Φανταστείτε ότι έχετε δύο μπαλόνια. Το ένα είναι γεμάτο με νερό και το άλλο με αέρα. Εμφανίζονται τα ίδια, αλλά αν τους ωθήσετε, ο καθένας θα αισθάνεται πολύ διαφορετικός. Έτσι αισθάνονται τα όργανα σε έναν γιατρό. Όταν ένας ασθενής χρειάζεται βιοψία βελόνας ή αποχέτευση της χοληδόχου κύστης ή ένεση κορτιζόνης στη σπονδυλική στήλη ή φλεβικό καθετήρα, ο γιατρός που εισάγει βελόνα πρέπει να μπορεί να αισθάνεται τη συσσώρευση και απελευθέρωση της πίεσης καθώς η βελόνα ωθεί, και τελικά τρυπά κάθε διαδοχικό ιστό.
"Ο χαρακτήρας του ιστού σας δίνει δύναμη ανατροφοδότησης, και ο εγκέφαλός σας δείχνει ότι έξω, και μπορεί να το χρησιμοποιήσει για να ερμηνεύσει πολλά διαφορετικά πράγματα", λέει ο David Han, καθηγητής χειρουργικής και ακτινολογίας στο Penn State. "Αν έχετε αγγίξει πολλά συκώτια και έχετε αγγίξει πολλές σπλήνες, μερικές φορές με τα μάτια κλειστά μπορείτε να πείτε ποια είναι ποια."
Αλλά δεν είναι εύκολο. Έρευνες τα τελευταία 30 ή περισσότερα χρόνια έχουν δείξει επιπλοκές που κυμαίνονται από 5 έως 21 τοις εκατό στον καθετηριασμό των κεντρικών φλεβών και το φαινόμενο είναι λοίμωξη ή αυξημένο χρόνο νοσηλείας και κόστος ή ακόμα και θάνατος. Οι έμπειροι γιατροί είναι πολύ καλύτερα σε αυτό, εν μέρει επειδή χρειάζεται πολλή πρακτική. (Σε πολλές περιπτώσεις, η καθοδήγηση με υπερηχογράφημα βοηθά, αλλά ακόμα και με ένα οπτικό σύνθημα είναι εύκολο να πάτε λίγο πολύ μακριά και σε λάθος ιστό.)
Πώς μαθαίνουν οι μαθητές αυτή την τεχνική; Σε μερικές περιπτώσεις, μια κούκλα κατασκευασμένη για να μοιάζει με συγκεκριμένους ιστούς παρέχει ανατροφοδότηση, αλλά πιο συχνά οι μαθητές παρακολουθούν έναν έμπειρο γιατρό και στη συνέχεια το δοκιμάζουν. "Είμαι πολύ καλός σε αυτό", λέει ο Χαν. "Έχω λοιπόν κάποιον που στέκεται δίπλα μου που θέλει να μάθει πώς να το κάνει, και κάπως κάθονται πάνω από τον ώμο τους και λέω, δοκιμάστε αυτό ή κάτι τέτοιο".
Μια ομάδα ερευνητών στο Penn State University είχε διαφορετική ιδέα. Με επικεφαλής τον Χαν, το 2017 δημοσίευσαν έρευνα που περιγράφει ένα ρομπότ που θα κρατούσε το τέλος μιας βελόνας και θα παρέχει μηχανική ανατροφοδότηση - καθώς ο σπουδαστής σπρώχνει τη βελόνα σε ένα κομμάτι πυριτίου, ο βραχίονας ρομπότ σπρώχνει πίσω. Σε αντίθεση με μια μανεκέν, μπορεί να προγραμματιστεί να ακολουθεί διαφορετικές καμπύλες δύναμης, που ταιριάζουν με το προφίλ πίεσης μιας βελόνας που ολισθαίνει σε διαφορετικούς ιστούς, και μάλιστα αντιπροσωπεύει διαφορετικούς τύπους σώματος. "Αυτό που θέλεις να κάνεις είναι να κάνεις τους ανθρώπους να αποδείξουν την ικανότητά τους σε ένα προσομοιωμένο περιβάλλον προτού τους παραδώσετε τους ελέγχους", λέει ο Han.
Αλλά μερικοί από τους άλλους ερευνητές που συνεργάζονταν με τον Χαν είχαν μια περαιτέρω ενόραση: Θα μπορούσαν να κάνουν ένα εργαλείο που θα έκανε το ίδιο πράγμα, χωρίς τα ρομπότ, για πολύ φθηνότερα. Αντί ενός βραχίονα ρομπότ, η ανατροφοδότηση της δύναμης θα παρέχεται από ένα μηχανισμό τοποθετημένο μέσα σε μια προσομοιωμένη σύριγγα. Οι ερευνητές υπέβαλαν προσωρινή αίτηση ευρεσιτεχνίας φέτος και έλαβαν επιχορήγηση από το Penn State College of Engineering για να αναπτύξουν τη συσκευή ως επιχείρηση.
"Θα μπορούσαμε να δημιουργήσουμε αυτές τις δυνάμεις λίγο πιο απλουστευτικά, έχοντας ουσιαστικά την υλική κατάρρευση μέσα σε αυτά τα φυσίγγια δημιουργώντας την απτική δύναμη μας", λέει ο Jason Moore, αναπληρωτής καθηγητής μηχανικής που ηγήθηκε της ομάδας. "Και τότε θα μπορούσαμε να παρέχουμε στον χρήστη πολλά σχόλια σχετικά με το πώς πραγματοποίησαν την εισαγωγή της βελόνας".
