KR102646918B1 - 외과 수술 시뮬레이터 및 외과 수술 시뮬레이션 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 외과 수술 시뮬레이터 및 대응하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 외과 수술 시뮬레이터는 혈관 형성 장치(1) 및/또는 환기 장치(2), 뿐만 아니라 조정 장치(3)를 포함한다. 본 발명에 따른 외과 수술 시뮬레이터는 표본에 연결되고 혈관 형성 장치(1)를 이용해 이 표본의 동맥 시스템을 혈관 형성하고 및/또는 환기 장치(2)를 이용해 이 표본의 호흡기계 시스템을 환기시키도록 배치된다. 조정 장치(3)는 혈관 형성 장치(1) 및 환기 장치(2)를 초고도의 현실감을 가지고 표본 상에 수행되는 수술 훈련을 제공하기 위한 심폐 기능들을 시뮬레이션하는 방식으로 제어한다.
Description
본 발명은 외과 수술 시뮬레이터 분야에 관한 것이다.
보다 상세하게는, 본 발명은 초고도의 현실감을 가지는 외과 수술 시뮬레이터 및 관련 방법에 관한 것이다.
외과 수술 시뮬레이터들의 목적은 수술실 상황에 외과의사들을 배치하고 이들이 실제로 만나게 될 복잡한 수술 절차들과 대면하도록 하는 것이다.
수술 훈련 분야에서 비용 효율의 점점 커지는 제약조건들을 고려하면, 외과의사들의 실제 훈련은, 수술실에서 숙련된 외과의사의 감독 하에서 멘토링을 통해 전통적으로 수행되는데, 이러한 멘토링은 특히 시간이 많이 소요되고, 그래서 비용이 많이 들기 때문에 점점 더 실용적이지 않게 되고 있다. 이것이, 지난 수 년 동안, 매우 정교한 플라스틱 마네킨 같은 장치들 또는 로봇식 디지털 콘솔 장치들을 이용하는, 외과 수술 시뮬레이션 센터들이 생겨나는 이유이다. 하지만, 이러한 센터들에서의 수술 훈련은 불충분한 것으로 밝혀졌고, 이러한 장치들을 이용 및 유지하기 위한 비용은 매우 높다. 다른 외과 수술 시뮬레이션 센터들은 돼지 모델들을 이용한다. 하지만, 임상적 또는 유사-임상적 상황들에 있어서의 수술적 움직임들의 반복은 외과의사들의 초기 훈련 및 지속적인 교육에 필수적이다. 나아가, 동물 실험은 머지 않아 미국 및 잠재적으로는 전세계 다른 국가들에서 전면 금지될 수 있다.
종래 기술로부터, 시뮬레이션의 현실감을 증가시키는, 인체 표본의 혈관을 형성시키는 것을 포함하는 외과 수술 시뮬레이션 방법이 알려져 있다. 이러한 방법들은 특히 다음의 문서들에 개시되어 있다:
- 트라우마 외과의사들을 훈련하기 위한 새로운 시뮬레이션("Novel simulation for training trauma surgeons"), Aboud, Krisht, O'Keeffe, Nader, Hassan, Stevens, Ali, Luchette, Journal of traumatology 2011 Dec, 71(6):1487-90 (hereinafter Aboud 2011);
- US 6,824,389 B1.
그럼에도 불구하고, 이러한 인체 표본들의 혈관을 형성시키는 방법들은 현실감 및/또는 적어도 이하의 이유들로 인한 비용 측면에서 여전히 불만족스럽다:
- 대동맥 내 기구들(intro-aortic balloons) 또는 주입 저장소들(infusion reservoirs)과 같은, 상대적으로 형식적인 시뮬레이션 기술들을 이용하고;
- 표본의 동맥 및 정맥 시스템으로 주입되는 액체가 일반적으로 일정한 압력 및 맥박에서 주입되고;
- 헤파린 나트륨 주입은 모든 혈액 잔여물들을 제거하기 위해 인체 표본 토르소들의 동맥 및 정맥 시스템의 세척 프로세스의 끝에 수행되고;
- 수술 시나리오들은 인간 운영자에 의해 수동으로 감독되고;
- 인체 표본의 혈관 형성은, 특히 동체 수술(torso surgery) 동안, 살아 있는 신체의 기능으로 인해 발생될 수 있는 어려움들이 재현되는 것을 허용하지 않는다.
본 발명의 목표는 이러한 훈련을 위한 감소된 예산이라는 맥락에서 수술 훈련을 위해 점점 커지는 요구를 충족시키는, 초고도의 현실감을 가지는 외과 수술 시뮬레이터를 제공하는 데 있다.
이 효과를 위해, 본 발명은 외과 수술 시뮬레이터를 제공하는데,
- 심혈관계 회로를 혈관 형성하도록 배치되는 혈관 형성 장치, 상기 혈관 형성 장치는
○ 상기 혈관 형성 장치를 표본(바람직하게 인간)의 심장에 연결하도록 배치되는 연결 수단. 이러한 방식으로 상기 심장은 상기 심혈관계 회로의 일부를 형성하고,
○ 상기 심혈관계 회로로 액체를 주입하고 상기 심혈관계 회로 내의 상기 액체의 적어도 하나의 주입 변수를 설정하도록 배치되는 액체 주입 시스템. 상기 액체는 바람직하게 표준 혈액과 유사한 색, 온도, 질감, 및/또는 점성을 가지고,
○ 상기 심혈관계 회로 내의 액체의 흐름을 나타내는 적어도 하나의 변수를 측정하도록 배치되는 액체 측정 시스템을 포함하고,
및/또는
- 호흡기계 회로를 환기시키도록 배치되는 환기 장치(ventilation device)를 포함하고, 상기 환기 장치는,
○ 상기 환기 장치를 상기 표본의 폐들에 연결하도록 배치되는 연결 수단. 이러한 방식으로 상기 폐들은 상기 호흡기계 회로의 일부를 형성하고,
○ 상기 호흡기계 회로로 가스를 주입하고 상기 호흡기계 회로 내의 상기 가스의 적어도 하나의 주입 변수를 설정하도록 배치되는 가스 주입 시스템. 상기 가스는 바람직하게 공기이고,
○ 상기 호흡기계 회로 내의 가스의 흐름을 나타내는 적어도 하나의 변수를 측정하도록 배치되는 가스 측정 시스템을 포함하고,
상기 외과 수술 시뮬레이터는
- 적어도 하나의 입력 변수를 판독하고, 상기 적어도 하나의 입력 변수는
○ 상기 액체 측정 시스템 및/또는 상기 가스 측정 시스템에 의해 측정된 상기 적어도 하나의 변수 중에서 하나 또는 그 이상의 변수들, 및/또는
○ 상기 액체의 적어도 하나의 주입 변수 및/또는 상기 가스의 적어도 하나의 주입 변수 중에서 하나 또는 그 이상의 변수들을 포함하고,
- 상기 액체 주입 시스템 및/또는 상기 가스 주입 시스템을 통해, 상기 적어도 하나의 입력 변수에 따라 적어도 하나의 출력 변수를 설정하도록 배치되는 조정 장치(regulation device)를 더 포함하는데, 상기 적어도 하나의 출력 변수는 상기 액체의 적어도 하나의 주입 변수 및/또는 상기 가스의 적어도 하나의 주입 변수 중에서 하나 또는 그 이상의 변수들을 포함하고, 상기 적어도 하나의 출력 변수는 상기 적어도 하나의 입력 변수와 다르다.
이러한 외과 수술 시뮬레이터는 인체의 심혈관계 및/또는 호흡기계 기능이 시뮬레이션되도록 허용하기 때문에 초고도의 현실감을 가진다.
바람직하게, 외과 수술 시뮬레이터는 상기 혈관 형성 장치 및 상기 환기 장치를 포함할 수 있다.
상기 액체의 적어도 하나의 주입 변수는 상기 심혈관계 회로 내의 액체의 주입의 압력 및/또는 흐름 속도 및/또는 빈도를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 액체 주입 시스템은
- 상기 심혈관계 회로 내의 액체의 흐름 속도 및/또는 주입 빈도를 조정하도록 배치되는 하나 또는 그 이상의 주입 전자밸브들, 및/또는
- 상기 심혈관계 회로 내의 액체의 주입 압력을 조정하도록 배치되는 액체 압력 조정기를 포함할 수 있다.
상기 심혈관계 회로 내의 액체의 흐름을 나타내는 상기 적어도 하나의 변수는 상기 심혈관계 회로 내의 액체의 흐름 속도를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 액체 측정 시스템은 상기 심혈관계 회로 내의 액체의 흐름 속도를 측정하도록 배치되는 하나 또는 그 이상의 유량계들을 포함할 수 있다.
상기 액체 측정 시스템은 상기 심장 내 액체의 심장 내 압력을 측정하도록 배치되는 심장 내 압력 센서를 더 포함할 수 있고, 상기 심장 내 압력은 상기 심혈관계 회로 내의 액체의 흐름을 나타내는 변수를 구성한다.
상기 가스의 적어도 하나의 주입 변수는 상기 호흡기계 회로 내의 가스의 주입의 압력 및/또는 흐름 속도 및/또는 빈도를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 가스 주입 시스템은
- 상기 호흡기계 회로 내의 가스의 주입의 흐름 속도 및/또는 빈도를 조정하도록 배치되는 공압식 분배기, 및/또는
- 상기 호흡기계 회로 내의 가스의 주입 압력을 조정하도록 배치되는 가스 압력 조정기를 포함할 수 있다.
