Система моделирования медицинской процедуры (варианты)

Авторы патента:


 

Система для моделирования медицинской процедуры может включать моделируемую анатомическую структуру физического тракта. Система может также включать моделируемый эндоскоп, датчик и локализатор для определения местоположения моделируемого эндоскопа в моделируемой анатомической структуре, а также визуальное устройство отображения для воспроизведения изображений, получаемых в ходе медицинской процедуры, на основе определенного местоположения эндоскопа. Система может также включать механизм тактильной обратной связи для обеспечения тактильной обратной связи, прикладываемой к моделируемому эндоскопу, и блок обработки для вычисления данных изображения при создании изображений на основе математической модели моделируемой анатомической структуры и для определения визуальной обратной связи и вычисления тактильной обратной связи в соответствии с определенным местоположением эндоскопа. Система может также включать интерфейс связи для обмена данными с удаленным сервером.

Область техники, к которой относится полезная модель

Настоящая полезная модель относится к системе подготовки и обучения студентов выполнению медицинских процедур и, конкретно, к системе обучения студентов выполнению процедуры эндоскопии.

Уровень техники

Эндоскопия представляет собой важную малоинвазивную медицинскую процедуру. Гибкая гастроэндоскопия служит важным медицинским инструментом для проведения хирургических и диагностических процедур в желудочно-кишечном тракте. Практически гастроэндоскопия или бронхоскопия осуществляется путем введения эндоскопа, представляющего собой гибкую трубку, в желудочно-кишечный или бронхиальный тракт, соответственно, либо через рот, либо через прямую кишку пациента. Квалифицированный врач манипулирует трубкой при помощи специальных средств управления. Конец трубки, который введен в тело пациента, содержит камеру и один или несколько хирургических инструментов, таких как зажим или щипцы для взятия образцов ткани из указанного тракта. Врач должен манипулировать трубкой в соответствии с изображениями желудочно-кишечного или бронхиального тракта, поступающими от камеры и отображаемыми на видеоэкране. Отсутствие непосредственной визуальной обратной связи с указанными трактами является одним из факторов, который делает эндоскопию сложной и трудной для овладения процедурой. Такое отсутствие обратной связи также увеличивает сложность координации движений и правильного манипулирования эндоскопическим устройством. Таким образом, гибкая гастроэндоскопия является процедурой, трудной для выполнения и изучения.

Как правило, студентов обучают выполнению гибкой гастроэндоскопии в соответствии с традиционной моделью медицинского образования, в рамках которой студенты наблюдают и помогают более опытным врачам. К сожалению, одно лишь наблюдение не может обеспечить необходимую подготовку для выполнения таких сложных медицинских процедур. Студенты могут также выполнять процедуры на животных и на человеческих трупах, однако ни то, ни другое не воспроизводит визуальные и тактильные ощущения, возникающие при работе с живым пациентом. Таким образом, традиционное медицинское обучение не подходит для современных технологически сложных медицинских процедур.

В попытке обеспечить более реалистичную медицинскую подготовку для выполнения таких процедур были разработаны устройства моделирования, с помощью которых стремятся воспроизвести тактильные ощущения и (или) визуальную обратную связь при выполнении этих процедур, чтобы улучшить медицинскую подготовку, не подвергая опасности пациентов.

В патенте США 6,857,878 раскрыта система моделирования медицинской процедуры, выполняемой на теле обследуемого, которая содержит моделируемый орган, моделируемый медицинский инструмент и локализатор для определения местоположения инструмента в органе. Система также снабжена визуальным устройством отображения для воспроизведения изображений, получаемых в ходе медицинской процедуры. Визуальное устройство отображения включает также трехмерную математическую модель для моделирования органа, который подразделяется на множество линейных сегментов. Местоположение инструмента в органе используется для выбора сегмента, который, в свою очередь, используется, чтобы выбирать изображения для воспроизведения на визуальном устройстве отображения.

Раскрытие полезной модели

Таким образом, предлагается система для моделирования медицинской процедуры. Система может включать моделируемую анатомическую структуру физического тракта и моделируемый эндоскоп. Система может также включать датчик и локализатор для определения местоположения моделируемого эндоскопа в моделируемой анатомической структуре, визуальное устройство отображения для воспроизведения изображений, получаемых в ходе медицинской процедуры, на основе определенного местоположения эндоскопа, и механизм тактильной обратной связи для обеспечения тактильной обратной связи, прикладываемой к моделируемому эндоскопу. Кроме того, система может включать блок обработки для вычисления данных изображения при создании изображений на основе математической модели моделируемой анатомической структуры и для определения визуальной обратной связи и вычисления тактильной обратной связи в соответствии с определенным местоположением эндоскопа, и интерфейс связи для обмена данными с удаленным сервером.

Новый технический результат, достигаемый заявленной моделирующей системой, заключается в комбинировании трех ее технических компонентов с обеспечением возможности моделирования медицинских процедур, воспринимающихся пользователем абсолютно реалистичными. Практический эффект состоит в том, что у пользователя появляется возможность приобретать необходимый медицинский опыт в безопасной обстановке, не подвергая опасности обследуемых людей или животных, поскольку благодаря предложенному техническому решению пользователь становится более искусным в проведении разучиваемой медицинской процедуры. Совокупный эффект, обеспечиваемый путем применения в отношении моделируемого органа эндоскопа и путем получения от него тактильной обратной связи, позволяет пользователю накапливать опыт, являющийся абсолютно реалистичным, и поэтому увеличивается эффективность его обучения.

Кроме того, в соответствии с одним из вариантов осуществления полезной модели моделируемая анатомическая структура может быть помещена в переносной корпус.

Кроме того, в соответствии с одним из вариантов осуществления полезной модели блок обработки данных может быть удален по отношению к моделирующей системе.

Кроме того, в соответствии с одним из вариантов осуществления полезной модели блок обработки данных может быть расположен на удаленном сервере.

В некоторых вариантах осуществления интерфейс связи может быть выполнен с возможностью обмена данными с удаленным сервером по сети.

В некоторых вариантах осуществления механизм тактильной обратной связи может включать трубку и шток, который выполнен с возможностью увеличения или уменьшения давления на трубку при помощи электродвигателя.

Кроме того, в соответствии с одним из вариантов осуществления полезной модели этим электродвигателем может управлять контроллер, выполненный с возможностью обмена данными с блоком обработки данных.

Кроме того, в соответствии с одним из вариантов осуществления полезной модели моделируемая процедура может включать модуль процедуры оказания неотложной медицинской помощи.

В некоторых вариантах осуществления модуль процедуры оказания неотложной медицинской помощи может включать моделируемую процедуру, выбираемую из группы, состоящей из таких действий, как извлечение инородного предмета, лечение кровотечения и удаление слизистых пробок.

Кроме того, в соответствии с одним из вариантов осуществления полезной модели модуль процедуры оказания неотложной медицинской помощи может включать моделирование одного или более видов взаимодействий, выбираемых из группы взаимодействий, состоящей из взаимодействия между инородным предметом и окружающей тканью, взаимодействия между инородным предметом и моделируемым инструментом и взаимодействия между инородным предметом и эндоскопом.

Кроме того, в соответствии с одним из вариантов осуществления полезной модели моделирование взаимодействия инородного предмета и окружающей ткани может включать выполнение при каждом цикле обновления ряда задаваемых пользователем итераций, во время которых скорость, направление и выделенный интервал времени инородного предмета используются для вычисления текущего положения инородного предмета внутри моделируемой анатомической структуры.

Кроме того, в соответствии с одним из вариантов осуществления полезной модели при выполнении ряда задаваемых пользователем итераций могут быть выявлены столкновения между инородным предметом и окружающей тканью.

Кроме того, в соответствии с одним из вариантов осуществления полезной модели столкновения могут быть выявлены при проведении испытаний на столкновение по многоугольникам и оптимизации древовидной структуры сфер.

Кроме того, в соответствии с одним из вариантов осуществления полезной модели новую скорость и направление инородного предмета можно вычислить на основе сталкивающихся многоугольников, их эластичности и с учетом физических воздействий.

Кроме того, в соответствии с одним из вариантов осуществления полезной модели система может также включать удаленный сервер, на котором расположен блок обработки данных.

Кроме того, в соответствии с одним из вариантов осуществления полезной модели моделируемая анатомическая структура может быть выбрана из группы моделируемых анатомических структур, состоящей из моделируемого желудочно-кишечного тракта и моделируемого бронхиального тракта.

Кроме того, в соответствии с одним из вариантов осуществления полезной модели предусматривается сервер для обработки одной или нескольких имитационных моделей медицинской процедуры. Сервер может включать блок обработки данных, выполненный с возможностью обмена данными с одной или более моделирующими системами, которые включают моделируемый эндоскоп и моделируемую анатомическую структуру физического тракта, при этом блок обработки данных выполнен с возможностью обработки указанных одной или нескольких имитационных моделей медицинской процедуры на основе информации о местоположении, относящейся к местоположению каждого моделируемого эндоскопа в соответствующей моделируемой анатомической структуре каждой из указанных одной или более моделирующих систем.

Краткое описание чертежей

В целях лучшего понимания представленных примеров и оценки возможностей их практического применения описание содержит следующие чертежи, ссылки на которые приводятся далее по тексту. Следует отметить, что чертежи даны только в качестве примера и ни в коей мере не ограничивают объем полезной модели. Для однотипных компонентов используются одинаковые позиционные обозначения.

На ФИГ.1 показан пример изображения системы медицинского моделирования в соответствии с одним из вариантов осуществления полезной модели.

На ФИГ.2 показан пример изображения экранного дисплея в соответствии с одним из вариантов осуществления полезной модели.

На ФИГ.3А показан пример схемы процесса реализации способа в соответствии с одним из вариантов осуществления полезной модели для создания визуальной модели моделируемого органа и формирования визуальной обратной связи.

На ФИГ.3В представлена структурная схема, иллюстрирующая пример системы обработки видеоданных и отображения информации в соответствии с одним из вариантов осуществления полезной модели.

На ФИГ.4 представлена структурная схема, иллюстрирующая пример обучающей системы в соответствии с одним из вариантов осуществления полезной модели.

На ФИГ.5А и 5В изображен пример моделируемого желудочно-кишечного тракта в соответствии с одним из вариантов осуществления полезной модели.

