RU2319219C2 - Birth simulating apparatus - Google Patents
Birth simulating apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- RU2319219C2 RU2319219C2 RU2004101230/14A RU2004101230A RU2319219C2 RU 2319219 C2 RU2319219 C2 RU 2319219C2 RU 2004101230/14 A RU2004101230/14 A RU 2004101230/14A RU 2004101230 A RU2004101230 A RU 2004101230A RU 2319219 C2 RU2319219 C2 RU 2319219C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- model
- child
- womb
- baby
- simulator
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Instructional Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к устройству для имитации родов для воспроизведения методов дородового лечения и для моделирования избранных ситуаций при родовом акте.The invention relates to a device for simulating childbirth for reproducing prenatal treatment methods and for modeling selected situations during delivery.
Подготовка акушерок и гинекологов стоит очень дорого, а сами беременные по разным причинам в очень ограниченной степени могут выполнять необходимые приемы или использовать медицинские инструменты (например отсасывающие банки). Именно в сложных, экстренных ситуациях невозможно или недопустимо с этической точки зрения привлекать к родовспоможению неопытных лиц. Кроме того, часто имеют место различные непредвиденные проблемные случаи. Так, акушерки и гинекологи должны присутствовать при родах и в течение долгого времени быть относительно пассивными. Только тогда, когда пассивная подготовка уже далеко шагнула вперед, можно начать активную подготовку. При этом все действия опытных медицинских специалистов должны находиться под контролем, с тем чтобы свести к минимуму риск для матери и ребенка.Training midwives and gynecologists is very expensive, and pregnant women for various reasons to a very limited extent can perform the necessary tricks or use medical instruments (such as suction cans). It is in difficult, emergency situations that it is impossible or ethically unacceptable to involve inexperienced people in obstetric care. In addition, various unforeseen problem cases often occur. So, midwives and gynecologists must be present during childbirth and for a long time be relatively passive. Only when passive training has already taken a long step forward can active training begin. At the same time, all actions of experienced medical professionals should be controlled in order to minimize the risk for mother and child.
Для поддержки подготовки в области гинекологии до сих пор используются физические модели, фильмы и компьютерная анимация. Имеются составные твердые пластические модели, допускающие наглядный показ в пространственном отношении анатомических, физиологических или патологических связей. Помимо этого, известны мягкие эластичные модели, которые должны как можно лучше имитировать человеческие хватательные свойства, т.е. в утробе матери находится способная деформироваться детская кукла.Physical models, films, and computer animation are still used to support training in gynecology. There are composite solid plastic models that allow a visual representation in the spatial relation of anatomical, physiological or pathological connections. In addition, soft elastic models are known which should imitate human grasping properties as best as possible, i.e. in the womb is a baby doll capable of deforming.
Проходящие подготовку акушерки и гинекологи могут, таким образом, взять модель и тренировать определенные приемы и определить пространственные связи, например положение ребенка.Trained midwives and gynecologists can thus take a model and train certain techniques and determine spatial relationships, such as the position of the child.
Так как физические модели, фильмы или компьютерные анимации, известные из уровня техники, недостаточно подходят для подготовки, приближенной к реальности, задачей изобретения является создание устройства для имитации методов дородового лечения и для моделирования избранных ситуаций при родовом акте, с тем чтобы можно было значительно более эффективно изучить и отработать необходимые приемы. Это устройство должно быть обозначено в дальнейшем только как устройство для имитации родов.Since physical models, films, or computer animations, known from the prior art, are not suitable for preparation close to reality, the object of the invention is to provide a device for simulating prenatal treatment methods and for modeling selected situations during delivery, so that it can be much more effectively learn and practice the necessary techniques. This device should be designated in the future only as a device for simulating childbirth.
Эта задача решается при помощи устройства для имитации родов согласно п.1 формулы изобретения.This problem is solved using a device for simulating childbirth according to
Материнская утроба, выполненная предпочтительно из мягкой эластичной пластмассы или другого материала с аналогичными свойствами и имеющая форму и прочность и тем самым хватательные свойства естественного человеческого тела, имеет полость матки из эластичного резинового материала. Полость матки выполнена таким образом, что в нее можно поместить модель ребенка из мягкой эластичной пластмассы, причем по форме, размерам и положению полость матки и модель ребенка соответствуют естественным. Согласно изобретению модель ребенка соединена механическим способом при помощи соединительного устройства с моторным приводом. Помимо этого предусмотрено программируемое устройство управления и регулировки для управления механическим приводом, так что модель ребенка выполнена с возможностью движения согласно свободно программируемой характеристике движения в полости матки или с возможностью выхода из полости матки через родовые пути.The maternal womb, preferably made of soft elastic plastic or other material with similar properties and having the shape and strength and thereby the grasping properties of the natural human body, has a uterine cavity of elastic rubber material. The uterine cavity is made in such a way that a baby model of soft elastic plastic can be placed in it, and in shape, size and position, the uterine cavity and the baby model correspond to the natural ones. According to the invention, the child’s model is connected mechanically by means of a connecting device with a motor drive. In addition, a programmable control and adjustment device for controlling a mechanical drive is provided, so that the baby model is configured to move according to a freely programmable motion characteristic in the uterine cavity or to exit the uterine cavity through the birth canal.
Преимущество изобретения заключается в том, что создана возможность обыгрывания различных медицинских ситуаций, т.е. процессов, протекающих до и во время родов, с помощью движущейся человеческой модели, которую можно потрогать. Модель можно взять в руки, чтобы, например, почувствовать, как ребенок выходит через родовые пути. Также можно правильно применить инструменты, например щипцы или отсасывающую банку. Особое значение заключается в том, что имеется возможность задать другую медицинскую ситуацию путем изменения программы, т.е. при помощи «нажатия кнопки».An advantage of the invention is that it is possible to play on various medical situations, i.e. processes occurring before and during childbirth, using a moving human model that can be touched. You can pick up the model in order to, for example, feel how the baby exits through the birth canal. It is also possible to correctly apply tools, such as tongs or a suction can. Of particular importance is that it is possible to set a different medical situation by changing the program, i.e. using the "push of a button".
