Summary
Describimos un procedimiento para procesar tomografías computarizadas (TC) en entrenadores de tareas de procedimiento de alta fidelidad, recuperables y de bajo costo. Se describen los procesos de identificación de tomografía computarizada, exportación, segmentación, modelado e impresión 3D, junto con los problemas y las lecciones aprendidas en el proceso.
Abstract
La descripción de los entrenadores de tareas procedimentales incluye su uso como una herramienta de capacitación para perfeccionar las habilidades técnicas a través de la repetición y el ensayo de procedimientos en un entorno seguro antes de realizar el procedimiento en un paciente. Muchos entrenadores de tareas procedimentales disponibles hasta la fecha sufren de varios inconvenientes, incluida la anatomía poco realista y la tendencia a desarrollar "puntos de referencia" creados por el usuario después de que el tejido del entrenador se somete a manipulaciones repetidas, lo que puede conducir a un desarrollo inapropiado de habilidades psicomotoras. Para mejorar estos inconvenientes, se creó un proceso para producir un entrenador de tareas de procedimiento de alta fidelidad, creado a partir de la anatomía obtenida de las tomografías computarizadas (TC), que utilizan tecnología de impresión tridimensional ubicua (3D) y suministros de productos básicos listos para usar.
Este método incluye la creación de un molde de tejido impreso en 3D que captura la estructura del tejido que rodea el elemento esquelético de interés para encerrar la estructura ósea esquelética suspendida dentro del tejido, que también se imprime en 3D. Una mezcla de medio tisular, que se aproxima al tejido tanto en geometría de alta fidelidad como en densidad de tejido, se vierte en un molde y se deja cuajar. Después de que se ha utilizado un entrenador de tareas para practicar un procedimiento, como la colocación de una línea intraósea, los medios de tejido, los moldes y los huesos son recuperables y pueden reutilizarse para crear un entrenador de tareas nuevo, libre de sitios de punción y defectos de manipulación, para su uso en sesiones de capacitación posteriores.
Introduction
La competencia de atención al paciente de las habilidades de procedimiento es un componente crítico para el desarrollo de aprendices en entornos de atención médica civil y militar 1,2. El desarrollo de habilidades de procedimiento es particularmente importante para las especialidades de procedimiento intensivo, como la anestesiología3 y el personal médico de primera línea. Los entrenadores de tareas se pueden utilizar para ensayar numerosos procedimientos con niveles de habilidad que van desde los de un estudiante de medicina de primer año o técnico médico hasta un residente o becario senior. Si bien muchos procedimientos médicos requieren una capacitación significativa para completarse, la tarea presentada aquí, la colocación de una línea interósea (IO), es sencilla y requiere menos habilidad técnica. La colocación exitosa de una línea IO se puede lograr después de un período relativamente corto de capacitación. El uso de la simulación durante la formación médica, que incluye el uso de entrenadores de tareas, es reconocido como una herramienta para adquirir habilidades técnicas de procedimiento a través de la repetición y el ensayo de un procedimiento clínico en un ambiente seguro y de bajo estrés, antes de finalmente realizar el procedimiento en pacientes 2,4,5.
Comprensiblemente, el entrenamiento de simulación en entornos de educación médica se ha vuelto ampliamente aceptado y parece ser un pilar, a pesar de la escasez de datos sobre cualquier impacto en los resultados de los pacientes 6,7. Además, publicaciones recientes demuestran que la simulación mejora el rendimiento del equipo y los resultados de los pacientes como resultado de una mejor dinámica de equipo y toma de decisiones. Aún así, hay pocos datos que sugieran que la simulación mejora el tiempo o la tasa de éxito para realizar procedimientos críticos que salvan vidas 8,9 lo que sugiere que la simulación es compleja y multifacética en la educación de los proveedores de atención médica. En pacientes donde el acceso intravenoso estándar no es posible o está indicado, la colocación de la línea IO se puede utilizar para lograr el acceso vascular rápidamente, lo que requiere una habilidad mínima. La realización oportuna y exitosa de este procedimiento es crítica, particularmente en el ambiente perioperatorio o en un escenario de trauma10,11,12. Debido a que la colocación de la línea IO es un procedimiento que se realiza con poca frecuencia en el área perioperatoria y puede ser un procedimiento que salva vidas, la capacitación en un entorno no clínico es crítica. Un entrenador de tareas anatómicamente preciso específico para la colocación de la línea IO es una herramienta ideal para ofrecer una frecuencia de capacitación predecible y desarrollo de habilidades para este procedimiento.
