ES2360985B2

ES2360985B2 - VIRTUAL TRAINING SYSTEM FOR ARTHROSCOPIC SURGERY.

Info

Publication number: ES2360985B2
Application number: ES200803684A
Authority: ES
Inventors: Jose Javier San Martin Lopez
Original assignee: Universidad Rey Juan Carlos
Current assignee: Universidad Rey Juan Carlos
Priority date: 2008-12-23
Filing date: 2008-12-23
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2028-12-23
Also published as: ES2360985A1

Abstract

Sistema de entrenamiento virtual para cirugía artroscópica, que comprende, al menos:#- una pieza guía (4 ) en T con brazos secundarios (41A y 41B) a los que se acoplan sendos grupos actuadores (9, 10, 11, 12), de movimiento codificado por codificadores de giro y desplazamiento lineal;#- una guía (42A, 42B) en cada brazo secundario (41A, 41B);#- sendos elementos deslizantes (5A, 5B) sobre las guías (42A, 42B), ajustables a distintas longitudes;#- dos piezas puente (6A, 6B) articuladas respecto a los elementos deslizantes (5A, 5B) que incorporan un primer codificador de giro;#- dos piezas (7) en L de transmisión de movimiento las piezas puente (6A, 6B) y el soporte (8) de cada grupo actuador, y que incorporan un segundo codificador de giro;#- un soporte (8) con un orificio (38) para la inserción de una guía, que permite el desplazamiento axial del resto del grupo actuador.Virtual training system for arthroscopic surgery, comprising at least: # - a guide piece (4) in T with secondary arms (41A and 41B) to which two actuator groups (9, 10, 11, 12) are attached, of movement encoded by rotary encoders and linear displacement; # - a guide (42A, 42B) on each secondary arm (41A, 41B); # - two sliding elements (5A, 5B) on the guides (42A, 42B), adjustable at different lengths; # - two bridge pieces (6A, 6B) articulated with respect to the sliding elements (5A, 5B) that incorporate a first turn encoder; # - two pieces (7) in L of motion transmission the bridge pieces ( 6A, 6B) and the support (8) of each actuator group, and incorporating a second turn encoder; # - a support (8) with a hole (38) for the insertion of a guide, which allows axial displacement of the rest of the actuator group.

Description

corregir enfermedades. El aparato utilizado se llama Correct diseases. The device used is called

Sistema de entrenamiento virtualpara cirugía artroscópica. Objeto de la invenciónVirtual training system for arthroscopic surgery. Object of the invention

La invención, tal como expresa el enunciado de la presente memoria descriptiva, se reﬁere a un sistema de entrenamiento virtual para cirugía artroscópica. The invention, as stated in the present specification, refers to a virtual training system for arthroscopic surgery.

Más en particular,el objeto de la invención se centra en un sistema que simula las interacciones con un entorno virtual en operaciones de cirugía laparoscópica, donde la principal novedad que presenta es la simulación de técnicas que requieren una situación de actuadores enfrentados como, por ejemplo, la artroscopia de hombro. More particularly, the object of the invention focuses on a system that simulates interactions with a virtual environment in laparoscopic surgery operations, where the main novelty that it presents is the simulation of techniques that require a situation of faced actuators such as, for example , shoulder arthroscopy.

La presente invención se reﬁere a un sistema hápticoque permitela simulaciónde cualquier técnicade cirugía laparoscópica, además de permitir la simulación de técnicas de cirugía artroscópica que necesitan de grados de libertad adicionales que posibiliten el enfrentamiento de varios actuadores. Campo de aplicación de la invenciónThe present invention refers to a haptic system that allows the simulation of any technique of laparoscopic surgery, in addition to allowing the simulation of arthroscopic surgery techniques that require additional degrees of freedom that allow the confrontation of several actuators. Field of application of the invention

El campo de aplicación de la presente invención se encuadra dentro del sector técnico de la industria dedicada a la fabricación de aparatos y dispositivos de entrenamiento virtual. Antecedentes de la invención The field of application of the present invention falls within the technical sector of the industry dedicated to the manufacture of virtual training devices and devices. Background of the invention

Actualmente existen dispositivos hápticos dedicadosala simulaciónde cirugía laparoscópicacon limitaciones estructurales que impiden la simulación de técnicas muy especíﬁcas, como diferentes artroscopias, sobre todo de hombro. Para técnicas como la artroscopia de rodilla o de hombro, existen entrenadores en los cuales se actúa sobre un modelo de rodilla o de hombro, en el cual se introducen a mano (sin un soporte estructural) los actuadores, realizándose su control de posición mediante sensores magnéticos. Sin embargo, con estos últimos no es posible realizarel entrenamientode otras técnicas. Currently there are dedicated haptic devices for the simulation of laparoscopic surgery with structural limitations that prevent the simulation of very specific techniques, such as different arthroscopies, especially of the shoulder. For techniques such as knee or shoulder arthroscopy, there are trainers in which a knee or shoulder model is operated, in which actuators are introduced by hand (without a structural support), performing their position control using sensors magnetic However, with the latter it is not possible to perform the training of other techniques.

Esto supone una limitación importante en cuanto que hace de la cirugía virtual una alternativa o bien incompleta, dado que no se pueden adquirir todos los equipos especíﬁcos para rodilla, hombro, abdomen, etc., o bien excesivamente cara. This is an important limitation in that it makes virtual surgery an alternative or incomplete, since not all speci ﬁ c equipment for knee, shoulder, abdomen, etc., or excessively expensive, can be purchased.

Por otra parte, existen simuladores hápticos de propósito general con una gran versatilidad para, en teoría, poder adaptar a cualquier disciplina aplicada. En este caso, la búsqueda de una excesiva generalidad limita la adaptación del dispositivo háptico a todas aquellas particularidades propias de la cirugía virtual, en cuanto a incorporar posibilidades de colocación, ergonomía o giro que proporcionen una opción más realista, así como actuadores especíﬁcos de los instrumentos de cirugía, dado que ello, por el contrario, limitaría la generalidaddel dispositivo. On the other hand, there are general purpose haptic simulators with great versatility to, in theory, be able to adapt to any applied discipline. In this case, the search for excessive generality limits the adaptation of the haptic device to all those peculiarities of virtual surgery, in terms of incorporating possibilities of placement, ergonomics or rotation that provide a more realistic option, as well as specific actuators of the surgical instruments, since this, on the contrary, would limit the generality of the device.