상기 호흡기계 회로 내의 가스의 흐름을 나타내는 적어도 하나의 변수는 상기 호흡기계 회로 내의 가스의 흐름 속도를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 가스 측정 시스템은 상기 호흡기계 회로 내의 가스의 흐름 속도를 측정하도록 배치되는 공압식 유량계를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 변형에 따르면, 상기 조정 장치는 입력 변수로서 상기 가스의 적어도 하나의 주입 변수 및/또는 상기 액체의 적어도 하나의 주입 변수 중에서 하나 또는 그 이상의 변수들을 수동으로 입력하는 수단을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 변형에 따르면, 이것은 다른 변형들 또는 실시예들과 양립할 수 있는데, 상기 조정 장치가
- 상기 조정 장치가 입력 변수(들)로서 상기 액체의 적어도 하나의 주입 변수 중 하나 또는 그 이상을 판독하고 또한 상기 가스 주입 시스템을 통해, 상기 입력 변수(들)에 따라 상기 가스의 적어도 하나의 주입 변수 중에서 하나 또는 그 이상을 출력 변수(들)로서 설정하는, 심장-호흡기 모델;
- 상기 조정 장치가 입력 변수(들)로서 상기 가스의 적어도 하나의 주입 변수 중 하나 또는 그 이상을 판독하고 또한 상기 액체 주입 시스템을 통해, 상기 입력 변수(들)에 따라 상기 액체의 적어도 하나의 주입 변수 중에서 하나 또는 그 이상을 출력 변수(들)로서 설정하는, 호흡기-심장 모델;
- 상기 조정 장치가 입력 변수(들)로서 상기 액체의 적어도 하나의 주입 변수 중 하나 또는 그 이상을 판독하고 또한 상기 액체 주입 시스템을 통해, 상기 입력 변수(들)에 따라 상기 액체의 적어도 하나의 주입 변수 중에서 하나 또는 그 이상을 출력 변수(들)로서 설정하고, 상기 출력 변수(들)은 상기 입력 변수(들)과 다른, 심장-심장 모델;
- 상기 조정 장치가 입력 변수(들)로서 상기 가스의 적어도 하나의 주입 변수 중 하나 또는 그 이상을 판독하고 또한 상기 가스 주입 시스템을 통해, 상기 입력 변수(들)에 따라 상기 가스의 적어도 하나의 주입 변수 중에서 하나 또는 그 이상을 출력 변수(들)로서 설정하고, 상기 출력 변수(들)은 상기 입력 변수(들)과 다른, 호흡기-호흡기 모델;
이상의 모델들 중 하나 또는 수 개가 저장되어 있는 컴퓨터 메모리를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 입력 변수(들)에 있어서의 증가는 상기 출력 변수(들)에 있어서의 증가로 이어지고 또한 상기 입력 변수(들)에 있어서의 감소는 상기 출력 변수(들)에 있어서의 감소로 이어진다.
상기 출력 변수(들)의 설정은 바람직하게 상기 입력 변수(들)의 선형 또는 포물선 또는 다항 함수이다. 선형 함수는 단순함이라는 장점을 제공한다. 다항 함수는 선형 또는 포물선 함수보다 더 현실감 있는 생리학적 기능들을 시뮬레이션한다는 장점을 제공한다.
바람직하게, 상기 컴퓨터 메모리는 수 개의 기록된 시나리오들을 포함하고, 각각의 시나리오는 수 개의 모델들의 조합에 대응하고, 이 조합은 그 시나리오에 특정된다.
이러한 시나리오들은 수술실에서 만나게 될 것 같은 상황들이 시뮬레이션되는 것을 허용한다.
일 실시예에 있어서, 상기 혈관 형성 장치는 3 개의 도관들을 더 포함하고 또한 상기 혈관 형성 장치의 연결 수단은 상기의 3 개의 도관들에 개별적으로 연결되는 3 개의 캐뉼러들을 포함하고, 상기 캐뉼러들 및 도관들은 상기 캐뉼러들에 의해, 상기 혈관 형성 장치를 상기 표본의 3 개의 동맥들에 연결하여 동맥 네트워크를 형성하고 이러한 방식으로 이 캐뉼러들 중 적어도 하나에 의해 상기 동맥 네트워크로 상기 액체의 주입을 허용하도록 배치된다.
이러한 일 실시예에 있어서, 상기 혈관 형성 장치는
- 상기 3 개의 도관들 각각에 개별적으로 장착되는 3 개의 순환 메카니즘들. 이 도관들 각각에 연관된 상기 순환 메카니즘은
○ 상기 액체가 상기 순환 메카니즘을 통해 상기 액체 주입 시스템으로부터 상기 동맥 네트워크까지 상기 도관 내에서 순환할 수 있고 또한 상기 액체가 상기 순환 메카니즘을 통해 상기 동맥 네트워크로부터 상기 액체 주입 시스템까지 상기 도관 내에서 순환할 수 없는, 주입 위치,
○ 상기 액체가 상기 순환 메카니즘을 통해 상기 동맥 네트워크로부터 상기 액체 주입 시스템까지 상기 도관 내에서 순환할 수 있고 또한 상기 액체가 상기 순환 메카니즘을 통해 상기 액체 주입 시스템으로부터 상기 동맥 네트워크까지 상기 도관 내에서 순환할 수 없는, 소개 위치(evacuation position),
이상의 2 개의 위치들을 선택적으로 취하도록 배치되고;
- ○ 상기 3 개의 순환 메카니즘들이 상기 주입 위치에 배치되는 가압 모드,
○ 하나 또는 2 개의 순환 메카니즘들이 상기 주입 위치에 배치되고 다른 순환 메카니즘(들)이 상기 소개 위치에 배치되는 순환 모드 중에서
적어도 2 개의 액체 주입 모드들을 선택하도록 배치되는 선택기를 더 포함할 수 있다.
상기 가압 모드는 상기 동맥 네트워크로 주입되는 액체를 절약하고, 흉곽 및/또는 복부의 기관들 또는 장기들의 혈관을 재생시켜 이들에게 실제와 유사한 색, 질감 및 온도를 주어, 예를 들어 경정맥 및 대퇴 수준에서 배치되는 정맥 캐뉼러들을 통해 상기 액체의 소개 전에, 정맥 시스템의 흐름 속도, 압력, 및 종창을 획득한다.
상기 순환 모드는 상기 표본의 심혈관계 및 각각의 동맥의 투과성이 평가되도록 허용한다. 또한 이것은 최적의 시나리오 또는 모델들의 조합 또는 출력 변수(들)의 설정을 찾도록 허용한다. 상기 순환 모드는 또한 학습자들이 상기 표본의 혈관 시스템에 있어서의 액체 흐름을 느끼도록 허용한다(예를 들어, 각각의 측면에서는 아니지만 클램프의 위 또는 아래의 동맥의 부기).
일 실시예에 있어서, 상기 환기 장치의 연결 수단은 상기 환기 장치를 상기 표본의 기관지에 연결되도록 배치될 수 있고 이러한 방식으로 상기 기관지들은 상기 호흡기계 회로의 일부를 형성하고 또한 상기 가스 주입 시스템은 상기 기관지에 가스를 주입하기 위해 경구기관 튜브를 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 외과 수술 시뮬레이션 방법에 관한 것인데,
- 심혈관계 회로가 혈관 형성 장치에 의해 혈관 형성되는 혈관 형성 단계. 이 혈관 형성 단계는
○ 상기 혈관 형성 장치가 연결 수단에 의해 표본의 심장(바람직하게 인간)에 연결되고 이러한 방식으로 상기 심장이 상기 심혈관계 회로의 일부를 형성하는, 연결 단계,
○ 액체가 액체 주입 시스템에 의해 상기 심혈관계 회로로 주입되는 액체 주입 단계,
○ 상기 액체의 적어도 하나의 주입 변수가 상기 액체 주입 시스템에 의해 설정되는 조정 단계,
○ 바람직하게 상기 심혈관계 회로 내의 액체의 흐름을 나타내는 적어도 하나의 변수가 액체 측정 시스템에 의해 측정되는 측정 단계를 포함하고,
및/또는
- 호흡기계 회로가 환기 장치에 의해 환기되는 환기 단계를 포함하고, 이 환기 단계는
○ 상기 환기 장치가 연결 수단에 의해 표본의 폐들에 연결되고 이러한 방식으로 상기 폐들이 상기 호흡기계 회로의 일부를 형성하는, 연결 단계,
○ 가스가 가스 주입 시스템에 의해 상기 호흡기계 회로로 주입되는 가스 주입 단계,
○ 상기 가스의 적어도 하나의 주입 변수가 상기 가스 주입 시스템에 의해 설정되는 조정 단계,
○ 바람직하게 상기 호흡기계 회로 내의 가스의 흐름을 나타내는 적어도 하나의 변수가 가스 측정 시스템에 의해 측정되는 측정 단계를 포함하고,
상기 외과 수술 시뮬레이션 방법은
- 조정 장치가 적어도 하나의 입력 변수를 판독하고, 상기 적어도 하나의 입력 변수는
○ 상기 액체 측정 시스템 및/또는 상기 가스 측정 시스템에 의해 측정되는 적어도 하나의 변수 중에서 하나 또는 그 이상의 변수들, 및/또는
○ 상기 액체의 적어도 하나의 주입 변수 및/또는 상기 가스의 적어도 하나의 주입 변수 중에서 하나 또는 그 이상의 변수들을 포함하고,
- 조정 장치가, 상기 액체 주입 시스템 및/또는 상기 가스 주입 시스템에 의해, 상기 적어도 하나의 입력 변수에 따라 적어도 하나의 출력 변수를 설정하는 조정 단계를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 출력 변수는 상기 액체의 상기 적어도 하나의 주입 변수 및/또는 상기 가스의 적어도 하나의 주입 변수 중에서 하나 또는 그 이상의 변수들을 포함하고, 상기 적어도 하나의 출력 변수는 상기 적어도 하나의 입력 변수와 다르다.
바람직하게, 외과 수술 시뮬레이션 방법은 상기 혈관 형성 단계 및 상기 환기 단계를 포함할 수 있다.
상기 액체의 적어도 하나의 주입 변수는 상기 심혈관계 회로 내의 액체의 주입의 압력 및/또는 흐름 속도 및/또는 빈도를 포함할 수 있다.
일 구현 모드에 있어서, 상기 액체 주입 시스템은
- 하나 또는 그 이상의 주입 전자밸브들에 의해, 상기 심혈관계 회로 내의 액체의 주입의 흐름 속도 및/또는 빈도를 조정하는 단계, 및/또는
- 액체 압력 조정기에 의해, 상기 심혈관계 회로 내의 액체의 주입 입력을 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 심혈관계 회로 내의 액체의 흐름을 나타내는 적어도 하나의 변수는 상기 심혈관계 회로 내의 액체의 흐름 속도를 포함할 수 있다.
일 구현 모드에 있어서, 상기 혈관 형성 단계에 있어서, 상기 측정 단계는 하나 또는 그 이상의 유량계들에 의해, 상기 심혈관계 회로 내의 액체의 흐름 속도의 측정을 포함할 수 있다.
혈관 형성 단계에 있어서, 상기 측정 단계는 심장 내 압력 센서에 의해, 상기 심장 내의 액체의 심장 내 압력의 측정을 더 포함할 수 있고, 이 심장 내 압력은 상기 심혈관계 회로 내의 액체의 흐름을 나타내는 변수를 구성한다.
상기 가스의 적어도 하나의 주입 변수는 상기 호흡기계 회로 내의 가스의 주입의 압력 및/또는 흐름 속도 및/또는 빈도를 포함할 수 있다.
일 구현 모드에 있어서, 상기 가스 주입 단계는
- 공압식 분배기에 의해, 상기 호흡기계 회로 내의 가스의 주입의 흐름 속도 및/또는 빈도를 조정하는 단계, 및/또는
- 가스 압력 조정기에 의해, 상기 호흡기계 회로 내의 가스의 주입 압력을 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 호흡기계 회로 내의 가스의 흐름을 나타내는 적어도 하나의 변수는 상기 호흡기계 회로 내의 가스의 흐름 속도를 포함할 수 있다.