Согласно п.2 формулы изобретения модель ребенка соединена с несколькими управляемыми механическими приводами, так что имеется возможность имитации сложных движений ребенка, которые в значительной степени соответствуют естественным движениям ребенка. Различные приводы можно объединить также предпочтительно в многошарнирном роботе.According to
Далее дополнительно предусмотрено сенсорное устройство для определения сил и движений и программа для имитации ответной реакции на применение силы и движения. Если, например, лицо, проводящее обследование, нажимает на туловище, где находится утроба матери, или прямо руками берет модель ребенка или захватывает медицинским инструментом, то чувствительные элементы сенсорного устройства измеряют применяемые при этом силы. Специалисту ясно, что одновременно можно напрямую или опосредовано определить также направления этих сил. Чувствительные элементы расположены на соединительном устройстве и/или на приводных элементах. В вычислителе устройства управления и регулировки реализуется программа имитации, в результате чего сигналы измерений преобразуются в сигналы ответной реакции на применение силы и движения. Эти сигналы ответной реакции на применяемые силы и движения поступают в устройство управления и регулировки, которое управляет приводными элементами таким образом, что модель ребенка при характерном приложении силы каким-либо лицом движется при помощи приводных элементов так, что реагирует, совершая адекватные движения, соответствующие естественным движениям ребенка в соответствующей медицинской ситуации. Акушерке или обучаемому лицу передается, таким образом, ощущение «живого» ребенка. Таким образом, впервые стали возможными абсолютно новые методы подготовки в области патронажа беременных и родовспоможения. Только в результате изменения программы, т.е. при помощи нажатия кнопки, можно моделировать различные клинические ситуации и получить образец движения-реакции настоящего ребенка.Further, a sensor device for determining forces and movements and a program for simulating a response to the use of force and movement are further provided. If, for example, the person conducting the examination clicks on the torso where the mother’s womb is located, or takes the child’s model directly with his hands or grabs it with a medical instrument, then the sensitive elements of the sensor device measure the forces used. It is clear to the specialist that at the same time, the directions of these forces can also be determined directly or indirectly. Sensing elements are located on the connecting device and / or on the drive elements. In the computer of the control and adjustment device, a simulation program is implemented, as a result of which the measurement signals are converted into response signals to the use of force and motion. These signals of the response to the applied forces and movements enter the control and adjustment device, which controls the drive elements in such a way that the model of the child, with the characteristic application of force by any person, moves with the help of the drive elements so that it responds by making adequate movements corresponding to the natural movements of the child in an appropriate medical situation. Thus, the midwife or the learner is transmitted, thus, the feeling of a "living" child. Thus, for the first time, completely new methods of preparation in the field of patronage of pregnant women and obstetric care became possible. Only as a result of a program change, i.e. by pressing a button, you can simulate various clinical situations and get a sample of the movement-reaction of a real child.
Согласно п.3 дополнительно предусмотрено оптическое устройство с дисплеем, которое связано при помощи сигналов с вычислителем устройства управления и регулировки. Это устройство с дисплеем может представлять собой монитор или так называемые «очки» для показа данных. Во время имитации можно получать различную визуальную информацию. Когда, например, моделируют особую ситуацию при родах, синхронно показывают фильм, в котором, например, имеет место та же ситуация, что и при настоящих родах. Можно также выбрать и другие виды изображения, например изображение на рентгеновской пленке.According to
Согласно п.3 оптическое устройство с дисплеем показывает также комментарии и дополнительную информацию. Это очень помогает в процессе обучения, когда, например, поступают дополнительные комментарии об опасных ситуациях.According to
Согласно п.4 дополнительно предусмотрен генератор звука для формирования типичных шумов. Можно создавать как шумы, происходящие от движения ребенка, так и голос матери. Шумы можно создавать искусственным путем, однако они могут быть и естественного происхождения, т.е. речь идет о записи на магнитную ленту во время адекватной настоящей ситуации. Благодаря такой мере обучаемое лицо получает впечатление, близкое к действительности, когда, например, резкая родовая деятельность вызывает одновременно стоны рожениц.According to
Согласно п.5 генератор звука помещен в утробу матери. Таким образом шумы, производимые ребенком, имитируются очень натурально.According to
Согласно п.6 изготовлена модель ребенка, которая предназначена предпочтительно для использования в устройстве для имитации родов по пп.1-5. Модель ребенка имеет в шейной области и/или в области крыши черепа, которая состоит из деформируемых сегментов, датчики перемещения и/или силы, и/или давления, которые связаны на уровне сигналов с вычислителем устройства управления и регулировки.According to
Эта модель ребенка при использовании ее с устройством для имитации родов по пп.1-5 позволяет получать дополнительную информацию, которая повышает эффект обучения. Так можно зафиксировать, например, приложение силы к ребенку, когда подготовленное лицо воспроизводит проведение родов на имитаторе. Также будет действовать и обучаемое лицо. После этого можно сравнить и оценить обе характеристики силы.This model of a child when used with a device for simulating childbirth according to claims 1-5 allows you to receive additional information that increases the effect of learning. So you can fix, for example, the application of force to the child when the prepared person reproduces the delivery of labor on the simulator. The learner will also act. After that, you can compare and evaluate both characteristics of the force.
