CH718586B1 - Virtual-Reality-Trainingssystem und -verfahren für Atemwegsmanagement. - Google Patents

Abstract

Ein Virtual-Reality Trainingsystem (100) und -Verfahren wird (VR-)-Atemwegsmanagement- bereitgestellt, das ein relativ einfaches und passives physikalisches Patientenmodell (110) zum Trainieren von Benutzern in der Durchfuhrung von Atemwegsmanagementverfahren verwenden. Das Patientenmodell weist Atemwege, einen beweglichen Kopf (112) und einen Kiefer (113), der geöffnet werden kann, die anatomisch realistisch sind, und elektromagnetische Sensoren auf, die die Bewegungen von Teilen des physikalischen Modells und die Bewegung von zur Handhabung des Modells verwendeten Werkzeugen (120) messen. Die Parameter des durchgefuhrten medizinischen Verfahrens werden erfasst, verfolgt und angezeigt, wodurch für den Trainingsteilnehmer eine kontinuierliche, detaillierte und kohärente VR-Darstellung der Trainingssituation in einer realistischen Szene bereitgestellt wird, unter Verwendung und Modifizierung einer Hierarchie der Sensoren, um die VR-Darstellung auf Schlüsselmerkmale des Trainings zu fokussieren und Interaktivität des VR-Patienten und Beurteilung der Leistung des Trainingsteilnehmers zu erbringen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

TECHNISCHES GEBIET

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Virtual-Reality-Systeme fur medizinische Weiterbildung und insbesondere Atemwegsmanagement-Trainingsysteme.

HINTERGRUND

[0002] Atemwegsmanagement-Trainingsysteme des Standes der Technik verwenden mechanisch komplexe Patientenmodelle, die mehrere Motoren und zugehörige Aktoren aufweisen, und komplexe Modellstrukturmerkmale, damit das Patientenmodell so realistisch wie möglich wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

[0003] Der folgende Text ist eine vereinfachte Zusammenfassung, die ein erstes Verständnis für die Erfindung bereitstellt.

[0004] Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Atemwegsmanagement-Trainingsystem bereit, umfassend: ein physikalisches und typischerweise passives Patientenmodell mit Atemwegen, einem Kopf, der von Seite zu Seite bewegbar ist und einem Kiefer, der geöffnet werden kann, eine Vielzahl von elekromagnetischen Sensoren, die zum Messen relativer Positionen des Kopfes und des Kiefers und relativer Positionen mindestens eines Atemwegsmanagement-Werkzeugs bezüglich der Atemwege ausgelegt sind, sowie ein Virtual-Reality- (VR-) System, das dazu ausgelegt ist, eine VR-Darstellung einer Szene, mindestens eines Patienten, der dem physikalischen Patientenmodell entspricht, des mindestens einen Atemwegsmanagement-Werkzeugs und von Händen des Trainingsteilnehmers, die das mindestens eine Atemwegsmanagement-Werkzeug manipulieren oder handhaben, für einen Benutzer oder anderen Trainingsteilnehmer bereitzustellen.

[0005] Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Atemwegsmanagement-Trainingsverfahren bereit, umfassend: Training von Atemwegsmanagement in einer Virtual-Reality- (VR-) Umgebung, Verwendung eines physikalischen Patientenmodells und mindestens eines Atemwegsmanagement-Werkzeugs zur Verbesserung der VR-Umgebung, wobei das physikalische Patientenmodell Atemwege, einen Kopf, der von Seite zu Seite bewegbar ist und einen Kiefer, der geöffnet werden kann, aufweist, und wobei das mindestens eine Atemwegsmanagement-Werkzeug mindestens einen Drucksensor aufweist, Messung relativer Positionen des Kopfes und des Kiefers und relativer Positionen des mindestens einen Atemwegsmanagement-Werkzeugs bezüglich der Atemwege unter Verwendung einer Vielzahl von elektromagnetischen Sensoren, die mit dem passiven Patientenmodell assoziiert sind, und Anzeigen einer Szene, eines dem physikalischen Patientenmodell entsprechenden Patienten, des mindestens einen Atemwegsmanagement-Werkzeugs und von Händen des Trainingsteilnehmers für einen Trainingsteilnehmer in der VR-Umgebung.

[0006] Diese, zusätzliche und/oder andere Aspekte und/oder Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung aufgeführt; sind möglicherweise aus der detaillierten Beschreibung ableitbar; und/oder können durch praktische Umsetzung der vorliegenden Erfindung erlernt werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0007] Zur besseren Verständlichkeit der Ausführungsformen der Erfindung und zum Aufzeigen, wie diese verwirklicht werden können, wird nun lediglich beispielhaft auf die beiliegenden Zeichnungen verwiesen, in denen gleiche Nummern entsprechende Elemente oder Abschnitte bezeichnen.

[0008] In den beiliegenden Zeichnungen zeigen: Fig. 1Aund1B detaillierte schematische Blockdiagramme eines Atemwegsmanagement-Trainingsystems gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung. Fig. 2-4 detaillierte schematische Darstellungen von Komponenten von Atemwegsmanagement-Trainingsystemen gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung. Fig. 5Aund5B Beispiele für VR-Darstellungen der Szene, des Patienten, des Werkzeugs und der Hände des Trainingsteilnehmers, gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung. Fig. 6 ein detailliertes Flussdiagramm, das Atemwegsmanagement-Trainingsverfahren gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung zeigt. Fig. 7 ein detailliertes Blockdiagramm einer beispielhaften Rechnervorrichtung, die mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

[0009] In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung beschrieben. Zur Erläuterung werden bestimmte Konfigurationen und Einzelheiten aufgeführt, um ein gründliches Verständnis für die vorliegende Erfindung bereitzustellen. Für einen Fachmann auf dem Gebiet wird es aber auch offensichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung ohne die hierin vorgestellten bestimmten Einzelheiten in die Praxis umgesetzt werden kann. Ferner wurden weithin bekannte Merkmale gegebenenfalls weggelassen oder vereinfacht, um die vorliegende Erfindung nicht unklar zu machen. Mit besonderem Verweis auf die Zeichnungen wird hervorgehoben, dass die gezeigten Einzelheiten lediglich beispielhaft sind und der erläuternden Erörterung der vorliegenden Erfindung dienen, und dass sie vorgestellt werden, um das bereitzustellen, was als nützlichste und verständlichste Beschreibung der Grundsätze und konzeptuellen Aspekte der Erfindung angesehen wird. Diesbezüglich wird nicht versucht, strukturelle Einzelheiten der Erfindung ausführlicher zu zeigen, als es für ein fundamentales Verständnis der Erfindung notwendig ist, wobei die Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen es für den Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich macht, wie die mehreren Formen der Erfindung in der Praxis umgesetzt werden können.

[0010] Vor der ausführlichen Erläuterung mindestens einer Ausführungsform der Erfindung sei angemerkt, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Konstruktionseinzelheiten und die Anordnung der Komponenten, die in der folgenden Beschreibung aufgeführt oder in den Zeichnungen veranschaulicht werden, beschränkt ist. Die Erfindung ist auf andere Ausführungsformen anwendbar, die auf verschiedene Weisen praktisch umgesetzt oder durchgeführt werden können, sowie auf Kombinationen der offenbarten Ausführungsformen. Ferner versteht es sich, dass die hierin verwendete Ausdrucksweise und Terminologie der Beschreibung dienen und nicht als einschränkend anzusehen sind.

[0011] Sofern nichts anderes spezifisch angegeben wurde, wie es aus den folgenden Erörterungen hervorgeht, versteht es sich, dass in der gesamten Spezifikation Erörterungen unter Verwendung von Begriffen wie „Verarbeiten“, „Rechnen“, „Berechnen“, „Bestimmen“, „Verbessern“, „Ableiten“ oder dergleichen sich auf den Akt und/oder Verfahren eines Computers oder Rechnersystems oder einer ähnlichen elektronischen Rechnervorrichtung beziehen, die Daten, die als physikalische, wie etwa elektronische, Mengen in den Registern und/oder Speichern des Rechnersystems dargestellt werden, in andere Daten, die ähnlich als physikalische Mengen in den Speichern, Registern oder anderen solchen Informationspeicher-, -übertragungs- oder -anzeigevorrichtungen des Rechnersystems dargestellt werden, manipuliert und/oder transformiert.

[0012] Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen effiziente und wirtschaftliche Verfahren und Mechanismen für Virtual-Reality-Training des Atemwegsmanagements bereit und sie stellen dadurch Verbesserungen für das technologische Gebiet der medizinischen Simulatoren bereit. Insbesondere werden Virtual-Reality-Atemwegsmanagement-Trainingsysteme bereitgestellt, die relativ einfache und passive physikalische Patientenmodelle zum Trainieren von Benutzern (z.B. Trainingsteilnehmern) in der Durchführung von Atemwegsmanagementverfahren verwenden. Patientenmodelle umfassen modellierte Atemwege, einen Kopf, der bezüglich eines Rumpfes von Seite zu Seite bewegbar ist, und einen Kiefer, der geöffnet werden kann, die anatomisch realistisch sind. Die physikalischen Patientenmodelle umfassen elektromagnetische Sensoren, die die Systemdaten bezüglich der Bewegungen von Teilen des Modells und bezüglich der Bewegung von Werkzeugen in das, innerhalb des und aus dem Modell bereitstellen.

