CN102405490B - 用于显示并且与可触检结构部交互的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于将物质注入皮肤下的医疗过程的训练辅助，其为用户提供将物质“推入”皮肤下以使升高区域平滑的感觉。所述训练设备包括具有从其突出的升高结构部的人造皮肤区域，所述升高结构部由位于人造皮肤区域下方的凸轮驱动提升器提供。所述升高结构部模拟注入物质并且可以由用户触摸和操作。

Description

用于显示并且与可触检结构部交互的系统

技术领域

本发明一般地涉及医疗模拟系统，尤其涉及一种医疗模拟设备，其允许触检模拟皮肤下的模拟肿块并且提供触觉反馈。

背景技术

真皮填充物正越来越多地被用于帮助逆转与老化相关的变化。真皮填充物的目的是将真皮(特别是脸部上的)恢复到它的初始年轻状态。因而，真皮填充物正被用于减小或消除皱纹、升高瘢痕凹陷、丰盈唇部和替换软组织体积损失。真皮填充物被注入到患者皮肤下并且正确的放置对于避免非期望结果是至关重要的。例如，注入太浅的真皮填充物可能导致患者通过表皮看到填充物产品，而注入太深的真皮填充物可能导致填充物产品未产生期望的整容矫正。另外，被注入的真皮填充物的一些触检和/或操作可能是实现/保证最佳结果所必需的。

与多数医疗程序相同，训练对于获得可接受的熟练水平和避免非期望的结果是重要的。在观看和不观看实况或视频的情况下通过讲座进行训练目前是执业医生获得经验的主要手段，但不是最佳的。“亲自动手”训练可能更理想，但是由于与之相关的许可和责任问题，很可能对于大多数执业医生是不可行的。因此，用于模拟真皮填充物注入程序的医疗模拟将是有用的训练辅助，其中执业医生可以模拟将物质注入患者皮肤下，同时触检由注入物质产生的模拟肿块。

发明内容

本发明的各实施例涉及一种用于训练将物质注入皮肤下的医疗过程的设备。所述设备为用户提供将物质“推入”皮肤下以使升高区域平滑的感觉。所述设备包括模拟皮肤的柔性外膜，所述柔性外膜具有待触检的触检区域。具有一组提升器的凸轮触检器布置在所述外膜的所述触检区域之下使得所述提升器被用于在要由用户触检的所述触检区域中创建升高结构部，其中所述一组提升器可操作地接触由凸轮轴旋转的一组凸轮。马达可操作地联接到所述凸轮轴并且具有可操作地与其联接的位置传感器，所述位置传感器被配置成基于所述马达的驱动轴的旋转位置将信号发送到模拟器。响应用户交互，例如模拟注入，由凸轮触检器机构升高触检区域中的感兴趣区域，其中与来自模拟的命令联系的来自位置传感器的信号使得可触检区域中的感兴趣区域呈现给用户。

附图说明

从如附图中所示的本发明的实施例的以下描述将显而易见本发明的前述和其他特征和优点。包含在本文中并且形成说明书的一部分的附图还用于解释本发明的原理并且使相关领域的技术人员能够制造和使用本发明。附图未按比例绘制。

图1显示了根据本发明的实施例的具有触检区域的训练系统的框图。

图2示出了根据本发明的实施例的被配置成模拟患者的脸部的外壳的透视图。

图3示出了根据本发明的实施例的凸轮触检器，其中所有提升器处于平坦、平面配置。

图4示出了图3的凸轮触检器，其中提升器的一部分处于升高配置以模拟注入物质的肿块。

图5和5A示出了根据本发明的另一个实施例的凸轮触检器。

图6示出了根据本发明的另一个实施例的凸轮触检器的俯视透视图。

图6A示出了根据本发明的另一个实施例的凸轮触检器的透视侧视图。

图7示出了根据本发明的实施例的真皮填充物注入训练系统的示例性显示。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的具体实施例，在附图中相似的参考标记表示相同或功能类似的元件。以下详细描述本质上仅仅是示例性的并且不旨在限制发明或申请和发明的使用。尽管本发明各实施例的描述是在用于模拟将物质注入皮肤下方的训练设备的背景下，但是本发明也可以适合用作认为它有用的其他医疗过程的训练辅助。此外，不应当受到在先前的技术领域、背景技术、发明内容或以下具体实施方式中呈现的任何明确表达或隐含的理论限制。

