ES2301660T3 - Simulador de parto. - Google Patents
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Abstract
Simulador de partos con las siguientes características: - un torso de seno materno (1) de material flexible, - un modelo de feto (2) de material flexible dispuesto dentro del torso de seno materno (1), manteniéndose preferentemente las relaciones de forma y tamaño naturales y la háptica, estando conectado el modelo de feto (2) con - un accionamiento controlable (5) a través de un dispositivo de acoplamiento (7) para mover el modelo de feto (2) en el torso de seno materno (1) o para empujarlo fuera del torso de seno materno (1) a través del canal del parto, y - estando previsto un dispositivo de mando programable que presenta un ordenador para controlar el accionamiento (5), caracterizado porque - está previsto un sistema de sensores para detectar fuerzas y movimientos aplicados por una persona que realiza un examen con las manos o con instrumentos médicos sobre el torso de seno materno (1) o sobre el modelo de feto (2), estando dispuestos los sensores del sistema de sensores en el dispositivo de acoplamiento (7) y/o en los elementos de accionamiento (5), y - el dispositivo de mando presenta - una regulación de admitancia o - una regulación de impedancia para activar los elementos de accionamiento (5), estando configurado el dispositivo de mando de tal modo las señales de medición suministradas por el sistema de sensores son transmitidas al ordenador, en el que está instalado - un programa de simulación que, en cooperación con la regulación de admitancia o con la regulación de impedancia del dispositivo de mando, hace que los elementos de accionamiento (8) muevan el modelo de feto (2) cuando se aplica una fuerza exterior sobre el mismo, de tal modo que el modelo de feto (2) realiza movimientos correspondientes al comportamiento de movimiento natural de un feto en el seno materno durante el examen correspondiente o durante la etapa de parto correspondiente.
Description
Simulador de parto.
La invención se refiere a un simulador de partos
para reproducir métodos de tratamiento prenatales y simular
determinadas situaciones durante el proceso del parto.
La formación de matronas y ginecólogos resulta
muy costosa, ya que, por diferentes razones, las maniobras a
ejercitar o la utilización de instrumentos médicos (por ejemplo
ventosas) sólo se pueden llevar a cabo de forma muy limitada en las
propias embarazadas. Precisamente en las situaciones de emergencia
complejas no es posible o éticamente justificable la participación
activa de personas sin experiencia en la asistencia al parto.
Además, los casos de los problemas más diversos frecuentemente no se
producen de forma previsible, por lo que las matronas y ginecólogos
han de estar presentes en partos de forma relativamente pasiva
durante largos períodos de tiempo. La formación activa sólo puede
comenzar después de un gran avance de la formación pasiva. En este
contexto, todas las manipulaciones han de ser supervisadas por
especialistas médicos con experiencia para que el nivel de riesgo
residual para la madre y el hijo sea bajo.
Hasta ahora se han utilizado modelos corporales,
películas y animaciones por ordenador para apoyar la formación
ginecológica. Existen modelos de plástico duro desmontables que
permiten una visualización tridimensional de relaciones anatómicas,
fisiológicas o patológicas. También se conocen modelos elásticos
blandos que han de imitar del mejor modo posible las propiedades
táctiles humanas, es decir, en un seno materno está dispuesto un
muñeco de feto deformable.
Las matronas y ginecólogos a formar pueden tocar
estos modelos y ejercitar determinadas maniobras básicas, y se
pueden grabar en la memoria las relaciones espaciales, como por
ejemplo las posiciones del feto.
Sin embargo, dado que los modelos corporales,
películas o animaciones por ordenador conocidos del estado actual
de la técnica no son suficientemente adecuados para una formación
cercana a la realidad, la invención tiene por objetivo crear un
dispositivo para reproducir métodos de tratamiento prenatales y
simular determinadas situaciones durante el proceso del parto, con
el fin de que las maniobras necesarias puedan ser aprendidas o
ensayadas de forma esencialmente más eficaz. En lo sucesivo, este
dispositivo se designará únicamente como "simulador de
partos".
Este objetivo se resuelve mediante un simulador
de partos según la reivindicación 1.
Un torso de seno materno preferentemente de
plástico elástico blando o de un material con propiedades
similares, que presenta la forma y dureza, y en consecuencia la
háptica, de un cuerpo humano natural, tiene una cavidad de útero de
un material con la elasticidad del caucho. La cavidad de útero está
configurada de tal modo que en ella se puede introducir un modelo
de feto de plástico elástico blando, correspondiendo la forma, el
tamaño y la posición de la cavidad de útero y del modelo de feto a
la situación natural. De acuerdo con la invención, el modelo de
feto está conectado mecánicamente con un accionamiento por motor a
través de un dispositivo de acoplamiento. También está previsto un
dispositivo de activación programable para activar el accionamiento
mecánico, de modo que el modelo de feto se puede mover dentro de la
cavidad de útero de acuerdo con un ciclo de movimientos libremente
programable o puede ser sacado del torso de seno materno a través
del canal del parto.