상기 환기 단계에 있어서, 상기 측정 단계는 상기 가스 측정 시스템에 의해, 상기 호흡기계 회로 내의 가스의 흐름 속도의 측정을 포함할 수 있다.
일 구현 모드에 있어서, 외과 수술 시뮬레이션 방법은 사용자 인터페이스를 통해, 입력 변수로서 상기 가스의 적어도 하나의 주입 변수 및/또는 상기 액체의 적어도 하나의 주입 변수 중에서 하나 또는 그 이상의 변수들을 수동으로 입력하는 수단을 포함할 수 있다.
조정 단계는
- 상기 조정 장치가 입력 변수(들)로서 상기 액체의 적어도 하나의 주입 변수 중 하나 또는 그 이상을 판독하고 또한 상기 가스 주입 시스템을 통해, 상기 입력 변수(들)에 따라 상기 가스의 적어도 하나의 주입 변수 중에서 하나 또는 그 이상을 출력 변수(들)로서 설정하는, 심장-호흡기 모델;
- 상기 조정 장치가 입력 변수(들)로서 상기 가스의 적어도 하나의 주입 변수 중 하나 또는 그 이상을 판독하고 또한 상기 액체 주입 시스템을 통해, 상기 입력 변수(들)에 따라 상기 액체의 적어도 하나의 주입 변수 중에서 하나 또는 그 이상을 출력 변수(들)로서 설정하는, 호흡기-심장 모델;
- 상기 조정 장치가 입력 변수(들)로서 상기 액체의 적어도 하나의 주입 변수 중 하나 또는 그 이상을 판독하고 또한 상기 액체 주입 시스템을 통해, 상기 입력 변수(들)에 따라 상기 액체의 적어도 하나의 주입 변수 중에서 하나 또는 그 이상을 출력 변수(들)로서 설정하고, 상기 출력 변수(들)은 상기 입력 변수(들)과 다른, 심장-심장 모델;
- 상기 조정 장치가 입력 변수(들)로서 상기 가스의 적어도 하나의 주입 변수 중 하나 또는 그 이상을 판독하고 또한 상기 가스 주입 시스템을 통해, 상기 입력 변수(들)에 따라 상기 가스의 적어도 하나의 주입 변수 중에서 하나 또는 그 이상을 출력 변수(들)로서 설정하고, 상기 출력 변수(들)은 상기 입력 변수(들)과 다른, 호흡기-호흡기 모델;
중에서 컴퓨터 메모리 내에 저장된 하나 또는 그 이상의 모델들의 이용을 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 출력 변수(들)의 설정은 상기 입력 변수(들)의 선형(linear) 또는 포물선(parabolic) 또는 다항(polynomial) 함수이다.
상기 컴퓨터 메모리는 수 개의 저장된 시나리오들을 포함할 수 있고, 각각의 시나리오는 그 시나리오에 특정된 수 개의 모델들의 조합에 대응한다.
일 구현 모드에 있어서, 상기 혈관 형성 단계는 (상기 혈관 형성 장치의 3 개의 개별적인 도관들에 연결되는 3 개의 캐뉼러들에 의해) 상기 혈관 형성 장치의 상기 표본의 3 개의 개별적인 동맥들에의 연결을 더 포함할 수 있고 이는 동맥 네트워크를 형성하고 이러한 방식으로 상기 캐뉼러들 중 적어도 하나에 의해 동맥 네트워크로 상기 액체의 주입을 허용하게 된다.
상기 혈관 형성 단계는, 선택기(selector)에 의해,
- 3 개의 순환 메카니즘들이 주입 위치에 배치되는 가압 모드,
- 하나 또는 2 개의 순환 메카니즘들이 주입 위치에 배치되고 다른 순환 메카니즘(들)이 소개 위치에 배치되는 순환 모드,
중에서 액체 주입 모드의 선택 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 주입 위치는 상기 액체가 상기 도관 상에 장착된 순환 메카니즘을 통해 상기 액체 주입 시스템으로부터 상기 동맥 네트워크를 향해 주어진 도관 내에서 순환할 수 있고 또한 상기 액체가 상기 순환 메카니즘을 통해 상기 동맥 네트워크로부터 상기 액체 주입 시스템을 향해 상기 도관 내에서 순환할 수 없는, 위치이고,
상기 소개 위치는 상기 액체가 상기 도관 상에 장착된 상기 순환 메카니즘을 통해 상기 동맥 네트워크로부터 상기 액체 주입 시스템을 향해 주어진 도관 내에서 순환할 수 있고 또한 상기 액체가 상기 순환 메카니즘을 통해 상기 액체 주입 시스템으로부터 상기 동맥 네트워크를 향해 상기 도관 내에서 순환할 수 없는, 위치이다.
바람직하게, 상기 환기 단계에 있어서, 상기 연결 단계는 상기 환기 장치를 표본의 기관지에 연결하는 것을 포함하고, 이러한 방식으로 상기 기관지들은 상기 호흡기계 회로의 일부를 형성하고 또한 상기 가스 주입 단계는 경구기관 튜브를 통해 상기 기관지로 상기 가스의 주입을 포함한다.
본 발명의 다른 장점들 및 현저한 특징들은 이하의 첨부된 도면들 뿐만 아니라 구현들 및 실시예들의 비한정적인 상세한 설명을 읽는 것에 의해 명백해질 것이다.
- 도 1은 본 발명에 따른 외과 수술 시뮬레이터의 일 실시예를 대략적으로 도시하고 있다.
- 도 2 및 도 3은 각각 본 발명에 따른 외과 수술 시뮬레이터가 연결될 수 있는 인체 표본의 심혈관계 회로 및 호흡기계 회로를 도시하고 있다.
- 도 1은 본 발명에 따른 외과 수술 시뮬레이터의 일 실시예를 대략적으로 도시하고 있다.
- 도 2 및 도 3은 각각 본 발명에 따른 외과 수술 시뮬레이터가 연결될 수 있는 인체 표본의 심혈관계 회로 및 호흡기계 회로를 도시하고 있다.
이하에서 설명되는 실시예들은, 완전히 설명되지는 않지만, 다른 설명된 특징들로부터 분리되어, (이 선택이 다른 특징들을 포함하는 문장 내에서 분리될지라도), 이 특징들의 선택이 종래 기술에 대하여 본 발명을 구별하거나 또는 기술적인 장점을 부여하기에 충분하다면, 특히 설명된 특징들의 선택만을 포함하는 본 발명의 예상되는 변형들일 수 있다. 선택은 적어도 하나의 특징, 바람직하게 구조적인 상세사항들 없는, 또는 이 부분 단독으로 종래 기술에 대하여 본 발명을 구별하거나 또는 기술적인 장점을 부여하기에 충분하다면, 구조적인 상세사항들의 일 부분만을 가지는, 기능적인 특징을 포함한다.
본 발명에 따른 외과 수술 시뮬레이터의 일 실시예의 일 예가 도 1에 도시되어 있다.
이 예에 있어서, 이 외과 수술 시뮬레이터는 혈관 형성 장치(1), 환기 장치(2), 및 혈관 형성 장치(1)와 환기 장치(2)를 제어하는 조정 장치(3)를 포함한다.
도 1은 혈관 형성 장치(1)가 도면의 우측을 향하는 화살표들에 의해 표시되는, 3 개의 통로들(A1, A2, 및 A3)을 포함하는 것을 보여준다. 이 통로들(A1, A2, 및 A3)은 도 2에 도시된 3 개의 캐뉼러들(931, 932 및 933)에 각각 연결되는 혈관 형성 장치(1)의 도관들이다. 예를 들어, 도관(A1)은 캐뉼러(931)에 연결되고, 도관(A2)는 캐뉼러(932)에 연결되고 도관(A3)은 캐뉼러(933)에 연결된다. 이 도관들과 캐뉼러들 사이의 연결은, 도 1 및 도 2에 도시되어 있지 않지만, 종래의 연결 수단에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 이 도관들(A1, A2 및 A3)은 내부 지름 10 mm를 가지는 파이프들일 수 있고 캐뉼러들(931, 932, 및 933)은 이 파이프들에 삽입되거나 및/또는 알려진 부착 수단에 의해 이 파이프들에 부착되는 정맥 캐뉼러들일 수 있다.
도 1 및 도 2의 예에 있어서, 캐뉼러들(931, 932, 및 933) 및 도관들(A1, A2, 및 A3)은 캐뉼러들을 통해 혈관 형성 장치(1)를 인간 표본(9)의 3 개의 개별적인 동맥들(911, 912, 913)에 연결하도록 배치된다. 동맥들(911, 912, 및 913)은 동맥 네트워크를 형성하고, 다시 말하면 이들은 서로 연결되고 이러한 방식으로 이 동맥들 중 하나, 예를 들어 동맥(911)을 통해 주입된 액체는, 이 동맥(911) 내에서 순환할 것이고 동맥 네트워크를 통해 이동하여 그후 동맥들(912 및 913) 내에서 순환하게 된다. 특히, 캐뉼러들((31, 932, 및 933) 및 도관들(A1, A2, 및 A3)의 배치는 액체가 캐뉼러들 중 적어도 하나를 통해 동맥 네트워크로 주입되도록 허용한다.
바람직하게, 동맥(911)은 표본(9)의 좌측의 공동 경동맥이고, 동맥(912)는 표본(9)의 우측 고동맥이고, 동맥(913)은 표본(9)의 좌측 고동맥이다.
혈관 형성 장치(1)는 이로써 연결 수단을 포함하고, 이러한 연결 수단은 혈관 형성 장치(1)를 인간 표본(9)의 심장(92)에 연결하도록 배치되는, 캐뉼러들(931, 932, 및 933)을 포함하고 이러한 방식으로 심장은 심혈관계 회로의 일부를 형성한다.
환기 장치(2)에 관하여, 도 1은 환기 장치가 도면의 우측을 향하는 화살표에 의해 표현되는 통로(E1)를 포함하는 것을 보여준다. 이 예에 있어서, 이 통로(E1)는 도 3에 도시된 경구기관 튜브(96)에 연결되는 환기 장치(2)의 도관이다.
도 1 및 도 3의 예에 있어서, 환기 장치(2)는 연결 수단을 포함하고, 이 연결 수단은, 환기 장치(2)를 인체 표본(9)의 폐들(941 및 942)에 연결하도록 배치되는, 경구기관 튜브(96)를 포함하고, 이러한 방식으로 이 폐들은 환기 장치(2)의 호흡기계 회로의 일부를 형성한다. 나아가, 이 예에 있어서, 환기 장치(2)의 연결 수단은 이 환기 장치(2)를 인체 표본(9)의 기관지(95)에 연결하도록 배치되고 이러한 방식으로 이 기관지(95)는 호흡기계 회로의 일부를 형성한다.
