SI20559A - Sistem in postopek za izvajanje simuliranega medicinskega postopka - Google Patents

Abstract

Sistem za simuliranje medicinskega postopka, izvedenega na osebi, ki predstavlja: (a) simulirani organ; (b) simulirani instrument za izvajanje medicinskega postopka na simuliranem organu; (c) lokator za določanje lokacije simuliranega instrumenta znotraj simuliranega organa; in (d) vizulani prikazovalnik za prikazovanje slik iz medicinskega postopka, tako da slike simulirajo vizualne podatke, ki so bili sprejeti med medicinskim postopkom, ki je bil izveden na dejanski osebi, pri čemer vizualni prikaz vključuje: (i) tridimenzionalni model za simulirani organ, pri čemer je model razdeljen v množico segmentov; (ii) nalagalnik za izbiranje vsaj enega iz množice segmentov za prikazovanje, pri čemer je vsaj eden iz množice segmentov izbran v skladu z lokacijo simuliranega instrumenta s simuliranim organom; (iii) krmilnik za izbiranje vsake slike od izbranega segmenta v skladu z lokacijo simuliranega instrumenta; in (iv) prikazovalnik za prikazovanje slike v skladu s krmilnikom.ŕ

Description

SIMBIONIX, Ltd.

Sistem in postopek za izvajanje simuliranega medicinskega postopka

Področje in ozadje izuma

Predloženi izum se nanaša na sistem in postopek za poučevanje in vadenje študentov v medicinskih postopkih in podrobneje na sistem in postopek za vadenje študentov v postopku endoskopije.

Endoskopija in predvsem fleksibilna gastroendoskopija sta primera minimalno invazivnih medicinskih postopkov. Fleksibilna gastroendoskopija je pomembno medicinsko orodje tako za kirurške kot diagnostične postopke v gastrointestinalnem traktu. Gastroendoskopija se v bistvu izvaja, s tem da se vstavi endoskop, ki je upogibna cev, v gastrointestinalni trakt bodisi skozi usta ali rectum osebe. Izurjen zdravnik manipulira cev preko specializiranega krmiljenja. Konec cevi, ki se vstavi v osebo, obsega kamero in eno ali več kirurških orodij, kot je ščipalnik za odstranjevanje vzorcev tkiva od gastrointestinalnega trakta. Zdravnik mora voditi cev glede na slike gastrointestinalnega trakta, ki se sprejemajo od kamere in prikazujejo na video zaslonu. Pomanjkanje neposredne viziualne povratne zanke od gastrointestinalnega trakta je en faktor, ki povzroči, da je endoskopija zapleten in težek postopek za obvladovanje. Takšno pomanjkanje povratne zanke tudi povečuje težavnost koordiniranja roke in očesa in pravilno manipuliranje z endoskopsko pripravo. Tako je fleksibilna gastroendoskopija težek postopek tako za izvajanje kot za učenje.

Sedaj se študenti poučujejo, kako izvajati fleksibilno gastroendoskopijo, po tradicionalnem modelu za medicinsko vzgojo, po katerem študenti opazujejo in asistirajo bolj • izkušenim zdravnikom. Na nesrečo pa takšno opazovanje ne more zagotoviti potrebnega urjenja za tako zapletene medicinske postopke. Študenti lahko izvajajo tudi postopke na živalih in človeških truplih, nič od tega pa ne ponovi vizualnega in tipalnega zaznavanja živega bolnega človeka. Tradicionalno medicinsko urjenje torej ni primemo za modeme tehnološko zapletene medicinske postopke.

V poskusu, da se zagotovi bolj realistično medicinsko urjenje takšnih postopkov, so bile razvite simulacijske priprave, ki težijo k temu, da posnemajo otipna zaznavanja in/ali vizualno povratno zanko za takšne postopke, da se zagotovi izboljšano medicinsko urjenje, ne da bi se ogrožal bolnega človeka. Primer takšne simulacijske priprave je opisan v patentu US 5.403.191, v katerem opisana priprava je škatla, ki vsebuje simulirane človeške organe. Različni kirurški laparoskopski postopki se lahko izvajajo na simuliranih organih. Vizualna povratna zanka je zagotovljeno s sistemom zrcal. Sistem tako vizualne kot otipne povratne zanke pa je v tej pripravi preprost in ne zagotavlja dejanske predstavitve vizualnih in otipnih zaznavanj, ki spremljajo takšne kirurške postopke na bolnega človeka. Poleg tega sama škatla ni realistična predstavitev tridimenzionalne zgradbe bolnega človeka. Opisana priprava je zato pomanjkljiva iz mnogih pomembnih vidikov in ne ustreza potrebam medicinske simulacijske priprave.

Poskusi, da se zagotovi bolj realistična izkušnja z medicinskimi simulacijskimi pripravami, so opisani v PCT patentnih prijavah WO 96/16389 in WO 95/02233. Obe patentni prijavi opisujeta pripravo za zagotavljanje simulacije Iaparaskopskega kirur> škega postopka. Obe pripravi vključujeta model v obliki človeškega torza z različnimi točkami, na katere so nameščeni simulirani kirurški instrumenti. Pripravi pa sta omejeni v tem, da so položaji simuliranih kirurških instrumentov vnaprej določeni, kar ni realistični scenarij. Nadalje vizualna povratna zanka temelji na toku video slik, ki so bile posnete med resničnimi kirurškimi postopki. Takšno preprosto podajanje video slik pa bi imelo za posledico nenatančne ali nerealistične slike, ker bi deli video podatkov morali biti odstranjeni zaradi večje hitrosti obdelave. Alternativno bi video obdelava porabila tako veliko količino računskega časa in virov, da se celoten sistem ne bi bil sposoben odzvati se v realistični časovni periodi na posege študenta. Kot sam minimum bi bila potrebna posebna grafična delovna postaja in ne osebni računalnik (PC). Torej referenca niti ne poučuje ali opisuje primerne vizualne obdelave za vizualno povratno zanko v realnem času za simulirani medicinski postopek.

Na podoben način patent US 4.907.973 opisuje pripravo za simuliranje medicinskega postopka fleksibilne gastroendoskopije. Tudi opisana priprava ima pomanjkljivosti zgoraj navedenih priprav po stanju tehnike, s tem da sistem za vizualno povratno zanko temelji na podajanju video podatkov, ki so vzeti od dejanskih endoskopskih postopkov. Kot je bilo prej omenjeno, bi prikazovanje takšnih podatkov bodisi zahtevalo obsežne računske vire ali pa bi preprosto zahtevalo preveč časa za realistični vizualni povratni odziv. Torej ima opisana priprava prav tako pomanjkljivosti po stanju tehnike.

Dejansko koristna in učinkovita medicinska simulacijska priprava za minimalne invazivne terapevtske postopke, kot je endoskopija, bi omogočala natančno in realistično vizualno povratno zanko postopka v realnem času in bi tudi zagotavljala realistično otipno povratno zanko, tako da bi bila vizualni in otipni sistem natančno povezana za simulacijo kot tudi za dejanski medicinski postopek. Na nesrečo stanje tehnike ne govori ali pa ne zagotavlja takšne simulacijske priprave.

Zato obstoji potreba in bi bilo koristno imeti postopek in sistem za simuliranje minimalno invazivnega medicinskega postopka, kot je endoskopija, pri čemer bi ta postopek študentu omogočal natančno in povezano vizualno ter otipno povratno zanko in bi služil kot sredstvo za urjenje vseh vidikov postopka.

Povzetek izuma

Predloženi izum vključuje postopek in sistem za simuliranje minimalno invazivnega medicinskega postopka endoskopije, predvsem fleksibilne gastroendoskopije. Sistem je izoblikovan za simuliranje dejanskega medicinskega postopka endoskopije kar se da možno natančno, s tem da se zagotovi tako simulirani medicinski instrument, kot tudi otipna in vizualna povratna zanka, ko se izvaja simulirani postopek na simuliranem bolniku.

Po predloženem izumu je zagotovljen sistem za izvajanje simuliranega medicinskega postopka, ki obsega: (a) simulirani organ; (b) simulirani instrument za izvajanje simuliranega medicinskega postopka na simuliranem organu; (c) lokator za določanje lokacije simuliranega instrumenta znotraj simuliranega organa; in (d) vizualni prikaz za prikazovanje slik glede na lokacijo simuliranega instrumenta znotraj simuliranega organa za zagotavljanje vizualne povratne zanke, tako da slike simulirajo dejanske vizualne podatke, ki se sprejemajo med dejanskim medicinskim postopkom, ki se izvaja na dejanski osebi, pri čemer vizualni prikaz obsega: (i) matematični model za modeliranje simuliranega organa po ustreznem dejanskem organu, model, ki je razdeljen v množico segmentov; (ii) nalagalnik za izbiranje vsaj enega izmed množice segmentov prikaza, pri čemer je vsaj eden izmed množice segmentov izbran v skladu z lokacijo simuliranega instrumenta znotraj simuliranega organa; (iii) krmilnik za izbiranje simulirane slike iz segmenta glede na lokacijo simuliranega instrumenta; in (iv) prikazovalnik za prikazovanje simulirane slike.

Vizualni prikazovalnik nadalje prednostno obsega: (v) podatkovno bazo za preslikavo teksture za shranjevanje podatkov za preslikavo teksture; in (vi) stroj za preslikavo teksture za prekrivanje simulirane slike s podatki za preslikavo strukture v bistvu, preden prikazovalnik prikaže simulirano sliko. Bolj prednostno je preslikava strukture animacija naključnega gibanja simuliranega instrumenta in naključnega gibanja simuliranega organa.

Prav tako prednostno preslikava teksture vključuje slike, ki se dobijo z izvajanjem dejanskega medicinskega postopka na dejanski osebi.

Bolj prednostno se slike dobijo, s tem da se najprej zabeležijo vizualni podatki med izvajanjem in nato izberejo slike izmed zabeležnih vizualnih podatkov.

Po prednostnem izvedbenem primeru predloženega izuma matematični model ponazarja množico poligonov, ki so skonstruiranimi v skladu z zlepkom, pri čemer zlepek določa geometrijo matematičnega modela v treh dimenzijah. Prednostno se deformacija v matematičnemu delu, ki ustreza deformaciji simuliranega organa, določi, s tem da se spreminja zlepek. Bolj prednostno je deformacija v simuliranem organu lokalna deformacija, pri čemer se lokalna deformacija simuliranega organa določi po matematičnemu delu, s tem da se dodajo poligoni delu matematičnega modela, tako da se ta del matematičnega dela deformira, da stvori lokalno deformacijo. Bolj prednostno se matematični model skonstruira iz zlepka, s tem da se modelira simulirani organ kot ravna črta in se spreminja zlepek, dokler se matematični model ne prilagodi ustreznemu dejanskemu organu. Kot najbolj prednostno krmilnik izbere simulirano sliko v skladu z vsaj enim predhodnim gibanjem simuliranega instrumenta znotraj simuliranega organa.

Po drugih prednostnih izvedbenih primerih predloženega izuma ima prikazovalnik nadalje grafični uporabniški vmestnik. Prednostno grafični uporabniški vmesnik prikazuje vadbeno informacijo za pomoč pri izvajanju medicinskega postopka.

Po še nadaljnjem prednostnem izvedbenem primeru predloženega izuma je simulirani organ gastrointestinalni trak. Prednostno je gastrointestinalni trakt zgrajen iz semifleksibilnega gladkega materiala. Prav tako prednostno je simulirani instrument endoskop, pri čemer endoskop predstavlja senzor za določanje lokacije senzorja v gastroin6 testinalnem traktu in sistem nadalje obsega: (e) računalnik za določanje vizualne povratne zanke v skladu z lokacijo senzorja.

Prednostno sistem predstavlja tudi mehanizem otipne povratne zanke za zagotavljanje simulirane otipne povratne zanke v skladu z lokacijo konice endoskopa.

Po enem izvedbenem primeru mehanizem otipne povratne zanke je mehanizem otipne povratne zanke vsebovan v gastrointestinalnem traktu in gastrointestinalni trakt nadalje obsega: (i) množico servomotorjev; (ii) bat, na katerega deluje vsak iz množice servomotorjev, pri čemer je bat v dotiku s semifleksibilnim materialom; in (iii) krmilnik za krmiljenje servomotorjev, tako daje položaj bata določen s krmilnikom in da položaj bata zagotavlja otipno povratno zanko.

Alternativno je mehanizem otipne povratne zanke lociran v endoskopu in endosklop nadalje obsega: (i) vodilno cev, ki je priključena na konico endoskopa; (ii) vsaj en kroglični ležaj, ki je pritrjen na vodilno cev za kotaljenje vzdolž notranje površine gastrointestinalnega trakta; (iii) vsaj en linearni motor, ki je pritrjen na vodilno cev; (iv) bat, na katerega deluje linearni motor in ki je v dotiku z notranjo površino gastrointestinalnega trakta; in (v) krmilnik za krmiljenje linearnega motorja, tako da je položaj bata določen z krmilnikom in tako da položaj bata zagotavlja otipno povratno zanko.

Prav tako alternativno mehanizem za otipno povratno zanko predstavljajo: (i) množico obročev, ki obdajajo endoskop, pri čemer ima vsak obroč različen polmer, pri čemer ima vsaj prvi obroč večji polmer od polmera endoskopa in ima vsaj drugi obroč manjši polmer od polmera endoskopa, pri čemer se polmer vsakega izmed množice obročev krmili v skladu s stopnjo napihnjenosti z zrakom vsakega iz množice obročev in polmer obročev določa gibanje endoskopa; (ii) zračno črpalko za črpanje zraka v množico obročev; (iii) vsaj eno cev za povezovanje zračne črpalke z množico obročev;

in (iv) krmilnik zračne črpalke za določanje stopnje napihnjenosti z zrakom množice obročev, s tem da se krmili zračna črpalka.

Prednostno je vsaj ena cev iz dveh cevi, pri čemer prva cev črpa zrak v množico obročev in druga cev sesa zrak iz množice obročev in zračna črpalka črpa zrak v množico obročev in sesa zrak iz množice obročev, tako da je stopnja napihnjenosti z zrakom množice obročev določena z izmeničnim črpanjem zraka v in sesanje iz množice obročev.

