Симуляционная тренировочная платформа для отработки артроскопических навыков, резекции, восстановления патологически измененных менисков коленного сустава многократного использования

Полезная модель относится к области медицины и к сфере образования, а именно к обучающим средствам в клинической медицине, в частности в травматологии, ортопедии, спортивной и балетной травме, и может быть применена для обучающих и демонстрационных целей в качестве устройства для имитации артроскопической хирургии коленного сустава и служит для отработки базовых артроскопических навыков, а также для резекции или восстановления патологически измененных менисков, удаления аналогов свободных хондромных тел, в том числе для процесса самостоятельного обучения.
Артроскопические хирургические вмешательства применяются к различным крупным суставам, например, к коленному суставу человека, который довольно часто подвержен различным повреждениям и патологическим изменениям. Обучение артроскопической хирургии осуществляется с помощью различных методик. Во-первых, традиционное освоение хирургических навыков в операционной, непосредственно на живом пациенте через стадийный процесс преемственности техник и методик от более опытных коллег. Во-вторых, процесс обучения может основываться на симуляционном тренинге, который может проходить вне операционной и без задействования живого пациента. Среди подобных симуляционных тренажеров можно выделить несколько типов:
- биологические или кадаверные (трупные) модели;
- механические платформы, синтетические модели;
- виртуальные симуляционные тренажеры.
Известны способы обучения на трупном фиксированном материале. Патент US4433961A. Способ создания модели человеческого колена, подходящей для обучения оперативной артроскопии, включает в себя этапы модификации бычьего колена, чтобы сделать его внешний вид более похожим на сустав человека и облегчить доступ к внутренней части коленного сустава, и заключить в оболочку модифицированный коленный сустав синтетическим непроницаемым для жидкости покрытием, чтобы соблюсти непрерывное орошение коленного сустава. Поражения создаются в менисках коленного сустава, и свободные тела добавляются в коленный сустав для имитации различных травм. Чтобы облегчить удобную замену естественной части модели колена, бычий коленный сустав может быть отделен от бедренной кости голени и большеберцовой кости, тесно прилегающих к коленному суставу, и, таким образом, отрубленный коленный сустав затем может быть раздельно прикреплен к нижнему и верхнему концам синтетических костей бедра и голени, соответственно. Синтетическая коленная чашечка включает синтетическую связку надколенника, прикрепленную к синтетической большеберцовой кости, а также включает синтетическое сухожилие четырехглавой мышцы, скользяще прикрепленное к синтетической бедренной кости для обеспечения возможности сгибания коленного сустава.
Однако подобный способ имеет ряд недостатков:
- Сложность получения и хранения биоматериала.
- Нормативно-правовые акты, регулирующие подобные образовательные циклы.
- Однократность применения для конкретного оперативного пособия.
- Изменение физических свойств тканей под воздействием фиксирующего или консервирующего раствора.
- Необходимость утилизации биоматериала.
- Обеспечение безопасности персонала и обучающихся, контактирующих с биоматериалом.
Альтернативный способ продемонстрирован в отечественном патенте SU 1529278 A1. Принцип действия модели заключается в том, что костно-связочная модель коленного сустава человека, включающая имитаторы бедренной и берцовых костей и имитаторы связок, отличающаяся тем, что, с целью повышения наглядности при изучении биомеханики перемещения, имитаторы бедренной и большеберцовой кости выполнены полыми с отверстиями в мыщелках в местах естественного прикрепления связок, связки выполнены в виде пучков нитей, один конец которых закреплен в отверстии одного мыщелка, а другой пропущен через отверстие в противоположном мыщелке и связан с расположенным в его полости и выполненным в виде резьбовой пары механизмом натяжения, передняя крестообразная и наружная боковая связки имеют один пучок нитей, а задняя крестообразная и внутренняя боковая - не менее трех пучков, при этом крайние пучки соединены со средними с возможностью изменения длины посредством фиксаторов.
Недостатками прототипа являются:
- модель носит сугубо демонстративный характер работы биомеханики коленного сустава;
- модель не предназначена для проведения артроскопических хирургических вмешательств;
- все элементы сустава выполнены несъемными;
- отсутствие менисков;
- отсутствие возможности моделировать повреждения менисков.
