PL248541B1 - Urządzenie do nauki zabiegów ostrzykiwania w rzeczywistości wirtualnej - Google Patents

Abstract

Korpus strzykawki wraz z modułem do wymiany danych z symulatorem. Korpus został wykonany z tworzywa sztucznego i składa się z czujników pola magnetycznego (8), tłoka z magnesem akcelerometr (6), czujnika nacisku (5) chowającej się igły (4). Korpus jest także na sztywno połączony z rękawicami do wirtualnej rzeczywistości.

Description

Dziedzina techniki: Wynalazek dotyczy urządzeń do treningu medycznego, symulatorów zabiegów iniekcji (ostrzykiwania) w środowisku rzeczywistości wirtualnej. Może być zastosowany jako element systemu szkoleniowego dla personelu medycznego (np. kosmetologów, pielęgniarek, lekarzy) do nauki wykonywania zastrzyków i innych procedur z igłą w warunkach symulowanych.

Stan techniki: Znane są różnorodne rozwiązania służące do ćwiczenia wkłuć i iniekcji. Przykładowo istnieją haptyczne symulatory z igłą, których głównym celem jest odtworzenie odczuć towarzyszących wkłuwaniu igły (stawiają one opór przy wkłuciu, symulując różną twardość tkanek). W takich rozwiązaniach opór igły bywa realizowany mechanicznie (np. sprężyny lub elementy magnetyczne), a pozycja igły może być śledzona za pomocą czujników w celu wizualizacji na ekranie. Znane są również systemy szkoleniowe wykorzystujące obrazowanie ultradźwiękowe (USG). W tego typu systemach rzeczywista sonda USG śledzi położenie igły wprowadzanej w specjalny fantom (sztuczną tkankę), co pozwal a obserwować tor igły na ekranie aparatu USG w trakcie treningu. Rozwiązania te wymagają jednak dodatkowego sprzętu medycznego (aparatu USG) oraz zwykle asysty drugiej osoby operującej sondą podczas ćwiczenia. Powyższe znane symulatory mają ograniczenia, bowiem skupiają się albo wyłącznie na aspekcie haptycznym (odczuwaniu oporu przy wkłuwaniu), jak w mechanicznych symulatorach wkłucia, albo na zewnętrznym obrazowaniu pozycji igły, jak w systemach z USG. Brakuje kompleksowego rozwiązania, które zapewniałoby pełną immersję w wirtualnej rzeczywistości z jednoczesnym odczuwaniem realizmu wkłucia oraz obiektywnym pomiarem parametrów iniekcji. Istnieje zatem zapotrzebowanie na przenośne, samodzielne urządzenie umożliwiające szkolenie zabiegów ostrzykiwania bez konieczności użycia dodatkowej aparatury zewnętrznej czy pomocy asystenta, zapewniające jednocześnie realistyczne wrażenia i natychmiastową informację zwrotną dla osoby szkolącej się.

Istota wynalazku: Istota wynalazku polega na urządzeniu do nauki zabiegów ostrzykiwania w rzeczywistości wirtualnej, obejmującym korpus strzykawki oraz przewodowo połączony z nim moduł wymiany danych. Korpus strzykawki jest sztywno połączony z rękawicami rzeczywistości wirtualnej i zawiera akcelerometr, czujniki pola magnetycznego rozmieszczone wzdłuż cylindra współpracujące z ruchomym tłokiem z magnesem, a także chowającą się igłę oraz czujnik nacisku reagujący na siłę wkłucia. Moduł wymiany danych jest zasilany bateryjnie i wyposażony w gniazdo do ładowania baterii oraz diody kontrolne, przy czym zawiera interfejs bluetooth umożliwiający komunikację komputera z symulatorem VR. Korzystnie czujnik nacisku igły jest skonfigurowany do pomiaru zarówno siły nacisku wywieranej na igłę podczas wkłucia, jak i stopnia wsunięcia jej do wnętrza korpusu w wyniku tego nacisku, co pozwala jednocześnie ocenić głębokość wkłucia oraz zastosowaną siłę. Tak ukształtowana konfiguracja umożliwia bieżące pozyskiwanie i przekazywanie do symulatora VR informacji o położeniu i ruchu strzykawki, przemieszczeniu tłoka oraz parametrach wkłucia, co zapewnia realistyczny i immersyjny trening procedur iniekcyjnych.

