專利名稱：干預模擬器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及模擬干預手術(shù)的計算機控制的設備，特別是使用專用的器械。
背景技術(shù)：
成人教育的原則，實踐學習的宗旨以及致力于專門技術(shù)發(fā)展的理論，全都強調(diào)在學習過程中關(guān)鍵性角色經(jīng)驗的扮演。模擬技術(shù)成功地應用于當今外科和內(nèi)科教育，并且向?qū)嵙暽烷_業(yè)醫(yī)生提供，基于這些教育理論基礎(chǔ)的必要學習經(jīng)驗。所有的學習者都有機會依據(jù)標準的學習經(jīng)驗學到基本功并且達到規(guī)定的資格水平。通過對性能評估以及提供即時的，個別的和詳細的反饋信息，模擬可以使學習簡化。模擬可以提供控制設置，這種設置可以重復直到獲取確定的性能等級，模擬還能夠減小學習者的壓力，增加他們的信心，并且在對病人治療前確保達到技術(shù)技能的情況下，提高實際設置中的安全性。開業(yè)醫(yī)生可以通過使用模擬的教育干預方式，提高他們的技能并且學習由于科學技術(shù)進步而產(chǎn)生的新興程序。此外，應用模擬有助于解決實際問題，譬如對醫(yī)務人員從業(yè)時間的要求，可以向?qū)嵙暽峁┆毩⒌膶W習和實踐機會以解決這些問題。通過使用這種模擬手段，解決了當前重點強調(diào)的責任義務和衛(wèi)生保健質(zhì)量保證的問題，并且結(jié)果數(shù)據(jù)用于向公眾保證醫(yī)師的從業(yè)能力。
模擬應被認為是每個當前致力于專門技能發(fā)展的教育程序的一個至關(guān)重要的部分。模擬可以用于確保有效的教學和學習，向?qū)W習者提供了對其技能進行評定的確實可靠的手段，并且生成有關(guān)需要改進的特定缺點的信息，以及創(chuàng)建學習者技能的單獨預指令集。為了取得預期的結(jié)果，根據(jù)成人教育，實踐學習以及有效反饋的原則，應該開設特定的課程。這種模擬還可以用于專業(yè)進修教育和專業(yè)資格認證的程序中。在發(fā)展和獲得模擬，以及建立與教育模式有效結(jié)合的練習程序時，需要投入資源。然而，迅速有效的執(zhí)行手術(shù)的程序，病人安全性的提高，以及教授學習者多樣專業(yè)技能時間的減少，由這些因素產(chǎn)生的眾多優(yōu)勢都很容易與資源的初始投入相抵消。這種模擬也可以用于評估在教育方面所付出努力的效果，甚至是選擇受訓的個體。因此，模擬具有對未來的外科和內(nèi)科教育產(chǎn)生重大影響的潛力。
由于計算機技術(shù)領(lǐng)域的飛速發(fā)展，模擬技術(shù)，特別是應用于外科和內(nèi)科教育的模擬技術(shù)，已經(jīng)取得了顯著的進步。然而，現(xiàn)有已知的設備和方法不能對所使用的不同器械進行全面模擬。
根據(jù)本發(fā)明，在先技術(shù)中沒有提出或給出模擬不同器械的提示。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明優(yōu)選實施例的主要目標是，為自展開器械的實時模擬提供一個新穎有效的方法和系統(tǒng)，優(yōu)選地，方法和系統(tǒng)用于心臟血管或內(nèi)血管的診斷或干預程序中。
由此，干預程序模擬系統(tǒng)包括一個控制部件和一個接口部件，控制部件與接口部件之間進行通信，從而模擬控制至少一個與接口部件連接的器械。器械是一個插入到模擬血管中的自展開工具，并且模擬涉及一組代表血管剛度，自展開工具的靜止直徑，血管初始內(nèi)直徑以及工具彈簧常數(shù)的設定值。在一個優(yōu)選實施例中，器械是一個支架(stent)。在另一個優(yōu)選實施例中，器械是一個遠端保護器。優(yōu)選地，遠端保護器包括一個雙錐體，其兩端連接到一根線上，并且雙錐體由一層護套覆蓋。一個錐體的遠端部分是一張網(wǎng)，其用于模擬捕捉顆粒，這些顆粒是在干預模擬期間釋放出來的。


