RU2797635C2 - Virtual epidural anesthesia and spinal puncture simulator - Google Patents

Virtual epidural anesthesia and spinal puncture simulator Download PDF

Info

Publication number
RU2797635C2
RU2797635C2 RU2022113293A RU2022113293A RU2797635C2 RU 2797635 C2 RU2797635 C2 RU 2797635C2 RU 2022113293 A RU2022113293 A RU 2022113293A RU 2022113293 A RU2022113293 A RU 2022113293A RU 2797635 C2 RU2797635 C2 RU 2797635C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
virtual
epidural
syringe
haptic device
needle
Prior art date
Application number
RU2022113293A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2022113293A (en
Inventor
Глеб Олегович Мареев
Олег Вадимович Мареев
Александр Валерьевич Кулигин
Дмитрий Евгеньевич Суетенков
Иннокентий Константинович Алайцев
Юлия Сергеевна Зворыгина
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ЛАБОРАТОРИЯ ВИРТУАЛЬНЫХ СИСТЕМ" (ООО "ЛВС")
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "ЛАБОРАТОРИЯ ВИРТУАЛЬНЫХ СИСТЕМ" (ООО "ЛВС") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ЛАБОРАТОРИЯ ВИРТУАЛЬНЫХ СИСТЕМ" (ООО "ЛВС")
Publication of RU2022113293A publication Critical patent/RU2022113293A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2797635C2 publication Critical patent/RU2797635C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: medicine and veterinary medicine.
SUBSTANCE: invention can be used to teach and improve the practical skills of performing manipulations of epidural and spinal punctures. A virtual epidural simulator consisting of a haptic device with a syringe rigidly attached to it, connected to a pneumatic system that can control the pressure in the syringe to simulate the effect of entering the epidural space, and a display for visualizing a virtual scene created and controlled by a personal computer, the haptic device is made according to the kinematic scheme of a delta mechanism, with a movable platform using a fastening device with an imitation of the pavilion of a Tuohy needle, a syringe is rigidly fixed, connected to a pneumatic system with the ability to create and control a given pressure in it, while the display is equipped with a touchscreen for changing the position of the virtual patient in the virtual scene and is located above the haptic device, completely covering it.
EFFECT: obtaining virtual epidural anesthesia and spinal puncture simulator.
1 dwg

Description

Изобретение относится к медицине и ветеринарии и может быть использовано для обучения и совершенствования практическому навыку проведения манипуляции эпидуральной и спинномозговой пункций.The invention relates to medicine and veterinary medicine and can be used to teach and improve the practical skill of manipulating epidural and spinal punctures.

Эпидуральная анестезия, она же «перидуральная» - один из методов регионарной анестезии, при котором лекарственные препараты вводятся в эпидуральное пространство позвоночника через катетер. Инъекция приводит к потере болевой чувствительности (анальгезия), потере общей чувствительности (анестезия) или к расслаблению мышц (миорелаксация). Спинномозговая пункция (поясничный прокол, люмбальная пункция, поясничная пункция) - введение иглы в субарахноидальное пространство спинного мозга на поясничном уровне. Проводится с целью диагностики состава спинномозговой жидкости, а также с лечебной или анестезиологической целью. Таким образом, обе манипуляции сходны по методике их проведения - игла проходит через различные слои мягких тканей спины, затем должна попасть в промежуток между позвонками, затянутый желтой связкой (ligamentum flava), после чего вводится анестетик в эпидуральное пространство, либо в случае спинномозговой пункции прокалываются оболочки спинного мозга с целью получения спинномозговой жидкости или проведения спинальной анестезии. Процедуры эти весьма серьезны и при неправильном проведении могут приводить к развитию опасных осложнений [Kopacz DJ, Neal JM, Pollock JE. The regional anesthesia "learning curve". What is the minimum number of epidural and spinal blocks to reach consistency? Reg Anesth. 1996 May-Jun;21(3):182-90].Epidural anesthesia, also known as “epidural”, is one of the methods of regional anesthesia, in which drugs are injected into the epidural space of the spine through a catheter. The injection results in loss of pain sensation (analgesia), loss of general sensation (anesthesia), or muscle relaxation (muscle relaxation). Spinal puncture (lumbar puncture, lumbar puncture, lumbar puncture) - the introduction of a needle into the subarachnoid space of the spinal cord at the lumbar level. It is carried out for the purpose of diagnosing the composition of the cerebrospinal fluid, as well as for therapeutic or anesthetic purposes. Thus, both manipulations are similar in terms of the method of their implementation - the needle passes through various layers of the soft tissues of the back, then it must fall into the gap between the vertebrae, tightened with a yellow ligament (ligamentum flava), after which an anesthetic is injected into the epidural space, or in the case of spinal puncture, they are pierced membranes of the spinal cord in order to obtain cerebrospinal fluid or perform spinal anesthesia. These procedures are very serious and, if performed incorrectly, can lead to the development of dangerous complications [Kopacz DJ, Neal JM, Pollock JE. The regional anesthesia "learning curve". What is the minimum number of epidural and spinal blocks to reach consistency? Reg Anesth. 1996 May-Jun;21(3):182-90].

