ТРЕНАЖЕР ДЛЯ ОТРАБОТКИ ХИРУРГИЧЕСКИХ УЗЛОВ

Полезная модель относится к медицине и ветеринарии, а именно к медицинской технике, и может быть использована для обучения, тренировки и контроля освоения навыков наложения хирургических узлов.
Известны и широко распространены тренажеры для завязывания узлов, состоящие из двух упругих элементов (резиновых или силиконовых жгутов, или трубок), расположенных параллельно на едином основании, на которых обучающимся необходимо отрабатывать навык завязывания хирургического узла. Оценка правильности наложения узла в данном случае определяется по степени сближения этих элементов и отсутствия их расхождения после окончания процедуры наложения узла [Ethicon Knot Tying Trainer, Ethicon Inc.; ЭНДО, SuperMedsquad и др.]. Подобные тренажеры позволяют проводить как мануальное, так и аподактильное наложение хирургического узла; для усложнения задачи упругие элементы могут быть помещены в специальный контейнер, ограничивающий пространство для манипуляций. Однако, подобные тренажеры не обеспечивают точного контроля за усилием, создаваемым обучающимся при наложении узла; контроль за самой процедурой в данном случае субъективен; не имеется возможности оценки смещения узла (и соответственно, тканей, сближаемых им) при его наложении, что чрезвычайно важно в некоторых областях хирургии (например, абдоминальная хирургия, сосудистая хирургия).
Существуют устройства, являющиеся вариациями описанных ранее, в которых на общем основании закреплены наборы подобных элементов различной упругости и диаметра, что позволяет имитировать различные механические характеристики тканей, на которые накладывается узел [Шаматкова С.В., патент RU2717071]. Однако, это устройство сохраняет все недостатки, присущие приведенным ранее тренажерам. Вариациями этих же устройств являются и другие тренажеры, где упругие элементы частично или полностью скрыты под имитацией кожных покровов и подкожной клетчатки, или других тканей [Тигай Ж.Г., патент RU169921]. Упругие элементы могут быть также выполнены из набора различных жгутов и трубок [Золотов А.С. и соавт., патент RU2523660].
Ранее предлагалось устройство [Бредикис Ю.И. и соавт., патент SU1238139] состоящее из двух подвижных металлических стягиваемых элементов (крючков), на которых и производилось затягивание узла, при этом сами положение этих элементов и расстояние между ними могло регулироваться для имитации различного размера ран и диастазов, а также для создания различного напряжения между крючками, что давало в какой-то мере возможность имитировать различные механические свойства стягиваемых узлом тканей. Однако, это устройство, хотя и может быть настроено для определенных механических параметров тканей, также не имеет никаких объективных средств контроля и не может определять смещение узла в пространстве.
Существует устройство, описанное в патенте US0252019 [Burkitt D., Kitching M., 2006], которое предназначено для тренировки наложения хирургических узлов и решения вопроса об объективном контроле за процессом наложения узла. Устройство предполагает наложение узла на два отстоящих друг от друга элемента (крючка), расстояние между которыми измеряется фотодатчиком; все же устройство крепится на основание через шарнир, что позволяет обучающемуся смещать в пространстве элементы (крючки), на которые накладывается узел при его наложении, что предлагается фиксировать с помощью датчиков. По замыслу авторов датчики устройства должны были быть соединены с персональным компьютером и данные о параметрах усилия затягивания узла и его смещении в пространстве считывались бы компьютером и выводились на экран. Обучающийся мог бы, учитывая эти данные, контролировать свои действия по завязыванию узла, повторением этих действий происходило бы правильное формирование и закрепление практического навыка. Также в данном устройстве предполагалось иметь несколько контрольных значений параметров, которые были бы характерны для различных тканей человека, что позволило бы тренировать наложение узла обучающимися на эти ткани. Крючки устройства могли бы быть помещены в контейнер для создания ограниченного пространства и усложнения задачи обучающегося. Таким образом, это устройство предполагает объективный контроль за самим процессом наложения узла обучающимся, обеспечивает его адекватную оценку и имеет возможность действий обучающегося с учетом различных механических параметров тканей. Однако данное устройство имеется ряд недостатков, основной из которых заключается в наличии фиксации элементов для затягивания узла (крючков) на основании через шарнир, что создает для устройства предсказуемую точку вращения в пространстве, искажает механику сдвига имитируемых тканей в процессе наложении хирургического узла, и таким образом может приводить к неправильной оценке действий обучающегося.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является устройство, предложенное в патенте US0252019 [Burkitt D., Kitching M., 2006]. В этом устройстве имеются элементы для завязывания узлов (крючки), снабженные датчиком для измерения расстояния между ними, размещенные на основании при помощи шарнира, датчик положения системы с крючками в пространстве и системы анализа данных, считываемых с датчиков устройства (компьютер с дисплеем).
