CN1950862B - 用于医学训练和评估的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种训练和/或评估装置，该装置特别适用在进行内窥镜程序、放射学程序、和在精密手术的执行程序，该等精密手术模拟相应的解剖构造的结构和动态运动。该等装置包括外壳罩，其设计以模仿体壁，在其中设置有一种或多种器官。此(等)器官的运动系于装置内模拟之，以及在程序进行期间提供准确的器官动态运动，该等运动是下列因素之结果，如呼吸、肺动作、循环、消化和其它呈现在有生命的人体(livebody)内的因素。

Description

用于医学训练和评估的装置和方法

发明说明

本申请专利范围系宣告在2004年3月8日申请的美国临时申请案号60/551,090的优先权，上述的参考文献全文引用作为本说明书的揭示内容。

技术领域

在一态样中，本发明是关于执行和评估外科与其它医疗处置程序的装置和方法，包括用在训练和评估个体在内窥镜手术(laparascopicsurgery)的解剖构造和方法。该装置和方法可进一步用在非内窥镜手术的训练和评估，特别是那些需要精密度且涉及在程序进行中会动态动作的器官与身体部分。该等装置和方法可进一步用在放射镜(radioscopic)的训练和评估。在较佳等态样中，本发明的装置较佳可模拟人类解剖区域的解剖、动态和/或机械特性，该等解剖区域是以进行训练和评估。

发明背景

内窥镜手术可藉由穿过小切口插入内窥镜管和外套管至体内而执行。各式仪器和视讯摄影机(内窥镜)然后可经导引至体内的内窥镜管和外套管以执行并监控此手术。该内窥镜与仪器使外科医生可探测整个体腔而不需为了侵入体腔而制造巨大的标准开口、分开皮肤和肌肉。该等内窥镜管和外套管具有10毫米等级之直径并，因此，内窥镜程序仅需小切口以进入手术的部位。相较于传统的手术，该等切口显着地缩减伤口和所需之痊愈，因此较少的住院期间和病患罹病率、较低疼痛控制的止痛剂量、更好的美感效果和较快的复原。该等程序可用在广泛多样的程序，例如泌尿、妇科、胸部和腹部手术。

举例而言，在腹部的习知内窥镜技术中，首先是将充气针(Veressneedle)穿过病患的腹壁而插入，然后通过针注入气体，通常为二氧化碳，以对腹腔加压以膨胀腹壁(充气)。压力调节气体充气机(pressureregulator gas insufflator)典型连接至该针以使所得的压力不会超过15mmHg。接着在腹部开五或六个小切口(5-10毫米)。内窥镜和手术器具可经这些切口插入，典型系经由内窥镜管和外套管，进入经充气之腹腔。外科医生因此藉内试镜引导，此内窥镜系传送内部器官的影像于视讯监视器之上。

然而，由于它的复杂性，内窥镜手术的并发症与外科医生经验的程度有高度地关联(W.A.Cooper，C.S.Fischer，R.J.，Predictors oflaparoscopic complications after formal training in laparoscopic surgery，JAMA，270：2689，1993)。再者，一般内窥镜检查的困难在于泌尿方面应用的高度复杂性和泌尿科案例的相对不频繁的发生率使得泌尿科医生接受特别训练课程是必要的。为满足此需求，已经建立许多泌尿科内窥镜课程和短期课(Fahlenkamp，D.，Rassweiler，J.，Fornara，P.et al.，Complications of Laparoscopic Procedures in Urology：Experience with2,407 Procedures at 4 German Centers，Journal of Urology，162：765，1999)。训练课程包括一连串理论、模拟器和动物训练接着是心智联想的手术(mentored surgery)，而短期课只有这些步骤前三个。内窥镜模拟器可分类为各种器官组成的实体(physical)装置或拟真(virtual reality)模拟器。

传统的训练装置为带有弹性套针(flexible trocar)插入部之箱形结构。举例而言，针对基本反向动作内窥镜训练的箱形训练器已发展(Muhgal，M.A cheap laparoscopic surgery trainer，Ann R Coll Surgery，England，74：256，1992)。容许套针置入和腹部充气的箱型训练器亦已报导(Monro，A.，Park，K.，Atkinsori，D.et al，A laparoscopic surgicalsimulator，J.R.Coll.Surg.Edimb.，39：176，1994；Kopchok，G.，Cavaye，D.，Klein，S.et al.，Endoscopic Surgery Training：Application of an In VivoTrainer and In Vivo Swine Model，Journal of InvestigativeSurgery，6：329，1993)。Seattle’s Simulab Corporation与University ofWashington的腹腔镜手术中心(Videoendoscopic Surgery)共同提供一种意欲取代活体动物训练的模拟器。此模拟器包括模拟人体模型和程序特制化的套组，且容许受训者引入手术器具并能够在标准器具和内窥镜在模拟的乳胶器官上练习内窥镜使用技巧。特制程序套组在初期阶段中足以在一般性之内窥镜训练中获得穿过切口、反向操控技巧、监视屏幕下的深度觉，以及手眼协调的能力，但却无法提供真实的解剖全貌(anatomical perspective)。

最近以来，一些拟真(VR)手术模拟器已为可得。训练器以计算机模型化人类身体和似内窥镜(laparoscopic-like)的输入装置(触觉感知接口(haptic interface))，受训者藉此与此模型互动以执行特殊的外科程序。例如，MIST-VR系由Virtual Presence开发之内窥镜训练器，其允许数种内窥镜程序之模拟(Wilson，M.S.，Middlebrook，A.，Sutton，C.et al.，MIST-VR：a virtual reality trainer for laparoscopic surgery assessesperformance，Annals of the Rotal College of Surgeons ofEngland，79：403，1997；Gallagher，A.G.，McClure，N.，McGuigan，J.et al.，Virtual reality training in laparoscopic surgery：A preliminary assessmentof minimally invasive surgical trainerreality(MIST VR)，Endoscopy，31：310，1999)。虽然VR模拟器可提供训练的选择，该等模拟器的应用和效能现今受限于需真实模型人类器官所需的高度复杂性(Kneebone，R.Simulation in surgical training：educational issues andpractical implications，Medical Education，37：267，2003；Ahlberg，G.，Heikkinen，T.，Iselius，L.et al.，Does training in a virtual reality simulatorimprove surgical performance？SurgEndosc，16：126，2002)。

使用活的动物，尽管在组织特性等方面更真实，但因其价格和动物的死亡率而受限，特别是在学习曲线的开始。此外，使用活的动物仅能提供一段有限的时间，在该时间内仅一位受训者能练习手术技术。再者，动物有不同于人类的解剖和器官位置。

各式的模拟器手段亦已用在各式影像治疗和诊断，包含磁振造影、各式的核医治疗、和超音波程序的训练与检测。Computerized ImagingReference Systems，Inc.(Norfolk Virginia)售有用在上述之模拟应用器之某些装置。

需有新的装置和方法以使院内医事人员增加他们在执行各式外科和影像程序(包括内窥镜程序)的经验程度。

发明内容

本发明是以用在各式医学程序训练与评估的之装置和方法作为特征，特别是内窥镜程序、放射镜程序，且该等程序所需的精确度可藉由对包含于器官、组织与不同身体部位的动态运动产生影响或受该程序影响。

在一具体实施例中，本发明是以医学训练和/或评估包括壳罩(housing)、器官或组织组件、和用在模拟器官或组织组件之呼吸和/或肺动作之设备作为其特征。在一较佳实施例中，该设备可模拟人类呼吸动作和/或肺部力的动作。本文所提及的″模拟″或其它相似的术语系指创造，或模示，特别是仿制一个表征。较佳系，该装置于器官或组织组件上展现多重自由度的力。本文所提及的″多重自由度(pluralityof degrees of freedom)″或其它相似的术语系指完整描述一特殊组件的动作所需的最小坐标数。具体言之，当使用与各别解剖构造有关时，较佳系于本发明相应的构造具有如与相应的真实解剖构造相同的自由度。因此，举例而言，假使心脏(模拟的或真实的)设置在本发明装置之内，该设置以能够提供如同心脏在有生命的身体中的情况所具有的相同数量的自由度。