На ФИГ.6А-С иллюстрируются различные аспекты системы силовой обратной связи в соответствии с одним из вариантов осуществления полезной модели.

На ФИГ.7А-С иллюстрируется второй вариант осуществления системы силовой обратной связи в соответствии с одним из вариантов осуществления полезной модели.

На ФИГ.8А-8Е показан другой вариант осуществления системы в соответствии с одним из вариантов осуществления полезной модели.

На ФИГ.9А-9Е показан инструментальный блок в соответствии с одним из вариантов осуществления полезной модели.

На ФИГ.10А изображена переносная моделирующая система в соответствии с одним из вариантов осуществления полезной модели.

На ФИГ.10В изображены некоторые внутренние элементы переносной моделирующей системы в соответствии с одним из вариантов осуществления полезной модели.

На ФИГ.10С изображен блок силовой обратной связи эндоскопа переносной моделирующей системы в соответствии с одним из вариантов осуществления полезной модели.

На ФИГ.11 изображена система облачного моделирования согласно одному из вариантов осуществления полезной модели.

Следует понимать, что в целях простоты и ясности изображения элементы, показанные на рисунках, необязательно должны быть выполнены в масштабе. Например, размеры некоторых элементов могут быть преувеличены по отношению к другим элементам для наглядности. Кроме того, там, где это представляется целесообразным, позиционные обозначения на чертежах могут повторяться, указывая подобные или аналогичные элементы.

Осуществление полезной модели

В следующем подробном описании многочисленные конкретные детали приведены для того, чтобы обеспечить полное понимание способов и устройства. Однако специалистам в данной области будет понятно, что настоящие способы и устройство можно осуществить на практике и без этих конкретных деталей. В других случаях хорошо известные способы, процедуры, компоненты не были подробно описаны, чтобы не затруднять понимание настоящих способов и устройства.

Хотя примеры, раскрытые и обсуждаемые в настоящей заявке, в этом отношении не ограничены, термины «множество» или «набор», используемые в тексте, могут включать в себя, например, «несколько» или «два или больше». Термины «множество» или «набор» могут использоваться в данном описании полезной модели, чтобы охарактеризовать два или большее количество компонентов, устройств, элементов, блоков, параметров и т.п. Если это прямо не предусмотрено, примеры осуществления описанного здесь способа не ограничены каким-либо конкретным порядком или последовательностью. Кроме того, некоторые из описанных примеров осуществления способа или их элементов могут возникать или выполняться в один и тот же момент времени.

Если не оговаривается иное, то, как ясно из последующего обсуждения, следует понимать, что во всем тексте описания используемые термины, такие как «добавление», «соединение», «выбор», «оценка», «обработка», «вычисление», «расчет», «определение», «обозначение», «выделение» и им подобные, могут относиться к действиям и (или) процессам, выполняемым компьютером, процессором компьютера, вычислительной системой, или аналогичным электронным вычислительным устройством, которое манипулирует и (или) преобразует данные, представляемые в качестве физических (например, электронных) величин в регистрах и (или) блоках памяти вычислительной системы, в другие данные, аналогичным образом представляемые в качестве физических величин в регистрах и (или) блоках памяти вычислительной системы или на других устройствах для хранения, передачи или отображения информации.

Настоящая полезная модель относится к системе моделирования эндоскопической процедуры, конкретно, гибкой гастроэндоскопической процедуры или гибкой бронхоэндоскопической процедуры. Система может включать манекен, в который вводится моделируемый эндоскоп. Визуальная обратная связь обеспечивается при помощи видеомонитора. В некоторых вариантах осуществления на мониторе в реальном времени отображаются реалистичные изображения в соответствии с манипуляциями, выполняемыми моделируемым эндоскопом. В некоторых вариантах осуществления на мониторе отображается видеоизображение виртуальной реальности.

Кроме того, в некоторых вариантах осуществления обеспечивается реалистичная тактильная обратная связь таким образом, чтобы тактильный и визуальный виды обратной связи были взаимосвязаны, как это имело бы место в случае живого пациента. В некоторых вариантах осуществления полезной модели предлагается обучающая система для подготовки студентов и проверки их успеваемости. Таким образом, система согласно полезной модели предусматривает реалистичное моделирование медицинской эндоскопической процедуры, а также модулей основных умений и навыков для подготовки и тестирования студентов.

Принципы и работа системы в соответствии с полезной моделью для медицинского моделирования и, конкретно, для моделирования медицинской эндоскопической процедуры, предпочтительно включая передачу результатов обучения и оценки умений и навыков студентов преподавателю, или контроль за медицинским персоналом, будут понятнее из следующих чертежей и сопровождающего их описания, при этом следует понимать, что эти чертежи приведены только в целях иллюстрации и не ограничивают объем полезной модели. Кроме того, хотя приведенное ниже описание относится к моделированию желудочно-кишечной системы и системы органов дыхания, следует отметить, что это сделано только в целях ясности и никоим образом не ограничивает объем полезной модели.

Обратимся теперь к чертежам. На ФИГ.1 изображена система 10 для медицинского моделирования в соответствии с одним из вариантов осуществления. Система 10 может включать манекен 12, представляющий обследуемого, на теле которого должна выполняться медицинская процедура, моделируемый эндоскоп 14 и блок обработки данных 16 с видеомонитором 18. Студент 20 показан взаимодействующим с системой 10 путем манипулирования моделируемым эндоскопом 14 внутри манекена 12. Как дополнительно показано ниже на ФИГ.5А и 5В, манекен 12 содержит моделируемый орган, в который вводится моделируемый эндоскоп 14. По мере того, как студент 20 манипулирует моделируемым эндоскопом 14, тактильная и визуальная обратная связь определяются в соответствии с положением эндоскопа 14 внутри моделируемого органа (не показан). Визуальная обратная связь предусматривается в виде отображения на видеомониторе 18. Вычисления необходимых данных выполняются блоком обработки 16, чтобы студент 20 получал реалистичную тактильную и визуальную обратную связь 20.

На ФИГ.2 показан пример изображения экранного дисплея на мониторе 18 в соответствии с одним из вариантов осуществления полезной модели. Экранный дисплей 22 включает графическую обратную связь 24. Графическая обратная связь 24 представляет визуальное изображение, которое можно увидеть, если ввести эндоскоп в тело живого пациента. Графическая обратная связь 24 выполнена с возможностью точного и реалистичного моделирования визуальных данных, которые были бы получены из этой части желудочно-кишечного тракта живого пациента. Хотя графическая обратная связь 24 показана в виде статического изображения, следует понимать, что оно приведено только для целей иллюстрации, и что данные фактической визуальной обратной связи будут принимать вид практически непрерывного потока моделируемых изображений, основанных на фактическом видеопотоке данных, получаемых при помощи фактически осуществляемой эндоскопической процедуры. Таким образом, поток изображений, представляемых графической обратной связью 24, предоставляет студенту (не показан) реалистичную визуальную обратную связь. В другом варианте осуществления визуальная обратная связь представляет собой графическую анимацию, имитирующую реальные изображения, которые были бы получены из этой части желудочно-кишечного тракта живого пациента.

Кроме того, экранный дисплей 22 предпочтительно включает ряд функций ГИП (графического интерфейса пользователя), связанных с предпочтительными обучающими функциями полезной модели. Например, сопровождающее отображение 26 явно показывает местоположение моделируемого эндоскопа внутри моделируемого желудочно-кишечного тракта. Сопровождающее отображение 26 включает схематический желудочно-кишечный тракт 28, в который введен схематический эндоскоп 30. Сопровождающее отображение 26 можно разрешать или запрещать, чтобы студент мог видеть только сопровождающее отображение 26, если функция сопровождения разрешена.

Кроме того, дополнительные функции экранного дисплея 22 могут включать кнопку «справка» 32, при активации которой на мониторе отображается информация, например, руководство по управлению эндоскопом. Аналогичным образом, кнопка «подсказка» 34 предпочтительно предоставляет студенту одно или несколько предложений о том, как продолжать выполнение медицинской процедуры. При нажатии кнопки «история болезни» 36 на экранном дисплее 22 будет отображаться информация, относящаяся к одному из выбранных вариантов моделируемых «историй болезни», которые могут помочь студенту при определении последующих предпринимаемых действий. При нажатии кнопки «результаты выполнения» 38 на экранный дисплей 22 будет выведен анализ и количественная оценка действий студента. Все или некоторые из этих функций могут представлять собой часть варианта осуществления обучающей системы для подготовки студента к выполнению медицинской эндоскопической процедуры, подробнее представленной на ФИГ.4.

На ФИГ.3А и 3В представлены структурные схемы обработки видеоданных, а также системы и способа отображения информации в соответствии с одним из вариантов осуществления. На ФИГ.3А приведена схема процесса реализации способа обработки и отображения видеоданных в соответствии с одним из вариантов осуществления, служащая в качестве обобщения способа, применяемого системой, которая изображена на ФИГ.3В. Дополнительные сведения, касающиеся конкретных аспектов способа в соответствии с одним из вариантов осуществления, описаны ниже со ссылкой на ФИГ.3В.

Способ и система согласно вариантам осуществления предлагают решение ряда проблем в области медицинского моделирования, в частности, моделирования процедуры гастроэндоскопии. Эта процедура включает визуальное отображение внутренней части желудочно-кишечного тракта, такой как толстая кишка. Толстая кишка представляет собой упругое тело с криволинейной структурой. Внутренняя поверхность толстой кишки в целом обладает способностью к деформации, и, более конкретно, является локально деформируемой. Все подобные пространственные деформации могут быть вычислены в соответствии с математической моделью толстой кишки, а затем визуально воспроизведены в реальном времени в целях обеспечения реалистичной визуальной обратной связи для пользователя.

На ФИГ.3А показан способ подготовки модели и формирования визуальной обратной связи в соответствии с одним из вариантов осуществления, включая шаги по подготовке компьютеризованной модели толстой кишки, а также шаги по отображению толстой кишки.

На шаге 1 способа, показанного на ФИГ.3А, фактические видеоданные могут записываться на цифровые или аналоговые носители информации в процессе выполнения реальной медицинской эндоскопической процедуры на живом пациенте. Кроме того, такие данные могут также включать данные МРТ - (магнитно-резонансной томографии), ультразвукового и КТ - (компьютерной томографии) сканирования, собранные при помощи процедур, выполняемых на живых пациентах.

