用于追踪至少两个器械的各自运动的模拟设备的制作方法

专利名称：用于追踪至少两个器械的各自运动的模拟设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及医用训练模拟的领域，更特别地涉及模拟设备，用于实 现至少 一个伸长的医疗器械的操作，以便执行最低程度的侵入的医疗干 预。本发明更具体地涉及心血管，血管内，干预性神经系放射学或诊断 程序的模拟。在其他特征中，该设备包括在至少一个器械输入端的外壳， 带有用于追踪插入其中的第一伸长医疗器械的运动的第一运动传感器。
背景技术：
器械借助多种引导或显像(X射线，超声波或其他可视化或识别器 械位置方法)通过皮肤插入病人体内的最低程度侵入的医疗干预的需求 正在快速增长，并且培训人员能够对于病人以高安全级别实行上述干预 的需要也正在快速增长。
现有技术的 一 些文献披露了用于训练医师掌握相应技术的模拟设 备，这样的设备通常与虚拟环境显示系统和力反馈系统相结合，布置成 基于运动传感器提供的运动信息作用于医疗器械。上述设备的一个实例 披露于本申请人申请的WO/2005/091253公布的国际专利申请。
这些最低程度侵入的干预的复杂性也增加了 ，现在通常在病人体内 的单一干预内需要几种不同器械的插入。作为对这些器械的补充，医师
必须操作注射器用于造影剂(contrast)注入、在干预过程中使用可充气 的气球的情况下操作具有压力计的球嚢加压器(indeflator )、以及用于控 制X射线发射仪运行的至少第一踏板和开始或停止记录干预的第二踏板。
一些已知的模拟设备提供允许医师训练同时操作几个医疗器械的技
能的解决方案。这种模拟设备的一个实例披露在以Mentice AB名义递交 的专利公开EP 1576566 Al中。该设备披露了几个器械在其外壳的单独器 械输入端内的插入，并且通过提供沿远离该设备的进入端口的方向规则 分开的多个支架(carriage )，每个支架与一个器械相连以追踪后者的运动， 该设备进一步允许插入在该设备的同一器械输入端内的几个器械的追 踪。
可是，插入在该设备内的所有器械在单独输入端的情况下可彼此完 全独立移动，或在其插入一个单一的外壳输入端内的情况下，在相同通 道内被引导直到其连续地夹持在各自分开的支架内。该最后构造非常适 于本发明的实施，其中彼此同轴地安装全部器械。在彼此独立地引导器 械的情况下，该设备增加了一些干扰问题，因为在实际干预中，器械在 干预的早期阶段彼此分开，但其将保留在模拟设备的相同通道内。换句 话说，不同的器械行进通过设备中的公共路径，其比实际干预中的长。
相反地，在器械插入单独的输入端的情况中，根本不存在干扰，这 也不对应实际情况。
因此，存在改进已知模拟设备的需求，即对于其中器械能够根据相 应的实际干预程序遵循单独路径的设备。上述设备应当具有一个进入端 口，几个器械可同时插入该端口内，以使控制和操作条件对于医师而言 尽可能的真实。

发明内容
本方面的一个主要目的是提供用于训练医疗人员的模拟设备，其中 几个伸长的器械可由使用者同时插入， 一些器械可插入模拟设备的同一
6进入端口内，而通过限定器械之间的干扰，该干扰参考上述现有技术设 备中存在的干扰，提供给使用者的感觉尽可能地保持真实。
为此，本发明的实施例特别地包括上述的模拟设备，其特征在于外
壳带有分路(bifurcating)设备，其具有与器械输入端相连的一个输入端， 以及至少具有第一和第二输出端。该分路设备还包括用于引导第一和第 二伸长的医疗器械从其输入端分别通过第一和第二输出端的偏转 (deflecting)机构。第一输出端与第一运动传感器相连，而第二输出端与第 二运动传感器相连，第二运动传感器用于当插入模拟设备时，追踪第二 伸长医疗器械的运动。
依靠这些特征，两个或更多器械可通过其器械输入端插入模拟设备， 并共用一公共路径至分路设备，在分路设备之后器械沿着单独的路径。 这种结构对应当多个器械通过一个单根导管插入病人体内时真实的干预 结构。