该壳罩可符合任何简单几何形状，例如，箱形元素/似箱形的形状。本文所提及的″箱形元素″或其它相似的术语包括任何几何形状，其具有底与典型地四边，此四边适当地大致垂直于底。箱形元素可或可不包括罩或盖子。在一些实施例中，该壳罩系为具哺乳动物的解剖构造的至少一部份的形状，较佳是具人类解剖构造。本文所提及的″哺乳动物″或其它相似的术语包括任何哺乳动物纲的各式温血的脊椎动物，包含灵长类动物，特别是人类。该壳罩亦可预期能提供除了哺乳动物的其它活体生物的形状例如，举例而言，鱼类(鱼上纲的冷血的水生脊椎动物)、爬虫类(冷血的，通常为卵生的爬虫纲脊椎动物)和鸟类(温血的，卵生，鸟纲的有羽毛的脊椎动物)。该壳罩较佳包括一个或多个腔以安放一种或多种器官或组织组件。本文所提及的″安放(nesting)″或其它相似的术语系指适合(fitting)、包含(containing)、容纳(housingwithin)。该一个或多个腔可经多种材料排列，以模拟相应真实体腔的内层。在一些实施例中，此外罩壳复包括骨骼系统。此装置可进一步包括一种或多种壁，经此壁，模拟的内窥镜程序可进行。于一较佳实施例中，此一种或多种壁相当于腹壁，并以容许充气的材料制造。使用在形成壳罩和/或壁的较佳材料为硅树脂材料，该材料可模拟解剖构造的相应部位。于一些具体实施例中，该装置可经改造为放射镜程序的训练和/或评估。在其它具体实施例中，该装置可经改造为内窥镜程序的训练和/或评估。再于其它具体实施例中，该装置可经改造为需要特别精密度的程序，此程序可包括在程序期间涉入的器官与身体部分的动态动作。

在一具体实施例中，此训练和/或评估装置包括表现人类躯干外型的壳罩、一种或多种在壳罩内的器官或组织组件、和在器官或组织组件之上模拟呼吸和/或肺动作的装置。较佳为，该装置系提供以模拟相应解剖构造的大小、维度和比率。该装置较佳可进一步包括相应于人类躯干的一个或多个体腔的一个或多个腔，一个或多个器官或组织组件设置在其中。该装置可包括一个或多个可移动的腔壁组件，其位于一个或多个器官之上，经此模拟的内窥镜程序可进行。在一具体实施例中，一个或多个壁组件可经改造为相当于人类腹壁，且较佳是可经改造为允许在壳罩内充气。再者，此一个或多个壁组件较佳可经内窥镜仪器刺穿。此装置可进一步包括模拟循环系统、泌尿系统和/或消化系统的设备。该壳罩可进一步包括骨骼系统。

该一种或多种器官可依模拟相应器官连接的方式和依此相应器官可移动的自由度，扣接在装置的不同部位。在一些实施例中，外壳罩可进一步容纳相当于有生命的身体的组织和肌肉的真实或模拟的组织和肌肉。

该外壳罩较佳使用模拟体壁相应部位性质的一种或多种材料所制造。举例而言，一些适合的材料包括，但不限定于挠性胺甲酸乙酯橡胶、热塑性聚胺酯和硅树脂橡胶。较佳该材料可用在形成外壳罩以有相似于相应体壁部位的抗拉强度、展延度、硬度和/或撕裂强度。特别需要选择为″似皮肤(skin-like)″的材料。较佳是此外壳罩为硅树脂材料所制造。如有需要，此外壳罩可使用相似于人类皮肤的各式颜色着色。

该装置可用在各式训练和/或评估程序。在一实施例中，此装置系为用在训练和/或评估内窥镜程序。在彼等实施例中，该装置较佳包括位于一种或多种器官上方的一种或多种壁，以使该内窥镜程序可经此一种或多种壁而执行。此一种或多种壁较佳使用提供相应体壁的相似性质的材料所制造，经此腔壁可执行内窥镜程序。于一具体实施例中，此一种或多种壁相当于腹壁的腔壁使用允许充气的材料所制造。在一些实施例中，包含一个或多个预先形成的开口的一种或多种壁，经此壁可执行内窥镜程序。在一具体实施例中，此一种或多种壁是能够被内窥镜仪器刺穿的材料所制造。在一较佳实施例中，当此一种或多种壁经内窥镜仪器刺穿，此一种或多种壁可抛弃(disposable)和可移除(removable)。该等壁可使用任何习知的扣接手法可移除地扣接住，其能重复地扣接或解开。举例而言，扣接的手法包括，但不限定于钮扣、压扣、钩子、子母沾(Velcro)、钳夹和接合唇(mating lips)与嵌入部份(recessed portion)。用以形成一种或多种壁的一些材料包括，但不限定于挠性胺甲酸乙酯橡胶、热塑性聚胺酯和硅树脂橡胶。较佳为用在形成一种或多种壁的材料有相似于相应体壁(例如腹壁)的抗张强度、展延度、硬度和/或撕裂强度。在一些具体实施例中，该一种或多种壁可用两层或多层材料制造。举例而言，在一具体实施例中，内层可以实质上或高度弹性的材料制造，例如带有50％部份C的Cine Skin SiliconeA/B(展延度：1000％(A/B+50％C))，而外层可以选自用在形成外壳罩的那些材料制造。例如，该一种或多种壁可包含两层，其中内层较外层为具更佳弹性的材料。

在另一具体实施例中，其中该装置系用在训练和/或评估内窥镜程序，该外壳罩包括一个或多个部份，通过该壳罩内窥镜程序以进行。举例而言，该一个或多个部份可包括一个或多个开口，经此开口可触及一个或多个器官且通過该开口使内窥镜、内窥镜仪器、内窥镜管和外套管可插入和操作。在一具体实施例中，该装置进一步包括位在一个或多个外壳罩部份(经此内窥镜进行之)与一种或多种器官之间的一种或多种壁。使用期间，内窥镜和内窥镜仪器是通过一种或多种壁插入与操作。该一个或多个壁包含一个或多个预先形成的开口，通过该开口，内窥镜程序可进行。在一些具体实施例中，该一个或多个壁使用可被内窥镜仪器刺穿的材料制造。在一较佳实施例中，该一个或多个壁系位于以便可移除地弥封一个或多个开口的位置。例如，该壁可扣接至外壳罩以便弥封一个或多个开口。在上述两者实施例中，该壁较佳是用任何习知扣接手法妥善的扣接。较佳为，该等壁可移除地扣接且该扣接手法为可重复地扣接和解开的手法。举例而言，扣接手法可包括，但不限定于钮扣、压扣、钩子、子母沾、钳夹扣和接合唇与嵌入部份。在一些具体实施例中，该一个或多个壁系为可抛弃与可移除，且较佳为使用模拟相应体壁(经此进行程序)的性质的材料(例如挠性胺甲酸乙酯橡胶、热塑性聚酯和硅树脂橡胶)制造。在一些实施例中，该一个或多个壁使用允许充气的材料制造。

在另外具体实施例中，用在内窥镜程序的训练和/或评估装置包括：呈现人类躯干大小和比例外型的外壳罩，其以模拟人类躯干、一个或多个于外壳罩内的器官，供以于多重活动度下运动，此运动为以模拟相应器官于有生命的身体中运动的方式、相当于腹壁的可抛弃与可移除的腔壁，该壁位于一个或多个器官之上，经此壁进行内窥镜程序、和可用在模拟呼吸和/或肺动作的手段。较佳为，该一个或多个可抛弃、可移除的壁设计以模拟具腹壁的性质。例如，该一个或多个可抛弃、可移除的壁在外壳罩允许充气，且较佳是内窥镜仪器可刺穿。该装置可进一步包括用在覆盖一个或多个器官的一个或多个体腔。该一个或多个体腔较佳系可以位置、尺寸和外型的手法以模拟相应的人类身体体腔。于一具体实施例中，该用在模拟呼吸和/或肺动作的方式包括一条或多条管，以使气体和/或液体可予以循环。于一些实施例中，该装置可进一步包括用在模拟循环系统、泌尿系统和/或消化系统的手段。该方式可包括一条或多条管，经此气体和/或液体可循环。若需要，骨骼系统可进一步位于外壳罩之内。较佳为，该骨骼系统系为以提供相似于真实的骨骼系统性质的材料以制造的模拟骨骼系统。

