BR112016011156B1 - sistema de treinamento cirúrgico modular - Google Patents

Abstract

SISTEMA DE TREINAMENTO CIRÚRGICO MODULAR. Um sistema de treinamento cirúrgico modular (1) para treinamento em intervenções cirúrgicas com instrumentos cirúrgicos reais. Ele compreende um módulo de base de alimentação de energia reusável (12, 13), um módulo de treinamento regenerável (2) que reproduz ou tem estruturas anatômicas (3) e pode reter pelo menos um meio consumível (por exemplo, fluidos corporais), em que o módulo de treinamento e o módulo de base são destacavelmente conectados um ao outro via uma interface de combinação e em que energia pneumática e/ou mecânica e/ou elétrica pode ser transmitida do módulo de base para o módulo de treinamento e/ou sinais elétricos podem ser transmitidos entre o módulo de base e o módulo de treinamento via a interface de combinação. Aqui o módulo de base e o módulo de treinamento compreendem meios de transporte que são conectados destacavelmente via a interface de combinação e pelo menos um meio consumível pode ser transportado para as estruturas anatômicas (3) pelos meios de transporte. O sistema de treinamento pode ser colocado em operação e retornado para um estado pronto para uso por um usuário dentro de um curto período de tempo sem equipe treinada e sem o usuário no processo entrar em contato (...).

Description

[001] A presente invenção refere-se a um sistema de treinamento cirúrgico modular para treinar em intervenções cirúrgicas usando instrumentos cirúrgicos reais, compreendendo - um módulo de base fornecedor de energia reutilizável, - um módulo de treinamento regenerável, reproduzindo ou tendo estruturas anatômicas, e capaz de reter pelo menos um meio consumível que simula fluidos corporais, em que - energia pneumática e/ou mecânica e/ou elétrica pode ser transmitida do módulo de base para o módulo de treinamento e/ou sinais elétricos podem ser transmitidos entre o módulo de base e o módulo de treinamento, e - pelo menos um meio de transporte, disposto no módulo de base, transportando o meio consumível às estruturas anatômicas.

[002] Intervenções cirúrgicas referem-se ao tratamento, isto é, à terapia, de doenças e lesões por ação direta, manual ou instrumental no corpo do paciente, em que estas intervenções cirúrgicas são adequadamente referidas como operação ou abreviadamente OPs. As operações são conhecidas tanto da medicina humana quanto também da medicina veterinária.

[003] Para o propósito de aprendizagem prática, prática repetida, e para aperfeiçoar técnicas cirúrgicas, uma grande variedade de sistemas de treinamento é conhecida, que difere consideravelmente com relação às suas reivindicações para simulação realista do ambiente cirúrgico real. Além dos sistemas de treinamento virtuais baseados inteiramente em computador, tais como aqueles oferecidos, por exemplo, pela companhia Industrial Virtual Reality Inc., outros sistemas de treinamento são conhecidos, em que a intervenção cirúrgica é praticada em uma simulação mais ou menos detalhada de uma estrutura anatômica.

[004] Estas estruturas anatômicas simuladas são, usualmente, modelos de plástico que podem ter características muito diferentes em termos das suas complexidades e simulação realística. Além das estruturas ósseas sólidas, elas contêm principalmente materiais resilientes para a representação de tecido humano. Por exemplo, a partir do documento WO 94/06109 A1 é conhecido um dispositivo de treinamento para endoscopia de cavidade que possui um módulo de treinamento no qual uma cavidade está contida e que é projetado para ser vedável. Isso permite penetrar na cavidade com um endoscópio para treinar as funções endoscópicas nela.

[005] Para obter a simulação mais realística possível, o foco é principalmente nas propriedades táteis da estrutura anatômica, em particular, dos tipos de tecido diferentes tais como, por exemplo, ossos, vasos ou nervos, durante a interação com os instrumentos cirúrgicos mantidos pelo operador praticante. Durante o treinamento, a estrutura anatômica usada é desgastada pelo tratamento mecânico tais como, por exemplo, corte, fresagem ou semelhantes, de modo que necessita ser substituída antes da próxima sessão de treinamento.

[006] Sistemas para reproduzir funções corporais tais como, por exemplo, um sistema de circulação cardíaca simulada com pulso, pressão sanguínea, mas também outros fluidos corporais podem ser adicionados a estas estruturas anatômicas simuladas por si só. Isso também é descrito em G. Bausch et al., "Design and development process of a next-generation training system for spinal surgery“, Simulation, vol. 89, n° 12, 29 de outubro de 2013, pp. 1436-1441, XP055173235, ISSN: 0037-54, DOI: 10.1177 / 0037549713496151.

[007] A simulação destas funções corporais aumenta o grau de detalhes da simulação tátil para a pessoa em treinamento, por exemplo, por simulação da pressão do fluido cerebrospinal. Além disso, é conhecido que hemorragia, por exemplo, é simulada por via de cápsu- las cheias que são deixadas estourar, ou por via de dispositivos para gerar grandes quantidades de sangue, como ocorre, por exemplo, como um resultado de membros decepados ou lesões arteriais. Um sistema de treinamento no qual uma estrutura anatômica é simulada é descrito como uma solução óbvia no documento WO 96742076 A1. Este sistema de treinamento compreende uma base com a qual um módulo de treinamento que simula estruturas anatômicas é conectado de maneira destacável. Uma bomba também é conectada à base, por meio da qual o fluxo sanguíneo na estrutura anatômica pode ser simulado. Para este propósito, um meio consumível na forma de sangue simulado é bombeado para a estrutura anatômica sob pressão por meio de mangueiras. O meio consumível também pode ser removido da estrutura anatômica. O meio de transporte, aqui a bomba e as mangueiras, são conectados à estrutura anatômica de forma removível, para que possam ser substituídos, se necessário.

[008] Como é sabido, por exemplo, a partir do documento WO 02/41285 A2, também além disso, é conhecido para reproduzir fluidos corporais por meios tais como, por exemplo, sangue falso, de modo a aproximar a cor, consistência e aparência externa de sangue real tão perto quanto possível. Para a geração de um fluxo ou um aumento de pressão dos fluidos corporais correspondentes, bombas, principalmente bombas peristálticas, e/ou válvulas assim como linhas correspondentes são usadas. As bombas peristálticas, também referidas como bombas de mangueira, usadas aqui, estão associadas com tempos mortos no transporte, devido principalmente ao princípio de operação. Os meios usados para o treinamento têm que ser recarregados ou substituídos antes da próxima sessão de treinamento. Estes abrigam várias desvantagens diferentes. Assim, quando recarregar os meios, a ventilação suficiente do sistema de transporte deve ser sempre assegurada; além disso, depois que um recipiente de reservatório para es tes meios foi usado repetidamente, depósitos e incrustações podem ocorrer, que por sua vez levam à adesão e/ou entupimento.

[009] Isto resulta, portanto, no gasto de tempo e trabalho de lim peza dispendioso.

[0010] Em uma OP real, no caso geral, há uma tensão sobre os tecidos sensíveis, as estruturas em risco, que podem causar complicações pós-operatórias em pacientes humanos. Tipos de tensão típicos em estruturas em risco tais como nervos e vasos que ocorrem durante OPs são compressão (aperto, tensão compressiva) e tração (alongamento, tensão de tração). Para a avaliação quantitativa das intervenções cirúrgicas para treinar, é portanto conhecido usar sensores, em particular, sensores de pressão e medidores de tensão. Visto que os sensores usados estão localizados diretamente na estrutura anatômica, eles também têm que ser trocados antes de cada nova sessão de treinamento junto com a estrutura anatômica, que novamente resulta em custos acrescidos. A publicação Tobias Pilic et al., "„Ultrasonic Sensory for Monitoring Mechanical Structures in Surgical Training Sys- tems“, Biomedical Engineering / Biometrische Technik, 7 de setembro de 2013, XP055173172, ISSN: 0013-5585, DOI: 10.1515 / bmt-2013- 4427 aqui está uma solução que pode ser usada para apurar as cargas nas estruturas de risco que ocorrem durante uma operação de treinamento. Para esse propósito, uma excitação é impressa na estrutura e a posição e o tipo de estresse são deduzidos com base no reflexo da excitação por meio de uma avaliação por computador. Isso possibilita, por exemplo, avisar a pessoa em treinamento em tempo hábil antes que a estrutura de risco na estrutura anatômica seja destruída

[0011] Existem sistemas de treinamento cirúrgicos conhecidos que combinam aspectos individuais dos aspectos descritos, tais como a reprodução de uma estrutura anatômica, a reprodução de vários fluidos corporais ou o uso de um sistema de sensor.

