RU2691524C1

RU2691524C1 - Simulator for developing skills of performing kidney surgeries

Info

Publication number: RU2691524C1
Application number: RU2018127885A
Authority: RU
Inventors: Юрий Геннадьевич Аляев; Евгений Алексеевич Безруков; Евгений Сергеевич Сирота; Станислав Хусейнович Али; Михаил Дмитриевич Букатов; Александр Васильевич Летуновский
Original assignee: Общество с Ограниченной Ответственностью "ВЕРИТЕЛ" ООО "ВЕРИТЕЛ"
Priority date: 2018-07-30
Filing date: 2018-07-30
Publication date: 2019-06-14

Abstract

FIELD: medicine.SUBSTANCE: invention refers to urology, and can be used to develop skills of performing various operations on the kidney. Simulator for developing skills of performing kidney operations, which imitates part of human body in location of kidney, includes housing with placed in it models of bone landmarks, abdominal wall, and a formed cavity filled with high-viscosity gel for ultrasound investigation, with 3D kidney model containing the pathological anatomy of the kidney in the cavity, wherein housing is made with hole for installation and extraction of 3D model of kidney and is equipped with detachable cover with attachment and correction of position of 3D model of kidney in body, at that, 3D model of kidney is detachable.EFFECT: technical result consists in providing realistic conditions for performing kidney surgery.17 cl, 14 dwg, 2 tbl, 2 ex

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates.

Изобретение относится к области медицины, а именно к урологии, и может быть использовано для отработки навыков выполнения различных оперативных вмешательств на почке.The invention relates to the field of medicine, namely, to urology, and can be used to practice the skills of performing various surgical interventions on the kidney.

Уровень техникиThe level of technology

В настоящее время большинство операций в лечении хирургических заболеваний почек выполняется посредством высокотехнологичных малоинвазивных доступов. Однако, несмотря на малую инвазивность такого рода вмешательств, они сопровождаются развитием различных интраоперационных и послеоперационных осложнений, которые обусловлены недостаточно хорошим знанием анатомии области предполагаемого оперативного вмешательства, а также недостаточным уровнем хирургических навыков выполнения технически сложных оперативных доступов.Currently, most operations in the treatment of surgical diseases of the kidneys are performed through high-tech, minimally invasive approaches. However, despite the low invasiveness of such interventions, they are accompanied by the development of various intraoperative and postoperative complications, which are caused by insufficiently good knowledge of the anatomy of the area of the intended surgical intervention, as well as an insufficient level of surgical skills to perform technically complex operational approaches.

Так, например, для лечения больных с коралловидной формой течения мочекаменной болезни (МКБ) до 60% всех пособий в мире выполняется при помощи чрескожной нефролитотрипсии (ЧНЛТ) [Аляев Ю.Г., Григорьев Н.А. Малоинвазивная чрескожная хирургия почек и верхних мочевых путей // Врачебное сословие - 2006 - №5-6 - с. 8-14; Wong M.Y. An update on percutaneous nephrolithotomy in the management of urinary calculi // Curr Opin Urol - 2001. - Vol. 11 - P. 367-72]. Однако, по данным мировой литературы, осложнения при выполнении ЧНЛТ возникают от 1-26,6% наблюдений [Нестеров С.Н., Рогачиков В.В., Кудряшов А.В., Тевлин К.П. Осложнения перкутанной нефролитолапаксии Материалы XV Конгресса Российского Общества Урологов "Урология в XXI веке" - СПб - 2015 с. 174]. Самым опасным из осложнений является возникновение кровотечений в результате повреждения крупных сосудов почки.For example, for the treatment of patients with a coral form of urolithiasis (ICD), up to 60% of all benefits in the world are performed using percutaneous nephrolithotripsy (PNLT) [Alyaev Yu.G., Grigoriev N.А. Minimally invasive percutaneous surgery of the kidneys and the upper urinary tract // Medical Class - 2006 - No. 5-6 - p. 8-14; Wong M.Y. An update on percutaneous nephrolithotomy in ur management calculi // Curr Opin Urol - 2001. - Vol. 11 - p. 367-72]. However, according to the world literature, complications when performing PNNLT arise from 1-26.6% of observations [Nesterov S.N., Rogachikov V.V., Kudryashov A.V., Tevlin K.P. Complications of percutaneous nephrolitolapaxy Materials of the XV Congress of the Russian Society of Urology "Urology in the XXI Century" - St. Petersburg - 2015 p. 174]. The most dangerous of the complications is the occurrence of bleeding as a result of damage to the large vessels of the kidney.

Наиболее технически сложным этапом при выполнении ЧНЛТ является создание чрескожного доступа в чашечно-лоханочную систему почки (ЧЛС) под ультразвуковым или рентгенологическим наведением. Для отработки навыков доступа в ЧЛС в мире в настоящее время применяются два основных вида тренинга, осуществляемых на биологических и небиологических моделях [Noureldin Y.A., Andonian S. Simulation for Percutaneous Renal Access: Where Are We? // J Endourol - 2017. - Vol. 31 - P. S10-S9.]. Каждому виду моделей присущи как положительные, так и отрицательные стороны в применении. Использование биологических моделей возможно двумя основными способами: тренинг на живых животных под анестезиологическим обеспечением или применение ex-vivo моделей животных.The most technically challenging step in performing a FNLT is the creation of a percutaneous access to the renal cup-pelvis system (CLP) under ultrasound or radiological guidance. Two main types of training, carried out on biological and non-biological models, are currently being used to practice access to PEI in the world [Noureldin Y.A., Andonian S. Simulation for Percutaneous Renal Access: Where Are We? // J Endourol - 2017. - Vol. 31 - P. S10-S9.]. Each type of model has both positive and negative aspects in the application. The use of biological models is possible in two main ways: training on live animals under anesthetic management or using ex-vivo animal models.

Отработка навыков на живых мини-пигах в ветеринарных учебно-тренинговых центрах не всегда эффективна из-за различия строения и расположения почки у свиней и человека. Кроме этого, стоимость применения данного вида тренинга высока ввиду затрат на обеспечение данного процесса обучения. Более широко в мире представлено применение тренинга на ex-vivo моделях животных [Earp P.P. Percutaneous renal surgery-new model for learning and training // Int Braz J Urol - 2003. - Vol. 29 - P. 151-4]. В большинстве своем используются почки неживых свиней или коров с мочевыделительным трактом и без, с различным видом расположения подготовленной биологической модели. Применение данного тренинга также не лишено недостатков, т.к. требуется подготовка моделей к использованию, невозможна полная передача тактильных характеристик и, как было описано ранее, почки животных по своему строению не соответствуют почкам человека.Practicing skills in live mini-pigs in veterinary training centers is not always effective due to differences in the structure and location of the kidney in pigs and humans. In addition, the cost of applying this type of training is high due to the cost of providing this training process. The use of training on ex-vivo animal models [Earp P.P. Percutaneous renal surgery - Int. Braz J Urol - 2003. - Vol. 29 - p. 151-4]. Most of them use kidneys of non-living pigs or cows with and without urinary tract, with a different type of arrangement of a prepared biological model. The use of this training is also not without flaws, because the preparation of models for use is required, the complete transfer of tactile characteristics is impossible and, as described earlier, the kidneys of animals in their structure do not correspond to the human kidneys.

Небиологические модели для тренинга также представлены двумя основными видами применения. Первый - использование виртуальной реальности посредством симуляторов. Самым известным тренажером виртуальной реальности для освоения ЧНЛТ в мире является «The Perc Mentor™» [Knudsen B.E., Matsumoto E.D., Chew B.H., et al. A randomized, controlled, prospective study validating the acquisition of percutaneous renal collecting system access skills using a computer based hybrid virtual reality surgical simulator: phase I // J Urol - 2006. - Vol. 176 - P. 2173-8]. В данном тренажере имеется возможность моделирования различных сложных доступов в ЧЛС с разным вариантом строения под рентгенологическим контролем. Отрицательными сторонами применения являются высокая стоимость данного тренажера и отсутствие возможности отработки навыков под ультразвуковым контролем.Non-biological training models are also represented by two main uses. The first is the use of virtual reality through simulators. The most famous virtual reality simulator for mastering PNNL in the world is “The Perc Mentor ™” [Knudsen B.E., Matsumoto E.D., Chew B.H., et al. It is a randomized, controlled, prospective study, using a computer-based, virtual simulator: phase I // J Urol - 2006. - Vol. 176 - P. 2173-8]. This simulator has the ability to simulate various complex approaches in the CLS with a different version of the structure under X-ray control. The downsides of the application are the high cost of this simulator and the inability to practice skills under ultrasound control.

Другой разновидностью небиологических моделей для тренинга ЧНЛТ является применение различного рода 3D печатных моделей самой почки или ЧЛС почки.Another type of non-biological model for training PNNT is the use of various kinds of 3D printed models of the kidney itself or the CLP of the kidney.

Из уровня техники известно использование для тренинга печатной модели почки [Bruyere F., Leroux С., Brunereau L., Lermusiaux P. Rapid prototyping model for percutaneous nephrolithotomy training // J Endourol - 2008. - Vol. 22 - P. 91-6]. Авторы привели данные клинического наблюдения больного с МКБ с наличием конкремента нижней группы чашечек левой почки. На основании выполнения МСКТ пациенту было проведено 3D моделирование при помощи программного обеспечения (3D-Doctor Able Software, Lexington, MA), затем было проведено компьютерное автоматизированное проектирование. С помощью 3D принтера (Z-Corporation (Burlington, MA) была выполнена 3D печатная модель почки методом ламинирования. Для печати были использованы материалы с исходными характеристиками: Copsil Ges-30, COP-Chimie des

, Saint Nazaire en Royans, France. Также были созданы чашечки нижней группы (при помощи крахмала) с размещением в них конкрементов. Модель почки помещена в закрытую форму между двумя шарами, где было воспроизведено нагнетание воздуха с имитацией движения почки при дыхании человека. Отработка доступа в ЧЛС была возможна под рентгенологическим контролем. На изготовление модели было потрачено 48 часов. Модель возможно было использовать до 6 раз. Положительным качеством этой модели стала имитация дыхательных движений почки, копирующих реальные условия. К отрицательным сторонам стоит отнести отсутствие наличия сосудистых структур почки и полноценной ЧЛС всей почки, также в модели не предусмотрена возможность использования ультразвукового контроля пункции.From the prior art it is known to use a kidney printing model for training [Bruyere F., Leroux S., Brunereau L., Lermusiaux P. Rapid prototyping training for percutaneous nephrolithotomy training // J Endourol - 2008. - Vol. 22 - p. 91-6]. The authors cited the data of clinical observation of a patient with ICD with the presence of calculus of the lower group of cups of the left kidney. Based on the implementation of the MSCT, the patient was conducted 3D modeling using software (3D-Doctor Able Software, Lexington, MA), then computer-aided design was carried out. Using a 3D printer (Z-Corporation (Burlington, MA)) a 3D printing model of the kidney was made using the lamination method. Materials with the original characteristics were used for printing: Copsil Ges-30, COP-Chimie des

, Saint Nazaire en Royans, France. There were also created cups of the lower group (with the help of starch) with the placement of stones in them. The model of the kidney is placed in a closed form between the two balls, where air injection with imitation of the movement of the kidney during human breathing was reproduced. Testing access to CLS was possible under X-ray control. For the manufacture of the model was spent 48 hours. The model could be used up to 6 times. The positive quality of this model was the imitation of the respiratory movements of the kidney, replicating real conditions. The negative aspects include the absence of the presence of vascular structures of the kidney and the full CLS of the entire kidney, and the model does not provide for the possibility of using ultrasound puncture monitoring.

