Тренажер для тренировки проведения хирургических операций на сосудах с регулируемым давлением и частотой импульсов жидкости Российский патент 2025 года по МПК G09B23/28 

Область техники

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к медицинским тренажерам, и может быть использовано для обучения студентов высших медицинских и ветеринарных учебных заведений, врачей хирургических специальностей, военных врачей и ветеринарных врачей-хирургов навыкам операций на кровеносных сосудах в условиях пульсирующего кровотока с возможностью регулировки частоты импульса и давления в кровеносном сосуде.

Принимая во внимание, что развитие острых интраоперационных кровотечений приводит к тяжелым осложнениям и летальному исходу, важнейшим навыком для каждого хирурга, как оперирующего на людях, так и на животных (ветеринарного хирурга) является способность ушить кровеносный сосуд в случае его повреждения. Необходимо также отметить, что в условиях боевых действий, наиболее частой причиной летальных исходов являются острые кровотечения, что требует от всего врачебного персонала войсковых подразделений навыков остановки кровотечений методом ушивания кровеносных сосудов. Операции на головном мозге, сердце, легких, а также в целом на сосудистой системе требуют от хирургов навыков наложения клипс, лигатур, рассечения и ушивания кровеносных сосудов, наложения анастомозов. От качества этих навыков хирурга зависят риск кровотечений, тромбозов кровеносных сосудов и результаты лечения. Учитывая, что хирургические навыки необходимо получать и поддерживать методом многократного повторения, актуальным остается их отработка на моделях в условиях максимально приближенным к реальным, то есть при пульсирующем (импульсном) токе жидкости с возможностью регулирования частоты импульсов, что имитирует частоту сердечных сокращений и с управляемым внутрисосудистым давлением, что имитирует артериальное давление. Для этой цели разработан «Тренажер для тренировки проведения хирургических операций на сосудах с регулируемым давлением и частотой импульсов жидкости.

Уровень техники

Наиболее близким аналогом (прототипом) к заявляемому изобретению является хирургический тренажер, представляющий собой комплекс, состоящий из подвижной платформы для фиксации кровеносного сосуда, электродвигателя, погруженных в корпус с рамой, потенциометра с возможностью установки скорости вращения электродвигателя для моделирования частоты сердечных сокращений. Платформа, фиксированная на верхней стороне рамы посредством пружин, имеет возможность передвигаться при включении электродвигателя (Патент РФ №2743246, МПК G09B 23/28, опубл. 16.02.2021 г., Бюл. №5). Данный тренажер представляет собой систему с возможностью регулировки имитации частоты сердечных сокращений для отработки навыков наложения сосудистых анастомозов на работающем сердце посредством электродвигателя, в связи с чем его недостатками являются: 1) отсутствие импульсного движения жидкости по кровеносным сосудам, тренажер имитирует только сокращения сердца, а не движение крови по сосудам; 2) невозможность задать и оценить давление в оперируемом кровеносном сосуде; 3) приспособление используется только для отработки техники коронарного шунтирования, для работы на сосудах других сосудистых бассейнов не приспособлена; 4) не используется для подготовки ветеринарных врачей.

Известна полезная модель - тренажер для отработки кардиохирургических навыков, представляющий собой модель человеческого сердца с подключенными модулями для имитации сердечных сокращений посредством герметичной системы пневматических трубок и компрессора с комплексом подвижных элементов (Патент РФ №218128 МПК G09B 23/28, опубл. 12.05.2023 г., Бюл. №14). Недостатком данной полезной модели является: 1) отсутствие кровотока в коронарных артериях; 2) большие габариты; 3) приспособление используется только для подготовки специалистов для операций только на коронарных артериях; 4) не используется для подготовки ветеринарных врачей.

Известен тренажер - модель микроваскулярного анастомоза на основе шеи индейки с перфузируемыми артериями, состоящий из насоса, биологического материала (шея индейки), подводящей и отводящей капельных систем. Автоматизированный прототип насоса позволяет настраивать давление в системе с постоянным потоком жидкости (Colpan ME, Slavin KV, Amin-Hanjani S, Calderon-Arnuphi M, Charbel FT. Microvascular anastomosis training model based on a Turkey neck with perfused arteries. Neurosurgery. 2008 May; 62 (5 Suppl 2)). Недостатком данного тренажера является: 1) отсутствие импульсного движения жидкости (имитации тока крови при сердечных сокращениях); 2) невозможность оценки давления в оперируемом кровеносном сосуде (отсутствие тонометрических систем); 3) невозможность использования для тренировок иного биологического материала кроме шеи индейки; 4) невозможность использования искусственных моделей сосудов для обучения; 5) высокая себестоимость специального оборудования (насос Volumetric Infusion Pump 7230, Alaris Medical System Inc.).