[0012] Assim, US 2009/0246747 A1 divulga um sistema de treina mento que reproduz o interior de um copo humano ou animal com todos os órgãos importantes. O sistema de treinamento inclui a reprodução do sistema de circulação cardíaca, em que o coração é reproduzido por uma bomba peristáltica. Os grandes vasos, tais como a aorta são reproduzidos por mangueiras, em que a pressão interna das mangueiras pode ser medida por meio de sensores de pressão, ou o fluxo de volume do meio reproduzindo o sangue pode ser medido por meio de medidores de fluxo. Órgãos reproduzidos podem ter canais para a reprodução dos vasos do órgão. Assim, em um projeto, uma ruptura de vaso de um rim é reproduzida, em que o meio transportado pela bomba peristáltica sai dos vasos em grandes quantidades. Se a estrutura dos órgãos individuais foi alterada pela sessão de treinamento, por exemplo, pelo uso de um bisturi, o órgão inteiro é trocado.

[0013] Este sistema de treinamento tem várias desvantagens. De pois da conclusão de uma sessão de treinamento, por exemplo, uma operação em um rim, grandes partes do sistema de treinamento podem ser sujas saindo sangue falso, como um resultado das quais estas partes têm que ser submetidas a uma limpeza demorada completa. Além disso, os recipientes de reservatório dos meios desgastados têm que ser recarregados novamente. As estruturas anatômicas desgastadas, possivelmente incluindo os sensores correspondentes, têm que ser substituídas e conectadas novamente a outros órgãos ou vasos. No geral, isto envolve um dispêndio muito alto em termos de tempo e pessoal, mas no final um dispêndio financeiro muito alto. Além disso, o sistema de treinamento não está disponível naquele momento.

[0014] Além disso, a partir do WO 2009/067778 A1, um sistema de treinamento modular é conhecido para praticar operações sobre e/ou no crânio humano. O sistema de treinamento é fornecido, por exemplo, para operações colocando um dreno externo de modo a baixar a pres- são dentro de um ventrículo enchido com fluido cerebrospinal. Para este propósito, o sistema de treinamento compreende um módulo de base e um módulo de treinamento. O módulo de treinamento compreende a estrutura anatômica reproduzida na forma do ventrículo, em que o ventrículo é formado como um balão de látex e enchido com água. Para a geração de uma pressão interna ventricular realística, o módulo de base compreende um gerador de pressão, que é formado por uma coluna de líquido. A pressão hidrostática da coluna de líquido atua em um segundo balão que está arranjado no módulo de base. Se o módulo de treinamento e módulo de base são conectados um ao outro, em seguida, o segundo balão está em uma conexão operativa com um balão de látex. Usando uma escala que está arranjada na coluna de líquido, a pressão exercida no ventrículo pela pessoa em treinamento pode ser quantitativamente determinada também.

[0015] A desvantagem deste sistema é que a simulação de hemor ragia é completamente dispensada. Além disso, devido ao projeto especial da estação de base, a estação de base é adequada apenas para simular operações sobre e/ou no crânio. Não há provisão para treinar em outras estruturas anatômicas, como um resultado das quais o campo de uso é muito limitado. Além disso, o gerador de pressão com o líquido localizado nele necessita ser mantido regularmente, visto que, por exemplo, devido à evaporação, o líquido pode escapar, como um resultado da qual a pressão hidrostática da coluna de líquido pode variar de uma sessão de treinamento a outra. Como um resultado, uma nova calibração do gerador de pressão é necessária, que por sua vez está associada com um dispêndio de tempo e custo. O documento DE 20 2008 009567 U1 descreve um dispositivo de treinamento para intervenções interventivas endovasculares, no qual uma réplica transparente de um vaso sanguíneo é disposta em um compartimento. Um dispositivo de iluminação e uma câmera móvel também são previstos no compartimento. Por um lado, isso pode ser usado para treinar uma intervenção endovascular no organismo vivo, que geralmente é realizada por meio de uma câmera no dispositivo cirúrgico. O projeto transparente da réplica e a iluminação com a câmera possibilitam observar o curso da operação do lado de fora.

[0016] Um objetivo da presente invenção, portanto, consiste em fornecer um sistema de treinamento cirúrgico modular que evita as desvantagens da técnica anterior e que pode ser colocado em operação e devolvido a um estado pronto para o uso por um usuário dentro de um curto período de tempo sem pessoal treinado e sem o usuário no processo entrando em contato com líquidos consumíveis ou outros líquidos, e que é de baixa manutenção, não requer calibração pelo usuário, e é flexível, isto é, adequado para treinar em uma grande variedade de intervenções cirúrgicas.

[0017] Portanto, um sistema de treinamento cirúrgico modular do tipo inicialmente mencionado é proposto, no qual o módulo de treinamento e o módulo de base são conectados destacavelmente um com outro via uma interface de combinação. Via da interface de combinação, pneumático e/ou mecânico e/ou energia elétrica pode ser transmitido a partir do módulo de base ao módulo de treinamento e/ou sinais elétricos podem ser transmitidos entre módulo de base e módulo de treinamento. Meios de transporte do módulo de base e do módulo de treinamento também são conectados destacavelmente via a interface de combinação.

[0018] Os meios de transporte no módulo de treinamento têm pelo menos um volume de pressão que absorve o ar comprimido e o módulo de treinamento possui pelo menos um volume de meio consumível separado do volume de pressão no lado do meio e recebe um meio consumível. O volume da pressão e o volume do meio consumível interagem entre si de tal maneira que pelo menos um meio consumível possa ser transportado para as estruturas anatômicas ou uma pressão interna é gerada pelo menos em uma estrutura anatômica.

[0019] A energia pneumática gerada pode ser transferida do mó dulo de base para o módulo de treinamento através da interface de combinação.

[0020] De acordo com a invenção, como um resultado do uso de ar pressurizado como carreador de energia, uma separação do lado do meio é tornada possível, isto é, o pelo menos um meio consumível está associado apenas com o módulo de treinamento e não tem que ser transportado via a interface de combinação. Ao contrário do uso de bombas peristálticas, o transporte constante do pelo menos um meio consumível pode ser obtido aqui, isto é, sem os tempos mortos no transporte que ocorre, tipicamente, com bombas peristálticas. Além disso, uma outra desvantagem de bombas peristálticas é que elas são movidas em fluxo de volume e assim, ao contrário de bombas movidas por pressão, a pressão de transporte não é definida, que pode, por exemplo, levar a um aumento de pressão em caso de entupimento.

[0021] Como uma regra, na presente descrição da invenção, a re ferência será feita aos materiais de simulação artificiais ou estruturas anatômicas artificiais, mesmo se eles não são explicitamente identificados como tais. Entretanto, também é possível usar estruturas anatômicas verdadeiras.

[0022] Uma vantagem essencial da presente invenção é o projeto modular do sistema de treinamento na forma de um módulo de base e um módulo de treinamento. Materiais que são desgastados durante o treinamento, assim chamados de materiais consumíveis tais como, por exemplo, estruturas anatômicas ou fluidos corporais simulados por pelo menos um meio consumível, estão associados com o módulo de treinamento. Componentes dispendiosos reutilizáveis tais como, por exemplo, acionadores pneumáticos, elétricos e/ou mecânicos, compo- nentes eletrônicos, ou senão um torso, por exemplo, para a incorporação realística das estruturas anatômicas, estão associados com o módulo de base.

[0023] Módulo de base e módulo de treinamento são conectados destacavelmente via uma interface de combinação, por exemplo, por um mecanismo de travamento. Portanto, o sistema de treinamento de acordo com a invenção é favoravelmente muito usado e barato. Isto é obtido na medida em que a estação de base, junto com os componentes dispendiosos descritos acima, pode permanecer normalmente com o usuário do sistema de treinamento, enquanto que o módulo de treinamento desgastado pode ser removido e sob algumas circunstâncias devolvido ao fabricante para a regeneração, isto é, de modo a encher o pelo menos um meio consumível e possivelmente para aeração, e de modo a substituir as estruturas anatômicas depois do tratamento mecânico pelo cirurgião de treinamento. Consequentemente, uma pluralidade de módulos de treinamento não usados pode ser mantida em reserva, que, depois da conclusão de uma sessão de treinamento, é conectada pelo usuário simplesmente e rapidamente via a interface de combinação à estação de base, de modo a realizar a próxima sessão de treinamento. Apoio de pessoal especialmente treinado não é ne-cessário; em vez disso, os usuários por si só podem colocar o sistema de treinamento em operação. Portanto, os tempos de preparação para a preparação da próxima sessão de treinamento são consideravelmente encurtados pelo desenho modular de acordo com a invenção.