그러므로, 본 발명에 따르면
- 혈관 형성 장치(1)는 심혈관계 회로, 이 예에 있어서 동맥들(911, 912, 및 913), 뿐만 아니라 도 2에 도시된 바와 같이 인체 표본(9)의 심장(92)를 혈관 형성하도록 배치되고;
- 환기 장치(2)는 호흡기계 회로, 이 예에 있어서 기관지(95), 뿐만 아니라 도 3에 도시된 바와 같이 인체 표본(9)의 폐들(941 및 942)을 환기시키도록 배치되는 것은 명백하다.
혈관 형성 장치의 설명
혈관 형성 장치(1)는 심혈관계 회로로 액체를 주입하고 또한 심혈관계 회로 내의 액체의 적어도 하나의 주입 변수를 설정하도록 배치되는 액체 주입 시스템을 포함한다.
도 1을 참조하면, 액체 주입 시스템은 3 개의 주입 전자밸브들(111, 121, 및 131)을 포함한다. 이 주입 전자밸브들(111, 121, 131)은 혈관 형성 장치(1)의 주입 도관들(A11, A21 및 A31) 상에 각각 장착된다. 주입 전자밸브들(111, 121, 및 131)은 심혈관계 회로 내의 액체의 흐름 속도 및/또는 주입 빈도를 설정하도록 배치된다. 보다 정확하게는, 주입 도관(A11)은 도관(A1)에 연결되고, 주입 도관(A21)은 도관(A2)에 연결되고, 주입 도관(A31)은 도관(A3)에 연결되고, 이러한 방식으로 주입 빈도 및/또는 흐름 속도의 측면에서 주입 전자밸브들(111, 121, 및 131)의 설정에의 변형은 액체가 동맥 네트워크로 주입되는 흐름 속도 및/또는 빈도의 변형으로 해석된다.
주입 전자밸브들(111, 121, 및 131)이 장착되는, 주입 도관들(A11, A21, 및 A31)은 주입 전자밸브들(111, 121, 및 131)로부터 위쪽으로 3 개의 주입 도관들(A11, A21, 및 A31)에 연결되는 공동 공급 도관(A1C)에 의해 액체가 공급된다.
또는, 혈관 형성 장치(1)의 액체 주입 시스템은 공동 공급 도관(A1C)(미도시) 상에 장착되는 하나의 주입 전자밸브를 포함할 수 있다.
도 1의 예에 있어서, 혈관 형성 장치(1)는 또한 3 개의 소개 전자밸브들(112, 122, 및 132)을 포함한다. 이 소개 전자밸브들(112, 122, 132; evacuation electrovalves)은 혈관 형성 장치(1)의 소개 도관들(A12, A22, 및 A32) 상에 각각 장착된다. 소개 도관들(A12, A22 및 A32)은, 한편으로는 도관들(A1, A2 및 A3), 즉 동맥 네트워크에 연결되고, 다른 한편으로는 공동 소개 도관(A4)에 연결된다.
주입 전자밸브들(111, 121, 및 131) 및 소개 전자밸브들(112, 122, 및 132)의 이러한 배치는 공동 공급 도관(A1C)으로부터의 액체가 주입 도관들(A11, A21, 및 A31)을 거쳐 동맥 네트워크로 주입되는 것을 허용하고 또한 동맥 네트워크로부터의 액체가 소개 도관들(A12, A22, 및 A32)을 거쳐 공동 소개 도관(A4)을 향해 소개되는 것을 허용한다.
도 1의 액체 주입 시스템은 또한 심혈관계 회로 내의 액체의 주입 압력을 조정하도록 배치되는 액체 압력 조정기(14)를 포함한다. 이 액체 압력 조정기(14)는 공동 공급 도관(A1C) 상에 장착되고, 이러한 방식으로 주입 도관들(A11, A21, 및 A31)로부터 나오는 액체의 압력은 액체 압력 조정기(14)에 의해 조정된다.
따라서, 액체의 적어도 하나의 주입 변수는 액체 주입 시스템에 의해 설정되는데, 이 실시예에서는 심혈관계 회로 내의 액체의 (주입 전자밸브들(111, 121, 및 131)에 의해 조정되는) 흐름 속도 및/또는 주입 빈도(injection frequency) 뿐만 아니라, (액체 압력 조정기(14)에 의해 조정되는) 압력을 포함한다.
이에 더하여, 혈관 형성 장치(1)는 또한 심혈관계 회로 내의 액체의 흐름을 나타내는 적어도 하나의 변수를 측정하도록 배치되는 액체 측정 시스템을 포함한다.
심혈관계 회로 내의 액체의 흐름을 나타내는 이 적어도 하나의 변수는 심혈관계 회로 내의 액체의 흐름 속도를 포함한다. 이를 달성하기 위해, 액체 측정 시스템은 심혈관계 회로 내의 액체의 흐름 속도를 측정하도록 배치되는 적어도 하나의 유량계(도 1의 예에 있어서는 3 개의 유량계들(151, 152, 및 153)을 포함한다. 이 예에 있어서, 유량계들(151, 152, 및 153)은 주입 전자밸브들(111, 121, 및 131)로부터 위쪽으로 주입 도관들(A11, A21, 및 A31) 상에 각각 장착된다.
또는, 액체 측정 시스템은 공동 공급 도관(A1C)(미도시) 상에 장착되는 하나의 단일 유량계를 포함할 수 있다.
도 1의 예에 있어서, 액체 측정 시스템은 심장 내의 액체의 심장 내 압력을 측정하도록 배치되는 심장 내 압력 센서(16)를 더 포함하고, 이 심장 내 압력은 심혈관계 회로 내의 액체의 흐름을 나타내는 변수를 구성한다.
심장 내 압력 센서(16)는, 예를 들어, 표본(9)의 우측 공동 경동맥(914)을 거쳐 도 2의 표본(9)의 심장(92)으로 삽입된다.
수 개의 액체 주입 모드들이 본 발명의 혈관 형성 장치(1)에 의해 구현될 수 있다.
주입 전자밸브들(111, 121, 및 131) 및 소개 전자밸브들(112, 122, 및 132)은, 쌍으로, 순환 메카니즘들을 구성한다: 주입 전자밸브(111)와 소개 전자밸브(112)는 도관(A1) 상에 장착되는 순환 메카니즘(11)을 구성하고; 주입 전자밸브(121)와 소개 전자밸브(122)는 도관(A2) 상에 장착되는 순환 메카니즘(12)을 구성하고; 주입 전자밸브(131)와 소개 전자밸브(132)는 도관(A3) 상에 장착되는 순환 메카니즘(13)을 구성한다. 이 순환 메카니즘들(11, 12, 및 13)은 2 개의 위치들을 선택적으로 취하도록 배치된다:
- 액체가 순환 메카니즘(11, 12, 및/또는 13)을 통해 액체 주입 시스템으로부터 동맥 네트워크를 향해 도관(A1, A2, 및 A3) 내에서 순환할 수 있고 또한 액체가 순환 메카니즘(11, 12, 및/또는 13)을 통해 동맥 네트워크로부터 액체 주입 시스템까지 도관(A1, A2 및/또는 A3) 내에서 순환할 수 없는, 주입 위치,
- 액체가 순환 메카니즘(11, 12, 및/또는 13)을 통해 동맥 네트워크로부터 액체 주입 시스템까지 도관(A1, A2, 및 A3) 내에서 순환할 수 있고 또한 액체가 순환 메카니즘(11, 12, 및/또는 13)을 통해 액체 주입 시스텝으로부터 동맥 네트워크까지 도관(A1, A2 및/또는 A3) 내에서 순환할 수 없는, 소개 위치.
액체 주입 모드들을 선택하기 위해, 혈관 형성 장치(1)는
- 3 개의 순환 메카니즘들(11, 12, 및 13)이 주입 위치에 배치되는 가압 모드,
- 하나 또는 2 개의 순환 메카니즘들이 주입 위치에 배치되고 다른 순환 메카니즘(들)이 소개 위치에 배치되는 순환 모드,
중에서 적어도 2 개의 액체 주입 모드들을 선택하도록 배치되는 선택기(미도시)를 포함한다.
선택기(미도시)는 예를 들어, 3 개의 위치들을 가지는, 기계식 스위치 또는 그래픽 사용자 인터페이스 상의 그래픽 선택기로 구성될 수 있다.
순환 모드는 바람직하게, 또는 2 개의 서로 다른 방식으로 구현된다:
- 발산 순환(divergent circulation): 순환 메카니즘(예를 들어, 11)이 주입 위치에 배치되고 2 개의 다른 순환 메카니즘들(이 예에 있어서, 12 및 13)은 소개 위치에 배치된다: 여기서 설명되는 예에 있어서, 액체는 이 경우에 있어서 좌측 공동 경동맥을 거쳐 동맥 네트워크로 주입되고 우측 및 좌측 고동맥들을 거쳐 동맥 네트워크로부터 소개되어, 인체 표본(9)의 위에서부터 아래까지 동맥 네트워크 내에서 액체 순환을 야기시킨다;
- 수렴 순환(convergent circulation): 순환 메카니즘(예를 들어, 11)이 소개 위치에 배치되고 2 개의 다른 순환 메카니즘들(이 예에 있어서, 12 및 13)은 주입 위치에 배치된다: 여기서 설명되는 예에 있어서, 액체는 이 경우에 있어서 우측 및 좌측 고동맥들을 거쳐 동맥 네트워크로 주입되고 좌측 공동 경동맥을 거쳐 동맥 네트워크로부터 소개되어, 인체 표본(9)의 위에서부터 아래까지 동맥 네트워크 내에서 액체 순환이 발생된다.
바람직하게, 본 발명의 혈관 형성 장치(1)는 도 1에 도시된 바와 같이:
- 예를 들어, 온수(17a) 및 냉수(17b)가 공급되어 공동 공급 도관(A1C)에 대략 대략 37℃, ±1℃의 온도로 액체(물)을 공급하는 온도조절 믹서(171); 또는, 이것은 2 bar 이상으로 조정 및 가압되는 물 히터(172)를 이용해, 또는 다른 수단에 의해 달성될 수 있고; 및/또는
- 온도조절 믹서(171) 또는 물 히터(172) 후에 공동 공급 도관(A1C) 상에 장착되는 공급 탭(173). 이 공급 탭(173)은 바람직하게 장치에 액체를 수동으로 공급하고; 및/또는
- 이 도관 내의 액체의 압력의 시각적 모니터링을 가능하게 하기 위해, 디지털 또는 바늘을 가지고, 액체 압력 조정기(14)로부터 아래쪽으로 및 유량계들(151, 152, 및 153)로부터 위쪽으로 공동 공급 도관(A1C) 상에 장착되는, 나노미터 압력 센서(174); 및/또는
- 도관 내의 액체의 온도의 시각적인 모니터링을 가능하게 하기 위해, 액체 압력 조정기(14)로부터 아래쪽으로 또한 유량계들(151, 152, 및 153)로부터 위쪽으로 공동 공급 도관(A1C) 상에 장착되는, 열전대 온도계(175); 및/또는
- 예를 들어 공동 공급 도관(A1C) 내를 순환하는 액체에 용액을 첨가하도록 배치되는, 롤러 펌프를 가지는, 주입기(176)를 더 포함하고, 이 용액은 색 및/또는 점성도(viscosity) 측면에서 혈액과 유사한 액체를 만든다.