También están previstos un sistema de sensores
para detectar fuerzas y movimientos y un programa de simulación
para simular fuerzas y movimientos de reacción. Por ejemplo, si una
persona que realiza un examen aprieta el torso de seno materno con
las manos, o si toca el modelo de feto directamente con las manos o
lo agarra con un instrumento médico, los sensores del sistema de
sensores miden las fuerzas aplicadas. Para los especialistas es
evidente que al mismo tiempo también se pueden determinar directa o
indirectamente las direcciones de dichas fuerzas. Los sensores
están dispuestos en el dispositivo de acoplamiento y/o en los
elementos de accionamiento. En el ordenador del dispositivo de
mando se ejecuta el programa de simulación, que transforma las
señales de medición suministradas por el sistema de sensores en
señales de fuerzas y movimientos de reacción. Estas señales de
fuerzas y movimientos de reacción son transmitidas al dispositivo de
mando, que regula los elementos de accionamiento de tal modo que,
cuando una persona ejerce una fuerza característica sobre el modelo
de feto, los elementos de accionamiento mueven el modelo de feto de
forma que éste efectúa un movimiento de reacción adecuado que
corresponde al comportamiento de movimiento natural del feto en la
situación médica en cuestión. De este modo se transmite a la
matrona o la persona a formar la sensación de un feto "vivo".
Esto posibilita por primera vez unos métodos de formación
completamente novedosos en el campo de la asistencia a las
embarazadas y la asistencia al parto. Mediante un simple cambio de
programa, es decir, apretando un botón, se pueden simular las
situaciones clínicas y los patrones de reacción de movimiento más
diversos del feto natural.
La ventaja de la invención consiste en que
ofrece la posibilidad de simular diferentes situaciones médicas, es
decir procesos que se desarrollan en el tiempo antes del parto y
durante el mismo, en un modelo corporal palpable y móvil. El modelo
se puede tocar con las manos, por ejemplo para percibir cómo el feto
es empujado por el canal del parto. También se puede ensayar la
utilización correcta de instrumentos, como por ejemplo el uso de un
fórceps o una ventosa. La posibilidad de poder ajustar otra
situación médica mediante un cambio de programa, es decir,
"apretando un botón", es especialmente importante.
De acuerdo con la reivindicación 2, el modelo de
feto está conectado con varios accionamientos mecánicos activables,
con lo que también se pueden simular movimientos complicados del
feto que corresponden en gran medida a los movimientos naturales
del mismo. Preferentemente, los diferentes accionamientos también
pueden estar reunidos en un robot multiarticulado.
De acuerdo con la reivindicación 3,
adicionalmente está previsto un dispositivo de visualización óptica
que está conectado con el ordenador del dispositivo de mando a
través de una vía de señales. Este dispositivo de visualización
puede consistir en un monitor o unas gafas de datos. Durante una
simulación se pueden reproducir diferentes informaciones visuales.
Por ejemplo, cuando se simula una situación especial de un parto, de
forma sincrónica se reproduce una película que muestra por ejemplo
la misma situación en un parto natural. Pero también se pueden
elegir otros tipos de representación, como por ejemplo una película
radiográfica.
De acuerdo con la reivindicación 4, el
dispositivo de visualización óptica también muestra indicaciones e
información adicional. Para la formación resulta especialmente útil
que se inserten por ejemplo indicaciones adicionales sobre
situaciones de riesgo.
De acuerdo con la reivindicación 5,
adicionalmente está previsto un generador acústico para producir
los sonidos típicos. Se pueden reproducir tanto sonidos del feto
como sonidos de la madre. Los sonidos se pueden producir
artificialmente o ser de origen natural, es decir, tratarse de
grabaciones en cintas magnetofónicas registradas durante una
situación natural correspondiente. A través de esta medida, la
persona a formar recibe una impresión muy próxima a la realidad si,
por ejemplo, en caso de unas contracciones de parto intensas al
mismo tiempo se reproducen los quejidos de la parturienta.
De acuerdo con la reivindicación 6, los
generadores acústicos están integrados en el torso de seno materno.
De este modo se pueden simular con mucha verosimilitud en particular
los sonidos producidos por el feto.
