DE3937035A1 - System zur rechnergestuetzten simulation von eingriffen im menschlichen koerper - Google Patents

Description

Sowohl in der medizinischen Aus- als auch Weiterbildung kön­ nen diagnostische und therapeutische Eingriffe nur mangel­ haft geübt werden. Dabei bleibt häufig nur die Möglichkeit, unter Anleitung eines erfahrenen Mediziners am lebenden Pa­ tienten zu üben und zu lernen. Da der ausbildende Mediziner häufig nicht schnell genug eingreifen kann, führt dies zu einer unverantwortlichen Gefährdung des Patienten. Diese Problematik stellt sich allerdings nicht nur in der Aus- und Weiterbildung, sondern auch im späteren medizinischen Wir­ ken, da gewisse Eingriffe und Maßnahmen so selten in der täglichen Praxis vorkommen, daß der Arzt zwangsläufig eine unter Umständen vorhandene Routine verliert.

Und aus dieser Erkenntnis heraus stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, ein System zur Simulation von diagnostischen und therapeutischen Eingriffen (Untersuchungen, therapeutische Maßnahmen, Operationen, Erprobung neuer, gefährlicher Maß­ nahmen an und im menschlichen Körper an allen definierten Stellen und/oder Öffnungen des menschlichen Körpers) zu schaffen.

Dies wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentan­ spruches 1 erreicht. Das Gesamtsystem besteht aus einer Nach­ bildung des menschlichen Körpers, mit Nachbildungen von Kör­ peröffnungen (die allerdings im Innern ins Leere führen). Die Körperöffnungen sind entsprechend zur Aufnahme der Sen­ sorik ausgebildet. Dabei ist es möglich, daß jede Körperöff­ nung ihre eigene Sensorik hat, es kann allerdings auch eine austauschbare Sensorik gewählt werden. Diese Sensorik kann in anderen Varianten an allen anderen Körperstellen ange­ bracht werden (z. B. um Katheteruntersuchungen und/oder das Verabreichen einer Punktion zu simulieren). Mit Hilfe dieser Sensorik wird der Ort der Spitze des medizinischen Instru­ mentes bzw. der für Übungszwecke gewählten Nachbildung dieses Instrumentes exakt vermessen. Dies geschieht durch Messen von Längen, Winkeln und Drehungen. Desweiteren können Senso­ ren in dem Instrument selbst angebracht sein, die weitere Zusatzfunktionen erfassen. Mit Hilfe dieser Informationen können dann in einem grafik-orientierten Rechner Simulatio­ nen durchgeführt werden. Bestandteil des Rechnersystems ist ein Programmsystem, das die Struktur der zu simulierenden Teile des menschlichen Körpers in einem Speicher, der Bild­ datenbank, abbildet. Darüber hinaus können auch in einem realistischen Modell des zu simulierenden Teils des mensch­ lichen Körpers vermittels elektronischer Abtastung (z. B. Video) Bilder für die Datenbank bereitgestellt werden. Das System wird anhand der Darstellungen weiter erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Systems,

Fig. 2 schematisch eine Anordnung zur Durchführung der Simulation mit einem schematisierten Instrument.

Ein Diagnostik- und Therapieinstrument, im vorliegenden Bei­ spiel ein Endoskop (A) wird zur Magenuntersuchung durch den Mund dargestellt. Dabei handelt es sich um ein leicht modi­ fiziertes Originalinstrument der ärztlichen Praxis. An die­ sem sind Sensoren (1) angebracht, die im Zusammenspiel mit den Sensoren (2) an der Körpernachbildung (B und Ausschnitt) zur Messung von Längen, Winkeln und Drehung in der Lage sind, den räumlichen Ort der Spitze des Diagnostik- und The­ rapieinstrumentes in der Nachbildung des menschlichen Kör­ pers (B) exakt festzustellen. Dabei dient das proximale Ende einschl. der hier vorhandenen Steuereinrichtungen als Infor­ mationsgeber. Diese Informationen werden also als Eingangs­ signale in den Rechner übertragen und dort weiter verarbei­ tet. Bei dem Rechner handelt es sich um einen Real-Zeit-Rechner für Bildverarbeitung. Im Speicher dieses Systems, in der Datenbank, bzw. im realistischen Modell ist der zu manipulierende Gegenstand, im Beispiel nach (Fig. B) die Mageninnenwand einschließlich pathologischer Veränderun­ gen exakt nachgebildet. In der Bilddatenbank können natür­ lich sämtliche relevanten Teile des menschlichen Körpers gespeichert sein. Aufgrund der Sensorinformationen errechnet der Rechner das dem Ort der Sensorspitze zugehörige Bild und stellt es über eine Datenleitung in Realzeit auf dem Sicht­ system dar, das im Diagnostik- und Therapieinstrument inte­ griert sein kann oder auch separat angeordnet ist.