Известны различного рода устройства - имитаторы, предназначенные для тренировки навыка процедуры эпидуральной анестезии и спинномозговой пункции. Как правило, подобные устройства состоят из муляжа спины пациента и различного рода сменных блоков, представляющих собой имитацию слоев мягких тканей спины, помещающихся в симулятор над имитацией позвоночного столба, изготовленного из твердого материала, препятствующего прохождению иглы [Duggan JE. An epidural simulator device for training practitioners in the anaesthetic technique of epidural injection. GB Patent GB 2369714; 2000; Simulab Corporation, Washington, USA. Medical training models, 2011]. Основным свойством для подобного симулятора является создание достаточно реалистичных тактильных ощущений, возникающих при прохождении слоев мягких тканей и затем прохождения желтой связки, а также позволять имитировать какой либо из методов идентификации эпидурального пространства [Daykin АР, Bacon RJ. An epidural injection simulator. Anaesthesia. 1990;45:235-6; Paw HG. A trainer for identification of the epidural space. Anaesthesia. 1995;50:914]. Игла попадает в эпидуральное пространство, как только ее конец проходит через желтую связку, отодвигая твердую мозговую оболочку. Возникающее отрицательное давление подтверждает то мнение, что эпидуральное пространство представляет собой лишь потенциально существующий канал. Точная идентификация момента попадания иглы в эпидуральное пространство снижает риск повреждения твердой мозговой оболочки. Методы идентификации эпидурального пространства делятся на две основные категории: методика «утраты сопротивления» и методика «висячей капли».Various types of devices are known - simulators designed to train the skill of the procedure of epidural anesthesia and spinal puncture. As a rule, such devices consist of a model of the patient's back and various interchangeable blocks, which are an imitation of soft tissue layers of the back, placed in the simulator above an imitation of the spinal column, made of a solid material that prevents the passage of the needle [Duggan JE. An epidural simulator device for training practitioners in the anaesthetic technique of epidural injection. GB Patent GB 2369714; 2000; Simulab Corporation, Washington, USA. Medical training models, 2011]. The main property for such a simulator is the creation of fairly realistic tactile sensations that occur during the passage of layers of soft tissues and then the passage of the yellow ligament, and also allow you to simulate any of the methods for identifying the epidural space [Daykin AP, Bacon RJ. An epidural injection simulator. Anaesthesia. 1990;45:235-6; Paw HG. A trainer for identification of the epidural space. Anaesthesia. 1995;50:914]. The needle enters the epidural space as soon as its end passes through the yellow ligament, pushing back the dura mater. The resulting negative pressure confirms the view that the epidural space is only a potentially existing channel. Accurate identification of when the needle enters the epidural space reduces the risk of damage to the dura mater. Methods for identifying the epidural space fall into two main categories: the "loss of resistance" technique and the "hanging drop" technique.

Методика «утраты сопротивления» - наиболее распространенный способ идентификации эпидурального пространства. Проведение иглы через кожу в межостистую связку ощущается как значительное сопротивление. Когда конец иглы входит в толщу межостистой связки, мандрен извлекают и к игле присоединяют шприц, заполненный воздухом или изотоническим раствором натрия хлорида. Если попытка ввести раствор встретит значительное сопротивление или будет невозможна, то конец иглы действительно находится в толще межостистой связки и ее можно продвигать вперед.The "loss of resistance" technique is the most common way to identify the epidural space. Passing the needle through the skin into the interspinous ligament is felt as significant resistance. When the end of the needle enters the thickness of the interspinous ligament, the mandrin is removed and a syringe filled with air or isotonic sodium chloride solution is attached to the needle. If an attempt to introduce a solution encounters significant resistance or is impossible, then the end of the needle is indeed in the thickness of the interspinous ligament and it can be advanced forward.