[0013] Der Benutzer oder Trainingsteilnehmer kann Atemwegsmanagement-Werkzeuge, wie etwa ein Laryngoskop, einen manuellen Beatmungsbeutel und andere Werkzeuge, zur Durchführung von Atemwegsmanagementverfahren manipulieren, während Drucksensoren an den Werkzeugen Eingaben bezüglich der mechanischen Interaktionen der Atemwegsmanagement-Werkzeuge mit Teilen des physikalischen Patientenmodells liefern. Die Werkzeuge können echte Werkzeuge, Werkzeugmodelle oder Mehrzweckelemente sein, die als spezifische Werkzeuge innerhalb der virtuellen Realität (VR) simuliert werden. Sowohl Modell als auch Werkzeuge können Tracker aufweisen, die die Positions- und Orientierungsdaten für das System bereitstellen. Zusätzlich weist das System mehrere VR-Sensoren, z.B. Kameras, zur Überwachung der Atemwegsmanagementverfahren, die vom Trainingsteilnehmer durchgeführt werden, auf.

[0014] Systeme können viele Parameter des durchgeführten medizinischen Verfahrens verfolgen und erfassen und diese dazu verwenden, für den Trainingsteilnehmer eine kontinuierliche, detaillierte und kohärente Virtual-Reality-Darstellung und Anzeige der Trainingssituation in einer realistischen Szene bereitzustellen, unter Verwendung und Modifizierung einer Hierarchie der Sensoren, um die Darstellung auf Schlüsselmerkmale des Trainings zu fokussieren und Interaktivität des VRsimulierten Patientenmodells und Beurteilung der Leistung des Trainingsteilnehmers zu erbringen.

[0015] Während das Patientenmodell in einigen Ausführungsformen im Vergleich zu Trainingsmodellen des Standes der Technik einfach und passiv ist, kompensiert das VR-System seine Einfachheit durch eine realistische Darstellung und Anzeige der durchgeführten Verfahren - die für den Benutzer (Trainingsteilnehmer) bereitgestellt wird. Systeme können so konfiguriert sein, dass sie visuelle Darstellungen aufweisen, die mindestens einige der taktilen Eingaben vorschlagen, die von komplexeren Modellen des Standes der Technik bereitgestellt werden. Insbesondere werden die vom System gesammelten Daten auf hierarchische und situationsbezogene Weise organisiert, so dass eine kontinuierliche und realistische VR-Darstellung der durchgeführten Verfahren bereitgestellt wird, z.B. bezüglich der Positionen und Orientierungen der Atemwegsmanagement-Werkzeuge im Verhältnis zu den modellierten Atemwegen, bezüglich Drücken, mit denen die modellierten Atemwege von den Atemwegsmanagement-Werkzeugen beaufschlagt werden, und bezüglich der Hände des Trainingsteilnehmers, der die Werkzeuge manipuliert.

[0016] Zu diesem Zweck identifizieren die offenbarten Systeme dynamisch eine Behandlungssituation, die vom Trainingsteilnehmer durchgeführt wird, und sie verwalten dynamisch die situationsbezogene Hierarchie unter den Sensoren - um die Darstellung und Anzeige kontinuierlich und kohärent bezüglich der identifizierten Behandlungssituation zu halten. Wenn der Trainingsteilnehmer beispielsweise einen manuellen Beatmungsbeutel manipuliert oder handhabt kann das System die Hand des Trainingsteilnehmers, die darunter verborgen ist, darstellen oder anzeigen - gemäß Daten von Drucksensoren am Beatmungsbeutel, die zum Ergänzen der von den Kameras gesammelten visuellen Daten verwendet werden. In einem anderen Beispiel kann ein Mehrzweckwerkzeug (z.B. generisch) zur Durchführung von Hilfsaktionen durch den Trainingsteilnehmer verwendet werden und als entsprechendes spezifisches echtes Werkzeug (z.B. Skalpell, Zange, Tubus, wie ET-(Endotracheal-)Tubus, Absaugung, Stethoskop, Kapnometer, Oximeter usw.) nur innerhalb der VR-Szene dargestellt und angezeigt werden - wodurch das System weiter vereinfacht wird. Das VR-System kann verschiedene Bedienungsszenen sowie mehrere Assistenten simulieren, mit denen die Interaktion des Trainingsteilnehmers überwacht werden kann. Beispielsweise können die Kameras dazu verwendet werden, die Position und Körperhaltung des Trainingsteilnehmers zu erfassen und sie mit Anweisungen in Beziehung zu setzen, die der Trainingsteilnehmer realen oder virtuellen Helfern erteilt. Darüber hinaus können Hände des Trainingsteilnehmers vom VR-System auch dann dargestellt werden, wenn sie sich außerhalb des Erfassungsbereichs der Kameras befinden - durch Anpassen der VR-Darstellung gemäß der identifizierten Situation, z.B. unter Anzeige einer Hand eines Trainingsteilnehmers, die zum Erhalten eines (simulierten) Werkzeugs ausgestreckt ist. Ausführungsformen offenbarter Systeme werden in den folgenden Figuren auf nicht einschränkende Weise veranschaulicht.

[0017] Ein Vorteil des Systems ist die Einfachheit des physikalischen Modells, wodurch es preiswerter einzukaufen und zu verwenden und robust für Training im Freien (z.B. für Militärärzte) ist. Ein weiterer Vorteil ist die zuverlässige Rückmeldung, die über einen breiten Bereich von Verfahren und Benutzeraktionen bereitgestellt wird - so dass der Trainingsteilnehmer diverse Atemwegsmanagementverfahren in vielen Umgebungssituationen üben kann.

[0018] Fig.1Aund1Bsind detaillierte schematische Blockdiagramme eines Atemwegsmanagement-Trainingsystems100gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung.Fig. 2-4sind detaillierte schematische Darstellungen von Komponenten von Atemwegsmanagement-Trainingsystemen100gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung. Atemwegsmanagement-Trainingsysteme100umfassen ein Virtual-Reality- (VR-System150, das für den Trainingsteilnehmer eine simulierte Szene162und Hinweise bezüglich der vom Trainingsteilnehmer angewendeten Atemwegsmanagementverfahren an einem passiven physikalischen Patientenmodell110unter Verwendung einer Vielzahl von realen, modellierten und/oder simulierten Atemwegsmanagements-Werkzeugen120bereitstellt.

[0019] Wie schematisch inFig.1Adargestellt, kann das VR-System150dazu konfiguriert sein, Behandlungssituationen dynamisch zu identifizieren und gemäß einer situationsbezogenen Hierarchie der mehreren Sensoren im Trainingsystem100zu reagieren - um kontinuierlich eine realistische Darstellung der vom Trainingsteilnehmer unter Verwendung des Systems150angewendeten Atemwegsmanagementverfahren bereitzustellen.

[0020] Der Trainingsteilnehmer kann ein VR-Headset102, dem das VR-System150eine VR-Darstellung140zuführt, benutzen, das gegebenenfalls (nicht gezeigte) Blickerfassungsvorrichtungen (Tracker) umfasst, die dem VR-System150Daten bezüglich der Augenbewegungen des Trainingsteilnehmers liefern. Ein oder mehrere Tracker104können zur Verfolgung des Kopfes des Trainingsteilnehmers am VR-Headset102befestigt sein. Der Trainingsteilnehmer kann ferner ein oder zwei Handschuhe103(sieheFig. 1Aund1B) benutzen, die mit (einem) zusätzlichen Tracker(n)104ausgerüstet sein können, z.B. an der Hand oder den Händen des Trainigsteilnehmers und/oder am Finger oder an den Fingern des Trainingsteilnehmers - um die Positionen der Hände und Finger des Trainingsteilnehmers zu verfolgen. Geeignete verwendete Handschuhe können den Manus VR-Handschuh oder den Noitom Hi5 VR-Handschuh oder andere geeignete Handschuhe umfassen. In bestimmten Ausführungsformen können auch optische Sensoren152, wie etwa Kameras, am Kopf (oder Headset102), an den Händen (oder Handschuhen103) oder an anderen Körperteilen des Trainingsteilnehmers befestigt werden, um Nahaufnahmen der vom Trainingsteilnehmer durchgeführten Behandlungsverfahren bereitzustellen. In bestimmten Ausführungsformen kann ein oder können mehrere Handschuhe103zum Messen von Kräften, die vom Trainingsteilnehmer während der Manipulation des physikalischen Modells110ausgeübt werden (z.B. wie schematisch inFig. 2gezeigt) und zum Abgeben der Messungen an das VR-System150, das die Messungen als zusätzliche Sensordaten verwenden kann, ausgelegt sein. In bestimmten Ausführungsformen kann ein oder können mehrere Handschuhe103dazu ausgelegt sein, für den Trainingsteilnehmer haptische Rückmeldung bereitzustellen, wodurch Kräfte auf die Hand (Hände) des Trainingsteilnehmer zusätzlich zu Kräften ausgeübt werden, die bei der Manipulation des physikalischen Modells110auftreten, z.B. zur Verbesserung der taktilen Simulation, zum Simulieren zusätzlicher struktureller Merkmale (z.B. in den VR-Atemwegen des Patienten) usw.

