SE526077C2 - En simuleringsanordning för invasiv kirurgi - Google Patents

Description

20 25 30 35 526 077 š 2 Simulationer borde betraktas som en nödvändig del i varje modernt utbildningsprogram som adresserar utvecklingen av tekniska kunskaper. De kan användas för att säkerställa effektivt lärande och inlärning för att tillhandahålla giltiga och tillförlitliga medel för utvärdering av de kunskaper av färdigheterna hos eleverna för att erhålla information om specifika svagheter som kräver förbättringar och för att skapa individuella profiler av teknisk förmåga hos eleverna. För att uppnå önskade resultat bör specifika kursplaner utvecklas på principer för vuxenutbildning, experimentell inlärning och effektiv återkoppling. Sådana simulationer kan också användas i program för kontinuerlig professionell utbildning och certifiering.

Den initiala investeringen av resurser som behövs för utvecklingen och förvärvande av simulationer och för skapandet av träningsprogram vilka innehåller dem effektivt i utbildningsmodeller neutraliseras snabbt av de otaliga fördelarna resulterande från snabbare procedurutförande i operationssalen, förbättringen av patientsäkerhet och minskande av fakultetstid behövd för att lära elever olika tekniska förmågor.

Sådana simulationer kan också användas för att utvärdera effektiviteten av utbildningsinsatser och till och medför att välja ut individer till träning. Sålunda har simulationerna potentialen att utgöra en betydande inverkan på program för kirurgisk och medicinsk utbildning i framtiden.

Som ett resultat av den snabba utvecklingen inom datorteknik, har simulationer, speciellt för ändamålet kirurgisk och medicinsk utbildning, förbättrats avsevärt.

Däremot tillåter inte de kända anordningarna och metoderna en fullskalig simulation av olika använda instrument och metoder.

Det amerikanska patentet nummer 6,103,301 visar en interfaceanordning och metod för invasiv radiologi vilken sammankopplar kringutrustning i formen av medicinska låtsasinstrument till ett medicinskt procedursimulationssystem för att tillåta utförandet av medicinska procedurer på en virtuell patient.

Interfaceanordningen innehåller en styrvajer, kateter och fodral, en injektionsspruta, en uppblåsningspruta och en fotomkopplare för att realistiskt simulera instrumenten använda under en faktisk medicinsk procedur. En användare manipulerar styrwiren, kateter- och fodraI-kringutrustningarna att genomkorsa ett nätverk av artärer mot en simulerad blockering visad på det medicinska procedur simulationssystemets skärm. Fotomkopplaren styr skärmen för att tillhandahålla en fluoroskopbild visande positionen av styrvajern, katetern, fodral och blockering inne i*f:\PXp1<à«------\Pš_ 664ff\i>16&44SE.a4s,doc 2.i)04-§>8'í>2, '325 10 15 20 25 30 35 i nätverket av artärer. Injektionssprutan kan manipuleras för att simulera injektioner av kontrastvätska eller andra farmaceutiska substanser genom katetern eller fodralet in i en virtuell patient. När en styrwire positioneras förbi blockeringen i nätverket av artärer byts katetern ut mot en ballongspetsad angioplastikkateter, och uppblåsningskatetern manipuleras för att simulera uppblåsning av ballongen för att reducera blockeringen. Dessutom kan interfaceanordningen applicera kraftåterkoppling till styrvajern och katetern för att simulera krafter som påträffas av dessa instrument under en faktisk medicinsk procedur. Interfaceanordningen mäter extern manipulation och förmedlar dessa mätningar via en processor till det medicinska procedur simulationssystemet och för att göra det möjligt att simulera den medicinska proceduren.

Det amerikanska patentet nummer 6,267,599 visar ett system för att producera mycket realistiska realttidssimulerade operationsförhållanden för interaktiv träning av personer för att utföra minimala invasiva kirurgiska procedurer innehållande verktyg som sticks in i små snitt hos patienten. Den virtuella miljön för detta träningssystem innehåller en kropp med en liten öppning. Ett verktyg simulerande ett kirurgiskt verktyg sticks in i öppningen och manipuleras relativt kroppen. En rörelsestyrning och en sensorsammansättning övervakar positionen av verktyget relativt kroppen och tillhandahåller data om verktygets position och orientering inom kroppen.

Rapporterade data interpoleras med hjälp av en datorprocessor vilken använder en databas med information representerande en patients interna landskap för att skapa en datormodell av det interna landskapet för patienten. Med referens till denna datormodell styr processorn förekomsten av kraftåterkoppling som motverkar rörelsen hos verktyget. En tvådimensionell bild representerande verktyget såsom det skulle uppträda inne i patienten genereras av en processor styrt videobild system baserad på datormodellen av patientens interna landskap.

Denna datorbild av verktyget sätts sedan samman med en videobildslinga av en patients interna landskap såsom den uppträder under en hjärtslags- och andningscykel och den sammansatta bilden visas på en videoskärm.

De kombinerade elementen av visuella realtidsrepresentationer och interaktiv förnimbar kraftåterkoppling tillhandahåller en virtuell simulationsträning med alla element från faktiska operationsförhållanden, minus en levande patient. Systemet F: 'gïïjâi 6- --~§Pl{$644\l*l 6â44SE.a4$.dOC Zššüfwífifiríšlå, 3.25 10 15 20 25 30 35 526 077 4 enligt uppfinningen beskriven i US 6,267,599 kan inte användas för simulering av flera instrument simultant och i realtid.