Контролировать продвижение иглы можно двумя способами. Один состоит в том, что иглу с подсоединенным шприцем медленно непрерывно продвигают вперед левой рукой, а правой постоянно оказывают давление на поршень шприца. При попадании конца иглы в эпидуральное пространство резко снижается сопротивление и поршень внезапно легко продвигается вперед. Второй способ заключается в том, что иглу продвигают поступательными движениями, за один раз подавая ее вперед на несколько миллиметров, после чего останавливаются и осторожно надавливают на поршень шприца, пытаясь определить по ощущениям - находится ли игла еще в толще связок, или же сопротивление уже утрачено и она попала в эпидуральное пространство. Второй способ быстрее и практичнее, но требует некоторого опыта, чтобы вовремя остановиться и избежать перфорации твердой мозговой оболочки.There are two ways to control the advancement of the needle. One is that the needle with the syringe connected is slowly continuously advanced forward with the left hand, while the right hand constantly exerts pressure on the plunger of the syringe. When the end of the needle enters the epidural space, the resistance decreases sharply and the piston suddenly moves forward easily. The second method is that the needle is advanced in translational movements, at a time feeding it forward a few millimeters, after which they stop and gently press on the plunger of the syringe, trying to determine by sensation whether the needle is still in the thickness of the ligaments, or the resistance has already been lost and she got into the epidural space. The second method is faster and more practical, but requires some experience to stop in time and avoid perforation of the dura mater.

Используя методику «утраты сопротивления», можно вводить изотонический раствор натрия хлорида или воздух, в зависимости от предпочтений анестезиолога. Имеются сообщения о том, что пузырьки воздуха могут быть причиной неполной или мозаичной блокады, но это возможно лишь при введении значительных объемов воздуха. Изотонический раствор натрия хлорида легко спутать с цереброспинальной жидкостью, что создает затруднения при подозрении на непреднамеренную пункцию твердой мозговой оболочки.Using the "loss of resistance" technique, isotonic sodium chloride or air can be administered, depending on the preference of the anesthetist. There are reports that air bubbles can cause incomplete or mosaic blockade, but this is only possible with the introduction of large volumes of air. Isotonic sodium chloride solution is easily confused with cerebrospinal fluid, which makes it difficult to suspect inadvertent puncture of the dura mater.

Методика «висячей капли». Иглу (лучше со щитком) вводят глубоко в межостистую связку, после чего удаляют мандрен. К павильону иглы подвешивают каплю жидкости - чаще всего изотонического раствора натрия хлорида. Пока игла продвигается через плотные связки, капля не смещается. После пункции желтой связки и попадания конца иглы в эпидуральное пространство «висячая капля» исчезает в просвете иглы под воздействием отрицательного давления. Однако, если игла окажется обтурированной, то капля не будет втягиваться из павильона в просвет иглы и ее будут продвигать вперед вплоть до того момента, когда истечение цереброспинальной жидкости засвидетельствует перфорацию твердой мозговой оболочки. Следует отметить, что методику «висячей капли» применяют только очень опытные анестезиологи. Также данная методика используется для околосрединного доступа.Hanging drop technique. The needle (preferably with a shield) is inserted deep into the interspinous ligament, after which the mandrin is removed. A drop of liquid is suspended from the pavilion of the needle - most often an isotonic solution of sodium chloride. As long as the needle advances through tight ligaments, the drop does not move. After puncture of the ligamentum flavum and the end of the needle enters the epidural space, the “hanging drop” disappears in the lumen of the needle under the influence of negative pressure. However, if the needle becomes obturated, the drop will not be drawn from the pavilion into the lumen of the needle and will be advanced until the cerebrospinal fluid leak indicates a perforation of the dura mater. It should be noted that only very experienced anesthesiologists use the hanging drop technique. This technique is also used for near-medial access.

Также следует учитывать, что эпидуральная пункция может выполняться на уровне всех четырех отделов позвоночника: шейном, грудном, поясничном, крестцовом.It should also be borne in mind that epidural puncture can be performed at the level of all four parts of the spine: cervical, thoracic, lumbar, sacral.

Описанные симуляторы-муляжи обладают хорошей реалистичностью, но имеют и значительные недостатки. Так, сложно составить представление о различных анатомических вариантах строения спины (например, в случае выраженного сколиоза), а имеющаяся постоянная необходимость в расходных материалах обуславливает высокую стоимость их применения в учебном и аккредитационном процессах. Эти недостатки заставляют разработчиков симуляционного оборудования обратиться к созданию виртуальных симуляторов процедуры эпидуральной анестезии.The described simulation models have good realism, but they also have significant drawbacks. Thus, it is difficult to get an idea of the various anatomical variants of the structure of the back (for example, in the case of severe scoliosis), and the ongoing need for consumables causes the high cost of their use in the educational and accreditation processes. These shortcomings force the developers of simulation equipment to turn to the creation of virtual simulators of the epidural anesthesia procedure.