Aunque ampliamente utilizados, los entrenadores de tareas comerciales actualmente disponibles sufren de varios inconvenientes importantes. En primer lugar, los entrenadores de tareas que permiten múltiples intentos de un procedimiento son costosos, no solo para la compra inicial del entrenador de tareas, sino también para reponer las piezas reemplazables, como los parches cutáneos de silicona. El resultado es a menudo piezas reemplazadas con poca frecuencia, dejando puntos de referencia prominentes que proporcionan al alumno una experiencia de capacitación subóptima; Los pacientes no vendrán premarcados donde uno debe hacer el procedimiento. Otro inconveniente es que el alto costo de los entrenadores de tareas tradicionales puede resultar en un acceso limitado por parte de los usuarios cuando los dispositivos están "bloqueados" en ubicaciones de almacenamiento protegidas para evitar la pérdida o el daño de los dispositivos. El resultado es que requiere más rigor y menos tiempo de práctica programado disponible, limitar su uso ciertamente puede dificultar el entrenamiento no programado. Finalmente, la mayoría de los entrenadores se consideran de baja fidelidad 5,13,14 y usan solo anatomía representativa, lo que puede conducir a un desarrollo inapropiado de las habilidades psicomotoras o cicatrices de entrenamiento. Los entrenadores de baja fidelidad también hacen que la evaluación exhaustiva de la adquisición de habilidades, el dominio y la degradación sea muy difícil, ya que el entrenamiento en un dispositivo de baja fidelidad puede no imitar adecuadamente el procedimiento real del mundo real.
La anatomía representativa también impide la evaluación adecuada de la adquisición y el dominio de las habilidades psicomotoras. Además, evaluar la transferencia de habilidades psicomotoras entre entornos médicos simulados a la atención al paciente se vuelve casi imposible si algunas de las habilidades psicomotoras no se reflejan en la tarea clínica. Esto resulta en la prevención del consenso sobre la capacidad de la simulación médica y el entrenamiento para afectar los resultados del paciente. Para superar los desafíos de costo, precisión anatómica y acceso, hemos desarrollado un entrenador de tareas de línea de E/S de bajo costo y alta fidelidad. El entrenador de tareas está diseñado a partir de la tomografía computarizada de un paciente real, lo que resulta en una anatomía precisa (Figura 1). Los materiales utilizados son ubicuos y fáciles de obtener, con componentes que son relativamente fáciles de recuperar. En comparación con muchos otros entrenadores disponibles comercialmente, el modesto costo del diseño del entrenador de tareas descrito aquí reduce drásticamente el deseo de secuestrar a los entrenadores en un lugar menos accesible y protegido y hace posible múltiples repeticiones sin puntos de referencia principales.
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Protocol
NOTA: La Junta de Revisión Institucional del Centro Médico de la Universidad de Nebraska determinó que nuestro estudio no constituyó investigación con sujetos humanos. El IRB local obtuvo la aprobación ética y la exención del consentimiento informado. La anonimización completa de los datos de imágenes se realizó antes del análisis según el protocolo de desidentificación del hospital.
1. Datos
- Obtenga una tomografía computarizada que capture la anatomía de interés para el entrenador de tareas planificado. Tenga cuidado de tener en cuenta las limitaciones de volumen de trabajo de la impresora 3D utilizada y los puntos de referencia requeridos para los pasos de procedimiento.
- Si el escaneo se obtiene en un formato de imágenes digitales y comunicaciones en medicina (DICOM), conviértalo a un formato de Neuroimaging Informatics Technology Initiative (NiFTi)15 (.nii).
2. Segmentación
- Utilice el software 3D Slicer (http://www.slicer.org) para segmentar las imágenes de TC. Importe el archivo NIfTi del paso 1.2 a 3D Slicer.
- Seleccione el módulo Editor de segmentos para generar los segmentos necesarios para modelar el entrenador.
- Agregue un segmento para los componentes 1) Hueso y 2) Tejido del entrenador de tareas.
