干预模拟设备的制作方法

专利名称：干预模拟设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及模拟系统中的一种设备，此模拟系统用于模拟干预手术，优选地用于内血管的手术。
背景技术：
成人教育的原则，实践学习的宗旨以及致力于专门技术发展的理论，全都强调在学习过程中关键性角色经验的扮演。
模拟技术成功地应用于当今外科和内科教育，并且向实习生和开业医生提供基于这些教育理论基础的必要学习经验。所有的学习者都有机会依据标准的学习经验学到基本功并且达到规定的资格水平。通过对性能评估以及提供即时的，个别的和详细的反馈信息，模拟可以简化学习。模拟能够提供控制设置，这种设置可以重复直到获取确定的性能等级，模拟还能够减小学习者的压力，增加他们的信心，并且在对病人治疗前确保达到技术技能的情况下，提高实际设置中的安全性。
开业医生可以通过使用模拟的教育干预方式，提高他们的技能并且学习科学技术进步产生的新兴程序。此外，应用模拟有助于解决譬如对医务人员从业时间的要求这类实际问题，向实习生提供独立的学习和实践机会从而解决这些问题。通过使用这种模拟手段，解决了当前重点强调的责任义务和卫生保健质量保证的问题，并且结果数据用于向公众保证医师的从业能力。
模拟应被认为是每个当前致力于专门技能发展的教育程序的一个至关重要的部分。模拟可以确保有效的教学和学习，向学习者提供了对其技能进行评定的确实可靠的手段，并且生成有关需要改进的特定缺点的信息，以及创建学习者技能的单独预指令集。为了取得预期的结果，根据成人教育，实践学习以及有效反馈的原则，应该开设特定的课程。这种模拟还可以用于专业进修教育和专业资格认证的程序中。
在发展和获得模拟，以及建立与教育模式有效结合的练习程序时，需要投入资源。然而，迅速有效的执行手术的程序，病人安全性的提高，以及教授学习者多样专业技能时间的减少，由这些因素产生的众多优势都很容易与资源的初始投入相抵消。这种模拟也可以用于评估在教育方面所付出努力的效果，甚至是选择受训的个体。因此，模拟具有对未来的外科和内科教育产生重大影响的潜力。
由于计算机技术领域的飞速发展，模拟技术，特别是应用于外科和内科教育的模拟技术，已经取得了显著的进步。然而，现有已知的设备和方法不能对所使用的不同器械进行全面模拟。
美国专利号为6,106,301的专利公开了一个干预的放射接口设备以及方法，该方法将以模拟医疗器械形式出现的外围设备与一个医疗程序模拟系统通过接口连接，从而能够执行应用于虚拟病人的医疗程序。接口设备包括一根导向线，导管和护套，一个注射器，一个打气筒以及一个脚踏开关，以便实际地模拟在现实医疗程序中使用的器械。用户操作导向线，导管以及护套这些外围设备，横穿动脉网络接近模拟的阻塞物，阻塞物在医疗程序模拟系统的显示器上显示。脚踏开关控制显示器显示一张荧光镜图像，其中显示了动脉网络中导向线，导管，护套和阻塞物的位置。操作注射器，通过导管或护套，模拟将造影剂或其它药物注射到虚拟病人体内的过程。当导向线定位在越过动脉网络中的模拟阻塞物的位置时，导管换成顶端具有气球的脉管塑料导管，并且使用打气筒模拟给气球充气，减小阻塞物。此外，接口设备可以将力反馈作用于导向线和导管，从而模拟这些器械在实际的医疗程序中遇到的力。接口设备测量外围设备操作，并且将这些测量数据借助于处理器传递给医疗程序模拟系统，以允许医疗程序的模拟。
美国专利号为6,267,599的专利公开了一个系统，该系统产生非常逼真的实时模拟工作条件，从而交互式地训练那些最低程度地执行向体内导入器械的外科程序的人们，其中，涉及的器械通过病人身上的小切口置入体内并且在其中操作。这套训练系统的虚拟环境包括一个带有小开口的外壳。模拟的外科器械插入到开口中，并且相对于外壳被操作。运动导向器和传感部件监控器械相对于外壳的位置，而且提供器械在外壳中的位置和方位的有关数据。