[0024] Além disso, módulos de treinamento em cada caso também podem conter estruturas anatômicas diferentes, de modo que o sistema de treinamento possa ser usado em uma maneira muito flexível e não esteja limitado a uma única área anatômica tal como o crânio humano, por exemplo.

[0025] Uma vantagem adicional de acordo com a invenção consis- te na medida em que pelo menos um meio consumível não é transferido através da interface de combinação. Como um resultado, a sujidade do sistema de treinamento é evitada, visto que o pelo menos um meio consumível permanece apenas sobre ou no módulo de treinamento a ser trocado. Nenhum meio consumível transportando conexões de mangueira a serem desconectadas é necessário, que sujaria o sistema de treinamento adicionalmente. Portanto, o trabalho de limpeza demorado pode ser dispensado.

[0026] Além disso, é essencial para a invenção que o módulo de base e módulo de treinamento compreendem transportar meios que podem ser conectados destacavelmente via a interface de combinação. Enquanto os componentes ativos dos meios de transporte estão arranjados no módulo de base reutilizável, os componentes passivos estão arranjados no módulo de treinamento. Assim, a energia fornecida pelos componentes ativos via a interface de combinação pode ser transmitida aos componentes passivos, como um resultado da qual o pelo menos um meio consumível pode ser transportado nas estruturas anatômicas. De acordo com a invenção, os meios consumíveis podem ser transportados de modo que eles saiam a partir das estruturas anatômicas, por exemplo, na forma de hemorragia, ou de modo que eles reproduzam a pressão interna de uma estrutura anatômica, por exemplo, a pressão do fluido cerebrospinal da dura-máter, mais precisamente o saco dural e as raízes nervosas associadas, sem sair no processo.

[0027] Por meio dos meios de transporte, pelo menos um fluido corporal simulado pode ser medido durante o treinamento no local, por exemplo, na forma de hemorragia. A medição da hemorragia no local aumenta o realismo da sessão de treinamento muitas vezes mais, visto que é apenas como um resultado da hemorragia que uma situação OP típica é gerada. A hemorragia, assim, cria uma obstrução visual permanente. A hemorragia deve ser continuamente submetida à sucção pela pessoa em treinamento, de modo a ser capaz de realizar as etapas de OP reais dentro do breve período de tempo da visão desobstruída. Isto gera cursos de trabalho realísticos, visto que coloca a pessoa em treinamento sob pressão de tempo além de forçar a pessoa em treinamento a usar uma das mãos para conter o dispositivo de sucção.

[0028] Para a desconexão dos componentes ativos do módulo de base a partir dos componentes passivos do módulo de treinamento via a interface de combinação, é possível fornecer, em um desenho de acordo com a invenção, que os meios de transporte na estação de base compreendem pelo menos um compressor de ar gerando energia pneumática na forma de ar pressurizado. O compressor de ar em si é movido, por exemplo, por meios elétricos, em que, para este propósito, o módulo de base é fornecido com energia elétrica via uma fonte de energia externa.

[0029] Em uma outra modalidade do sistema de treinamento, de acordo com a invenção, pelo menos dois meios consumíveis podem ser mantidos pelo módulo de treinamento, em que o primeiro meio consumível pode ser transportado através de pelo menos um local de saída das estruturas anatômicas, e a pressão interna de pelo menos uma seção das estruturas anatômicas pode ser reproduzida por meio do segundo meio consumível. Como um resultado, o realismo do sistema de treinamento é aumentado ainda mais, por exemplo, formando o primeiro meio consumível como sangue falso e o segundo meio con- sumível como um meio que simula o fluido cerebrospinal. Meios con- sumíveis adicionais para estimular outros fluidos corporais podem ser fornecidos de acordo com a invenção.

[0030] Além disso, é vantajoso que o primeiro meio consumível e o segundo meio consumível formem, cada um, um volume de meio con- sumível separado, que em cada caso interage com um volume pressurizado correspondente.

[0031] De acordo com a invenção, o primeiro meio consumível, que é formado por sangue falso, por exemplo, também pode ser transportado através de mais do que um local de saída das estruturas anatômicas. Assim, os locais de saída podem ser arranjados em uma pluralidade de posições diferentes na estrutura anatômica, que, entretanto, podem, mas não necessitam ser, fornecidos a partir do mesmo volume de meios consumíveis. Portanto, as situações de hemorragia diferentes podem ser simuladas desse modo. Uma vantagem essencial do desenho modular aqui novamente é que, quando se inicia ou regenera o sistema de treinamento, o usuário não tem que conectar cada local de saída separadamente ao volume dos meios consumíveis. Ao invés, as estruturas anatômicas, o pelo menos um meio consumível, e a sua conexão às estruturas anatômicas podem já ser pré-montados no módulo de treinamento e necessitam apenas ser conectados à estação de base. Como um resultado, as falhas tais como aquelas que ocorrem devido ao desgaste, por exemplo, depois de uso frequente, podem ser evitadas. Perdas de pressão devido ao vazamento causado por desgaste podem ser apresentadas.

[0032] Além disso, é vantajoso que o módulo de base e o módulo de treinamento compreendam meios de controle que são conectados destacavelmente via a interface de combinação e podem controlar pelo menos um fluxo de volume. Aqui, é vantajoso que os meios de controle possam controlar pelo menos um fluxo de volume do pelo menos um meio consumível. Se, como em um outro desenho, vários locais de saída para um meio consumível são fornecidos nas estruturas anatômicas, então pelo menos um dos fluxos de volume para sair dos locais pode ser controlado pelos meios de controle. Se vários fluxos de volume são controláveis, o realismo do sistema de treinamento pode ser aumentado ainda mais, visto que quantidades diferentes do pelo menos um meio consumível podem sair em locais de saída diferentes. Assim, é possível simular hemorragia arterial leve à intensa e praticar o manuseio de tal hemorragia.

[0033] Enquanto que os componentes ativos dos meios de contro le estão arranjados no módulo de base reutilizável, os componentes passivos estão arranjados no módulo de treinamento. Assim, a energia fornecida pelos componentes ativos pode ser transferida via a interface de combinação aos componentes passivos, como um resultado da qual o pelo menos um fluxo de volume é controlável.

[0034] Em uma modalidade de acordo com a invenção, os meios de controle na estação de base compreendem pelo menos um aciona- dor de válvula de mangueira de constrição para desligar os componentes ativos do módulo de base a partir dos componentes passivos do módulo de treinamento via a interface de combinação. O acionador de válvula de mangueira de constrição em si é movido por meios elétricos, por exemplo, em que, para este propósito, o módulo de base é fornecido com energia elétrica via uma fonte de energia externa.

[0035] Portanto, é vantajoso se os meios de controle no módulo de treinamento compreendem pelo menos uma válvula de mangueira de constrição de autobloqueio. Via a interface de combinação, a energia mecânica, que é gerada pelo acionador de válvula de mangueira de constrição, por exemplo, pode ser transferida a partir do módulo de base ao módulo de treinamento, e a válvula de mangueira de constrição de autobloqueio é aberta. A válvula de mangueira de constrição pode aqui ser arranjada de modo que um elemento de conexão, por exemplo, uma mangueira, conectando o volume de meios consumíveis a um local de saída, possa contrair em uma maneira continuamente controlável. Devido ao autobloqueio da válvula de mangueira de constrição, é possível evitar o pelo menos um meio consumível de sair através do local de saída nas estruturas anatômicas quando o módulo de treinamento não está conectado ao módulo de base. Neste modo, o módulo de trei- namento pode ser transportado em uma tal maneira que nenhum dos meios consumíveis adicionais saia e suje o módulo de treinamento. No mesmo modo, é concebível usar válvulas de autoabertura ou uma combinação de autobloqueio e válvulas de autoabertura.

