Exophthalm
ОФТАЛЬМОЛОГИЯ, ЭКЗОФТАЛЬМОМЕТРИЯ, ТРЕНАЖЕР, АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС, ОБУЧЕНИЕ.
РЕФЕРАТ	
Ключевые слова.
ОФТАЛЬМОЛОГИЯ, ЭКЗОФТАЛЬМОМЕТРИЯ, ТРЕНАЖЕР, АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС, ОБУЧЕНИЕ.
Введение.
Аппаратно-программный комплекс предназначен для отработки практических навыков выполнения экзофтальмометрии и используется   для обучения студентов, врачей на курсах повышения квалификации, ординаторов и аспирантов эндокринологического профиля, офтальмологов,  а также   при аккредитации медицинских работников.  Аппаратно-программный комплекс будет применяться  в системе непрерывной подготовки медицинских специалистов, симуляционном обучении студентов-офтальмологов, эндокринологов, подготовки среднего  медицинского персонала. Аппаратно-программный комплекс обеспечивает условия выполнения манипуляций экзофтальмометрии. Поэтому аппаратная часть комплекса выполнена в виде орбитальной части лица, имеющая реальные анатомические параметры. Механические и электронные компоненты аппаратно-программного комплекса симулятора  располагаются в орбитальной части аппаратно-программного комплекса. Внутри аппаратно-программного комплекса  размещена система управления и электронно-механические компоненты, обеспечивающие различные клинические комбинации при экзофтальмометрии. Также  реализована система видеорегистрации правильности выполнения практических навыков экзофтальмометри. Для этого используется  цифровая видеокамера, связаннанная с одноплатным компьютером. Разработанное в процессе выполнения проекта программное обеспечение  использует микрокомпьютер  Raspberry 4  I c Quad Core AR . Функциональные параметры-интервал измерений экзофтальмометрии от 0 до 24 мм. Система измерения использует экзофтальмометр Гартнера. Клинические случаи — 48 вариантов. Система контроля освоения практических навыков -дистанционная с помощью Wi-Fi камеры. Система оценки приобретаемых практических навыков на основании анализа видеозаписи преподавателем.
Актуальность.  
Экзофтальмометрия - широко применяемый диагностический метод, позволяющий выявить выстояние глазного яблока по отношению к окружающим тканям. Методика экзофтальмометрии требует специальной подготовки специалистов. Практические навыки экзофтальмометрии необходимы при постановке диагноза эндокринологических и офтальмологических заболеваний. В условиях возрастающей потребности в дистанционных методах обучения в связи с эпидемиологической обстановкой оптимальным решением является создание тренажеров, имеющих возможности использования каналов Интернет для коммуникации обучающегося и преподавателя.
Цель выполнения НИР.
Разработка аппаратно-программного комплекса для симуляционного практического обучения выполнению экзофтальмометрии, который будет обеспечивать приобретение практических навыков, существовать возможность дистанционной оценки результатов их освоения для самоконтроля обучающимся и контроля преподавателем.
Задачами отчетного периода являлись:
Разработка программного обеспечения для аппаратной части комплекса, блока управления параметрами изменения положения имитаторов глазного яблока. 
Разработка программного обеспечения для управления шаговыми двигателями и программы обратной связи. 
Разработка программного обеспечения для создания различных клинических ситуаций.
Разработка сервисной части программы. 
Создание экспериментального образца итогового устройства. 
Исследование аппаратно-программного комплекса на стенде с использованием экзофтальмометра.
Глава 1. Разработка программного обеспечения для аппаратной части комплекса, блока управления параметрами изменения положения имитаторов глазного яблока. 
Программная часть комплекса адаптирована для решения задач приобретения практических навыков экзофтальмометрии. Компьютерная программа для аппаратной части комплекса обеспечивает управление перемещением искусственных глазных яблок в симуляторе в зависимости от клинической задачи. Параметры смещения задают в специальной программе управления с помощью планшетного компьютера. Выбор параметров осуществляется преподавателем, обучающийся должен определить степень смещения имитаторов глазных яблок. При совпадении данных контролируется правильность освоения практических навыков.  Определяется степень смещения глазного яблока и его соответствие клиническому случаю. В компьютерной программе имеется 52 клинических варианта положения глазных яблок. Эти клинические варианты охватывают весь клинический диапазон как экзофтальма, так и энофтальма (односторонний и двусторонний). Программа обучения построена по принципу свободной генерации клинических случаев. Функциональные параметры-интервал измерений экзофтальмометрии от 0 до 24 мм. Система измерения использует экзофтальмометр Гартнера. 
 Программа обеспечивает выполнение следующих функций: смещение имитаторов глазных яблок  аппаратной части комплекса  с шагом давления 0.5 мм. путем управления шаговыми двигателями и создавая клинические случаи экзофтальмометрии избирательно для каждого глаза.  Листинг программы  представлен в приложении к отчету.