Prav tako prednostno je gastrointestinalni trakt v bistvu ravna cev, tako da sta otipna povratna zanka in vizualna povratna zanka v bistvu neodvisni od geometrijske oblike gastrointestinalnega trakta. Prednostno mehanizem otipne povratne zanke deluje v skladu z otipno povratno zanko, ki se dobi med izvajanjem medicinskega postopka na dejanski osebi, pri čemer se otipna povratna zanka dobi s pomočjo rokavic za virtualno realnost.

Po drugih prednostnih izvedbenih primerih sistema po predloženem izumu endoskop nadalje predstavlja ročico za držanje endoskopa in orodne enote, pri čemer orodna enota obsega: (i) simulirano orodje; (ii) kanal za sprejemanje simuliranega originala dejanskega orodja, kot so klešče ali zanka, pri čemer je kanal nameščen v ročaju; (iii) orodno krmilno enoto za zaznavanje gibanja simuliranega orodja, pri čemer je orodna krmilna enota nameščena v kanalu in je orodna krmilna enota v povezavi z računalnikom, tako da računalnik določa vizualno povratno zanko in otipno povratno zanko glede na gibanje simuliranega orodja.

Prednostno orodna krmilna enota zaznava lokacijo simuliranega orodja znotraj gastrointestinalnega trakta, da se zagotovi vizualna povratna zanka.

Bolj prednostno orodna krmilna enota dodatno zazna kotalno gibanje simuliranega orodja, da se zagotovi vizualna povratna zanka.

Po enem izvedbenem primeru orodne krmilne enote orodna krmilna enota nadalje obsega: (1) svetlobni izvor za tvorjenje svetlobe, pri čemer je svetlobni izvor nameščen v kanalu; (2) svetlobno kolo za izmenično blokiranje in deblokiranje svetlobe glede na gibanje simuliranega orodja; in (3) svetlobni detektor za detektiranje svetlobe, tako da računalnik določa gibanje simuliranega orodja v skladu s svetlobnim detektorjem.

Po drugem izvedbenem primeru predloženega izuma je zagotovljen postopek za izvajanje simuliranega endoskopskega postopka, ki obsega korake: (a) zagotavljanje sistema za izvajanje simuliranega endoskopskega postopka, ki obsega: (i) simulirani gastrointestinalni trakt; (ii) simulirani endoskop za izvajanje simuliranega endoskopskega postopka na simuliranem gastrointestinalnem traktu; (iii) lokator za določanje lokacije simuliranega endoskopa znotraj simuliranega gastrointestinalnega trakta; in (iv) vizualni prikaz za prikazovanje slik v skladu s simuliranim endoskopom znotraj simuliranega gastrointestinalnega trakta, tako da slike simulirajo vizualne podatke, ki se sprejemajo med dejanskim medicinskim postopkom, kot se izvaja na dejanski osebi, pri čemer vizualni prikaz vključuje: (1) tridimenzionalni matematični model simuliranega gastrointestinalnega trakta, pri čemer je model razdeljen v množico segmentov; (2) nalagalnik za izbiranje vsaj enega iz množice segmentov za prikaz, pri čemer se vsaj eden iz množice segmentov izbere v skladu z lokacijo simuliranega endoskopa znotraj simuliranega gastrointestinalnega trakta; (3) krmilnik za izbiranje simulirane slike od segmenta v skladu z lokacijo simuliranega instrumenta; in (4) prikazovalnik za prikazovanje simulirane slike glede na krmilnik, tako daje simulirana slika prikazana slika; (b) vstavljanje simuliranega endoskopa v simulirani gastrointestinalni trakt; (c) sprejemanje vizualne povratne zanke glede na prikazano sliko; in (d) sprejemanje otipne povratne zanke glede na lokacijo endoskopa znotraj gastrointestinalnega trakta.

Prednostno se prikazana slika določa glede na vsaj eno predhodno gibanje simuliranega endoskopa znotraj simuliranega gastrointestinalnega trakta.

Po še nadaljnji izvedbeni obliki predloženega izuma je zagotovljen postopek za prikazovanje simuliranih vizualnih podatkov medicinskega postopka, ki se izvaja na dejanskem človeškem organu z dejanskim medicinskim instrumentom, pri čemer postopek obsega korake: (a) zapisovanje dejanskih podatkov od izvajanja dejanskega medicinskega postopka na živem bolnem človeku; (b) odvajanje množice posameznih slik od dejanskih podatkov; (c) digitaliziranje množice individualnih slik, da tvorijo množico digitaliziranih slik; (d) zbiranje vsaj ene iz množice digitaliziranih slik, da tvori izbrano digitalizirano sliko; (e) shranjevanje izbrane digitalizirane slike kot podatkov za preslikavo teksture v podatkovno bazo za preslikavo teksture; (f) zagotavljanje matematičnega modela dejanskega človeškega organa, pri čemer je model razdeljen v množico segmentov; (g) izbiranje enega od množice segmentov iz modela za prikazovanje; (h) prekrivanje podatkov za preslikavo teksture iz podatkovne baze za preslikavo strukture na segment modela, da se tvori vsaj ena rezultirajoča slika; in (i) prikazovanje rezultirajoče slike.

Prednostno se dejanski podatki od izvajanja dejanskega medicinskega postopka izbirajo iz skupine, ki obstoji iz video podatkov, MRI (slikanje z magnetno resonanco) podatkov in CAT (računalniško podprta tomografija) odtipanih pdoatkov.

Bolj prednostno korak (f) nadalje obsega korake: (i) modeliranje dejanskega človeškega organa kot množice poligonov v skladu z zlepkom; (ii) preslikava zlepk na dejanski človeški organ v skladu s tridimenzionalnimi koordinatami; (iii) spreminjanje zlepka, tako da se zlepek prilagodi dejanskim podatkom.

Najbolj prednostno podatki za preslikavo teksture nadalje vključujejo animacijo. Prav tako najbolj prednostno animacija vključuje naključno gibanje dejanskega medicinskega instrumenta in naključno gibanje dejanskega človeškega organa.

Po še nadaljnjem izvedbenem primeru predloženega izuma je zagotovljen postopek za poučevanje določene spretnosti, ki se od študenta zahteva za izvajanje dejanskega medicinskega postopka, pri čemer se dejanski medicinski postopek izvaja z dejanskim medicinskim instrumentom na dejanskem organu z vizualno povratno zanko, pri čemer postopek obsega korake: (a) zagotavljanje simuliranega instrumenta za simuliranje dejanskega medicinskega instrumenta; (b) zagotavljanje simuliranega organa za simuliranje dejanskega organa; (c) odvajanje dela vizualne povratne zanke od dejanskega medicinskega postopka; (d) zagotavljanje dela vidne povratne zanke za simuliranje vizualne povratne zanke; in (e) manipuliranje simuliranega instrumenta znotraj simuliranega organa s strani študenta v skladu z delom vizualne povratne zanke, tako daje gibanje simuliranega instrumenta spretnost, o kateri se poučuje študent.

Prednostno del vizualne povratne zanke vključuje v bistvu manj vizualnih podrobnosti kot vizualna povratna zanka dejanskega medicinskega postopka.

Bolj prednostno je simulirani organ simulacija gastrointestinalnega trakta in je simulirani instrument endoskop.

Najbolj prednostno del vizualne povratne zanke vključuje le geometrijsko obliko notranjosti gastrointestinalnega trakta.

Postopek po predloženem izumu za pripravo modela za simulirani organ in za podajanje vizualne povratne zanke simuliranega organa med simuliranim medicinskim postopkom se lahko opiše kot množica navodil, ki jih izvaja podatkovni procesor. Kot takšna se ta navodila lahko izvajajo v hardveru, softveru ali firmveru ali pa njihovi kombinaciji. V softveru se koraki postopka po predloženem izumu lahko izvajajo v bistvu v kateremkoli primernem programskem jeziku, ki ga lahko preprosto izbere strokovnjak s področja, vključno z C in C++, vendar ne omejeno nanju.

V nadaljnjem se izraz simulirani medicinski postopek nanaša na simulacijo medicinskega postopka, kot se izvaja s sistemom in postopkom po predloženem izumu. V nadaljnjem se izraz dejanski medicinski postopek nanaša na izvajanje medicinskega postopka na dejanskem, živem bolnem človeku z dejanskim endoskopom, tako daje medicinski postopek realen in ne simuliran. V nadaljnjem se izraz ustrezni dejanski organ nanaša na realni organ človeškega bitja ali drugega sesalca, ki se simulira s simuliranim organom po predloženem izumu.

V nadaljnjem naziv endoskopija vključuje, vendar pa ni omejena na to, postopek fleksibilne gastroendoskopije, kot je bilo predhodno opisano, in medicinske diagnostične in kirurške postopke, po katerih se endoskop vstavi v usta ali rectum osebe, da se manipulira znotraj gastrointestinalnega trakta osebe. V nadaljnjem se izraz oseba nanaša na človeka ali nižjega sesalca, na katerem se izvajata ali operirata postopek in sistem po predloženem izumu. V nadaljnjem se izraz študent nanaša na kogarkoli, ki uporablja sistem po predloženem izumu, se uri v skladu s predloženim izumom ali se poučuje v skladu s predloženim izumom, vključno, vendar ne omejujoč na, študente, ki so na medicinski šoli ali univerzi, medicinskega doktorja, izurjenega gastroenterologa ali druge izurjene medicinske specialiste.

Kratek opis risb

Predhodnje in drugo, vidiki in prednosti bodo jasneje iz sledečega podrobnega opisa prednostnega izvedbenega primera po izumu v povezavi z risbami z naslednjimi slikami.

Sl. 1 je značilen prikaz sistema za medicinsko simuliranjem po predloženem izumu; sl. 2 je značilen prikaz zaslonskega prikaza po predloženem izumu; sl. 3A je diagram poteka značilnega postopka po predloženem izumu za pripravo vizualnega modela simuliranega organa in dajanje vizualne povratne zanke in sl. 3B je shematični blok diagram značilne vizualne obdelave in prikazovalnega sistema po predloženem izumu;

sl. 4 je shematični blok diagram značilnega vadbenega sistema po predloženem izumu; sl 5A in sl. 5B prikazujeta značilen simulirani gastrointestinalni trakt v skladu s predloženim izumom.

sl. 6A-C prikazujejo različne vidike izvedbenega primera sistema s povratno zanko sile v skladu s predloženim izumom;

sl. 7A-7D prikazujejo drugi izvedbeni primer sistema s povratno zanko sile v skladu s predloženim izumom;

sl. 8A-8E prikazujejo drugi izvedbeni primer sistema po predloženem izumu; in sl. 9A-9E prikazujejo ilustrativni izvedbeni primer orodne enote v skladu s predloženim izumom.

Kratek opis izuma

Predloženi izum vključuje postopek in sistem za simuliranje medicinskega postopka endoskopije, predvsem fleksibilne gastroendoskopije. Sistem je izoblikovan za simuliranje dejanskega medicinskega postopka endoskopije kar se da natančno, s tem da se zagotovijo tako simulirani medicinski instrument kot otipna in vizualna povratna zanka kot simulirani postopek, ki se izvaja na simuliranem bolniku. Čeprav je razprava usmerjena v smeri medicinskega postopka endoskopije, bi se lahko predloženi izum uporabil tudi za simuliranje drugih vrst minimalno invazivnih medicinskih postopkov.

Sistem po predloženem izumu podaja tako fizikalni model in virtualni model za simuliranje medicinskega postopka endoskopije. Fizikalni model vključuje model, v katerega je vstavljen simuliran endoskop. Simulirani organ je nameščen znotraj modela. Simulirani organ je npr. gastrointestinalni trakt, organ pa lahko po izbiri vključuje simulirani rectum in simulirano debelo črevo za simuliranje postopka fleksibilne gastroendoskopije. Po izbiri in prednostno lahko simulirani organ po izbiri vključuje simulirana usta in zgornji gastrointestinalni trakt. Simulirani endoskop se vstavi v simulirani gastrointestinalni trakt. Simulirani gastrointestinalni trakt vključuje sistem otipne povratne zanke za zagotavljanje realistične otipne povratne zanke v skladu z gibanjem simuliranega endoskopa znotraj simuliranega organa.

Virtualni model zagotavlja virtualno realnost za simuliranje slik od endoskopa. V dejanskem endoskopskem medicinskem postopku pošilja kamera na konici dejanskega endoskopa slike od gastrointestinalnega trakta bolnega človeka. Slike se nato opazujejo s strani zdravnika, ki izvaja endoskopski postopek, in se na ta način zdravniku zagotavlja vidna povratna zanka. Sistem po predloženem izumu zagotavlja virtualno realnost za realistično simuliranje vizualne povratne zanke. Ta vizualna realnost omogoča prikaz realističnih slik v realnem času gastrointestinalnega trakta na video monitorju v skladu z manipulacijami simuliranega endoskopa, prednostno tako, da sta otipna in vizualna povratna zanka povezani, kot bi bili pri bolnem človeku.

Virtualna realnost ima dve glavni komponenti: tridimenzionalni matematični model gastrointestinalnega trakta ali njegov del in podatkovna baza izboljšanih digatiliziranih slik, ki so izvedene iz dejanskih vizualnih podatkov, ki so dobljeni od dejanskih endoskopskih postopkov. Te dve komponenti se kombinirata, da se zagotovi realistična vizualna povratna zanka, s tem da se uporabijo izboljšane slike kot je upodabljanje teksture, da se prekrije matematični model simuliranega organa, pri čemer se na ta način natančno simulirajo slike, ki se dobijo z dejanskim postopkom.