В другом исследовании Adams с соавт. [Adams F., Qiu Т., Mark A., et al. Soft 3D-Printed Phantom of the Human Kidney with Collecting System // Ann Biomed Eng - 2016. - Vol. 45 - P. 963-72] были изготовлены 3D печатные модели почки из трех различных материалов. Для изготовления 3D печатных моделей почки были использованы трупные почки человека, удаленные через 48 часов после смерти. На первом этапе была выполнена компьютерная томография (КТ) этих почек с предварительным контрастированием полостной системы почки и верхней трети мочеточника. После обработки полученных цифровых данных исследования в формате DICOM, вторым этапом осуществлена 3D печать почек. ЧЛС была изготовлена из воска на 3D принтере (3Z pro, Solidscape, NH, USA), формы для формирования самих моделей почки были напечатаны из фотополимера «VeroClear» на 3D принтере (Objet 260 Connex,Stratasys, Israel). Напечатанная ЧЛС была размещена в форме модели почки, в одном случае, с формированием 3D модели почки материалом Ecoflex (00-20, Smooth-on, PA, USA). Восковая модель ЧЛС для создания полой структуры была отмыта этиловым спиртом. Две другие 3D печатные модели были выполнены из агарозного геля (Agarose Electran,VWR) и полидиметилсилоксана (PDMS) (Sylgard184, Dow Corning). Процесс 3D печати одной модели почки занимал 2 рабочих дня. Однако в данных моделях отсутствовало воспроизведение элементов сосудистой системы почки (артерии и вены) а также в данных моделях не было предусмотрено выполнение ЧНЛТ с воссозданием естественных ориентиров области оперативного вмешательства. Кроме того, напечатанные модели почки были основаны на данных трупных почек без упоминания о заболевании МКБ у данных людей.In another study, Adams et al. [Adams F., Qiu, T., Mark A., et al. Soft 3D-Printed Phantom of the Human Kidney with Collecting System // Ann Biomed Eng - 2016. - Vol. 45 - P. 963-72] 3D printed models of the kidney were made of three different materials. For the manufacture of 3D printed models of the kidney, human cadaveric kidneys removed 48 hours after death were used. At the first stage, computed tomography (CT) of these kidneys was performed with preliminary contrasting of the kidney cavity system and the upper third of the ureter. After processing the obtained digital data of the research in the DICOM format, the second step was 3D printing of the kidneys. The CLS was made of wax on a 3D printer (3Z pro, Solidscape, NH, USA), the forms for forming the kidney models themselves were printed from VeroClear photopolymer on a 3D printer (Objet 260 Connex, Stratasys, Israel). The printed CLS was placed in the form of a kidney model, in one case, with the formation of a 3D kidney model with Ecoflex (00-20, Smooth-on, PA, USA). The wax model of the CLS to create a hollow structure was washed with ethyl alcohol. Two other 3D printed models were made from agarose gel (Agarose Electran, VWR) and polydimethylsiloxane (PDMS) (Sylgard184, Dow Corning). The process of 3D printing of one model of a kidney took 2 working days. However, in these models there was no reproduction of elements of the renal vascular system (arteries and veins), and also in these models there was no provision for NNTL with the re-creation of natural landmarks of the surgical area. In addition, the printed kidney models were based on cadaveric kidney data without mentioning ICD disease in these people.

В применении небиологических моделей для освоения ЧНЛТ, имеются примеры, в которых были напечатаны 3D модели ЧЛС почек человека, без печати самой почки. Так, в исследовании Turney [Turney B.W. A new model with an anatomically accurate human renal collecting system for training in fluoroscopy-guided percutaneous nephrolithotomy access // J Endourol - 2014. - Vol. 28 - P. 360-3 - прототип] были изготовлены посредством 3D печати 3D модели ЧЛС почки с последующим размещением в силиконовой непрозрачной форме с заполнением ЧЛС рентген контрастным веществом и тренингом доступа в ЧЛС под рентгенологическим контролем. Положительным свойством данной модели является воспроизведение ЧЛС реально живого человека. Однако данная модель характеризуется отсутствием возможности выполнения тренинга под ультразвуковым наведением, также нет построения модели почки с отражением всех внутри почечных анатомических структур, и сама модель ЧЛС не привязана к анатомическим ориентирам, имитирующим область оперативного вмешательства.In the application of non-biological models for the development of FNLT, there are examples in which 3D models of human kidney CLS were printed, without printing the kidney itself. So, in the Turney study [Turney B.W. A renowned system for training in fluoroscopy-guided percutaneous nephrolithotomy access // J Endourol - 2014. - Vol. 28 - P. 360-3 - prototype] were made by 3D printing a 3D model of a CLS of the kidney, followed by placement in an opaque silicone form with the CLS filling the X-ray with a contrast agent and access to the CLS under x-ray control. The positive feature of this model is the reproduction of the CRS of a real person. However, this model is characterized by the lack of ability to perform training under ultrasound guidance, there is also no construction of a kidney model with reflection of all within the renal anatomical structures, and the CLS model itself is not tied to anatomical landmarks imitating the area of surgical intervention.

Раскрытие изобретенияDISCLOSURE OF INVENTION

Решаемой технической проблемой являлась разработка симулятора многоразового использования соответствующего почке человека и позволяющего отработать навыки выполнения хирургических вмешательства в условиях максимально приближенных к реальным.The technical problem to be solved was the development of a reusable simulator of the corresponding human kidney and allowing to work out the skills of performing surgical interventions in conditions as close as possible to the real ones.

Достигаемыми технически результатами является создание симулятора небиологической модели почки максимально соответствующей как индивидуальному анатомическому строению почки пациента, так и пространственному ее расположению в организме, что позволяет воссоздать реалистичные условия выполнения операции. Созданная модель позволяет выполнять врачебные манипуляции под контролем инструментальных методов диагностики (ультразвуковой, рентгеновский контроль). Кроме того, разработанный симулятор возможно многократно использовать. Еще одним преимуществом является возможность осуществления контроля правильности выполненных этапов операции. Так, например, благодаря структуре материала, из которого напечатана почка, возможна визуальная оценка правильности выполненного доступа на основании анализа оставшегося в материале «следа» (траектории) от введенного инструмента.Technically attainable results are the creation of a simulator of a non-biological model of the kidney that is as appropriate as possible both for the individual anatomical structure of the patient’s kidney and for its spatial arrangement in the body, which allows it to recreate realistic conditions for the operation. The created model allows performing medical manipulations under the control of instrumental diagnostic methods (ultrasound, X-ray control). In addition, the simulator can be reused. Another advantage is the possibility of monitoring the correctness of the performed steps of the operation. For example, due to the structure of the material from which the kidney was printed, a visual assessment of the correctness of the performed access is possible on the basis of the analysis of the “trace” remaining in the material (trajectory) from the inserted tool.

Техническая проблема решается посредством разработки симулятора для освоения навыков выполнения операций на почках, 3D модели почки, входящей в конструкцию симулятора, а также способов изготовление 3D модели почки и симулятора.The technical problem is solved through the development of a simulator for mastering the skills of performing operations on the kidneys, a 3D model of the kidney, included in the design of the simulator, as well as methods for manufacturing a 3D model of the kidney and the simulator.

Симулятор для освоения навыков выполнения операций на почке, имитирующий часть тела человека в области расположения почки, включает корпус с размещенными в нем моделями костных ориентиров, брюшной стенки, и сформированной полостью, заполненной гелем высокой вязкости для УЗИ исследования, с расположенной в полости 3D моделью почки, содержащей элементы патологической анатомии почки, при этом корпус выполнен с отверстием для установки и извлечения 3D модели почки и снабжен съемной крышкой с узлом крепления и корректировки положения 3D модели почки в корпусе, при этом 3D модель почки выполнена съемной.A simulator for mastering the skills of performing operations on the kidney, imitating a part of the human body in the area of the kidney, includes a body with models of bone landmarks, the abdominal wall, and a cavity filled with high viscosity gel for ultrasound research, with a kidney 3D model located in the cavity containing elements of the pathological anatomy of the kidney, while the body is made with a hole for installing and removing the 3D model of the kidney and is equipped with a removable cover with a fastening assembly and adjusting the position of the 3D model kidney in the body, with the 3D model of the kidney is removable.

В одном из вариантов выполнения симулятор имитирует четверть тела человека, при этом его корпус представляет собой каркас, выполненный из оргстекла, состоящий из соединенных между собой под прямым углом нижней и задней стенок, а также торцевых правой и левой стенок, а отверстие для установки и извлечения 3D модели почки выполнено в одной из торцевых стенок. Торцевые стенки могут быть выполнены в форме, приближенной к четверти круга, задняя стенка выполнена с вогнутой внешней кромкой, имитирующей профиль поверхности соответствующей части тела человека.In one of the embodiments, the simulator simulates a quarter of a human body, while its body is a frame made of plexiglass, consisting of interconnected at right angles to the bottom and rear walls, as well as right and left end walls, and a hole for installation and removal 3D models of the kidney are made in one of the end walls. The end walls can be made in the form close to a quarter of a circle, the back wall is made with a concave outer edge, simulating the surface profile of the corresponding part of the human body.

В качестве костных ориентиров могут быть использованы модели, по меньшей мере, двух ребер, и/или части позвоночного столба, и/или кости таза, закрепленные в корпусе в соответствии с их анатомическим расположением. В качестве костных ориентиров могут быть использованы: часть позвоночного столба, входящая в интервал от уровня 11Th позвонка до уровня L5, S1 позвонков, и/или ребра с 8 по 12, и/или гребень подвздошной кости таза.As bone landmarks, models of at least two ribs and / or part of the spinal column and / or pelvic bones fixed in the body in accordance with their anatomical location can be used. The bony landmarks can be used: a part of the spinal column that is in the range from the level of 11Th vertebra to the level of L5, S1 vertebrae, and / or ribs from 8 to 12, and / or the iliac crest of the pelvis.

Модель брюшной стенки сформирована в виде округлой боковой стенки из мягкого материала, например, из двухкомпонентного силикона с твердостью по Шору А: 15. Внутренняя часть корпуса также может быть заполнена материалом, имитирующим брюшную стенку с образованием полости для размещения модели почки.The model of the abdominal wall is formed as a rounded side wall of soft material, for example, from a two-component silicone with a Shore A hardness of 15. The inside of the case can also be filled with a material that simulates the abdominal wall with the formation of a cavity to accommodate the model of the kidney.