Задача настоящей полезной модели заключается в обучении завязыванию хирургических узлов с определенным усилием, при этом возможно постоянно контролировать усилие натяжения узла, а также его смещение в пространстве относительно первоначального его положения, что важно для освоения это практического навыка в хирургии. Поставленная задача достигается тем, что устройство «Тренажер для отработки хирургических узлов» состоит из элементов для наложения узлов, датчика силы затягивания узла, датчика контроля положения узла в пространстве, устройства анализа данных и дисплея, расположенных на общем основании отличающихся тем, что элементы для наложения узлов жестко закреплены непосредственно на тензодатчике (или ином датчике, позволяющем измерить силу затягивания узла), либо с возможным применением устройства для изменения расстояния между элементами для наложения узлов, тензодатчик закреплен на штоке, свободно подвешенном при помощи радиально расположенных пружин к одному или нескольким устройствам, позволяющим изменять натяжение пружин в целях имитации механических свойств тканей, при этом вес тензодатчика компенсируется противовесом, расположенным на противоположном тензодатчику конце штока, а данные о смещении штока в пространстве считываются магнитным датчиком смещения.
Кинематическая схема полезной модели «Тренажер для отработки хирургических узлов» показана на Фиг. 1, общий вид - на Фиг. 2, Фиг. 3, Фиг. 4, отдельные узлы устройства представлены на Фиг. 5.
Устройство «Тренажер для отработки хирургических узлов» содержит:
1 - элементы для завязывания узлов (крючки)
2 - тензодатчик
3 - шток
4, 4' - фланец крепления пружин
5, 5' - пружина
6, 6' - рычаг
7, 7' - ушко для крепления пружины
8, 8' - регулировочное кольцо
9, 9' - штифты
10, 10' - фасонные прорези
11, 11' - опорная пластина
12, 12' - зубчатый сектор
13, 13' - сервомотор
14, 14' - приводная шестерня
15 - основание
16 - магнит
17 - трехмерный датчик смещения
18 - кронштейн датчика смещения
19 - противовес
20 - устройство анализа данных (микроконтроллер)
21 - дисплей
22 - кронштейн устройства анализа данных и дисплея
23 – ограничитель.
Обучающийся должен завязывать узел на элементах для завязывания узлов 1 (крючках), которые закреплены на различных сторонах тензодатчика 2. Усилие, при затягивании узла и некоторое время спустя после его наложения (для исключения распускания некачественного наложенного узла) измеряется при помощи тензодатчика 2 и считывается в реальном времени устройством анализа данных 20 (микроконтроллером), которое приводит его к необходимому формату данных и представляет в числовом значении и графически на дисплее 21. Тензодатчик 2 жестко закреплен на штоке 3, на котором размещены фланцы крепления для пружин 4; при помощи этих фланцев для крепления пружин 4 радиально расположенные пружины 5 подвешивают шток 3 к рычагам 6, для чего рычаги 6 имеют ушко для крепления пружины 7; при этом шток располагается подвижно в центре круглого отверстия в опорной пластине 11. Рычаги 6 закреплены на опорной пластине 11 вокруг ее отверстия и имеют штифты 9, которые входят в фасонные прорези 10 регулировочного кольца 8. При этом штифты 9 и фасонные прорези 10 расположены таким образом, что при повороте регулировочного кольца 8 происходит удаление или приближение конца рычага 6 с ушком для крепления пружины 7 к центру отверстия в опорной пластине 11, что изменяет натяжение всех пружин 5. Вращение регулировочного кольца может происходить вручную или с помощью сервомотора 13, при помощи зубчатого сектора 12, размещенного на регулировочном кольце 8 и приводной шестерни 14, размещенной на валу сервомотора 13. Подвешивание штока 3 в пространстве с помощью пружин позволяет свободно смещаться ему и закрепленному на нем тензодатчику 2 с элементами для наложения узла 1 (крючками) для имитации растяжения тканей и их смещения при наложении узла; изменение натяжения пружин 5 с помощью описанного регулировочного механизма предоставляет возможность для имитации различных упругих свойств тканей. Конец штока 3, противоположный тензодатчику 2 также подвешен при помощи пружин 5' на опорной пластине 11', содержащей все элементы, что и первая опорная пластина 11 (элементы второй опорной пластины обозначены знаком «'»); и имеет противовес 19, компенсирующий вес тензодатчика 2 и элементов для завязывания узла 1 (крючков). Обе опорные пластины 11 и 11' закреплены на массивном основании 15. На конце штока 3 с противовесом 19 размещен также магнит 16, позволяющий с помощью трехмерного магнитного датчика смещения 17, установленном на кронштейне датчика смещения 18, закрепленном к основанию 15 устройства. С помощью трехмерного магнитного датчика смещения 17 происходит оценка перемещения штока 3 в пространстве за счет закрепленного на его конце магнита 16, и, соответственно, закрепленных на нем тензодатчика 2 и элементов для завязывания узла (крючков) 1, данные с магнитного датчика смещения 17 считываются устройством анализа данных 20 (микроконтроллером) в реальном режиме времени, преобразуются, и отражаются в числовом, а также графическом виде, на дисплее 21. Устройство анализа данных 20 (микроконтроллер) вместе с дисплеем 21 находится в общем корпусе с механическим устройством тренажера и размещено на основании 15 при помощи кронштейна для устройства анализа данных 20 и дисплея 22. Шток 3, тензодатчик 2 и элементы для наложения узла (крючки) 1 закрыты ограничителем 23, с отверстием, через которое выходит часть элементов для наложения узла (крючков) 1, достаточная для проведения манипуляции по наложению хирургического узла; ограничитель 23 при этом предохраняет устройство от излишних перемещений элементов для наложения узла (крючков) 1, а также связанных с ним тензодатчика 2 и штока 3.