因此，通过使用根据本发明的模拟设备，训练条件相对于真实的干 预条件尽可能地真实。
在优选实施例中，分路设备包括在偏转机构区域内将输入通道分为 至少两个输出通道的的板，偏转机构优选包括安装在板上的舌片 (tongue )，以便能够在至少第 一和第二位置之间枢轴转动。


本发明的其他特征和优点在阅读以下参照附图给出的示例性实施例 的详细描述时将变得更加清晰，所述附图作为非限制性的实例给出，其
中
图1是包括根据本发明优选实施例的设备的模拟系统的示意性全视
7图2是根据第一优选实施例的图1中设备的细节的透视简化图；和 图3是根据第二实施例的图1中设备的细节的透视示意图。
具体实施例方式
图1示出了包括根据本发明优选示例性实施例的设备的模拟系统的 示意性全视图。
重要的是注意到附图的不同元件为清晰的目的以不同的比例示出。 模拟系统包括与接口或模拟设备2相关联的计算机单元1。计算机单 元可以是常规的PC或类似的设备，或可选地与处理单元集成或设置在模 拟设备中的微控制器3。计算机单元1与显示单元4相连，并且可能地与 输入设备5相连，如从现有技术已经了解到的。模拟系统还包括在计算 机单元1和模拟设备2之间的通信接口 6,其可以是任何适合的已知类型， 有线的或无线的。
模拟系统在图1中示例性示出的目的是产生逼真触觉(tactile)和视 觉环境，用于训练利用至少 一个伸长医疗器械进行最低程度侵入的医疗 或诊断程序。
更特别地，根据本发明，模拟设备2被设计成能够操纵两个伸长的 医疗器械101、 102,插入一个单独的器械输入端10，后者由此起到导管 的作用，并置于模拟设备的外壳11内。
当通过输入端IO推入外壳11内，两个伸长的医疗器械101、 102共 用公共路径12，直到到达分路设备14的输入端13。后者包括偏转机构 (图2中的15),其布置用以将器械相互分开，以便在操作者进一步推动 外壳中的器械时，器械通过分路设备的至少第一和第二输出端，沿着不 同的路径或通道16、 17。
每个通道16、 17引导对应的器械至模拟机构18，其常规地包括至少
8优选地包括基于运动传感器提供的运动信息作用 于器械的力反馈发生机构。
运动传感器和力反馈发生机构之间产生的所有信息和控制指令可由
微控制器3处理。
此外，可以设置输入设备19,以便手动控制分路设备14的功能状态。 包括运动传感器和力反馈发生机构的模拟机构18以及微控制器3和
输入设备19,可以是现有技术中已知的任何适合的类型。
例如，运动传感器可以按照本申请人申请的WO2005/090921 Al或
EP 1517119Al中所披露的实现。关于(非必须的)力反馈发生机构，本
领域技术人员可考虑例如本申请人申请的WO2005/091253 A2中的披露内容。
这些元件在此没有作任何进一步地描述，因为根据本发明的模拟设 备不限于此。
图2描绘了根据本发明优选示例性实施例的分路设备14的透视简化图。
分路设备包括其中设计有输入端13以及两个分别通向该设备的输出 端口 23, 24的两个输出通道21和22的板20。根据任何适合的已知制造 工艺，板20与其端口和通道可一起被磨制(milled)或模制(moulded),或 可选地被蚀刻进而设计端口和通道。明显地，板20可由盖或任何其他适 合的装置封闭，以便设计适于伸长器械的密闭路径。
偏转机构15，此处包含舌片25,布置成作用于位于输入端13和通 道21和22之间区域内的伸长器械。舌片25枢轴转动地配置在心轴 (arbour) 26上，该心轴例如可与板20 —起4莫制，例如可能涂敷有Teflon (注册商标)的中间滚珠轴承27 (ball bearing)插入在舌片和心轴之间 以限定摩擦。附加的滚珠轴承27可面对舌片25，设置在输入端13的另一侧上，以便进一步限定到第一通道21的方向上的摩擦。
舌片25具有近似L的总体形状，其一个分支28具有(bear)设计用 以作用于伸长器械的偏转表面29,而另一分支30具有通孔31，在该孔 中接合指令机构33的杆32。所述指令机构由板20的支撑34所承载。