Обычно устройства для симуляции эпидуральной анестезии состоят из устройства, создающего тактильную обратную связь (гаптик-устройство), позволяющее создавать определенные усилия на руку обучающегося и экрана, создающего изображение спины и пункционной иглы [Vaughan, Neil & Dubey, Venketesh & Wee, Michael & Isaacs, Richard. (2013). A review of epidural simulators: Where are we today? // Medical engineering & physics. 35.10.1016/j.medengphy.2013.03.003]. Ряд подобных симуляторов использует гаптик-устройства с одной степень свободы (1-DOF). У подобных устройств усилия создаются в одном направлении, как правило для этой цели используются специально разработанные устройства. Они позволяют дать исключительно точную картину тактильных ощущений, при прохождении слоев тканей спины к эпидуральному пространству, возможно даже более точную чем многие из муляжей [Isaacs, R & Wee, Myk & Parker, В & Dubey, VN & Vaughan, Neil. (2014). Measurement of epidural insertion pressures in labouring women of varying body mass indices and imaging of the lumbar spine to develop a high-fidelity epidural simulator for training. Anaesthesia. 69. 84-84]. Однако, при использовании подобных устройств выбор места вхождения в спину (точка входа), а также угла вхождения либо задан изначально, либо определяется путем выбора из предварительно заданных, либо выбирается с какого-либо устройства ввода (мыши, клавиатуры, тачскрина). В виртуальных симуляторах также часто используется шприц, соединенный с гаптик-устройством, который соединен с пневматической или гидравлической системой с датчиком давления, позволяющий создавать эффекты отрицательного давления в эпидуральном пространстве и реализующие имитацию для обучающегося тех или иных способов идентификации эпидурального пространства или получения спинномозговой жидкости при спинномозговой пункции.Typically, devices for simulating epidural anesthesia consist of a device that creates tactile feedback (haptic device), which allows you to create certain forces on the student’s hand and a screen that creates an image of the back and the puncture needle [Vaughan, Neil & Dubey, Venketesh & Wee, Michael & Isaacs , Richard. (2013). A review of epidural simulators: Where are we today? // Medical engineering & physics. 35.10.1016/j.medengphy.2013.03.003]. A number of such simulators use haptic devices with one degree of freedom (1-DOF). For such devices, forces are created in one direction, as a rule, specially designed devices are used for this purpose. They provide an exceptionally accurate picture of the tactile sensations as layers of back tissue pass into the epidural space, perhaps even more accurate than many of the models [Isaacs, R & Wee, Myk & Parker, B & Dubey, VN & Vaughan, Neil. (2014). Measurement of epidural insertion pressures in laboring women of varying body mass indices and imaging of the lumbar spine to develop a high-fidelity epidural simulator for training. Anaesthesia. 69. 84-84]. However, when using such devices, the choice of the place of entry into the back (entry point), as well as the angle of entry, is either set initially, or determined by selecting from predefined ones, or selected from any input device (mouse, keyboard, touchscreen). Virtual simulators also often use a syringe connected to a haptic device, which is connected to a pneumatic or hydraulic system with a pressure sensor that allows you to create negative pressure effects in the epidural space and imitates for the student certain ways of identifying the epidural space or obtaining cerebrospinal fluid during spinal puncture.