Sammanfattning av uppfinningen Ett ändamål med den föreliggande uppfinningen enligt den bästa utföringsformen är att tillhandahålla en interfaceanordning vilken tillåter simultan simulation av olika instrument. Anordningen enligt den föredragna utföringsformen av uppfinningen tillhandahåller mer noggrann styrning. Andra fördelar enligt de nästa utföringsformerna inkluderar: ~ Användaren kan arbeta med minst tre oberoende instrument på samma gång. o Riktiga instrument kan användas. v Genom ett bättre återkopplingssystem erhålls en mer realistisk känsla. ø Instrument kan matas in och dras ut som i riktiga operationer utan speciell interaktion av användaren.

På grund av dessa skäl arrangeras den initialt nämnda anordningen att ta emot ett antal instrument, företrädesvis minst två instrument. Anordningen består av: ett antal flyttbara vagnar motsvarande antalet av sagda instrument, ett spår och ett kopplingselement. Sagda kopplingselement kopplar ihop sagda vagnar seriellt. Var och en av vagnarna tillhandahålls med en öppning för att tillåta mottagning av sagda instrument. Var och en av vagnarna består ytterligare av element för att ta emot och låsa minst ett instrument. Var och en av vagnarna består ytterligare av element för att ta emot en rörelse från sagda instrument och genererande en kraft återkopplad till sagda instrument med avseende på en simulationskarakteristik.

I en föredragen utföringsform av uppfinningen tillhandahålls öppningen inom sagda kopplingselement.

I en annan föredragen utföringsform är sagda kopplingselement ett teleskopiskt rör som tillåter insättande av nästlade instrument.

I en ytterligare föredragen utföringsform består varje vagn av en detekteringsanordning för detektering av typ av instrument insatt genom sagda kopplingselement, vilken förenklare hanteringen av instrumentet. +e\s>\pz.s~ --«~~\i>1_ess44\§1ias-:ásëafisaac zaaa-tssa-zzz, 10 15 20 25 30 35 526 077 5 I en ytterligare föredragen utföringsform kopplas sagda anordning till en styrenhet för att mäta rörelsen av sagda vagnar och styra sagda rörelse med hjälp av en hastighetsstyrslinga och en positionsstyrslinga för att tillhandahålla noggrann återkoppling.

I en föredragen utföringsform anordnas sagda vagnar att röra sig utmed sagda spår.

I en ytterligare föredragen utföringsform har sagda vand en faktisk position och en simulerad position. Den faktiska vagnpositionen bestämmer den simulerade vagnpositionen utifrån en skaltabell.

I en annan föredragen utföringsform kopplas sagda vagn genom en transmission för drivning utmed sagda spår. Vagnen tillhandahålls med ett glidstycke vilket är anordnat i ett vridmomenthjul. Glidstycket tillhandahålls med en sammankopplande yta vilken pressas mot en spännhylsa som griper tag i instrumentvajern på ett nästlat sätt.

I en annan föredragen utföringsform mäts kraften mellan en upphängd platta och ett chassi med hjälp av en kraftsensor, chassiet anordnas på sagda vagn.

I en annan föredragen utföringsform tillhandahålls sagda vagn med ett detekteringselement vilket detekterar närvaron av ett instrument i vagnen. I en ytterligare föredragen utföringsform anordnas sagda detekteringselement att detektera typen av varje instrument.

I en annan föredragen utföringsform kategoriseras sagda instrument i sagda typer med avseende på minst ett av följande karakteristika: tjocklek, färg, struktur, material, identitet och/eller streckkod.

I en ytterligare föredragen utföringsform är sagda detekteringselement en optisk SEHSOI”.

I ännu en föredragen utföringsform anordnas ett första kopplingselementjmellan sagda öppning och den första vagnen. Ett andra kopplingselement anordnas mellan den första vagnen och den andra vagnen. Ett tredje kopplingselement anordnas mellan den andra vagnen och den tredje vagnen. š-fz\._š*\.gsli.~ê- ~-~-«\P16(%4¿i\i>1íšáàdíššjmstioc lèïfiššfrwfßâš-SZ, 3.235 10 15 20 25 30 35 526 077 I en ytterligare föredragen utföringsform består anordningen av en processenhet vilken tillhandahåller kraftåterkoppling i den longitudinella riktningen och rotationsriktningen för instrumentet.

Mest föredraget är instrumenten riktiga instrument med en simulerad ända. Detta tillåter provning av olika vanliga tillgängliga instrument.

I ännu en föredragen utföringsform består anordningen av ett låselement för att klämma ett instrument. Låselementet är fastsatt på en central vägg. Låselementet kan bestå av ett element för att anbringa ett vridmoment.

I ännu en föredragen utföringsform tillhandahålls glidstycket på insidan av vridmomenthjulet. Glidstycket rör sig i en longitudinell riktning och fixeras i rotationsriktningen relativt vridmomenthjulet.

Denna uppfinning relaterar också till en metod för simulering av en invasiv operation med hjälp av användning av en anordning i ett simulationssystem. Sagda anordning är anordnad att ta emot ett antal instrument, företrädesvis minst två instrument. Anordningen består av ett antal förflyttningsbara vagnar motsvarande antalet av sagda instrument, ett spår och ett kopplingselement. Metoden består av stegen av insättning av ett antal instrument i sagda anordning, mottagning av sagda instrument i varje vagn vilka är kopplade seriellt med varandra genom mottagning och låsning av minst ett instrument. Varje vagn består ytterligare av element för mottagning av rörelse hos sagda instrument och generering av en kraft återkopplad till sagda instrument med avseende på en simulationskarakteristik.

