用于在具有产道的人体模型内移动胎儿的解剖模型的系统及分娩模拟器

技术领域

本公开涉及模拟器领域。更具体地，本公开涉及用于在具有产道的人 体模型内移动胎儿的解剖模型的系统及分娩模拟器。

背景

试图复制人体功能的模拟器被使用在例如医学训练的情况下。需要训 练的医疗过程的一个非常重要的例子是帮助分娩。

产科紧急事件是非常罕见的。虽然，分娩的绝大多数可以用常规程序 处理，但是并发症可能发生，需要临床警惕性、迅速的团队反应、以及复 杂技术技能以便保证正常的产妇和胎儿的结果。观察和应对这样的状况的 机会是稀缺的，并且这给产房职员的训练造成很大的困难。

因此，有对于更好地模拟分娩机理的设备的需求。

概述

根据第一方面，本公开提供了一种用于在具有产道的人体模型内移动 胎儿的解剖模型的系统。该系统包括下降机构和旋转机构。下降机构朝着 人体模型的产道纵向地移动胎儿的解剖模型。旋转机构安装至下降机构上 并且旋转胎儿的解剖模型。胎儿的解剖模型插入在旋转机构中。

在一个特定的方面，下降机构包括框架、安装于框架上的两条平行直 线导轨以及沿着两条平行直线导轨行驶的滑架。旋转机构固定至滑架。

在另一个特定的方面，旋转机构包括旋转环。旋转环可能是卵形的并 可能能够旋转360度或以上。

根据另一方面，本公开提供了一种分娩模拟器。该分娩模拟器包括具 有产道的人体模型。该分娩模拟器也包括用于在人体模型内移动胎儿的解 剖模型的集成在人体模型中的上述的系统。

附图说明

根据附图，仅通过示例的方式，将描述本公开的实施方式，在其中：

图1是包含分娩模拟器的人体模拟器部分的、分解的正视图；

图2是分娩模拟器的下降机构的透视图；

图3A是下降机构和旋转机构的详细的透视图；

图3B、3C和3D是根据另一种实施方式的下降机构和旋转机构的详 细的透视图；

图4是包含下降机构和旋转机构的分娩模拟器的后方的、右侧的透视 图；以及

图5是方框图，示出了根据一种实施方式的教员计算机的分娩模拟器 和学员计算机的分娩模拟器的相互作用。

详细描述

根据阅读下面的说明性实施方式的非限制性描述，前述的和其它特征 将变得更加明显，实施方式仅参照附图通过示例的方式给出。在不同的制 图上相似的数字符号代表相似的特征。

通常，本公开的不同方面处理分娩机理的仿真问题中的一个或多个。

本公开介绍了一种分娩模拟器(CBS)，其为医护人员提供重复机会来 练习在有或无并发症的情况下的临产和分娩的应对。CBS的目标受众包括 在产科、助产、护理和紧急医疗服务领域的学生和职业人员。本公开的CBS 包括母亲和胎儿的集成的生理学模型，提供解剖学的、生物力学的和生理 的真实感。本模拟器包括机械的、电气的、电子的和软件部件。没有生物 学的部件被需要来制造CBS。因此，在本公开中，提及胎儿、人体和器官 主要旨在指明解剖模型的模拟或仿真生物学对应物。

CBS包括呈足月孕妇的形状的仪器化的人体模型。CBS由教员通过软 件应用来控制。其他软件应用为学员模拟医疗监测设备。CBS可以呈现在 怀孕、临产、分娩和产后期的期间发生的情况。头位(头部先)和臀位(臀 部先)阴道分娩以及剖腹产术都可以被模拟。

表1：分娩模拟器的特征总结

现在参照附图，图1是结合了分娩模拟器的人体模型模拟器部分的、 分解的正视图。CBS可以制造为人体模拟器(HBS)的一部分(并未显示 的所有部件)。HBS包括具有一般女性形状的人体模型10，包含头部12、 躯干14、骨盆16、手臂18(只有一个被示出)和腿20(只有一个被示出)。 还提供了胎儿的解剖模型22。为了简单，前述的胎儿的解剖模型22将简 单地称为“胎儿22”。CBS包括用于使胎儿22开始移动通过骨盆16的产 道24的下降机构30，以及用于导致胎儿旋转的旋转机构40。下降机构30 移动胎儿22通过产道，直到在产道24外的胎儿22肩部的通过。