De acuerdo con la reivindicación 7 se presenta
un modelo de feto concebido para ser utilizado en un simulador de
partos según las reivindicaciones 1 a 6. El modelo de feto presenta
sensores de desplazamiento y/o de fuerza y/o de presión, que están
conectados con el ordenador del dispositivo de mando a través de una
vía de señales, en la zona del cuello y/o en la zona de la bóveda
del cráneo, que consiste en segmentos deformables.
Este modelo de feto, al ser utilizado con un
simulador de partos según la reivindicación 1, permite obtener
información adicional que mejora el aprendizaje. De este modo se
pueden registrar por ejemplo las fuerzas aplicadas al feto mientras
una persona formada simula un parto en el simulador de partos.
También se procede del mismo modo en caso de una persona a formar.
A continuación se comparan y evalúan las dos evoluciones de
fuerzas.
Un lugar preferente para la disposición de un
sensor de fuerzas y/o momentos es el cuello del modelo de feto. Un
lugar preferente para la disposición de transductores de
desplazamiento o sensores de presión es la zona del cráneo del
modelo de feto. Si están previstos transductores de desplazamiento,
el cráneo es deformable análogamente a un cráneo de feto natural y
presenta segmentos de cráneo desplazables cuyos desplazamientos son
medidos por los transductores de desplazamiento.
La información de los sensores del modelo de
feto se utilizan para preparar una mayor y más exacta información
sobre fuerzas y/o momentos para el cálculo las fuerzas de reacción y
los movimientos de reacción correspondientes. Además se ha de
mencionar que, si los especialistas así lo requieren, también se
pueden disponer otros sensores en lugares adecuados del feto o
también del torso de seno materno si ello es necesario para la
obtención de señales en la realización de una simulación de
movimiento concreta. Por ejemplo, se pueden disponer sensores de
presión en la zona del seno del torso de seno materno.
La invención se describe más detalladamente a
continuación mediante ejemplos de realización con referencia a
dibujos esquemáticos.
La figura 1 muestra una representación
esquemática de una primera forma de realización activa de la
invención.
La figura 2 muestra una representación
esquemática de una segunda forma de realización activa de la
invención.
La figura 3 muestra una representación
esquemática de una tercera forma de realización activa de la
invención.
La figura 4 muestra una representación
esquemática de una cuarta forma de realización activa de la
invención.
La figura 5 muestra una representación
esquemática de una quinta forma de realización activa de la
invención.
La figura 6 muestra una representación
esquemática de una sexta forma de realización activa de la
invención.
La figura 7 muestra una representación
esquemática de una primera forma de realización de una segunda
invención.
La figura 8 muestra una representación
esquemática de una segunda forma de realización de una segunda
invención.
La figura 9 muestra una forma de realización
interactiva de la invención.
La figura 10 muestra un primer algoritmo de
regulación para una forma de realización interactiva de la
invención.
La figura 11 muestra un segundo algoritmo de
regulación para una forma de realización interactiva de la
invención.
La figura 1 muestra la sección transversal de un
simulador de partos con la forma y el tamaño de un torso de seno
materno 1 de una embarazada con un modelo de feto 2. El torso de
seno materno 1 está dispuesto de forma fija por la zona 3 sobre una
base, por ejemplo una mesa. El modelo de feto 2 se encuentra dentro
de una cavidad 4 que simula el útero. El torso de seno materno 1 y
el modelo de feto 2 están hechos de un plástico elástico blando. Un
accionamiento lineal 5 está conectado con el modelo de feto 2 a
través de un sensor de fuerza 6. El accionamiento lineal 5 tiene un
dispositivo de detección de posición interno en forma de un sistema
de medición de longitudes y posibilita un movimiento alterno en la
dirección de la flecha 5a. El sensor de fuerza 6 está unido con el
modelo de feto 2 a través de una articulación esférica 7a. Cuando
el accionamiento lineal 5 empuja el modelo de feto 2 a través del
canal del parto, una persona a formar ha de sujetar y guiar el
modelo de feto 2 como en un parto verdadero. El sensor de fuerza 6
registra las fuerzas que actúan en este proceso y una electrónica
de evaluación las procesa como señales de medición de fuerza y las
almacena en un dispositivo de memoria en forma de datos de medición
de fuerza. Las evoluciones de fuerza y movimiento registrables en
un parto simulado se comparan con evoluciones de fuerza y movimiento
normalizadas y almacenadas en memoria. A partir de las desviaciones
entre las evoluciones de fuerza y movimiento registradas y las
evoluciones de fuerza y movimiento normalizadas y almacenadas en
memoria se pueden sacar conclusiones sobre el éxito del
entrenamiento de la persona a formar.