Enligt en aspekt av uppfinningen simulatorsystem, tillhandahålls företrädesvis ett invasivt procedur simulatorsystem. Simulatorsystemet består av minst ett första och andra förflyttningselement och ett styrsystem. Sagda styrsystem består av: en första styrning (F1(s)) styrande hastigheten hos sagda första förflyttningsbara element (16A-16C) mot ett fastställt värde (CDV). Styrsystemet består vidare av en andra styrning (F2(s)) för kombinerande av ett fel i en position (CAP) och en hastighet av sagda andra föregående förflyttningsbara element (PCAV) mot en fastställd hastighet hos första elementet. Den andra styrningen (F2) styr CDV=C1*(CAP-PCAP) + C2*PCAV vari Cl och C2 är konstanter. ï 6-~~-~~-ï,Pl,6{š4ê\?1ßêåflïíšiåa-årâfiêfi IfIí}í}~+-ë}$~f32, fšflšiï 10 15 20 25 30 35 526 077 7 Enligt en annan aspekt hos uppfinningen simulatorsystem, tillhandahålls företrädesvis en invasiv procedur simulatorsystem. Simulatorsystemet består av en anordning för att ta emot ett instrument som ska simuleras. Sagda anordning består av identifikationsmedel för identifikation av sagda instrument.

I ännu en föredragen utföringsform består sagda anordning för detektion av instrument av minst en IR diod och minst en IR fototransistor.

I en föredragen utföringsform består sagda identiñkationsmedel av minst en av tjocklek, färg, struktur, material hos sagda instrument, identitet och/eller streckkod.

Enligt en annan aspekt av uppfinningen simulatorsystem, tillhandahålls ett invasivt procedur simulatorsystem. Simulatorsystemet består av element för att ta emot och låsa ett instrument som ska simuleras och en styrenhet bestående av en kraftsensor. Styrenheten styr mot ett börvärde för krafi, DF. En kraft som en användare upplever i instrumentet mäts med kraftsensorn och en signal från kraftsensorn matas tillbaka i en kraftåterkopplad styrslinga mot en fastställd kraft.

Enligt en annan aspekt av uppfinningen simulatorsystem, företrädesvis ett invasivt procedur simulatorsystem, tillhandahålls en anordning för generering av ett motstånd i ett simulerat instrument. Denna anordning består av en styrenhet och en kraftsensor. Anordningen består vidare av en kraftåterkopplad styrslinga för styrning av en aktuatoranordning för drivning av ett instrumentmottagningselement i en riktning. Anordningen består vidare av en inre kraftstyrslinga. Kraftsensorn anordnas för mätning av sagda motstånd. En signal från kraftsensorn matas tillbaka till sagda inre kraftstyrslinga som styr med en återkopplad förstärkning, K, tillhandahållen av sagda styrenhet, mot ett fastställt kraftvärde, SF, tillhandahållet av sagda styrenhet och sagda inre kraftstyrslinga styr sagda aktuator.

I en föredragen utföringsform styr sagda styrenhet sagda återkopplade förstärkning, K, för att uppnå sagda motstånd.

I en föredragen utföringsform styr sagda styrenhet sagda fastställda kraft, SF, för att uppnå sagda motstånd. « ~- * 'åilíšišf-“f-QEPI! išêßšêšššflfiiSsílOï i; ' i., 10 15 20 25 30 35 Enligt en annan aspekt av uppfinningen simulatorsystem, företrädesvis ett invasivt procedur simulatorsystem. Simulatorsystemet består av en anordning för generering av ett motstånd i ett simulerat instrument. Simulatorsystemet består vidare av en anordning för mottagning och fixering av en del av instrumentet i en anordning för mätning av instrumentets rörelser och återkopplande tillbaka en kraft till sagda instrument. Sagda anordning består ett element för klämning av sagda instrument. Anordningen består av ett glidstycke vilket är anordnat i ett vridmomenthjul, sagda glidstycke är förflyttningsbart i en longitudinell riktning inuti sagda vridmomenthjul. Glidstycket tillhandahålls med en sammankopplande yta vilken pressas mot en spännhylsa som griper sagda instrumentdel.

Kort beskrivning av figurer I det följande kommer uppfinningarna att beskrivas på ett icke begränsande sätt med referenser till den bästa utföringsformen av uppfinningen tillsammans med bifogade figurer, i vilka: Fig. 1 visar en generell översikt av anordningen enligt den föreliggande uppfinningen när den används, Fig. 2 visar ett tvärsnitt av anordningen, Fig. 3 visar vagnarna schematiskt, Fig. 4 visar ett tvärsnitt av en vagn, Fig. 5 visar en lateral vy av en vagn, Fig. 6 visar en vy från framsidan av den optiska sensorn, Fig. 7 visar en lateral vy av låselementet, Fig. 8 visar ett blockdiagram av kontrollsystemet, Fig. 9 visar ett blockdiagram av den passiva kraftåterkopplingen och Fig. 10 visar ett blockdiagram av den aktiva kraftåterkopplingen. :=^=::_f-*\.,p:.ß~-Mäeusefwxrziaaflwseßafisaoa znoze-:fls-aiiz, 33.25 10 15 20 25 30 35 Beskrivning av utföríngsformerna I det följande kommer den bästa utföringsformen av uppfinningen och några modifieringar därav att beskrivas i detalj och med referens till de bifogade figurerna. Några exempel på andra möjliga utföringsformer kommer också att beskrivas.

