BRPI0903268A2 - simulador de cabeÇa para uso em neurocirurgia - Google Patents

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Antonio Adilton Oliveira Carneiro
Lemos Tenysson Will De
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Univ Sao Paulo
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SIMULADOR DE CABEÇA PARA USO EM NEUROCIRURGIA. Trata a presente invenção de um simulador de cabeça para uso em neurocirurgia que compreende uma parte externa (E) formada de material inerte e que simula a cabeça e o pescoço de um adulto; e no interior da parte externa (E) cérebro (2.1), diencéfalo (2.2), mesencéfalo (2.3), ponte (2.4) conectada ao bulbo encefálico (2.6) e envolvida pelo cerebelo (2.5) com morfologia idêntica à morfologia de um ser humano e com características físicas que permitem o imageamento tanto por ressonância magnética quanto por ultrassonografia.

Description

SIMULADOR DE CABEÇA PARA USO EM NEUROCIRURGIA
CAMPO DA INVENÇÃO
A presente invenção se refere em geral a um simulador (phantom) paratreinamento e, em particular, a um simulador (phantom) de cabeça que permite otreinamento cirúrgico em tempo real. Com a presente invenção é possível realizartreinamento de ultrassom cerebral para gerar diagnóstico em tempo real durante umaneurocirurgia, assim como propiciar o treinamento de neurocirurgiões em incisõescerebrais de alta complexidade, de modo a substituir o paciente/voluntário, em estado derisco. A presente invenção também é muito vantajosa no ensino de médicos residentesou estudantes de especialização em neurocirurgia e ultrassom neurológico, evitandoriscos inerentes ao uso de paciente/voluntário e permitindo a repetição quantas vezesnecessárias para o ensino de profissionais, possibilitando um treinamento mais eficientee de risco zero.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
Atualmente, a metodologia de treinamento por simulador (phantom) é, ainda,pouco utilizada e não visa substituir totalmente os procedimentos usados nostreinamentos de incisões cirúrgicas, uma vez que nenhum dispositivo do estado datécnica é capaz de substituir um paciente por completo. Mas o uso depacientes/voluntários apresenta riscos inerentes à ação proposta e/ou desagradáveis aospacientes/voluntários como nos casos, por exemplo, de biópsia em mama, umprocedimento doloroso ao paciente, que muitas vezes deve ser repetido para que oestudante aprenda efetivamente a técnica. Para um estudante inexperiente éimportantíssimo que determinada técnica seja explorada ao máximo e isso não é possívelse feito em pacientes/voluntários. Portanto, é de grande valia a proposta de produtos quepermitam esta exploração, de modo simulado, sem riscos, até que o treinado estejaseguro de si e em condições plenas para aí sim experimentar a técnica em seres vivos.Assim craniotomias, neurocirurgias de quaisquer regiões do encéfalo seja por qualquerdoença, podem ser exploradas com o uso de um simulador (phantom). Assim, ainvestigação por imagens de ultrassom e a comparação destas com as imagens deressonância magnética, as quais são parâmetros fundamentais para o planejamento pré-cirúrgico, possibilita ao cirurgião uma visão mais completa dos problemasneurocirúrgicos.
O documento US 5.055.051, publicado em 08/10/1991, "Semi-anthropomorphicbiliary/renal training phantom for medicai imaging and Iithotripsy training", descreve emsua modalidade preferida um simulador (phantom) que é elipsóide no formato e cheio deum material equivalente a tecido que tem o mesmo coeficiente de atenuação e a mesmavelocidade do som que o fígado humano. Este documento é voltado para um simulador(phantom) para treinamento de técnicos e médicos na localização por ultrassom ou raio Xde cálculos renais e biliares.
O documento US 5.312.755, publicado em 17/05/1994, "Contrast resolution tissuemimicking phantoms for nuclear magnetic resonance imaging with stable NMRproperties", descreve um simulador (phantom) que imita tecidos para geradores deimagem por NMR (Nuclear Magnetic Ressonance) tendo um material de base de imitaçãode tecido encerrado dentro de um recipiente fechado. O material de base de imitação detecido é um gel solidificado de uma mistura de ágar, gelatina de couro animal, água,glicerol e agentes antibactericidas.