Известен хирургический тренажер, представленный составной пластиковой моделью черепа со сменным сводом, искусственной твердой мозговой оболочкой, системой капельных трубок и небольшим водяным насосом аквариумного типа (Sicce, Micra). Исходно помещаемый в чашку Петри донорский сосуд, располагается поверх свода черепа и области хирургической операции. Особенностью данной модели является возможность послойного доступа к месту предполагаемого оперативного вмешательства (Cikla U., Sahin В., Hanalioglu S., Ahmed A.S., Niemann D., Baskaya M.K. A novel, low-cost, reusable, high-fidelity neurosurgical training simulator for cerebrovascular bypass surgery. J Neurosurg. 2018 May 11: 1-9). Недостатком данного тренажера является: 1) отсутствие импульсного движения жидкости (имитации тока крови при сердечных сокращениях); 2) ограничение выбора расположения материала для тренировок (только сосуды головного мозга); 3) невозможность использования синтетических материалов для обучения; 4) невозможность задать и оценить давление в оперируемом кровеносном сосуде (отсутствие тонометрических систем); 5) отсутствие возможности подготовки других врачей кроме нейрохирургов; 6) отсутствие возможности подготовки ветеринарных врачей.

Известен тренажер, включающий распечатанный на 3D-принтере аналог человеческого черепа с интракраниальным доступом с подключенной к капельной системе плацентой человека. Применение трупного материала человека определяет высокий уровень сопоставимости морфологических характеристик сосудов при тренировке и реальном оперативном вмешательстве (Gomar-Alba М., Parron-Carreno Т., Narro-Donate J.M., Vargas-Lopez A.J., Castello-Ruiz M.J., Garcia-Perez F., Guil-lbanez J.J., Masegosa-Gonzalez J. Microsurgical training: vascular control and intraoperative vessel rupture in the human placenta infusion model. Acta Neurochir (Wien). 2021 Sep; 163(9): 2525-2532). В качестве недостатка данной модели рассматривается: 1) отсутствие импульсного движения жидкости (имитации сердечных сокращений); 2) невозможность задать и оценить давление в оперируемом кровеносном сосуде (отсутствие тонометрических систем); 3) невозможность использования искусственных моделей сосудов для обучения; 4) невозможность использования других биологических моделей для обучения кроме плаценты человека; 5) отсутствие возможности подготовки других врачей кроме нейрохирургов и микрохирургов; 6) отсутствие возможности подготовки ветеринарных врачей.

Раскрытие сущности изобретения

Технической проблемой, на решение которой направлено настоящее изобретение является создание специализированного хирургического тренажера для отработки навыков наложения сосудистых швов, лигатур, клипс, анастомозов в условиях максимально приближенных к реальным, то есть: наличие пульсирующего тока крови с возможностью регулирования частоты импульсов в процессе тренировки, что имитирует частоту сердечных сокращений; регулирования давления в процессе тренировки, что имитирует артериальное давление и его изменение.

Технический результат, обеспечиваемый изобретением, заключается в том, что в процессе тренировки возможно изменять частоту импульсов тока жидкости, то есть имитировать изменение частоты сердечных сокращений и давления в системе, то есть имитировать изменение артериального давления, а также отслеживать показатели данных на манометре и по индикации светодиода, изменения этих параметров позволяет имитировать клинические ситуации, связанные с изменением частоты сердечных сокращений и артериального давления в процессе операции. Указанный результат обеспечивается следующей совокупностью существенных признаков. Тренажер для тренировки проведения хирургических операций на сосудах с регулируемым давлением и частотой импульсов жидкости содержит в себе следующие элементы: источник питания электрический, генератор прямоугольных импульсов, регулятор широтно-импульсной модуляции, подключенные к электрическому гидравлическому одностороннему насосу, обеспечивающему движение жидкости по системе трубок, буферную емкость и модель кровеносных сосудов из биологического или синтетического материала, причем указанные модели сосудов подключаются через краны к системе трубок, потенциометр регулятор широтно-импульсной модуляции и потенциометр генератора прямоугольных импульсов. Причем фиксацию показателей давления осуществляют с помощью включенного в гидравлическую систему манометра, мониторирование частоты импульсов - посредством индикаторного светодиода, подключенного к генератору прямоугольных импульсов. Дополнительно тренажер создает импульсное движение жидкости по модели кровеносных сосудов биологического или синтетического материала, возможность оценки давления жидкости, возможность моделирования операций на любой сосудистой системе. Отличительной особенностью устройства является регулирование гидродинамических показателей при наложении сосудистых анастомозов и швов, моделируемое изменение артериального давления и частоты сердечных сокращений во время операции с возможностью отслеживания данных параметров позволяет имитировать разнообразие клинических ситуаций при тренировке хирургических навыков.

