Kuvittele, että sinulla on kaksi ilmapalloa. Yksi täytetään vedellä ja toinen ilmalla. Ne näyttävät samoilta, mutta jos painat niitä, kumpikin tuntuu hyvin erilaiselta. Näin elimet tuntevat lääkäriä. Kun potilas tarvitsee neulabiopsian tai sappirakon valua tai kortisoni-injektion selkärankaan tai laskimokatetrin, neulaa lisäävän lääkärin on kyettävä tuntemaan paineen muodostumista ja vapautumista, kun neula työntyy, ja lopulta puhkaisee jokaisen peräkkäisen kudoksen.
"Kudoksen luonne antaa sinulle voimapalautetta, ja aivosi selvittävät sen ja voivat käyttää sitä tulkitsemaan paljon erilaisia asioita", sanoo Penn Staten kirurgian ja radiologian professori David Han. "Jos olet koskenut paljon maksia ja olet koskenut paljon pernat, joskus silmät kiinni, voit kertoa mikä on mikä."
Mutta se ei todellakaan ole helppoa. Viimeisen 30 tai useamman vuoden tutkimukset ovat osoittaneet komplikaatioasteen vaihtelevan 5 - 21 prosentista keskuslaskimojen katetroinnissa, ja lasku on infektio tai lisääntynyt sairaala-aika ja -kustannukset tai jopa kuolema. Kokeneet lääkärit pääsevät siihen paljon paremmin, osittain siksi, että se vie paljon harjoittelua. (Monissa tapauksissa ultraääniohjeet auttavat, mutta jopa visuaalisella kiilalla on helppo mennä vähän liian pitkälle ja väärään kudokseen.)
Kuinka lääketieteen opiskelijat oppivat tämän tekniikan? Joissakin tapauksissa tietyille kudoksille muistuttava mannekiini antaa palautetta, mutta useammin opiskelijat seuraavat kokeneita lääkäreitä ja kokeilevat sitä. "Olen todella hyvä siinä", Han sanoo. "Joten minulla on vieressäni seisova joku, joka haluaa oppia sen tekemisen, ja minä tavallaan nojaudun heidän hartiansa yli ja sanon, kokeile tätä tai toista."
Penn State Universityn tutkijaryhmällä oli erilainen ajatus. HEN: n johdolla he julkaisivat vuonna 2017 tutkimuksen, joka kuvaa robottia, joka pitäisi neulan päässä ja antaisi mekaanista palautetta - kun opiskelija työntää neulan piinmuodostukseen, robottivarsi työntyy taaksepäin. Toisin kuin mannekiini, se voidaan ohjelmoida seuraamaan erilaisia voimakäyriä, jotka tehdään vastaamaan eri kudoksiin liu'un neulan paineprofiilia ja edustamaan jopa erilaisia kehotyyppejä. "Mitä haluat pystyä tekemään, on saada ihmiset todistamaan pätevyytensä simuloidussa ympäristössä ennen kuin annat heille hallintalaitteet", Han sanoo.
Mutta joillakin muilla Hanin kanssa työskenteleneillä tutkijoilla oli tarkempi käsitys: He voisivat tehdä työkalun, joka tekisi saman asian, sans robotti, paljon halvemmaksi. Robottivarren sijaan voimapalaute saataisiin mekanismin avulla, joka on sijoitettu simuloidun ruiskun sisään. Tutkijat jättivät väliaikaisen patenttihakemuksen tänä vuonna ja saivat apurahan Penn State College of Engineeringiltä laitteen kehittämiseksi liiketoimintaksi.
"Voisimme luoda nämä voimat hiukan yksinkertaisemmin, jos tämä pohjimmiltaan materiaalin murtuminen näiden patruunoiden sisällä luo haptisen voimamme", sanoo ryhmää johtaneen konetekniikan apulaisprofessori Jason Moore. "Ja sitten voimme silti antaa käyttäjälle paljon palautetta siitä, kuinka he suorittivat neulan asettamisen."
