RU173509U1

RU173509U1 - Surgical phantom

Info

Publication number: RU173509U1
Application number: RU2017105725U
Authority: RU
Inventors: Максим Александрович Буйнов; Эрнест Арамович Базикян; Даниил Дмитриевич Климов; Юрий Викторович Подураев; Андрей Анатольевич Чунихин
Priority date: 2017-02-21
Filing date: 2017-02-21
Publication date: 2017-08-29

Abstract

Полезная модель относится к медицинским анатомическим моделям и может найти широкое применение преимущественно в хирургической стоматологии как для обучения медицинского персонала, так и для тестирования хирургического оборудования. В хирургическом фантоме, включающем жесткий базис, имитирующий костную ткань и обладающий механическими параметрами, сходными с механическими параметрами костной ткани, и зафиксированный на базисе симулятор живой ткани, обладающий механическими параметрами, сходными с механическими параметрами живой ткани, симулятор живой ткани выполнен из материала, поглощающего электромагнитные излучения с длинами волн от 0,8 до 2,5 мкм, а жесткий базис выполнен из материала, прозрачного для электромагнитного излучения с длинами волн от 0,8 до 2,5 мкм, возможно выполнение симулятора живой ткани из водного раствора желатина с концентрацией желатина в воде от 1:5 до 1:3, а жесткого базиса - из фторсодержащего пластика. Технический результат - расширение технологических возможностей хирургического фантома. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.The utility model relates to medical anatomical models and can be widely used mainly in surgical dentistry both for training medical personnel and for testing surgical equipment. In a surgical phantom, which includes a rigid basis simulating bone tissue and having mechanical parameters similar to the mechanical parameters of bone tissue, and a living tissue simulator fixed on the basis, having mechanical parameters similar to the mechanical parameters of living tissue, the living tissue simulator is made of absorbing material electromagnetic radiation with wavelengths from 0.8 to 2.5 μm, and the hard basis is made of a material transparent to electromagnetic radiation with wavelengths from 0.8 to 2.5 μm, in You can perform simulated living tissue from an aqueous solution of gelatin with a gelatin concentration in water of 1: 5 to 1: 3, and the hard base - of the fluorine-containing plastic. The technical result is the expansion of the technological capabilities of the surgical phantom. 2 s.p. f-ly, 1 ill.

Description

Изобретение относится к медицинским анатомическим моделям и может найти широкое применение преимущественно в хирургической стоматологии как для обучения медицинского персонала, так и для тестирования хирургического оборудования.The invention relates to medical anatomical models and can be widely used mainly in surgical dentistry both for training medical personnel and for testing surgical equipment.

Из уровня техники известен хирургический фантом, в котором жесткий базис выполнен из гипса зуботехнического с пределом прочности при сжатии не менее 20 МПа, а также тем, что эластомер, имитирующий живую ткань (десну) при моделировании хирургических вмешательств, выполнен на основе отверждаемой жидкой резины с пределом прочности при растяжении не менее 200 Н/мм² и твердостью по Шору 40±3 (патент РФ №2349966 С1, опубл. 20.03.2009).A surgical phantom is known from the prior art, in which the rigid basis is made of dental gypsum with a compressive strength of at least 20 MPa, as well as the fact that the elastomer imitating living tissue (gum) when modeling surgical interventions is made on the basis of a cured liquid rubber with tensile strength not less than 200 N / mm ² and shore hardness 40 ± 3 (RF patent No. 2349966 C1, publ. 20.03.2009).

Аналог обладает схожими с живой тканью механическими характеристиками, что допускает его эффективное использование для обучения медицинского персонала и для тестирования хирургического оборудования только в случае, если такое оборудование является традиционным, т.е. механическим.The analogue has mechanical characteristics similar to living tissue, which allows its effective use for training medical personnel and for testing surgical equipment only if such equipment is traditional, i.e. mechanical.

Однако аналог не пригоден для применения с использованием малоинвазивного лазерного хирургического оборудования, применяемого все более широко как в качестве единственной технологической основы проводимой операции, так и в комбинации с механическим оборудованием.However, the analogue is not suitable for use with minimally invasive laser surgical equipment, which is used more and more widely both as the only technological basis of the operation and in combination with mechanical equipment.

В качестве наиболее близкого аналога-прототипа выбран хирургический фантом, в котором имитация живой ткани (искусственная десна) выполнена из эластомера (силиконовая резина) с прочностью на разрыв около 20 кГ/кв. см, твердостью по Шору А 15-30 ед., удлинению до 300% (патент US №5120229, опубл. 09.06.1992).A surgical phantom was chosen as the closest prototype analogue, in which imitation of living tissue (artificial gum) is made of elastomer (silicone rubber) with a tensile strength of about 20 kg / sq. cm, Shore A hardness of 15-30 units, elongation up to 300% (US patent No. 5120229, publ. 09.06.1992).