Interfaceanordningen 100 enligt den bästa utföringsformen av den föreliggande uppfinningen, se Fig. 3, består av: o Processenheter 10 arrangerade på motsvarande tryckta kretskort (PCB). o Kommunikationsenhet 12. o Kraftkälla 14. o Minst tre vagnar 16A-16C. Varje vagn 16 har samma tekniska särdrag. vagnarna 16A-16C är anordnade att låsa olika typer av instrument vilket beskrivs senare. o Motorer och transmission 18 för drivning av vagnarna 16A-16C. o Spår 20 på vilket vagnarna 16A-16C kan röra sig. I denna utföringsform är det ett gemensamt spår men i andra utföringsformer kan det till exempel vara tre parallella spår eller liknande. o En öppning 22 tillhandahållen med entrérör 24. o Kopplingselement 26 i formen av teleskopiska rör 26A-26C, se Fig. 2. o Huv 28. o Styrenhet 30 i formen av mjukvara i en PC.

Varje vagn 16A-16C består av: Ett chassi 32 tillhandahållet med hjul 34. I andra utföringsformer kan chassiet vara tillhandahållet med medar, glidbussningar eller liknande. Chassiet 32 är fastsatt på en transmission 18, företrädesvis en remtransmission, genom en kopplingsbult för drivning utmed spåret 20. I andra utföringsformer kan kedjetransmissioner, vajertransmission eller pneumatisk transmission användas. En upphängd platta 38 är fastsatt på chassiet 32 genom en fjäderupphängning. En av fjädrarna är en sensor i formen av en Iastcell vilken mäter kraften mellan den upphängda plattan 38 och chassiet 32. Sensorn kallas härmed kraftsensorn 40. En i huvudsak centralt tillhandahållen vägg 42 är anordnad på den upphängda plattan 38, se Fig. 4 och Fig. 5.

F: XPMSÅ 6- 1 íšiÉA-'ÅÅP 1 664455E.ë14$.iIfOC Zílüê-OS-ššl/É, 3 10 15 20 25 30 35 526 077 ~ 10 Funktionen hos var och en av vagnarna 16A-IBC år att detektera när ett instrument passerar genom vagnen med hjälp av ett detekteringselement 48, bestämma typen av instrument och om ett beslut tas av kontrollenheten 30, att låsa instrumentet. Låsmekanismen, mer beskrivet senare, aktiveras av låselementet 44 för att tillhandahålla en låsning.

Anslutningar för kopplingselementet 26 anordnas vid öppningen 22 och uttaget 46.

I den bästa utföringsformen av den föreliggande uppfinningen är kopplingselementen i formen av teleskopiska rör, men kan också vara i formen av elastiska rör eller liknande, till exempel gjorda av gummi eller icke styv plast.

Koppiingseiementen 26 gör det möjligt att arbeta med tre interagerande nästlade instrument. Kopplingselementen 26 rör sig mellan vagnarna 16, se Fig. 2. Det första kopplingselementet 26A anordnas mellan öppningen 22 och den första vagnen 16A, det andra kopplingselementet 26B anordnas mellan första vagnen 16A och den andra vagnen 16B och det tredje kopplingselementet 26C anordnas mellan den andra vagnen och den tredje vagnen 16C.

Detekteringselementet 48 i formen av en optisk sensor detekterar närvaron av ett instrument i vagnen 16. Den optiska sensorn 48 kan ytterligare bestämma vilken typ instrumentet tillhör. Instrumenten kategoriseras i sagda typer enligt tjocklek, och/eller andra identitetstecken, till exempel färg, struktur och/eller material hos instrumentet. I en annan utföringsform kan instrumentet tillhandahållas med streckkoder och detekteringselementet 48 kan anordnas med en streckkodsläsare.

Detekteringselementet 48 anordnas vid uttaget 46 och består av en IR diod 105 och en IR fototransistor 106 vilka anordnas på varje sida av verktygspassagen 108, se Fig. 6, genom vilken instrumenten passerar. Ljuset passerar från IR dioden 104 till IR fototransistorn 106 genom ljuskanalen 110. IR dioden 104 emitterar IR ljus genom spänningsmatning och strömbegränsas med en resistans. Ljuset leds via en ljuskanal 110 till IR fototransistorn 106 vilken är mer eller mindre genomsläpplig för ström beroende på hur mycket ljus som når den. När det inte finns något instrument närvarande i verktygskanalen 108 når en maximal mängd ljus IR fototransistorn 106. När ett instrument är närvarande i ljuskanalen 110, blockeras ljusflödet till fototransistorn 106 av instrumentet och sålunda når mindre ljus den.

Ju mer ljus som når fototransistorn 106 desto mer ström kan IR fototransistorn leda och desto högre blir spänningen över resistansen. En A/D omvandlare mäter spänningen och mätningens testresultat sänds till kontrollenheten 30.

F", \§>\¿;3 i fi" ~- IÖÖQÄÉVU öíšlåêíštïnâfiiíitímï 'zßšš-ï -šišfs -32 _, .f .Z få 10 15 20 25 30 35 526 077 11 Låselementet 44 anordnas att klämma fast ett instrument och är fastsatt vid centralväggen 42. Samma låselement 44 kan tillhandahålla ett vridmoment på ett instrument så att det tillhandahåller kraftåterkoppling till instrumentet i rotatlonsriktningen.

Efter detektionen och låsningen av instrumentet/instrumenten följer vagnen 16 användarens rörelser av instrumentet. Detta görs med hjälp av transmissionen 18 och styrelektroniken och styrs på så sätt att en börkrañ är erhållen från styrenheten 30. Kraftåterkopplingen beskrivs ytterligare senare.

Fig. 7 visar iåseiementet 44 enligt den bästa utföringsformen av den föreliggande uppfinningen. En centralenhet SO med vridmomenthjul 62 är fastsatt på centralväggen 42 med hjälp av ett lager, till exempel ett kullager eller rullager.