[0021] Wie es schematisch inFig. 1Bgezeigt ist, kann das VR-System150dazu ausgelegt sein, innerhalb des Patientenmodells110in der VR-Umgebung (140) als VR-Patient141, verwendete oder generische Werkzeuge120als entsprechende VR-Werkzeuge125, die Hände des Trainingsteilnehmers (und gegebenenfalls andere Körperteile des Trainingsteilnehmers) in VR146, sowie Drücke144, die von Werkzeugen ausgeübt werden (die VR-Druckdarstellung kann visuell, als ein Hinweis, unter Verwendung von taktilen Hinweisen, oder mit anderen Mitteln erfolgen), die Umgebungsszenerie162, virtuelle oder reale Assistenten164, (nicht gezeigte) medizinische Ausrüstung usw. darzustellen.Fig. 2zeigt schematisch den physikalischen Trainingsaufbau,Fig. 3zeigt schematisch einige Einzelheiten der physikalischen Struktur des Patientenmodells110undFig. 4zeigt schematisch einige Werkzeuge120.

[0022] Fig.5A und 5Bstellen Beispiele für VR-Darstellungen140einer Szene162, eines Patienten141, einer Werkzeugdarstellung125B,125A(eines manuellen Beatmungsbeutels120Bbzw. eines Laryngoskops120A, wobei letzteres am Rand vonFig. 5Bzu sehen ist - weitere Erläuterungen siehe unten) und der Hände146des Trainingsteilnehmers gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung bereit.Fig. 5Aund5Benthalten jeweils ein Beispiel für eine tatsächliche VR-Darstellung140und eine Strichzeichnung, die auf die Teile der Darstellung wie oben aufgeführt hinweist. Die kontinuierliche und kohärente Anpassung der VR-Darstellung140an die Handlungen des Trainingsteilnehmers am Patientenmodell110können ein realistisches Training, effektives Lernen und zuverlässige Beurteilung der Fähigkeiten des Trainingsteilnehmers ergeben.

[0023] Atemwegsmanagement-Trainingsysteme100umfassen das passive physikalische Patientenmodell110(z.B. Gliederpuppe oder ein Teil davon) mit modellierten Atemwegen111, einem Kopf112, der mit einem Rumpf115verbunden ist und von Seite zu Seite bewegbar ist, und einem Kiefer113, der geöffnet werden kann, wie beispielsweise inFig. 2und3gezeigt. Die Bewegungsrichtung des Kopfes112wird vom Pfeil112Aschematisch angezeigt und die Bewegungsrichtung des Kiefers113wird vom Pfeil113Aschematisch angezeigt. Es sei angemerkt, dass die Einfachheit des Patientenmodells110(im Vergleich zu mechanisch komplexen Patientenmodellen des Standes der Technik, die mehrere Motoren und zugehörige Aktoren, mehr Bewegungsrichtungen und komplexere Modellmerkmale aufweisen) vom VR-System150kompensiert wird, das mindestens einige der taktilen Informationen in Systemen des Standes der Technik durch visuelle Informationen ersetzt. Auf vorteilhafte Weise wird das passive physikalische Patientenmodell110durch seine Einfachheit robust und im Feld einsetzbar, z.B. um Militärärzte und/oder ziviles medizinisches Personal unter realistischen Bedingungen zu trainieren.

[0024] Das Patientenmodell110umfasst ferner einen oder mehrere elektromagnetische Sensoren114, die zum Messen der relativen Positionen des Kopfes112und des Kiefers113und der relativen Positionen von Atemwegsmanagement-Werkzeugen120bezüglich modellierter Atemwege111ausgelegt sind. Beispielsweise können elektromagnetische Sensoren114A,114B(wie inFig. 3schematisch gezeigt, befinden sich elektromagnetische Sensoren114A,114Binnerhalb des Kopfes112) zum Messen der Bewegungen von Kiefer und Kopf ausgelegt sein, wodurch Daten von elektromagnetischen Sensoren153bereitgestellt werden, wie es schematisch inFig. 2gezeigt wird.Fig. 3zeigt auch die mechanische Anordnung112B(Verbindung von Kopf112mit Rumpf115und Unterstützung der Drehbewegung des Kopfes112), die dazu ausgelegt ist, die Bewegung des Kopfes112von Seite zu Seite (Bewegung112AinFig.2)zu ermöglichen. Die modellierten Atemwege111sind nicht explizit gezeigt, sie sind jedoch so modelliert, dass sie realistische Interaktionen mit angewendeten Werkzeugen120bereitstellen, die der Atemwegsanatomie entsprechen. In bestimmten Ausführungsformen kann das Patientenmodell110auch Drucksensoren117aufweisen, die an bestimmten Stellen, die während des Atemwegsmanagements wichtig sind, angeordnet sind, um Drucksensoren122am Werkzeug oder an Werkzeugen120zu ergänzen. Druck- und fakultativ Biegesensoren122,123am (an) Werkzeug(en)120und optische Sensoren152des VR-Systems150(und/oder Tracker104) am Headset102) liefern Daten151bezüglich der Werkzeuge120, die vom VR-System150zur Identifizierung der vom Trainingsteilnehmer durchgeführten Behandlungssituation156und zur dynamischen Verwaltung der situationsbezogenen Hierarchie158der Vielzahl von Sensoren im System 100 verwendet werden.

[0025] Atemwegsmanagement-Werkzeuge120können beispielsweise ein Laryngoskop120A, einen manuellen Beatmungsbeutel120B(z.B. Ambu® Beatmungsausrüstung oder andere Beatmungsbeutel), ein Mehrzweckwerkzeug120C, das im VR als ein beliebiges einer Reihe von Werkzeugen dargestellt oder angezeigt werden kann (z.B. Skalpell, Zange, Tubus, z.B. ET-(Endotracheal-)Tubus, Absaugung, Stethoskop, Kapnometer, Oximeter) usw. umfassen - wie es schematisch inFig. 4gezeigt wird. Atemwegsmanagement-Werkzeuge120können ein oder mehrere Drucksensoren122und gegebenenfalls Tracker124umfassen, die Rückmeldung für das System100bezüglich physischer Interaktionen zwischen Werkzeug(en)120und Patientenmodell110und bezüglich Position und Orientierung142von Werkzeugen120liefern, die zum Evaluieren der Leistung des Trainingsteilnehmers und/oder zum Verbessern oder Modifizieren der VR-Darstellung140des Verfahrens, Hervorrufen von Reaktionen, z.B. des simulierten Patienten usw. verwendet werden können.

[0026] In verschiedenen Ausführungsformen kann das Laryngoskop120Areal oder modelliert sein, wobei Drucksensor(en)122entlang der Klinge des Laryngoskops120Azum Bereitstellen von Rückmeldung bezüglich der vom Laryngoskop120Aauf die modellierten Atemwege111ausgeübten Kräfte (z.B. auf die Zähne, den Kiefer oder innere Teile der Atemwege), wenn der Trainingsteilnehmer das Laryngoskop120Amanipuliert oder handhabt, verwendet werden. Die Rückmeldung kann in VR-Hinweise übersetzt werden, etwa simulierte Verletzungen oder Reaktionen des Patienten, und/oder zur Beurteilung der Qualität der Anwendung des jeweiligen Atemwegsmanagementverfahrens durch den Trainingsteilnehmer.

[0027] In verschiedenen Ausführungsformen kann der manuelle Beatmungsbeutel120Breal oder modelliert sein, wobei Drucksensor(en)122und/oder Biegesensoren123entlang mindestens eines Teils des Umfangs des manuellen Beatmungsbeutels120Bund/oder an einem Mundstück122Adavon angeordnet sind. Drucksensor(en)122,122Akönnen zum Bereitstellen von Rückmeldung bezüglich der vom manuellen Beatmungsbeutel120Bauf die modellierten Atemwege111(z.B. auf die Zähne oder den Kiefer113) ausgeübten Kräfte, wenn der Trainingsteilnehmer den manuellen Beatmungsbeutel120Bhandhabt, verwendet werden. Die Rückmeldung kann in VR-Hinweise übersetzt werden, etwa simulierte Verletzungen oder Reaktionen des Patienten, und/oder zur Beurteilung der Qualität der Anwendung des jeweiligen Atemwegsmanagementverfahrens durch den Trainingsteilnehmer. Der Grad der Luftdichtigkeit zwischen dem manuellen Beatmungsbeutel120Bund einem Mund des Patientenmodells110kann ebenfalls gemessen und in der VR-Darstellung140angezeigt werden und/oder durch Modifizieren der simulierten Patientenreaktionen in der VR-Darstellung140(z.B. kann unzureichende Luftdichtigkeit zu unzureichenden oder keinen Brustbewegungen beim Bedienen des manuellen Beatmungsbeutels120Bführen).

