RU2474883C1

RU2474883C1 - Training apparatus for assimilation of intervention diagnostic techniques and methods of treating of cardiovascular diseases

Info

Publication number: RU2474883C1
Application number: RU2011121036/14A
Authority: RU
Inventors: Евгений Иванович Артамонов; Андрей Валерьевич Балабанов; Владимир Александрович Ромакин; Константин Андреевич Савельев
Original assignee: Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2013-02-10
Also published as: RU2011121036A

Abstract

FIELD: medicine.

SUBSTANCE: training apparatus for assimilation of intervention diagnostic techniques and methods of treating cardiovascular diseases comprises a unit (AB) with two sensors of linear motion restraint of a catheter, a wire with removable instruments, and: assembly interface (AI), cardiovascular geometric 3D-model assembly (B3D), patient's cardiovascular 3D-model data bases (DB), patient's cardiovascular computed tomography data bases (CTDB), conversion of patient's cardiovascular computed tomography into 3D-model format (CCT), geometric 3D-model conversions (3DC) and operation display (OD) units.

EFFECT: use of the invention enables higher accuracy of the length measurement of the instrument mechanical travel referred to their motions on a virtual model of patient's organs, and enabling higher reliability of the patient's 3D virtual model.

3 dwg

Description

Тренажер для освоения интервенционных методов диагностики и лечения заболеваний сосудов сердца (далее - тренажер) предназначен для обучения кардиохирургов эндоваскулярным операциям. В ходе отработки операции на тренажере используются реальные хирургические инструменты и средства отображения процесса проведения операции, что приближает работу на тренажере к условиям реальной операции.The simulator for the development of interventional methods for diagnosing and treating heart vessel diseases (hereinafter referred to as the simulator) is intended for training cardiac surgeons in endovascular operations. In the course of practicing the operation on the simulator, real surgical instruments and means for displaying the operation process are used, which brings the work on the simulator closer to the conditions of a real operation.

Согласно многочисленным научным исследованиям отработка практических навыков на компьютерных тренажерах дает целый ряд преимуществ по сравнению с традиционными учебными программами:According to numerous scientific studies, the development of practical skills on computer simulators provides a number of advantages compared to traditional training programs:

- позволяет полностью воссоздать ход реальной операции в режиме реального времени и отработать алгоритм действий во время операции;- allows you to completely recreate the course of a real operation in real time and work out an algorithm of actions during the operation;

- повышает эффективность обучения врачей новым высокотехнологичным методикам, а также новым процедурам в рамках уже практикуемых методик;- increases the efficiency of training doctors in new high-tech techniques, as well as new procedures in the framework of already practiced techniques;

- значительно уменьшает число врачебных ошибок (в т.ч. фатальных) и процент возможных осложнений;- significantly reduces the number of medical errors (including fatal) and the percentage of possible complications;

- позволяет оценить уровень полученных знаний и приобретенных навыков благодаря обратной связи;- allows you to assess the level of knowledge and acquired skills through feedback;

- дает возможность прогнозировать результаты выполнения реальных операций у пациентов;- makes it possible to predict the results of performing real operations in patients;

- позволяет провести виртуальную «репетицию» предстоящей рентгенососудистой операции реального пациента и закрепить алгоритм выполнения процедуры с учетом внезапных непредвиденных ситуаций, возникающих в ходе реальной операции;- allows you to conduct a virtual "rehearsal" of the upcoming X-ray vascular surgery of a real patient and fix the algorithm for performing the procedure, taking into account sudden unforeseen situations that arise during a real operation;

- увеличивает скорость выполнения манипуляций на 29%, снижает расход контрастного вещества более чем на 40% во время проведения рентгенососудистых процедур, снижает вероятность совершения ошибок в 6 раз.- increases the speed of performing manipulations by 29%, reduces the consumption of contrast medium by more than 40% during X-ray procedures, reduces the likelihood of errors by 6 times.