[0036] De modo a fornecer às pessoas em treinamento uma sen sação para as consequências de suas etapas de manuseio e de modo a alertá-las, se necessário, por meios acústicos, visuais e/ou táteis a seus erros resultantes, por exemplo, de tensões intra-operatórias excessivamente altas, é vantajoso que o módulo de base compreenda um módulo de sensor que mede pelo menos uma variável física. Entretanto, é possível aqui que, por exemplo, os transdutores de medição estejam opcionalmente presentes no módulo de treinamento. Aqui, é vantajoso que o módulo de sensor e módulo de treinamento compreendam meios de medição que podem ser conectados destacavelmen- te via a interface de combinação. Devido à divisão dos meios de medição no módulo de base e no módulo de treinamento, os custos de fa-bricação e operação do sistema de treinamento podem ser diminuídos ainda mais. Via a interface de combinação, a energia e/ou sinais elétricos fornecidos pelo módulo de sensor para controlar os meios de medição podem ser transmitidos a partir do módulo de base ao módulo de treinamento.

[0037] Reciprocamente, variáveis físicas adquiridas podem ser transmitidas a partir do módulo de treinamento ao módulo de sensor por sinais elétricos. O módulo de sensor pode, por sua vez, transmitir as variáveis físicas medidas na forma de sinais elétricos a uma unidade de avaliação externa, fora do módulo de base.

[0038] Apropriadamente, os meios de medição no módulo de trei namento compreendem pelo menos um transmissor de ultrassom e um receptor de ultrassom correspondente. Para este propósito, por exemplo, as cápsulas de ultrassom podem ser usadas, que convertem sinais elétricos em ondas de pressão acústica. No caso do uso de um transmissor de ultrassom (transmissor) e um receptor de ultrassom correspondente (receptor), o assim chamado princípio de medição de duas cápsulas pode ser usado. Aqui, uma cápsula de ultrassom como transmissor gera um pulso de pressão acústica na faixa de frequência de ultrassom, que é transmitido junto a um meio de medição, passa através do dito meio, e é convertido novamente na outra extremidade por uma cápsula de ultrassom como receptor em um sinal elétrico. Entretanto, de acordo com a invenção, um princípio de medição de uma cápsula também pode ser usado. Aqui, uma cápsula de ultrassom funciona como transmissor e receptor. Então, não é mais o pulso transmitido que é medido, mas sim reflexões que ocorrem devido ao comportamento de transporte.

[0039] Portanto, é apropriado que os meios de medição no módulo de treinamento compreendam pelo menos um meio de conexão enchido com ar. Estes meios de conexão podem ser formados, por exemplo, como uma mangueira de silicone, de modo que seja resilientemente deformável.

[0040] Além disso, a primeira extremidade dos meios de conexão também pode ser conectada ao transmissor de ultrassom e a segunda extremidade dos meios de conexão é conectada ao receptor de ultrassom, de modo que o princípio de medição de duas cápsulas possa ser usado. Para o princípio de medição de uma cápsula, uma extremidade do elemento de conexão enchido com ar pode ser isolada em uma maneira hermética, em que a outra extremidade do elemento de conexão enchido com ar pode ser conectada a uma cápsula de ultrassom que funciona como transmissor e receptor. Independentemente de qual princípio de medição é usado, o elemento de conexão enchido com ar forma o meio de medição. A incorporação de ar no meio de medição torna possível usar ultrassom de baixa frequência, que reduz o custo para sensores e eletrônicos muitas vezes comparado aos sistemas de alta frequência dos mesmos.

[0041] É apropriado que os meios de conexão estejam dispostos sobre ou dentro das estruturas anatômicas, em que as estruturas anatômicas e os meios de conexão interagem um com o outro, e uma deformação da estrutura anatômica pode ser medida por uma tração e/ou uma compressão dos meios de conexão. A medição simultânea de compressão e tração (alongamento) pelos meios de medição usando um método de medição de combinação é essencial à invenção. Assim, não há necessidade de usar meios de medição múltiplos e métodos de medição. Vários meios de conexão também podem ser fornecidos de modo a ser capazes para medir a compressão e a tração de áreas das estruturas anatômicas que são espaçadas uma da outra.

[0042] Na integração de uma parte dos meios de medição no mó dulo de treinamento, é vantajoso se esta parte dos meios de medição pode ser preparada, por exemplo, calibrada em uma tal maneira que o usuário do sistema de treinamento é aliviado deste trabalho demorado.

[0043] Em princípio, de acordo com a invenção, outros meios de medição, por exemplo, meios de medição com sensores, também podem ser fornecidos para a aquisição de outras variáveis físicas tais como alongamento, pressão, temperatura ou semelhantes.

[0044] De acordo com a invenção, o módulo de base também po de compreender um módulo controlador que processa um sinal elétrico e que pode ser conectado a uma interface do usuário para a operação do sistema de treinamento. O módulo controlador pode ser adequado, por exemplo, para controlar os meios de transporte e/ou os meios de controle e/ou os meios de medição via sinais elétricos, e para receber sinais elétricos, por exemplo, como variáveis físicas medidas do módulo de sensor. Sinais elétricos individuais podem ser trocados com uma interface de usuário, que pode ser conectada ao módulo controlador por ligação sem fio ou por cabo. Por exemplo, nesta maneira, a reali- mentação visual e/ou tátil e/ou acústica direta pode ser fornecida à pessoa em treinamento durante a sessão de treinamento. Além disso, por meio da interface do usuário, outros parâmetros de treinamento tais como, por exemplo, a quantidade e duração de hemorragia ou outros eventos podem ser ajustados.

[0045] Abaixo, a invenção deve ser explicada em outros detalhes com referência às modalidades exemplares. Nos desenhos associados:

[0046] A Figura 1 mostra uma vista isométrica de um módulo de base de um sistema de treinamento de acordo com a invenção,

[0047] A Figura 2 mostra uma vista isométrica do módulo de base e um módulo de treinamento conectado a este do mesmo sistema de treinamento de acordo com a invenção,

[0048] A Figura 3 mostra uma vista lateral em corte através do módulo de base e o módulo de treinamento com meios de transporte descritos do mesmo sistema de treinamento de acordo com a invenção,

[0049] A Figura 4 mostra uma vista lateral em corte através do módulo de base e o módulo de treinamento com meios de controle descritos do mesmo sistema de treinamento de acordo com a invenção,

[0050] A Figura 5 mostra um arranjo de meios de medição em estruturas anatômicas do módulo de treinamento,

[0051] A Figura 6 mostra uma representação esquemática do princípio de medição de uma cápsula,

[0052] A Figura 7a mostra uma representação esquemática do princípio de medição de duas cápsulas,

[0053] A Figura 7b mostra uma representação qualitativa de um sinal medido que muda como uma função da deformação dos meios de medição,

[0054] A Figura 8 mostra uma representação esquemática de peças de acoplamento diferentes dos meios de medição, e

[0055] A Figura 9 mostra um arranjo dos meios de medição nas estruturas anatômicas do módulo de treinamento com marcação da ação da força nos meios de medição.

[0056] As Figuras 1 a 9 mostram um sistema de treinamento cirúrgico modular de acordo com a invenção para treinar em intervenções cirúrgicas. O sistema de treinamento cirúrgico modular de acordo com a invenção é projetado em uma maneira, particularmente, favorável de usar e de custo otimizado devido a sua construção modular.

[0057] A Figura 1 e a Figura 2 ilustram as vantagens da construção modular. A Figura 1 mostra uma vista isométrica de um módulo de base 1 do sistema de treinamento de acordo com a invenção. O módulo de base 1 compreende uma placa de base 11 que, entretanto, não é mostrada na Figura 2. A placa de base 11 pode ser conectada destacavelmente a uma estrutura, que não é mostrada, de modo que um deslizamento do módulo de base 1 seja evitado. Arranjado na placa de base 11 estão tanto um módulo acionador 12 no lado esquerdo da Figura 1 quanto um mecanismo de travamento 13 no lado direito da Figura 1. No módulo acionador 12, componentes dispendiosos reutilizáveis dos meios de transporte 6, dos meios de controle 7 e dos meios de medição 8 estão arranjados. Outros componentes destes meios de transporte 6, meios de controle 7 e meios de medição 8 estão arranjados no módulo de treinamento 2. Este também inclui materiais que são usados durante uma sessão de treinamento, assim chamados materiais consumíveis, tais como, por exemplo, as estruturas anatômicas 3 ou fluidos corporais simulados por pelo menos um meio consumível 4, que, entretanto, não é mostrado nas Figuras 1 e 2.

