nurse adjusts the image quality on the control unit for the video camera 6.
  • the surgeon examines the virtual organs. Based on this the surgeon installs the remaining trocar simulators 11 video information, passes the endoscope simulator 5 to the assistant, for each trocar simulator 11 weakens the lamb of the displacement unit 67, sets the required position of the trocar simulator 1 1, fixes
  • the physics module simulates the physical properties of virtual organs similar
  • the 20 real, forms a variant of the anatomy, including size, shape, color, location of the uterus, fallopian tubes, ovaries, ligaments, mesosalpinx, etc.
  • a three-dimensional computer model of organs including a description of the surface of organs (the surface is specified by points in
  • the downloaded data is converted into the structures necessary for modeling deformations and cutting organs (tissues).
  • the physics module according to the algorithm shown in the block diagram of FIG. 12, in the computer database 2, initializes the physical models of organs in the states corresponding to the completed stages preceding the selected stage and sends a signal to the graphic display module, which forms a three-dimensional picture of the virtual organs sent to visualization system 12.
  • the physics module modifies three-dimensional surfaces imitating organs (for example, 1 performed traction or and cuts and clips installed). Upon completion of all the actions provided for by the selected stage, an automatic exit from the exercise is performed.
  • the physics module according to the algorithm shown in the block diagram of FIG. 12, in the computer database 2 initializes the physical models of virtual organs in the initial state (how they are located and deformed in a real person lying on the operating table), the graphic display module forms a three-dimensional picture, sent to the visualization system 12, taking into account the data obtained from the physics module and other modules shown in the block diagram of Fig. 12.
  • the logic module according to the algorithm shown in the block diagram of Fig. 12, determines the signs of the beginning and end of the next stage, including the violation of the stages of the operation. The exercise ends when all stages of the operation are completed. ''
  • the surgeon or assistant must perform traction - the movement of virtual organs to provide access to the operated area.
  • the assistant introduces the laparoscopic clamp simulator 3 into the trocar 11 simulator, manipulates the laparoscopic clamp simulator 3, which is displayed as a virtual instrument in the visualization system 12, captures the distal end of the uterine J tube with the laparoscopic clamp simulator 3, which is a simulator of the laparoscopic instrument, and lifts it in the head direction and somewhat to the side.
  • the location of the mesosalpinx, ligamentous apparatus 1 of the ovary is studied, approximately the course of the ureter is identified (for this purpose, virtual organs and tissues are gently moved with the help of a simulator of a laparoscopic instrument, an image is obtained by which the structure of organs and tissues becomes clear, while the physics module calculates the deformation of the three-dimensional surface, which is displayed graphic display module according to the algorithm shown in the block diagram of FIG. 12 in the visualization system 12).
  • the logic module according to the algorithm shown in the block diagram of Fig.
  • the logic module calculates the speed of movement, the length of the movement, while the physics module according to the algorithm shown in the block diagram of FIG. 12 calculates the deformation of the three-dimensional surface that is displayed by the graphic display module according to the algorithm shown in the block diagram of FIG.
  • the logic module compares with the reference values stored in the computer database 2) the incorrect overlap of the simulator of the laparoscopic clamp 3 (based on the coordinates of the branches of the virtual laparoscopic clamp, the physics module according to the algorithm,
  • the logic module 15 shown in the block diagram of FIG. 12 calculates the distance to different parts of the three-dimensional surface of virtual organs and tissues, the logic module compares with the minimum distance threshold 'during operation of the virtual instrument according to the algorithm shown in the block diagram of Fig. 12; as well as by incoming coordinates
  • the surgeon grabs and pulls the virtual mesosalpinx, puts the forceps of the virtual coagulator, presses the pedal of the coagulator 17 and holds for 1-2 s, the physics module according to the algorithm shown in the block diagram of Fig. 12, calculates the coagulation zone according to the coordinates of the virtual forceps, the logic module calculates the power and exposure time.
  • the graphical display module according to the algorithm shown in the block diagram of FIG. 12 displays yellowing or discoloration of the tissue around the forceps of the virtual coagulator and saves the changed properties of the virtual tissues in the computer database 2.
  • the logic module calculates the impact zone and compares with the reference options in the computer database 2, if the impact zones do not match the reference taking into account permissible deviations, generates a text message received through the graphic module
  • the logic module compares with the reference options in the computer database 2 taking into account the permissible deviations), damage to neighboring organs.
  • the logic module according to the algorithm shown in the block diagram of FIG. 12, checks appropriate actions of the surgeon, for example, coagulation of bleeding (existing virtual injuries and bleeding are registered in the computer database 2 in accordance with the above process of detecting and recording damage, when coagulating near the coordinates of the damage at a distance less than the reference for 1-2 seconds in the computer database 2 “stopping bleeding” persists, if not all bleeding is coagulated, “error” persists).
  • the proposed hybrid medical simulator of laparoscopy in comparison with the prototype allows you to ensure the actual position of the surgical team relative to the robot patient 1 and the surgical field, the ability to perform various options for laparoscopic access in complicated clinical situations, depending on the selected position of the robot patient 1 , training of operating and assisting surgeons, operating nurse in team work with various development options events, the use of more than three trocar simulators 1 1, changing the number of trocar simulators 1 1, choosing the location of trocar simulators 1 1, the reality of various imitators of laparoscopic instruments and their introduction into trocar simulators 1 1.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Educational Administration (AREA)
  • Educational Technology (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Pulmonology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Endoscopes (AREA)
  • Surgical Instruments (AREA)
  • Instructional Devices (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

Гибридный медицинский тренажер лапароскопии, содержащий ЭВМ, имитаторы лапароскопических инструментов соединенные с ЭВМ, имитаторы троакаров соединенные с ЭВМ, систему визуализации соединенную с ЭВМ, отличающийся тем, что введены робот-пациент, имитаторы лапароскопических приборов соединенные с ЭВМ, оборудование операционной, причем, каждый имитатор лапароскопического инструмента выполнен в виде реального инструмента, содержащего блок датчиков и отделен от имитаторов троакаров, которых содержится более трех, установленных в брюшной полости робота-пациента, каждый имитатор троакара соединен с соответствующим узлом перемещения имитатора троакара, фиксирующим положение и определяющим положение имитатора троакара на передней стенке брюшной полости робота-пациента.