图1显示了根据本发明的实施例的具有触检区域的训练系统的框图。如图1中所示，训练系统100包括外壳110、针头垫装置和反馈组件114、注入模拟器120、触觉反馈组件130、传感器140和150、输入/输出接口160、处理器170以及视觉显示器180。外壳110包括由用户感觉的触觉区域112，触觉反馈组件130包括凸轮触检器135，并且显示器180包括虚拟环境185。在该实施例中，针头垫装置和反馈组件114、触觉反馈组件130、传感器140和150以及输入/输出接口160布置在外壳110内。

外壳110可以是支撑触检区域112的任何类型的结构。外壳110也可以被配置成使得训练系统100的若干部件布置在外壳110的外部。因此在备选实施例中，针头垫装置和反馈组件114、触觉反馈组件130的各部件、传感器140、150以及输入/输出接口160可以被布置在外壳110的外部。

图2示出了根据本发明的实施例的被配置成模拟患者脸部的外壳110的实施例。在其他实施例中，解剖结构可以模拟被模拟患者的其他身体部分，例如可以理想地用真皮填充物进行处理的任何其他部分。外壳110包括底部分113、顶部分116和延伸自顶部分116的解剖结构117。解剖结构117包括具有触检区域112的挠性外膜或覆盖物115，其模拟诸如皮肤的组织并且为用户提供模仿或假皮肤表面。在一个实施例中，外膜115可以由诸如合成橡胶(例如氯丁橡胶)的挠性材料制造，具有或不具有模拟患者表皮的织物覆盖物，其覆盖模拟患者真皮的薄泡沫层。解剖结构117可以包括具有实体部分以支撑外膜115的内部框架，并且包括外膜115中的至少一个开口119，用户可以通过所述开口用提供模拟可注入真皮填充物的注入模拟器120访问针头垫装置和反馈组件114。

在实施例中，针头垫装置和反馈组件114可以适配来自由加利福尼亚州San Jose市的Immersion，Inc.制造的虚拟IV产品系统。用户在系统软件中选择注入部位并且将注入模拟器120的针头插入开口119中，在那里针头进入针头垫装置和反馈组件114，后者跟踪针头的方位角(摆动角)、仰角(俯仰角)和插入深度。力反馈通过针头垫装置和反馈组件114被提供给用户，使得用户感觉刺穿真皮层并进入组织。在另一个实施例中，在Cunningham等人的美国专利第6,470,302号中显示和描述的脉管进路模拟系统可以由本领域的普通技术人员适配以用作根据本发明的实施例的针头垫装置和反馈组件，上述专利通过引用完整地被合并于此。

触觉反馈组件130将触觉反馈提供给触检区域112。反馈组件130包括用于驱动凸轮触检器135的马达137，如图3和4中所示。凸轮触检器135在外壳110内位于触检区域112下，以选择性地提供外膜115中的升高结构部121，如图4中所示，从解剖结构117突出的升高结构部121旨在模拟由注入真皮填充物产生的肿块并且可以由用户触检和操作。升高结构部121通过操作凸轮触检器135的凸轮轴338上的相应一组凸轮336而由处于升高配置(如图4中所示)的凸轮触检器135的一组提升器334创建。该组提升器334中的每个提升器可以随着凸轮轴338旋转顺序地升高和降低，由此提供各种升高配置。凸轮轴338的驱动端339可操作地连接到马达137(例如，可从瑞士Ag的Maxon Motor获得的111783型Maxon马达)的驱动轴。马达137可以直接连接到凸轮轴338，例如用轴联接器(例如可从伊利诺伊州Elmhurst市的McMaster-Carr Supply Company获得的9845T2型McMaster-Carr轴联接器)，或通过具有1∶1向后可驱动比率的驱动链或齿轮箱来连接。位置传感器150可操作地联接到马达137并且被配置成经由输入/输出接口160将基于马达的驱动轴位置的信号发送到处理器170。在一个实施例中，位置传感器150可以是增量旋转式编码器，例如可从华盛顿州Vancouver市的US Digital获得的具有编码轮和读取器的两件式光学编码器。在各种其他实施例中，位置传感器150可以是电位计、加速度计、解算器或倾角计。马达137是可向后驱动的，从而连同与凸轮触检器135的凸轮336的向后可驱动性一起，允许用户在触检区域112中施加外力来移动或操作升高结构部121(即，提升器334)以模拟将真皮填充物推入模拟皮肤下并由此将提升器334返回到如图3所示的平面配置。