[0028] Darüber hinaus können Daten von Drucksensor(en) 122 zur Verbesserung oder Modifizierung der VR-Darstellung des Trainingsteilnehmers verwendet werden, z.B. können Daten von Drucksensor(en)122, die darauf hinweisen, dass eine Hand des Trainingsteilnehmers sich unter dem manuellen Beatmungsbeutel120Bbefindet und für optische Sensoren152des VR-Systems150nicht sichtbar ist - zum korrekten oder ungefähren Darstellen und Anzeigen der Hände146(trotz dessen, dass mindestens eine Hand mindestens teilweise durch den manuellen Beatmungsbeutel120Bverdeckt wird) verwendet werden, um die Kontinuität der VR-Darstellung140und das realistische Gefühl zu verbessern. Beispielsweise kann das VR-System150dazu ausgelegt sein, die Hand146des Trainingsteilnehmers so darzustellen, dass dies dem nachgewiesenen ausgeübten Druck auf den und/oder der Biegung des Umfangs des manuellen Beatmungsbeutels120Bentspricht.

[0029] In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Mehrzweckwerkzeug120C, das ein generisches Design aufweisen kann, zum anpassbaren Darstellen oder Anzeigen eines beliebigen einer Vielzahl verschiedener Hilfswerkzeuge verwendet werden, etwa eines beliebigen von einem Skalpell, einer Zange, einem Tubus, z.B. ET-(Endotracheal-)Tubus, Absaugung, Stethoskop, Kapnometer, Oximeter usw. Beispielsweise kann das VR-System150dazu ausgelegt sein, virtuell das Werkzeug120Cals ein beliebiges von einem Skalpell, einer Zange, einem ET-Tubus, Absaugung, Stethoskop, Kapnometer, Oximeter usw. gemäß den Anforderungen des Trainingsteilnehmers (z.B. von realen oder simulierten Assistenten164) und/oder gemäß einer dynamisch identifizierten Behandlungssituation156bereitzustellen und anzuzeigen.

[0030] Fig.5Aund5Bstellen Beispiele für VR-Darstellungen140der Szene162, des Patienten141, des Werkzeugs125und der Hände146des Trainingsteilnehmers, gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung bereit. Das Virtual-Reality- (VR-) System150kann dazu ausgelegt sein, für einen Trainingsteilnehmer (der ein VR-Headset102, z.B. mit einem daran befestigten Tracker104, wie schematisch inFig. 2dargestellt) die Szene162, die mindestens einen Patienten141, der dem physikalischen Patientenmodell110entspricht, umfasst, und die Darstellung140des vom Trainingsteilnehmer am passiven physikalischen Patientenmodell110unter Verwendung des (der) Atemwegsmanagement-Werkzeugs120durchgeführten medizinischen Verfahrens bereitzustellen. Das VR-Headset102kann eine am Kopf befestigte Vorrichtung umfassen, die VR-Darstellung140für den Trainingsteilnehmer bereitstellt, und es kann Anzeige(n) und Prozessor(en) umfassen, die z.B. mit der unten offenbarten Rechnereinheit154assoziiert sind und mit dem VR-System150über Kabel oder drahtlos kommunizieren. Das VR-Headset102kann eine stereoskopische am Kopf befestigte Anzeige umfassen, Ton bereitstellen, und es kann ferner Kopfbewegungs- und/oder Blickerfassungssensoren und gegebenenfalls verwandte und zugehörige Steuereinheiten umfassen. Durch das VR-System150und das VR-Headset102kann der Trainingsteilnehmer in Atemwegsmanagementverfahren in der virtuellen und kontrollierten Umgebung der VR-Darstellung140trainiert werden.

[0031] Die VR-Darstellung140kann Werkzeugdarstellungen125des Werkzeugs/der Werkzeuge120, Hinweise auf mindestens die Position und Orientierung142des Atemwegsmanagement-Werkzeugs120bezüglich der modellierten Atemwege111(einschließlich Werkzeugdarstellung125) (siehe Beispiele inFig. 5Aund5B), Darstellung von Drücken144(in Fig.1Aund1Bschematisch bezeichnet), die von dem (den) Atemwegsmanagement-Werkzeug(en)120auf die modellierten Atemwege111ausgeübt werden, und Darstellung der Hände des Trainingsteilnehmers146, die (ein) Atemwegsmanagement-Werkzeug(e)120manipulieren, umfassen. Die Position und Orientierung142des Werkzeugs bzw. der Werkzeuge120kann visuell dargestellt werden, wie es in den nicht einschränkenden Beispielen vonFig. 5Aund5Bgezeigt wird, z.B. wie von optischen Sensoren152und/oder Tracker(n)124gemessen. Drücke144können z.B. durch Hinweise und/oder Widerstand gegen Werkzeugbewegungen dargestellt werden.

[0032] Das VR-System150kann optische Sensoren152umfassen, die zum Verfolgen mindestens einer Lokalisation des passiven Patientenmodells110(z.B. unter Verwendung des inFig. 2gezeigten Trackers116), zum Verfolgen von Atemwegsmanagement-Werkzeug(en)120(z.B. Ableiten der Position und Orientierung davon) und zum Verfolgen der Hände des Trainingsteilnehmers ausgelegt sind. Das VR-System150kann ferner dazu ausgelegt sein, die Behandlungssituation156, die vom Trainingsteilnehmer durchgeführt wird, dynamisch zu identifizieren und die situationsbezogene Hierarchie158unter Sensoren152,114,122dynamisch zu verwalten - wodurch die Darstellung140kontinuierlich und kohärent bezüglich der identifizierten Behandlungssituation gehalten wird. Das VR-System150ist zum Empfangen von Daten von Sensoren114,122,123und Trackern104,116,124über Kabel und/oder drahtlos ausgelegt.

[0033] Es sei angemerkt, dass die Kontinuität der VR-Darstellung kontinuierliche Bewegungen der dargestellten Elemente beinhaltet, wobei Sprünge oder Erschütterungen, die nicht realen Bewegungen entsprechen, fehlen. Situationsbezogene Sensorhierarchie158bezieht sich auf die relative Zuverlässigkeit der verschiedenen Sensoren und kann zum Ausschließen einer potenziellen diskontinuierlichen Darstellung von Elementen verwendet werden, die von Sensoren aufgrund ihres eingeschränkten Sichtfelds, des relativen Abstands von den jeweiligen Elementen oder einem weniger relevanten Erfassungsmodus angedeutet werden können - in Bezug auf Sensoren, die in der Hierarchie höher liegen und zuverlässigere Daten liefern.

[0034] Es sei ferner angemerkt, dass die Kohärenz der VR-Darstellung kohärente Lokalisationen der dargestellten Elemente beinhaltet, wobei Verschwinden oder Veränderungen im großen Maßstab, die nicht realen Bewegungen entsprechen, fehlen. Situationsbezogene Sensorhierarchie158bezieht sich auf die relative Zuverlässigkeit der verschiedenen Sensoren und kann zum Ausschließen des potenziellen Erscheinens oder Verschwindens von Elementen in der VR-Darstellung von Elementen verwendet werden, die von Sensoren aufgrund ihres eingeschränkten Sichtfelds, des relativen Abstands von den jeweiligen Elementen oder einem weniger relevanten Erfassungsmodus angedeutet werden können - in Bezug auf Sensoren, die in der Hierarchie höher liegen und zuverlässigere Daten liefern. Wenn beispielsweise eine Hand oder ein Teil davon aus dem Sichtfeld des optischen Sensors152verschwindet und unter dem manuellen Beatmungsbeutel120Bverborgen ist, können Daten vom Biegesensor123darauf zum Bereitstellen der VR-Darstellung dieser Hand verwendet werden, damit sie auf angemessene Weise in der VR-Darstellung140erscheint. Ein anderes Beispiel betrifft Anweisungen des Trainingsteilnehmers, die von Handbewegungen außerhalb des Erfassungsbereichs begleitet sein können. In solchen Fällen kann die Darstellung der Hände durch Trackerdaten oder durch geschätzte Positionen ergänzt werden.

[0035] Spezifische nicht einschränkende Beispiele für situationsbezogene Sensorhierarchie158sind inTabelle2unten angegeben. Generell kann das VR-System 150 für jede oder für einige der identifizierten Behandlungssituationen156Regeln aufweisen, die bestimmen, welcher der Sensoren und Tracker im System 100 zuverlässiger ist und welche weniger zuverlässig sind, bezüglich der Geometrie der Behandlungssituation (z.B. potenziell verborgene Elemente oder Elemente, die sich über den Erfassungsbereich hinaus erstrecken können) und/oder bezüglich der Erfassungsmodalität (z.B. können in bestimmten Situationen Druckdaten zuverlässiger als optische Daten sein). Situationsbezogene Sensorhierarchie158kann gemäß solchen Regeln für jede oder einige der identifizierten Behandlungssituationen 156 bestimmt werden.