Die Nachbildung des menschlichen Körpers besteht - wie ange­ deutet - aus flexiblem Material und dient im wesentlichen nur dazu, das Diagnostik- und Therapieinstrument in die relevan­ ten Körperöffnungen einführen zu können und mit Hilfe der dort angebrachten Sensorik zusammen mit den ggfs. im Instru­ ment vorhandenen Sensoren den Ort der Untersuchungsspitze eindeutig zu bestimmen.

Ein weiteres wichtiges Teil ist eine rechnergestützte Arre­ tier- und/oder Bremseinrichtung (3). Sie simuliert den Wider­ stand, der dem Diagnostik- und/oder Therapieinstrument bei der Untersuchung entgegengesetzt wird. Die beschriebene Bremsvorrichtung (3) wird dann wirksam, wenn bei der Simula­ tion erkannt wird, daß das diagnostisch-therapeutische "In­ strument" von dem zu untersuchenden Medium (z. B. Speise­ röhre, Knochen) berührt wird.

Software-System

Das Software-System ist in der Lage, Bilder entsprechend den Sensorinformationen und/oder den Informationen aus dem realisti­ schen Modell aus der Bilddatentechnik aufzubauen und daraus die ent­ sprechenden Bildinformationen verarbeitet oder unverarbeitet zur Darstellung zu bringen.

Wesentlich dabei ist, daß die Bilddatenbank durch den Rechner verändert werden kann (z. B. Krankheitsbilder erzeugen).

Weiterhin hat das System Komponenten, die Statistik- und Fehler­ analysen der Simulationen gestatten.

Weiterhin können dem "Schüler" durch das System "erfolgreiche" Untersuchungsabläufe vorgespielt werden, um in die neuesten Unter­ suchungsmethoden und deren Durchführung einzuführen.

Weiterhin kann das System so gestaltet werden, daß auch neue Ope­ rationsmethoden vermittels Simulation erforscht und erprobt wer­ den können.

Claims (5)

1. System zur rechnergestützten Simulation von diagnosti­ schen und/oder therapeutischen Eingriffen im menschlichen Körper, dadurch gekennzeichnet, daß eine Nachbildung eines menschlichen Körpers mit einer Sensorik im zur Simulation vorgesehenen Bereich ausgestattet ist, daß diese Sensorik und Sensoren eines Diagnostik- und/oder Therapieinstrumentes Meßwerte in Form von Sensorinformationen an einen Rechner mit Bilddatentechnik wei­ terleitet, und daß der Rechner die Sensorinformationen und die Informationen aus den Bedienereingaben im Abgleich mit der Bilddatenbank über einen Bildaufbau in visuelle Bilder auf einem Sichtsystem umsetzt.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorik austauschbar ist, und daß die dazu erforderlichen Aufnahmen in der menschlichen Nachbildung vorgesehen sind.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorik mit einer Kodierung versehen ist, die den entspre­ chenden Bereich der Bilddatenbank im Rechner ansteuert.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Sichtsystem im Diagnostik- und/oder The­ rapiegerät integriert ist.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Diagnostik- und/oder Therapiegerät mit zumindest einem Zusatzsensor zur Simulation von Zusatzein­ richtungen versehen ist.