Development and Validation of a Low-Cost Three-Dimensional-Printed Simulator for Bronchial and Pulmonary Vascular Reconstruction Training.

ऑपरेशन थिएटर में, त्रुटि की गुंजाइश शून्य होती है। सर्जनों को जटिल युद्धाभ्यास में महारत हासिल करनी पड़ती है, जैसे कि छाती के भीतर श्वसन नलिकाओं और रक्त वाहिकाओं को फिर से जोड़ना, जहाँ स्थान बहुत कम होता है और ऊतक (tissues) अत्यंत नाजुक होते हैं। पारंपरिक रूप से, इन कौशलों को सीखने के लिए विशेषज्ञों को देखने, पशु ऊतकों पर अभ्यास करने, या मानव शवों (cadavers) के साथ काम करने पर निर्भर रहना पड़ता था। हालांकि ये विधियाँ मूल्यवान हैं, लेकिन इनके महत्वपूर्ण दोष हैं: पशु मॉडल महंगे और नैतिक रूप से जटिल हैं, शव दुर्लभ हैं और उन्हें पुन: उपयोग नहीं किया जा सकता, और किसी विशेषज्ञ को देखना हमेशा स्वयं कार्य करने की क्षमता में परिवर्तित नहीं होता है। इस अंतर को पाटने के लिए, चिकित्सा शिक्षकों ने सिमुलेशन (simulation) का रुख किया है, जिससे कृत्रिम वातावरण बनाया जाता है जहाँ प्रशिक्षु बिना किसी जोखिम के गलतियाँ कर सकते हैं और सीख सकते हैं। चुनौती ऐसे मॉडल बनाने की रही है जो वास्तविक मानव ऊतक की तरह महसूस हों और व्यवहार करें, बिना अत्यधिक लागत के या उन्हें बनाने के लिए विशेष कारखानों की आवश्यकता के।

स्पेन के शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक नया, किफायती प्रशिक्षण उपकरण विकसित करके इस चुनौती का समाधान किया है। उन्होंने एक सिमुलेटर बनाया है जो विशेष रूप से ब्रोन्कियल ट्यूबों (श्वसन नलिकाओं) और फुफ्फुसीय धमनियों (pulmonary arteries) के पुनर्निर्माण के जटिल कार्य के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह उपकरण एक दो-चरणीय निर्माण प्रक्रिया का उपयोग करके बनाया गया है जो 3D प्रिंटिंग की सटीकता को मेडिकल-ग्रेड सिलिकॉन के यथार्थवादी अहसास के साथ जोड़ता है। सबसे पहले, टीम ने कंप्यूटर सॉफ्टवेयर का उपयोग करके श्वसन मार्ग और रक्त वाहिकाओं के सटीक आकार को डिजाइन किया। इसके बाद, उन्होंने एक मानक प्लास्टिक प्रिंटर का उपयोग करके इन आकारों के कठोर सांचे (molds) तैयार किए। एक बार जब सांचे तैयार हो गए, तो उन्होंने उनमें तरल सिलिकॉन डाला। जब सिलिकॉन सख्त हो गया, तो इसने मानव शरीर रचना के लचीले, टिकाऊ प्रतिकृति बनाए, जिन्हें वास्तविक ऊतक की तरह सिला और संचालित किया जा सकता था। पूरा सेटअप, जिसमें एक ऐसा प्लेटफॉर्म शामिल है जो छाती के संकीर्ण स्थान की नकल करता है, बनाने में लगभग 114 यूरो की लागत आई, जिससे यह सीमित बजट वाले अस्पतालों और प्रशिक्षण केंद्रों के लिए सुलभ हो गया।

यह परीक्षण करने के लिए कि क्या यह कम लागत वाला उपकरण वास्तव में एक शिक्षण उपकरण के रूप में काम करता है, शोधकर्ताओं ने 36 प्रतिभागियों को इसका उपयोग करने के लिए आमंत्रित किया। इस समूह में बुनियादी प्रशिक्षण वाले मेडिकल छात्र, अपनी विशेषज्ञता के प्रशिक्षण के बीच में मौजूद सर्जिकल रेजिडेंट्स और वरिष्ठ थोरैसिक सर्जन शामिल थे, जिन्होंने इन जटिल ऑपरेशनों को करने में वर्षों बिताए हैं। प्रत्येक प्रतिभागी को सिमुलेटर पर विशिष्ट कार्य करने के लिए कहा गया था, जैसे कि इंटरप्टेड (interrupted) और कंटीन्यूअस (continuous) टांके लगाने की तकनीकों का उपयोग करके श्वसन मार्ग और रक्त वाहिकाओं को वापस सिलना। उन्होंने ये कार्य दो तरीकों से किए: पहले एक सपाट मेज पर जहाँ उनके पास मॉडल तक पूरी पहुंच थी, और दूसरा एक प्रतिबंधित प्लेटफॉर्म के माध्यम से जो वास्तविक सर्जरी के तंग, कठिन दृश्य का अनुकरण करता था। शोधकर्ताओं ने यह मापा कि कार्यों को पूरा करने में कितना समय लगा और क्या टांके सफल रहे, साथ ही प्रतिभागियों से यह भी पूछा कि मॉडल कितना वास्तविक महसूस हुआ और सीखने के लिए यह कितना उपयोगी था।