Некоторые виртуальные симуляторы эпидуральной анестезии и спинномозговой пункции используют гаптик-устройства с несколькими степенями свободы, что позволяет не только создать ощущения прохождения через слои мягких тканей, но и осуществить выбор места проведения эпидуральной процедуры (точку входа) и наклон иглы. Например, для этой цели широко используются гаптик-устройства типа Sensable (Geomagic) Phantom [Glassenberg R, Glassenberg S. Development of a Tactile Feedback Simulator for Placement of an Epidural or Spinal Needle. Anesthesiology. 2004; 101:A1358; Coles TR, John NW. The effectiveness of commercial haptic devices for use in virtual needle insertion training simulations. In Advances in Computer-Human Interaction, Third International Conference 2010;148-153; Magill JC, Byl MF, Hinds MF, Agassounon W, Pratt SD, Hess PE. A novel actuator for simulation of epidural anesthesia and other needle insertion procedures. Simul Healthc 2010;5(3):179-84]. Однако, Sensable Phantom, являясь устройством с 6 степенями свободы (6 DOF) имеет возможность создания тактильной обратной связи только на 3 из них (motorized 3 DOF+free 3 DOF). Таким образом, не удается зафиксировать угол прохождения иглы через ткани спины, заданный в точке входа, что авторы подобных симуляторов пытаются решить различными способами, которые в целом решают этот вопрос в сцене виртуальной реальности, но при этом никак не помогают с фиксацией заданного в точке входа угла на самом устройстве. Существует устройство фирмы Mediseus (патент США WO 2007/068050 A1), включающее в себя гаптик-устройство Sensable Phantom, установленное внутри муляжа спины, при этом игла проходит через точку входа в данном муляже и прикреплена к рукоятке гаптик устройства, таким образом, указанный недостаток - отсутствие в этом гаптик-устройстве нужного числа степеней свободы с созданием тактильного усилия устраняется. Но виртуальные симуляторы эпидуральной анестезии и спинномозговой пункции, построенные на основе цифрового пера Sensable Phantom страдают еще и от недостатков, присущих кинематической схеме этого гаптик-устройства, представляющего собой последовательный рычажный механизм, что накладывает значительные ограничения на создаваемые им усилия тактильной обратной связи и, соответственно на реалистичность создаваемых им ощущений при прохождении различных слоев мягких тканей.Some virtual epidural and lumbar puncture simulators use haptic devices with several degrees of freedom, which allows not only to create the sensation of passing through layers of soft tissues, but also to select the site of the epidural procedure (entry point) and tilt the needle. For example, haptic devices such as Sensable (Geomagic) Phantom are widely used for this purpose [Glassenberg R, Glassenberg S. Development of a Tactile Feedback Simulator for Placement of an Epidural or Spinal Needle. Anesthesiology. 2004; 101:A1358; Coles TR, John NW. The effectiveness of commercial haptic devices for use in virtual needle insertion training simulations. In Advances in Computer-Human Interaction, Third International Conference 2010;148-153; Magill JC, Byl MF, Hinds MF, Agassounon W, Pratt SD, Hess PE. A novel actuator for simulation of epidural anesthesia and other needle insertion procedures. Simul Healthc 2010;5(3):179-84]. However, Sensable Phantom, being a device with 6 degrees of freedom (6 DOF) has the ability to create haptic feedback on only 3 of them (motorized 3 DOF + free 3 DOF). Thus, it is not possible to fix the angle of passage of the needle through the tissues of the back, set at the entry point, which the authors of such simulators try to solve in various ways, which generally solve this issue in the virtual reality scene, but at the same time do not help with fixing the angle set at the entry point. corner on the device itself. There is a Mediseus device (US patent WO 2007/068050 A1), which includes a Sensable Phantom haptic device, installed inside the back mold, while the needle passes through the entry point in this model and is attached to the handle of the haptic device, thus, the indicated drawback - the absence in this haptic device of the required number of degrees of freedom with the creation of tactile force is eliminated. But virtual simulators of epidural anesthesia and spinal puncture, built on the basis of the Sensable Phantom digital pen, also suffer from the shortcomings inherent in the kinematic scheme of this haptic device, which is a sequential lever mechanism, which imposes significant restrictions on the forces of tactile feedback generated by it and, accordingly, on the realism of the sensations it creates when passing through various layers of soft tissues.

Кроме этого, на реалистичность подобных устройств влияет и расположение экрана устройства, на котором визуализируется виртуальная сцена. В большинстве случаев экран расположен отдельно от устройства создания обратной связи и не предполагает стереоскопического изображения, что в значительной мере снижает эффект от применения подобного симулятора [Ravali, G., & Manivannan, М. (2017). Haptic feedback in needle insertion modeling and simulation. IEEE reviews in biomedical engineering, 10, 63-77; Gourishetti, R., & Manivannan, M. (2019). Improved force JND in immersive virtual reality needle insertion simulation. Virtual Reality, 23(2), 133-142].In addition, the realism of such devices is also affected by the location of the screen of the device on which the virtual scene is rendered. In most cases, the screen is located separately from the feedback device and does not imply a stereoscopic image, which greatly reduces the effect of using such a simulator [Ravali, G., & Manivannan, M. (2017). Haptic feedback in needle insertion modeling and simulation. IEEE reviews in biomedical engineering, 10, 63-77; Gourishetti, R., & Manivannan, M. (2019). Improved force JND in immersive virtual reality needle insertion simulation. Virtual Reality, 23(2), 133-142].

