RU2703146C1

RU2703146C1 - Method of medical simulator for practical skills of auscultation

Info

Publication number: RU2703146C1
Application number: RU2019119807A
Authority: RU
Inventors: Рамиль Хатямович Зайнуллин; Виктор Анатольевич Кириллин; Екатерина Владимировна Смотрова; Алексей Сергеевич Мотыженков; Дмитрий Сергеевич Мотыженков; Леонид Анатольевич Корнилов; Дмитрий Васильевич Гусаров; Руслан Ринатович Валиахметов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Эйдос - Медицина"
Priority date: 2019-06-24
Filing date: 2019-06-24
Publication date: 2019-10-15

Abstract

FIELD: medicine.

SUBSTANCE: invention refers to medicine and can be used to develop practical skills in diagnosing disorders of internal organs. Method consists in using an auscultation simulation module configured to receive a signal from the control unit and simulating the sound signals of the internal organs. Auscultation simulation module is used, which includes voice coils which are preliminarily built into a person's mannequin-torso, and a permanent magnet which is pre-installed on the membrane of the acoustic head of the stethoscope. Depending on used teaching scenario, sound signals of functioning of internal organs are simulated. Electromagnetic field of the voice coil interacts with the magnetic field of the permanent magnet and transmits mechanical vibrations of the permanent magnet to the membrane of the acoustic head of the stethoscope.

EFFECT: technical result consists in providing reproduction of sound signals functioning of internal organs of a human dummy by wireless interaction of a trained physician with a module of simulating auscultation by means of a medical stethoscope.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано в тренажерах-симуляторах пациента, а также в медицинских тренажерах для отработки практических навыков по диагностике нарушений внутренних органов путем выслушивания звуковых феноменов легких, сердца, желудка, кишечника и сосудов (кровоток в артериях и венах).The invention relates to medicine and can be used in patient simulators, as well as in medical simulators for developing practical skills in diagnosing disorders of internal organs by listening to sound phenomena of the lungs, heart, stomach, intestines and blood vessels (blood flow in arteries and veins).

Аналогом является система распределения физиологических звуков в обучающем манекене, включающая в себя по меньшей мере, один источник звука (громкоговоритель), выполненный с возможностью преобразования электрических сигналов от генератора сигналов в акустический сигнал, при этом источник звука соединен с первым концом, по меньшей мере, одного заполненного воздухом звукового проводника, а второй конец соединен с распределителем звука, чтобы проводить акустический сигнал на распределитель звука, расположенный на расстоянии от источника звука. Распределитель звука представляет собой заполненную воздухом конструкцию, например, мешок или мочевой пузырь, выполненный из гибкой фольги и содержащий соединительные средства, например, заполненный воздухом звуковой проводник, для соединения с источником звука. В качестве звукового проводника применяется гибкий шланг (пластиковый шланг) с внутренним диаметром меньше, чем длина волны звука (патент NO 320222 (B1), СРС G09B 23/30, 14.11.2005).An analogue is a system for the distribution of physiological sounds in a training mannequin, including at least one sound source (loudspeaker), configured to convert electrical signals from a signal generator into an acoustic signal, while the sound source is connected to the first end of at least one air-filled sound conductor, and the other end is connected to the sound distributor to conduct an acoustic signal to the sound distributor located at a distance from the source but sound. The sound distributor is a structure filled with air, for example, a bag or bladder made of flexible foil and containing connecting means, for example, a sound conductor filled with air, for connecting to a sound source. A flexible hose (plastic hose) with an inner diameter less than the wavelength of sound is used as the sound conductor (patent NO 320222 (B1), СРС G09B 23/30, 11/14/2005).

Основным недостатком такой системы распределения физиологических звуков в обучающем манекене является сложность и громоздкость конструкции, а именно необходимость использования различных конструкций, заполненных воздухом. При этом существенным недостатком такой системы является отсутствие технической реализации способа работы системы по аускультации с помощью беспроводного взаимодействия.The main disadvantage of such a system for distributing physiological sounds in a training mannequin is the complexity and bulkiness of the structure, namely the need to use various structures filled with air. At the same time, a significant drawback of such a system is the lack of technical implementation of the way the system works on auscultation using wireless interaction.