指令机构33包括承载杆32的心轴35，并且能够例如响应操作者对 输入设备19的作用，在至少第一和第二位置之间平移。心轴35的平移 包括舌片25从第一位置至第二位置的转动。使用从现有技术获知的任何 适合的致动器驱动心轴35，并不脱离本发明的范围。
在操作中，当第一伸长的医疗器械101插入模拟设备2中时，舌片 25优选处于图2中所示的第一位置。当器械的端部碰到偏转表面29时， 其朝向分路设备的第 一输出端23被引导进入第 一通道21 。
当第二伸长的医疗器械102插入模拟设备2中时，自动地或者通过 输入设备19手动地驱动分路设备15,使得舌片25枢轴转动至第二位置。 在该位置，偏转表面29被设定成与偏转设备14的输入端13对准，以便 在操作者在分路设备14内推动器械102时，器械从输入端13能够径直 向前地进入板20的第二通道22内。因此，第二器械102通过分路设备 14的第二输出端24从分路设备中出去。
第一和第二器械101、 102随后通过第一和第二通道16和17分别被 引导至模拟设备。
从而，第一和第二器械101、 102从模拟设备2的输入端10共用公 共路径直到其分别到达分路设备14的第一和第二通道21、 22，分路设备 能够为操作者提供比现有技术的模拟设备更逼真的感觉，因为其更接近 地符合真实的干预情况。如之前所述，根据器械控制观点，器械通过同 一进入端口插入模拟设备的事实进一步有助于操作者方面的模拟真实 性。
10可选地，可以设置指令机构33包括复位弹簧(未示出)以如下方式 布置舌片25,在其静止位置，离开分路设备中的路径，即所有输出通 道都是可通过的。 一旦能检测到模拟设备中的伸长器械的插入，就能控 制指令机构驱动舌片25,以使其到达图2中可看见的位置。检测到另一 器械的插入，将借助指令机构33停止舌片25的活动(actuation),作用 于舌片25的复位弹簧使其返回到静止位置。对应多于两个输出通道情况 中的舌片25的中间位置，可产生附加的中间步骤。
重要的是注意到本发明不限于包括两个不同通道的分路设备。实际 上，可提供与舌片25相应位置的相同数量的多于两个的通道。可是，应 当满足两个条件以便适当地操作分路设备分路设备中最后使用的路径 应当被设计成在设备输入端13和最后输出通道之间的直线形式，以及当 舌片25处于第一位置时的偏转表面29与输入通道方向之间存在的角度 不应太大，因为当大于该角时，在板20和第一器械101之间发生更多不 期望的摩擦。
另外，通过将一个输出通道与第二个相似的分路设备的输入通道相 连的方式，两个或更多分路设备14能够以串联(cascade)方式连接。
图3描绘了根据本发明另外示例性实施例的分路设备140的透视示 意图。
分路设备140包括管141，其包括位于其一端的器械输入端142以及 位于另一端上的圆孔形式的器械输出端143。螺旋缝隙144在输入端142 和输出端143之间的管141的外壳(envelope)中延伸。倾斜的邻接 (abutment)表面(未示出)设置在输出端侧、管141的的内端处。
管141接合于带螺紋的螺母145的内侧，所述螺母关于模拟设备外 壳静止不动。在优选实施例中，螺母的螺紋基本对应缝隙144的形状。
在其输出端143 —側，管141沿其轴向且可自由旋转地稳固连接于轴146,轴146由关于模拟设备外壳静止不动的致动器147平移驱动。因 此，当轴146在致动器147的作用下移动(箭头T1)时，其引起管端部 的直线运动，该直线运动借助缝隙144对螺母螺紋的作用被转变成管141 及其输出端143的螺旋运动(箭头T2)。
控制装置，可以是微控制器3，被编程以便控制致动器147的运行， 限定管141关于设备外壳的至少两个不同位置。因此，输出端143的两 个相应位置沿着上述螺旋路径被限定。
模拟设备2进一步包括类似于第一实施例中的板20的板(未示出)， 在所述板中设计有输出通道，通道的各个端部与输出端143的预定位置 相对准地定位。
