Summary
模拟复杂、高风险的程序对医学受训人员的教育至关重要。描述了在受控学术环境中进行基于模拟器的血管内神经外科训练的协议。该议定书包括针对不同层次受训人员的分步指南，并讨论了该模式的优势和局限性。
Abstract
模拟培训已成为医学专业的常见做法，尤其是学习在高风险环境中执行的复杂技能。在血管内神经外科领域，对无后果和无风险学习环境的需求导致开发对医学受训人员有价值的模拟设备。本协议的目标是为在学术环境中使用血管内神经外科模拟器提供指导性指南。模拟器为受训人员提供了机会，让他们能够收到关于解剖学知识的现实反馈，以及触觉反馈，表明他们在处理基于导管的系统方面取得了成功，而不会产生负面后果。还讨论了这一特定协议与其他神经血管训练模式的效用。
Introduction
模拟训练是医学受训人员的既定教育工具，在血管内神经外科等高风险领域尤其有益。存在多个虚拟现实培训设备，利用导管为基础的系统，如ANGIO导师模拟器（Simbionix有限公司，机场城，以色列）和VIST-C和VIST G5模拟器（门蒂斯AB，哥德堡，瑞典），与大量的数据表明程序能力培训的效用1。尽管模拟器很有用，但缺乏用于模拟器的分步程序说明。
呈现的是使用ANGIO导师模拟器的详细协议，该系统支持在常见的血管内神经外科手术的能力改进，包括诊断脑血管造影术，机械血栓切除术，动脉瘤线圈栓塞2。此前的工作表明，各级学员在ANGIO导师模拟器上进行了5次模拟血管造影术、5次输血管切除术和10次动脉瘤线圈栓塞手术后，在程序时间、荧光镜和对比剂量以及不良技术事件2方面都取得了显著改善。
以下分步说明分为案例场景，并可轻松集成到医科学生、居民或研究员2的学术培训课程中。然而，应当指出，需要对脑动脉解剖学、血管造影术、中风和动脉瘤治疗进行基本了解，以优化模拟装置的教育潜力。
以下所有程序（即诊断脑血管造影术、胡萝卜素末期动脉瘤线圈、机械血栓切除术）均可由使用 ANGIO 导师模拟器（Simbionix Ltd.） 的单个操作员执行）（图1） 。这种培训设备允许所有技能级别的神经外科受训人员在产前环境中接触到血管内技术，三个患者场景基于先前公布的模拟器血管学培训2课程。为了重现高保真度血管内技术，模拟器利用通过类似于股动脉护套隔膜的端口引入的实际导管和电线。电线和导管与内部滚筒接合，记录旋转和转换运动，这些运动显示在监视器上。模拟器操作员还可以看到设备选择和患者生命体征。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. 模拟器设置
- 在所有程序之前，组装图 1中显示的模拟器并打开。有关完成每次模拟所需的模拟器设备的完整列表，请参阅表 1。
- 使用附加笔记本电脑上的软件界面（图 1C）选择患者方案。
- 从下拉菜单中选择合适的动脉护套或导管。这不需要物理插入作为模拟的一部分，但将作为股骨访问站点，并允许随后进入系统的电线和导管 （图 1D）。下面讨论了每个方案的具体护套/指南大小。
- 根据下面讨论的具体方案（图 1D）选择适当的导管、导线线和/或微系统。
- 打开软件界面上的 A （PA） 和 B 平面 （横向） 荧光镜检查。用脚踏板激活荧光镜 （图 1H），用操纵杆 （图 1I）调整患者和图像强化器位置，直到获得正确的 PA 和横向视图。
2. 第一个患者场景：四容器血管造影
注：此场景描绘了一名 52 岁的男性，头部非对比计算断层扫描 （CT） 扫描中偶然发现左胡萝卜素终点动脉瘤。
- 从下拉菜单中选择 5 法式股骨护套、0.035 导引线和 4 法式诊断导管作为在此模拟中使用的工具。
- 将导线插入模拟器机器（图 1D），直到它在模拟屏幕上注册，从而指示已获得访问权限。推进导线，直到它在下降的胸动脉中可视化，并继续进入主动脉拱门。
- 当导线安全地位于主动脉拱门中时，将导管保持到位，并通过模拟股骨护套插入导管到主动脉拱门。
- 取出导管，利用荧光喷气技术，轻轻按压对比度注射器（图1E），模拟对比注射，并在导管进入所需的动脉时短暂地使血管不透明。
- 接下来，创建一个路线图指南注入对比对比注射器 （图 1E），而荧光检查脚踏板是沮丧的 （图1H）.接下来，重新插入导线，有选择地导管所需的容器，推进导管在电线上。拆下电线，进行后续血管造影。左右内、外骨动脉和左右椎动脉均采用此技术导管。
- 使用诊断导管和模拟器对比注射器（图1E），通过压低荧光踏板（图1H），同时注射与注射器对比，执行上述每个循环的血管图。如有必要，获取动脉瘤的高放大度视图。在取出导管之前，检查血管图是否足够。
- 获取必要的图像后，从模拟护套中取出诊断导管/导线。不执行胎儿动脉切除术部位的模拟关闭。
