Привет, друзья! Сегодня мы вам расскажем, что общего у эндоскопии и трехмерного моделирования, а именно — поведаем, как проектировался один очень интересный прибор для адского мучения эффективного лечения людей.
Как вы, наверное, знаете, гибкая эндоскопия – медицинский способ осмотра внутренних органов при помощи особенного светопроводящего прибора, оборудованного волоконной оптикой — эндоскопа. При этом в процедурах используются также некоторые вспомогательные инструменты, например, специальные биопсийные щипцы — инструмент для непосредственно взятия образцов тканей, а также клип-аппликаторы. Это, в свою очередь, сшивающие инструменты для обеспечения механического гемостаза. В медицинском сообществе их использование признано самым современным и эффективным эндоскопическим методов остановки кровотечения.
До сих пор качество, скорость и успех проводимых при помощи клип-аппликаторов процедур зависит от навыков врача, или, если быть точнее, от мелкой моторики пальцев рук, удерживающих и направляющих прибор. Такая работа требует большого опыта, который нарабатывается на специальных учебных стендах – и только после определенного количества учебных часов клиницист допускается к процедурам на живых людях.
Сейчас, как правило, такие инструменты являются одноразовыми, изготавливаются тиражом в сотни тысяч штук и асептически упаковываются: использовал и выбросил. Но так было не всегда – к использованию одноразовых приборов медицина пришла далеко не сразу. Вспомним хотя бы историю использования шприцов – изначально существовали только многоразовые шприцы. Они были довольно дорогими в производстве, будучи, как правило, выполнены из металла и стекла. Эти шприцы, конечно, были удобны для клиницистов — часто их даже изготавливали специально для какого-то конкретного именитого врача! – но инструменты требовали тщательной стерилизации после каждого использования.
Это, бесспорно, было огромным минусом – любой прибор многоразового использования, если учитывать человеческий фактор — это потенциальный разносчик инфекции, что в примере со шприцами, часто выливалось в различные постинъекционные абсцессы. Но на фоне начала повсеместного использования пластика, те же шприцы начали делать из него, что в разы уменьшило себестоимость и позволило сделать их одноразовыми. Сначала это были неудобные для врачей приборы, что-то в стиле шприца, который вы можете сейчас найти в детском игрушечном наборе – но приходилось выбирать: удобство или полная стерильность.
Так почему же они были неудобными? Конструкция таких инструментов была продиктована их функцией и технологиями изготовления с точки зрения наименьшей себестоимости: минимальный расход ресурсов, простота пресс-форм, наименьшее количество составных частей для быстрой и дешевой сборки с помощью неквалифицированной рабочей силы. Таким образом, эти изделия нельзя назвать эргономичными, и необходимая точность достигалась врачом не благодаря их конструкции, а скорее вопреки.
Аналогичная ситуация разворачивалась и с клип-аппликаторами. Однако в современном мире на рынке медицинской техники и инструментов сложно выдерживать конкуренцию, представляя неудобный в использовании продукт. Одноразовые инструменты, в том числе клип-аппликаторы, давно используются повсеместно, и в выигрыше тот производитель, который сделает действительно одобренный клиницистами, удобный в использовании, user-friendly продукт.
От идеи до производства
В FORMA мы занимаемся дизайном в классическом понимании этого слова – то есть проектированием – причем проектированием от эскиза до конструкторской документации и сопровождения серийного производства. Мы давно наблюдали над положением вопросов эргономики в медицине, и в какой-то момент к нам обратилась одна Петербургская компания, выпускающая инструменты для эндоскопических процедур.
Компания, будучи ведущим поставщиком эндоскопического оборудования в России, в 2015 году задумалась о логичном шаге для дальнейшего развития компании – запуске собственной продуктовой линейки. Решение о начале производства базировалось на восьмилетнем опыте продажи и дистрибуции оборудования: действительно, обладая бесценными знаниями о том, какие виды расходного материала для гибкой эндоскопии наиболее востребованы ныне, а какие — будут нужны рынку в перспективе, компания грамотно сделала ставку на «пилотную» линейку изделий, самым первым из которых стал клип-аппликатор E-Clip.