La función de los entrenadores, en cualquier caso, es que los médicos adquieran práctica en las operaciones laparoscópicas o artroscópicas. The role of coaches, in any case, is that doctors acquire practice in laparoscopic or arthroscopic operations.

Las operaciones o intervenciones artroscópicas se realizan sobre articulaciones (rodilla, hombro, etc.). La laparoscopia es una técnica de la endoscopia que permitela visióndelacavidadpélvica-abdominal con la ayuda de un tubo óptico.Através de una ﬁbra óptica por un lado se transmite la luz para iluminar la cavidad, mientras que se observan las imágenes del interior con una cámara conectada a la misma ﬁbra. Arthroscopic operations or interventions are performed on joints (knee, shoulder, etc.). Laparoscopy is an endoscopy technique that allows the vision of the pelvic-abdominal cavity with the help of an optical tube. Through an optical fiber on one side the light is transmitted to illuminate the cavity, while the images of the interior are observed with a connected camera to the same fiber.

El mismo método permite intervenciones quirúrgicas, por lo que también se considera un sistema de laparoscopioyentraenel cuerpoatravésde unapequeña incisiónde entre dosycinco centímetros. The same method allows surgical interventions, so it is also considered a laparoscope system and in the body through a small incision between two and five centimeters.

Una artroscopia es un tipo, o derivado de la endoscopia. Es una visualización de una articulación, normalmente de la rodilla, con el ﬁn de observar el menisco. Esto se logra con el uso de un artroscopio, un instrumento parecido alendoscopio, de menor longitud,yadaptadodeciertaformaparasermás utilizable en una articulación. Existen dos formas de artroscopia:la quirúrgicayla diagnóstica. An arthroscopy is a type, or derivative of endoscopy. It is a visualization of a joint, usually of the knee, in order to observe the meniscus. This is achieved with the use of an arthroscope, an alendoscope-like instrument, shorter in length, and adapted from a certain form to be more usable in a joint. There are two forms of arthroscopy: surgical and diagnostic.

El artroscopio puede estar equipado con distintas herramientas, de tal forma que sin necesidad de una operación invasiva, se puedan realizar correcciones en la articulación. En la quirúrgica, el artroscopio es implementadocon herramientasyla ﬁnalidaddela intervención es hacer sanar o tratar una articulación. En la diagnóstica, el artroscopio solo está equipado con una cámara, ya que la ﬁnalidad de la intervención es hacer un diagnóstico, revisar el área u observar la zona para futuras operaciones de tipo invasivo. The arthroscope can be equipped with different tools, so that without the need for an invasive operation, corrections can be made in the joint. In surgery, the arthroscope is implemented with tools and the purpose of the intervention is to heal or treat a joint. In the diagnosis, the arthroscope is only equipped with a camera, since the purpose of the intervention is to make a diagnosis, review the area or observe the area for future invasive operations.

Una de las diﬁcultades de estas intervenciones,y que justiﬁca el uso de estos entrenadores, es el hecho de que la información, acerca del interior del paciente que se está operando, se presenta en un monitor, tratándose por tanto de información en dos dimensiones, sin embargo, el cirujano está utilizando el instrumental dentro de un espacio tridimensional. La coordinación entre ambos entornos, es decir, la capacidad de interpretar la información en dos dimensiones de la pantalla mientras se actúa en el espacio real, supone en muchos casos un largo período de aprendizaje. One of the difficulties of these interventions, and that justifies the use of these trainers, is the fact that the information, about the interior of the patient that is being operated, is presented on a monitor, thus dealing with information in two dimensions, however, the surgeon is using the instruments within a three-dimensional space. The coordination between both environments, that is, the ability to interpret the information in two dimensions of the screen while acting in real space, is in many cases a long learning period.

Se hace, por tanto, necesario un aparato que sirva tanto para la cirugía laparoscópica, donde los brazos del endoscopio son paralelos para realzar la intervención, como para artroscopiade rodillauhombros donde estos brazos convergen. Además, debe servir tanto para niños como para personas mayores, permitiendo la regulación de la distancia entre ambos endoscopios, siendo estos los objetivos esenciales de la presente invención. Therefore, an apparatus that serves both for laparoscopic surgery is necessary, where the arms of the endoscope are parallel to enhance the intervention, and for knee-shoulder arthroscopy where these arms converge. In addition, it should serve both children and the elderly, allowing the regulation of the distance between both endoscopes, these being the essential objectives of the present invention.

Sin embargo, por parte del solicitante, se desconoce la existencia de ningún otro sistema de entrenamiento virtual para cirugía artroscópica que presente unas características técnicas, estructurales o de conﬁguración semejantes. Explicación de la invenciónHowever, on the part of the applicant, the existence of no other virtual training system for arthroscopic surgery that has similar technical, structural or con ﬁ guration characteristics is unknown. Explanation of the invention.

El sistema de entrenamiento virtual para cirugía artroscópica, objeto de la presente invención, se encuentraa mitadde caminodelasdos opciones descritas en el estado de la técnica. Por un lado, está adaptado a las características propias de un simulador de laparoscopia virtual, incluyendo, ventajosamente, la posibilidad de adaptar el campo de operación a una posición más natural de la técnica a simular. Por otra parte incorpora la innovadora opción de, con diferentes actuadores fácilmente intercambiables, simular técnicas de laparoscopia, o permitir cambiar de lado la cámara por el instrumental, práctica habitual en el transcurso de una intervención real. The virtual training system for arthroscopic surgery, object of the present invention, is halfway to the two options described in the state of the art. On the one hand, it is adapted to the characteristics of a virtual laparoscopy simulator, including, advantageously, the possibility of adapting the operating field to a more natural position of the technique to be simulated. On the other hand, it incorporates the innovative option, with different easily interchangeable actuators, to simulate laparoscopic techniques, or to allow the camera to change sides with the instruments, a usual practice in the course of a real intervention.