Иной известный способ для отработки артроскопических тренировочных пособий представлен в виде медицинских симуляторы виртуальной реальности (VR) часто требуют специального тактильного оборудования, такого как, например, два тактильных устройства, оборудованных мобильным элементом в симуляторе VR артроскопии, описанном в заявке на патент US 2010/0086905 A1. Эти симуляторы VR могут потребовать специальной настройки и калибровки перед началом работы; они могут иметь ряд механических ограничений, таких как трение, и максимальное количество отображаемых сил и крутящих моментов может быть недостаточным для реалистичного моделирования. Степень возможного перемещения инструментов из-за механической конфигурации устройства может быть ограничена. Кроме того, программное обеспечение может быть нестабильным во время использования, поэтому требуется регулярное техническое обслуживание и обновление, чтобы избежать ошибок обучения.
Задачами полезной модели являются создание устройства, позволяющего закрепить и расширить функциональные возможности отработки базовых артроскопических манипуляций в имитирующих внутрисуставные условия моделях коленного сустава путем устранения недостатков, имеющихся в известных устройствах и ограничивающих их использование для тестирования и отработки артроскопической хирургической техники; совершенствовать технику артроскопической резекции менисков, различных видов швов поврежденных менисков, удаления свободных ходромных тел.
Технический результат полезной модели заключается в увеличении уровня владения артроскопическими навыками оперирующих хирургов, применяющих данное устройство.
Сущность изобретения выражается в совокупности существенных признаков, в которой устройство для отработки артроскопических навыков и методов резекции, восстановления патологически измененных менисков коленного сустава, состоящее из большеберцового компонента с вставочными модулями, бедренного, надколенникового компонентов, имитации бугристости большеберцовой кости, имитации голени и стопы, а также мягкотканных компонентов и внешней оболочки отличается от ближайшего аналога тем, что большеберцовый компонент содержит 2 вставочных модуля с внутренним и наружным менисками целыми или с изменениями для артроскопических миниинвазивных манипуляций; мениски выполнены с возможностью предварительного нанесения повреждения, создания предварительной оптимальной траектории резекции или точек прошивания, в том числе анкерной фиксации к модулям; проведении последующего визуального анализа результатов резекции или восстановления целостности менисков.
Приведенная совокупность существенных признаков достаточна для достижения технического результата изобретения во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
Причинно-следственная связь перечисленных признаков с техническим результатом изобретения проявляется в том, что используя различные артроскопические или аналоговые инструменты, вводимые в полость коленного сустава модели, имитирующей различные клинические задачи с патологически измененными менисками, при этом создавая предварительно необходимые патологические состояния менисков, ориентируясь на изображение, выводимое на экран артроскопической стойки через оптическое устройство артроскопа или с помощью аналогового видеооборудования, и гаптическое восприятие сопротивления и расположения имитаторов тканей, с учетом работы в условиях преимущественно жидкостного наполнения полости сустава и тактильным взаимодействием с полноразмерной биомеханически идентичной моделью нижней конечности человека, возможно улучшить хирургическую артроскопическую технику проведения операций самостоятельно, а также осуществлять проверку хирургов травматологов-ортопедов, основываясь на визуальном параметрическом и геометрическом анализе по завершении артроскопического пособия, причем анализ проводится как в собранном виде всей платформы посредством обозревания полости сустава через оптическое устройство артроскопа, так и в разобранном виде всей платформы посредством обозревания человеческим глазом.
Сущность полезной модели поясняется Фиг. 1, 2, на которых изображен общий вид заявляемой полезной модели, где:
1) большеберцового компонента
2) вставочных модулей
3) бедренного компонента
4) надколенникового компонента
5) имитации бугристости большеберцовой кости
6) имитации голени и стопы
7) передней крестообразной связки
8) задней крестообразной связки
9) медиальной коллатеральной связки
10) латеральной коллатеральной связки
11) внутреннего мениска
12) наружного мениска
13) передней межменисковой связки
14) дугообразной подколенной связки
15) собственная связка надколенника
16) сухожилие четырехглавой мышцы бедра
17) синовиальной оболочки
18) внешней оболочки
19) крепления платформы.