处理器170包括在注入模拟器120被用于将真皮填充物的模拟注入施予针头垫装置和反馈组件114之后被提供有来自传感器140的信号的模拟程序。作为响应，处理器170生成引导马达137将凸轮轴338旋转到预定位置的输出，所述预定位置将该组提升器334定向成产生升高结构部或模拟肿块121。一旦产生升高结构部121，马达137保持凸轮轴338的预定位置，由此保持提升器334以及固定在触检区域112下的升高结构部121。在模拟程序中，来自位置传感器150的一个或多个信号与马达137的旋转位置相关，而所述旋转位置则与具有提升器334的相应(诸)取向的凸轮轴338的一个或多个预定旋转位置相关联。如果处理器170接收来自位置传感器150的信号(所述信号由于位置传感器150感测到凸轮轴338和相应地马达137的驱动轴上的反向运动而生成)，模拟程序则假定用户正施加外力，即，正以某种方式推动模拟肿块121，并且作为响应，处理器170生成输出，所述输出基于模拟中的规则引导马达137以通过触觉反馈组件130的模拟肿块121提供触觉反馈，从而允许或不允许其操作，和/或通过允许操作来快速地或缓慢地进行。模拟程序包括解剖结构的视觉绘制，例如邻近注入部位的解剖结构的视觉绘制，包括与皮肤、软骨、骨、肌肉和其他组织相关的物理性质的下层解剖结构的物理绘制；读取从凸轮触检器的位置传感器接收的数据；和输出用于控制凸轮触检器的数据。另外，模拟程序包括涉及、但不限于下列的参数：所注入的真皮填充物的量、注入部位周围的解剖特征、真皮填充物材料的物理性质(例如粘性)和注入速率。这些参数被输入控制反馈组件114、130的行为的模型。因而，模拟程序可以为用户提供感觉，例如使骨或软骨上的模拟注入部位处的模拟肿块平滑的更大阻力，或由于正注入更浓和/或更大量的真皮填充物，需要用户对触检区域施加更大的力来“使”模拟肿块“平滑”。

如Bailey等人的美国专利第7,289,106号中所述的模拟程序可以由本领域的普通技术人员改造以根据本发明的实施例使用，上述专利通过引用完整地被合并于此。

在图5和5A所示的另一个实施例中，凸轮触检器535包括保持提升器534的托架547。提升器托架547可以升高或降低以控制凸轮536与它们的相应提升器534的接合。提升器托架547由致动机构(未显示)升高或降低，所述致动机构包括螺钉和两个倾斜平面，使得当上紧或松开螺钉时所述平面彼此抵靠，导致凸轮536和提升器托架547之间的距离变化。在实施例中，致动机构的螺钉可以附连到马达和传感器，使得模拟程序可被用于通过计算机控制致动机构。在图5中，提升器托架547被降低或更靠近凸轮轴，由此允许提升器534更全面地接合凸轮536，并且相对于提升器托架547升高更高，由此显示更大的升高结构部或模拟肿块。在图5A中，提升器托架547被升高或移动远离凸轮轴，由此限制提升器534和凸轮536的接合，使得提升器534仅仅相对于提升器托架547稍微升高，由此显示更小、更细微的升高结构部或模拟肿块。在图5和5A的实施例中，伺服马达可以可操作地联接到凸轮触检器535以致动凸轮536。

