CZ27613U1 - Simulátor virtuálního pacienta - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká oblasti medicíny, zejména přístrojů pro výuku lékařského rozhodování při diagnostice a terapii v oblasti urgentní medicíny.

Dosavadní stav techniky

Lékařské simulátory virtuálního pacienta jsou obvykle založeny na počítačových programech a někdy jsou i propojené s figurínou pacienta, čímž umožňují simulovat příslušná onemocnění a reagovat na vstupy uživatele, dávat výsledky virtuálních vyšetření a reagovat na simulovanou terapii apod. Sofistikované simulátory vyžadují kombinovat strukturu scénáře daného onemocnění, příslušná numerická data, grafické objekty a v sofistikovanějších simulátorech i matematické modely.

Existující simulátory virtuálního pacienta, i s řiditelnou figurínou pacienta, umožňují naprogramovat chování virtuálního pacienta pomocí určitého, pro daný simulátor, specifického jazyka scénáře, který umožní předepsat chování pouze těch prvků simulátoru, které jsou dané jeho naprogramovanou strukturou. Tato zařízení využívají v simulátoru již předpřipravené grafické objekty a již předem naprogramovaný simulační model, tam je podle matematického modelu již vytvořen program propojený s grafickými objekty a ostatními prvky vlastního simulátoru.

Tyto simulační modely uživatel nemůže nijak měnit ani upgradovat - a chování simulátoru je ohraničené vestavěným, a naprogramovaným, simulačním modelem. Tato zařízení neumožňují automaticky propojit různé scénáře, grafické prvky a numerická data s jakýmkoliv matematickým modelem.

Podstata technického řešení

Uvedené nedostatky odstraňuje simulátor virtuálního pacienta, který sestává ze simulační jednotky, řídící jednotky a generační jednotky, jež jsou navzájem nepřetržitě propojeny datovým přenosem. Simulační jednotka je tvořena vždy komunikačním zařízením, dále interaktivním vyšetřovacím stolem a/nebo robotizovanou figurínou pacienta. Generační jednotka je tvořena modulem scénářů simulace, modulem matematických modelů, datovým modulem a modulem grafických objektů.

Simulační jednotka je zařízení, na němž se provádí vlastní simulování virtuálního pacienta. Se simulační jednotkou pracuje trénovaná osoba. Na simulační jednotce jsou prezentována data virtuálního pacienta vizuálně, na komunikačním zařízení, nebo fyzicky, na robotizované figuríně pacienta. Trénovaná osoba přes simulační jednotku žádá o výsledky simulovaných vyšetření virtuálního pacienta (rentgenové snímky, výsledky laboratorních vyšetření apod.). Prostřednictvím simulační jednotky také realizuje virtuální terapii.

Komunikační zařízení zobrazuje virtuálního pacienta jako interaktivní obrázek, na obrazovce se znázorňují výsledky vyšetření, připojené přístroje (připojená umělá plicní ventilace aj.), propojené monitory jednotky intenzivní péče apod. Prostřednictvím dialogu jsou formulovány požadavky na vyšetření a je zaváděna virtuální terapie (léky, infuze apod.).

Interaktivní multimediální simulační stůl představuje kombinaci dotykového displeje s 3D zobrazením pacienta na akutním lůžku se speciálními mechatronickými vstupně výstupními jednotkami, jejichž pomocí se simulují některá lékařská vyšetření nebo léčebné úkony (např. sledování pulzu, poslech fonendoskopem, cévkování, podávání injekcí, připojení infuze aj.).

Robotizovaná figurína pacienta reprezentuje virtuálního pacienta a je ovládána řídící jednotkou.

Tato robotizovaná figurína pacienta může simulovat dýchání i některé jiné projevy (zornicové reflexy, možnost poslechu srdečních ozev, hmatnost pulzu aj.). Robotizovaná figurína pacienta je

-1 CZ 27613 Ul připojena k řídící jednotce, která ovládá její projevy a přijímá signály o simulovaných léčebných úkonech (podávání léků apod.).

Řídící jednotka lékařského trenažéru je přes standardní vstupy pro počítačové periférie propojena s generační jednotkou a se simulační jednotkou. Řídící jednotka propojena se simulační jednotkou řídí její činnost, přijímá data od simulační jednotky a posílá ji řídící signály. Je vybavena displejem a klávesnicí. Instruktor vybírá z vygenerovaných simulačních scénářů ten scénář, který spustí na připojené simulační jednotce (k řídící jednotce může být připojeno i více simulačních jednotek). Instruktor monitoruje práci se simulační jednotkou. Může nastavit parametry simulačního scénáře, spouštět i přerušovat simulační scénář, měnit vstupy simulačního scénáře a znovu ho spouštět. Na základě monitorovaných údajů o práci se simulační jednotkou instruktor může zpětně vyhodnocovat práci trénovaných osob, řídit tzv. debriefing.