O documento US 6.318.146, publicado em 20 de novembro de 2001, "Multi-imaging modality tissue mimicking materiais for imaging phantoms", trata de um materialque imita um tecido adequado para simulador (phantom) para uso com pelo menosultrassom e MRI (Magnetic Ressonance Imaging) e tem seções de material em contatoentre si que imitam as propriedades de imagem de ultrassom e ressonância magnética detecidos humanos. Um material de imitação de tecido adequado para uso em simulador(phantom) deste tipo inclui uma mistura aquosa de grandes moléculas orgânicas solúveisem água, um sal de cobre, um agente de quelação para ligar os íons cobre no sal e ummaterial formador de gel. Pequenas contas de vidro podem ser misturadas com o mesmopara fornecer um coeficiente de atenuação de ultrassom selecionado sem afetar de modosubstancial as propriedades de MRI do material.
O documento US 7.059.168, publicado em 13 de junho de 2006, "Ultrasoundphantom", trata de um elemento de base formado de borracha ou similar que transmiteondas de ultrassom e inclui uma porção de armazenamento. O simulador (phantom)revelado neste documento é voltado para o treinamento de check-up médico da cavidadedo corpo com sonda ultrassônica.
Assim carece o estado da técnica de um simulador (phantom) que tenhamorfologia equivalente ao de uma cabeça humana e que permita o treinamento cirúrgicoem tempo real, ou seja, para que os médicos possam treinar uma cirurgia no simuladorphantom) bem como os procedimentos pré-cirurgicos conforme se faz in vivo.
OBJETO DA INVENÇÃO
Em razão da carência acima mencionada e relacionada aos métodos detreinamento de cirurgias envolvendo o cérebro, é objetivo da presente invenção proverum simulador (phantom) com características acústicas e magnéticas similares àquelasdos tecidos humanos. Ou seja, um simulador (phantom) que possibilite o imageamentopor ultrassonografia e por ressonância magnética nuclear, com custos relativamentebaixos, dedicado ao suporte do ensino de neurocirurgias e investigação morfológicavisual pelos métodos de imagem acima mencionados, permitindo um fácil aprendizado ea exploração de todos os detalhes anatômicos do encéfalo humano.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
A presente invenção trata de um simulador de cabeça para uso em neurocirurgiacompreendendo uma parte externa formada de material inerte que simula a cabeça e opescoço de um adulto. No interior da parte externa são instalados cérebro, diencéfalo,mesencéfalo, ponte, bulbo encefálico e cerebelo com morfologia equivalente à morfologiade um ser humano e com características físicas que permitem o imageamento tanto porressonância magnética quanto por ultrassonografia.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
A Figura 1 é uma representação de um simulador (phantom) de acordo com apresente invenção.
A Figura 2A é uma ilustração da parte interna do simulador (phantom) da presenteinvenção incluindo os componentes de imitação do cérebro humano dentro da caixacraniana.
A Figura 2B é uma ilustração da parte interna do simulador (phantom) da presenteinvenção mostrando os hemisférios cerebrais direito e esquerdo.
A Figura 3 é uma representação em detalhes da morfologia do cérebro humano.
BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
A presente invenção será agora descrita com referência aos desenhos sem,entretanto, limitar a mesma ao que está ilustrado nas figuras.
A presente invenção refere-se a um simulador (phantom) utilizado para promovertreinamento em sistemas de neuronavegação. O treinamento convencional emneurocirurgia necessita de um paciente voluntário durante o procedimento deneurocirurgia. A presente invenção se destina a substituir o paciente voluntário por umequipamento que imita as características magnéticas e acústicas dos tecidos do encéfalohumano, assim como apresenta morfologia idêntica àquela encontrada nos sereshumanos.
De acordo com a Figura 1, o simulador (phantom) da presente invenção écomposto na parte externa de uma única peça genericamente indicada por E feita emmaterial inerte com o formato e tamanho de uma cabeça e pescoço de um ser humano. Osimulador (phantom) da presente invenção também conta com cavidades que simulam asencontradas no cérebro real por onde escoa o fluido cérebro-espinhal, material este quetambém foi simulado no referido simulador (phantom). A referida parte externa E sedestina a acomodar internamente à mesma e proteger de possíveis danos mecânicos oencéfalo de imitação em si contando ainda com uma janela J, na parte superior, quepermite o imageamento por um transdutor ultrassônico (não ilustrado), dessa formasimulando a craniotomia real em neurocirurgia.