Vridmomenthjulet 52 tillhandahålls med en kuggring 54. En vridmomentmotor 56 med ett motornav 58 och ett kugghjul till vridmomentmotor 60 anordnas för att driva Vridmomenthjulet 52. Ett låshjul 62 fastsätts på vridmomenthjulet 52 genom ett lager, till exempel ett kullager, rullager, nållager eller en polymerbussning.

Ytterligare anordnas en Iåsmotor 64 med motornav 66 och låsmotorkugghjul 68 att driva Iåshjulet 62. Låselementet 44 består ytterligare av en spännhylsa 70 som griper tag i instrumentet och ett spännhylsesäte 72 i vilket spännhylsan 70 är anordnat.

Ett glidstycke 74 vilket är anordnat inuti vridmomenthjulet 52 kan röra sig i en longitudinell riktning men är fixerad i rotationsriktningen relativt vridmomenthjulet 52. Sagda glidstycke 74 tillhandahålls med vingar. Glidstycket 74 går utmed ett styrspår vilket är anordnat i Vridmomenthjulet 52. Glidstycket 74 tillhandahålls med en sammankopplande yta vilket pressas mot spännhylsan 70 som griper tag i instrumentvajern. Istället för glidstycket 74 kan andra fastspänningsprinciper användas. ' Låselementet 44 består ytterligare av ett inre låshjul 62 vilket är fastsatt genom lager, till exempel kullager, nållager eller liknande, till det yttre vridmomenthjulet S2. Vridmomenthjulet 52 och Iåshjulet 62 tillhandahålls med respektive kuggringar 54. Låshjulet 62 roterar inuti vridmomenthjulet 52 och tillhandahålls med en gänga.

Gängan påverkar glidstycket 74 vilket är fixerat i rotationsriktningen i vridmomenthjulet 52 men rör sig fritt i den longitudinella riktningen. Spännhylsan F.'\?\_;;3Å6~ ltšöfišflfwfií šfšål-êfšëxâfisišoâ 2Üü4--Q$-C2, 10 15 20 25 30 35 12 70 tillhandahålls vid den bakre kanten av Iåshjulet 62. Hela centralenheten 50 anordnas med två öppningar i centrum genom vilket instrumentet kan passera.

Två motorer, vridmomentmotorn 56 och låsmotorn 64 fixeras mot centralväggen 42. Motoraxlarna tillhandahålls med kugghjul 60, 68 vilka går emot kuggringarna 54 på vridmomentmotorn 56 och låsmotorn 64.

I initieringssekvensen hos interfaceanordningen positioneras vagnarna 16 nära i en rad och mot instrumentens entrésida. Användaren stoppar in ett instrument eller verktyg i entréröret 24 genom det första kopplingselementet 26A in it den första vagnen 16A och genom dess centraienhet 50 och ut genom dess utlopp 46 där detekteringselementet i formen av till exempel en optisk sensor 48 detekterar instrumentets närvaro och typ. Styrenheten 30 bestämmer utifrån den detekterade instrument-typen om instrumentet ska låsas eller inte. Om den första vagnen 16A inte låser instrumentet passerar instrumentet genom den första vagnen 16A och ut till det andra kopplingselementet 26B och vidare till den andra vagnen 16B.

Om den första vagnen 16A låser instrumentet startar låssekvensen. Sålunda fixeras vridmomenthjulet 52 med hjälp av vridmomentmotorn 56. Efter det roteras Iåshjulet 62 med hjälp av låsmotorn 64 låsmotorn 64 så att glidstycket 74 pressas mot spännhylsan 70 vilken klämmer runt instrumentet. Låselementet 44 och den upphängda plattan 38 fixeras därmed mot instrumentet.

Efter låssekvensen följer kraft och vridmomentstyrning. En kraftstyrning styr med hög frekvens från kraftsensorn 40 positionen av chassiet 32 så att en given förutbestämd kraft upprätthålls i kraftsensorn 40. Krafien förflyttas till instrumentet. Användaren upplever denna förutbestämda kraft i instrumentet vilket ger kraftåterkoppling i den longitudinella riktningen. Vridmomentstyrningen ställer ut ett förutbestämt vridmoment med hjälp av vridmomentmotorn 56 vilket ger kraftåterkoppling i rotationsriktningen. Den förutbestämda kraften och det förutbestämda vridmomentet bestäms från simulationen. Information om positionen hos instrumentet i den longitudinella riktningen och i rotationsriktningen sänds kontinuerligt till simulationsenheten 90.

Om användaren drar tillbaka instrumentet så att vagnen 16 passerar sin initiala position startar upplåsningssekvensen. Upplåsningssekvensen utförs i omvänd š-":\P\;3í -- ltš64f~f\?ï š3íz44$š.a45,tïloC Züíšßï-GS-SQ, 3.25 10 15 20 25 30 35 O 0 aloe n I 0000 O I 9 526 077 ä 13 ordning mot låssekvensen. Efter upplåsningssekvensen rör sig instrumentet fritt i vagnen 16.

Alla vagnarna 16A-16C fungerar på samma sätt. En olåst vagn följer den närmaste föregående vagnens rörelser i den longitudinella riktningen utmed spåret 20. För att göra vagnens förflyttning flexíbel och för att minska styrfelet används en inre, hastighets-styråterkoppling 86 och en yttre positions-styråterkoppling 88. Ändamålet med hastighets-styråterkoppling 86 är att styra hastigheten hos vagnarna 16 med hänsyn till varandra. Ändamålet med positions- styråterkopplingen 88 är att hålla avståndet mellan vagnen 16 och den föregående vag nen 16 konsta nt.

