Хирургический фантом

Изобретение относится к медицинским анатомическим моделям и может найти широкое применение преимущественно в хирургической стоматологии как для обучения медицинского персонала, так и для тестирования хирургического оборудования.
2
Из уровня техники известен хирургический фантом, в котором жесткий базис выполнен из гипса зуботехнического с пределом прочности при сжатии не менее 20 МПа, а также тем, что эластомер, имитирующий живую ткань (десну) при моделировании хирургических вмешательств, выполнен на основе отверждаемой жидкой резины с пределом прочности при растяжении не менее 200 Н/мм и твердостью по Шору 40±3 (патент РФ №2349966 С1, опубл. 20.03.2009).
Аналог обладает схожими с живой тканью механическими характеристиками, что допускает его эффективное использование для обучения медицинского персонала и для тестирования хирургического оборудования только в случае, если такое оборудование является традиционным, т.е. механическим.
Однако аналог не пригоден для применения с использованием малоинвазивного лазерного хирургического оборудования, применяемого все более широко как в качестве единственной технологической основы проводимой операции, так и в комбинации с механическим оборудованием.
В качестве наиболее близкого аналога-прототипа выбран хирургический фантом, в котором имитация живой ткани (искусственная десна) выполнена из эластомера (силиконовая резина) с прочностью на разрыв около 20 кГ/кв. см, твердостью по Шору А 15-30 ед., удлинению до 300% (патент US №5120229, опубл. 09.06.1992).
Как и аналог, прототип обладает весьма схожими с живой тканью механическими характеристиками, но в силу своих оптических свойств не пригоден для применения с использованием малоинвазивного лазерного хирургического оборудования, применяемого все более широко как в качестве единственной технологической основы проводимой операции, так и в комбинации с механическим оборудованием.
Задача полезной модели - формирование хирургического фантома, пригодного для применения как традиционного инвазивного механического, так и малоинвазивного оптического (лазерного) хирургического оборудования.
Технический результат - расширение технологических возможностей хирургического фантома.
Поставленная задача решается, а заявленный технический результат достигается тем, что в хирургическом фантоме, включающем жесткий базис, имитирующий костную ткань и обладающий механическими параметрами, сходными с механическими параметрами костной ткани, и зафиксированный на базисе симулятор живой ткани, обладающий механическими параметрами, сходными с механическими параметрами живой ткани, симулятор живой ткани выполнен из материала, поглощающего электромагнитные излучения с длинами волн от 0,8 до 2,5 мкм, а жесткий базис выполнен из материала, прозрачного для электромагнитного излучения с длинами волн от 0,8 до 2,5 мкм, возможно выполнение симулятора живой ткани из водного раствора желатина с концентрацией желатина в воде от 1:5 до 1:3, а жесткого базиса - из фторсодержащего пластика.
Существо полезной модели поясняется иллюстрацией, где на чертеже представлен заявленный хирургический фантом.
На представленном изображении (чертеж) соответствующими позициями обозначены следующие компоненты хирургического фантома:
1 - симулятор живой ткани;
2 - жесткий базис;
3 - макет зуба (по сути - элемент жесткого базиса).
Полезная модель основана на создании хирургического фантома для имитации операций малоинвазивным медицинским инструментом на основе диодного лазера, выполняющего функцию очень точного скальпеля, способного разрушать живую плоть (мягкие ткани), не оказывая воздействия на костную ткань (человека, животного). Такое воздействие обусловлено тем, что электромагнитное излучение хирургического (например, диодного) лазера обладает рабочими длинами волн в диапазоне от 0,8 до 2,5 мкм, для которых характерно малоинвазивное разрушающее/деструктивное воздействие на живую плоть (мягкие ткани человека, животного), и при этом нейтральное поведение в отношении костной ткани (в этом диапазоне костная ткань человека или животного прозрачна для электромагнитного излучения, т.е. не подвергается разрушению/деструкции).