NOTA: El desarrollo de algunos entrenadores, como los utilizados para entrenar la inserción del tubo torácico, puede requerir segmentos adicionales. - Seleccione el segmento 1) Hueso. Usando el Efecto Umbral , cambie el rango de intensidad hasta que el rango de "ventana" definido identifique el componente óseo de interés.
NOTA: Para los segmentos óseos, el rango habitual es entre 100 y 175 HU (unidades Hounsfield) hasta el valor máximo disponible y para el tejido, que generalmente es de -256 HU hasta el máximo disponible. - Utilice la función Umbral para resaltar el componente 1) Bone y aplíquelo al escaneo mediante el comando Aplicar .
- Utilice la función Tijeras para eliminar cualquier área del escaneo que no sea necesaria para crear el entrenador de tareas. Tenga cuidado para asegurarse de que el espacio de la médula ósea permanezca hueco para los entrenadores IO.
NOTA: Este paso es la primera reducción del segmento de interés a las dimensiones deseadas del entrenador. Las limitaciones de volumen de construcción de la impresora 3D que se utilizará deben considerarse aquí; sin embargo, el segmento puede reducirse aún más en la sección 3.
- Agregue un segmento para los componentes 1) Hueso y 2) Tejido del entrenador de tareas.
- Repita los pasos 2.2.1-2.2.4 para el componente 2) Tejido.
- Uso del módulo Segmentaciones ; exportar cada componente como un archivo STL.
3.3D Modelado
- Utilice AutoDesk Meshmixer para recortar aún más los segmentos 3D y reducir la resolución de cada segmento, en términos del número de elementos geométricos, para un rendimiento óptimo dentro de Fusion360.
- Confirme que los archivos STL importados tienen la orientación normal del triángulo correcta. Asegúrese de que las normales de cada punto triangular en la dirección de la superficie exterior de la malla. Si la orientación del triángulo es incorrecta, voltee la normal del triángulo realizando la opción Seleccionar | Modificar | Seleccione la función Todo y, a continuación, seleccione la opción Seleccionar | Editar | Función Flip Normals .
- Elimine las estructuras no deseadas (por ejemplo, segmentos no deseados de tejido o vasculatura capturados por la TC debido al uso de contraste) de los segmentos STL importados y refine los modelos necesarios para crear el entrenador de tareas. Para refinar el modelo eliminando estructuras no deseadas dentro de los segmentos que pueden haberse incluido inadvertidamente dentro del intervalo de umbral del segmento exportado, utilice la operación Seleccionar , seleccione los triángulos en las estructuras no deseadas y, a continuación, Editar | Descartar.
- Después de 3.1.2, utilice el | Editar Herramienta Plane Cut para recortar el modelo para que se ajuste a los límites del volumen de construcción de la impresora 3D. Para reducir la sobrecarga computacional incurrida debido a una resolución geométrica excesiva, reduzca el número de triángulos utilizados para definir el modelo y permitir un rendimiento óptimo en Fusion360. Haga clic en Seleccionar, haga doble clic en cualquier parte de la malla para seleccionar toda la malla y, a continuación, en Editar | Reducir. Para Reducir objetivo, reduzca a un presupuesto triangular de aproximadamente 10,000 caras.
NOTA: La impresora utilizada actualmente por los autores tiene un volumen máximo de construcción de 250 x 210 x 210 mm; Por lo tanto, el modelo se cortó a una longitud máxima de eje largo de 220-230 mm para permitir que el molde encajara dentro del volumen de construcción de la impresora. El volumen de construcción de la impresora debe dictar la longitud del eje largo haciendo que el modelo sea aproximadamente 20-30 mm más corto. La geometría se puede reducir fácilmente a ~ 10K triángulos sin pérdida de detalles clínicamente relevantes para desarrollar entrenadores de tareas de alta fidelidad. - Elimine o reduzca agujeros e irregularidades superficiales con la herramienta Seleccionar . Una vez seleccionados los triángulos de la malla alrededor del defecto, utilice el comando Seleccionar | Editar| Erase&Fill para mejorar los agujeros superficiales y las irregularidades. Exporte y guarde los modelos terminados utilizando el tipo de archivo STL.