Description

ГИБРИДНЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ ТРЕНАЖЕР ЛАПАРОСКОПИИ
Область техники
Изобретение относится к пособиям для обучения в медицине, в частности, используется в области обучения и тренировки совместной работы специалистов операционной бригады, проведению эндохирургических операций.
Предшествующий уровень техники
Известен медицинский тренажер LapSim (производитель Surgical Science, Гетеборг, Швеция) содержащий ЭВМ, три имитатора троакара соединенные с ЭВМ, три имитатора лапароскопических инструментов соединенных с имитаторами троакаров, систему визуализации соединенную с ЭВМ, педали коагулятора соединенные с ЭВМ.
Наиболее близким к предлагаемому гибридному медицинскому тренажеру лапароскопии является «Компьютерный симулятор для развития мануальных навыков в эндоскопической хирургии и отработки техники выполнения лапароскопических операций» (модели «LAP MENTOR», «LAP MENTOR Haptic», «LAP MENTOR Express», сертификат соответствия РОСС IL. МЛ 13.B08453 от 21.07.2011, производитель Simbionix, страна США), который содержит ЭВМ, три имитатора троакара соединенные с ЭВМ, три имитатора лапароскопических инструментов соединенных с имитаторами троакаров, корпус тренажера, содержащий ЭВМ и соединенный с имитаторами троакаров, систему визуализации соединенную с ЭВМ, педали коагулятора соединенные с ЭВМ.
Описанный выше тренажер не обеспечивает реальных действий и реального положения хирургической бригады относительно робота- пациента и операционного поля; возможности выполнения различных вариантов лапароскопического доступа при осложненных клинических ситуациях; осложненный доступ (под углом, на удалении) в зависимости от выбранной позиции робота-пациента (американская, французская и т.д.); обучение оперирующего и ассистирующих хирургов, операционной медицинской сестры работе в команде при различных вариантах развития событий; комплексного обучения операционной бригады, начиная с принятия решения о проведении оперативного вмешательства на основе данных истории болезни и текущих жалобах виртуального пациента, до
5 отработки действий в нештатных ситуациях в ходе проведения вмешательства; применение более трех имитаторов троакаров, изменение количества имитаторов троакаров, выбор расположения имитаторов троакаров; реальность различных имитаторов инструмента, их введения в имитаторы троакаров и их смены во время выполнения операций.
ю Раскрытие изобретения
Решаемая техническая задача заключается в обеспечении реальных действий и реального положения хирургической бригады относительно робота-пациента и операционного поля; возможности выполнения различных вариантов лапароскопического доступа при осложненных
15 клинических ситуациях; осложненный доступ (под углом, на удалении) в зависимости от выбранной позиции робота-пациента (американская, французская и т.д.); обучении оперирующего и ассистирующих хирургов, операционной медицинской сестры работе в команде при различных вариантах развития событий; комплексном обучении операционной
20 бригады, начиная с принятия решения о проведении оперативного вмешательства на основе данных истории болезни и текущих жалобах виртуального пациента, до отработки действий в нештатных ситуациях в ходе проведения вмешательства; применении более трех имитаторов троакаров, изменении количества имитаторов троакаров, выборе
25 расположения имитаторов троакаров; реальности различных имитаторов инструмента, их введения в имитаторы троакаров и их смены во время выполнения операций.
Решаемая техническая задача в гибридном медицинском тренажере лапароскопии, содержащем ЭВМ, имитаторы лапароскопических зо инструментов соединенные с ЭВМ, имитаторы троакаров соединенные с ЭВМ, систему визуализации соединенную с ЭВМ, достигается тем, что введены робот-пациент, имитаторы лапароскопических приборов соединенные с ЭВМ, оборудование операционной, причем, каждый имитатор лапароскопического инструмента выполнен в виде реального инструмента, содержащего блок датчиков и отделен от имитаторов троакаров, которых содержится более трех, установленных в брюшной полости робота-пациента, каждый имитатор троакара соединен с соответствующим узлом перемещения имитатора троакара, фиксирующим положение и определяющим положение имитатора троакара на передней стенке брюшной полости робота-пациента. Имитаторы лапароскопических приборов выполнены в виде блока управления коагулятором, педалей коагулятора, педали аспиратора-ирригатора, блока управления эндовидеокамерой, блока управления аспиратором-ирригатором, блока управления инсуфлятором с трубкой инсуфлятора. Имитаторы лапароскопических инструментов выполнены в виде имитаторов лапароскопических зажимов, имитатора эндоскопа, имитатора аспиратора- ирригатора, имитатора коагулятора, имитатора лапароскопических ножниц, имитатора диссектора, имитатора «крючок», имитатора лапароскопического клип-аппликатора. Оборудование операционной выполнено в виде операционного стола, хирургической стойки, инструментального столика.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 представлена схема гибридного медицинского тренажера лапароскопии.
На фиг.2 представлен чертеж имитатора лапароскопического зажима, являющегося имитатором лапароскопического инструмента.
На фиг.З представлен чертеж блока датчиков имитатора лапароскопического инструмента.
На фиг.4 представлен чертеж имитатора троакара в разрезе (вид сбоку). На фиг.5 изображен чертеж узла перемещения имитатора троакара, соединенного с имитатором троакара (вид сверху).
На фиг.6 изображен чертеж узла перемещения имитатора троакара, соединенного с имитатором троакара (вид спереди).
На фиг.7 схематично изображен робот-пациент с имитаторами троакаров, расположенными в его брюшной полости.
На фиг.8 изображена принципиальная схема соединения микроконтроллера блока датчиков имитатора лапароскопического инструмента с датчиками имитатора лапароскопического инструмента.
На фиг.9 изображена принципиальная схема блока сопряжения, соединенного с ЭВМ, блоками датчиков и блоками управления.
На фиг.10 представлена принципиальная схема подключения микроконтроллеров узлов перемещения имитаторов троакаров к ЭВМ.
На фиг.1 1 изображена принципиальная схема блока управления коагулятором, соединенного с блоком датчиков и блоком сопряжения.
На фиг.12 (12/1 и 12/2) изображена блок-схема общего алгоритма работы процессора ЭВМ.
На фиг.13 изображена блок-схема алгоритма работы микроконтроллера блока датчиков имитатора лапароскопического инструмента.
На фиг.14 изображена блок-схема алгоритма работы микроконтроллера блока сопряжения.
На фиг.15 изображена блок-схема алгоритма работы микроконтроллеров узлов перемещения имитаторов троакаров.
На фиг.16 изображена блок-схема алгоритма работы основного микроконтроллера узла перемещения имитатора троакара.
На фиг.17 изображена блок-схема алгоритма работы микроконтроллера блока управления коагулятором, являющегося имитатором лапароскопического прибора. На фиг.18 представлен чертеж имитатора эндоскопа, являющегося имитатором лапароскопического инструмента.
На фиг.19 изображена принципиальная схема блока управления эндовидеокамерой, соединенного с блоком датчиков и блоком сопряжения. 5 На фиг.20 изображена принципиальная схема блока управления аспиратором-ирригатором, соединенного с блоком сопряжения.
На фиг.21 изображена принципиальная схема блока управления инсуфлятором, соединенного с блоком сопряжения.
На фиг.22 изображена блок-схема алгоритма работы ю микроконтроллера блока управления эндовидеокамерой.
На фиг.23 изображена блок-схема алгоритма работы микроконтроллера блока управления аспиратором-ирригатором.
На фиг.24 изображена блок-схема алгоритма работы микроконтроллера блока управления инсуфлятором.
15 Вариант осуществления изобретения.
Гибридный медицинский тренажер лапароскопии, представленный на схеме фиг.1, содержит: робота-пациента 1, ЭВМ 2 (электронная вычислительная машина), имитаторы лапароскопических зажимов 3, являющиеся имитаторами лапароскопических инструментов, соединенных 20 с ЭВМ 2 через блок сопряжения 4, имитатор эндоскопа 5, являющийся имитатором лапароскопического инструмента, соединенный с ЭВМ 2 через блок управления эндовидеокамерой 6 и блок сопряжения 4, имитатор аспиратора-ирригатора 7, являющийся имитатором лапароскопического инструмента, соединенный с ЭВМ 2 через блок управления аспиратором- 25 ирригатором 8 и блок сопряжения 4, трубку инсуфлятора 9, соединенную с блоком управления инсуфлятором 10, имитаторы троакаров 11, которых может содержаться более трех (в данном исполнении - четыре), установленных в брюшной полости робота-пациента 1 и соединенных с ЭВМ 2, систему визуализации 12, соединенную с ЭВМ 2, блок сопряжения зо 4, соединяющий ЭВМ 2 с имитаторами лапароскопических зажимов 3, блоком управления коагулятором 13, являющегося одним из имитаторов лапароскопических приборов, блоком управления эндовидеокамерой 6, являющегося одним из имитаторов лапароскопических приборов, блоком управления аспиратором-ирригатором 8, являющегося одним из имитаторов лапароскопических приборов и блоком управления инсуфлятором 10, являющегося одним из имитаторов лапароскопических приборов. Оборудование операционной представлено на фиг.1 в виде: операционного стола 14, хирургической стойки 15, инструментального столика 16. Имитаторы лапароскопических инструментов представлены на схеме фиг.1 в виде: имитаторов лапароскопических зажимов 3, имитатора эндоскопа 5, имитатора аспиратора-ирригатора 7. Имитаторы лапароскопических приборов представлены на схеме фиг.1 в виде: блока управления эндовидеокамерой 6, блока управления аспиратором- ирригатором 8, блока управления инсуфлятором 10 с трубкой инсуфлятора 9, блока управления коагулятором 13, педалей коагулятора 17, педали аспиратора-ирригатора 18.
Имитаторы троакаров 11 расположены в брюшной полости робота- пациента 1, робот-пациент 1 расположен на операционном столе 14, система визуализации 12 соединена с ЭВМ 2, блок сопряжения 4 соединен с ЭВМ 2, имитаторы лапароскопических зажимов 3 соединены с блоком сопряжения 4, имитатор эндоскопа 5 соединен с блоком управления эндовидеокамерой 6, имитатор аспиратора-ирригатора 7 соединен с блоком управления аспиратором-иригатором 8, трубка инсуфлятора 9 соединена с блоком управления инсуфлятором 10. Имитаторы лапароскопических зажимов 3, имитатор эндоскопа 5, имитатор аспиратора-ирригатора 7 и трубка инсуфлятора 9 расположены на инструментальном столике 16. Блок управления коагулятором 13, блок управления эндовидеокамерой 6, блок управления аспиратором-ирригатором 8 и блок управления инсуфлятором 10 соединены с блоком сопряжения 4. Педали коагулятора 17 соединены с б блоком управления коагулятором 13, педаль аспиратора-ирригатора 18 соединена с блоком управления аспиратором-ирригатором 8.
Схемное решение ЭВМ 2 может быть реализовано как процессор IntelCorei7 с частотой процессора 3500 МГц, оперативная память Kingston 5 типа DDR3 с объемом памяти 8Гб, видеокарта NVIDIA Ge Force GTX560 с объемом памяти 2Гб, жесткий диск Seagate объемом памяти 500 Гб. Операционная система «Microsoft Windows 7 Professional)). ЭВМ 2 содержит манипулятор, который позволяет вводить данные в программу, выполняющуюся в процессоре ЭВМ 2.
ю Робот-пациент 1 может быть изготовлен по модели типа робот- симулятор ХПС, поставляемой ООО «Виртумед», www.virtumed.ru.
Система визуализации 12 может быть изготовлена по модели типа TS1716L-6(S U) 17" LCD, монитор' Neovo X-19AV White, поставляемые ООО «ЭЛЛИПС партнер».
15 Операционный стол 14 может быть изготовлен по модели типа
StarTech 3008С, поставляемой ООО «Дельрус Казань)).
Хирургическая стойка 15 состоит из пяти полок, может быть изготовлена по модели типа Спя-03-05-КМТ, поставляемой ООО «ФинСтар».
20 Инструментальный столик 16 может быть изготовлен по модели типа «Гусь», поставляемой ООО «Белая мебель».
Педали коагулятора 17 могут быть изготовлены по модели типа двухклавишная педаль к ЭХВЧ А-001, поставляемые ООО «ЭЛЛИПС партнер».
25 Педаль аспиратора-ирригатора 18 может быть изготовлена по модели типа одноклавишная педаль аспиратора-ирригатора, поставляемая ООО «ЭЛЛИПС партнер».
Имитатор лапароскопического зажима 3, являющийся имитатором лапароскопического инструмента, представленный на чертеже фиг.2, зо содержит: бранши 19, рабочую трубку 20, блок датчиков 21, рукоятку 22, барашек инструмента 23. Бранши 19 соединены с рабочей трубкой 20, рабочая трубка 20 соединена с блоком датчиков 21, рукоятка 22 соединена с барашком инструмента 23, барашек инструмента 23 соединен с блоком датчиков 21.
5 Блок датчиков 21 имитатора лапароскопического инструмента, представленный на чертеже фиг.З, содержит: барашек инструмента 23, энкодер 24, шкив энкодера 25, корпус блока датчиков 26, пассик 27, трубку 28, подшипник 29, шкив рукоятки 30, стопорное кольцо 31, тягу 32, полость ограничения хода 33, магнитную головку 34, магнитный датчик ю Холла 35, ик-светодиод 36, микроконтроллер блока датчиков 37. В корпусе блока датчиков 26 предусмотрены пазы для установки энкодера 24, магнитного датчика Холла 35, ик-светодиода 36, микроконтроллера блока датчиков 37, шкива рукоятки 30, шкива энкодера 25 и подшипника 29. Трубка 28 соединена с подшипником 29, тяга 32 обжата стопорным
15 кольцом 31, на конце тяги 32 закреплена магнитная головка 34, на трубке 28 насажен шкив рукоятки 30, на оси энкодера 24 насажен шкив энкодера 25, шкив энкодера 25 и шкив рукоятки 30 соединены пассиком 27. Магнитный датчик Холла 35, энкодер 24, ик-светодиод 36, микроконтроллер блока датчиков 37 соединены с корпусом блока датчиков