[0058] Além disso, o módulo de base 1 pode ter um torso, que não é mostrado, arranjado no módulo de base 1 e/ou em uma outra estrutura em uma tal maneira que as estruturas anatômicas 3 são colocadas em seu local correspondente do corpo humano, de modo a simular nesta maneira as dificuldades de acesso às estruturas anatômicas 3. As estruturas anatômicas 3 desta modalidade exemplar representam uma área da coluna vertebral lombar humana. Visto que, as estruturas anatômicas 3 são permutavelmente dispostas no módulo de treinamento 2, outras áreas do corpo humano, mas também do corpo animal, também podem ser reproduzidas. Como um resultado, o sistema de treinamento modular é projetado em uma maneira particularmente flexível.

[0059] Uma interface de combinação 5 é fornecida para a conexão do módulo de treinamento 2 para o módulo de base 1. Nesta modalidade exemplar, a interface de combinação 5 compreende conexões que não são marcadas ainda, em que, em cada caso, conexões para a transmissão de energia pneumática, mecânica e elétrica a partir do módulo de base 1 ao módulo de treinamento 2 são fornecidas. Além disso, as conexões são fornecidas por meios dos quais os sinais elétricos podem ser trocados entre módulo de base 1 e módulo de treinamento 2. A interface de combinação de designação 5 é escolhida aqui, visto que, as energias diferentes ou carreadores de energia podem ser transmitidos via uma interface comum combinada (interface de combinação 5). Via esta interface, meios tais como fluidos, por exemplo, também podem ser transferidos. O módulo de treinamento 2 compreende conexões correspondentes ao módulo de base 1, de modo que o módulo de base 1 e módulo de treinamento 2 podem ser conectados destacavelmente a cada outro via a interface de combinação 5. Para garantir a conexão, um mecanismo de travamento 13 é fornecido, que é formado como uma alavanca de travamento.

[0060] A Figura 3 até a Figura 5 representam esquematicamente o arranjo dos meios de transporte 6, meios de controle 7 e meios de medição 8, não mostrados ou descritos, parcialmente, apenas nas Figuras 1 e 2, em módulo de base 1 e módulo de treinamento 2. Devido à construção modular do sistema de treinamento, tanto o módulo de base 1 quanto também o módulo de treinamento 2, cada um destes tem componentes dos meios de transporte 6, meios de controle 7 e meios de medição 8.

[0061] Em primeiro lugar, a formação dos meios de transporte 6 esquematicamente representada na Figura 3 será descrita. Em princípio, os meios de transporte 6 são fornecidos de modo a transportar pelo menos um meio consumível 4 nas estruturas anatômicas 3. Nesta modalidade exemplar, que, como explicado acima, reproduz uma área da coluna vertebral lombar humana, é fornecida para transportar dois meios consumíveis 4 em estruturas anatômicas 3. No primeiro meio consumível 4 aqui simula sangue 42. O sangue 42 é transportado nas estruturas anatômicas 3 em uma tal maneira que sai a partir das estruturas anatômicas 3 através de locais de saída 31. O segundo meio consumível 4 simula fluido cerebrospinal 41. O fluido cerebrospinal 41 é transportado nas estruturas anatômicas 3 em uma tal maneira que simula a pressão interna da dura-máter ou das raízes nervosas individuais, que são reproduzidas pelas estruturas anatômicas 3. A este respeito, esta modalidade exemplar do sistema de treinamento modular difere a partir da técnica anterior, visto que, dois meios consumíveis diferentes 4 são usados.

[0062] Na vista em corte de acordo com a Figura 3, o módulo acionador 12 do módulo de base 1 é descrito no lado esquerdo. Um compressor de ar 61 está arranjado no módulo acionador 12, em que, o compressor de ar 61 é fornecido com energia elétrica via uma fonte de voltagem externa, que não é mostrada. Para este propósito, o módulo de base 1 compreende uma conexão, não mostrada, que pode ser conectada a esta fonte de voltagem. A energia elétrica desta fonte de voltagem externa é também usada para fornecer os meios de controle 7, os meios de medição 8, mas também outros meios que não são mostrados. O compressor de ar 61 gera energia pneumática na forma de pressão de ar.

[0063] Em cada caso, o compressor de ar 61 é conectado via um par de conexões de mangueira que não é identificado, ainda, assim como via conectores de tampão 66 na interface de combinação 5, a um volume pressurizado 62 arranjado no módulo de treinamento 2; aqui, as setas na Figura 3 indicam a conexão esquematicamente. Um volume de meio consumível correspondente 63 está associado com cada volume pressurizado 62. O sangue 42 está arranjado em um volume de meio consumível 63, e fluido cerebrospinal 41 está arranjado no outro volume de meio consumível 63. O volume pressurizado 62 e volume de meios consumíveis 63 são formados como bolsas de pressão e são produzidos a partir de plástico, por exemplo. Em cada caso, um par de volume pressurizado correspondente 62 e volume de meios consumíveis 63 está arranjado entre um par de placas 64. Em que, pares destas placas 64 podem também compreender placas comuns 64. Devido ao espaço limitado entre as placas 64, um aumento de volume do volume pressurizado 62, que é causado pela pressão de ar elevada, é transmitida ao volume de meios consumíveis 63, como um resultado do qual o último é comprimido. Entretanto, visto que, o meio consumível 4 é essencialmente incompreensível, dá lugar ao aumento de volume do volume pressurizado 62. O sangue 42 pode ser transportado para os locais de saída 31 via conexões de mangueira correspondentes, que não são descritas, mas em vez de, simplesmente indicadas por setas. Todos os locais de saída 31 podem aqui ser fornecidos com sangue 42 a partir de volume de meios consumíveis 63. Para este propósito, um distribuidor 65 é fornecido, que divide o sangue 42 em fluxos de volume individuais 43. Via conexões de mangueira correspondentes que não são identificados ainda, o fluido cerebrospinal 41 pode ser transportado na dura-máter e as raízes nervosas simuladas pelas estruturas anatômicas 3. Entretanto, no processo, o fluido cerebrospinal 41 não sai das estruturas anatômicas 3, mas antes simula a pressão interna das estruturas anatômicas 3. O fluido sairá, entretanto, se a estrutura anatômica é ferida, por exemplo, se uma perfuração da dura-máter é produzida.

[0064] Uma vantagem essencial da presente invenção consiste em que os meios consumíveis 4 não são transferidos via a interface de combinação 5. Os meios consumíveis desgastados 4 e as estruturas anatômicas desgastadas 3 permanecem exclusivamente no módulo de treinamento 2, que, depois da sessão de treinamento, é separada a partir do módulo de base 1 depois de abrir o mecanismo de travamento 13. O módulo de treinamento 2, em seguida, pode ser retornado, por exemplo, pelo correio, ao fabricante, que se submete a regeneração, de modo a substituir as estruturas anatômicas 3 e também os meios consumíveis 4. Como um resultado, o módulo de base 1 é protegido contra sujidade. Imediatamente depois de uma sessão de treinamento concluída, o módulo de treinamento 2 pode ser removido e substituído com um novo módulo de treinamento não usado 2. Nenhuma interrupção de treinamento resulta devido a uma regeneração demorada que afeta o sistema de treinamento inteiro, visto que, a estação de base 1 pode ser reconectada imediatamente ao novo módulo de treinamento não usado 2 para continuar o treinamento.

[0065] Para a própria medição dos meios consumíveis transportados 4, meios de controle 7 são fornecidos, que são representados na vista lateral em corte da Figura 4. No módulo acionador 12, dois acionadores de válvula de mangueira de constrição 71 estão arranjados para este propósito, em que, os acionadores de válvula de mangueira de constrição 71 são fornecidos com energia elétrica via a fonte de voltagem externa acima mencionada, que não é mostrada. Em um outro projeto da invenção, mais do que dois acionadores de válvula de mangueira de constrição 71 podem ser arranjados no módulo acionador 12. Em cada caso, é vantajoso associar um acionador de válvula de mangueira de constrição 71 com cada fluxo de volume 43 formado por um meio consumível 4.

