RU181001U1 - Device for simulating cavitary surgical interventions with tactile feedback - Google Patents
Device for simulating cavitary surgical interventions with tactile feedback Download PDFInfo
- Publication number
- RU181001U1 RU181001U1 RU2017139987U RU2017139987U RU181001U1 RU 181001 U1 RU181001 U1 RU 181001U1 RU 2017139987 U RU2017139987 U RU 2017139987U RU 2017139987 U RU2017139987 U RU 2017139987U RU 181001 U1 RU181001 U1 RU 181001U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tactile feedback
- simulating
- simulator
- space
- surgical
- Prior art date
Links
- 238000011477 surgical intervention Methods 0.000 title claims abstract description 5
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 29
- 210000003815 abdominal wall Anatomy 0.000 claims description 7
- 230000003187 abdominal effect Effects 0.000 abstract description 5
- 238000012084 abdominal surgery Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000035807 sensation Effects 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 238000012549 training Methods 0.000 description 2
- 241001340534 Eido Species 0.000 description 1
- 210000000683 abdominal cavity Anatomy 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 210000001835 viscera Anatomy 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
- A61B34/10—Computer-aided planning, simulation or modelling of surgical operations
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Surgery (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Robotics (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Manipulator (AREA)
- Instructional Devices (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к устройствам программного управления и может быть использована в качестве управляющего элемента (манипулятора) в современных обучающих хирургических системах для симуляции полостных оперативных вмешательств, при этом ввод координат рабочего конца инструмента в систему сопровождается одновременным выводом на устройство ввода данных силы, имитирующей тактильную обратную связь и применяется для усиления реалистичности эффекта при обучении.Нами впервые предлагается устройство ввода с тактильной обратной связью, которое состоит из карданного механизма с возможностью регистрации его положения в пространстве датчиками, жестко закрепляемого через рычаг к площадке оригинального гаптик-устройства, реализующего трехкоординатный пространственный ввод с возможностями тактильной обратной связи, при этом рабочий конец имитатора лапароскопического инструмента жестко фиксируется в центре вращения карданного механизма, а с другой стороны его шток проходит через троакар, установленный в отверстии, выполненном в эластичном имитаторе передней брюшной стенки, под которым закреплено гаптик-устройство.Благодаря применению описанного устройства, обладающего дополнительными степенями свободы ввода за счет возможности считывания ориентации карданного в пространстве датчиками, значительно расширяются возможности создания хирургических симуляторов полостных оперативных вмешательств с использованием гаптик-устройств на основе дельта-механизмов, создающих реалистичную обратную связь и имитирующее основные условия проведения полостных операций.The utility model relates to software control devices and can be used as a control element (manipulator) in modern educational surgical systems for simulating abdominal surgery, while entering the coordinates of the working end of the instrument into the system is accompanied by a simultaneous output to the data input device of a simulating tactile feedback communication and is used to enhance the realism of the effect when learning. We are the first to offer a tactile feedback input device an ide, which consists of a cardan mechanism with the possibility of registering its position in space by sensors, rigidly fixed through a lever to the platform of the original haptic device that implements a three-dimensional spatial input with tactile feedback capabilities, while the working end of the laparoscopic instrument simulator is rigidly fixed in the center of rotation of the cardan mechanism, and on the other hand, its rod passes through a trocar installed in an opening made in an elastic simulator of the front trousers Thanks to the use of the described device, which has additional degrees of freedom of entry due to the ability to read the orientation of the universal joint in space by sensors, the possibilities for creating surgical simulators of abdominal surgical interventions using haptic devices based on delta mechanisms are significantly expanded. creating realistic feedback and simulating the basic conditions for abdominal operations.
Description
Полезная модель относится к устройствам программного управления и может быть использована в качестве управляющего элемента (манипулятора) в современных обучающих хирургических системах для симуляции полостных оперативных вмешательств, при этом ввод координат рабочего конца инструмента в систему сопровождается одновременным выводом на устройство ввода данных силы, имитирующей тактильную обратную связь и применяется для усиления реалистичности эффекта при обучении.The utility model relates to software control devices and can be used as a control element (manipulator) in modern educational surgical systems for simulating abdominal surgery, while entering the coordinates of the working end of the instrument into the system is accompanied by a simultaneous output to the data input device of a simulating tactile feedback communication and is used to enhance the realism of the effect when learning.