20 26. Энкодер 24 может быть изготовлен по модели типа ЛИР212А, производимой СКБ «ИС» г. Санкт-Петербург.
Имитатор троакара 11, представленный на чертеже фиг.4 в разрезе (вид сбоку), содержит: корпус имитатора троакара 38, приемник лапароскопического инструмента 39, удерживающие ролики 40, вал
25 корпуса имитатора троакара 41, датчик измерения продольного перемещения 1 инструмента 42, который может быть изготовлен по модели типа EMS22, производимой Bourns, Columbia, www.bourns.com, вал датчика измерения продольных перемещений 43, подшипник вала 44, подвижный уголок 45, датчик поворота по оси ординат 46, который может зо быть изготовлен по модели типа ЛИР212А, фиксатор датчика поворота по оси ординат 47, вал подвижного уголка 48, датчик поворота по оси абсцисс 49, который может быть изготовлен по модели типа ЛИР212А, подшипник подвижного уголка 50, удерживающий корпус 51, ик-приемник 52, клапан троакара 53. Корпус имитатора троакара 38 соединен с приемником
5 лапароскопического инструмента 39, корпус имитатора троакара 38 соединен с удерживающими роликами 40, корпус имитатора троакара 38 соединен с валом корпуса имитатора троакара 41, корпус имитатора троакара 38 соединен с датчиком измерения продольного перемещения инструмента 42, датчик измерения продольного перемещения инструмента ю 42 соединен с валом датчика измерения продольных перемещений 43, подшипник вала 44 соединен с валом корпуса имитатора троакара 41, подшипник вала 44 соединен с подвижным уголком 45, датчик поворота по оси ординат 46 соединен с валом корпуса имитатора троакара 41, датчик поворота по оси ординат 46 соединен с фиксатором датчика поворота по
15 оси ординат 47, фиксатор датчика поворота по оси ординат 47 соединен с подвижным уголком 45, подвижный уголок 45 соединен с валом подвижного уголка 48, вал подвижного уголка 48 соединен с датчиком поворота по оси абсцисс 49, вал подвижного уголка 48 соединен с подшипником подвижного уголка 50, удерживающий корпус 51 соединен с
20 подшипником подвижного уголка 50, удерживающий корпус 51 соединен с датчиком поворота по оси абсцисс 49, ик-приемник 52 соединен с корпусом имитатора троакара 38, клапан троакара 53 соединен с корпусом имитатора троакара 38.
Узел перемещения имитатора троакара, соединенный с имитатором
25 троакара 1 1 (вид сверху и вид спереди), изображенный на чертеже фиг.5 и фиг.6, содержит: направляющую 54, датчик продольного перемещения направляющей 55, фиксатор датчика продольного перемещения 56, перемычку 57, датчик поворота направляющей 58, шкив направляющей 59, фиксатор корпуса направляющей 60, корпус направляющей 61, резиновое зо кольцо 62, шпильки фиксатора корпуса направляющей 63, шкив датчика 64, силиконовый вал 65, имитатор троакара 11, имитатор лапароскопического зажима 3, микроконтроллер узла перемещения имитатора троакара 66 (66г663 - микроконтроллеры узлов перемещения имитаторов троакаров, 664- основной микроконтроллер узла перемещения имитатора троакара), барашек узла перемещения 67. Имитатор лапароскопического зажима 3 введен в имитатор троакара 1 1, имитатор троакара 11 соединен с направляющей 54, направляющая 54 вставлена в корпус направляющей 61, фиксатор корпуса направляющей 60 соединен при помощи шпилек фиксатора корпуса направляющей 63 с перемычкой 57, силиконовый вал 65 прижат к направляющей 54, фиксатор датчика продольного перемещения 56 соединен с корпусом направляющей 61, датчик продольного перемещения направляющей 55 соединен с силиконовым валом 65, датчик продольного перемещения направляющей 55 соединен с фиксатором датчика продольного перемещения 56, шкив направляющей 59 и шкив датчика 64 соединены резиновым кольцом 62, шкив направляющей 59 соединен с направляющей 54, шкив датчика 64 соединен с датчиком поворота направляющей 58. Направляющая 54 представляет собой полую алюминиевую трубку квадратного сечения, внутри 1 полости которой прокладываются сигнальные провода, соединяющие микроконтроллер узла перемещения имитатора троакара 66 с датчиком измерения продольного перемещения инструмента 42, датчиком поворота по оси ординат 46, датчиком поворота по оси абсцисс 49 и ик- приемником 52.
Робот-пациент 1 с имитаторами троакаров 1 1, расположенными в его брюшной полости, схематично изображенный на фиг.7, содержит: робота-пациента 1, имитаторы лапароскопических зажимов 3, имитаторы троакаров 11. Имитаторы троакаров 11 расположены в брюшной полости робота-пациента 1, имитаторы лапароскопических зажимов 3 введены в имитаторы троакаров 1 1. ю Принципиальная схема соединения микроконтроллера блока датчиков 37 имитатора лапароскопического инструмента с датчиками имитатора лапароскопического инструмента, изображенная на фиг.8, содержит: микроконтроллер блока датчиков 37, который может быть выполнен по модели типа AtMega8, расположен в блоке датчиков 21, изображенном на фиг.З, энкодер 24, который может быть выполнен по модели типа ЛИР212, магнитный датчик Холла 35, который может быть выполнен по модели типа SS49, ик-светодиод 36, микроконтроллер блока сопряжения 68. Микроконтроллер блока датчиков 37 соединен соответственно с магнитным датчиком Холла 35, энко дером 24, микроконтроллером блока сопряжения 68 и ик-свето диодом 36.
Принципиальная схема блока сопряжения 4, соединенного с блоками датчиков 21 и блоками управления, изображенная на фиг.9, содержит: ЭВМ 2, блок датчиков 21, блок сопряжения 4, блок управления коагулятором 13, блок управления эндовидеокамерой 6, блок управления аспиратором-ирригатором 8, блок управления инсуфлятором 10, п микроконтроллеров блока датчиков 37 (η-количество подключенных имитаторов лапароскопических инструментов), например, п может принимать значения, равные четырем, микроконтроллер блока сопряжения 68, который может быть выполнен по модели типа AtMegal6, микроконтроллер блока управления коагулятором 69, который может быть выполнен по модели типа AtMegal6, микроконтроллер блока управления эндовидеокамерой 70, который может быть выполнен по модели типа AtMegal6, микроконтроллер блока управления аспиратором-ирригатором 71, который может быть выполнен по модели типа AtMegal6, микроконтроллер блока управления инсуфлятором 72, который может быть выполнен по модели типа AtMegal6, корпус блока сопряжения 73. Микроконтроллер блока сопряжения 68 соединен соответственно с п микроконтроллерами блока датчиков 37 (на фиг.9 изображен один микроконтроллер блока датчиков 37), микроконтроллером блока управления коагулятором 69, микроконтроллером блока управления эндовидеокамерой 70, микроконтроллером блока управления аспиратором- ирригатором 71, микроконтроллером блока управления инсуфлятором 72 и ЭВМ 2. Микроконтроллер блока сопряжения 68 расположен внутри
5 корпуса блока сопряжения 73.
Принципиальная схема подключения микроконтроллеров узлов перемещения имитаторов троакаров 66 к ЭВМ 2, представленная на фиг.10, содержит: ЭВМ 2, микроконтроллер узла перемещения имитатора троакара 66 (66 662, 663, 664), который может быть выполнен по модели типа ю STM32 F100MB, датчик измерения продольного перемещения инструмента 42, датчик поворота по оси ординат 46, датчик поворота по оси абсцисс 49, датчик продольного перемещения направляющей 55, датчик поворота направляющей 58, ик-приемник 52. Микроконтроллер узла перемещения имитатора троакара 664 соединен с ЭВМ 2. Микроконтроллер узла
15 перемещения имитатора троакара 661 соединен с датчиком измерения продольного перемещения инструмента 42, датчиком поворота по оси ординат 46, датчиком поворота по оси абсцисс 49, датчиком продольного перемещения направляющей 55, датчиком поворота направляющей 58 и ик- приемником 52. Каждый микроконтроллер узла перемещения имитатора
20 троакара 662-664 выполнен аналогично микроконтроллеру узла перемещения имитатора троакара 661 и соединен соответственно с выходами датчика измерения продольного перемещения инструмента 42, датчика поворота по оси ординат 46, датчика поворота по оси абсцисс 49, датчика продольного перемещения направляющей 55, датчика поворота
25 направляющей 58 и ик-приемником 52 (на фиг.10 не показаны).
Принципиальная схема блока управления ' коагулятором 13, соединенного с блоком датчиков 21 и блоком сопряжения 4, изображенная на фиг.П, содержит: блок управления коагулятором 13, педали коагулятора 17, микроконтроллер блока датчиков 37, микроконтроллер блока зо сопряжения 68, микроконтроллер блока управления коагулятором 69, 9 регулятор мощности тока коагулятора 74, включатель режима коагуляции 75, включатель режима резания 76, включатель смешанного режима 77, блок датчиков 21, блок сопряжения 4 и корпус блока управления коагулятором 78. Микроконтроллер блока управления коагулятором 69
5 соединен с педалями коагулятора 17, регулятором мощности тока коагулятора 74, включателем режима коагуляции 75, включателем режима резания 76, включателем смешанного режима 77, микроконтроллером блока сопряжения 68 и микроконтроллером блока датчиков 37. Регулятор мощности тока коагулятора 74, включатель режима коагуляции 75, ю включатель режима резания 76, включатель смешанного режима 77 установлены на корпусе блока управления коагулятором 78. Микроконтроллер блока управления коагулятором 69 расположен внутри корпуса блока управления коагулятором 78.
Имитатор эндоскопа 5, являющийся имитатором
15 лапароскопического инструмента, представленный 'на чертеже фиг.18, содержит: рабочую трубку 20, блок датчиков 21, барашек инструмента 23. Рабочая трубка 20 соединена с блоком датчиков 21, барашек инструмента 23 соединен с блоком датчиков 21.
Принципиальная схема блока управления эндовидеокамерой 6,
20 соединенного с блоком датчиков 21 и блоком сопряжения 4, изображенная на фиг.19, содержит: блок управления эндовидеокамерой 6, блок датчиков 21, блок сопряжения 4, микроконтроллер блока управления эндовидеокамерой 70, включатель эндовидеокамеры 79, регулятор цветового тона 80, регулятор освещенности 81, регулятор баланса белого
25 82, включатель галогенового освещения 83, включатель ксенонового освещения 84, дисплей яркости освещения 85, который может быть выполнен по модели типа В AS 6-1 1EWA, микроконтроллер блока датчиков 37, микроконтроллер блока сопряжения 68 и корпус блока управления эндовидеокамерой 86. Включатель эндовидеокамеры 79, регулятор зо цветового тона 80, регулятор освещенности 81, регулятор баланса белого 82, включатель галогенового освещения 83, включатель ксенонового освещения 84 и дисплей яркости освещения 85 установлены на корпусе блока управления эндовидеокамерой 86. Микроконтроллер блока управления эндовидеокамерой 70 соединен с включателем эндовидеокамеры 79, регулятором цветового тона 80, регулятором освещенности 81, регулятором баланса белого 82, включателем галогенового освещения 83, включателем ксенонового освещения 84, микроконтроллером блока датчиков 37, микроконтроллером блока сопряжения 68 и дисплеем яркости освещения 85. Микроконтроллер блока управления эндовидеокамерой 70 расположен внутри корпуса блока управления эндовидеокамерой 86.
Принципиальная схема блока управления аспиратором-ирригатором 8, соединенного с блоком сопряжения 4, изображенная на фиг.20, содержит: блок управления аспиратором-ирригатором 8, блок сопряжения 4, микроконтроллер блока управления аспиратором-ирригатором 71, педаль аспиратора-ирригатора 18, включатель аспиратора-ирригатора 87, включатель режима аспирации 88, включатель режима ирригации 89, переключатель открытия и закрытия 90, микроконтроллер блока сопряжения 68 и корпус блока управления аспиратором-ирригатором 91. Микроконтроллер блока управления аспиратором-ирригатором 71 соединен с педалью аспиратора-ирригатора 18, включателем аспиратора- ирригатора 87, включателем режима аспирации 88, включателем режима ирригации 89, переключателем открытия и закрытия 90 и микроконтроллером блока сопряжения 68. Включатель аспиратора- ирригатора 87, включатель режима аспирации 88, включатель режима ирригации 89, переключатель открытия и закрытия 90 установлены на корпусе блока управления аспиратором-ирригатором 91. Микроконтроллер блока управления аспиратором-ирригатором 71 расположен внутри корпуса блока управления аспиратором-ирригатором 91. Принципиальная схема блока управления инсуфлятором 10, соединенного с блоком сопряжения 4, изображенная на фиг.21, содержит: блок управления инсуфлятором 10, блок сопряжения 4, микроконтроллер блока управления инсуфлятором 72, микроконтроллер блока сопряжения
5 68, включатель инсуфлятора 92, кнопку запуска инсуфляции 93, включатель увеличения давления 94, включатель уменьшения давления 95, включатель запоминания давления 96, включатель увеличения потока 97, включатель уменьшения потока 98, включатель запоминания потока 99, дисплей заданного давления 100, дисплей измеренного давления 101, ю дисплей заданного потока 102, дисплей измеренного потока 103 и корпус блока управления инсуфлятором 104. Микроконтроллер блока управления инсуфлятором 72 соединен с выходами микроконтроллера блока сопряжения 68, включателя инсуфлятора 92, кнопки запуска инсуфляции 93, включателя увеличения давления 94, включателя уменьшения давления
15 95, включателя запоминания давления 96, включателя увеличения потока 97, включателя уменьшения потока 98, включателя запоминания потока 99 и входами дисплея заданного давления 100, дисплея измеренного давления 101, дисплея заданного потока 102 и дисплея измеренного потока 103. Включатель инсуфлятора 92, кнопка запуска инсуфляции 93, включатель
20 увеличения давления 94, включатель уменьшения давления 95, включатель запоминания давления 96, включатель увеличения потока 97, включатель уменьшения потока 98, включатель запоминания потока 99, дисплей заданного давления 100, дисплей измеренного давления 101, дисплей заданного потока 102 и дисплей измеренного потока 103 установлены на