在另外具体实施例中，该装置适用在训练和/或评估放射镜程序。在上述实施例中，该装置较佳设计以便模拟相应的解剖构造部份的尺寸、位置和性质，且各种器官与组织系包含在该装置内。再者，该装置的构成组件较佳使用允许用在实际可行的各种放射镜程序模拟的材料制造。因此，例如，当该装置用在产生影像时，形成各式组件部份的材料将可使用X-射线、CT(计算机断层)、MRI(磁振造影)、超音波、核磁共振造影和侵入性放射学装置以允许产生正确的影像。

本发明亦包括用在训练或评估医学程序的方法，该方法包括使用本文所述的装置和执行医学程序。特别是，在一具体实施例中，该方法包括：提供包含以哺乳动物解剖构造的至少一部份外型的壳罩的训练装置、在壳罩内的一种或多种器官或组织组件、用在模拟器官或组织组件的呼吸和/或肺动作的设备，使得在装置内可产生模拟呼吸和/或肺动作且可执行医疗程序。在此方法期间，该一种或多种器官或组织组件较佳可因呼吸和/或肺动作的结果而移动。该方法可进一步包括插入内窥镜与一个或多个内窥镜仪器进入外壳罩并执行内窥镜程序。在另外实施例中，该方法进一步包括以放射线对该一种或多种器官或组织组件造影。在一些具体实施例中，内窥镜训练和/或评估装置进一步包括能够在模拟循环系统、泌尿系统和/或消化系统的设备，且该方法进一步包括，在插入内窥镜和内窥镜仪器进外壳罩之前，使得在内窥镜镜训练和/或评估装置内产生模拟循环系统、泌尿系统和/或消化系统。较佳为，该一种或多种器官或组织组件藉由在有生命的身体中的循环系统、泌尿系统和/或消化系统的作用期间以相当于器官或组织组件的运动的仿真(mimic)手法的结果而予以移动。本文所提及的″仿真″或其它相似的术语系指模拟(simulating)、复制(copying)或模仿(imitating)，较佳以复制或相当接近的模仿。

在一具体实施例提供用在训练和/或评估内窥镜程序的方法，该方法包括下列的步骤：提供内窥镜训练和/或评估装置，其依照实施例的任何前提于该内窥镜训练和/或评估装置内可产生模拟呼吸作用，其中该一种或多种器官于有生命的身体中的呼吸作用期间以相当于器官运动的模拟手法的结果而移动；和插入内窥镜与内窥镜仪器至外壳罩并可执行内窥镜程序。较佳为，该内窥镜训练和/或评估装置进一步包括一个或多个体腔，于该体腔中的一种或多种器官系以模拟在有生命的身体中的器官与体腔的配置的手法而设置。一个或多个壁较佳内含上述一种或多种器官，透过该等器官得能进行内窥镜程序，且内窥镜和内窥镜仪器可经该(等)壁插入至外壳罩。在一具体实施例中，该壁包括一个或多个预先形成的开口，并因此使该内窥镜和内窥镜仪器可经由一个或多个预先形成的开口通過该壁藉由插入它们进入外壳罩。在另外具体实施例中，该内窥镜和内窥镜仪器可藉刺穿该壁和经形成在壁的开口插入内窥镜和内窥镜仪器。在一些程序中，在插入内窥镜和内窥镜仪器进外壳罩之前，注入气体至外壳罩以使对外壳罩下方充气。在一具体实施例中，藉由一个或多个管以使液体和/或气体可循环以提供模拟呼吸作用的机制，且此方法进一步包含引发呼吸作用，此引发动作藉通过该(等)管流动的一种或多种液体和/或气体而模拟。如有需要，该内窥镜训练和/或评估装置可进一步包括用在模拟肺动作、循环系统、泌尿系统和/或消化系统的手段，且此方法进一步包括，在插入内窥镜和内窥镜仪器进外壳罩之前，在内窥镜镜训练和/或评估装置内模拟以造成肺动作、循环系统、泌尿系统和/或消化系统，其中该一种或多种器官的动作系由上述模拟的动作所导致和/或系针对于有生命的身体中相应器官在以下动作期间的方式模拟：肺动作、循环系统、泌尿系统和/或消化系统。于一些实施例中，该外壳罩或该(等)壁的动作亦由上述模拟的动作所导致和/或系针相应的体壁部分在以下动作期间的方式模拟：肺动作、循环系统、泌尿系统和/或消化系统。在一些具体实施例中，该外壳罩进一步含骨骼系统，且此方法进一步包括经由该骨骼系统插入内窥镜和内窥镜仪器至外壳罩的步骤。

在另外具体实施例中，依照本文实施例的任何前提，本发明可藉由提供训练和/或评估装置而提供用在训练和/或评估放射学的程序的方法，特别是，提供一种装置，该装置包括具哺乳动物解剖构造的一种或多种部份外型的外壳罩、在外壳罩内提供以多重自由度运动的一种或多种器官或组织组件、和用在模拟呼吸作用的手段。该方法进一步包括在训练和/或评估装置内模拟以造成呼吸，其中该一种或多种器官或组织组件的动作系因呼吸所导致且是以模拟有生命的身体中相应器官在呼吸期间运动的方式并进行放射学的程序。该等方法可进一步包括在训练和/或评估装置期间内模拟以造成肺动作、循环系统、泌尿系统和/或消化系统，其中该一个或多个器官的动作系由上述模拟的动作所导致和/或系针对于有生命的身体中相应器官在以下动作期间的方式模拟：肺动作、循环系统、泌尿系统和/或消化系统。

如本文所讨论，真实的或模拟的器官或组织的广泛多样化可依照本发明操作和/或处理，包括例如真实的或模拟的心脏、肺、肝、肾脏、摄护腺、罩丸、卵巢、骨骼肌、上皮组织、结缔组织、神经组织、乳房组织、肾、脑、脾脏、胃、肠等。如本文所提及的″器官或组织组件″或其它相似的术语包括例如真实的组织或器官(如经从动物，特别是哺乳动物例如牛、羊、灵长类动物等所获得的组织或器官)或模拟的组织或器官(其可由商业上所购得或经从如本文所揭露的材料，例如硅树脂，所构成近乎于复制的例如像哺乳动物(特别是人类)的器官或组织)，包含真实的或模拟的心脏、肺、肝、肾脏、摄护腺、睪丸、卵巢、骨骼肌、上皮组织、结缔组织、神经组织、乳房组织、肾、脑、脾脏、胃、肠等。

本发明进一步包括用在训练和/或评估内窥镜和/或放射学的程序的套组(kit)，该套组包括一种或多种本文所述的装置。该一种或多种装置较佳系于无菌的条件中组装。

另一方面，本发明的实施例和优点可经下文而使得对于本技术领域中的具有通常知识者易于明了。应了解本发明系可为其它及不同实施例而执行唯不悖于本发明。因此下文所描述和任何文中所附图标应认可为其性质的例证而非限制。

附图说明

为了更加完全了解本发明的性质和所欲的目的，下列的详细描述应连带参照附图，此附图中的相似的特征系于数个图中意指相应的部分，其中：

第1图显示本发明装置在具有壁的，似箱形外形的外壳罩，其可使程序经此发生的一具体实施例。

第2a至2b图显示本发明装置具模拟躯干的形状中的一具体实施例。第2a图显示数位制造(digitally manufactured)可用在形成躯干的木块。第2b图显示具有腹腔和可替换腹壁的模拟躯干的一具体实施例。

第3图显示其中模拟的骨骼系设置于该装置内的一具体实施例。

第4a至4b图显示可替换式腹壁的一具体实施例。第4a图显示该壁紧扣于外壳罩并可被内窥镜仪器所刺穿。第4b图显示具两层结构的壁。

第5a至5b图显示具有可替换壁的模拟躯干移除(a)和贴附(b)至外壳罩的具体实施例。

第6a至6b图显示用在执行实例的装置，其中(a)显示箱型模拟器和(b)显示模拟躯干，于一实施例中为一致。

第7图显示具有各种体腔的上半身人类身体的图标。

第8a至8b图显示其中基于典型男性的3D模型的模拟躯干的一具体实施例，其为经分段与经重组的。

具体实施方式

本发明提供用在于医学程序中训练个人的装置和方法。且特别为，该装置和方法系可用在执行内窥镜手术、放射镜手术、和可能受有生命的身体中的动态动作影响的精密程序，其可藉由有生命的身体的动态的运动而作用。