[0066] Por meio de conexões mecânicas que não são identificadas ainda, a energia mecânica pode ser transmitida na forma de um deslocamento de funcionamento variável dos acionadores de válvula de mangueira de constrição 71 via a interface de combinação 5. Aqui também é possível controlar o fluxo não apenas via os deslocamentos de funcionamento, mas também, via uma operação de pulso modulado por largura de pulso (entre os estados ligados/desligados). O ajuste real dos respectivos fluxos de volume 43 para os locais de saída 31 ocorre no módulo de treinamento 2 por meio de válvulas de magueira de constrição 72 arranjadas lá. As válvulas de magueira de constrição 72 são projetadas para serem de autobloqueio e/ou autoabertura e pode ser abertas por uma força de pressão aplicada à válvula de constrição da válvula de mangueira 72. A força de pressão é fornecida aqui pelo acionador da constrição da válvula de mangueira 71 e transmitida na forma de energia mecânica via o local de interface de combinação 5. Na presente modalidade exemplar, duas válvulas de magueira de constrição 72 são fornecidas, de modo que os fluxos de volume 43 dos dois locais de saída 31 possam ser ajustados separadamente.

[0067] Em princípio, o transporte dos meios consumíveis 4 pode ser desacoplado a partir da medição dos meios consumíveis 4 devido ao arranjo de meios de transporte 6 e meios de controle 7. Como um resultado, influência transversal dos fluxos de volume 43 de locais de saída diferentes 31 podem ser reduzidos mudando a posição das válvulas de magueira de constrição 72. Visto que, as válvulas de magueira de constrição 72 estão arranjadas no módulo de treinamento 2, o ajuste dispendioso do mesmo pelo usuário pode além disso ser dispensado com, e o ajuste pode ser realizado pelo fabricante quando o módulo de treinamento 2 é regenerado. Isto também se aplica à aeração dos meios de transporte 6, que pode já ser realizado durante a regeneração. Devido ao arranjo dos meios consumíveis 4 no módulo de treinamento 2, é possível dispensar com um tanque de meios consumíveis de acordo com a técnica anterior. Como um resultado, o risco de entupimento ou adesão dos meios de transporte 6 com meios consumíveis 4 pode ser imediatamente descartado, visto que, os componentes de transporte de meios consumíveis dos meios de transporte 6 estão arranjados no módulo de treinamento 2, e o último é regenerado. Em outras palavras, o usuário não têm que lidar com o refil dos meios consumíveis 4. Aqui, também é vantajoso que o usuário do sistema de treinamento não tenha que realizar uma partida demorada do consumidor do sistema de treinamento, visto que, os meios de transporte 6 já são conectados aos locais de saída 31.

[0068] De modo a fornecer as pessoas em treinamento um sentido de sensibilidade para as consequências de suas etapas de manuseio e de modo a alertá-los como exigido por meios acústicos, visuais e/ou táteis para seus erros resultantes, por exemplo, a partir de tensões intra-operatórias excessivamente altas, é vantajoso que o módulo de base 1 compreenda, pelo menos, um módulo de sensor 81 que mede, pelo menos, uma variável física. O módulo de sensor 81 é a parte dos meios de medição 8 que está arranjado na estação de base 1, em que, o módulo de sensor 81 pode transmitir energia elétrica via a interface de combinação 5 para a parte dos meios de medição 8 arranjados no módulo de treinamento 2. Para a transmissão de, por exemplo, os sinais de controle ou sinais de medição, os meios de medição 8 podem trocar sinais elétricos via a interface de combinação 5.

[0069] Como já explicado, tipos de tensão típicos em estruturas em risco, tais como, nervos e vasos, que ocorrem durante a OP são compressão 821 (aperto, tensão compressiva) e tração 822 (alongamento, tensão de tração). Os tecidos resilientes reagem variavelmente à tensões altas, visto que, a deformação como uma consequência de uma força aplicada depende de volume, propriedades materiais, forma externa e incorporação.

[0070] Compressão 821 e tração 822 podem ocorrer em qualquer lugar nas estruturas anatômicas 3. Em uma outra modalidade exemplar, para a medição local destas tensões, é possível usar medidores de tensão unidimensional ou multidimensional ou também, células de carga diretamente, unidimensional ou multidimensional. Entretanto, esta modalidade é muito dispendiosa em termos de custo e material, visto que, uma pluralidade de medidores de tensão ou células de carga individuais têm que ser aplicada sobre ou nas estruturas anatômicas 3.

[0071] Por outro lado, o ultrassom no método de pulso com o uso de uma cabeça de medição para transmitir e receber é amplamente utilizado no campo de métodos de imagem médicas e terapias, mas também, por exemplo, no campo de teste de materiais. A base é a medição de ondas de ultrassom refletidas e a avaliação do tempo de trânsito dos sinais, de modo a mostrar órgãos internos ou defeitos em componentes, por exemplo. A desvantagem é a frequência de ultrassom alta que é necessária para uma resolução e precisão suficientemente altas. Também, estes sistemas necessitam de ajuste contínuo por pessoal especializado apenas.

[0072] Os meios de medição 8 desta modalidade exemplar compreendem o módulo de sensor 81 no módulo de base 1, assim como, um transmissor de ultrassom 83, um receptor de ultrassom 84, e meios de conexão 82 enchidos com ar que ao mesmo tempo formam o meio de medição 82, no módulo de treinamento 2. Em uma outra modalidade exemplar, nenhum meio 82 é fornecido. Entretanto, com o uso do meio de medição 82, integração dos meios de medição 8 nas estruturas anatômicas 3 pode ser facilitada.

[0073] Interação das estruturas anatômicas 3, que são representadas, pelo menos, parcialmente na Figura 5 e que compreendem uma dura-máter com raízes nervosas e também corpos vertebrais, com o meio de medição 82, por exemplo, pela interação da pessoa em treinamento com as estruturas anatômicas 3, causa uma mudança nas propriedades geométricas do meio de medição 82. Para a aquisição desta mudança, cápsulas de ultrassom, que convertem sinais elétricos em ondas de ultrassom acústicas, são colocadas em extremidades abertas do meio de medição 82 enchidas com ar. A Figura 5 mostra duas configurações possíveis para a formação dos meios de medição 8. Para este propósito, o meio de medição 82 é integrado em porções da dura-máter e em uma raiz nervosa de uma vértebra, isto é, no interior da estrutura anatômica 3 enchida com fluido cerebrospinal 41.

[0074] No princípio de medição de duas cápsulas, que é descrita na área à esquerda da Figura 5, uma cápsula de ultrassom como transmissor de ultrassom 83 gera uma onda de ultrassom na faixa de frequência de ultrassom, que é transmitida ao longo para o meio de medição 82, viaja através do meio de medição 82, e é convertida em um sinal elétrico novamente à outra extremidade por uma cápsula de ultrassom como receptor de ultrassom 84.

[0075] No princípio de uma cápsula, que é descrito na área à direita da Figura 5, uma cápsula de ultrassom funciona como unidade de transceptor de ultrassom 85, em que, não é o pulso transmitido que é medido, mas sim as reflexões do mesmo ocorrem devido ao comportamento de transmissão.

[0076] Cápsulas de ultrassom, em geral, têm uma seção transversal que é maior do que do meio de medição 82. Este é o caso particularmente, se o meio de medição 82 é dimensionado muito pequeno a ser arranjado em pequenas estruturas anatômicas 3. Assim, um acoplamento tem que ser fornecido, de modo a organizar as cápsulas de ultrassom 83, 84, 85 às extremidades do meio de medição 82, e de modo a acoplar as ondas de ultrassom a partir da seção transversal grande das cápsulas de ultrassom 83, 84, 85 para a seção transversal pequena do meio de medição 82, ou de modo a acoplá-los novamente a partir da seção transversal pequena para a seção transversal grande. Consequentemente, meios de acoplamento 86 adequados são usados. A característica especial destes meios de acoplamento 86 é que eles têm um perfil de seção transversal predeterminado como extensão do meio de medição 82.