A Figura 2 ilustra a parte interna do simulador (phantom) da presente invenção.
Conforme ilustrado na Figura 2, o encéfalo de imitação como um todo é construído commaterial simulador dos respectivos tecidos encefálicos. O encéfalo de imitaçãocompreende cérebro 2.1, diencéfalo 2.2 (a região mais interna no encéfalo), mesencéfalo2.3 (a região que liga o diencéfalo 2.2 com a ponte 2.4), ponte 2.4 que por sua vez estáconectada ao bulbo encefálico 2.6 e envolvida pelo cerebelo 2.5. Cada uma destasregiões possui características acústicas e magnéticas diferentes exigindo que omecanismo de contraste entre elas seja diferenciado.
A Figura 3 ilustra a morfologia do cérebro humano o qual é composto doshemisférios cerebrais 3.1 direito e esquerdo. Na parte anterior temos o Giro Pré-Central3.2 e na região mediai o Sulco Central 3.3. Logo na seqüência o Giro Pós-Central 3.4 ena região mais posterior, o Sulco Parieto-Occipital 3.5. Na região inferior-posterior, ouseja, abaixo da região posterior temos a Fissura Pré-occipital 3.6 da qual logo abaixo seencaixa o Cerebelo 3.8 e embaixo deste o Bulbo 3.7 e a Ponte 3.9. Na parte lateralencontramos a Fissura Lateral 3.10, também conhecida como Silvana.
No simulador (phantom) da presente invenção o material utilizado na confecçãodos componentes de imitação do encéfalo é um material atóxico, à base de água egelatinoso, com ponto de fusão acima da temperatura máxima ambiente. O referidomaterial também é moldável de modo a obter a morfologia equivalente a cada um dostecidos simulados, sendo que cada um destes e, cada região cerebral, deve possuircaracterísticas acústicas e magnéticas semelhantes às encontradas em tecido biológicoreal. Vários materiais gelatinosos podem ser usados como base para um simulador compropriedades acústicas, magnéticas e elásticas equivalentes ao tecido biológico, dentreeles temos: gelatina de pele animal e/ou de ágar (documento US 6.318.146), queijo desoja (Tofu), PVA-C (álcool poli vinil Criogel) - documento US 5.981.826.
O referido material contém propriedades de dureza permitindo ao cirurgião efetuarcortes durante o treinamento cirúrgico com a sensação de estar cortando o tecido docérebro.
Este encéfalo de imitação pode possuir regiões de interesse específicas aalgumas patologias de estudo clínico e, portanto, com características magnéticas eacústicas próprias da patologia escolhida. As referidas regiões de interesse simulamlesões e tumores de interesse, podendo variar tanto as características físicas quanto arelação brilho/contraste destas regiões de interesse em relação às regiões de tecidosadio.
Na construção das imitações dos componentes do encéfalo, é utilizado ummaterial gelatinoso. Tal material gelatinoso é constituído de gelatinas de origem vegetal eanimal, de modo a que a característica de conter uma alta porcentagem de água,característica esta encontrada em quase todos os tecidos biológicos (tecido mole), sejareproduzida com fidelidade. Isso permite, inicialmente, um imageamento tanto porressonância magnética nuclear quanto por ultrassonografia e até mesmo por outrastécnicas como raios-X e tomografia computadorizada. Para as imagens de ressonânciamagnética nuclear são três parâmetros que ponderam o contraste na imagem: densidadede prótons (DP), tempo de relaxação longitudinal (T1) e tempo de relaxação transversal(T2). Cada uma das regiões cerebrais possui os seus respectivos valores para estesparâmetros os quais, dependendo da região de interesse, podem ter valores iguais oumuito semelhantes gerando um contraste pobre o que faz com que se escolha oparâmetro mais adequado para a região de interesse.
