Imaginează-ți că ai două baloane. Unul este umplut cu apă, iar celălalt cu aer. Ele apar la fel, dar dacă le apăsați pe ele, fiecare se va simți foarte diferit. Așa se simt organele la medic. Atunci când un pacient are nevoie de o biopsie a acului, sau de o scurgere a vezicii biliare, sau o injecție de cortizon la coloana vertebrală sau un cateter venos, medicul care introduce un ac trebuie să poată simți acumularea și eliberarea de presiune în timp ce acel ac împinge în, și în cele din urmă punctează fiecare țesut succesiv.
„Caracterul țesutului îți oferă forțe de feedback, iar creierul tău figurează și poate folosi asta pentru a interpreta multe lucruri diferite”, spune David Han, profesor de chirurgie și radiologie la Penn State. „Dacă ai atins o mulțime de ficat și ai atins o mulțime de spline, uneori cu ochii închiși, poți spune care este.”
Dar chiar nu este ușor. Cercetările din ultimii 30 sau mai mulți ani au arătat rate de complicații care variază între 5 și 21 la sută în cateterismul venelor centrale, iar căderea este infecție sau creșterea timpului și costului spitalului sau chiar decesul. Medicii cu experiență sunt mult mai buni, parțial pentru că este nevoie de multă practică. (În multe cazuri, ghidarea cu ultrasunete ajută, dar chiar și cu un indiciu vizual, este ușor să mergeți doar puțin prea departe și în țesutul greșit.)
Cum învață studenții medici această tehnică? În unele cazuri, un manechin construit pentru a semăna cu anumite țesuturi oferă feedback, dar mai des studenții urmăresc un medic cu experiență, apoi îl încearcă. „Sunt foarte bun la asta”, spune Han. „Așa că am pe cineva care stă lângă mine care vrea să învețe cum să o facă, și am un fel de aplecare peste umăr și să spun, să încerce asta, sau asta.”
O echipă de cercetători de la Penn State University a avut o idee diferită. Conduși de Han, în 2017, au publicat cercetări care descriu un robot care ar ține capătul unui ac și ar oferi feedback mecanic - în timp ce studentul împinge acul într-o grămadă de siliciu, brațul robotului se împinge înapoi. Spre deosebire de manechin, acesta poate fi programat să urmeze diferite curbe de forță, realizate pentru a se potrivi cu profilul de presiune al unui ac alunecând în diferite țesuturi și chiar reprezentând diferite tipuri de corp. „Ce vrei să poți face este să-i faci pe oameni să-și dovedească competența într-un mediu simulat înainte de a le înmâna controalele”, spune Han.
Dar unii dintre ceilalți cercetători cu care lucra Han aveau o perspectivă suplimentară: puteau face un instrument care ar face același lucru, fără robot, pentru mult mai ieftin. În loc de un braț robot, feedback-ul forței ar fi furnizat de un mecanism adăugat într-o seringă simulată. Cercetătorii au depus o cerere de brevet provizorie în acest an și au primit o subvenție de la Penn State College of Engineering pentru a dezvolta dispozitivul ca o afacere.
„Am putea crea aceste forțe un pic mai simplist având în vedere că, în esență, fracturarea materialelor din aceste cartușe creează forța noastră haptică”, spune Jason Moore, profesor asociat de inginerie mecanică care a condus echipa. „Și atunci am putea oferi utilizatorului o mulțime de feedback despre modul în care a efectuat inserarea acului.”
Deși cererea de brevet provizoriu descrie mai multe mijloace de simulare a presiunii (inclusiv electromagnetice, magneți, frecare, hidraulică și altele), grupul a ales să se concentreze pe o versiune acționată de o serie de membrane găzduite în corpul seringii. La împingerea împotriva unei suprafețe, acul se retrage în corpul seringii. Așa cum se întâmplă, acesta absoarbe membranele în succesiune. Fiecare se deformează și, în cele din urmă, se rupe, la fel ca țesutul uman. Modificând configurația, grosimea și materialul membranelor, dispozitivul simulează diferite profile de forță, fără a fi nevoie de un braț robot scump.
Han, Moore și colaboratorii lui Moore, profesor asociat de proiectare inginerească Scarlett Miller și profesor asociat de anestezie Sanjib Adhikary, nu sunt singurii care lucrează pe dispozitive pentru instruirea studenților în injecții ghidate cu ultrasunete. „Toată lumea încearcă să vină cu diferite modalități și mijloace pentru a-l arăta mai bine sau pentru a-l face mai ușor de utilizat”, spune Adhikary. „Dar nimeni nu a primit Sfântul Graal.”
În 2015, o companie numită Blue Phantom a lansat un model sofisticat de instruire pentru injecții ale articulațiilor genunchiului, completat cu femur, tibie, patelă și bursa simulată - dar costă 3.800 USD și este util doar pentru practicarea injecțiilor la genunchi. Există chiar și soluții DIY cu baloane pline de gelatină, cu vase cu tub de cauciuc. David Gaba, profesor de anestezie la Stanford, construiește simulatoare de injecție cu ac de mai bine de 30 de ani, inclusiv instructori din plastic pentru injecții lombare. El chiar folosește țesutul de umăr de porc ca substitut pentru om.
„Doar pentru că ceva poate fi simulat de un combo de calculator / hardware pentru a înfățișa pe haptici nu înseamnă neapărat că va realiza miracole ale învățării sau priceperii”, spune Gaba. „Cu excepția cazului în care există dovezi clare că un anumit dispozitiv face o diferență mare, în cele din urmă, piața va determina dacă vreun avans în inginerie are picioare în comparație cu alte abordări.”
Încă trebuie să existe un echilibru, subliniază Han. Înlăturați prea mult realismul și elevii nu vor conecta corect instrumentul de practică la realitate. Dar orice aparat computerizat poate oferi un feedback valoros și cantitativ - un raport de felul felului - în performanța elevilor care învață tehnica.
Pe măsură ce lucrează către un dispozitiv comercializabil, Moore, Miller și Adhikary construiesc un accelerometru în cartuș, care se va împerechea cu software-ul personalizat pentru a oferi feedback similar asupra unghiului de inserție și a profilului de forță. Prototipul lor, inclusiv senzorul și cartușul înlocuibil, le costă în jur de 100 USD.
„Ideea merită urmărită, mai ales dacă poate fi vândută la 100 de dolari”, spune Paul Bigeleisen, profesor de anestezie la Universitatea din Maryland. Dar modelarea prin injecție și distribuția largă, eventual prin școli și spitale de instruire, ar putea reduce costul pe unitate.
„Dacă putem face ca acești noi studenți medicali sau viitorii medici foarte devreme să fie foarte buni la mișcările lor de mână, să fie foarte constanți, ar putea avea un impact pozitiv asupra abilității lor mult mai departe de drum?”, Spune Moore.
Aceasta este speranța, adaugă el.