На шаге 2 отдельные изображения извлекают, например, при помощи устройства для захвата кадров изображения, а затем оцифровывают. На шаге 3 оцифрованные изображения предпочтительно отбирают с учетом ясности и отсутствия визуальных артефактов, а затем сохраняют в базе данных отображения текстур. В некоторых вариантах осуществления качество оцифрованных изображений перед сохранением улучшают. В некоторых вариантах осуществления отображение текстур включает также анимацию. Эта анимация позволяет моделировать различные эффекты, такие как случайные вибрации ткани толстой кишки или эндоскопа, а также такие события, как протекание жидкости в нижнем направлении под действием силы тяжести.

На шаге 4 строится трехмерная математическая модель толстой кишки человека. Например, трехмерная математическая модель может представлять собой полигональную модель, такую как сплайн. Эта математическая функция представляет толстую кишку в виде семейства кривых таким образом, что точки в трехмерной структуре толстой кишки отображаются на сплайне. Например, толстая кишка может моделироваться в виде прямой линии, которую деформируют, изменяя сплайн для данной модели до тех пор, пока модель не будет соответствовать данным. Альтернативно, сплайн можно поместить внутрь толстой кишки и отображать на толстую кишку. Множество сплайнов может использоваться, например, для моделирования места соединения желудка с тонким кишечником.

В некоторых вариантах осуществления отображение может быть выполнено в трехмерной системе координат по осям x, y и z. В некоторых вариантах осуществления отображение может быть выполнено в координатах «время, угол и радиус» внутри толстой кишки. Может также применяться комбинация двух различных типов координат, например, время, x и y. И сам сплайн, и отображение сплайна на толстую кишку можно изменять для получения новых, отличающихся визуальных представлений толстой кишки, например, для получения набора теоретических «тестовых вариантов» для изучения студентами. Изменения могут осуществляться, например, в соответствии с данными МРТ (магнитно-резонансной томографии). Кроме того, данные, полученные при помощи процедур МРТ и (или) КТ-сканирования, могут очищаться и подвергаться повторной сборке с целью более точного определения геометрических характеристик моделируемой толстой кишки. В некоторых вариантах осуществления эти процедуры могут выполняться автоматически в соответствии с такими данными. В некоторых вариантах осуществления эти процедуры могут полностью или частично выполняться вручную. Таким образом, математическая модель в соответствии с вариантами осуществления позволяет реализовать быстрое визуальное воспроизведение этих данных на модели толстой кишки.

В соответствии с одним из вариантов осуществления можно моделировать саму «петлю» кабеля эндоскопа. Такая петля возникает, когда человек, выполняющий эндоскопическую процедуру, «реальную» или моделируемую, непреднамеренно изменяет направление внутри прямой кишки, поворачивая сам эндоскоп. Такая петля может быть очень опасной для пациента, поэтому было бы целесообразно выявлять ее в ходе моделирования, предупреждая студента о наличии признака неправильного выполнения процедуры, которое и привело к образованию петли.

Петлю можно сформировать с помощью сплайна в соответствии с одним из вариантов осуществления и согласовать с силовой обратной связью. Можно определить длину кабеля, который был введен в прямую кишку, а также длину толстой кишки от прямой кишки (точка входа эндоскопа) до текущего положения эндоскопа. Размер прямой кишки вычисляется затем по разности этих двух длин, и петля моделируется в соответствии со сплайном.

Способ визуального воспроизведения толстой кишки соответствии с одним из вариантов осуществления может включать ряд описанных ниже шагов, которые могут выполняться как команды программы, выполняемой процессором для обработки данных. Способ может включать шаг (шаг 5 на ФИГ.3А) разделения толстой кишки на множество участков. Разделение выполняется линейно, поскольку пространственное перемещение моделируемого эндоскопа может быть ограниченным. Иными словами, моделируемый эндоскоп не может «перепрыгивать» от одного участка толстой кишки к другому, а должен вместо этого линейно перемещаться вдоль моделируемой толстой кишки.

Вследствие такого разделения в любой данный момент времени необходимо обрабатывать только один сегмент, хотя при наличии необходимых вычислительных ресурсов множество сегментов можно было бы обрабатывать практически одновременно. Кроме того, разделение сводит обработку видеоданных к выполнению значительно более управляемой задачи, поскольку данная модель может в некоторых случаях включать тысячи многоугольников в предпочтительном варианте осуществления, хотя в каждом сегменте количество многоугольников намного меньше.

Кроме того, только те участки, которые находятся на линии прямой видимости моделируемой камеры, и, вследствие этого, либо являются непосредственно видимыми, либо скоро станут видимыми, выбирают для визуального воспроизведения, чтобы уменьшить объем вычислений, необходимых для воспроизведения. Количество участков, которые будут визуально воспроизводиться, нельзя определить заранее, поскольку их количество на линии видимости может быть различным при определенных обстоятельствах. Например, когда камера перемещается вокруг изгиба толстой кишки, линия видимости камеры очень короткая, так, что при этом должно воспроизводиться относительно меньшее количество участков, или участки меньшего размера.

Затем, на шаге 6, определяются визуальные атрибуты зоны толстой кишки, которая сканируется моделируемой камерой. Эти визуальные атрибуты могут определяться в соответствии с рядом факторов, включая, например, местоположение дистального конца эндоскопа, где расположена камера, и направление, в котором обращена камера. Другие факторы могут включать форму моделируемой толстой кишки и историю перемещения камеры внутри толстой кишки. С учетом этого последнего фактора предшествующие перемещения эндоскопа внутри толстой кишки, определяемые действиями студента, оказывают значительное влияние на зону толстой кишки, которая визуализируется камерой в любой данный момент времени. Например, если студент вызвал образование петли, неправильно действуя эндоскопом, как описано выше, эту «петлю» можно правильно моделировать только принимая во внимание историю перемещений при определении визуальной обратной связи.

На шаге 7 выполняется анализ местной деформации по меньшей мере одного из этих участков, чтобы определить, воздействует ли такая деформация на сам сплайн. После этого отображаемые координаты быстро преобразуются из системы «время, угол и радиус» в систему x, y и z. Затем, на шаге 8 местную деформацию ткани толстой кишки определяют путем интерполирования радиуса, чтобы определить степень такой деформации. Поскольку время, угол и радиус могут не обеспечить достаточной информации для выполнения этого вычисления, объем толстой кишки дополнительно изменяют в соответствии с математической моделью.

Для деформаций исключительно в местном масштабе, таком как точка контакта между концом эндоскопического прибора и толстой кишкой при небольшой величине усилия со стороны прибора, уровень детализации в этой зоне можно увеличить за счет добавления дополнительных многоугольников к выполняемым на модели вычислениям, чтобы растянуть все или большинство точек в прилегающей зоне без искажения. Растяжение может выполняться в соответствии с заданной функцией, которая позволяет изменять сплайновую модель в местном масштабе.

Этот способ моделирования «растяжения» толстой кишки можно также использовать для моделирования местных зон нерегулярности, таких как полип. Полипы могут по точкам отображаться на модель толстой кишки, тем самым корректируя визуальное представление ткани, чтобы включить в модель и сам полип, и структурные изменения ткани, связанные с этим полипом.

Затем, на шаге 9, различные типы данных, которые были описаны выше, используются для фактического преобразования визуальных данных в изображение толстой кишки. Первоначально отображение таких данных на модель в некоторых случаях предпочтительно предусматривает небольшие корректировки, выполняемые вручную программистом. Альтернативно, такое отображение может полностью осуществляться в автоматическом режиме.

На шаге 10 отображение текстур из базы данных накладывается на фрагмент модели. Такое отображение текстур может включать оцифрованные изображения и дополнительную анимацию. На шаге 11 итоговые изображения воспроизводятся на мониторе. Как уже отмечалось, изображения могут выводиться на монитор в виде непрерывного потока в соответствии с местоположением моделируемого эндоскопа внутри моделируемого желудочно-кишечного тракта. Кроме того, как отмечалось выше, такое отображение координат предпочтительно выполняется в соответствии с математической моделью толстой кишки, например, сплайном.

На ФИГ.3В система обработки видеоданных и отображения информации в соответствии с одним из вариантов осуществления показана более подробно. Система 40 обработки видеоданных и отображения информации может включать экранный дисплей 22 для отображения обработанных видеоданных. Видеоданные могут быть сформированы следующим образом. Прежде всего, данные могут записываться на видеоленту при помощи реальных гастроэндоскопических процедур, как показано в блоке записи 42. Эти данные можно собирать и хранить в аналоговом формате, например, таком как видеоформат S-VHS, или цифровом формате, таком как, например, поток видеоданных в формате HD, чтобы получить высококачественное представление визуальных изображений, отображаемых на экране в ходе реальной эндоскопической процедуры, как показано в блоке 44. Затем по меньшей мере часть кадров видеопотока, или все кадры извлекают индивидуально при помощи устройства 46 для захвата кадров изображения, чтобы сформировать оцифрованные изображения, если они не были получены в цифровой форме. После этого отдельные оцифрованные изображения могут быть отобраны с учетом ясности и отсутствия визуальных артефактов, таких как отражения от самой эндоскопической аппаратуры. Далее, изображения в отобранных кадрах могут быть улучшены и добавлены в базу данных отображения текстур 48.

В базе данных могут храниться два типа отображения текстур. Первый тип отображения текстур предназначен для усиления реалистичных визуальных аспектов изображений, например, путем удаления визуальных артефактов. Второй тип отображения текстур предназначен для моделирования поведения живого органа и реального эндоскопа, как представлено блоком 50. В ходе реальных эндоскопических процедур на живом пациенте ткань толстой кишки немного смещается, и сам эндоскоп вибрирует и покачивается. Это смещение моделируется визуально, путем добавления случайной анимации изображений, а также путем добавления таких эффектов, как протекание жидкости в нижнем направлении под действием силы тяжести. Такая анимация усиливает реалистический характер визуального представления толстой кишки.