La figura 2 muestra una disposición en principio
igual a la de la figura 1, pero en la que el accionamiento lineal 5
además del movimiento alterno 5a también permite un movimiento de
rotación 5b. A diferencia de la figura 1, el lugar de acoplamiento
entre el modelo de feto 2 y el sensor de fuerza 6 está configurado
como un elemento elástico 7b rígido a la torsión.
La figura 3 muestra una disposición en principio
igual a la de la figura 2, pero en la que el accionamiento lineal 5
además de los movimientos 5a y 5b también permite un movimiento de
giro 5c adicional. A diferencia de la figura 1 ó 2, el lugar de
acoplamiento entre el modelo de feto 2 y el sensor de fuerza 6 está
configurado de forma rígida.
La figura 4 muestra una disposición en principio
igual a la de la figura 3, pero en la que el accionamiento lineal 5
además de los movimientos 5a, 5b y 5c también efectúa un movimiento
adicional 5d que es perpendicular a la dirección del movimiento 5a.
El lugar de acoplamiento entre el modelo de feto 2 y el sensor de
fuerza 6 también está configurado de forma rígida.
La figura 5 muestra un accionamiento lineal 5
que consiste en tres accionamientos individuales 5_{1}, 5_{2} y
5_{3} cuyos extremos están articulados de forma giratoria en un
apoyo 8 y una placa 9. La placa 9 está unida de forma rígida con un
soporte de dos puntos 10 a través del sensor de fuerza 6. El soporte
de dos puntos 10 fija el modelo de feto 2 en los puntos 11 y 12.
La figura 6 muestra un accionamiento lineal 5
que, como se ha descrito con referencia a la figura 5, también
consiste en tres accionamientos individuales 5_{1}, 5_{2} y
5_{3} cuyos extremos están articulados de forma giratoria en los
apoyos 8_{1}, 8_{2} y 8_{3}, respectivamente. Los extremos
que se extienden hacia el modelo de feto 2 están articulados en
éste de forma giratoria en diferentes puntos 2_{1}, 2_{2} y
2_{3}.
Mediante los dibujos esquemáticos y las
anteriores explicaciones, los especialistas verán claramente cómo
mediante los diversos accionamientos se pueden realizar movimientos
del modelo de feto similares a los reales con diferentes grados de
libertad.
La figura 7 muestra un modelo de feto 2 cuya
cabeza está unida con el tronco a través de un sensor de fuerza y
momento de giro 13. Durante la simulación de partos es especialmente
importante ensayar maniobras en la cabeza del modelo de feto 2. En
este proceso, el cuello del feto es sometido a un esfuerzo
particular. Por ello, durante la supervisión de un parto simulado
es especialmente importante controlar las maniobras realizadas en
la cabeza, y esto es posible con esta forma de realización de un
modelo de feto. Los especialistas disponen de procedimientos de
transmisión tanto por cable como inalámbricos para la transmisión de
las señales de medición eléctricas.
La figura 8 muestra un modelo de feto 2 en cuya
cabeza, en comparación con la representación de la figura 7, se han
dispuesto adicionalmente sensores de desplazamiento y presión 14 en
la zona del cráneo. Además, las secciones individuales de la bóveda
del cráneo del modelo de feto 2 están configuradas de forma
desplazable. Por ejemplo, si se simula un parto, las secciones de
la bóveda del cráneo se desplazan como en el proceso de parto
natural, y durante el entrenamiento se ha de observar que los
desplazamientos no superen los límites médicos predeterminados.
Mediante los sensores de desplazamiento y presión se pueden
registrar los desplazamientos y presiones durante un parto
simulado, y a partir de los datos obtenidos se puede evaluar si la
persona a formar sujeta y dirige correctamente la cabeza del modelo
de feto. Se deja a criterio de los especialistas la elección y
utilización de sensores de desplazamiento y presión adecuados y la
técnica de procesamiento de señales apropiada para ello.
\newpage
La figura 9 muestra esquemáticamente la sección
transversal de un simulador de partos en forma de un torso de
abdomen 1 de una embarazada con un modelo de feto 2. El torso de
abdomen 1 está dispuesto de forma fija por la zona 3 sobre un base,
por ejemplo una mesa. El modelo de feto 2 se encuentra dentro de una
cavidad 4 que simula el útero. El torso de abdomen 1 y el modelo de
feto 2 están hechos de un plástico elástico blando. Un robot de
seis articulaciones 5 con cinemática en serie está conectado con el
modelo de feto 2 a través de un sensor de fuerzas y momentos de
seis componentes 6.