NOTA: La superficie externa del hueso objetivo para los entrenadores de tareas de la línea interósea requiere un cierre completo; De lo contrario, los medios de tejido fundido entrarán en el espacio de la médula y degradarán el rendimiento del entrenador de tareas.
- Utilice AutoDesk Fusion360 e importe los modelos de hueso y tejido añadiendo el archivo . STL en el espacio de trabajo como una malla mediante el botón Insertar | Comando Insertar malla .
- Convierta las mallas importadas en sólidos BRep deshabilitando la línea de tiempo de Fusion360 y reduciendo el número de triángulos en la malla de destino a <10.000.Seleccione el cuerpo de malla importado y haga clic con el botón derecho. Elija la opción Malla a BRep . Después de que las mallas se hayan convertido en sólidos BReps, reanude la línea de tiempo de Fusion360.
- Modifique el sólido para crear el molde del Task Trainer dividiendo el sólido rectangular a lo largo del eje largo del Tissue BRep.
NOTA: El molde se crea alrededor del BRep de tejido utilizando la función de boceto para construir un cubo o sólido rectangular que abarca el sólido de tejido. El tamaño del molde debe modificarse para cumplir con el volumen máximo de construcción de la impresora 3D seleccionada. Como el molde se divide en dos, la dimensión más larga impresa puede no ser la dimensión más grande del molde final a medida que se unen. - Seleccione 2-3 ubicaciones para los pines de soporte y coloque los componentes del grupo de ensamblaje prediseñados para fijar los huesos del entrenador de tareas. Asegúrese de que las ubicaciones seleccionadas para los pasadores de soporte tengan una amplia estructura de soporte en el hueso alrededor de la cabeza del pasador.
NOTA: El hueso alrededor de la cabeza del pasador seleccionado no necesita ser perfectamente uniforme, ya que el grupo de ensamblaje también contiene una estructura de soporte cilíndrica sólida, que se fusionará con el hueso. Esta estructura soporta adecuadamente la cabeza del pasador y preserva la colocación anatómica correcta de los huesos dentro del medio tisular. - Importe y coloque un tapón óseo en el espacio de médula abierta del BRep óseo para evitar que los medios de tejido entren en el espacio de la médula ósea y evitar que la médula ósea simulada drene.
- Genere una abertura (típicamente de 4-6 cm de diámetro) a través de los moldes en el espacio representado por el sólido Tissue BRep para permitir verter el medio de tejido líquido en el molde.
- Una vez que los componentes de los grupos de ensamblaje prediseñados estén posicionados para fijar los huesos en el espacio, realice las funciones de combinación booleana para agregar o cortar los diversos grupos de ensamblaje en los modelos.
- Realice un espejo de los objetos antes del paso 3.2.6 para hacer el entrenador de tareas para el lado ipsilateral. Repita los pasos 3.2.3-3.2.5 antes de 3.2.6.
- Exportar los componentes finales para imprimir. Seleccione el cuerpo deseado dentro del espacio de trabajo y genere un archivo STL haciendo clic con el botón derecho | Guardar como STL.
4.3D Impresión
- Con Simplify 3D, coloque el archivo STL en la cama de la impresora 3D para que el programa de corte pueda generar el GCODE necesario para imprimir el elemento. Imprima los componentes con filamento de soporte de impresora 3D de ácido poliláctico (PLA) utilizando una boquilla de 0,4 mm a una temperatura de extremo caliente de 210 °C. Asegúrese de que la configuración utiliza 4 capas superior e inferior y 3 shells perimetrales.
- Oriente los huesos verticalmente para minimizar el material de soporte requerido dentro de la cavidad de la médula. Imprima con una balsa, una altura de capa de 0,2 mm, un relleno del 20 % y material de soporte completo (desde la cama de impresión y dentro de la impresión). Al imprimir los moldes de tejido, oriente los componentes del molde con la superficie del tejido hacia arriba. Imprima los moldes de tejido sin balsa, altura de capa de 0,3 mm, relleno del 15% y material de soporte completo.
- Organice los pines de soporte y otros componentes para minimizar el material de soporte: imprima todas las piezas de soporte del pasador con una balsa, una altura de capa de 0,2 mm y un relleno del 20%. Imprima los componentes roscados sin material de soporte a una velocidad reducida, para maximizar la fidelidad de las estructuras de rosca.