Чтобы усовершенствованные изображения правильно отображались на дисплее, они должны соответствовать манипуляции и местоположению моделируемого эндоскопа внутри моделируемой толстой кишки. В частности, отображение текстур изображений выполняется в соответствии с местоположением эндоскопа внутри толстой кишки. Такое соответствие между местоположением эндоскопа внутри толстой кишки и отображением текстур обеспечивается процессором отображения текстур 52. После этого данные и отображения текстур становятся легко доступными для дисплейной части визуальной системы 40, как показано блоком 54.

Однако простое воспроизведение выбранных усовершенствованных кадров в массовом видеопотоке может быстро привести к переполнению вычислительных ресурсов и вызвать потерю синхронизации визуального отображения относительно физического местоположения моделируемого эндоскопа. Кроме того, такой видеопоток может не позволить выполнять правильное отображение изображений в соответствии с перемещением эндоскопа, которое предпочтительно имеет шесть степеней свободы. Таким образом, простого воспроизведения недостаточно, чтобы обеспечить реалистичные изображения, даже при отображении на трехмерную поверхность.

Система 40 обработки видеоданных и отображения информации может включать трехмерную математическую модель по меньшей мере части желудочно-кишечного тракта 56, например, такую как представлена на ФИГ.3А. Хотя модель 56 описана в настоящей заявке как трехмерная модель толстой кишки, следует понимать, что она никоим образом не ограничивает объем полезной модели. Модель 56 может включать множество сегментов 58 и даже многократных сегментов.

При перемещении моделируемого эндоскопа вдоль моделируемой толстой кишки местоположение эндоскопа определяется локализатором 60, более подробно описанным ниже. Локализатор 60 дает затем загрузчику объектов 62 команду загрузить соответствующий сегмент 58 для получения доступа визуальной системой 40, как показано в блоке 54 и описано выше. В показанном варианте осуществления три сегмента 58 готовы для доступа со стороны загрузчика объектов 62 в любой данный момент времени. Конкретный сегмент 58, в котором в данное время находится эндоскоп, может сохраняться в блоке памяти DRAM (динамической памяти с произвольным доступом) или RAM (памяти с произвольным доступом) в сочетании с отображением текстур, описанным выше. Следующий сегмент 58 и предыдущий сегмент 58 также могут храниться в легко доступном месте, хотя необязательно в RAM или DRAM.

Отображение каждого изображения из конкретного сегмента 58, в который был введен моделируемый эндоскоп, может быть оптимизировано при помощи оптимизатора сегментов 64. Оптимизатор сегментов 64 принимает информацию от локализатора 60, а также ряд изображений, полученных путем наложения отображения текстур на соответствующий сегмент 58, а затем передает каждое конкретное изображение экранному менеджеру 66 для отображения на экранном дисплее 22.

Кроме того, экранный менеджер 66 может работать при поддержке визуализатора в режиме реального времени 68, например, реализованного в программе Direct 3Dтм (компания Microsoft Inc., Сиэтл, штат Вашингтон). Визуализатор в режиме реального времени 68 обеспечивает необходимую программную поддержку при обмене данными с графическим адаптером 70 в целях фактического отображения изображений на экранном дисплее 22. Может применяться любой подходящий вариант графического адаптера 70, например, для обеспечения оптимальной работы графический адаптер 70 может иметь память VRAM (ОЗУ для видеоизображений) объемом по меньшей мере 8 или по меньшей мере 16 Мб. Примером подходящего графического адаптера 70 служит видеокарта NVidia GEforce 660. Рабочие характеристики визуализатора в режиме реального времени 68 могут быть улучшены за счет оптимизатора математических выражений 72, например, реализованного в Visual C++. Взаимодействие между оптимизатором сегментов 64 и экранным менеджером 66 с одной стороны, и локализатором 60 с другой может быть обеспечено при помощи программного интерфейса 74. Программный интерфейс 74 позволяет локализатору 60 обмениваться данными с другими компонентами визуальной системы 40 в целях получения информации, касающейся местоположения эндоскопа внутри моделируемой анатомической структуры.

В вариантах осуществления локализатор 60 может включать датчик 76, например, производства компании Ascension Technology Corp. Датчик 76 воспринимает информацию о местоположении изнутри моделируемого органа 77, который описан в настоящей заявке в виде толстой кишки в целях обсуждения и не является ограничивающим. Управление датчиком 76 осуществляет блок управления 82. Информация о местоположении передается устройству управления 78, которое подключено к серводвигателю 80 (например, производства компании Haydon Switch and Instrument Co.). По мере перемещения моделируемого эндоскопа по толстой кишке эндоскоп соприкасается с различными участками толстой кишки (не показана; см. ФИГ.5 и 6 ниже). Тактильная обратная связь может поочередно обеспечиваться каждым серводвигателем 80, который манипулирует материалом толстой кишки.

Визуальная система 40 может также включать пользовательский интерфейс 84, например, реализованный в Visual C++ или Flash. Пользовательский интерфейс 84 включает функции ГИП, описанные ранее со ссылкой на ФИГ.2. Кроме того, пользовательский интерфейс 84 может обеспечивать возможность взаимодействия визуальной системы 40 с сетевым интерфейсом 86, например, чтобы другие студенты могли просматривать экранный дисплей 22 по сети. Пользовательский интерфейс 84 может также разрешать активацию обучающих функций по меньшей мере одного, или нескольких учебных модулей 88. Учебный модуль 88 может включать конкретный сценарий, например, обследуемый, страдающий раком толстой кишки, извлечение инородного предмета из дыхательных путей при бронхиальной астме, так, чтобы представить студенту различные типы диагностических и медицинских проблем. При этом ожидается, что студент правильно отреагирует на представленный сценарий.

Пример обучающей системы более подробно иллюстрируется на структурной схеме, представленной на ФИГ.4. Обучающая система 90 запускается, как показано в блоке 92. Затем пользователь получает приглашение указать, требуется ли фактическое взаимодействие с моделируемым эндоскопом, или пользователь предпочитает пройти обучение теории эндоскопии, как показано в блоке 94. Затем на экран выводится вопрос, является ли пользователь новичком, как показано в блоке 96. Если ответ «да», пользователю предлагается ввести определенную информацию, как показано блоком 98. Если ответ «нет», пользователю предлагается ввести идентификационную информацию, такую как имя или идентификационный номер пользователя, как показано блоком 100.

После этого пользователь получает приглашение выбрать тип обучения. Например, пользователь может выбрать обучение по темам 102, обучение на основе процедур 104, или обучение на основе описания единичных случаев 106. Обучение по темам 102 может включать, например, такие темы, как основные манипуляции эндоскопом, биопсия и полипэктомия. Обучение по темам 102 может включать экранную поддержку, как показано в блоке 108.

Обучение на основе описания единичных случаев 106 можно выбрать, например, в соответствием с номером случая и требуемым уровнем профессиональной квалификации, например, «начинающий», «средний», «специалист». Отдельные описания случаев могут быть созданы преподавателем или профессором путем комбинирования характеристик различных сохраняемых описаний случаев. Например, профессор может создать историю болезни, подходящую для 20-летнего мужчины, страдающего колитом, чтобы студент смог в дальнейшем отрабатывать эндоскопическую процедуру на таком пациенте. Другой вариант может состоять в том, что преподаватель создает и назначает учебную программу, которая может включать, в дополнение к выбранным моделируемым случаям, инструктивный учебный материал в письменном, аудио- или видеоформате. Учебная программа может генерироваться пользователем или предоставляться профессиональным сообществом и утверждаться с использованием общих образовательных стандартов. Таким образом, обучающая система 90 предпочтительно обладает гибкостью, позволяющей изучать много различных типов пациентов.

При необходимости экранную поддержку можно обеспечить как для обучения на основе анализа единичных случаев 106, так и для обучения на основе процедур 104, как показано в блоке 110. Если экранная поддержка не нужна, пользователь может указать, является ли сеанс обучения официальным испытанием, как показано в блоке 112. Таким образом, обучающая система 90 может включать как возможность обучения, так и проверки знаний студентов.

Согласно одному из вариантов осуществления обучающая система может включать упрощенную версию моделируемого эндоскопического процесса, которая позволяет обучать правильному манипулированию эндоскопом в соответствии с визуальной обратной связью и дает студенту возможность понять соответствие между визуальной и тактильной обратной связью. В такой упрощенной версии особо отмечалось бы качество выполнения и степень овладения одной или несколькими конкретными задачами, такими как манипулирование эндоскопом внутри толстой кишки.

В самом деле, этот вариант осуществления может быть обобщен на создание способа обучения студента конкретным навыкам, необходимым для выполнения реальной медицинской процедуры. Этот способ может включать шаг извлечения части визуальной обратной связи реальной медицинской процедуры, которая предпочтительно включала бы меньшее количество визуальных деталей, чем вся визуальная обратная связь, полученная при выполнении медицинской процедуры. Эта часть визуальной обратной связи предпочтительно позволит студенту изучить движение инструмента в качестве необходимого навыка.

Например, упрощенная версия может в некоторых случаях не содержать многих, или даже большинства визуальных деталей толстой кишки в виде визуальной обратной связи. Вместо этого, толстая кишка может быть представлена в виде гладкой, относительно лишенной характерных черт трубки, имеющей геометрию и размеры толстой кишки, чтобы обеспечить соответствие с перемещением моделируемого эндоскопа по внутреннему пространству толстой кишки. Более предпочтительно, упрощенная версия могла бы быть реализована в виде игры, в которой студенты набирали бы очки за правильное манипулирование эндоскопом и теряли очки в случае неправильных манипуляций. Таким образом, студенты получили бы возможность изучать манипуляции, необходимые для успешного выполнения эндоскопии, не отвлекаясь на визуальные детали, находясь в не требующей большого напряжения и даже «развлекательной» среде.

На ФИГ.5А и 5В изображены механические аспекты моделируемого желудочно-кишечного тракта в соответствии с одним из вариантов осуществления. На ФИГ.5А показан вид в разрезе манекена 114. Манекен 114 может иметь около одного метра в ширину, что примерно соответствует размерам реального пациента. Моделируемая анатомическая структура 116 (например, желудочно-кишечный тракт) показана внутри манекена 114. В целях упрощения моделируемая анатомическая структура 116 включает только толстую кишку, при этом следует понимать, что это никоим образом не ограничивает объем полезной модели. Моделируемая анатомическая структура 116 соединена с передатчиком 118 и устройством обработки сигналов 120, также помещенными внутри манекена 114. Как показано на рисунке, моделируемый эндоскоп 122 можно ввести внутрь манекена 114 через отверстие 124. В этом случае, поскольку выполняется моделирование эндоскопии толстой кишки обследуемого, отверстие 124 моделирует прямую кишку обследуемого.