Предпочтительным местом размещения датчика силы и/или крутящего момента является шея модели ребенка. Предпочтительным местом размещения датчиков перемещения или давления является область черепа модели ребенка. Если предусмотрены датчики перемещения, то череп выполнен с возможностью деформации по аналогии с настоящим черепом ребенка и имеет смещаемые черепные сегменты, смещения которых измеряются при помощи датчика перемещений.The preferred location for the force and / or torque sensor is the neck of the child’s model. The preferred location for the displacement or pressure sensors is the skull region of the child’s model. If displacement sensors are provided, then the skull is made with the possibility of deformation by analogy with a real child’s skull and has displaceable cranial segments, the displacements of which are measured using a displacement sensor.
Применяя модель ребенка с устройством для имитации родов по п.3, используют информацию, полученную от датчиков модели ребенка, для того чтобы подготовить больше информации, касающейся силы и крутящего момента, и чтобы она была более точной для расчета сил реагирования и связанных с ними движений. Следует, кроме того, упомянуть, что специалист при необходимости разместит и другие датчики в подходящих местах на модели ребенка или также в утробе матери, если это необходимо для получения сигнала при преобразовании конкретной имитации движений. Так, например, датчики давления можно расположить в области живота материнской утробы.Applying the baby model with the device for simulating childbirth according to
Изобретение поясняется ниже более подробно с помощью примеров выполнения, представленных на чертежах.The invention is explained below in more detail using the examples presented in the drawings.
Фиг.1 - схематичное изображение первой активной формы выполнения изобретения.Figure 1 is a schematic representation of a first active embodiment of the invention.
Фиг.2 - схематичное изображение второй активной формы выполнения изобретения.Figure 2 is a schematic illustration of a second active form of the invention.
Фиг.3 - схематичное изображение третьей активной формы выполнения изобретения.Figure 3 is a schematic representation of a third active embodiment of the invention.
Фиг.4 - схематичное изображение четвертой активной формы выполнения изобретения.4 is a schematic representation of a fourth active embodiment of the invention.
Фиг.5 - схематичное изображение пятой активной формы выполнения изобретения.5 is a schematic illustration of a fifth active embodiment of the invention.
Фиг.6 - схематичное изображение шестой активной формы выполнения изобретения.6 is a schematic representation of a sixth active embodiment of the invention.
Фиг.7 - схематичное изображение первой формы выполнения второго изобретения.7 is a schematic representation of a first embodiment of a second invention.
Фиг.8 - схематичное изображение второй формы выполнения второго изобретения.Fig. 8 is a schematic illustration of a second embodiment of the second invention.
Фиг.9 - интерактивная форма выполнения изобретения.9 is an interactive embodiment of the invention.
Фиг.10 - первый алгоритм регулирования для интерактивной формы выполнения изобретения.10 is a first control algorithm for an interactive embodiment of the invention.
Фиг.11 - второй алгоритм регулирования для интерактивной формы выполнения изобретения.11 is a second control algorithm for an interactive embodiment of the invention.
На фиг.1 представлено поперечное сечение устройства для имитации родов, имеющего форму и размеры утробы 1 беременной женщины, и модель ребенка 2. Материнская утроба 1 в области 3 прочно закреплена на основании, например на столе. Модель ребенка 2 находится в углублении 4, которое служит моделью матки. Утроба матери 1 и модель ребенка 2 выполнены из мягкой упругой пластмассы. К модели ребенка 2 присоединен линейный привод 5 через датчик силы 6. Линейный привод 5 имеет внутреннее устройство распознавания положения, выполненное в виде системы измерения длины, и позволяет совершать возвратно-поступательное движение по стрелке 5а. Датчик силы 6 соединен с моделью ребенка 2 через шаровой шарнир 7а. Когда линейный привод 5 вытесняет модель ребенка 2 из родовых путей, обучаемое лицо должно удерживать и направлять модель ребенка 2 так же, как при настоящих родах. Датчик силы 6 регистрирует действующие при этом силы, а вычислительный электронный прибор обрабатывает их в виде сигналов измерения силы и помещает их в виде данных измерения силы в запоминающее устройство. Характеристики силы и движения, наблюдаемые при имитации родов, сравнивают с записанными в памяти характеристиками силы и движения, являющимися нормой. Из разницы между наблюдаемыми характеристиками силы и движения и записанными в памяти характеристиками силы и движения, являющимися нормой, можно сделать вывод об успехах обучаемого лица на тренировке.Figure 1 shows a cross section of a device for simulating childbirth, having the shape and size of the
На фиг.2 представлено в принципе такое же устройство, что и на фиг.1, причем линейный привод 5 позволяет совершать наряду с возвратно-поступательным движением 5а также и вращательное движение 5b. В отличие от фиг.1, место соединения модели ребенка 2 с датчиком силы 6 выполнено в виде крутильно-жесткого, упругоэластичного элемента 7b.Figure 2 shows, in principle, the same device as in figure 1, moreover, the
На фиг.3 представлено в принципе такое же устройство, что и на фиг.2, причем линейный привод 5 помимо движений 5а и 5b позволяет совершать дополнительное движение качания 5с. В отличие от фиг.1 или 2 место соединения модели ребенка 2 с датчиком силы 6 выполнено жестким.Figure 3 presents in principle the same device as in figure 2, and the
На фиг.4 представлено в принципе такое же устройство, что и на фиг.3, причем линейный привод 5 помимо движений 5а, 5b и 5с выполняет еще одно дополнительное движение 5d, которое проходит под прямым углом к направлению движения 5а. Место соединения модели ребенка 2 с датчиком силы 6 выполнено также жестким.Figure 4 presents in principle the same device as in figure 3, and the
На фиг.5 представлен линейный привод 5, состоящий из трех отдельных приводов 51, 52 и 53, концевые участки которых соединены на шарнирах с возможностью поворота с контропорой 8 и с пластиной 9. Пластина 9 жестко соединена с двухточечным зажимом 10 через датчик силы 6. Двухточечный зажим 10 фиксирует модель ребенка 2 в точках 11 и 12.Figure 5 shows the
На фиг.6 показан линейный привод 5, который, как описано со ссылкой на фиг.5, также состоит из трех отдельных приводов 51, 52 и 53, концевые участки которых соединены на шарнирах с возможностью поворота соответственно с контропорами 81, 82 и 83. Концевые участки, проходящие в направлении модели ребенка 2, соединены с ней с возможностью поворота в разных точках 21, 22 и 23.Fig. 6 shows a
С помощью таких схематичных чертежей и приведенных выше пояснений специалисту будет ясно, как при помощи разных приводов различной степени свободы можно вызывать почти реальные движения модели ребенка.With the help of such schematic drawings and the above explanations, it will be clear to a specialist how, with the help of different drives of varying degrees of freedom, almost real movements of a child’s model can be caused.
