Zamislite da imate dva balona. Jedna je napunjena vodom, a druga zrakom. Izgledaju isto, ali ako ih potaknete, svaki će se osjećati vrlo različito. Tako se osjećaju organi prema liječniku. Kada pacijentu treba biopsija igle ili odvod žučnog mjehura, ili ubrizgavanje kortizona u kralježnicu ili venski kateter, liječnik koji ubacuje iglu mora biti u stanju osjetiti nakupljanje i oslobađanje pritiska kada se igla gura u, i na kraju probije svako sukcesivno tkivo.
"Karakter tkiva daje povratnu informaciju, a vaš mozak to prepoznaje i može to upotrijebiti za tumačenje različitih stvari", kaže David Han, profesor kirurgije i radiologije u državi Penn. "Ako ste dotakli puno jetre i dodirnuli ste puno slezene, ponekad zatvorenih očiju možete reći koja je."
Ali stvarno nije lako. Istraživanja u posljednjih 30 ili više godina pokazala su stope komplikacija koje se kreću od 5 do 21 posto u kateterizaciji središnjih vena, a ispadanje je infekcija ili povećani bolnički put i troškovi, ili čak smrt. Iskusni liječnici su u tome puno bolji, dijelom i zato što to zahtijeva mnogo prakse. (U mnogim slučajevima ultrazvučno navođenje pomaže, ali čak i uz vizualni znak lako je otići malo predaleko i pogriješiti u krivo tkivo.)
Kako učenici meda uče ovu tehniku? U nekim slučajevima maneken izgrađen da nalikuje određenom tkivu daje povratnu informaciju, ali češće studenti promatraju iskusnog liječnika, a zatim ga iskušaju. "Zaista sam dobar u tome", kaže Han. "Dakle, kraj mene stoji netko tko želi naučiti kako to raditi. Na neki način se nagnem preko ramena i kažem, probaj ovo ili ono."
Tim istraživača sa Sveučilišta Penn imao je drugačiju ideju. Na čelu s Hanom, 2017. objavili su istraživanje u kojem su opisali robota koji će držati kraj igle i pružati mehaničku povratnu informaciju - dok student gurne iglu u gomilu silikona, ruka robota gura se natrag. Za razliku od manekenke, može se programirati tako da slijedi različite krivulje sile, načinjene da odgovaraju profilu tlaka igle koja klizi u različita tkiva, pa čak i predstavlja različite tipove tijela. "Ono što želite biti u mogućnosti učiniti je da ljudi dokažu svoju sposobnost u simuliranom okruženju prije nego što im predate kontrole", kaže Han.
No, neki od drugih istraživača s kojima je Han surađivao imali su daljnji uvid: Mogli su napraviti alat koji bi učinio isto, bez robota, daleko jeftinije. Umjesto robotske ruke, povratnu snagu sile pružio bi mehanizam smješten u simuliranoj štrcaljki. Istraživači su ove godine podnijeli privremenu prijavu patenta i dobili grant od Penn State College of Engineering za razvoj uređaja kao tvrtke.
"Te bi sile mogle stvoriti malo jednostavnije tako da ovo, u osnovi, razbijanje materijala unutar ovih patrona stvori našu haptičku silu", kaže Jason Moore, izvanredni profesor strojarstva koji je vodio tim. "I tada bismo mogli još uvijek pružiti korisniku puno povratnih informacija o tome kako su obavili umetanje igle."
Iako privremena prijava patenta opisuje nekoliko sredstava za simulaciju pritiska (uključujući elektromagnetske, magnete, trenje, hidrauliku i druge), grupa se odlučila usredotočiti na verziju aktiviranu serijom membrana smještenih u tijelu špriceva. Kada se pritisne na površinu, igla se uvlači u tijelo šprice. Kako to čini, slijedi membrane u slijedu. Svaki se deformira i na kraju raspada, baš kao i ljudsko tkivo. Promjenom konfiguracije, debljine i materijala membrane, uređaj simulira različite profile sile bez potrebe za skupom rukom robota.
Suradnici Han, Moore i Moore, izvanredni profesor inženjerskog dizajna Scarlett Miller i vanredni profesor anesteziologije Sanjib Adhikary, nisu jedini koji rade na uređajima za obuku studenata u injekcijama vođenim ultrazvukom. "Svi pokušavaju smisliti različite načine i sredstva kako bi izgledali bolje ili ga učinili prijateljskijim za korisnike", kaže Adhikary. "Ali nitko nije dobio Sveti Gral."
Godine 2015. tvrtka nazvana Blue Phantom izdala je sofisticirani model treninga za injekcije u zglob koljena, zajedno s simuliranim potkoljenicom, tibijom, patelom i bursom - ali košta 3.800 dolara, a koristan je samo za vježbanje injekcija u koljeno. Postoje čak i rješenja "uradi sam" s balonima napunjenim želatinom, s gumenim posudama za cijevi. David Gaba, profesor anesteziologije na Stanfordu, više od 30 godina gradi simulatore ubrizgavanja igala, uključujući plastične trenerke za lumbalne injekcije. Čak koristi svinjsko tkivo ramena kao zamjenu za ljudsko.
"To što kompjuterski ili hardverski kombinacija može prikazati heptike nešto ne mora nužno značiti da će se postići čuda učenja ili vještina", kaže Gaba. "Ako ne postoje jasni dokazi da određeni uređaj čini veliku razliku, na kraju će tržište odrediti ima li neki napredni inženjerski napredak noge u odnosu na druge pristupe."
Još uvijek mora postojati ravnoteža, ističe Han. Uklonite previše realizma i učenici neće pravilno povezati alat prakse sa stvarnošću. Ali svaki kompjutorizirani aparat može pružiti vrijedne i kvantitativne povratne informacije - svojevrsne kartice izvještaja - performanse učenika koji uče tehniku.
Dok rade prema prodajnom uređaju, Moore, Miller i Adhikary ugrađuju akcelerometar u uložak, koji će se upariti s prilagođenim softverom kako bi dali slične povratne informacije o kutu umetanja i profilu sile. Njihov prototip, uključujući senzor i zamjenjivi uložak, koštao ih je oko 100 dolara.
„Ideju je vrijedno istražiti, pogotovo ako se ona može prodati za 100 dolara“, kaže Paul Bigeleisen, profesor anesteziologije na Sveučilištu Maryland. Ali injekcijsko lijevanje i široka distribucija, moguće kroz škole i bolnice za obuku, mogli bi smanjiti troškove po jedinici.
"Ako možemo učiniti da ti novi studenti medicine ili vrlo rani budući liječnici budu vrlo dobri u svojim pokretima, budite stabilni, može li to imati pozitivan utjecaj na njihovu vještinu mnogo dalje na cesti?", Kaže Moore.
To je nada, dodaje.