Cuando el robot 5 empuja el modelo de feto 2 por
el canal del parto durante un parto simulado, una persona a formar
ha de sujetar y dirigir el modelo de feto 2 como en un parto real.
El sensor de fuerzas y momentos de seis componentes 6 registra las
fuerzas y momentos aplicados durante este procedimiento, los
transforma en señales eléctricas y los transmite a un dispositivo
de mando y regulación.
El robot presenta una cinemática en serie, es
decir, varios segmentos de robot están unidos entre sí en serie a
través de ejes de giro accionados de forma activa. Las direcciones
de los ejes de giro se han elegido de tal modo que el efector
terminal del robot con modelo de feto acoplado al sensor de fuerzas
y momentos de seis componentes 6 se pueda mover en seis grados de
libertad (tres posiciones y tres orientaciones). Las posiciones
angulares del robot se registran a través de sensores de ángulo de
articulación internos y se transmiten al dispositivo de mando y
regulación. A partir de los datos de los ángulos de articulación se
determina la posición del modelo de feto 2 en el espacio.
Si una persona toca con las manos el modelo de
feto 2 indirectamente a través de la pared abdominal elástica 6 o
también directamente, dicha persona induce un movimiento a través de
las fuerzas aplicadas sobre el modelo de feto 2 con las manos o
mediante un instrumento médico. El modelo de feto 2 reacciona a ello
de acuerdo con un patrón de movimientos que corresponde a un
movimiento de reacción real de un feto natural.
En principio, la inducción de movimiento del
modelo de feto puede tener lugar de acuerdo con dos métodos:
El primer método consiste en la regulación de
admitancia representada en la figura 10, según la cual el sensor de
fuerzas y momentos de seis componentes 6 registra las fuerzas
aplicadas durante el contacto con el modelo de feto 2 y las
transmite al ordenador con el programa de simulación. Éste calcula
el movimiento resultante del modelo de feto 2 y lo transmite como
magnitud nominal al sistema de control del robot. El sistema de
control del robot compara el movimiento nominal calculado con el
movimiento de robot medido y suministra corrientes de motor al
robot de modo que la desviación entre el movimiento medido y el
movimiento calculado sea mínima.
El segundo método consiste en la regulación de
impedancia representada en la figura 11, según la cual los cambios
de posición y orientación forzados por el efecto de fuerzas y
momentos se registran y se transmiten al ordenador con el programa
de simulación. Después se calculan las fuerzas y momentos
correspondientes y se transmiten en forma de magnitudes nominales
al sistema de control del robot. El sistema de control del robot
compara las fuerzas y momentos nominales calculados con las fuerzas
y momentos reales, y mueve el robot de tal modo que la desviación
existente sea mínima.
Por consiguiente, el programa de simulación para
el cálculo de la simulación de parto incluye un modelo informático
que contiene las relaciones biomecánicas entre la pelvis, el útero,
los ligamentos, los tendones, la piel y la musculatura de la madre
y el cuerpo del modelo de feto. Describe las relaciones estáticas y
dinámicas entre las fuerzas y momentos aplicados sobre el modelo de
feto por una persona, por ejemplo una matrona a formar, y las
posiciones y movimientos del feto con respecto a las
posiciones/orientaciones espaciales y sus derivaciones, es decir,
velocidades y aceleraciones en relación con el cuerpo de la madre.
De este modo, a partir de las fuerzas y momentos medidos se pueden
calcular los movimientos del modelo de feto 3 resultantes
(regulación de admitancia), o a partir del movimiento medido del
feto se pueden calcular las fuerzas y momentos correspondientes
(regulación de impedancia) que son transmitidos a la persona que
está realizando la actuación.
Mediante la regulación de las actuaciones de
fuerzas mecánicas 5, la persona que está realizando la actuación
tiene la impresión subjetiva táctil de una reacción real. Mediante
una elección correspondiente de los parámetros en el cálculo de
simulación de parto no sólo se pueden simular procesos de parto o
movimientos de feto normales, sino que también se pueden
representar y mostrar gráficamente situaciones extraordinarias y
casos problemáticos.
En la forma de realización de la invención según
la figura 9, a partir de la información de movimiento preparada en
la simulación de parto, en un cálculo de animación de movimiento se
determinan los movimientos y deformaciones de los componentes
anatómicos, como por ejemplo la pelvis, el útero, los ligamentos,
los tendones, la piel y la musculatura de la madre y del feto, y se
visualizan en tiempo real en un monitor 7. Se pueden elegir
diferentes tipos de representación, como por ejemplo la
representación de tipo radiográfico mostrada o una representación
de tipo imagen ultrasónica, pudiendo destacarse en color por ejemplo
secciones especialmente expuestas a riesgo o lesiones. También es
posible cambiar entre diferentes tipos de representación. Dado que
la información visual se transmite simultáneamente con la
información táctil de la persona que está realizando la actuación,
ésta recibe una impresión muy realista.