이 설명으로부터 "심혈관계 회로"라는 표현은
- 본 발명에 따른 외과 수술 시뮬레이터에 속하는 일 부분, 특히 도관들(A1, A2, 및 A3);
- 본 발명에 따른 외과 수술 시뮬레이터에 속하지 않는 일 부분, 특히 동맥들(911, 912, 및 913) 및 인체 표본(9)의 심장(92)을 포함하는 회로를 지칭하는 것이 명백하다.
환기 장치의 설명
환기 장치(2)는 가스를 호흡기계 회로로 주입하도록 배치되는 가스 주입 시스템을 포함한다. 도 1의 예에 있어서, 이 가스 주입 시스템은 호흡기계 회로 내의 가스의 주입의 흐름 속도 및/또는 빈도를 설정하도록 배치되는 공압식 분배기(21)를 포함한다. 이 예에 있어서, 가스 주입 시스템은 또한 공압식 분배기(21)로부터 위쪽으로 장착되고 또한 호흡기계 회로 내의 가스의 주입 압력을 조정하도록 배치되는 가스 압력 조정기(24)를 포함한다. 이에 더하여, 가스 주입 시스템은 또한 인체 표본(9)의 기관지(95)로 가스를 주입하도록 배치되는 경구기관 튜브(96)를 포함한다(도 3 참조).
가스 주입 시스템은 호흡기계 회로 내의 가스의 적어도 하나의 주입 변수를 설정하도록 배치되고, 가스의 이 적어도 하나의 주입 변수는 호흡기계 회로 내의 가스의 주입의 압력 및/또는 흐름 속도 및/또는 빈도를 포함한다.
환기 장치(2)는 호흡기계 회로 내의 가스의 흐름을 나타내는 적어도 하나의 변수를 측정하도록 배치되는 가스 측정 시스템을 더 포함한다. 바람직하게, 호흡기계 회로 내의 가스의 흐름을 나타내는 적어도 하나의 변수는 호흡기계 회로 내의 가스의 흐름 속도를 포함한다. 이를 달성하기 위해, 도 1의 가스 측정 시스템은 호흡기계 회로 내의 가스의 흐름 속도를 측정하도록 배치되는 공압식 유량계(25)를 포함한다.
바람직하게, 본 발명의 환기 장치(2)는 도 1에 도시된 바와 같이:
- 압축 공기 모듈(271). 예를 들어 적어도 2 bar로 조정되고 가압되는 공기 히터는, 대략 37℃ 에서 ±1℃의 온도를 가지는 공기 형태의 가스가 도관(E1)으로 주입되는 것을 허용하고, 이 가열 모드(271)는 예를 들어, 8 bar로 압축된 공기가 공급되고; 및/또는
- 가열 모듈(271) 후 또는 가스 압력 조정기(24)로부터 위쪽으로 공동 도관(E1) 상에 장착되는 공급 탭(272). 이 공급 탭(272)은 바람직하게 장치에 압축 공기를 수동으로 공급하고; 및/또는
- 예를 들어, 가스 압력 조정기(24)로부터 아래쪽으로 및 공압식 유량계(25)로부터 위쪽으로 장착되는, 압력계(273). 이 압력계(273)는 도관(E1) 내에서 순환하는 공기 압력을 시각적으로 모니터링하는 것을 가능하게 하고; 및/또는
- 포본(9)의 폐들(941 및 942)을 통과하는 것에 의해 오염되었던 공기가 외과 수술 시뮬레이터의 환경으로 빠져나가는 것을 막기 위해, 호흡기계 회로로부터 나오는 공기를 필터링하도록 배치되는 공기 필터(274)를 더 포함한다.
"호흡기계 회로"라는 표현은
- 본 발명에 따른 외과 수술 시뮬레이터에 속하는 일 부분, 특히 도관(E1);
- 본 발명에 따른 외과 수술 시뮬레이터에 속하지 않는 일 부분, 특히 기관지(95) 뿐만 아니라 인체 표본(9)의 폐들(941 및 942)를 포함하는 회로를 지칭하는 것이 본 설명으로부터 명백하다.
조정 장치의 설명
조정 장치(3)는
- 적어도 하나의 입력 변수를 판독하고, 이 적어도 하나의 입력 변수는
○ 액체 측정 시스템 및/또는 가스 측정 시스템에 의해 측정되는 적어도 하나의 변수 중에서 하나 또는 그 이상의 변수들, 및/또는
○ 가스의 적어도 하나의 주입 변수 및/또는 액체의 적어도 하나의 주입 변수 중에서 하나 또는 그 이상의 변수들을 포함하고,
- 액체 주입 시스템 및/또는 가스 주입 시스템을 통해, 적어도 하나의 입력 변수에 따른 적어도 하나의 출력 변수를 설정하도록 배치되고, 적어도 하나의 출력 변수는 액체의 적어도 하나의 주입 변수 및/또는 가스의 적어도 하나의 주입 변수 중에서 하나 또는 그 이상의 변수들을 포함하고, 적어도 하나의 출력 변수는 적어도 하나의 입력 변수와 다르다.
조정 장치(3)는 바람직하게는 액체의 적어도 하나의 주입 변수 및/또는 가스의 적어도 하나의 주입 변수 중에서 하나 또는 그 이상의 변수들을 입력 변수로서 수동으로 입력하는 수단 또는 "사용자 인터페이스"(예를 들어, 버튼, 스크롤 휠, 컴퓨터 키보드 및/또는 터치스크린 등, 미도시)를 포함한다. 이러한 수단(미도시)은 강사가 예를 들어, 심장 마비 또는 심장 및/또는 호흡기계 박동에 있어서의 변화를 시뮬레이션하는 이벤트를 수동으로 트리거하는 것을 허용한다.
이러한 입력 수단(미도시)은 또한 강사(instructor)가 이하에서 설명되는 것과 같은 시나리오를 수동으로 트리거하는 것을 허용한다.
이를 달성하기 위해, 도 1의 예에 있어서 조정 장치(3)는, 이하 중에서, 하나 또는 그 이상의 모델들이 저장되는 컴퓨터 메모리(4)를 포함한다:
- 조정 장치(3)가 입력 변수(들)로서 액체의 적어도 하나의 주입 변수 중 하나 또는 그 이상을 판독하고 또한 가스 주입 시스템을 통해, 입력 변수(들)에 따라 가스의 적어도 하나의 주입 변수 중에서 하나 또는 그 이상을 출력 변수(들)로서 설정하는, 심장-호흡기 모델;
- 조정 장치가 입력 변수(들)로서 가스의 적어도 하나의 주입 변수 중 하나 또는 그 이상을 판독하고 또한 액체 주입 시스템을 통해, 입력 변수(들)에 따라 액체의 적어도 하나의 주입 변수 중에서 하나 또는 그 이상을 출력 변수(들)로서 설정하는, 호흡기-심장 모델;
- 조정 장치가 입력 변수(들)로서 액체의 적어도 하나의 주입 변수 중 하나 또는 그 이상을 판독하고 또한 액체 주입 시스템을 통해, 입력 변수(들)에 따라 액체의 적어도 하나의 주입 변수 중에서 하나 또는 그 이상을 출력 변수(들)로서 설정하고, 출력 변수(들)은 입력 변수(들)과 다른, 심장-심장 모델;
- 조정 장치가 입력 변수(들)로서 가스의 적어도 하나의 주입 변수 중 하나 또는 그 이상을 판독하고 또한 가스 주입 시스템을 통해, 입력 변수(들)에 따라 가스의 적어도 하나의 주입 변수 중에서 하나 또는 그 이상을 출력 변수(들)로서 설정하고, 출력 변수(들)은 입력 변수(들)과 다른, 호흡기-호흡기 모델.
출력 변수들의 설정은, 예를 들어, 입력 변수들의 선형 또는 포물선 또는 다항 함수이고, 바람직하게는 다항 함수이다.
이에 더하여, 이 예에 있어서, 컴퓨터 메모리(4)는 수 개의 저장된 시나리오들을 포함하고, 각각의 시나리오는 시나리오에 특정된 수 개의 모델들의 조합에 대응한다. 시나리오들의 예들은 이하에서 주어진다.
조정 장치(3)는 그 기능을 수행하는 것을 가능하게 해주는 컴퓨터(미도시) 및 소프트웨어(미도시)를 포함한다.
조정 장치(3)는 단지 기술적인 수단: 컴퓨터 및/또는 소프트웨어 및/또는 전자적 수단 및/또는 기계적 수단을 포함한다.
외과 수술 시뮬레이터의 구현의 예들
좌측 고동맥들(913) 및 우측 고동맥들(912) 및 좌측 공동 경동맥(911) 내에 (심장을 향하는) 캐뉼러들(931, 932, 및 933)의 삽입, 및 심장 내 탐침(16)의 우측 공동 경동맥(914)으로의 삽입을 제외하고, 캐뉼러들(미도시)은 또한 내부 경정맥들(미도시, 심장을 향하는 캐뉼러들) 내에 및 대퇴 정맥들(미도시, 하대 정맥을 향하는 캐뉼러들) 내에 삽입된다. 이에 더하여, 표본(9)의 머리 및 4 개의 부재인 사지들은, 양측 경부 레벨 및 양측 경동맥 및 상박 레벨에서, 캐뉼러들로부터 아래쪽으로 장골 혈관들의 결찰에 의해 배제된다. 이 말단 및 주변부의 배제는 몸통(흉부 또는 복부)의 혈관 형성이 최적으로 달성되도록 허용한다. 하지만, 캐뉼러들 및 결찰 위치는 필요하다면 부재의 혈관 재생을 허용하기 위해 검토될 수 있다.