Краткое описание чертежа

Реализация заявленного изобретения поясняется чертежом, на котором представлено:

Фигуре Принципиальная схема «Тренажера для тренировки проведения хирургических операций на сосудах с регулируемым давлением и частотой импульсов жидкости».

На фигуре цифрами обозначены следующие позиции:

1 - источник питания электрический;

2 - генератор прямоугольных импульсов;

3 - потенциометр генератора прямоугольных импульсов для регулирования частоты импульсов;

4 - регулятор широтно-импульсной модуляции (ШИМ);

5 - потенциометр регулятора ШИМ для регулировки давления;

6 - индикаторный светодиод;

7 - электрический гидравлический насос;

8 - трубка через которую осуществляется подача жидкости;

9 - тройники разветвители;

10 - краны;

11 - трубки для подключения к кровеносным сосудам тренировочной модели;

12 - тренировочная модель;

13 - тройник разветвитель;

14 - манометр;

15 - трубка для сброса избыточного давления;

16 - тройники разветвители;

17 - краны;

18 - трубка;

19 - буферная емкость;

20 - трубка, подключенная к всасывающей части насоса.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления заявляемого изобретения.

Тренажер для тренировки проведения хирургических операций на сосудах с регулируемым давлением и частотой импульсов жидкости содержит в себе источник питания электрический (1), генератор прямоугольных импульсов с частотой генерации импульсов от 0 до 600 импульсов в минуту (2); потенциометр генератора прямоугольных импульсов для регулирования частоты импульсов (3); регулятор широтно-импульсной модуляции - ШИМ (4); потенциометр регулятора ШИМ для регулировки давления (5), индикаторный светодиод (6). Все вышеперечисленные части подключены к электрическому гидравлическому одностороннему насосу (7), от выхода насоса, который подает жидкость, отходит трубка, через которую осуществляется подача жидкости (8), к которой подключены 2 тройника-разветвителя (9), которые через краны (10) и трубки (11) подключаются к модели кровеносных сосудов биологического или синтетического материала, на которой происходит обучение (далее тренировочная модель) (12). Это необходимо для подачи через сосуды жидкости. Далее за двумя тройниками-разветвителями подключен 3-й тройник-разветвитель (13), к одному из концов которого подключен манометр для измерения давления в системе трубок (шкала манометра от 0 до 300 миллиметров ртутного столба (мм рт.ст.) (14), а к другому концу тройника подключена трубка, предназначенная для сброса избыточного давления жидкости (15), которая в свою очередь подключена к системе из 2-х тройников разветвителей (16), в конце которых через краны (17), подключенные к трубкам (11) к противоположной стороне тренировочной модели, через которые из нее удаляется жидкость. Далее 2 тройника-разветвителя (16) объединяются в одну трубку (18) и впадают в буферную емкость (19). Размер и ее форма не имеют значения. Буферная емкость (19) служит для заполнения системы трубок и удаления пузырьков воздуха из нее. Далее из нижней части буферной емкости выходит трубка (20), которая подключена к всасывающей части насоса, через который жидкость подается обратно в насос (7).

Устройство работает следующим образом.

В буферную емкость 19 наливается жидкость и включается насос с помощью потенциометра регулятора ШИМ для регулировки давления 5 и потенциометра генератора прямоугольных импульсов для регулирования частоты импульсов 3, это делается с целью заполнения системы трубок жидкостью и удаления из нее пузырьков воздуха, причем краны 10, 17 закрыты, затем трубки 11 герметично подключаются к кровеносным сосудам тренировочной модели для подачи и удаления жидкости; затем открываются краны 10, 17 для удаления воздуха из тренировочной модели и производится поверка герметичности всей системы. После того, как проверена герметичность системы можно начинать отработку хирургических навыков на тренировочной модели. Частота импульсов подачи жидкости, имитирующая частоту сердечных сокращений регулируется потенциометром генератора прямоугольных импульсов 3 давления, подача жидкости, имитирующей артериальное давление регулируется потенциометром регулятора ШИМ 5, давление подачи жидкости контролируется манометром 14. Отработку можно проводить на постоянной частоте импульсов и давлении, а также, с целью имитации различных клинических ситуаций возможно изменять частоту импульсов, имитируя изменение частоты сердечных сокращений и давления, имитируя изменение артериального давления.