25 корпусе блока управления инсуфлятором 104. Микроконтроллер блока управления инсуфлятором 72 расположен внутри корпуса блока управления инсуфлятором 104.
Рассмотрим в работе имитатор лапароскопического зажима 3, являющегося имитатором лапароскопического инструмента, зо представленный на чертеже фиг.2, и блок датчиков 21 имитатора лапароскопического инструмента, представленный на чертеже фиг.З. Хирург вращает барашек инструмента 23 на рукоятке 22, вращение передается через шкив рукоятки 30 и шкив энкодера 25 на энкодер 24. Таким образом, происходит отслеживание вращения рабочей трубки 20 имитатора лапароскопического зажима 3. Угол раствора браншей 19 отслеживается с помощью магнитного датчика Холла 35. Магнитный датчик Холла 35 определяет положение магнитной головки 34, закрепленной на тяге 32. При работе рукояткой 22 тяга 32 совершает продольные перемещения, которые регистрируются магнитным датчиком Холла 35. Ход рукоятки 22 ограничивается стопорным кольцом 31, которое упирается в стенки полости ограничения хода 33, таким образом, имитируется реальное ограничение хода браншей 19. Подробное описание манипуляций хирурга при помощи имитатора лапароскопического зажима 3 и других имитаторов лапароскопических инструментов рассмотрены далее на страницах 22-43, где рассмотрен в работе гибридный медицинский тренажер лапароскопии, представленный на схеме фиг.1 и в примерах тренировки операций «холецистэктомия» и «аднексэктомия».
Рассмотрим в работе имитатор троакара 1 1, изображенный на чертеже фиг.4 в разрезе (вид сбоку). Вводят имитатор лапароскопического инструмента, например, имитатор лапароскопического зажима 3, являющийся одним из имитаторов лапароскопического инструмента, в отверстие приемника лапароскопического инструмента 39. Вращают имитатор лапароскопического зажима 3 по оси абсцисс и ординат, как при выполнении реальной операции, соответственно, вращается приемник лапароскопического инструмента 39, корпус имитатора троакара 38 и вращение через вал корпуса имитатора троакара 41 передается на датчик поворота по оси ординат 46, также вращение передается через подвижный уголок 45 и вал подвижного уголка 48 на датчик поворота по оси абсцисс 49. Датчик поворота по оси ординат 46 и датчик поворота по оси абсцисс 49 отслеживают координаты положения имитатора лапароскопического зажима 3 в пространстве. Имитатор лапароскопического зажима 3 при вводе соприкасается с удерживающими роликами 40 и валом датчика измерения продольных перемещений 43, тем самым датчик измерения продольного перемещения инструмента 42 регистрирует глубину
5 вхождения имитатора лапароскопического зажима 3 в приемник лапароскопического инструмента 39. Подробное описание действий хирурга при установке имитаторов троакаров 1 1 в брюшной полости робота-пациента 1 рассмотрено на страницах 26 и 35, в примерах тренировки операций «холецистэктомия» и «аднексэктомия».
ю Рассмотрим в работе узел перемещения имитатора троакара 11, соединенный с имитатором троакара 1 1 (вид сверху и вид спереди), изображенный на чертежах фиг.5 и фиг.6. Направляющая 54 позволяет хирургу выставить необходимое для работы положение имитаторов троакаров 11. Хирург ослабляет барашек узла перемещения 67, выбирает
15 угол поворота и расстояние имитаторов троакаров И от узла, затем затягивает барашек узла перемещения 67. Поворот направляющей 54 передается через шкив направляющей 59 и шкив датчика 64 на датчик поворота направляющей 58. Датчик продольного перемещения направляющей 55 определяет продольное движение направляющей 54.
20 Таким образом, происходит определение положения имитаторов троакаров 11 на передней стенке брюшной полости робота-пациента 1.
Рассмотрим в работе робота-пациента 1 с имитаторами троакаров 11, расположенными в его брюшной полости, схематично изображенного на фиг.7. В робота-пациента 1 встроены имитаторы троакаров 11,
25 расположенные в его брюшной полости. В данном примере гибридного медицинского тренажера лапароскопии содержится четыре подвижных имитатора троакара 1 1. В зависимости от типа эндохирургической операции выставляют различные положения имитаторов троакаров 1 1. Используются разные виды имитаторов лапароскопических инструментов, зо такие как: имитатор эндоскопа 5, имитатор коагулятора, имитатор лапароскопических ножниц, имитатор лапароскопического зажима 3, имитатор диссектора, имитатор «крючок», имитатор лапароскопического клип-аппликатора, имитатор аспиратора-ирригатора 7 и т.д. Имитатор коагулятора выполнен аналогично имитатору лапароскопического зажима 3.
Рассмотрим в работе принципиальную схему соединения микроконтроллера блока датчиков 37 имитатора лапароскопического инструмента с датчиками имитатора лапароскопического инструмента, изображенную на фиг.8. Алгоритм работы микроконтроллера блока датчиков 37 имитатора лапароскопического инструмента приведен на блок- схеме фиг.13. Данные с энкодера 24 и магнитного датчика Холла 35, которые отслеживают координаты угла раствора браншей 19 и поворота имитатора лапароскопического зажима 3, изображенных на фиг.2, поступают на микроконтроллер блока датчиков 37, который преобразует данные в информационные пакеты, отправляемые по интерфейсу TWI на микроконтроллер блока сопряжения 68, распознаваемые микроконтроллером блока сопряжения 68. С микроконтроллера блока датчиков 37 данные поступают на ик-светодиод 36, который передает сигнал с кодом инструмента на ик-приемник 52, который расположен в имитаторе троакара 1 1, изображенном на чертеже фиг.4 (таким образом, система распознает, какой вид имитатора лапароскопического инструмента введен в конкретный имитатор троакара 11).
Рассмотрим в работе принципиальную схему блока сопряжения 4, соединенного с блоками датчиков 21 и блоками управления, изображенную на фиг.9. Микроконтроллеры блока датчиков 37 имитатора лапароскопического инструмента, микроконтроллер блока управления коагулятором 69, который расположен в блоке управления коагулятором 13, микроконтроллер блока управления эндовидеокамерой 70, который расположен в блоке управления эндовидеокамерой ' 6, микроконтроллер блока управления аспиратором-ирригатором 71, который расположен в блоке управления аспиратором-ирригатором 8 и микроконтроллер блока управления инсуфлятором 72, который расположен в блоке управления инсуфлятором 10, по интерфейсу TWI соединены с микроконтроллером блока сопряжения 68, который расположен в блоке сопряжения 4. Алгоритм работы микроконтроллера блока сопряжения 68 изображен на блок-схеме фиг.14. Микроконтроллер блока сопряжения 68 последовательно опрашивает данные по интерфейсу TWI с п микроконтроллеров блока датчиков 37 (η-количество подключенных имитаторов лапароскопических инструментов), микроконтроллера блока управления эндовидеокамерой 70, микроконтроллера блока управления аспиратором-ирригатором 71, микроконтроллера блока управления инсуфлятором 72 и микроконтроллера блока управления коагулятором 69. Микроконтроллер блока сопряжения 68 преобразует полученные данные в информационные пакеты, распознаваемые программой на ЭВМ 2. Данные через последовательный порт RS232 передаются на ЭВМ 2.
Рассмотрим в работе принципиальную схему подключения микроконтроллеров узлов перемещения имитаторов троакаров 66 к ЭВМ 2, представленную на фиг.10. Алгоритм работы микроконтроллеров узлов перемещения имитаторов троакаров 66 приведен на блок-схеме фиг. 15 и 16. Данные с датчика измерения продольного перемещения инструмента 42, датчика поворота по оси ординат 46, датчика поворота по оси абсцисс 49, датчика поворота направляющей 58, датчика продольного перемещения направляющей 55, отслеживающих изменение положения имитаторов троакаров 11 в пространстве, и ик-приемника 52, который получает сигнал от ик-светодиода 36 и распознает вид введенного в имитатор троакара 11 имитатора лапароскопического инструмента, поступают на микроконтроллеры узлов перемещения имитаторов троакаров 66 (661, 662, 663, 664), причем для каждого микроконтроллера узла перемещения имитаторов троакаров 66 имеется аналогичный набор перечисленных выше датчиков. В данном примере гибридного медицинского тренажера лапароскопии содержится четыре подвижных имитатора троакара 11, соответственно, содержится четыре микроконтроллера узла перемещения имитатора троакара 66, изображенных на фиг.10. Основной микроконтроллер узла перемещения имитатора троакара 664 (мастер)
5 последовательно опрашивает данные по интерфейсу SPI с остальных трех микроконтроллеров узлов перемещения имитаторов троакаров 661-663, преобразует все полученные данные в один информационный пакет, распознаваемый программой на ЭВМ 2, и через последовательный порт RS232 передает данные на ЭВМ 2.
ю Рассмотрим в работе принципиальную схему блока управления коагулятором 13, соединенного с блоком датчиков 21 и блоком сопряжения 4, изображенную на фиг.П . Алгоритм работы микроконтроллера блока управления коагулятором 69, являющегося лапароскопическим прибором, приведен на блок-схеме фиг. 17. Микроконтроллер блока управления
15 коагулятором 69 расположен в блоке управления коагулятором 13. Данные с регулятора мощности тока коагулятора 74, включателя режима коагуляции 75, включателя режима резания 76, включателя смешанного режима 77 поступают на микроконтроллер блока управления коагулятором 69. Данные с микроконтроллера блока датчиков 37, который расположен в
20 имитаторе коагулятора, являющегося имитатором лапароскопического инструмента, по интерфейсу TWI поступают на микроконтроллер блока управления коагулятором 69. Микроконтроллер блока управления коагулятором 69, передает собранные данные по интерфейсу TWI на микроконтроллер блока сопряжения 68, работа которого рассмотрена на
25 странице 18.
Рассмотрим в работе принципиальную схему блока управления эндовидеокамерой 6, соединенного с блоком датчиков 21 и блоком сопряжения 4, изображенную на фиг.19. Алгоритм работы микроконтроллера блока управления эндовидеокамерой 70 приведен на зо блок-схеме фиг.22. Микроконтроллер блока управления эндовидеокамерой 70 расположен в блоке управления эндовидеокамерой 6. Данные с включателя эндовидеокамеры 79, регулятора цветового тона 80, регулятора освещенности 81, регулятора баланса белого 82, включателя галогенового освещения 83, включателя ксенонового освещения 84 поступают на микроконтроллер блока управления эндовидеокамерой 70. Данные с микроконтроллера блока датчиков 37, который расположен в имитаторе эндоскопа 5, являющегося имитатором лапароскопического инструмента, по интерфейсу TWI поступают на микроконтроллер блока управления эндовидеокамерой 70. Микроконтроллер блока управления эндовидеокамерой 70 передает собранные данные по интерфейсу TWI на микроконтроллер блока сопряжения 68. При нажатии на регулятор освещенности 81 значения текущей настройки отображаются на дисплее яркости освещения 85.
Рассмотрим в работе принципиальную схему блока управления аспиратором-ирригатором 8, соединенного с блоком сопряжения 4, изображенную на фиг.20. Алгоритм работы микроконтроллера блока управления аспираторм-ирригатором 71 приведен на блок-схеме фиг.23. Микроконтроллер блока управления аспиратором-ирригатором 71 расположен в блоке управления аспиратором-ирригатором 8. Данные с включателя аспиратора-ирригатора 87, включателя режима аспирации 88, включателя режима ирригации 89, переключателя открытия и закрытия 90 и педали аспиратора-ирригатора 18 поступают на микроконтроллер блока управления аспиратором-ирригатором 71. Микроконтроллер блока управления аспиратором-ирригатором 71 передает собранные данные по интерфейсу TWI на микроконтроллер блока сопряжения 68.
Рассмотрим в работе принципиальную схему блока управления инсуфлятором 10, соединенного с блоком сопряжения 4, изображенную на фиг.21. Алгоритм работы микроконтроллера блока управления инсуфлятором 72 приведен на блок-схеме фиг.24. Микроконтроллер блока управления инсуфлятором 72 расположен в блоке управления инсуфлятором 10. Данные с включателя инсуфлятора 92, кнопки запуска инсуфляции 93, включателя увеличения давления 94, включателя уменьшения давления 95, включателя запоминания давления 96, включателя увеличения потока 97, включателя уменьшения потока 98,
5 включателя запоминания потока 99 поступают на микроконтроллер блока управления инсуфлятором 72. Микроконтроллер блока управления инсуфлятором 72 передает собранные данные по интерфейсу TWI на микроконтроллер блока сопряжения 68. Полученные данные с блока сопряжения 68 отображаются на дисплее измеренного давления 101 и ю дисплее измеренного потока 103. При нажатии включателя увеличения давления 94, включателя уменьшения давления 95 и включателя запоминания давления 96 значения текущей настройки отображаются на дисплее заданного давления 100. При нажатии включателя увеличения потока 97, включателя уменьшения потока 98 и включателя запоминания
15 потока 99 значения текущей настройки отображаются на дисплее заданного потока 102.
Рассмотрим в работе гибридный медицинский тренажер лапароскопии, представленный на фиг.1. После загрузки операционной системы на процессоре ЭВМ 2 начинает выполняться программный
20 алгоритм, приведенный на блок-схеме фиг.12 (блок-схема фиг.12 изображена на двух страницах, на первой странице под наименованием фиг.12/1, на второй - фиг.12/2). Модуль графического отображения согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, отображает меню в системе визуализации 12, в котором необходимо выбрать упражнение,
25 либо режим калибровки, либо выход из программы. Выбор пунктов меню осуществляется с помощью манипулятора ЭВМ 2.