Прототипом является медицинский тренажер, оснащенный модулем имитации аускультации, включающий беспроводной имитатор фонендоскопа, связанный с ЭВМ. Медицинский тренажер выполнен в виде манекена человека, в который встроены бесконтактные устройства, обнаруживаемые беспроводным имитатором фонендоскопа. При идентификации и определении местоположения бесконтактного устройства с помощью беспроводного имитатора фонендоскопа осуществляется моделирование определенный звуковых сигналов с помощью программы ЭВМ и передача их для воспроизведения на динамическую головку беспроводного имитатора фонендоскопа (патент RU №2684187, МПК G09B 23/28, 04.04.2019).The prototype is a medical simulator equipped with an auscultation simulation module, including a wireless phonendoscope simulator connected to a computer. The medical simulator is made in the form of a human dummy, in which contactless devices are detected by a wireless phonendoscope simulator. When identifying and determining the location of a contactless device using a wireless phonendoscope simulator, certain sound signals are modeled using a computer program and transmitted for playback to the dynamic head of a wireless phonendoscope simulator (patent RU No. 2684187, IPC G09B 23/28, 04/04/2019).

Основным недостатком прототипа является необходимость использования дополнительных контроллеров для идентификации и определения местоположения бесконтактных устройств, встроенных в манекен, и последующей обработки полученных сигналов от контроллера, что усложняет алгоритм работы системы аускультации. Существенным недостатком является снижение реалистичности обучения врачей по диагностированию нарушений внутренних органов человека на медицинском тренажере с использованием непривычных устройств аускультации (беспроводного имитатора фонендоскопа) с передающими устройствами.The main disadvantage of the prototype is the need to use additional controllers for identification and location of contactless devices built into the dummy, and subsequent processing of the received signals from the controller, which complicates the algorithm of the auscultation system. A significant drawback is the decrease in the realistic training of doctors in diagnosing disorders of the internal organs of a person on a medical simulator using unusual auscultation devices (a wireless phonendoscope simulator) with transmitting devices.

Задачей заявленного изобретения является расширение арсенала технических средств, а именно разработка способа работы модуля имитации аускультации в составе медицинского тренажера для повышения реалистичности обучения врачей по диагностированию нарушений внутренних органов человека на медицинском тренажере с использованием медицинского стетоскопа с односторонней головкой (фонендоскопа) без оснащения его дополнительными передающими устройствами.The objective of the claimed invention is to expand the arsenal of technical means, namely, the development of a method for operating the auscultation simulation module as part of a medical simulator to increase the realistic training of doctors in diagnosing disorders of the internal organs of a person on a medical simulator using a medical stethoscope with a one-sided head (phonendoscope) without equipping it with additional transmitting devices.

Техническим результатом является создание медицинского тренажера, обеспечивающего воспроизведение звуковых сигналов функционирования внутренних органов манекена человека путем беспроводного взаимодействия обучаемого врача с модулем имитации аускультации посредством медицинского стетоскопа с односторонней головкой (фонендоскопа).The technical result is the creation of a medical simulator that reproduces the sound signals of the functioning of the internal organs of a human dummy through the wireless interaction of a trained doctor with an auscultation simulation module using a medical stethoscope with a one-sided head (phonendoscope).