在操作中，假定管141初始位于推进(pushed-in)位置，即输出端 143处于其相对于螺母145最近的预定位置，第一伸长的医疗器械101通 过其输入端142插入管141内。当器械101的端部邻靠倾斜的邻接表面 时，其朝向输出端143被引导通过后者而进入分路设备的第一输出通道 内，并随后到达^f莫拟机构18。
随后控制致动器147以便平移地驱动轴146,引起管141的运动直到 输出端143到达其第二预定位置，该位置比其第一预定位置离螺母145 更远，并与模拟设备的第二通道输出端(未示出)相对准。同时，第一 器械沿关于管141的基本纵向方向从输出端143抽出，以沿着缝隙144 行进，但保持关于模拟设备外壳静止。
如第一实施例提及的，致动器147通过输入设备19自动或手动驱动。
因此，当第二伸长医疗器械102通过其输入端142插入管141内时， 其基本径直向前行进，直到邻靠倾斜的邻接表面，其中该器械朝输出端 143被引导通过后者进入分路设备的第二输出通道，并随后到达另一模拟 机构18。
12很明显，类似于第一实施例中以上已经描述的，第一和第二器械101， 102从模拟设备2的输入端IO共用公共路径直到其分别到达分路设备140 的第一和第二输出通道，该分路设备能够为"^喿作者提供比现有技术的模 拟设备更逼真的感觉，因为其更接近地符合真实的千预情况。
于此再次地，本实施例不限于模拟设备的上述数量的输出通道，因 为在不超出本发明主题的情况下可以提供输出端143的多于两个预定位 置。
就上述的任一实施例而言，其能够特别是根据器械之间最后存在的 关系以许多不同的方式与之前提及的现有技术文献(EP1576566 Al)中 所描述的支架系统相结合。在例如图1中实施例相关描述的两个相邻器 械的情况中，支架可与每个输出通道21和22对准设置，以便进一步单 独引导模拟设备中的每个器械。
可选地，并且在不脱离本发明范围的情况下，以上描述的分路设备 能够稳固地与第一支架相连，两个或更多的附加支架最终可与分路设备 的每个输出通道对准设置。上述实施例适于操作例如布置在相同导管内 的几个相邻器械。因此，导管可由第一支架引导，而分路设备随后将器 械相互分开，以使器械能够独立由相应的支架引导。
上述描述对应借助非限定实例描述的本发明的优选实施例。特别地， 关于分路设备14和140的多个元件部分所示出的和描述的形式不是限定 性的。
此外，作为实例，在不脱离本发明的范围的情况下，本领域技术人 员在执行所提及的运动传感器的可选装置时不会遇到特别的问题。实际 上，能够设置第一和第二运动传感器中的至少一个包括发光器以及分开 布置并面对发光器的光传感器。因此，两个元件可布置在模拟设备中使 得阴影由于伸长的医疗器械在光传感器和发光器之间的引入能够形成在光传感器上。此外，伸长的医疗器械的性质(nature)的识别可基于所形 成阴影的尺寸实行。为了上述目的，可使用任何适合的发光器和传感器。 光传感器可包括像素结构，器械的识别由此基于例如一个预定尺寸的附 有阴影的像素的数量实行。常规的校准步骤通过测量将由随后测量值推 断的光噪级，可在使用模拟设备之前实行。
相同的光传感器可设置在设备输入端IO的区域内，以便在第二个或 另 一器械插入时自动驱动分路设备。
还可提供这样的布置，其中以平面结构布置光传感器和发光器，彼 此之间具有适当的角度。在此布置中，插在发光器和光传感器下方的伸 长医疗器械所反射的光量可用于医疗器械的性质识别。
权利要求
1.用于练习至少一个伸长的医疗器械(101，102)的操作的模拟设备(2)，包括提供至少一个器械输入端(10)的壳体(11)，并封入用于追踪插入其中的第一伸长医疗器械(101)的运动的第一运动传感器(18)，其特征在于所述外壳封入分路设备(14，140)，分路设备具有与所述器械输入端相连的一个输入端(13，142)以及至少具有第一和第二输出端(23，24)，并包括用于引导所述第一和第二伸长医疗器械(101，102)从其输入端分别通过所述第一和第二输出端的偏转机构(15，141)，所述第一输出端与所述第一运动传感器相连，而所述第二输出端与用于追踪所述第二伸长医疗器械的运动的第二运动传感器相连。