3. 第二个患者方案：卡罗蒂德终点动脉瘤盘绕
注：此场景描绘了一名 52 岁的男性，已知左胡萝卜素末期动脉瘤破裂、严重头痛、非焦球检查以及格拉斯哥科马量表分数为 15。
- 从下拉菜单中选择 6 法制导管、0.035 指南线和 4 法式诊断导管。
- 在导管上插入诊断导管到主动脉拱门中，就像步骤 2.2–2.3 一样。
- 通过股骨接入部位（图 1D）在诊断导管上插入导管到主动脉拱门。
- 取下导线，通过路线图面粉镜脚踏板注射与对比注射器（图1E）形成对比，而荧光镜脚踏板（图1H）则降低，创建左普通胡萝卜动脉的路线图指南。
- 重新插入导管，并选择性地导管左普通胡萝卜动脉和内胡萝卜动脉使用荧光镜和路线图覆盖可视化图像投影监视器（图1B），通过领导与导线和推进诊断导管和导管，一旦获得安全访问。
- 当导管在内胡萝卜动脉内时，取出诊断导管和导线，通过压低氟镜踏板（图1H）进行左内胡萝卜素脑循环的血管运行，同时注射与注射器对比（图1E）。
- 使用软件界面上的计算选项（图 1C）测量动脉瘤。请记住，第一个线圈的线圈直径应比平均动脉瘤直径宽 1 毫米，请选择合适的线圈。
- 从下拉菜单中选择微型箱和微线。
- 通过股骨接入站点（图 1D）插入微导管和微线，并在步骤 3.6 获得的路线图指导下，有选择地用微系统导管动脉瘤。
- 取出微线，通过股骨接入站点插入先前选择的线圈（图1D），然后缓慢地将其推进动脉瘤。
- 线圈完全插入后，通过压低氟镜踏板（图1H）进行诊断脑血管造影，同时注射与注射器对比，并评估母动脉和动脉瘤填充物的腹腔。目标是保持母动脉的痉挛，要么完全栓塞动脉瘤，要么提供圆顶的足够覆盖或假定的破裂点，以适当降低破裂风险。
- 在软件接口（图1C）上分离线圈，并拆下线圈线。如有必要，重复步骤 3.11 和 3.12 与额外的线圈，直到获得约 30% 动脉瘤闭塞。
- 从模拟护套站点（图 1D）中取出微箱并引导导管。不执行胎儿动脉切除术部位的模拟关闭。
4. 第三个患者方案：左脑动脉血栓切除术
注：此场景描绘了一名 64 岁的女性，其国家卫生研究院中风量表 （NIHSS） 评分为 12，用于失语症和右侧虚弱，她最后已知是正常 4 小时前。头部CT显示一个超凹腹左中脑动脉（MCA）标志和艾伯塔省中风计划早期CT得分（前科）为10，但没有出血。CT血管图显示了左M1段完全遮挡。
- 从下拉菜单中选择 6 法制导管、0.035 指南线和 4 法式诊断导管。
- 将导管插入左内胡萝卜动脉，执行步骤 3.2–3.6 中描述的左内胡萝卜素脑循环的血管运行。
- 从下拉菜单中选择微型箱/微线和支架检索器设备。
- 将微型导管和微线插入模拟股骨接入部位（图1D）并插入左内胡萝卜动脉。
- 在步骤 3.5 获得的路线图指导下，将微线和微箱推进到左 MCA 中，并小心地经过遮挡区域。此操作过程中的潜在并发症包括血管穿孔和/或使下游血块栓塞。
- 取出微线，将支架检索器设备插入模拟股骨接入站点（图 1D），并推进到 MCA 分离到闭塞处。然后，取出微箱，将支架检索器留在闭塞水平。
- 打开软件界面上的模拟吸气（图1C），通过拉回微线将支架检索器设备缩回导管。
- 从模拟股骨访问站点（图 1D）中取出两个支架检索器。
- 通过引导导管进行血管造影，压低氟镜踏板（图1H），同时注射与注射器的对比度，以确保消除遮挡。
- 从模拟护套站点（图 1D）中取出导管。不执行胎儿动脉切除术部位的模拟关闭。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
ANGIO 导师模拟器以前被证明在学术环境中执行模拟诊断血管造影、输卵管切除术和动脉瘤线圈破裂栓塞时，能够提高具有不同神经血管体验的外科受训人员的技能。在这项研究中，在30天内，在一名医科学生、一名神经外科住院生、两名诊断神经放射学研究员和一名血管内神经外科研究员中确定了上述程序的性能指标。经过120分钟的教义指导和对每个程序的单次观察，受训者执行了10个每个程序的会话（即总共30个）。程序评估由经验丰富的神经干预参与根据总程序时间进行， 荧光镜检查时间、对比剂量、技术上不安全事件的频率（例如，带领导线不足的运动、快速前进/非可视化设备运动、意外血管导管、动脉瘤外的线圈部署以及proprodor 破裂次数）、包装密度、使用的线圈数量和尝试的支架检索器通行证数量。