1. Симуляционная тренировочная платформа представляет собой полноразмерную физическую модель нижней конечности человека, состоящую из большеберцового компонента (1) с вставочными модулями (2), бедренного (3), надколенникового компонентов (4), имитации бугристости большеберцовой кости (5), имитации голени и стопы (6), а также мягкотканных компонентов таких, как передней (7) и задней крестообразной связок (8), медиальной (9) и латеральной коллатеральных связок (10), внутреннего (11) и наружного менисков (12), передней межменисковой связки (13), аналогов дугообразной подколенной связки (14), синовиальной оболочки (15), имитирующей верхний заворот коленного сустава, собственной связки надколенника (16) и сухожилия четырехглавой мышцы бедра (17), внешней оболочки (18), имитирующей кожные покровы, крепления платформы (19), обеспечивающую воспроизведение движения в модели коленного сустава в объеме сгибания до 130°, разгибания до 10°, отведения до 35-45° от точки крепления платформы, приведения до 25° от точки крепления платформы (19), наружной ротации до 40-45° от точки крепления платформы (19), внутренней ротации до 35-40° от точки крепления платформы (19), а также с возможностью работы в условиях жидкостного или газового наполнения полости коленного сустава, отличающуюся тем, что большеберцовый компонент (1) содержит вставочные модули (2) с внутренним (11) и наружным менисками (12) целыми или с изменениями для артроскопических миниинвазивных манипуляций, а мениски выполнены с возможностью предварительного нанесения повреждения, создания предварительной оптимальной траектории резекции или точек прошивания и последующего анализа результатов произведенной резекции или восстановления целостности менисков.
2. Симуляционная тренировочная платформа по п. 1 характеризуется тем, что имитация синовиальной (15) оболочки имеет постоянное прикрепление к бедренному компоненту (3), к надколенниковому компоненту (4), а внешняя оболочка (18), имитирующая кожные покровы, имеет съемный механизм крепления на бедренном (3) и большеберцовом компонентах (4) за счет, например, зажатия, наживления, пристегивания, приклеивания, навинчивания или углубления.
3. Симуляционная тренировочная платформа по пп. 1 и 2 характеризуется тем, что в собранном виде и за счет внешней оболочки (18) обеспечивается герметичность полости модели коленного сустава, позволяющая работать в условиях жидкостного или газового наполнения, причем жидкостное наполнение целесообразно осуществлять в пределах до 100-120 см вод.ст.
4. Симуляционная тренировочная платформа по п. 1 характеризуется тем, что движения в модели коленного сустава состоят из сгибания до 130°, разгибания до 10°, отведения до 35-45° от точки крепления платформы (19), приведения до 25° от точки крепления платформы (19), наружной ротации до 40-45° от точки крепления платформы (19), внутренней ротации до 35-40° от точки крепления платформы (19) и обеспечиваются за счет подвижного механизма фиксации всей платформы, натяжения всех внутрисуставных и внесуставных структур, отвечающих за стабильность модели сустава.
5. Симуляционная тренировочная платформа по п. 1 характеризуется тем, что большеберцовый компонент (1) имеет 2 вставочных суставных модуля (2), причем к последним осуществляется присоединение внутреннего (11) и наружного менисков (12) за счет фиксации ответвлений модели мениска в углублениях на нижней поверхности вставочного модуля (2), а сам вставочный модуль (2) фиксируется к пазу большеберцового компонента (1) с возможностью блокировки в полностью собранном виде.
6. Симуляционная тренировочная платформа по п. 5 характеризуется тем, что вставочный модуль (2) большеберцового компонента (1) блокируется за счет съемной имитации бугристости большеберцовой кости (5), при этом структура устанавливается в паз и фиксируется в нем в верхней трети большеберцового компонента (1).
7. Симуляционная тренировочная платформа по пп. 1 и 5 характеризуется тем, что модели менисков (11, 12) могут быть выполнены из полимерных материалов идентичных плотности человеческого мениска, таких как силикон, пластик, пенополиуретан с твердостью до 35-40 ед. Шора А или любой иной полимер с идентичной твердостью и соответствующей пластичностью, с возможностью создания типового повреждения мениска посредством разрезания, разрывания, расщепления, или прожигания, а также нанесение предварительной траектории резекции, точек прошивания при шве разрыва мениска, с предусмотренной возможностью визуального анализа итогов резекции или восстановления мениска по завершении артроскопического пособия.