Мягкая 3D модель почки представляет собой модель сосудистой системы почки и модель чашечно-лоханочной системы, размещенные в модели паренхимы почки. В качестве материалов изготовления моделей сосудистой системы почки и чашечно-лоханочной системы, использованы материалы, обеспечивающих возможность 3D печати с помощью 3D принтеров. В качестве материала изготовления модели паренхимы почки использован оптически прозрачный термопластичный материал по плотности приближенный к плотности паренхимы почки живого человека и доступный для ультразвуковой визуализации. В качестве элементов патологической анатомии 3D модели почки использованы модели опухоли или конкрементов. Модель сосудистой системы 3D модели почки может быть выполнена из полиактидного пластика, модель чашечно-лоханочной системы выполнена полой из водорастворимого поливинилацетатного пластика, модель паренхимы выполнена из прозрачного двухкомпонентного силикона. 3D модель почки может быть снабжена двумя гибкими шлангами, герметично подключенными к модели чашечно-лоханочной системы для обеспечения рециркуляция жидкости внутри чашечно-лоханочной системы, необходимой для выполнения тренинга лечения мочекаменной болезни.Soft 3D model of the kidney is a model of the vascular system of the kidney and a model of the renal pelvis system, located in the model of the kidney parenchyma. As materials for the manufacture of models of the kidney vascular system and the cup pelvis system, materials are used that provide 3D printing with 3D printers. An optically transparent thermoplastic material is used as a material for manufacturing a model of the kidney parenchyma, which is close to the density of the kidney parenchyma of a living person and is available for ultrasound imaging. As elements of the pathological anatomy of the 3D model of the kidney, tumor or calculus models are used. The vascular system model of the 3D model of the kidney can be made of polyactid plastic, the model of the cup-pelvis-plating system is made hollow from water-soluble polyvinyl acetate plastic, the parenchyma model is made of transparent two-component silicone. The 3D model of the kidney can be equipped with two flexible hoses, tightly connected to the model of the pelvis-pelvis-making system to ensure the recirculation of fluid inside the calyx-pelvis-plating system necessary for the implementation of training for the treatment of urolithiasis.

В узле крепления и корректировки положения 3D модели почки в корпусе использован крепежный элемент типа «ласточкин хвост». Узел крепления и корректировки положения 3D модели почки в корпусе снабжен гибким валом, выполненным из материала, обеспечивающего сохранение формы после изгиба, с возможностью возвратно-поступательного перемещения через соответствующее отверстие в крышке, вращения вала и его изгиба в требуемом направлении, а также фиксации выбранного положения.In the mount and adjust the position of the 3D model of the kidney in the case used dovetail fastener. The mount and adjust the position of the 3D model of the kidney in the body is equipped with a flexible shaft made of a material that ensures shape retention after bending, with the possibility of reciprocating movement through the corresponding hole in the cover, rotating the shaft and bending it in the required direction, as well as fixing the selected position .

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Изобретения поясняются чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид симулятора в сборе, в рабочем положении перед выполнением тренировочной (обучающей) операции, вид спереди; фиг. 2 - вид симулятора сзади; фиг. 3 - вид симулятора снизу; фиг. 4 - анатомические элементы, размещенные в корпусе (на каркасе) симулятора; фиг. 5 - схема расположения полости (показана пунктирной линией) в конструкции симулятора; фиг. 6 - изготовленная с помощью 3D принтера модель сосудистой, чашечно-лоханочной систем почки и опухоли; фиг. 7 - вид мягкой модели почки с 3D моделью сосудистой и чашечно-лоханочной системами, снабженной креплением «ласточкин хвост»; фиг. 8 - размещенный в крышке корпуса симулятора блок крепления модели почки, включающий гибкий вал, соединенный с рычагом, снабженным ответной частью крепления «ласточкин хвост», где упомянутый блок обеспечивает возможность корректировки положения мягкой модели почки в полости симулятора (фиг. 5); фиг. 9 - схема соединения модели почки с блоком ее крепления в крышке корпуса симулятора; фиг. 10-13 демонстрируют этапы изготовления модели почки; в частности, на фиг. 10 продемонстрирован этап подготовки модели и вспомогательных изделий для 3D печати: вид А - 3D моделирование, вид спереди, образование нижнего сегмента правой почки; вид Б - обработанная и подготовленная к 3D печати модель почки, вид спереди; вид В - обработанная и подготовленная к 3D печати модель почки, вид сзади; на фиг. 11 продемонстрирован этап 3D печати модели и 3D печати элементов ЧЛС и сосудистой системы почки; на фиг. 12 представлено изображение частей силиконовой формы для отливания 3D модели, и силиконовую форму в сборе на этапе ее заливки; на фиг. 13 представлены изготовленные 3D печатные мягкие модели почек с ПКР; на фиг. 14 показаны результаты выполнения хирургического доступа на модели почки при тренинге ЧЛНТ, а именно, на видах А и Б тонкой стрелкой отмечен неправильно выполненный пункционный доступ на 3D мягкой печатной модели почки, через правильно выполненный доступ на виде А введена игла в ЧЛС (игла указана толстой стрелкой).The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a general view of the simulator assembly, in the working position before performing a training (training) operation, front view; FIG. 2 - rear view of the simulator; FIG. 3 - the bottom view of the simulator; FIG. 4 - anatomical elements placed in the housing (on the frame) of the simulator; FIG. 5 shows the layout of the cavity (shown by a dotted line) in the design of the simulator; FIG. 6 - model of the vascular, renal pelvic and kidney systems made using a 3D printer; FIG. 7 is a view of a soft model of a kidney with a 3D model of the vascular and pancock system, provided with a dovetail mount; FIG. 8 - placed in the lid of the housing of the simulator block mounting model of the kidney, including a flexible shaft connected to the lever, equipped with a counter part mounting dovetail, where the said block provides the ability to adjust the position of the soft model of the kidney in the cavity of the simulator (Fig. 5); FIG. 9 is a diagram of the connection of a model of a kidney with a block of its fastening in the lid of the simulator housing; FIG. 10–13 demonstrate the steps involved in making a kidney model; in particular, in FIG. 10 shows the stage of preparing the model and auxiliary products for 3D printing: view A - 3D modeling, front view, formation of the lower segment of the right kidney; View B - front view of the renal model processed and prepared for 3D printing; View B — Kidney model processed and prepared for 3D printing, rear view; in fig. 11 demonstrates the stage of 3D printing of a model and 3D printing of elements of CLS and vascular system of the kidney; in fig. 12 is a depiction of parts of a silicone mold for casting a 3D model, and a silicone mold assembly during the casting stage; in fig. 13 shows 3D printed soft models of the kidneys with CRP; in fig. 14 shows the results of performing a surgical access on a kidney model during training for CLNT, namely, in types A and B, a thin arrow indicates an incorrectly executed puncture access on a 3D soft printing model of the kidney; through a correctly performed access, type A is inserted into a needle in CLS (the needle is indicated as thick arrow).

Позициями на фигурах обозначены:Positions on the figures indicated:

1 - симулятор для освоения навыков выполнения операций на почках (далее - симулятор); 2 - мягкая модель почки; 3 - модель фрагмента туловища человека (корпус симулятора); 4 - модели ребер и позвоночника человека; 5 - модель части бедра человека, 6 - торцевые стенки корпуса симулятора; 7 - крышка корпуса симулятора; 8 - ручка для управления положением мягкой модели почки 2 внутри корпуса 3 (в полости 13); 9 - проходная муфта (гайка) для фиксации положения мягкой модели почки 2 внутри корпуса 3 (в полости 13); 10 - гибкий вал; 11 - рычаг крепления гибкого вала 10 к мягкой модели почки 2; 12 - нижняя стенка корпуса 3; 13 - задняя стенка корпуса 3; 14 - отверстия в стенках 12 и 13 корпуса 3; 15 - отверстие в торцевой стенке корпуса 3; 16 - полость для размещения модели почки 2 в корпусе 3; 17 - сосудистая система почки (артерии, вены); 18 - чашечно-лоханочная система почки (ЧЛС); 19 - гибкие шланги для подвода и отвода жидкости из полости ЧЛС; 20 - часть крепления типа «ласточкин хвост» на мягкой модели почки 2; 21 - ответная часть крепления типа «ласточкин хвост» на рычаге 11; 22 - фиксирующее кольцо на конце гибкого вала 10 для крепления рычага 11; 23 - винты; 24 - отверстия в крышке 7 для ее закрепления на торцевой стенке 6; 25 - опорные элементы (ножки), закрепленные на нижней стенке 12; 26 - трубчатая часть проходной муфты 9 с наружной резьбой (резьба на фигурах не показана); 27 - фиксирующая гайка; 28 - зажимная конусная гайка, фиксирующая положение гибкого вала 10; 29 - отверстия для гибких шлангов 19.1 - a simulator for mastering the skills of performing operations on the kidneys (hereinafter referred to as the simulator); 2 - soft kidney model; 3 - model of a fragment of a human body (simulator case); 4 - models of human ribs and spine; 5 - model of the human thigh, 6 - end walls of the simulator body; 7 - simulator case cover; 8 - knob to control the position of the soft model of the kidney 2 inside the housing 3 (in the cavity 13); 9 - passage coupling (nut) for fixing the position of the soft model of the kidney 2 inside the housing 3 (in the cavity 13); 10 - flexible shaft; 11 is a lever for fastening the flexible shaft 10 to the soft model of the kidney 2; 12 - the bottom wall of the housing 3; 13 - the rear wall of the housing 3; 14 - holes in the walls 12 and 13 of the housing 3; 15 - a hole in the end wall of the housing 3; 16 - cavity for placing the model of the kidney 2 in the housing 3; 17 - the vascular system of the kidney (arteries, veins); 18 - renal cup renal system (CLS); 19 - flexible hoses for the supply and removal of fluid from the cavity CLS; 20 is the part of the dovetail mount on the soft model of the kidney 2; 21 - mating attachment type "dovetail" on the lever 11; 22 - the locking ring at the end of the flexible shaft 10 for fastening the lever 11; 23 - screws; 24 - holes in the lid 7 for fixing it on the end wall 6; 25 - supporting elements (legs), mounted on the bottom wall 12; 26 is a tubular part of the straight-through coupling 9 with an external thread (the threads are not shown in the figures); 27 - the fixing nut; 28 is a clamping cone nut fixing the position of the flexible shaft 10; 29 - openings for flexible hoses 19.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Ниже представлено более подробное описание симулятора с мягкой 3D печатной моделью почки и способов их изготовления.Below is a more detailed description of the simulator with a soft 3D printed model of the kidney and methods for their manufacture.

Симулятор 1 имитирует часть тела (например, четверть тела) человека в области расположения почки (фиг. 1) с размещенными в нем моделями костных ориентиров, почки и брюшной стенки. При этом симулятор включает три блока, первый из которых представляет собой корпус с размещенными в нем моделями костных ориентиров и брюшной стенки, и имеющий полость для размещения модели почки; второй блок представляет собой модель почки, выполненную с возможностью размещения в полости корпуса; третий блок включает крышку с подвижно закрепленным узлом крепления и корректировки положения модели почки в корпусе.Simulator 1 simulates a part of the body (for example, a quarter of the body) of a person in the area of the kidney (Fig. 1) with models of bone landmarks, the kidney and the abdominal wall. In this case, the simulator includes three blocks, the first of which is a body with models of bone landmarks and the abdominal wall placed in it, and having a cavity for accommodating a model of the kidney; the second block is a model of the kidney, made with the possibility of placement in the body cavity; the third block includes a cover with a movably secured mount and adjusting the position of the kidney model in the housing.