计算机处理器将报告数据插入，并且利用一个信息数据库建立一个病人体内面貌的计算机模型，数据库中的信息表示病人体内的面貌。参照这个计算机模型，处理器对反作用于器械运动的力反馈的出现进行控制。处理器控制的视频图像系统，依据病人体内面貌的计算机模型，产生一幅描绘在病人体内出现的器械的二维图像。当器械的计算机图像通过心跳和呼吸循环出现时，其与病人体内面貌的循环视频图像相合并，合并的图像在视频显示器上显示。
实时直观表示和交互式触觉力反馈的组合要素提供了一个虚拟训练模拟，模拟涉及的要素是除一个活生生的病人之外的所有实际手术条件。US 6,267,599专利中所述发明的系统不能同时且实时模拟多个器械。
公布号为WO 99/39317的专利描述了通过同一接口控制多个器械的接口设备，从而在医疗程序模拟系统中模拟器械的运动和转动。这个系统使用特别地手动仿制器械，仿制的器械装配到接口设备中，并且托架组件将器械咬合且闭锁，托架组件接受器械特定的各个器械类型。对于用户而言，仿制器械及其特殊插入顺序的解决方案令这个系统不切合实际而且复杂，因为用户需要知道托架组件的构造和基于这个构造的正确插入顺序。

发明内容
本发明优选实施例的一个目标是，提供一个模拟干预手术且特别是模拟内血管手术的接口设备，其允许对不同器械进行同时模拟。本发明优选实施例中的设备提供更加精确的控制。
优选实施例的其它优点包括●用户可以同时操作至少三个独立的器械。
●可以使用实际的器械。
●通过一个较好的反馈系统，可以获得更加真实的感觉。
●在实际的手术中，可以将器械插入且抽出，而无需用户特别地干预或者控制。
基于这些原因，最初提到的设备可以接受多个实际的器械，优选地至少是两个实际的器械。设备包括多个可移动的托架，一个轨道和一个互连构件，托架的数量与实际器械的数量相一致。互连构件依次连接托架。每个托架具有一个开口，以确保接受器械。每个托架进一步包括接受且闭锁至少一个器械的构件。每个托架进一步包括接受器械的移动并且产生一个力的构件，产生的力反作用于就模拟特性而论的器械。
在本发明的一个优选实施例中，互连构件中有一个开口。
在另外的优选实施例中，互连构件是一个套筒式管子，允许插入嵌套的器械。
在一个进一步的优选实施例中，每个托架包括一个检测装置，其检测通过互连构件插入的器械的类型，这简化了对器械的操作。
在一个更进一步的优选实施例中，设备与一个控制部件相连，测量托架的移动，并且通过一个速度控制回路和一个位置控制回路控制移动，提供精确的反馈。
在一个优选实施例中，托架布置成沿着轨道移动。
在一个进一步的优选实施例中，托架具有一个实际位置和一个模拟位置。实际的托架位置从一张比例计算表确定模拟的托架位置。
在另外的优选实施例中，通过一个传动装置托架被连接，传动装置用于沿着轨道进行驱动。托架配备有一个放置在扭矩轮中的曲柄滑块。曲柄滑块具有一个啮合面，该啮合面朝着一个夹头方向被按压，夹头以嵌套的方式咬合器械导线。
在另外的优选实施例中，悬挂板和底盘之间存在力，底盘放置在托架上，且一个力传感器对力进行测量。
在另外的优选实施例中，托架配备有一个检测构件，其检测托架内器械的存在状况。
在一个进一步的优选实施例中，检测构件检测每个器械的类型。
在另外的优选实施例中，器械根据以下至少一种特征进行分类厚度，颜色，结构，材料，特性和/或条形码。
在又一个另外的优选实施例中，检测构件是一个光学传感器。
在又一个另外的优选实施例中，第一互连构件放置在开口和第一托架之间。第二互连构件放置在第一托架和第二托架之间。第三互连构件放置在第二托架和第三托架之间。
在另外的优选实施例中，设备包括一个处理部件，其测量器械的纵向运动和旋转运动。
在另外的优选实施例中，设备包括一个处理部件，其提供器械在纵向和旋转方向的力反馈。
优选地，器械是具有一个模拟端的实际器械。这允许检验不同的通常可利用的器械。
在又一个另外的优选实施例中，设备包括一个闭锁构件，其夹紧一个器械。闭锁构件连接到中部间隔层上。闭锁构件可以包括一个施加扭矩的构件。
在又一个另外的优选实施例中，曲柄滑块配备在扭矩轮内部。相对于扭矩轮，曲柄滑块可以沿着纵向移动，而在旋转方向固定不动。
