Виртуальный эпидуральный симулятор · 2018-10-11 ·...

Виртуальный эпидуральный симулятор доцент, д.м.н. Мареев Глеб Олегович

Кулигин А.В., Суетенков Д.Е., Мареев О.В., Мареев Г.О.,

Зворыгина Ю.С., Алайцев И.К, Мантуров А.О., Данилова Т.В

Актуальность идеи

Эпидуральная анестезия • один из методов регионарной анестезии, при котором лекарственные

препараты вводятся в эпидуральное пространство позвоночника через

катетер. Инъекция приводит к потере болевой чувствительности

(анальгезия), потере общей чувствительности (анестезия) или к

расслаблению мышц (миорелаксация).

2

Спинномозговая пункция • Люмба́льная пу́нкция (поясничный прокол, спинномозговая пункция,

поясничная пункция) — введение иглы в субарахноидальное

пространство спинного мозга на поясничном уровне. Проводится с

целью диагностики состава спинномозговой жидкости, а также с

лечебной или анестезиологической целью.

3 Актуальность идеи

Что объединяет эти методики Доступ в различные пространства позвоночного канала путем

прокола мягких тканей спины и дальнейшего проникновения в него

через межпозвоночные пространства, затянутые связками


Указанные методики широко используются в

хирургии при операциях на нижних конечностях,

брюшной полости, органах таза, а также при

родах, кесаревом сечении.

Спинномозговая пункция используется врачами

различных специальностей – неврологами,

нейрохирургами, реаниматологами, ЛОР-

врачами и другими.


Проблема обучения эпидуральной анестезии и

спинномозговой пункции • Практика может быть проведена

– На трупном материале (труднодоступен)

– На фантомах

– На больных


Требования к инновационному симулятору

эпидуральной анестезии и спинномозговой

пункции:

• Детальная модель спины, учитывающая все

особенности ее послойного анатомического строения

• Точнейшая симуляция тактильных ощущений,

возникающих при проведении манипуляции

• Возможность многократного выполнения процедуры

без дорогостоящих расходных материалов


Предлагаемое решение

Перенос оперативного

вмешательства в

виртуальную

реальность

Виртуальная реальность

Созданный техническими средствами мир (объекты и субъекты), передаваемый человеку через его ощущения: зрение, слух, обоняние, осязание и другие. Виртуальная реальность имитирует как воздействие, так и реакции на воздействие. Для создания убедительного комплекса ощущений реальности компьютерный синтез свойств и реакций виртуальной реальности производится в реальном времени.

(англ. virtual reality, VR)

Виртуальная реальность?

Системами «виртуальной реальности» называются устройства, которые более полно по сравнению с обычными компьютерными системами имитируют взаимодействие с виртуальной средой, путѐм воздействия на все шесть имеющихся у человека органов чувств.

Настоящий мир ?


Для реализации полноценного хирургического вмешательства достаточно три органа чувства



Тактильные ощущения (осязание) являются в хирургии одними из определяющих


Тактильная обратная связь

Пользователь должен иметь возможность дотронуться и почувствовать виртуальный объект Для полноты имитации необходимо иметь возможность взаимодействовать с виртуальным окружением и во время взаимодействия с ним получать определенные ощущения Такие ощущения называются тактильная обратная связь или гаптик-связь

Haptic feedback

Тактильная обратная связь

От греческого слова «haptikos» что означает «быть способным контактировать» Гаптика = Прикосновение = Осязание Осязание – основа персональных данных о мире любого человека Из всех человеческих чувств осязание наиболее эффективно и единственное чувство способное к одновременному вводу и выводу информации

Haptic feedback

Осязание

Осязание – сложное чувство и состоит из Тактильного компонента – информация о давлении на кожу Кинестетического компонента – информация о положении тела и его частей в пространстве, а также мышечных усилий, прикладываемых для удержания данного положения тела

Haptic

Обратная связь

Для создания полных осязательных ощущений необходимо воздействие на оба компонента: Тактильный – ощущение текстуры поверхности, температуры, вибрации Кинестетический (силовой) – создание силы, которая имитирует давление, создаваемое на тело человека объектами; позволяет почувствовать вес объекта, инерцию и т.д.