परिणामों ने दिखाया कि सिमुलेटर ने अनुभव के विभिन्न स्तरों के बीच सफलतापूर्वक अंतर किया। जब कार्य खुले, बिना किसी प्रतिबंध वाले परिवेश में किए गए, तो लगभग सभी ने टांके लगाने का कार्य पूरा कर लिया। हालांकि, जब प्रतिभागियों को प्रतिबंधित प्लेटफॉर्म के माध्यम से काम करना पड़ा, तो एक स्पष्ट पैटर्न सामने आया। वरिष्ठ सर्जनों ने रेजिडेंट्स की तुलना में कठिन कार्यों को बहुत उच्च दर से पूरा किया, जबकि रेजिडेंट्स ने मेडिकल छात्रों की तुलना में बेहतर प्रदर्शन किया। उदाहरण के लिए, प्रतिबंधित प्लेटफॉर्म के भीतर रक्त वाहिका पर कंटीन्यूअस स्टिच (लगातार टांका) लगाने का प्रयास करते समय, केवल 7.7 प्रतिशत छात्र सफल हुए, जबकि रेजिडेंट्स में यह संख्या 70 प्रतिशत और वरिष्ठ सर्जनों में 92.3 प्रतिशत थी। नौसिखियों के प्रदर्शन को विशेषज्ञों से अलग करने की यह क्षमता कौशल के आकलन के लिए सिमुलेटर की वैधता का एक महत्वपूर्ण संकेत है। यह सुझाव देता है कि उपकरण इतना कठिन है कि वह उपयोगकर्ता की वास्तविक तकनीकी दक्षता को प्रकट कर सके।

केवल कौशल के परीक्षण के अलावा, अध्ययन ने यह भी देखा कि अभ्यास ने प्रदर्शन को कैसे प्रभावित किया। जब प्रतिभागियों ने सिमुलेटर का बार-बार उपयोग किया, तो वे काफी तेज हो गए। प्रक्रिया को पूरा करने का औसत समय पहले प्रयास में 960 सेकंड से अधिक से घटकर दूसरे प्रयास में लगभग 858 सेकंड हो गया। सबसे नाटकीय सुधार कम अनुभवी प्रतिभागियों में देखे गए, जो अभ्यास के साथ तेजी से गति प्राप्त करने में सक्षम थे, जबकि विशेषज्ञ, जो पहले से ही तेज थे, उनमें कम सुधार दिखा। यह इंगित करता है कि सिमुलेटर 'डेलिब्रेट प्रैक्टिस' (सोच-समझकर किया गया अभ्यास) की अनुमति देता है, जहाँ दोहराव से दक्षता में ठोस सुधार होता है। प्रतिभागियों ने सिमुलेशन के यथार्थवाद के लिए इसे उच्च रेटिंग दी। वे सहमत थे कि सिलिकॉन की बनावट वास्तविक ऊतक जैसी महसूस होती है और मॉडल सर्जिकल कौशल सिखाने और मूल्यांकन करने के लिए उपयुक्त है। यहाँ तक कि सबसे अनुभवी सर्जन भी, जो अक्सर ऐसे उपकरणों के सबसे कठोर निर्णायक होते हैं, इस सिमुलेटर को उन प्रक्रियाओं का एक यथार्थवादी प्रतिनिधित्व पाते हैं जो वे प्रतिदिन करते हैं।

शोधकर्ताओं ने उल्लेख किया कि हालांकि सिमुलेटर टांके लगाने के यांत्रिक कार्य का अभ्यास करने के लिए उत्कृष्ट है, लेकिन यह मानव जीव विज्ञान के हर पहलू की नकल नहीं कर सकता है। सिलिकॉन में रक्तस्राव नहीं होता, इसमें रक्त का प्रवाह नहीं होता, और यह जीवित ऊतक की तरह ठीक (heal) नहीं होता या सूजन से ग्रस्त नहीं होता। ये वे सीमाएँ हैं जिन्हें लेखक स्वीकार करते हैं, क्योंकि यह उपकरण रोगी की पूर्ण शारीरिक प्रतिक्रिया के बजाय तकनीकी कौशल प्राप्ति के लिए डिज़ाइन किया गया है। इन बाधाओं के बावजूद, अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि यह दृष्टिकोण सर्जनों को प्रशिक्षित करने के लिए एक व्यावहारिक और पुनरुत्पादक तरीका प्रदान करता है। 3D-प्रिंटेड सांचों को पुन: प्रयोज्य सिलिकॉन के साथ जोड़कर, टीम ने एक ऐसा सिस्टम बनाया है जो बार-बार उपयोग के लिए पर्याप्त सस्ता और मजबूत है। यह कार्य बताता है कि उच्च गुणवत्ता वाला सर्जिकल प्रशिक्षण अत्यधिक महंगा होने की आवश्यकता नहीं है, और सुलभ उपकरण थोरैसिक पुनर्निर्माण की जटिल चुनौतियों के लिए अगली पीढ़ी के सर्जनों को तैयार करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकते हैं।