 
Рис. 1.свидетельство на  программное обеспечение для аппаратной части комплекса, блока управления параметрами изменения положения имитаторов глазного яблока. 

Глава 2. Разработка программного обеспечения для управления шаговыми двигателями и программы обратной связи. 
Компьютерная программа обеспечивает управление перемещением искусственных глазных яблок в тренажере в зависимости от клинической задачи. Для контроля правильности выполнения практических навыков экзофтальмометрии производится видеозапись и последующий анализ как обучающимся, так и преподавателем.  Данная методика основана на цифровых технологиях и применении компьютерной программы. Программное обеспечение управлением положения имитатора глазных яблок   регулирует параметры их смещения  шаговыми двигателями. Управление элементами осуществляется  микрокомпьютером Raspberry I4. четыре порта USB, беспроводной модуль Wi-Fi / Bluetooth гигабитный Ethernet. В Raspberry Pi 4 используется однокристальная система Broadcom BCM2711. Кристалл включает в себя 4-ядерный 64-битный процессор Cortex-A72 (ARM v8) с частотой 1,5 ГГц и графический процессор GPU VideoCore VI с частотой 500 МГц. оперативной памяти —  8 ГБ,  Вся система и блоки управления располагаются внутри имитатора лицевой части головы человека. Для управления параметрами изменения  аппаратной части комплекса создано оригинальное программное обеспечение. Программа предназначена для управления аппаратным блоком для регулирования положений имитаторов глазных яблок.  Управление  перемещением  производится  с помощью шагового двигателя (модель  Reprap и драйвера шагового двигателя A4988). Источник питания - 5 вольт, 2 А. Управление на этапе макета производилось в ручную.Применяется для обеспечения приобретения практических навыков экзофтальмометрии. 



Глава 3. Разработка программного обеспечения для создания различных клинических ситуаций.
Для контроля правильности выполнения практических навыков экзофтальмометрии производится видеозапись и последующий анализ как обучающимся, так и преподавателем. Определяется степень смещения глазного яблока и его соответствие клиническому случаю. Для управления По результатам обследования генерируется отчетная форма, которая сохраняется и может использоваться для сравнения. Данная методика основана на цифровых технологиях и применении компьютерного анализа  Компьютерная программа обеспечивает управление перемещением искусственных глазных яблок в тренажере в зависимости от имитируемой клинической задачи.  По результатам обследования генерируется отчетная форма, которая сохраняется и может использоваться для сравнения. Данная методика основана на цифровых технологиях и применении компьютерного анализа. 











Рис.2. Различные клинические ситуации и процесс освоения практических навыков.
Глава 4. Разработка сервисной части программы. 
В соответствии с требованиями симуляционного обучения создана программа сервиса обучения практическим навыкам экзофтальмометрии. Для освоения навыкам экзофтальмометрии и их интерпретации в клической практике была разработана карта знаний учитывающая освоение теоретической и практической частей программы.  Введен параметр затрат времени на обучение и полноты освоения программы.
Первоначально производится запуск программы освоения базовых теоретческих знаний и параметров нормы.  На рис.3 представлен скрин программы на планшетном компьютере на АНДРОИД.

•	 
Рис. 3. Карта знаний учитывающая освоение теоретической и практической частей программы. 
Преподаватель может очно или заочно контролировать процесс освоения навыков  экзофтальмометрии и их интерпретацию в клинической практике.



Имеется раздел тестирования правильности определения степени смещения имитаторов глазных яблок отдельно для левого и правого глаза. 

 
Рис. 4. раздел тестирования правильности определения степени смещения имитаторов глазных яблок отдельно для левого и правого глаза. 
Параметры смещения задают в специальной программе управления с помощью планшетного компьютера. Возможно применение аппаратно-программного комплекса в дистанционном варианте с передачей данных по каналам сети Интернет. Система контроля освоения практических навыков -дистанционная с помощью встроенной цифровой камеры. Система оценки приобретаемых практических навыков на основании анализа видеозаписи преподавателем.






 
Рис. 4. Дебрифинг по результатам освоения программы обучения 

Дебрифинг по результатам освоения программы обучения осуществляется по тестовым заданиям и видеозаписи результатов контрольных исследований экзофтальмометрии. 


 
Рис. 5. экзамен  по результатам освоения программы обучения 

 По результатам освоения практических навыков экзофтальмометрии генерируется отчетная форма, которая сохраняется и может использоваться для сравнения. Для подтверждения освоения практических навыков необходимо получить результат правильных измерений не менее чем в 85 процентах заданий. Данная методика основана на цифровых технологиях и применении компьютерного анализа. Исследование положения глазного яблока имеют место не только при глазных заболеваниях, но и эндокринных, неврологических, в педиатрической практике.