- Una vez seleccionados los parámetros de cada componente, prepare y exporte el archivo GCODE generado por Simplify 3D a una tarjeta SD. Con una Prusa i3 MK3, seleccione el archivo GCODE guardado de la tarjeta SD e imprima con filamento de soporte de impresora 3D PLA de 1,75 mm.
5. Montaje
- Preparar el medio de tejido.
NOTA: El nivel actual de dominio de habilidades del alumno puede dictar si se requiere un medio de tejido opaco o transparente. El medio transparente permite al alumno realizar un seguimiento visual de su progreso durante la inserción de IO e identificar más fácilmente los puntos de referencia óseos, mientras que el medio opaco simula mejor la experiencia clínica real.- Mida los siguientes componentes que se utilizarán para crear el medio tisular y reserve (estas cantidades se pueden escalar según sea necesario) 260 g de gelatina sin sabor; si es necesario, 140 g de fibra de cáscara de psyllium finamente molida, con sabor a naranja, sin azúcar (omita este paso para crear un medio transparente); 42 g de clorhexidina al 4% p/v.
NOTA: La fibra de cáscara de psyllium se puede utilizar para hacer un medio opaco. Este componente debe añadirse inmediatamente después de la gelatina si se desea un medio opaco16. - Caliente 1000 ml de agua (el grifo es aceptable) a 85 °C.Agregue el agua a un recipiente para mezclar varias veces más grande que el volumen de ingredientes, como un cubo de 18.9 L.
- Mientras mezcla vigorosamente la solución de tejido medio, agregue la gelatina, la fibra de cáscara de psyllium y la solución de clorhexidina al agua, en orden, y espere antes de agregar el siguiente ingrediente después de que se incorpore el anterior.
NOTA: No agregue fibra de cáscara de psyllium si está haciendo un medio transparente.
- Mientras mezcla vigorosamente la solución de tejido medio, agregue la gelatina, la fibra de cáscara de psyllium y la solución de clorhexidina al agua, en orden, y espere antes de agregar el siguiente ingrediente después de que se incorpore el anterior.
- Calentar la mezcla en un baño de agua a 71 °C durante un mínimo de 4 h para permitir que las burbujas se disipen de la solución. Coloque el recipiente de mezcla en el baño de agua caliente directamente, o transfiera la mezcla a un recipiente separado, como bolsas de almacenamiento de plástico.
- Prepare el medio de tejido para verterlo en el molde ensamblado. Asegúrese de que la mezcla sea homogénea y fluida. Mantener la temperatura de la mezcla a 46 °C.
NOTA: Si el medio tisular no se necesita inmediatamente, puede almacenarse a 4 °C o -20 °C dentro de un recipiente de almacenamiento hasta que sea necesario.
- Mida los siguientes componentes que se utilizarán para crear el medio tisular y reserve (estas cantidades se pueden escalar según sea necesario) 260 g de gelatina sin sabor; si es necesario, 140 g de fibra de cáscara de psyllium finamente molida, con sabor a naranja, sin azúcar (omita este paso para crear un medio transparente); 42 g de clorhexidina al 4% p/v.
- Prepare la solución simulada de médula ósea.
NOTA: La solución simulada de médula ósea puede prepararse con anticipación y almacenarse en un recipiente cubierto a temperatura ambiente hasta que esté lista para su uso.- Mida y mezcle bien 100 g de agua fría (el grifo está bien); 100 g de gel de ultrasonido; y 5 ml de colorante alimentario rojo (opcional, utilizado para mejorar la simulación). Asegúrese de que el producto final sea espeso pero lo suficientemente fluido como para transferirse rápidamente.
- Asegure el hueso al fondo del molde y ensamble el molde.
- Rocíe cada lado de las superficies internas del molde con un agente desmoldeante no basado en silicona, como un aerosol antiadherente para cocinar. Asegure el hueso usando los pasadores de soporte para mantener la posición correcta dentro del espacio del tejido. Asegure los huesos/alfileres al fondo del molde.
- Alinee la parte superior del molde con la parte inferior y asegure las dos mitades del molde juntas. Verifique que el tapón óseo esté en posición para evitar que el medio tisular ingrese al espacio de la médula durante el vertido.