Así, el sistema de entrenamiento virtual que la invención propone, se conﬁgura como una destacable novedad dentro de su campo de aplicación, estando los detalles caracterizadores que los distinguen, adecuadamente recogidos en las reivindicaciones ﬁnales que acompañan a la presente memoria descriptiva. Thus, the virtual training system that the invention proposes is con ﬁ gured as a remarkable novelty within its field of application, with the distinguishing details that distinguish them, adequately included in the final claims that accompany the present specification.

De forma concreta, elsistema objeto de la invención consiste en un dispositivo que simula las interacciones con un entorno virtual a través de la codiﬁcación de los movimiento de una pareja de grupos actuadores con que está dotado dicho dispositivo. Specifically, the system object of the invention consists of a device that simulates the interactions with a virtual environment through the coding of the movements of a pair of actuator groups with which said device is provided.

Esta codiﬁcación viene determinada por un conjuntode tres codiﬁcadores ópticosdegiroyun codiﬁcador láser de desplazamiento lineal, previstos en cada grupo actuador. Los codiﬁcadores de giro son sensores ópticos que realizan una medición del ángulo recorrido por los ejes de cada actuador, mientras que el codiﬁcador de desplazamiento lineal, está constituido por un emisor láser, que mide el avance axial de todo el grupo actuador. This coding is determined by a set of three optical encoders and a linear displacement laser encoder, provided in each actuator group. The rotation encoders are optical sensors that measure the angle traveled by the axes of each actuator, while the linear displacement encoder consists of a laser emitter, which measures the axial advance of the entire actuator group.

En cuanto al dispositivo, en el que se acoplan dichos grupos actuadores, comprende, al menos, un soporte principal de sustentación, constituido por una basey un brazovertical,alque,por mediodeunprimer eje principal de unión, se acopla una guía soporte, permitiendo su giro hasta 90º. As for the device, in which said actuator groups are coupled, it comprises, at least, a main support support, constituted by a base and a vertical arm, which, by means of a first main connecting axis, a support guide is coupled, allowing its rotation up to 90º.

Esta guía soporte, que adopta una conﬁguración enT,permiteeldeslizamiento,enunplano horizontal, de los dos grupos actuadores acoplados en sus respectivos extremos, de tal forma que la distancia relativa entre dichos grupos es ajustable por el usuario, dando versatilidadal sistema entrenador, de acuerdo a la técnica de cirugía a simular. This support guide, which adopts a con ﬁ guration in T, allows the sliding, in a horizontal plane, of the two actuator groups coupled at their respective ends, such that the relative distance between said groups is adjustable by the user, giving versatile trainer system, according to the surgery technique to simulate.

Además, la unión de cada uno de los grupos actuadores con dicha pieza guía, se realiza mediante sendas piezas, que denominamos pieza puente, con capacidad de giro. El ángulo de giro de esta pieza puente, deﬁne unagama de posiciones del par de actuadores, permitiendo que el sistema entrenador, es decir, el dispositivo, se conﬁgure, fácilmente, para las necesidades de cada caso, para la intervención de laparoscopia general, o para una artroscopia de rodilla, etc. Así, por ejemplo, la apertura máxima de la pieza puente correspondiente a cada uno de los grupos actuadores permite disponerlos enfrentados, posición necesaria para técnicas especíﬁcas como la artroscopia del hombro. In addition, the union of each of the actuator groups with said guide piece is carried out by means of two pieces, which we call a bridge piece, with a turning capacity. The angle of rotation of this bridge piece defines a range of positions of the pair of actuators, allowing the trainer system, that is, the device, to be easily configured for the needs of each case, for general laparoscopic intervention, or for a knee arthroscopy, etc. Thus, for example, the maximum opening of the bridge piece corresponding to each of the actuator groups allows facing them, a position necessary for specific techniques such as shoulder arthroscopy.

La citada pieza puente, por su parte, está unida al soporte del grupo actuador a través de una pieza, de conﬁguración en L, denominada de transmisión de movimiento, para lo cual dicha pieza cuenta, en los respectivosextremosde sus perpendiculares lados, con sendos ejes alojadosen correspondientes oriﬁcios practicados en ella para tal ﬁn, habiéndose previsto en dicha piezael primery segundocodiﬁcadoresde giro que registran, respectivamente el giro de cada uno de estos dos ejes. The said bridge piece, for its part, is connected to the support of the actuator group through a piece, in L configuration, called movement transmission, for which said piece counts, in the respective ends of its perpendicular sides, with two axes housed in corresponding holes made therein for that purpose, the first and second turn coders having recorded, respectively, the rotation of each of these two axes.

Por su parte, cada grupo actuador se compone de: On the other hand, each actuator group consists of:

--: un primer actuador superior, a first upper actuator,

--: un segundo actuador superior, a second upper actuator,

--: un tercer actuador superior, a third upper actuator,

--: yun actuador inferior. and a lower actuator.

El primer actuador superior realiza un movimiento de traslación a través de una guía con que cuenta, la cual está insertada en la pieza soporte del grupo actuador, estando, a su vez, unida al segundo actuador superior. La medición de esta traslación se realiza mediante el codiﬁcador de desplazamiento lineal láser, compuestode un emisory un receptor. The first upper actuator performs a translation movement through a guide that it has, which is inserted in the support part of the actuator group, being, in turn, attached to the second upper actuator. The measurement of this translation is carried out using the laser linear displacement encoder, composed of an emitter and a receiver.

El segundo actuador superior sirve de soporte al tercer codiﬁcadorópticodegiroy,asuvez,estáunido al tercer actuador superior de tal forma que permite el giro del actuador inferior acoplado a él, en torno a su eje axial. The second upper actuator serves as support for the third optical encoder, and is attached to the third upper actuator in such a way that it allows the rotation of the lower actuator coupled to it, around its axial axis.

Enla parte opuesta de este actuador inferior podremos acoplar el cabezal de diferentes herramientas intercambiables, que representan a los diferentes instrumentos utilizados en cirugía laparoscópica, entre ellos la cámara, los cuales están fuera del objeto de la presente invención. In the opposite part of this lower actuator we can attach the head of different interchangeable tools, which represent the different instruments used in laparoscopic surgery, including the camera, which are outside the object of the present invention.