На фиг.7 представлена модель ребенка 2, голова которого соединена с корпусом при помощи датчика силы и крутящего момента 13. При имитации родов особенно важным является тренировка приемов на головке модели ребенка 2. При этом большое значение имеет шея ребенка. Поэтому при наблюдении за имитированными родами особое значение имеет контроль за тем, как берут головку ребенка, что возможно с помощью данной формы выполнения модели ребенка. Для передачи электрического измерительного сигнала в распоряжении специалиста имеются проводные, а также беспроволочные способы.Fig. 7 shows a model of a
На фиг.8 представлена модель ребенка 2, на головке которого, в отличие от изображения на фиг.7, в области костей черепа дополнительно расположены датчики перемещения и давления 14. Кроме того, отдельные участки черепа модели ребенка 2 выполнены с возможностью смещения. При имитации родов участки черепа смещаются так же, как во время настоящих родов, причем при тренировке следует учесть, чтобы смещения не выходили за рамки заданных медицинских границ. При помощи датчиков перемещения и давления во время имитации родов можно регистрировать смещения и нажатия и по полученным данным судить, правильно ли держит и направляет головку модели ребенка обучаемое лицо. Специалисту предоставляется возможность выбора и применения подходящих датчиков перемещения и давления и подходящей для этого техники обработки сигналов.On Fig presents a model of a
На фиг.9 представлена схема поперечного сечения устройства для имитации родов, имеющего форму живота 1 беременной женщины с моделью ребенка 2. Живот 1 прочно закреплен в области 3 на основе, например на столе. Модель ребенка 2 находится в полости 4, которая имитирует матку. Живот 1 и модель ребенка 2 выполнены из мягкой упругой пластмассы. С моделью ребенка 2 соединен через шестикомпонентный датчик силы и крутящего момента 6 шестишарнирный робот 5 с последовательной кинематикой.Figure 9 presents a cross-sectional diagram of a device for simulating childbirth, having the shape of the
Когда при имитации родов робот 5 вытесняет модель ребенка из родовых путей, обучаемое лицо должно захватить и направлять модель ребенка 2 так же, как при настоящих родах. Приложенные при этом силы и крутящие моменты регистрирует шестикомпонентный датчик силы и крутящего момента 6, затем преобразует в электрические сигналы и передает в устройство управления и регулировки.When, when simulating childbirth,
Робот имеет последовательную кинематику, т.е. несколько сегментов робота соединены друг с другом последовательно через приводимые в активное действие оси вращения. Направления осей вращения выбираются такими, что концевой исполнительный элемент робота может двигаться с моделью ребенка, соединенной с шестикомпонентным датчиком силы и крутящего момента 6, в шести степенях свободы (три позиции и три ориентации). Внутренние датчики положения угла шарнира регистрируют угловое положение робота и передают данные в устройство управления и регулировки. По данным положения угла шарнира определяют положение модели ребенка 2 в пространстве.The robot has consistent kinematics, i.e. several segments of the robot are connected to each other sequentially through the axis of rotation driven by the active action. The directions of the rotation axes are chosen such that the end actuator of the robot can move with a child model connected to a six-component force and
Когда обучаемое лицо касается модели ребенка 2 руками опосредованно через эластичное перекрытие 6 или также напрямую, то сила, которую он рукой или медицинским инструментов прикладывает к модели ребенка 2, вызывает движение. Модель ребенка 2 реагирует на это по образцу движения, который соответствует реальному движению - реакции настоящего ребенка.When the learner touches the child’s
Влияние на движения модели ребенка может происходить в принципе двумя способами:Influence on the movements of a child’s model can occur in principle in two ways:
Первый способ, представленный на фиг.10, является регулировкой полной проводимости, согласно которой силы, приложенные при прикосновению к модели ребенка 2, регистрирует шестикомпонентный датчик силы и крутящего момента и передает вычислителю при помощи программы имитации. Там происходит расчет получающегося движения модели ребенка 2, который передается дальше в устройство регулировки робота в виде заданного значения. Устройство регулировки робота сравнивает рассчитанное заданное движение с измеренным движением робота и питает робота током двигателя так, что погрешность между измеренным и рассчитанным движением становится минимальной.The first method, presented in figure 10, is the adjustment of the total conductivity, according to which the forces applied when touching the model of the
Второй способ является регулировкой полного сопротивления, представленной на фиг.11, согласно которой регистрируют изменения положения и ориентации, вызванные действием сил и крутящих моментов, и передают в вычислитель с помощью программы имитации. После этого рассчитывают соответствующие силы и крутящие моменты и передают дальше в устройство регулировки робота в виде заданных значений. Устройство регулировки робота сравнивает рассчитанные заданные силы и крутящие моменты с действительными силами и крутящими моментами и заставляет робота двигаться так, что получаются минимальные погрешности.The second method is to adjust the impedance shown in Fig. 11, according to which changes in position and orientation caused by the action of forces and torques are recorded, and transmitted to the calculator using a simulation program. After that, the corresponding forces and torques are calculated and passed on to the robot control device in the form of set values. The robot adjustment device compares the calculated set forces and torques with the actual forces and torques and makes the robot move so that minimal errors are obtained.
