ТРЕНАЖЕР ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ И ЛЕЧЕНИЯ СОСУДОВ

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно для освоения интервенционных методов диагностики и лечения заболеваний сосудов. В ходе операции на тренажере используются реальные хирургические инструменты и средства отображения, это и приближает тренажер к реальным условиям операции. Известен тренажер для симуляционного обучения эндоваскулярному операционному вмешательству (Перспективные информационные технологии в научных исследованиях, проектировании и обучении. Сборник научных трудов. Самарский государственный аэрокосмический университет. Самара 2012 г. стр.273-277).
Тренажер включает манипулятор для имитации работы с зондом, имитирующим ввод и перемещение реальных инструментов в сосудах пациента, а также органы управления рентгеновским оборудованием. Тренажер содержит модули: физического моделирования (взаимодействие инструментов между собой и сосудистой системой), построения изображения, взаимодействия с манипуляторами и управления операцией. Программное и аппаратное обеспечение позволяет выполнять эндоваскулярные операции с их оценкой.
Наиболее близким по техническому решению и достигаемому результату является тренажер для освоения интервенционных методов диагностики и лечения заболеваний сосудов (Патент на изобретение РФ №2474883, G09B 23/28), который взят за прототип. Тренажер содержит блок контроля линейного перемещения катетера с тросиком со сменными инструментами с двумя датчиками, блок сопряжения, блок моделей сосудов, блок отображения процесса проведения операции и базы данных 3Д-моделей сосудов пациента. Сосуды сердца и углы поворота виртуального рентгеновского излучателя отображаются на экране дисплея. Положение излучателя и изображения проекций сосудов синхронизированы. При вводе катетера и тросика с инструментами их положение в сосудах отображается на экране дисплея. Манипулируя органами управления блока контроля перемещениями, осуществляется доступ тросика с инструментами к пораженным местам сосудов и производится соответствующие операции, установление стента, введение контрастной жидкости, лекарств и другие. Тренажер воспроизводит анатомические и физиологические варианты сосудов и имитирует работу с эндоваскулярными инструментами. Однако он имеет ряд недостатков в части контроля за перемещением тросика с инструментами и катетера. Здесь контролируется лишь линейное перемещение. Контроль за угловым перемещением отсутствует. Работа на тренажере недостаточно реалистична. Вход для тросика с инструментами и катетера выполнены раздельно. Отсутствуют реальный пульт управления рентгеновским аппаратом типа С-дуга и ряд других рабочих инструментов.
Решаемая техническая задача - расширение функциональных возможностей в части контроля за линейным и угловым перемещениями катетера и тросика с инструментами и повышение реалистичности работы на тренажере диагностики и лечения сосудов путем введения катетера и тросика с инструментом в одно отверстие, работой с реальными шприцами для ввода контрастной жидкости, раздувания баллона и с пультом управления рентгеновским аппаратом.
Решаемая техническая задача в тренажере для диагностики и лечении сосудов, содержащий блок слежения за перемещениями катетера и тросика с инструментами, снабженными датчиками фиксации линейного перемещения, блок сопряжения, ЭВМ, устройство ввода информации в ЭВМ и блок отображения процесса операции, достигается тем, что в него введены блок контроля ввода контрастной жидкости с датчиком нажатия шприца, блок контроля давления при раздувании баллона с датчиком давления в шприце, снабженный манометром, и блок управления рентгеновским аппаратом типа C-дуга с пультом управления, блок слежения за перемещениями катетера и тросика имеет одно отверстие для введения катетера и тросика и содержит датчики для фиксации углового перемещения выходы с блока слежения за перемещениями катетера и тросика, блока контроля ввода контрастной жидкости, блока контроля давления при раздувании баллона, блока управления рентгеновским аппаратом типа C-дуга соединены с входами блока сопряжения, один выход которого соединен с входом ЭВМ, а - другой с выходом блока слежения за перемещениями катетера и тросика, при этом ЭВМ соединена с входом блока отображения процесса операции, входом блока сопряжения и выходом устройства ввода информации.