На тот момент на рынке существовали лишь зарубежные инструменты такого рода, и все они были предназначены для многократного использования — соответственно, отпускная стоимость была достаточно высокой, ввиду чего в медицинских учреждениях существовал определенный их дефицит. Компания-заказчик решили представить одноразовый клип-аппликатор, тем самым решив проблему необходимости стерилизации и автоклавирования и существенно снизив его себестоимость. Плюс ко всему, обладая опытом продажи оборудования и инструментов для гибкой эндоскопии, они прекрасно знали, какие пожелания и жалобы есть у клиницистов, непосредственно с аналогичным оборудованием работающим– таким образом, стало возможным максимально адаптировать изделие под эти условия и сделать его, как говорится, user-friendly.
Надо отметить, у компании-заказчика тогда имелся опытный образец клип-аппликатора, разработанный исключительно с учетом базовых функциональных характеристик. Перед нашей же студией стояла задача сделать корпус максимально удобным в использовании и эргономичным – от этого зависит точность и скорость работы операциониста, что существенно сказывается, в свою очередь, на болезненности процедуры. Более того, очевидно, что в любых медицинских манипуляциях, при которых пациент остается в сознании, очень важен психологический фактор, а именно то, «как все выглядит». Пациента не просто отпугнет, а введет в ужас металлическое нечто угловатых форм, да и эпоха, когда любой медицинский инвентарь выглядел как реквизит из дешевого фильма ужасов, давно прошла.
И, конечно же, компании необходимо было получить на выходе продукт, который задал бы общий стиль будущей линейки инструментов – словом, от дизайнерского решения клип-аппликатора зависело очень многое.
Началась кропотливая работа – самым первым шагом реализации любого подобного проекта является погружение в тематику. Это и бенч-маркинг, то есть изучение потенциальных конкурентов на предмет выявления наиболее выигрышных и – напротив – неудачных решений каких-либо конструктивных моментов. Сюда также входит и исследовательская составляющая – как отмечалось ранее, невозможно создать действительно эргономичный прибор, не владея информацией о пожеланиях и жалобах реальных клиницистов, работающих с инструментарием. В случае с данным конкретным проектом исследования проходили практически на каждом этапе работы.
Когда задан общий вектор развития проекта, начинается этап эскизного поиска — создаются первые эскизы, как правило, на бумаге, которые затем проходят первичную внутреннюю модерацию.
После этапа эскизного поиска – то есть обычных рисунков от руки на бумаге – идет стадия моделирования в трехмерных твердотельных средах. Конечно, на этом этапе глубину проработки нельзя назвать детальной – это по сути те же грубые эскизы, перенесенные в 3 измерения. Далее следует стадия рендеринга, то есть создания фотореалистичных изображений (рендеров) на основе 3D-модели. На нее накладываются материалы поверхностей: в итоге получается изображение будущего объекта, едва ли отличимое от фотографии – что очень удобно, ведь в дальнейшем заказчик может использовать рендер для размещения на своем сайте или в рекламных изданиях.
Как правило, заказчикам в виде отчетных материалов этапа предлагаются несколько вариантов дизайна в виде рендеров для выбора вектора продолжения работы – данный заказчик, как часто бывает, выделил несколько вариантов и попросил выполнить финальный комбинированный – сочетание сразу нескольких предложенных. Были представлены три варианта цветового исполнения конечно варианта изделия в одной стилистике с использованием яркого, даже довольно кислотного оттенка желтого – корпоративного цвета компании. Решение по поводу цветового исполнения отложили до этапа прототипирования – для большей наглядности.
Далее началась работа инженерная — детальная проработка трехмерной модели – изучалась и корректировалась каждая малейшая деталь. Отчетным материалом здесь обычно является детальная трехмерная твердотельная модель вместе с полным комплектом конструкторской документации – словом, все, чтобы заказчик мог сразу же, без каких-либо дополнительных действий, обратиться на производство – например, для изготовления пресс-форм или форм для литья в силикон.
В данном случае заказчику были представлены 3D-модели нескольких вариантов катушки-держателя, отличающиеся габаритами.
Были напечатаны несколько прототипов из фотополимера для точного изучения эргономики, а именно того, как прибор лежит в руке и насколько удобно будет совершать при его помощи соответствующие манипуляции.
В результате проведения тестовых исследований и дальнейшего опроса клиницистов выяснилось, что наиболее удобным оказался вариант с наибольшим диаметром катушки – он отлично ложился в любую руку. Соответствующий прототип после тщательной обработки всех поверхностей стал мастер-моделью, на базе который создается оснастка – силиконовые формы для последующего литья деталей клиппаторов.