Программа для расчета имитируемых родов включает в себя, таким образом, компьютерную модель, которая содержит биомеханические связи между тазом, маткой, связками, сухожилиями, кожей и мускулатурой матери и телом модели ребенка. Описываются статические и динамические взаимосвязи между появляющимися силами и крутящими моментами, которые обучаемое лицо прикладывает к модели ребенка, например акушерка, проходящая подготовку, и положения и движения ребенка с точки зрения позиций/ориентаций в пространстве и их происхождения, т.е. скорости и ускорения относительно тела матери. Таким образом, можно рассчитать либо по измеренным силам и крутящим моментам получающиеся движения модели ребенка 2 (регулирование полных проводимостей), либо по измеренным движениям ребенка соответствующие силы и крутящие моменты (регулирование полных сопротивлений), которые передаются обучаемому лицу.The program for calculating the simulated birth includes, therefore, a computer model that contains biomechanical connections between the pelvis, uterus, ligaments, tendons, skin and muscles of the mother and the body of the baby model. The article describes the static and dynamic relationships between the emerging forces and the torques that the learner applies to the child’s model, for example, the midwife undergoing training, and the child’s position and movements in terms of positions / orientations in space and their origin, i.e. speed and acceleration relative to the mother’s body. Thus, it is possible to calculate, either from the measured forces and torques, the resulting movements of the child’s model 2 (regulation of total conductivities) or from the measured movements of the child, the corresponding forces and torques (regulation of the total resistances) that are transmitted to the learner.
При помощи регулировки механического силового устройства 5 обучаемое лицо имеет в отношении хватательных свойств субъективное впечатление реальной реакции. Благодаря выбору соответствующих параметров в расчетах для имитируемых родов можно имитировать не только нормальные родовые акты или движения ребенка, но также представить и наглядно увидеть редко встречающиеся ситуации и проблемные случаи.By adjusting the
В варианте выполнения изобретения согласно фиг.9 рассчитывают, кроме того, по первично обработанной при имитации родов информации о движениях движения и деформации анатомических компонентов, таких, например, как таз, матка, связки, сухожилия, кожа и мускулатура матери и ребенка, и показывают на мониторе 7 в реальном масштабе времени. Можно выбрать различные виды изображения, например изображения как на рентгеновских снимках, или изображения как при ультразвуковом исследовании, причем, например, можно выделить в цвете особо опасные участки или повреждения. Также можно переключаться с одного вида изображения на другой. Так как визуальная информация передается обучаемому лицу одновременно с информацией о хватательных свойствах, это лицо получает очень реальное общее впечатление.In the embodiment of the invention according to Fig. 9, in addition, information on the movements of movement and deformation of anatomical components, such as, for example, the pelvis, uterus, ligaments, tendons, skin and muscles of the mother and child, initially processed during the simulation of labor, is calculated and shown on
В варианте выполнения изобретения согласно фиг.9 по биомеханическим расчетам определяют еще и граничные значения боли, при превышении которых поступает команда воспроизведения образца сигнала. Этот образец сигнала поступает в запоминающее устройство и может быть вызван по запросу и воспроизведен через стереосистему громкоговорителя 8. На обучаемое лицо оказывает дополнительное обучающе-психологическое действие, когда, например, при неправильном приеме раздается звук боли.In the embodiment of the invention according to Fig. 9, according to biomechanical calculations, the boundary values of pain are also determined, when exceeded, a command to reproduce a signal sample is received. This sample of the signal enters the storage device and can be called up on demand and reproduced through the stereo system of the
Ниже даются дополнительные комментарии по работе актуатора (исполнительного элемента) и его управления.Below are additional comments on the operation of the actuator (actuator) and its control.
Актуатор (исполнительный элемент) был проверен при помощи промышленного робота RX90, имеющего шесть осей. Оригинальное управляющее вычислительное устройство робота требует относительно длительного времени цикла, более чем 16 мс. Для стабильной работы устройства, имитирующего роды, и для приближенного к действительности отображения биомеханических свойств без помех необходимы при известных условиях более высокие скорости развертки в диапазоне кГц в условиях реального масштаба времени и высокая производительность вычислительного устройства для осуществления процессов регулировки, основанных на модели. Поэтому параллельно было реализовано управление, основанное на ПК. При помощи переключателя датчики угла поворота, силы и крутящего момента и аналоговые сигналы для электронных шарнирных усилителей можно переключать с вычислительного устройства робота на ПК, где происходит регистрация/выход сигналов при помощи соответствующих PCI-плат. Благодаря размещению электронных шарнирных усилителей на устройстве регулировки тока можно реализовать на ПК описанную выше регулировку, основанную на подвижных устройствах сопряжения по крутящему моменту. Благодаря значительно более высокой производительности вычислительного устройства ПК время считывания сократилось до 250 μс, что является значительно лучшим результатом, чем при оригинальной конструкции. При этом выгодным является то, что все другие оригинальные компоненты, такие как шарнирные усилители, предохранительные электронные устройства для торможения и аварийной остановки, а также электроснабжение, остаются и могут использоваться.The actuator (actuator) was tested using an industrial robot RX90, which has six axes. The original control computing device of the robot requires a relatively long cycle time, more than 16 ms. For stable operation of a device simulating childbirth, and for approximating the reality of biomechanical properties without interference, under certain conditions, higher scan rates in the kHz range under real-time conditions and high performance computing devices for performing model-based adjustment processes are necessary. Therefore, in parallel, PC-based control was implemented. Using the switch, the angle, force and torque sensors and analog signals for electronic articulated amplifiers can be switched from the computing device of the robot to a PC, where the signals are registered / output using the corresponding PCI-boards. Due to the placement of electronic articulated amplifiers on the current control device, it is possible to realize the above-described adjustment on a PC based on movable torque coupling devices. Due to the significantly higher performance of a PC computing device, the read time is reduced to 250 μs, which is a significantly better result than with the original design. At the same time, it is advantageous that all other original components, such as articulated amplifiers, electronic safety devices for braking and emergency stop, as well as power supply, remain and can be used.