2. 根据权利要求1所述的模拟设备，其特征在于所述偏转机构(15) 包括可移动的元件(25, 141)，其被设计成至少位于关于所述外壳的第 一和第二位置，使得所述第二输出端(24)不能到达所述位置中的第一 个位置，并能到达另一个位置。
3. 根据权利要求1所述的模拟设备，其特征在于所述偏转机构(15) 包括可移动的元件(25, 141),其被设计成至少位于关于所述外壳的第 一和第二位置，^f吏得所述分路设备输入端(13, 142)在所述位置的第一 位置处与所述第一输出端(23)相连，并在所述位置的另一位置处与所 述第二输出端(24)相连。
4. 根据前述任一权利要求所述的模拟设备，其特征在于所述分路设备 (14 )包括板(20 ),在所述偏转机构(25 )的区域内，将输入通道(13 )分成至少两个输出通道(21, 22)。
5. 根据权利要求4所述的模拟设备，其特征在于所述偏转机构包括配 置在所述板(20)上以便能够在至少第一和第二位置之间枢轴转动的舌 片(25)。
6. 根据前述任一权利要求所述的模拟设备，所述分路设备(14)是第一 分路设备，其特征在于该模拟设备包括以串联模式与所述第一分路设 备相连的至少一个附加的相似分路设备(14),使其包含与所述第一分路 设备的任一所述输出通道(21, 22)相连的器械输入端(13)。
7. 根据前述任一权利要求所述的模拟设备，其特征在于所述第一和第 二运动传感器(18)是无摩擦运动传感器，优选地每个分别包括光学导 航传感器。
8. 根据前述任一权利要求所述的模拟设备，其特征在于所述第一和第 二运动传感器(18)中的至少一个包括发光器和分开布置并面对所述发 光器的光传感器，二者都布置在模拟设备中，使得由于在光传感器和所 述发光器之间引入伸长的医疗器械(101, 102)，在所述光传感器上形成 阴影。
9. 根据前述权利要求任一所述的模拟设备，其特征在于该设备进一步至 少包括第一制动机构(18)，其被布置成响应于控制单元(3)产生的制 动信号进行操作，并基于相应运动传感器(18)提供的运动信息作用于 所述伸长医疗器械(101， 102)之一，所述制动机构用于基于所述伸长 医疗器械运动为模拟设备的使用者提供触感。
10.根据权利要求9所述的模拟设备，其特征在于该设备包括第二制动 机构(18)，其被布置成响应于控制单元(3)产生的制动信号进行操作， 并基于相应运动传感器(18)提供的运动信息作用于另一个所述伸长医 疗器械(102, 101),所述制动机构用于基于所述伸长医疗器械运动，为 模拟设备的使用者提供触感。
全文摘要
本发明涉及模拟设备(2)，其用于练习至少一个伸长的医疗器械(101，102)的操作，包括提供至少一个器械输入端(10)的壳体(11)，并封入用于追踪插入其中的第一伸长医疗器械(101)的运动的第一运动传感器(18)。该外壳封入分路设备(14，140)，其具有与器械输入端相连的一个输入端(13，142)，以及至少具有第一和第二输出端(23，24)，该分路设备还包括用于引导第一和第二伸长医疗器械(101，102)从其输入端分别通过第一和第二输出端的偏转结构(15，141)，第一输出端与第一运动传感器相连，而第二输出端与用于追踪第二伸长医疗器械的运动的第二运动传感器相连。因此，操作者的感觉非常接近于实际医疗干预(intervention)的感觉，器械的各自性能基本一致。
文档编号G09B23/28GK101563716SQ200780043736
公开日2009年10月21日 申请日期2007年11月20日 优先权日2006年12月1日
发明者朱锦·祖兹奥特, 米卢库·法夫尔, 诶尔韦·诺鲁瓦 申请人:希太科特有限公司