基于对方差 （ANOVA） 和图基诚实显著差异 （HSD） 测试的分析， 在所有三个程序的具体绩效指标（包括对比度利用率、荧光检查时间和总程序时间（图 2）中，所有参与者都看到了统计学上显著的改进，此外，Likert Scale 分数显著提高，该评估指标的分数为 1 对应于失败，5 与基于程序技术的卓越分数相对应（图 3）。值得注意的是，诊断血管造影术培训导致总手术时间缩短 86%，荧光镜检查时间缩短 75%，对比度利用率降低 68%，整体 Likert Scale 性能等级提高 64%（基于前五个血管造影仪的性能改进，所有变量< 0.05）。机械结节切除术模拟后，受训人员显示总手术时间缩短 35%，荧光镜检查时间缩短 41%，对比度利用率降低 49%，整体 Likert Scale 性能提高 67%（基于前五个程序的性能改进的所有变量< 0.05）。参与者还显示，模拟动脉瘤线圈后性能有统计学上显著改善，总手术时间缩短 42%，荧镜检查时间缩短 57%，对比利用率降低 21%，Likert Scale 分数（基于前五个程序的性能改进，所有变量< 0.05）提高 58%。在所有情况下，不安全事件的发生也有所减少。根据这些数据，在我们机构的所有神经血管受训者在参加具有真实神经血管病例的手术之前，执行五次模拟血管造影术、五次模拟血管切除术和十次模拟动脉瘤永久线圈栓塞手术（根据此程序的技术细微差别进行较高的数量或栓塞）。
图1：安吉奥导师模拟器完成组装。ANGIO 导师模拟器的设置包括模拟器外壳（A）：图像投影的外部监视器（X射线、血管造影）（B）：用于与辛比尼克斯软件（C）对接的笔记本电脑：模拟股动脉护套与外导导管，内诊断微导管，并显示导线（D）：对比注射器（E）：在这些患者场景中未使用的气球膨胀的充气器（F）：在这些患者场景中未使用的支架输送设备（G）：用于荧光镜检查、路线图指南和血管学运行（H）的脚踏板：以及操作员能够控制患者和图像强化器定位（I）的模拟器上的操作员控制面板。图像是作者在设置模拟器后获得的。 请单击此处查看此图的较大版本。
图2：绩效评估表示与模拟器培训相关的测量程序指标降低百分比。样本大小，n = 5 名受训人员，每个程序执行 10 次模拟（潘内尔等人）2.*p < 0.05 基于对方差 （ANOVA） 和 Tukey 诚实显著差异 （HSD） 测试的分析。 请单击此处查看此图的较大版本。
图3：绩效评估表示模拟器培训对整体模拟器比例分数的百分比提高。样本大小，n = 5 名受训人员，每个程序执行 10 次模拟（潘内尔等人）。2 *p < 0.05 基于对方差 （ANOVA） 和 Tukey 诚实显著差异 （HSD） 测试的分析。 请单击此处查看此图的较大版本。
| 患者场景#1 |
| 1） 5- 法国股骨护套 |
| 2） 0.035 英寸导线 |
| 3） 4-法国诊断导管 |
| 患者场景#2 |
| 1） 0.035 英寸导线 |
| 2） 4-法国诊断导管 |
| 3） 6-法国导管导管 |
| 4） 微箱/微线 |
| 5） 线圈 |
| 患者场景#3 |
| 2） 0.035 英寸导线 |
| 3） 4-法国诊断导管 |
| 4） 6-法国导管导管 |
| 6） 微箱/微线 |
| 7） 支架检索器设备 |
表1：用于每个方案的材料。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
血管内手术是一个扩展的领域，为各种病理提供微创治疗方法。然而，与血管损伤相关的重大风险提供了独特的教育挑战。随着模拟培训的进展，受训人员的教育现在允许在模拟真实案例的无风险环境中进行实践。因此，基于血管内模拟的培训已被证明能够持续改善表现指标，如手术时间、荧光检查时间和对比量，在广泛的参与者（如患者、医科学生、居民和外科医生）1，3。常用的模拟培训系统包括 ANGIO 导师模拟器（以色列机场城 Simbionix 有限公司）和 VIST-C 和 VIST G5 模拟器（瑞典哥德堡的门蒂斯 AB）。
使用 ANGIO 导师模拟器进行重复模拟器培训，可提高基本血管造影/导管技能，以及性能指标，如总过程时间、荧光检查时间、对比度利用率、图像质量、不安全技术的减少以及整体 Likert 比例性能得分 2、4、5、6。通过遵循上述议定书中的关键步骤，对以前报告的此类指标进行了改进。采用循序渐进的方法，首先采用诊断程序，从而获得基本的血管学技能，这些技能是执行更复杂的程序的先决条件，如动脉瘤线圈、栓塞和动脉畸形栓塞（AVMs）。选择正确的工具集是血管内神经外科的又一重要组成部分，基于模拟器的工具选择学习使受训者能够在材料选择中与技术学习并行获得实践。