Манипуляции имитаторами лапароскопических инструментов, которые осуществляются хирургом, при вращении барашка инструмента 23 и нажатии рукоятки 22 отслеживаются энкодером 24, магнитным датчиком зо Холла 35, изображенными на чертеже фиг.З. Эти датчики соединены с ЭВМ 2 согласно принципиальной схеме соединения микроконтроллера блока датчиков 37 имитатора лапароскопического инструмента с датчиками имитатора лапароскопического инструмента, изображенной на фиг.8, и согласно принципиальной схеме блока сопряжения 4, соединенного с блоками датчиков 21 и блоками управления, изображенной на фиг.9. Данные с этих датчиков передаются на ЭВМ 2 согласно алгоритму работы микроконтроллера блока датчиков 37 имитатора лапароскопического инструмента, изображенного на блок-схеме фиг.13, и алгоритма работы микроконтроллера блока сопряжения 68, изображенного на блок-схеме фиг.14.
Манипуляции имитаторами троакара 11 с помощью введенных имитаторов лапароскопических инструментов отслеживаются: датчиком измерения продольного перемещения инструмента 42, датчиком поворота по оси ординат 46, датчиком поворота по оси абсцисс 49. Перемещение имитатора троакара 11 отслеживаются в узле перемещения имитатора троакара датчиком продольного перемещения направляющей 55 и датчиком поворота направляющей 58. Эти датчики соединены с ЭВМ 2 согласно принципиальной схеме подключения микроконтроллеров узлов перемещения имитаторов троакаров 66 к ЭВМ 2, представленной на фиг.10. Данные с этих датчиков передаются на ЭВМ 2 согласно алгоритму работы микроконтроллеров узлов перемещения имитаторов троакаров 66 г 663, изображенного на блок-схеме фиг.15, и алгоритму работы основного микроконтроллера узла перемещения имитатора троакара 664, изображенного на блок-схеме фиг.16.
Ниже описан алгоритм, выполняющийся на процессоре ЭВМ 2, который связывает манипуляции хирургической бригады с изображением системы визуализации 12.
Рассмотрим в работе гибридный медицинский тренажер с учетом выполняющейся программы на процессоре ЭВМ 2. Модуль графического отображения, согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, в режиме калибровки генерирует в систему визуализации 12 сигнал с изображением диалогового окна, в котором перечислены калибруемые датчики: энкодер 24, датчик измерения продольного перемещения инструмента 42, датчик поворота по оси ординат 46, датчик поворота по
5 оси абсцисс 49, датчик продольного перемещения направляющей 55, датчик поворота направляющей 58. Вводят имитатор лапароскопического инструмента в имитатор троакара 11 и последовательно для каждого калибруемого датчика фиксируют его минимальное и максимальное значение. Например, для калибровки датчика измерения продольного ю перемещения инструмента 42 сначала полностью 1 (до упора) вводят имитатор лапароскопического инструмента в имитатор троакара 11, манипулятором ЭВМ 2 выбирают в диалоговом окне соответствующий режим фиксации минимального положения этого датчика, затем, не вынимая полностью, вытаскивают имитатор лапароскопического
15 инструмента из имитатора троакара 11, выбирают в диалоговом окне соответствующий режим фиксации максимального значения этого датчика. Значения калибровочных коэффициентов сохраняются программой автоматически в базу данных ЭВМ 2 согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, и используются для нормировки значений сигналов,
20 поступающих с соответствующих датчиков. Калибровка может быть проведена повторно до полного совпадения реальных движений имитаторов инструментов, введенных в имитаторы троакаров 1 1 , с виртуальными инструментами, отображаемыми в выполняемых упражнениях системой визуализации 12.
25 Действия операционной бригады при работе с гибридным медицинским тренажером лапароскопии заключаются в следующем: медсестра подает инструменты, забирает инструменты хирурга и его ассистента по их просьбе, при необходимости подключает имитаторы лапароскопических инструментов к соответствующим блокам управления, зо со слов хирурга настраивает оборудование, оказывает поддержку хирургу и его ассистенту. Хирург руководит ходом операции, оперирует, принимает важные решения. Ассистент одной рукой держит имитатор эндоскопа 5, другой рукой, как правило, имитатор лапароскопического зажима 3, которым помогает хирургу держать виртуальные органы для удобного
5 проведения операции. При введении в тренажер других видов оборудования операционной, имитаторов лапароскопических приборов и других приборов возможно участие дополнительных специалистов. Например, при введении имитатора анестезиологической стойки необходимо участие анестезиолога.
ю Трехмерные модели тканей и органов смоделированы в системе
Autodesk 3ds Мах, разработанной компанией Autodesk, введены в базу данных ЭВМ 2. Модуль физики согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, представляет собой программное обеспечение, написанное с использованием SDK PhysX, которое разработано компанией
15 nVidia. Модуль графического отображения согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, представляет собой программное обеспечение, написанное с использованием SDK DirectX, которое разработано компанией Microsoft.
Описание процесса выполнения тренировки операции
20 «холецистэктомия» на гибридном медицинском тренажере с учетом программы, выполняющейся на процессоре ЭВМ 2, согласно алгоритму в режиме выполнения упражнения, приведенному на блок-схеме фиг.12, заключается в следующем: система визуализации 12 отображает описание клинического случая выбранного виртуального пациента в виде текстовой
25 информации. Описание клинического случая включает историю болезни и текущие жалобы виртуального пациента. Например: женщина 29 лет, первичный холецистит, камень в желчном пузыре, боли в эпигастрии, отдающие в правое надплечье; женщина 43 года, острая боль в правом подреберье, после приема жирной пищи, по УЗИ - эхогенное образование в зо желчном пузыре; мужчина 37 лет доставлен с пароксизмальной абдоминальной болью, которая возникла через 5 минут после обеда; женщина 48 лет, поступила с болью в правом подреберье, боли возникают периодически за последние несколько лет, по анализам - превышение уровня билирубина; мужчина, 52 года, повышенная масса тела, жалобы на
5 тошноту, рвоту, при пальпации возникают боли в правом подреберье, пальпируется печень; женщина, 44 года, повышенная масса тела, жалобы на тошноту, боли на протяжении последних 12 часов, боль усиливается при движении и кашле; женщина 46 лет с постоянной болью в правом подреберье, моча темного цвета, стул темного цвета, склеры иктеричны; ю женщина, 49 лет с жаром и ознобом, с болью в правом подреберье, жалобы на тошноту в течение последних 24 часов, склеры и кожа иктеричны. На основании этой информации хирург должен принять решение о расположении робота-пациента 1 на операционном столе 14 и расстановке имитаторов троакаров 11, например, учитывая рубцевание от проведенных
15 ранее операций. Располагают робота-пациента 1 на операционном столе 14.
Выбирают положение первого имитатора троакара 11, в который будет введен имитатор эндоскопа 5, являющийся имитатором лапароскопического инструмента, для этого ослабляют барашек узла перемещения 67, выставляют позицию имитатора троакара 11 в брюшной
20 полости робота-пациента 1 соответствующую позиции имитатора троакара 11 в брюшной полости робота-пациента 1 при выполнении реальной операции, затягивают барашек узла перемещения 67. Хирург подключает трубку инсуфлятора 9 к клапану троакара 53 на блоке управления инсуфлятором 10, а медсестра (либо хирург) устанавливает значение
25 давления включателем увеличения давления 94 и включателем уменьшения давления 95, ориентируясь по дисплею заданного давления 100, нажимают включатель запоминания давления 96. Вводят имитатор эндоскопа 5, являющийся имитатором лапароскопического инструмента. Введенный имитатор эндоскопа 5 через ик-светодиод 36 посылает сигнал в ик- зо приемник 52 имитатора троакара 1 1 с кодом инструмента. Данные о коде инструмента, данные датчиков положения и ориентации (датчик измерения продольного перемещения инструмента 42, датчик поворота по оси ординат 46, датчик поворота по оси абсцисс 49, датчик продольного перемещения направляющей 55 и датчик поворота направляющей 58)
5 имитатора троакара 11 поступают в ЭВМ 2. По коду инструмента программа определяет, что был введен имитатор эндоскопа 5, либо другой имитатор лапароскопического инструмента. Данные о положении и ориентации имитатора троакара 11 нормируются с учетом калибровочных коэффициентов, которые должны быть определены в режиме калибровки, ю согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12.
После выбора первого имитатора троакара 1 1 и установки имитатора эндоскопа 5, являющегося имитатором лапароскопического инструмента, система визуализации 12 отображает видеоинформацию, генерируемую модулем графического отображения согласно положению
15 виртуального эндоскопа согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12. Медсестра настраивает качество изображения на блоке управления эндовидеокамерой 6. Хирург изучает виртуальные органы. На основе этой видеоинформации хирург осуществляет установку остальных имитаторов троакаров 11, передает ассистенту имитатор эндоскопа 5, для каждого
20 имитатора троакара 11 ослабляет барашек узла перемещения 67, выставляет необходимое положение имитатора троакара 11, фиксирует барашек узла перемещения 67 и1 вводит соответствующий имитатор лапароскопического инструмента. После введения каждого имитатора лапароскопического инструмента в имитатор троакара 11, модуль физики,
25 согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, моделирует физические свойства имитатора лапароскопического инструмента: твердость, объем, электрические разряды, вытекающие жидкости, режущие поверхности, усилия, положение в пространстве, взаимодействие с виртуальными органами и виртуальными тканями; модуль графического зо отображения, согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, генерирует отображение каждого виртуального лапароскопического инструмента среди виртуальных органов и виртуальных тканей, согласно расположению виртуальных лапароскопических инструментов.
В зависимости от выбранного виртуального пациента модуль
5 физики, согласно алгоритму, представленному на блок-схеме фиг.12, моделирует физические свойства виртуальных органов аналогичных реальным, формирует вариант анатомии, включая размеры, форму, окраску, расположение желчного пузыря, желчных протоков, артерий и т.п. Для этого из базы данных ЭВМ 2 загружается один из вариантов ю трехмерной компьютерной модели органов, включающей описание поверхности органов (поверхность задается точками в трехмерном пространстве, нормалями точек, связями между точками), текстур (визуальное ! отображение имитируемых органов, накладываемое на трехмерную поверхность), свойств (упругость, хрупкость и другие). После
15 этого осуществляется преобразование загруженных данных в структуры, необходимые для моделирования деформаций и разрезания.
Тренировка операции «холецистэктомия» может осуществляться как поэтапно, так и полностью.
Поэтапный режим. Отдельная отработка выбранного этапа операции
20 (тракция, препаровка треугольника Кало, пересечение и клипирование пузырной артерии и пузырного протока, мобилизация желчного пузыря). Модуль физики согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, в базе данных ЭВМ 2 инициализирует физические модели органов в состояниях, соответствующих завершенным этапам, предшествующих
25 выбранному этапу и посылает сигнал в модуль графического отображения, который формирует трехмерную картину виртуальных органов, посылаемую в систему визуализации 12. Для этого модуль физики, согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, модифицирует трехмерные поверхности, имитирующие органы (например, имитируется зо выполненная тракция или выполненные разрезы и установленные клипсы). По завершении выполнения всех действий, предусмотренных выбранным этапом, осуществляется автоматический выход из упражнения.
Режим полной операции. Модуль физики согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, в базе данных ЭВМ 2 инициализирует
5 физические модели виртуальных органов в исходном состоянии (как они расположены и деформированы у реального человека, лежащего на операционном столе), модуль графического отображения формирует трехмерную картину, посылаемую в систему визуализации 12, с учетом данных, полученных из модуля физики и других модулей, приведенных на ю блок-схеме фиг.12. Модуль логики согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, определяет признаки начала и завершения очередного этапа, в том числе определяет нарушение этапов операции. Упражнение завершается, когда выполнены все этапы операции.
Этапы операции:
15 Тракция. Первоначально, хирург или ассистент должны осуществить тракцию - перемещение виртуальной модели желчного пузыря для обеспечения доступа к оперируемой зоне. Ассистент вводит имитатор лапароскопического зажима 3 в имитатор троакара 11, осуществляет манипуляции имитатором лапароскопического зажима 3,
20 который отображается в системе визуализации 12 в виде виртуального инструмента, осуществляет захват виртуального желчного пузыря за дно и движением имитатора лапароскопического зажима 3 осуществляет перемещение виртуального желчного пузыря, при этом модуль физики согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, вычисляет