Корпус в одном из вариантов выполнения представляет собой угловой каркас, выполненный из прозрачного материала, например, оргстекла, состоящий из соединенных между собой под прямым углом нижней 12 и задней 13 стенок, а также торцевых стенок 6 (правой и левой), например, в форме четверти круга. При этом внешняя кромка задней стенки имеет вогнутый профиль, имитирующий поверхность тела человека. В качестве костных ориентиров могут быть использованы модели ребер 4. В предпочтительном варианте осуществления изобретения в качестве костных ориентиров использованы несколько ребер, часть позвоночного столба и кости таза 5. Перечисленные костные ориентиры закреплены в корпусе симулятора в соответствии с их анатомическим расположением. При этом модель части позвоночного столба может быть закреплена на задней стенке симулятора или на одной из торцевых стенок, кости таза могут быть закреплены на одной из торцевых стенок. Помимо костных ориентиров, первый блок содержит модель брюшной стенки, в виде сформированной из мягкого материала, например, двухкомпонентного силикона Tool Decor 15 (термостойкий, безусадочный литьевой силикон для форм на платине, твердость по Шору А: 15 - (мягкий)), округлой боковой стенки с заполнением данным материалом части пространства между всеми стенками. В предпочтительном варианте выполнения данным материалом может быть заполнена вся внутренняя часть корпуса за исключением объема, который предназначен для формирования полости 16 для размещения модели почки (см. фиг. 5). Нижняя 12 и задняя 13 стенки корпуса могут быть выполнены более протяженными - с выступающими частями за пределы левой торцевой стенки 6 (см. фиг. 5), при этом в выступающих частях упомянутых стенок могут быть выполнены отверстия 14 для удобства захвата симулятора при его перемещении.The body in one of the embodiments is an angular frame made of a transparent material, for example, Plexiglas, consisting of interconnected at right angles of the lower 12 and rear 13 walls, as well as end walls 6 (right and left), for example, quarter circle. In this case, the outer edge of the posterior wall has a concave profile that simulates the surface of the human body. Ribs 4 models can be used as bone landmarks. In a preferred embodiment of the invention, several ribs, part of the spinal column and pelvis 5 are used as bone landmarks. The listed bone landmarks are fixed in the body of the simulator in accordance with their anatomical location. In this case, the model of a part of the spinal column can be fixed on the back wall of the simulator or on one of the end walls, the bones of the pelvis can be fixed on one of the end walls. In addition to bone landmarks, the first block contains a model of the abdominal wall, in the form of a soft material formed, for example, two-component silicone Tool Decor 15 (heat-resistant, non-shrinking molded silicone for forms on platinum, Shore A hardness: 15 - (soft)), rounded side walls with filling this part of the space between all the walls. In a preferred embodiment, this material can fill the entire inner part of the body, except for the volume, which is intended to form the cavity 16 to accommodate the kidney model (see Fig. 5). The lower 12 and rear 13 walls of the housing can be made longer — with protruding parts beyond the left end wall 6 (see FIG. 5), and holes 14 can be made in the protruding parts of the said walls for ease of gripping the simulator as it moves.

Второй блок симулятора - мягкая 3D печатная модель почки 2, представляет собой модель сосудистой системы почки 17 (включающей артерии и вены) и модель чашечно-лоханочной системы 18 (ЧЛС), размещенные в модели паренхимы почки (см. фиг. 6 и фиг. 7). В данном блоке важным является выбор материалов изготовления упомянутых элементов, обеспечивающих возможность 3D печати сосудистой системы 17 и ЧЛС 18 с помощью 3D принтеров. При этом материал, используемый для 3D печати, по плотности должен быть приближен к плотности паренхимы почки живого человека - тем самым иметь возможность выполнения резекции и ушивания раны стандартными инструментами, используемыми при реальных операциях. Кроме того, материал должен быть прозрачным для обеспечения возможности визуальной оценки 3D печатной модели; по своим акустическим свойствам материал должен быть доступен для ультразвуковой визуализации - иметь возможность проведения УЗИ 3D печатной модели; должен быть термопластичным - иметь возможность многократного использования и применения. Кроме того, предпочтительно, чтобы 3D печатная модель имела все элементы нормальной и патологической анатомии почки (артерии, вены, ЧЛС, опухоль, конкременты), при этом данные элементы имели различную окраску. В качестве материала, отвечающего перечисленным требованиям, может быть использован материал с твердостью по тесту «Shore® Test» А (для мягких полимерных материалов (понимается сопротивление материала вдавливанию наконечника определенной формы под действием силы давления пружины) не более 30 единиц). Из всех материалов, используемых для 3D печати, более близким к таким показателям плотности является силикон. Кроме того, данный материал при оценке его акустических свойств имеет хорошие характеристики для ультразвуковой визуализации. Для 3D печати предпочтительно использовать 3D принтер с несколькими соплами для реализации возможности цветной печати элементов модели почки, а также выполнение печати различными материалами с разными физическими свойствами.The second block of the simulator, a soft 3D printed model of the kidney 2, is a model of the vascular system of the kidney 17 (including arteries and veins) and a model of the renal pelvis system 18 (CLS) located in the model of the kidney parenchyma (see Fig. 6 and Fig. 7 ). In this block, it is important to choose the materials for the manufacture of the elements mentioned, which enable 3D printing of the vascular system 17 and CLS 18 using 3D printers. At the same time, the material used for 3D printing should be close in density to the density of the parenchyma of the kidney of a living person - thereby having the ability to resect and suture the wound with standard tools used in real operations. In addition, the material must be transparent to allow visual assessment of the 3D printed model; According to its acoustic properties, the material must be available for ultrasound imaging - be able to carry out an ultrasound of the 3D printed model; must be thermoplastic — be reusable and reusable. In addition, it is preferable that the 3D printing model has all the elements of the normal and pathological anatomy of the kidney (arteries, veins, CLS, tumor, calculi), while these elements have different colors. As a material that meets these requirements, a material with a hardness according to “Shore® Test” A (for soft polymeric materials (this means the resistance of a material to the indentation of a tip of a certain shape under the force of a spring pressure)) can be used. Of all the materials used for 3D printing, silicone is closer to that density. In addition, when evaluating its acoustic properties, this material has good characteristics for ultrasound imaging. For 3D printing, it is preferable to use a 3D printer with several nozzles to realize the possibility of color printing of elements of the kidney model, as well as performing printing with various materials with different physical properties.

В одном из вариантов осуществления изобретения модель сосудистой системы 17 модели почки была выполнена из полиактидного (PLA) пластика с использованием 3D печати, модель ЧЛС 18 выполнена полой из водорастворимого поливинилацетатного пластика (PVA). Модель паренхимы выполнена из более мягкого материала - прозрачного двухкомпонентного силикона ENCAPSO K (производитель Smooth-on) - безусадочный литьевой силикон для форм, твердость по Шору А: 15 - (мягкий)). Модель опухоли также выполнена из данного вида силикона с добавлением красителей. Модели конкрементов изготавливались из мела и связующего наполнителя в виде клея с целью придания естественной окраски были добавлены красители.In one of the embodiments of the invention, the model of the vascular system 17 of the kidney model was made of polyactidic (PLA) plastic using 3D printing, the CLS model 18 is made hollow of water-soluble polyvinyl acetate plastic (PVA). The parenchyma model is made of softer material - transparent two-component silicone ENCAPSO K (manufacturer Smooth-on) - non-shrinking casting silicone for forms, Shore A hardness: 15 - (soft)). The tumor model is also made of this type of silicone with the addition of dyes. Concrement models were made of chalk and a binder filler in the form of glue to add a natural coloration were added dyes.

Модель почки 2 помимо перечисленных элементов также снабжена элементами крепления (20-23 на фиг. 9) к рычагу 11 третьего блока, которое может быть разъемным. В предпочтительном варианте осуществления изобретения предлагается использовать в качестве крепежного элемента «ласточкин хвост», одна часть которого 20 закреплена на модели почки 2 со стороны ЧЛС 18, а ответная часть 21 - на рычаге 11. Такое выполнение соединения рычага 11 с моделью почки 2 обеспечивает легкую замену «отработанной» модели почки на новую для последующего использования в симуляторе. При этом рычаг 11 крепления гибкого вала 10 к мягкой модели почки 2 может быть изготовлен из тонкой металлической пластины, обеспечивающей необходимую степень свободы при воздействии хирургическими инструментами на модель почки в симуляторе при выполнении тренинга, что имитирует реальный процесс смещения почки в забрюшинном пространстве. Кроме того, модель почки может быть снабжена двумя гибкими шлангами 19, герметично соединенными через двойной штуцер (на фигурах не показан) с ЧЛС 18, через которые обеспечивается рециркуляция жидкости внутри чашечно-лоханочной системы, один из которых предназначен для подачи жидкости, например, рентген-контрастного вещества для осуществления пункции ЧЛС под ультразвуковым контролем или под рентгеном, а второй - для отвода жидкости из ЧЛС с целью имитации естественных условий выполнения чрескожных пособий. Второй гибкий шланг может быть выполнен с возможностью перекрытия канала для создания полного наполнения ЧЛС на этапе создания доступа в ЧЛС как под ультразвуковым, так и под рентгенологическим контролем.The model of the kidney 2, in addition to the listed elements, is also equipped with fastening elements (20-23 in FIG. 9) to the lever 11 of the third block, which may be detachable. In a preferred embodiment of the invention it is proposed to use as a dovetail fastener, one part of which 20 is fixed on the model of kidney 2 on the side of CLS 18, and the counter part 21 on the lever 11. Such a connection of the lever 11 with the model of the kidney 2 provides an easy Replacing the “spent” kidney model with a new one for subsequent use in the simulator. At the same time, the lever 11 for fastening the flexible shaft 10 to the soft model of the kidney 2 can be made of a thin metal plate that provides the necessary degree of freedom when the surgical instrument acts on the model of the kidney in the simulator when performing training, which simulates the actual process of displacement of the kidney in the retroperitoneal space. In addition, the kidney model can be equipped with two flexible hoses 19, tightly connected via a double nipple (not shown) to CLS 18, through which fluid is recirculated inside the pelvis pelvis system, one of which is designed to deliver fluids, -contrast substance for the implementation of the CLS puncture under ultrasound guidance or under x-ray, and the second - to drain the fluid from the CLS in order to simulate the natural conditions of performing percutaneous benefits. The second flexible hose can be made with the possibility of overlapping the channel to create a complete filling of the CLS at the stage of creating access to the CLS both under ultrasound and under radiological control.