图2是分娩模拟器下降机构的透视图。下降机构30是一个传动机构， 其可能利用例如同步带(未示出)和安装在框架34上的两个同步带轮32， 或者用来驱动胎儿通过骨盆16的分娩道的下降的现有技术中已知的任何 其他的部件。如图2中所示，框架34可以具有U形截面，或任何合适的 形状。同步带固定到滑架36，其沿着安装在框架34上的两条平行直线导 轨38行进。同步带轮32中的一个固定到驱动该机构的电机(未示出)， 例如无刷直流电机或步进电机。电机被选择以承受20磅的推力和拉力。 编码器或线性电位器(未示出)用于通过跟踪滑架36的沿着导轨38的位 置来连续感测下降定位。下降机构30被配置为提供八至九(8-9)英寸或 大约23厘米的、滑架36的沿着导轨38的行程。

图3A、3B、3C和3D是下降机构和旋转机构的详细的透视图。图3A 和图3B-D分别代表旋转机构40的两个可选择的方案。旋转机构40固定 到下降机构30的滑架36(在图3A中可见，但在图3B和3C中不可见)。 旋转机构40包括在壳体中收容的旋转环42，在图3A的实施方式中该壳体 包含上壳体44和下壳体46。旋转环42的内部是卵形的，以便胎儿22可 以对于包含头位和臀位的每种出生的模式用两种不同的方式插入。旋转环 42的外凸缘具有齿廓48，齿廓48与两(2)个驱动齿轮50啮合，如图3A 中所示，但是仅可以使用一个驱动齿轮。图3B-D中示出的旋转机构使用 了单一的齿轮(图中未表示)。如图3A所示，齿轮50被固定到电机52， 电机52安装到下壳体46。可选择地，如图3B和3C中所示，当单一的驱 动齿轮被使用时，仅有一个电机52可能被使用。位于电机52中的一个的 背部的编码器(未示出)感测胎儿22的旋转位置。旋转机构40能够旋转 360度或以上。在旋转环42的内部是一个或几个(至少两(2)个图3A中 所示的气囊54)。当充气时，囊54充当在下降过程中保持胎儿22的胎儿 夹具(通过施加在胎儿22上压力)，并在分娩过程中的最后阶段(即从产 道中取出胎儿22的身体和腿)释放胎儿22(通过释放在胎儿22上的压力)。

胎儿22可以部分地或整体地插入在图3D中示出但未在图3A中示出 的笼56中，用以模拟母亲的胎盘。笼56可以包括网、袋子或允许胎盘的 尺寸和形状的有真实感的模拟的任何其他工具。笼56可以附接到旋转机 构40，例如附接到图3A中所示的上壳体44，并以与产道24相反的方向 延伸。可选择地，如图3D中所示，笼56可以通过盖57附接到旋转机构 40，盖57被固定到包含气囊的环58，环58被固定到旋转环42。在另一 种可选择中，笼56不附接到旋转机构40，但可以直接附接到胎儿22，并 以与产道24相反的方向延伸。

图4是包含下降机构和旋转机构的分娩模拟器的后方的、右侧的透视 图。该图示出下降机构30和旋转机构40如何与人体模型10的躯干14集 成，以便下降机构40在接近产道24处终止，旋转机构40基本上与产道 24的周边对齐。下降机构30可以独立于旋转机构40被激活，允许仅模拟 下降机构30操作的情况，以及模拟下降机构30和旋转机构40同时操作 的情况。

在一种实施方式中，人体模型10是仪器化的，并包含多个传感器， 传感器包含上述的编码器。这些传感器被连接到一个或多个处理器、计算 机或类似机器，以与分娩模拟器一起形成分娩模拟系统。非限制性地，合 并在人体模型10之内的传感器的示例可以包括胎儿头部牵引传感器、胎 儿头部扭矩传感器、胎儿颈部牵引传感器、由胎儿22施加的宫颈压力传 感器、纵向胎儿位置传感器、旋转胎儿位置传感器、宫颈扩张传感器、宫 颈展平传感器、子宫压力传感器、耻骨压力传感器、施加在人体模型10 不同点的手动压力的一个或多个传感器、一个或多个人体模型10的位置 传感器。特定的实施方式可以包括这些传感器的任意组合。在本公开的上 下文中，至少有一些传感器提供了实际数据。例如，胎儿头部牵引传感器 可以提供胎儿22的解剖模型的头部上的牵引力的测量。在另一个示例中， 胎儿颈部牵引传感器可以提供由下降机构30和/或旋转机构40施到胎儿 22颈部上的压力的测量。胎儿颈部牵引传感器还可以提供在模拟过程中由 分娩模拟器的用户推动胎儿22的头部时施加在胎儿22颈部的压力的测量。 此外，传感器可以同时测量由分娩模拟器的学员或用户施加的牵引力和施 加的压力。