Как и аналог, прототип обладает весьма схожими с живой тканью механическими характеристиками, но в силу своих оптических свойств не пригоден для применения с использованием малоинвазивного лазерного хирургического оборудования, применяемого все более широко как в качестве единственной технологической основы проводимой операции, так и в комбинации с механическим оборудованием.Like the analogue, the prototype has mechanical characteristics very similar to living tissue, but due to its optical properties it is not suitable for use with minimally invasive laser surgical equipment, which is used more and more widely both as the only technological basis of the operation and in combination with mechanical equipment.

Задача полезной модели - формирование хирургического фантома, пригодного для применения как традиционного инвазивного механического, так и малоинвазивного оптического (лазерного) хирургического оборудования.The objective of the utility model is the formation of a surgical phantom suitable for the use of both traditional invasive mechanical and minimally invasive optical (laser) surgical equipment.

Технический результат - расширение технологических возможностей хирургического фантома.The technical result is the expansion of the technological capabilities of the surgical phantom.

Поставленная задача решается, а заявленный технический результат достигается тем, что в хирургическом фантоме, включающем жесткий базис, имитирующий костную ткань и обладающий механическими параметрами, сходными с механическими параметрами костной ткани, и зафиксированный на базисе симулятор живой ткани, обладающий механическими параметрами, сходными с механическими параметрами живой ткани, симулятор живой ткани выполнен из материала, поглощающего электромагнитные излучения с длинами волн от 0,8 до 2,5 мкм, а жесткий базис выполнен из материала, прозрачного для электромагнитного излучения с длинами волн от 0,8 до 2,5 мкм, возможно выполнение симулятора живой ткани из водного раствора желатина с концентрацией желатина в воде от 1:5 до 1:3, а жесткого базиса - из фторсодержащего пластика.The problem is solved, and the claimed technical result is achieved by the fact that in the surgical phantom, which includes a rigid basis that simulates bone tissue and having mechanical parameters similar to the mechanical parameters of bone tissue, and a living tissue simulator fixed on the basis, having mechanical parameters similar to mechanical live tissue parameters, the living tissue simulator is made of a material that absorbs electromagnetic radiation with wavelengths from 0.8 to 2.5 microns, and the rigid basis is made of m If the material is transparent to electromagnetic radiation with wavelengths from 0.8 to 2.5 μm, it is possible to simulate living tissue from an aqueous solution of gelatin with a gelatin concentration in water from 1: 5 to 1: 3, and a hard basis from fluorine-containing plastic.

Существо полезной модели поясняется иллюстрацией, где на чертеже представлен заявленный хирургический фантом.The essence of the utility model is illustrated by an illustration, where the claimed surgical phantom is presented on the drawing.

На представленном изображении (чертеж) соответствующими позициями обозначены следующие компоненты хирургического фантома:In the presented image (drawing), the following components of the surgical phantom are indicated by the corresponding positions:

1 - симулятор живой ткани;1 - simulator of living tissue;

2 - жесткий базис;2 - hard basis;

3 - макет зуба (по сути - элемент жесткого базиса).3 - the layout of the tooth (in fact - an element of a hard basis).

Полезная модель основана на создании хирургического фантома для имитации операций малоинвазивным медицинским инструментом на основе диодного лазера, выполняющего функцию очень точного скальпеля, способного разрушать живую плоть (мягкие ткани), не оказывая воздействия на костную ткань (человека, животного). Такое воздействие обусловлено тем, что электромагнитное излучение хирургического (например, диодного) лазера обладает рабочими длинами волн в диапазоне от 0,8 до 2,5 мкм, для которых характерно малоинвазивное разрушающее/деструктивное воздействие на живую плоть (мягкие ткани человека, животного), и при этом нейтральное поведение в отношении костной ткани (в этом диапазоне костная ткань человека или животного прозрачна для электромагнитного излучения, т.е. не подвергается разрушению/деструкции).The utility model is based on the creation of a surgical phantom to simulate operations with a minimally invasive medical instrument based on a diode laser, which functions as a very accurate scalpel that can destroy living flesh (soft tissues) without affecting bone tissue (human, animal). This effect is due to the fact that the electromagnetic radiation of a surgical (e.g., diode) laser has operating wavelengths in the range from 0.8 to 2.5 μm, which are characterized by a minimally invasive destructive / destructive effect on living flesh (soft tissues of a person, animal), and at the same time, neutral behavior with respect to bone tissue (in this range, the bone tissue of a person or animal is transparent to electromagnetic radiation, i.e. is not subject to destruction / destruction).