Третий блок включает съемную крышку 7 для входного отверстия торцевой стенки с подвижно закрепленным в ней узлом, включающим гибкий вал 10, который может быть выполнен из любого материала, обеспечивающего сохранение формы после изгиба. В примере конкретного выполнения данный вал 10 был выполнен металлическим. Один конец вала 10 соединен с рычагом 11 - держателем мягкой модели почки, с помощью, например, фиксирующего кольца 22 и винтов 23. Противоположный конец вала 10 снабжен ручкой 8 для удобства корректировки положения мягкой модели почки 2 при ее размещении в полости 16 корпуса. При этом корректировка положения модели почки может осуществляться посредством возвратно-поступательного перемещения гибкого вала 10 через соответствующее отверстие в крышке 6, вращения вала и его изгиба в требуемом направлении. Положение гибкого вала в крышке может быть зафиксировано любыми известными из уровня техники средствами, например, с помощью элементов 9, 26, 27 и 28 (см. фиг. 9). При этом проходная муфта 9 закрепляется на торцевой стенке 6 посредством фиксации гайкой 27 трубчатой части 26. Зажимная конусная гайка 28 позволяет при затягивании фиксировать положение гибкого вала 10, проходящего внутри трубчатой части 26. Продольное перемещение вала 10 в муфте 9 обеспечивается посредством возвратно-поступательного перемещения ручки 8 при ослабленной гайке 28, угловое положение - посредством вращения ручки 8 по часовой или против часовой стрелки. Рычаг 11 снабжен со стороны мягкой модели почки 2 ответной частью крепления типа «ласточкин хвост» 21 (см. фиг. 7-10). Крепления («ласточкин хвост») 21 на рычаге 11 и 20 на мягкой модели почки 2 позволяют в конечном итоге выполнить жесткую связь (соединение) между мягкой моделью почки 2 и ручкой 8. Таким образом, изменение положения ручки 8 позволяет управлять положением мягкой модели почки 2 внутри полости 16, при этом крышка 7 через отверстия 24 плотно прикреплена к торцевой стенке 6 (крепление на фигурах не показано), зажимная конусная гайка 28 ослаблена, мягкая модели почки 2 с помощью креплений 20 и 21 зафиксирована на рычаге 11, рычаг 11 свободно перемещается и вращается внутри трубчатой части 26 проходной муфты 9. Крышка 7 помимо отверстия для размещения трубчатой части 26 проходной муфты 9 содержит два отверстия 29 для вывода гибких шлангов 19 от модели почки и отверстия 24 для ее крепления к торцевой стенке 6. Таким образом, конструктивное решение третьего блока обеспечивает возможность произвольного поворота почки в полости, имитирующей забрюшинное пространство, с целью максимально точного размещения модели почки в соответствующей полости корпуса симулятора при его изготовлении, что обеспечивает максимальную правдоподобность тренинга оперативного вмешательства.The third block includes a removable cover 7 for the inlet of the end wall with a movably fixed node in it, including a flexible shaft 10, which can be made of any material that ensures the preservation of the shape after bending. In a specific embodiment, this shaft 10 was made of metal. One end of the shaft 10 is connected to the lever 11 by a holder of a soft model of the kidney, using, for example, a locking ring 22 and screws 23. The opposite end of the shaft 10 is provided with a handle 8 for conveniently adjusting the position of the soft model of the kidney 2 when it is placed in the cavity 16 of the housing. In this case, the adjustment of the position of the kidney model can be carried out by reciprocating movement of the flexible shaft 10 through the corresponding hole in the cover 6, rotation of the shaft and its bending in the desired direction. The position of the flexible shaft in the cover can be fixed by any means known in the art, for example, using elements 9, 26, 27 and 28 (see FIG. 9). In this case, the coupling sleeve 9 is fixed on the end wall 6 by fixing the nut 27 to the tubular part 26. The clamping taper nut 28 allows, when tightening, to fix the position of the flexible shaft 10 passing inside the tubular part 26. Longitudinal movement of the shaft 10 in the coupling 9 is provided by reciprocating movement knobs 8 with a loose nut 28, the angular position - by rotating the knob 8 clockwise or counterclockwise. The lever 11 is supplied from the side of the soft model of the kidney 2 with the counterpart of the dovetail mount 21 (see Fig. 7-10). The fasteners (“dovetail”) 21 on the lever 11 and 20 on the soft model of the kidney 2 allow you to ultimately make a rigid connection (connection) between the soft model of the kidney 2 and the handle 8. Thus, changing the position of the handle 8 allows you to control the position of the soft model of the kidney 2 inside the cavity 16, while the cover 7 through the holes 24 is tightly attached to the end wall 6 (the fastening is not shown in the figures), the clamping taper nut 28 is loosened, the soft models of the kidney 2 are fixed on the lever 11 by fasteners 20 and 21, the lever 11 is free moves and rotates inside the tubular part 26 of the bushing 9. The lid 7, in addition to the opening for accommodating the tubular part 26 of the through bushing 9, contains two holes 29 for taking out the flexible hoses 19 from the kidney model and the holes 24 for attaching it to the end wall 6. Thus, the constructive solution of the third block provides the possibility of arbitrary rotation of the kidney in the cavity, simulating the retroperitoneal space, with the aim of the most accurate placement of the kidney model in the corresponding cavity of the simulator body during its manufacture, which provides maximum cial plausibility surgery training.

Для обеспечения устойчивого положения симулятора на опорной поверхности во время проведения обучающей операции на нижней стенке его корпуса 12 выполнены ножки 25 из противоскользящего материала (например - резины) (см. фиг. 2, 3).To ensure a stable position of the simulator on the supporting surface during the training operation on the lower wall of its body 12, legs 25 are made of an anti-slip material (for example, rubber) (see Figs. 2, 3).

Перед проведением тренинга мягкую модель почки 2 соединяют с рычагом 11 с помощью креплений (в рассматриваемом варианте выполнения - позиции 20 и 21 - «ласточкин хвост»). Гибкие шланги 19 от ЧЛС 18 пропускают через отверстия 29 в крышке корпуса 7. Зажимную конусную гайку 28 ослабляют для обеспечения продольного и углового перемещения гибкого вала 10 внутри проходной муфты 9. Симулятор 1 устанавливают на торцевую стенку 6 и через отверстие 15 заполняют полость 16 гелем высокой вязкости для УЗИ на 3/4-4/5 ее объема. После чего в данной полости с гелем размещают модель почки в соответствии с естественным физиологическим ее положением с воссозданием соотношений с естественными костными ориентирами (ребра, тела позвонков, кости таза), после чего заливают гелем оставшийся объем данной полости и закрывают отверстие 15 крышкой 7. Далее, с помощью ручки 8 корректируют положение мягкой модели почки 2 внутри полости 16, при этом выполняют ее продольное перемещение и/или вращение. После установки мягкой модели почки 2 в требуемое положение вал 10 фиксируют посредством вращения зажимной конусной гайки 28.Before carrying out the training, the soft model of the kidney 2 is connected to the lever 11 with the help of fasteners (in the considered embodiment, the positions 20 and 21 - “dovetail”). Flexible hoses 19 from CLS 18 are passed through the holes 29 in the cover of the housing 7. The clamping taper nut 28 is loosened to provide longitudinal and angular movement of the flexible shaft 10 inside the gland 9. The simulator 1 is mounted on the end wall 6 and through the hole 15 is filled with a cavity 16 gel high viscosity for ultrasound at 3 / 4-4 / 5 of its volume. After that, a model of the kidney is placed in this cavity with the gel in accordance with its natural physiological position, recreating correlations with natural bone landmarks (ribs, vertebral bodies, pelvic bones), and then pour the remaining volume of this cavity with gel and cover 15 with the lid 7. Next , using the handle 8 corrects the position of the soft model of the kidney 2 inside the cavity 16, while performing its longitudinal movement and / or rotation. After installing a soft model of the kidney 2 in the desired position, the shaft 10 is fixed by rotating the clamping cone nut 28.

Для проведения операции на мягкой модели почки 2 симулятор 1 устанавливают в горизонтальное положение и подключают к гибким шлангам 19 внешнюю систему (на фигурах не показана) для обеспечения циркуляции жидкости в ЧЛС 18.For the operation on the soft model of the kidney 2, the simulator 1 is placed in a horizontal position and an external system is connected to the flexible hoses 19 (not shown in the figures) to ensure the circulation of fluid in CLS 18.

Далее представлено подробное описание способа изготовления мягкой модели почки и симулятора.Below is a detailed description of the method of manufacturing a soft model of the kidney and simulator.

Технологический процесс создания 3D печатных моделей включает в себя несколько этапов. На первом этапе выполняют МСКТ или МРТ исследуемого участка с контрастным усилением. Затем полученные данные в формате DICOM/PACS при помощи использования различных систем программного обеспечения преобразуют в компьютерные 3D модели. Полученные 3D модели интересуемой области (части тела с костными ориентирами в области расположения почки, почки, сосудистой системы и ЧЛС, элементов патологии почки (например, опухоли)) при помощи программного обеспечения обрабатывают применительно к различным технологиям 3D печати, и, в последующем, при помощи различных видов 3D принтеров производят печать 3D моделей. Отдельно изготавливают оболочку лоханки ЧЛС, изготавливают и собирают силиконовую форму для изготовления 3D мягкой модели почки. Далее с помощью полученной формы изготавливают модель почки. Для получения модели почки с полой ЧЛС в полученной модели почки вымывают область ЧЛС.The technological process of creating 3D printed models includes several stages. At the first stage, MSCT or MRI of the investigated area is performed with contrast enhancement. Then the data obtained in the DICOM / PACS format using the various software systems is converted into computer 3D models. The obtained 3D models of the region of interest (parts of the body with bone landmarks in the area of the kidney, kidney, vascular system and CLS, elements of the kidney pathology (for example, a tumor)) are processed with the help of various 3D printing technologies, and later using various types of 3D printers to print 3D models. Separately, the shell of the pelvis of the CLS is manufactured, the silicone mold is manufactured and assembled for the manufacture of a 3D soft model of the kidney. Next, using the form obtained make a model of the kidney. To obtain a model of a kidney with a hollow CLS in the resulting model of a kidney, wash out the area of the CLS.

Ниже более подробно представлено описание выполнения каждого этапа.Below is a more detailed description of the implementation of each stage.

На первом этапе после проведения МСКТ и/или МРТ на основании полученных данных исследования выполняют построение 3D моделей интересуемой анатомической области пациента.At the first stage, after conducting MSCT and / or MRI, based on the obtained research data, 3D models are constructed to the patient's anatomical region of interest.

Построение 3D моделей может быть осуществлено с использованием программы «Amira 5.4» [(разработчик: 1995-2013 гг., Konrad-Zuse-Zentrum Berlin (ZIB); 1999-2013 гг., VSG)] для персонального компьютера.Building 3D models can be carried out using the Amira 5.4 program [(developed by: 1995-2013, Konrad-Zuse-Zentrum Berlin (ZIB); 1999-2013, VSG)] for a personal computer.

В конкретном примере реализации изобретения исследования были выполнены на мультиспиральных компьютерных томографах Toshiba Aquilion One 640 или Toshiba Aquilion multi 320 (Япония). Протокол проведения исследования 3 Phase Kidneys, в положении пациента лежа на спине (параметры съемки: режим исследования спиральный, толщина среза 0,5 мм, напряжение 120 kV, сила тока 80 mA, скорость вращения трубки 0,5 сек, зона исследования: от купола диафрагмы до лобкового сочленения) с внутривенным контрастированием, с последующим построением мультипланарных реконструкций и 3D моделей.In a specific example of implementation of the invention, studies were performed on Toshiba Aquilion One 640 or Toshiba Aquilion multi 320 (Japan) multispiral computer tomographs. Test report 3 Phase Kidneys, in the patient's position supine (shooting parameters: the test mode is spiral, slice thickness 0.5 mm, voltage 120 kV, current 80 mA, tube rotation speed 0.5 sec, research zone: from the dome diaphragm to the pubic articulation) with intravenous contrast, followed by the construction of multiplanar reconstructions and 3D models.

Для получения качественных 3D моделей почек толщина среза при исследовании в каждой фазе контрастирования не должна превышать 1 мм. Запись исследования была сделана на CD или DVD в формате «Dicom» с шагом, равным толщине среза в каждой фазе.To obtain high-quality 3D models of the kidneys, the slice thickness in the study in each phase of contrast should not exceed 1 mm. The research was recorded on a Dicom CD or DVD in increments equal to the slice thickness in each phase.