25 деформацию трехмерной поверхности виртуального желчного пузыря и его воздействие на другие виртуальные органы. Согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, несколько раз в секунду модуль физики осуществляет расчет текущего состояния поверхностей виртуальных органов, модуль графического отображения согласно зо алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, генерирует сигнал, поступающий в систему визуализации 12; в результате в системе визуализации 12 имитируется картина, соответствующая ориентации введенного имитатора эндоскопа 5, являющегося имитатором лапароскопического инструмента, с изображением реалистичной подвижности, плавности перемещения и взаимного влияния виртуальных органов. Модуль логики, согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, определяет правильность направления тракции (на основании вычисляемых координат имитатора лапароскопического инструмента составляется траектория движения, траектория сравнивается с эталонными вариантами, хранящимися в базе данных ЭВМ 2, учитываются допустимые отклонения), правильность визуализации оперируемой зоны (на основании координат точек поверхности виртуальных органов вычисляется расположение виртуального желчного пузыря, виртуальных сосудов, сравнивается с эталонными вариантами, хранящимися в базе данных ЭВМ 2, учитываются допустимые отклонения), правильность захвата виртуальных органов (вычисляется зона захвата имитаторами лапароскопических инструментов, определяется попадание зоны захвата в допустимые границы; код инструмента сравнивается с хранящимися в базе данных ЭВМ 2 кодами инструментов, которыми допускается осуществлять захват).
Препаровка треугольника Кало. Хирург должен аккуратно осуществить рассечение брюшины и жировой ткани с целью выделить (визуализировать) трубчатые образования (артерию и проток), подлежащие клипированию и пересечению. Для этого хирург вводит имитатор одного из лапароскопических инструментов, например, имитатор диссектора, имитатор «крючок», являющиеся имитаторами лапароскопических инструментов, медсестра подключает разъем электроинструмента к блоку управления коагулятором 13, выставляет соответствующими переключателями (включатель режима коагуляции 75, включатель режима резания 76, включатель смешанного режима 77 и регулятор мощности тока коагулятора 74) необходимый режим и мощность тока коагулятора (со слов хирурга). Значения режима и мощности тока коагулятора передаются на ЭВМ 2. Манипулируя имитатором лапароскопического инструмента, хирург осуществляет захват виртуальной жировой ткани, оттягивание, затем нажатием педали коагулятора 17 осуществляет рассечение (сигнал о нажатии педали коагулятора 17 поступает на ЭВМ 2 и модуль физики согласно алгоритму, приведенному на фиг.12, генерирует виртуальное протекание тока через виртуальные ткани). Модуль физики согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, вычисляет по координатам виртуальных браншей виртуального инструмента и координатам точек поверхности виртуальной жировой ткани, какие участки ткани контактируют с виртуальными браншами, и, если выполняется условие контакта, имитируется протекание тока через эти участки ткани, в системе визуализации 12 отображается дым и хаотично движущиеся частицы рассеченной ткани, за время порядка 1-3 секунд происходит полное рассечение контактирующих участков виртуальной ткани, при этом на изображении системы визуализации 12 они плавно исчезают. Модуль логики согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, определяет правильность направления рассечения (по усредненным координатам последовательно рассеченных участков виртуальных тканей составляется траектория и сравнивается на предмет подобия с эталонными вариантами траекторий, учитываются допустимые отклонения), выполнение требований предосторожности при работе электроинструментом (вычисляется1 направление движения виртуальных браншей виртуального инструмента от захвата виртуальной ткани до начала электродиссекции, направление сравнивается с допустимым, учитываются допустимые отклонения) и пр.
Клипирование и пересечение артерии и протока. Хирург вводит имитатор лапароскопического клип-аппликатора, являющегося имитатором лапароскопического инструмента, в имитатор троакара 1 1, манипулирует им и движением виртуального инструмента добивается попадания нужного участка виртуального сосуда между браншами виртуального клип- аппликатора, устанавливает клипсу зажатием рукоятки имитатора лапароскопического клип-аппликатора. Модуль физики согласно алгоритму, приведенному на фиг12, вычисляет деформацию модели сосуда, модифицирует трехмерную поверхность сосуда, визуализирует установленную виртуальную клипсу в месте ее наложения (для каждой клипсы в дальнейшем вычисляется положение в виртуальном пространстве и соответствующая деформация виртуального сосуда). После наложения достаточного количества клипс хирург вводит имитатор лапароскопических ножниц, являющихся имитатором лапароскопического инструмента, манипулирует ими и движением имитатором лапароскопического инструмента подводит бранши виртуальных ножниц к месту разреза виртуального сосуда, осуществляет разрез. Модуль физики согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, вычисляет изменение трехмерной поверхности виртуального сосуда в результате виртуального разреза (модуль графического отображения согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, отображает изменения в системе визуализации 12). Модуль логики согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, и описаниям действий, приведенных ниже, определяет правильность мест наложения клипс (сравнивается зона наложения с эталонной зоной допустимых наложений), количества клипс, правильность мест пересечения трубчатых образований (сравнивается зона разреза с эталонной зоной допустимых зон разреза).
Мобилизация желчного пузыря. Хирург должен отделить желчный пузырь от печени. Для этого хирург вводит имитатор «крючок», являющийся имитатором лапароскопического инструмента, медсестра подключает разъем электроинструмента к блоку управления коагулятором 13, выставляет соответствующими переключателями (включатель режима коагуляции 75, включатель режима резания 76, включатель смешанного режима 77 и регулятор мощности тока коагулятора 74) необходимый режим и мощность тока коагулятора (со слов хирурга). Во второй имитатор троакара 11 (для левой руки) хирург вводит имитатор лапароскопического зажима 3, манипулирует им, захватывает и оттягивает виртуальный
5 желчный пузырь (модуль физики согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, вычисляет соответствующие деформации поверхности виртуального желчного пузыря, перемещение и деформацию других виртуальных органов под воздействием движения виртуальных лапароскопических инструментов). Хирург манипулирует имитаторами ю лапароскопических инструментов и подносит виртуальный инструмент- крючок» к месту спайки виртуального желчного пузыря с виртуальной печенью, нажимает педаль коагулятора 17. Модуль физики согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, вычисляет по координатам виртуального инструмента и координатам точек поверхности виртуальных
15 органов, а также по координатам точек спайки, контактирует ли ткань с электродом виртуального инструмента, и, если выполняется условие контакта, имитируется протекание тока через участок контактирующей ткани, в системе визуализации 12 отображается дым и хаотично движущиеся частицы рассеченной ткани, за время порядка 1-3 секунд
20 происходит полное рассечение контактирующих участков ткани, происходит расцепление (отсоединение) участков трехмерных поверхностей' виртуальных печени и желчного пузыря, что также видно в системе визуализации 12. Модуль логики, согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, определяет правильность воздействия
25 виртуальными инструментами на виртуальные органы и виртуальные ткани при манипуляциях хирурга имитаторами лапароскопических инструментов - время воздействия (модуль логики согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, сравнивает время воздействия с минимальным и максимальным, если время воздействия меньше минимального порога для зо заданной мощности, то отсоединение виртуальных тканей не происходит, если время воздействия больше максимального порога для заданной мощности, то имитируется обширный некроз тканей), место воздействия (модуль физики согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, вычисляет зону воздействия тока в трехмерных координатах, модуль
5 логики согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, проверяет допустимость и целесообразность применения инструмента в данной зоне) и т.п., осуществление коагуляции кровотечения (модуль логики согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, сравнивает зону воздействия с базой данных виртуальных сосудов под поверхностью ю виртуальных органов, в результате протыкания, разрезания виртуальными инструментами или под воздействием диссектора генерируется кровотечение, что отображается также в системе визуализации 12; при наличии виртуального кровотечения проверяется факт коагуляции электроинструментов мест кровотечения для его остановки), промывание
15 (хирург должен ввести имитатор аспиратора-ирригатора 7, являющегося имитатором лапароскопического инструмента, манипулировать им, направить виртуальную струю жидкости на участки поверхности виртуальных органов, требующие смывания крови, желчи и отмершей ткани, при этом вычисляется траектория и отображается струя,
20 вычисляется воздействие струи на участки поверхности, полученный участок поверхности поступает в модуль расчета кровотечения согласно алгоритму, приведенному в блок-схеме фиг.12, определяется смытая часть, что отображается также в системе визуализации 12), и аспирация ложа желчного пузыря и пр. Нештатные ситуации. Модуль логики согласно
25 алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, генерирует нештатные ситуации, например, остановка сердца и т.п. При этом посылаются сигналы, изменяющие показания в системе визуализации 12 и/или аудиовизуальные и механические показатели жизнедеятельности робота- пациента 1. Хирургическая бригада должна идентифицировать нештатную зо ситуацию и соответствующим образом отреагировать. Модуль логики согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, анализирует последующие действия хирургической бригады (например, при остановке сердца хирург и ассистент должны немедленно прекратить операцию - если имеются виртуальные кровотечения, то необходимо коагулировать места кровотечения или заклипировать поврежденные виртуальные сосуды, после этого необходимо вывести имитаторы лапароскопических инструментов для дальнейшего проведения реанимации, по наличию введенных имитаторов лапароскопических инструментов и наличию неостановленного кровотечения проверяется правильность действий, по виртуальному таймеру определяется своевременность действий).
Описание процесса выполнения тренировки операции "аднексэктомия" (удаление придатков матки) на гибридном медицинском тренажере с учетом программы, выполняющейся на процессоре ЭВМ 2, согласно алгоритму в режиме выполнения упражнения, приведенному на блок-схеме фиг.12, заключается в следующем: система визуализации 12 отображает описание клинического случая выбранного виртуального пациента в виде текстовой информации. Описание клинического случая включает историю болезни и текущие жалобы виртуального пациента. Например, женщина, 43 года, по данным УЗИ '- наличие опухолевидного полостного образования, поступила с резкими болями в подвздошной области (клинический случай перекрута кисты яичника); женщина 30 лет, госпитализирована с резкими болями в левой паховой области внизу живота, в анамнезе диагностическая лапароскопия в связи с перекрутом левых придатков, было произведено раскручивание левых придатков с их сохранением. На основании этой информации хирург должен принять решение о расположении робота-пациента 1 на операционном столе 14 и расстановке имитаторов троакаров 1 1 , например, учитывая рубцевание от проведенных ранее операций. Располагают робота-пациента 1 на операционном столе 14. Выбирают положение первого имитатора троакара 11, в который будет введен имитатор эндоскопа 5, являющийся имитатором лапароскопического инструмента, для этого ослабляют барашек узла перемещения 67, выставляют позицию имитатора троакара 1 1 в брюшной полости робота-пациента 1 соответствующую позиции имитатора троакара 11 в брюшной полости робота-пациента 1 при выполнении реальной 5 операции, затягивают барашек узла перемещения 67. Хирург подключает трубку инсуфлятора 9 к клапану троакара 53, на блоке управления инсуфлятором 10, а медсестра (либо хирург) устанавливает значение давления включателем увеличения давления 94 и включателем уменьшения давления 95, ориентируясь по дисплею заданного давления 100, нажимают ю включатель запоминания давления 96. Вводят имитатор эндоскопа 5, являющийся имитатором лапароскопического 1 инструмента. Введенный имитатор эндоскопа через ик-светодиод 36 посылает сигнал в ик-приемник 52 имитатора троакара 1 1 с кодом инструмента. Данные о коде инструмента, данные датчиков положения и ориентации (датчик измерения
15 продольного перемещения инструмента 42, датчик поворота по оси ординат 46, датчик поворота по оси абсцисс 49, датчик продольного перемещения направляющей 55 и датчик поворота направляющей 58) имитатора троакара 1 1 поступают в ЭВМ 2. По коду инструмента программа определяет, что был введен имитатор эндоскопа 5, либо другой
20 имитатор лапароскопического инструмента. Данные о положении и ориентации имитатора троакара 1 1 нормируются с учетом калибровочных коэффициентов, которые должны быть определены в режиме калибровки, согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12.