В соответствии с изложенным сформулировано решение поставленной задачи - формирование хирургического фантома, пригодного для применения как традиционного инвазивного механического, так и малоинвазивного оптического (лазерного) хирургического оборудования - симулятор живой ткани выполнен из материала, поглощающего электромагнитные излучения с длинами волн от 0,8 до 2,5 мкм, а жесткий базис выполнен из материала, прозрачного для электромагнитного излучения с длинами волн от 0,8 до 2,5 мкм. Из изученных материалов заданным условиям наиболее полно подходят:In accordance with the foregoing, a solution to the formulated problem is formulated — the formation of a surgical phantom suitable for use both in traditional invasive mechanical and minimally invasive optical (laser) surgical equipment — a living tissue simulator is made of a material that absorbs electromagnetic radiation with wavelengths from 0.8 to 2 , 5 microns, and the rigid basis is made of a material transparent to electromagnetic radiation with wavelengths from 0.8 to 2.5 microns. Of the materials studied, the given conditions are most fully suited to:

водный раствор желатина с концентрацией желатина в воде от 1:5 до 1:3 в качестве симулятора живой ткани, за пределами указанного диапазона симулятор не удовлетворяет механическим характеристикам живой плоти (при концентрации менее 1:5 симулятор чрезмерно мягкий, а при концентрации более 1:3 симулятор чрезмерно жесткий);an aqueous solution of gelatin with a gelatin concentration in water from 1: 5 to 1: 3 as a simulator of living tissue, outside the specified range, the simulator does not satisfy the mechanical characteristics of living flesh (at a concentration of less than 1: 5, the simulator is excessively soft, and at a concentration of more than 1: 3 simulator is excessively hard);

фторсодержащий пластик в качестве жесткого базиса очень точно отражает как механические, так и оптические характеристики костной ткани человека или животного.fluorine-containing plastic as a rigid basis very accurately reflects both the mechanical and optical characteristics of the bone tissue of a person or animal.

Заявленная полезная модель была реализована в хирургическом фантоме (чертеж) на основе жесткого базиса 2, выполненного из фторсодержащего пластика, имитирующего костную ткань человека при воздействии на нее малоинвазивного оптического хирургического инструмента (диодного лазера). На жестком базисе зафиксирован симулятор живой ткани пациента 1, который моделирует десну человека. Симулятор выполнен из водного раствора желатина с концентрацией желатина в воде 1:4, в который добавлен водорастворимый пигментный краситель для придания симулятору живой ткани цвета десны и консервант на основе пропионовой кислоты, для предотвращения развития в водном растворе желатина микроорганизмов (использование указанных консерванта и красителя широко применяется в различного вида и состава симуляторах и, как показала практика, не оказывает существенного влияния на их механические и/или оптические свойства).The claimed utility model was implemented in a surgical phantom (drawing) based on a rigid base 2 made of fluorine-containing plastic imitating human bone tissue when exposed to a minimally invasive optical surgical instrument (diode laser). A simulator of the living tissue of patient 1, which models the human gum, is fixed on a rigid base. The simulator is made of an aqueous solution of gelatin with a gelatin concentration in water of 1: 4, in which a water-soluble pigment dye is added to give the simulator living tissue a gum color and a preservative based on propionic acid, to prevent the development of microorganisms in an aqueous gelatin solution (using the specified preservative and dye is widely it is used in various types and composition of simulators and, as practice has shown, does not significantly affect their mechanical and / or optical properties).

Жесткий базис 2 имеет крепежные отверстия 4 для установки макетов зубов 3, которые имитируют зубы пациента. Крепление зубов осуществляется, например, с помощью винтов, которые фиксируются в отверстии, находящемся в основании каждого зуба (не показано).The rigid base 2 has fixing holes 4 for installing tooth designs 3 that mimic the patient’s teeth. Teeth are fastened, for example, using screws that are fixed in the hole located at the base of each tooth (not shown).

Исследование хирургического фантома было проведено в ходе работ по экспериментальному обоснованию модели роботизированного мультифункционального хирургического комплекса для стоматологии и челюстно-лицевой хирургии с тренажерной функцией. В качестве технологического оборудования использовался хирургический лазер EMPD-1260-2P с длиной волны 1,26 мкм, установленный на робот-манипулятор Leichtbauroboter 4+, программно управляемый стандартным персональным IBM компьютером PC.A study of a surgical phantom was carried out during the experimental substantiation of a model of a robotic multifunctional surgical complex for dentistry and maxillofacial surgery with a training function. As the technological equipment, we used a surgical laser EMPD-1260-2P with a wavelength of 1.26 μm, mounted on a Leichtbauroboter 4+ robotic arm, programmatically controlled by a standard IBM personal computer PC.

