Bayangkan Anda memiliki dua balon. Satu diisi dengan air, dan yang lainnya dengan udara. Mereka tampak sama, tetapi jika Anda mendorong mereka, masing-masing akan terasa sangat berbeda. Itulah yang dirasakan organ-organ pada seorang dokter. Ketika seorang pasien membutuhkan biopsi jarum, atau saluran empedu, atau suntikan kortison ke tulang belakang, atau kateter vena, dokter yang memasukkan jarum harus dapat merasakan penumpukan dan melepaskan tekanan ketika jarum mendorong ke dalam, dan akhirnya tusukan setiap jaringan berturut-turut.
"Karakter jaringan memberi Anda umpan balik paksa, dan otak Anda memahami hal itu, dan dapat menggunakannya untuk menafsirkan banyak hal yang berbeda, " kata David Han, profesor bedah dan radiologi di Penn State. "Jika Anda telah menyentuh banyak hati dan Anda telah menyentuh banyak limpa, kadang-kadang dengan mata tertutup Anda dapat mengetahui mana yang."
Tapi itu benar-benar tidak mudah. Penelitian selama 30 tahun terakhir atau lebih menunjukkan tingkat komplikasi berkisar antara 5 hingga 21 persen pada kateterisasi vena sentral, dan dampaknya adalah infeksi atau peningkatan waktu dan biaya rumah sakit, atau bahkan kematian. Dokter yang berpengalaman jauh lebih baik dalam hal itu, sebagian karena butuh banyak latihan. (Dalam banyak kasus, panduan ultrasound membantu, tetapi bahkan dengan isyarat visual mudah untuk pergi terlalu jauh, dan ke jaringan yang salah.)
Bagaimana mahasiswa kedokteran mempelajari teknik ini? Dalam beberapa kasus, manekin yang dibuat menyerupai jaringan tertentu memberikan umpan balik, tetapi lebih sering para siswa menonton dokter yang berpengalaman, dan kemudian mereka mencobanya. "Aku benar-benar pandai, " kata Han. "Jadi aku punya seseorang yang berdiri di sampingku yang ingin belajar bagaimana melakukannya, dan aku agak bersandar di bahu mereka dan berkata, coba ini, atau itu."
Tim peneliti di Penn State University punya ide berbeda. Dipimpin oleh Han, pada tahun 2017, mereka menerbitkan penelitian yang menggambarkan robot yang akan menahan ujung jarum dan memberikan umpan balik mekanis - ketika siswa mendorong jarum ke dalam gumpalan silikon, lengan robot mendorong ke belakang. Tidak seperti manekin, dapat diprogram untuk mengikuti kurva gaya yang berbeda, dibuat agar sesuai dengan profil tekanan dari jarum yang meluncur ke jaringan yang berbeda, dan bahkan mewakili jenis tubuh yang berbeda. “Apa yang ingin Anda lakukan adalah membuat orang membuktikan kompetensi mereka dalam lingkungan yang disimulasikan sebelum Anda menyerahkan kontrol, ” kata Han.
Tetapi beberapa peneliti lain yang bekerja sama dengan Han memiliki wawasan lebih lanjut: Mereka dapat membuat alat yang akan melakukan hal yang sama, tanpa robot, dengan harga yang jauh lebih murah. Alih-alih lengan robot, umpan balik gaya akan diberikan oleh mekanisme yang ditempatkan di dalam jarum suntik yang disimulasikan. Para peneliti mengajukan aplikasi paten sementara tahun ini dan menerima hibah dari Penn State College of Engineering untuk mengembangkan perangkat sebagai bisnis.
“Kami dapat menciptakan kekuatan-kekuatan itu sedikit lebih sederhana dengan membuat ini, pada dasarnya, rekah material di dalam kartrid ini menciptakan kekuatan haptic kami, ” kata Jason Moore, seorang profesor teknik mesin yang memimpin tim. "Dan kemudian kita masih bisa memberikan banyak umpan balik kepada pengguna tentang bagaimana mereka melakukan penyisipan jarum."
