Bayangkan anda mempunyai dua belon. Satu diisi dengan air, dan satu lagi dengan udara. Mereka kelihatan sama, tetapi jika anda menolaknya, setiap orang akan merasa sangat berbeza. Begitulah perasaan organ kepada doktor. Apabila pesakit memerlukan biopsi jarum, atau parit pundi hempedu, atau suntikan kortisone ke tulang belakang, atau kateter vena, doktor yang memasukkan jarum mesti dapat merasakan membina dan melepaskan tekanan apabila jarum itu masuk, dan akhirnya menusuk setiap tisu berturut-turut.
"Tisu tisu memberikan anda maklum balas, dan angka otak anda keluar, dan boleh menggunakannya untuk mentafsir banyak perkara yang berbeza, " kata David Han, profesor pembedahan dan radiologi di Penn State. "Jika anda telah menyentuh banyak orang dan anda telah menyentuh banyak spleen, kadang-kadang dengan mata anda ditutup anda boleh memberitahu yang mana."
Tetapi ia tidak begitu mudah. Penyelidikan selama 30 tahun atau lebih telah menunjukkan kadar komplikasi yang berkisar antara 5 hingga 21 peratus dalam penyembuhan vein pusat, dan jangkitan adalah jangkitan atau peningkatan masa dan kos hospital, atau kematian. Doktor yang berpengalaman lebih baik mengenainya, sebahagiannya kerana ia memerlukan banyak amalan. (Dalam kebanyakan kes, bimbingan ultrasound membantu, tetapi walaupun dengan isyarat visual mudah untuk pergi sedikit terlalu jauh, dan ke dalam tisu yang salah.)
Bagaimana pelajar med belajar teknik ini? Dalam sesetengah kes, manikin yang dibina untuk menyerupai tisu tertentu memberi maklum balas, tetapi lebih kerap pelajar menonton doktor yang berpengalaman, dan kemudian mencuba. "Saya sangat pandai, " kata Han. "Jadi saya ada orang yang berdiri di sebelah saya yang ingin belajar bagaimana untuk melakukannya, dan saya rasa bersandar di atas bahu mereka dan berkata, cuba ini atau itu."
Satu pasukan penyelidik di Penn State University mempunyai idea yang berbeza. Diketuai oleh Han, pada tahun 2017, mereka menerbitkan penyelidikan yang menggambarkan robot yang akan memegang ujung jarum dan memberi maklum balas mekanikal - apabila pelajar menolak jarum ke dalam silikon sekaligus, tangan robot itu menolak kembali. Tidak seperti manekin, ia boleh diprogramkan untuk mengikuti kurva daya yang berlainan, dibuat untuk memadankan profil tekanan jarum yang meluncur ke tisu yang berbeza, dan juga mewakili jenis badan yang berlainan. "Apa yang anda mahu lakukan adalah untuk membuktikan kecekapan mereka dalam persekitaran simulasi sebelum anda menyerahkannya kepada kawalan, " kata Han.
Tetapi beberapa penyelidik Han lain yang bekerja dengan mempunyai pandangan yang lebih lanjut: Mereka boleh membuat alat yang akan melakukan perkara yang sama, sans robot, jauh lebih murah. Daripada lengan robot, maklum balas daya akan diberikan oleh mekanisme yang ditempatkan di dalam satu jarum simulasi. Para penyelidik memfailkan permohonan paten sementara tahun ini dan menerima geran dari Kolej Kejuruteraan Penn State untuk membangunkan peranti sebagai perniagaan.
"Kami boleh mencipta kuasa-kuasa itu dengan lebih mudah dengan memperlahankannya, pada dasarnya, pembengkakan bahan di dalam kartrij ini menghasilkan daya haptik kami, " kata Jason Moore, seorang profesor kejuruteraan mekanikal yang mengetuai pasukan. "Dan kemudian kami masih dapat memberi pengguna banyak maklum balas tentang bagaimana mereka melakukan penyisipan jarum."
