DE69301309T2

DE69301309T2 - Gerät zur simulation der physiologischen und physiopathologischen zustände.

Info

Publication number: DE69301309T2
Application number: DE69301309T
Authority: DE
Inventors: Dennis Refait
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-02-21
Filing date: 1993-02-17
Publication date: 1996-08-14
Anticipated expiration: 2013-02-18
Also published as: EP0627108A1; ES2081707T3; WO1993017409A1; US5513992A; DE69301309D1; FR2687821A1; EP0627108B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Simulation von physiologischen und physiopathologischen Zuständen, das zur Ausbildung bzw. Fortbildung von medizinischem Personal bestimmt ist.
In spezieller Weise ist das Gerät zum Lernen der echographischen Untersuchungstechniken für tiefliegende Organe mit einem als Sonde bezeichneten Untersuchungsmittel bestimmt, das in der Lage ist, ein Signal auszusenden und von einem Zielorgan reflektierte Signale aufzunehmen. Dies könnte insbesondere eine Ultraschallsonde für echographische und/oder Doppler-Symptomatik, insbesondere vaskuläre Symptomatik sein. Das Untersuchungsmittel könnte sich auch auf einen einfachen Geber eines Signals reduzieren, das von einem Zielorgan unter der Einwirkung eines geeigneten Aktivierungsmittels ausgesendet wird, welches physikalischer (elektromagnetische Wellen) oder chemischer (radioaktive Indikatoren) Natur sein kann.
Ein Gerät zur Simulation von kardiovaskulären Zuständen ist aus der US-A 3947974 bekannt. Die Vorrichtung umfaßt eine Mannequinpuppe, die den abzuhorchenden Patienten darstellt, ferner ein Audiosystem, welches einen Speicher über Töne besitzt, die gegebenen pathologischen Zuständen entsprechen, und ein stethoskopartiger Simulator, der dem Fühler ermöglicht, auf die Mannequinpuppe, wie auf einen Patienten einzuwirken.
Die Puppe umfaßt eine Umhüllung aus einem Material, welches die Beschaffenheit der Haut imitiert, unter welcher Unterbrecher oder Schalter an vorbestimmten Stellen angeordnet sind, an denen der Schüler, die Muschel eines Stethoskops voraussichtlich positioniert, um die Herzschläge des Patienten zu hören.
Das Audiosystem umfaßt ein Magnetband. Jedem Schalter ist eine Magnetspur des Bandes zugeordnet, auf welchem solche Töne aufgezeichnet sind, die dem entsprechen, was der Schüler hören würde, wenn er sein Stethoskop auf die gleiche Stelle auf dem Patienten setzen würde.
Der Simulator des Stethoskops ist mit dem Audiosystem verbunden, so daß die Auslesung einer Magnetspur des Bandes die Töne zu dem Lautsprecher liefert. Der Taster des Simulators ist mit einem Magneten versehen. Wenn der Taster auf eine Puppe an eine Stelle gesetzt wird, wo sich ein Schalter befindet, löst er durch die Schaffung des magnetischen Feldes das Schließen dieses Schalters aus. Die entsprechenden Töne werden alsdann in diese Einrichtungen geliefert.
Das Gerät umfaßt im übrigen mechanische Einrichtungen zur Simulierung beispielsweise der Atembewegungen, die dem Schüler eine Anzeige hinsichtlich des Ortes geben kann, wo er das Stethoskop zu plazieren hat.
In der internationalen Anmeldung WO-A-9 005 971 ist ein Gerät zur Simulierung der direkten teilweisen Betrachtung eines Organs im Inneren des menschlichen Körpers, wie es beispielsweise bei einer Endoskopie zu sehen ist, beschrieben. Es umfaßt eine Mannequin-Puppe mit einer Untersuchungszone im Inneren, die im Raum ein Organ reproduziert. Es weist eine Sonde als Simulator mit einem beweglichen Kopf mit Bezug auf eine Bezugsachse der Sonde auf, die die Simulation der Ansicht eines Organs aus einer Vielzahl von Gesichtswinkeln ermöglicht. Jeder, vor dem Kopf der Sonde gebildete Winkel in Bezug auf die Bezugsachse der Sonde entspricht einer Stellung des Kopfes der Sonde in der Untersuchungszone in der Mannequin-Puppe, die von einem Geber festgestellt wird. Dieser Geber gibt ein Signal an eine Zentraleinheit ab, die in einem Speicher das entsprechende Bild wiederfindet und es auf dem Monitor zeigt.