초기화 프로세스
제1 단계는 초기 액체 및 가스 주입 압력의 결정으로 구성된다. 이를 수행하기 위해, 강사는 액체 압력 조정기(14)를 이용해, 심장 내 탐침(16)에 의해 측정되는 심장 내 압력이 140 mmHg에 도달하도록, 액체의 주입 압력을 설정한다. 먼저, 조정 장치(3)는 초기에 정의된 심장 빈도(통상적으로: 분당 60번, 수축기의 31%)에서 3 개의 주입 전자밸브들(111, 121, 및 131)을 제어한다. 이를 달성하기 위해, 대응하는 구형파 신호(통상적으로: 1Hz, 미드-사이클의 31%)는 I/O 카드를 통해, 조정 장치의 컴퓨터에 의해, 주입 전자밸브들을 제어한다. 두번째로, 액체 주입 압력은 0.05 bar의 값(처음에는 약한 초기 주입 압력)을 획득하기 위해 전압에 있어서, I/O 카드를 통해, PC에 의해 제어되는, 액체 주입 압력 조정기(14)의 설정에 의해 결정된다. 다음으로, 조정 장치 소프트웨어(3)는 140 mmHg의 심장 내 탐침(16)에 의한 측정까지 액체 주입 압력 조정기(14)의 구동 전압을 점진적으로 증가시키고, 장치를 설정하는 강사는 압력 센서(174)에 의해 제공되는 정보를 이용할 수 있다.
이 단계에서, 호흡기계 레벨 상에서, 가스 주입 압력에 관한 한, 소프트웨어는 I/O 카드를 통해 전달되는 구형파 신호를 이용해 통상적으로 분당 40 사이클의 빈도(0.66 Hz, 들숨의 50%)에서 공압식 분배기(21)의 제어를 시작한다. 조정 장치 소프트웨어(4)는, 전압을 가지고, 세션의 시작에서 폐들(941, 942) 내에 주입되는 가스에 대해 0.05 bar의 압력에 도달시키기 위해 가스 압력 조정기(24)를 구동시킨다(유량계(273)에 의해 측정되는, 및 예를 들어 제어 스크린 상에 디스플레이되는 컴퓨터로 전송되는 값). 다음으로, 소프트웨어는 0.4 bar의 주입된 공기 압력에 도달될 때까지 (이 값은 표본(9)의 흉곽의 원하는 움직임에 따라 강사에 의해 변경될수 있다) 가스 압력 조정기(24)의 제어 전압을 증가시킨다. 이 증가는 폐들(941 및 942)을 점진적으로 가압하고, 폐탄성 및 흉곽탄성을 이용하고 또한 호흡기계 움직임들(탄성 사이클)을 손상시킬 수 있는 폐-늑막 기압장애(barotraumas)를 피하기 위해, 점진적으로(지속시간 = 대략 2 내지 3 분) 발생한다.
이 초기화 프로세스로부터의 초기 값들은 컴퓨터 메모리(4)에 의해 저장되고 예를 들어 이하의 방식으로 정의된다:
- 초기 심장 빈도(F card init),
- 초기 수축기/확장기 비율(% systole init),
- 합성 혈액의 초기 주입 압력(P card initial),
- 초기 호흡기계 빈도(F resp init),
- 들숨/날숨 비율(% insp init),
- 호흡기계 흡입제 압력(P resp init).
강사에 의해 시작되는 심장 마비의 시뮬레이션
심장 마비 시나리오의 맥락에 있어서, 강사는 혈관 형성된 표본(9) 내에서 심장 마비를 시뮬레이션하고 이를 시작하기를 원할 수 있다. 강사가 이 시나리오를 시작할 때, 학습자는 점진적인 서맥, 그후 무수축에 의한 심장 박동의 변형의 형태로, 의료용 모니터(의료용 관찰기구)의 중재를 통해 시각적인 정보를 수신한다.
이 시나리오가 시작될 때, 컴퓨터는 컴퓨터 메모리(4)에 저장된 미리 결정된 시나리오에 따라, 그 빈도, 뿐만 아니라 미드-사이클 비율를 점진적으로 또는 매우 급하게 감소시키는 것에 의해, 3 개의 주입 전자밸브들(111, 121, 131)로 전달된 구형파 신호를 조정한다: 수축기/확장기 비율에 있어서의 감소는 심장 빈도에 있어서의 감소와 관련 있다 (심장 마비의 구성 방정식, 심장 빈도 = f(시간)). 심장 주파수에 있어서의 감소의 이 위상 동안, 3 개의 주입 전자밸브들만 시간에 기초한 방식으로 활성화되는 한편, 3 개의 소개 전자밸브들(112, 122, 및 132)은 변하지 않는다.
감소는 전자밸브들로 전달된 신호가 정지될 때까지 (심장 마비) 계속될 것이다. 심장 박동에 있어서의 이 감소 내내, 심장 내 탐침(16)에 의해 획득되는 정보는 의료용 모니터를 통해 학습자에게 시각적으로 전송된다.
유사하게, 심혈관계 회로 내의 압력에 있어서의 감소가 유도된다 (이로써 학습자는 혈관 형성된 표본(9) 상에서: 대동맥 맥박을 느낄 수 있다). 이 현상을 시뮬레이션하기 위해, (I/O 카드를 통한 컴퓨터에 의한) 소프트웨어는 공동 공급 도관(A1C) 내에 압력이 없을 때까지 액체 압력 조정기(14)로 전달된 전압을 감소시킨다 (압력 센서(174)에 의해 취해진 측정). 컴퓨터는 대동맥 압력 = f(시간) 구성 방정식으로부터 이 기능 저하를 계산한다. 이것은 (심장 내 탐침(16)에 의해 측정되고 또한 의료용 모니터 상에 디스플레이되는) 심장 내 압력의 감소의 결과를 가져온다.
호흡기계 회로에 물리적인 변화는 없다. 흉곽은 동일한 움직임을 유지한다 (실제 수술실에서, 기계는 가스를 계속해서 주입한다).
한편으로, 의료용 모니터 상에서, 산소 측정은 학습자에게 환자가 사망했음을 나타내기 위해 60%까지 점진적으로 감소된다. 컴퓨터는 의료용 모니터 상에서 이 변경을 수행한다. 산소 측정에 있어서의 감소 속도는 컴퓨터에서 미리 정의된다.
강사에 의해 시작되는 심장 박동의 단순 변형의 시뮬레이션
강사는 새로운 심장 빈도 값, 이로써 수축기/확장기 비율을 정의한다. 다음으로, 소프트웨어는 주입 전자밸브들(111, 121, 131)로 원하는 변수들에 대응하는 구형파 신호를 보낸다. 새로운 심장 빈도 값에 도달하는 시간 또한 강사에 의해 정의된다 (1/10 초). 심장 박동의 변형은 의료용 모니터를 이용해 시각적으로 학습자에게 주어진다.
초기의 심장 빈도 값들로의 복귀는 동일한 프로세스, 하지만 다른 방향을 따른다.
강사에 의해 시작되는 호흡기계 박동(respiratory rhythm)의 변형 시뮬레이션
환기 빈도 및 들숨/날숨 비율 또한 시나리오에 따라 변형될 수 있다. 표본(9) 상에의 물리적 결과는 횡격막의 움직임들 및 흉곽의 팽창의 주파수의 변형에 의해 특징지어지는데, 이것은 수술 동안 학습자를 방해할 수 있다. 이것은 또한 변수들: 호기말이산화탄소분압측정 (CO2 농도), 맥박 산소측정, 호흡기계 빈도를 변형하는 것에 의해 의료용 모니터 상에 학습자를 위해 시각적으로 보여져야 한다. 소프트웨어는 시각적으로 의료용 모니터 상에서 실시간으로 재생된다.
소프트웨어는 그후 공압식 분배기(21)로 전달되고, 강사에 의해 제공된 호흡기계 데이터(분당 주기 횟수 및 들숨/날숨 비율)로부터 계산된, 구형파 신호를 변형해야 한다. 소프트웨어에 의해 계산된 이 변형(호흡기계 빈도에 있어서의 증가 또는 감소)은 강사에 의해 정의된 소정의 기간 동안 (호흡기계 빈도의 가속 또는 감속) 수행될 수 있다.
흡입제 압력에 변화는 없다.
이 환기 변형은 호흡기계 정지, 즉 흉곽 및 횡격막의 움직임 및 호기말이산화탄소분압측정 및 맥박 산소측정에 있어서의 강하에 의한 의료용 모니터 상의 대응하는 병진운동의 완전한 정지까지 지속될 수 있다. 이 경우에 있어서, 소프트웨어는 공압식 분배기(21)를 스위치 오프시킨다.
환기의 재시작은 동일한 방식으로, 하지만 반대 방향으로 수행된다. 다시 말하면, 강사는 소프트웨어에 새로운 호흡기계 변수들(분당 주기 횟수 및 들숨/날숨 비율)을 부여한다. 초기의 호흡기계 변수들은 또한 재초기화될 수 있다. 소프트웨어는 그후 (I/O 카드를 통해) 공압식 분배기(21)로 전달된 새로운 적절한 구형파 신호의 빈도를 계산한다. 점진적인 호흡의 재시작(호흡기계 빈도에 있어서의 증가)는 "재시작 호흡기계 빈도 = f(시간)" 종류의 구성 방정식에 따라 강사에 의해 정의되는 기간 동안 발생한다. 호흡기계 변수들(호기말이산화탄소분압측정, 맥박 산소측정 및 호흡기계 빈도)은 그후 학습자에게 정보를 주기 위해 실시간으로 의료용 모니터 상에서 갱신된다.
본 설명에 있어서, 표현 "=f(x)"은 "x의 함수이다"를 의미한다.
대동맥 가압 모드(비순환)로부터 대동맥 혈액 순환 모드로의 전이
상기에서 지시한 바와 같이, (박동하는) 표본(9)의 혈액 형성은 3 개의 액체 주입 모드들에 따라 기능할 수 있다.
가압 모드, 여기서는 심혈관계 회로 내의 액체의 유의미한 순환이 없다. 이것은 누출이 보다 쉽게 검출되고 또한 사용되는 액체의 양을 최소화하는 것을 허용한다. 이것은 사용되는 주요 모드이다. 3 개의 소개 전자밸브들(112, 122, 132)이 닫힐 때, 즉 (I/O 카드를 이용해) 컴퓨터에 의해 전압 제어되지 않을 때, 혈액 형성된 표본의 대동맥 네트워크의 박동이 대동맥 네트워크의 유체 칼럼들의 가압에 의해 달성된다. 박동은 3 개의 주입 전자밸브들(112, 122, 132)을 구동시키는 것에 의해 달성된다. 액체는 기관들(심장(92))을 통과한 후 정맥 시스템을 통해서만 흐른다. 이 작동 모드는 적은 액체의 소비, 표본의 흉곽 및/또는 복부의 내장 또는 기관들의 혈관 재생, 이들에 실제와 유사한, 더 나은 색 (염료의 더 높은 농도), 질감, 및 온도의 부여, 및 외부를 향해 정맥 캐뉼러들로부터 액체의 흐름 전에 정맥 시스템의 흐름 속도, 압력, 및 종창의 획득의 장점을 제공한다.