Generační jednotka je určena k vygenerování simulačního scénáře pro vlastní simulátor aje vybavena standardními propojovacími vstupy pro počítačové periférie, obrazovkou a klávesnicí. Přes tyto vstupy jsou připojeny moduly, modul scénářů simulace, modul matematických modelů, datový modul a modul grafických objektů.

Modul scénářů simulace normalizovaným způsobem popisuje strukturu scénáře výukového modulu daného onemocnění, tj. data, která jsou poskytována uživateli, (tj. lékaři nebo studentovi lékařství), a reakce trenažéru na akce uživatele, nebo reakce na žádné akce v určitém čase.

Modul matematických modelů (pro simulaci onemocnění pacienta a reakce na akce uživatele např. simulovanou léčbu) je v simulátoru propojen jak se scénářem onemocnění, tak i s grafickými objekty, např. může řídit jejich animaci, tak i s numerickými daty, které může využívat jako svůj vstup. Dále je modul matematických modelů propojen se vstupy uživatele, lékaře nebo studenta medicíny, který může zadávat modelové vstupní hodnoty. Způsob propojení modelů s grafickými objekty, numerickými daty i uživatelskými vstupy je popsán ve scénáři simulace. Vlastní matematický model je napsán ve standardizovaném jazyce MODELICA.

Datový modul obsahuje objekty zapisované jedním ze standardizovaných formátů pro zápis numerických dat pro vstup/výstup. Numerická data slouží pro nastavení numerických parametrů modelu a počátečních hodnot proměnných, a jako numerická data zobrazovaná simulační jednotkou ve scénářích (v případech kdy numerická data nejsou výstupem modelu běžícího na pozadí simulátoru).

Modul grafických objektů, zapsaných ve standardizovaných formátech, obsahuje objekty, které simulační jednotka bude využívat pro zobrazení komponent scénářů virtuálního pacienta (např. RTG snímky, 3D objekty robotizované figuríny pacienta a lékařských přístrojů apod.).

Uvedené zařízení dle technického řešení umožňuje automatizovat propojení fyzických vjemů ze simulační jednotky a scénáře simulovaného onemocnění s grafickými objekty, numerickými daty a matematickým modelem.

Simulační jednotka simuluje do jisté míry rovněž informační systém nemocnice. Zde je výhoda v tom, že se dá „urychlit“ čas - např. posunout stav pacienta o hodinu, den, atd. Tím pak lékařský personál dostane výsledky vyšetření prakticky okamžitě, ale simulační čas - i stav pacienta se posune jako v reálném čase.

Technické řešení umožňuje automatizovat propojení scénáře simulovaného onemocnění s grafickými objekty, numerickými daty a matematickým modelem, zapsaným jako text v modelovacím jazyce MODELICA. To dává tréninkovému procesu velkou flexibilitu, jelikož umožňuje automaticky propojit různé scénáře, grafické prvky a numerická data s jakýmkoliv matematickým modelem zapsaným ve standardizovaném jazyku MODELICA a vygenerovat simulátor příslušného onemocnění.

Objasnění výkresu

Na přiloženém obrázku je schematicky znázorněno zapojení simulátoru virtuálního pacienta podle tohoto technického řešení.

-2CZ 27613 Ul

Příklady provedení technického řešení

Simulátor virtuálního pacienta sestává ze simulační jednotky I, řídící jednotky 2 a generační jednotky 3 navzájem trvale propojenými datovým přenosem. Simulační jednotka I je tvořena komunikačním zařízením 4, interaktivním vyšetřovacím stolem 5 a robotizovanou figurínou 6 pacienta. Generační jednotka 3 je tvořena modulem 7 scénářů simulace, modulem 8 matematických modelů, datovým modulem 9 a modulem 10 grafických objektů.

Do generační jednotky 3 se zadají data standardními počítačovými vstupy - tj. např. připojením na Internet z nějakého serveru, připojením paměťového média (např. USB) apod., přičemž model v jazyku MODELICA je textový dokument, scénář je textový soubor ve formátu XML, grafická data jsou data ve standardizovaných grafických formátech, numerická data jsou zadána jako textový soubor číselných hodnot oddělených dohodnutým způsobem. Generační jednotka 3 zpracuje všechna zadaná data a výstupem je simulační scénář pro řídící jednotku 2 lékařského trenažéru, v podstatě zdrojový text programu realizujícího daný scénář.