參照以下附圖，對本發(fā)明不受限制地作進一步敘述圖1是本發(fā)明一個實施例的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是接口部件的示意圖。
圖3是模擬器械的示意圖。
圖4-6是使用球囊和支架時的一系列熒光鏡圖象。
圖7-10是使用導管時的一系列熒光鏡圖象。
圖11-13是使用遠端保護時的一系列熒光鏡圖象。
具體實施例方式
依據(jù)本發(fā)明的模擬裝置的一個典型實施例如圖1所示。裝置100包括一個計算機部件110和一個接口部件120。計算機部件110可以是一個普通個人計算機(PC)或者與之相似的裝置，或者是與接口部件120集成的部件。本實施例的計算機部件與顯示器111，輸入裝置112譬如鍵盤和鼠標，以及通信接口(沒有顯示)之間互相通信。
接口部件120設計成接受多個器械121-123，接口部件在由同一個申請人申請的，發(fā)明名稱為“干預模擬裝置”(SE 0203568-1)的類似申請中有所敘述，在本申請中可結(jié)合參考?？刂葡到y(tǒng)設計成模擬干預程序，控制系統(tǒng)在由同一個申請人申請的，發(fā)明名稱為“干預模擬控制系統(tǒng)”(SE 0203567-3)的類似申請中有所敘述，在本申請中可結(jié)合參考。
然而，本申請并不限于一個包括以上所述控制系統(tǒng)和接口部件的系統(tǒng)。本申請可以應用于能夠?qū)ψ哉归_器械進行模擬的任何系統(tǒng)中。
通過不同的方式，可以作出一個3D幾何圖形—它們能夠在3D模型軟件中建模，即從零開始，使用解剖學課本，視頻剪輯等手段進行，這里僅作為參考。
—它們可以根據(jù)實際的病人數(shù)據(jù)形成，例如，這些數(shù)據(jù)是通過具有計算機輔助X線體層攝影術(shù)(CT)，核磁共振成像(MRI)，超頻率音響，熒光鏡等的掃描裝置130獲得。
如圖2所示的作為優(yōu)選實施例的接口部件200，其接受多個器械，器械是模擬的或者是真實的且優(yōu)選地至少是兩個器械。接口部件包括多個活動廂體216A-216C，其數(shù)量與器械的數(shù)量相一致。接口部件還包括一個公共軌道220和一個如同套筒式管子一般的互連構(gòu)件226。互連構(gòu)件226與廂體216A-216C依次互連。每個廂體都有一個開口，以確保接收器械。每個廂體216A-216C進一步包括用于接受且閉鎖至少一個器械的構(gòu)件，以及用于接受器械的移動并且產(chǎn)生一個力的構(gòu)件，產(chǎn)生的力反作用于具有模擬特性的器械。優(yōu)選地，每個廂體包括一個用于檢測器械類型的檢測裝置，器械插入穿過互連構(gòu)件。接口部件與控制部件(PC)相連以測量每個廂體的移動，并且通過一個速度調(diào)節(jié)器和一個距離調(diào)節(jié)器對移動進行調(diào)節(jié)。每個廂體與一個齒輪皮帶傳動裝置連接以沿著軌道220驅(qū)動。每個廂體裝配一個放置在扭矩輪子上的曲柄滑塊。曲柄滑塊有一個配合表面，表面朝著咬合器械導線夾頭的方向被按壓。而且，每個廂體上具有使檢測構(gòu)件進出的出口，檢測構(gòu)件用于檢測廂體內(nèi)器械的存在狀況。檢測構(gòu)件可以檢測每個器械的厚度。光學傳感器探測在廂體內(nèi)器械的存在狀況?？刂撇考y量器械的縱向移動和轉(zhuǎn)動，并且根據(jù)接收到的力和扭矩，給出器械在縱向和旋轉(zhuǎn)方向的力反饋。閉鎖構(gòu)件用于夾住器械，將器械連接到中心壁上。閉鎖構(gòu)件包括一個放置在中心壁中的扭矩輪子。曲柄滑塊放置在扭矩輪子內(nèi)部，并且曲柄滑塊可以沿著縱向移動，但是其在旋轉(zhuǎn)方向是固定不動的。