El sistema se interconecta a un sistema de control para, mediante medios adecuados, permitir la visualizaciónyel control de las diferentes señales de posiciónque comunicancadaunodelos actuadores.Asu vez, el dispositivo dispone de un sistema de detección deaverías,facilitando informaciónde erroresyestado del sistema. The system is interconnected to a control system to, by appropriate means, allow the visualization and control of the different position signals that communicate with one of the actuators. The device also has a fault detection system, providing information on system errors.

El descrito sistema de entrenamiento virtual para cirugía artroscópica representa, pues, una estructura innovadora de características estructurales y constitutivas desconocidas hasta ahora para tal ﬁn, razones que unidas a su utilidad práctica, la dotan de fundamento suﬁciente para obtenerelprivilegiodeexclusividad que se solicita. Descripción de los dibujosThe described virtual training system for arthroscopic surgery, therefore, represents an innovative structure with structural and constitutive characteristics unknown until now for such purposes, reasons that, together with its practical utility, provide it with a sufficient basis for obtaining the exclusive privilege that is requested. Description of the drawings

Para complementar la descripción que se está realizandoy con objetode ayudara una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, de un juego de planos, en los que concarácter ilustrativoy no limitativo seha representado lo siguiente: To complement the description that is being made and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, this descriptive report is attached, as an integral part thereof, of a set of drawings, in which an illustrative and non-limiting nature has been represented the following:

La ﬁgura número 1.-Muestra una vista en perspectiva de un ejemplo de realización del conjunto del dispositivo, en la que se aprecian las partes principales del sistema objeto de la invención, habiéndose representado los actuadores que comprende en dos posiciones distintas parafacilitar la observación de sus partes. Figure 1 shows a perspective view of an embodiment of the device as a whole, in which the main parts of the system object of the invention can be seen, the actuators having been represented in two different positions being represented to facilitate the observation of his parts.

Las ﬁguras2a 12.-Muestran, en correspondientes vistas en perspectiva, las principales piezas que componen el dispositivodel sistema, apreciándose en ellas la conﬁguración particular que presentan cada una de ellasasí comolas diferentes partesyelementos que comprenden. En concreto: Figures2a 12.-They show, in corresponding perspective views, the main parts that make up the system device, appreciating in them the particular con ﬁ guration that each one of them presents as well as the different parts and elements that they comprise. Specific:

La ﬁgura número 2.-Muestra una vista en perspectiva del soporte principal de sustentación del sistema, sobre la que descansa directamente el brazo vertical. Figure number 2.- Shows a perspective view of the main support of the system, on which the vertical arm rests directly.

La ﬁgura número 3.-Muestra una vista del brazo vertical. Figure number 3.- Shows a view of the vertical arm.

La ﬁgura número 4.-Muestra una vistadela guía soporte. Figure number 4.- Shows a view of the support guide.

La ﬁgura número 5.-Muestra uno de los elementos deslizantes, o móvil selector, que permiten el desplazamiento en el plano horizontal de los grupos actuadores sobre la guía soporte. Figure number 5.- It shows one of the sliding elements, or mobile selector, which allow the movement in the horizontal plane of the actuator groups on the support guide.

La ﬁgura número 6.-Muestra una de las dos piezas puente. Figure number 6.- Shows one of the two bridge pieces.

La ﬁgura número 7.-Muestra una de las piezas en Lde transmisión de movimiento. Figure number 7.- It shows one of the pieces in the movement transmission.

La ﬁgura número 8.-Muestra una de las piezas soporte con que cuenta cada grupo actuador, la cual, mediante un eje, se acopla y gira sobre la pieza de transmisión de movimiento. Figure 8 shows one of the support pieces that each actuator group has, which, by means of an axis, is coupled and rotates on the movement transmission part.

La ﬁgura número 9.-Muestra una perspectiva de unprimer actuador superior acopladoalaguíadedesplazamiento. Figure 9 shows a perspective of a first upper actuator coupled to the displacement guide.

Las ﬁguras número10, 11y 12.-Muestran, respectivamente, una perspectiva del segundo actuador superior, del tercer actuador superiory del actuador inferior. Figures number 10, 11 and 12. - They show, respectively, a perspective of the second upper actuator, the third upper actuator and the lower actuator.

Finalmente, la ﬁgura número 13.-Muestra una vista en perspectiva de parte del grupo actuador, en la que se incorpora el codiﬁcador de desplazamiento láser que mide la traslación a través del eje axial del grupo actuador, utilizando la guía del primer actuador insertada en la pieza de soporte de dicho grupo. Realización preferente de la invenciónFinally, Figure 13 shows a perspective view of part of the actuator group, which incorporates the laser displacement encoder that measures the translation through the axial axis of the actuator group, using the guide of the first actuator inserted in the support piece of said group. Preferred Embodiment of the Invention

Ala vistade las mencionadas ﬁguras,yde acuerdo con la numeración adoptada en ellas, se puede observar comoelsistemade entrenamiento virtual objeto de la invención consiste en un dispositivo (1) que comprende, esencialmente, un soporte principal formado por una base (2) de sustentación, en forma de estrella, sobre la que descansa directamente un brazo vertical (3) al que se acopla articuladamente, mediante uneje (31) con ungirode hasta 90º, una pieza guía (4), para lo cual, tal como se observa en la ﬁgura 3, el brazo vertical (3) incorpora un taladro por el cual discurre un pasador a modo de eje de giro que, accionado por una manija (no representada), permite regular el giro de dicha pieza guía (4). In view of the aforementioned figures, and in accordance with the numbering adopted therein, it can be seen how the virtual training system object of the invention consists of a device (1) that essentially comprises a main support formed by a support base (2), in the form of a star, on which a vertical arm (3) rests directly to which a guide piece (4) is articulated, by means of an attachment (31) with ungirode up to 90º, for which, as seen in the figure 3, the vertical arm (3) incorporates a hole through which a pin runs as a pivot axis which, actuated by a handle (not shown), allows to regulate the rotation of said guide piece (4).