ANGIO 导师模拟器的优势包括执行程序序列时的准确性，从最初选择工具到使用模拟吸气导管和支架检索器，以提供视觉和触觉教育体验。此外，虽然在此协议之外，当使用不良血管学技术时，可能会发生可能需要其他程序步骤的模拟并发症，如动脉解剖或动脉瘤破裂。患者特定的数据也可以通过PROcedure排练工作室上传到ANGIO导师，允许用户在真实世界的表演之前排练一个程序。不过，其它训练系统亦有类似的教育价值，尽管其具体技术能力有轻微差异。例如，来自门蒂斯的VIST®-C和VIST®G5模拟器也提供各种脑血管病理学方面的培训：引起和管理动脉解剖、血管痉挛和动脉瘤破裂等并发症的能力;并上传患者特定数据。与传统的体内临床训练相比，该系统在向经验丰富的非神经内科医生教授胡萝卜素血管造影术方面具有实用性，在一次前瞻性、随机性和盲目性试验中得到了证明。
血管内神经外科的一个重要技术组成部分是一种精致的触觉，以避免血管壁解剖和穿孔。在不断研究开发导管尖端危险力积聚的预警系统的同时，触觉反馈是血管内神经外科模拟的一个重要但具有挑战性的方面。虽然 ANGIO 导师模拟器包括一个触觉反馈系统，该系统与技术差或过度使用武力引起的并发症有关，但该系统的触觉保真度并不能完全复制真实世界的经验。ANGIO 导师模拟器未来的其他潜在改进包括为更高复杂性的程序添加性能指标，例如串联遮挡的支架辅助浮雕和添加液体栓塞技术。
鉴于其相对较高的成本，在大型学术中心或发达国家之外获得 ANGIO 导师模拟器或其他模拟器平台的困难可能会限制本协议的广泛适用性。尽管如此，该协议对于具有脑血管解剖学基线知识的高级医科学生、居民或血管内神经外科学员，以及通常具有学术联系的常见干预设备或程序，可能非常有用。另值得注意的是，尽管愿望导管的不断演变最近限制了大型血管闭塞的机械色体切除术的需要，但在受控环境中练习这一技能集对于为单单耐火的渴望病例做好准备仍然至关重要。
与这项技术的未来研究领域包括将模拟器性能指标与诊断脑血管造影术、机械栓塞和动脉瘤线圈栓塞的实际技术性能以及患者结果联系起来。还建议使用模拟平台进行程序性能力评估，以进行干预性认证，尽管不同经验水平的用户之间的技术差异表明，在此设置10中使用模拟器之前需要进一步研究。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
AAK此前曾获得科维迪安公司和佩努姆布拉公司的竞争性资助，并与史崔克神经血管公司、科维迪安公司和佩努姆布拉公司进行医生培训的咨询安排.JSP曾担任斯特里克神经血管和飞镖神经科学有限责任公司的医疗顾问。AAK 和 JSP 与这项工作没有直接的经济利益关系。其余作者没有披露本研究所使用的材料或方法，也未披露本文中指定的发现。
Acknowledgments
作者感谢所有临床团队每天为UCSD神经血管患者的护理做出贡献。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| ANGIO Mentor simulator | Simbionix Ltd., Airport City, Israel | N/a | The setup for the ANGIO Mentor simulator includes the simulator housing as pictured in Figure 1: (A), an external monitor for image projection (x-ray, angiography; B), a laptop for interfacing with the Simbionix Software (C), the simulated femoral artery sheath (with an outer guide-catheter, inner diagnostic microcatheter and guidewire shown; D), a contrast syringe (E), an insufflator for balloon inflation (F), a stent delivery device (G; not used in these patient scenarios), foot pedals for fluoroscopy, roadmap guidance, and angiographic runs (H), and the operator control panel on the simulator housing where the operator is able to control patient and image intensifier positioning (I). |
References
