Замислите да имате два балона. Једна је напуњена водом, а друга ваздухом. Изгледају исто, али ако их притиснете, сваки ће се осећати врло различито. Тако се осећају органи лекару. Када пацијенту треба биопсија игле или дренажа жучног мехура, или убризгавање кортизона у кичму, или венски катетер, лекар који убацује иглу мора бити у стању да осети накупљање и ослобађање притиска када се игла гура у, и на крају пробије свако сукцесивно ткиво.
"Карактер ткива вам даје повратну информацију, а ваши мозгови то схватају и могу то користити за тумачење различитих ствари", каже Давид Хан, професор хирургије и радиологије у држави Пенн. "Ако сте додирнули пуно јетре и додирнули сте пуно слезине, понекад са затвореним очима можете рећи шта је то."
Али заиста није лако. Истраживања у последњих 30 или више година показала су стопе компликација које се крећу од 5 до 21 процената у катетеризацији централних вена, а испадање је инфекција или повећани болнички час и трошкови, или чак смрт. Искусни љекари су у томе много бољи, дијелом и зато што је за то потребно много праксе. (У многим случајевима ултразвучно навођење помаже, али чак и уз визуелни знак лако је отићи мало предалеко и погријешити у погрешно ткиво.)
Како студенти меда уче ову технику? У неким случајевима, манекен изграђен да личи на одређена ткива пружа повратну информацију, али чешће студенти гледају искусног лекара, а затим га испробавају. „Стварно сам добар у томе“, каже Хан. "Дакле, поред мене стоји неко ко жели да научи како то радити, па се некако нагнем преко рамена и кажем, пробај ово или оно."
Тим истраживача са Пенн Стате Университи имао је другачију идеју. На челу са Ханом, 2017. године, објавили су истраживање у којем су описали робота који ће држати крај игле и пружати механичку повратну информацију - док студент гурне иглу у гомилу силикона, рука робота гура се натраг. За разлику од манекенке, може се програмирати тако да прати различите кривуље силе, начињене да одговарају профилу притиска игле која клизи у различита ткива, па чак и представља различите типове тела. „Оно што желите да будете у стању да урадите је да људи докажу своју способност у симулираном окружењу пре него што им предате контроле“, каже Хан.
Али неки други истраживачи с којима је Хан сарађивао имали су додатни увид: Могли би направити алат који би учинио исто, без робота, далеко јефтиније. Уместо руке од робота, повратне информације о снази обезбедиле би механизам смештен унутар симулиране шприцеве. Истраживачи су ове године поднели привремену пријаву патента и добили грант од Пенн Стате Цоллеге оф Енгинееринг за развој уређаја као бизниса.
"Могли бисмо створити те силе мало једноставније тако што ово, у суштини, пуцање материјала унутар ових патрона створи нашу хаптичку силу", каже Јасон Мооре, ванредни професор за машинско инжењерство који је водио тим. „И тада бисмо још увек могли да пружимо кориснику пуно повратних информација о томе како су извршили уметање игле.“
Иако привремена пријава патента описује неколико средстава за симулацију притиска (укључујући електромагнетске, магнете, трење, хидраулику и друге), група се одлучила да се фокусира на верзију активирану серијом мембрана смештених унутар тела шприцева. Када се притисне на површину, игла се увлачи у тело шприцева. Као што то и чини, он мембране лоцира у низу. Свака од њих се деформише и на крају сломи, баш као и људско ткиво. Варирајући конфигурацију, дебљину и материјал мембрана, уређај симулира различите профиле силе без потребе за скупом роботском руком.
Сурадници Хан, Мооре и Мооре, ванредни професор инжењерског дизајна Сцарлетт Миллер и ванредни професор анестезиологије Сањиб Адхикари, нису једини који раде на уређајима за обуку студената у ињекцијама вођеним ултразвуком. „Сви покушавају да смисле различите начине и средства како би изгледали боље или га учинили пријатељскијим за кориснике“, каже Адхикари. "Али нико није добио Свети Грал."
Током 2015. године компанија названа Блуе Пхантом издала је софистицирани модел тренинга за ињекције зглоба колена, заједно са симулираним бутним зглобовима, тибијом, пателом и бурсом - али кошта 3.800 долара, а користан је само за вежбање ињекција у кољено. Постоје чак и сопствена решења са балонима напуњеним желатином, са гуменим посудама за цеви. Давид Габа, професор анестезиологије на Станфорду, више од 30 година гради симулаторе убризгавања игала, укључујући пластичне тренерке за лумбалне ињекције. Чак користи свињско ткиво рамена као замену за људско.
"Само зато што компјутерски / хардверски комбинација нешто може симулирати да прикаже хаптике не мора нужно значити да ће се постићи чуда учења или вештина", каже Габа. "Уколико не постоје јасни докази да одређени уређај чини велику разлику, на крају ће тржиште одредити да ли неки напредни инжењерски напредак има ноге у односу на друге приступе."
Још увек мора постојати равнотежа, истиче Хан. Уклоните превише реализма и студенти неће правилно повезати алат за праксу са стварношћу. Али сваки компјутеризовани апарат може пружити драгоцене и квантитативне повратне информације - својеврсне извештајне картице - перформансама ученика који уче технику.
Док раде према маркираном уређају, Мооре, Миллер и Адхикари уграђују акцелерометар у кертриџ, који ће се упарити са прилагођеним софтвером како би добили сличне повратне информације о углу уметања и профилу силе. Њихов прототип, укључујући сензор и заменљиви уложак, коштао их је око 100 долара.
„Идеју је вредно истражити, поготово ако се може продати по цени од 100 долара“, каже Паул Бигелеисен, професор анестезиологије на Универзитету у Мариланду. Али ињекционо ливење и широка дистрибуција, вероватно кроз школе и болнице за обуку, могли би да смање трошкове по јединици још ниже.
"Ако ове нове студенте медицине или ране будуће лекаре можемо учинити добрим у покрету, будите стабилни, може ли то позитивно утицати на њихову вештину много даље низ пут", каже Мооре.
То је нада, додаје.