本发明同时涉及一种方法，该方法借助于在模拟系统中使用的设备模拟一个干预手术。设备接受多个器械，优选地至少是两个器械。设备包括多个可移动的托架，一个轨道和一个互连构件，托架的数量与器械的数量相一致。方法包括的步骤是将多个器械插入到设备中，每个依次互连的托架接受器械，而且托架接受且闭锁至少一个器械。每个托架进一步包括接受器械移动并且产生一个力的构件，产生的力反作用于就模拟特性而论的器械。
根据本发明的一个方面，提供一个模拟器系统，优选地是一个干预程序模拟器系统。模拟器系统至少包括一个第一可替换的构件和一个第二可替换的构件，以及一个控制系统。控制系统包括第一控制器(F1(s))，其控制第一可替换构件(16A-16C)的速度接近一个设定值(CDV)。控制系统进一步包括第二控制器(F2(s))，其将一个位置上的误差(CAP)与第二前一个可替换构件的速度(PCAV)合并成为第一构件的设定速度。第二控制器(F2)控制CDV＝C1×(CAP-PCAP)+C2×PCAV，其中，C1和C2是常数。
根据本发明的另外一个方面，提供了一个模拟器系统，优选地是一个干预程序模拟器系统。模拟器系统包括一个装置，其接受被模拟的器械。装置包括对器械进行识别的识别手段。
在又一个另外的优选实施例中，检测器械的装置包括至少一个IR二极管和至少一个IR光电晶体管。
在一个优选实施例中，识别手段由器械的厚度，颜色，结构，材料，特性和/或条形码这几种特征中的至少一种组成。
根据本发明的另外一个方面，提供了一个模拟器系统，优选地是一个干预程序模拟器系统。模拟器系统包括构件，其接受且闭锁一个被模拟的器械，并且包括一个控制部件，控制部件包括一个力传感器。控制部件控制接近一个需求力值DF。用户在器械中经受的力由力传感器测量，并且从力传感器中发出的信号在一个力反馈控制回路中被反馈，接近一个设定的力。
根据本发明的另外一个方面，提供了一个模拟器系统，优选地是一个干预程序模拟器系统，并且提供了一个在被模拟的器械中生成阻力的装置。装置包括一个控制部件和一个力传感器。装置进一步包括一个力反馈控制回路，其控制一个激励器设备，激励器在一个方向上驱动一个器械接受构件。装置进一步包括一个内力控制回路。力传感器测量阻力。从力传感器中发出的信号在内力控制回路小被反馈，内力控制回路利用回路放大系数K控制接近一个设定的力值SF，K与SF都由控制部件提供，并且内力控制回路控制激励器。
在一个优选实施例中，控制部件控制回路放大系数K以获得一个阻力。
在一个优选实施例中，控制部件控制设定的力SF以获得一个阻力。
根据本发明的另外一个方面，提供了一个模拟器系统，优选地是一个干预程序模拟器系统。模拟器系统包括一个在被模拟的器械中生成阻力的装置。模拟器系统进一步包括接受并且固定一部分器械的装置，器械处于一个设备中，设备测量器械的运动以及向器械反馈一个力。装置包括一个夹紧器械的构件。装置包括一个曲柄滑块，其放置在扭矩轮中，曲柄滑块在扭矩轮中的纵向上是可移动的。曲柄滑块有一个啮合面，该啮合面朝着一个咬合器械部分的夹头的方向被按压。


参照本发明的优选实施例，并结合附图，对本发明不受限制地叙述图1所示为本发明所述设备在使用时的一幅概图。
图2所示为设备的剖视图。
图3所示为托架的简图。
图4所示为托架的剖视图。
图5所示为托架的侧视图。
图6所示为光学传感器的前视图。
图7所示为闭锁构件的侧面图。
图8所示为控制系统的方块图。
图9所示为被动力反馈回路的方块图。
图10所示为主动力反馈回路的方块图。
具体实施例方式
如下将参照附图对本发明的优选实施例以及其中的一些修改进行详述。而且，将对其它可能存在的实施例的实例进行叙述。
如图3所示，本发明优选实施例中的接口设备100包括●布置在相应印刷电路板PCB上的处理部件10。
●通信部件12。
●电源14。
●至少三个托架16A-16C。每个托架16具有相同的技术特征。托架16A-16C锁住不同类型的器械，随后进行叙述。
●驱动托架16A-16C的马达和传动装置18。
●轨道20，托架16A-16C能够在轨道上移动。在这个实施例中，其是一个共用的轨道，但是在其它的实施例中，它可以是三个平行的轨道或者是类似的轨道。
●配备有入口管24的开口22。