Была отлита первая опытная серия изделий, собрана и опять же отправлена на изучение и тестирование реальным докторам – ручку-держатель высоко оценили. После этого наконец был осуществлен финальный шаг — заказаны пресс-формы для литья под давлением. Первая произведенная партия деталей, прибывшая из-за границы прошла входной контроль качества, была собрана, прошла финальный контроль качества, упаковку, маркировку, стерилизацию на мощностях компании-заказчика и – что называется – разлетелась как горячие пирожки, сразу зарекомендовав изделие как удобный, эргономичный и эстетически приятный прибор.
Сейчас клип-аппликатор производится многотысячными тиражами, и судьба каждого произведенного изделия определена заранее: у компании-заказчика заключены контракты на поставку изделий с медицинскими учреждениями Санкт-Петербурга, Москвы, Новосибирска и многими другими городами России.
Спроектированная нами ручка-держатель аппликатора оказалась действительно очень эргономичной, удобной, да и попросту эстетически приятной: настолько, что компания-заказчик решила использовать ее и в других своих продуктах похожего или практически аналогичного формата — биопсийных щипцах, а также экономичной модификации E-Clip, аппликаторе ECO-Clip. Плюс ко всему, такое решение очень удобно с экономической точки зрения – для производства инструментов не пришлось заказывать новые дорогостоящие пресс-формы.
История создания клип-аплликатора E-Clip наглядно иллюстрирует необходимость прямого диалога не только заказчика с разработчиком, но их совместной коммуникации с широким кругом потенциальных пользователей будущего продукта — это, как в данном случае, поможет создать эстетичный, удобный и — главное! — приятный в использовании продукт.
Комментарии (27)
Ryppka
25.01.2017 06:58Нет нервных окончаний в кишечнике? Забавная оговорка. Не расшифруете, что имелось в виду?
Psychosynthesis
25.01.2017 14:06А что вас так забавляет? На поверхности кишечника действительно мало нервных окончаний.
Ryppka
25.01.2017 16:20Т.е. все нервные окончания сосредоточены внутри стенки не выходя на поверхность? А где тогда много окончаний, выходящих на поверхность чего-либо?
Psychosynthesis
25.01.2017 16:44Я не готов вести с вами глубоко аргументированную беседу, в силу другого профиля образования.
Могу лишь подискутировать на тему того, ощущаете ли вы движение каловых масс по собственным кишкам, а если нет, то почему ведь, согласно вашим убеждения если там есть в изобилии нервные окончания, то и все перемещения содержимого ощущались бы непосредственно.Ryppka
25.01.2017 17:02Просто данные от кишечника в норме не проходят в сознание. Так же, как, например, данные о равновесии и много что еще. Просто не надо делать далеко идущие заявления по не совсем понятным вопросам. Вспоминаю забавный случай на экзамене по анатомии: на вопрос экзаменатора «Расскажите мне кровоснабжение мозга» сокурсник гордо, с интонацией «поймать хотел, ан нет!» сообщил на всю аудиторию: «Мозг кровоснабжения не имеет!». Все веселились, Но на оценку это не повлияло: у мозга нет лимфатической системы и на этом пытаются ловить на экзаменах. Как-то так)
Psychosynthesis
25.01.2017 17:14С чего вдруг данные о равновесии не приходят? Пример извольте.
Разница допустим в том, что то же равновесие, я смогу почувствовать, если сконцентрируюсь на этих ощущениях, а вот почувствовать движение содержимого кишечника я не смогу, сколько ни старайся.Ryppka
25.01.2017 17:20Ох! Ну почитайте в википедии сначала какие афференты в кишечнике есть, где и чем они заканчиваются. Про висцеральную рецепцию и т.д. А потом уже комментируйте материалы по медицинской и биологической тематике.
Psychosynthesis
25.01.2017 18:19Слушайте, я понимаю что вам очень хочется показать всем свою компетентность в данном вопросе, но не могли бы вы коротко и по сути отвечать.