Моделируемый эндоскоп 122 можно перемещать влево, вправо, вверх и вниз, вперед и назад в границах моделируемой анатомической структуры. В одном из вариантов осуществления моделируемый эндоскоп 122 имеет в длину около 180 см, или около 60 см в случае моделируемого бронхоскопа, аналогично длине реального эндоскопа. Диаметры конца моделируемого эндоскопа 122 или остальной его части аналогичны размерам реальных эндоскопов, используемым при моделировании (таких как колоноскоп, бронхоскоп, гастроскоп и дуоденоскоп).

После того, как моделируемый эндоскоп 122 введен в моделируемую анатомическую структуру 116, датчик 76 на конце моделируемого эндоскопа 122 позволяет определять местоположение моделируемого эндоскопа 122. Датчик 76 предпочтительно имеет по меньшей мере три степени свободы, однако в некоторых вариантах осуществления он обладает шестью степенями свободы в целях эффективного моделирования манипулированием эндоскопом 122. Если датчик 76 имеет шесть степеней свободы, определяемые направления ориентации включают прямоугольные декартовы координаты X, Y, Z, а также поворот вокруг продольной оси, угла места и азимут. Кроме того, датчик 76 может включать сенсорный передатчик 126, позволяющий определять точный угол и местоположение датчика 76 относительно анатомической структуры 116. Сенсорный передатчик 126 передает данные устройству обработки сигналов 120, которое затем анализирует и обрабатывает сигнал. После этого обработанный сигнал поступает на передатчик 118 для передачи на электронный блок 128 и блок привода постоянного тока 130. Сигнал преобразуется блоком привода постоянного тока 130 и направляется на электронный блок 128. Затем электронный блок 128 посылает данные о положении и ориентации датчика 76 программному интерфейсу 74, чтобы оставшаяся часть системы отображения могла использовать эту информацию для отображения правильных изображений на экранном дисплее 22 для создания визуальной обратной связи.

Варианты осуществления обеспечивают как визуальную, так и тактильную обратную связь. Тактильную обратную связь можно обеспечить путем приложения усилий к моделируемому эндоскопу 122 со стороны моделируемой анатомической структуры 116, как показано на ФИГ.6А-6С. Альтернативно, тактильную обратную связь можно обеспечить при помощи механического воздействия моделируемого эндоскопа 122, как показано на ФИГ.7A-7D. В одном из вариантов осуществления, в котором тактильная обратная связь обеспечивается путем приложения усилий к моделируемому эндоскопу 122, моделируемая анатомическая структура 116 может быть выполнена из полуэластичного материала, который дает ощущение гладкой и влажной поверхности. Реальные ощущения скольжения вдоль полуэластичного, гладкого и влажного материала могут также быть обеспечены при помощи механизма самого эндоскопа 122, как в случае с тактильной обратной связью, обеспечиваемой механическим воздействием моделируемого эндоскопа 122.

Дополнительный вариант осуществления моделируемой анатомической структуры 116, в которой моделируемую анатомическую структуру 116 помещают внутри коробки 132, а не в самом манекене 114, показан на ФИГ.5В. Преимущество коробки 132 заключается в том, что она может служить для удерживания любых радиочастотных волн, чтобы механизмом моделируемой анатомической структуры 116 можно было управлять, например, при помощи передачи радиочастотных волн. Поскольку некоторые виды медицинского оборудования обладают высокой чувствительностью к радиочастотным волнам, необходимо, что они оставались в пределах манекена 114. Поэтому коробка 132 будет изолировать моделируемую анатомическую структуру 116 от внешней среды за пределами манекена, действуя в качестве клетки Фарадея (экранированной камеры). Детали моделируемой анатомической структуры 116 лучше видны на ФИГ.6А, при этом следует понимать, что на ФИГ.5А, 5В и 6А изображена одна и та же моделируемая анатомическая структура (например, желудочно-кишечный тракт) 116.

На ФИГ.6А показана моделируемая анатомическая структура (желудочно-кишечный тракт) 116 в соответствии с одним из вариантов осуществления, в котором тактильная обратная связь обеспечивается силами, действующими на моделируемый эндоскоп 122 при помощи механизма, содержащегося в самой моделируемой анатомической структуре 116. Моделируемая анатомическая структура 116 выполнена из полуэластичного материала. Набор блоков движения 134 расположен с интервалами вдоль наружной поверхности моделируемой анатомической структуры 116. В целях иллюстрации показаны семь блоков движения 134. Каждый блок движения 134, более подробно показанный на ФИГ.6В, оснащен по меньшей мере одним, а, предпочтительно, несколькими серводвигателями 80, предпочтительно линейными двигателями.

Каждый серводвигатель 80 может быть подключен к поршню 136. Детали поршня 136 в увеличенном виде показаны на ФИГ.6В. Каждый поршень 136 может быть подключен к пятке 138, которая контактирует с частью материала наружной поверхности моделируемой анатомической структуры 116. Пятка 138 может фактически быть прикреплена к части материала наружной поверхности, чтобы упростить манипулирование материалом.

Могут применяться различные типы поршней 136. Например, первый тип, два образца которого показаны в целях иллюстрации, представляет собой поршень 140 вертикального усилия, вызывающий вертикальное перемещение части поверхности моделируемой анатомической структуры 116. Второй тип, один образец которого показан в целях иллюстрации, представляет собой поршень 142 горизонтального усилия, вызывающий горизонтальное перемещение части поверхности моделируемой анатомической структуры 116. В показанном предпочтительном варианте осуществления серводвигатель 80 представляет собой осциллирующий двигатель, размещенный непосредственно против материала моделируемой анатомической структуры 116, чтобы поршень 142 горизонтального усилия включал только двигатель, не затрагивая конструкцию, аналогичную поршню 140 вертикального усилия. Поскольку каждый поршень 136 имеет связанный с ним серводвигатель 80, необходимое вертикальное и горизонтальное перемещение наружной поверхности моделируемой анатомической структуры 116 может быть точно определено действием серводвигателя 80.

Каждый поршень 136, или прикрепленная к нему пятка 138, может контактировать с материалом моделируемой анатомической структуры 116, чтобы манипулировать этим материалом, прикладывая усилие к эндоскопу (не показан). Например, как показано на ФИГ.6В, первый поршень 144 вертикального усилия можно придвинуть ближе к серводвигателю 80, при этом второй поршень 146 вертикального усилия можно отодвинуть дальше от серводвигателя 80. Эти перемещения изменяют положение материала моделируемой анатомической структуры 116, создавая усилия, приложенные к моделируемому эндоскопу, аналогичные или идентичные тем, которые ощущаются при выполнении реальной эндоскопической процедуры. Кроме того, поршень 142 горизонтального усилия, который предпочтительно представляет собой одиночный осциллирующий серводвигатель, как показано на рисунке, может перемещаться по горизонтали, обеспечивая более тонкую настройку ощущений, вызываемых тактильной обратной связью. Поскольку серводвигатели 80 расположены на трехмерной поверхности моделируемой анатомической структуры 116, усилие, прикладываемое к эндоскопу, будет воздействовать в трех направлениях.

Действиями серводвигателя 80 может, в свою очередь, управлять цифровой контроллер 82. Цифровой контроллер 82 может представлять собой, например, плату, вставленную в персональный компьютер (ПК) для выполнения заданных вычислений, необходимых для моделирования медицинского процесса. Программа, выполняемая блоком обработки 16 (см. ФИГ.1), может использовать информацию о местоположении и ориентации, полученную от датчика 76, расположенного на моделируемом эндоскопе 122, с целью определения положения моделируемого эндоскопа 122. Далее, программа передает команды цифровому контроллеру 82 в соответствии с требуемыми тактильными ощущениями, которые должен воспринимать оператор от моделируемого эндоскопа 122, находящегося в конкретном месте внутри моделируемой анатомической структуры 116. После этого цифровой контроллер 82 заставляет по меньшей мере один серводвигатель 80 привести в движение связанный с ним поршень 136 в соответствии с необходимостью обеспечить ощущения, вызываемые тактильной обратной связью.

Цифровой контроллер 82 может быть связан с серводвигателями 80 беспроводным способом, например, при помощи инфракрасного излучения. Однако ограничения на излучение волн с определенными длинами, например, радиочастотных волн, в условиях больничных или медицинских учреждений во многих случаях делает подключение при помощи провода, идущего от цифрового контроллера 82 к каждому серводвигателю 80, более приемлемым. В варианте осуществления, показанном на ФИГ.6В, каждый серводвигатель 80 подключен к контроллеру 144 блоков движения при помощи провода. Контроллер 144 блоков движения также соединен с цифровым контроллером 82 при помощи одинарного провода (не показан). Такая конфигурация ограничивает количество отдельных соединений с цифровым контроллером 82 для повышения эффективности.

На ФИГ.6С показан увеличенный вид в разрезе серводвигателя, который, как отмечалось выше, предпочтительно представляет собой линейный двигатель. Серводвигатель 80 может иметь, например, около 100 мм в ширину и 45 мм в высоту.

На ФИГ.7A-7D показан механизм обеспечения тактильной обратной связи в соответствии с одним из вариантов осуществления. В этом варианте осуществления механизм находится внутри самого моделируемого эндоскопа, а не в моделируемом желудочно-кишечном тракте. Аналогично предшествующему варианту осуществления, моделируемый желудочно-кишечный тракт может помещаться внутри манекена, имеющего практически натуральную величину с отверстием для моделирования прямой кишки. Кроме того, с точки зрения студента или другого лица, управляющего моделируемым эндоскопом, оба варианта осуществления должны обеспечивать надлежащее моделирование медицинской процедуры. Однако, как подробнее описано ниже, реальный механизм обеспечения тактильной части моделирования имеет иной характер.