Ниже даются дополнительные комментарии по реализации биомеханической модели.Additional comments on the implementation of the biomechanical model are given below.
Для осуществления изобретения нужно усовершенствовать биомеханическую модель, лежащую в основе. В биомеханической модели представлена связь между нагрузками, т.е. силами и крутящими моментами (причина), прилагаемыми к ребенку снаружи (оператор), и лежащим в основе движением или положением (следствие). Описывается ли при математическом изображении принцип причины и следствия или следствия и причины, зависит при этом от вида регулировки. При регулировке полных проводимостей нужна противоположная модель, т.е. в качестве функции следствия (положения, скорости). рассчитывают причины (силы, моменты). И наоборот, при полных сопротивлениях в непосредственной динамической модели (называется также прямой моделью) следствие рассчитывают по причинам. Способ расчета, т.е. прямой или обратный, не имеет определяющего значения для способа моделирования. Ниже показан пример моделирования в прямом направлении.To implement the invention, it is necessary to improve the biomechanical model underlying. In the biomechanical model, the relationship between the loads is presented, i.e. forces and torques (reason) applied to the child outside (operator), and underlying movement or position (consequence). Whether a principle of cause and effect or a consequence and cause is described in a mathematical image depends on the type of adjustment. When adjusting the total conductivities, an opposite model is needed, i.e. as a function of the effect (position, speed). calculate the reasons (forces, moments). Conversely, for impedances in the direct dynamic model (also called the direct model), the effect is calculated for reasons. Calculation Method, i.e. direct or reverse, is not critical for the modeling method. The following is an example of forward modeling.
Ребенок имеет определенную анатомическую форму/геометрию, которую в самом простом случае можно рассматривать как неподвижную и прочную. Целесообразно допустить, что форма ребенка пассивно упруго деформируется при приложении к нему сил со стороны оператора или в результате контакта с участками утробы матери. Утроба матери, состоящая из матки, живота, родовых путей, таза и т.д., имеет определенные геометрические и упругие свойства.The child has a certain anatomical shape / geometry, which in the simplest case can be considered as motionless and durable. It is advisable to assume that the shape of the baby is passively elastically deformed when forces are applied to it by the operator or as a result of contact with parts of the womb. The womb, consisting of the uterus, abdomen, birth canal, pelvis, etc., has certain geometric and elastic properties.
Когда к ребенку прикладывают силу и/или момент, то эти нагрузки передаются через ребенка на контактные места «ребенок-мать» (например в матке или в родовых путях). В этих местах происходят относительные движения, обусловленные деформацией или трением. В зависимости от того, как устроены геометрические или упругие свойства соответствующих (т.е. заключающих в себе) участков тела ребенка или матери, происходят более или менее четкие движения («четкие» означает здесь: быстрые или в заметное степени). На положение ребенка можно, таким образом, влиять путем приложения нагрузки извне (через вагину или брюшную стенку). При этом следует заметить, что ребенок может двигаться из утробы матери и без влияния извне - просто в результате сокращения матки, если нет более значительных механических или мускульных сопротивлений. Если, однако, имеет место сужение родовых путей или череп ребенка «перекошен» из-за неблагоприятного перекошенного положения в родовых путях, оператор должен приложить силы и моменты так, чтобы либо увеличить «изгоняющие силы» (например путем нажатия вниз на брюшную стенку матери), либо устранить перекос, повернув головку ребенка (когда оператор проникает снаружи в родовые пути).When a force and / or moment is applied to a child, these loads are transmitted through the child to the “child-mother” contact points (for example, in the uterus or in the birth canal). In these places relative motions occur due to deformation or friction. Depending on how the geometric or elastic properties of the corresponding (i.e., enclosing) parts of the body of the child or mother are arranged, more or less clear movements occur ("clear" here means: fast or to a noticeable extent). Thus, the position of the child can thus be influenced by applying a load from the outside (through the vagina or abdominal wall). It should be noted that the child can move out of the womb without external influence - simply as a result of contraction of the uterus, if there are no more significant mechanical or muscular resistance. If, however, there is a narrowing of the birth canal or the child’s skull is “skewed” due to an unfavorable skew position in the birth canal, the operator must apply forces and moments so as to either increase the “expelling forces” (for example, by pressing down on the abdominal wall of the mother) , or eliminate the skew by turning the baby’s head (when the operator penetrates the birth canal from the outside).