В настоящее время известны примеры использования таких тренажеров. Так, например, мобильный тренажер ANGIO Mentor Express (http://www.legmed.ru/catalogue/details.html?item=5762&section=478) содержит аппаратный блок, обеспечивающий интуитивный интерфейс, позволяющий врачам выбирать необходимые, реально существующие инструменты, используемые на практике, процессор и экран для мониторинга процесса стентирования. Являясь сложной интеллектуально-механической машиной, тренажер с высокой степенью достоверности воспроизводит анатомические и физиологические варианты сосудистого русла, а также имитирует работу с эндоваскулярными инструментами. Основными проблемами в таких тренажерах являются: обеспечение точности измерения длины механического перемещения инструментов, соотнесенной к соответствующим их перемещениям на виртуальной модели органов пациента; получение достоверной 3D виртуальной модели пациента по результатам компьютерной томографии или коронарографии; геометрические преобразования 3D-модели пациента в соответствии с углом поворота ренгеноизлучателя установки стентирования.Currently, examples of the use of such simulators are known. For example, the ANGIO Mentor Express mobile simulator (http://www.legmed.ru/catalogue/details.html?item=5762&section=478) contains a hardware unit that provides an intuitive interface that allows doctors to choose the necessary, real-life tools used in practice, a processor and screen for monitoring the stenting process. Being a complex intellectual-mechanical machine, the simulator with a high degree of reliability reproduces the anatomical and physiological variants of the vascular bed, and also imitates the work with endovascular instruments. The main problems in such simulators are: ensuring the accuracy of measuring the length of the mechanical movement of the instruments, related to their respective movements on the virtual model of the patient’s organs; obtaining a reliable 3D virtual model of the patient according to the results of computed tomography or coronarography; geometric transformations of the 3D model of the patient in accordance with the angle of rotation of the X-ray emitter of the stenting installation.

Задачами настоящего изобретения является повышение точности измерения длины перемещения катетера и тросика с инструментами в аппаратном блоке за счет двух лазерных излучателей и приемников лазерных излучений, автоматизированное преобразование 2D-сечений сосудов сердца пациентов, представленных в форматах компьютерной томографии, в формат 3D виртуальной модели, накопление базы данных 3D-моделей пациентов.The objectives of the present invention is to improve the accuracy of measuring the length of the movement of the catheter and the cable with the instruments in the hardware unit due to two laser emitters and laser radiation receivers, the automated conversion of 2D sections of the patient’s blood vessels presented in computed tomography formats into a 3D virtual model, base accumulation 3D patient model data.

Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения длины механического перемещения инструментов, соотнесенной к соответствующим их перемещениям на виртуальной модели органов пациента, и повышение достоверности 3D виртуальной модели пациента. Изобретение может быть использовано в тренажерах для освоения интервенционных методов диагностики и лечения заболеваний сосудов сердца.The technical result of the invention is to increase the accuracy of measuring the length of the mechanical movement of the instruments, related to their respective movements on the virtual model of the patient’s organs, and increase the reliability of the 3D virtual model of the patient. The invention can be used in simulators for the development of interventional methods for the diagnosis and treatment of heart disease.

Технический результат достигается тем, что тренажер для освоения интервенционных методов диагностики и лечения заболеваний сосудов сердца содержит блок (АБ) с двумя датчиками фиксации линейного перемещения катетера, тросика со сменными инструментами и блоки: сопряжения (БС) объемной геометрической (3D) модели сосудов сердца (Б3D), базы данных 3D-моделей сосудов сердца пациентов (БД), базы данных результатов компьютерной томографии сосудов сердца пациентов (БДКТ), преобразования форматов данных компьютерной томографии сосудов сердца пациентов в формат 3D-модели (БПРКТ), геометрических преобразований 3D-модели (БПР3D) и отображения процесса проведения операции (БО), причем блок Б3D по одному входу соединен через блок сопряжения БС с блоком АБ, а по другому входу соединен с блоком БД, к которому подключен блок БДКТ через блок преобразования форматов данных БПРКТ, выход блока геометрических преобразований БПР3D соединен с блоком БО отображения процесса проведения операции.The technical result is achieved by the fact that the simulator for the development of interventional methods for the diagnosis and treatment of heart vessel diseases contains a block (AB) with two sensors for fixing the linear displacement of the catheter, a cable with interchangeable instruments and blocks: conjugation (BS) of a volumetric geometric (3D) model of heart vessels ( B3D), a database of 3D models of patient’s heart vessels (DB), a database of computed tomography of patient’s vessels of the heart (DBCT), data conversion formats for computed tomography of patient’s vessels of the heart s to the format of the 3D model (BPRKT), geometric transformations of the 3D model (BPR3D) and the display of the operation process (BO), and the B3D block is connected via one input through the BS interface unit to the AB block, and connected to the DB block on the other input to which the BDKT block is connected through the BPRKT data format conversion block, the output of the BPR3D geometric transformation block is connected to the BO block displaying the operation process.