●互连构件26，其形式为套筒管26A-26C，参见图2。
●罩子28。
●控制部件30，其形式为个人计算机(PC)中的软件。
每个托架16A-16C包括装配有轮34的底盘32。在其它的实施例中，底盘可以装配有滑行装置，滑动轴衬以及类似的装置。通过一个沿着轨道20传动的插销，底盘32连接到传动装置18上，优选地是一个齿轮皮带传动装置。在其它的实施例中，链条传动装置，导线传动装置或者气压缸传动装置被使用。悬挂板38通过一个弹簧悬挂装置连接到底盘32上。其中的一个弹簧是一个测压元件形式的传感器，其测量悬挂板38和底盘32之间的力。这个传感器就是随后称之为的力传感器40。一个充分地在中心装配的间隔层42布置在悬挂板38上，如图4和图5所示。
每个托架16A-16C的功能是，当器械已经穿过托架时，借助于检测构件48进行检测，确定器械的类型。如果控制部件30作出决定，则将器械锁住。闭锁构件44触发闭锁机械装置，提供锁定作用，这将在随后作进一步的描述。
在开口22和出口46处连接互连构件26。在本发明的优选实施例中，互连构件的形式是套筒管，但是其形式也可以是弹性管子或者类似物，例如，由橡胶或者非刚性塑料制成的管子。互连构件26能够操作三个相互作用的嵌套器械。互连构件26在托架16之间移动，参见图2。第一互连构件26A布置在开口22和第一托架16A之间，第二互连构件26B布置在第一托架16A和第二托架16B之间，第三互连构件26C布置在第二托架16B和第三托架16C之间。
检测构件48的形式是一个光学传感器，其检测器械在托架16内的存在状况。光学传感器48还可以检测器械属于的类型。器械根据厚度和/或其它识别特征，例如器械的颜色，结构和/或材料，分成所述类型。在另外的实施例中，给器械配备条形码，检测构件则用一个条形码阅读器来装配。检测构件48布置在出口46处，并且包括一个IR二极管104和一个IR光电晶体管106，IR二极管104和IR光电晶体管106分别布置在器械通道108的两侧，参见图6，器械穿过该通道。光线经过光通道110从IR二极管104传播到IR光电晶体管106。依靠电压电源和由电阻限制的电流，IR二极管104发出IR光。经由光通道110，光线传播到IR光电晶体管106。渗透的电流多少由光线到达IR光电晶体管106的多少而定。当器械通道108中不存在器械时，到达IR光电晶体管106的光线量最大。当在光通道110中存在器械时，器械阻碍光线流传播到IR光电晶体管106，因此极少的光线到达该晶体管。到达IR光电晶体管106的光线越多，通过IR光电晶体管106的电流越大，并且电阻上的电压越高。模拟/数字(A/D)变换器测量电压，测量结果发送到控制部件30。
闭锁构件44夹紧固定器械，并且在中部间隔层42中被连接。上述的闭锁构件44可以在器械上提供一个扭矩，以致在旋转方向产生作用于器械的力反馈。
检测并且闭锁器械之后，托架16随着用户移动器械而移动。这通过传动装置18以及控制电路实现，并且，进行如此的控制，以致从控制部件30中获取一个需求力。力反馈在随后进一步描述。
图7所示为本发明优选实施例的闭锁构件44。带有扭矩轮52的中央部件50通过轴承，例如滚球轴承或者滚柱轴承，连接中部间隔层42。扭矩轮52装配有一个齿圈54。带有马达毂58和扭矩马达齿轮60的扭矩马达56，其驱动扭矩轮52。锁紧轮62通过一个轴承，例如滚球轴承，滚柱轴承，滚针轴承或者聚合物轴衬，连接到扭矩轮52上。进一步而言，带有马达毂66和闭锁马达齿轮68的锁紧马达64驱动锁紧轮62。闭锁构件44进一步包括一个夹紧器械的夹头70，而且还包括一个夹头座72，夹头70布置在夹头座中。
曲柄滑块74布置在扭矩轮52中，曲柄滑块相对于扭矩轮52可以在纵向移动，而在旋转方向固定不动。所述曲柄滑块74装配有翼状物。翼状物在一个导向轨道中运动，导向轨道布置在扭矩轮52中。曲柄滑块74具有一个啮合面，该啮合面朝着一个咬合器械导线的夹头70的方向被按压。代替曲柄滑块74，也可以使用其它的夹紧原理。