Blockdiagrammet i Fig. 8 visar styrsystemet G(s). Systemet G(s) representerar en av vagnarna (16A-16C) driven av sin longitudinella motor. F1(s) är en styrning vilken styr hastigheten hos vagnen mot ett förutbestämt värde, vagnbörhastighet (Carriage Demand Velocity, CDV). F1 placeras i en av processorenheterna 10 i vagnen 16. Fl ger en motorkraft till den longitudinella motorn hos vagnen 16.

F2(2) är en styrning vilken är placerad i styrenheten 30 i Pczn. F2 kombinerar felet i position (börposition - faktiskt position (CAP)) och hastigheten hos den föregående vagnen 16, (föregående vagns faktiska hastighet, PACV) mot en förutbestämd hastighet för vagnen 16.

F2 styr CDV = C1*(CAP-PCAP) + C2*PCAV Vari; CDV = vagnens börhastlghet CAP = vagnens faktiska position PCAP = Föregående vagns faktiska position PCAV = Föregående vagns faktiska hastighet Cl och C2 är konstanter När vagnen 16 har låst ett instrument eller verktyg styr styrenheten 30 mot ett börkraftvärde, DF. Om det valda börkraftvärdet till exempel är noll kommer vagnen 16 att styras så att användaren upplever noll kraft i instrumentet. Om användaren till exempel passerar genom en förträngning (stenosis) i ett kärl i simuleringen Xlflçlï Ö" ~-~-XP3.6644\§P1 6§44Såê45íl<><ï Éíšíšfwíëßlfl, 15,25 10 15 20 25 30 35 14 kommer användaren att uppleva ett motstånd i instrumentet och ett önskat börkraftvärde ställs in för detta motstånd. Den longitudinella motorn driver vagnarna 16A-16C utmed spåret 20. Kraften som användaren upplever i instrumentet mäts med kraftsensorn 40. Signalen från kraftsensorn 40 matas tillbaka in i en styråterkoppling mot ett bestämt värde, SF. Denna kraftåterkopplade styråterkoppling 102 visas i Fig. 9.

Det finns två typer av kraftåterkoppling som kan användas: ”passiv kraftåterkopp|ing" och ”aktiv kraftåterkoppling".

Styrenheten 30 ställer ”i det bestämda kraftvärdet, SF, till styrningen att bli noll _ (SF=0). Den bestämmer förstärkningen i den inre kraftstyråterkopplingen 112 (inte den bestämda kraften) beroende på den bestämda kraften, SF, det vill säga motståndet som simulation vill att användaren upplever. Detta resulterar i att friktionen i systemet G(s) kompenseras på ett varierande sätt, bestämt från den återkopplade förstärkningen.

Exempel: Med hög förstärkning upplever användaren noll kraft. Med låg förstärkning upplever användaren högt motstånd. På detta sätt kommer friktionen vara vad användaren upplever som motstånd och en ”passiv kraftåterkoppling" uppnås, se Fig. 9.

Sålunda är: |<=c1*(1-c2 * oF) Vari; K = Återkopplingsförstärkning F3(s) DF = Börvärde Cl och C2 är konstanter.

För att tillhandahålla en ”aktiv kraftåterkoppling” måste börkraften DF/bestämt kraftvärde, SF styras. I detta fall är det den longitudinella motorn som orsakar motståndet, se Fig. 10.

Användaren trär in instrumentet för den endovaskulära operationen, till exempel kateter, ballonger, vajrar och liknande, genom entréröret 24 i öppningen 22. i~'f\P*-.:>.i 6-~~~-ïl>:.5<=,-4-4\§>: :aa=:4s,:=,a4s.aoc zooeøs-oz, 10 15 20 25 526 077 15 Instrumentet styrs genom kopplingselementet 26 in i vagnarna 16A-16C vari vagnarna 16A-16C detekterar instrumenten och griper tag i instrumentet för att kunna mäta rörelsen hos instrumentet och ge återkoppling tiil denna rörelse.

Interfaceanordningen med associerade styrenhet 30 har följande funktion: ø Mäta rörelsen hos minst tre separata nästlade instrument. Dessa instrument är reella, med en modifikation, mjuka och krokiga spetsar är borttagna. Den mätte rörelsen består av den longitudinella riktningen och rotationsriktningen av instrumentspetsen. = f-iäta en pedaiposition, nerpressad eller släppt. v Mäta flödet från en kontrastspruta. o Mäta trycket från en tryckpump för ballongsprängning.

~ Skicka mätvärden till simulerlngsenheten 90. ø Ta emot krafter och vridmoment på respektive instrument från simulerlngsenheten 90. ø Ge kraftåterkoppling i den longitudinella riktningen och i rotationsriktningen för instrumentet enligt mottagna krafter och vridmoment.

- Mäta signalen från särskilda instrument.