本发明的较佳装置包括：壳罩；器官和/或组织组件；模拟一个或多个力于活的对象(例如哺乳动物，特别是人类，可为男性、女性、孩童或成人)和于器官和/或组织组件上的设备。施加于器官和/或组织组件的一个或多个力较佳为彼等致因于咸认为不随意运动者，诸如致因于呼吸作用、肺系统(特别是心跳)、循环系统、消化系统等所产生的运动，特别是呼吸作用和/或肺动作。

参考图标，其为本发明所描绘的图解实施例，较佳的装置包括外壳罩1，其代表人类解剖的体壁。该体壁构成支承身体和围住身体的体腔与器官和组织组件的架构。此外壳罩1复包括可容纳一种或多种器官或组织组件的手段。较佳系此外壳罩1可被多次地打开和闭紧以便增加或移除器官或组织组件如各程序的所需。在一些具体实施例中，其中该装置可用在执行内窥镜程序，该外壳罩的部份通過预先形成的开口2使内窥镜和内窥镜仪器可通过该开口插入或操作，其该内窥镜和内窥镜仪器可直接地通过开口2插入和操作，或可通过开口2插入内窥镜管和套管。在另外的实施例中，内窥镜和各式内窥镜仪器可经此而插入和操作的外壳罩的部份可制造为可抛弃的壁3，此壁3模拟该部份体壁的性质让使用者可制造切口并形成开口以使内窥镜、仪器、内窥镜管和套筒可通过此开口插入。

在一具体实施例中，如第1图所示，该外壳罩1可为任何简单的几何外型，例如方形、矩形、椭圆形等，并包括一个或多个腔室4以用在容纳一种或多种器官或组织组件。

在另外具体实施例中，该外壳罩1特别设计以便复制哺乳动物解剖构造的外形，较佳为人类解剖的构造。因此，例如，应需提供具有观视者可识别为人类身体或人类身体部份的外形的外壳罩。例如，如第2至6图所示，该外壳罩1可为人类躯干的外形，并包含用在容纳一种或多种器官或组织组件的一种或多种腔室4。

该外壳罩1可包含复数个预先形成的开口2，通过该开口使内窥镜和仪器可直接，或藉由内窥镜管和/或套筒插入和操作。该外壳罩1可进一步包含材料5的壁或层，其可模仿体壁，例如腹壁，在预先形成的开口2与外壳罩内的一种或多种器官或组织组件之间。该材料5的壁或层较佳形成为允许充气，此充气过程通常于内窥镜程序期间在腹腔内执行。在一些实施例中，该材料5的壁或层包含一个或多个预先形成的开口，经此开口此程序产生。在另外实施例中，该壁或层的材料系可用内窥镜仪器穿刺，且，较佳为可抛弃与可移除。此具有预先形成的开口的外壳罩1可为任何材料所制造。举例而言，在一些实施例中，该外壳罩1为金属或塑料所制造。在该等实施例中，该体壁的特征为在外壳罩1内模拟通过材料5的壁或层。

在其它具体实施例中，该外壳罩1不包含材料5的壁或层，但制造外壳罩1本身所选择的材料需具有体壁的外观、质地、拉伸性质、弹性性质、密度和/或各种其它的性质。最少，在此具体实施例中，经该壁执行程序的外壳罩部份的制造所用的材料经选择以模仿相应身体部分的体壁的各种所需性质。且特别是，经此执行程序的外壳罩1部份的组成材料需设计为当在内窥镜程序期，使用各式仪器碰触、切割、缝合或其它操作该外壳罩1时可提供外科医生适当地触觉回馈。再者，此材料的弹性性质较佳可允许呼吸作用的模拟与充气。一些有用的材料包括，但不限定于，挠性胺甲酸乙酯橡胶、热塑性聚胺酯和硅树脂橡胶。选择适合材料所考虑的一些重要性质包括抗拉强度、展延度、硬度和撕裂强度。特别所需系选择具″似皮肤″性质的材料。在特别较佳实施例中，一些″似皮肤″材料可进一步基于下列性质而选择：使用该等材料进行模制过程系简易、结果的机械性质、藉由改变组成物的混合比率而改变该等性质的能力、该等材料的颜色和针对各种色彩设置而使用印模颜料的有效性。例如，在一些具体实施例中，需要提供具真实的外观的外壁1，而因此于一些具体实施例中，用在形成外壁1的材料较佳可藉由使用着色和印模颜料修饰以提供似皮肤的外观，如有需要。用在形成外壁1或外壁1的部份的一种特别较佳的商业上可购得材料为Burman Industries Inc.(Van Nuys，CA)的Cine SkinSilicone A/B。Cine Skin Silicone A/B系室温硬化橡胶，该橡胶具有下述的物理性质：硬度、萧式：A10；比重：1.14；抗拉强度：525psi(仅A&B)；展延度：575％(仅A&B)；展延度：1000％(A/B+50％C)；颜色：透明清澈；黏度：于77

50000cps。其它具有相似物理的材料亦适用。其它″似皮肤″材料包括：Smooth-on(Easton，PA)的EcoflexRubbersand Dragon Skin^TM(http：//www.smooth-on.com/liqrubr.htm)；StockwellRubber Company(Philadelphia，PA)的liquid silicon rubber(http：//www.stockwell.com/)；Contronics Corporation(Brooklyn，NY)的Duralco 4538D。

在一些较佳实施例中，其中外壳罩1至少部份以模仿相应体壁部份的材料制造，其可能包含复数个预先形成的开口2。在其它具体实施例中，没有开口2存在，使用者于外壳罩1部份制造切口，经此切口执行程序。在上述的具体实施例，经此而执行程序的该外壳罩1部份较佳为可抛弃与可移除。因此，举例而言，该外壳罩1可具有开口，此开口以可抛弃的壁(例如可抛弃的″腹部″壁)3可移除式地弥封，此壁3在重复地以内窥镜仪器穿刺后可置换。此可抛弃的壁3可使用任何习知的扣接手法扣接至外壳罩1，此手法能重复地扣接或解开。举例而言，一些示例的扣接物包括，但不限定于子母沾、钮扣、压扣、钳夹和配对的嵌坎/凹入与唇、和钩子。一些商业上可购得特别适合的扣接物，包括Minigrip/ZIPPAK(Orangeburg，NY)的Flextite(http：//www.minigrip-zippak.com/pvc zipper.htm)；和3M Corporation(St.Paul，MN)的reclosable fastener system(Hoop与loop)(http：//www.3m.com/us/healthcare/personal care/fastening/reclosable.jhtm l)。如有需要，该扣接物若需要应亦允许于可抛弃的壁上制造切口、允许穿过此切口进行仪器置放与操作和允许腹壁充气法而不致使该等扣接物因上述的操作而松脱。

第7图中显示出许多体腔，特别是位于躯干和头部。最显着的体腔为躯干中的腹侧体腔6和体壁中的背侧体腔7。此腹侧体腔6藉由肋架与腹部的肌肉组织围绕住并包括胸腔7与腹盆腔8。此胸腔7藉由肋架围绕并藉由横隔膜与腹盆腔8分隔开，其依次包括包围心脏并藉围心膜形成的围心腔，以及包围肺脏并藉胸膜形成的胸膜腔。此腹盆腔8位横隔膜下方，并包括腹腔9和骨盆腔10。上身躯干和头的体腔包括背侧体腔11，其可藉颅骨与脊柱的骨头完全地围绕住。背侧体腔11的内部结构被硬脊膜、蛛网膜和软脊膜三种膜包围住。该背侧体腔11可进一步划分为颅腔12(为容纳脑的颅骨内腔室)，和脊髓腔13(为藉脊椎围绕脊髓所形成的腔室)。