На ФИГ.7А показан моделируемый эндоскоп 146 в соответствии с другим вариантом осуществления. Перемещениями и действиями моделируемого эндоскопа 146 управляют при помощи комплекта органов управления 148. Конец моделируемого эндоскопа 146 находится внутри направляющей втулки 150. Направляющая втулка 150, более подробно показанная на ФИГ.7В, может оставаться внутри моделируемого желудочно-кишечного тракта (не показан; см. ФИГ.7С), чтобы сохранять реалистичный внешний вид моделируемого эндоскопа 146 перед его введением в манекен (не показан). К концу эндоскопа 146 может быть прикреплен металлический кронштейн 152, помеченный словом «образец» или другим словом, чтобы пояснить, что эндоскоп 146 представляет собой только модель и не является настоящим медицинским инструментом. Внутренняя сторона направляющей втулки 150 предпочтительно намагничена, например, электрическим током. Таким образом, когда конец эндоскопа 146 вводят в манекен, металлический кронштейн 152 прикреплен к направляющей втулке 150, чтобы направляющая втулка 150 оставалась прикрепленной к концу эндоскопа 146.

Направляющая втулка 150 может содержать один или несколько шарикоподшипников 154, прикрепленных к наружной поверхности направляющей втулки 150. Кроме того, направляющая втулка 150 может содержать один или несколько прикрепленных к ней плунжеров 156. Как показано на укрупненном виде, представленном на ФИГ.7В, на одном конце направляющей втулки 150 имеется участок эластичного материала 158. Как показано на рисунках, конец эндоскопа 146 вводят через направляющую втулку 150, при этом на конце эндоскопа 146 имеется датчик 76, как и в описанном выше варианте осуществления моделируемого эндоскопа.

На ФИГ.7С показан моделируемый эндоскоп 146 после введения внутрь второго варианта осуществления моделируемого желудочно-кишечного тракта 160. Моделируемый желудочно-кишечный тракт 160 может быть изготовлен из жесткого материала. Кроме того, моделируемый желудочно-кишечный тракт 160 может иметь общую анатомическую форму и особенности реального желудочно-кишечного тракта по двум причинам. Во-первых, тракт, имеющий общую анатомическую форму, легче поместить внутрь манекена вследствие ее изгибов и поворотов. Во-вторых, общая анатомическая форма может обеспечить ощутимую тактильную обратную связь. Например, когда любой эндоскоп вводится глубже в толстую кишку, форма толстой кишки вызывает изменение тактильных ощущений при движении эндоскопа вокруг изгиба в толстой кишке. Таким образом, общая анатомическая форма полезнее для эффективного моделирования.

При перемещении эндоскопа 146 внутри моделируемого желудочно-кишечного тракта 160 направляющая втулка 150 позволяет оператору воспринимать тактильную обратную связь следующим образом. Шарикоподшипник 154 перекатывается по внутренней поверхности желудочно-кишечного тракта 160. Каждый шарикоподшипник 154 имеет пять степеней свободы движения. Каждый плунжер 156 присоединен к линейному двигателю 162, как показано в разрезе на ФИГ.7D. Управление линейным двигателем 162 осуществляется так же, как серводвигателем в предыдущем варианте. Получив сигналы от компьютера, линейный двигатель 162 заставляет плунжер 156 двигаться в вертикальном направлении, тем самым позволяя оператору моделируемого эндоскопа 146 воспринимать ощущения тактильной обратной связи. Таким образом, направляющая втулка 150 вызывает передачу тактильной обратной связи обратно через эндоскоп 146.

Кроме того, как отмечалось выше, направляющая втулка 150 может иметь участок эластичного материала 158. Участок эластичного материала 158 заставляет конец эндоскопа 146 испытывать некоторое сопротивление при определенных обстоятельствах, например, когда конец загибается назад. Таким образом, эластичный материал 158 ограничивает движение конца под определенными углами.

Особое преимущество полезной модели заключается в том, что большая часть тактильных ощущений определяется самим эндоскопом, поэтому ими легче управлять при помощи блока обработки данных. Кроме того, к командам, поступающим от компьютера, легко могут быть добавлены такие анатомические особенности, как фистула, не вызывая необходимости изменять физическую модель моделируемого желудочно-кишечного тракта. Помимо этого, при некоторых обстоятельствах ткань реальной толстой кишки выталкивает эндоскоп назад, причем эту ситуацию легче воспроизвести во втором варианте полезной модели. Таким образом, второй вариант осуществления моделируемого желудочно-кишечного тракта и эндоскопа является более гибким с точки зрения воспроизведения большего количества вариантов анатомических особенностей и условий.

На ФИГ.8А-8Е показан еще один вариант осуществления моделируемого эндоскопа и толстой кишки в соответствии с полезной моделью. На ФИГ.8А показана система для медицинского моделирования в соответствии с одним из вариантов осуществления. Система 164 может включать манекен 166, представляющий обследуемого, на котором должна выполняться процедура, моделируемый эндоскоп (не показан, см. ФИГ.8D) и блок обработки данных 168 с видеомонитором 170. Манекен 166 может включать пальпируемый участок 172 для определения местоположения моделируемого эндоскопа путем нащупывания абдоминальной области манекена 166. Пальпируемый участок 172 может содержать источник света (не показан), такой, что после того, как студент определит местоположение моделируемого эндоскопа, свет может зажигаться, чтобы показать фактическое местоположение моделируемого эндоскопа.

Манекен 166 может включать моделируемый орган 174, в который вводят моделируемый эндоскоп. Моделируемый орган 174 может представлять собой толстую кишку, например, выполненную в виде прямой трубки, при этом силовая обратная связь, необходимая для изгибов в толстой кишке, будет обеспечиваться за счет механизма силовой обратной связи 176. Визуальная обратная связь для моделируемой медицинской процедуры может не зависеть от геометрической формы моделируемого органа 174, так что и визуальная, и тактильная обратная связь являются практически полностью независимыми от строения моделируемого органа 174.

Механизм обратной связи 176 может включать пневматическое устройство силовой обратной связи 178 (показано более подробно на ФИГ.8В, 8D и 8Е). Могут предусматриваться два таких пневматических устройства силовой обратной связи 178, одно возле рта 180 манекена 166, а другое возле прямой кишки 182 манекена 166. Воздушный шланг 184 может соединять каждое пневматическое устройство силовой обратной связи 178 с воздушным насосом 186. Воздушный насос 186 может также включать блок управления 188 воздушным насосом, который подключен к блоку обработки данных 168 для регулирования количества воздуха, перекачиваемого в пневматическое устройство силовой обратной связи 178.

Блок обработки 168 может также включать модем 190 или другой интерфейс связи для обмена данным с другими устройствами. Например, модем 190 может обеспечивать подключение блока обработки 168 к сети Интернет или Интранет для оказания телемедицинских услуг, или к Интранет/компьютерной сети производителя в целях выполнения ремонта или поиска неисправностей.

На ФИГ.8В и 8С более подробно показаны компоненты пневматического устройства силовой обратной связи 178. Как показано на ФИГ.8В, часть моделируемого эндоскопа 192 взаимодействует с пневматическим устройством силовой обратной связи 178 для обеспечения студента силовой обратной связью. Устройство силовой обратной связи 178 может включать набор надувных колец 194 (показаны более подробно в полностью накачанном положении на ФИГ.8С). Все надувные кольца 194 могут иметь разные радиусы. В некоторых вариантах осуществления имеется четыре таких кольца 194, по меньшей мере одно из которых имеет больший радиус, чем эндоскоп 192, и по меньшей мере одно из которых имеет меньший радиус, чем эндоскоп 192. Количество воздуха, подаваемое в кольца 194, определяет степень наполнения воздухом каждого кольца 194, предпочтительно по отдельности, тем самым определяя величину усилия, приложенного к эндоскопу 192.

В некоторых вариантах осуществления каждому кольцу 194 требуется одна секунда или меньше, чтобы достичь положения, при котором оно полностью наполнено воздухом. В некоторых вариантах осуществления расход воздуха может достигать до 100 литров в минуту, а давление может достигать 3 атмосфер. Кольца 194 могут использоваться для создания как пассивной силовой обратной связи, такой, какая возникает при сокращении прямой кишки, так и активной обратной связи, например, когда воздух закачивают в моделируемый орган 174 в соответствии с функциональным признаком моделируемого эндоскопа 192 (см. ФИГ.8Е).

На ФИГ.8D подробно показан механизм силовой обратной связи 176 в соответствии с одним из вариантов осуществления. Кольца 194 могут быть подключены к воздушному насосу 186 через шланг 184, который может быть разделен на два шланга 196, причем первый шланг 196 служит для закачивания воздуха в кольца 194, а второй шланг 196 - для откачивания воздуха из колец 194. Количество воздуха, перекачиваемого воздушным насосом 186, регулируется контроллером 188 воздушного насоса. Действиями контроллера 188 воздушного насоса может управлять блок обработки 168 через (аналого-цифровую) плату ввода-вывода 198.

На ФИГ.8Е подробно показан моделируемый эндоскоп 192 в соответствии с одним из вариантов осуществления. Моделируемый эндоскоп 192 может иметь рукоятку 200 с различными органами управления, включая первый орган управления 202 для закачивания воздуха в моделируемый орган 174 и второй орган управления 204 для всасывания воздуха из моделируемого органа 174. Моделируемый эндоскоп 192 может включать устройство 206 управления хирургическим инструментом, в которое могут в некоторых случаях предпочтительно вставляться различные хирургические инструменты (см. ФИГ.9А-9Е). Моделируемый эндоскоп 192 может также иметь приемник 208, например, датчик «мини-птичка» (компания Ascension Ltd., г.Берлингтон, шт. Вермонт, США). Приемник 208 может размещаться на конце моделируемого эндоскопа 192. Приемник 208 может быть рассчитан на прием данных от передатчика 210, расположенного в манекене 166 (см. ФИГ.8А), определяя, таким образом, положение конца моделируемого эндоскопа 192 внутри моделируемого органа 174. Передатчик 210 может представлять собой передатчик «мини-птичка» (компания Ascension Ltd.). Затем приемник 208 может передавать эти сигналы блоку обработки данных 168, который использует эти сигналы для определения величины силовой обратной связи и визуальной связи, отображаемой для студента на мониторе 178.