[0077] As formações diferentes dos meios de acoplamento são representadas como exemplos um abaixo do outro, na Figura 8, em que estes meios de acoplamento em cada caso têm vantagens e desvantagens diferentes. Assim, o funil linear representado no próprio topo na Figura 8 é adequado para transmitir uma quantidade muito grande de energia a partir do transmissor de ultrassom 83 ou a partir da unidade de transceptor de ultrassom 85 para o meio de medição 82. O mesmo se aplica no sentido inverso, a partir do meio de medição 82 para o receptor de ultrassom 84 ou para a unidade de transceptor de ultrassom 85. O funil exponencial descrito em segundo lugar a partir do topo na Figura 8 tem uma transição hiperbólica, que se adapta a seção transversal do meio de medição 82 para as cápsulas de ultrassom em uma tal maneira que não ocorrem reflexões mensuráveis no meio de acoplamento 86. Em terceiro lugar a partir do topo na Figura 8, um meio de acoplamento 86 com um amortecedor de som é representado, em que, a transição de seção transversal é formada por um recuo. O amortecedor de som amortece as ondas de ultrassom que entram e isso deixam apenas uma passagem livre muito pequena, adaptada ao diâmetro interno do meio de medição 82, para a transição dentro ou fora do meio de medição 82. Como um resultado, uma onda de ultrassom muito suave é transmitida no meio de medição 82. Aqui, é vantajoso que o sinal elétrico a ser adquirido tenha uma forma de sinal muito satisfatória, isto é, uma forma de sinal sem muita interferência. Em quarto lugar a partir do topo na Figura 8, um funil de parede é representado, que é formado geometricamente como o funil com amortecedor de som, mas que não tem um amortecedor de som.

[0078] Para processar os sinais elétricos a partir de e para as cápsulas de ultrassom 83, 84, 85, o módulo de sensor 81 compreende partes de comutação annalógica e digital, que não são mostradas. Via um conversor digital-analógico, formas de sinal para a transmissão são produzidas, amplificadas e transportadas para o transmissor de ultrassom 83 ou para a unidade de transceptor de ultrassom 85. Via um conversor analógico-digital, o sinal recebido do receptor de ultrassom 84 ou da unidade de transceptor de ultrassom 85, depois de filtração e amplificação, é convertido em valores digitais na forma de sinais elétricos. O processamento destes valores digitalizados por um processador, que não é mostrado, é a base do cálculo das tensões originais devido à força aplicada. Para este propósito, o processador, que não é mostrado, pode compreender comandos de software adaptável que podems ser armazenados separadamente no módulo de sensor 81.

[0079] O que se segue é uma descrição em relação a Figura 6 e Figura 7a e Figura 7b de como conclusões com relação à aplicação de força pode ser extraida a partir de uma ação nas estruturas anatômicas 3.

[0080] No caso de uma propagação de uma onda de ultrassom no meio de medição 82, uma mudança nas impedâncias acústicas ocorre em cada mudança em seção transversal ΔA do meio de medição 82, resultando em reflexões. Quando a onda de ultrassom passa através de um tal local com uma mudança em seção transversal ΔA, esta leva a uma mudança em impedância acústica e à divisão da onda de ultrassom em uma parte refletida e uma parte transmitida, veja as ondas de ultrassom descritas esquematicamente na Figura 6. A parte refletida é refletida ao transmissor de ultrassom 83 ou à unidade de transceptor de ultrassom 85. A parte transmitida mantém a direção da onda de ultrassom original. A divisão da energia da onda de ultrassom original é dependente do valor da mudança em seção transversal ΔA. Sem uma mudança em seção transversal ΔA nenhuma reflexão ocorre; com aumento de mudança em seção transversal ΔA, a porção de energia da onda de ultrassom refletida aumenta, e a onda de ultrassom transmitida é amortecida.

[0081] Como explicado, dois princípios de medição são distinguidos. No princípio de medição de duas cápsulas, a parte transmitida da onda de ultrassom no sinal original é detectada e avaliada. Para ilustrar o princípio de medição de duas cápsulas, A Figura 7a representa a partir do topo ao fundo o estado inicial sem perturbação do meio de medição 82, o meio de medição 82 com uma mudança em seção transversal ΔA, e o meio de medição 82 com uma mudança em comprimento Δ1. Na Figura 7b, os sinais elétricos correspondentes convertidos pelo receptor de ultrassom 84 são descritos qualitativamente, por exemplo, como voltagem elétrica versus tempo t.

[0082] O transmissor de ultrassom 83 transmite pulsos de ultrassom de comprimento finito em intervalos periódicos fixos em relação um com o outro. Se o meio de medição 82 não é tensionado, o sinal elétrico do receptor de ultrassom 84 corresponde à onda de ultrassom transmitida sem perturbação. O último é adaptado no estado não tensionado à faixa de sinal de entrada do conversor analógico- digital.

[0083] No caso de tensionamento ortogonal, uma diminuição na energia do pulso de ultrassom transmitido devido à mudança em seção transversal ΔA ocorre, e em seguida, uma diminuição na amplitude do sinal elétrico em comparação ao sinal original sem tensão ocorre. Em seguida, a diferença entre as energias é uma medida da mudança em seção transversal ΔA, de modo que um parâmetro de amortecimento D pode ser definido:

[0084] que é dependente da medida da mudança em seção transversal ΔA. O pulso de ultrassom transmitido tem energia E1, e o pulso de ultrassom original sem tensão tem energia E0.

[0085] Se o meio de medição 82 é tensionado em direção longitudinal, a mudança em comprimento Δ1 causa um deslocamento temporal Δt do pulso de ultrassom transmitido no sinal elétrico a ser avaliado em comparação ao sinal elétrico original sem tensão. Por meio deste deslocamento temporal Δt, a mudança em comprimento Δ1 pode ser calculada:

[0086] em que cL é a velocidade da onda de ultrassom no meio de medição 82, e é calculada por meio da temperatura no interior do meio de medição 82.

[0087] A força compressiva original FK pode ser calculada por calibração como uma função da mudança em comprimento Δ1 e o amortecimento D. O mesmo se aplica à força de mudança em comprimento FT original:

[0088] em que, a força compressiva FK é dependente principalmente no amortecimento D, e a força de mudança em comprimento FT é dependente principalmente na mudança em comprimento Δ1.

[0089] Como explicado no caso do princípio de medição de uma cápsula, a parte refletida da onda é detectada e avaliada no sinal de saída. A onda de ultrassom introduzida pela unidade de transceptor de ultrassom 85 é refletida completamente na extremidade isolada e se move de volta para a unidade de transceptor de ultrassom 85, que, como receptor, agora converte a onda de ultrassom novamente em um sinal elétrico que é o objetivo da avaliação.

[0090] Se não existe carga no meio de medição 82, o sinal é idêntico a um descrito no topo da Figura 7a e Figura 7b. Ao contrário do princípio de duas cápsulas, a onda de ultrassom viaja duas vezes a distância, de modo que o tempo de trânsito absoluto da onda de ultrassom corresponde a duas vezes o comprimento do meio de medição 82.

[0091] A força aplicada na direção longitudinal do meio de medição 82 de acordo com Figura 7a (fundo) leva a um alongamento do meio de medição 82, que também leva a uma mudança em tempo de trânsito, um deslocamento temporal Δt, da onda de ultrassom. Os cálculos permanecem os mesmos.

[0092] A aplicação de força ortogonal de acordo com Figura 7a (centro) leva a uma reflexão no local da mudança em seção transversal ΔA. Ao contrário do princípio de duas cápsulas, a amplitude do sinal elétrico da unidade de transceptor de ultrassom 85 aumenta quanto mais forte for a aplicação de força compressiva. Analogamente ao princípio de duas cápsulas, o parâmetro de amortecimento D pode ser calculado como:

[0093] que é dependente da mudança em seção transversal ΔA. A onda de ultrassom refletida tem energia E1, e a onda de ultrassom original sem tensão tem energia E0. A vantagem do princípio de medição de uma cápsula é que o local da aplicação de força pode ser determinado via o tempo de trânsito da onda de ultrassom.

[0094] Por meio do parâmetro de amortecimento D e a mudança em comprimento Δ1, as forças originais podem ser determinadas na mesma maneira como já descrita acima.

[0095] Neste modo, em uma modalidade exemplar adicional, também é possível que uma pluralidade de meios de conexão, meios de medição 82, seja arranjada nas estruturas anatômicas 3. A Figura 9 mostra uma tal modalidade exemplar com base na primeira modalidade exemplar da Figura 1 a Figura 5. Os meios de medição 82 estão arranjados, de acordo com a Figura 9, de modo que em cada caso um meio de medição 82 está arranjado em uma raiz nervosa, em que, em cada caso, duas raízes nervosas estão associadas com um corpo vertebral. Os meios de medição 82, por sua vez, estão arranjados dentro do fluido cerebrospinal 41, em que este fluido cerebrospinal 41, por sua vez, pode ter uma pressão que é gerada pelos meios de transporte correspondentes 6.