Meskipun aplikasi paten sementara menggambarkan beberapa cara simulasi tekanan (termasuk elektromagnetik, magnet, gesekan, hidrolika, dan lainnya), grup ini telah memilih untuk fokus pada versi yang digerakkan oleh serangkaian membran yang ditempatkan di dalam tubuh jarum suntik. Setelah mendorong permukaan, jarum masuk ke tubuh jarum suntik. Seperti itu, ia berbatasan dengan membran secara berurutan. Masing-masing berubah bentuk dan akhirnya pecah, seperti jaringan manusia. Dengan memvariasikan konfigurasi, ketebalan dan bahan membran, perangkat mensimulasikan profil kekuatan yang berbeda tanpa perlu lengan robot yang mahal.
Kolaborator Han, Moore dan Moore, profesor desain teknik Scarlett Miller dan profesor anestesi Sanjib Adhikary, bukan satu-satunya yang bekerja pada perangkat untuk melatih siswa dalam injeksi ultrasonografi. “Semua orang berusaha menemukan cara dan cara berbeda untuk membuatnya terlihat lebih baik, atau membuatnya lebih ramah pengguna, ” kata Adhikary. "Tapi tidak ada yang punya Holy Grail."
Pada 2015, sebuah perusahaan bernama Blue Phantom merilis model pelatihan canggih untuk injeksi sendi lutut, lengkap dengan simulasi tulang paha, tibia, patella, dan bursa - tetapi biayanya $ 3.800, dan hanya berguna untuk mempraktikkan injeksi ke lutut. Bahkan ada solusi DIY yang menampilkan balon berisi gelatin, dengan tabung tabung karet. David Gaba, seorang profesor anestesiologi di Stanford, telah membangun simulator injeksi jarum selama lebih dari 30 tahun, termasuk pelatih plastik untuk injeksi lumbar. Dia bahkan menggunakan jaringan bahu babi sebagai pengganti manusia.
"Hanya karena sesuatu dapat disimulasikan oleh kombo komputer / perangkat keras untuk menggambarkan haptics tidak berarti bahwa itu akan mencapai keajaiban pembelajaran atau keterampilan, " kata Gaba. "Kecuali ada bukti yang jelas bahwa perangkat tertentu membuat perbedaan besar, pada akhirnya itu akan menjadi pasar yang menentukan apakah kemajuan teknik tertentu memiliki keunggulan dibandingkan dengan pendekatan lain."
Masih harus ada keseimbangan, tandas Han. Hapus terlalu banyak realisme dan siswa tidak akan menghubungkan alat latihan dengan benar dengan kenyataan. Tetapi setiap peralatan yang terkomputerisasi dapat memberikan umpan balik yang berharga dan kuantitatif - semacam kartu laporan - ke dalam kinerja para siswa yang mempelajari teknik ini.
Saat mereka bekerja menuju perangkat yang dapat dipasarkan, Moore, Miller dan Adhikary sedang membangun akselerometer ke dalam kartrid, yang akan dipasangkan dengan perangkat lunak khusus untuk memberikan umpan balik serupa pada sudut penyisipan dan profil gaya. Prototipe mereka, termasuk sensor dan kartrid yang dapat diganti, harganya sekitar $ 100.
"Idenya layak untuk diusahakan, terutama jika bisa dijual seharga $ 100, " kata Paul Bigeleisen, seorang profesor anestesiologi di University of Maryland. Tetapi cetakan injeksi dan distribusi luas, mungkin melalui sekolah dan rumah sakit pelatihan, dapat mendorong biaya per unit lebih rendah.
“Jika kita dapat membuat mahasiswa kedokteran baru ini atau dokter masa depan yang sangat baik dalam gerakan tangan mereka, menjadi sangat mantap, dapatkah hal itu berdampak positif pada keterampilan mereka lebih jauh di jalan?” Kata Moore.
Itu harapan, tambahnya.