Наиболее близким устройством виртуального симулятора эпидуральной анестезии и спинномозговой пункции является устройство, описанное выше, содержащее гаптик-устройство с укрепленным на нем шприцем, соединенным с пневматической системой, не имеющее фиксированной механически точки входа и экран для визуализации виртуальной сцены. Наиболее существенным недостатком подобных устройств являются отсутствие механического ограничения угла прохождения пункционной иглой тканей и адекватной визуализации виртуальной сцены.The closest device for a virtual simulator of epidural anesthesia and spinal puncture is the device described above, containing a haptic device with a syringe mounted on it, connected to a pneumatic system, without a mechanically fixed entry point and a screen for visualizing a virtual scene. The most significant disadvantage of such devices is the lack of a mechanical limitation of the angle of passage of tissues by the puncture needle and adequate visualization of the virtual scene.

Нами впервые предлагается симулятор эпидуральной анестезии и спинномозговой пункции, содержащий гаптик-устройство для создания тактильной обратной связи в виде дельта-механизма с жестко размещенным на его подвижной площадке шприцем, соединенным с пневматической системой для создания и поддержания в нем заданного давления, а также экран для визуализации виртуальной сцены, размещенный над гаптик-устройством.For the first time, we propose an epidural anesthesia and spinal puncture simulator containing a haptic device for creating tactile feedback in the form of a delta mechanism with a syringe rigidly placed on its movable platform connected to a pneumatic system to create and maintain a given pressure in it, as well as a screen for visualization of a virtual scene placed above the haptic device.

Оптическая схема виртуального эпидурального симулятора представлена на Фиг. 1, где:The optical scheme of the virtual epidural simulator is shown in Fig. 1 where:

1 - дисплей с тачскрином1 - touchscreen display

2 - гаптик-устройство (дельта-механизм)2 - haptic device (delta mechanism)

3 - подвижная площадка гаптик-устройства (дельта-механизма)3 - mobile platform of the haptic device (delta mechanism)

4 - крепление шприца с имитацией пункционной иглы4 - attachment of a syringe with imitation of a puncture needle

5 - шприц5 - syringe

6 - шланги пневматической системы6 - pneumatic system hoses

7 - насос7 - pump

8 - датчик давления воздуха8 - air pressure sensor

9 - контролирующее устройство (персональный компьютер)9 - control device (personal computer)

Виртуальный эпидуральный симулятор состоит из дисплея с тачскрином 1, установленного над гаптик-устройством 2, кинематическая схема которого -параллельное устройство или дельта-механизм. На подвижной площадке 3 гаптик-устройства 2 при помощи крепления шаприца с имитацией пункционной иглы 4 жестко закреплен шприц 5. Шприц 5 соединен при помощи шлангов пневматической системы 6 с насосом 7 и датчиком давления воздуха 8. Создает, контролирует виртуальную сцену и визуализирует ее на дисплее с тачскрином 1 контролирующее устройство (персональный компьютер) 9.The virtual epidural simulator consists of a display with a touchscreen 1 installed above the haptic device 2, the kinematic scheme of which is a parallel device or a delta mechanism. On the movable platform 3 of the haptic device 2, a syringe 5 is rigidly fixed by fastening a syringe with an imitation of a puncture needle 4. The syringe 5 is connected by means of pneumatic system hoses 6 to a pump 7 and an air pressure sensor 8. It creates, controls a virtual scene and visualizes it on the display with touchscreen 1 control device (personal computer) 9.

Работа с виртуальным эпидуральным симулятором производится следующим образом обучающийся управляет симулятором удерживая в руке шприц 5, жестко закрепленный на подвижной площадке 3 гаптик-устройства 2. Перемещая шприц 5 и, соответственно подвижную площадку 3 гаптик-устройства 2 обучающийся задает положение шприца и пункционной иглы в виртуальной сцене, которая отображается на дисплее 1. При помощи тачскрина дисплея 1 обучающийся может изменять положение тела пациента в виртуальной сцене в определенных пределах, что задает угол входа иглы в виртуальной сцене. Расположение дисплея с тачскрином 1 над гаптик-устройством 2 приводит к тому, что обучающийся наблюдает движения не своих рук, а Working with a virtual epidural simulator is performed as follows: the student controls the simulator by holding syringe 5 in his hand, rigidly fixed on the movable platform 3 of the haptic device 2. By moving the syringe 5 and, accordingly, the movable platform 3 of the haptic device 2, the student sets the position of the syringe and the puncture needle in scene that is displayed on display 1. Using the touchscreen of display 1, the student can change the position of the patient's body in the virtual scene within certain limits, which sets the angle of entry of the needle in the virtual scene. The location of the display with touchscreen 1 above the haptic device 2 leads to the fact that the student observes the movements of not his hands, but