Примеры использования заявляемого тренажера

Пример 1

Для отработки навыка каротидной эндартерэктомии и наложения шва на сонные артерии используются сосуды свиньи. На общую, наружную и внутреннюю сонные артерии накладываются сосудистые зажимы. Путем катетеризации производится заведение приводящей и отводящих трубок в сосуды и заполнение системы жидкостью. На рабочей панели устройства выставляется режим потенциометров 60 импульсов в минуту, давление 90 мм рт.ст. В ходе моделируемой операции выполняется наложение клипс типа «Бульдог», удаление предполагаемой атеросклеротической бляшки и зашивание дефекта стенки сосуда. Повышение частоты сердечных сокращений во время тренировки до 120 импульсов в минуту способствует соскальзываю клипсы с общей сонной артерии, демонстрируется ситуация интраоперационного кровотечения и несостоятельности наложения клипс, что требует дополнительных навыков от хирурга для разрешения данного положения. Путем активной аспирации жидкость удаляется из предполагаемой операционной раны, производится повторное экстренное наложение клипс. После завершения основного этапа операции проводится проверка герметичности после удаления клипс. Дефект ушит герметично.

Пример 2

Для отработки навыка наложения анастомоза «бок-в-бок» на сосудах малого диаметра используется шейка индейки. Выделяются и катетеризируются сонные артерии шейки индейки с обеих сторон, и вся система заполняется жидкостью. На рабочей панели устройства выставляем режим потенциометров 70 импульсов в минуту, давление 40 мм рт.ст. В ходе моделируемой операции под хирургическим микроскопом осуществляется наложение микрохирургических клипс на приводящие и отводящие сосуды, формирование окон для сшивания микрохирургическим лезвием, последовательное наложение непрерывного обвивного шва по технике анастомоза «бок-в-бок». Проверка состоятельности анастомоза осуществляется по методике гидропробой. Анастомоз герметичен. Изменяем значение потенциометра регулировки давления до 60 мм рт.ст. во время тренировки, отслеживаем регулируемый параметр на счетчике манометра.

Наблюдается струйное протекание передней стенки анастомоза, дополнительно накладываются 2 одиночных узловых шва. Анастомоз герметичен. Демонстрируемая ситуация моделирует необходимость оценки состоятельности анастомозов в условиях изменения давления.

Промышленная применяемость заявляемого изобретения подтверждена использованием рабочего прототипа, параметры которого соответствуют ожидаемым.

Изобретение относится к средствам обучения в медицине. Тренажер для проведения хирургических операций на сосудах включает электрический источник питания, систему трубок, краны, электрический гидравлический насос одностороннего действия, установленный с возможностью обеспечивать движение жидкости по системе трубок, буферную емкость и модель кровеносных сосудов, выполненную из биологического или синтетического материала и подключенную к системе трубок через краны. Дополнительно введены генератор прямоугольных импульсов и регулятор широтно-импульсной модуляции, подключенные к электрическому гидравлическому насосу с возможностью создания импульсного движения жидкости с управляемым давлением. Потенциометр соединен с регулятором широтно-импульсной модуляции, а потенциометр генератора прямоугольных импульсов соединен с генератором прямоугольных импульсов. Манометр служит для измерения давления в системе трубок. Индикаторный светодиод используется для мониторирования частоты импульсов и подключен к генератору прямоугольных импульсов. Технический результат состоит в возможности изменения в процессе тренировки частоты импульсов тока жидкости, то есть имитировать изменение артериального давления, а также в возможности отслеживать показатели по индикации светодиода. 1 ил.

Тренажер для проведения хирургических операций на сосудах, включающий электрический источник питания, систему трубок, краны, электрический гидравлический насос одностороннего действия, установленный с возможностью обеспечивать движение жидкости по системе трубок, буферную емкость и модель кровеносных сосудов, выполненную из биологического или синтетического материала и подключенную к системе трубок через краны, отличающийся тем, что дополнительно содержит генератор прямоугольных импульсов и регулятор широтно-импульсной модуляции, подключенные к электрическому гидравлическому насосу с возможностью создания импульсного движения жидкости с управляемым давлением, потенциометр, соединенный с регулятором широтно-импульсной модуляции, потенциометр генератора прямоугольных импульсов, соединенный с генератором, прямоугольных импульсов, манометр для измерения давления в системе трубок и индикаторный светодиод для мониторирования частоты импульсов, подключенный к генератору прямоугольных импульсов.