Představte si, že máte dva balónky. Jeden je naplněn vodou a druhý vzduchem. Vypadají stejně, ale pokud na ně tlačíte, bude se každý cítit velmi odlišně. Takto se orgány cítí u lékaře. Pokud pacient potřebuje biopsii jehly nebo drenáž žlučníku, injekci kortizonu do páteře nebo žilní katétr, musí lékař, který zavádí jehlu, cítit nahromadění a uvolnění tlaku při zasunutí jehly, a nakonec propíchne každou následující tkáň.
"Charakter tkáně vám dává zpětnou vazbu a vaše mozkové postavy to vycházejí a mohou je použít k interpretaci mnoha různých věcí, " říká David Han, profesor chirurgie a radiologie ve státě Penn. "Pokud jste se dotkli mnoha jater a dotkli jste se mnoha slezin, někdy se zavřenýma očima můžete říct, která je která."
Ale to opravdu není snadné. Výzkum za posledních 30 nebo více let ukázal, že míra komplikací se pohybuje v rozmezí od 5 do 21 procent v katetrizaci centrálních žil a spádem je infekce nebo zvýšený čas a náklady v nemocnici, nebo dokonce smrt. Zkušení lékaři jsou na tom mnohem lépe, částečně proto, že to vyžaduje hodně praxe. (V mnoha případech pomáhá ultrazvuková navigace, ale i při vizuálním podnětu je snadné jít trochu příliš daleko a do špatné tkáně.)
Jak se studenti medicíny naučí tuto techniku? V některých případech poskytuje manekýn postavený tak, aby připomínal konkrétní tkáně, zpětnou vazbu, ale častěji studenti sledují zkušeného lékaře a poté to zkusí. "Jsem v tom opravdu dobrý, " říká Han. "Mám tedy vedle sebe někoho, kdo se chce naučit, jak to udělat, a já se trochu nakloním přes rameno a řeknu, zkus to nebo ono."
Tým vědců na Penn State University měl jiný nápad. V roce 2017, vedený Hanem, publikovali výzkum popisující robota, který by držel konec jehly a poskytoval mechanickou zpětnou vazbu - když student zatlačí jehlu do hrudky křemíku, rameno robota zatlačí zpět. Na rozdíl od manekýna může být naprogramován tak, aby sledoval různé silové křivky, aby odpovídal tlakovému profilu jehly klouzající do různých tkání a dokonce představoval různé typy těla. "Chtěli byste mít možnost, aby lidé prokázali svou schopnost v simulovaném prostředí, než jim podáte ovládací prvky, " říká Han.
Ale někteří další vědci, se kterými Han spolupracoval, měli další vhled: Mohli by vytvořit nástroj, který by udělal to samé, bez robotů, za mnohem levnější. Namísto robotického ramene by silová zpětná vazba byla zajištěna mechanismem umístěným uvnitř simulované stříkačky. Vědci podali v tomto roce prozatímní patentovou přihlášku a obdrželi grant od Penn State College of Engineering na vývoj zařízení jako firmy.
"Mohli bychom vytvořit tyto síly trochu jednodušší tím, že by to v podstatě materiálové lomení uvnitř těchto kazet vytvořilo naši haptickou sílu, " říká Jason Moore, docent strojního inženýrství, který tým vedl. "A pak bychom mohli uživateli poskytnout spoustu zpětné vazby o tom, jak provedli vkládání jehly."
Přestože prozatímní patentová přihláška popisuje několik prostředků pro simulaci tlaku (včetně elektromagnetických, magnetů, tření, hydrauliky a dalších), skupina se rozhodla zaměřit se na verzi ovládanou řadou membrán uložených v těle stříkačky. Po zatlačení na povrch se jehla zasune do těla stříkačky. Přitom dosedá postupně na membrány. Každý z nich se deformuje a nakonec se zlomí, stejně jako lidská tkáň. Změnou konfigurace, tloušťky a materiálu membrán zařízení simuluje různé silové profily, aniž by bylo nutné nákladné robotické rameno.
Spolupracovníci Han, Moore a Moore, docent inženýrského designu Scarlett Miller a docent anesteziologie Sanjib Adhikary, nejsou jediní, kdo pracují na zařízeních pro výcvik studentů v injekcích s ultrazvukem. "Každý se snaží přijít s různými způsoby a prostředky, aby to vypadalo lépe, nebo aby bylo uživatelsky přívětivější, " říká Adhikary. "Ale nikdo nemá Svatý grál."
V roce 2015 společnost s názvem Blue Phantom vydala sofistikovaný tréninkový model pro injekce kolenního kloubu, doplněný simulovanou stehenní kostí, holenní kostí, patellou a bursou - ale stojí to 3 800 $ a je užitečná pouze pro praktikování injekcí do kolene. Existují dokonce i kutilská řešení představující balónky naplněné želatinou, s gumovými trubičkovými nádobami. David Gaba, profesor anesteziologie na Stanfordu, vyrábí simulátory injekčních jehel více než 30 let, včetně plastových trenérů pro bederní injekce. Dokonce používá vepřovou plecovou tkáň jako náhradu za člověka.
"Jen proto, že něco může být simulováno počítačovým / hardwarovým combo pro zobrazení haptiků, nutně neznamená, že to dosáhne zázraků učení nebo dovedností, " říká Gaba. "Pokud neexistují jasné důkazy o tom, že konkrétní zařízení má velký rozdíl, nakonec to bude na trhu, které určí, zda nějaký konkrétní technický pokrok má nohy ve srovnání s jinými přístupy."
Stále musí existovat rovnováha, upozorňuje Han. Odstraňte příliš mnoho realismu a studenti nebudou správně propojovat cvičný nástroj s realitou. Jakýkoli počítačový přístroj však může poskytnout hodnotnou a kvantitativní zpětnou vazbu - druh zpráv - k výkonu studentů, kteří se této technice učí.
Když pracují na obchodovatelném zařízení, Moore, Miller a Adhikary staví akcelerometr do kazety, která se spáruje s uživatelským softwarem, aby poskytla podobnou zpětnou vazbu o úhlu zasunutí a profilu síly. Jejich prototyp, včetně senzoru a výměnné kazety, je stál kolem 100 $.
"Tento nápad stojí za to se zabývat, zejména pokud jej lze prodat za 100 USD, " říká Paul Bigeleisen, profesor anesteziologie na University of Maryland. Vstřikování plastů a široká distribuce, možná prostřednictvím škol a školicích nemocnic, by však náklady na jednotku mohly ještě snížit.
"Pokud dokážeme, aby tito noví studenti medicíny nebo velmi brzy budoucí lékaři byli ve svých pohybech rukou velmi dobří, byli velmi vyrovnaní, mohlo by to mít pozitivní dopad na jejich dovednosti mnohem dále po silnici?" Říká Moore.
To je naděje, dodává.
