Képzelje el, hogy van két léggömbje. Az egyik vízzel, a másik levegővel van tele. Ugyanazoknak tűnnek, de ha rákattintasz, mindegyik nagyon különböző lesz. Így érzik a szerveket az orvos. Amikor a betegnek tűbiopsziára, epehólyag-ürítésre vagy kortizon-injekcióra van szüksége a gerinchez, vagy vénás katéterre, a tűt behelyező orvosnak képesnek kell lennie éreznie a nyomás felhalmozódását és felszabadulását, amikor a tű belenyúlik, és végül minden egyes egymást követő szövetet át lyukaszt.
"A szövetek jellege erőteljes visszacsatolást ad, és az agyad kirajzolódik, és felhasználhatja ezeket sokféle dolog értelmezésére" - mondja David Han, a Penn State műtéti és radiológiai professzora. "Ha már sok májat megérintett, és sok lépet megérintett, néha lehunyta szemmel meg tudja mondani, melyik melyik."
De ez tényleg nem könnyű. Az elmúlt 30 vagy több évben végzett kutatások kimutatták a szövődmények arányát, amely 5 és 21 százalék között mozog a központi véna katéterezésében, és a csapadék fertőzés vagy megnövekedett kórházi idő és költség, vagy akár halál. A tapasztalt orvosok sokkal jobban alkalmazzák ezt, részben azért, mert sok gyakorlást igényel. (Sok esetben az ultrahang útmutatás segít, de még a vizuális útmutatással is könnyű kicsit túl messzire menni a rossz szövetekbe.)
Hogyan tanulják meg ezt a technikát a mediták? Bizonyos esetekben az egyes szövetekhez hasonló manöken visszajelzést ad, de a hallgatók gyakran tapasztalt orvosokat figyelnek, majd kipróbálják. "Nagyon jól vagyok benne" - mondja Han. "Szóval van egy mellettem valaki, aki meg akarja tanulni, hogyan kell csinálni, és egyfajta hanyak vagyok a válla felett, és azt mondom: próbáld ezt vagy azt."
A Penn Állami Egyetem kutatócsoportja másképp fogalmazott meg. Han vezetésével 2017-ben kutatást tettek közzé egy olyan robotról, amely a tű végét tartja és mechanikus visszacsatolást nyújt - mivel a hallgató a tűt szilíciumcsomóba tolja, a robotkar hátrafelé tolódik. A próbabábuktól eltérően beprogramozható különféle erőgörbék követésére, amelyek megfelelnek a különböző szövetekbe csúszó tű nyomásprofiljának, sőt akár különböző testtípusokat is ábrázolhatnak. "Azt akarod csinálni, hogy az emberek bizonyítsák kompetenciájukat egy szimulált környezetben, mielőtt átadnák nekik a vezérlőket" - mondja Han.
De néhány másik kutatóval, akikkel Han dolgozott, további betekintést nyert: készíthetnek egy szerszámot, amely ugyanazt csinálja, a robotot, sokkal olcsóbban. A robotkar helyett az erõvisszajelzést egy szimulált fecskendõben elhelyezett mechanizmus biztosítja. A kutatók idén ideiglenes szabadalmi bejelentést nyújtottak be, és támogatásban részesültek a Penn State College of Engineering-től az eszköz üzleti fejlesztése érdekében.
"Kissé egyszerűbben tudnánk létrehozni ezeket az erőket, ha lényegében az, hogy ezekben a patronokban az anyag repedezik, megteremti a haptikus erőinket" - mondja Jason Moore, a gépvezető gépészmérnöki docens, aki a csapatot vezette. "És akkor még sok visszajelzést tudunk adni a felhasználónak arról, hogy hogyan végezték el a tű beillesztését."
Noha az ideiglenes szabadalmi bejelentés a nyomás szimulálására szolgáló számos eszközt (ideértve az elektromágneses, mágneseket, súrlódást, hidraulikát és egyéb eszközöket), a csoport úgy döntött, hogy egy olyan változatra összpontosít, amelyet a fecskendő testében elhelyezett membrán sorozat működtet. A felülethez nyomva a tű visszahúzódik a fecskendő testébe. Mint ez, a membránokat egymás után illeti meg. Mindegyik deformálódik és végül eltörik, akárcsak az emberi szövet. A membránok konfigurációjának, vastagságának és anyagának megváltoztatásával a készülék különféle erőprofilokat szimulál, drága robotkar nélkül.
Han, Moore és Moore munkatársai, Scarlett Miller mérnöki tervezés docense és Sanjib Adhikary aneszteziológia docens, nem csak azok az eszközök dolgoznak, amelyek ultrahanggal vezérelt injekciókban a hallgatók képzésére készülnek. "Mindenki különféle módszerekkel és eszközökkel próbálkozik, amelyekkel jobban néz ki, vagy felhasználóbarátabbá válik" - mondja Adhikary. "De senki sem rendelkezik a Szent Grállal."
2015-ben egy, a Blue Phantom nevű cég kiadott egy kifinomult térdízületi injekciós edzési modellt, kiegészítve szimulált combcsont, sípcsont, patella és bursával - de 3800 dollárba kerül, és csak a térdbe történő injekciók gyakorlására használható. Még DIY megoldások vannak, amelyek zselatinnal töltött ballonokat tartalmaznak, gumi csövekkel. David Gaba, a Stanfordi aneszteziológia professzora több mint 30 éve épít tűt injektáló szimulátorokat, beleértve az ágyéki injekciók műanyag oktatóit. Még a sertés vállszövetét is használja az ember helyettesítésére.
"Csak azért, mert valami egy számítógépes / hardver kombinációval szimulálható a haptikusok ábrázolására, nem feltétlenül jelenti azt, hogy a tanulás vagy a készség csodáját fogja elérni" - mondja Gaba. "Ha nincs egyértelmű bizonyíték arra, hogy egy adott eszköz jelentős különbséget tesz, végül a piac határozza meg, hogy egy adott mérnöki előrelépésnek lába van-e más megközelítésekhez képest."
Még mindig fenn kell tartani az egyensúlyt - mutat rá Han. Távolítson el túl sok realizmust, és a hallgatók nem fogják megfelelően összekapcsolni a gyakorlati eszközt a valósággal. De bármilyen számítógépes készülék értékes és mennyiségi visszajelzést nyújthat - egyfajta jelentéskártyát - a technikát megtanuló hallgatók teljesítményéről.
Mivel a piacképes eszköz felé dolgoznak, Moore, Miller és Adhikary egy gyorsulásmérőt építnek a patronba, amely párosul az egyedi szoftverekkel, hogy hasonló visszajelzéseket nyújtson a behelyezés szögéről és az erőprofilról. Prototípusuk, beleértve az érzékelőt és a cserélhető patront, körülbelül 100 dollárba kerültek.
„Az ötlet folytatására érdemes, különösen, ha 100 dollárért eladható” - mondta Paul Bigeleisen, a Marylandi Egyetem aneszteziológiai professzora. A fröccsöntés és a széles körű elosztás, valószínűleg az iskolák és a kórházak révén, még alacsonyabbá teheti az egységenkénti költségeket.
"Ha képessé tesszük ezeket az új orvostudományi hallgatókat vagy a nagyon korai jövőbeli orvosokat nagyon jó képességekkel bírni a kezük mozgásában, nagyon állandóak lehetnek, ez pozitív hatással lehet képességeikre az út mentén?" - mondja Moore.
Ez a remény - tette hozzá.