Esta pieza guía (4) presenta una conﬁguración a modo deT contando con un brazo central (41), medianteelquese uneal brazovertical(3),ydos brazos secundarios (41Ay41B) en cuyos respectivosextremos se acoplan sendos grupos actuadores, de los que en la ﬁgura1 se ha encuadradoy señalado uno con la referencia (100), cuyo movimiento está codiﬁcado porun conjuntode tres codiﬁcadores ópticosdegiroy un codiﬁcador láser de desplazamiento lineal, previstos en cada grupo, tal como se detallará más adelante. This guide piece (4) has a con ﬁ guration as a T with a central arm (41), by means of which the vertical arm (3) is placed, and two secondary arms (41A and 41B) in which the respective actuator groups are coupled, of which in the ﬁ gure1 there are He has framed and indicated one with the reference (100), whose movement is encoded by a set of three optical encoders and a linear displacement laser encoder, provided for in each group, as will be detailed below.

Para ello, en las respectivas superﬁcies de dichos brazos secundarios (41Ay41B) seha practicado una guía (42Ay42B),ysobre cada tramode guía (42Ay 42B) se contemplan respectivos elementos deslizantes(5Ay5B),tal comoel representadoenlaﬁgura5, que constituyen un selector móvil (derecha e izquierda) de los grupos actuadores, los cuales se ajustan a dicha guía, a la distancia deseada, mediante taladros de ﬁjación (43). For this purpose, a guide (42Ay42B) has been made on the respective surfaces of said secondary arms (41Ay41B), and on each guide section (42Ay 42B), respective sliding elements (5Ay5B) are contemplated, as represented in Figure5, which constitute a moving selector (right and left) of the actuator groups, which adjust to said guide, at the desired distance, by means of fixing holes (43).

Acada uno de estos elementos deslizantes (5Ay 5B) se acoplan, articuladamente, unas piezas puente (6A y 6B) (ﬁgura 6), realizándose dicha unión mediante un eje (35) tal que permita unángulo de giro dehasta150ºsobreelejeverticaldelplanode sustentación. Each of these sliding elements (5A and 5B) is coupled, jointly, bridge pieces (6A and 6B) (Figure 6), said union being made by means of an axis (35) such that it allows a rotation angle of up to 150 ° above the vertical axis of the lift plan.

Debe mencionarse que el giro de las piezas puente (6Ay6B) viene determinado por,al menos seis posiciones preﬁjadas (con incrementos de 30º) por un pasador (50) entre la pieza puente (6A, 6B)ycada una de las ranuras u oquedades (51) practicada en los elementos deslizantes(5A,5B)alosqueseacopladicha pieza puente (6A, 6B). It should be mentioned that the rotation of the bridge pieces (6A and 6B) is determined by at least six preset positions (with increments of 30º) by a pin (50) between the bridge piece (6A, 6B) and each of the slots or cavities ( 51) practiced on the sliding elements (5A, 5B), which is a joint bridge piece (6A, 6B).

A cada una de estas piezas puente (6Ay 6B) se acopla una pieza (7) de transmisión de movimiento, la cual, como puede apreciarse en la ﬁgura 7, presenta una conﬁguración en formadeL ode escuadra, en laquelos respectivosextremosde sus lados perpendiculares, incorpora sendos ejes ortogonales (36)y(37) alojados en correspondientes oriﬁcios practicados en ella,yque respectivamenteseunenalaspiezaspuente(6Ay6B)yaunapieza soporte(8)previstaencada grupo actuador. To each of these bridge parts (6A and 6B) a movement transmission part (7) is coupled, which, as can be seen in Figure 7, has a con ﬁ guration in the shape of the square, in which the respective ends of its perpendicular sides, incorporates two orthogonal axes (36) and (37) housed in corresponding holes practiced therein, and which respectively have one pieces of the bridge (6A and 6B) and start support (8) provided in each actuator group.

Cabe señalarquelaspiezaspuente(6Ay6B)alojan un primer codiﬁcador óptico que recoge el giro del eje (36) que las une a la pieza (7) de transmisión de movimiento,yque dichas piezas (7) cuentan con un segundo codiﬁcador óptico que recoge el giro del eje (37) que las une al soporte (8) del grupo actuador. It should be noted that the bridge pieces (6A and 6B) house a first optical encoder that collects the rotation of the shaft (36) that joins them to the movement transmission part (7), and that said parts (7) have a second optical encoder that collects the rotation of the shaft (37) that joins them to the support (8) of the actuator group.

Por su parte, dicho soporte (8) del grupo actuador, tal como se observa en la ﬁgura 8, comprende un oriﬁcio (38) con una pluralidad de rebajes laterales (39), apto para la introducción en él de una guía, la cual permite el desplazamiento axial del resto del grupo actuador, habiéndose previsto en dicha guía el anteriormente citado codiﬁcador de desplazamiento lineal, el cual consiste en un sensor láser que cuenta con un emisory un receptor para registrarelavance axial del actuador. On the other hand, said support (8) of the actuator group, as seen in Figure 8, comprises a hole (38) with a plurality of lateral recesses (39), suitable for the introduction therein of a guide, which it allows the axial displacement of the rest of the actuator group, the aforementioned linear displacement encoder having been provided in said guide, which consists of a laser sensor that has an emitter and a receiver for registering the axial advance of the actuator.

Cada grupo actuador se compone de un soporte (8), que como se ha dicho se une mediante el eje (37) a las piezas (7) de transmisión de movimiento,y una guía de desplazamiento axial que atraviesa dicho soporte(8)acoplándosea dichaguíaun primer actuador superior (9), un segundo actuador superior (10) que aloja el tercer codiﬁcador óptico de giro en un hueco previsto para tal ﬁn, un tercer actuador superior (11) yun actuador inferior (12). Each actuator group is composed of a support (8), which, as said, is connected by the shaft (37) to the movement transmission parts (7), and an axial displacement guide that passes through said support (8) engaging said guide a first upper actuator (9), a second upper actuator (10) housing the third optical rotation encoder in a slot provided for this purpose, a third upper actuator (11) and a lower actuator (12).