Den föreliggande uppfinningen har nu blivit beskriven genom den bästa utföringsformen och modifikationer därav. Men uppfinningen är inte begränsad till de illustrerade utföringsformerna utan varianter och andra modifikationer är också möjliga inom ramen för kraven. Det är också möjligt att koppla åtskilliga anordningar till en eller flera PC datorer för att simulera en simultan invasiv procedur. šfïXPåïifiš ä" fl--ÅP íåšßê-fiflpl öfzffiêfåfiflâflifhiiøC 2G54-íi8~(š2, 10 15 20 25 30 35 REFERENS SYMBOLER processenhet kommunikationenhet kraftkälla vagn första, andra, tredje transmissiøn spår öppning entrérër koppiingselement första, andra, tredje skydd styrenhet chassis hjul upphängd platta kraftsensor centralvägg Iåselement utmatning detekteringselement centralenhet vridmomenthjul kuggring vridmomentmotor vridmomenthjulsnav vridmomentmotor kugghjul låshjul Iåsmotor låsmotornav låsmotor kugghjul hylsa hylssäte glidstycke hastighetsstyråterkoppling F: \P\;3š 6 ~' ~ ~-~-\Píöfš4få\?ï ßš-íšflf-ßiíšfisiïøC .ïšGG4~~Q8-Q2, 3.25' 526 077 16 10 12 14 16 16A-16C 18 20 22 24 26 26A-26C 28 30 32 34 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 86 000010 0 0 000000 0 a I on vi 0 00 I 0 OI c I oc g co Q 0 00 Q 00 I 0 I 0 O 0 0 to 00 Ino 00 I 0 0 0 00 00 q 0 10 526 positionsstyråterkoppling simuleringsenhet anordning styrslinga för kraftåterkoppling IR diod IR fotøtransistor verktygspassage Ijuskanal styrslinga för inre kraft F: V-*ÉQ 16~~ --~~--“=_Pí 6Ö44ÄPÅ öñâ-ÅÉSEJMISAÉOC 2OÜ4-Ü8JH, 077 88 90 100 102 104 106 108 110 112 17

Claims (32)

10 15 20 25 30 35 KfaV

1. En anordning (100) i ett simuleringssystem för simulering av en invasiv operation, sagda anordning (100) anordnas att ta emot ett antal instrument, företrädesvis minst två instrument, anordningen (100) består av: ett antal förflyttningsbara vagnar (16A-16C) motsvarande antalet av sagda instrument, ett spår (20), ett kopplingselement (26) vari sagda kopplingselement (26) kopplar ihop sagda vagnar (16A-16C) seriellt, varje vagn (16A-16C) tillhandahålls med en öppning för att möjliggöra mottagning av sagda instrument, varje vagn (16A-16C) består av en detekteringsanordning (48) för detektion av typen av sagda instrument inmatad genom sagda kopplingselement (26) och varje vagn består ytterligare av element för att ta emot och låsa minst ett instrument och element för att ta emot rörelse från sagda instrument och generera en kraft, återkopplad till sagda instrument med avseende på en simuleringskarakteristik.

2. Anordningen enligt krav 1, vari sagda öppning (22) tillhandahålls inom sagda kopplingselement (26).

3. Anordningen enligt krav 1, vari sagda kopplingselement (26) är ett teleskopiskt rör.

4. Anordningen enligt krav 1, vari sagda anordning (100) kopplas till en styrenhet (30) för att mäta rörelsen av sagda vagnar (15A-16C) och styra sagda rörelse med hjälp av en hastighetsswråterkoppling (86) och en positionsstyråterkoppling (88).

5. Anordningen enligt krav 1, vari sagda vagnar (16A-16C) är anordnade att röra sig utmed sagda spår (20).

6. Anordningen enligt krav 1, vari sagda vagnar (16A-16C) har en faktisk position och en simulerad position, vari den faktiska vagnpositionen bestämmer den _ simulerade vagnpositionen från en skaltabell. F: Xšflpló ~--~~-~\P1.6644\P1(šëå4SEÛO___C25š, 2SO4-ÜS-'G3, 2.56 10 15 20 25 30 35 526 077 /f/

7. Anordningen enligt krav 1, vari sagda vagnar (16A-16C) kopplas genom en transmission (18) för drivning utmed sagda spår (20).

8. Anordningen enligt krav 1, vari sagda vagnar (16A-16C) tillhandahålls med ett glidstycke (74) vilket anordnas i ett vridmomenthjul (52).

9. Anordningen enligt krav 1, vari sagda glidstycke (74) tillhandahålls med en sammankopplande yta vilken pressas mot en hylsa (70) vilken griper instrumentvajern.

10. Anordningen enligt krav 1, vari kraften mellan en upphängd platta (38) och ett chassi (32), vari chassit (32) anordnas på sagda vagn (16A-16C), mäts med hjälp av en kraftsensor (40).

11. Anordningen enligt krav 1, vari sagda vagn (16) tillhandahålls med ett detekteringselement (48) vilket detekterar närvaron av ett instrument i vagnen (16).

12. Anordningen enligt krav 1, vari sagda instrument kategoriseras med avseende på minst en av följande karakteristiker; tjocklek, färg, struktur, material, identitet och/eller streckkod.

13. Anordningen enligt krav 1 eller 11, vari sagda detekteringselement (48) är en optisk sensor.

14. Anordningen enligt krav 1, vari ett första kopplingselement (26A) anordnas mellan sagda öppning (22) och den första vagnen (16A), ett andra kopplingselement (26B) anordnas mellan den första vagnen ( 16A) och den andra vagnen (16B) och ett tredje kopplingselement (26C) anordnas mellan den andra vagnen (16B) och den tredje vagnen (16C).

15. Anordningen enligt krav 1, bestående av en processenhet (10) för mätning av en longitudinell förflyttning och en rotationsförflyttning hos instrumentet.

16. Anordningen enligt krav 1, bestående av en processenhet (10) vilken tillhandahåller kraftåterkoppling i den longitudinella riktningen och i rotationsriktningen för instrumentet. F:Xšïïgšfâ6~-~~-\P1.6$<š~ê\í7ï66f$4SEï3ÛMC2SfiOC Zišlšfbüâßßflš, 2.56 0 000000 10 15 20 25 30 35 526 011 20

17. Anordningen enligt krav 1, vari sagda instrument är reella med en simulerad ände.

18. Anordningen enligt krav 1, bestående av ett låselement (44) för klämning av ett instrument, vari låselementet (44) är fastsatt på en centralvägg (42).

