ЛАПАРОСКОПИЧЕСКИЙ ТРЕНАЖЕР

Полезная модель относится к медицинской технике, в частности, используется в области тренировки начинающих и опытных хирургов. На этом тренажере проводится отработка и закрепление мануальных навыков в лапароскопии. Лапароскопические инструменты представляют собой продолговатые стержни, на одном конце которого имеются бранши (т.е. рукоятка с кольцами для пальцев), а на другом конце соответствующая рабочая часть инструмента - зажим, ножницы или иглодержатель. Инструмент вводится в брюшную полость через прокол и трубчатообразный троакар-проводник. Работа инструментом производится снаружи, а рабочая часть действует внутри полости. Контролируются действия через введенную также через прокол видеокамеру с волоконнооптическим световодом. Таким образом, свои движения инструментом хирург видит опосредованно на мониторе под другим углом и со значительным увеличением. Все это требует продолжительного (несколько лет) периода обучения мануальным навыкам.
Известна модель лапароскопического тренажера (авторское свидетельство РФ №2077075, кл. G 09 В 23/28, 1993 г). Сущность изобретения: медицинский тренажер для освоения лапароскопии содержит упругий каркас с имитатором стенки брюшной полости, изогнутый с образованием имитатора брюшной полости, и размещенные внутри имитатора брюшной полости имитаторы анатомических органов и образований. Согласно изобретению для расширения функциональных возможностей имитаторы анатомических органов и образований выполнены из поролона и пропитаны солевым раствором для создания токопроводящей среды. В имитаторе стенки брюшной полости предусмотрены отверстия для введения оптической трубки и манипулятора, а объем имитатора брюшной полости соответствует объему пневмоперитонеума. Недостатком этого простейшего тренажера является ограниченное количество манипуляций, доступных для отработки. На нем практически невозможно имитировать сложные действия, особенно связанные с сосудами, брюшиной и коагуляцией тканей. Также к недостаткам можно причислить использование для тренировки настоящих инструментов и видеокамеры, что повышает их износ и снижает работоспособность.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является лапароскопический тренажер LapSim (патент США US5623582). Это прибор для определения координат перемещения стержня и интерфейс передачи данных на компьютер, который состоит из вращающегося основания (первая степень свободы - по
горизонтали), и карданного механизма (вторая степень свободы - по вертикали). Третья степень свободы - это возможность вводить и выводить стержень относительно продольной оси, что имитирует введение инструмента в брюшную полость. Четвертой степенью свободы является вращение стержня относительно продольной оси. Одновременное введение стержня вглубь и вращение относительно продольной оси считывается двумя разными датчиками. Для считывания изолированных движений вращения на стержень одета муфта с шипом, а стержень имеет продольный паз для сцепления с шипом. Муфта передает только движения вращения относительно продольной оси, а отдельный датчик только введение и выведение стержня. Таким образом, имея три степени свободы и физические ограничения перемещения, стержень перемещается в трехмерном пространстве в виде конусообразного сектора сферы, при этом движение каждой степени свободы считывается датчиками вращения (инкрементальные датчики вращения). Метод передачи данных на компьютер состоит в периодическом (с частотой 500 Гц) опросе датчиков, преобразовывая первый электрический сигнал, связанный с первой угловой координатой с первым датчиком, преобразовывая второй электрический сигнал, связанный со второй угловой координатой со вторым датчиком, преобразовывая третий электрический сигнал, связанный с глубиной введения стержня с третьим датчиком, преобразовывая четвертый электрический сигнал, связанный с продольным вращением стержня, обработкой сигналов и передачей их на компьютер. Локальный микропроцессор передает обработанные данные от датчиков в главный компьютер (персональная ЭВМ), где посредством программного обеспечения осуществляется имитация движения инструмента в брюшной полости и манипуляции с органами, разделенные на отдельные упражнения.
Недостатком этой модели является то, что все четыре датчика вращения располагаются на одном многошарнирном основании, которое позволяет двигаться стержню по всем координатам, что является достаточно сложным и громоздким устройством, которое затрудняет очень точные движения стержнем необходимые для проведения тренировки. Так же недостатком является расположение на одном стержне датчиков измеряющих введение/выведение стержня и датчиков, измеряющих вращение стержня относительно продольной оси. При описанном расположении датчиков неизбежна ошибка измерения угла вращения относительно продольной оси на ощутимую величину, что приводит к неверному определению положения стержня во время точных манипуляций.