Gemäß der Erfindung versucht man, ein Gerät zur Simulierung einer Untersuchung durch Echographie zu realisieren, die gegebenenfalls mit einer vaskulären Untersuchung mittels des Dopplereffekts kombiniert ist (die beiden Untersuchungen werden häufig zu gleicher Zeit durchgeführt, weil sie komplementäre Ergebnisse erbringen)
Die Technik der Bilderzeugung durch Echographie verwendet die Reflexion eines Ultraschallbündels durch die Organe. Eine Echographie ermöglicht die Sichtbarmachung eines Organs, das mehr oder weniger tief in einer nicht durch Knochen eingenommenen Region sitzt. Ein das Organ repräsentierendes Bild wird zu einem gegebenen Zeitpunkt auf einem Monitor wieder aufgezeichnet. Man macht eine Folge von Bildern sichtbar, um das Verhalten des Organs während einer gegebenen Zeitperiode zu untersuchen.
Man verwendet den Dopplereffekt, um die Geschwindigkeit des Umlaufs des Blutes in den Gefäßen zu messen. Auf einem Monitor beobachtet man einen Fleck, der eine Kurve nachzeichnet, die für diese Geschwindigkeit repräsentativ ist, und man hört gleichzeitig den entsprechenden Ton beim Durchgang des Blutes an einer gegebenen Stelle des Gefäßes.
Die bekannten Simulationsgeräte der oben beschriebenen Art sind nicht ausreichend leistungsfähig in Anbelracht der Erfordernisse insbesondere hinsichtlich Prazision der Untersuchungstechnik durch Echographie oder mit dem Dopplereffekt.
Tatsächlich hat die Stellung der Untersuchungssonde und ihre Ausrichtung im Raum eine wesentliche Bedeutung für die Ausrichtung des Ultraschallbündels auf den Teil des Organs, den man zu untersuchen wünscht. Man versteht leicht, daß, wenn eine leichte Neigungsdifferenz an die Sonde angelegt wird, man dann ein Bild einer unterschiedlichen Zone des Organs empfängt.
Es ist somit wichtig, dem Schüler nicht nur die Positionierung der Sonde beizubringen, sondern auch die korrekte Ausrichtung im Raum, um das Organ unter dem gesuchten Winkel zu erreichen.
Die vorbekannten Vorrichtungen sind in dem Maße ungenügend, daß sie nur die grobe Feststellung der Stellung eines Untersuchungsmittels ermöglichen.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Gerät, das den Prazisionsanforderungen entspricht.
Zu diesem Zweck wird ein Gerät zur Simulation einer nicht-invasiven medizinischen Untersuchung von Organen vorgeschlagen, wie dies in Anspruch 1 definiert wird.
Die Geber sind sorgfältig im Bereich des zu untersuchenden Organs in Abhängigkeit der Zone des Organs angeordnet, das man zu untersuchen wünscht, wie in der Realität.
Wegen derartiger Einrichtungen kann man den Schüler lehren, die Sonde richtig zu plazieren, und zwar im Hinblick auf Sicherstellung der geeigneten Ausrichtung der Ultraschallbündel. Um dem Schüler noch genauer beizubringen, die Sonde in Abhängigkeit von dem Bild des erwünschten Organs genau zu positionieren, kann man vorsehen, nicht nur zwei Geber in Gang zu setzen, sondern drei Geber in einer geeigneten räumlichen Ausrichtung.
Gemäß der Erfindung ordnet man jeder Gruppe von mindestens zwei Gebern zusammengehörige Signale zu, die für einen gegebenen physiologischen oder physiopathologischen Zustand repräsentativ sind.
Diese Signale entsprechen audiovisuellen Daten, die in Speichermitteln aufgezeichnet sind.
Die zentrale Einheit ist dazu in der Lage, von Gruppen der Geber ausgesendete Signale zu empfangen, wenn diese von der Sonde erregt werden, und deren Herkunft zu bestimmen, um die Auslesung aus dem Speichermittel der entsprechenden audiovisuellen Daten und deren Sichtbarmachung auf einem Femsehmonitor zu steuern.
Das gerät ist gegebenenfalls mit einer Auswahlreinrichtung ausgestattet, um jederzeit die Untersuchungsart auszuwählen, beispielsweise entsprechend einer Untersuchung, sei es durch Echographie, sei es durch Dopplereffekt, so daß für die gleiche Stellung und Ausrichtung der Sonde die zentrale Einheit in der Lage ist, die Sichtbarmachung der registrierten Daten auszuwählen, die der jeweilig ausgewählten Betriebsart entspricht.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und mit Bezug auf die angefügten Zeichnungen besser verständlich. Dabei zeigt:
Fig. 1 schematisch ein Gerät gemäß Erfindung, um eine Untersuchung der Kopf schlagarterien durch Echographie und/oder Dopplereffekt zu simulieren,
Fig. 2 eine Schnittansicht zur Darstellung der Organisation der Geber in einem Netz,
Fig. 3 ein Blockschema des Geräts gemäß Erfindung. Gemäß der Ausführungsform wie in Fig. 1 gewählt und dargestellt, umfaßt das Gerät eine Mannequin-Puppe 1, ein Laufwerk 3 für Videodisk oder CD-I, einen Femsehmonitor 4 und eine Untersuchungssonde 5, die jeweils mit einer Zentraleinheit 2 verbunden sind.
Die Mannequin-Puppe 1 reproduziert die Brust und den Kopf eines Patienten. Sie ruht auf einer starren Stütze 6 und sie ist mit einer Hülle aus elastischem und schmiegsamen Material bedeckt. Geber vom Typ Magnet- Widerstände sind unter der Hülle der Mannequin-Puppe im Bereich des Halses angeordnet, wo man die rechten und linken Halsschlagadern anzutreffen gedenkt. Deren Anordnung wird später erläutert. Nicht dargestellte mechanische Einrichtungen sind ebenfalls unter der Hülle verteilt angeordnet, um das Schlagen jeder Arterie zu simulieren.
Die Mannequin-Puppe 1 ist mit der Zentraleinheit 2 über eine Kabelschnur 7 verbunden, über welche die simulierten Geber Signale an die Zentraleinheit übertragen und über welche die Zentraleinheit 2 die Bewegung der mechanischen Mittel steuert.
Die Sonde 5 wird aus einem Gehäuse gebildet, in welchem sich ein Magnet befindet, der in der Lage ist, die Geber der Mannequin-Puppe gemäß einer geraden Kontaktzone entlang der Haut der Mannequin-Puppe zu aktivieren. Die Art und Weise, wie die Sonde 5 mit den Gebern der Mannequin Puppe zusammenarbeitet, wird weiter unten beschrieben. Die Sonde enthält außerdem einen Umschalter 8, der zwei Stellungen einnehmen kann, und zwar entsprechend der Wahl der Betriebsart Echographie oder der Betriebsart Doppler. Eine Kabelschnur 9 verbindet die Sonde 5 mit der Zentraleinheit und ermöglicht insbesondere die Übertragung des Signals hinsichtlich der Stellung des Umschalters 8.
Die Zentraleinheit 2 umfaßt eine Hauptkarte, die zur Steuerung von Motoreinrichtungen der Mannequin-Puppe und zur Behandlung von Signalen programmiert ist, die von den Gebern im Hinblick auf Wiederfinden der Entsprechung mit den im Monitor rückzutragenden audiovisuellen Signalen programmiert ist.
Die Zentraleinheit umfaßt außerdem ein oder mehrere Speichereinheiten vom Typ Videodisk oder CD-I, auf denen Folgen entsprechend den gegebenen physiologischen oder physiopathologischen Zuständen gespeichert sind. Diese Folgen sind anhand von wirklichen Untersuchungen von Patienten aufgezeichnet worden und entsprechen reellen klinischen Fällen. Jedem klinischen Fall entspricht eine Gruppe von audiovisuellen Daten, wobei jedes Datum der Gruppe einer Stellung und einer speziellen Ausrichtung der Untersuchungssonde entspricht.
Die Zentraleinheit steuert die Auslesung der Sequenzen, die sie in Abhängigkeit ihrer Interpretation der übertragenen Daten von den Gebern der Mannequin-Puppe ausgewählt hat.
Die Zentraleinheit ist außerdem mit nicht dargestellten Einrichtungen versehen, beispielsweise einem Tastenfeld, das einem Benutzer ermöglicht, einen klinischen Fall auszuwählen, von dem er hofft, daß ihn das Gerät unter der Vielzahl der im Speicher verfügbaren klinischen Fälle auswählt.
Die Anordnung der Geber unter der Hülle der Mannequin-Puppe wird nunmehr mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben.
Man versucht, eine Untersuchung der Halsschlagarterie zu simulieren. Die beiden Arterien sind zu beiden Seiten des Halses an anatomischer Stellung gelegen. Die Geber werden sorgfältig im Bereich des Halses der Mannequin-Puppe in Netzen angeordnet, die sich entlang der Bahn erstrecken, die für die beiden Arterien angenommen wird. In Fig. 2 hat man schematisch ein Netz von Gebern 10 (durch Kreuze dargestellt) entlang der Bahn einer fiktiven Arterie 11, wobei die unterbrochen dargestellten Züge Verbindungslinien zwischen den Gebern darstellen.