外壳罩1可经设计以包含以上论及的任何一种或多种腔室。

再者，人类解剖构造包括一些器官系统，或在相关功能中共同运作器官的群组。该等习于此技艺的人所熟知的器官系统可包括在本发明装置内。具体而言，此人类解剖构造的器官系统包括体被(integumentary)系统、骨骼系统、肌肉系统、神经系统、内分泌系统、消化系统、心血管系统、和淋巴系统、呼吸系统、泌尿系统和生殖系统。体被系统形成体壁的最外围部份(皮肤)，且包括表皮和真皮。附属构造包括：毛发、指甲、腺体和感觉末梢。骨骼系统包括骨头、关节和韧带。肌肉组织包括骨骼肌和肌腱。神经系统包括中枢神经系统(脑和脊髓)、外围神经系统(PNS)和感觉构造。内分系统包括内分泌组织。消化系统包括消化道(口、食道、胃、肠、结肠、直肠/肛门)以及附属构造包括唾液腺、胰、肝和胆囊。心血管和淋巴系统包括心脏、血管(动脉、微血管、静脉)、血液、淋巴结、血管和淋巴网状内皮系统(脾、骨髓、淋巴结)。呼吸系统包括鼻、呼吸道(咽、喉、支气管等)和肺。泌尿系统包括肾、输尿管、膀胱和尿道。男性生殖系统包括生殖腺(罩丸)、副罩管、输精管、尿道管、前列腺、贮精囊和尿道球腺。女性生殖系统包括生殖腺(卵巢)、输卵管、子宫、阴道和前庭腺。

外壳罩1可设计成包含任何一种或多种哺乳动物解剖构造的各种器官和/或器官系统，特别是人类解剖构造。该等器官和/或器官系统可包括任何如上所讨论或此技术领域中具有通常知识者所习知者。因此，例如，该外壳罩1可包括下述器官的一种或多种：骨头、软骨、肌腱、韧带、骨骼肌、平滑肌、心脏、血管、血液、脑、脊髓、周边神经、鼻、气管、肺、口、食道、胃、小肠与大肠、肾、输尿管、膀胱、尿道、腺体，例如下视丘、脑下腺、甲状腺、胰腺和肾上腺、卵巢、输卵管、子宫、阴道、乳腺、睪丸、贮精囊、阴茎、淋巴、淋巴结和淋巴管、白血球、T和B细胞。

再者，本发明装置可设计成包含任何一种或多种哺乳动物的各种组织。该等组织为此技术领域中具有通常知识者所习知者且可包括在本发明装置内。具体而言，已知在体内细胞群可共同构成组织，其组织为可共同执行特定功能的大量相似细胞群。人类体内有四种主要组织种类：上皮组织、结缔组织、肌肉组织和神经组织。上皮组织的细胞紧密地堆积在一起并形成连续层以适用在身体不同部位的内衬。上皮组织可适用在膜内衬器官并帮助维持身体器官彼此分离、在适当的位置和保护。上皮组织的一些实例为皮肤的外层、口腔和胃的内层、以及围绕身体器官的组织。体内结缔组织有许多种类。一般而言，结缔组织可强化支持并构成身体。多数种类的结缔组织包括蛋白质胶原的纤维束以增加强化结缔组织。结缔组织的一些实例包括皮肤的内层、肌腱、韧带、软骨、硬骨和脂肪组织。血液亦可视为结缔组织的一种形式。肌肉组织为可收缩的特化组织。肌肉组织包括提供动作的肌动蛋白与肌凝蛋白特化蛋白质。肌肉组织的实例包含身体所有的肌肉。神经组织包括两种细胞种类：神经元和神经胶质细胞。神经组织在体内具有产生与传导电讯号的能力。这些电的信号可藉由脑内的神经组织控制并经脊髓传递至身体。

本发明的方法包括使用本装置以进行在哺乳动物的一种或多种已知器官、器官系统和/或组织上的各式程序，本文所列举例如彼等器官、器官系统和/或组织与人类解剖构造有关。

在一些具体实施例中，外壳罩1在实施时被设计只包含涉及此一手术程序的彼等体腔、组织和/或器官。例如，在上泌尿道进行手术时，模拟躯干可设计成只提供骨盆腔，且该骨盆腔可仅容纳上泌尿道器官。然而，提供可使用在多重程序的装置可能为所需的。因此，在一些具体实施例中需提供包括所有/大部分相应的人类解剖构造的体腔的外壳罩1。再者，可能必须提供不只欲进行操作的彼等器官，亦提供可能某种程度上影响所操作的程序的其周围环绕的器官。另外，在一些具体实施例中，可能必须提供所有体腔内有所有器官，不论这些体腔或器官是否某种程度上影响程序如何操作。

在外壳罩1内的腔室和一种或多种器官或组织组件可藉由使用一种或多种可抛弃的壁3弥封，该壁可模拟相应的体壁部分(例如腹壁)。使用者然后可经一个或多个可抛弃的壁3以制造切口并经这些切口以进行程序。此一个或多个可抛弃的壁3能够在重复地以内窥镜仪器穿刺后置换。此可抛弃的壁3可使用能重复地扣接或解开的任何习知手法扣接至外壳罩1。举例而言，一些示例的扣接物包括，但不限定于子母沾、钮扣、按扣、钳夹和对的嵌坎与唇、和勾子。于其它实施例中，复数个预先形成的开口2可包含于外壳罩1的部分且经由此开口进行程序。

于特别佳实施例中，该装置包括提供模拟呼吸作用的手段，此模拟的呼吸作用系经模仿有生命的身体内的呼吸系统。例如一条或多条管14(如第5a图所描绘的经由躯干外型的外壳罩的颈部而离开外壳罩1)可在此装置内依模拟呼吸作用在有生命的身体内发生途径的方式而设置。循环空气、其它气体或液体的帮浦或其它种类的装置(未图标)可以模拟呼吸作用的手法管与14连接。因此，用在模拟呼吸作用的手段将提供于运动中的一种装置以和如于有生命的身体中运动的器官和组织组件。例如，可使用Harvard Apparatus(Holliston，MA)的LargeAnimal Volume Controlled Ventilator(www.harvardapparatus.com)，或类似的设备种类。此Large Animal Volume Controlled Ventilator具有可自30至70cc/收缩间调节的容积；可自7至50收缩/分钟间调节的速率；和可自25至50％单次收缩循环间调节的相位，此相位能够在帮浦操作期间，连续地变化。

外壳罩1可进一步包括，若需要，用在模拟肺系统、消化系统、心血管与淋巴系统、和/或泌尿系统的机械装置。因此，例如，管14可设置于外壳罩1，经此以模拟泌尿系统的方式泵动气体或液体。另外，动物的或模拟的心脏可设置于外壳罩1内并可提供一种手段，藉此手段使心脏如有生命人类心脏那样跳动，因此进而加入模拟有生命的身体的动态运动。例如，于一具体实施例中，心脏与管14连接，经此管使流体或气体流动而因此提供跳动的心脏。任何流体或气体皆可使用，且该流体或气体较佳系具有相似于人类血液和尿液的性质。

于一些具体实施例中，外壳罩1进一步包括骨骼系统，真实或模拟的，例如如第3图所示。该骨骼系统提供精确的环境，于其内内窥镜与各式仪器必得插入和操作。该骨骼系统较佳为合成材料所制造。模拟的骨骼系统为已知，且因此适用在模拟驱干骨骼系统的设计可为与习知的骨骼系统一致。此骨骼系统系设计以提供人类骨骼系统15的质地、弹性性质、密度和各式其它各种性质。适用在构成合成骨骼系统15的材料包括，但不限定于塑料，较佳系耐用的、不易碎的塑料，例如可经3B Scientific购得(Rudorffweg 6，21031，Hamburg)(www.3bscientific.com)。如使用预形成的骨骼，外壳罩1可制作为适合该骨骼的尺寸。或者，可使用制作为外壳罩1尺寸的预形成的骨骼。