Vaikka väliaikainen patenttihakemus kuvaa useita keinoja paineen simuloimiseksi (mukaan lukien sähkömagneettiset, magneetit, kitka, hydrauliikka ja muut), ryhmä on päättänyt keskittyä versioon, jota käyttävät ruiskun rungossa olevat kalvosarjat. Kun se työntyy pintaa vasten, neula palautuu ruiskun runkoon. Tällöin se tukee membraaneja peräkkäin. Jokainen deformoituu ja lopulta rikkoutuu, kuten ihmisen kudos. Vaihtelemalla kalvojen kokoonpanoa, paksuutta ja materiaalia, laite simuloi erilaisia voimaprofiileja ilman, että tarvitaan kallista robottivartta.
Han, Moore ja Mooren yhteistyökumppanit, teknisen suunnittelun apulaisprofessori Scarlett Miller ja anestesiologian apulaisprofessori Sanjib Adhikary eivät ole ainoat, jotka työskentelevät laitteilla, joilla koulutetaan opiskelijoita ultraääni-ohjatuilla injektioilla. "Kaikki yrittävät löytää erilaisia tapoja ja keinoja, jotta se näyttää paremmalta tai tehdä siitä käyttäjäystävällisempi", Adhikary sanoo. "Mutta kukaan ei ole saanut Pyhää Graalia."
Vuonna 2015 Blue Phantom -niminen yritys julkaisi hienostuneen harjoitusmallin polvinivelinjektioille, jossa oli simuloitu reisiluu, sääriluu, patella ja bursa - mutta se maksaa 3 800 dollaria ja on hyödyllinen vain polvien injektioiden harjoittamiseen. On jopa DIY-ratkaisuja, joissa on gelatiinitäytteiset ilmapalloja ja kumiputkisäiliöitä. Stanfordin anestesiologian professori David Gaba on rakentanut neula-injektiosimulaattoreita yli 30 vuoden ajan, mukaan lukien muoviharjoittimet lanneinjektioita varten. Hän käyttää jopa sianlihan kudosta ihmisen korvikkeena.
"Vain siksi, että jotain voidaan simuloida tietokone- / laitteistoyhdistelmällä kuvaamaan kuvaajia, ei välttämättä tarkoita, että se saavuttaa oppimisen tai taitojen ihmeitä", Gaba sanoo. "Ellei ole selkeää näyttöä siitä, että tietyllä laitteella on suuri ero, viime kädessä markkinat määräävät, onko jollakin tietyllä tekniikan kehityksellä jalat verrattuna muihin lähestymistapoihin."
Tasapainon on vielä oltava, Han huomauttaa. Poista liian suuri osa realismista, ja opiskelijat eivät yhdistä harjoitustyökalua oikein todellisuuteen. Mutta mikä tahansa tietokoneistettu laite voi antaa arvokasta ja kvantitatiivista palautetta - eräänlaista raporttikorttia - tekniikkaa oppivien opiskelijoiden suoritukseen.
Kun Moore, Miller ja Adhikary työskentelevät kohti markkinoitavaa laitetta, ne rakentavat kiihtyvyysmittaria patruunaan, joka pariutuu mukautettujen ohjelmistojen kanssa antamaan samanlaista palautetta lisäyskulmasta ja voimaprofiilista. Heidän prototyyppinsä, mukaan lukien anturi ja vaihdettava patruuna, maksavat heille noin 100 dollaria.
"Idea on toteuttamisen arvoinen, etenkin jos se voidaan myydä 100 dollarilla", sanoo Mary Blandleisen yliopiston anestesiologian professori Paul Bigeleisen. Mutta ruiskuvalu ja laaja jakelu, mahdollisesti koulujen ja koulutussairaaloiden kautta, saattaisivat alentaa yksikkökustannuksia vielä alhaisemmin.
"Jos voimme saada nämä uudet lääketieteen opiskelijat tai hyvin varhaisessa vaiheessa tulevat lääkärit olemaan erittäin hyviä kädenliikkeissä, olemaan erittäin tasaisia, voisiko sillä olla positiivinen vaikutus heidän taitoihinsa paljon kauempana tiellä", Moore sanoo.
Se on toivoa, hän lisää.