манипуляции, проводимые им с помощью гаптик-устройства в виртуальной сцене, создавая эффект его присутствия в данной сцене. Гаптик-устройство 2 после введения обучающимся виртуальной иглы в виртуальную модель спины, размещенную на сцене создает усилия, необходимые для создания тактильных ощущений, сопутствующих прохождению пункционной иглой всех слоев мягких тканей спины человека при эпидуральной процедуре. Управляет гаптик-устройством 2 и контролирует поведение объектов в виртуальной сцене контролирующее устройство (персональный компьютер) 9. После попадания в эпидуральное пространство контролирующее устройство (персональный компьютер) управляет насосом 7, изменяя давление в пневматической системе, соединенной со шприцем 5, имитируя изменение давления в шприце при попадании в эпидуральное пространство. Контроль за изменением давления в пневматической системе контролирующее устройство (персональный компьютер) 9 ведет при помощи датчика давления воздуха 8.manipulations carried out by him with the help of a haptic device in a virtual scene, creating the effect of his presence in this scene. The haptic device 2, after the introduction of a virtual needle into the virtual model of the back placed on the stage by the trainee, creates the forces necessary to create tactile sensations accompanying the passage of the puncture needle through all layers of the soft tissues of the human back during the epidural procedure. The control device (personal computer) 9 controls the haptic device 2 and controls the behavior of objects in the virtual scene. After entering the epidural space, the control device (personal computer) controls the pump 7 by changing the pressure in the pneumatic system connected to the syringe 5, simulating a change in pressure in syringe into the epidural space. The control device (personal computer) 9 controls the change in pressure in the pneumatic system using an air pressure sensor 8.

Таким образом, использование кинематической схемы параллельного устройства (дельта-механизма) в гаптик-устройстве 2 обуславливает его большую пространственную стабильность и возможность создания значительных усилий, требующихся при имитации прохождения мягких тканей спины и, особенно, желтой связки. Также этому способствует и жесткое соединение шприца 5 с подвижной площадкой 3 гаптик-устройства (дельта механизма) 2. Жесткое крепление шприца 4 с имитацией павильона иглы Туохи создает дополнительную тактильную реалистичность ощущений для обучающегося. Расположение дисплея с тачскрином 1 над устройством приводит к наблюдению обучающимся исключительно виртуальной сцены и своих манипуляций в ней, что способствует созданию реалистичных зрительных ощущений при проведении этих манипуляций (особенно этот эффект проявляется при создании тем или иным образом стереоскопического изображения на дисплее).Thus, the use of the kinematic scheme of the parallel device (delta mechanism) in the haptic device 2 causes its greater spatial stability and the possibility of creating significant forces required to simulate the passage of the soft tissues of the back and, especially, the yellow ligament. The rigid connection of the syringe 5 with the movable platform 3 of the haptic device (delta mechanism) 2 also contributes to this. The location of the display with touchscreen 1 above the device leads to the observation by the students of an exclusively virtual scene and their manipulations in it, which contributes to the creation of realistic visual sensations during these manipulations (especially this effect is manifested when a stereoscopic image is created on the display in one way or another).

Благодаря применению кинематической схема параллельного устройства (дельта-механизма) в гаптик-устройстве обеспечивается значительная пространственная стабильность, высокое усилие при создание тактильной обратной связи и реалистичность тактильных ощущений, расположение дисплея над гаптик-устройством обеспечивает эффект непосредственного участия и присутствия обучающегося в виртуальной сцене, позволяя также интерактивно задать угол входа в мягкие ткани спины, а пневматическая система дает возможность качественной имитации эффектов для точной идентификации эпидурального пространства в виртуальной сцене.Due to the use of the kinematic scheme of the parallel device (delta mechanism) in the haptic device, significant spatial stability, high effort when creating tactile feedback and realistic tactile sensations are provided, the location of the display above the haptic device provides the effect of direct participation and the presence of the student in the virtual scene, allowing also interactively set the angle of entry into the soft tissues of the back, and the pneumatic system makes it possible to simulate high-quality effects for accurate identification of the epidural space in a virtual scene.