Биомеханическая модель не должна непременно содержать все анатомические компоненты и определенные формы. Достаточно известного абстрактного изображения математических связей между приложенными силами и получающимися в результате движениями. Т.е. математическая функция описывает, какое получается положение, ориентирование и скорость, если на ребенка в определенном месте и в определенном направлении действует сила или крутящий момент. При этом следует обратить внимание на многомерность проблемы. Т.е. прилагаемые силы и крутящие моменты действуют в трех измерениях и могут захватывать любое место поверхности ребенка. Получающиеся в результате положения, ориентирования и скорости следует давать так же в 3-х измерениях. Связь между силой/моментом и положением/движением зависит к тому же от положения ребенка в матке или в родовых путях в данный момент. Эти математические связи можно легко описать с помощью линейных или нелинейных алгебраических уравнений. Затруднительной, однако, является точная параметризация. Выбор параметров определяет, насколько приближенно к реальности можно имитировать нормальный или патологический родовой акт. Параметры можно получить на базе теоретических размышлений или на базе экспериментов или с помощью измерительной техники.A biomechanical model must not necessarily contain all the anatomical components and certain forms. A fairly well-known abstract image of mathematical relations between the applied forces and the resulting movements. Those. The mathematical function describes what position, orientation, and speed is obtained if force or torque acts on a child in a certain place and in a certain direction. In this case, attention should be paid to the multidimensionality of the problem. Those. the applied forces and torques act in three dimensions and can capture anywhere on the surface of the child. The resulting position, orientation and speed should also be given in 3 dimensions. The relationship between force / moment and position / movement also depends on the position of the child in the uterus or in the birth canal at the moment. These mathematical relationships can be easily described using linear or nonlinear algebraic equations. Difficult, however, is the exact parameterization. The choice of parameters determines how close to reality it is possible to imitate a normal or pathological birth act. Parameters can be obtained on the basis of theoretical considerations or on the basis of experiments or using measuring equipment.
Ниже приводятся дополнительные комментарии по реализации графического дисплея. С помощью монитора показывают внутренние анатомические компоненты, например тазовые кости, матку, плаценту, маточный зев, кровеносные сосуды, а также ребенка. Монитор может работать вместе с так называемыми «очками» также в стереорежиме. Анимация движений происходит синхронно с движениями устройства, имитирующего роды. Оператор имеет тем самым возможность изучать внутренние, анатомические и биомеханические связи также и во время движения ребенка. Демонстрация происходит на базе разбитых на сегменты и восстановленных в трех измерениях СТ- и MRT-записей. Восстановленное анатомическое изображение представляет собой дополнительную информацию, которая для получения медицинского образования имеет большое дидактическое значение, но которую, однако, нельзя увидеть при настоящих родах. В клинической практике используют, как правило, только ультразвуковую технику для наблюдения и оценки родов. Такие ультразвуковые записи можно имитировать при анимации движений на базе составленных вместе отдельных изображений, которые возникают синхронно с проведением родов.The following are additional comments on the implementation of the graphic display. The monitor shows internal anatomical components, such as the pelvic bones, uterus, placenta, uterine pharynx, blood vessels, and also the baby. The monitor can work together with the so-called “glasses” also in stereo mode. Animation of movements occurs synchronously with the movements of a device that simulates childbirth. The operator thereby has the opportunity to study the internal, anatomical and biomechanical connections also during the movement of the child. The demonstration takes place on the basis of segmented and restored in three dimensions CT and MRT records. The reconstructed anatomical image represents additional information, which is of great didactic importance for obtaining a medical education, but which, however, cannot be seen in actual childbirth. In clinical practice, as a rule, only ultrasound equipment is used to monitor and evaluate childbirth. Such ultrasound recordings can be simulated during the animation of movements on the basis of individual images compiled together, which occur simultaneously with the delivery.
В графической анимации учитывают синхронные в движении изменения положения сегментов тела, изменения характеристики кровеносных сосудов или пуповины, а также деформацию мускулов, матки, плаценты и т.д. Демонстрация таких процессов движений возможна с помощью так называемых «кинематических СТ- и MRT-записей». При этом речь идет, однако, только о кинематографической технике, которая допускает интерактивное управление не более чем в одной степени свободы, а потому в области виртуальной реальности подходит в незначительной степени (Dupuy et al. 1997; Witonski und Goraj 1999). Альтернативой является анимация на базе модели. Здесь моделируются все компоненты с их существенными геометрическими и упругими свойствами в их механической согласованности. Для приближенной к реальности имитации необходимы, однако, FE-расчеты и сложные контактные модели, составленные из нескольких тел, которые значительно увеличивают расходы на изготовление имитаторов и могут поставить под угрозу способность системы работать в реальном масштабе времени.In graphic animation, changes in the position of body segments synchronous in movement, changes in the characteristics of blood vessels or the umbilical cord, as well as deformation of muscles, uterus, placenta, etc., are taken into account. The demonstration of such motion processes is possible using the so-called “kinematic CT and MRT records”. In this case, however, it is only a cinematic technique that allows interactive control in no more than one degree of freedom, and therefore is not suitable for virtual reality (Dupuy et al. 1997; Witonski und Goraj 1999). An alternative is model-based animation. Here, all components are modeled with their essential geometric and elastic properties in their mechanical consistency. For simulations that are close to reality, however, FE calculations and complex contact models composed of several bodies are required, which significantly increase the cost of manufacturing simulators and can jeopardize the ability of the system to work in real time.
Поэтому рекомендуется комбинированный способ, при котором используют изобразительные данные, равно как анатомические модели. Это заключается в том, чтобы геометрические данные, восстановленные по многочисленным дискретным моментам родов, интерполировать и экстраполировать таким образом, чтобы можно было продемонстрировать каждое любое положение ребенка в каждой важной степени свободы. Интерполяция и экстраполяция происходит при этом с опорой на модель, когда, например, учитывают сохранение объема или постоянной длины определенного участка тела. Так как это возможно при относительно скромных затратах на вычисления, можно достигнуть ровной характеристики движений в реальном масштабе времени в каждом любом направлении.Therefore, a combined method is recommended in which visual data is used, as well as anatomical models. This consists in interpolating and extrapolating the geometric data recovered from the numerous discrete moments of childbirth in such a way that every position of the child in every important degree of freedom can be demonstrated. In this case, interpolation and extrapolation is based on the model, when, for example, the preservation of the volume or constant length of a certain part of the body is taken into account. Since this is possible with relatively modest computational costs, it is possible to achieve an even characteristic of movements in real time in any direction.