Целью технического решения является увеличение точности позиционирования стержня и уменьшение ошибки измерения угла вращения, а так же облегчение конструкции для проведения более точных манипуляций со стержнем.
Сущность заявленной полезной модели заключается в разделении блока датчиков на датчик вращения относительно продольной оси с одной стороны и трех датчиков, измеряющих движения относительно горизонтали, вертикали и введения/выведения стержня с другой стороны. Такая компоновка системы позволяет изолированно считывать данные о вращении стержня относительно продольной оси с одной стороны и перемещения дополнительного стержня в трехмерном пространстве с другой стороны, что позволяет избежать ошибок при определении места положения стержня при точных манипуляциях. Тем самым полезная модель вносит улучшения относительно прототипа, которые заключаются в более точном позиционировании стержня, уменьшении ошибок измерения угла вращения, а так же облегчении конструкции для проведения более точных манипуляций со стержнем.
Полезная модель состоит из основания 1 (см. Фиг.1), на котором располагаются два блока датчиков (блок А и блок Б).
Блок А состоит из основания, на котором закреплен шарнирный механизм 2, позволяющий основному стержню 3 перемещается в трехмерном пространстве в виде конусообразного сектора сферы. При этом на основном стержне посредством муфты 4 установлен датчик вращения 5, который считывает только вращение относительно продольной оси. Основной стержень для сцепления с муфтой имеет в поперечном сечении овал или шестигранник, что позволяет избежать ошибки при считывании вращения стержня относительно продольной оси и введения/выведения стержня.
Блок датчиков Б состоит из вращающегося основания 6, карданного механизма 7 и дополнительного стержня 8. Этот блок имеет также 3 степени свободы и датчики вращения 9, 10 и 11, которые считывают информацию по перемещению дополнительного стержня в горизонтальной, вертикальной плоскостях, а так же введение и выведение стержня вглубь.
Основной стержень соединен с дополнительным стержнем с помощью шарового сочленения 12.
Таким образом, движения основного стержня предаются на дополнительный стержень в зеркальном отображении, при этом первый блок датчиков считывает только данные о вращении относительно продольной оси, а второй блок датчиков только перемещения в трехмерном пространстве. Дополнительный стержень не вращается относительно продольной оси и в сечении имеет квадрат или прямоугольник для более
точного считывания движений датчиками. Это позволяет точно и безошибочно определять место положение стержня в трехмерном пространстве и избежать неверного определения координат, что неизбежно при расположении всех датчиков на одном блоке.
Внешний вид всей установки изображен на Фиг.2. Она состоит из короба, симулирующего брюшную полость и часть торса 1. В верхней плоскости короба через отверстия установлены две рабочие части инструментов.
Работа устройства происходит следующим образом. Обучаемый производит манипуляции с инструментами, правым и левым. Каждый из инструментов состоит из основного и дополнительного стержней и двух блоков датчиков как это изображено на фиг.1. Блок датчиков Б производит отслеживание и расчет места положения стержня в трехмерном пространстве, а блок датчиков А изолированно только вращение стержня относительно продольной оси. Информация от датчиков передается на главную ЭВМ, где посредством программного обеспечения осуществляется имитация движения инструмента в брюшной полости и манипуляции с органами, разделенные на отдельные упражнения, что отображается на мониторе.
Таким образом, разработано устройство для тренировки начинающих и опытных хирургов методам лапароскопической хирургии, которое позволяет практиковаться в условиях виртуальной реальности, имитирующей органы брюшной полости.
Разработанная модель позволяет более точно позиционировать стержень и уменьшить ошибки измерения угла вращения, а так же облегчить конструкцию для проведения более точных манипуляций со стержнем.
Источники информации:
1. Авторское свидетельство РФ №2077075, кл. G 09 В 23/28, 1993 г.
2. Патент США US 5623582 опубликовано 22 апреля 1997 г.
3. И.В.Федоров. Хирургические инструменты. Функции и назначения. - Казань, АКП «Аделаида», 2001. - 180 с., цв.ил.