Imagine que você tenha dois balões. Um está cheio de água e o outro com ar. Eles parecem iguais, mas se você insistir, cada um se sentirá diferente. É assim que os órgãos se sentem ao médico. Quando um paciente precisa de uma biópsia de agulha, ou um dreno de vesícula biliar, ou uma injeção de cortisona na coluna, ou um cateter venoso, o médico que insere uma agulha deve ser capaz de sentir o acúmulo e liberação de pressão quando a agulha entra em ação. e, eventualmente, perfura cada tecido sucessivo.
"O caráter do tecido lhe dá feedback de força, e seu cérebro descobre isso, e pode usar isso para interpretar muitas coisas diferentes", diz David Han, professor de cirurgia e radiologia da Penn State. "Se você tocou muitos fígados e tocou muitos baços, às vezes com os olhos fechados, pode dizer qual é qual."
Mas não é realmente fácil. Pesquisas nos últimos 30 ou mais anos mostraram taxas de complicações que variam de 5 a 21 por cento no cateterismo da veia central, e a precipitação é infecção ou aumento do tempo e custo hospitalar, ou até mesmo morte. Médicos experientes são muito melhores nisso, em parte porque é preciso muita prática. (Em muitos casos, a orientação por ultra-som ajuda, mas mesmo com uma dica visual, é fácil ir um pouco longe demais e entrar no tecido errado.)
Como os estudantes de medicina aprendem essa técnica? Em alguns casos, um manequim construído para se assemelhar a tecidos específicos fornece feedback, mas com mais frequência os alunos assistem a um médico experiente e, depois, tentam. "Eu sou muito bom nisso", diz Han. "Então, eu tenho alguém ao meu lado que quer aprender como fazer isso, e eu meio que me inclino sobre o ombro deles e digo, tente isso, ou aquilo."
Uma equipe de pesquisadores da Penn State University teve uma ideia diferente. Liderados por Han, em 2017, eles publicaram uma pesquisa descrevendo um robô que segurava o final de uma agulha e fornecia feedback mecânico - quando o aluno empurra a agulha para dentro de um pedaço de silício, o braço do robô empurra para trás. Ao contrário de um manequim, ele pode ser programado para seguir diferentes curvas de força, feitas para combinar com o perfil de pressão de uma agulha que desliza em diferentes tecidos, e até mesmo representando diferentes tipos de corpo. “O que você quer ser capaz de fazer é ter pessoas que provem sua competência em um ambiente simulado antes de você lhes entregar os controles”, diz Han.
Mas alguns dos outros pesquisadores com os quais Han estava trabalhando tinham mais uma visão: eles poderiam fazer uma ferramenta que faria a mesma coisa, sem robô, por muito mais barato. Em vez de um braço robótico, o feedback de força seria fornecido por um mecanismo alojado dentro de uma seringa simulada. Os pesquisadores apresentaram um pedido provisório de patente este ano e receberam uma concessão da Faculdade de Engenharia da Penn State para desenvolver o dispositivo como um negócio.
"Poderíamos criar essas forças de forma mais simplista, tendo isso, essencialmente, a fratura de material dentro desses cartuchos cria nossa força háptica", diz Jason Moore, professor associado de engenharia mecânica que liderou a equipe. "E então ainda poderíamos fornecer ao usuário um monte de feedback sobre como eles realizaram a inserção da agulha."
Embora o pedido provisório de patente descreva vários meios de simulação de pressão (incluindo eletromagnética, ímãs, fricção, hidráulica e outros), o grupo optou por focar em uma versão acionada por uma série de membranas alojadas dentro do corpo da seringa. Ao empurrar contra uma superfície, a agulha se retrai para o corpo da seringa. Ao fazê-lo, ele encosta as membranas em sequência. Cada um se deforma e acaba se quebrando, assim como o tecido humano. Variando a configuração, a espessura e o material das membranas, o dispositivo simula diferentes perfis de força sem a necessidade de um braço robótico caro.
Han, os colaboradores de Moore e Moore, a professora adjunta de engenharia Scarlett Miller e o professor associado de anestesiologia Sanjib Adhikary, não são os únicos que trabalham em aparelhos para treinar estudantes em injeções guiadas por ultrassom. "Todo mundo está tentando encontrar maneiras e meios diferentes para torná-lo melhor ou torná-lo mais fácil de usar", diz Adhikary. "Mas ninguém tem o Santo Graal."
Em 2015, uma empresa chamada Blue Phantom lançou um modelo de treinamento sofisticado para injeções de articulações do joelho, completo com fêmur simulado, tíbia, patela e bursa - mas custa US $ 3.800 e é útil apenas para praticar injeções no joelho. Há até mesmo soluções DIY com balões cheios de gelatina, com tubos de borracha. David Gaba, professor de anestesiologia em Stanford, constrói simuladores de injeção de agulha há mais de 30 anos, incluindo treinadores de plástico para injeções lombares. Ele ainda usa tecido de ombro de porco como um substituto para humanos.
"Só porque algo pode ser simulado por uma combinação de computador / hardware para retratar os haptics não significa necessariamente que ele conseguirá milagres de aprendizado ou habilidade", diz Gaba. "A menos que haja evidências claras de que um determinado dispositivo faz uma grande diferença, em última análise, será o mercado que determina se algum avanço de engenharia em particular tem pernas em comparação com outras abordagens."
Ainda deve haver um equilíbrio, aponta Han. Remova muito do realismo e os alunos não conectarão adequadamente a ferramenta prática à realidade. Mas qualquer aparato computadorizado pode fornecer feedback valioso e quantitativo - um tipo de boletim de notas - para o desempenho dos alunos que aprendem a técnica.
Enquanto trabalham em direção a um dispositivo comercializável, Moore, Miller e Adhikary estão construindo um acelerômetro no cartucho, que será emparelhado com um software personalizado para fornecer um feedback similar no ângulo de inserção e no perfil de força. Seu protótipo, incluindo sensor e cartucho substituível, custou cerca de US $ 100.
“A ideia vale a pena, especialmente se puder ser vendida a US $ 100”, diz Paul Bigeleisen, professor de anestesiologia da Universidade de Maryland. Mas a moldagem por injeção e a ampla distribuição, possivelmente por meio de escolas e hospitais de treinamento, poderiam reduzir ainda mais o custo por unidade.
"Se pudermos fazer com que esses novos estudantes de medicina ou futuros médicos sejam muito bons em seus movimentos da mão, sejam muito firmes, poderiam ter um impacto positivo em suas habilidades muito mais adiante?", Diz Moore.
Essa é a esperança, acrescenta ele.