Povratna zanka v virtualni realnosti gastrointestinalnega trakta je predvsem prednostna za simuliranje slik, ker ni vezana na video tokove, kar zahteva obsežno računalniško moč, da bi se vizualna povratna zanka prikazala v realnem času. Poleg tega video tokovi zagotavljajo le vnaprej določeni tok slik in ne morejo zagotavljati vizualnih podatkov s šest prostostnimi stopnjami v realnem času. Nadalje virtualna realnost predloženega izuma ni povezana le z matimatičnim modelom gastrointestinalnega trakta, ki ne more zajeti nepravilnosti in fine vizualne značilnosti dejanskega gastrointestinalnega trakta od bolnega človeka. Tako povratna zanka v virtualni realnosti gastrointestinalnega trakta zagotavlja najboljšo simulacijo realističnih slik v realnem času za vizualno povratno znako.

Podroben opis prednostnih izvedbenih primerov

Predloženi izum se nanaša na postopek in sistem za simuliranje postopka endoskopije, predvsem fleksibilne gastroendoskopije. Sistem vključuje model, v katerega se vstavi simulirani endoskop. Vizualna povratna zanka se zagotovi z video monitorjem, ki prikazuje realistične slike v realnem času v skladu z manipulacijami simuliranega endoskopa. Zagotovljena je tudi realistična otipna povratna zanka, prednostno tako, da sta otipna in vizualna povratna zanka povezani, kot bi bili pri bolnem človeku. Prednostno predloženi izum tudi predstavlja vadbeni sistem za urjenje študentov in preverjanje njihove sposobnosti. Tako sistem in postopek po predloženem izumu zagotavljata realistično simuliranje medicinskega postopka endoskopije za treniranje in preizkušanje študentov.

Osnove in delovanje postopka in sistema po predloženem izumu za medicinsko simulacijo in predvsem za simulacijo medicinskega postopka endoskopije, ki prednostno vključuje sporočanje vadbenih rezultatov in merjenja študentovih spretnosti učitelju ali nadzornemu medicinskemu osebju, se lahko bolje razumejo sklicujoč se na risbe in priloženi opis, pri čemer se razume, da so te risbe podane le v ilustrativne namene in niso mišljene kot omejujoče. Čeprav je spodaj opis omejen na simulacijo debelega črevesa, naj bo nadalje omenjeno, da je to le zaradi jasnosti in ni mišljeno omejujoče na katerikoli način.

Sklicujoč se sedaj na risbe, sl. 1 prikazuje značilen ilustrativen sistem za medicinsko simulacijo po predloženem izumu. Sistem 10 vključuje model 12, ki predstavlja osebo, na kateri je treba izvesti postopek, simulirani endoskop 14 in računalnik 16 z video monitorjem 18. Študent 20 je prikazan v interakciji s sistemom 10, s tem da manipulira simulirani endoskop 14 znotraj modela 12. Kot je nadalje prikazano na sl.

5A in 5B spodaj, model 12 vključuje simulirani organ, v katerega je vstavljen v

simulirani endoskop 14. Študent 20 manipulira simulirani endoskop 14, pri čemer sta otipna in vizualna povratna zanka določeni glede na položaj endoskopa 14 znotraj simuliranega organa (ni prikazan). Vizualna povratna zanka je zagotovljena v obliki prikaza na video monitorju 18. Potrebna podatkovna računanja se izvajajo z računalnikom 16, tako da sta študentu 20 na razpolago realistična otipna in vizualna povratna zanka.

Sl. 2 je značilna ponazoritev zaslonskega prikaza, ki se prikazuje na monitorju 18. Zaslonski prikaz 22 vključuje sl. 24 povratne zanke. Sl. 24 povratne zanke predstavlja vizualno sliko, kot je videna, če bi bil endoskop vstavljen v živega bolnega človeka. Sl. 24 povratne zanke je natančna in realistična simulacija vizualnih podatkov, ki bi se sprejeli od dela gastrointestinalnega trakta v živem bolnem človeku. Čeprav je sl. 24 povratne zanke prikazana v statični sliki, se razume, da je le za ilustrativne namene in da bi dejanski podatki vizualne povratne zanke bili v obliki v bistvu neprekinjenega toka simuliranih slik na osnovi dejanskega toka video podatkov, ki se dobijo iz dejanskega endoskopskega postopka. Tako tok podatkov, ki so predstavljeni na sl. 24 povratne zanke, daje študentu (ni prikazan) realistično vizualno povratno zanko.

Poleg tega zaslonski prikaz 22 prednostno vključuje več GUI (grafični uporabniški vmesnik) značilnosti, ki se nanašajo na prednostne vadbene funkcije po predloženem izumu. Npr., sledilni prikaz 26 izrecno prikazuje položaj simuliranega endoskopa znotraj simuliranega gastrointestinalnega trakta. Sledilni prikaz 26 vključuje shematski gastrointestinalni trakt 28, v katerega je bil vstavljen shematski endoskop 30. Prednostno se lahko sledilni prikaz 26 omogoči ali onemogoči, tako da lahko študent vidi le sledilni zaslon 26, če je sledilna funkcija onemogočena.

Dodatne, opcijske, vendar prednostne značilnosti zaslonskega prikaza 22 vključujejo, da je predvidena tipka 32 pomoč, ki po aktiviranju lahko povzroči prikaz takšne koristne informacije, kot je vodič za krmiljenje endoskopa. Podobno bi prednostni gumb 34 napotek dal študentu enega ali več predlogov, kako naj nadaljuje z izvajanjem medicinsekga postopka. Prednostni gumb 36 ova anamneza bi povzročil, da bi zaslonski prikaz 22 prikazal informacijo, ki se nanaša na eno iz zbirke simuliranih ovih anamnez, ki bi lahko pomagale študentu pri odločanju o nadaljnjem delu. Končno bi prednostni gumb 38 izvajanje povzročil, da bi zaslonski prikaz 22 prikazal pregled in oceno zmogljivosti študenta. Vse izmed teh funkcij so del prednostnega izvedbenega primera vadbenega sistema za urjenje študentov v medicinskem postopku endoskopije, kot je nadalje podrobno opisan na sl. 4.

Sl. 3A in 3B sta shematična blok diagrama značilne vizualne obdelave in prikazovalnega sistema in postopka po predloženem izumu. Sl. 3A je diagram poteka za postopek vizualne obdelave in prikaza v skladu s predloženim izumom in je namenjen kot povzetek postopka, ki se uporablja s sistemom po sl. 3B. Nadaljnje podrobnosti, ki zadevajo posamezne vidike postopka so opisane spodaj z ozirom na sl. 3B.

Postopek in sistem po predloženem izumu zagotavljata rešitev za številne probleme na področju medicinske simulacije, predvsem simulacije postopka gastroendoskopije. Ta postopek vključuje vizualni prikaz notranjega predela gastrointestinalnega trakta, kot je debelo črevo. Debelo Črevo je upogibno telo z ukrivljeno strukturo. Notranja površina debelega črevesa je na splošno deformabilna in je tudi specifično krajevno deformabilna. Vse izmed teh deformacij v prostoru se morajo računati v skladu z matematičnim modelom debelega črevesa in nato podati vizualno v realnem času, da se zagotovi realistični odziv uporabnika z vizualno povratno zanko.

Sl. 3A prikazuje prednostni izvedbeni primer postopka po predloženem izumu za pripravo modela in podajanje vizualne povratne zanke vključno s koraki, ki se zahtevajo za pripravo računalniškega modela debelega črevesa, kot tudi koraki, ki se zahtevajo za prikaz debelega črevesa.

V koraku 1 postopka po predloženem izumu se beležijo dejanski video podatki na video trak med izvajanjem dejanskega medicinskega postopka endoskopije na živem bolnem človeku. Poleg tega bi lahko takšni podatki vključevali tudi MRI (slikanje z magnetno resonanco) in CAT (računalniško podprta tomografija) odtipane podatke iz postopkov, ki se izvajajo na živih bolnih ljudeh.

V koraku 2 se posamezne slike odvedejo, npr. s pripravo za grabljenje slik, in se nato digitalizirajo. V koraku 3 se digitalizirane slike prednostno izberejo po jasnosti in odsotnosti vizualnih umetnih tvorb in se nato sortirajo v podatkovni bazi za preslikavanje teksture. Bolj prednostno se digitalne slike izboljšajo, preden se shranijo. Najbolj prednostno preslikava teksture vključuje tudi animacijo. Takšna animacija lahko simulira učinke, kot sta naključno nihanje tkiva debelega črevesa ali endoskopa, kot tudi takšne dogodke, kot je pretakanje tekočine navzdol pod vplivom teže.

V koraku 4 se stvori tridimenzionalni matematični model človekovega debelega črevesa. V tridimenzionalnem matematičnem modelu debelega črevesa, ki je posebno prednosten za predloženi izum, je poligonalni model takšen kot zlepek. Matematična funkcija predstavlja debelo črevo kot vrsto krivulj, tako da se točke v tridimenzionalni strukturi debelega črevesa preslikajo na zlepek. Debelo črevo se lahko npr. modelira kot ravna črta, ki se deformira, s tem da se spreminja zlepek za model, dokler se model ne prilagodi podatkom. Alternativno se lahko zlepek namesti znotraj debelega črevesa in preslika na debelo črevo. Prednostno se uporabljajo večkratni zlepki, da se npr. modelira spoj želodca in tankega črevesa.

Preslikavanje se lahko izvede v skladu s tridimenzionalnimi kordinatami vzdolž x, y in z osi. Alternativno se lahko preslikava izvede v skladu s koordinatami časa, kota in polmera znotraj debelega črevesa. Mešanica teh dveh vrst koordinat se tudi uporablja opcijsko, v kateri so koordinate npr. čas, x in y. Tako zlepek sam in preslikava od zlepka na debelo črevo se lahko po izbiri spreminjata, da se zagotovi nova in različna vizualna ponazoritev debelega črevesa, npr. da se zagotovi množica teoretičnih testnih primerov za študente, da jih študirajo. Po izbiri se izvaja aberacija v skladu z npr. MRI (slikanje z magnetno resonanco) podatki. Poleg tega se po izbiri in prednostno podatki od MRI in/ali CAT otipovalnih podatkov očistijo in ponovno združijo v skladu z matematičnim modelom, da se natančneje določi geometrija simuliranega debelega črevesa. V bistvu bi lahko vsi ti postopki bili izvedeni avtomatično v skladu s takšnimi podatki ali alternativno, ti postopki pa se lahko izvedejo tudi delno ali v celoti ročno. Prednostni matematični model po predloženem izumu torej dopušča, da se podatki hitro podajajo vizualno na modelu debelega črevesa.

V skladu s posebnim prednostnim izvedbenim primerom predloženega izuma je modelirana zanka samega endoskopskega kabla. Takšna zanka se pojavi, ko oseba, ki izvaja endoskopski postopek, bodisi realen ali simuliran, pomotoma spremeni smer znotraj debelega črevesa, s tem da obme sam endoskop. Takšna zanka je lahko zelo nevarna za bolnika in jo je zato treba zaznati kot del simulacij, da se opozori študent, z navedbo, da je bil postopek izvajan nepravilno in se na ta način povzroča nastanek zanke.

Prednostno se zanka konstruira z zlepkom v skladu s predloženim izumom in se koordinira s povratno zanko sile. Dolžina kabla, ki je bil uveden v debelo črevo, se mora določiti kot dolžina črevesa od rectuma (vstopne točke endoskopa) do trenutnega položaja endoskopa. Velikost zanke se nato izračuna iz razlike teh dveh dolžin in zanka se modelira v skladu z zlepkom.

Postopek in vizualno podajanje debelega črevesa po predloženem izumu vključuje številne korake, ki so opisani spodaj in se izvajajo kot softverske navodila, kijih izvaja podatkovni procesor. Postopek prednostno vključuje korak (prikazan kot korak 5 na sl. 3 A) deljenja debelega črevesa v množico delov. Delitev je izvedena linearno, ker je prostorsko premikanje simuliranega endoskopa omejeno. Z drugimi besedami, simuliran endoskop ne more preskočiti od enega predela debelega črevesa v drugi, temveč mora nadaljevati na linearni način vzdolž simuliranega debelega črevesa.

Poleg tega se lahko simulirani endoskop premakne le s končno hitrostjo skozi simulirano debelo črevo. Endoskop mora torej iti skozi vsak segment tridimenzionalnega modela debelega črevesa zaporedoma pri znani omejeni hitrosti.

Posledice takšnega deljenja so v tem, da je treba obdelati le en segment v danem trenutku, čeprav bi lahko bila v bistvu hkrati obdelovana množica segmentov, če bi bili razpoložljivi računalniški viri. Nadalje delitev zmanjša vizualno obdelavo v mnogo bolj obvladljivo nalogo, ker lahko ta model po izbiri vključuje tisoče poligonov prednostne izvedbene oblike, čeprav ima vsak segment mnogo manj poligonov.

Poleg tega se prednostno izberejo le tisti deli, ki so v vidni liniji kamere in so zato bodisi neposredno vidni ali bodo kmalu postali vidni za vizualno podajanje, da se skrčijo zahtevana računanja za podajanje. Število delov, ki se podajajo, na bolj prednostni način ni vnaprej določeno, ker se pod določenimi pogoji lahko število delov na vidni liniji spreminja. Ko kamera potuje okoli ovinka debelega črevesa, je lahko npr. vidna linija kamere zelo kratka, tako da je treba podati sorazmerno manj delov ali celo manjših takšnih delov.

Nadalje so v koraku 6 opredeljene vizualne značilnosti področja debelega črevesa, ki se otipava s kamero. Prednostno se te vidne značilnosti določijo v skladu s številnimi faktorji, ki vključujejo lokacijo konice endoskopa, ki drži kamero, in smer, v kateri je kamera usmerjan. Nadaljnje pomembne značilnosti vključujejo obliko debelega črevesa, ki se modelira in zgodovino gibanja kamere skozi debelo črevo. Z ozirom na poznejši dejavnik imajo predhodna gibanja endoskopa skozi debelo črevo, kot so določena z dejanji študenta, vpliv na področje debelega črevesa, ki se opazuje s kamero v poljubnem danem trenutku. Če je npr. študent povzročil zanko z nepravilnim delom z endoskopom, kot je bilo prej opisano, se ta zanka lahko pravilno simulira le z vključitvijo zgodovine gibanj, da se določi vizualna povratna zanka.