Как описано выше, на ФИГ.9А-9Е показана реализация устройства 206 управления хирургическим инструментом, в которое могут вставляться различные хирургические инструменты. Устройство 206 управления хирургическим инструментом может включать зажим 212, вставляемый во втулку для инструмента 214, тем самым моделируя настоящий зажим для эндоскопа. Настоящий зажим применяется для выполнения полипэктомии и, как правило, снабжен петлей, которая появляется из кончика зажима при манипулировании устройством. Эта петлю накладывают вокруг полипа и туго затягивают. После этого через петлю пропускают электрический ток, чтобы срезать полип и прижечь эту зону.

Аналогично настоящему зажиму, зажим 212 вводят, когда студент держит рукоятку зажима 216, на которой может размещаться кнопка или другие органы управления для моделирования эффектов протекания «электрического тока» через «петлю». Втулка для инструмента 214 может включать блок управления инструментом 218 для распознавания движений зажима 212 и преобразования этих движений в силовую и визуальную обратную связь. Визуальная обратная связь может при необходимости включать, например, визуальное отображение «петли» зажима, а также отображение полипа до и после «полипэктомии». Кроме того, местоположение петли можно отслеживать, предпочтительно включая перемещения вверх и вниз внутри эндоскопа, а также «вращательное» движение петли. Блок управления инструментом 218 подключен к плате ввода-вывода в блоке обработки (не показан) с целью выполнения необходимых вычислений для различных типов обратной связи.

На ФИГ.9В и 9С показаны два вида зажима 212, взаимодействующего с блоком управления инструментом 218 внутри втулки для инструмента 214. Блок управления инструментом 218 снабжен направляющим колесом 220 и световым колесом 222 для распознавания движений зажима 212 (ФИГ.9В). В световом колесе 222 имеется набор вырезов, через которые может проходить свет. В блоке управления инструментом 218 имеется также первый источник света 224 и первый оптический датчик 226, а также второй источник света 228 и второй оптический датчик 230 (ФИГ.9С). При повороте светового колеса 222 в результате движения зажима 212 прохождение света первого источника света 224 и второго источника света 228 попеременно блокируется и разблокируется таким образом, что световой сигнал попеременно распознается или не распознается первым оптическим датчиком 226 и вторым оптическим датчиком 230.

На ФИГ.9С показан второй вариант осуществления блока управления инструментом. В этом варианте осуществления блок управления инструментом 232 снабжен двумя направляющими колесами 234. Направляющие колеса 234 помогают направлять движение зажима 212 внутри втулки для инструмента 214. Световое колесо 236 также имеет вырезы, которое попеременно блокирует и разблокирует прохождение света при вращении зажима 212 внутри втулки для инструмента 214. Источник света (не показан) излучает свет, который распознается, если проходит через световое колесо 236, фотоэлектрическим датчиком 238. Затем фотоэлектрический датчик 238 посылает сигналы на печатную плату (РСВ) 240, которая подключена к компьютеру (не показан), так, что эти сигналы могут преобразовываться компьютером в требуемую визуальную и силовую обратную связь.

На ФИГ.9Е показана ножная педаль 242 для выполнения моделируемой полипэктомии. Ножная педаль 242 имеет масляный поршень 244 и микропереключатель 246. Микропереключатель 246 подключен к плате ввода-вывода в блоке обработке (не показан) для преобразования движения ножной педали 242 в требуемую визуальную и силовую обратную связь.

Чтобы точно воспроизвести тактильные ощущения, создаваемые реальным эндоскопом при выполнении медицинской процедуры, эти ощущения следует точно зарегистрировать в ходе эндоскопической процедуры на живом пациенте. Например, данные о тактильных ощущениях можно получить с помощью врача, который выполняет эндоскопическую процедуру, надев перчатки виртуальной реальности, такие как DataGloves.TM. Tracking VR System (компания Greenleaf Medical Systems). Эти перчатки известны своей способностью регистрировать данные, касающиеся тактильных ощущений и обратной связи, испытываемых врачом при выполнении реальной эндоскопической процедуры. Такие реальные данные важны, поскольку тактильные ощущения изменяются в ходе процедуры. Например, корреляция между перемещением эндоскопа и визуальным отображением постепенно уменьшается по мере того, как эндоскоп вводится глубже в желудочно-кишечный тракт. Таким образом, сбор реальных данных представляет собой важный шаг на пути создания точной, реалистичной эндоскопической моделирующей системы.

В соответствии с другим вариантом осуществления предусматривается моделируемое устройство для биопсии (не показано). Это устройство для биопсии моделировало бы реальное устройство для биопсии, применяемое для взятия образцов ткани из желудочно-кишечного тракта во время эндоскопии. Реальное устройство для биопсии находится внутри эндоскопа. Когда оператор эндоскопа хочет взять образец, устройство для биопсии появляется на конце эндоскопа, и в этот момент становится видимым на экране дисплея. Затем щипцы устройства для биопсии открываются и вдавливаются в ткань. После этого щипцы закрываются, и устройство для биопсии извлекается. Извлечение ткани вызывает появление скоплений крови, так как оставшаяся ткань кровоточит.

Аналогичным образом, моделируемое устройство для биопсии будет появляться на экране дисплея только в том случае, когда в результате действий оператора моделируемого эндоскопа моделируемое устройство для биопсии появится на конце эндоскопа. Щипцы устройства для биопсии предпочтительно визуализируются при помощи анимации, более предпочтительно - с относительно высоким разрешением, поскольку щипцы имеют маленькие размеры, и высокое разрешение не потребует ненужного чрезмерного расходования ресурсов персонального компьютера. Кровотечение из ткани и образовавшиеся в результате скопления крови также будут отображаться с помощью анимации.

На ФИГ.10А изображена переносная моделирующая система в соответствии с вариантами осуществления. Переносная моделирующая система 300 содержит корпус 306, который вмещает механические и электронные элементы моделирующей системы (см. ФИГ.10b). В системе может предусматриваться предохранительный колпак 308, закрывающий с возможностью съема отверстие (см. 330 на ФИГ.10В и ФИГ.10С), через которое может вводиться моделируемый эндоскоп. В некоторых вариантах осуществления отверстию может быть придана форма, представляющая очертания органа, в который должен вводиться моделируемый эндоскоп (например, человеческий рот, нос или задний проход). В других вариантах осуществления может использоваться простое отверстие, не имеющее формы конкретного человеческого органа.

Переносная моделирующая система 300 может также включать одну или несколько розеток и (или) разъемов, например, разъемов 310 для подключения периферийных устройств (таких как зажимы, педали или шприц), коммуникационных разъемов 314 для подключения и обмена данными с компьютером и разъем Ethernet 312 для подключения к ЛВС (локальной вычислительной сети).

Переносная моделирующая система может содержать, согласно вариантам осуществления, различные элементы, в том числе, например, следящий элемент эндоскопа, включая отслеживание введения моделируемого эндоскопа, извлечение, проворачивание влево и вправо, сгибание конца влево/вправо, сгибание конца вверх/вниз, кнопки и рычажки для выбора области действия. Она может также включать элемент силовой обратной связи эндоскопа, элемент отслеживания инструментов, элемент обратной связи инструментов. На ФИГ.10В изображены некоторые внутренние элементы переносной моделирующей системы в соответствии с вариантами осуществления. Переносная моделирующая система может содержать блок силовой обратной связи 320, включающий отверстие 330, через которое можно вводить и манипулировать моделируемым эндоскопом, блок отслеживания бронхоскопа 322, карту связи по сети Ethernet 324, интерфейс связи 326 и блок периферийных устройств 328.

На ФИГ.10С изображен блок силовой обратной связи эндоскопа (СОЭ) переносной моделирующей системы в соответствии с одним из вариантов осуществления. Блок СОЭ 320 может включать трубку силовой обратной связи 332, предназначенную для восприятия воздействия моделируемого эндоскопа (не показан на этом рисунке) через отверстие 330. Электродвигатель/электромагнит 334 может использоваться для приложения усилия обратной связи при помощи штока силовой обратной связи 333, как определяется алгоритмом обратной связи, который может реализовываться блоком обработки системы моделирования через контроллер 336. Шток силовой обратной связи 333 может подниматься и опускаться, при этом сбрасывая (во время подъема) или повышая давление, прикладываемое к моделируемому эндоскопу внутри трубки силовой обратной связи. При увеличении давления сила трения, прикладываемая к моделируемому эндоскопу, возрастает, поэтому практиканту становится труднее перемещать и манипулировать им внутри трубки 332, и для выполнения операций требуется прикладывать большее усилие.

Питание обеспечивается при помощи блока питания 338. Чтобы добавить упругости штоку силовой обратной связи, может использоваться упругая пружина 340, что обеспечит пользователю более равномерное ощущение при увеличении или уменьшении силовой обратной связи.

Система моделирования в соответствии с полезной моделью может быть предназначена для обучения процедурам оказания неотложной медицинской помощи. В некоторых вариантах осуществления такая процедура оказания неотложной медицинской помощи может моделировать, например, ситуацию бронхиальной эндоскопии, чтобы обучить хирурга или студента-медика правильным действиям в такой ситуации.

Модуль процедуры оказания неотложной медицинской помощи в соответствии с вариантами осуществления может включать, например, обучение извлечению инородного предмета, отработку лечения кровотечения, (например, кровотечение в желудочно-кишечном тракте, кровотечение в легких) и удаление слизистых пробок.

Например, обучение извлечению инородного предмета может включать задачу удаления из легких попавших при дыхании предметов, применение набора инструментов, которые могут вводиться в бронхиальные пути и легкие через бронхоскоп (эндоскоп, используемый для бронхиальных процедур).

Обучение извлечению инородного предмета может включать моделирование взаимодействия между инородным предметом и окружающей тканью, взаимодействия между инородным предметом и используемым моделируемым инструментом, и взаимодействия между инородным предметом и эндоскопом.

Взаимодействие между инородным предметом и окружающей тканью может быть реализовано за несколько этапов. При каждом цикле обновления выполняется ряд задаваемых пользователем итераций, во время которых могут быть произведены, например, следующие вычисления:

A) скорость, направление и выделенный интервал времени инородного предмета могут использоваться для вычисления текущего положения инородного предмета (вычисление может производиться отдельно для каждого инородного объекта);

B) могут быть идентифицированы столкновения инородного объекта с окружающей тканью. Испытания на столкновение, например, могут выполняться по многоугольникам, с возможным использованием древовидной структуры (схематического дерева) сфер;

C) новая скорость и направление объекта могут вычисляться на основе сталкивающихся многоугольников, их эластичности, с учетом физических воздействий, например, таких как сила тяжести и коэффициент затухания.