Исследование подтвердило весьма точное воздействие хирургического лазера на симулятор живой ткани хирургического фантома и невосприимчивость к лазерному излучению жесткого базиса при условии соблюдения заданных в формуле полезной модели характеристик.The study confirmed the very precise effect of the surgical laser on the living tissue simulator of the surgical phantom and immunity to laser radiation of a hard basis, provided that the characteristics specified in the formula of the utility model are observed.

Попытка использования в качестве симулятора живой ткани таких материалов, как например, силикон, завершилась неудачей (силикон оказался прозрачен для рабочего по отношению к живой ткани электромагнитного излучения).The attempt to use materials such as silicone as a living tissue simulator failed (silicone was transparent to the worker in relation to electromagnetic radiation from living tissue).

Попытка использования жесткого базиса, выполненного из ABS-пластика, привела к тому, что лазер стал оказывать заметное разрушающее/деструктивное воздействие на жесткий базис, так как ABS-пластик не является прозрачным для электромагнитного излучения лазера в рабочем диапазоне длин волн. Таким образом, жесткий базис, выполненный из ABS-пластика, не может являться адекватной моделью костной ткани человека при воздействии на нее электромагнитного излучения с длинами волн от 0,8 до 2,5 мкм.An attempt to use a hard basis made of ABS plastic led to the fact that the laser began to have a noticeable destructive / destructive effect on the hard basis, since ABS plastic is not transparent to the electromagnetic radiation of the laser in the operating wavelength range. Thus, a rigid basis made of ABS plastic cannot be an adequate model of human bone tissue when exposed to electromagnetic radiation with wavelengths from 0.8 to 2.5 microns.

Изложенное позволяет сделать вывод о том, что поставленная задача - формирование хирургического фантома, пригодного для применения как традиционного инвазивного механического, так и малоинвазивного оптического (лазерного) хирургического оборудования - решена, а заявленный технический результат - расширение технологических возможностей хирургического фантома - достигнут.The foregoing allows us to conclude that the task - the formation of a surgical phantom, suitable for the use of both traditional invasive mechanical and minimally invasive optical (laser) surgical equipment - has been solved, and the claimed technical result - the expansion of technological capabilities of the surgical phantom - has been achieved.

Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в формуле полезной модели признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, неизвестной на дату приоритета из уровня техники и достаточной для получения заявленного технического результата.An analysis of the claimed technical solution for compliance with the conditions of patentability showed that the characteristics indicated in the utility model are significant and interconnected with the formation of a stable set of necessary features, unknown at the priority date from the prior art and sufficient to obtain the claimed technical result.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:Thus, the above information indicates the fulfillment of the following set of conditions when using the claimed technical solution:

объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении относится к медицинским анатомическим моделям и может найти широкое применение преимущественно в хирургической стоматологии как для обучения медицинского персонала, так и для тестирования хирургического оборудования;the object embodying the claimed technical solution, when implemented, relates to medical anatomical models and can be widely used mainly in surgical dentistry both for training medical personnel and for testing surgical equipment;

для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в формуле полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке и известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;for the claimed object in the form described in the formula of the utility model, the possibility of its implementation using the methods and methods described above and known from the prior art on the priority date has been confirmed;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.- the object embodying the claimed technical solution, when implemented, is able to ensure the achievement of the technical result perceived by the applicant.

Следовательно, заявленный объект соответствует критериям патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.Therefore, the claimed object meets the criteria of patentability "novelty" and "industrial applicability" under applicable law.

Claims

1. Surgical phantom, including a hard basis, simulating bone tissue and having mechanical parameters similar to the mechanical parameters of bone tissue, and a live tissue simulator fixed on the basis, having mechanical parameters similar to the mechanical parameters of living tissue, characterized in that the living tissue simulator made of a material that absorbs electromagnetic radiation with wavelengths from 0.8 to 2.5 μm, and the rigid basis is made of a material transparent to electromagnetic radiation with lengths of ol from 0.8 to 2.5 microns.

2. The surgical phantom according to claim 1, characterized in that the living tissue simulator is made of an aqueous solution of gelatin with a concentration of gelatin in water from 1: 5 to 1: 3.

3. The surgical phantom according to claim 1, characterized in that the rigid basis is made of fluorine-containing plastic.