Na ressonância magnética a escolha de um dos mecanismos de contrastedepende unicamente da seqüência de pulsos utilizada e configurada para o tomógrafo,sendo imprescindível, devido à variedade de aparelhos disponíveis no mercado, que osimulador (phantom) apresente tais características magnéticas. Em vista disso, adensidade de prótons é obtida pela composição da gelatina/água, os tempos derelaxação são ajustados através da adição de sais químicos com característicasmagnéticas e isto é feito para as diferentes regiões cerebrais como cerebelo, tálamo,hipotálamo, tronco encefálico e o cérebro propriamente dito, assim como fluido cérebro-espinhal, preenchendo os ventrículos cerebrais. Desta forma, é obtido o contraste emressonância magnética nuclear mais realístico possível dos encontrados no encéfalohumano. Existem várias seqüências de pulsos. Os mais utilizados são: Saturação-Recuperação, Spin-Eco, Inversão-Recuperação, Gradiente-Eco, Pulso Eco-Planar, PulsoEspiral e Pulso Difusão. Todas dependem dos três parâmetros que ponderam o contrastena imagem: densidade de prótons (DP), tempo de relaxação longitudinal (T1) e tempo derelaxação transversal (T2).
Para as características ultrassônicas é utilizado um material que gera oespalhamento e a atenuação semelhantes às encontradas no encéfalo humano, variandoentre as diferentes regiões de modo a gerar o contraste encontrado in vivo. Para simularde modo realístico o formato, são utilizados vários moldes, cada qual para uma regiãoespecífica, para poder variar a formulação por região. Estes moldes têm formato idênticoao encéfalo humano e tamanho da ordem de um encéfalo encontrado em um adulto.
O simulador (phantom) da presente invenção possui massa aproximadamenteigual à cabeça de um adulto, o que eqüivale a 4 kg em média e um perímetro de 55 cm, oque eqüivale ao perímetro médio da cabeça de um adulto.
O uso do simulador (phantom) da presente invenção permite eliminar o uso depaciente para o treinamento de imagens cerebrais por ultrassom, de procedimentos deneurocirurgia e de neuronavegação por ultrassom e ressonância magnética nuclear,sendo que estes procedimentos só são possíveis com um paciente durante umaneurocirurgia, que se trata de um procedimento de alto risco e totalmente invasivo.
Em razão dos inconvenientes acima mencionados e relacionados aos métodos detreinamento de cirurgias envolvendo o cérebro, a presente invenção tem como objetivo,prover um dispositivo com características acústicas e magnéticas que possibilite oimageamento por ultrassonografia e por ressonância magnética nuclear de custosrelativamente baixos dedicado ao suporte do ensino de neurocirurgias, investigaçãomorfológica visual e pelos métodos de imagem acima mencionados, permitindo um fácilaprendizado e a exploração de todos os detalhes anatômicos do encéfalo humano.

Claims (6)

1. Simulador de cabeça para uso em neurocirurgia, caracterizado pelo fatode que compreende:uma parte externa (E) que simula a cabeça e o pescoço de um adulto; eno interior da parte externa (E) cérebro (2.1), diencéfalo (2.2), mesencéfalo (2.3),ponte (2.4) conectada ao bulbo encefálico (2.6) e envolvida pelo cerebelo (2.5) commorfologia equivalente à morfologia de um ser humano e com características físicas quepermitem o imageamento tanto por ressonância magnética quanto por ultrassonografia.
2. Simulador, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato deque a parte externa (E) é feita de material inerte.
3. Simulador, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato deque a parte externa (E) compreende cavidades que simulam as encontradas no cérebroreal por onde escoa o fluido cérebro-espinhal.
4. Simulador, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato deque a referida parte externa (E) conta com uma janela (J) na parte superior que permite oimageamento por transdutor.
5. Simulador, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato deque cérebro (2.1), diencéfalo (2.2), mesencéfalo (2.3), ponte (2.4), bulbo encefálico (2.6)e cerebelo (2.5) são feitos de material atóxico à base de água e gelatinoso e moldadoscom morfologia idêntica aos tecidos simulados.
6. Simulador, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato deque cérebro (2.1), diencéfalo (2.2), mesencéfalo (2.3), ponte (2.4), bulbo encefálico (2.6)e cerebelo (2.5) incluem regiões de interesse tendo características magnéticas eacústicas próprias de determinada patologia.
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