В соответствии с вариантами осуществления моделируемые процедуры могут включать воздействие жидкостей, таких как вода, кровь или любая другая жидкость (например, лекарственное средство).

Например, при обучении процедуре экстренной остановки кровотечения кровь включается в процесс моделирования, например, в пространство текстуры. Источник жидкости (например, крови, воды или другой жидкости с известными характеристиками) в трехмерном пространстве вызывает нанесение пятна на графическую текстуру, представленную на дисплее, в соответствующих координатах отображения текстур. Характеристики пятен жидкости могут отличаться радиусом, цветом, интенсивностью, формой и т.д. Источник жидкости может оставаться активным или деактивироваться в соответствии с конфигурацией моделирования.

На каждом цикле визуализации, использующем несколько проходов, для отображения распространения жидкости могут применяться следующие шаги моделирования. Каждый пиксель сравнивается с соседними пикселями. Пиксель может принимать жидкость от соседнего пикселя, передавать жидкость соседнему пикселю или поддерживать свое текущее состояние. Также может быть принят во внимание эффект испарения. При принятии решения о «жидкостном» статусе пикселя могут учитываться его относительное расположение, отношение к направлению действия силы тяжести, вязкость и заданная пользователем конфигурация.

В соответствии с вариантами осуществления механизм обработки протекания жидкости по швам (краям) отображения текстур может определять соотношение между пикселями, расположенными на одной стороне шва, которые отображаются на соответствующие пиксели с другой стороны, тем самым позволяя осуществлять передачу тока крови с одной стороны на противоположную. В некоторых вариантах осуществления может использоваться механизм обработки скопления жидкости в локальных минимумах. Скопления могут образовываться при протекании жидкости в связи с особенностями анатомической структуры моделируемого органа и плотностью жидкости. Механизм обработки таких скоплений позволяет моделировать скопившуюся кровь в соответствующих местах.

В соответствии с вариантами осуществления сила тяготения может прилагаться динамически, при этом сила тяготения регулируется с учетом положения тела пациента или включения отсасывания жидкости, причем реагирование в процессе моделирования жидкости происходит в реальном времени.

В некоторых вариантах осуществления объектив камеры может загрязниться, когда виртуальная камера касается моделируемой жидкости.

Моделирование жидкости может включать получение реакций на промывание, при котором жидкость растворяется, позволяя осуществить всасывание.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления моделирование жидкости может включать моделирование лечения кровотечения. При этом активное кровотечение может уменьшаться по интенсивности или останавливаться в одном или нескольких из следующих случаев: а) остановка или уменьшение естественным путем после истечения заданного времени (например, отсчитываемого в секундах); b) остановка или уменьшение после приложения давления в локализованном пространстве с помощью баллона в течение заданного времени; с) остановка или уменьшение после введения заданного количества замороженного физиологического раствора, приходящего в прямой контакт с источником кровотечения; d) остановка или уменьшение после введения заданного количества адреналина, приходящего в прямой контакт с источником кровотечения; е) остановка или уменьшение после аргоно-плазменной коагуляции (АПК) или прижигания источника кровотечения.

Согласно одному из вариантов осуществления в заявке описано облачное моделирование. Облачное моделирование позволяет запускать сложные имитационные модели на относительно низкоуровневых компьютерах, которые обычно не поддерживают большой объем математических вычислений и трудоемкие функции построения графических изображений.

В некоторых вариантах осуществления при облачном моделировании задействованы один или несколько локальных компьютеров, к которым подключены аппаратные средства для отслеживания моделирующей системы и тактильной обратной связи, а также удаленный сервер, на котором производится моделирование.

На ФИГ.11 изображена система моделирования облака согласно одному из вариантов осуществления. В примере, показанном на ФИГ.11, предусмотрены две моделирующие системы 212а и 212b для медицинского моделирования, каждая из которых включает устройства отслеживания моделирующей системы и тактильной обратной связи, соответственно 208а и 208b (в этом примере - моделирующие системы желудочно-кишечного тракта с моделируемым эндоскопом, соответственно 210а и 210b), при этом каждое из этих устройств обменивается данными с соответствующим вычислительным блоком 206а и 206b. Моделирующие системы выполнены с возможностью обмена данными с удаленным сервером облачного моделирования 204.

Сервер облачного моделирования 204 может принимать данные моделирования от моделирующих систем 212а, 212b.

В некоторых вариантах осуществления сервер облачного моделирования 204 может предоставлять обобщенную информацию об имитационных моделях, выполняемых моделирующими системами 212а, 212b, всем пользователям. В некоторых вариантах осуществления обобщенная информация может предоставляться только пользователю или группе пользователей, обладающих определенными привилегиями.

Так, обобщенная информация может представлять собой конкретную оценку или оценки в баллах одной или серии процедур моделирования, выполненных на любой из моделирующих систем 212а, 212b, на некоторых из них, или на всех системах. В некоторых вариантах осуществления обобщенная информация может включать статистические и аналитические данные, относящиеся к одной или серии процедур моделирования, выполненных на любой из моделирующих систем 212а, 212b, на некоторых из них, или на всех системах. В некоторых вариантах осуществления обобщенная информация может включать результаты, показанные одним или группой пользователей, обучающихся на любой из моделирующих систем 212а, 212b.

В некоторых вариантах осуществления сервер облачного моделирования может реализовывать имитационные модели локально, при этом серверы моделирующих систем действуют в качестве терминалов, за которыми обучается каждый из практикантов.

В некоторых вариантах осуществления для каждой процедуры, выполняемой на моделирующей системе (например, 212а или 212b), можно сохранять набор показателей, используемых для оценки действий практиканта. Когда система подключена к сети (например, к сети Интернет), этот набор показателей можно автоматически синхронизировать с помощью «облачной» среды с удаленным сервером моделирования, который сохраняет данные из моделирующей системы. В некоторых вариантах осуществления эти данные могут включать сведения о регистрации новых пользователей, показанные результаты, специализированные курсы.

К удаленному серверу моделирования в разное время или одновременно могут подключаться несколько моделирующих систем (например, 212а, 212b), позволяя создать единственную точку доступа ко всем данным центра моделирования.

Синхронизация данных облачного моделирования может включать встроенные средства безопасности, разрешающие доступ к данным только пользователям, имеющим надлежащий уровень полномочий.

Следует понимать, что приведенное выше описание призвано служить только в качестве примера, и что многие другие варианты осуществления могут быть реализованы без выхода за рамки полезной модели и отступления от ее сущности.

Примеры могут включать устройства для выполнения операций, описанных в настоящей заявке. Такие устройства могут быть специально изготовлены для нужных целей, или могут включать компьютеры или процессоры, выборочно активируемые или переконфигурируемые компьютерной программой, хранящейся в памяти компьютеров. Такие компьютерные программы могут храниться на машиночитаемом стационарном носителе информации, любом типе диска, включая гибкие диски, оптические диски, компакт-диски постоянной памяти (CD-ROM), магнито-оптические диски, постоянные запоминающие устройства (ROM, read only memory), устройства памяти с произвольным доступом (RAM, random access memory), электрически программируемые устройства ПЗУ (EPROM, electrically programmable read-only memories), электрически стираемые и программируемые устройства ПЗУ (EEPROM, electrically erasable and programmable read only memories), магнитные или оптические карты, или любой другой тип носителей, пригодных для хранения электронных команд. Следует понимать, что для реализации замысла примеров, описанных в настоящей заявке, могут использоваться различные языки программирования. Примеры могут включать изделие, такое как машиночитаемый стационарный носитель информации, например, устройство памяти, дисковый накопитель или флэш-память с портом USB, кодирующий, включающий или сохраняющий команды, например, машинные команды, которые, когда их выполняет процессор или контроллер, реализуют описанные здесь способы. Эти команды могут вызывать исполнение процессов, реализующих описанные способы, процессором или контроллером.

В настоящей заявке раскрыты различные варианты осуществления. Признаки некоторых вариантов осуществления могут объединяться с признаками других вариантов; таким образом, некоторые варианты осуществления могут представлять собой комбинацию признаков нескольких вариантов осуществления. Приведенный выше текст заявки представлен в целях иллюстрации и описания. Он не является исчерпывающим и не ограничивает полезную модель формой, в которой представлен. Специалистам в данной области понятно, что в рамках описанной идеи можно предложить много модификаций, изменений, вариантов замены или эквивалентов. В связи с этим следует понимать, что прилагаемая формула полезной модели распространяется на все такие модификации и изменения, каждое из которых входит в подлинный объем полезной модели.

Хотя в настоящем описании были проиллюстрированы и описаны определенные признаки полезной модели, специалисты в данной области смогут предложить много модификаций, изменений, вариантов замены или эквивалентов. В связи с этим следует понимать, что прилагаемая формула полезной модели распространяется на такие модификации и изменения, каждое из которых входит в подлинный объем полезной модели.

1. Моделирующая система для моделирования медицинской процедуры, включающая:

моделируемый орган;

моделируемый эндоскоп, расположенный в моделируемом органе и содержащий датчик для определения местоположения указанного моделируемого эндоскопа внутри моделируемого органа;

механизм тактильной обратной связи, расположенный в моделируемом органе и предназначенный для обеспечения тактильной обратной связи, прикладываемой к моделируемому эндоскопу.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что моделируемый орган помещен в переносном корпусе.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что она также содержит блок обработки данных.

4. Система по п.3, отличающаяся тем, что блок обработки данных помещен на удаленном сервере.

5. Система по п.3, отличающаяся тем, что блок обработки данных содержит интерфейс связи, выполненный с возможностью обмена данными с удаленным сервером по сети.

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что механизм тактильной обратной связи включает трубку и шток, который выполнен с возможностью увеличения или уменьшения давления на трубку при помощи электродвигателя.

7. Система по п.6, отличающаяся тем, что для управления электродвигателем предусмотрен контроллер, выполненный с возможностью обмена данными с блоком обработки данных.

8. Система по п.1, отличающаяся тем, что моделируемый орган выбран из группы моделируемых органов, состоящей из моделируемого желудочно-кишечного тракта и моделируемого бронхиального тракта.

РИСУНКИ



 

Похожие патенты:
Наверх