[0036] Das VR-System150kann zum Erzeugen der Patientendarstellung141aus dem Patientenmodell110mit einem beliebigen einer Vielzahl von VR-Modellierungsverfahren ausgelegt sein, z.B. unter Verwendung von Polygonnetzen und durch Hinzufügen von Oberflächenmerkmalen (siehe z.B.Fig. 3für ein Beispiel eines Polygonnetzes undFig. 5Aund5Afür Beispiele hinzugefügter Oberflächenmerkmale). Es sei angemerkt, dass das physikalische Patientenmodell110als eine reale Referenz für die vom Trainingsteilnehmer angewendeten medizinischen Verfahren verwendet wird und einem internen Datenmodell im VR-System150entspricht, das zum Konstruieren der VR-Darstellung140des Patienten141verwendet wird und dem Trainingsteilnehmer über das VR-Headset102angezeigt wird. Das VR-System150(und/oder das Atemwegsmanagement-Trainingsystem100) ist zur weiteren Verstärkung der VR-Darstellung140mit einer visuellen Darstellung von Atemwegsmanagement-Werkzeug(en)120gemäß ihrer Position und Orientierung bezüglich modellierter Atemwege111, einer Darstellung von und/oder einem Hinweis auf Drücke144, die von Atemwegsmanagement-Werkzeug(en)120auf modellierte Atemwege111ausgeübt werden, und einer visuellen Darstellung von Händen146des Trainingsteilnehmers, die das (die) Atemwegsmanagement-Werkzeug(e) manipulieren, ausgelegt.

[0037] Tabelle 1stellt einige nicht einschränkende Beispiele von Sensoren und Daten im Atemwegsmanagement-Trainingsystem100bereit. Die Tracker weisen typischerweise 6 DoF - Freiheitsgrade auf und können verfügbare Tracker mit entsprechender Leistung umfassen.

Tabelle 1: Beispiele von Sensoren und Daten im Atemwegsmanagement-Trainingsystem.

[0038] Physikalisches Patientenmodell110 Tracker116 Position und Orientierung des Modells. Hande, Finger, Kopf usw. des Trainingsteilnehmers Tracker104, z. B. befestigt am VR-Headset102 3D-Tracker-Daten für den Trainingsteilnehmer und Korperteile davon, insbesondere Hande und Finger, die Atemwegsmanagementverfahren durchfuhren. Laryngoskop120A Tracker124Drucksensor(en)122(z. B. an der Klinge und auf der Ruckseite) Position und Orientierung des Werkzeugs, Drucke, die auf seine Klinge und Ruckseite ausgeubt werden. Mit Mittelbereich-Sender und/oder gegebenenfalls unter Verwendung von Sender(n) in Modell110. Manueller Beatmungsbeutel120B(z. B. Ambu®) Tracker124Druck- und/oder Biegesensor(en)122 Position und Orientierung des Werkzeugs, Messungen von durch die Hand ausgelostem Zusammendrucken. Gestenerkennung. Generisches Mehrzweckwerkzeug120C Tracker124 Position und Orientierung des Werkzeugs, entsprechend der snnulierten Werkzeugart Gegebenenfalls mit Mittelbereich-Sender

[0039] Tabelle 2stellt einige nicht einschränkende Beispiele für Behandlungssituationen, überwachte Aktionen, verwendete Sensoren und entsprechende VR-Darstellung und Rückmeldung bereit.

Tabelle 2: Beispiele von Behandlungssituationen, überwachten Aktionen, verwendeten Sensoren und entsprechender VR-Darstellung und Rückmeldung.

[0040] Vorbereitung für die Behandlung Vom Trainingsteilnehmer erteilte Anweisungen Akustische, visuelle oder Eingabe vom Ausbilder Verzogerungen bei der Bereitstellung von Werkzeugen120im Fall teilweiser Anweisungen Freier Hals Halsstreckung und Esmarch-Handgriff Elektromagnetische (EM) Sensoren114, optische Sensoren152 Prioritat für EM-Sensoren, begrenzte Sichtbarkeit, wenn kein Esmarch-Handgriff durchgeführt wird Intubation Rechtzeitige Anweisungen und vorherigen Aktionen Gegebenenfalls durch snnulierten Assistenten164oder als Mehrzweckwerkzeug120C Gegebenenfalls Verzogerungen, wenn Anweisungen nicht rechtzeitig erhalten werden. Durchfuhren von Intubation (falls geubt) EM-Sensoren114, Drucksensoren122an Mehrzweckwerkzeug120C Visualisierung von Stimmapparat und Tubus in den Atemwegen Praoxygenierung Korrekte Anwendung des manuellen Beatmungsbeutels120B Drucksensor(en)122,122AErkennen von Luftdichtigkeit und Luftstromung Prioritat für EM-Sensoren, visuelle Darstellung der Luftzufuhr zum Patienten Patient bei Bewusstsein Nachweis der Vitalzeichen Optische Sensoren152 Patient bewegt sich oder atmet, Prioritat fur optische Sensoren152 Sedierung Nachweis des Zustands des Patienten, sanfte Intubation und Anweisungen Optische Sensoren152, EM-Sensoren114, akustisch Mechanische Ruckmeldung, Prioritat für optische Sensoren152, simulierter Assistent164 Anwendung des Laryngoskops120A Diagnose, Befreiung der Atemwege, Hilfswerkzeuge, Anweisungen Optische Sensoren152, EM-Sensoren114, akustisch Visualisierung der Atemwege, Sekrete und Hilfswerkzeuge (z. B. Absaugung), Prioritat für EM-Sensoren114 Richtige Anwendung des Laryngoskops120A EM-Sensoren114, Drucksensoren122an Klinge Visualisierung der Manover, Verletzung der Atemwege, Prioritat für Drucksensoren122, dann EM-Sensoren114 Chirurgisches Verfahren Korrekte Entscheidung und Anwendung Optische Sensoren152 Visualisierung des Mehrzweckwerkzeugs120C, z. B. als ein Skalpell

[0041] Nachfolgend werden bestimmte nicht einschränkende Beispiele, die mit inTabelle 2beschriebenen Situationen zusammenhängen, für identifizierte Behandlungssituationen156, entsprechende virtuelle Patientensimulationsmerkmale, die verwandten Indikationen und/oder Reaktionen darauf entsprechen, erwartete Reaktionen des Trainingsteilnehmers und zur Beurteilung der tatsächlichen Reaktion des Trainingsteilnehmers verwendete Sensorhierarchie bereitgestellt.

[0042] Beispielsweise kann während der Vorbereitung auf eine Behandlung und/oder verschiedene Behandlungsstadien die VR-Darstellung140simulierte Patientenbewegungen, Geräusche, Kopfbewegungen, verschiedene Atmungsmuster, die in den Kopf- und Brustbereichen ausgedrückt werden und mit der medizinischen Situation in Zusammenhang stehen, Bewegungen der Brust, Materialien wie Flüssigkeiten in den Atemwegen des Patienten oder die daraus austreten usw. umfassen. Die VR-Darstellung140kann typisches Patientenverhalten gemäß verschiedenen Zuständen des Patienten umfassen, wie etwa Wachheit, Bewusstsein, teilweises oder vollständiges Fehlen des Bewusstseins, Ersticken, Sedierung, verschiedene Atmungsmuster usw.

[0043] Die VR-Darstellung140kann dann entsprechend den Aktionen oder ausbleibenden Aktionen des Trainingsteilnehmers, wie etwa bestimmte Anweisungen, diagnostische Maßnahmen, wie am Patientenmodell angewendete Verfahren, ergriffene Maßnahmen und Hinweise, Verwendung von Werkzeugen bei der Diagnose und Behandlung usw. modifiziert werden. Insbesondere kann die falsche oder unvollständige Anwendung von Werkzeugen am Patientenmodell110die VR-Darstellung140auf eine Weise verändern, die die unangemessene Anwendung widerspiegelt, z.B. kann die falsche Anwendung des manuellen Beatmungsbeutels120Bdazu führen, dass der virtuelle Patient nicht wie erwartet reagiert (z.B. nicht wie erwartet bezüglich Brust- und Kopfbewegungen und verwandten Geräuschen atmet) - wo eine Korrektur durch den Trainingsteilnehmer erforderlich ist. Es sei angemerkt, dass virtuelle Patientenreaktionen in der VR-Darstellung140und/oder in verwandten medizinischen Daten und Hinweisen dargestellt werden können.

[0044] Beispiele für die Modifikation der Sensorhierarchie158und für die Modifikation der VR-Darstellung des passiven Patientenmodells110bezüglich der dynamisch identifizierten Behandlungssituation156umfassen beispielsweise die folgenden, wobei die inTabelle 1aufgeführten Sensoren in Beziehung gesetzt werden. Das System100kann zur Modifikation der Sensorhierarchie158und/oder der Auflösung der VR-Darstellung140gemäß bestimmten Elementen in Bezug auf identifizierte Behandlungssituationen156ausgelegt sein. Wenn der Trainingsteilnehmer beispielsweise feinmotorische Aktionen durchführt, kann der Fingertracker104höhere Priorität als andere Sensoren erhalten und die Auflösung der VR-Darstellung140im jeweiligen Bereich kann erhöht werden. Wenn in einem anderen Beispiel der Trainingsteilnehmer Anweisungen erteilt und Werkzeuge erhält, kann die Auflösung der VR-Darstellung140verringert werden und die Sensorpriorität kann großflächigem Szenentracking zugewiesen werden. Zusätzliche Simulation des virtuellen Assistenten kann der VR-Darstellung140hinzugefügt werden. Wenn der Trainingsteilnehmer manuelle Verfahren an modellierten Atemwegen111, dem Kopf112und dem Kiefer113anwendet, können jeweilige elektromagnetische Sensoren114Priorität erhalten, um die VR-Darstellung140der angewendeten Verfahren zu beeinflussen. Wenn der Trainingsteilnehmer Werkzeug(e)120benutzt, kann der Hand- und/oder Fingertracker104Priorität erhalten, wenn die Verfahren extern sind und die Hände und Finger sichtbar sind, die Drucksensoren122können bezüglich der internen Anwendung von Werkzeug(en)120(z.B. Einführung eines ET-Tubus oder der Klinge des Laryngoskops) Priorität erhalten, und andere Sensoren, wie Biegesensor(en)122am manuellen Beatmungsbeutel120Bkönnen Priorität erhalten, wenn die Anwendung extern ist, aber die Hände nicht einfach verfolgt werden können, z.B. wenn sich eine Hand unter dem Beatmungsbeutel befindet. Alternativ oder ergänzend kann Gestenerkennung zur Verbesserung der vom Trainingsteilnehmer angewendeten bestimmten Verfahren verwendet werden.