Технический результат достигается тем, что способ работы медицинского тренажера для отработки практических навыков аускультации, включающего манекен-торс человека, заключающийся в том, что используют модуль имитации аускультации, выполненный с возможностью приема сигнала от блока управления, и моделируют звуковые сигналы функционирования внутренних органов, согласно настоящему изобретению, используют модуль имитации аускультации, включающий звуковые катушки, которые предварительно встраивают в манекен-торс человека, и постоянный магнит, который предварительно устанавливают на мембране акустической головки стетоскопа, в зависимости от используемого сценария обучения моделируют звуковые сигналы функционирования внутренних органов, осуществляют взаимодействие электромагнитного поля звуковой катушки с магнитным полем постоянного магнита и передачу механических колебаний постоянного магнита на мембрану акустической головки стетоскопа.The technical result is achieved by the fact that the method of operation of a medical simulator for developing practical auscultation skills, including a mannequin-torso of a person, which consists in using an auscultation simulation module configured to receive a signal from a control unit, and model the sound signals of the functioning of internal organs, according to of the present invention, use a module for simulating auscultation, including voice coils, which are pre-built into a mannequin-torso of a person, and a constant Agnita which is preset on the membrane of the acoustic stethoscope head, depending on the training script model sound signals functioning of internal organs, reacting the electromagnetic field of the voice coil and the magnetic field of the permanent magnet and transmission of mechanical vibrations of the permanent magnet to the acoustic diaphragm of the stethoscope head.

Таким образом, технический результат достигается за счет реализации беспроводного взаимодействия электромагнитного поля звуковой катушки с магнитным полем постоянного магнита, который притягивается или отталкивается от звуковой катушки в зависимости от амплитуды поступаемого сигнала, результатом которого является вибрация (колебание) мембраны акустической головки стетоскопа, которая создает звук.Thus, the technical result is achieved through the implementation of the wireless interaction of the electromagnetic field of the voice coil with the magnetic field of a permanent magnet, which is attracted or repelled by the voice coil depending on the amplitude of the received signal, the result of which is the vibration (oscillation) of the membrane of the acoustic head of the stethoscope, which creates sound .

Сущность изобретения поясняется чертежами (фиг. 1 и 2), на которых представлен медицинский тренажер для отработки практических навыков аускультации, имеющий манекен-торс человека (соответственно, вид спереди и сзади) и модуль имитации аускультации.The invention is illustrated by drawings (Fig. 1 and 2), which shows a medical simulator for practicing practical auscultation skills, having a mannequin-torso of a person (respectively, front and rear views) and a simulation module of auscultation.

На фиг. 3 представлена структурная схема модуля имитации аускультации.In FIG. 3 is a structural diagram of an auscultation simulation module.

На фиг. 1-3 цифрами обозначены:In FIG. 1-3 numbers indicate:

1 - медицинский тренажер,1 - medical simulator,

2 - манекен-торс человека,2 - mannequin torso of a person,

3 - подставка для вращения манекена-торса человека,3 - stand for rotation of a mannequin-torso of a person,

4 - блок управления (ЭВМ),4 - control unit (computer),

5 - модуль имитации аускультации,5 - module simulating auscultation,

6 - звуковая катушка (электромагнит),6 - voice coil (electromagnet),

7 - постоянный магнит (неодимовый магнит),7 - permanent magnet (neodymium magnet),

8 - стетоскоп с односторонней головкой (фонендоскоп),8 - a stethoscope with a one-sided head (phonendoscope),

9 - субъект (врач) взаимодействия,9 - subject (doctor) of interaction,

10 - акустическая головка стетоскопа,10 - acoustic head of a stethoscope,

11 - корпус акустической головки стетоскопа,11 - the body of the acoustic head of a stethoscope,

12 - мембрана акустической головки стетоскопа,12 - membrane of the acoustic head of a stethoscope,

13 - крышка акустической головки стетоскопа,13 - cover of the acoustic head of a stethoscope,

14 - силиконовая кожа манекена-торса человека,14 - silicone skin of a mannequin-torso of a person,

15 - контактные выводы обмотки звуковой катушки (электромагнита).15 - contact conclusions of the winding of the voice coil (electromagnet).

Медицинский тренажер 1 содержит: манекен-торс человека 2, устанавливаемый на подставке 3, и модуль имитации аускультации 5, подключаемый к блоку управления (ЭВМ) 4. При этом манекен-торс человека 2 выполнен с возможностью вращения вокруг своей оси с помощью упомянутой подставки 3, установленной на основании манекена-торса человека 2.The medical simulator 1 comprises: a mannequin-torso of a person 2 mounted on a stand 3, and an auscultation simulation module 5 connected to a control unit (PC) 4. In this case, the mannequin-torso of a person 2 is made to rotate around its axis using the aforementioned stand 3 installed on the basis of a mannequin-torso of a person 2.