Instruktor vybere z paměti řídící jednotky 2 požadovaný uložený scénář z modulu 7 scénářů simulace a zadá ho do připojené simulační jednotky 1 - to může být v nejjednodušším případě komunikační zařízení 4 - počítač nebo tablet, ve složitějším případě interaktivní vyšetřovací stůl 5, a v nej složitějším případě robotizovaná figurína 6 pacienta. Instruktor sleduje prostřednictvím řídící jednotky 2 počínání lékařského personálu „léčícího“ virtuálního pacienta. Může tento simulační scénář zastavit, vrátit zpátky, aby si např. studenti mohli zkusit jinou variantu postupu, a také může s lékařským personálem po ukončení simulačního scénáře probrat jednotlivé kroky jejich postupu a ukázat, které byly zvoleny správně a které správně zvoleny nebyly, protože se průběžně zaznamenává vše, co „lékařský personál“ provedl, a jestli správně určili diagnózu, tzv. debriefing.

Vizuální vyšetření je, v případě, že je užit interaktivní vyšetřovací stůl 5 a/nebo komunikační zařízení 4, realizováno obrázkem pacienta v 3D zobrazení, kde si ho prostřednictvím modulu 10 grafických objektů může „lékařský personál“ natočit dle potřeby. Zároveň se může dívat i na simulované připojené pacientské monitory na interaktivním obrázku. Zároveň na obrazovce se mohou zobrazit další vyžádané výstupy - jako RTG, EKG křivka, obrázek echo vyšetření atd.

Pokud probíhá simulace i na robotizované figuríně 6 pacienta, tak podle jejího vybavení je možné pozorovat dechové pohyby, hmatat pulz, vyšetřovat reflexy apod. I u robotizované figuríny 6 pacienta je však nutné komunikační zařízení 4, pomocí kterého je možno prohlížet výsledky vyšetření apod. Manuální vyšetření se provede na robotizované figuríně 6 pacienta nebo na interaktivním vyšetřovacím stole 5 pomocí speciálních mechatronických vstupně výstupních jednotek např. sledování pulzu, poslech fonendoskopem apod. Je možné provádět i některé úkony, podle druhu připojené jednotky - cévkování, podávání injekcí, připojení infuze aj. Maximálním navozením reality je využití mechatronických jednotek pro vstup dat, protože je skutečný rozdíl mezi podáním injekce nebo napojením infuze pomocí stisku knoflíku na obrazovce nebo mezi skutečně prováděnou činností (třeba simulovanou) např. i z hlediska času, nebo nutnosti mít potřebné vybavení (stříkačku a ampulky) v dosahu trénované osoby.

Simulační jednotka i simuluje do jisté míry rovněž informační systém zdravotnického zařízení. Zde je výhoda v tom, že simulační jednotka umožňuje urychlit čas - např. posunout stav pacienta o hodinu, den atd. Tím pak lékařský personál dostane výsledky vyšetření prakticky okamžitě, ale simulační čas - i stav pacienta se posune jako v reálném čase.

Zkoušený personál si postupně na připojeném komunikačním zařízení 4 simulační jednotky i vyplňuje chorobopis, jako ve zdravotnickém zařízení, zda je určená diagnóza správná ci ne se dozví až podle výsledků debriefingu, případně, pokud je ve scénáři při úmrtí ještě pamatováno na pitvu, tak ze simulovaného pitevního protokolu.

Na konci scénáře probíhá vyhodnocení tréninku - instruktor má monitorovány veškeré údaje o úkonech „lékařského personálu“, a také na základě toho, že instruktor zná skutečně nastavené choroby ve scénáři, může vyhodnotit počínání lékařského personálu. Může se dokonce o jeden či několik kroků vrátit zpět a spustit simulaci (tlačítku „reset“, nebo „zpět“) k opravě postupu.

-3CZ 27613 Ul

Průmyslová využitelnost

Simulátor virtuálního pacienta podle tohoto technického řešení se s výhodou využije při výuce a tréninku dovedností zdravotnického personálu.

Claims (3)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   5 1. Simulátor virtuálního pacienta, vyznačující se tím, že sestává ze simulační jednotky (1), řídící jednotky (2) a generační jednotky (3), které jsou navzájem nepřetržitě propojeny datovým přenosem.
2. 2. Simulátor virtuálního pacienta podle nároku 1, vyznačující se tím, že simulační jednotka (1) je tvořena komunikačním zařízením (4), dále případně interaktivním vyšetřoío vacím stolem (5) a/nebo robotizovanou figurínou (6) pacienta.
3. 3. Simulátor virtuálního pacienta podle nároku 1, vyznačující se tím, že generační jednotka (3) je tvořena modulem (7) scénářů simulace, modulem (8) matematických modelů, datovým modulem (9) a modulem (10) grafických objektů.