V koraku 7 se prednostno analizira lokalna deformacija na vsaj enem izmed tistih delov, da se določi, ali takšna deformacija prizadane sam zlepek. Preslikane koordinate se nato hitro pretvorijo od časa, kota in polmera na x, y in z. Nadalje se v koraku 8 prednostno določa lokalna deformacija tkiva v debelem črevesu preko interpolacije polmera, da se določi stopnja takšne deformacije. Ker čas, kot in polmer morda ne dajo dovolj informacije, da bi se izvedlo takšno računanje, se opcijsko in prednostno prostornina debelega črevesa dodatno spremeni v skladu z vnaprej določenimi matematičnimi modeli.

Za deformacije na zelo lokalnem merilu, kot je točka dotika med konico endoskopskega instrumenta in debelim črevosom pri nizki stopnji sile s strani instrumenta, se prednostno poveča nivo podrobnosti v področju, s tem da se doda več poligonov izračunom, ki se izvajajo z modelom, da bi bilo mogoče raztegniti vse ali predvsem točke v neposrednem področju brez popačitve. Raztezanje se prednostno izvede v skladu z vnaprej določeno funkcijo, ki prednostno omogoča, da se model zlepka spremeni lokalno.

Ta prednostni postopek za modeliranje raztezanja debelega črevesa se lahko uporabi tudi na modelu lokalnih področij z nepravilnostjo, kot je polip. Polipi se lahko preslikajo točka za točko na model črevesa, s čimer se prilagodi vidna predstavitev tkiva, da se prilagodi tako sam polip in strukturne spremembe tkiva pri osnovi polipa.

Nadalje so v koraku 9 uporabljeni različni tipi podatkov, ki so bili predhodno opisani, da se dejansko upodobijo vizualni podatki na debelo črevo. Sprva preslikava takšnih podatkov na model opcijsko in prednostno vključuje nekatere prilagoditve, ki se izvedejo ročno s strani programerja programske opreme. Alternativno bi takšna preslikava lahko bila izvedena v celoti avtomatsko.

V koraku 10 se preslikava teksture iz podatkovne baze prekrije na velik kos modela. Prednostno takšna preslikava strukture vključuje tako digitalizirane slike kot dodatno animiranje. V koraku 11 so prikazane rezultirajoče slike. Kot je bilo predhodno omenjeno, se slike prikazujejo v neprekinjenem toku v skladu z lokaliziranjem simuliranega endoskopa znotraj simuliranega gastrointestinalnega trakta. Kot je bilo prav tako predhodno omenjeno, se takšna preslikava koordinat prednostno izvede v skladu z matematičnim modelom debelega črevesa, kije bolj prednostno zlepek.

Sl. 3B bolj podrobno prikazuje sistem za vizualno obdelavo in prikazovanje v skladu s predloženim izumom. Sistem 40 za vizualno obdelavo in prikazovanje vključuje zaslonski prikaz 22 za prikazovanje obdelanih vizualnih podatkov. Vizualni podatki se konstruirajo na naslednji način. Najprej se podatki zabeležijo od dejanskih gastroendoskopskih postopkov na video trak, kot je prikazano v zapisovalnem bloku 42. Podatki se prednostno shranijo na super-VHF video traku, da se dobi najbolj kakovostna predstavitev vizualnih slik, ki se prikažejo na zaslonu med dejanskim endoskopskim postopkom, kot je prikazano v bloku 44. Nadalje se vsaj del okvirov video traku in prednostno v bistvu vsi okviri odvedejo posamično s pripravo 46 za grabljenje slike, da se stvorijo digitalizirane slike. Posamezne digitalizirane slike se lahko nato izberejo zaradi jasnosti in pomanjkanja umetnih tvorb, kot so odboji od samega endoskopskega aparata. Slike v izbranih okvirih se nato prednostno izboljšajo in dodajo podatkovni bazi 48 za preslikavo strukture.

Prednostno se v podatkovni bazi shranjujeta dva tipa preslikave teksture. Prvi tip preslikave teksture je namenjen izboljšanju realističnih vizualnih vidikov slik, npr. z odstranjevajem vizualnih umetnih tvorb. Drugi tip preslikave teksture je namenjen simuliranju obnašanja živega organa in realnega endoskopa, kot je predstavljeno z blokom 50. Med dejanskimi endoskopskimi postopki na živem bolnem človeku se debelo črevo nekoliko premika in sam endoskop niha in se premika sem in tja. To gibanje se vizualno simulira z dodajanjem naključne animacije slik in tudi z dodajanjem takšnih efektov, kot je tekočina, ki teče navzdol pod vplivom teže. Takšno animiranje povečuje realistično naravo vizualne predstavitve debelega črevesa.

Da se izboljšane slike pravilno prikažejo, morajo slike ustrezati manipulaciji in lokaciji simuliranega endoskopa znotraj simuliranega debelega črevesa. Predvsem preslikava teksture za slike naj ustreza lokaciji endoskopa znotraj debelega črevesa. Takšno ustrezanje med lokacijo endoskopa znotraj debelega črevesa in preslikavo teksture se zagotavlja s strojem 52 za preslikavo teksture. Do podatkov za preslikavo teksture zatem zlahka pristopi prikazovalni del vizualnega sistema 40, kot je prikazano z blokom 54.

Kot je bilo omenjeno za priprave po stanju tehnike, pa bi preprosto reproduciranje izbranih izboljšanih okvirov v obsežnem video toku hitro prenapolnilo računalniške vire in povzročilo, da bi vizualni prikaz postal nesinbroniziran glede na fizično lokacijo simuliranega endoskopa. Nadalje takšen video tok ne bi omogočil pravilnega prikaza slik v skladu s premikanjem endoskopa, ki ima prednostno šest prostostnih stopenj. Zgolj reprodukcija torej ne zadostuje, da bi se zagotovile realistične slike, celo kadar so preslikane na tridimenzionalno površino.

Sistem 40 za vizualno obdelavo in prikazovanje prednostno vključuje tridimenzionalni matematični model vsaj dela gastrointestinalnega trakta 56, bolj prednostno skonstruiranega, kot je opisan na sl. 3 A. Zaradi diskusije je model 56 tukaj opisan kot tridimenzionalni model debelega črevesa, pri čemer se razume, da se s tem ne misli na omejitev v katerikoli smeri. Model 56 prednostno prikazuje številne segmente 58, bolj prednostno številne takšne segmente 58.

Ko se simulirani endoskop premika vzdolž simuliranega debelega črevesa, se lokacija endoskopa podaja lokatorju 60, ki je podrobneje opisan spodaj. Lokator 60 nato daje navodila predmetnemu nalagalniku 62, da naloži ustrezni segment 58 za dostop s strani vizualnega sistema 40, kot je prikazano na bloku 54 in predhodno opisano. V prikazanem prednostnem izvedbenem primeru so prednostno trije segmenti 58 pripravljeni, da dostopi predmetni nalaganik 62 v poljubnem danem momentu. Specifični segment 58, v katerem je trenutno nameščen endoskop, se prednostno drži v

DRAM ali RAM, v povezavi s predhodno opisano preslikavo teksture. Tudi naslednji segment 58 in predhodni segment 58 sta prednostno shranjena na lahko dotopni lokaciji, čeprav ne nujno v RAM ali DRAM.

Prednostno je prikaz vsake slike specifičnega segmenta 58, v katerega je vstopil simulirani endoskop, optimiziran s segmentnim optimizatorjem 64. Segmentni optimizator 64 sprejema informacijo od lokatorja 60, kot tudi vrsto slik, ki se dobijo od prekrivanja preslikave teksture na ustrezni segment 58 in nato odda vsako specifično sliko prikazovalnemu upravljalniku 66 za prikaz na zaslonskem prikazu 22.

Poleg tega je prikazovalni upravljalnik 66 spremljan z opazovalnikom 68 v realnem času, prednostno izvedenem v Direct 3D™ (Microsoft, Seattle, Washington). Opazovalnik 68 v realnem času zagotavlja potrebno računalniško podporo za komuniciranje z grafično kartico 70 za dejansko prikazovanje slik na zaslonskem prikazovalniku 22. Čeprav je grafična kartica 70 lahko od kateregakoli primernega proizvajalca, ima prednostno grafična kartica 70 vsaj 8 in bolj prednostno vsaj 16 Mb VRAM, da se doseže optimalno delovanje. Primer primerne grafične kartice 70 je 'T'» Z

3Dfx Voodoo Rush kartica. Prednostno se delovanje opazovalnika 68 v realnem času izboljša z matematičnim optimizatorjem 72, prednostno izvedenim v Visual C++.

Interakcija med segmentnim optimizatorjem 64 in prikazovalnim upravljalnikom 66 na eni strani in lokatorjem 60 na drugi strani se zagotovi preko softverskega vmesnika 74. Softverski vmesnik 74 omogoča lokatorju 60, da komunicira z zunanjimi komponentami vizualnega sistema 40, da se zagotovi informacija glede lokacije endoskopa znotraj debelega črevesa.

V prednostnih izvedbenih primerih predloženega izuma lokator 60 vključuje senzor 76, ki je npr. od Ascension Technology Corp. Senzor 76 zaznava pozicijsko informacijo znotraj simuliranega organa 77, ki je tukaj opisan kot debelo črevo zaradi diskusije in zato ne razume omejujoče. Senzor 76 je krmiljen s krmilno enoto 82.

Pozicijska informacija je nato posredovana CPU krmilniku 78, ki je povezan s servomotorjem 80 (Haydon Switch and Instrument Co.). Ko se simulirani endoskop premika skozi debelo črevo, se endoskop dotika različnih delov debelega črevesa (ni prikazano; glej sl. 5 in 6 spodaj). Otipna povratna zanka se zagotovi z vsakim servomotorjem 80, ki deluje na material debelega črevesa.

Vizualni sistem 40 tudi vključuje uporabniški vmesnik 84, ki je prednostno izveden v Visual C++. Uporabniški vmesnik 84 vključuje GUI značilnosti, ki so bile predhodno opisane pri sl. 2. Poleg tega uporabniški vmesnik 84 omogoča, da vizualni sistem 40 interagira s prednostno značilnostjo omrežnega vmesnika 86, npr. tako lahko študent vidi zaslonski prikaz 22 preko omrežja. Uporabniški vmesnik 84 tudi omogoča vadbene funkcije vsaj enega in prednostno več vadbenih modulov, da se aktivirajo. Vadbeni modul 88 lahko vključuje poseben scenarij, kot npr. osebo z rakom na debelem črevesu, tako da bi lahko bili študentu predstavljeni različni tipi diagnostičnih in medicinskih izivov. Študent bi nato moral pravilno odgovoriti na predstavljeni scenarij.

Primer vadbenega primera je podrobneje prikazan v blokovnem diagramu sl. 4. Vadbeni sistem 90 začenja, kot je prikazano v bloku 92. Nadalje mora uporabnik izbrati, ali želi dejansko interakcijo s simuliranim endoskopom ali pa ima raje, da sprejme vajo v teoriji endoskopije, kot je prikazano na bloku 94. Naslednji prikaz vpraša, ali je uporabnik nov, kot je prikazano v bloku 96. Če je odgovor da, se od uporabnika zahteva, da vnese določeno informacijo, kot je prikazano z blokom 98. Če je odgovor ne, se od uporabnika zahteva, da vnese identifikacijsko informacijo, kot je uporabniško ime ali identifikacijska številka, kot je prikazano v bloku 100.

Nadalje mora uporabnik izbrati tip vadenja. Uporabnik bi lahko npr. izbral vadenje 102 z osebo, vadenje 104 s postopki ali vadenje 106 z raziskavami primerov. Vadenje 102 z osebo vključuje, vendar pa ni omejeno na takšne osebe, kot je bazično manipuliranje endoskopa, biopsija ali polipektomija. Vadenje 102 z osebo vključuje zaslonsko podporo, kot je prikazano v bloku 108.

Vadenje 106 z raziskavami primerov se lahko izbere tako v skladu s številko primera in v skladu z nivojem željenega primera, kot je za začetnika, vmesno stopnjo in eksperta. Posamezni študiji primerov bi bili prednostno stvorjeni s strani učitelja ali profesorja s kombiniranjem značilnosti različnih shranjenih primerov. Profesor bi lahko npr. stvoril zgodovino primera ustrezno za 20 let starega moškega s kolitisom, tako da bi nato študent lahko prakticiral endoskopijo na takšnem bolniku. Vadbeni sistem 90 ima torej prednostno gibčnost, da omogoča, da se študirajo različni tipi bolnikov.

Po želji se lahko zaslonska podpora zagotovi tako za vadenje 106 raziskave primerov kot tudi za vadenje 104 postopkov, kot je prikazano v bloku 110. Če se ne zahteva zaslonska podpora, lahko uporabnik nakaže, ali je vadbena seja dejansko uradni tekst, kot je prikazano v bloku 112. Vadbeni sistem 90 torej vključuje tako zmožnost, da se študent poučuje, kot tudi zmožnost, da se testira.

Po prednostnem izvedbenem primeru predloženega izuma vadbeni sistem tudi vključuje poenostavljeno verzijo simuliranega endoskopskega postopka za poučevanje primernega manipuliranja z endoskopom v skladu z vizualno povratno zanko kot tudi za usposabljanje študenta, da razume korespodenco med vizualno povratno zanko in otipno povratno zanko. Ta poenostavljena verzija bi poudarila delovanje in obvladanje ene ali več specifičnih nalog, kot je manipuliranje endoskopa skozi debelo črevo.

Ta prednostni izvedbeni primer bi bil lahko posplošen na postopke za poučevanje določene spretnosti, ki se pri študentu zahteva za izvajanje dejanskega medicinskega postopka. Ta postopek bi vključeval korak odvajanja dela vizualne povratne zanke dejanskega medicinskega postopka, ki bi prednostno vključeval manj vizualnih podrobnosti, kot celota vizualnega povratka, dobljenega z izvajanjem medicinskega postopka. Ta del vizualne povratne zanke bi prednostno omogočil študentu, da se nauči gibanja instrumenta kot tudi zahtevane spretnosti.