Walaupun aplikasi paten sementara menggambarkan beberapa cara mensimulasikan tekanan (termasuk elektromagnetik, magnet, geseran, hidraulik, dan lain-lain), kumpulan itu telah memilih untuk memberi tumpuan kepada versi yang digerakkan oleh siri membran yang ditempatkan di dalam badan jarum suntikan. Apabila ditekan terhadap permukaan, jarum akan menarik balik ke dalam badan picagari. Seperti yang dilakukan, ia membubarkan membran dalam urutan. Setiap orang cacat dan akhirnya pecah, sama seperti tisu manusia. Dengan mengubah konfigurasi, ketebalan dan bahan membran, peranti ini menyerupai profil kekuatan yang berlainan tanpa memerlukan lengan robot yang mahal.
Kolaborasi Han, Moore dan Moore, profesor rekaan kejuruteraan Scarlett Miller dan pensyarah profesor anestesiologi Sanjib Adhikary, bukanlah satu-satunya yang mengendalikan peranti untuk latihan pelajar dalam suntikan ultrasound yang dipandu. "Semua orang cuba menghasilkan cara dan cara yang berbeza untuk menjadikannya kelihatan lebih baik, atau membuatnya lebih mesra pengguna, " kata Adhikary. "Tetapi tidak ada yang mendapat Holy Grail."
Pada tahun 2015, sebuah syarikat bernama Blue Phantom mengeluarkan model latihan canggih untuk suntikan sendi lutut, lengkap dengan femur, tibia, patella dan bursa yang disimulasikan - tetapi harganya $ 3, 800, dan hanya berguna untuk mengamalkan suntikan ke dalam lutut. Terdapat juga penyelesaian DIY yang memaparkan belon yang dipenuhi gelatin, dengan saluran tiub getah. David Gaba, seorang profesor anestesiologi di Stanford, telah membina simulator suntikan jarum selama lebih dari 30 tahun, termasuk pelatih plastik untuk suntikan lumbar. Dia juga menggunakan tisu bahu babi sebagai pengganti manusia.
"Hanya kerana sesuatu yang boleh disimulasikan oleh kombo komputer / perkakasan untuk menggambarkan haptics tidak semestinya bermakna ia akan mencapai keajaiban pembelajaran atau kemahiran, " kata Gaba. "Kecuali terdapat bukti jelas bahawa peranti tertentu membuat perbezaan besar, akhirnya ia akan menjadi pasaran yang menentukan sama ada mana-mana kemajuan kejuruteraan tertentu mempunyai kaki berbanding dengan pendekatan lain."
Masih ada keseimbangan, kata Han. Keluarkan terlalu banyak realisme dan pelajar tidak akan menyambungkan alat praktikal dengan benar. Tetapi mana-mana alat berkomputer boleh memberikan maklum balas berharga dan kuantitatif - kad laporan jenis - ke dalam prestasi pelajar yang mempelajari teknik tersebut.
Apabila mereka bekerja ke arah peranti yang boleh dipasarkan, Moore, Miller dan Adhikary sedang membina sebuah pecutan ke dalam kartrij, yang akan dipasangkan dengan perisian tersuai untuk memberikan maklum balas yang sama pada sudut penyisipan dan memaksa profil. Prototaip mereka, termasuk sensor dan kartrij diganti, membelanjakannya sekitar $ 100.
"Idea ini patut diteruskan, terutamanya jika ia boleh dijual pada $ 100, " kata Paul Bigeleisen, seorang profesor anestesiologi di University of Maryland. Tetapi pengacuan suntikan dan pengedaran yang luas, mungkin melalui sekolah-sekolah dan hospital latihan, boleh memacu kos seunit lebih rendah.
"Jika kita boleh membuat pelajar perubatan baru ini atau doktor masa depan yang sangat awal menjadi sangat baik dalam gerakan tangan mereka, menjadi sangat mantap, bolehkah kesan positif terhadap kemahiran mereka jauh di jalan raya?" Kata Moore.
Itulah harapannya, tambahnya.