Симуляционное обучение широко применятся в настоящий момент в медицине. Созданы различного рода программные и аппаратные средства, позволяющие с достаточно большой степень реализм производить в виртуальном пространстве различные хирургические манипуляции с объектами, имитирующими внутренние органы человека. Однако, большинство этих систем в качестве устройства управления используют обычный джойстик или мышь; в ряде случаев используются специальные приспособления (эйдос), имитирующие рукоятки инструментов, смену инструментов, различного рода приборы из окружения хирурга (аспиратор, коагулятор и т.п.). Однако, подавляющее большинство этих систем не способно создавать при работе с ними тактильные ощущения, так необходимые для выработки и закрепления хирургических навыков.Simulation training is widely used at the moment in medicine. Various kinds of software and hardware have been created that allow, with a fairly high degree of realism, to perform various surgical manipulations in the virtual space with objects imitating the internal organs of a person. However, most of these systems use a conventional joystick or mouse as a control device; in some cases, special devices (eidos) are used that simulate the handles of tools, changing tools, various kinds of instruments from the surgeon's environment (aspirator, coagulator, etc.). However, the vast majority of these systems are not able to create tactile sensations when working with them, so necessary for the development and consolidation of surgical skills.
Существуют системы управления с тактильной обратной связью, так называемые гаптик-устройства, которые позволяют вводить координатную информацию в компьютер, и, таким образом, являются координатными манипуляторами, однако при этом могут являться и устройствами вывода, прилагая к руке оператора усилие, направленное в ту или иную сторону. Эти устройства используются для создания тактильного образа какого-либо виртуального предмета и встречаются в компьютерных играх, различных системах виртуальной реальности, трехмерной компьютерной графики (лепки и моделирования), медицинских системах, а также для управления различными робототехническими устройствами [T.R. Coles, D. Meglan, N.W. John. The role of haptics in medical training simulators: a survey of the state of the art. // Haptics, IEEE Transactions, 4(1):51-66, 2011]. Для создания таких устройств нередко используются кинематические схемы параллельных механизмов, например, дельта-механизмы [S. Martin, N. Hillier Characterisation of the novint falcon haptic device for application as a robot manipulator // In Australasian Conference on Robotics and Automation (ACRA), 2009, pp 291-292], ввиду того что они устойчивы и стабильны в пространстве, а также позволяют прилагать большую силу и создавать более реалистичные тактильные ощущения.There are control systems with tactile feedback, the so-called haptic devices, which allow you to enter coordinate information into a computer, and thus are coordinate manipulators, but they can also be output devices, applying an effort to the operator’s hand directed to the other side. These devices are used to create a tactile image of a virtual object and are found in computer games, various virtual reality systems, three-dimensional computer graphics (modeling and modeling), medical systems, as well as for controlling various robotic devices [T.R. Coles, D. Meglan, N.W. John The role of haptics in medical training simulators: a survey of the state of the art. // Haptics, IEEE Transactions, 4 (1): 51-66, 2011]. To create such devices, kinematic schemes of parallel mechanisms are often used, for example, delta mechanisms [S. Martin, N. Hillier Characterization of the novint falcon haptic device for application as a robot manipulator // In Australasian Conference on Robotics and Automation (ACRA), 2009, pp 291-292], because they are stable and stable in space, and also allow you to exert more power and create more realistic tactile sensations.
Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели является Novint Falcon (далее гаптик-устройство), представляющий из себя дельта-механизм.The closest analogue of the proposed utility model is Novint Falcon (hereinafter the haptic device), which is a delta mechanism.
Подобное гаптик-устройство имеет ограниченное число степеней свободы (три степени свободы, 3 DOF - degrees of freedom). Для создания на его основе симулятора для полостных оперативных вмешательств необходимо большее число степеней свободы - требуется знание об ориентации и наклоне инструмента в пространстве, кроме данных о положении его рабочего конца, предоставляемых оригинальным гаптик-устройством. Кроме этого, гаптик управляет лишь одной активной точкой (точка приложения силы), расположенной на площадке дельта-механизма. Для имитации полостных операций необходимо положение лапароскопического инструмента, заданное в пространстве двумя точками - точкой входа (местом установки троакара на брюшной стенке) и точкой, определяющей рабочий конец инструмента.Such a haptic device has a limited number of degrees of freedom (three degrees of freedom, 3 DOF - degrees of freedom). To create a simulator for abdominal surgery on its basis, a greater number of degrees of freedom is required - knowledge of the orientation and inclination of the tool in space is required, except for data on the position of its working end provided by the original haptic device. In addition, the haptic controls only one active point (the point of application of force) located on the site of the delta mechanism. To simulate abdominal operations, the position of the laparoscopic instrument is required, defined in space by two points - the entry point (the location of the trocar on the abdominal wall) and the point that defines the working end of the instrument.