Poenostavljena verzija morda opcijsko npr. ne predstavlja mnogo ali celo večine vizualnih podrobnosti debelega črevesa kot vizualne povratne zanke. Namesto tega bi bilo debelo črevo prednostno predstavljeno kot gladka cev sorazmerno brez značilnosti, ki ima geometrijo in razsežnosti debelega črevesa, da se korelira gibanje simuliranega endoskopa skozi notranji prostor debelega črevesa. Bolj prednostno bi bila poenostavljena verzija izvedena kot igra, v kateri bi bili študenti nagrajeni s točkami za pravilno manipuliranje endoskopa in bi bili kaznovani za nepravilne manipulacije. Tako bi študent imel možnost, da se nauči manipulacij, ki se zahtevajo za uspešno endoskopijo, ne da bi bile odvzete vizualne podrobnosti, brez pritiska in celo v zabavnem okolju.

Sl. 5A in 5B prikazujeta mehanski aspekt značilnega simuliranega gastrointestinalnega trakta v skladu s predloženim izumom. Pogled na prerezani model 114 je prikazan na sl. 5A. Prednostno je model 114 širok okoli 1 m, kar je v okviru razsežnosti dejanske človeške osebe. Simulirani gastrointestinalni trakt 116 je prikazan znotraj modela 114. Zaradi jasnosti simulirani gastrointestinalni trakt 116 vključuje le debelo črevo, pri čemer se razume, da se pri tem ne misli na omejitev v katerikoli smeri. Simulirani gastrointestinalni trakt 116 je povezan z oddajnikom 118 in pripravo 120 za procesiranje signalov, ki je tudi nameščena znotraj modela 114. Kot je prikazano, se lahko simuliran endoskop 122 vstavi v model 114 skozi odprtino 124. V tem primeru, ker je simulacija pripravljena za endoskopijo debelega črevesa osebe, odprtina 124 simulira rectum te osebe.

Simuliran endoskop 122 se lahko vodi levo, desno, gor in dol. Prednostno je simulirani endoskop 122 dolg okoli 1800 cm, podobno dolžini dejanskega endoskopa. Prednostno je premer konice simuliranega endoskopa 122 okoli 13,4 mm, medtem ko ima preostanek endoskopa 122 premer okoli 10,2 mm, ponovno podobno dimenzijam dejanskega endoskopa.

Ko je simulirani endoskop 122 vstavljen v simulirani gastrointestinalni trakt 116, lahko senzor 76 na konici simuliranega endoskopa 122 zazna lokacijo simuliranega endoskopa 122. Senzor 76 ima prednostno tri prostostne stopnje, bolj prednostno pa šest prostostnih stopej za učinkovito simuliranje manipuliranja z endoskopom 122. Če ima senzor 76 šest prostostnih stopenj, zaznane smeri orientacije vključujejo kartezijske koordinate X, Y, Z kot tudi kot prečnega nagiba, elevacijo in azimut. Senzor 76 prednostno dodatno vključuje senzorski oddajnik 126, tako da se natančen kot in lokacija senzorja 76 lahko določita glede na gastrointestinalni trakt 116. Senzorski oddajnik 126 oddaja podatke pripravi 120 za obdelavo signala, ki nato analizira in obdela signal. Obdelani signal se nato prenese oddajniku 118 za prenos do elektronske enote 128 in enosmerne gonilne enote 130. Signal se pretvori z enosmerno gonilno enoto 130 in se preda elektronski enoti 128. Elektronska enota 128 nato pošilja položaj in orientacijo senzorja 76 softverskemu vmesniku 74, tako da je preostanek prikazovalnega sistema primeren za uporabo informacije, da se prikažejo pravilne slike na prikazovalnem zaslonu 22 za vizualno povratno zanko.

Predloženi izum zagotavlja tako vizualno povratno zanko kot tudi otipno povratno zanko. Otipna povratna zanka se lahko zagotovi z izvajanjem sile na simulirani endoskop 122 preko simuliranega gastrointestinalnega trakta 116, kot je prikazano na sl. 6A-6C. Alternativno bi otipna povratna zanka lahko bila zagotovljena z mehanskim delovanjem simuliranega endoskopa 122, kot je prikazano na sl. 7A-7D. Za prvi izvedbeni primer je simulirani gastrointestinalni trakt 116 prednostno izveden iz semifleksibilnega materiala, ki daje občutek gladkega in mokrega materiala. Seveda so lahko dejanski občutki drsenja vzdolž semifleksibilnega, gladkega, mokrega materiala zagotovljeni tudi preko mehanizma samega endoskopa 122, npr. v drugem izvedbenem primeru.

Dodatni izvedbeni primer gastrointestinalnega trakta 116, v katerem je trakt 116 nameščen znotraj škatle 132 in ne znotraj modela 114, je prikazan na sl. 5B. Prednost škatle 132 je v tem, da bi škatla 132 lahko služila, da bi vsebovala kakršnekoli radijske valove, tako da bi bil mehanizem gastrointestinalnega trakta 116 lahko krmiljen s prenosom npr. radijskih valov. Ker je določena medicinska oprema zelo občutljiva na te radijske valove, bi ti morali ostati znotraj modela 114. Škatla 132 bi torej delovala v tem smislu, da bi izolirala gastrointestinalni trakt 116 od zunanje okolice izven modela. Podrobnosti gastrointestinalnega trakta 116 so bolje razvidne na sl. 6A, pri čemer se razume, da sl. 5 A, 5B in 6A ponazarjajo isti gastrointestinalni trakt 116.

Sl. 6A prikazuje gastrointestinalni trakt 116 v skladu s prvim izvedbenim primerom, v katerem je otipna povratna zanka zagotovljena s silami, ki delujejo na simulirani endoskop 122 z mehanizmom, ki je vsebovan v samem gastrointestinalnem traktu 116. Simulirani gastrointestinalni trakt 116 je izveden iz semifleksibilnega materiala. Mnogo gibalnih škatel 134 je razloženih v intervalih vzdolž zunanje površine gastrointestinalnega trakta 116. Zaradi ilustracije je prikazanih sedem gibalnih škatel 134. Vsaka gibalna škatla 134, ki je prikazana podrobneje na sl. 6B, ima vsaj enega in prednostno več servomotorjev 80, ki so prednostno linearni motorji.

Vsak servomotor 80 je povezan z batom 136. Podrobnost bata 136 je prikazana povečano na sl. 6B. Vsak bat 136 je povezan z nogo 138, ki je v dotiku z delom materiala zunanje površine gastrointestinalnega trakta 116. Prednostno je noga 138 dejansko pritrjena na del materiala zunanje površine zaradi lažjega manipuliranja z materialom.

Prednostno sta dva različna tipa batov 136. Prvi tip, od katerega sta dva prikazana v ilustrativni namen, je navpičen bat 140 za izvajanje sile, da povzroča navpično gibanje dela zunanje površine gastrointestinalnega trakta 116. Drugi tip, od katerega je eden prikazan za ilustrativni namen, je vodoravni bat 142 za izvajanje sile za povzročanje vodoravnega gibanja dela zunanje površine gastrointestinalnega trakta 116. V prednostnem izvedbenem primeru, ki je prikazan, je servomotor 80 nihajoči motor, ki je nameščen neposredno ob material gastrointestinalnega trakta, tako da bat 142 za izvajanje vodoravne sile vključuje le motor brez strukture, ki je podobna batu 140 za izvajanje navpične sile. Ker ima vsak bat 136 prirejeni servomotor 80, se lahko potrebno navpično in vodoravno gibanje zunanje površine gastrointestinalnega trakta 116 natačno določi z aktivnostjo servomotorja 80.

Vsak bat 136 ali prednostno pritrjena noga 138 je v dotiku z materialom gastrointestinalnega trakta 116, da manipulira ta material, da izvaja silo proti endoskopu (ni prikazano). Kot je prikazano na sl. 6B, bi lahko npr. prvi bat 144 za izvajanje navpične sile bil premaknjen bliže k servomotorju 80, medtem ko bi drugi bat 14 za izvajanje vertikalne sile bil premaknjen proč od servomotorja 80. Ta gibanja spreminjajo položaj materiala gastrointestinalnega trakta 116 in povzročajo sile, ki jih je treba izvajati proti simuliranemu endoskopu podobno, ali identično tistim, ki se jih čuti med dejanskim endoskopskim postopkom. Bat 142 za izvajanje vodoravne sile, ki je prednostno sam oscilirajoči servomotor, kot je prikazan, poleg tega premika vodoravno, da zagotovi bolj kočljivo fino prilagajanje občutkov otipne povratne zanke. Ker so servomotorji 80 razmeščeni preko tridimenzionalne površine gastrointestinalnega trakta 116, se lahko sila na endoskop izvaja v treh dimenzijah.

Delovanje servomotorja 80 pa je krmiljeno z digitalnim krmilnikom 82. Digitalni krmilnik je lahko kartica, vstavljena znotraj osebnega računalnika PC, ki izvaja zahtevane račune, ki so potrebni za simuliranje medicinskih postopkov. Softver, s katerim deluje PC računalnik uporablja pozicijsko in orientacijsko informacijo od senzorjev 76 o simuliranem endoskopu 122, da določi položaj simuliranega endoskopa 122. Nadalje programska oprema pošilja navodila digitalnemu krmilniku v skladu z željenimi otipnimi občutki, ki naj jih čuti operator simuliranega endoskopa v tistem določenem položaju znotraj simuliranega gastrointestinalnega trakta 116. Digitalni krmilnik 82 nato povzroča, da vsaj en servomotor 80 premika povezani bat 136, kot je potrebno, da se zagotovijo občutki otipne povratne zanke.

Digitalni krmilnik 82 je lahko povezan s servomotorji 80 preko neke vrste sevanj, kot je npr. infrardeča svetloba. Omejitve na sevanje določenih valovnih dolžin, kot so radijski valovi, pa znotraj bolniščničega ali medicinskega okolja povzročijo, da je povezava z dejansko žico, ki teče od digitalnega krmilnika 82 do vsakega servomotorja 80 bolj prednostna. V značilnem izvedbenem primeru, ki je prikazan na sl. 6B, je vsak servomotor 80 povezan z žico s krmilnikom 144 gibalne škatle. Krmilnik 144 gibalne škatle je nato prednostno povezan z digitalnim krmilnikom 82 preko ene same žice (ni prikazana). Ta konfiguracija omejuje število posameznih povezav, ki so izvedene z digitalnim krmilnikom 82 zaradi večje učinkovitosti.

Sl. 6C prikazuje v povečavi in prirezanem pogledu servomotor 80, ki je prednostno linearni motor, kot je bilo omenjeno predhodno. Servomotor 80 je prednostno okoli 100 mm širok in okoli 45 mm visok.

Sl. 7A-7D prikazujejo drugi izvedbeni primer mehanizma za zagotavljanje otipne povratne zanke. V tem izvedbenem primeru je mehanizem vsebovan znotraj samega endoskopa in ne simuliranega gastrointestinalnega trakta. Podobno predhodnemu izvedbenemu primeru bi simulirani gastrointestinalni trakt lahko bil vsebovan v modelu v bistvu naravne velikosti z odprtino za simuliranje rectuma. Nadalje naj s stališča študenta ali drugega posameznika, ki upravlja s simuliranim endoskopom, oba izvedbena primera dajeta primemo simulacijo za medicinski postopek. Kot je podrobno opisano spodaj, pa se razlikuje dejanski mehanizem za zagotavljanje otipnega dela simulacije.

Sl. 7A prikazuje drugi izvedbeni primer simuliranega endoskopa 146. Premiki in delovanja simuliranega endoskopa 146 so krmiljeni z naborom krmilnih ročic 148. Konica simuliranega endoskopa 146 je vsebovana znotraj vodilne cevi 150. Vodilna cev 150, kije podrobneje prikazana na sl. 7B, prednostno ostaja znotraj simuliranega gastrointestinalnega trakta (ni prikazan; glej sl. 7C), da vzdržuje realističen vizualni izgled simuliranega endoskopa 146 pred vstavitvijo v model (ni prikazan). Prednostno ima konica endoskopa 146 pritrjeno kovinsko objemko 152, ki je lahko opremljena z napisom vzorec ali z drugim napisom, da se pojasni, da je endoskop 146 le simulacija in ni dejanski medicinski instrument. Notranjost vodilne cevi 152 je prednostno magnetizirana, npr. z električnim tokom. Ko je konica endoskopa 146 vstavljena v model, je tako kovinska objemka 152 privlačena k vodilni cevi 150, tako da vodilna cev 150 ostane pritrjena na konico endoskopa 146.

Vodilna cev 150 ima vsaj enega in prednostno več krogličnih ležajev 154, ki so pritrjeni na zunanjo površino vodilne cevi 150. Poleg tega ima vodilna cev 150 vsaj en in prednostno več pritrjenih plunžerjev 156. Kot je podrobno prikazano na sl. 7B, en konec vodilne cevi 150 prednostno prikazuje prerez fleksibilnega materiala 158. Kot je prikazano, je konica endoskopa 146 prednostno vstavljena skozi vodilno cev 150. Konica endoskopa 146 predstavlja senzor 76 kot za predhodni izvedbeni primer simuliranega endoskopa.

Sl. 7C predstavlja simulirani endoskop 146 po vstavitvi v drugi izvedbeni primer simuliranega gastrointestinalnega trakta 160. Simulirani gastrointestinalni trakt 160 je prednostno skonstruiran iz togega materiala. Poleg tega ima simulirani gastrointestinalni trakt 160 prednostno splošno anatomsko obliko in značilnosti dejanskega gastrointestinalnega trakta iz dveh razlogov. Prvič, splošna anatomska oblika je lahko laže nameščena v modelu, ker se zvija in obrača. Drugič, splošna anatomska oblika lahko zagotovi močno otipno povratno zanko. Ko se katerikoli endoskop vstavi globlje v debelo črevo, npr. oblika debelega črevesa povzroči, da se otipna zaznavanja spremenijo, ko se endoskop premika okoli zavoja debelega črevesa. Splošna anatomska oblika je zato bolj uporabna za učinkovito simulacijo.