[0045] Atemwegsmanagement-Trainingsysteme100und Virtual-Reality-Systeme150können eine Rechnervorrichtung154oder Teile davon umfassen, wie etwa Prozessor(en) (siehe z.B.Fig. 7unten), die zur Durchführung der offenbarten Verfahren und zur kontinuierlichen Anpassung von Systemreaktionen an den Trainingsteilnehmer, VR-Darstellung140und zur Verwaltung der Evaluierung der Handlungen des Trainingsteilnehmers ausgelegt sind.

[0046] Fig. 6ist ein detailliertes Flussdiagramm, das Atemwegsmanagement-Trainingsverfahren200gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung zeigt. Die Verfahrensstadien können in Bezug auf Atemwegsmanagement-Trainingsysteme100wie oben beschrieben durchgeführt werden, die fakultativ zur Implementierung der Verfahren200ausgelegt sein können. Das Verfahren200kann mindestens teilweise von mindestens einem Computerprozessor implementiert werden. Bestimmte Ausführungsformen umfassen Computerprogrammprodukte, die ein computerlesbares Speichermedium mit einem computerlesbaren Programm umfassen, das darin enthalten ist und zur Durchführung der relevanten Stadien des Verfahrens200ausgelegt ist (siehe z.B.Fig. 7unten). Das Verfahren200kann die folgenden Stadien umfassen, unabhängig von ihrer Reihenfolge.

[0047] Atemwegsmanagement-Trainingsverfahren200können Training von Atemwegsmanagement innerhalb einer Virtual-Reality-Umgebung (Stadium205), Verwendung eines passiven physikalischen Patientenmodells und mindestens eines Atemwegsmanagement-Werkzeugs, die in der Virtual-Reality-Umgebung dargestellt sind (Stadium210) umfassen, wobei das physikalische Patientenmodell modellierte Atemwege, einen Kopf, der von Seite zu Seite bewegbar ist, und einen Kiefer, der geöffnet werden kann, aufweist, und das mindestens eine Atemwegsmanagement-Werkzeug mindestens einen Drucksensor aufweist, Messung relativer Positionen des Kopfes und des Kiefers und relativer Positionen des mindestens einen Atemwegsmanagement-Werkzeugs bezüglich der modellierten Atemwege (Stadium220) und Bereitstellung einer VR-Szene für den Trainingsteilnehmer in der Virtual-Reality-Umgebung, die mindestens einen VR-Patienten entsprechend dem physikalischen Patientenmodell umfasst (unter Verwendung einer Vielzahl von mit dem physikalischen Patientenmodell assoziierten elektromagnetischen Sensoren), und eine VR-Darstellung eines medizinischen Verfahrens, das vom Trainingsteilnehmer am Patientenmodell durchgeführt wird, einschließlich mindestens das mindestens eine Atemwegsmanagement-Werkzeug und die Hände des Trainingsteilnehmers (Stadium230). Die VR-Darstellung kann die Anzeige mindestens einer Position und einer Orientierung des mindestens einen Atemwegsmanagement-Werkzeugs bezüglich der Atemwege und Hände des Trainingsteilnehmers, die das mindestens eine Atemwegsmanagement-Werkzeug manipulieren (Stadium240) und die Angabe von Drücken, die von dem mindestens einen Atemwegsmanagement-Werkzeug auf die modellierten Atemwege ausgeübt werden (Stadium241), visuell und/oder unter Verwendung von taktilen Hinweisen, umfassen.

[0048] Atemwegsmanagement-Trainingsverfahren200können ferner die Verfolgung mindestens einer Lokalisation des physikalischen Patientenmodells, Verfolgung der Position und Orientierung des mindestens einen Atemwegsmanagement-Werkzeugs und Verfolgung der Hände des Trainingsteilnehmers umfassen (Stadium222).

[0049] Atemwegsmanagement-Trainingsverfahren200können ferner die dynamische Identifizierung einer vom Trainingsteilnehmer durchgeführten Behandlungssituation (Stadium224) und die dynamische Verwaltung einer situationsbezogenen Hierarchie unter den Sensoren, die die VR-Darstellung kontinuierlich und kohärent bezüglich der identifizierten Behandlungssituation hält, umfassen (Stadium226).

[0050] In bestimmten Ausführungsformen umfasst das mindestens eine Atemwegsmanagement-Werkzeug ein Laryngoskop, wobei sich der mindestens eine Drucksensor an einer Klinge davon befindet, und das Verfahren200umfasst ferner die Bereitstellung von VR-Rückmeldung für den Trainingsteilnehmer in Bezug auf Messungen von Drücken, die von der Klinge des Laryngoskops auf die modellierten Atemwege ausgeübt werden (Stadium242).

[0051] In bestimmten Ausführungsformen umfasst das mindestens eine Atemwegsmanagement-Werkzeug einen manuellen Beatmungsbeutel, wobei sich der mindestens eine Drucksensor an einem Mundstück davon befindet und mindestens ein Druck- und/oder Biegesensor an mindestens einem Teil eines Umfangs davon angeordnet ist, und das Verfahren200umfasst ferner die Bereitstellung von VR-Rückmeldung für den Trainingsteilnehmer in Bezug auf Messungen von Drücken, die vom Trainingsteilnehmer auf den manuellen Beatmungsbeutel ausgeübt werden (und/oder Biegung des manuellen Beatmungsbeutels durch den Trainingsteilnehmer) und einen Grad der Luftdichtigkeit zwischen dem manuellen Beatmungsbeutel und einem Mund des passiven Patientenmodells (Stadium244).

[0052] Atemwegsmanagement-Trainingsverfahren200können ferner die Anzeige oder Darstellung einer Hand des Trainingsteilnehmers auf eine solche Weise umfassen, dass dies dem nachgewiesenen ausgeübten Druck auf den und/oder der Biegung des Umfangs des manuellen Beatmungsbeutels entspricht (Stadium246).

[0053] Atemwegsmanagement-Trainingsverfahren200können ferner die anpassbare Anzeige oder Darstellung eines Mehrzweckwerkzeugs als das mindestens eine Atemwegsmanagement-Werkzeug in der VR-Darstellung umfassen (Stadium248), wie beispielsweise mindestens eines von: einem Skalpell, einer Zange, einem Tubus, einem ET-(Endotracheal-)Tubus, Absaugung, Stethoskop, Kapnometer und Oximeter.

[0054] Fig. 7ist ein detailliertes Blockdiagramm einer beispielhaften Rechnervorrichtung154, die mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Die Rechnervorrichtung154kann eine Steuereinheit oder einen Prozessor173, die/der beispielsweise eine oder mehrere Zentraleinheiten (CPU), einen oder mehrere Grafikprozessor(en) (GPU oder Allzweck-GPU - GPGPU), einen Chip oder eine beliebige geeignete Computer- oder Rechnervorrichtung sein oder aufweisen kann, ein Betriebssystem171, einen Datenspeicher172, einen Speicher175, Eingabevorrichtungen176und Ausgabevorrichtungen177aufweisen. Atemwegsmanagement-Trainingsysteme100und Virtual-Reality-Systeme150können ein Computersystem sein oder aufweisen, wie es beispielsweise inFig. 7gezeigt wird.

[0055] Das Betriebssystem171kann ein beliebiges Codesegment sein oder aufweisen, das zur Durchführung von Aufgaben konzipiert und/oder ausgelegt ist, einschließlich Koordination, Planung, Entscheidung, Überwachung, Steuerung oder ein anderweitiger Verwaltungsvorgang der Rechnervorrichtung154, beispielsweise Planung der Ausführung von Programmen. Der Datenspeicher172kann beispielsweise ein Arbeitsspeicher (RAM), ein Lese-Speicher (ROM), ein dynamisches RAM (DRAM), ein synchrones DRAM (SD-RAM), ein Speicherchip mit doppelter Datenrate (DDR), ein Flash-Speicher, ein flüchtiger Speicher, ein nicht-flüchtiger Speicher, ein Cache-Speicher, ein Puffer, eine Kurzzeit-Speichereinheit, eine Langzeit-Speichereinheit oder andere geeignete Datenspeichereinheiten oder Speichereinheiten sein oder aufweisen. Der Datenspeicher172kann eine Vielzahl von gegebenenfalls verschiedenen Speichereinheiten sein oder aufweisen. Der Datenspeicher172kann beispielsweise Anweisungen zum Ausführen eines Verfahrens (z.B. Code174) und/oder Daten, wie Antworten des Benutzers, Unterbrechungen usw. speichern.