Das Netz umfaßt an erster Stelle gemäß einer Längsaufreihung L-L' eine Folge von Gebern, senkrecht zum Durchlauf der Hauptachse der Arterie. Das Netz umfaßt andererseits eine Aufeinanderfolge von Quergruppen T&sub1;-T'&sub1;, T&sub2;T'&sub2;, ... Tn-T'n, wobei jede dieser Gruppen zwei Geber wie x&sub1;, x'&sub1; umfaßt, die zu beiden Seiten eines Gebers, beispielsweise y&sub1; in der Längsreihe L-L' gelegen sind. Die Geber y sind vorteilhafterweise in unterschiedliche Tiefe mit Bezug auf die Geber x angeordnet.
Bei der echographischen Untersuchung zeigt der Erhalt eines Signais die Anordnung der Sonde senkrecht zu einer beliebigen der Reihen T-T' in der Weise an, daß ein Paar der Geber x-x' erregt werden. Jedem Paar der Geber x-x' kann ein Geber y zugeordnet sein.
Im Falle der effektiven Aktivierung einer Gruppe, beispielsweise x&sub1;-x'&sub1; kann dieser einem Geber y, der beispielsweise y&sub1; entspricht, untergeordnet sein, was die Orientierung beispielsweise senkrecht der Sonde mit Bezug auf die Oberfläche der Mannequin-Puppe impliziert.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Sonde mit einem einzigen Magneten länglicher Form ausgerüstet, der in der Lage ist, drei Geber entlang einer Linie zu aktivieren. Die Sonde kann gleichermaßen mit mehreren Magneten ausgestattet sein, die in der gleichen Weise wie die zu aktivierenden Geber beabstandet sind. Einzig drei miteinander verbundene Geber (wie gemäß Punktierungen) und von der Sonde stimuliert, können mittels des Schnurkabels 7 ein Signal liefern, das von der Zentraleinheit 2 als Zustand interpretierbar ist, der einer audiovisuellen Sequenz zugeordnet ist. Die Erregung von drei nicht verbundenen Gebern erzeugt kein Signal auf dem Monitor.
Die Arbeitsweise des Geräts wird nunmehr mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben.
Wenn das Gerät unter Spannung ist, schlägt die Zentraleinheit dem Benutzer eine Auswahl von physiologischen oder physiopathologischen klinischen Fällen vor. Der Benutzer wählt eine davon aus. Er kann die Sorge der Auswahl der Zentraleinheit überlassen, die einen klinischen Fall zufällig auswählt.
Die Zentraleinheit steuert den Betrieb der Motormittel, die das Schlagen der Arterien simulieren.
Der Anwender wählt außerdem entweder die Betriebsart Echographie oder die Betriebsart Doppler und verschiebt die Sonde auf dem Hals der Mannequin-Puppe, beispielsweise entlang der arteriellen Bahn. Sobald der Magnet der Sonde drei unter sich verbundene Geber antrifft und wenn sie hinsichtlich des Winkels der Stelle gut positioniert ist, der gegebenenfalls durch das Netz der Geber definiert wird, werden die Geber der Gruppe stimuliert und ein Signal an die Zentraleinheit übertragen, welche die zugeordnete audiovisuelle Sequenz in Abhängigkeit auch des klinischen Falles und der zuvor ausgewählten Betriebsart aufsucht. Die Zentraleinheit steuert anschließend die Verknüpfung der Signale auf dem Monitor. Der Anwender kann jederzeit die Betriebsart ändern. Wenn er beispielsweise von der Betriebsart Echographie auf die Betriebsart Doppler übergeht, muß er die Längsfolge L-L' entsprechend der Bahn der Arterie suchen und dieser folgen, wobei jede nützliche Stellung anschließend die Aktivierung einer Gruppe von mindestens zwei Gebern y impliziert.
Dank der Intervention eines Computers zur Zentralisierung und Verwaltung der Daten ist die Antwortzeit sehr kurz und die Bilder werden quasi synchron mit der Verschiebung der Sonde erzeugt.
Die Erfindung ist nicht auf die Einzelheiten der gerade beschriebenen Ausführungsform beschränkt. Sie kann sich auf die Untersuchung von tiefen Organen verschiedener Art erstrecken: Herz, Leber, Milz, Blase, Prostata, Uterus usw. Im Falle beispielsweise der endoskopischen, abdominalen oder Gelenkuntersuchung könnte die Sichtbarmachung der verschiedenen Organe in Abhängigkeit der Ausrichtung der Sonde hinsichtlich Seiten- und Höhenwinkel simuliert werden. Bei einer Anwendung dieser Art könnte die Sonde, welche ein Endoskop simuliert, mechanisch einem Kardangelenk zugeordnet sein, das wiederum mit Gebern zusammenarbeitet, die die Ausrichtung der Sonde mit Seiten- und Höhenwinkel wiedergibt.