8. Симуляционная тренировочная платформа по пп. 5 и 7 характеризуется тем, что визуальный параметрический и геометрический анализ моделей менисков (11, 12) и вставочных модулей (2) по завершении артроскопического пособия осуществляется человеком, причем анализ проводится как в собранном виде всей платформы посредством обозревания полости сустава через оптическое устройство артроскопа, так и в разобранном виде всей платформы посредством обозревания человеческим глазом.
9. Симуляционная тренировочная платформа по п. 1 характеризуется тем, что большеберцовый компонент (1) устанавливается в монолитную часть, имитирующую голень и стопу (6), и может быть зафиксирован различными способами, такими как прижатие, пристегивание, блокирование, зажатие, завинчивание.
10. Симуляционная тренировочная платформа по пп. 1, 7 и 8 характеризуется тем, что модели менисков (11, 12) имеют от 3 и более точек фиксации к каждому вставочному модулю (2), а также мениски (11, 12) соединены между собой передней межменисковой связкой (13).
11. Симуляционная тренировочная платформа по пп. 1 и 7 характеризуется тем, что воздействие на модели менисков (11, 12) возможно оказывать различными физическими, механическими, химическими методами такими, как измельчение, отсечение, выкусывание, радиочастотная коаблация, вапоризация, прошивание, анкерная фиксация к вставочному модулю (2).
12. Симуляционная тренировочная платформа по пп. 1 и 2 характеризуется тем, что надколенниковый компонент (4) имеет две или более точки фиксации, одна или несколько из которых располагаются на бедренном компоненте (3), другая точка располагается на большеберцовом компоненте (1), причем надколенниковый компонент (4) вместе с крепежными элементами в виде имитации собственной связки надколенника(15) и сухожилия четырехглавой мышцы бедра (16) может быть выполнен съемным за счет пристегивания, завинчивания, приклеивания, зажатия, углубления, наживления на соответствующие точки фиксации бедренного(3) и большеберцового компонентов (1).
Предлагаемая полезная модель может быть использована следующим образом.
Симуляционная тренировочная платформа фиксируется зажимным устройством с возможностью свободного свисания частей, имитирующих голень и стопу. Далее осуществляются стандартные артроскопические передний нижний латеральный и передний нижний медиальный доступы в полость коленного сустава посредством разрезания внешней оболочки. После чего с помощью артроскопического или аналогового инструментария с жидкостным или газовым наполнением полости коленного сустава визуализируются внутрисуставные структуры в соответствии с основными этапами и техниками проведения артроскопии. В процессе обследования менисков и мыщелков бедра возможно выполнение сгибание коленного сустава до 130°, разгибание до 10°, отведение всей нижней конечности до 35-45°, приведение нижней конечности до 25°, наружной ротации относительно точки крепления всей платформы до 40-45°, внутренней ротации до 35-40°, а так же пальпаторное исследование суставной щели снаружи, использование крючковидного артроскопического зонда в полости сустава с целью создания гаптического восприятия пространственной анатомии сустава. После выявления повреждения мениска осуществляется либо резекция поврежденной части мениска с помощью различного инструментария и разных хирургических техник с приданием мениску конгруэнтной формы, либо производится восстановление целостности мениска путем его прошивания, пришивания к капсуле сустава, анкерной фиксации к вставочным модулям, имитирующим плато большеберцовой кости, расположенное непосредственно под самими менисками.
После завершения этапов резекции или восстановления менисков опционально проведение поиска имитаторов свободных хондромных тел, которые могут быть предварительно размещены в полости сустава перед началом тренировочного цикла. Удаление аналогов хондромных тел осуществляется по стандартной артроскопической методике с применением необходимого инструментария. В дальнейшем производится оценка движений сустава и визуальный анализ резецированного или восстановленного мениска через оптику артроскопа или аналоговое оборудование. На заключающей стадии полость модели сустава осушается, а хирургические доступы могут быть ушиты. Также визуальный параметрический и геометрический анализ по завершении артроскопического пособия осуществляется в разобранном виде тренажера с целью всесторонней и биомеханической оценки достигнутого результата.
После полного завершения тренировочного цикла осуществляется замена использованных менисков и вставочных модулей, опционально размещение аналогов свободных хондромных тел, а также замена внешнего кожуха для возврата исходной целостности и герметичности полости коленного сустава тренажера.