Глава 5. Создание экспериментального образца итогового устройства. 
 Тренажер обучения практическим навыкам экзофтальмометрии является аппаратно - программным комплексом. Аппаратная часть представляет собой модель лицевой области головы пациента для возможности производить экзофтальмометрию в условиях максимально приближенных к реальным обследованиям при различных клинических состояниях.
На рис 6 изображена передняя поверхность аппаратно-программного комплекса для симуляционного практического обучения выполнению экзофтальмометрии. Она представляет собой имитаторы глазных яблок которые могут перемещаться с помощью шаговых двигателей и создавать различные клинические ситуации. Лицевая часть полностью соответствует анатомическим формам взрослого человека.Она состоит из опорной части в виде жесткой пластикой конструкции и силиконовой поверхности, имитирующей кожные покровы.  


Рис. 6  Передняя  поверхность аппаратно-программного комплекса для симуляционного практического обучения выполнению экзофтальмометрии.
Задняя поверхность аппаратно-программного комплекса для симуляционного практического обучения выполнению экзофтальмометрии изготовлена из алюминия методом лазерной резки и имеет несколько технологических отверстий для прикрепления элементов и компонентов аппаратной части к которым относятки шаговые двигатели, имитаторы глазных яблок, блок питания и микрокомпьютер.
 Рис. 7 Задняя поверхность аппаратно-программного комплекса для симуляционного практического обучения выполнению экзофтальмометрии. Также имеются технологические отверстия для коммуникации. 
Задняя поверхность аппаратно-программного комплекса для симуляционного практического обучения выполнению экзофтальмометрии и фиксатор для подставки. Фиксатор обеспечивает фиксацию тренажера и возможность обеспечивать изменение положение имитатора лицевой части тренажена в нескольких положениях в частности возможно складывание для транспортировки.
 
Рис. 8. Задняя поверхность аппаратно-программного комплекса для симуляционного практического обучения выполнению экзофтальмометрии и фиксатор для подставки.
Для использования фиксатор может устанавливаться в рабочее положение и регулировать как угол наклона так и высоту положения тренажера. Изменение положения возможно по запросу обучающегося.
Шаговые двигатели прикрепляются к имитаторам глазных яблок и перемещают их в соответсвии с задаваемой клинической задачей. Управление шаговыми двигателями осуществляется микрокомпьютером. Шаговые двигатели обеспечивают интервал клинических значений экзофтальмометрии от 3 до 18 мм. возможно создание 52 клинических ситуации задаваемые специальной программной
 
Рис. 9. Задняя поверхность аппаратно-программного комплекса для симуляционного практического обучения фиксация имитаторов глазных яблок и микрокомпьютера.
Используется система шаговых двигателей управляемых программой с мини компьютера Raspberry 4 I c Quad Core ARM . По результатам освоения практических навыков генерируется файл, который сохраняется и может использоваться для сравнения. 
 В качестве основного материала для изготовления был выбран алюминиевый лист толщиной 3 мм. Это связано с тем, что он обеспечивает достаточную прочность и жесткость. К нему удобно фиксировать элементы конструкции. Также выбор был обусловлен тем, что в процессе работы микрокомпьютера и шаговых двигателей происходит выделение тепла которое поглощается алюминиевым основанием. 

 
Рис.10.  Задняя поверхность аппаратно-программного комплекса для симуляционного практического обучения отладка  имитаторов глазных яблок и микрокомпьютера.
 
Рис 11. Задняя поверхность аппаратно программного комплекса после полной сборки.  
На декоративной вставке расположены кнопки включения и выключения аппаратно программного комплекса. Также имеется шарнирный фиксатор, который обеспечивает фиксацию к подставке и необходимый угол положения аппаратной части комплекса. Выполнены требования - время непрерывной работы - 7 часов.  Техническое обслуживание 1 раз в 12 месяцев. Условия эксплуатации от 20 до 40 С при относительной влажности воздуха до 92%, атмосферном давлении от 530 до 800 мм.рт.ст) Габаритные размеры корпуса 400х450х100 мм. Масса  не более 9 кг.
 