В результате выполнения МСКТ с контрастированием возможно получение 4-х трехмерных изображений исследуемого пациента в соответствие с фазами выполняемого исследования: нативной, артериальной, венозной и экскреторной. Получаемые при МСКТ мультипланарные построения позволяют получать фактически полную информацию об опухолевом процессе в почке. В каждой фазе визуализирутся различные анатомические составляющие почки. Для получения 3D изображения почки необходимо совмещение всех фаз исследования. Для получения единой картины левой и правой почки одновременно проводят выделение по отдельности правой и левой почки из данных артериальной фазы. Для интеграции других анатомических структур почки выравнивание производят к данным артериальной фазы правой и левой почки с околопочечными структурами по отдельности. При построении 3D модели почки у больного с наличием конкрементов, реализуют такой же алгоритм с изображениями нативной фазы исследования, тем самым совмещая конкременты с элементами чашечно-лоханочной системы.As a result of performing MSCT with contrasting, it is possible to obtain 4 three-dimensional images of the examined patient in accordance with the phases of the study being performed: native, arterial, venous, and excretory. The multiplanar constructions obtained by MSCT make it possible to obtain virtually complete information about the tumor process in the kidney. In each phase, various anatomical components of the kidney are visualized. To obtain a 3D image of the kidney, it is necessary to combine all phases of the study. To obtain a single picture of the left and right kidney, they simultaneously separate the right and left kidney from the data of the arterial phase. To integrate other anatomical structures of the kidney, alignment is performed to the data of the arterial phase of the right and left kidney with pararenal structures separately. When constructing a 3D model of the kidney in a patient with the presence of calculi, they implement the same algorithm with images of the native phase of the study, thereby combining the calculi with the elements of the cup-pelvis-plating system.

На данном этапе получают также 3D модель в режиме стандартного просмотра, в которой может быть оценена анатомия расположения почки в брюшной полости, необходимая при изготовления симулятора, а также сосудистая анатомия органа. Просматривают 3D модель с созданием прозрачности построенных органов и систем организма для лучшего понимания внутриорганной анатомии удалением и без удаления ее составных частей.At this stage, a 3D model is also obtained in the standard viewing mode, in which the anatomy of the location of the kidney in the abdominal cavity, necessary for the manufacture of the simulator, as well as the vascular anatomy of the organ, can be assessed. They look through the 3D model with the creation of transparency of the constructed organs and body systems for a better understanding of intraorganic anatomy by removal and without removal of its components.

На втором этапе из полученных первичных моделей удаляют артефакты, сглаживают сетку полигонов, в требуемых местах добавляют толщину к стенкам 3D модели, что обуславливается необходимостью для методики 3D печати, исправляют места перекрытия стенок сосудов друг другом. Для фиксации моделей сосудистой и чашечно-лоханочной систем внутри заливаемой формы моделируют основание для их крепления. В модель ЧЛС в зоне мочеточника интегрируют модель кольца штуцера для последующего вымывания водорастворимого поливинилацетатного (PVA) материала из области ЧЛС. После всех операций моделируют общую объединенную форму всех полученных моделей для изготовления силиконовой формы. Обработку 3D моделей производят, например, в бесплатных программах: Meshmixer (Autodesk, Inc., San Rafael, CA, США) и Blender (Blender Foundation, Нидерланды, Нидерланды, программное обеспечение с открытым исходным кодом) (см. фиг. 10).At the second stage, artifacts are removed from the obtained primary models, the polygon mesh is smoothed, in the required places thickness is added to the walls of the 3D model, which is caused by the need for 3D printing techniques, and the places where the vessel walls overlap each other are corrected. For fixation of models of the vascular and pancock pelvis systems within the poured form, simulate the base for their attachment. In the model of CLS in the area of the ureter, a model of a choke ring is integrated for the subsequent leaching of water-soluble polyvinyl acetate (PVA) material from the CLS area. After all operations, the overall combined form of all the models obtained for the manufacture of silicone molds is modeled. 3D models are processed, for example, in free programs: Meshmixer (Autodesk, Inc., San Rafael, CA, USA) and Blender (Blender Foundation, Netherlands, Netherlands, open source software) (see Fig. 10).

На третьем этапе полученные на втором этапе компьютерные модели подготавливают для 3D печати, например, по технологии FDM с помощью бесплатного программного обеспечения «Cura» с открытым исходным кодом. Печать осуществляют из PLA пластика на 3D принтере с 4-мя соплами (2 сопла принтера используют для цветных пластиков, одно сопло - для пластика поддержки, одно сопло - для печати ЧЛС водорастворимым пластиком PVA).At the third stage, computer models obtained at the second stage are prepared for 3D printing, for example, using FDM technology using free open source Cura software. Printing is carried out from PLA plastic on a 3D printer with 4 nozzles (2 printer nozzles are used for colored plastics, one nozzle is for support plastic, one nozzle is for printing CLS with water-soluble PVA plastic).

Выбор такой сложной схемы печати обусловлен сложностью полученных моделей, в которых сосудистая и чашечно-лоханочная модели (водорастворимый пластик PVA) взаимно пересекаются друг с другом, и разделить их для раздельной печати невозможно. В случае простых моделей, когда разделение сосудистой системы и ЧЛС возможно, их 3D печать осуществляется раздельно, и полученные изделия собираются вместе после печати (см. фиг. 11).The choice of such a complex printing scheme is due to the complexity of the models obtained in which the vascular and cup-pelvis models (water-soluble PVA plastic) intersect each other, and it is impossible to separate them for separate printing. In the case of simple models, when the separation of the vascular system and CLS is possible, their 3D printing is carried out separately, and the resulting products come together after printing (see Fig. 11).

Общее время первичной печати всех элементов 3D модели почки в зависимости от сложности модели может составлять от 10 до 20 часов.The total time of primary printing of all elements of the 3D model of the kidney, depending on the complexity of the model, can be from 10 to 20 hours.

На четвертом этапе изготавливают оболочку лоханки ЧЛС. Внешнюю часть лоханки напечатанной модели ЧЛС покрывают армирующей тканью, пропитанной силиконом, используемым для отливки тела почки, на мочеточник (в зоне соединения с гибкими шлангами 19) устанавливают усиливающее кольцо штуцера (на фигурах не показано).At the fourth stage, the shell of the pelvis is manufactured. The outer part of the pelvis of the printed CLS model is coated with a reinforcing fabric impregnated with silicone used for casting the kidney body, and an ureator reinforcement ring is installed on the ureter (in the joint area with flexible hoses 19) (not shown in the figures).

На пятом этапе изготавливают силиконовую форму для финальной модели - мягкой модели почки 2 (см. фиг. 12). Напечатанную форму для литья помещают в контейнер и ее первую половину заливают силиконом. После отвердения силикона вторую половину формы обрабатывают разделительной смазкой и также заливают силиконом. Сверху 3D модели закладывают литник для заливки силикона. После полимеризации силикона, форму разбирают, внутрь помещают и закрепляют собранную напечатанную сосудистую систему 17 и ЧЛС 18 с установленным штуцером, элемент ее удержания располагают внутри формы. В качестве силикона используют прозрачный двухкомпонентный силикон ENCAPSO K (производитель Smooth-on) - безусадочный литьевой силикон для форм твердость по Шору А: 15 (мягкий).At the fifth stage, silicone molds are made for the final model, the soft model of the kidney 2 (see Fig. 12). The printed casting mold is placed in a container and its first half is filled with silicone. After curing of the silicone, the second half of the form is treated with release agent and also poured with silicone. At the top of the 3D model, a sprue for pouring silicone is laid. After polymerization of the silicone, the form is disassembled, the assembled printed vascular system 17 and CLS 18 with the nozzle installed are placed inside and fixed, the holding element is positioned inside the form. As silicone, use transparent two-component silicone ENCAPSO K (manufacturer Smooth-on) - non-shrinking casting silicone for forms Shore A hardness: 15 (soft).

На шестом этапе в собранную форму с установленными моделями сосудистой системы и ЧЛС, заливают прозрачный состав, формирующий тело мягкой модели почки 2.At the sixth stage in the assembled form with the established models of the vascular system and CLS, pour a transparent composition that forms the body of a soft model of the kidney 2.

В зависимости от поставленной задачи тело почки может быть сформировано из прозрачного двухкомпонентного состава либо из термопластичного геля.Depending on the task, the body of the kidney can be formed from a transparent two-component composition or from a thermoplastic gel.

Прозрачные двухкомпонентные составы (в основном, силикон) обладают более высокой прочностью к механическим, термическим и химическим воздействиям и наиболее удобны для изготовления моделей почек, как для учебных целей, так и для предоперационной подготовки и информационного обеспечения в процессе хирургической операции. Термопластичные прозрачные составы заливают в форму в разогретом состоянии в жидкой фазе, которые затвердевают после остывания.Transparent two-component compositions (mainly silicone) have a higher resistance to mechanical, thermal and chemical influences and are most convenient for making models of kidneys, both for educational purposes and for preoperative preparation and information support in the course of surgical operation. Thermoplastic transparent formulations are poured into a mold in a heated state in the liquid phase, which solidify after cooling.

На седьмом этапе производят вымывание системы ЧЛС. Полученный макет почки помещают в теплую воду (30-50 градусов), к штуцеру подключают шланг от циркуляционного насоса, и в течение нескольких часов осуществляют растворение и вымывание водорастворимого пластика, которым была напечатана модель ЧЛС. Время вымывания водорастворимого пластика зависит от сложности формы ЧЛС и варьируется в диапазоне от 3 до 24 часов.At the seventh stage, the CLS system is washed out. The resulting mock-up of the kidney is placed in warm water (30-50 degrees), the hose from the circulating pump is connected to the fitting, and the water-soluble plastic with which the CLS model is printed dissolves and leaches out for several hours. The leaching time of water-soluble plastic depends on the complexity of the shape of CLS and varies from 3 to 24 hours.

Общее время на изготовление первичной модели почки составляет 4 дня, последующие аналогичные повторные модели могут быть изготовлены за 2 дня.The total time for the manufacture of the primary model of the kidney is 4 days, the subsequent similar repeated models can be made in 2 days.

При создании 3D мягких печатных моделей почки могут быть использованы различные материалы для качественного визуального отличия внутренних структур почки. Помимо различных материалов, каждая внутренняя структура может иметь свою определенную идентифицирующую окраску. В одном из вариантов исполнения паренхима модели была произведена из полупрозрачного, эластичного, схожего по мягкости с нативной почкой термопластичного материала. Аналогичный материал использовался и для изготовления опухоли, однако для лучшей визуализации был использован темно-коричневый краситель. ЧЛС и сосуды были изготовлены из более жесткого PLA пластика, при этом были выбраны следующие цвета: ЧЛС - желтый; сосуды (артерии и вены) - красный и синий соответственно (см. фиг. 13).When creating 3D soft printed models of the kidney, various materials can be used to qualitatively distinguish the internal structures of the kidney. In addition to various materials, each internal structure can have its own specific identifying color. In one of the embodiments, the parenchyma of the model was produced from a translucent, elastic, thermoplastic material similar in softness to the native kidney. A similar material was used to make a tumor, but a dark brown dye was used for better visualization. CLS and vessels were made of more rigid PLA plastic, with the following colors chosen: CLS - yellow; vessels (arteries and veins) - red and blue, respectively (see Fig. 13).

Ниже представлены примеры использования симулятора заявляемой конструкции.Below are examples of the use of the simulator of the claimed design.

Пример 1. Использование симулятора при планировании операции по удалению опухоли.Example 1. Using a simulator when planning a tumor removal operation.