- Coloque el molde de manera que la abertura quede hacia arriba y vierta el medio de tejido a 46 °C en la cavidad del molde. Remedie cualquier fuga del medio tisular del molde usando un recipiente de plumero de aire invertido rociando directamente el medio de tejido caliente con el recipiente para enfriarlo rápidamente. Transfiera el molde lleno a una nevera a 4 °C durante un mínimo de 6 h, o hasta que el medio tisular se haya fraguado.
- Desmonte el molde y retire el entrenador de tareas y los pasadores de soporte. Retire el tapón óseo, rellene el espacio de la médula con la "médula ósea" simulada creada en 5.2 y vuelva a colocar el tapón óseo. Coloque los entrenadores de tareas en una bolsa de almacenamiento de plástico y guarde el conjunto a 4 °C o -20 °C hasta que sea necesario para el entrenamiento.
6. Entrenamiento de tareas
- Retire el entrenador de tareas del almacenamiento y deje que alcance la temperatura ambiente. Si aún no está en su lugar, agregue material de médula ósea simulado del paso 5.2 según la instrucción en 5.5.
NOTA: Permitir que el entrenador se caliente a temperatura ambiente mejora la experiencia de simulación. - Realizar entrenamiento en los entrenadores de tareas. Indique a los alumnos que coloquen agujas IO (Figura 2A) y aspiren médula ósea simulada (Figura 2B) según los pasos habituales de la colocación de la línea IO.
- Después del entrenamiento, desmonte los entrenadores de tareas para recuperar el tejido, el medio y los huesos.
NOTA: Después de la manipulación, los huesos del entrenador IO tendrán orificios creados por la inserción de la cánula de la línea IO. Estos agujeros pueden rellenarse con PLA usando un bolígrafo de impresora 3D de mano, o alternativamente los huesos pueden descartarse. - Volver a montar y reutilizar los materiales recuperados para la formación posterior según la sección 5.Alternativamente, derretir el medio tisular hacia abajo, recuperar según 5.1.4 y almacenar a 4 °C o -20 °C, si no es necesario inmediatamente.
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Representative Results
Siguiendo el protocolo, el modelado del entrenador de tareas utilizó una tomografía computarizada de un paciente no identificado. Segmentación de las imágenes CT utilizadas 3D Slicer software y Auto Meshmixer para el modelado 3D. Para la impresión 3D, se utilizaron tanto 3D Simplify como la Prusa i3 MK3 (Figura 1). Posteriormente, completamos el ensamblaje de las piezas impresas en 3D, preparamos la mezcla de medios de tejido y vertimos la mezcla de medios en el molde ensamblado del entrenador de tareas. Después de un período de capacitación con el entrenador de tareas, el medio tisular se recuperó y se reutilizó en el ensamblaje de nuevos entrenadores de tareas.
La tomografía computarizada de la articulación de la rodilla izquierda de un paciente utilizada para el modelado 3D comprendió 6-7 cm de huesos de tibia y peroné debajo de la rodilla, 2-3 cm de hueso del fémur por encima de la rodilla y la rótula. Durante la ejecución de este protocolo, los artefactos vistos en la tomografía computarizada resultantes de la superposición entre diferentes segmentos anatómicos se descartaron manualmente en Meshmixer después de exportar cada segmento a STL y realizar la operación 'flip normals'. El hueso tibial izquierdo y las mallas STL de tejido se modificaron para reducir la complejidad anatómica de la superficie de la cavidad medular. Se generaron estructuras de soporte para fijar el fémur, la tibia, el peroné y la rótula entre sí. Se agregó una "estructura de soporte" en el Fusion 360 para ayudar a reforzar la delgada estructura del peroné del hueso a la tibia, evitando así que este hueso se rompa.
La estructura del molde consistía en un sólido rectangular, separado en una estructura superior e inferior, y un canal de 2,5 mm para sostener el cordón de espuma de silicona en el perímetro del contorno del segmento de tejido. Las estructuras de pines de soporte, los canales de pines de alineación y el receptor del tapón óseo se agregaron a las estructuras óseas y de molde importando sus estructuras aplicables al modelo (Figura 3). El molde fue diseñado de tal manera que dos grupos de ensamblaje de pines de soporte de 41 mm serían suficientes para soportar y suspender adecuadamente las estructuras óseas dentro de la cavidad tisular. Una abertura hecha para exponer la cavidad tisular facilitó el vertido del medio tisular cortando una estructura cilíndrica del cuerpo desde el frente de la estructura del molde.