После выбора первого имитатора троакара 1 1 и установки
25 имитатора эндоскопа 5, являющегося имитатором лапароскопического инструмента, система визуализации 12 отображает видеоинформацию, генерируемую модулем графического отображения согласно положению виртуального эндоскопа согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12. Медсестра нас раивает качество изображения на блоке управления зо эндовидеокамерой 6. Хирург изучает виртуальные органы. На основе этой видеоинформации хирург осуществляет установку остальных имитаторов троакаров 11, передает ассистенту имитатор эндоскопа 5, для каждого имитатора троакара 11 ослабляет барашек узла перемещения 67, выставляет необходимое положение имитатора троакара 1 1 , фиксирует
5 барашек узла перемещения 67 и вводит соответствующий имитатор лапароскопического инструмента. После введения каждого имитатора лапароскопического инструмента в имитатор троакара 1 1 , модуль физики согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, моделирует физические свойства имитатора лапароскопического инструмента: ю твердость, объем, электрические разряды, вытекающие жидкости, режущие поверхности, усилия, положение в пространстве, взаимодействие с виртуальными органами и виртуальными тканями; модуль графического отображения, согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, генерирует отображение каждого виртуального лапароскопического
15 инструмента среди виртуальных органов и виртуальных тканей, согласно расположению виртуальных лапароскопических инструментов.
В зависимости от выбранного виртуального пациента модуль физики, согласно алгоритму, представленному на блок-схеме фиг.12, моделирует физические свойства виртуальных органов аналогичных
20 реальным, формирует вариант анатомии, включая размеры, форму, окраску, расположение матки, маточных труб, яичников, связок, мезосальпинкса и т.п. Для этого из базы данных ЭВМ 2 загружается один из вариантов трехмерной компьютерной модели органов, включающей описание поверхности органов (поверхность задается точками в
25 трехмерном пространстве, нормалями точек, связями между точками), текстур (визуальное отображение имитируемых органов, накладываемое на трехмерную поверхность), свойств (упругость, хрупкость и другие). После этого осуществляется преобразование загруженных данных в структуры, необходимые для моделирования деформаций и разрезания органов зо (тканей). ,
Тренировка операции «аднексэктомия» может осуществляться как поэтапно, так и полностью.
Поэтапный режим. Отдельная отработка выбранного этапа операции (тракция, коагуляция мезосальпинкса и его рассечение, контроль гемостаза). Модуль физики согласно алгоритму, приведенному на блок- схеме фиг.12, в базе данных ЭВМ 2 инициализирует физические модели органов в состояниях, соответствующих завершенным этапам, предшествующих выбранному этапу и посылаех сигнал в модуль графического отображения, который формирует трехмерную картину виртуальных органов, посылаемую в систему визуализации 12. Для этого модуль физики, согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, модифицирует трехмерные поверхности, имитирующие органы (например имитируются1 выполненная тракция или выполненные разрезы и установленные клипсы). По завершении выполнения всех действий, предусмотренных выбранным этапом, осуществляется автоматический выход из упражнения. 1
Режим полной операции. Модуль физики согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, в базе данных ЭВМ 2 инициализирует физические модели виртуальных органов в исходном состоянии (как они расположены и деформированы у реального человека, лежащего на операционном столе), модуль графического отображения формирует трехмерную картину, посылаемую в систему визуализации 12, с учетом данных, полученных из модуля физики и других модулей, приведенных на блок-схеме фиг.12. Модуль логики, согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, определяет признаки начала и завершения очередного этапа, в том числе определяет нарушение этапов операции. Упражнение завершается, когда выполнены все этапы операции. '
Этапы операции: < i
38
I Тракция. Первоначально, хирург или ассистент должны осуществить тракцию - перемещение виртуальных органов для обеспечения доступа к оперируемой зоне. Ассистент вводит имитатор лапароскопического зажима 3 в имитатор троакара 11, осуществляет манипуляции имитатором лапароскопического зажима 3, который отображается в системе визуализации 12 в виде виртуального инструмента, осуществляет захват дистального конца маточной J трубы имитатором лапароскопического зажима 3, являющимся имитатором лапароскопического инструмента, приподнимают в головном направлении и несколько в бок. Изучают расположение мезосальпинкса, связочного аппарата1 яичника, идентифицируют приблизительно ход мочеточника (для этого движением имитатора лапароскопического инструмента аккуратно перемещают виртуальные органы и ткани, добиваются изображения, по которому становится понятна структура органов и тканей, при этом модуль физики вычисляет деформацию трехмерной поверхности, что отображается модулем 'графического отображения согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, в системе визуализации 12). Модуль логики согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, определяет правильность направления тракции (на основании вычисляемых координат имитатора лапароскопического инструмента составляется траектория движения, траектория сравнивается с эталонными вариантами, хранящимися в базе данных ЭВМ 2, учитываются допустимые отклонения), грубое или избыточное перемещение виртуальной маточной трубы (на основании изменения координат имитатора лапароскопического инструмента, поступающих несколько раз в секунду (20-50),' модуль логики вычисляет скорость перемещения, длину перемещения, при этом модуль физики согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, вычисляет деформацию трехмерной поверхности, что отображается модулем графического отображения согласно алгоритму, приведенному на блок- схеме фиг.12, в системе визуализации 12, вычисляет степень растяжения, модуль логики сравнивает с эталонными значениями,' хранящимися в базе данных ЭВМ 2), неправильное наложение имитатора лапароскопического зажима 3 (на основании координат браншей виртуального лапароскопического зажима, модуль физики согласно алгоритму,
5 приведенному на блок-схеме фиг.12, вычисляет зону наложения, модуль логики согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, сравнивает с эталонными допустимыми зонами, хранящимися в базе данных ЭВМ 2), неправильный выбор инструмента (модуль логики согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, сравнивает код ю инструмента с хранящимися в базе данных ЭВМ 2 кодами инструментов, которыми допускается осуществлять захват), 1 при разделении спаек - повреждение брюшины, мочеточника, ветви артериального или венозного сосуда, повреждение полых органов, мочевого пузыря, кишечника (для определения повреждения модуль физики согласно алгоритму,
15 приведенному на блок-схеме фиг.12, вычисляет расстояние до различных участков трехмерной поверхности виртуальных органов и тканей, модуль логики согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, сравнивает с минимальным порогом расстояния ' во время работы виртуального инструмента; а также по поступающим координатам
20 имитаторов лапароскопических инструментов вычисляет давление воздействия виртуального инструмента на Трехмерную поверхность виртуальных органов, сравнивает с максимальным допустимым значением давления на данном участке поверхности; виртуальные повреждения сохраняются в базе данных ЭВМ 2 и поступают в модуль расчета
25 кровотечений и модуль логики согласно алгоритму, приведенному на блок- схеме фиг.12, что также отображается модулем графического отображения согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, в системе визуализации 12).
Коагуляция мезосальпинкса и его рассечение. Хирург должен зо коагулировать и рассечь виртуальный мезосальпинкс, оттянутый с помощью виртуального лапароскопического зажима, наложенного на трубу, по краю трубы, боковому и нижнему краю виртуального яичника. Для этого в один имитатор троакара 1 1 хирург вводит имитатор лапароскопического зажима 3, в другой - имитатор коагулятора, являющегося имитатором лапароскопического инструмента. Движением имитатора лапароскопического зажима 3 хирург захватывает и оттягивает виртуальный мезосальпинкс, накладывает щипцы виртуального коагулятора, нажимает педаль коагулятора 17 и удерживает 1-2 с, модуль физики согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, рассчитывает зону коагуляции по координатам виртуальных щипцов, модуль логики рассчитывает мощность и время воздействия. Модуль графического отображения согласно алгоритму, приведенному на блок- схеме фиг.12, отображает пожелтение или обесцвечивание ткани вокруг щипцов виртуального коагулятора и сохраняет изменившиеся свойства виртуальных тканей в базу данных ЭВМ 2. После коагуляции каждого небольшого участка хирург вынимает имитатор коагулятора и вводит вместо него имитатор лапароскопических ножниц, подносит бранши 19 имитатора лапароскопических ножниц, действия которых согласованны с виртуальными браншами, на коагулированный участок виртуальной ткани и нажатием рукоятки 22 рассекает этот участок, что отображается в системе визуализации 12 (модуль физики вычисляет зону разреза на основе координат виртуальных браншей в момент разреза, в трехмерную поверхность вносятся соответствующие изменения, данные об изменениях сохраняются в базу данных ЭВМ 2). Коагулировать и пересечь собственную связку яичника и воронкотазовую связку (выполняется аналогично описанной выше коагуляции мезосальпинкса и его рассечения). Модуль логики согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, вычисляет неправильную идентификацию образований виртуальных маточной трубы, собственной связки яичника и воронкотазовой связки (при поступлении сигналов о коагуляции или резании участков виртуальной ткани модуль логики вычисляет зону воздействия и сопоставляет с эталонными вариантами в базе данных ЭВМ 2, если зоны воздействия не совпадают с эталонными с учетом допустимых отклонений, генерирует текстовое сообщение, поступающее через модуль графического
5 отображения в систему визуализации 12, о том, что хирург приступил к операции, неправильно идентифицировав анатомические образования), слишком близкая к стенкам таза коагуляция (если модуль логики согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, распознает пересечение участка коагуляции с областью поверхности, записанной в базе данных ю ЭВМ 2 как виртуальные стенки таза, или если расстояние до этой области меньше минимального допустимого значения, то в базу данных ЭВМ 2 сохраняются данные об ошибке), повреждение мочеточника (если модуль логики согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, распознает пересечение участка резания с областью поверхности, под
15 которой проходит виртуальный мочеточник, то в базу данных ЭВМ 2 сохраняются данные о повреждении мочеточника, что также отображается модулем графического отображения согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, в системе визуализации 12).
Контроль гемостаза. Движением виртуального эндоскопа, действия
20 которого' согласованны с реальным имитатором эндоскопа 5, хирург осматривает все операционное поле. При обнаружении повреждений выполняет коагуляцию описанным ранее способом. Модуль логики согласно' алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, анализирует выполнение хирургом осмотра операционного ' поля на предмет
25 кровотечения (в базу данных ЭВМ 2 сохраняется траектория движения виртуального эндоскопа и время остановки на каждом участке операционного поля, модуль логики сравнивает с эталонными вариантами в базе данных ЭВМ 2 с учетом допустимых отклонений), повреждения соседних органов. При наличии кровотечений и повре дений модуль зо логики согласно алгоритму, приведенному на блок-схеме фиг.12, проверяет соответствующие действия хирурга, например коагуляция кровотечений (имеющиеся виртуальные повреждения и кровотечения зарегистрированы в базе данных ЭВМ 2 в соответствии с описанным выше процессом обнаружения и регистрации повреждений, при коагуляции вблизи координат повреждений на расстоянии меньше эталонного в течение 1-2 с в базу данных ЭВМ 2 сохраняется «остановка кровотечения», если не все кровотечения коагулированы сохраняется «ошибка»).
Таким образом, на основании вышеизложенного, предлагаемый гибридный медицинский тренажер лапароскопии по сравнению с прототипом позволяет обеспечить реальное положение хирургической бригады относительно робота-пациента 1 и операционного поля, возможность выполнения различных вариантов лапароскопического доступа при осложненных клинических ситуациях в зависимости от выбранной позиции робота-пациента 1, обучение оперирующего и ассистирующих хирургов, операционной медицинской сестры работе в команде при различных вариантах развития событий, применение более трех имитаторов троакаров 1 1, изменение количества имитаторов троакаров 1 1, выбор расположения имитаторов троакаров 1 1, реальность различных имитаторов лапароскопических инструментов и их введения в имитаторы троакаров 1 1.
Промышленная применимость
Специалист в данной области техники, используя вышеизложенное описание и чертежи, может осуществить настоящее решение в том виде, как оно заявлено в формуле изобретения с достижением всех заявленных технических результатов.