制造外壳罩1，与可抛弃的腹壁、腔壁、骨骼系统、模拟的器官和各种组织可选择以提供对相应解剖构造的精确模拟的材料。例如，该等材料可选择以提供对应的真实解剖的结构的相似外观、质地、拉伸性质、弹性性质、密度和/或各式其它性质。特别是，外壳罩、可抛弃的腹壁、体腔壁、骨骼系统、器官和组织组件以及任何其它组成组件需设计以提供外科医生在内窥镜程序期间，当使用各式仪器碰触、切割、缝合或其它操作这些物体时具适当地触觉回馈。再者，于一些具体实施例中，需设计可提供外壳罩、可抛弃的腹壁、体腔壁、骨骼系统、器官和组织组件以及任何其它组成组件的装置，该装置可提供造影、用在各式放射学程序、提供相似于使用在有生命的身体中。因此，该外壳罩、可抛弃的腹壁、体腔壁、骨骼系统、器官和其它部分可模仿对应真实解剖构造的性质的任何材料而制造。再者，于一些具体实施例中，该装置的各种部分较佳系可藉由模制过程所构成。因此，于一些具体实施例中，该等材料较佳系可易于塑造。另外，材料的弹性性质较佳容许呼吸运动的模拟、肺动作的模拟、来自通过装置的各种流体循环的运动、心脏的跳动(若包括)、充气(若进行)。特别一些适用材料包括，但不限定于，挠性胺甲酸乙酯橡胶、热塑性聚胺酯和硅树脂橡胶。一些选择适当材料时需考虑的重要性质包括抗拉强度、展延度、硬度和撕裂强度。特别需要选择具有″似皮肤″性质的材料。于特别较佳实施例中，一些″似皮肤″材料可进一步基于下列性质而选择：使用该等材料进行模制过程系简易、结果的机械性质、藉由改变组成物的混合比率而改变该等性质的能力、该等材料的颜色和针对各种色彩设置而使用印模颜料的有效性。在一些具体实施例中，例如，提供外壳罩1、器官和组织组件以及其它组件具真实的颜色可为所需，且因此，在一些具体实施例中，该等材料可藉由使用着色和印模颜料修饰以提供真实的外观，如有需要。特别最佳的商业上可购得材料之一者为本文所论及的Cine Skin Silicone A/B，和其它具相似性质的材料。其它商业上可购得的材料包括Ecoflex

Rubbers、Dragon Skin^TM、liquid silicon rubber和Duralco4538D。

提供外壳罩1内的一种或多种器官或组织组件运动是特别有益的，以因此接近地模拟人类体内实体上和动态上的气氛(atmosphere)。特别是，当于有生命人身上进行内窥镜程序时，由于，在某种程度上，呼吸作用、肺动作、流体的循环和心脏的跳动使该器官和体壁处在持续的运动中。提供可进行内窥镜程序的精确训练装置系特别有益的，其中该装置的器官和组织组件以及其它部分模仿具多重自由度的有生命的身体的运动。以上提供精确的环境因为体壁、器官和组织组件不为静态亦不为仅能以于有生命人类体内有限自由度的方式运动。因此，该装置系提供于外壳罩1模拟中呼吸空气和/或循环流体的手段，如同于人类身体中空气、血液、尿液和其它的材料的流动。模拟提供进一步运动的肺运动和心脏的跳动的方法复较佳包含在此装置，如上所论及之。

在一较佳实施例中，外壳罩1特别地设计以复制哺乳动物解剖构造的外形。因此，例如，外壳罩1可经观察者辨识为人类解剖构造的外型，例如人类躯干或头。例如，如第2至6图中所示，外壳罩1可为人类躯干的外型。模拟的躯干系较佳设计呈现为在实体、动态的和机械的性质方面为人类解剖构造的复制品。因此，例如，模拟的躯干的外型、比例与结构较佳设计为复制人类解剖构造。例如，以典型6英尺高的男性为基础计，男性躯干的平均尺寸为：近乎820mm(32英时)高度，近乎510mm(20英时)宽度，近乎250mm(10英时)厚度，和近乎140mm(5.5英时)的外颈直径。因此，例如，当提供平均成年男性的模拟躯干时，其中该尺寸为预期复制的平均成年男性时，则该等尺寸可如下列所述：约24至约33英时范围的高度，约15至约21英时范围的宽度，约7至约11英时范围的厚度，和约4至约6英时范围的外颈直径。假如外壳罩1系提供平均女性的外型、尺寸和比例时，则平均成年女性的尺寸小于平均成年男性的尺寸近乎10至12％。因此，提供平均成年女性外型和尺寸的外壳罩1的尺寸可为，例如：约21至约30英时范围的高度，约13至约19英时范围的宽度，约6至约10英时范围的厚度，和约3.5至约5.5英时范围的外颈直径。假如外壳罩1系提供平均青少年的外型、尺寸和比例时，则平均成年青少年的尺寸小于平均成年男性的尺寸近乎15至20％。因此，提供平均青少年外型和尺寸的外壳罩1的尺寸可为，例如：约19至约28英时范围的高度，约12至约18英时范围的宽度，约5.5至约9.5英时范围的厚度，和约3.2至约5.1英时范围的外颈直径。再者，这些尺寸可用在构成具有任何几何外型的外壳罩1的装置(例如箱形-模拟器)，上述全部尺寸系相称于有生命男性、女性或青少年。

模拟的躯干包括能具以包含一种或多种模拟的和/或动物的器官或组织组件的手段。在一较佳实施例中，外壳罩包括一种或多种腔室4，像是彼等包含在人类解剖构造，用以容纳一种或多种器官或组织组件的腔室。在一较佳实施例中，模拟的躯干包括相当于胸腔7和腹盆腔8的腔室。该腹盆腔8可进一步分成腹腔9和骨盆腔10。坐落于这些体腔的人类解剖构造的一种或多种器官或组织组件然后可因此位于这些腔室4内。

此一种或多种器官或组织组件较佳系以模拟人类身体的环境的手法容纳于腔室4中。特别是，一种或多种器官或组织组件较佳系可位于该等腔室4内并保持于适当位置且允许该等器官和组织组件依照于有生命的人类身体内的方式运动。当有需要时，由于内脏和组织组件某种程度上与解剖构造的其它部分互连，因此可使用习知的扣接手法，此手法系能够在内窥镜程序期间抵抗在此部份器官和组织组件上的操作。例如，肾脏可依模拟有生命的身体的方式维持在适当的地方，例如藉由将水球设置在接近肾脏，特别在肾脏的顶端。水球可易于按照尺寸制造且依相关各式器官和组织组件放置以便模拟有生命的身体内的环境。再者，真实的器官可用在一些应用中且可以包括围绕组织和脂肪的形式而得。因此，例如，受训者希望使用本发明装置以学习和练习程序而其中肾脏是分离的。上述的程序，受训者可，例如，获得真实肾脏以及环绕肾脏的组织和脂肪。此肾脏可使用任何形式的扣接手法(例如胶布)维持至适当位置，且进一步放置一个或多个水球设置于肾脏的顶端。

在一些具体实施例中，一种或多种器官或组织组件系与腔室4内衬的材料接触，其方式依肌肉组织内衬于人类解剖构造中的体腔。再者，更像是腹腔和胸腔是藉横隔膜分开，一层材料可置放于腹腔和胸腔间以模拟此横隔膜。因此，该等腔室4较佳系以模仿彼等内衬的人类体腔的材料内衬的与分离的，因此，例如，若器官或组织组件因呼吸或内窥镜仪器的操作而运动，该等器官或组织组件接触腔壁或横隔膜，则该等器官或组织组件将如它们在有生命的身体内般地反应。

再者，在腔室4内的一种或多种器官或组织组件可藉使用相似于彼等相应的解剖构造的似-组织材料以模拟人类解剖构造的方式与该腔室4联系与连结。特别是，可使用提供如相应解剖构造中的连结方法的相同种类运动的扣接手法。例如，假如器官是以容许任何种类运动的手法连结，且限制其自由度时，则该器官连接至本发明的装置经使用，例如，充分松弛的线状材料以容许无限制的运动。于枢钮状扣接等机制中，运动是受限于特殊的角度，该等机制可用以模拟运动中的该等限制。