Оценка эффективности применения 3D мягких печатных моделей почки была показана для хирургического лечения больных с локализованным раком паренхимы почки (ПКР) при планировании и выполнении органосохранного пособия (ОСО) в объеме лапароскопической резекции почки (ЛРП). Для этого в предоперационном периоде 5 больным с ПКР были изготовлены 3D мягкие печатные модели почки по технологии изготовления, описанной ранее. Данные пациентов представлены в Таблице 1.Evaluation of the effectiveness of 3D soft printing models of the kidney was shown for the surgical treatment of patients with localized kidney parenchyma cancer (CRP) in planning and executing organ-preserving aids (CCA) in the volume of laparoscopic kidney resection (LRS). For this purpose, in the preoperative period, 5 soft printed kidney models according to the manufacturing technology described earlier were made to 5 patients with CRP. Patient data is presented in Table 1.

В созданных пяти 3D мягких печатных моделях почки с опухолями была анатомически точно воссоздана форма и структура почки. Во всех 5 печатных моделях были выполнены элементы нормальной и патологической анатомии почек: ЧЛС, почечные вены и артерии, а также опухолевые новообразования.The shape and structure of the kidney was anatomically accurately recreated in the created five 3D soft printed models of the kidney with tumors. In all 5 printed models, elements of the normal and pathological anatomy of the kidneys were performed: CLS, renal veins and arteries, and also tumor neoplasms.

После изготовления 3D мягких печатных моделей было проведено предоперационное планирование. Для оценки эффективности 3D мягких печатных моделей в предоперационном планировании было проведено двухэтапное анкетирование. На первом этапе анкетируемые проводили планирование предстоящих операций на основании данных о пациентах без 3D мягких напечатанных моделей почки, на втором этапе к имеющимся данным были предоставлены 3D мягкие напечатанные модели почек. В анкетировании принимали участие 5 оперирующих хирургов.After producing 3D soft printed models, preoperative planning was carried out. To assess the effectiveness of 3D soft print models in preoperative planning, a two-stage survey was conducted. At the first stage, the respondents carried out planning of forthcoming operations based on data about patients without 3D soft printed kidney models, at the second stage 3D soft printed models of the kidneys were provided with available data. The survey involved 5 operating surgeons.

Анкеты содержали 4 основных вопроса предоперационного планирования (Таблица 2).The questionnaires contained 4 main questions of preoperative planning (Table 2).

При ответе на первый вопрос 3 из 5 хирургов изменили свой потенциальный подход к предстоящему оперативному вмешательству как минимум 1 раз.When answering the first question, 3 out of 5 surgeons changed their potential approach to the upcoming surgery at least 1 time.

При ответе на второй вопрос анкеты использование в планировании 3D мягких печатных моделей повлияло на решение двух врачей, которые предпочли лапароскопический вид доступа.When answering the second question of the questionnaire, the use of soft printed models in planning 3D influenced the decision of two doctors, who preferred a laparoscopic approach.

Отвечая на третий вопрос анкеты 4 хирурга изменили свое решение о виде доступа, использовав в качестве предоперационного планирования 3D мягкие печатные модели.Answering the third question of the questionnaire, 4 surgeons changed their decision on the type of access, using 3D soft printed models as preoperative planning.

При ответе на последний четвертый вопрос о способе временного гемостаза на момент резекции визуализация внутрипочечных сосудов, используемых 3D мягких печатных моделей почки, позволили изменить решение о способе временного гемостаза у всех участников анкетирования как минимум 1 раз.When answering the last fourth question about the method of temporary hemostasis at the time of resection, the visualization of the intrarenal vessels used 3D soft printed models of the kidney, allowed to change the decision on the method of temporary hemostasis in all survey participants at least 1 time.

По результатам анкетирования, все 5 хирургов хотя бы 1 раз изменили свое решение о планируемой хирургической тактике после планирования операции на 3D мягких печатных моделях почки с опухолью. Таким образом, использование 3D печатных моделей почки с опухолью помогает в планировании предстоящего оперативного вмешательства в сравнении со стандартными данными простых визуализирующих методов предоперационного обследования.According to the results of the survey, all 5 surgeons at least once changed their decision on the planned surgical tactics after planning an operation on 3D soft printed models of the kidney with a tumor. Thus, the use of 3D printed models of the kidney with a tumor helps in planning the forthcoming surgical intervention in comparison with the standard data of simple imaging methods of preoperative examination.

На втором этапе данного исследования всеми хирургами был проведен предоперационный лапароскопический тренинг по выполнению резекции на каждой из 3D мягких печатных моделей почки с опухолью. Во время тренинга выполнялась резекция почки с опухолью, после которой хирург проводил осмотр дна резекции и поверхности резецированной опухоли. При этом оценивалось отсутствие положительного хирургического края. Так как опухоль была напечатана другим цветом, то остающаяся часть опухоли в дне была хорошо видна. Кроме того, при осмотре дна резекции определялась близость расположения элементов ЧЛС, тем самым создавалась возможность прогнозирования повреждения последних, а также соотношения с сосудами почки. В двух моделях удалось выполнить печать сосудов, подходящих к опухоли, и во время резекции производилось пересечение последних в дне раны.At the second stage of this study, all surgeons conducted preoperative laparoscopic training to perform resection on each of the 3D soft printed models of the kidney with a tumor. During the training, a resection of the kidney with a tumor was performed, after which the surgeon examined the resection bottom and the surface of the resected tumor. The absence of a positive surgical margin was assessed. Since the tumor was printed in a different color, the remaining part of the tumor in the bottom was clearly visible. In addition, when examining the bottom of the resection, the proximity of the elements of the CLS was determined, thereby creating the possibility of predicting damage to the latter, as well as the relationship with the kidney vessels. In two models, it was possible to print the vessels suitable for the tumor, and during the resection, the latter were intersected at the bottom of the wound.

При тренинге каждый из 5 участвовавших в исследовании хирургов мог выполнить тренинг по 1 разу на каждой из 5 3D мягких печатных моделях почки с опухолью, без дополнительного изготовления моделей. Такая возможность была обусловлена тем, что используемый для 3D печати материал обладал свойством термопластичности. При нагревании и дальнейшем сопоставлении поверхностей резецированной модели почки и опухоли при помощи промышленного электрофена до температуры 200-250°С модели почки были полностью восстановлены с изначальными параметрами. Эта особенность напечатанных 3D мягких моделей почки является важным преимуществом, позволяющим использовать данную 3D модель почки несколько раз для отработки навыков высокотехнологичных методов оперативного вмешательства.During the training, each of the 5 surgeons participating in the study could perform the training 1 time on each of the 5 3D soft printed models of the kidney with a tumor, without additional fabrication of the models. This possibility was due to the fact that the material used for 3D printing had the property of thermoplasticity. By heating and further comparing the surfaces of the resected kidney model and the tumor with the help of an industrial electrophen to a temperature of 200-250 ° C, the kidney models were completely restored with the original parameters. This feature of the printed 3D soft models of the kidney is an important advantage, allowing you to use this 3D model of the kidney several times to practice the skills of high-tech surgical techniques.

Все пациенты после выполненных тренингов были прооперированы одним хирургом (хирург №1). Больным были осуществлены ОСО в объеме ЛРП из трансперитонеального доступа.All the patients after the completed trainings were operated on by one surgeon (surgeon No. 1). The patients underwent CCA in the amount of PFS from trans-peritoneal access.

По итогам проведенных исследований был сделан вывод о перспективности применения заявляемого симулятора для планирования, навигации, освоения и совершенствования навыков высокотехнологичных оперативных вмешательств в лечении пациентов с ПКР, так как воссоздается высокоточная трехмерная мягкая физическая модель почки с ПКР каждого конкретного пациента. Применяемые для 3D печати полупрозрачные материалы позволяли видеть всю внутреннюю анатомию почки через полупрозрачную паренхиму, кроме того, визуализировалась и патологическая анатомия объемного образования, тем самым обеспечивая наиболее полное понимание расположения опухоли и упрощая планирование хирургического вмешательства. Физические свойства материалов, использованных для 3D печати моделей почек, были высоко оценены 5 хирургами, которые осуществляли лапароскопический тренинг. По мнению данных врачей, такие параметры, как эластичность и плотность, практически не отличались от интраоперационных ощущений при проведении реальной операции. Имитация приближенной к реальной почечной ткани позволяет врачу приобрести необходимые тактильные навыки во время проводимого тренинга вне операционной на 3D мягких печатных моделях с опухолью. Другим преимуществом изготовленных 3D мягких печатных моделей является возможность их многоразового использования для отработки навыков высокотехнологичных методов оперативного вмешательства.According to the results of the research, it was concluded that the proposed simulator is promising for planning, navigating, mastering and improving the skills of high-tech surgical interventions in the treatment of patients with CRP, as the highly accurate three-dimensional soft physical model of the kidney with CRP of each individual patient is recreated. The translucent materials used for 3D printing made it possible to see the entire internal anatomy of the kidney through the translucent parenchyma, in addition, the pathological anatomy of the mass was visualized, thereby providing the most complete understanding of the location of the tumor and simplifying the planning of the surgical intervention. The physical properties of the materials used for 3D printing of models of the kidneys were highly appreciated by 5 surgeons who performed laparoscopic training. According to the data of doctors, such parameters as elasticity and density practically did not differ from intraoperative sensations during a real operation. Imitation close to the real renal tissue allows the doctor to acquire the necessary tactile skills during the ongoing training outside the operating room on 3D soft printed models with a tumor. Another advantage of the 3D soft printed models made is the possibility of their multiple use for practicing the skills of high-tech methods of surgical intervention.

Пример 2. Использование симулятора при отработке тактики хирургического лечения мочекаменной болезни почек (МКБ).Example 2. The use of a simulator in the development of tactics of surgical treatment of urolithiasis of the kidney (ICD).

Заявляемый симулятор был использован при отработке тактики хирургического лечения МКБ, особенно это значимо в лечении коралловидной формы течения заболевания. Несмотря на малую инвазивность ЧНЛТ, проведение данного вида хирургического лечения МКБ сопровождается развитием различных интраоперационных и послеоперационных осложнений. Самым опасным из осложнений является возникновение кровотечений в результате повреждения крупных сосудов почки.The inventive simulator was used in working out the tactics of surgical treatment of ICD, this is especially important in the treatment of the coral form of the disease. Despite the small invasiveness of the CNNT, the implementation of this type of ICD surgical treatment is accompanied by the development of various intraoperative and postoperative complications. The most dangerous of the complications is the occurrence of bleeding as a result of damage to the large vessels of the kidney.

Выполнение ЧНЛТ состоит из нескольких этапов: создание доступа в ЧЛС, расширение хода, подбор нефроскопа, разрушение и удаление конкремента. Самым основным и главным из всех этапов является осуществление пункции ЧЛС. От правильно выполненного доступа зависит исход всего предстоящего вмешательства и его эффективность. Выполнение доступа в ЧЛС при ЧНЛТ производится под ультразвуковым или рентгенологическим контролем. Для освоения данного хирургического приема врачу-хирургу требуется выполнение не менее 24 операций.The execution of a FNLT consists of several stages: creation of access to the CLS, extension of the course, selection of a nephroscope, destruction and removal of a calculus. The most basic and most important of all stages is the implementation of the puncture of the CLS. The outcome of the upcoming intervention and its effectiveness depend on the correct access. Access to the CLS at the FML is performed under ultrasound or radiological control. To master this surgical technique, the surgeon requires at least 24 operations.