El primer actuador superior (9) realiza un movimientode traslaciónatravésdelaguía insertadaenel soporte (8), estando, además, unida alsegundo actuador superior (10). The first upper actuator (9) carries out a movement of translation through the guide inserted in the support (8), being also connected to the second upper actuator (10).

Este segundo actuador superior (10), que como se ha dicho es soporte del tercer codiﬁcador óptico de giro, está, a su vez, unido al tercer actuador superior This second upper actuator (10), which, as stated above, supports the third optical rotation encoder, is, in turn, connected to the third upper actuator.

(11) de tal forma que permite el giro del actuador inferior (12) en torno a su eje axial, el cual se inserta en un oriﬁcio previsto para tal ﬁn en dicho tercer actuador superior (11). (11) in such a way that it allows the rotation of the lower actuator (12) around its axial axis, which is inserted in a hole provided for such purpose in said third upper actuator (11).

El actuador inferior (12) es apto para acoplársele diferentes herramientas intercambiables, que representanalos diferentes instrumentos utilizados en cirugía laparoscópica. The lower actuator (12) is suitable for coupling different interchangeable tools, which represent different instruments used in laparoscopic surgery.

Finalmente, debe señalarse que el dispositivo se interconecta a un sistema de control, que puede estar constituido, por ejemplo por un ordenador personal o cualquier otro elemento análogo adecuado, comprendiendo: Finally, it should be noted that the device is interconnected to a control system, which may be constituted, for example, by a personal computer or any other suitable analogous element, comprising:

--: unos medios de control apropiados, de tal forma que permitan la visualizacióny el control de las diferentes señales de posición que comunican cada uno de los codiﬁcadores; appropriate control means, in such a way as to allow the visualization and control of the different position signals communicating each of the encoders;

--: un sistema de detección de averías, facilitando informaciónde erroresydelestado del sistema;y a fault detection system, providing error information and system status; and

--: una pantalla digital que informa de los mensajes de estado que envían los medios de control, además de informar de los estados básicos de funcionamiento yerror. a digital screen that informs of the status messages sent by the control means, in addition to informing of the basic states of operation and error.

Vistoloque antecede,se constatalaversatilidady ventajas que aporta el sistema de entrenamiento virtual preconizado, ya quegracias a la posibilidad de regulación de la distancia entre los dos grupos de actuadores, a través del desplazamiento de los elementos deslizantes(5Ay5b), éstossepodrán adaptaralas necesidades de cada caso, por ejemplo para adecuarlos a las dimensiones de un niño o de una persona adulta. Vistoloque antedata, the versatility and advantages provided by the recommended virtual training system are verified, since thanks to the possibility of regulating the distance between the two groups of actuators, through the displacement of the sliding elements (5A and 5b), these will be able to adapt the needs of each case , for example to adapt them to the dimensions of a child or an adult.

Además, los endoscopios o instrumentos que se acoplen al dispositivo en los respectivos actuadores inferiores (12) de cada grupo, además de poder manipularlos en cualquier dirección del espacio, se podrán disponer, graciasalasdistintas posicionesdegirode las piezaspuente (6Ay6b), por ejemplo, en paralelo para practicar una intervenciónde laparoscopiaoconvergiendo entre sí, es decir,enfrentados, para entrenar una intervención artroscópica de rodilla o de hombro. In addition, the endoscopes or instruments that fit the device in the respective lower actuators (12) of each group, in addition to being able to manipulate them in any direction of the space, can be arranged, thanks to the different positions of turning of the bridge pieces (6A and 6b), for example, in parallel to perform a laparoscopic intervention or converging with each other, that is, facing each other, to train an arthroscopic knee or shoulder intervention.

Descrita suﬁcientemente la naturaleza de la presente invención, así como la manera de ponerla en práctica, no se considera necesario hacer más extensa su explicación para que cualquier experto en la materia comprendasu alcanceylasventajasquedeellase derivan, haciendo constar que, dentro de su esencialidad,podrá ser llevadaala práctica en otras formas de realización que diﬁeran en detalle de la indicada a títulode ejemplo,y a las cuales alcanzará igualmente laprotección que se recaba siempre que nose altere, cambie o modiﬁque su principio fundamental. Sufficiently describing the nature of the present invention, as well as how to put it into practice, it is not considered necessary to extend its explanation so that any expert in the field understands its scope and the advantages that derive from it, stating that, within its essentiality, it can be taken to it. practice in other embodiments that differed in detail from that indicated by way of example, and which will also achieve the protection that is sought as long as its fundamental principle is not altered, changed or modified.

Claims

1. Virtual training system for arthroscopic surgery, designed to allow the simulation of any laparoscopic surgery technique, in addition to the simulation of arthroscopic surgery techniques that require additional degrees of freedom that allow the confrontation of several actuators, being of the type that It comprises a main support, consisting of a base (2) and a vertical arm (3), characterized by the fact that it comprises at least:

--: una pieza guía (4) de conﬁguración en T contando con un brazo central (41), mediante el que se une articuladamenteal brazovertical(3),ydos brazos secundarios (41Ay41B) en cuyos respectivosextremos se acoplan sendos grupos actuadores, cuyo movimiento está codiﬁcado por un conjunto de, al menos, tres codiﬁcadoresde giroy un codiﬁcadorde desplazamiento lineal, en cada grupo; a guide piece (4) of T-con ﬁ guration having a central arm (41), by means of which it joins the vertical arm (3), and two secondary arms (41A and 41B) in whose respective ends, two actuator groups are coupled, whose movement is coded by a set of at least three turn encoders and a linear shift encoder in each group;

--: una guía (42A, 42B) practicada en la superﬁcie de cada uno de los brazos secundarios (41A, 41B) de la pieza guía (4); a guide (42A, 42B) practiced on the surface of each of the secondary arms (41A, 41B) of the guide piece (4);

--: sendos elementos deslizantes (5A, 5B) dispuestos sobre cada tramo de guía (42A, 42B), ajustables sobre la misma, a distintas longitudes de ambos brazos de la guía (42A, 42B); two sliding elements (5A, 5B) arranged on each guide section (42A, 42B), adjustable thereon, at different lengths of both arms of the guide (42A, 42B);