На фиг.1 представлена структурная схема тренажера. На фиг.2 представлен общий вид тренажера. На фиг.3 изображено место А на фиг.2. В примере конкретной реализации структура тренажера содержит: 1 - блок слежения за перемещениями катетера и тросика; 2 - блок контроля ввода контрастной жидкости; 3 - блок контроля давления при раздувании баллона; 4 - блок управления рентгеновским аппаратом типа С-дуга; 5 - блок сопряжения; 6 - ЭВМ. Блок моделей сосудов размещен в ЭВМ, на фигурах не показан; 7 - блок отображения процесса операции; 8 - устройство ввода информации. На фиг.2 изображены соответствующие блоки на столе 9. На фиг.3 показано отверстие 10 для ввода катетера 11 и тросика 12 с инструментом. Блок 1 слежения за перемещениями катетера, тросика с инструментами содержит управляемый подвижный механизм непрерывного слежения оптическими датчиками маркировки ADNS-3040 для фиксации их линейного и углового смещений (Производитель датчиков Agilent Technologies www.Agilent.com). Блок 2 контроля ввода контрастной жидкости содержит медицинский шприц с встроенным в него линейным магнитным датчиком типа AS5311 (Производитель: ams, www.ams.com). Магнитный датчик закреплен внутри на корпусе шприца и взаимодействует с магнитной полоской с переменной намагниченностью, закрепленной на поршне. При перемещении поршня с магнитной полоской в близи датчика создается переменное магнитное поле, которое регистрируется датчиком и полученная информация передается в блок сопряжения 5 и в ЭВМ 6. Для использования полученной информации в программном алгоритме и визуализации ввода контрастной жидкости в блоке отображения процесса операции 7. Блок 3 контроля давления при раздувании баллона содержит шприц с манометром для визуальной оценки давления и датчик давления. Датчик давления соединен со шприцом с манометром для отслеживания давления в шприце и отправки полученной информации в блок сопряжения 5. Блок 4 управления рентгеновским аппаратом содержит корпус с пультом управления, имитирующим управление реальным рентгеновским аппаратом.
Блок 5 сопряжения содержит контроллеры, приводящие сигналы к стандартному виду для приема в ЭВМ 6. В ЭВМ 6 размещены модели сосудов их патологии и алгоритм проведения операций (позиция 6 на фиг.1). Блок 7 отображения процесса операции состоит из двух дисплеев, на одном изображается ЗД виртуальная модель сосудов на другом перемещения рентгеновского аппарата. Изображения проекций сосудов синхронизированы с положением излучателя. Устройства ввода информации содержат клавиатуру и мышь (позиция 8 на фиг.1). Повышение реалистичности проведения эндоваскулярных операций достигается работой с реальными инструментами: шприцом со встроенным датчиком, отслеживающим подачу контрастной жидкости, позиция 2 на фиг.2; шприцом с манометром и датчиком давления для раздувания баллона, позиция 3 на фиг.2; пультом управления виртуальным рентгеновским аппаратом, позиция 4 на фиг.2. Кроме того, особо следует отметить тот факт, что катетер и тросик с инструментом вводятся в одно отверстие, что и соответствует реальному процессу. Повышение функциональности тренажера достигается контролем за линейным и угловым перемещениями катетера и тросика с инструментом, что позволяет направить их в нужное русло сосудов в пораженное место и производить операцию. Работа на тренажере осуществляется следующим образом. С помощью устройства ввода информации 8 в ЭВМ 6 загружаются учебно - методические модули по конкретным методикам эндоваскулярной хирургии которая выводит графическую информацию в блок 7 отображения процесса. Блок 6 синхронизируется с блоком сопряжения 5, который служит единым центром сбора информации с блоков 1, 2, 3, 4. При перемещении катетера и тросика с инструментами от датчиков углового и линейного перемещений сигналы с блока 1 поступают в блок 5, где приводятся в стандартные сигналы для приема в ЭВМ 6 с преобразованием их в изображение с выводом на блок 7. Каждый из блоков 1-4 находится в рабочем состоянии на протяжении всего процесса.
Сигналы от блока управления рентгеновским аппаратом 4 поступают в блок 5 с преобразованием их для приема в ЭВМ 6 и изображением в блоке 7. Сосуды и углы поворота рентгеновского излучателя отображаются на экране дисплея в блоке 7. Работа с рентгеновским аппаратом осуществляется с помощью реального пульта управления 4 (Фиг.2). Изображения проекций сосудов синхронизированы с положением излучателя.
Введение катетера 11 и тросика 12 с инструментом имитируются в блоке 1 и их положение в сосудах отображается на экране дисплея 7. Аналогично работают по данной схеме и блоки 2, 3. Работая с реальным шприцом, в блоке 2 контролируют введение контрастной жидкости. На экране дисплея видна картина распределения ее в сосудах. Так при операции стентирования сосудов также работают со шприцом с манометром и датчиком давления, размещенных в блоке 3. Перемещают катетер 11 и тросик 12 с инструментом до места поражения сосуда и производят соответствующую операцию. Обратная связь блока 1 необходима для имитации сопротивления тканей при перемещении катетера и тросика с инструментами в русле сосуда. Данный тренажер позволяет производить разные виды операций, такие как стентирование сонных и почечных артерий, подвздошной артерии, баллонную ангиопластику и другие. Каждая операция выполняется под разные анатомические случаи.