闭锁构件44进一步包括一个内部锁紧轮62，其通过轴承，例如滚球轴承，滚针轴承或者其类似物，连接到外部扭矩轮52上。扭矩轮52和锁紧轮62各自装配有齿圈54。锁紧轮62在扭矩轮52中转动，并且装配有螺纹。螺纹作用于曲柄滑块74，从而曲柄滑块在扭矩轮52中的旋转方向上是固定不动的，但是在纵向上是可以自由活动的。夹头70处于锁紧轮62的后边缘。整个中央部件50的中心部分有两个开口22，器械可以从开口穿过。
两个马达，扭矩马达56和锁紧马达64，固定到中部间隔层42上。马达轴上装配有马达齿轮60和68，齿轮逆着扭矩马达56和锁紧马达64的齿轮圈54运转。
在接口设备的最初顺序中，托架16紧密地连续放置成一排，并且朝向器械进入的一侧。用户将器械或者器具插入到入口管24中，经过第一互连构件26A，进入第一托架16A。接下来，经过托架的中心部件50，从其出口46出去。其中，检测构件48，譬如其形式为光学传感器，检测器械的存在状况以及类型。控制部件30根据检测到的器械类型决定是否闭锁器械。如果第一托架16A没有闭锁器械，器械穿过第一托架16A，从其中出去后，进入第二互连构件26B，并且进一步朝第二托架16B运动。
如果第一托架16A闭锁器械，则开始进行闭锁过程。扭矩轮52通过扭矩马达56被固定。接下来，锁紧马达64带动锁紧轮62旋转，从而曲柄滑块74朝夹头70的方向挤压，夹头将器械的周围部分夹紧。闭锁构件44和悬挂板38由此将器械固定。
闭锁过程完成后，接下来是对力和扭矩的控制。具有高频率的力控制器控制底盘32的位置，以致在力传感器40中保持一个力设定值，高频率来自于力传感器40。力传递到器械上，用户感觉到在器械中存在的这个设定的力，并且在纵向上产生力反馈。借助于扭矩马达56，扭矩控制设定一个扭矩，并且在旋转方向产生力反馈。设定的力和设定的扭矩由模拟确定。器械在纵向和旋转方向位置的相关信息连续不断地发送给模拟部件90。
如果用户将器械抽出，则托架16经过其初始位置，开始进行解锁过程。解锁过程的执行顺序与闭锁过程的执行顺序相反。解锁之后，器械可以在托架16中自由地活动。
所有的托架16A-16C以相同的方式操作。已解锁的托架沿着轨道20在纵向随着距离其最近的前一个托架的运动而运动。为了使托架的运动灵活并且降低控制误差，则使用一个内部速度控制回路86和一个外部位置控制回路88。速度控制回路86的用途是控制每个托架16彼此之间的速度。位置控制回路88的用途是保持托架16与前一个托架16之间的距离为一个常数。
图8的方块图显示了控制系统G(s)。系统G(s)代表了由纵向马达驱动的其中一个托架(16A-16C)。F1(s)是一个控制器，其控制托架的速度接近一个设定值，即托架的需求速度CDV。F1处于托架16的其中一个处理部件10中。F1产生一个作用于托架16纵向马达的马达力。
F2(s)是一个控制器，其处于控制部件30中，即在PC中。F2将位置误差(需求位置一托架的实际位置，CAP)和前一个托架16的速度(前一个托架的实际速度，PCAV)结合成为托架16的设定速度。
F2控制CDV＝C1×(CAP-PCAP)+C2×PCAV其中，CDV＝托架的需求速度CAP＝托架的实际位置PCAP＝前一个托架的实际位置PCAV＝前一个托架的实际速度C1和C2是常数当托架16已经闭锁了器械或者器具，控制部件30控制接近一个需求的力值DF。如果选择的需求力值例如是零，托架16将被控制，从而用户在器械中体验到零力值。如果用户，例如在模拟中穿过血管中的狭窄部分，用户将感觉到在器械中存在一个阻力，接下来，将期望的需求力值设置成那个阻力。为了完成以上所述，力传感器40和力反馈控制回路102控制纵向马达。纵向马达沿着轨道20驱动托架16A-16C。用户在器械中感受的力由力传感器40测量。力传感器40发出的信号在一个控制回路中被反馈，接近一个设定力值SF。这个力反馈控制回路102如图9所示。
存在可以使用的两种类型的力反馈，即“被动力反馈”和“主动力反馈”。
控制部件30向控制器设置SF为零(SF＝0)。根据SF，即模拟希望用户经受的阻力，控制部件确定内力控制回路112中的放大系数(不是设定的力值)。系统G(s)中有关摩擦力的这个结果在一个变动的范围内被补偿，并且由回路放大系数确定。