Модуль имитации аускультации 5 включает в себя звуковые катушки 6, постоянный магнит 7 и стетоскоп 8. Стетоскоп 8 содержит: акустическую головку 10, выполненную из корпуса 11, мембраны 12 и фиксирующей крышки 13. Звуковые катушки 6 располагаются на передней и задней части туловища манекена-торса человека 2, с которым взаимодействует субъект 9.The auscultation simulation module 5 includes voice coils 6, a permanent magnet 7 and a stethoscope 8. A stethoscope 8 contains: an acoustic head 10 made of a housing 11, a membrane 12 and a fixing cover 13. The voice coils 6 are located on the front and rear of the mannequin’s body - human torso 2, with which subject 9 interacts.

Работа медицинского тренажера для отработки практических навыков аускультации осуществляется следующим образом.The work of a medical simulator to develop practical auscultation skills is as follows.

Способ работы медицинского тренажера 1 для отработки практических навыков аускультации, включающего манекен-торс человека 2, заключающийся в том, что используют модуль имитации аускультации 5, выполненный с возможностью приема сигнала от блока управления 4, и моделируют звуковые сигналы функционирования внутренних органов.The method of operation of a medical simulator 1 for developing practical auscultation skills, including a mannequin-torso of a person 2, which consists in using an auscultation simulation module 5, configured to receive a signal from a control unit 4, and simulate the sound signals of the functioning of internal organs.

Отличием предлагаемого способа работы медицинского тренажера 1 является то, что используют модуль имитации аускультации 5, включающий звуковые катушки 6, которые предварительно встраивают в манекен-торс человека 2, и постоянный магнит 7, который предварительно устанавливают на мембране 12 акустической головки 10 стетоскопа 8, в зависимости от используемого сценария обучения моделируют звуковые сигналы функционирования внутренних органов, осуществляют взаимодействие электромагнитного поля звуковой катушки 6 с магнитным полем постоянного магнита 7 и передачу механических колебаний постоянного магнита 7 на мембрану 12 акустической головки 10 стетоскопа 8. Пример конкретного выполнения.The difference between the proposed method of operation of the medical simulator 1 is that they use an auscultation simulation module 5, including voice coils 6, which are pre-built into the mannequin torso of a person 2, and a permanent magnet 7, which is pre-installed on the membrane 12 of the acoustic head 10 of the stethoscope 8, in depending on the training scenario used, they simulate the sound signals of the functioning of internal organs, interact the electromagnetic field of the voice coil 6 with a constant magnetic field magnet 7 and the transmission of mechanical vibrations of the permanent magnet 7 to the membrane 12 of the acoustic head 10 of the stethoscope 8. An example of a specific implementation.

Отработка практических навыков аускультации проводится на медицинском тренажере 1, который оснащен манекеном-торсом 2 взрослого человека с анатомически правильной костно-мышечной структурой. Медицинский тренажер 1 предназначен для симуляции максимально широкого спектра показателей жизнедеятельности организма (звуки нормального дыхания, сердечных сокращений и перистальтики, так и сложные хрипы, шумы и патологии) и отработки навыков по проведению аускультации при различных клинических ситуациях, что в реальных жизненных ситуациях позволит правильно диагностировать состояние человека и правильно оказать первую медицинскую помощь.The practical skills of auscultation are tested on a medical simulator 1, which is equipped with a mannequin-torso 2 of an adult with an anatomically correct musculoskeletal structure. Medical simulator 1 is designed to simulate the widest possible range of vital signs (sounds of normal breathing, heart rate and peristalsis, as well as complex rales, noises and pathologies) and to develop skills for auscultation in various clinical situations, which will allow you to correctly diagnose in real life situations human condition and proper first aid.