Należy podkreślić, że opisany powyżej zakres cech stanowi istotę wynalazku w ujęciu ogólnym. Poniżej przedstawiono szczegółowy przykład realizacji, zilustrowany na rysunkach. Przykład ten ma na celu objaśnienie wynalazku, ale nie ogranicza jego zakresu określonego w zastrzeżeniach patentowych.

Krótki opis rysunków: Rys. 1 przedstawia ogólny widok urządzenia - szkoleniowej strzykawki VR obejmującej korpus 1 połączony przewodem 2 z modułem wymiany danych 3. Rys. 2 ilustruje schemat blokowy połączeń oraz główne komponenty elektroniczne urządzenia: czujniki zainstalowane w korpusie strzykawki (akcelerometr 6, czujniki pola magnetycznego 8, czujnik nacisku 5 związany z igłą 4, magnes 7 w tłoku) połączone są z modułem wymiany danych 3, który przetwarza zebrane sygnały i komunikuje się z symulatorem VR.

Przykład realizacji wynalazku:

Fizyczna część symulatora VR ma postać treningowej strzykawki odpowiadającej kształtem i wymiarami typowej strzykawce używanej do zastrzyków. Korpus strzykawki 1 wykonany jest z trwałego tworzywa sztucznego i zawiera wewnątrz przesuwny tłok zakończony magnesem 7. Na zewnętrznych ściankach korpusu, wzdłuż trajektorii ruchu tłoka, rozmieszczone są czujniki pola magnetycznego 8, których ułożenie i liczba są tak dobrane, aby w każdym położeniu tłoka odczyt pola magnetycznego wytwarzanego przez magnes 7 pozwalał jednoznacznie określić stopień wsunięcia tłoka w cylinder. Dzięki pomiarowi magnetycznemu pozycja tłoka jest wykrywana bezkontaktowo, co oznacza brak bezpośrednich elementów mechanicznych stawiających opór tłokowi. Tłok może więc poruszać się płynnie, bez dodatkowego tarcia - tak jak w zwykłej strzykawce. Opisana metoda pomiaru przemieszczenia tłoka za pomocą magnesu i czujników pola magnetycznego jest korzystna, gdyż nie zaburza realizmu działania strzykawki, a zarazem zapewnia wysoką precyzję odczytu położenia tłoka.

Na końcu korpusu strzykawki umieszczona jest igła 4 (lub atrapa igły) - element ruchomy, mogący chować się do wnętrza korpusu. Podczas nacisku na igłę (np. przy wkłuwaniu w podkład treningowy lub inną powierzchnię symulującą skórę) igła zagłębia się do wnętrza korpusu strzykawki, dając wrażenie wkłucia w ciało. Odpowiedni czujnik nacisku 5 mierzy siłę, z jaką igła jest wciskana, a także może rejestrować głębokość wsunięcia igły do środka (stopień jej schowania). W prezentowanym przykładzie czujnik nacisku 5 dostarcza sygnał proporcjonalny do przyłożonej siły, dzięki czemu system rozróżnia, czy użytkownik naciska igłę z odpowiednią delikatnością czy z nadmierną siłą, oraz pozwala wnioskować o głębokości wkłucia (na podstawie drogi, jaką igła przebyła do momentu osiągnięcia równowagi sił).

Wewnątrz korpusu strzykawki 1 umieszczony jest ponadto czujnik przyspieszenia - akcelerometr 6. Czujnik ten umożliwia pomiar orientacji położenia strzykawki, przede wszystkim wychyleń od pionu w dwóch płaszczyznach. Na podstawie wektora przyspieszenia grawitacyjnego akcelerometr pozwala określić kąt nachylenia strzykawki w przód-tył oraz na boki.