- See, K. W., Chui, K. H., Chan, W. H., Wong, K. C., Chan, Y. C. Evidence for Endovascular Simulation Training: A Systematic Review. European Journal of Vascular and Endovascular Surgery. 51 (3), 441-451 (2016).
- Pannell, J. S., et al. Simulator-Based Angiography and Endovascular Neurosurgery Curriculum: A Longitudinal Evaluation of Performance Following Simulator-Based Angiography Training. Cureus. 8 (8), 756 (2016).
- Liebig, T., et al. Metric-Based Virtual Reality Simulation: A Paradigm Shift in Training for Mechanical Thrombectomy in Acute Stroke. Stroke. 49 (7), 239-242 (2018).
- Spiotta, A. M., et al. Diagnostic angiography skill acquisition with a secondary curve catheter: phase 2 of a curriculum-based endovascular simulation program. Journal of Neurointerventional Surgery. 7 (10), 777-780 (2015).
- Spiotta, A. M., Rasmussen, P. A., Masaryk, T. J., Benzel, E. C., Schlenk, R. Simulated diagnostic cerebral angiography in neurosurgical training: a pilot program. Journal of Neurointerventional Surgery. 5 (4), 376-381 (2013).
- Fargen, K. M., et al. Experience with a simulator-based angiography course for neurosurgical residents: beyond a pilot program. Neurosurgery. 73, Suppl 1 46-50 (2013).
- Fargen, K. M., et al. Simulator based angiography education in neurosurgery: results of a pilot educational program. Journal of Neurointerventional Surgery. 4 (6), 438-441 (2012).
- Cates, C., Lönn, L., Gallagher, A. G. Prospective, randomised and blinded comparison of proficiency-based progression full-physics virtual reality simulator training versus invasive vascular experience for learning carotid artery angiography by very experienced operators. BMJ Simulation and Technology Enhanced Learning. 2, 1-5 (2016).
- Guo, J., Jin, X., Guo, S. Study of the Operational Safety of a Vascular Interventional Surgical Robotic System. Micromachines. 9 (3), 119 (2018).
- Tedesco, M. M., et al. Simulation-based endovascular skills assessment: the future of credentialing. Journal of Vascular Surgery. 47 (5), discussion 1014 1008 (2008).