발산 순환 모드 (하부 몸체를 향해 상부 몸체로부터의 순환): 이 경우에 있어서, 컴퓨터는, 강사로부터 명령을 수신한 후, 이하의 작업들을 수행한다:
- 경동맥(911)으로 액체를 주입하는 주입 전자밸브(111)로 구형파 신호를 전송하고 (심장 빈도 및 수축기/확장기 비율의 함수),
- 고동맥들(912, 913)에 연결되는 2 개의 다른 주입 전자밸브들(121, 131)을 닫고(switch off),
- I/O 카드를 이용해 연속적인 (펄스가 아닌) 전압을 전송하는 것에 의해 고동맥들에 연결되는 2 개의 소개 전자밸브들(122, 132)을 열고(switch on),
- 경동맥에 연결되는 소개 전자밸브(112)를 닫는다(switch off).
수렴 순환 모드(상부 몸체를 향해 하부 몸체로부터의 순환): 강사는 또한 PC에 이하를 명령하는 것에 의해 순환의 방향을 바꿀 수 있다:
- 고동맥(912, 913)에 연결되는 2 개의 주입 전자밸브들(121, 131)로 구형파 신호를 전송하고 (심장 빈도 및 수축기/확장기 비율의 함수),
- 경동맥(911)에 연결되는 주입 전자밸브(111)를 닫고(switch off),
- I/O 카드를 이용해 연속적인 (펄스가 아닌) 전압을 전송하는 것에 의해 경동맥에 연결되는 소개 전자밸브(112)을 열고,
- 고동맥에 연결되는 2 개의 소개 전자밸브들(122, 132)을 닫는다 (0 전압).
강사에 의해 주도되지 않는 시나리오: 우연한 혈관 상처
요약하면, 수술 시나리오 과정 동안 학습자에 의해 만들어지는 우연한 혈관 상처는 (혈액을 시뮬레이션하는) 액체의 누출로 이어지며, 이로써 심혈관계 회로 의 압력을 감소시킵니다.
이러한 경우에 있어서, 유량계들(151, 152, 153)에 의해 측정되는 주입된 액체의 흐름 속도가 상당히 증가한다. 흐름 속도에 있어서의 이러한 증가를 소프트웨어가 검출하면, 소프트웨어는
- 심장 내 탐침(16)에 의해 수집되는 데이터를 이용해 의료용 모니터 상에 혈압에 있어서의 강하를 디스플레이하고,
- 시나리오에 의해 구성 방정식 (심장 빈도 = f(주입된 흐름 속도))에 따라 (수축기/확장기 비율 뿐만 아니라) 심장 빈도에 있어서의 증가를 계산해야 한다. 수축기/확장기 비율은 심장 빈도를 이용해 결정된다. 심장 빈도의 변형은 의료용 모니터 상에 디스플레이될 것이다. 계산되는 새로운 구형파 신호는 혈관 형성된 표본(9) 상에서 학습자가 물리적으로 느끼는 박동을 변형하기 위해 3 개의 주입 전자밸브들(111, 121, 131)로 전송될 것이다.
- 호흡기계 박동에의 변경은 없다.
강사에 의해 미리 정의된 기간 후, 혈관 상처의 제어 없이, 이로써 측정된 상승된 흐름 속도의 유지로, 새로운 응답이 학습자에게 혈행역학 상황의 혹독함을 보여주는, 심장 속도에 있어서의 감소(이로써 혈액 순환 압력의 붕괴)로 유도된다.
소프트웨어는 (심장 빈도 = f(시간) 또는 컴퓨터 메모리(4)에서 사용가능한 미리 정의된 모델들로부터 취해지는) 강사에 의해 정의되는 구성 방정식에 따라, 3 개의 주입 전자밸브들을 구동시키는, 구형파 신호 빈도에 있어서의 감소를 명령한다.
유사하게, 심장 빈도 및 심장 내 압력은 학습자에게 시각적 정보를 주기 위해 의료용 모니터 상에 실시간으로 변형된다.
액체의 주입 압력은 액체 압력 조정기(14)로 (I/O 카드를 이용해) 컴퓨터에 의해 전송되는 전압을 낮추는 것에 의해 감소된다. 주입 압력이 감소되는 속도는 예를 들어, 10 초 동안 미리 프로그램되어 있거나 또는 강사에 의해 정의될 것이다.
혈관 상처가 보수되면, 기록된 흐름 속도는 초기의 베이스 상황으로 복귀하고 자동 반응은 초기 상태로 모든 제한조건들을 다시 가져온다. 이러한 경우에 있어서, 컴퓨터는 상기에서 처음부터 정의되는 값들을 가지고 3 개의 주입 전자밸브들(111, 121, 131) 각각으로 또한 공압식 분배기(21)로 전달되는 구형파 신호들을 변경시킨다.
혈관 상처가 보수되지 않으면, 순환 정지 시나리오가 시작된다. 이것은 3 개의 주입 전자밸브들 및 공압식 분배기의 완전한 정지로 귀결된다. 더 이상 컴퓨터는 이 엑츄에이터들로 구형파 신호들을 전달하지 않는다.
설명된 시나리오는 또한 심장 내 탐침(16)에 의해 측정되는 심장 내 압력의 손실에 의해 시작될 수 있다.
선택적으로, 3 개의 주입 전자밸브들 중 하나가 컴퓨터로부터 (I/O 카드를 이용해) 구형파 신호를 수신할 때, 컴퓨터는 공동 공급 도관(A1C) 내의 액체로 적색 염료를 주입하기 위해 주입기(롤러 펌프(176))의 시작을 명령하고, 이로써 혈액이 시뮬레이션된다.
열전대(예를 들어, 온도계(175))는 주입된 액체 및 가스의 온도가 의료용 모니터 상에 실시간으로 디스플레이되도록 허용한다.
장골 혈관들의 투과성 및 의도된 시나리오에 따라, 하나 또는 그 이상의 캐뉼러들은 색, 온도, 질감, 및 점성에 있어서 혈액을 시뮬레이션한다. 이 시뮬레이션 액체는 전통적인 기능적 해부학적 방향으로 동맥 네트워크를 이용하고, 내장에 도달하고, 모세혈관을 이용해 이들을 혈관 재생하고 또한 혈액의 생리학적 방향을 따라 정맥 캐뉼러들로 복귀한다. 그후 인체로부터 제거된다.
동맥 입력들은 압력 칼럼이 동맥 시스템에서 유지되도록 허용한다. 전자밸브들(111, 121 및 131)은 이 액체 칼럼의 펄스같은 차원을 제공하고 이로써 외과의사를 위한 혈관들로 전송되는 심박동들을 최소화시킨다.
기관들 내의 시뮬레이션된 혈액의 흐름은 이들에 실재적인 색, 온도, 및 질감을 이들에 부여한다.
심박동의 부존재는 제안된 시나리오들 내에서 ECC 및 냉 심정지액 하에서 의료적으로 수행되기 때문에 심장 수술에 있어서 문제를 제기하지 않는다.
상기의 설명에 있어서, 표본(9)은 인체 표본이다. 하지만, 본 발명은 인간이 아닌 동물 표본 상에 구현될 수 있다.
물론, 본 발명은 설명되었던 예들에만 한정되지 않고 많은 조정이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 이 예들에 수행될 수 있다. 예를 들어, 흡입 장치(미도시)가 표본의 위장으로부터 액체들을 흡입하고 위장이 붓는 것을 방지하는 데 사용될 수 있다. 이러한 흡입 장치(미도시)는 흡입 (진공) 시스템에 연결되는 위관(Faucher tube)로 구성될 수 있어 이로써 위장 내의 액체들이 흡입되어 배출되는 것을 허용한다. 이러한 위관은 표본의 입을 통해 삽입되어 위장 내의 흡인 단에 위치될 수 있다. 이에 더하여, 본 발명의 서로 다른 특징들, 형태들, 변형들 및 실시예들은, 서로 양립불가하거나 또는 배타적이지 않는 범위에서, 다양한 조합들에 따라 서로 결합될 수 있다.
Claims (19)
- 외과 수술 시뮬레이터에 있어서,
- 심혈관계 회로를 혈관 형성하도록 배치되는 혈관 형성 장치(1), 상기 혈관 형성 장치(1)는
○ 상기 혈관 형성 장치(1)를 표본(9)의 심장(92)에 연결하도록 배치되는 연결 수단(931, 932, 933). 이러한 방식으로 상기 심장은 상기 심혈관계 회로의 일부를 형성하고,
○ 상기 심혈관계 회로로 액체를 주입하고 상기 심혈관계 회로 내의 상기 액체의 적어도 하나의 주입 변수를 설정하도록 배치되는 액체 주입 시스템,
○ 상기 심혈관계 회로 내의 액체의 흐름을 나타내는 적어도 하나의 변수를 측정하도록 배치되는 액체 측정 시스템(151, 152, 153, 16)을 포함하고,
또는
- 호흡기계 회로를 환기시키도록 배치되는 환기 장치(2)를 포함하고, 상기 환기 장치는,
○ 상기 환기 장치를 상기 표본의 폐들(941, 942)에 연결하도록 배치되는 연결 수단(96). 이러한 방식으로 상기 폐들은 상기 호흡기계 회로의 일부를 형성하고,
○ 상기 호흡기계 회로로 가스를 주입하고 상기 호흡기계 회로 내의 상기 가스의 적어도 하나의 주입 변수를 설정하도록 배치되는 가스 주입 시스템,
○ 상기 호흡기계 회로 내의 가스의 흐름을 나타내는 적어도 하나의 변수를 측정하도록 배치되는 가스 측정 시스템(25)을 포함하고,
상기 외과 수술 시뮬레이터는
- 적어도 하나의 입력 변수를 판독하고, 상기 적어도 하나의 입력 변수는
○ 상기 액체 측정 시스템 또는 상기 가스 측정 시스템에 의해 측정된 상기 적어도 하나의 변수 중에서 하나 또는 그 이상의 변수들, 또는
○ 상기 액체의 적어도 하나의 주입 변수 또는 상기 가스의 적어도 하나의 주입 변수 중에서 하나 또는 그 이상의 변수들을 포함하고,
- 상기 액체 주입 시스템 또는 상기 가스 주입 시스템을 통해, 상기 적어도 하나의 입력 변수에 따라 적어도 하나의 출력 변수를 설정하도록 배치되는 조정 장치(3)를 더 포함하는데, 상기 적어도 하나의 출력 변수는 상기 액체의 적어도 하나의 주입 변수 또는 상기 가스의 적어도 하나의 주입 변수 중에서 하나 또는 그 이상의 변수들을 포함하고, 상기 적어도 하나의 출력 변수는 상기 적어도 하나의 입력 변수와 다른, 외과 수술 시뮬레이터. - 제 1 항에 있어서, 상기 혈관 형성 장치 및 상기 환기 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 외과 수술 시뮬레이터.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 액체의 적어도 하나의 주입 변수는 상기 심혈관계 회로 내의 액체의 주입의 압력 또는 흐름 속도 또는 빈도를 포함하는 것을 특징으로 하는, 외과 수술 시뮬레이터.