На фиг.1 представлена структурная схема тренажера.Figure 1 presents the structural diagram of the simulator.

На фиг.2 показан общий вид тренажера. Слева расположен блок АБ.Figure 2 shows a General view of the simulator. On the left is the AB unit.

На фиг.3 показана лицевая панель блока АБ, слева отверстие для ввода катетера, справа отверстие для ввода тросика с инструментами, расположенными в центре, кнопками задаются типы инструментов и соответствующие операции, такие как ввод контрастного вещества, повышение давления в баллонах и др.Figure 3 shows the front panel of the AB block, on the left is a hole for insertion of a catheter, on the right is a hole for insertion of a cable with tools located in the center, buttons specify the types of instruments and the corresponding operations, such as injection of a contrast medium, pressure increase in cylinders, etc.

Структура тренажера содержит: 1 - вход для тросика; 2 - вход для катетера; 3 - блок (АБ) с двумя датчиками фиксации линейного перемещения катетера и тросика со сменными инструментами; 4 - блок сопряжения (БС); 5 - блок объемной геометрической (3D) модели сосудов сердца (Б3D); 6 - блок геометрических преобразований 3D-модели (БПР3D); 7 - блок отображения процесса проведения операции (БО); 8 - базы данных результатов компьютерной томографии сосудов сердца пациентов (БДКТ); 9 - блок преобразования форматов данных компьютерной томографии сосудов сердца пациентов в формат 3D-модели (БПРКТ); 10 - базы данных 3D-моделей сосудов сердца пациентов (БД).The structure of the simulator contains: 1 - input for the cable; 2 - input for catheter; 3 - block (AB) with two sensors for fixing the linear displacement of the catheter and the cable with interchangeable instruments; 4 - interface unit (BS); 5 - block volumetric geometric (3D) model of blood vessels of the heart (B3D); 6 - block geometric transformations of the 3D model (BPR3D); 7 - display unit of the operation process (BO); 8 - database of the results of computed tomography of the vessels of the heart of patients (CTDT); 9 is a block for converting computed tomography data from patient’s blood vessels into a 3D model format (BPRKT); 10 - database of 3D-models of the vessels of the heart of patients (DB).

Принцип работы тренажера заключается в предварительном создании базы данных 3D-моделей сосудов сердца пациентов (БД). Сосуды сердца и углы поворота рентгеновского излучателя отображаются на экране дисплея. Изображения проекций сосудов синхронизованы с положением излучателя. Последовательности ввода катетера и тросиков с инструментами физически имитируются на органах управления блока АБ и их положения в сосудах отображаются на экране дисплея. Манипулируя органами управления блока АБ, осуществляется доступ тросика с инструментами в соответствующие места поражения сосудов и производятся действия по устранению этих поражений.The principle of the simulator is to pre-create a database of 3D models of the vessels of the patients' heart (DB). The vessels of the heart and the angles of rotation of the x-ray emitter are displayed on the display screen. Images of vascular projections are synchronized with the position of the emitter. The input sequences of the catheter and the instrument cables are physically simulated on the controls of the AB unit and their positions in the vessels are displayed on the display screen. By manipulating the controls of the AB unit, the cable with tools is accessed to the corresponding places of vascular damage and actions are taken to eliminate these lesions.

Claims

A simulator for the development of interventional methods for the diagnosis and treatment of heart vessel diseases, characterized in that it contains a block (AB) with two sensors for fixing the linear displacement of the catheter, a cable with interchangeable instruments and blocks: conjugation (BS), volumetric geometric (3D) model of the heart vessels ( B3D), a database of 3D models of patients' blood vessels of the heart (DB), a database of computed tomography results of patients' heart vessels (CT), the conversion of computed tomography data formats of patients' heart vessels to the 3D format case (BPRKT), geometric transformations of the 3D model (BPR3D) and the display of the operation process (BO), and the B3D block is connected through one input through the BS interface unit to the AB block, and through the other input connected to the DB block to which the block is connected BDKT through the block transform data formats BPRKT, the output of the block geometric transformations BPR3D is connected to the block BO display the process of the operation.