Ko se endoskop 146 premika znotraj simuliranega gastrointestinalnega trakta 160, vodilna cev 150 omogoča operaterju, da povratno sprejema otip na naslednji način. Kroglični ležaji 154 se kotalijo vzdolž notranje površine gastrointestinalnega trakta 160. Vsak kroglični ležaj 154 ima pet prostostnih stopenj gibanja. Vsak plunžer 156 je povezan z linearnim motorjem 162, kot je prikazano v prerezu na sl. 7D. Linearni motor 162 je krmiljen na podoben način kot servomotor po predhodnem izvedbenem primeru. Po sprejemu signalov od računalnika povzroči linearni motor 162, da se plunžer 156 giblje navpično in s tem povzroči operaterju simuliranega endoskopa 146 otipno povratno zaznavo. Vodilna cev 150 torej povzroči otipno povratno zaznavo, ki jo je treba prenesti nazaj skozi endoskop 146.

Poleg tega, kot je bilo omenjeno zgoraj, ima vodilna cev 150 prednostno prerez fleksibilnega materiala 158. Prerez fleksibilnega materiala 158 povzroči, da konica endoskopa 16 naleti na nek upor v določenih okoliščinah, kot tedaj kadar je konica obrnjena nazaj glede nase. Prerez fleksibilnega materiala 158 torej omejuje gibanje konice od določenih kotov.

Prednosti tega drugega izvedbenega primera so v tem, da je večina otipnih zaznav določena s samim endoskopom, tako da so lahko laže nadzorovane z osebnim računalnikom PC. Takšne anatomske značilnosti, kot je fistula, se lahko nadalje dodajo v skladu z navodili iz računalnika brez potrebe, da bi se spremenil fizikalni model simuliranega gastrointestinalnega trakta. V določenih okoliščinah bo tkivo dejanskega debelega črevesa potiskalo endoskop nazaj, pri čemer gre za položaj, ki je lahko precej laže ponazorjen v drugem izvedbenem primeru. Drugi izvedbeni primer simuliranega gastrointestinalnega trakta in endoskopa je zato bolj fleksibilen v pogledu ponazarjanja večje raznolikosti anatomskih značilnosti in pogojev.

Sl. 8A-8E prikazujejo še nadalnji in posebno prednostni izvedbeni primer simuliranega endoskopa in debelega črevesa v skladu s predloženim izumom. Sl. 8A prikazuje prednostni sistem za medicinsko simuliranje v skladu s predloženim izumom. Sistem 164 vključuje model 166, ki predstavlja osebo, na kateri je treba izvajati postopek, simulirani endoskop (ni prikazan, glej sl. 8D) in računalnik 168 z video monitorjem 170. Model 166 prednostno vključuje otipljivo področje 172 za določanje lokacije simuliranega endoskopa z otipanje abdominalnega področja modela 166. Otipljivo področje 172 je prednostno predstavljeno s svetlobo (ni prikazano), tako da svetloba prikazuje dejansko lokacijo simuliranega endoskopa, ko je študent določil položaj simuliranega endoskopa.

Model 166 tudi vključuje simulirani organ 174, v katerem je vstavljen simulirani endoskop. Prednostno je simulirani organ 174 debelo črevo, ki je bolj prednostno skonstruirano kot ravna cev s povratno zanko v pogledu sile, kot se zahteva za zavoje v debelem črevesu, ki je predvidena z mehanizmom 176 za povratno zanko v pogledu sile. Bolj prednostno vizualna povratna zanka za simulirani medicinski postopek ne zavisi od geometrijske oblike samega simuliranega organa 174, tako da sta vizualna povratna zanka in otipna povratna zanka obe v bistvu popolnoma neodvisni od konstrukcije simuliranega organa 174.

Mehanizem 176 za zagotavljanje povratne zanke v pogledu sile prednostno vključuje pripravo 178 za zagotavljanje povratne zanke v pogledu sile na zračni pogon (podrobneje prikazano na sl. 8B, 8D in 8E). Bolj prednostno sta predvideni dve takšni pripravi 178 za zagotavljanje povratne zanke v pogledu sile na zračni pogon, ena blizu ust 180 modela 166 in druga blizu rectuma 182 modela 166. Zračna cev 184 povezuje vsako od priprav 178 za zagotavljanje povratne zanke v pogledu sile na zračni pogon z zračno črpalko 186. Prednostno zračna črpalka 186 vključuje tudi enoto 188 za krmiljenje zračne črpalke, ki je povezana z računalnikom 168 za krmiljenje količine načrpanega zraka v pripravo 178 za vzpostavljanje povratne zanke v pogledu sile na zračni pogon.

Računalnik 168 prednostno vključuje tudi modem 190 za komuniciranje z drugimi računalniki. Modem 190 bi lahko npr. omogočil povezati računalnike 168 z internetom ali intranetom zaradi izvajanja telemedicine ali povezati z intranet računalniškim omrežjem izdelovalca za popravilo ali odstranitev napak.

Sl. 8B in 8C prikazujeta komponente zračno poganjane priprave 178 za zagotavljanje povratne zanke v pogledu sile bolj podrobno. Kot je prikazano na sl. 8B, del simuliranega endoskopa 192 interargira z zračno poganjano pripravo za zagotavljanje povratne zanke v pogledu sile, da se študentu zagotovi povratna zanka v pogledu sile.

Priprava 178 za zagotavljanje povratne zanke v pogledu sile ima množico napihljivih obročev 194 - podrobneje in v polno napihnjenem položaju prikazani na sl. 8C. Vsak napihljiv obroč 194 ima prednostno drugačen polmer. Bolj prednostno nastopajo štirje takšni obroči 194, od katerih ima vsaj eden premer večji od endoskopa 192 in vsaj eden izmed njih ima manjši premer od endoskopa 192. Količina zraka, ki je doveden obročem 194, določa stopnjo napihnjenosti vsakega obroča 194, prednostno ločeno, s čimer se določi velikost sile, ki se izvaja na endoskop 192.

Prednostno vsak obroč 194 zahteva eno sekundo ali več prednostno manj od 1 sekunde, da doseže položaj polne napihnjenosti. Velikost zračnega toka je prednostno do 100 1 na minuto in tlak je do 3 atmosfere. Obroči 194 se prednostno uporabljajo tako za pasivno povratno zanko v pogledu sile, kot od stiskanja rectuma, in za aktivno povratno zanko v pogledu sile, npr. ko se zrak črpa v simulirani organ 174 v skladu s funkcionalno značilnostjo simuliranega endoskopa 192 (glej sl. 8E).

Sl. 8D podrobneje prikazuje mehanizem 176 za izvajanje povratne zanke v pogledu sile. Prednostno so obroči 194 povezani z zračno črpalko 186 preko cevi 184, ki je bolj prednostno razcepljena v dve cevi 196, prve cevi 196 za črpanje zraka v obroče 194 in druge cevi 196 za črpanje zraka od obročev 194. Količina zraka, ki ga Črpa zračna črpalka 186, se nadzoruje s krmilnikom 188 zračne črpalke. Delovanje krmilnika 188 zračne črpalke je prednostno krmiljeno z računalnikom 168 preko I/O (analogno-digitalne) kartice 198.

Sl. 8E prikazuje simulirani endoskop 192 podrobneje. Simulirani endoskop 192 ima ročaj 200 z različnimi krmilnimi ročicami, vključno s prvim krmilnikom 202 za črpanje zraka v simulirani organ 174, in z drugim krmilnikom 204 za sesanje zraka iz simuliranega organa 174. Simulirani endoskop 192 ima prednostno pripravo 206 za krmiljenje kirurškega orodja, v katero se lahko po izbiri in prednostno vstavijo različna kirurška orodja (glej sl. 9A-9E). Simulirani endoskop 192 ima prednostno tudi sprejemnik 208, npr. minibird senzor (Ascension Ltd., Burlington, Vermont, ZDA).

Sprejemnik 208 je nameščen na konici simulimaega endoskopa 192. Sprejemnik 208 je izveden za sprejemanje prenosov od oddajnika 210, ki je nameščen v modelu 166 (glej sl. 8A) s čimer se določa položaj konice simuliranega endoskopa 192 znotraj simuliranega organa 174. Oddajnik 210 je prednostno minibird oddajnik (Ascension Ltd.). Sprejemnik 208 nato oddaja te signale računalniku 168, ki uporablja te signale za določanje velikosti sile v povratni zanki in za vizualno povratno zanko, ki naj se študentu pokaže na monitorju 178.

Kot je bilo predhodno opisano, sl. 9A-9E prikazujejo prednostno izvedbo priprave 206 za krmiljenje kirurškega orodja, v katero se vstavljajo različna kirurška orodja po izbiri ali prednostno. Priprava 206 za krmiljenje kirurškega orodja ima prednostno klešče 212, ki so vstavljene v orodno cev 214 in se na ta način simulirajo dejanske klešče za endoskop. Dejanske klešče se uporabljajo za izvajanje polipektomije in imajo zanko, ki izstopa iz konice klešč po manipuliranju priprave. Ta zanka je nameščena okoli polipa in zategnjena. Elektrika se nato spusti skozi zanko, da se polip odreže in se področje kavterizira.

Podobno dejanskim kleščam se klešče 212 vstavijo, ko študent drži ročaj 216 klešč, prednostno vključujoč gumb ali drugo krmilno ročico za simulirani učinek začetka pretakanja električnega toka skozi zanko. Orodna cev 214 ima enoto 218 za krmiljenje orodja za zaznavanje gibanja klešč 212 in prenašanja teh gibanj v povratno zanko v pogledu sile in vizualno povratno zanko. Vizualna povratna zanka vključuje vizualni prikaz kleščne zanke, kadar je npr. primemo, kot tudi prikaz polipa pred in po polipektomiji. Poleg tega je treba slediti lokaciji zanke in se prednostno vključuje premikanje navzgor in navzdol znotraj endoskopa in kotalno premikanje zanke. Enota 218 za krmiljenje orodja je povezana z I/O kartico znotraj računalnika (ni prikazano) za izvajanje potrebnih računanj za različne tipe povratne zanke.

Sl. 9B in 9C prikazujeta dva pogleda na klešče 212, ki sodelujejo z enoto 218 za krmiljenje orodja znotraj orodne cevi 214. Enota 218 za krmiljenje orodja ima vodilno cev 220 in svetlobno kolo 222 za zaznavanje gibanja klešč 212 (slika 9B). Svetlobno kolo 222 ima množico luknjic, skozi katere lahko prehaja svetloba. Enota 218 za krmiljenje orodja ima lahko prvo svetlobo 224 in prvi svetlobni senzor 226 kot tudi drugo svetlobo 228 in drugi svetlobni senzor 230 (sl. 9C). Ko se svetlobno kolo 222 obrača s premikanjem klešč 212, se svetloba, ki prehaja od prve svetlobe 224 in druge svetlobe 228, izmenoma blokira in deblokira, tako da se svetloba izmenoma zazna in ne zazna s prvim svetlobnim senzorjem 226 in drugim svetlobnim senzorjem 230.

Sl. 9C prikazuje drugi izvedbeni primer enote za krmiljenje orodja. V tem izvedbenem primeru ima enota 232 za krmiljenje orodja dve vodilni kolesi 234. Vodilni kolesi 234 pomagata voditi gibanje klešč 212 znotraj orodne cevi 214. Svetlobno kolo 236 ima tudi luknjice, skozi katere se svetloba izmenoma blokira in razblokira, ko se klešče 212 sučejo z orodno cevjo 214. Svetlobni izvor (ni prikazan) oddaja svetlobo, ki se zaznava, če prihaja skozi svetlobno kolo 236 s fotoelektričnim očesom 238. Fotoelektrično oko 238 nato pošilja signale tiskanemu vezju 240 (PCB), ki je povezano z računalnikom (ni prikazano), tako da se ti signali lahko prenesejo z računalnikom v zahtevano vizualno povratno zanko in povratno zanko v pogledu sile.

Pedal 242 je prikazan na sl. 9E za izvajanje simulirane polipektomije. Pedal 242 ima oljni bat 244 in mikrostikalo 246. Mikrostikalo 246 je povezano s kartico I/O v računalniku (ni prikazan), ponovno zaradi prenašanja gibanja pedala 242 v zahtevano vizualno povratno zanko in povratno zanko v pogledu sile.

Da se natančno obnovijo otipne zaznave dejanskega endoskopa med medicinskim postopkom, morajo biti te zaznave dobljene natančno med endoskopskim postopkom v dejanskem živečem bolniku. Takšne otipne zaznave izbere npr. zdravnik, ki izvaja endoskopski postopek in pri tem nosi rokavice za virtualno realnost, kot so Data Gloves™ Tracking VR System (Greenleaf Medical Systems). Te rokavice so poznane po tem, da lahko zaznajo podatke glede otipnih zaznav in povratne zanke, kot jo zazna zdravnik med dejanskim endoskopskim postopkom. Takšni dejanski podatki so pomembni, ker se otipne zaznave spreminjajo v toku postopka. Korelacija med gibanjem endoskopa in vizualnega prikaza se npr. postopno zmanjšuje, ko se endoskop vstavlja globlje v gastrointestinalni trakt. Torej je zbiranje dejanskih podatkov pomemben korak v zagotavljanju natančnega, realističnega endoskopskega simulatorja.

Končno se v skladu z drugim prednostnim izvedbenim primeru po predloženem izumu zagotavlja simulirana biopsijska priprava (ni prikazana). Ta biopsijska priprava bi simulirala dejansko biopsijsko pripravo, ki se uporablja za pridobivanje tkivskih vzorcev iz gastrointestinalnega trakta med endoskopijo. Dejanska biopsijska priprava je vsebovana v endoskopu. Kadar operater pri delu z endoskopom želi vzeti vzorec, biopsijska priprava izstopi iz konice endoskopa na mestu, kjer je vidna na prikazovalnem zaslonu. Čeljust biopsijske priprave se nato odprejo in potisnejo ob tkivo. Čeljusti se zatem sklenejo in biopsijska priprava se potegne nazaj. Odstranitev tkiva povzroči, da se pojavi mlaka krvi zaradi krvavitve preostalega tkiva.