Нами впервые предлагается устройство ввода с тактильной обратной связью, которое состоит из карданного механизма с возможностью регистрации его положения в пространстве датчиками, жестко закрепляемого через рычаг к площадке оригинального гаптик-устройства, реализующего трехкоординатный пространственный ввод с возможностями тактильной обратной связи, при этом рабочий конец имитатора лапароскопического инструмента жестко фиксируется в центре вращения карданного механизма, а с другой стороны его шток проходит через троакар, установленный в отверстии, выполненном в эластичном имитаторе передней брюшной стенки, под которым закреплено гаптик-устройство.We are the first to propose an input device with tactile feedback, which consists of a cardan mechanism with the possibility of recording its position in space by sensors, rigidly fixed through a lever to the site of the original haptic device that implements a three-coordinate spatial input with tactile feedback capabilities, while the working end of the simulator a laparoscopic instrument is rigidly fixed in the center of rotation of the gimbal mechanism, and on the other hand, its rod passes through the trocar, setting enny a hole formed in the elastic simulator anterior abdominal wall, which is fixed under the haptic device.
Общий вид полезной модели хирургического симулятора с тактильной обратной связью представлен на Фиг 1, более подробно полезная модель изображена на Фиг. 2, где:A general view of a utility model of a surgical simulator with tactile feedback is shown in FIG. 1, a more useful model is shown in FIG. 2, where:
1 - гаптик-устройство на основе дельта-механизма1 - a haptic device based on a delta mechanism
2 - площадка дельта-механизма2 - platform delta mechanism
3 - карданный механизм3 - cardan mechanism
4 - центр вращения карданного механизма4 - the center of rotation of the cardan mechanism
5 - имитатор лапароскопического инструмента5 - simulator of a laparoscopic instrument
6 - троакар6 - trocar
7 - имитация передней брюшной стенки7 - imitation of the anterior abdominal wall
8 - рама (корпус) устройства8 - frame (case) of the device
9 - рукоятка имитатора лапароскопического инструмента9 - handle simulator laparoscopic instrument
Карданный механизм 3 жестко закрепляется на площадке 2 дельта механизма оригинального гаптик-устройства 1. В центр вращения 4 карданного механизма 3 закреплен рабочий конец имитатора лапароскопического инструмента 5. Данное устройство позволяет при движениях, осуществляемых оператором за рукоятку, не стеснять движений оператора в пределах заданного числа степеней свободы карданного механизма 3, при этом данные о положении в пространстве рабочего конца инструмента 5 будут сниматься с датчиков, расположенных в карданном механизме 3 (которые могут иметь различный принцип действия - датчики угла поворота, электронные акселерометры и гироскопы и др.)- Это обеспечивает высокую точность данных о положении рабочего конца инструмента 5 в пространстве, включая ее наклоны и повороты вокруг своей оси. Таким образом, основные координаты положения в пространстве будут считаны с оригинального устройства дельта-механизма, и дополнены данными о положении рабочего конца инструмента 5 в пространстве с датчиков карданного механизма 3. Сила, создаваемая дельта-механизмом гаптик-устройства будет приложена к площадке 2, однако учитывая жесткую связь с ней карданного механизма и укрепленной в центре вращения 4 карданного механизма 3 рабочего конца инструмента 5 эта сила будет передана на руку оператора, обеспечивая тактильную обратную связь. Гаптик-устройство 1 установлено внутри рамы 8, по размерам сходной с брюшной полостью человека, верхнюю крышку которой представляет из себя имитатор передней брюшной стенки 7, выполненный из эластичного материала (силикона, резины и др.). В стандартном месте проведения лапароскопической процедуры в имитаторе передней брюшной стенки 7 установлен пенетрирующий ее троакар 6, через который проходит имитатор лапароскопического инструмента 5. Имитатор лапароскопического инструмента 5 проходит внутри троакара 6 таким образом, что возможны свободные движения его внутри трубки троакара 6 - линейные перемещения по оси троакара 6 и вращение в нем.The
Таким образом, обучающийся, управляя с помощью рукоятки 9 имитатором лапароскопического инструмента 5 одновременного указывает координаты, где находится рабочий конец инструмента в виртуальном пространстве симулятора, а также получает тактильные ощущения от гаптик-устройства. Установленный в имитатор передней брюшной стенки 7 троакар 6 создает точку входа и точку вращения лапароскопического инструмента, что создает реалистичность проводимой симуляции оперативного вмешательстваThus, the student, using the