实例在高放大系数下，用户经受零力值。在低放大系数下，用户经受大阻力。在这种方式中，摩擦力是用户经受的阻力，如图9所示“被动力反馈”的实现过程。
因此，K＝C1×(1-C2×DF)其中，K＝回路放大系数，F3(s)DF＝需求力，C1和C2是常数。
为了提供一个“主动力反馈”，必须控制需求力DF/设定的力值SF。在这种情况下，纵向马达产生阻力，见图10。
用户通过开口22中的入口管24将用于内血管手术的器械插入，器械例如导管，气球，导线以及类似物。器械通过互连构件26进入托架16A-16C，托架16A-16C检测器械，并且控制住器械，从而能够测量器械的运动，而且对运动产生反馈。
带有相关控制部件30的接口设备具有以下功能●测量至少三个独立的嵌套器械的运动。这些器械是具有一个改变的真实器械，平滑的曲线点被截断。测量的运动包括器械点的纵向以及旋转方向。
●在压下以及松开的情况下，测量踏板的位置。
●测量来自对比注射器的流量。
●测量压力泵中的压力，压力泵给气球充气。
●发送测量值给模拟部件90。
●接收器械上的力和扭矩，它们分别来自模拟部件90。
●根据接收到的力和扭矩，产生器械在纵向和旋转方向的力反馈。
●测量来自于一个专用器械的信号。
一个系统和设备的控制程序，其在由同一个申请人申请的，发明名称为“干预模拟器控制系统”(SE 0203567-3)的类似申请中有所叙述，在本申请中可结合作为参考。
通过优选实施例及其修改对本发明进行了描述。然而，本发明并不限于举例说明的实施例，但是，可以在不脱离权利要求的范围内对其改写或者进行其它的修改。有可能的是将多个设备与一个或多个PC相连，从而模拟一个同步干预程序。
参考符号处理部件10通信部件12电源14托架16第一托架，第二托架，第三托架16A-16C传动装置18轨道20开口22入口管 24互连构件26第一互连构件，第二互连构件，第三互连构件26A-26C罩子28控制部件30底盘32轮子34悬挂板 38力传感器40中部间隔层 42闭锁构件44出口46检测构件48中央部件50扭矩轮 52齿圈54扭矩马达56扭矩马达毂 58扭矩马达齿轮60
锁紧轮 62锁紧马达64锁紧马达毂 66锁紧马达齿轮68夹头70夹头座 72曲柄滑块74速度控制回路86位置控制回路88模拟部件90设备100力反馈控制回路 102IR二极管104IR光电晶体管106器械通道108光通道 110内力控制回路1权利要求
1.模拟系统中的一种设备(100)，此模拟系统模拟干预手术，所述设备(100)接受多个实际的器械，优选地至少是两个实际的器械，设备(100)包括多个可移动的托架(16A-16C)，一个轨道(20)和一个互连构件(26)，托架的数量与所述实际器械的数量相一致。其中，所述互连构件(26)依次连接所述托架(16A-16C)，每个托架(16A-16C)上有一个开口，以确保接受所述实际的器械，每个托架(16A-16C)进一步包括接受且闭锁至少一个实际器械的构件，以及包括接受所述器械的移动并且产生一个力的构件，产生的力反作用于就模拟特性而论的所述实际器械。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述开口(22)在所述互连构件(26)中。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述互连构件(26)是一个套筒式管子。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，每个托架(16A-16C)包括一个检测构件(48)，其检测通过所述互连构件(26)插入的所述实际器械的类型。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备(100)与一个控制部件(30)相连，测量所述托架(16A-16C)的移动，并且通过一个速度控制回路(86)和一个位置控制回路(88)控制所述移动。