系統(tǒng)模擬不同類型自展開工具的工作方式。自展開工具由工具本身和覆蓋在工具上的一層護套(軟管)組成。當護套是收縮時，工具本身展開到其“自然”形狀。在一些情況下，也有可能將護套拉回，再次覆蓋到工具上。
實例1自展開的支架。支架被強加于空心管的上部，空心管在導線的上部延伸，并且支架被一層護套覆蓋。支架與下部管子不連接。當覆蓋的護套收縮時，支架逐漸張開，達到預定的直徑(這個直徑是血管中直徑的最大值，如果血管壁與支架擠壓在一起，這個直徑將更小)。當護套完全收縮時，整個支架將脫離護套和下部管子，并且壓緊血管壁。當前沒有恢復支架自身的辦法。
實例2遠端保護器(DPD)。如圖3中所示的遠端保護器30是一個“雙錐體”31和32，它們的兩個末端連接到一根線33上，并且被一層護套覆蓋(沒有顯示)?！板F體”的遠端部分是一張細網(wǎng)眼的網(wǎng)31，其用于篩取在干預中釋放出來的顆粒?！板F體”的近端部分完全張開。當護套收縮時，錐體成為其“自然”形狀，即中間最寬。由于護套與下部線相連，則能夠?qū)⑵淅?，再次覆蓋“錐體”。
接下來，將結(jié)合多個實例對本發(fā)明進行敘述，實例不限于以下所述圖4-6所示為一個自展開器械的系列圖，在這個實施例中是一個自展開的支架。這種自展開的支架被一層護套覆蓋，護套收縮時，支架展開到一個規(guī)定尺寸(但是，由于它觸及血管壁，則最終的尺寸取決于血管的“剛度”和支架自身的特性)。支架在視覺上的兩個特性，即它在血管上展開的方式以及作用的效果都是被模擬的。隨后，也可以使用一個“有規(guī)則的”球囊使血管后膨脹。圖4中，自展開支架處在血管中適當?shù)奈恢?，但是并沒有展開。圖5中，覆蓋在支架上的護套部分收縮。圖6中，護套完全收縮并且支架展開(沒有連接到工具上)。模擬程序具有多個初始值自展開器械的靜止展開直徑，血管初始內(nèi)直徑(在模擬部分)，自展開器械的彈簧常數(shù)以及血管剛度。這些參數(shù)用于確定模擬器如何設定器械以及血管(模擬部分)展開的邊界。如果使用護套，則它的直徑也必須計入其中。
也可以采用相同的方式使用球囊和支架；球囊(也適用于支架)與血管相互作用，血管展開。血流量隨之改變，注射造影劑時也會產(chǎn)生同樣的情況。支架以一種其是可看得見的方式被模擬，并且當球囊泄氣時支架處于原位。有可能是，先放入一個更大的球囊，然后對它再充氣。這對支架和血管都會產(chǎn)生影響，就是所謂的后擴張。也有可能是，在使用支架之前先對球囊充氣，這就是所謂的先擴張。利用力反饋能夠?qū)崿F(xiàn)模擬，由此，當使用一個“大”球囊做檢查時，通過壓迫會感覺到的患處。
如圖7-10所示的程序，其采用的方式是，首先導管和導線預先接近右邊或左邊的冠狀血管樹。接下來，通過導管注射造影劑以確定患處/器官狹窄部位。圖像可以被改變以獲得患處最佳的顯影。也可以將影像輸出，由獨立的QCA(質(zhì)量性狀評估)程序?qū)ζ浞治鲆赃M行長度和寬度測量。然后，用戶能夠確定其需要使用的球囊/支架尺寸(典型地，在球囊充氣/支架展開的前后，將記錄下一些電影循環(huán)畫面)。一根細導線(冠狀線)首先沿著導管前進穿入血管樹。線的頂端可以制成一個角(用戶可選擇的)，然后將線轉(zhuǎn)動從而令其貫穿血管樹，并且進行拉/推操作，找出經(jīng)過患處的恰當路線。球囊/支架預先放置在線的頂端，并且使用射線透不過的標志將其定位在合適位置?？梢宰⑸湓煊皠?，確定球囊/支架所在的恰當位置。最后，球囊/支架展開并保持一段時間，然后收縮。所有的這些步驟都是被模擬的，都可以在實際生活中完成。