[0056] Ausführbarer Code174kann jeder beliebige ausführbare Code sein, z.B. eine Anwendung, ein Programm, ein Verfahren, eine Aufgabe oder ein Manuskript. Der ausführbare Code174kann von der Steuereinheit173ausgeführt werden, gegebenenfalls unter Steuerung durch das Betriebssystem171. Beispielsweise kann der ausführbare Code174, wenn er ausgeführt wird, die Erzeugung oder Erstellung eines Computercodes oder die Ausführung einer Anwendung wie VR-Ausführung oder Inferenz, gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verursachen. Der ausführbare Code174kann ein mit hierin beschriebenen Verfahren erstellter Code sein. Für die verschiedenen hierin beschriebenen Module und Funktionen können eine oder mehrere Rechnervorrichtungen154oder Komponenten der Rechnervorrichtung154verwendet werden. Vorrichtungen, die ähnliche oder andere Komponenten als die in der Rechnervorrichtung154enthaltenen aufweisen, können verwendet werden und mit einem Netzwerk verbunden und als ein System verwendet werden. Ein oder mehrere Prozessor(en)173können zur Durchführung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, beispielsweise durch Ausführen von Software oder Code ausgelegt sein.

[0057] Der Speicher 175 kann beispielsweise ein Festplattenlaufwerk, ein Diskettenlaufwerk, ein CD-(Compact Disk) Laufwerk, ein CD-R- (CD-Recordable) Laufwerk, eine USB (Universal Serial Bus) Vorrichtung oder eine andere geeignete entfernbare und/oder fixierte Speichereinheit sein oder aufweisen. Daten, wie Anweisungen, Code, VR-Modelldaten, Parameter, usw. können in einem Speicher175gespeichert werden und können aus dem Speicher175in einen Datenspeicher172geladen werden, wo sie von der Steuereinheit173verarbeitet werden können. In einigen Ausführungsformen kann auf einige der inFig. 7gezeigten Komponenten verzichtet werden.

[0058] Eingabevorrichtungen176können beispielsweise eine Maus, eine Tastatur, ein Touchscreen oder Pad oder jede geeignete Eingabevorrichtung sein oder aufweisen. Es wird erkannt werden, dass jede geeignete Anzahl von Eingabevorrichtungen mit der Rechnervorrichtung154in Betriebsverbindung gebracht werden kann, wie es vom Block176gezeigt wird. Ausgabevorrichtungen177können eine oder mehrere Anzeigen, Lautsprecher und/oder jede andere geeignete Ausgabevorrichtungen aufweisen. Es wird erkannt werden, dass jede geeignete Anzahl von Ausgabevorrichtungen mit der Rechnervorrichtung154in Betriebsverbindung gebracht werden kann, wie es vom Block177gezeigt wird. Alle zutreffenden Eingabe/Ausgabe (E/A)-Vorrichtungen können mit der Rechnervorrichtung154verbunden werden, beispielsweise können eine kabelgebundene oder kabellose Netzwerkkarte (NIC), ein Modem, Drucker oder Faxgerät, eine USB- (Universal Serial Bus) Vorrichtung oder eine externe Festplatte in Eingabevorrichtungen176und/oder Ausgabevorrichtungen177enthalten sein.

[0059] Ausführungsformen der Erfindung können einen oder mehrere Artikel (z.B. Datenspeicher172oder Speicher 175) aufweisen, wie etwa ein nicht-flüchtiges lesbares Medium eines Computers oder Prozessors, oder ein nicht-flüchtiges Speichermedium eines Computers oder Prozessors, wie beispielsweise ein Speicher, ein Diskettenlaufwerk oder ein USB-Flash-Speicher, Kodierung, einschließlich oder speichernd Anweisungen, z.B. von einem Computer ausführbare Anweisungen, die bei Ausführung durch einen Prozessor oder eine Steuereinheit hierin offenbarte Verfahren durchführen.

[0060] Aspekte der vorliegenden Erfindung werden oben mit Bezug auf Flussdiagrammdarstellungen und/oder Portionsdiagramme von Verfahren, Geräten (Systemen) und Computerprogrammprodukten gemäß Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Es versteht sich, dass jeder Teil der Flussdiagrammdarstellungen und/oder Portionsdiagramme und Kombinationen von Teilen in den Flussdiagrammdarstellungen und/oder Portionsdiagrammen durch Computerprogrammanweisungen implementiert werden können. Diese Computerprogrammanweisungen können einem Prozessor eines Allzweckcomputers, Spezialcomputers oder einer anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtung zugeführt werden, um eine Maschine zu erzeugen, so dass die Anweisungen, die durch den Prozessor des Computers oder der anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtung ausführen, Mittel zur Implementierung der im Flussdiagramm und/oder Portionsdiagramm oder Teilen davon angegebenen Funktionen/Handlungen erzeugen.

[0061] Diese Computerprogrammanweisungen können auch in einem computerlesbaren Medium gespeichert werden, das einen Computer, eine andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung oder andere Vorrichtungen anleiten kann, auf eine bestimmte Weise zu funktionieren, so dass die im computerlesbaren Medium gespeicherten Anweisungen einen Herstellungsartikel erzeugen, einschließlich Anweisungen, die die im Flussdiagramm und/oder Portionsdiagramm oder Teilen davon angegebene Funktion/Handlung implementieren.

[0062] Die Computerprogrammanweisungen können auch auf einen Computer, eine andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung oder andere Vorrichtungen geladen werden, um die Durchführung einer Reihe von Betriebsschritten zu verursachen, die auf dem Computer, der anderen programmierbaren Vorrichtung oder anderen Vorrichtungen durchgeführt werden sollen, um ein computerimplementiertes Verfahren zu erzeugen, so dass die Anweisungen, die auf dem Computer oder der anderen programmierbaren Vorrichtung ausführen, Verfahren zur Implementierung der im Flussdiagramm und/oder Portionsdiagramm oder Teilen davon angegebenen Funktionen/Handlungen erzeugen.

[0063] Das oben erwähnte Flussdiagramm und die Diagramme zeigen die Architektur, Funktionalität und den Betrieb möglicher Implementierungen von Systemen, Verfahren und Computerprogrammprodukten gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Diesbezüglich kann jeder Teil im Flussdiagramm oder in den Portionsdiagrammen ein Modul, Segment oder Teil eines Codes darstellen, das/der eine oder mehrere ausführbare Anweisungen zur Implementierung der angegebenen logischen Funktion(en) umfasst. Es sei auch angemerkt, dass in einigen alternativen Implementierungen die in dem Teil angemerkten Funktionen außerhalb der in den Figuren aufgeführten Reihenfolge auftreten können. Beispielsweise können zwei nacheinander gezeigte Teile tatsächlich im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden, oder die Teile können manchmal in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden, je nach beteiligter Funktionalität. Es sei auch angemerkt, dass jeder Teil der Portionsdiagramme und/oder Flussdiagrammdarstellung und Kombinationen von Teilen in den Portionsdiagrammen und/oder Flussdiagrammdarstellungen von speziellen hardwarebasierten Systemen implementiert werden können, die die angegebenen Funktionen oder Handlungen durchführen, oder von Kombinationen von spezieller Hardware und Computeranweisungen.

[0064] In der obigen Beschreibung ist eine Ausführungsform ein Beispiel oder eine Implementierung der Erfindung. Die verschiedenen Erscheinungsformen von „eine Ausführungsform“, „bestimmte Ausführungsformen“ oder „einige Ausführungsformen“ beziehen sich nicht notwendigerweise alle auf die gleichen Ausführungsformen. Obwohl verschiedene Merkmale der Erfindung im Zusammenhang mit einer einzelnen Ausführungsform beschrieben werden können, können die Merkmale aus gesondert oder in einer beliebigen geeigneten Kombination bereitgestellt werden. Umgekehrt kann die Erfindung hierin zwar der Klarheit halber im Zusammenhang mit getrennten Ausführungsformen beschrieben werden, aber die Erfindung kann auch in einer einzelnen Ausführungsform implementiert werden. Bestimmte Ausführungsformen der Erfindung können Merkmale verschiedener oben offenbarter Ausführungsformen aufweisen und bestimmte Ausführungsformen können Elemente von anderen oben offenbarten Ausführungsformen umfassen. Die Offenbarung von Elementen der Erfindung im Zusammenhang mit einer bestimmten Ausführungsform ist nicht so zu betrachten, als ob sie ihre Anwendung in der speziellen Ausführungsform allein einschränken würde. Ferner versteht es sich, dass die Erfindung auf verschiedene Weise durchgeführt oder praktisch umgesetzt werden kann und dass die Erfindung in bestimmten anderen Ausführungsformen als den in der obigen Beschreibung aufgeführten implementiert werden kann.

