Imagina que tienes dos globos. Uno está lleno de agua y el otro con aire. Parecen lo mismo, pero si los presionas, cada uno se sentirá muy diferente. Así se sienten los órganos ante un médico. Cuando un paciente necesita una biopsia con aguja, o un drenaje de la vesícula biliar, o una inyección de cortisona en la columna, o un catéter venoso, el médico que inserta una aguja debe ser capaz de sentir la acumulación y liberación de presión a medida que la aguja empuja, y eventualmente perfora cada tejido sucesivo.
"El carácter del tejido le da retroalimentación de fuerza, y su cerebro se da cuenta de eso, y puede usar eso para interpretar muchas cosas diferentes", dice David Han, profesor de cirugía y radiología en Penn State. "Si ha tocado muchos hígados y ha tocado muchos bazos, a veces con los ojos cerrados puede saber cuál es cuál".
Pero en realidad no es fácil. La investigación en los últimos 30 años o más ha mostrado tasas de complicaciones que varían del 5 al 21 por ciento en el cateterismo de la vena central, y las consecuencias son infección o aumento del tiempo y el costo del hospital, o incluso la muerte. Los médicos experimentados lo hacen mucho mejor, en parte porque requiere mucha práctica. (En muchos casos, la guía de ultrasonido ayuda, pero incluso con una señal visual es fácil ir demasiado lejos y al tejido equivocado).
¿Cómo aprenden los estudiantes de medicina esta técnica? En algunos casos, un maniquí construido para parecerse a tejidos particulares proporciona retroalimentación, pero con mayor frecuencia los estudiantes miran a un médico experimentado y luego lo prueban. "Soy realmente bueno en eso", dice Han. "Así que tengo a alguien parado a mi lado que quiere aprender cómo hacerlo, y me inclino sobre su hombro y digo, prueba esto o aquello".
Un equipo de investigadores de la Universidad Penn State tuvo una idea diferente. Liderados por Han, en 2017, publicaron una investigación que describe un robot que sujetaría el extremo de una aguja y proporcionaría retroalimentación mecánica: cuando el estudiante empuja la aguja hacia un trozo de silicio, el brazo del robot empuja hacia atrás. A diferencia de un maniquí, puede ser programado para seguir diferentes curvas de fuerza, hecho para que coincida con el perfil de presión de una aguja deslizándose en diferentes tejidos, e incluso representando diferentes tipos de cuerpo. "Lo que quieres poder hacer es que las personas demuestren su competencia en un entorno simulado antes de que les des los controles", dice Han.
Pero algunos de los otros investigadores con los que Han estaba trabajando tenían una idea adicional: podían hacer una herramienta que hiciera lo mismo, sin robot, por mucho más barato. En lugar de un brazo robótico, la retroalimentación de fuerza sería proporcionada por un mecanismo alojado dentro de una jeringa simulada. Los investigadores presentaron una solicitud de patente provisional este año y recibieron una beca del Penn State College of Engineering para desarrollar el dispositivo como negocio.
"Podríamos crear esas fuerzas un poco más simplista si esto, esencialmente, la fractura del material dentro de estos cartuchos crea nuestra fuerza háptica", dice Jason Moore, profesor asociado de ingeniería mecánica que dirigió el equipo. "Y aún podríamos proporcionar al usuario muchos comentarios sobre cómo realizaron la inserción de la aguja".
Aunque la solicitud de patente provisional describe varios medios para simular la presión (incluidos los electromagnéticos, los imanes, la fricción, la hidráulica y otros), el grupo ha optado por centrarse en una versión accionada por una serie de membranas alojadas dentro del cuerpo de la jeringa. Al empujar contra una superficie, la aguja se retrae hacia el cuerpo de la jeringa. Mientras lo hace, linda con las membranas en secuencia. Cada uno se deforma y finalmente se rompe, al igual que el tejido humano. Al variar la configuración, el grosor y el material de las membranas, el dispositivo simula diferentes perfiles de fuerza sin la necesidad de un brazo robot costoso.
Los colaboradores de Han, Moore y Moore, el profesor asociado de diseño de ingeniería Scarlett Miller y el profesor asociado de anestesiología Sanjib Adhikary, no son los únicos que trabajan en dispositivos para capacitar a los estudiantes en inyecciones guiadas por ultrasonido. "Todo el mundo está tratando de encontrar diferentes formas y medios para que se vea mejor, o para que sea más fácil de usar", dice Adhikary. "Pero nadie tiene el Santo Grial".
En 2015, una compañía llamada Blue Phantom lanzó un modelo de entrenamiento sofisticado para inyecciones en las articulaciones de la rodilla, completo con fémur, tibia, rótula y bursa simulados, pero cuesta $ 3, 800 y solo es útil para practicar inyecciones en la rodilla. Incluso hay soluciones de bricolaje con globos llenos de gelatina, con recipientes con tubos de goma. David Gaba, profesor de anestesiología en Stanford, ha estado construyendo simuladores de inyección de aguja durante más de 30 años, incluidos entrenadores de plástico para inyecciones lumbares. Incluso usa tejido de hombro de cerdo como sustituto del humano.
"El hecho de que una combinación de computadora / hardware simule algo para representar los hápticos no necesariamente significa que logrará milagros de aprendizaje o habilidad", dice Gaba. "A menos que haya una evidencia clara de que un dispositivo en particular hace una gran diferencia, en última instancia, será el mercado el que determine si algún avance de ingeniería en particular tiene piernas en comparación con otros enfoques".
Todavía debe haber un equilibrio, señala Han. Elimine demasiado realismo y los estudiantes no conectarán adecuadamente la herramienta práctica a la realidad. Pero cualquier aparato computarizado puede proporcionar información valiosa y cuantitativa, una especie de boleta de calificaciones, sobre el desempeño de los estudiantes que aprenden la técnica.
Mientras trabajan hacia un dispositivo comercializable, Moore, Miller y Adhikary están construyendo un acelerómetro en el cartucho, que se emparejará con un software personalizado para proporcionar retroalimentación similar sobre el ángulo de inserción y el perfil de fuerza. Su prototipo, que incluye sensor y cartucho reemplazable, les costó alrededor de $ 100.
"Vale la pena seguir la idea, especialmente si se puede vender a $ 100", dice Paul Bigeleisen, profesor de anestesiología en la Universidad de Maryland. Pero el moldeo por inyección y la amplia distribución, posiblemente a través de escuelas y hospitales de capacitación, podrían reducir aún más el costo por unidad.
"Si podemos hacer que estos nuevos estudiantes de medicina o futuros médicos sean muy buenos en sus movimientos de manos, sean muy constantes, ¿podría tener un impacto positivo en su habilidad mucho más adelante?", Dice Moore.
Esa es la esperanza, agrega.