Claims

1. Gerät zur Simulation einer nicht-invasiven medizinischen Untersuchung von Organen, insbesondere eine echographische Untersuchung, mit folgenden Merkmalen: eine Mannequinpuppe (1) stellt den gesamten menschlichen Körper oder einen Teil hiervon dar;

die Mannequinpuppe (1) umfaßt eine Mehrzahl von Gebern, mindestens eine Erzeugungseinrichtung (4) für Signale, die für einen gegebenen physiologischen oder physiopathologischen Zustand unter der Steuerung einer Zentraleinheit (2) repräsentativ sind;

die Erzeugungseinrichtung (4) der Signale ist dazu eingerichtet, durch eine Untersuchungseinrichtung (5) der Mannequinpuppe (1) aktiviert zu werden, dadurch gekennzeichnet, daß

die Untersuchungseinrichtung eine Sonde (5) darstellt, welche eine lineare Kontaktzone mit der Mannequinpuppe umfaßt, in welcher Mittel angeordnet sind, die zur Zusammenarbeit mit Gruppen (xn-x'n) von mindestens zwei Gebern bestimmt sind, die gemäß einer gemeinsamen Achse ausgerichtet sind, und daß für die lineare Kontaktzone der auf die Haut der Mannequinpuppe platzierten Sonde jede Gruppe eine Azimutausrichtung gemäß einer Ebene definiert, die durch die gemeinsame Achse verläuft.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geber (10) in einer Ebene im Netz organisiert sind und mindestens durch Gruppen von zwei miteinander verbunden sind.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (5) mindestens einen Magnet umfaßt, der in der Lage ist, mindestens zwei Geber gemäß einer Ebene zu stimulieren, die durch die durch die beiden Geber definierten Achse durchgeht.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man jeder Gruppe von mindestens zwei Gebern eine Gesamtheit von repräsentativen Signalen hinsichtlich des physiologischen oder physiopathologischen Zustandes zuordnet.

5. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die für den physiologischen oder physiopathologischen Zustand repräsentativen Signale audiovisuelle Daten darstellen, die in Speichereinrichtungen gespeichert sind und die für einen gegebenen Zustand jeder möglichen Stellung der Sonde (5) auf der Mannequinpuppe (1) entsprechen.

6. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Einheit (2) in der Lage ist, von den durch die Sonde (5) stimulierten Gruppen der Geber emittierte Signale zu empfangen und das Auslesen der Speichereinrichtungen der entsprechenden audiovisuellen Daten zu steuern und diese auf einem Femsehmonitor (4) sichtbar zu machen.

7. Gerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtungen durch mindestens eine Bildplatte oder ein CD-I gebildet wird.

8. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Geber von der Art von Magnetwiderständen sind.

9. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (5) einen Kommutator (8) zur Auswahl zwischen zwei Betriebsarten umfaßt, und daß eine Litze (9) , welche die Sonde (5) mit der Zentraleinheit (2) verbindet, die Übertragung eines Signais ermöglicht, das für die Wahl zwischen den beiden Betriebsarten repräsentativ ist.

10. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von Hand zu betätigende Einrichtungen zur Auswahl in der zentralen Einrichtung vorgesehen sind, einen physiologischen oder physiopathologischen Zustand zu simulieren.

11. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gruppe der Geber zwei Geber umfaßt, die in einer gewissen Tiefe angeordnet sind, und einen dritten Geber, der in einer unterschiedlichen Tiefe angeordnet ist, so daß die Aktivität der drei Geber für die Untersuchungssonde außer der Seitenwinkeloder Azimutausrichtung, die durch die beiden ersten Geber definiert wird, eine Höhenwinkel- oder Standortorientierung impliziert, die durch den dritten Geber definiert wird.

12. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Zuordnung einer Untersuchungszone der Mannequinpuppe zu einem Netz von zwei Gesamtheiten der Geber, die in unterschiedlichen Tiefen unter der Haut der Mannequinpuppe angeordnet sind.