[0065] Die Erfindung ist nicht auf diese Diagramme oder auf die entsprechenden Beschreibungen begrenzt. Beispielsweise muss sich der Ablauf nicht durch jeden gezeigten Kasten oder Stadium bewegen, oder in der exakt gleichen Reihenfolge wie gezeigt und beschrieben. Bedeutungen von technischen und wissenschaftlichen Begriffen, die hierin verwendet werden, sind wie üblicherweise von einem normalen Fachmann auf dem Gebiet, zu dem die Erfindung gehört, verstanden werden, sofern nichts anderes angegeben ist. Während die Erfindung in Bezug auf eine begrenzte Anzahl von Ausführungsformen beschrieben wurde, sind diese nicht als Einschränkungen des Umfangs der Erfindung auszulegen, sondern vielmehr als Erläuterungen einiger der bevorzugten Ausführungsformen. Andere mögliche Variationen, Modifikationen und Anwendungen liegen ebenfalls innerhalb des Umfangs der Erfindung. Folglich sollte der Umfang der Erfindung nicht auf das bisher beschriebene beschränkt werden, sondern auf die anhängenden Ansprüche und ihre rechtlichen Äquivalente.

Claims (16)

1. Atemwegsmanagement-Trainingsystem, umfassend: ein physikalisches Patientenmodell mit Atemwegen, einem Kopf, der von Seite zu Seite bewegbar ist, und einem Kiefer, der geöffnet werden kann, eine Vielzahl von elekromagnetischen Sensoren, die zum Messen relativer Positionen des Kopfes und des Kiefers und relativer Positionen mindestens eines Atemwegsmanagement-Werkzeugs bezüglich der Atemwege ausgelegt sind, und ein Virtual-Reality- (VR-) System, das dazu ausgelegt ist, eine VR-Darstellung einer Szene, mindestens eines Patienten, der dem physikalischen Patientenmodell entspricht, des mindestens einen Atemwegsmanagement-Werkzeugs und von Händen des Trainingsteilnehmers, die das mindestens eine Atemwegsmanagement-Werkzeug handhaben, für einen Trainingsteilnehmer bereitzustellen.

2. Atemwegsmanagement-Trainingsystem nach Anspruch 1, wobei: das Virtual-Reality-System weiterhin optische Sensoren umfasst, die zum Verfolgen mindestens einer Lokalisation des physikalischen Patientenmodells, einer Position und Orientierung des mindestens einen Atemwegsmanagement-Werkzeugs und der Hände des Trainingsteilnehmers ausgelegt sind, und das Virtual-Reality-System weiterhin zur dynamischen Identifizierung einer vom Trainingsteilnehmer durchgeführten Behandlungssituation und zur dynamischen Verwaltung einer situationsbezogenen Hierarchie unter den elektromagnetischen und optischen Sensoren ausgelegt ist, und das Virtual-Reality-System weiterhin ausgelegt ist, die VR-Darstellung kontinuierlich und kohärent bezüglich der identifizierten Behandlungssituation und der situationsbezogenen Hierarchie zu halten.

3. Atemwegsmanagement-Trainingsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die VR-Darstellung eine visuelle Darstellung des mindestens einen Atemwegsmanagement-Werkzeugs mit den Atemwegen in Beziehung setzt.

4. Atemwegsmanagement-Trainingsystem nach einem der Ansprüche 1-3, das ferner mindestens einen Drucksensor aufweist, der dazu konfiguriert ist, Drücke zu messen, die von dem mindestens einen Atemwegsmanagement-Werkzeug auf die Atemwege ausgeübt werden, und wobei die VR-Darstellung weiterhin so konfiguriert ist, dass sie die gemessenen Drücke anzeigt.

5. Atemwegsmanagement-Trainingsystem nach einem der Ansprüche 1-3, ferner umfassend das mindestens eine Atemwegsmanagement-Werkzeug, wobei das mindestens eine Atemwegsmanagement-Werkzeug mindestens einen Drucksensor aufweist.

6. Atemwegsmanagement-Trainingsystem nach Anspruch 5, wobei das mindestens eine Atemwegsmanagement-Werkzeug ein Laryngoskop umfasst, wobei sich der mindestens eine Drucksensor an einer Klinge davon befindet.

7. Atemwegsmanagement-Trainingsystem nach Anspruch 5, wobei das mindestens eine Atemwegsmanagement-Werkzeug einen manuellen Beatmungsbeutel umfasst, wobei sich der mindestens eine Drucksensor und mindestens ein Biegesensor an mindestens einem Teil eines Umfangs davon befinden.

8. Atemwegsmanagement-Trainingsystem nach Anspruch 7, wobei das mindestens eine Atemwegsmanagement-Werkzeug weiterhn ausgelegt ist, ausgeübten Druck auf den oder die Biegung des Umfangs des manuellen Beatmungsbeutels nachzuweisen, anhand von Messungen des mindestens einen Drucksensor und des mindestens ein Biegesensor, das Virtual-Reality-System weiterhin zum Darstellen einer Hand des Trainingsteilnehmers in der VR-Darstellung ausgelegt ist, um dem nachgewiesenen ausgeübten Druck auf den oder der Biegung des Umfangs des manuellen Beatmungsbeutels zu entsprechen.

9. Atemwegsmanagement-Trainingsystem nach einem der Ansprüche 5-8, wobei das mindestens eine Atemwegsmanagement-Werkzeug ein Mehrzweckwerkzeug umfasst, das visuell als mindestens eine der folgenden dargestellt wird: ein Skalpell, eine Zange, ein Tubus, ein ET-(Endotracheal-)Tubus, Absaugung, Stethoskop, Kapnometer und Oximeter.

10. Atemwegsmanagement-Trainingsverfahren implementiert unter Verwendung des Atemwegsmanagement-Trainingsystems nach einem der Ansprüche 1-9, umfassend: Training von Atemwegsmanagement in einer Virtual-Reality- (VR-) Umgebung, die vom VR-System bereitgestellt wird, Verwendung des physikalischen Patientenmodells und des mindestens eines Atemwegsmanagement-Werkzeugs zur Verbesserung der VR-Umgebung, wobei das mindestens eine Atemwegsmanagement-Werkzeug mindestens einen Drucksensor aufweist, Messung relativer Positionen des Kopfes und des Kiefers und relativer Positionen des mindestens einen Atemwegsmanagement-Werkzeugs bezuglich der Atemwege unter Verwendung der Vielzahl von elektromagnetischen Sensoren, die mit dem Patientenmodell assoziiert sind, wobei das Patientenmodell ein passives Patientenmodell ist, und Anzeigen der Szene, des dem physikalischen Patientenmodell entsprechenden Patienten, des mindestens einen Atemwegsmanagement-Werkzeugs und von den Handen des Trainingsteilnehmers für den Trainingsteilnehmer in der VR-Umgebung.

11. Atemwegsmanagement-Trainingsverfahren nach Anspruch 10, umfassend die Verfolgung mindestens einer Lokalisation des physikalischen Patientenmodells, des mindestens einen Atemwegsmanagement-Werkzeugs und der Hände des Trainingsteilnehmers.

12. Atemwegsmanagement-Trainingsverfahren nach Anspruch 10 oder 11, umfassend die dynamische Identifizierung einer vom Trainingsteilnehmer durchgeführten Behandlungssituation und die dynamische Verwaltung einer situationsbezogenen Hierarchie unter den Sensoren, die die VR-Darstellung kontinuierlich und kohärent bezüglich der identifizierten Behandlungssituation hält.

13. Atemwegsmanagement-Trainingsverfahren nach einem der Ansprüche 10-12, wobei das mindestens eine Atemwegsmanagement-Werkzeug ein Laryngoskop umfasst, wobei sich der mindestens eine Drucksensor an einer Klinge davon befindet, und das Verfahren ferner die Bereitstellung von VR-Rückmeldung für den Trainingsteilnehmer in Bezug auf Messungen von Drücken, die von der Klinge des Laryngoskops auf die modellierten Atemwege ausgeübt werden, umfasst.

14. Atemwegsmanagement-Trainingsverfahren nach einem der Ansprüche 10-13, wobei das mindestens eine Atemwegsmanagement-Werkzeug einen manuellen Beatmungsbeutel umfasst, wobei sich der mindestens eine Drucksensor und mindestens ein Biegesensor an mindestens einem Teil eines Umfangs davon befinden, und das Verfahren ferner die Bereitstellung von VR-Rückmeldung für den Trainingsteilnehmer in Bezug auf Messungen von Drücken, die vom Trainingsteilnehmer auf den manuellen Beatmungsbeutel ausgeübt werden und einen Grad der Luftdichtigkeit zwischen dem manuellen Beatmungsbeutel und einem Mund des passiven Patientenmodells umfasst.

15. Atemwegsmanagement-Trainingsverfahren nach Anspruch 14, umfassend die Darstellung einer Hand des Trainingsteilnehmers, so dass dies dem nachgewiesenen ausgeübten Druck auf den oder der Biegung des Umfangs des manuellen Beatmungsbeutels entspricht.

16. Atemwegsmanagement-Trainingsverfahren nach einem der Ansprüche 10-15, umfassend die visuelle Darstellung eines Mehrzweckwerkzeugs als das mindestens eine Atemwegsmanagement-Werkzeug, auf anpassbare Weise, als mindestens eines der folgenden: ein Skalpell, eine Zange, ein Tubus, ein ET-(Endotracheal-)Tubus, Absaugung, Stethoskop, Kapnometer und Oximeter.