Работа медицинского тренажера 1 осуществляется с помощью программного алгоритма блока управления (ЭВМ) 4, который обеспечивает моделирование звуковых сигналов функционирования внутренних органов манекена-торса человека 2 и передачу их в систему звуковых катушек 6 в зависимости от используемого сценария.The work of the medical simulator 1 is carried out using the software algorithm of the control unit (computer) 4, which provides simulation of the sound signals of the functioning of the internal organs of the mannequin-torso of man 2 and their transmission to the system of voice coils 6, depending on the scenario used.

В данном случаи работа модуля имитации аускультации 5 осуществляется следующим образом. В зависимости от сценариев отработки практических навыков на манекене-торсе человека 2 на блоке управления (ЭВМ) 4 моделируются определенные звуковые сигналы для каждой отдельно взятой звуковой катушки 6, выполняющей функцию электромагнита. Звуковые катушки (диаметром 38 мм) жестко (неподвижно) устанавливаются на туловище манекена-торса человека 2 под слоем силикона 14 (толщина 4 мм), материала имитирующего человеческую кожу. Звуковой сигнал, подаваемый на контактные выводы 15 обмотки звуковой катушки 6, представляет собой переменный электрический ток, где в зависимости от изменения силы и направления тока в катушке 6 происходит изменение магнитного потока по величине и направлению. Для воспроизведения звуковых сигналов через акустическую головку 10 стетоскопа 8 типа Microlife ST-71 (стетоскоп с односторонней головкой) используется постоянный магнит 7 типа неодимового магнита, который жестко (неподвижно) устанавливается по центру на мембране 12 акустической головки 10 с наружной или внутренней стороны, например, с помощью клея. При этом габаритные размеры неодимового магнита 7 (диаметр 6 мм, высота 3 мм) в несколько раз меньше размеров самой мембраны 12 (диаметр 42 мм), которая изготовлена из гибкого материала.In this case, the operation of the auscultation simulation module 5 is as follows. Depending on the scenarios of practicing practical skills on a mannequin-torso of a person 2 on the control unit (computer) 4, certain sound signals are modeled for each individual voice coil 6 that performs the function of an electromagnet. Voice coils (38 mm in diameter) are rigidly (motionless) mounted on the torso of a man 2 mannequin-torso 2 under a layer of silicone 14 (thickness 4 mm), a material that imitates human skin. The sound signal supplied to the contact terminals 15 of the winding of the voice coil 6 is an alternating electric current, where, depending on the change in the strength and direction of the current in the coil 6, the magnetic flux changes in magnitude and direction. To reproduce sound signals through the acoustic head 10 of a Microlife ST-71 type 8 stethoscope (stethoscope with a one-sided head), a permanent magnet 7 of the type of a neodymium magnet is used, which is rigidly (motionless) mounted centrally on the membrane 12 of the acoustic head 10 from the outside or inside, for example using glue. The overall dimensions of the neodymium magnet 7 (diameter 6 mm, height 3 mm) are several times smaller than the dimensions of the membrane 12 (diameter 42 mm), which is made of flexible material.

Таким образом, если пропустить через звуковую катушку 6 переменный электрический ток, то электромагнитное поле катушки 6 будет взаимодействовать с постоянным магнитным полем неодимового магнита 7. Это заставит неодимовый магнит 7 либо притягиваться к ней при одном направлении тока в катушке, либо отталкиваться от нее при другом направлении тока. При этом механические колебания неодимового магнита 7 будут передаваться гибкой мембране 12, которая будет колебаться в такт с частотой переменного тока, создавая при этом акустические волны (звуки), которые будут слышны врачу 9 через стетоскоп 8.Thus, if an alternating electric current is passed through the voice coil 6, then the electromagnetic field of the coil 6 will interact with the constant magnetic field of the neodymium magnet 7. This will cause the neodymium magnet 7 to either be attracted to it by one direction of the current in the coil or repelled from it by another direction of current. In this case, the mechanical vibrations of the neodymium magnet 7 will be transmitted to the flexible membrane 12, which will oscillate in time with the frequency of the alternating current, creating acoustic waves (sounds) that will be heard by the doctor 9 through a stethoscope 8.