En la forma de realización de la invención de
acuerdo con la figura 9, a partir de los cálculos biomecánicos
también se determinan valores límite de dolor que, si son superados,
emiten una orden para reproducir una muestra de sonido. Estas
muestras de sonido están almacenadas en una memoria, se solicitan
bajo demanda y se reproducen a través de un sistema de altavoces
estéreo 8. Por ejemplo, el sonido de un quejido de dolor en caso de
una maniobra errónea tiene un efecto psicológico de aprendizaje
persistente para la persona que está realizando la actuación.
A continuación se dan indicaciones más amplias
con respecto a la realización del actuador y su control.
El actuador se verificó mediante un robot
industrial Stäubli RX90 de seis ejes. El ordenador de control
original del robot requiere tiempos de ciclo de más de 16 ms, que
son relativamente largos. Para un funcionamiento estable del
simulador de partos y una representación sin fallos y cercana a la
realidad de propiedades biomecánicas, eventualmente se requieren
velocidades de muestreo más altas en la región de kHz bajo
condiciones de tiempo real y una alta capacidad de cálculo para la
ejecución del procedimiento de regulación basado en modelos. Por
este motivo se ha dispuesto paralelamente una activación basada en
PC. Mediante un conmutador, los sensores de ángulo, fuerza y
momento y las señales analógicas para los amplificadores de
articulación electrónicos se pueden conmutar del ordenador Stäubli
al PC, donde tiene lugar una adquisición/emisión de señales mediante
tarjetas PCI correspondientes. De este modo, en el PC se puede
ejecutar la regulación arriba describa basada en interfaces de
momentos de articulación mediante la configuración de los
amplificadores de articulación electrónicos sobre una regulación de
corriente. Por consiguiente, el tiempo de muestreo se puede acortar
a 250 \mus gracias a la capacidad de cálculo considerablemente
más alta del PC, lo que produce resultados considerablemente
mejores que los obtenidos con la arquitectura original. Una ventaja
de este procedimiento consiste en que se mantienen y se pueden
seguir utilizando todos los demás componentes originales, como los
amplificadores de articulación, la electrónica de seguridad para
frenos y el circuito de parada de emergencia, y también la
alimentación de corriente.
A continuación se dan indicaciones más amplias
con respecto a la realización del modelo biomecánico.
Para realizar la invención se ha de desarrollar
el modelo biomecánico que sirve de base a la misma. En el modelo
biomecánico se representa la relación entre las cargas, es decir,
fuerzas y momentos (causa), aplicadas desde fuera (usuario) sobre
el feto, y el movimiento o posición correspondiente (efecto). El
tipo de regulación determina si en la representación matemática se
describe el principio de causa-efecto o de
efecto-causa. En la regulación de admitancia se
requiere un modelo inverso, es decir, se determinan las causas
(fuerzas, momentos) en función de los efectos (posiciones,
velocidades). Por el contrario, en la regulación de impedancia se
determinan los efectos a partir de las causas en un modelo dinámico
directo (también denominado modelo de avance). El tipo de
determinación, es decir, inversa o directa, sólo tiene una
importancia secundaria para el modo de creación de modelos. A
continuación se esboza un ejemplo de creación de modelos en sentido
directo.
El feto tiene una forma/geometría determinada
condicionada por su anatomía, que en el caso más simple se puede
considerar como rígida e inflexible. Sin embargo, parece razonable
suponer que la forma del feto cambie pasivamente de modo
viscoelástico cuando se apliquen sobre el feto fuerzas ejercidas por
el usuario o por el contacto con secciones del seno materno.
Igualmente, el seno materno, que consiste en el útero, el abdomen,
el canal del parto, la pelvis, etc., posee determinadas propiedades
geométricas y viscoelásticas.
Si el usuario ejerce una fuerza y/o un momento
sobre el feto, estas cargas se transmiten a través del feto a los
lugares de contacto feto-madre (por ejemplo en el
útero o en el canal del parto). En estos lugares se producen
movimientos relativos por deformación y rozamiento. Dependiendo de
la configuración de las propiedades geométricas y viscoelásticas de
las secciones corporales fetales y maternas correspondientes (es
decir, afectadas), se producen movimientos más o menos claros (en
este contexto, "claro" quiere decir: rápido o con una magnitud
perceptible). Por consiguiente, se puede influir en la posición del
feto mediante la aplicación de cargas desde fuera (a través de la
vagina o la pared abdominal). Aquí se ha de señalar que, siempre que
no aparezcan grandes resistencias mecánicas o musculares, el feto
también se puede mover y salir del seno materno sin ninguna
intervención desde fuera (únicamente por la contracción del útero).
