Представете си, че имате два балона. Единият се пълни с вода, а другият - с въздух. Те изглеждат еднакви, но ако натиснете върху тях, всеки ще се чувства много различен. Така се чувстват органите към лекар. Когато пациентът се нуждае от биопсия на игла или изтичане на жлъчния мехур или кортизонова инжекция в гръбначния стълб или венозен катетър, лекарят, който поставя игла, трябва да може да почувства натрупването и освобождаването на налягане, тъй като тази игла се натиска, и в крайна сметка пробива всяка следваща тъкан.
„Характерът на тъканта ви дава обратна връзка и мозъкът ви измисля това и може да го използва за интерпретация на много различни неща“, казва Дейвид Хан, професор по хирургия и рентгенология в Penn State. "Ако сте докоснали много черен дроб и сте докоснали много далаци, понякога със затворени очи можете да разберете кое е кое."
Но наистина не е лесно. Изследванията през последните 30 или повече години показват проценти на усложнения, които варират от 5 до 21 процента при катетеризация на централните вени, а изпадането е инфекция или увеличени болнични време и разходи, или дори смърт. Опитните лекари са много по-добри в това, отчасти защото това изисква много практика. (В много случаи ултразвуковото ръководство помага, но дори и с визуална сигнализация е лесно да отидете малко прекалено далеч и да попаднете в грешна тъкан.)
Как студентите по медицина учат тази техника? В някои случаи манекен, изграден да прилича на определени тъкани, осигурява обратна връзка, но по-често студентите наблюдават опитен лекар и след това го опитват. "Наистина съм добър в това", казва Хан. „Значи имам до мен някой, който иска да се научи как да го направя, и аз се навеждам над рамото им и казвам, опитайте това или онова.“
Екип изследователи от Държавния университет в Пен имаха различна идея. Водени от Хан, през 2017 г. те публикуваха изследване, описващо робот, който би държал края на игла и осигурява механична обратна връзка - докато ученикът натиска иглата в бучка силиций, ръката на робота се изтласква назад. За разлика от манекен, той може да бъде програмиран да следва различни криви на силата, направени така, че да съответстват на профила на налягането на иглата, плъзгаща се в различни тъкани и дори да представя различни типове тяло. „Това, което искате да можете да направите, е да накарате хората да докажат своята компетентност в симулирана среда, преди да им предадете контролите“, казва Хан.
Но някои от другите изследователи, с които Хан работи, имаха допълнително разбиране: Те можеха да направят инструмент, който да направи същото, sans робот, за далеч по-евтино. Вместо рамо на робота, обратната връзка за силата ще бъде осигурена от механизъм, поставен в симулирана спринцовка. Тази година изследователите подадоха временна заявка за патент и получиха грант от Държавния технически колеж в Пен за разработване на устройството като бизнес.
„Бихме могли да създадем тези сили малко по-опростено, като това, по същество, разрушаване на материали вътре в тези патрони създава нашата хаптична сила“, казва Джейсън Мур, доцент по машиностроене, който ръководи екипа. „И тогава все още бихме могли да предоставим на потребителя много отзиви за това как са извършили поставянето на иглата.“
Въпреки че временната заявка за патент описва няколко средства за симулиране на налягане (включително електромагнитни, магнити, триене, хидравлика и други), групата е избрала да се съсредоточи върху версия, задействана от серия мембрани, разположени в тялото на спринцовката. При натискане върху повърхността иглата се прибира в тялото на спринцовката. Както прави, той опира мембраните в последователност. Всяка от тях се деформира и в крайна сметка се разрушава, подобно на човешката тъкан. Променяйки конфигурацията, дебелината и материала на мембраните, устройството симулира различни профили на сила, без да е необходимо скъпо рамо на рамото.
Сътрудниците на Хан, Мур и Мур, доцент по инженерно проектиране Скарлет Милър и доцент по анестезиология Санджиб Адхикари, не са единствените, които работят върху устройства за обучение на студенти в инжекции, управлявани от ултразвук. „Всеки се опитва да измисли различни начини и средства, за да изглежда по-добре или да го направи по-удобно за потребителя“, казва Адхикари. "Но никой няма свещения граал."
През 2015 г. компания, наречена Blue Phantom, пусна сложен тренировъчен модел за инжекции в колянната става, в комплект със симулирани бедро, пищяла, патела и бурса - но струва $ 3 800 и е полезен само за практикуване на инжекции в коляното. Има дори решения „Направи си сам“, съдържащи балони, пълни с желатин, с гумени съдове за тръби. Дейвид Габа, професор по анестезиология в Станфорд, изгражда симулатори за инжектиране на игли за повече от 30 години, включително пластмасови тренажори за лумбални инжекции. Той дори използва свински раменни тъкани като заместител на човека.
„Само защото компютърно / хардуерно комбо може да се симулира нещо за изобразяване на хаптиците, не означава непременно, че ще постигне чудеса на учене или умения“, казва Габа. „Освен ако няма ясни доказателства, че определено устройство има голяма промяна, в крайна сметка това ще бъде пазарът, който определя дали някой конкретен напредък на инженеринга има крака в сравнение с други подходи.“
Все още трябва да има баланс, посочва Хан. Премахнете твърде много от реализма и учениците няма да свържат правилно инструмента на практиката с реалността. Но всеки компютъризиран апарат може да предостави ценна и количествена обратна връзка - своеобразна карта с отчети - в представянето на учениците, изучаващи техниката.
Докато работят към продаваемо устройство, Moore, Miller и Adhikary изграждат акселерометър в патрона, който ще се сдвои с персонализиран софтуер, за да даде подобна обратна връзка относно ъгъла на вмъкване и профила на силата. Техният прототип, включително сензор и сменяема касета, им струваше около 100 долара.
„Идеята си струва да се преследва, особено ако тя може да бъде продадена на 100 долара“, казва Пол Бигелейзен, професор по анестезиология в Университета в Мериленд. Но инжекционното формоване и широкото разпространение, вероятно чрез училища и обучителни болници, биха могли да доведат до по-ниски разходи за единица.
„Ако можем да накараме тези нови студенти по медицина или много ранни лекари да бъдат много добри в движенията си, да бъдат много стабилни, може ли това да повлияе положително върху уменията им много по-надолу по пътя“, казва Мур.
Това е надеждата, добавя той.