Podobno simulirana biopsijska priprava se bo pojavila na prikazovalnem zaslonu po predloženem izumu, ko operater pri delu s simuliranim endoskopom povzroči, da simulirana biopsijska priprava izstopi. Čeljusti biopsijske priprave so prednostno ponazorjene kot animacija, bolj prednostno z visoko ločljivostjo, ker so čeljusti majhne, tako da visoka ločljivost ne bi dokazovala nepotrebno taksiranje za računalnik PC. Krvavitev tkiva in nastale mlake krvi se bodo prav tako animirale.

Znalo se bo ceniti, da so zgornji opisi namenjeni, da bodo služili le kot primer, in da so možni mnogi drugi izvedbeni primeri znotraj duha in obsega predloženega izuma.

Za

SIMBIONDC LTD.:

Claims (56)

Patentni zahtevki
1. (1) svetlobni izvor za tvorjenje svetlobe, pri čemer je omenjeni svetlobni izvor lociran v omenjenem kanalu;

   1. Sistem za izvajanje simuliranega medicinskega postopka, ki ponazarja simulirani organ, simulirani instrument za izvajanje simuliranega medicinskega postopka na omenjenem simuliranem organu in označen s tem, da obsega:

   (a) lokator za določanje lokacije omenjenega simuliranega instrumenta znotraj omenjenega simuliranega organa; in (b) vizualni prikazovalnik za prikazovanje slik v skladu z omenjeno lokacijo omenjenega simuliranega instrumenta znotraj omenjenega simuliranega organa za zagotavljanje vizualne povratne zanke, tako da omenjene slike simulirajo dejanske vizualne podatke, ki so bili sprejeti med dejanskim medicinskim postopkom, ki se je izvajal na dejanski osebi, pri čemer omenjeni vizualni prikazovalnik vključuje:

   (i) matematični model za modeliranje omenjenega simuliranega organa v skladu z ustreznim dejanskim organom, pri čemer je model razdeljen v množico segmentov;

   (ii) nalagalnik za izbiranje vsaj enega iz množice segmentov za prikazovalnik, pri čemer je omenjeni vsaj eden izmed množice segmentov, ki so bili izbrani v skladu z omenjeno lokacijo omenjenega simuliranega instrumenta znotraj simuliranega organa;

   (iii) krmilnik za izbiranje simulirane slike iz omenjenega segmenta v skladu z omenjeno lokacijo omenjenega simuliranega instrumenta; in (iv) prikazovalnik za prikazovanje omenjene simulirane slike.
2. (2) svetlobno kolo za izmenično blokiranje in deblokiranje omenjene svetlobe v skladu z omenjenim gibanjem omenjenih simuliranih klešč; in (3) svetlobni detektor za detektiranje omenjene svetlobe, tako da omenjeni računalnik določa gibanje omenjenih simuliranih klešč v skladu z omenjenim svetlobnim detektorjem.

   2. Sistem po zahtevku 1, označen s tem, da v njem omenjeni vizualni prikazovalnik nadalje obsega:

   (v) podatkovno bazo za preslikavo teksture za shranjevanje podatkov za preslikavo teksture; in (vi) stroj za preslikavo teksture za prekrivanje omenjene simulirane slike z omenjenimi podatki za preslikavo teksture v bistvu preden omenjeno simulirano sliko prikaže omenjeni prikazovalnik.
3. 3. Sistem po zahtevku 2, označen s tem, daje v njem omenjeno preslikavanje teksture animacija naključnega gibanja omenjenega simuliranega instrumenta in naključno gibanje omenjenega simuliranega organa.
4. 4. Sistem po zahtevku 1, označen s tem, da v njem omenjena preslikava teksture vključuje slike, ki so bile dobljene od izvajanja omenjenega dejanskega medicinskega postopka na omenjeni dejanski osebi.
5. 5. Sistem po zahtevku 4, označen s tem, da se v njem omenjene slike dobijo, s tem da se najprej zabeležijo omenjeni vizualni podatki med omenjenim izvajanjem in nato izberejo omenjene slike iz omenjenih zabeleženih vizualnih podatkov.
6. 6. Sistem po zahtevku 1, označen s tem, da v njem omenjeni matematični model izkazuje množico poligonov, ki so skonstruirani v skladu z zlepkom, pri čemer omenjeni zlepek določa geometrijo omenjenega matematičnega modela v treh dimenzijah.
7. 7. Sistem po zahtevku 6, označen s tem, da se v njem deformacija v omenjenem matematičnem modelu v skladu z deformacijo omenjenega simuliranega organa določa, s tem da se spreminja omenjeni zlepek.
8. 8. Sistem po zahtevku 7, označen s tem, daje v njem omenjena deformacija v omenjenem simuliranem organu lokalna deformacija, pri čemer se omenjena lokalna deformacija omenjenega simuliranega organa določi v skladu z omenjenim materna40 tičnim modelom z dodajanjem poligonov delu omenjenega matematičnega modela, tako da se omenjeni del omenjenega matematičnega modela izvaja tako, da tvori omenjeno lokalno deformacijo.
9. 9. Sistem po zahtevku 6, označen s tem, da se v njem omenjeni matematični model skonstruira iz omenejnega zlepka z modeliranjem omenjenega simuliranega organa kot ravna črta in spreminjanjem omenjenega zlepka, dokler se omenjeni matematični model ne prilagodi omenjenemu ustreznemu dejanskemu organu.
10. 10. Sistem po zahtevku 9, označen s tem, da v njem omenjeni krmilnik izbere omenjeni simulirani organ v skladu z vsaj enim predhodnim gibanjem omenjenega simuliranega instrumenta znotraj omenjenega simuliranega organa.
11. 11. Sistem po zahtevku 1, označen s tem, da ima nadalje v njem omenjeni prikazovalnik grafični uporabniški vmesnik.
12. 12. Sistem po zahtevku 11, označen s tem, da v njem omenjeni grafični uporabniški vmesnik prikazuje vadbeno informacijo za pomoč pri izvajanju medicinskega postopka.
13. 13. Sistem po zahtevku 1, označen s tem, daje v njem omenjeni simulirani organ gastrointestinalni trakt.
14. 14. Sistem po zahtevku 13, označen s tem, da se v njem omenjeni gastrointestinalni trakt skonstruira iz semifleksibilnega gladkega materiala.
15. 15. Sistem po zahtevku 13, označen s tem, daje v njem omenjeni simulirani instrument endoskop, pri čemer ima omenjeni endoskop senzor za določanje lokacicje omenjenega senzorja v omenjenem gastrointestinalnem traktu in sistem nadalje obsega:

    (e) računalnik za določanje omenjene vizualne povratne zanke v skladu z omenjeno lokacijo omenjenega senzorja.
16. 16. Sistem po zahtevku 15, označen s tem, da nadalje obsega mehanizem za otipno povratno zanko za zagotavljanje simulirane otipne povratne zanke v skladu z omenjeno lokacijo omenjene konice omenjenega endoskopa.
17. 17. Sistem po zahtevku 16, označen s tem, daje v njem omenjeni mehanizem za otipno povratno zanko vsebovan v omenjenem gastrointestinalnem traktu in omenjeni gastrointestinalni trakt nadalje obsega:

    (i) množico servomotorjev;

    (ii) bat, na katerega deluje vsak iz omenjene množice servomotorjev, pri čemer se omenjeni bat dotika omenjenega semifleksibilnega materiala; in (iii) krmilnik za krmiljenje omenjene množice servomotorjev, tako da je položaj omenjenega bata določen z omenjenim krmilnikom in da omenjeni položaj omenjenega bata zagotavlja omenjeno otipno povratno zanko.
18. 18. Sistem po zahtevku 16, označen s tem, daje v njem omenjeni mehanizem z otipno povratno zanko lociran v omenjenem endoskopu in omenjeni endoskop nadalje obsega:

    (i) vodilno cev, ki je povezana z omenjeno konico omenjenega endoskopa;

    (ii) vsaj en kroglični ležaj, ki je pritrjen na omenjeno vodilno cev za kotaljenje vzdolž notranje površine omenjenega gastrointestinalnega trakta;

    (iii) vsaj en linearni motor, kije pritrjen na omenjeno vodilno cev;

    (iv) bat, na katerega deluje omenjeni linearni motor, pri čemer omenjeni bat kontaktira omenjeno notranjo površino omenjenega gastrointestinalnega trakta; in (v) krmilnik za krmiljenje omenjenega linearnega motorja tako, da je položaj omenjenega bata določen z omenjenim krmilnikom in da omenjeni položaj omenjenega bata zagotavlja omenjeno otipno povratno zanko.
19. 19. Sistem po zahtevku 16, označen s tem, da v njem omenjeni mehanizem za otipno povratno zanko obsega:

    (i) množico obročev, ki obdajajo omenjeni endoskop, pri čemer ima vsak obroč različen polmer in ima vsaj prvi obroč polmer, ki je večji od polmera omenjenega endoskopa, in ima vsaj drugi obroč polmer, ki je manjši od omenjenega polmera omenjenega endoskopa, in je omenjeni polmer od vsakega iz omenjene množice obročev krmiljen v skladu s stopnjo napihnjenosti z zrakom vsakega iz omenjene množice obročev, pri čemer omenjeni polmer omenjenih obročev določa gibanje omenjenega endoskopa;

    (ii) zračno črpalko za črpanje zraka v omenjeno množico obročev;

    (iii) vsaj eno cev za povezovanje omenjene zračne črpalke z omenjeno množico obročev; in (iv) krmilnik zračne črpalke za določanje omenjene stopnje napihnjenosti z zrakom omenjene množice obročev, s tem da se krmili omenjena zračna črpalka.
20. 20. Sistem po zahtevku 19, označen s tem, daje v njem omenjena vsaj ena cev iz dveh cevi, pri čemer je prva cev za črpanje zraka v omenjeno množico obročev in druga cev za sesanje zraka iz omenjene množice obročev in omenjena zračna črpalka črpa zrak v omenjeno množico obročev in sesa zrak iz omenjene množice obročev, tako da je omenjena stopnja napihnjenosti z zrakom omenjene množice obročev določena z izmeničnim črpanjem zraka v in sesanjem zraka iz omenjene množice obročev.
21. 21. Sistem po zahtevku 16, označen s tem, daje v njem omenjeni gastrointestinalni trakt v bistvu ravna cev, tako da sta omenjena otipna povratna zanka in omenjena vizualna povratna zanka v bistvu neodvisni od geometrijske oblike omenjenega gastrointestinalnega trakta.
22. 22. Sistem po zahtevku 16, označen s tem, da v njem omenjeni mehanizem otipne povratne znake deluje v skladu z otipno povratno znako, ki je dobljena med omenjenim izvajanjem medicinskega postopka na dejanski osebi, pri čemer se omenjena otipna povratna zanka dobi s pomočjo rokavic za virtualno realnost.
23. 23. Sistem po zahtevku 15, označen s tem, da v njem omenjeni endoskop nadalje obsega ročico za držanje omenjenega endoskopa in orodne enote, pri čemer omenjena orodna enota obsega:

    (i) simulirane klešče;

    (ii) kanal za sprejemanje omenjenih simuliranih klešč, pri čemer je omenjeni kanal nameščen v omenjenem ročaju;

    (iii) enoto za krmiljenje orodja za zaznavanje gibanja omenjenih simuliranih klešč, pri čemer je omenjena enota za krmiljenje orodja nameščena v omenjenem kanalu in je omenjena enota za krmiljenje orodja v povezavi z omenjenim računalnikom, tako da omenjeni računalnik določa omenjeno vizualno povratno zanko in omenjeno otipno povratno zanko v skladu z omenjenim gibanjem omenjenih simuliranih klešč.
24. 24. Sistem po zahtevku 23, označen s tem, da v njem enota za krmiljenje orodja zaznava lokacijo omenjenih simuliranih klešč znotraj omenjenega gastrointestinalnega trakta zaradi zagotavljanja vizualne povratne zanke.
25. 25. Sistem po zahtevku 24, označen s tem, da v njem omenjena enota za krmiljenje orodja dodatno zaznava kot prečnega nagiba omenjenih simuliranih klešč zaradi zagotavljanja vizualne povratne zanke.
26. 26. Sistem po zahtevku 25, označen s tem, da v njem omenjena vizualna povratna zanka vključuje prikaz omenjene simulirane zanke omenjenih simuliranih klešč za izvajanje polipektomije.
27. 27. Sistem po zahtevku 23, označen s tem, da v njem omenjena enota za krmiljenje orodja nadalje obsega:
28. 28. Postopek za izvajanje simuliranega endoskopskega postopka, pri čemer se postopek izvaja s sistemom, ki ponazarja simulirani organ in simulirani instrument za izvajanje simuliranega medicinskega postopka na omenjenem simuliranem organu, označen s tem, da sistem nadalje obsega:

    (a) lokator za določanje lokacije omenjenega simuliranega endoskopa znotraj omenjenega simuliranega gastrointestinalnega trakta; in (b) vizualni prikazovalnik za prikazovanje slik v skladu z omenjenim simuliranim endoskopom znotraj omenjenega simuliranega gastrointestinalnega trakta, tako da omenjene oblike simulirajo vizualne podatke, ki se sprejemajo med dejanskim medicinskim postopkom, ki se je izvedel na dejanski osebi, pri čemer vizualni prikaz vključuje:

    (i) tridimenzionalni matematični model omenjenega simuliranega gastrointestinalnega trakta pri čemer je omenjeni model razdeljen v množico segmentov;

    (ii) nalagalnik za izbiranje vsaj enega iz množice segmentov za prikazovanje, pri čemer je vsaj eden iz množice segmentov izbran v skladu z omenjeno lokacijo omenjenega simuliranega endoskopa znotraj omenjenega simuliranega gastrointestinalnega trakta;