Αν και η προσωρινή αίτηση διπλώματος ευρεσιτεχνίας περιγράφει διάφορα μέσα προσομοίωσης της πίεσης (περιλαμβανομένων των ηλεκτρομαγνητικών, των μαγνητών, των τριβών, των υδραυλικών και άλλων), η ομάδα επέλεξε να εστιάσει σε μια εκδοχή που ενεργοποιείται από μια σειρά μεμβρανών που στεγάζονται μέσα στο σώμα της σύριγγας. Αφού πιέσετε πάνω σε μια επιφάνεια, η βελόνα ανασύρεται στο σώμα της σύριγγας. Κατ 'αυτόν τον τρόπο, καταλαμβάνει τις μεμβράνες σε σειρά. Καθένας παραμορφώνεται και τελικά σπάει, όπως και ο ανθρώπινος ιστός. Μεταβάλλοντας τη διαμόρφωση, το πάχος και το υλικό των μεμβρανών, η συσκευή προσομοιώνει διαφορετικά προφίλ δύναμης χωρίς την ανάγκη για ακριβό βραχίονα ρομπότ.
Οι συνεργάτες του Han, Moore και Moore, αναπληρωτής καθηγητής μηχανικής Scarlett Miller και αναπληρωτής καθηγητής αναισθησιολογίας Sanjib Adhikary, δεν είναι οι μόνοι που εργάζονται σε συσκευές για την εκπαίδευση των φοιτητών σε εγχύσεις με καθοδήγηση με υπερήχους. "Όλοι προσπαθούν να βρουν διαφορετικούς τρόπους και μέσα για να φανούν καλύτερα ή να το κάνουν πιο φιλικό προς το χρήστη", λέει ο Adhikary. "Αλλά κανείς δεν έχει το Άγιο Δισκοπότηρο".
Το 2015, μια εταιρεία που ονομάζεται Blue Phantom κυκλοφόρησε ένα εξελιγμένο μοντέλο εκπαίδευσης για ενέσεις άρθρωσης γόνατος, πλήρης με προσομοιωμένο μηριαίο οστούν, κνήμη, επιγονατίδα και μπούρσα - αλλά κοστίζει 3.800 δολάρια και είναι χρήσιμο μόνο για την άσκηση ενέσεων στο γόνατο. Υπάρχουν ακόμη λύσεις DIY που διαθέτουν μπαλόνια γεμάτα με ζελατίνη, με δοχεία από καουτσούκ. Ο David Gaba, καθηγητής αναισθησιολογίας στο Στάνφορντ, κατασκευάζει προσομοιωτές βελόνας για περισσότερα από 30 χρόνια, συμπεριλαμβανομένων πλαστικών εκπαιδευτών για οσφυϊκές ενέσεις. Χρησιμοποιεί ακόμη ιστό ώμου χοιρινού κρέατος ως υποκατάστατο του ανθρώπου.
"Ακριβώς επειδή κάτι μπορεί να προσομοιωθεί από ένα κομπιούτερ υπολογιστή / υλικού για να απεικονίσει τα haptics δεν σημαίνει απαραίτητα ότι θα επιτύχει θαύματα μάθησης ή δεξιοτήτων", λέει ο Gaba. "Εκτός αν υπάρχουν σαφείς ενδείξεις ότι μια συγκεκριμένη συσκευή κάνει μεγάλη διαφορά, τελικά θα είναι η αγορά που καθορίζει αν κάποια συγκεκριμένη μηχανική πρόοδος έχει πόδια σε σύγκριση με άλλες προσεγγίσεις".
Πρέπει να υπάρξει ισορροπία, επισημαίνει ο Χαν. Αφαιρέστε υπερβολικά το ρεαλισμό και οι μαθητές δεν θα συνδέσουν σωστά το εργαλείο πρακτικής με την πραγματικότητα. Αλλά οποιαδήποτε μηχανογραφημένη συσκευή μπορεί να προσφέρει πολύτιμες και ποσοτικές ανατροφοδοτήσεις - μια καρτέλα αναφοράς, με τις επιδόσεις των μαθητών που μαθαίνουν την τεχνική.
Καθώς εργάζονται προς μια εμπορεύσιμη συσκευή, οι Moore, Miller και Adhikary κατασκευάζουν ένα επιταχυνσιόμετρο μέσα στο φυσίγγιο, το οποίο θα συνδυάζεται με το προσαρμοσμένο λογισμικό για να δώσει παρόμοια ανατροφοδότηση στη γωνία εισαγωγής και το προφίλ δύναμης. Το πρωτότυπο, συμπεριλαμβανομένου του αισθητήρα και της αντικαταστάσιμης κασέτας, τους κοστίζει γύρω στα $ 100.
"Η ιδέα αξίζει να συνεχιστεί, ειδικά αν μπορεί να πωληθεί σε $ 100", λέει ο Paul Bigeleisen, καθηγητής αναισθησιολογίας στο Πανεπιστήμιο του Maryland. Αλλά η χύτευση με έγχυση και η ευρεία διανομή, ενδεχομένως μέσω σχολείων και νοσοκομείων κατάρτισης, θα μπορούσαν να οδηγήσουν το κόστος ανά μονάδα ακόμη χαμηλότερα.
"Αν μπορούμε να κάνουμε αυτούς τους νέους φοιτητές ιατρικής ή πολύ πρώιμους γιατρούς να είναι πολύ καλοί στις κινήσεις τους, να είναι πολύ σταθεροί, θα μπορούσαν να έχουν θετικό αντίκτυπο στην ικανότητά τους πολύ πιο κάτω από το δρόμο;" λέει ο Moore.
Αυτή είναι η ελπίδα, προσθέτει.