--: dos piezas puente (6A, 6B) articuladas respecto a los elementos deslizantes (5A, 5B) mediante un eje tal que permita un ángulo de giro sobre el eje vertical delplanode sustentación,yenlasquesealojaunprimer codiﬁcador que recoge el giro del eje (36) que las une a la pieza (7) de transmisión de movimiento; two bridge pieces (6A, 6B) articulated with respect to the sliding elements (5A, 5B) by means of an axis such that it allows an angle of rotation on the vertical axis of the lift plan, and in which the first encoder that collects the rotation of the axis (36) that joins them joins to the movement transmission part (7);

--: dos piezas(7)de conﬁguraciónenL o escuadra, de transmisión de movimiento entre cada una de las piezaspuente(6A,6B)yel soporte(8)decadagrupo actuador,y que cuentan con un segundo codiﬁcador que recoge el giro del eje (37) que las une al soporte two pieces (7) of con ﬁ guration in L or square, of transmission of movement between each of the pieces bridge (6A, 6B) and the support (8) of each actuator group, and that have a second encoder that collects the rotation of the axis (37) that joins them to the support

(8) of the actuator group;

--: un soporte (8) en cada grupo actuador, que comprende un oriﬁcio (38) con una pluralidad de rebajes laterales (39), apto para la introducción en él de una guía, la cual permite el desplazamiento axial del resto del grupo actuador (9, 10, 11, 12), existiendo, en dicha guía, un codiﬁcadordedesplazamiento lineal. a support (8) in each actuator group, comprising a hole (38) with a plurality of lateral recesses (39), suitable for the introduction therein of a guide, which allows axial displacement of the rest of the actuator group (9 , 10, 11, 12), there being, in said guide, a linear displacement encoder.

2. Virtual training system for arthroscopic surgery, according to claim 1, characterized in that the linear displacement encoder, which records the axial advance of the actuator, is a laser displacement sensor that has a transmitter and a receiver; and because the turn encoders are optical sensors that measure the angle traveled by the axes of each actuator.

3. 3.: Sistema de entrenamiento virtual para cirugía artroscópica, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el giro de las piezas puente (6Ay6B) viene determinadopor,al menos,seisposiciones preﬁjadas, con incrementos de 30º, por un pasador (50) entre la pieza puente (6A, 6B)ycada una delas ranurasuoquedades(51)practicadasenlosele-mentosdeslizantes(5A,5B)alosqueseacopla dicha pieza puente (6A, 6B). Virtual training system for arthroscopic surgery, according to claim 1, characterized in that the rotation of the bridge pieces (6A and 6B) is determined by at least six pre-set positions, with increments of 30 °, by a pin (50) between the bridge piece (6A, 6B) and each one of the grooves or holes (51) practiced in sliding slides (5A, 5B) to which said bridge piece (6A, 6B) is coupled.

4. Four.: Sistema de entrenamiento virtual para cirugía artroscópica, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que cada grupo actuador se componedeun soporte(8),que medianteeleje(37)loune a las piezas (7) de transmisión de movimiento,y una guía de desplazamiento axial que atraviesa dicho soporte (8), así como, un primer actuador superior (9), un segundo actuador superior (10), un tercer actuador superior (11)y un actuador inferior (12); en que el primer actuador superior (9) realiza un movimiento de traslación a través de la guía insertada en el soporte (8), estando, además, unida al segundo actuador superior (10). Virtual training system for arthroscopic surgery, according to claim 1, characterized in that each actuator group is composed of a support (8), which by means of an axle (37) loune to the movement transmission parts (7), and a guide axial displacement passing through said support (8), as well as, a first upper actuator (9), a second upper actuator (10), a third upper actuator (11) and a lower actuator (12); in which the first upper actuator (9) carries out a translation movement through the guide inserted in the support (8), being also connected to the second upper actuator (10).

5. 5.: Sistema de entrenamiento virtual para cirugía artroscópica, según la reivindicación 4, caracterizado por el hecho deque el segundo actuador superior (10),alojael tercer codiﬁcador ópticode giro en un huecoprevistoparatalﬁn;yporque,está unidoaltercer actuador superior(11), que es el permite el giro del actuador inferior(12)en tornoasueje axialyque se inserta en un oriﬁcio previsto en él para tal ﬁn. Virtual training system for arthroscopic surgery, according to claim 4, characterized in that the second upper actuator (10) houses the third optical rotary encoder in an end-planned hollow; and because, it is connected to the upper upper actuator (11), which is what allows the rotation of the lower actuator (12) in axialyx lathe which is inserted in a hole provided therein for this purpose.

6. 6.: Sistema de entrenamiento virtual para cirugía artroscópica, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el actuador inferior (12) es apto para acoplársele diferentes herramientas intercambiables, que representan a los diferentes instrumentos utilizados en cirugía laparoscópica. Virtual training system for arthroscopic surgery, according to the preceding claims, characterized in that the lower actuator (12) is suitable for coupling different interchangeable tools, which represent the different instruments used in laparoscopic surgery.

7. 7.: Sistema de entrenamiento virtual para cirugía artroscópica, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que se interconecta a un sistema de control, constituido, por ejemplo, por un ordenador personal o cualquier otro elemento análogo adecuado, comprendiendo: Virtual training system for arthroscopic surgery, according to the preceding claims, characterized in that it is interconnected to a control system, constituted, for example, by a personal computer or any other suitable analogous element, comprising:

SPANISH OFFICE OF THE PATENTS AND BRAND

Application no .: 200803684

SPAIN

Date of submission of the application: 23.12.2008

Priority Date:

REPORT ON THE STATE OF THE TECHNIQUE

51 Int. Cl.: G09B23 / 28 (01.01.2006) G06F19 / 00 (01.01.2011)

RELEVANT DOCUMENTS

Categoría Category: Documentos citados Reivindicaciones afectadas Documents cited Claims Affected