Claims (1)

Виртуальный симулятор эпидуральной анестезии и спинномозговой пункции, состоящий из гаптик-устройства с жестко закрепленным на нем шприцем, соединенным с пневматической системой, имеющей возможность контролируемого изменения давления в шприце для имитации эффекта попадания в эпидуральное пространство, и дисплея для визуализации виртуальной сцены, которая создается и управляется при помощи персонального компьютера, отличающийся тем, что гаптик-устройство выполнено по кинематической схеме дельта-механизма, с подвижной площадкой которого при помощи устройства крепления с имитацией павильона иглы Туохи жестко закрепляется шприц, соединенный с пневматической системой с возможностью создания и контроля заданного давления в ней, при этом дисплей снабжен тачскрином для изменения положения виртуального пациента в виртуальной сцене и расположен над гаптик-устройством, полностью закрывая его.A virtual simulator of epidural anesthesia and spinal puncture, consisting of a haptic device with a syringe rigidly attached to it, connected to a pneumatic system that has the ability to control the pressure in the syringe to simulate the effect of entering the epidural space, and a display for visualizing a virtual scene that is created and is controlled by a personal computer, characterized in that the haptic device is made according to the kinematic scheme of the delta mechanism, with the movable platform of which, using a fastening device with an imitation of the Tuohy needle pavilion, a syringe is rigidly fixed, connected to a pneumatic system with the possibility of creating and controlling a given pressure in it, while the display is equipped with a touchscreen to change the position of the virtual patient in the virtual scene and is located above the haptic device, completely covering it.
RU2022113293A 2021-06-15 Virtual epidural anesthesia and spinal puncture simulator RU2797635C2 (en)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2022113293A RU2022113293A (en) 2022-12-15
RU2797635C2 true RU2797635C2 (en) 2023-06-07

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1452949A1 (en) * 2003-02-28 2004-09-01 Massimo Bergamasco Haptic interface device
WO2007068050A1 (en) * 2005-12-14 2007-06-21 Medic Vision Pty Ltd Simulator and method
RU160034U1 (en) * 2015-10-21 2016-02-27 Глеб Олегович Мареев TACTICAL FEEDBACK INPUT DEVICE WITH ADDITIONAL DEGREES OF FREEDOM
RU181001U1 (en) * 2017-11-16 2018-07-03 Глеб Олегович Мареев Device for simulating cavitary surgical interventions with tactile feedback

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1452949A1 (en) * 2003-02-28 2004-09-01 Massimo Bergamasco Haptic interface device
WO2007068050A1 (en) * 2005-12-14 2007-06-21 Medic Vision Pty Ltd Simulator and method
RU160034U1 (en) * 2015-10-21 2016-02-27 Глеб Олегович Мареев TACTICAL FEEDBACK INPUT DEVICE WITH ADDITIONAL DEGREES OF FREEDOM
RU181001U1 (en) * 2017-11-16 2018-07-03 Глеб Олегович Мареев Device for simulating cavitary surgical interventions with tactile feedback

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Vaughan et al. A review of epidural simulators: where are we today?
US11361516B2 (en) Interactive mixed reality system and uses thereof
Banerjee et al. Accuracy of ventriculostomy catheter placement using a head-and hand-tracked high-resolution virtual reality simulator with haptic feedback
US8480404B2 (en) Multimodal ultrasound training system
US20080187896A1 (en) Multimodal Medical Procedure Training System
US20150342746A9 (en) System, method and apparatus for simulating insertive procedures of the spinal region
RU2797635C2 (en) Virtual epidural anesthesia and spinal puncture simulator
John et al. Surgical simulators using the WWW
Manoharan et al. Design and validation of an epidural needle insertion simulator with haptic feedback for training resident anaesthesiologists
Hiemenz et al. A physiologically valid simulator for training residents to perform an epidural block
RU105506U1 (en) DEVICE FOR DOCTOR'S TEACHING SKILLS OF CARRYING OUT AN EPIDOURAL NEEDLE ON AUTOMATIC STRUCTURES TO EPIDURAL SPACE AND HAPPENING IN IT NEEDLES
Leung et al. A haptic needle manipulation simulator for Chinese acupuncture
Liu et al. A computer-based simulator for diagnostic peritoneal lavage
Dubey et al. Biomedical engineering in epidural anaesthesia research
Jeong et al. A proposal of a simple epidural simulator for training novice anesthesiologists
Ribeiro et al. Immersive game for dental anesthesia training with haptic feedback
Vaughan et al. Haptic interface on measured data for epidural simulation
McDonald et al. Virtual reality technology applied to anesthesiology
RU175912U1 (en) Simulator for spinal and suboccipital punctures
Capogna et al. Teaching the Epidural Block
Esterer et al. Development of artificial tissue-like structures for a hybrid epidural anesthesia simulator
US10297169B2 (en) Intubation simulator and method
Muriel-Fernández et al. Design of an ultrasound simulation tool for procedures training and learning
Boessenkool Force and pressure feedback during epidural needle insertion in the ligamentum flavum of piglets
Vaughan et al. Development Of Epidural Simulators: Towards Hybrid Virtual Reality Training