На Фиг. 3. изображено устройство «Тренажер для отработки хирургических узлов», в котором не показаны устройство анализа данных 20, дисплей 21, кронштейн устройства анализа данных и дисплея 22, а также ограничитель 23. На Фиг. 4. изображено устройство «Тренажер для отработки хирургических узлов», вид сзади для демонстрации положения магнита 16, противовеса 15 и трехмерного магнитного датчика смещения 17. На Фиг. 5 детально изображено устройство натяжения пружин - опорная пластина 11, размещенные на ней рычаги 6, регулировочное кольцо 8 и пружины 5, а также сервомотор 13 и приводные элементы 12 и 14.
Устройство работает следующим образом: когда обучающийся завязывает узел на элементах для завязывания узла 1 (крючках) происходит измерение силы, прилагаемой при затягивании узла, с помощью тензодатчика 2; а также смещение в пространстве штока 3 на котором закреплен тензодатчик 2, что регистрируется магнитным датчиком смещения 17. При этом движениям штока 3 в пространстве практически ничего не мешает, так как он свободно подвешен в пространстве при помощи радиально расположенных пружин 5, а вес тензодатчика 2 и элементов для завязывания узла 1 (крючков) компенсирован весом противовеса 19. Изменяя натяжение пружин 5, причем всех в данном узле конструкции одновременно, с помощью специального регулировочного механизма, из рычагов 6 и регулировочного кольца 8 с штифтами 9 и фасонными прорезями 10, что можно сделать как мануально, так и автоматически, с помощью сервомотора 13, можно имитировать различные механические свойства тканей, на которых предлагается завязывать узел обучающемуся.
Элементы для завязывания узлов 1 (крючки) могут быть помещены в контейнер для имитации ограниченного пространства и усложнения условий наложения хирургического узла. Крепление элементов для завязывания узла 1 (крючков) на тензодатчике 2 может иметь механизм для регулировки зазора между ними.
Управление устройством может осуществляться с внешнего компьютера, подающего команды на устройство анализа данных 20 (микроконтроллер), или с помощью кнопок. Дисплей 21 может также быть сенсорным устройством и использоваться не только для вывода информации, но и для управления устройством анализа данных 20 (микроконтроллером). Изменение жесткости пружин 5 может быть осуществлено мануально обучающимся при помощи регулировочного механизма, либо автоматически с помощью устройства анализа данных 20 (микроконтроллера), подающего управляющие сигналы на сервомоторы 13 и 13'. Предлагаемое устройство может также иметь набор подобранных заранее параметров («пресетов»), при выборе которых происходит автоматическая установка жесткости пружин 5 с помощью сервомоторов 13 и 13', и изменяются контрольные (граничные) оценочные параметры данных о смещении узла и силе его затягивания, что позволяет имитировать наложение обучающимся узлов на различные ткани. Анализ данных с тензодатчика 2 и магнитного датчика смещения 17 происходит в реальном времени и представляется на дисплее 21 обучающемуся постоянно, в результате чего он может корректировать свои действия по наложению узла и приучается к правильной технике наложения и четкому контролю за усилием наложения узла на различные ткани. Контроль за усилием наложения узла при помощи тензодатчика 2 производится и спустя некоторое время после окончания обучающимся выполнения задания (наложения узла), что дает возможность оценить качество наложенного обучающимся узла (распускается он или держит).
Предлагаемое устройство имеет постоянный объективный контроль за всеми параметрами наложения хирургического узла и может использоваться в целях не только обучения, но и проверки практических навыков, проведения врачебной аккредитации.
Применение устройства в курсе обучения хирургии, в симуляционных и аккредитационных центрах, позволяет значительно улучшить процесс формирования у обучающихся практических навыков по наложению хирургического узла; сформировать верные представления о необходимой для затягивания узла силе при наложении его на различные ткани; контролировать движения рук при затягивании узла, минимизируя смещение тканей при его наложении, что в будущем при проведении обучающимся уже непосредственно оперативных вмешательств способствует минимальной травматизации тканей и лучшему заживлению.