2つの風船があると想像してください。 1つは水で満たされ、もう1つは空気で満たされています。 それらは同じように見えますが、それらを押すと、それぞれが非常に異なって感じるでしょう。 それが臓器に対する医師の気持ちです。 患者が針生検、胆嚢ドレーン、または脊椎へのコルチゾン注射、または静脈カテーテルを必要とする場合、針を挿入する医師は、針が押し込まれるにつれて圧力の蓄積と解放を感じることができなければなりません。そして、最終的に連続する各組織に穴を開けます。
「組織の性格はあなたにフォースフィードバックを与え、あなたの脳はそれを把握し、それを使って多くの異なることを解釈することができます」と、ペン州立大学の外科および放射線学の教授であるデビッドハンは言います。 「肝臓にたくさん触れ、脾臓にたくさん触れた場合、時には目を閉じて、どれがどれであるかを知ることができます。」
しかし、それは本当に簡単ではありません。 過去30年以上の研究により、中心静脈カテーテル法の合併症率は5〜21％であり、フォールアウトは感染または病院での時間とコストの増加、さらには死亡です。 経験豊富な医師は、多くの練習が必要なこともあり、その点ではるかに優れています。 （多くの場合、超音波ガイダンスが役立ちますが、視覚的な手がかりがあっても、少し離れすぎて間違った組織に入るのは簡単です。）
医学生はこのテクニックをどのように学習しますか？ 特定の組織に似せて作られたマネキンがフィードバックを提供する場合もありますが、多くの場合、学生は経験豊富な医師を見てから試用します。 「私は本当に上手です」とハンは言います。 「それで、私はそれをする方法を学びたいと思う私の隣に立っている誰かを持っています、そして私は彼らの肩に寄りかかって、これ、またはそれを試してみてください」
ペンシルベニア州立大学の研究者チームは、別のアイデアを持っていました。 ハンが率いる2017年に、彼らは針の先端を保持して機械的フィードバックを提供するロボットを説明する研究を発表しました。学生が針をシリコンの塊に押し込むと、ロボットアームが押し戻されます。 マネキンとは異なり、異なる力曲線に従うようにプログラムすることができ、異なる組織に滑り込む針の圧力プロファイルに一致させ、異なる体型を表すことさえできます。 「あなたができるようにしたいことは、コントロールを渡す前に、シミュレートされた環境で彼らの能力を証明してもらうことです」とハンは言います。
しかし、ハンが研究していた他の研究者の中には、さらなる洞察力を持っていた人もいます。彼らは、ロボットを使わずに同じことをするツールをはるかに安価に作ることができました。 ロボットアームの代わりに、シミュレートされたシリンジ内に収容されたメカニズムによって力フィードバックが提供されます。 研究者は今年、暫定的な特許出願を提出し、ペンシルバニア州立大学工学部から事業としてデバイスを開発するための助成金を受けました。
「これらのカートリッジ内で本質的に破壊する材料に触覚力を作成させることで、これらの力をもう少し単純化できます」と、チームを率いる機械工学の准教授ジェイソン・ムーアは言います。 「それから、ユーザーがどのように針の挿入を行ったかについて多くのフィードバックをユーザーに提供することができました。」
仮特許出願では、圧力をシミュレートするいくつかの手段（電磁気、磁石、摩擦、油圧など）について説明していますが、このグループは、注射器の本体内に収容された一連の膜によって作動するバージョンに焦点を当てることを選択しました。 表面を押すと、針は注射器の本体に引き込まれます。 それがするように、それは順番に膜に接します。 それぞれが変形し、最終的には人間の組織のように壊れます。 膜の構成、厚さ、および材料を変えることにより、デバイスは、高価なロボットアームを必要とせずに、さまざまな力のプロファイルをシミュレートします。
ハン、ムーア、ムーアの共同研究者、工学設計の准教授、スカーレット・ミラー、麻酔学のサンジブ・アディカリーの准教授は、超音波ガイド下注射の学生を訓練するためのデバイスに取り組んでいる唯一のものではありません。 「誰もがさまざまな方法を考え出そうとしており、見栄えを良くしたり、より使いやすくしたりしています」とAdhikary氏は言います。 「しかし、誰も聖杯を持っていません。」
2015年、Blue Phantomという会社が、大腿骨、脛骨、膝蓋骨、および滑液包をシミュレートした膝関節注射の高度なトレーニングモデルをリリースしました。ただし、費用は3, 800ドルで、膝への注射の練習にのみ役立ちます。 ゴム製のチューブ容器を備えたゼラチン充填バルーンを備えたDIYソリューションもあります。 スタンフォード大学の麻酔学の教授であるデビッドガバは、腰椎注射用のプラスチックトレーナーを含む針注射シミュレータを30年以上にわたって構築しています。 彼は豚の肩のティッシュを人間の代わりとして使用します。
「ハプティクスを描写するためにコンピューター/ハードウェアのコンボによって何かをシミュレートできるからといって、必ずしもそれが学習やスキルの奇跡を達成することを意味するわけではありません」とGabaは言います。 「特定のデバイスが大きな違いをもたらすという明確な証拠がない限り、最終的には、特定のエンジニアリングの進歩に他のアプローチと比較して足があるかどうかを決定するのは市場です。」
まだバランスが必要だとハンは指摘する。 あまりにも多くのリアリズムを削除すると、生徒は練習ツールを現実に適切に接続できなくなります。 しかし、コンピューター化された装置はどれも、テクニックを学んでいる生徒のパフォーマンスに価値のある定量的なフィードバックを提供することができます。
ムーア、ミラー、アディカリーは、市場性のあるデバイスを目指して、カートリッジに加速度計を組み込んでいます。これは、カスタムソフトウェアと組み合わせて、挿入角度と力のプロファイルに関する同様のフィードバックを提供します。 センサーや交換可能なカートリッジなどのプロトタイプの価格は約100ドルです。
「アイディアは追求する価値があります。特に100ドルで販売できる場合はそうです」とメリーランド大学の麻酔学教授であるPaul Bigeleisenは言います。 しかし、射出成形と、おそらく学校や訓練病院を介した幅広い流通により、ユニットあたりのコストはさらに低くなる可能性があります。
「これらの新しい医学生または非常に初期の将来の医師に手の動きを非常に上手にさせることができれば、非常に安定していて、それが彼らのスキルにはるかに良い影響を与えることができますか？」とムーアは言います。
それが希望だ、と彼は付け加えた。
