Stel je voor dat je twee ballonnen hebt. De ene is gevuld met water en de andere met lucht. Ze zien er hetzelfde uit, maar als je erop drukt, zal elk heel anders aanvoelen. Dat is hoe organen aan een arts voelen. Wanneer een patiënt een naaldbiopsie nodig heeft, of een galblaasafvoer, of een cortisone-injectie in de wervelkolom of een veneuze katheter, moet de arts die een naald inbrengt in staat zijn de opbouw en afgifte van druk te voelen wanneer die naald erin duwt, en doorboort uiteindelijk elk opeenvolgend weefsel.
"Het karakter van het weefsel geeft je dwangfeedback, en je hersenen komen daarachter en kunnen dat gebruiken om veel verschillende dingen te interpreteren, " zegt David Han, professor chirurgie en radiologie aan Penn State. "Als je veel levers hebt aangeraakt en je hebt veel milten aangeraakt, kun je soms met je ogen dicht zien welke welke is."
Maar het is echt niet gemakkelijk. Onderzoek in de afgelopen 30 jaar of meer heeft complicaties aangetoond die variëren van 5 tot 21 procent bij centrale aderkatheterisatie, en de neerslag is een infectie of verhoogde ziekenhuistijd en -kosten, of zelfs de dood. Ervaren artsen zijn er veel beter in, mede omdat er veel oefening voor nodig is. (In veel gevallen helpt echografiebegeleiding, maar zelfs met een visuele indicatie is het gemakkelijk om net iets te ver te gaan en in het verkeerde weefsel te gaan.)
Hoe leren medestudenten deze techniek? In sommige gevallen geeft een mannequin die is gebouwd om op bepaalde weefsels te lijken feedback, maar vaker kijken de studenten naar een ervaren arts en dan proberen ze het. "Ik ben er echt goed in", zegt Han. "Dus er staat iemand naast me die wil leren hoe het te doen, en ik leun een beetje over hun schouder en zeg, probeer dit of dat."
Een team van onderzoekers van Penn State University had een ander idee. Onder leiding van Han publiceerden ze in 2017 onderzoek waarin een robot werd beschreven die het uiteinde van een naald zou vasthouden en mechanische feedback zou geven - terwijl de student de naald in een klomp silicium duwt, duwt de robotarm terug. In tegenstelling tot een mannequin kan het worden geprogrammeerd om verschillende krachtcurven te volgen, gemaakt om overeen te komen met het drukprofiel van een naald die in verschillende weefsels glijdt en zelfs verschillende lichaamstypes voorstelt. “Wat je wilt kunnen doen, is dat mensen hun competentie in een gesimuleerde omgeving laten bewijzen voordat je ze de besturing overhandigt”, zegt Han.
Maar sommige van de andere onderzoekers waarmee Han samenwerkte, hadden een verder inzicht: ze konden een tool maken die hetzelfde zou doen, zonder robot, voor veel goedkoper. In plaats van een robotarm zou de krachtfeedback worden geleverd door een mechanisme dat is ondergebracht in een gesimuleerde spuit. De onderzoekers dienden dit jaar een voorlopige patentaanvraag in en ontvingen een subsidie van het Penn State College of Engineering om het apparaat als bedrijf te ontwikkelen.
"We zouden die krachten een beetje eenvoudiger kunnen creëren door deze, in wezen materiële breuk in deze cartridges onze haptische kracht te laten creëren", zegt Jason Moore, een universitair hoofddocent werktuigbouwkunde die het team leidde. "En dan kunnen we de gebruiker nog steeds veel feedback geven over hoe ze het inbrengen van de naald hebben uitgevoerd."
Hoewel de voorlopige octrooiaanvrage verschillende middelen beschrijft voor het simuleren van druk (waaronder elektromagnetisch, magneten, wrijving, hydraulica en andere), heeft de groep ervoor gekozen zich te concentreren op een versie die wordt aangestuurd door een reeks membranen die zijn ondergebracht in het lichaam van de spuit. Bij het duwen tegen een oppervlak trekt de naald zich terug in het lichaam van de spuit. Terwijl het dat doet, raakt het de membranen in volgorde. Elk vervormt en breekt uiteindelijk, net als menselijk weefsel. Door de configuratie, dikte en materiaal van de membranen te variëren, simuleert het apparaat verschillende krachtprofielen zonder dat er een dure robotarm nodig is.
Han, Moore en Moore's medewerkers, universitair hoofddocent technisch ontwerp Scarlett Miller en universitair hoofddocent anesthesiologie Sanjib Adhikary, zijn niet de enigen die werken aan apparaten voor het trainen van studenten in echografie-geleide injecties. "Iedereen probeert verschillende manieren en middelen te bedenken om het er beter uit te laten zien of gebruiksvriendelijker te maken", zegt Adhikary. "Maar niemand heeft de Heilige Graal."
In 2015 heeft een bedrijf genaamd Blue Phantom een geavanceerd trainingsmodel voor kniegewrichtinjecties uitgebracht, compleet met gesimuleerd dijbeen, scheenbeen, patella en slijmbeurs - maar het kost $ 3.800 en is alleen nuttig voor het oefenen van injecties in de knie. Er zijn zelfs doe-het-zelf oplossingen met met gelatine gevulde ballonnen, met rubberen buisvaten. David Gaba, professor anesthesiologie aan Stanford, bouwt al meer dan 30 jaar naaldinjectiesimulatoren, waaronder plastic trainers voor lumbale injecties. Hij gebruikt zelfs schouderschouderweefsel als vervanging voor de mens.
"Alleen omdat iets kan worden gesimuleerd door een computer / hardware-combinatie om de haptiek weer te geven, betekent dit niet noodzakelijkerwijs dat het wonderen van leren of vaardigheid zal bereiken", zegt Gaba. "Tenzij er duidelijk bewijs is dat een bepaald apparaat een groot verschil maakt, is het uiteindelijk de markt die bepaalt of een bepaalde technische vooruitgang benen heeft in vergelijking met andere benaderingen."
Er moet nog een evenwicht zijn, wijst Han. Verwijder te veel van het realisme en studenten zullen de oefentool niet goed verbinden met de realiteit. Maar elk geautomatiseerd apparaat kan waardevolle en kwantitatieve feedback geven - een soort rapport - voor de prestaties van de studenten die de techniek leren.
Terwijl ze werken aan een verhandelbaar apparaat, bouwen Moore, Miller en Adhikary een versnellingsmeter in de cartridge, die gekoppeld wordt met aangepaste software om vergelijkbare feedback te geven over de inbrenghoek en het krachtprofiel. Hun prototype, inclusief sensor en vervangbare cartridge, kostte hen ongeveer $ 100.
"Het idee is de moeite waard om na te streven, vooral als het voor $ 100 kan worden verkocht", zegt Paul Bigeleisen, professor anesthesiologie aan de Universiteit van Maryland. Maar spuitgieten en brede distributie, mogelijk via scholen en opleidingsziekenhuizen, kunnen de kosten per eenheid nog lager maken.
"Als we deze nieuwe medische studenten of zeer vroege artsen in de toekomst heel goed kunnen maken in hun handbewegingen, heel stabiel kunnen zijn, zou dat dan een veel grotere invloed kunnen hebben op hun vaardigheden?", Zegt Moore.
Dat is de hoop, voegt hij eraan toe.