[0096] Também são descritos na Figura 9 a força compressiva FK a ser determinada via os meios de medição 8 e a força de mudança em comprimento FT, por exemplo, como forças de reação de compressão 821 ou tração 822. Uma vantagem particular de meios de medição 8 formados desta maneira é que as forças de atuação FK e FT podem ser determinadas em qualquer posição da aplicação de força no meio de medição 82. Em outras palavras, uma mudança em seção transversal ΔA e/ou uma mudança em comprimento Δ1 podem ser determinadas integralmente ao longo de todo o meio de medição 82. Além disso, é vantajoso em meios de medição 8 formados desta maneira que as forças de atuação FK e FT podem ser determinadas com os mesmos meios, isto é, um transmissor de ultrassom 83 com um receptor de ultrassom correspondente 84 ou uma unidade de transceptor de ultrassom 85.

[0097] O simulador de treinamento é operado via uma interface do usuário, que não é mostrada, que se communica por ligação wireless ou por cabo com um módulo de controle, que não é mostrado, em que, o módulo de controle está arranjado no módulo de base 1, por exemplo, no módulo acionador 12. A interface do usuário pode ser formada, por exemplo, como um terminal portátil, na forma de um computador portátil, táblete PC, smartphone ou semelhantes.

[0098] A interface do usuário é adequada para receber sinais elétricos fornecidos pelo módulo de controle a partir dos meios de transporte 6, os meios de controle 7 e os meios de medição 8, e para transmitir sinais elétricos aos meios de transporte 6, os meios de controle 7 e os meios de medição 8 via o módulo de controle. Assim, por exemplo, o nível de pressão do ar pressurizado fornecido pelo compressor de ar 61 pode ser ajustado. Além disso, os fluxos de volume 43 de sangue 42 aos locais de saída 31 respectivos podem ser ajustados. Além disso, a pressão atual do ar comprimido e os fluxos de volume 43 atuais podem ser descritos tanto qualitativamente quanto quantitativamente. Aplicações de força pela pessoa em treinamento às estruturas anatômicas 3, que podem ser determinadas pelos meios de medição 8, também podem ser representadas visualmente, assim como, acusticamente. Assim, realimentação na tensão mecânica resultante de seu trabalho nas estruturas em risco anatômicas podem ser concedidas a instantaneamente à pessoa em treinamento. Lista de números de referências 1 Módulo de base 11 Placa de base 12 Módulo acionador 13 Mecanismo de travamento 2 Módulo de treinamento 3 Estruturas anatômicas 31 Locais de saída 32 Meios consumíveis 41 Fluido cerebrospinal, simulado 42 Sangue, simulado 43 Fluxo de volume 44 Interface de combinação 45 Meios de transporte 61 Compressor de ar 62 Volume pressurizado 63 Volume de meios consumíveis 64 Placa 65 Distribuidor 66 Conector 67 Meios de controle Acionador de válvula de mangueira de constrição Válvula de mangueira de constrição Meios de medição Módulo de sensor Meios de conexão, meio de medição Compressão Tração Transmissor de ultrassom Receptor de ultrassom Unidade de transceptor de ultrassom Meio de acoplamento Mudança em seção transversal Velocidade da onda de ultrassom Mudança em comprimento Deslocamento temporal Parâmetro de amortecimento Energia do pulso original Energia do pulso transmitido Força de compressão Força de mudança em comprimento Tempo

Claims (14)

1. Sistema de treinamento cirúrgico modular, para treinar intervenções cirúrgicas, que compreende • um módulo de base de alimentação de energia reusável (1), • um módulo de treinamento regenerável (2) reproduzindo ou tendo estruturas anatômicas (3) e capaz de reter pelo menos um meio consumível (4) que simula fluidos corporais, em que • energia pneumática e/ou mecânica e/ou elétrica pode ser transmitida do módulo de base (1) para o módulo de treinamento (2) e/ou sinais elétricos podem ser transmitidos entre o módulo de base (1) e o módulo de treinamento (2), e • pelo menos um meio de transporte (6) disposto no módulo de base para transportar o meio consumível (4) para as estruturas anatômicas (3), caracterizado pelo fato de que o módulo de treinamento (2) e o módulo base (1) são conectados um ao outro destacavelmente por meio de uma interface de combinação (5), sendo realizada a transmissão da energia pneumática e/ou mecânica e/ou elétrica do módulo de base (1) para o módulo de treinamento (2) e/ou dos sinais elétricos entre o módulo de base (1) e módulo de treinamento (2) e os meios de transporte serem conectados ao módulo de treinamento por meio da interface de combinação (5), em que os meios de transporte (6) no módulo de treinamento (2) apresentam pelo menos um volume de pressão (62), que absorve ar comprimido e pelo menos um volume de meios consumíveis (63) separado do volume de pressão (62) no lado do meio, e que aloja um meio consumível (4), em que volumes de pressão (62) e volumes de meios consumíveis (63) interagem entre si, de modo que pelo menos um meio consumível (4) possa ser transportado para as estruturas anatômicas (3) e/ou uma pressão possa ser gerada na estrutura anatômica.

2. Sistema de treinamento cirúrgico modular, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o meio de transporte (6) na estação de base (1) compreende pelo menos um compressor de ar (61) gerando energia pneumática na forma de ar pressurizado.

3. Sistema de treinamento cirúrgico modular, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que pelo menos dois meios consumíveis (4) podem ser retidos pelo módulo de treinamento (2), em que o primeiro meio consumível (4) pode ser transportado através de pelo menos um local de saída (31) da estrutura anatômica (3) e por meio do segundo meio consumível (4) a pressão interna de pelo menos uma seção das estruturas anatômicas (3) pode ser reproduzida.

4. Sistema de treinamento cirúrgico modular, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o módulo de base (1) e o módulo de treinamento (2) compreendem meios de controle (7) que são destacavelmente conectados via a interface de combinação (5) e podem controlar pelo menos um fluxo de volume (43).

5. Sistema de treinamento cirúrgico modular, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que pelo menos um fluxo de volume (43) do pelo menos um meio consumível (4) pode ser controlado pelo meio de controle (7).

6. Sistema de treinamento cirúrgico modular, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que os meios de controle (7) no módulo de base (1) compreendem pelo menos um atuador de válvula de mangueira de constrição (71).

7. Sistema de treinamento cirúrgico modular, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que os meios de controle (7) no módulo de treinamento (2) compreendem pelo menos uma válvula de mangueira de constrição de autobloqueio e/ou autoabertura (72).

8. Sistema de treinamento cirúrgico modular, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o módulo de base (1) compreende um módulo de sensor (81) que mede pelo menos uma variável física.

9. Sistema de treinamento cirúrgico modular, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o módulo de sensor (81) e o módulo de treinamento (2) compreendem meios de medição (8) conectados destacavelmente via a interface de combinação (5).

10. Sistema de treinamento cirúrgico modular, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que os meios de medição (8) no módulo de treinamento (2) compreendem pelo menos um transmissor de ultrassom (83) e pelo menos um receptor de ultrassom correspondente (84).

11. Sistema de treinamento cirúrgico modular, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que os meios de medição (8) no módulo de treinamento (2) compreendem pelo menos um meio de conexão cheio de ar (82).

12. Sistema de treinamento cirúrgico modular, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a primeira extremidade dos meios de conexão (82) está conectada ao transmissor de ultrassom (83) e a segunda extremidade dos meios de conexão (82) está conectada ao receptor de ultrassom (84).

13. Sistema de treinamento cirúrgico modular, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que os meios de conexão (82) são dispostos sobre ou dentro das estruturas anatômicas (3), em que as estruturas anatômicas (3) e os meios de conexão (82) interagem um com o outro e uma deformação da estrutura anatômica (3) pode ser medida por uma tração e/ou uma compressão dos meios de conexão (82).

14. Sistema de treinamento cirúrgico modular, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o módulo de base (1) compreende um módulo controlador (9) que processa sinais elétricos e pode ser conectado a uma interface de usuário (10) para a operação do sistema de treinamento.

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