Аналогичный принцип воспроизведения звуковых сигналов используется в традиционных звуковых динамиках (громкоговорителях), за исключением того факта, что в них механическому колебанию подвергается сама звуковая катушка 6 жестко соединенная с гибким диффузором. Основным отличием предлагаемого решения является то, что звуковая катушка 6 и постоянный магнит 7 удалены друг от друга на некотором расстоянии и их магнитные поля могут взаимодействовать между собой на расстоянии до 100 мм (экспериментальные данные), что позволяет устанавливать звуковые катушки 6 на туловище манекена-торса человека 2 на определенной глубине. При этом срок службы ограничивается только естественным старением и усталостным износом. Износу подвержены упругие элементы подвижной системы (мембрана 12).A similar principle of reproducing sound signals is used in traditional sound speakers (loudspeakers), with the exception of the fact that the sound coil 6 itself is subjected to mechanical vibration, which is rigidly connected to a flexible diffuser. The main difference of the proposed solution is that the voice coil 6 and the permanent magnet 7 are removed from each other at a certain distance and their magnetic fields can interact with each other at a distance of up to 100 mm (experimental data), which allows you to install voice coils 6 on the body of the dummy - torso of a person 2 at a certain depth. At the same time, the service life is limited only by natural aging and fatigue wear. Elastic elements of the mobile system are subject to wear (membrane 12).

При этом использование медицинского стетоскопа с односторонней головкой (фонендоскопа) 8 с установленным на его мембране 12 неодимового магнита 7, например, с внутренней стороны, не приводит к каким-либо изменениям в его работе (экспериментальные данные). То есть, с помощью данного стетоскопа 8 можно выслушивать звуковые феномены функционирования внутренних органов как на живом человеке, так и на данном медицинском тренажере 1.Moreover, the use of a medical stethoscope with a one-sided head (phonendoscope) 8 with a neodymium magnet 7 installed on its membrane 12, for example, from the inside, does not lead to any changes in its operation (experimental data). That is, using this stethoscope 8 you can listen to the sound phenomena of the functioning of internal organs both on a living person and on this medical simulator 1.

Таким образом, использование предлагаемого медицинского тренажера 1 позволяет по сравнению с прототипом повысить реалистичность обучения врачей по диагностированию нарушений внутренних органов человека на медицинском тренажере 1 с использованием медицинского стетоскопа 8 без оснащения его дополнительными громоздкими передающими устройствами, что не вызывает у врачей 9 какого-либо эстетического или функционального неудобства в использовании стетоскопа 8, а также добиться простоты и надежности способа работы модуля имитации аускультации 5, основанный на известном способе работы традиционных звуковых динамиков (громкоговорителей).Thus, the use of the proposed medical simulator 1 allows, in comparison with the prototype, to increase the realistic training of doctors in diagnosing disorders of the human internal organs on the medical simulator 1 using a medical stethoscope 8 without equipping it with additional bulky transmitting devices, which does not cause any aesthetic or functional inconvenience in using a stethoscope 8, as well as to achieve simplicity and reliability of the way the auscult simulation module works 5, based on the well-known method of operation of traditional sound speakers (loudspeakers).

Claims

The method of operation of a medical simulator for developing practical auscultation skills, including a mannequin-torso of a person, which consists in using an auscultation simulation module configured to receive a signal from a control unit, and simulating sound signals of the functioning of internal organs, characterized in that they use a simulation module auscultations, including voice coils that are pre-built into the mannequin-torso of a person, and a permanent magnet, which are pre-installed on the membrane e acoustic stethoscope head, depending on the training script model sound signals functioning of internal organs, reacting the electromagnetic field of the voice coil and the magnetic field of the permanent magnet and transmission of mechanical vibrations of the permanent magnet to the acoustic diaphragm of the stethoscope head.