Для освоения хирургического лечения пациентов с МКБ была выполнена работа по созданию небиологической 3D печатной модели почки для тренинга ЧНЛТ. Основной задачей данной полезной модели являлось использование ее с целью тренинга всех основных этапов операции в объеме ЧНЛТ под рентгенологическим и ультразвуковым контролем.In order to master the surgical treatment of patients with ICD, work was done to create a non-biological 3D printed kidney model for training NFMT. The main objective of this utility model was to use it for the purpose of training all the main stages of the operation in the volume of PNLT under x-ray and ultrasound monitoring.

Для полной имитации выполняемого тренинга ЧНЛТ модель включала две основные части. Первая из которых: воспроизведенная анатомически 3D мягкая печатная модель почки человека с созданной реалистичной сосудистой и полой собирательной системой почки с возможностью имитации (размещения) конкрементов каждого больного в ЧЛС, вторая часть - воспроизведенная при помощи методики 3D печати модель фрагмента туловища человека с созданием костных ориентиров (позвоночным столбом от уровня 11Th позвонка до уровня L5, S1 позвонков, ребер с 8 по 12, гребнем подвздошной кости таза), в данной части модели была сформирована полость с возможностью размещения 3D печатной мягкой модели почки в своем физиологическом положении и имитацией углов и уровня расположения, соответствующего естественным анатомическим расположениям. Согласно данным задачам и планам, была изготовлена модель для тренинга ЧНЛТ при помощи технологии 3D печати. Этапы изготовления 3D печатной полезной модели соответствовали технологии 3D печати, описанной выше. Для изготовления модели фрагмента туловища человека были использованы данные МСКТ одного из пациентов с МКБ.To fully simulate the performed training, the PNLT model included two main parts. The first of which: reproduced anatomically 3D soft printed model of a human kidney with a realistic vascular and hollow collecting system created by the kidney with the ability to imitate (accommodate) the concrements of each patient in CLS, the second part is a model of a human body fragment reproduced using 3D printing techniques with the creation of bone landmarks (vertebral column from the level of 11Th vertebra to the level of L5, S1 vertebrae, ribs from 8 to 12, with the iliac crest of the pelvis), in this part of the model, a cavity was formed with the possibility placing a 3D printed soft model of the kidney in its physiological position and simulating angles and level of location corresponding to the natural anatomical locations. According to these tasks and plans, a model was made for training NFTS using 3D printing technology. The stages of manufacturing a 3D printing utility model corresponded to the 3D printing technology described above. For the manufacture of a model of a human torso fragment, MSCT data from one of the patients with ICD were used.

Перед выполнением полноценного тренинга ЧНЛТ были проведены несколько опытов для оценки физических свойств материалов и 3D печатных моделей, необходимых для реалистичного тренинга. Первично для выполнения ЧНЛТ были изготовлены искусственные конкременты, которые по своим механических характеристикам соответствовали конкрементам реального пациента с МКБ с воссозданием плотности последних в величине от 1200 до 1500 единиц HU. Для изготовления конкрементов был использован мел и связующий наполнитель в виде клея, для придания естественной окраски были добавлены красители. На первом этапе конкременты были сформированы в произвольной форме без придания им формы конкретного больного.Before carrying out a full-fledged training for full-body training, several experiments were carried out to evaluate the physical properties of materials and 3D printing models necessary for realistic training. Primarily, artificial concrements were made to perform PNNLT, which, by their mechanical characteristics, corresponded to those of a real patient with ICD and recreated the density of the latter in the value from 1200 to 1500 HU. For the manufacture of calculus was used chalk and binder filler in the form of glue, to give a natural color were added dyes. At the first stage, the stones were formed in any form without giving them the shape of a particular patient.

Далее были проведены опыты с дезинтеграцией конкрементов при помощи различных вариантов литотрипсии - лазерная, ультразвуковая, пневматическая. При всех видах дробления искусственных конкрементов была достигнута полная дезинтеграция камней.Further, experiments were carried out with the disintegration of calculi with the help of various types of lithotripsy - laser, ultrasound, pneumatic. For all types of crushing of artificial stones, complete disintegration of stones was achieved.

Изготовленная ЧЛС в 3D печатной модели почки была герметична, что позволило наполнить ее рентген-контрастным веществом, и тем самым осуществить пункции ЧЛС не только под ультразвуковым контролем, но и под рентгеном.The produced CLS in the 3D printed model of the kidney was airtight, which made it possible to fill it with an X-ray contrast agent, and thus puncture the CLS not only under ultrasound guidance, but also under the X-ray.

Перед тренингом ЧНЛТ в ЧЛС с конкрементом 3D мягкой печатной модели почки через один из установленных гибких шлангов производилось подключение системы для подачи физиологического раствора и возможности введения рентген-контрастного вещества для контрастирования ЧЛС. Второй установленный шланг выполнял роль отведения подаваемого раствора, также имелась возможность перекрытия слива для создания полного наполнения ЧЛС на этапе создания доступа в ЧЛС как под ультразвуковым, так и под рентгенологическим контролем. После всех произведенных подготовительных действий был произведен тренинг ЧНЛТ на изготовленной небиологической 3D мягкой печатной модели под ультразвуковым и рентгенологическим контролем.Before training the CLNLT in the CLS with a calculus of 3D soft printing model of the kidney through one of the installed flexible hoses the system was connected to supply saline and the possibility of introducing an X-ray contrast agent for contrasting the CLS. The second installed hose played the role of discharging the supplied solution, it was also possible to shut off the drain to create full filling of the CLS at the stage of creating access to the CLS both under ultrasound and under radiological control. After all the preparatory actions taken, training was carried out on a fabricated non-biological 3D soft printed model under ultrasound and X-ray control.

После проведения тренинга осуществлялся контроль правильности выполнения пункции ЧЛС. Для этого проводился осмотр мягкой модели почки с оценкой пункционного хода, данная возможность очень важна на этапе освоения методики ЧНЛТ начинающими хирургами. Это помогло провести полный анализ выполняемых действий хирурга с сопоставлением всех данных при проведении тренинга (см. фиг. 14).After the training, the correctness of the puncture of the CLS was carried out. For this, a soft model of the kidney was examined with an assessment of the puncture course; this possibility is very important at the stage of mastering the procedure of full-body test with novice surgeons. This helped to conduct a complete analysis of the performed actions of the surgeon with a comparison of all the data during the training (see Fig. 14).

Таким образом, разработанный и изготовленный симулятор с небиологической 3D мягкой печатной моделью почки позволял полностью воспроизводить индивидуальные особенности интерренальных структур конкретного пациента. При проведении тренинга было возможно выполнение всех основных этапов ЧНЛТ как под ультразвуковым, так и под рентгенологическим контролем (пункция, расширение тракта, эндоскопический осмотр, литотрипсия). Количество выполненных вариантов перкутанного доступа под УЗИ наведением на одной модели почки составило не менее 5 раз. Также после проведения тренинга было возможно проведение оценки правильности выполнения и формирования доступа к ЧЛС почки. Многоразовое использование модели почки и симулятора было возможно за счет восстановления их структуры в зоне воздействия хирургическими инструментами посредством теплового воздействия, например, потоком нагретого воздуха.Thus, a simulator with a non-biological 3D soft printing model of the kidney, developed and manufactured, made it possible to fully reproduce the individual characteristics of the interrenal structures of a particular patient. During the training, it was possible to perform all the main stages of PNNL both under ultrasound and under X-ray control (puncture, tract extension, endoscopic examination, lithotripsy). The number of completed percutaneous access options under ultrasound guidance on a single kidney model was at least 5 times. Also, after the training, it was possible to conduct an assessment of the correctness of the execution and the formation of access to the kidney CLS. Reusable use of the model of the kidney and the simulator was possible due to the restoration of their structure in the zone of influence by surgical instruments through thermal exposure, for example, by a stream of heated air.

Claims

1. A simulator for mastering the skills of performing operations on the kidneys, imitating a part of the human body in the area of the kidney, including a body with models of bone landmarks, the abdominal wall, and a cavity filled with high viscosity gel for ultrasound research, located in the 3D cavity model of a kidney containing elements of the pathological anatomy of the kidney, while the body is made with a hole for installing and removing a 3D model of the kidney and is equipped with a removable lid with a mount and adjusting the position of the 3D m we put the kidneys in the body, while the 3D model of the kidney is removable.

2. The simulator according to claim 1, characterized in that it mimics a quarter of the human body.

3. The simulator according to claim 1, characterized in that the body is a frame made of Plexiglas, consisting of interconnected at right angles to the bottom and rear walls, as well as right and left end walls, with the hole for installing and extracting 3D kidney model is made in one of the end walls.

4. The simulator according to claim 3, characterized in that the end walls are made in the form close to a quarter of a circle, the back wall is made with a concave outer edge, simulating the surface profile of the corresponding part of the human body.

5. The simulator according to claim 1, characterized in that models of at least two ribs and / or part of the spinal column and / or pelvic bones, fixed in the body in accordance with their anatomical position, are used as bone orientations.

6. The simulator according to claim 5, characterized in that the vertebral column from the level of 11Th vertebra to the level of L5, S1 vertebrae, the ribs from 8 to 12, the iliac crest of the pelvis are used as bone markers.

7. The simulator according to claim 1, characterized in that the model of the abdominal wall is formed in the form of a rounded side wall of soft material.

8. The simulator according to claim 7, characterized in that the model of the abdominal wall is formed from a two-component silicone with a Shore A hardness: 15

9. The simulator according to claim 1, characterized in that the inner part of the body is filled with a material that simulates the abdominal wall with the formation of a cavity to accommodate the model of the kidney.

10. The simulator according to claim 1, characterized in that the soft 3D model of the kidney is a model of the kidney vascular system and a model of the renal pelvis system located in the model of the kidney parenchyma.

11. The simulator according to claim 10, characterized in that the materials used to make the models of the kidney vascular system and the cup-pelvis-plating system are materials that enable 3D printing using 3D printers.

12. The simulator according to claim 10, characterized in that the optically transparent thermoplastic material is used as a material for manufacturing a model of a kidney parenchyma and is close to the density of a kidney parenchyma of a living person and is available for ultrasound imaging.

13. The simulator according to claim 10, characterized in that tumor models or concrements are used as elements of the pathological anatomy of the 3D model of the kidney.

14. The simulator according to claim 10, characterized in that the vascular system model of the 3D model of the kidney is made of polyactid plastics, the model of the pelvis-pelvis-making system is hollow of water-soluble polyvinyl acetate plastic, the parenchyma model is made of transparent two-component silicone

15. The simulator according to claim 10, characterized in that in the mount and adjust the position of the 3D model of the kidney in the body used dovetail fastener.

16. The simulator according to claim 10, characterized in that the 3D model of the kidney is equipped with two flexible hoses, tightly connected to the model of the pelvis-pelvis-making system to ensure the recirculation of fluid inside the calyx-pelvis-plating system, to perform training for the treatment of urolithiasis.

17. The simulator according to claim 1, characterized in that the mount and adjust the position of the 3D model of the kidney in the body is equipped with a flexible shaft made of a material that ensures shape retention after bending, with the possibility of reciprocating movement through the corresponding hole in the cover, the shaft rotates and bending it in the desired direction, as well as fixing the selected position.