Ниже приводятся дополнительные комментарии по работе акустического дисплея. При родах возникает ряд различных акустических сигналов, которые формируют громкоговорители. Сюда относятся крики матери от боли, шумы при выходе ребенка, акустически представленные сигналы, например родовая деятельность матери и ЭКГ ребенка. Громкоговорители можно разместить вблизи искусственных участков тела или так встроить в участки тела, что их не будет видно снаружи. Шумы можно записать во время родов у нескольких женщин. Для изображения шумов нужно найти модели, которые связывают вид шума с ситуацией, лежащей в основе, и выполняемыми движениями персонала. На основе опыта многих гинекологов эти связи можно описать качественно сначала с помощью лингвистических переменных. С помощью метода нечеткой логики можно затем на основании лингвистических данных сделать вывод о количестве связей.The following are additional comments on the operation of the acoustic display. During childbirth, a number of different acoustic signals arise that form the speakers. This includes mother’s cries of pain, noise when the baby exits, acoustically presented signals, such as the mother’s labor and the baby’s ECG. Loudspeakers can be placed close to artificial areas of the body or so integrated into areas of the body that they will not be visible from the outside. Noises can be recorded during childbirth in several women. To image noise, you need to find models that relate the type of noise to the underlying situation and the movements of the staff. Based on the experience of many gynecologists, these relationships can be described qualitatively first with the help of linguistic variables. Using the fuzzy logic method, we can then conclude on the basis of linguistic data on the number of connections.
Claims (6)
Applications Claiming Priority (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10130485A DE10130485C2 (en) | 2001-06-25 | 2001-06-25 | Programmable joint simulator |
| DE10130485.4 | 2001-06-25 | ||
| DE10202502.9 | 2002-01-23 | ||
| DE10202504.5 | 2002-01-23 | ||
| DE2002102502 DE10202502B4 (en) | 2002-01-23 | 2002-01-23 | Birth simulator with flexible drive |
| DE2002102504 DE10202504B4 (en) | 2002-01-23 | 2002-01-23 | Active birth simulator with rigid drive and child model for this birth simulator |
| DE10202503.7 | 2002-01-23 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004101230A RU2004101230A (en) | 2005-04-10 |
| RU2319219C2 true RU2319219C2 (en) | 2008-03-10 |
Family
ID=35611626
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004101230/14A RU2319219C2 (en) | 2001-06-25 | 2002-06-25 | Birth simulating apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2319219C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU176785U1 (en) * | 2017-06-15 | 2018-01-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" (ДВГУПС) | DEVICE FOR SIMULATING PREGNANCY |
-
2002
- 2002-06-25 RU RU2004101230/14A patent/RU2319219C2/en active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU176785U1 (en) * | 2017-06-15 | 2018-01-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" (ДВГУПС) | DEVICE FOR SIMULATING PREGNANCY |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004101230A (en) | 2005-04-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7241145B2 (en) | Birth simulator | |
| US8108190B2 (en) | Programmable joint simulator with force and motion feedback | |
| Basdogan et al. | VR-based simulators for training in minimally invasive surgery | |
| WO1999042978A1 (en) | Method and apparatus for surgical training and simulating surgery | |
| JP2007501419A (en) | Functional and anatomical delivery simulator | |
| US20090035741A1 (en) | Rigid birth simulator having an interactive optical display | |
| Riener et al. | Phantom-based multimodal interactions for medical education and training: the Munich Knee Joint Simulator | |
| US20210312834A1 (en) | Vibrotactile Method, Apparatus and System for Training and Practicing Dental Procedures | |
| Kühnapfel et al. | 3D modeling for endoscopic surgery | |
| He et al. | Robotic simulators for tissue examination training with multimodal sensory feedback | |
| Chehabeddine et al. | Bi-manual haptic-based periodontal simulation with finger support and vibrotactile feedback | |
| WO1999017265A1 (en) | Method and apparatus for surgical training and simulating surgery | |
| KR20050120497A (en) | Virtual dental training and evaluation system using haptic interface based volumetric model | |
| RU2319219C2 (en) | Birth simulating apparatus | |
| WO2017106924A1 (en) | Tactile medical examination simulator | |
| US11403963B2 (en) | Automated dental articulator and method for training and practicing dental procedures | |
| Peine et al. | A tactile sensing and display system for surgical applications | |
| CN114627708B (en) | Midwifery simulation system and midwifery simulation method based on mixed reality technology | |
| WO2001088881A2 (en) | Tools for endoscopic tutorial system | |
| RU2798405C1 (en) | Simulation complex for abdominal cavity examination using vr simulation based on integrated tactile tracking technology | |
| RU2799123C1 (en) | Method of learning using interaction with physical objects in virtual reality | |
| DE20221662U1 (en) | Interactive birth simulator for reproducing human birth process, has simulation program to trigger control device, by which force effect on torso and/or child model controls drive to move model such that model effect reaction movements | |
| Frey et al. | Physical interaction with a virtual knee joint—The 9 DOF haptic display of the Munich knee joint simulator | |
| Smith et al. | A robotic system to simulate child birth design and development of the Pneumatic Artificial Muscle (PAM) birthing simulator | |
| Williams et al. | Digital human modeling for palpatory medical training with haptic feedback |