CBS及其部件的进一步集成在图5中被描述，图5是示出了具有教员 计算机并且具有学员计算机的分娩模拟器的相互作用的方框图。在本实施 方式中，前面的图中介绍的CBS通过母亲和胎儿的生理机能计算机模型和 一些状态机驱动。模拟器检测由学员进行的干预，其被记录并可以引发模 拟的变化。检测到的干预包括，例如，为了辅助胎儿的分娩而施加的牵引 力，其量级是被量化的。

分娩模拟系统60包括CBS，CBS包括人体模型10。一个服务器部件 和多个客户端部件与人体模型10通信。服务器部件可以位于分娩模拟系 统60内，并且客户端应用可以在与人体模型10结合的主机上运行，以形 成模拟网络。

分娩模拟系统60可以包括两台计算机62和64，例如单板计算机，这 些计算机通过任何已知的通信手段连接，有线的或无线的，比如例如以太 网、USB、控制器局域网(CAN)总线、蓝牙^TM、Wi-Fi、无线局域网、 蜂窝等。分娩模拟系统60可以包括连接至多种传感器、执行器和电机的 另外的外围板(未示出)，以监测和控制多种特征，比如，脉搏、胸部运 动和出血。两台计算机62和64可操作地连接至人体模型10及其执行器、 电机和传感器。计算机62和64中的一个或两个可以物理上与人体模型10 集成。可选择地，它们可以远程定位。图5示出了该两台计算机62和64 至少逻辑上与人体模型10集成。

位于计算机62中的服务器部件包括用于模拟内容存储的数据库66、 用于内容检索的网络服务器68和用于生成实时数据的核心服务70。

分娩模拟系统60还可以包括一台教员计算机72和两(2)台学员计 算机74、76，这些计算机连接地耦合至核心服务70和数据库66。教员78 操作教员计算机72。学员80从学员计算机74、76上获得信息，并在人体 模型10上进行人工操作。

虽然并不是在所有实施方式中需求的，但是分娩仿真系统60可以被 实施为移动的、无约束的操作。分娩仿真系统60可以是独立的。

可选择地，在获得对分娩仿真系统60的访问权之前，教员78和学员 80可以被要求以提供身份验证。

因此，存在于分娩仿真系统60中的软件部件可以包括：

教员工作站(IWS)82-运行在教员计算机72上的网络浏览器中 的Flash^TM应用，其为教员78提供界面来构建训练情景和实施模拟 训练。

病人监测器(PM)84-运行在学员计算机74上的网络浏览器中 的Flash^TM应用，其仿真临床病人监测器，显示模拟病人的生命体 征和其它生理数据，比如，心电图波形。

CTG监测器仿真器86-运行在学员计算机76上的网络浏览器中 的Flash^TM应用，其仿真心功仪(CTG)，也称为电子胎儿监测器或 母胎监测器，显示胎儿心率、子宫活动(收缩)、和产妇的生命体 征。

核心服务70-运行在计算机62上的软件应用，可选择地嵌入在 人体模型10内，负责运行生理学和训练情景的计算机模型，并且 用于与IWS82、PM84、CTG监测器仿真器86通信，并且与固件 应用层通信。

固件应用层-运行在计算机62和64中的一个或两个上的采集和 控制软件88，执行传感器数据采集和执行器控制。

硬件抽象层-运行在计算机62和64中的一个或两个上的底层软 件，支持采集和控制软件88执行传感器数据采集和执行器控制。

MySQL^TM-运行在计算机62和64中的一个或两个上的数据库服 务器并且被核心服务70、IWS82、PM84和CTG监测器仿真器86 利用。

PHP-运行在计算机62和64上的脚本解释器。

Apache-网络服务器68的软件平台。

Adobe^TMFlashPlayer^TM-运行在教员计算机72和分娩仿真系统 60的其它计算机上的网络浏览器插件。

软件客户端应用比如IWS82、PM84和CTG仿真器监测器86为教员 78和学员80提供正在进行的仿真的参数的可视化表征。IWS82提供模拟 控制比如模拟的启动和停止。PM84应用提供波形和生命体征显示。CTG 仿真器监测器86特别地提供胎儿子宫活动(UA)和胎儿心率(FHR)的 监测。PM84和CTG仿真器监测器86都是为学员访问设计的。在一种实 施方式中，软件客户端应用是基于网络的。因此，除了普通的网络浏览器， 客户端不需要特定的安装。