在一示范实施例中，在模拟躯干中的装置是基于典型男性的3D模型，其可经美国国家医学图书馆的可视人体资料(Visible Human Data)予以切割和重建(美国国家医学图书馆，可视人计画(The Visible HumanProject)：http：//www.nlm.nih.gov/research/visible human.html)使用平均五毫米间距(从矢状-冠状坐标z＝463 voxel＝154mm的切面第4155号至z-3190voxel-1063mm的切面第2048号)的横切面(第8图)。此横跨整个躯干包括胸、腹和骨盆部。使用人工分割方法(manual segmentation method)以在这些影像切面中定义出外人体、肺和腹腔。腹腔的容积包括所有腹膜与腹膜后的器官。该3D模型可使用工程设计软件，Pro/Engineer(PTC，Inc.)建构。该模型可使用以设计和制造铸造此模拟的躯干的阴模，如第2a图所描绘。数字制造的木块系如第2a图所示。

为了提供身体、呼吸运动、肺动作和各式其它运动的真实的支持和结构，骨骼系统15是在躯干(第3图)铸造前放置在铸模内。可抛弃式腹壁3是在分离的铸模中铸造。

在一些具体实施例中，可抛弃的腹壁3以具有内层3a和外层3b的两层结构(第4图)呈现。该两层可为相同或不同材料所制造。较佳系内层为高度弹性材料制造，例如带有50％C部份的Cine Skin SiliconeA/B(展延度：1000％(A/B+50％C))，而外层可由如上述的用在形成外壳罩的材料而制造(例如Cine Skin Silicone A/B)。

第5b图所示的可抛弃的壁3以钩环紧扣物16(子母沾)在腹壁3与外壳罩1/模拟躯干的边界系至模拟躯干上。在可抛弃式的壁与模拟躯干周围的唇和对应凹槽可进一步适当用以维持可抛弃的壁3在适当位置。如显示，此可抛弃的壁3可以密合板17密封地弥封躯干。此扣接手法容许腹腔(如第5b图所描绘)的充气。如第5a图所示，六条弹性的管子14置于躯干之内，紧邻脊柱，包含自左侧和右侧腹膜后窝至经颈部离开，以模拟动物器官的血液和尿液流向。然而，任何数量的管子可用在多种位置。较佳为，然而，管子的数量和其位置可被选择以接近地模模拟实的人类解剖构造。

本发明装置，在具有任何几何形状或具相应解剖构造的形状外壳罩1的外型中(例如模拟的躯干)是提供对真实的手术程序实际的近似并提供外科医生、医学院学生和住院医生学习与练习各种程序的方法。特别是，本发明装置提供设计为近似相应解剖构造(例如器官、组织、腹壁)性质的组件。再者，本发明装置设计以提供相应解剖构造的适当形状、比例和结构。另外，本发明装置提供用在模拟有生命的解剖构造内的呼吸作用、肺动作、循环作用和心脏的跳动的手段，因而可模仿人类解剖构造各种部分所经历的持续运动。此运动不特别受限于自身的自由度，且本发明装置所提供的运动是模拟有生命的身体的运动且依有生命的身体的运动的自由度。

因为内窥镜程序为经小切口且通常经内窥镜套管和/或管子进行，所以内窥镜仪器的使用不同于敞开的手术。特别是，进行内窥镜手术所需的技巧较预期困难，因为其颠倒的操作、二维的影像，和直接触及的失丧。正常立体视觉的缺乏导致深度觉的失丧，而“经洞”细长仪器的操作则限制了运动能力。一项外科医生最重要的资产即是高度发展的触觉。然而，内窥镜分开外科医生的手与手术位置。

目前可得的内窥镜模拟器存在有某些限制。首先，它们不能提供正在进行的程序的解剖全貌。再者，该等模拟器无法允许改变模拟人体的位向。另外，该等模拟器不允许无限制地置放和定位套管。再者，该等模拟器不能提供针和套管针插入时的力量回馈。因为这些非真实的特征，模拟器系仅用在训练课程的初期以获得基本的内窥镜技术。

因此，本发明的装置将提供有价值的训练步骤，该步骤可单独使用和与箱形模拟器、活动物体训练、和经指导的手术一起使用。

于另外实施例中，本发明提供用在训练和评估放射学程序的装置。特别是，放射学程序一般包括X-射线、CT(计算机断层)、MRI(磁振造影)、超音波、核磁共振造影和侵入性放射学装置。X-射线程序为最古老的放射学程序，其在选择的身体部位使用小量的辐射线以产生影像，一般使用以产生胸部、肌肉骨骼系统和肠胃道系统的影像。CT与X-射线相似，除了CT造影提供身体特定区域横切面影像。CT主要用在脑、颈、脊椎、胸部、腹部和肌肉骨骼造影。MRI与CT相似，除了MRI造影使用磁波与电波以产生影像。MRI已使用至产生脑、脊柱、心脏、骨头、关节、软组织和血管的造影。超音波利用声波穿过身体以产生影像且典型使用在产前的护理。核磁共振造影使用小量放射性成分以产生造影，其可协助收集各种器官功能的信息。该放射性成分，称为示踪物(tracer)，可帮助评估骨头、肝、心脏、肺、脑、肾脏或内分泌的问题。侵入性放射学使用导管和线圈以畅通阻塞的血管、排出积聚流体的区域、缓解特定型态的高血压、移除外物和在不手术的情况下处理肠胃道出血。

本发明提供可用在训练和评估各种放射学程序的装置。特别是，如上所提出，人类身体经历具多重自由度的持续运动。因此，当训练者于进行程序时，例如放射学程序，和于练习该等程序时，需提有生命的人类身体精确的近似，此近似方式不只具有人类解剖构造的实体性质，亦可模拟有生命人类解剖的动态运动。本发明提供具任何几何形状、模拟躯干或其它身体部位的外型的装置，其设计为模拟相应人类解剖构造的比例、结构、动态运动，且较佳包括外型和各种其它性质。该等特征讨论于上文。该装置可复设计为提供使用者对放射学的利用。因此，例如，于核磁共振造影程序的训练和/或练习，示踪物可被注入所需训练/练习位(例如于肺中)。此模拟躯干，以人类解剖构造(例如容纳肺，周围环绕的器官，肋骨等)的精确表征呈现于使用者之前，且此模拟躯干模拟呼吸作用和肺动作(因而提供肺动作)提供可发生造影程序的精确的装置。

本发明的方法包括以实际的方式使用此装置以进行各式内窥镜程序。当描述该装置和方法时，特别是，关于在躯干区域进行内窥镜程序所用的模拟躯干，可了解此装置可包括各种其它身体部分，且再者，各种其它的内窥镜程序可用该等模拟训练装置进行。另外，当本发明所述的装置与人类解剖构造有关时，亦可了解本发明装置可改造以便模拟其它动物，较佳哺乳动物的身体部分，以提供用在在任何动物上进行内窥镜手术训练和评估受训者的解剖构造和方法。另外，当此装置描述为特别与内窥镜程序有关时，该装置亦呈现为有益的训练和评估，其受训者可进行任何种类的精确手术，特别是其中器官和身体部分的运动影响此程序。

本发明的方法可进一步参考下列实施例而说明，期能帮助了解本发明，但并非解释为本发明的限制。

实施例

依照第2至6图和第8图所塑造的模拟躯干由医学院学生、住院医生和泌尿科主治医生使用和评估并将之与标准训练箱对照。该研究显示模拟的躯干对于真实的程序有更加逼真的近似且特别适用在内窥镜训练。本研究中所使用的动物器官允许于真实的组织上操作。该等器官置放于其原始位置(in situs)，需有适当的仪器入口和信道配置。再者，经诱导的呼吸作用造成器官如于人类体内般活动。

受训者接受许多的步骤，以插入充气针开始，充入二氧化碳，决定信道的位置并放入套管针。受训者然后进行多种内窥镜程序，该等程序在解剖上正确的设置需要解剖并形成组织面、切除和修复组织、缝合、电烙、和进行其它手术的操纵。模拟的躯干提供受训者放置动物的肾脏至后腹膜的可能性，以操作真实的组织，因而可模拟不同的手术，例如肾切片检查法、肾盓整形术、肾切除术和部份肾切除术。进行试验以决定模拟器的设计是否影响受训者之后的表现。藉由比较自我评估和训练者对一群随机选自经标准箱形模拟器或本发明的模拟躯干进行内窥镜训练的对象评分来进行研究。有25位医学院学生、住院医生和泌尿科主治医生参与此研究。由研究原先给予15分钟引言式的报告以提供对内窥镜手术基本的总览，且描述和示范所欲练习的任务。然后参与者随机选取并允许实作2小时，期间研究员可出现并提供帮助。