6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述托架(16A-16C)布置成沿着所述轨道(20)移动。
7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述托架(16)具有一个实际位置和一个模拟位置，实际的托架位置从一张比例计算表确定模拟的托架位置。
8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，通过一个传动装置(18)所述托架(16A-16C)被连接，传动装置用于沿着所述轨道(20)进行驱动。
9.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述托架(16)装配有一个放置在扭矩轮(52)中的曲柄滑块(74)。
10.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述曲柄滑块(74)有一个啮合面，该啮合面朝着一个夹头(70)方向被按压，夹头咬合器械导线。
11.如权利要求1所述的设备，其特征在于，悬挂板(38)和底盘(32)之间存在力，这个力由力传感器(40)进行测量，底盘放置在所述托架(16A-16C)上。
12.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述托架(16)装配有一个检测构件(48)，其检测托架(16)中器械的存在状况。
13.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述检测构件(48)检测每个实际器械的类型。
14.如权利要求13所述的设备，其特征在于，所述实际的器械根据以下至少一种特征划分成所述类型厚度，颜色，结构，材料，特性和/或条形码。
15.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述检测构件(48)是一个光学传感器。
16.如权利要求1所述的设备，其特征在于，第一互连构件(26A)放置在所述开口(22)和第一托架(16A)之间，第二互连构件(26B)放置在第一托架(16A)和第二托架(16B)之间，第三互连构件(26C)放置在第二托架(16B)和第三托架(16C)之间。
17.如权利要求1所述的设备，包括一个处理部件(10)，其测量器械的纵向运动和旋转运动。
18.如权利要求1所述的设备，包括一个处理部件(10)，其提供实际的器械在纵向和旋转方向的力反馈。
19.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述实际器械的一个末端或者实际器械的一部分是被模拟的。
20.如权利要求1所述的设备，包括一个闭锁构件(44)，其夹紧一个器械，闭锁构件(44)连接到中部间隔层(42)。
21.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述闭锁构件(44)包括一个施加扭矩的构件。
22.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述曲柄滑块(74)装配在扭矩轮(52)的内部。相对于扭矩轮(52)，曲柄滑块(74)沿着纵向移动且在旋转方向固定不动。
23.借助于在模拟系统中使用的设备(100)模拟干预手术的一种方法，所述设备(100)接受多个实际的器械，优选地至少是两个实际的器械，设备(100)包括多个可移动的托架(16A-16C)，一个轨道(20)和一个互连构件(26)，托架的数量与所述器械的数量相一致。方法包括的步骤是将多个实际的器械插入到所述设备(100)中，每个依次互连的托架接受所述实际的器械，且托架接受且闭锁至少一个器械，每个托架(16A-16C)进一步包括接受所述实际器械移动并且产生一个力的构件，产生的力反作用于就模拟特性而论的所述实际器械。