教学内容表示为模拟临床经验(SCE)。SCE的定义包含由多种生理参 数和模拟医疗状况的多个场景定义的病人。

SCE储存在数据库66中。核心服务70提供生理模型的数学仿真并产 生将被反馈到软件客户端应用的实时的生理数据。

典型的模拟包括以下操作，其中一些可以在可变的顺序中执行，其中 一些操作可能被同时执行，其中一些操作是可选的：

A)核心服务70为客户端应用连接启动和建立传输控制协议(TCP) 服务器。

B)教员78打开网络浏览器并输入统一资源定位符(URL)以访 问网络服务器68的服务器端。

C)Flash^TM对象被加载到IWS82并开始通过超文本预处理器 (PHP)公共网关接口(CGI)与网络服务器68通信。

D)Flash^TM对象通过PHP访问数据库66，并获取教学内容，并 在IWS82上显示该内容。

E)教员78启动模拟。

F)Flash^TM对象开始与核心服务70连接并传导指令。

G)核心服务70访问数据库66以获取教学内容并将其提供给数 学模型。

H)模拟开始。

I)学员80保持接近人体模型10以及计算机74、76，并且通过 PM84或CTG仿真器监测器86监测生理信号。

J)教员78通过IWS82调整病人控制，或通过网络服务器68将 训练情景从数据库66加载到模拟中。

K)Flash^TM对象将指令传导给核心服务70。

L)模拟持续进行。

M)学员80检查脉搏、做心肺复苏术(CPR)、检查眨眼，并进 行如训练情景所指示的特定的分娩程序。

N)学员80所做的干预被反馈到核心服务70，其可能影响在训练 情景中的下一个事件。

O)核心服务70继续向客户端应用提供数据，并将仿真结果和记 录保存到数据库66中。

P)教员78停止模拟。

Q)Flash^TM对象发出停止指令给核心服务70，并且模拟停止。 在一个非限定的实施方式中，典型的模拟指令包括以下操作：

i)教员78在IWS82上点击心脏控制。

ii)教员78使用IWS82的文本区域或滑动条设置心率(HR) 到120。

iii)Flash^TM对象将“设置HR120”指令包装为一个合适的格式 并将其发送给核心服务70。

iv)核心服务70获得指令并使其放入内部存储器中的数据块内。

v)运行在核心服务70中的模型获取新数据并驱动模拟。

vi)核心服务70将这些事件记录在数据库66中。

正如在上文提到的，CBS可以集成在一个完整的人体模拟器(HBS) 中。反过来，HBS可以额外地提供各种的模拟部件来模拟人体相关的和/ 或被分娩影响的额外的功能。表2提供了完整集成的CBS的特征的详细列 表；该列表并不是限制性的并且一些实施方式可以包括多于或少于表2设 定的特征。

表2：分娩模拟器特征的详细列表

那些本领域的普通技术人员将会意识到，对分娩模拟器及其应用的描 述仅是说明性的，并不打算以任何方式限制。对于获得本公开的利益的本 领域的普通技术人员，其他的实施方式将很容易想到。此外，公开的分娩 模拟器可以被定制以对提供有真实感的分娩模拟器的存在的需求和问题 来提供有价值的解决方案。

为了清楚性，并非分娩模拟器的实施方式的所有的常规特征被示出和 描述。当然，应了解，在任何分娩模拟器的实际实施方式的开发中，许多 的特定实施方式的决定可能需要被做出以实现开发者的特定目标，例如符 合应用相关、系统相关和商业相关的约束，并且这些特定目标根据不同的 实施方式和不同的开发者将是变化的。此外，应了解，虽然开发的努力可 能是复杂的和耗时的，但是，对于那些获得本公开利益的生物医学工程领 域的普通技术人员，这不过是常规的工程过程。

依照本公开，这里描述的部件、程序操作和/或数据结构可以使用不同 类型的操作系统、计算平台、网络设备、计算机程序和/或通用的机器来实 现。另外，那些本领域的普通技术人员将认识到通用性较差的设备也可能 被使用，例如固线式设备、现场可编程门阵列(FPGA)、特定用途集成电 路(ASIC)或类似物。由一系列操作组成的方法由计算机或机器实现，并 且那些操作可以作为机器可读指令被存储，其可能被存储在有形媒介上。

这里所描述的系统和模块可以包括软件、固件、硬件或适合于这里所 描述的目的的软件、固件或硬件的任何组合。软件和其它模块可以处于服 务器、工作站、个人电脑、平板电脑、电子记事簿(PDA)和适合于这里 描述的目的的其它设备上。软件和其它模块可以通过本地存储器、通过网 络、通过浏览器或其他应用或通过适合于这里描述的目的的其他手段来访 问。这里描述的数据结构可以包括计算机文件、变量、编程阵列、或任何 电子信息存储方案或方法，或适合于这里所描述的目的的其任何组合。

虽然在上文本公开是通过非限制性的说明性的实施方式描述的，这些 实施方式在不脱离本公开的精神和本质下可以在所附的权利要求范围内 被任意修改。