Итак, какую сенсорную информацию получает мозг от внешней стенки кишечника? Каков объём данной информации в сравнении, скажем с информацией на коже рук?Ryppka
25.01.2017 20:50Из уважения к человеку, у которого никогда не болел живот, прикину. 5-минутное гугление дает для «кожного анализатора» (как иногда говорят физиологи) следующее:
- Поверхность кожи «среднего» мужчины оценим в 20000 см^2
- Среднюю плотность рецепторов примем за 25 на см^2, распределением на тактильные, болевые и температурные (грубо 10:1:1) пренебрежем, итого 18500000 «АЦПов»
- Временное разрешение или лабильность кожных рецепторов примем за 30 импульсов в секунду, чаще они не могут
- Принимая «битность» кожной чувствительности за 8 получаем максимальный поток данных с кожи. В жизни вряд ли встретится, но все-таки 4440000000 бит/с
- Итого, если мы в течении 1 секунды воздействуем на 1 см кв. кожи с интенсивностью, достаточной для возбуждения всех рецепторов и пренебрежем адаптацией, то получим 25 Х 30 Х 8 = 6 килобит
Теперь попробуем посчитать для висцеральной брюшины, поскольку это самое близкое реальное соответствие тому, что Вы изволили назвать «внешней стенкой кишечника». Тут исследований мало, поскольку поставить чистые эксперименты труднее, а конструкция кишечного «сенсориума» другая: он для другого создавался. Думаю, поток данных примерно тот же, исходя из следующих соображений:
- Поверхность покрывающей кишечник париетальной брюшины составляет 17-20 тысяч кв. см (в зависимости от конституции индивида), то есть примерна такая же, как и кожи
- Плотность рецепторов можно считать бесконечной, поскольку вегетативные нервы не образуют рецепторов, а формируют сеть так называемых «простых» нервных окончаний, собирающих информацию с большой площади и, помимо механических и температурных раздражителей, реагирующих еще на изменение химии вокруг себя. Кроме того, окончания разных нейронов взаимодействуют между собой, а вегетативные узлы нижнего уровня «мультиплексируют» сигнал одного нейрона, как если бы возбудились все нейроны узла (ганглия, если что). Так что если мы «тронем» одну точку, то получим ответ с целого сегмента, часто с нескольких сразу. Все же примем «эквивалентную» плотность чувствительных элементов лишь на порядок больше, чем у кожи (300), что должно компенсировать и меньшую площадь, и (см. далее) более низкую латентность
- Латентность вегетативных нейронов примерно в 5 раз ниже, чем соматических, ну пусть на порядок. Итого в секунду раздражение квадратного сантиметра стенки кишечки может создавать примерно столько же импульсов, сколько квадратный сантиметр кожи
- Ну и наконец, вегетативные рецепторы не прекратят генерацию после прекращения воздействия, а будут еще долго «бухтеть», так что суммарный объем данных, созданный 1 кв. см париетальной брюшины после секундного воздействия должно получиться больше, чем у кожи.
Как-то так. Можете соглашаться, а можете нет. Можете даже поставить эксперименты, чтобы опровергнуть.
Почему же в сознании этот поток данных не отражается? Да потому, что большая часть «нормальной» информации обрабатывается и решения принимаются не доходя до коры больших полушарий, в вегетативных ганглиях и подкорковых центрах. «Вверх» передаются только сигналы, требующие поведенческих реакций, например настойчивое пожелание кишечника опорожниться.
Так называемая висцеральная боль, источником которой служат внутренние органы, бывает гораздо сильнее, чем соматическая, которая от кожи, мышц и сухожилий. И бороться с ней труднее. А уж как её моделируют в острых экспериментах на животных, вызывает в памяти словосочетание «анальный криптоанализ»…
А если перейти к сигналам от внутренней стенки кишки, когда пара квадратных сантиметров слизистой прямой кишки внезапно становятся «наружной поверхностью кишечника» вследствие геморроя — то любой пострадавший оценит как количество, так и качество информации, достигающей сознания…
За сим прощаюсь ввиду полной бессмысленности дальнейшей дискуссии.Psychosynthesis
26.01.2017 01:38Чёт у вас всё смешалось, люди, кони…
При чём тут брюшина вообще? Речь была о внешней поверхности кишечника. По моему очевидно что под данным термином подразумевался слой внутренней полости, мы ведь говорим о чувствительности к внешним, по отношению к человеку воздействиям, не так ли? Правильней было сказать, пожалуй слизистой, или, если вам угодно «эпителий», но вы ведь столь компетентный специалист, вон сколько цифр знаете, могли бы и понять о чём речь идёт из контекста.