Claims

Формула изобретения
Гибридный медицинский тренажер лапароскопии, содержащий ЭВМ, имитаторы лапароскопических инструментов соединенные с ЭВМ, имитаторы троакаров соединенные с ЭВМ, систему визуализации соединенную с ЭВМ, отличающийся тем, что введены робот-пациент, имитаторы лапароскопических приборов соединенные с ЭВМ, оборудование операционной, причем, каждый имитатор лапароскопического инструмента выполнен в виде реального инструмента, содержащего блок датчиков и отделен от имитаторов троакаров, которых содержится более трех, установленных в брюшной полости робота- пациента, каждый имитатор троакара соединен с соответствующим узлом перемещения имитатора троакара, фиксирующим положение и определяющим положение имитатора троакара на передней стенке брюшной полости робота-пациента.
PCT/RU2013/000419 2012-11-13 2013-05-21 Гибридный медицинский тренажер лапароскопии WO2014077732A1 (ru)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/442,538 US20160098943A1 (en) 2012-11-13 2013-05-21 Hybrid medical laparoscopic simulator
EA201590789A EA027466B1 (ru) 2012-11-13 2013-05-21 Гибридный медицинский тренажер лапароскопии
JP2015541738A JP2016500157A (ja) 2012-11-13 2013-05-21 ハイブリッド医療用腹腔鏡シミュレータ
EP13855297.1A EP2922048A4 (en) 2012-11-13 2013-05-21 HYBRID MEDICAL DRIVE DEVICE FOR LAPAROSCOPY

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012148301 2012-11-13
RU2012148301 2012-11-13

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014077732A1 true WO2014077732A1 (ru) 2014-05-22

Family

ID=50731519

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2013/000419 WO2014077732A1 (ru) 2012-11-13 2013-05-21 Гибридный медицинский тренажер лапароскопии

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20160098943A1 (ru)
EP (1) EP2922048A4 (ru)
JP (1) JP2016500157A (ru)
EA (1) EA027466B1 (ru)
WO (1) WO2014077732A1 (ru)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102623373B1 (ko) 2014-10-27 2024-01-11 인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드 통합 수술 테이블 운동을 위한 시스템 및 방법
KR102545930B1 (ko) 2014-10-27 2023-06-22 인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드 통합 수술 테이블을 위한 시스템 및 방법
US10682190B2 (en) 2014-10-27 2020-06-16 Intuitive Surgical Operations, Inc. System and method for monitoring control points during reactive motion
EP3212107A4 (en) 2014-10-27 2018-06-13 Intuitive Surgical Operations, Inc. Medical device with active brake release control
KR102574095B1 (ko) 2014-10-27 2023-09-06 인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드 기기 교란 보상을 위한 시스템 및 방법
CN107072864B (zh) * 2014-10-27 2019-06-14 直观外科手术操作公司 用于配准到手术台的***及方法
JPWO2017126313A1 (ja) * 2016-01-19 2018-11-22 株式会社ファソテック 生体質感臓器を用いる手術トレーニング及びシミュレーションシステム
US10255829B2 (en) * 2016-10-10 2019-04-09 Medtronic Holding Company Sàrl In-situ training apparatus, method and system
WO2018118858A1 (en) 2016-12-19 2018-06-28 National Board Of Medical Examiners Medical training and performance assessment instruments, methods, and systems
KR101887805B1 (ko) * 2017-03-23 2018-08-10 최재용 증강현실 기반의 복강경 수술용 시뮬레이션 시스템 및 이를 이용한 방법
US11717363B2 (en) * 2017-09-08 2023-08-08 Covidien Lp High precision instrument control mode for robotic surgical systems
FR3073657B1 (fr) * 2017-11-10 2023-05-05 Virtualisurg Systeme de simulation d'acte chirurgical
PL424841A1 (pl) * 2018-03-09 2019-09-23 Laparo Spółka Z Ograniczoną Odpowiedzialnością Człon manipulacyjno-pomiarowy trenażera laparoskopowego
KR102143784B1 (ko) * 2018-12-27 2020-08-12 가톨릭대학교 산학협력단 가상현실 기반 이비인후과 및 신경외과 시뮬레이터의 수술 평가 시스템

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2096997C1 (ru) * 1995-05-03 1997-11-27 Джейкоб Фелдман Устройство для эндохирургических манипуляций
US5791231A (en) * 1993-05-17 1998-08-11 Endorobotics Corporation Surgical robotic system and hydraulic actuator therefor
RU60768U1 (ru) * 2006-08-30 2007-01-27 Константин Валерьевич Бражников Лапароскопический тренажер

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5403191A (en) * 1991-10-21 1995-04-04 Tuason; Leo B. Laparoscopic surgery simulator and method of use
US5352219A (en) * 1992-09-30 1994-10-04 Reddy Pratap K Modular tools for laparoscopic surgery
US5830214A (en) * 1994-11-08 1998-11-03 Heartport, Inc. Fluid-evacuating electrosurgical device
WO1996016389A1 (en) * 1994-11-17 1996-05-30 Staneff John E Jr Medical procedure simulator
US6113395A (en) * 1998-08-18 2000-09-05 Hon; David C. Selectable instruments with homing devices for haptic virtual reality medical simulation
US6544041B1 (en) * 1999-10-06 2003-04-08 Fonar Corporation Simulator for surgical procedures
US20050142525A1 (en) * 2003-03-10 2005-06-30 Stephane Cotin Surgical training system for laparoscopic procedures
JP2004348095A (ja) * 2003-03-26 2004-12-09 National Institute Of Advanced Industrial & Technology トレーニングシステム
EP1738343A4 (en) * 2004-03-08 2010-03-24 Univ Johns Hopkins DEVICE AND METHOD FOR MEDICAL TRAINING AND EVALUATION
US7621926B2 (en) * 2004-04-16 2009-11-24 Applied Medical Resources Corporation Multi-fire surgical clip applier
US20070275359A1 (en) * 2004-06-22 2007-11-29 Rotnes Jan S Kit, operating element and haptic device for use in surgical simulation systems
US20080085499A1 (en) * 2006-10-05 2008-04-10 Christopher Horvath Surgical console operable to simulate surgical procedures
WO2009000939A1 (es) * 2007-06-22 2008-12-31 Gmv, S.A. Simulador para cirugía laparoscópica
US9171484B2 (en) * 2008-03-06 2015-10-27 Immersion Corporation Determining location and orientation of an object positioned on a surface
JP2009236963A (ja) * 2008-03-25 2009-10-15 Panasonic Electric Works Co Ltd 内視鏡手術用トレーニング装置、内視鏡手術用技能評価方法
US20090263775A1 (en) * 2008-04-22 2009-10-22 Immersion Medical Systems and Methods for Surgical Simulation and Training
US20100167250A1 (en) * 2008-12-31 2010-07-01 Haptica Ltd. Surgical training simulator having multiple tracking systems
JP5614980B2 (ja) * 2009-12-25 2014-10-29 三菱プレシジョン株式会社 トロカー位置設定用模擬術具位置設定装置
EP3392863B1 (en) * 2010-10-01 2020-04-22 Applied Medical Resources Corporation Portable laparoscopic trainer

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5791231A (en) * 1993-05-17 1998-08-11 Endorobotics Corporation Surgical robotic system and hydraulic actuator therefor
RU2096997C1 (ru) * 1995-05-03 1997-11-27 Джейкоб Фелдман Устройство для эндохирургических манипуляций
RU60768U1 (ru) * 2006-08-30 2007-01-27 Константин Валерьевич Бражников Лапароскопический тренажер

Also Published As

Publication number Publication date
EA201590789A1 (ru) 2015-07-30
EP2922048A1 (en) 2015-09-23
US20160098943A1 (en) 2016-04-07
EA027466B1 (ru) 2017-07-31
EP2922048A4 (en) 2015-10-07
JP2016500157A (ja) 2016-01-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2014077732A1 (ru) Гибридный медицинский тренажер лапароскопии
RU128762U1 (ru) Гибридный медицинский тренажер лапароскопии
AU2019352792B2 (en) Indicator system
US6939138B2 (en) Endoscopic tutorial system for urology
US6863536B1 (en) Endoscopic tutorial system with a bleeding complication
Magrina Robotic surgery in gynecology.
WO2018217407A1 (en) Surgical simulation system using force sensing and optical tracking and robotic surgery system
RU209329U1 (ru) Автоматическое дополнение эндоскопического видеоизображения
JPH11197159A (ja) 手術支援システム
JP2017510826A (ja) 医療処置トレーニングのためのシミュレータシステム
KR20100106834A (ko) 증강현실을 이용한 수술 로봇 시스템 및 그 제어 방법
CN105448155A (zh) 脊柱内镜虚拟训练***
JP7153974B2 (ja) コンピュータプログラム、学習モデルの生成方法、及び画像処理装置
JP2023063310A (ja) 全直腸間膜切除手術シミュレータ
Schollmeyer et al. Practical manual for laparoscopic & hysteroscopic gynecological surgery
Yuh The Bedside Assistant in Robotic Surgery-Keys to Success.
WO2017126313A1 (ja) 生体質感臓器を用いる手術トレーニング及びシミュレーションシステム
EP1275098A2 (en) Endoscopic tutorial system for urology
Dankelman et al. Engineering for patient safety: Issues in minimally invasive procedures
Choi et al. Graphic and haptic modelling of the oesophagus for VR‐based medical simulation
Zhang et al. A virtual reality based arthroscopic surgery simulator
Tai et al. Integrating virtual reality and haptics for renal puncture surgical simulator
KR20180077361A (ko) 의료 시뮬레이터용 촉감 생성장치 및 이를 포함하는 의료 시뮬레이터
Wang et al. Modelling and application of laparoscopic simulation system for panhysterectomy
US20230105111A1 (en) System and Method for Teaching Minimally Invasive Interventions

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13855297

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2015541738

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14442538

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201590789

Country of ref document: EA

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2013855297

Country of ref document: EP