Force Feedback

Система с обратной связью

Кожные рецепторы Моторы

машина человек

Виртуальный объект

Датчики Мышцы

Рука

Основные задачи

Обнаружение столкновений

Недопущение пронзания моделируемого

объекта

Расчѐт силы обратной связи

Система с обратной связью

Гаптик

Proxy-based haptics rendering

The Haptic Display of Complex Graphical Environments,

Diego C. Ruspini, Krasimir Kolarov and Oussama Khatib

Недопущение пронзания

Гаптик

Virtual coupling

Spring-Damper Model

Расчѐт силы обратной связи

Гаптик

Временное разрешение

Одним из важнейших параметров гаптик систем является их временное разрешение. Для создания полноценного тактильного ощущения опрос и задание положения гаптика должны проводится с частотой не менее 1кГц. Все алгоритмы анализа и рендеринга гаптика должны быть как можно более оптимизированными Целесообразно использовать многопоточность Необходим мощный современный компьютер

Гаптик

Предлагаемое решение

Виртуальный эпидуральный симулятор

Наш первый прототип симулятора

Устройство с тактильной

обратной связью Насадка на устройство в

виде павильона иглы с

присоединенным к нему

шприцом

Поршневой насос с

датчиком давления

ПО позволяющее

симулировать весь

процесс

22

Созданная нами тестовая

послойная упрощенная

модель спины*

Механика процесса прокалывания

слоя тканей иглой , которую

необходимо симулировать**

* По данным Isaacs R, Wee MYK, Dubey VN, Vaughan N, (2013, May), ―A pilot study to measure the insertion force of a Tuohy needle in a porcine spine‖, Proceedings of

Obstetric Anaesthesia 2013, May 23-24 2013, Bournemouth, Oral Presentation O4, Oral Presentation O4, International Journal of Obstetric Anaesthesia (IJOA), 22, pp. S7-S8.

http://download.journals.elsevierhealth.com/pdfs/journals/0959-289X/PIIS0959289X13000526.pdf

** По материалам Jiang, Shan; Li, Pan; Yu, Yan; Liu, Jun; and Yang, Zhiyong, "Experimental study of needle-tissue interaction forces: effect of needle geometries, insertion

methods and tissue characteristics." (2014). Department of Radiation Oncology Faculty Papers. Paper 48. https://jdc.jefferson.edu/radoncfp/48

23 Предлагаемое решение




https://jdc.jefferson.edu/radoncfp/48

В результате симуляции прокола тестовой послойной модели спины на

нашем экспериментальном прототипе нами были получены

следующие графики:

Си

ла

График из данных литературы*:

Си

ла

* MYK Wee, R Isaacs, B Parker, N Vaughan, V Dubey (2014, May) Measurement of epidural insertion pressures in labouring women of varying body

mass indices Intl. Journal of Obstetric Anaesthesia (IJOA), 23, Proceedings of the OAA meeting 2014, Supplement 1, S1-S62,

S9, http://www.obstetanesthesia.com/article/S0959-289X(14)00056-9/pdf.


http://www.obstetanesthesia.com/article/S0959-289X(14)00056-9/pdf





Модель участка спины, созданная нами из данных КТ и симуляция ее

прокола



пальпации



прокола


При выполнении прокола можно полностью контролировать весь

процесс – иметь данные о точной траектории прохождения через ткани,

создаваемых усилиях и тп


Наше решение позволяет Реализовать точную послойную модель спины, полученную из

данных компьютерной томографии

Создать достаточно полную и эффективную симуляцию выполнения доступа в позвоночный канал

Достаточно полно симулировать проведение эпидуральной анестезии или спинномозговой пункции

Объективно контролировать обучающегося и его освоение МАНУАЛЬНОГО навыка

Не используются расходные материалы

На основании различных КТ могут построены модели спины с различной патологией - сколиоз и др.

30 Выводы

Благодарю за внимание! доцент, д.м.н. Мареев Глеб Олегович

[email protected]

www.dr-mareev.ru

+79053692597

mailto:[email protected]



http://www.dr-mareev.ru/



Виртуальный эпидуральный симулятор · 2018-10-11 ·...

Documents