图6示出了根据本发明的另一个实施例的用作触觉反馈组件的凸轮触检器635的俯视透视图。凸轮触检器635包括布置在独立控制行中的针尖状提升器634的阵列，每行连接到马达(未显示)和传感器或光学编码器(未显示)。在这样的实施例中，肿块621的二维操作可以由用户模拟。图6A是具有可以用于图6的阵列中或另一个触觉反馈组件中的方形或针状提升器634’的凸轮触检器635’的透视侧视图。

处理器170包括存储器部件(未在图1中显示)。存储器部件可以包括一种或多种类型的存储器。例如，存储器部件可以包括只读存储器(ROM)部件和随机存取存储器(RAM)部件。存储器部件也可以包括适合于以处理器170可检索的形式存储数据或软件的其他类型的存储器。例如，电可编程只读存储器(EPROM)、可擦电可编程只读存储器(EEPROM)、闪存以及其他合适形式的存储器可以包括在存储器部件内。取决于装置的期望功能性，处理器170也可以包括各种其他部件，例如协处理器、图形处理器等。

训练系统100被配置成使得用户(例如执业医生或临床医生)使用注入模拟器120并且在查看视觉显示器180上的虚拟环境185的同时触检触检区域112。换句话说，用户接收在触检区域112的触觉输出，同时也查看与触觉输出一起提供的虚拟环境185。图7示出了根据本发明的实施例的真皮填充物注入训练系统的示例性视觉显示器。

尽管已在上面描述了根据本发明的各种实施例，但是应当理解它们仅仅作为举例说明和例子而不是作为限制被呈现。相关领域的技术人员将显而易见可以在本文中进行形式和细节的各种变化而不脱离本发明的精神和范围。因此，本发明的外延和范围不应当由上述示例性实施例的任何一个限制，而是应当仅仅根据附带的权利要求及其等价物被限定。也将理解本文中所述的每个实施例的和本文中引用的每个文献的每个特征可以与任何其他实施例的特征组合使用。本文中所述的所有专利和出版物通过引用完整地被合并于本文中。

Claims (8)

1.一种用于训练医疗过程的设备，包括：

模拟皮肤的柔性外膜，其具有待触检的触检区域；

具有一组提升器的凸轮触检器，所述一组提升器可操作地接触由凸轮轴旋转的一组凸轮，其中所述提升器布置在所述外膜的触检区域之下并且用于在将由用户触摸的所述触检区域中产生升高结构部；

具有驱动轴的马达，所述驱动轴可操作地联接到所述凸轮轴；以及

位置传感器，其可操作地联接到所述马达并且被配置成基于所述驱动轴的旋转位置发送信号，其中响应所述信号，在所述升高结构部将触觉反馈提供给用户；

其中所述触觉反馈包括由用户逐渐展平所述升高结构部，以模拟将注入物质推入模拟皮肤下。

2.根据权利要求1所述的设备，其中逐渐展平所述升高结构部使所述提升器返回到平坦配置。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述凸轮轴的旋转顺序地升高和降低每个提升器。

4.根据权利要求1所述的设备，其中来自所述位置传感器的至少一个信号涉及所述驱动轴的特定旋转位置，所述驱动轴的特定旋转位置与所述提升器具有相应取向时所述凸轮轴的特定旋转位置相关。

5.根据权利要求4所述的设备，其中所述提升器的相应取向包括所述提升器的至少一部分处于升高配置以产生所述升高结构部。

6.根据权利要求1所述的设备，其中所述位置传感器是光学编码器。

7.根据权利要求1所述的设备，其中所述一组提升器保持在提升器托架内，所述提升器托架可以相对于所述凸轮轴升高或降低以在所述触检区域中调节由所述提升器提供的所述升高结构部的高度。

8.根据权利要求1所述的设备，其中响应所述信号，还将视觉反馈提供给用户作为视觉显示。