A TO: Simulador avanzado de entrenamiento al servicio de la adquisición de destrezas en técnicas de cirugía mínimamente invasivas. GMV Innovating Solutions (recuperado 12.03.2008) de Internet: URL:http://www.insightmist.com. 1-7 Advanced training simulator for the acquisition of skills in minimally invasive surgery techniques. GMV Innovating Solutions (retrieved 12.03.2008) from the Internet: URL: http: //www.insightmist.com. 1-7

A TO: EP 1638064 A2 (STORZ KARL GMBH & CO KG) 22.03.2006, todo el documento. 1-7 EP 1638064 A2 (STORZ KARL GMBH &CO; KG) 22.03.2006, the whole document. 1-7

A TO: EP 1690651 A1 (FORCE DIMENSION S A R L) 16.08.2006, todo el documento. 1-7 EP 1690651 A1 (FORCE DIMENSION S A R L) 16.08.2006, the whole document. 1-7

A TO: US 2005162383 A1 (ROSENBERG L) 28.07.2005, todo el documento. 1-7 US 2005162383 A1 (ROSENBERG L) 28.07.2005, the whole document. 1-7

A TO: US 2005027397 A1 (NIEMEYER G) 03.02.2005, todo el documento. 1-7 US 2005027397 A1 (NIEMEYER G) 03.02.2005, the whole document. 1-7

A TO: DE 102006009454 A1 (PENTAX CORP) 07.09.2006, reivindicaciones 1-15. 1-7 DE 102006009454 A1 (PENTAX CORP) 07.09.2006, claims 1-15. 1-7

A TO: US 2008278484 A1 (PAYANDEH S et al.) 13.11.2008, reivindicaciones 1-65. 1,7 US 2008278484 A1 (PAYANDEH S et al.) 13.11.2008, claims 1-65. 1.7

Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud Category of the documents cited X: of particular relevance Y: of particular relevance combined with other / s of the same category A: reflects the state of the art O: refers to unwritten disclosure P: published between the priority date and the date of priority submission of the application E: previous document, but published after the date of submission of the application

El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones □ para las reivindicaciones nº: This report has been prepared • for all claims □ for claims no:

Fecha de realización del informe 21.02.2011 Date of realization of the report 21.02.2011: Examinador Antonio Cárdenas Villar Página 1/4 Examiner Antonio Cárdenas Villar Page 1/4

REPORT OF THE STATE OF THE TECHNIQUE

Application number: 200803684

Minimum documentation sought (classification system followed by classification symbols) G09B, G06F Electronic databases consulted during the search (name of the database and, if possible, terms of

search used) INVENES, EPODOC, WPI, NPL, INSPEC, BIOSIS, MEDLINE

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WRITTEN OPINION

Application number: 200803684

Date of Completion of Written Opinion: 02.21.2011

Statement

Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986) Novelty (Art. 6.1 LP 11/1986): Reivindicaciones Reivindicaciones 1 -7 SI NO Claims Claims 1-7 IF NOT

Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986) Inventive activity (Art. 8.1 LP11 / 1986): Reivindicaciones Reivindicaciones 1 -7 SI NO Claims Claims 1-7 IF NOT

The application is considered to comply with the industrial application requirement. This requirement was evaluated during the formal and technical examination phase of the application (Article 31.2 Law 11/1986).

Opinion Base.-

This opinion has been made on the basis of the patent application as published.

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WRITTEN OPINION

Application number: 200803684

1. Documents considered.-

The documents belonging to the state of the art taken into consideration for the realization of this opinion are listed below.

Documento Document: Número Publicación o Identificación Fecha Publicación Publication or Identification Number publication date

D01 D01: Simulador avanzado de entrenamiento al servicio de la adquisición de destrezas en técnicas de cirugía mínimamente invasivas. GMV Innovating Solutions (recuperado 12.03.2008) de Internet: URL:http://www.insightmist.com Advanced training simulator for the acquisition of skills in minimally invasive surgery techniques. GMV Innovating Solutions (retrieved 12.03.2008) from the Internet: URL: http: //www.insightmist.com

D02 D02: EP 1638064 A2 (STORZ KARL GMBH & CO KG) 22.03.2006, todo el documento. EP 1638064 A2 (STORZ KARL GMBH &CO; KG) 22.03.2006, the whole document.

D03 D03: EP 1690651 A1 (FORCE DIMENSION S A R L ) 16.08.2006, todo el documento. EP 1690651 A1 (FORCE DIMENSION S A R L) 16.08.2006, the whole document.

D04 D04: US 2005162383 A1 (ROSENBERG L) 28.07.2005, todo el documento. US 2005162383 A1 (ROSENBERG L) 28.07.2005, the whole document.

D05 D05: US 2005027397 A1 (NIEMEYER G) 03.02.2005, todo el documento. US 2005027397 A1 (NIEMEYER G) 03.02.2005, the whole document.

D06 D06: DE 102006009454 A1 (PENTAX CORP) 07.09.2006, reivindicaciones 1-15. DE 102006009454 A1 (PENTAX CORP) 07.09.2006, claims 1-15.

D07 D07: US 2008278484 A1 (PAYANDEH S et al.) 13.11.2008, reivindicaciones 1-65. US 2008278484 A1 (PAYANDEH S et al.) 13.11.2008, claims 1-65.

2. Statement motivated according to articles 29.6 and 29.7 of the Regulations for the execution of Law 11/1986, of March 20, on Patents on novelty and inventive activity; quotes and explanations in support of this statement

The patent application under study has an independent claim, No. 1, which refers to a virtual training system for arthroscopic surgery techniques that require additional degrees of freedom to allow the confrontation of several actuators. This system comprises a main support formed by a base and a vertical arm and is characterized by a configuration defined by a series of elements specified in this first claim. The dependent claims 2-6 refer to the technical characteristics of the different system components and the dependent claim No. 7 refers to a control system provided with means for visualization and control of the different position signals, fault detection means and means of presenting messages related to the operation of the system. In the state of the art there are numerous simulation and training systems for arthroscopic surgery techniques (the documents cited D01-D07 are representative examples) but it is considered that the configuration and functionality of the claimed system presents novelty and inventive activity as specified in the Articles 6 and 8 of the Patent Law.

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