Aby śledzić pełną orientację przestrzenną strzykawki (łącznie z obrotem wokół jej osi podłużnej, którego sam akcelerometr nie rozróżnia) oraz jej położenie w przestrzeni 3D, wynalazek przewiduje wykorzystanie zewnętrznego systemu śledzenia ruchu dłoni użytkownika. Urządzenie zawiera rękawice VR. Przykładowo, dostępne na rynku rękawice VR umożliwiają odczyt położenia poszczególnych członów palców i dłoni użytkownika w czasie rzeczywistym. Dzięki temu symulator VR może odtworzyć wirtualną dłoń użytkownika trzymającą strzykawkę. W praktyce korpus strzykawki 1 jest sztywno przymocowany do rękawicy VR, tak aby ruchy dłoni użytkownika przekładały się jednoznacznie na ruchy całej strzykawki. Istotne jest, że dzięki sztywnemu połączeniu strzykawki z dłonią system nie musi używać osobnego markera do śledzenia położenia strzykawki - jej pozycja wynika bezpośrednio z położenia dłoni użytkownika.

Do transmisji zebranych danych służy wspomniany moduł wymiany danych 3. W opisywanym przykładzie moduł ma formę niewielkiego urządzenia noszonego na ręce użytkownika (np. na nadgarstku, podobnie do zegarka). Strzykawka połączona jest z modułem cienkim przewodem transmisyjnym 2, który doprowadza sygnały z czujników umieszczonych w korpusie 1. Moduł wymiany danych 3 przekazuje je dalej do komputera, który za pomocą łączności bluetooth steruje symulatorem VR. Moduł wymiany danych 3 posiada ponadto własne zasilanie akumulatorowe umożliwiające długotrwałą pracę urządzenia bez dodatkowych przewodów. Preferuje się, aby moduł był ładowalny - w jego obudowie przewidziano gniazdo do ładowania akumulatora. Cały moduł jest kompaktowy i lekki, dzięki czemu noszenie go na ręce nie przeszkadza w operowaniu strzykawką.

Reasumując, zrealizowane w opisanym urządzeniu połączenie różnych technologii (czujników magnetycznych, czujników siły, akcelerometru oraz interfejsu VR) zapewnia kompleksowy trening procedur iniekcji. Użytkownik może samodzielnie ćwiczyć wykonywanie zastrzyków w realistycznym środowisku wirtualnym, odczuwając wrażenia zbliżone do prawdziwego zabiegu oraz mając od razu obiektywne dane na temat swoich działań. Wynalazek eliminuje konieczność użycia skomplikowanych aparatów zewnętrznych (jak np. aparatura USG) czy obecności instruktora podczas ćwiczeń, bowiem cały potrzebny sprzęt zawarty jest w przenośnym urządzeniu (strzykawce i module). Jednocześnie urządzenie dostarcza nowych możliwości szkoleniowych, niedostępnych dotąd w pojedynczym systemie: mierzy w czasie rzeczywistym kluczowe parametry jakościowe wkłucia (takie jak siła, głębokość, stabilność) oraz parametry ilościowe (objętość podanego płynu), a wyniki od razu przedstawia w klarownej formie w świecie VR. Stanowi to istotny krok naprzód w dziedzinie symulatorów medycznych, umożliwiając bardziej wszechstronne i efektywne kształcenie praktycznych umiejętności.

Claims (2)

1. Urządzenie do nauki zabiegów ostrzykiwania w rzeczywistości wirtualnej, znamienne tym, że obejmuje korpus strzykawki (1) oraz przewodowo połączony z nim moduł wymiany danych (3), przy czym:

PL 248541 Β1

- korpus strzykawki (1) jest sztywno połączony z rękawicami rzeczywistości wirtualnej i zawiera akcelerometr (6), czujniki pola magnetycznego (8) rozmieszczone wzdłuż cylindra współpracujące z ruchomym tłokiem z magnesem (7), oraz chowającą się igłę (4) oraz czujnik nacisku (5) reagujący na siłę wkłucia;

- moduł wymiany danych (3) jest zasilany bateryjnie i wyposażony w gniazdo do ładowania baterii oraz diody kontrolne, przy czym zawiera interfejs bluetooth umożliwiający komunikację komputera z symulatorem VR.

2. Urządzenie według zastrzeżenia 1, znamienne tym, że czujnik nacisku igły (5) jest skonfigurowany do pomiaru zarówno siły nacisku wywieranej na igłę (4) podczas wkłucia, jak i stopnia wsunięcia jej do wnętrza korpusu (1) w wyniku tego nacisku, co pozwala jednocześnie ocenić głębokość wkłucia oraz zastosowaną siłę.