于内窥镜训练箱形框架的例子中，显示于第6A图中，有10mm信道(USSC)设置于中央作为视讯摄影机的入口。5mm和10mm的信道(USSC)设置作为教学用的入口。可使用大塑料培养皿以支持和使猪的肾在箱型内部不动。

在模拟躯干中，示于第6B图，10mm信道设置于脐以作于视讯摄影机出入口。第二条10mm套针位于脐侧面4cm的腋中线，和5mm信道位于脐上方4cm设置以作于仪器出入口。猪的肾设置于腹腔中左腹膜后窝内。两种模拟器均使用标准电视推车且10mm与30°内窥镜连结至视讯摄影机和光源(Stryker Instruments，Santa Barbara，CA)。在箱形模拟器和模拟躯干的例子中，另外的参与者持有和操作内窥镜和视讯摄影机。进行下列的作业：套针的配置、仪器选择和操作、针和缝线操作、缝合和体内打结。

各期间之后，参与者要求完成问卷鉴定训练的模型、进行的操练和指导者。此问卷亦询问受训者的教育程度和之前的手术经验。受训者以自″劣″至″优异″，和自″极不同意″至″极同意″评等他们的反应。参与者亦有机会提供书写的评论、意见和批评。接着此问卷藉由分派″极不同意″与″劣″为值1，而″极同意″与″优异″为值5转换为模拟量表。其等结果依所使用的模拟器分层。然后计算每个问题个别的平均值和标准差。用student’s standard t-test比较平均值和计算p值。所有统计上计算的结果使用STATA执行。我们统计显着的标准为0.05。下表1总结此调查中所问问题的统计结果。

表1：调查结果之统计资料总结

基于这些结果，模拟躯干显着地较易使用，提供较真实解剖构造的近似度和提供较好的内部视野(分别为p＝0.008，＜0.001，和＜0.001)。参与者亦感觉该模拟躯干具较好的设计(p＝0.002)。并且，两组群的参与者同意或强烈同意对训练来说近似真实的解剖为重要且信道设置为重要(分别为p＝0.064和0.500)。

利用本发明的装置可有效地降低手术室中的错误并教导受训者额外的技术。此自然人类身体结构使得受训者体验到正确的空间表现以及套针的分布如同于内窥镜手术中在人类腹部所遇到的情况一样。此包含呼吸引致运动器官的模拟/动物混合模型相较于现存的箱形模拟器为更真实的模型。

本文所提及的所有文件全文引用为本说明书揭示的内容。

上述对本发明的描述仅为本发明的说明，咸理解于不悖于本发明的精神或范畴下可进行变化或修改，如下申请专利范围所提出。

Claims (27)

1.一种医学训练和/或评估装置，该装置包括：

壳罩，具有相应于有生命的哺乳动物的至少一个体腔的至少一个腔；

相应于有生命的哺乳动物的器官或组织组件的一种或多种器官或组织组件，该器官或组织组件置于该至少一个腔内，以便模拟在有生命的哺乳动物中器官或组织组件的位置；

一条或多条管子，位于该装置内，且连接一种或多种器官或组织组件，以便模拟呼吸作用在有生命的哺乳动物内发生的一个或多个途径；

呼吸器，连接该一条或多条管子以模拟在该装置内的呼吸；

该一种或多种器官或组织组件彼此互连和/或连接至一个或多个腔壁，使得该一种或多种器官或组织组件提供有在有生命的哺乳动物内的对应器官或组织组件的自由度，

其中，该壳罩和该一种或多种器官或组织组件由于该模拟呼吸而运动，其运动的方式为模拟在有生命的哺乳动物的呼吸作用期间的运动，包括相应身体部分和一种或多种器官或组织组件的运动。

2.根据权利要求1所述的装置，其中该装置进一步包含与一种或多种器官或组织组件连接且模拟肺动作的设备，且该器官或组织组件由于该模拟而移动。

3.根据权利要求2所述的装置，其中该设备能够模拟有生命的哺乳动物的不随意运动。

4.根据权利要求2所述的装置，其中该设备模拟人类的呼吸动作。

5.根据权利要求2所述的装置，其中该设备模拟人类的肺动作。

6.根据权利要求2所述的装置，其中该设备模拟人类呼吸动作和肺动作。

7.根据权利要求1所述的装置，其中该壳罩的形状至少是具有哺乳动物的解剖构造的一部份。

8.根据权利要求1所述的装置，其中该壳罩符合构成人类躯干的外形。

9.根据权利要求1所述的装置，其中该壳罩為箱形组件。

10.根据权利要求1所述的装置，其中该壳罩包括在外壳罩内的骨骼系统。

11.根据权利要求1所述的装置，其中该装置进一步包括一个或多个壁，通过该壁能夠进行模拟的内窥镜程序。

12.根据权利要求11所述的装置，其中一个或多个壁相当于腹壁且使用容许充气的材料制造。

13.根据权利要求1所述的装置，其中该壳罩包括一种或多种硅树脂材料。

14.根据权利要求1所述的装置，其中该装置经改造为放射学程序的训练和/或评估。

15.根据权利要求1所述的装置，其中该装置进一步包括至少部份模拟循环系统、泌尿系统和/或消化系统的设备。

16.根据权利要求1所述的装置，其中该装置进一步包括可将内窥镜和一个或多个内窥镜仪器插入该壳罩中并执行内窥镜程序的开口。

17.根据权利要求1所述的装置，其中该一种或多种器官或组织组件由于所述模拟而运动，其运动的方式为模拟相应器官或组织组件在有生命的身体中循环系统、泌尿系统和/或消化系统的作用期间的运动。

18.一种用于医学程序的训练和/或评估装置，该装置包括：壳罩，其形状为至少具哺乳动物解剖构造的一部份的形状；置于该壳罩内并支承于该壳罩内的一种或多种器官或组织组件，以便限制该一种或多种器官或组织组件的自由度，其中，该一种或多种器官或组织组件的自由度模拟在有生命的哺乳动物内的器官或组织组件的自由度；

该壳罩和该一种或多种器官或组织组件是使用模拟有生命的哺乳动物的相应身体部分和一种或多种器官或组织组件的质地、拉伸性质和弹性性质的材料制造；以及模拟呼吸和/或肺动作的设备，

其中，该壳罩和该一种或多种器官或组织组件模拟在有生命的哺乳动物内的动态气氛，使得该壳罩和该一种或多种器官或组织组件由于模拟呼吸和/或肺动作而持续运动，且其中，该持续运动模拟有生命的哺乳动物在呼吸和/或肺动作期间的持续运动。

19.根据权利要求18所述的装置，其中该装置进一步包括一个或多个可移除的壁组件，该壁组件位于一个或多个器官之上，通过该壁组件能够进行模拟的内窥镜程序。

20.根据权利要求19所述的装置，其中该一个或多个壁组件经改造为符合人类腹壁。

21.根据权利要求19所述的装置，其中该一个或多个壁组件经改造为允许在壳罩内充气。

22.根据权利要求19所述的装置，其中该一个或多个壁组件是能够被内窥镜仪器刺穿。

23.根据权利要求18所述的装置，其中该装置进一步包括至少部份模拟循环系统、泌尿系统和/或消化系统的设备。

24.根据权利要求18所述的装置，其中该装置进一步包括壳罩内的骨骼系统。

25.根据权利要求18所述的装置，其中该装置进一步包括可将内窥镜和一个或多个内窥镜仪器插入该壳罩中并执行内窥镜程序的开口。

26.根据权利要求15所述的装置，其中该装置经改造为放射学程序的训练和/或评估。

27.根据权利要求18所述的装置，其中该一种或多种器官或组织组件由于所述模拟而运动，其运动的方式为模拟相应器官或组织组件在有生命的身体中循环系统、泌尿系统和/或消化系统的作用期间的运动。

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