24.如权利要求1-22任意一项中所述的设备，设备用于模拟器系统中，优选地是一个干预程序模拟器系统，模拟器系统包括至少一个第一可替换的构件和一个第二可替换的构件(16A-16C)以及一个控制系统，控制系统包括●第一控制器(F1(s))，其控制所述第一可替换构件(16A-16C)的速度接近一个设定值(CDV)，●第二控制器(F2(s))，其将一个位置上的误差(CAP)与所述第二前一个可替换构件的速度(PCAV)合并成为第一构件的设定速度，其中，第二控制器(F2)控制CDV＝C1×(CAP-PCAP)+C2×PCAV，C1和C2是常数。
25.如权利要求1-22任意一项中所述的设备，设备用于模拟器系统中，优选地是一个干预程序模拟器系统，模拟器系统包括一个检测被模拟的实际器械的装置，其中，所述装置包括识别所述器械的识别手段。
26.如权利要求25所述的干预程序，其特征在于，检测器械的所述装置包括至少一个IR二极管(104)和至少一个IR光电晶体管(106)。
27.如权利要求25所述的干预程序，其特征在于，所述识别手段由所述器械的厚度，颜色，结构，材料，特性和/或条形码这几种特征中的至少一种组成。
28.如权利要求1-22任意一项中所述的设备，设备用于模拟器系统中，优选地是一个干预程序模拟器系统，模拟器系统进一步包括构件，其接受且闭锁一个被模拟的实际器械，并且包括一个控制部件(30)，控制部件包括力传感器(40)，其中，所述控制部件(30)控制接近一个需求力值(DF)，并且用户在器械中经受的力由力传感器(40)测量，从力传感器(40)中发出的信号在一个力反馈控制回路(102)中被反馈，接近一个设定的力。
29.如权利要求1-22任意一项中所述的设备，设备用于模拟器系统中，优选地是一个干预程序模拟器系统，包括一个在模拟的实际器械中生成阻力的装置，装置包括一个控制部件(30)，一个力传感器(40)，一个力反馈控制回路(102)，其控制一个激励器设备，激励器在一个方向上驱动一个器械接受构件(16)，以及一个内力控制回路(112)。其中，所述力传感器测量所述阻力，从力传感器中发出的信号在所述内力控制回路(112)中被反馈，内力控制回路利用回路放大系数(K)控制接近一个设定的力值(SF)，K与SF都由所述控制部件提供，并且内力控制回路(112)控制所述激励器。
30.如权利要求29所述的模拟器系统，其特征在于，所述控制部件(30)控制所述回路放大系数(K)以获得一个所述阻力。
31.如权利要求29或30所述的模拟器系统，其特征在于，所述控制部件(30)控制所述设定的力(SF)以获得一个所述阻力。
32.如权利要求1-22任意一项中所述的设备，设备用于模拟器系统中，优选地是一个干预程序模拟器系统，模拟器系统包括一个在模拟的实际器械中生成阻力的装置，并且包括接受并且固定一部分实际器械的装置，器械处于一个设备中，设备测量器械的运动以及向所述实际器械反馈一个力，所述装置包括一个夹紧所述实际器械的构件。
33.如权利要求32所述的装置，装置包括一个曲柄滑块(74)，其放置在扭矩轮(52)中，所述曲柄滑块(74)在所述扭矩轮(52)中的纵向上是可移动的。
34.如权利要求33所述的装置，其特征在于，所述曲柄滑块(74)具有一个啮合面，该啮合面朝着一个咬合所述器械部分的夹头(70)的方向被按压。
全文摘要
本发明涉及模拟系统中的一种设备(100)，此模拟系统用于模拟干预手术。设备(100)可以接受多个实际的器械，优选地至少是两个。设备(100)包括多个可移动的托架(16A－16C)，托架的数量与实际器械的数量相一致。设备(100)进一步包括一个轨道(20)和一个互连构件(26)。互连构件(26)依次连接托架(16A－16C)。每个托架(16A－16C)具有一个开口，以确保接受器械。每个托架(16A－16C)进一步包括接受且闭锁至少一个器械的构件和接受器械的移动并且产生一个力的构件，产生的力反作用于就模拟特性而论的器械。
文档编号G09B23/00GK1732492SQ200380107586
公开日2006年2月8日 申请日期2003年12月3日 优先权日2002年12月3日
发明者弗雷德里克·奥尔森 申请人:曼帝丝公司