Sin embargo, en caso de un estrechamiento del canal del parto o si
el cráneo del feto "se atasca" debido a una posición oblicua en
el canal del parto, el usuario ha de aplicar las fuerzas y momentos
de tal modo que aumente las "fuerzas de expulsión" (por ejemplo
ejerciendo presión hacia abajo sobre la pared abdominal de la
madre) o elimine el atascamiento mediante movimientos de giro de la
cabeza del feto (introduciendo la mano desde fuera en el canal del
parto).
No es necesario que el modelo biomecánico
incluya explícitamente todos los componentes y formas anatómicos.
Es suficiente una determinada representación "abstraída" de las
relaciones matemáticas entre las fuerzas aplicadas y los
movimientos resultantes. Es decir, una función matemática describe
la posición, orientación y velocidad resultantes cuando una fuerza
y un momento actúan en una dirección determinada sobre un lugar
determinado del feto. En este contexto se ha tener en cuenta el
carácter multidimensional del problema. Es decir, las fuerzas y
momentos aplicados actúan en direcciones tridimensionales y pueden
actuar en cualquier lugar de la superficie del feto. Las
posiciones, orientaciones y velocidades resultantes también se han
de indicar en tres dimensiones. La relación entre fuerza/momento y
posición/movimiento depende además de la posición momentánea del
feto en el útero o en el canal del parto. Estas relaciones
matemáticas se pueden escribir fácilmente sobre la base de
ecuaciones algebraicas lineales o no lineales. Pero la fijación
correcta de los parámetros es difícil. La elección de los
parámetros determina en qué medida se puede acercar a la realidad la
simulación del parto normal o patológico. Los parámetros se pueden
estimar mediante razonamientos teóricos u obtener por
experimentación/técnicas de medición.
A continuación se dan indicaciones más amplias
con respecto a la realización de la pantalla de visualización
gráfica. En un monitor se visualizan componentes anatómicos
internos, como los huesos coxales, el útero, la placenta, el
orificio del cuello del útero, vasos sanguíneos y el feto.
Opcionalmente, el monitor también puede funcionar en modo estéreo
junto con unas gafas 3D. La animación del movimiento tiene lugar en
sincronía con los movimientos del simulador de partos. De este
modo, el usuario también tiene la posibilidad de estudiar las
relaciones anatómicas y biomecánicas internas del cuerpo durante el
movimiento del feto. La visualización tiene lugar sobre la base de
imágenes de TC y MRT segmentadas y reconstruidas en 3D. La
representación anatómica reconstruida constituye una información
adicional que tiene una gran importancia didáctica en la formación
médica, pero que no se puede hacer visible en un parto real. Por
regla general, en la práctica clínica sólo se emplean técnicas de
ultrasonidos para vigilar y evaluar el parto. Estos registros
ultrasónicos se pueden simular en la animación de movimiento
mediante imágenes individuales combinadas que se desarrollan en
sincronía con el parto.
En la animación gráfica se tienen en cuenta los
cambios de posición de los segmentos corporales en sincronía de
movimiento, los cambios de recorrido de vasos sanguíneos o del
cordón umbilical, y también las deformaciones de músculos, útero,
placenta, etc. Estos procesos de movimiento se pueden visualizar
mediante las denominadas "imágenes cinemáticas de TC y MTR".
Pero éstas consisten únicamente en una técnica cinematográfica que
no permite ningún manejo interactivo en más de un grado de libertad
y que, en consecuencia, es limitadamente adecuada para ser
utilizadas en el campo de la RV (Dupuy et al. 1997; Witonski
y Goraj 1999). Una alternativa consiste en una animación basada en
modelo. En este caso se realiza un modelo de todos los componentes
con sus propiedades geométricas y viscoelásticas relevantes y su
interacción mecánica. Sin embargo, para lograr una simulación
cercana a la realidad se requieren cálculos FE y modelos de contacto
complejos de varios cuerpos, que aumentan considerablemente el
esfuerzo técnico de simulación y, en consecuencia, pueden
comprometer la capacidad de funcionamiento en tiempo real del
sistema.