Благодаря применению описанного устройства, обладающего дополнительными степенями свободы ввода за счет возможности считывания ориентации карданного механизма в пространстве датчиками, значительно расширяются возможности создания хирургических симуляторов полостных оперативных вмешательств с использованием гаптик-устройств на основе дельта-механизмов, создающих реалистичную обратную связь и имитирующее основные условия проведения полостных операций.Thanks to the use of the described device, which has additional degrees of freedom of input due to the ability to read the orientation of the cardan mechanism in space by sensors, the possibilities for creating surgical simulators of abdominal surgical interventions using haptic devices based on delta mechanisms that create realistic feedback and simulate the basic conditions abdominal operations.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017139987U RU181001U1 (en) | 2017-11-16 | 2017-11-16 | Device for simulating cavitary surgical interventions with tactile feedback |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017139987U RU181001U1 (en) | 2017-11-16 | 2017-11-16 | Device for simulating cavitary surgical interventions with tactile feedback |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU181001U1 true RU181001U1 (en) | 2018-07-03 |
Family
ID=62813514
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017139987U RU181001U1 (en) | 2017-11-16 | 2017-11-16 | Device for simulating cavitary surgical interventions with tactile feedback |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU181001U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2797635C2 (en) * | 2021-06-15 | 2023-06-07 | Общество с ограниченной ответственностью "ЛАБОРАТОРИЯ ВИРТУАЛЬНЫХ СИСТЕМ" (ООО "ЛВС") | Virtual epidural anesthesia and spinal puncture simulator |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6377011B1 (en) * | 2000-01-26 | 2002-04-23 | Massachusetts Institute Of Technology | Force feedback user interface for minimally invasive surgical simulator and teleoperator and other similar apparatus |
EP1609431A1 (en) * | 2004-06-22 | 2005-12-28 | Simsurgery AS | Kit, operating element and haptic device for use in surgical smulation systems |
US20140155910A1 (en) * | 2005-04-25 | 2014-06-05 | University Of Washington Through Its Center For Commercialization | Spherical Motion Mechanism |
RU160034U1 (en) * | 2015-10-21 | 2016-02-27 | Глеб Олегович Мареев | TACTICAL FEEDBACK INPUT DEVICE WITH ADDITIONAL DEGREES OF FREEDOM |
-
2017
- 2017-11-16 RU RU2017139987U patent/RU181001U1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6377011B1 (en) * | 2000-01-26 | 2002-04-23 | Massachusetts Institute Of Technology | Force feedback user interface for minimally invasive surgical simulator and teleoperator and other similar apparatus |
EP1609431A1 (en) * | 2004-06-22 | 2005-12-28 | Simsurgery AS | Kit, operating element and haptic device for use in surgical smulation systems |
US20140155910A1 (en) * | 2005-04-25 | 2014-06-05 | University Of Washington Through Its Center For Commercialization | Spherical Motion Mechanism |
RU160034U1 (en) * | 2015-10-21 | 2016-02-27 | Глеб Олегович Мареев | TACTICAL FEEDBACK INPUT DEVICE WITH ADDITIONAL DEGREES OF FREEDOM |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
STEVEN MARTIN ET ALL Characterisation of the Novint Falcon Haptic Device for Application as a Robot Manipulato, Australasian Conference on Robotics and Automation (ACRA), December 2-4, 2009, Sydney, Australia pp.1-9. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2797635C2 (en) * | 2021-06-15 | 2023-06-07 | Общество с ограниченной ответственностью "ЛАБОРАТОРИЯ ВИРТУАЛЬНЫХ СИСТЕМ" (ООО "ЛВС") | Virtual epidural anesthesia and spinal puncture simulator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11580882B2 (en) | Virtual reality training, simulation, and collaboration in a robotic surgical system | |
US11013559B2 (en) | Virtual reality laparoscopic tools | |
US11944401B2 (en) | Emulation of robotic arms and control thereof in a virtual reality environment | |
JP6049788B2 (en) | Virtual tool operation system | |
US20220101745A1 (en) | Virtual reality system for simulating a robotic surgical environment | |
Sun et al. | Design and development of a da vinci surgical system simulator | |
US9330502B2 (en) | Mixed reality simulation methods and systems | |
Yang et al. | Mechanism of a learning robot manipulator for laparoscopic surgical training | |
Fontanelli et al. | Portable dVRK: An augmented V-REP simulator of the da Vinci research kit | |
RU181001U1 (en) | Device for simulating cavitary surgical interventions with tactile feedback | |
Itsarachaiyot et al. | Force acquisition on surgical instruments for virtual reality surgical training system | |
Rasakatla et al. | Robotic Surgical training simulation for dexterity training of hands and fingers (LESUR) | |
Nawrat et al. | Robin Heart system moelling an training in virtual reality | |
KR102038398B1 (en) | Surgical simulation system and device | |
Obeid et al. | Improvement of a Virtual Pivot for Minimally Invasive Surgery Simulators Using Haptic Augmentation | |
Sepulveda-Cervantes et al. | Dynamic coupling haptic suturing based on orthogonal decomposition | |
CN117558171A (en) | Magnetic navigation medical operation simulation training platform based on virtual reality technology | |
Mishra et al. | GENIE-an haptic interface for simulation of laparoscopic surgery | |
Preusche et al. | Development of a multimodal skills trainer for minimally invasive telerobotic surgery | |
Kumar | Kinesthetic mapping of Ross: Robotic surgical simulator using inverse kinematics |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20180604 |