19. Anordningen enligt krav 1, vari sagda låselement (44) består av ett element för att anbringa ett vridmoment.

20. Anordningen enligt krav 1, vari sagda glídstycke (74) tillhandahålls inuti ett vridmomenthjul (52), vari glidstycket (74) rör sig i longitudinell riktning och är fixerad i rotationsriktningen relativt vridmomenthjulet (52).

21. En metod för simulering av en invasiv Operation med hjälp av en anordning (100) i ett simuleringssystem, sagda anordning (100) anordnas att ta emot ett antal instrument, företrädesvis minst två instrument, anordningen (100) består av: ett antal förflyttningsbara vagnar (16A-16B) motsvarande antalet av sagda instrument, ett spår (20), ett kopplingselement (26), metoden består av stegen av inmatning av ett antal instrument in i sagda anordning (100), mottagning av sagda instrument i varje vagn, vilka är kopplade seriellt, genom att ta emot och låsa minst ett instrument, varje vagn (16A-16C) består av en detekteringsanordning (48) för detektion av typen av sagda instrument inmatad genom sagda kopplingselement (26) och varje vagn består ytterligare av element för att ta emot en rörelse hos sagda instrument och generera en kraft återkopplad till sagda instrument med avseende på en simuleringskarakteristik.

22. Ett simuleringssystem, företrädesvis ett simuleringssystem för invasiv procedur, bestående av minst ett första och andra förflyttningselement (16A-16C), ett styrsystem bestående av: o en första styrning (F1(s)), styrande hastigheten hos sagda första förflyttningselement (16A-16C) till ett satt värde (CDV), F : *tíïplö- --»-\__P1 6644f\P1SSIMSEOQNCZssJàGC 2032-08-03, 2,56 10 15 20 25 30 35 5 2 6 0 7 7 - 222; - 322 ÉU - en andra styrning (F2(s)), för att kombinera ett fel i positionen (CAP) med en hastighet hos sagda andra föregående förflyttningselement (PCAV) till ett satt värde för det första elementet, vari den andra styrningen (F2) styr CDV=C1*(CAP-PCAP) + C2*PCAV, vari Cl och C2 är konstanter.

23. Ett simuleringssystem, företrädesvis ett simuleringssystem för invasiv procedur, bestående av en anordning för detektering av ett instrument som ska simuleras, vari sagda anordning består av identifikationsmedel för identifikation av sagda instrument.

24. Den invasiva proceduren i krav 23, vari sagda anordning för detektering av ett instrument består av minst en IR diod (104) och minst en IR fototransistor (106).

25. Den invasiva proceduren i krav 23, vari sagda identifikationsmedel består av minst en av tjocklek, färg, struktur, material av sagda instrument, identitet och/eller streckkod.

26. Ett simuleringssystem, företrädesvis ett simuleringssystem för invasiv procedur, bestående av element för att ta emot och låsa ett instrument som ska simuleras, en styrenhet (30) bestående av en kraftsensor (40), vari sagda styrenhet (30) styr mot ett börkraftvärde (DF) och en kraft som en användare uppleveri instrumentet mäts med kraftsensorn (40), och en signal från kraftsensorn (40) matas tillbaka in i en styrsllnga för kraftåterkoppling (102) mot ett satt värde.

27. Ett simuleringssystem, företrädesvis ett simuleringssystem för invasiv procedur, en anordning för generering av ett motstånd i ett simulerat instrument, anordningen består av en styrenhet (30), en kraftsensor (40), en styrsllnga för kraftåterkoppling (102) för styrning av en aktuatoranordning för drivning av ett instrumentmottagande element (16) i en riktning, och en styrsllnga för inre kraft (112), vari sagda kraftsensor anordnas för mätning av sagda motstånd, en signal från kraftsensor matas tillbaka till sagda styrsllnga för inre kraft (112) vilken styr, med en återkopplad förstärkning (K) tillhandahållen av sagda styrenhet, mot ett satt kraftvärde (SF) tillhandahållet av sagda styrenhet och sagda styrsllnga för inre kraft (112) styrande sagda aktuator. \P\pl6 ----“-\P1 6644\?16644Sš00__c2s.doc Zišíšßlaüâšfllš, 2.56 10 15 526 017 äßïaßi âlQ

28. Simuleringssystemet enligt krav 28, vari sagda styrenhet (30) styr sagda återkopplade förstärkning (K) för att uppnå ett sagda motstånd.

29. Simuleringssystemet enligt krav 27 eller 28, vari sagda styrenhet (30) styr sagda satta kraft (SF) för att uppnå ett sagda motstånd.

30. I ett simuleringssystem, företrädesvis ett simuleringssystem för invasiv procedur, en anordning för generering av ett motstånd i ett simulerat instrument, en anordning för att ta emot och fixera en del av ett instrument i en anordning för mätning av instrumentröreiser och mata tillbaka en kraft till sagda instrument, sagda anordning består av ett element för klämning av sagda instrument.

31. En anordning enligt krav 30, bestående av ett glidstycke (74), vilket anordnas i ett vridmomenthjul (52), sagda glidstycke (74) är förflyttningsbart i en longitudinell riktning inuti sagda vridmomenthjul (52).

32. Anordningen enligt krav 31, vari sagda glidstycke (74) tillhandahålls med en sammankopplande yta, vilken pressas mot en hylsa (70) vilken griper om sagda instrumentdel. ï-f: \P\pji ê-i-Mälflii. êišwêïifiíi fá6a%4$äší}0_c2s.doc 290ê~~Û8~fš3,