Por ello se recomienda un procedimiento
combinado en el que se emplean tanto datos de imagen como
consideraciones anatómicas del modelo. El planteamiento consiste en
interpolar y extrapolar datos geométricos, que se reconstruyen a
partir de numerosos momentos de parto independientes, de tal modo
que se pueda representar cualquier posición del feto en todos los
grados de libertad importantes. La interpolación y extrapolación se
pueden llevar a cabo con ayuda de un modelo, por ejemplo teniendo
en cuenta la conservación del volumen o la constancia de la
longitud de determinadas secciones del cuerpo. Dado que esto es
posible con relativamente poco esfuerzo de cálculo, se pueden
lograr desarrollos de movimientos perfectos en cualquier dirección
en tiempo real.
A continuación se dan indicaciones más amplias
con respecto a la realización de la unidad de reproducción
acústica. Durante el parto, unos altavoces reproducen una serie de
señales acústicas diferentes. Entre éstas figuran gritos de dolor
de la madre, ruidos durante la salida del feto, señales acústicas
como por ejemplo señales de las contracciones de parto de la madre
y del electrocardiograma del feto. Los altavoces se pueden colocar
cerca de las secciones corporales artificiales o dentro de éstas, de
modo que no sean visibles desde fuera.
Los sonidos de parto se pueden grabar durante
los partos de varias voluntarias. Para la reproducción de los
sonidos se han de encontrar modelos que relacionen el tipo de sonido
con la situación correspondiente y los movimientos realizados por
el usuario. Estas relaciones se pueden describir en primer lugar
cualitativamente con ayuda de variables lingüísticas sobre la base
de la experiencia de numerosos ginecólogos. Después, a partir de
los datos lingüísticos se pueden desarrollar relaciones
cuantitativas con el método de lógica difusa.
Claims (7)
1. Simulador de partos con las siguientes
características:
- -
- un torso de seno materno (1) de material flexible,
- -
- un modelo de feto (2) de material flexible dispuesto dentro del torso de seno materno (1), manteniéndose preferentemente las relaciones de forma y tamaño naturales y la háptica, estando conectado el modelo de feto (2) con
- -
- un accionamiento controlable (5) a través de un dispositivo de acoplamiento (7) para mover el modelo de feto (2) en el torso de seno materno (1) o para empujarlo fuera del torso de seno materno (1) a través del canal del parto, y
- -
- estando previsto un dispositivo de mando programable que presenta un ordenador para controlar el accionamiento (5),
caracterizado porque
- -
- está previsto un sistema de sensores para detectar fuerzas y movimientos aplicados por una persona que realiza un examen con las manos o con instrumentos médicos sobre el torso de seno materno (1) o sobre el modelo de feto (2), estando dispuestos los sensores del sistema de sensores en el dispositivo de acoplamiento (7) y/o en los elementos de accionamiento (5), y
- -
- el dispositivo de mando presenta
- -
- una regulación de admitancia o
- -
- una regulación de impedancia
- para activar los elementos de accionamiento (5), estando configurado el dispositivo de mando de tal modo las señales de medición suministradas por el sistema de sensores son transmitidas al ordenador, en el que está instalado
- -
- un programa de simulación que, en cooperación con la regulación de admitancia o con la regulación de impedancia del dispositivo de mando, hace que los elementos de accionamiento (8) muevan el modelo de feto (2) cuando se aplica una fuerza exterior sobre el mismo, de tal modo que el modelo de feto (2) realiza movimientos correspondientes al comportamiento de movimiento natural de un feto en el seno materno durante el examen correspondiente o durante la etapa de parto correspondiente.
2. Simulador de partos según la reivindicación
1, caracterizado porque están previstos varios dispositivos
de acoplamiento (7) y varios accionamientos controlables (5) para el
movimiento del modelo de feto (2).
3. Simulador de partos según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque está
previsto un dispositivo de visualización óptica que está conectado
con el dispositivo de mando a través de una vía de señales y que
muestra los movimientos del feto en tiempo real.
4. Simulador de partos según la reivindicación
3, caracterizado porque el dispositivo de visualización
óptica muestra indicaciones e información adicional.
5. Simulador de partos según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque está
previsto un generador acústico que está conectado con el
dispositivo de mando a través de una vía de señales para generar
ruidos y sonidos típicos que se pueden producir durante exámenes
reales o durante el parto natural.
6. Simulador de partos según la reivindicación
5, caracterizado porque el generador acústico está integrado
en el torso de seno materno (1).
7. Modelo de feto para un simulador de partos
según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque en la zona del cuello y/o en la zona de la bóveda del cráneo,
que consiste en segmentos deformables, del modelo de feto (2) están
dispuestos sensores de desplazamiento y/o de fuerza y/o de presión
(13, 14), que están conectados con el dispositivo de mando a través
de una vía de señales.
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