    (iii) krmilnik za izbiranje simulirane slike od omenjenega segmenta v skladu z omenjeno lokacijo omenjenega simuliranega endoskopa; in (iv) prikazovalnik za prikazovanje omenjene simulirane slike v skladu z omenjenim krmilnikom, tako daje omenjena simulirana slika prikazana slika;

    in je postopek označen s tem, da se po vstavitvi omenjenega simuliranega endoskopa v omenjeni simulirani gastrointestinalni trakt sprejema vizualna povratna zank v skladu z omenjeno simulirano sliko in se sprejemajo otipne povratne zanke v skladu z omenjeno lokacijo omenjenega endoskopa znotraj omenjenega gastrointestinalnega trakta, pri čemer se omenjena vizualna povratna zanka in omenjena otipna povratna zanka določata v skladu z omenjenim tridimenzionalnim matematičnim modelom.
29. 29. Postopek po zahtevku 28, označen s tem, da je v njem omenjena prikazana slika določena v skladu z vsaj enim predhodnim gibanjem omenjenega simuliranega endoskopa znotraj omenjenega simuliranega gastrointestinalnega trakta.
30. 30. Postopek za prikazovanje simuliranih vizualnih podatkov medicinskega postopka, ki se je izvedel na dejanski človeški osebi z dejanskim medicinskim instrumentom, pri čemer postopek ponazarja korake zapisovanja dejanskih podatkov od izvajanja dejanskega medicinskega postopka na živem bolnem človeku; odvajanja množice posameznih slik od omenjenih dejanskih podatkov; digitaliziranja omenjene množice individualnih slik, da se izvede množica digitaliziranih slik;

    in označen z izvajanjem korakov:

    (a) izbiranja vsaj ene iz omenjene množice digitaliziranih slik, da se tvori izbrana digitalizirana slika;

    (b) shrajevanja omenjene izbrane digitalizirane slike kot podatkov za preslikavo strukture v podatkovni bazi za preslikavo teksture;

    (c) zagotavljanja matematičnega modela dejanskega človeškega organa, pri Čemer je omenjeni model razdeljen v množico segmentov;

    (d) izbiranja enega iz omenjene množice segmentov iz omenjenega modela za prikazovanje;

    (e) prekrivanja omenjenih podatkov za preslikavo teksture iz podatkovne baze za preslikavo teksture na omenjeni segment omenjenega modela, da se stvori vsaj ena rezultirajoča slika; in (f) prikazovanja omenjene rezultirajoče slike.
31. 31. Postopek po zahtevku 30, označen s tem, da se v njem omejeni dejanski podatki od omenjenega izvajanja omenjenega dejanskega medicinskega postopka izberejo iz skupine, ki obstoji iz video podatkov, MRI (slikanje z magnetno resonanco) in C AT (računalniško podprta tomografija) odtipanih podatkov.
32. 32. Postopek po zahtevku 31, označen s tem, da v njem korak (f) nadalje obsega korake:

    (i) modeliranja dejanskega človeškega organa kot množice poligonov v skladu z zlepkom;

    (ii) preslikanja omenjenega zlepka na dejanski človeški organ v skladu s tridimenzionalnimi koordinatami;

    (iii) spreminjanja omenjenega zlepka, tako da se omenjeni zlepek prilagodi omenjenim dejanskim podatkom.
33. 33. Postopek po zahtevku 22, označen s tem, da v njem omenjeni podatki za preslikanje teksture nadalje vključujejo animacijo.
34. 34. Postopek po zahtevku 33, označen s tem, da v njem omenjena animacija vključuje naključno gibanje dejanskega medicinskega instrumenta in naključno gibanje dejanskega človeškega organa.
35. 35. Postopek za poučevanje študenta posebne spretnosti, ki se zahteva za izvajanje dejanskega medicinskega postopka, pri čemer se dejanski medicinski postopek izvaja z dejanskim medicinskim instrumentom na dejanskem organu z vizualno povratno zanko, pri čemer se postopek poučevanja posebne spretnosti izvaja s simuliranim instrumentom za simuliranje omenjenega dejanskega medicinskega instrumenta na simuliranem organu za simuliranje omenjenega dejanskega organa;

    in označen z izvajanjem korakov (a) odvzemanja dela vizualne povratne zanke od dejanskega medicinskega postopka;

    (b) zagotavljanja omenjenega dela vizualne povratne zanke za simuliranje vizualne povratne zanke; in (c) manipuliranja omenjenega simuliranega instrumenta znotraj omenjenega simuliranega organa s strani študenta v skladu z omenjenim delom vizualne povratne zanke, tako daje gibanje simuliranega instrumenta spretnost, o kateri se podučuje študent.
36. 36. Postopek po zahtevku 35, označen s tem, da v njem omenjeni del vizualne povratne zanke vključuje v bistvu manj vizualnih podrobnostih kot vizualna povratna zanka dejanskega medicinskega postopka.
37. 37. Postopek po zahtevku 36, označen s tem, daje v njem omenjeni simulirani organ simulacija gastrointestinalnega trakta in je omenjeni simulirani signal simulacija endoskopa.
38. 38. Postopek po zahtevku 37, označen s tem, da v njem omenjeni del vizualne povratne zanke vključuje le geometrijsko obliko notranjosti omenjenega gastrointestinalnega trakta.
39. 39. Sistem za izvajanje simuliranega medicinskega postopka, ponazarjajoč simulirani organ, simulirani instrument za izvajanje simuliranega postopka na omenjenem simuliranem organu in označen s tem, da nadalje obsega:

    (a) lokator za določanje lokacije omenjenega simuliranega instrumenta v omenjenem simuliranem organu; in (b) vizualni prikaz za prikazovanje slik v skladu z omenjeno lokacijo omenjenega simuliranega instrumenta vizualne povratne zanke, tako da omenjene slike simulirajo dejanske vizualne podatke, ki so bili sprejeti med dejanskim medicinskim postopkom, ki se je izvedel na dejanski osebi, pri čemer vizualni prikaz vključuje:

    (i) matematični model za modeliranje omenjenega simuliranega organa v skladu z ustreznim dejanskim organom, pri čemer je omenjeni model razdeljen v množico segmentov in je omenjena množica segmentov razporejena v linearnem zaporedju;

    (ii) nalagalnik za izbiranje vsaj enega iz omenjene množice segmentov iz omenjenega linearnega zaporedja za prikaz, pri čemer je omenjeni vsaj eden iz množice segmentov izbran v skladu z omenjeno lokacijo omenjenega simuliranega instrumenta znotraj omenjenega simuliranega organa;

    (iii) krmilnik za izbiranje simulirane slike od omenjenega segmenta v skladu z omenjeno lokacijo omenjenega simuliranega instrumenta, tako da se omenjena simulirana slika hitreje prikaže, s tem daje izbrana iz omenjenega segmenta; in (iv) prikazovalnik za prikazovanje omenjene simulirane slike.
40. 40. Sistem po zahtevku 39, označen s tem, da v njem omenjeni nalagalnik nadalje obsega polnilnik s hitrim pristopom za shranjevanje omenjenega segmenta.
41. 41. Sistem po zahtevku 39, označen s tem, da v njem omenjeni matematični model predstavlja množico poligonov, ki so opredeljeni glede na zlepek, pri čemer omenjeni zlepek določa geometrijo omenjenega matematičnega modela v treh dimenzijah.
42. 42. Sistem po zahtevku 41, označen s tem, da je v njem omenjeni simulirani instrument endoskop, ki ima endoskopski kabel, pri čemer omenjeni endoskopski kabel tvori zanko zaradi gibanja omenjenega endoskopa v omenjenem simuliranem organu in se omenjena zanka modelira v skladu z matematičnim modelom.
43. 43. Sistem po zahtevku 42, označen s tem, da ima v njem omenjeni matematični model za omenjeno zanko množico poligonov, ki so opredeljeni glede na zlepek.
44. 44. Sistem po zahtevku 42 ali 43, označen s tem, daje v njem velikost omenjene zanke določena v skladu z razliko med vrednostjo omenjenega endoskopskega kabla znotraj omenjenega simuliranega organa in dolžino omenjenega simuliranega organa od vstopne točke omenjenega endoskopa do tekočega položaja omenjenega endoskopa znotraj omenjenega simuliranega organa.
45. 45. Sistem po zahtevku 39, označen s tem, da v njem omenjeni vizualni prikazovalnik nadalje obsega:

    (v) podatkovno bazo za preslikavo teksture za shranjevanje podatkov za preslikavo teksture, pri čemer omenjeni podatki za preslikavo teksture vključujejo vsaj popravek za vizualno umetno tvorbo; in (vi) stroj za preslikavo teksture za prekrivanje omenjene simulirane slike z omenjenimi pdoatki za preslikavo teksture v bistvu, predenje omenjena simulirana slika prikazana z omenjenim prikazovalnikom.
46. 46. Sistem po zahtevku 39, označen s tem, da se v njem omenjeni segment izbere v skladu z lokacijo omenejnega simuliranega instrumenta glede na lokacijo omenjenega segmenta v omenjenem linearnem zaporedju in znotraj omenjenega matematičnega modela.
47. 47. Postopek za modeliranje zanke med izvajanjem simuliranega endoskopskega postopka na simuliranem organu, pri čemer je omenjeni simulirani organ modeliran z matematičnim modelom v skladu z ustreznim dejanskim organom, pri čemer je model razdeljen v množico segmentov in se simulirani endoskopski postopek izvaja s simuliranim endoskopom, ki ima endoskopski kabel, pri Čemer se simulirani endoskop vstavi v simulirani organ in se simulirani endoskop obrača znotraj simuliranega organa, in značilen po izvajanju korakov:

    (a) modeliranja zanke endoskopskega kabla, ki v posledici tvori obrat simuliranega endoskopa znotraj simuliranega organa v skladu z drugim matematičnim modelom; in (b) zagotavljanja vsaj ene povratne zanke v pogledu sile in vizualne povratne zanke, ki sta določeni v skladu z drugim matematičnim modelom omenjene zanke, in matematičnega modela za simulirani organ.
48. 48. Postopek po zahtevku 47, označen s tem, da sta v njem omenjeni drugi matematični model in matematični model vsak od obeh sestavljena z množico poligonov, ki so opredeljeni glede na zlepek, pri čemer vsak zlepek določa geometrijo omenjenega drugega matematičnega modela in matematični model v treh dimenzijah.
49. 49. Postopek po zahtevku 48, označen s tem, da v njem korak (c) nadalje obsega korak določanja velikosti omenjene zanke v skladu z diferencialom med količino endoskopskega kabla znotraj simuliranega organa in dolžino simuliranega organa od vstop51 ne točke simuliranega endoskopa do dejanskega položaja simuliranega endoskopa znotraj simuliranega organa.
50. 50. Postopek za modeliranje lokalne deformacije simulimaega organa s simuliranim instrumentom med izvajanjem simuliranega medicinskega postopka v simuliranem in dejanskemu ustrezajočem organu, pri čemer se simulirani instrument vstavlja v simulirani organ; in je značilen po tem, da se izvaja na modelu, ki je razdeljen v množico segmentov in izvaja korake:

    (a) določanja lokacije simuliranega instrumenta glede na lokacijo simuliranega organa; in (b) če je kontakt določen, da se je zgodil v skladu z omenjeno lokacijo simuliranega instrumenta glede na omenjeno lokacijo simuliranega organa, določanja deformacije za simulirani organ v skladu z matematičnim modelom.
51. 51. Postopek po zahtevku 50, označen s tem, da v njem korak (c) nadalje obsega korak določanja, če omenjena deformacija vključuje deformacijo matematičnega modela.
52. 52. Postopek po zahtevku 50, označen s tem, da v njem matematični model vključuje množico poligonov in postopek nadalje vključuje korak:

    (d) dodajanja množice poligonov delu matematičnega modela, ki predstavlja področje umetne deformacije; in (e) prilagajanja vizualne reprezentacije omenjenega področja omenjene deformacije z omenjeno množico poligonov.
53. 53. Postopek po zahtevku 52, označen s tem, da nadalje obsega korake:

    (f) dodajanja množice poligonov delu matematičnega modela, ki predstavlja področje lokalne nepravilnosti v simuliranem organu; in (e) prilagajanja vizualne predstavitve omenjenega področja lokalne nepravilnosti z množico poligonov.
54. 54. Računalniški berljivi medij, kodiran s postopkom izvajanja simuliranega medicinskega postopka, pri čemer se simulirani medicinski postopek izvaja s simuliranim instrumentom na simuliranem organu, pri čemer se določa lokacija simuliranega instrumenta v simuliranem organu, in je značilen po izvajanju korakov:

    (a) konstruiranja matematičnega modela za simuliranje simuliranega organa, pri čemer matematični model predstavlja množico segmentov, ki so razporejeni v linearnem zaporedju;

    (b) izbiranja segmenta iz omenjenega matematičnega modela v skladu z omenjeno lokacijo simuliranega instrumenta;

    (c) izbiranja simulirane slike iz omenjenega segmenta v skladu z omenjeno lokacijo omenjenega simuliranega instrumetna; in (d) prikazovanja omenjene simulirane slike.
55. 55. Priprava za zagotavljanje povratne zanke v pogledu sile za simuliranje medicinskega postopka, ki se izvaja s simuliranim instrumentom, označena s tem, da priprava obsega:

    (a) vsaj en napihljivi obroč, da se kontatira s simuliranim instrumentom in se zagotovi povratna zanka v pogledu sile na simulirani instrument;

    (b) vsaj eno cev, kije povezana z omenjenim vsaj enim napihljivim obročem za izmenoma napihovanje in praznjenje vsaj enega napihljivega obroča; in (c) črpalko kije povezana z omenjeno vsaj eno cevjo za izmenično črpanje zraka v in sesanja zraka iz omenjenega vsaj enega napihljivega obroča za nadzorovanje količine povratne zanke v pogledu sile na simulirani instrument.
56. 56. Postopek za upodabljanje množice slik v skladu s tridimenzionalno strukturo, pri čemer korake postopka izvaja podatkovni procesor in je postopek označen z izvajanjem korakov:

    (a) zagotavljanja matematičnega modela tridimenzionalne strukture, pri Čemer omenjeni matematični model vključuje zlepek;

    (b) deljenja omenjenega zlepka v množico segmentov, pri čemer vsak segment vključuje vsaj eno sliko;

    (c) izbiranja segmenta za upodabljanje slike; in (d) upodabljanja omenjene slike.