- 제 3 항에 있어서, 상기 액체 주입 시스템은
- 상기 심혈관계 회로 내의 액체의 흐름 속도 또는 주입 빈도를 조정하도록 배치되는 하나 또는 그 이상의 주입 전자밸브들(111, 121, 131), 또는
- 상기 심혈관계 회로 내의 액체의 주입 압력을 조정하도록 배치되는 액체 압력 조정기(14)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 외과 수술 시뮬레이터. - 제 1 항에 있어서, 상기 심혈관계 회로 내의 액체의 흐름을 나타내는 상기 적어도 하나의 변수는 상기 심혈관계 회로 내의 액체의 흐름 속도를 포함하는 것을 특징으로 하는, 외과 수술 시뮬레이터.
- 제 5 항에 있어서, 상기 액체 측정 시스템은 상기 심혈관계 회로 내의 액체의 흐름 속도를 측정하도록 배치되는 하나 또는 그 이상의 유량계들(151, 152, 153)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 외과 수술 시뮬레이터.
- 제 6 항에 있어서, 상기 액체 측정 시스템은 상기 심장 내 액체의 심장 내 압력을 측정하도록 배치되는 심장 내 압력 센서(16)를 더 포함하고, 상기 심장 내 압력은 상기 심혈관계 회로 내의 액체의 흐름을 나타내는 변수를 구성하는 것을 특징으로 하는, 외과 수술 시뮬레이터.
- 제 1 항에 있어서, 상기 가스의 적어도 하나의 주입 변수는 상기 호흡기계 회로 내의 가스의 압력 또는 주입의 흐름 속도 또는 빈도를 포함하는 것을 특징으로 하는, 외과 수술 시뮬레이터.
- 제 8 항에 있어서, 상기 가스 주입 시스템은
- 상기 호흡기계 회로 내의 가스의 주입의 흐름 속도 또는 빈도를 조정하도록 배치되는 공압식 분배기(21), 또는
- 상기 호흡기계 회로 내의 가스의 압력의 주입을 조정하도록 배치되는 가스 압력 조정기(24)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 외과 수술 시뮬레이터. - 제 9 항에 있어서, 상기 호흡기계 회로 내의 가스의 흐름을 나타내는 적어도 하나의 변수는 상기 호흡기계 회로 내의 가스의 흐름 속도를 포함하는 것을 특징으로 하는, 외과 수술 시뮬레이터.
- 제 10 항에 있어서, 상기 가스 측정 시스템은 상기 호흡기계 회로 내의 가스의 흐름 속도를 측정하도록 배치되는 공압식 유량계(25)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 외과 수술 시뮬레이터.
- 제 1 항에 있어서, 상기 조정 장치는 입력 변수로서 상기 가스의 적어도 하나의 주입 변수 또는 상기 액체의 적어도 하나의 주입 변수 중에서 하나 또는 그 이상의 변수들을 수동으로 입력하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 외과 수술 시뮬레이터.
- 제 12 항에 있어서, 상기 조정 장치는
- 상기 조정 장치가 입력 변수(들)로서 상기 액체의 적어도 하나의 주입 변수 중 하나 또는 그 이상을 판독하고 또한 상기 가스 주입 시스템을 통해, 상기 입력 변수(들)에 따라 상기 가스의 적어도 하나의 주입 변수 중에서 하나 또는 그 이상을 출력 변수(들)로서 설정하는, 심장-호흡기 모델;
- 상기 조정 장치가 입력 변수(들)로서 상기 가스의 적어도 하나의 주입 변수 중 하나 또는 그 이상을 판독하고 또한 상기 액체 주입 시스템을 통해, 상기 입력 변수(들)에 따라 상기 액체의 적어도 하나의 주입 변수 중에서 하나 또는 그 이상을 출력 변수(들)로서 설정하는, 호흡기-심장 모델;
- 상기 조정 장치가 입력 변수(들)로서 상기 액체의 적어도 하나의 주입 변수 중 하나 또는 그 이상을 판독하고 또한 상기 액체 주입 시스템을 통해, 상기 입력 변수(들)에 따라 상기 액체의 적어도 하나의 주입 변수 중에서 하나 또는 그 이상을 출력 변수(들)로서 설정하고, 상기 출력 변수(들)은 상기 입력 변수(들)과 다른, 심장-심장 모델;
- 상기 조정 장치가 입력 변수(들)로서 상기 가스의 적어도 하나의 주입 변수 중 하나 또는 그 이상을 판독하고 또한 상기 가스 주입 시스템을 통해, 상기 입력 변수(들)에 따라 상기 가스의 적어도 하나의 주입 변수 중에서 하나 또는 그 이상을 출력 변수(들)로서 설정하고, 상기 출력 변수(들)은 상기 입력 변수(들)과 다른, 호흡기-호흡기 모델;
이상의 모델들 중 하나 또는 수 개가 저장되어 있는 컴퓨터 메모리(4)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 외과 수술 시뮬레이터. - 제 13 항에 있어서, 상기 출력 변수(들)의 설정은 상기 입력 변수(들)의 선형 또는 포물선 또는 다항 함수인 것을 특징으로 하는, 외과 수술 시뮬레이터.
- 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 컴퓨터 메모리는 수 개의 저장 시나리오들을 포함하고, 각각의 시나리오는 수 개의 모델들의 조합에 대응하고, 이 조합은 그 시나리오에 특정되는 것을 특징으로 하는, 외과 수술 시뮬레이터.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 혈관 형성 장치는 3 개의 도관들(A1, A2, A3)을 더 포함하고 또한 상기 혈관 형성 장치의 연결 수단은 상기의 3 개의 도관들에 개별적으로 연결되는 3 개의 캐뉼러들(931, 932, 933)을 포함하고, 이러한 캐뉼러들 및 도관들은 상기 캐뉼러들에 의해, 상기 혈관 형성 장치를 상기 표본의 3 개의 개별적인 동맥들(911, 912, 913)에 연결하여 동맥 네트워크를 형성하고 이러한 방식으로 이 캐뉼러들 중 적어도 하나에 의해 상기 동맥 네트워크로 상기 액체의 주입을 허용하도록 배치되는 것을 특징으로 하는, 외과 수술 시뮬레이터.
- 제 16 항에 있어서, 상기 혈관 형성 장치는
- 상기 3 개의 도관들 각각에 개별적으로 장착되는 3 개의 순환 메카니즘들(11, 12, 13). 이 도관들 각각에 연관된 상기 순환 메카니즘은
○ 상기 액체가 상기 순환 메카니즘을 통해 상기 액체 주입 시스템으로부터 상기 동맥 네트워크까지 상기 도관 내에서 순환할 수 있고 또한 상기 액체가 상기 순환 메카니즘을 통해 상기 동맥 네트워크로부터 상기 액체 주입 시스템까지 상기 도관 내에서 순환할 수 없는, 주입 위치,
○ 상기 액체가 상기 순환 메카니즘을 통해 상기 동맥 네트워크로부터 상기 액체 주입 시스템까지 상기 도관 내에서 순환할 수 있고 또한 상기 액체가 상기 순환 메카니즘을 통해 상기 액체 주입 시스템으로부터 상기 동맥 네트워크까지 상기 도관 내에서 순환할 수 없는, 소개 위치,
이상의 2 개의 위치들을 선택적으로 취하도록 배치되고;
- ○ 상기 3 개의 순환 메카니즘들이 상기 주입 위치에 배치되는 가압 모드,
○ 하나 또는 2 개의 순환 메카니즘들이 상기 주입 위치에 배치되고 다른 순환 메카니즘(들)이 상기 소개 위치에 배치되는 순환 모드 중에서
적어도 2 개의 액체 주입 모드들을 선택하도록 배치되는 선택기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 외과 수술 시뮬레이터. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 환기 장치의 연결 수단은 상기 환기 장치를 상기 표본의 기관지(95)에 연결되도록 배치되고 이러한 방식으로 상기 기관지들은 상기 호흡기계 회로의 일부를 형성하고 또한 상기 가스 주입 시스템은 상기 기관지에 가스를 주입하기 위해 경구기관 튜브(96)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 외과 수술 시뮬레이터.
- 외과 수술 시뮬레이션 방법에 있어서,
- 심혈관계 회로가 혈관 형성 장치(1)에 의해 혈관 형성되는 혈관 형성 단계. 이 혈관 형성 단계는
○ 상기 혈관 형성 장치가 연결 수단(931, 932, 933)에 의해 표본(9)의 심장(92)에 연결되고 이러한 방식으로 상기 심장이 상기 심혈관계 회로의 일부를 형성하는, 연결 단계,
○ 액체가 액체 주입 시스템에 의해 상기 심혈관계 회로로 주입되는 액체 주입 단계,
○ 상기 액체의 적어도 하나의 주입 변수가 상기 액체 주입 시스템에 의해 설정되는 조정 단계를 포함하고,
또는
- 호흡기계 회로가 환기 장치(2)에 의해 환기되는 환기 단계를 포함하고, 이 환기 단계는
○ 상기 환기 장치가 연결 수단(96)에 의해 표본(9)의 폐들(941, 942)에 연결되고 이러한 방식으로 상기 폐들이 상기 호흡기계 회로의 일부를 형성하는, 연결 단계,
○ 가스가 가스 주입 시스템에 의해 상기 호흡기계 회로로 주입되는 가스 주입 단계,
○ 상기 가스의 적어도 하나의 주입 변수가 상기 가스 주입 시스템에 의해 설정되는 조정 단계를 포함하고,
상기 외과 수술 시뮬레이션 방법은
- 조정 장치(3)가 적어도 하나의 입력 변수를 판독하고, 상기 적어도 하나의 입력 변수는
○ 상기 액체 측정 시스템 또는 상기 가스 측정 시스템에 의해 측정되는 적어도 하나의 변수 중에서 하나 또는 그 이상의 변수들, 또는
○ 상기 액체의 적어도 하나의 주입 변수 또는 상기 가스의 적어도 하나의 주입 변수 중에서 하나 또는 그 이상의 변수들을 포함하고,
- 조정 장치(3)가, 상기 액체 주입 시스템 또는 상기 가스 주입 시스템에 의해, 상기 적어도 하나의 입력 변수에 따라 적어도 하나의 출력 변수를 설정하는 조정 단계를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 출력 변수는 상기 액체의 상기 적어도 하나의 주입 변수 또는 상기 가스의 적어도 하나의 주입 변수 중에서 하나 또는 그 이상의 변수들을 포함하고, 상기 적어도 하나의 출력 변수는 상기 적어도 하나의 입력 변수와 다른, 외과 수술 시뮬레이션 방법.
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