В соответствии с изложенным сформулировано решение поставленной задачи - формирование хирургического фантома, пригодного для применения как традиционного инвазивного механического, так и малоинвазивного оптического (лазерного) хирургического оборудования - симулятор живой ткани выполнен из материала, поглощающего электромагнитные излучения с длинами волн от 0,8 до 2,5 мкм, а жесткий базис выполнен из материала, прозрачного для электромагнитного излучения с длинами волн от 0,8 до 2,5 мкм. Из изученных материалов заданным условиям наиболее полно подходят:
водный раствор желатина с концентрацией желатина в воде от 1:5 до 1:3 в качестве симулятора живой ткани, за пределами указанного диапазона симулятор не удовлетворяет механическим характеристикам живой плоти (при концентрации менее 1:5 симулятор чрезмерно мягкий, а при концентрации более 1:3 симулятор чрезмерно жесткий);
фторсодержащий пластик в качестве жесткого базиса очень точно отражает как механические, так и оптические характеристики костной ткани человека или животного.
Заявленная полезная модель была реализована в хирургическом фантоме (чертеж) на основе жесткого базиса 2, выполненного из фторсодержащего пластика, имитирующего костную ткань человека при воздействии на нее малоинвазивного оптического хирургического инструмента (диодного лазера). На жестком базисе зафиксирован симулятор живой ткани пациента 1, который моделирует десну человека. Симулятор выполнен из водного раствора желатина с концентрацией желатина в воде 1:4, в который добавлен водорастворимый пигментный краситель для придания симулятору живой ткани цвета десны и консервант на основе пропионовой кислоты, для предотвращения развития в водном растворе желатина микроорганизмов (использование указанных консерванта и красителя широко применяется в различного вида и состава симуляторах и, как показала практика, не оказывает существенного влияния на их механические и/или оптические свойства).
Жесткий базис 2 имеет крепежные отверстия 4 для установки макетов зубов 3, которые имитируют зубы пациента. Крепление зубов осуществляется, например, с помощью винтов, которые фиксируются в отверстии, находящемся в основании каждого зуба (не показано).
Исследование хирургического фантома было проведено в ходе работ по экспериментальному обоснованию модели роботизированного мультифункционального хирургического комплекса для стоматологии и челюстно-лицевой хирургии с тренажерной функцией. В качестве технологического оборудования использовался хирургический лазер EMPD-1260-2P с длиной волны 1,26 мкм, установленный на робот-манипулятор Leichtbauroboter 4+, программно управляемый стандартным персональным IBM компьютером PC.
Исследование подтвердило весьма точное воздействие хирургического лазера на симулятор живой ткани хирургического фантома и невосприимчивость к лазерному излучению жесткого базиса при условии соблюдения заданных в формуле полезной модели характеристик.
Попытка использования в качестве симулятора живой ткани таких материалов, как например, силикон, завершилась неудачей (силикон оказался прозрачен для рабочего по отношению к живой ткани электромагнитного излучения).
Попытка использования жесткого базиса, выполненного из ABS-пластика, привела к тому, что лазер стал оказывать заметное разрушающее/деструктивное воздействие на жесткий базис, так как ABS-пластик не является прозрачным для электромагнитного излучения лазера в рабочем диапазоне длин волн. Таким образом, жесткий базис, выполненный из ABS-пластика, не может являться адекватной моделью костной ткани человека при воздействии на нее электромагнитного излучения с длинами волн от 0,8 до 2,5 мкм.
Изложенное позволяет сделать вывод о том, что поставленная задача - формирование хирургического фантома, пригодного для применения как традиционного инвазивного механического, так и малоинвазивного оптического (лазерного) хирургического оборудования - решена, а заявленный технический результат - расширение технологических возможностей хирургического фантома - достигнут.
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в формуле полезной модели признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, неизвестной на дату приоритета из уровня техники и достаточной для получения заявленного технического результата.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении относится к медицинским анатомическим моделям и может найти широкое применение преимущественно в хирургической стоматологии как для обучения медицинского персонала, так и для тестирования хирургического оборудования;
для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в формуле полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке и известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленный объект соответствует критериям патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.