Засим комментировать весь ваш поток сознания вижу бессмысленным. Отмечу лишь особо вот этот перл:
когда пара квадратных сантиметров слизистой прямой кишки внезапно становятся «наружной поверхностью кишечника» вследствие геморроя — то любой пострадавший оценит как количество, так и качество информации, достигающей сознания
Тут вы, очевидно, применили максимум своего ораторского мастерства, однако, похоже, увлеклись и забыли о чём мы с вами изначально говорили вообще. Источником данной «информации», будет отнюдь не поверхность слизистой кишечника, а, например, воспалённая и\или поражённая трещинами толща стенки кишки, которая в норме с тем же содержимым кишечника никак не контактирует, внезапно.
А на вопрос, какое количество сенсорной информации получает мозг от эпителия кишечника вы так и не ответили. До свидания.
ebragim
25.01.2017 08:56То есть дизайн делался только для ручки «управления»?
При операции вводится только один такой прибор, или много? Врачу не очень удобно будет их различать. Не лучше сделать «пульт», к которому будут подцепляться тросики одноразовые? Оперируемый не имеет контакта с «пультом», нет необходимости его стерилизации.
SchmeL
25.01.2017 12:50Не сочтите за придирку, однако справедливости ради нужно сказать, что сама по себе, кхм… процедура так или иначе почти безболезненна
Вот что-то не показалось мне так, после метра. Было явное ощущение, что сейчас чужой из живота вылезет.
Magistrico
25.01.2017 18:48глотал кишку четырежды
это не больно это дико неприятно, в особенности часа 3-4 после стойкое ощущение что он до сих пор в горле(
OstJoker
26.01.2017 01:07+1Довелось делать эндоскопию 3 раза, разными врачами в разных клиниках с перерывами в 2-5 лет. В первый раз глотал лет 15 тому будучи еще школьником, без анестезии. Не знаю почему, наверное врачи решили поэкспериментировать. У меня в ходе процедуры лопнули капилляры в глазах от напряжения, а потом еще целый день болело горло. Второй раз побрызгали горло лидокаином (если не ошибаюсь), все прошло очень быстро, буквально меньше минуты, неприятных ощущений почти нету. Третий раз было норм, но когда я увидел что мне хотят запихнуть во время процедуры еще и длинную «проволоку» чтобы взять образец для анализа, мои глаза сильно округлились, а сказать я ничего не мог )))
Было бы очень круто сделать эндоскоп хотя бы тоньше, те которые мне приходилось глотать, толщиной в перманентный маркер, процедура наверное одна из самых неприятных.
Psychosynthesis
Круто, вы молодцы. Ещё круче было бы если б кто-нибудь уже сделал бы все эти эндоскопы хотя бы на треть тоньше чем есть…
Не сочтите за придирку, однако справедливости ради нужно сказать, что сама по себе, кхм… процедура так или иначе почти безболезненна, ввиду отсутствия в кишечнике нервных окончаний. Боль и дискомфорт обычно возникают если есть явные повреждения в прямой кишке, а также когда воздухом раздувают пазухи кишечника. Вот если у пациента есть прободение стенки кишки, тогда может быть, однако я не уверен что в подобных случаях пользуются такими штуками, там уж скорее сразу вскрывают, если я правильно всё понимаю. Возможно таким инструментом ещё и при гастроскопии пользуются, тогда, наверно, сие утверждение тоже верно будет.
Вот на скорости процедуры эргономика, безусловно скажется. А сокращение длительности процедуры, это, безусловно, огромный плюс, даже если речь идёт о минуте-двух.
Nathanson
del
Psychosynthesis
Я так понимаю в посте речь в основном о колоно…
Соглашусь с вами, я пожалуй сходу не смогу вспомнить более неприятное воспоминание, чем глотание кишки.
mukizu
Только первый раз. После 3-4го уже идешь на процедуру как на укол)
Psychosynthesis
Не знаю, у меня с количеством ничё не меняется…
dmshr
Зонд гастроскопа что западного производства (например, Olympus), что российского (например, ЛОМО) довольно небольшого диаметра — примерно 10 мм по всей длине зонда (чуть больше 1 метра).
Psychosynthesis
Вы ведь это не серьёзно сейчас? Сами пробовали его глотать?
Вот если бы порядок был 4-6 мм, было бы попроще чуть…
Lsh
Давно уже есть такие. Можно делать через нос.
Позволяет разговаривать с доктором во время процедуры. А не как обычно:
— Полип нашёл. Биопсию брать будем?
— Уээаам.
Psychosynthesis
Возможно. Мне в клинике такого варианта, увы, не предлагали…