遠端保護器阻止血栓進一步移動從而阻塞非常小的血管(其可以是大腦中正破壞的血管)。使用的過濾“筐”與一根線連接，并且最初被一層護套覆蓋。線和護套定位在穿過損傷的位置，然后收縮護套，留下筐作為當患處擴張時的保護。接下來，復原的護套將筐合攏，并且兩個共同收縮。遠端保護器的動作是被模擬的，包括人們?nèi)绾慰刂扑约翱刂埔恍┛吹靡姷奶匦浴Ｆ渌愋偷谋Ｗo裝置也可能模擬，例如充氣時阻塞流動的球囊。
如圖11-13所示的系列圖
圖11中遠端保護器處于血管的適當位置，覆蓋過濾器的護套部分收縮；圖12中護套收縮，過濾器“底部”的標志開始“展開”。
圖13中護套進一步收縮。
請注意，過濾器本身在本申請中的熒光鏡圖像中不可見，僅可看到標記點。由于過濾器與線連接，上述順序可以顛倒。
本發(fā)明并不限于所述的實施例，但是能夠在不脫離附加權(quán)利要求范圍內(nèi)進行改變，并且裝置和方法可以根據(jù)實際應用，功能部件，需求和要求等因素以不同的方式實施。
權(quán)利要求
1.干預程序模擬系統(tǒng)，包括一個控制部件和一個接口部件，所述控制部件與所述接口部件之間進行通信，從而模擬控制至少一個與所述接口部件連接的器械，其特征在于，所述器械是一個插入到模擬血管中的自展開工具，并且模擬涉及一組代表所述血管剛度，所述自展開工具的靜止直徑，血管初始內(nèi)直徑以及所述工具彈簧常數(shù)的設定值。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述器械是一個支架(stent)。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述器械是一個遠端保護器。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述遠端保護器(30)包括一個雙錐體(31，32)，其兩端連接到一根線(33)上，并且雙錐體由一層護套覆蓋。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，一個錐體的遠端部分是一張網(wǎng)(31)，其用于模擬捕捉顆粒，這些顆粒是在干預模擬期間被釋放出來的。
6.在一個干預程序模擬系統(tǒng)中模擬的方法，系統(tǒng)包括一個控制部件和一個接口部件，所述控制部件與所述接口部件之間進行通信，從而模擬控制至少一個與所述接口部件連接的器械，方法包括-提供一個所述器械，其是一個插入到模擬血管中的自展開工具，并且-模擬所述器械，其中涉及一組設定值，這些值代表所述血管的剛度，所述自展開工具的靜止直徑，血管初始內(nèi)直徑以及所述工具的彈簧常數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一個干預程序模擬系統(tǒng)，系統(tǒng)包括一個控制部件和一個接口部件，所述控制部件與所述接口部件之間進行通信，從而模擬控制至少一個與所述接口部件連接的器械。器械是一個插入到模擬血管中的自展開工具，并且模擬涉及一組代表所述血管剛度，所述自展開工具的靜止直徑，血管初始內(nèi)直徑以及所述工具彈簧常數(shù)的設定值。
文檔編號G09BGK1720561SQ200380104844
公開日2006年1月11日 申請日期2003年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月3日
發(fā)明者楊·格魯?shù)?佩德森 申請人:曼帝絲公司