Рис. 12.  Общий вид аппаратно-программного комплекса вид спереди. 
Представлен аппаратно-программный комплекс для симуляционного практического обучения экзофтальмометрии,  отладка  имитаторов глазных яблок экзофтальмометр Гартнера (слева) и планшетный компьютер.  В результате разработки выполнено техническое задание - аппаратно-программный комплекс, который обеспечивает приобретение навыков выполнения диагностической манипуляции— экзофтальмометрии на стандартном медицинском оборудовании. Аппаратная часть обучающего комплекса  представляет собой имитацию лицевой части обследуемого и орбитальную часть, с возможностью производить экзофтальмометрию в реальных клинических условиях. Компьютерная программа  обеспечивает управление шаговыми двигателями, которые перемещают искусственные глазные яблоки в симуляторе в зависимости от клинической задачи. Параметры клинических ситуаций  задавает преподаватель. 
Глава 6. Исследование аппаратно-программного комплекса на стенде с использованием экзофтальмометра.
Методика экзофтальмометрии требует специальной подготовки специалистов. Аппаратная часть обучающего комплекса представляет собой имитацию лицевой части обследуемого и орбитальную часть, с возможностью производить экзофтальмометрию в условиях, максимально приближенных к реальным клиническим.  Конструкция аппаратно-программного комплекса симулятора располагаться орбитальной части аппаратно-программного комплекса. Внутри аппаратно-программного комплекса  размещена система управления и электро-механические компоненты обеспечивающие различные клинические комбинации при экзофтальмометрии. Имеется  система видеорегистрации правильности выполнения практических навыков экзофтальмометрии для этого используется осветитель и цифровые видеокамеры, связанные с одноплатным компьютером. Полученные результаты цифровой обработки могут быть отправлены по каналам Интернет на компьютер преподавателя для оценки. 
Исследование проводят при помощи специального прибора - экзофтальмометра Гертеля. Он состоит из линейки, по которой двигаются две рамки с закрепленными на них зеркалами. При обследовании обучающийся фиксирует опорные элементы на краях глазниц и наблюдает в зеркалах верхнюю точку роговой оболочки и расстояние до нее от края глазной орбиты. По миллиметровой шкале, нанесенной на зеркало, определяют положение глазного яблока. 
 
Рис. 13. Запуск компьютерной программы для управления аппаратным комплексом и выбор клинических задач. 
 
Рис.14. Освоение практических навыков определения положения имитаторов глазных яблок с помощью экзофтальмометра Гартнера.  
 
Рис. 15.Тестирование результатов измерения показателей экзофтальмометрии. 
Положение глазного яблока определяется прежде всего по отношению к наружным анатомическим ориентирам орбиты и глазной щели. Необходимыми условиями приобретения практических навыков экзофтальмометрии является хорошее освещение. 
 
Рис. 16. Кейс для хранения и транспортировки аппаратно-программного комплекса 
Литература
1. Аветисов С.Э. Офтальмология: Национальное руководство C. 944 /Москва.: ГЭОТАР-Медиа 2008.
2. Бровкина А.Ф. Оптическая нейропатия и отёчный экзофтальм: симптом или осложнение? // Офтальмологические ведомости. – 2020. – Т. 13. – № 1. – С. 71–76. https://doi.org/10.17816/OV25334 
3. Ильина С.Н., Кринец Ж.М., Солодовникова Н.Г. Практические навыки по офтальмологии Учебно-методическое пособие для студентов лечебного, педиатрического, медико-психологического и медико-диагностического факультетов Гродно, ГрГМУ 2009.
4.Свистунов А.А. 2015. Аттестация с использованием симуляции // Виртуальные технологии в медицине. №1 (13). С. 10-12. 6. Kassidy L. Practical Ophthalmology // 2017. P. 184.
5.Bakutkin V.V., Bakutkin I.V., Zelenov V.A., Nugaeva N.R. Simulator for the Study of Human Lacrimal Organs. Virtual Technologies in Medicine. 2020;(1):30-31. (In Russ.) https://doi.org/10.46594/2687-0037_2020_1_30
Потенциальными потребителями продукции являются центры симуляционного обучения различного уровня. Лечебно - профилактические учреждения МЗ РФ,
Сергей
Алдашкин
Юрьевич
ассистент
Отсутствует
Отсутствует
AAE-4550-2021
-
SPIN-код: 9325-2354
0000-0003-0986-1811
РОССИЯ
Сергей
Алдашкин
Юрьевич
ассистент
РОССИЯ
76.01.85
Автоматизация и автоматизированные системы
03.03.HL
HEALTH CARE SCIENCES & SERVICES
Сергей
Алдашкин
Юрьевич
РОССИЯ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ФОНД СОДЕЙСТВИЯ РАЗВИТИЮ МАЛЫХ ФОРМ ПРЕДПРИЯТИЙ В НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ СФЕРЕ"
1027739479734
СЕРГЕЙ
ПОЛЯКОВ
ГЕННАДЬЕВИЧ
Организация
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере"
Федеральные государственные бюджетные учреждения
Сергей
Алдашкин
Юрьевич
Физическое лицо
РОССИЯ