Después de finalizar el molde y las estructuras óseas en Fusion 360, los siguientes cuatro. Los segmentos STL se crearon exportando el modelo: 1) Huesos, 2) Caja de molde inferior, 3) Caja de molde superior y 4) Hardware del modelo (2 x pines de soporte de 41 mm, 2x fondos de pasador de soporte y 1x tapón de hueso). A continuación, se importaron cuatro segmentos STL en Simplify 3D, y se generaron los archivos GCODE representativos para estos segmentos para imprimir utilizando una boquilla de 0,4 mm y una altura de capa de 0,3 mm a una velocidad de impresión de 100 mm/s. La Tabla 1 enumera los tiempos de impresión y las estimaciones de requisitos de material de filamento PLA utilizando la configuración mencionada anteriormente cuando todos los segmentos se imprimieron en las impresoras Original Prusa MK3. La rápida incorporación de los componentes del medio tisular (gelatina) es esencial para lograr un producto final consistente y homogéneo. La cantidad de medio tisular utilizado varía según el modelo de entrenador de tareas ensamblado. Un ejemplo del diseño y los volúmenes reales del medio tisular utilizado en el modelo de entrenador de tareas de inserción de IO tibial se muestra en la Tabla 2.
Para desmoldear el entrenador de tareas, se aflojaron los dispositivos de compresión, se separaron la parte superior e inferior del molde, y los pasadores de soporte de 2 x 41 mm se giraron y se retiraron de los huesos. La cavidad de la médula ósea se llenó con solución de médula simulada y se insertó un tapón óseo de forma segura. El entrenador de tareas final fue fotografiado con una tomografía computarizada para la medición de puntos de referencia y segmentos anatómicos. Los resultados demuestran una colocación de línea IO de entrenador de tareas de alta fidelidad (Figura 4). El entrenador de tareas recién moldeado se colocó en una bolsa con cierre hermético, se devolvió al refrigerador y se almacenó para su uso en una futura sesión de capacitación.
Se reunieron instructores de tareas transparentes y opacos (Figura 5) para las sesiones de capacitación de colocación de la línea IO. Un total de 40 entrenadores de tareas (20 tibia y 20 húmeros) fueron utilizados durante una capacitación de medio día de colocación de línea IO ofrecida al Departamento de Anestesiología de nuestra Institución. Tanto los profesores como los aprendices asistieron a esta capacitación. Cada asistente tuvo 15 minutos de interacción práctica con ambos entrenadores de tareas (tibia y húmero) y el equipo necesario para realizar la colocación de la línea IO. Inmediatamente después se recopilaron datos preliminares sobre las ventajas y desventajas de los entrenadores de tareas y las mejoras de los entrenadores de tareas.
Las ventajas identificadas por los asistentes específicas para el uso del entrenador de tareas incluyeron: a) alto nivel de similitud anatómica, b) capacidad para encontrar puntos de referencia anatómicos, c) sensación táctil que se asemeja al tejido, d) reproducibilidad del procedimiento practicado, e) capacidad de aspirar la médula ósea para proporcionar retroalimentación de finalización de tareas, y f) retroalimentación táctil adecuada al perforar el hueso. La capacidad de recuperar y reutilizar el entrenador de tareas, y el bajo costo del entrenador fueron características importantes identificadas por los asistentes. Además, los profesores y los aprendices sugirieron agregar una capa de piel o tela para parecerse más a la retroalimentación táctil de la piel y aumentar la longitud de las extremidades. Después del entrenamiento, el medio tisular fue recuperado y reutilizado (Figura 1).
Figura 1: Diagrama de flujo que representa el proceso para crear un entrenador de tareas de colocación de línea intraósea. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2: Colocación de la línea intraósea con un entrenador de tareas tibiales realizado utilizando un entrenador con medio tisular opaco. (A) Perforación en el hueso con un taladro de colocación de E/S disponible comercialmente. (B) Aspiración de médula al colocar con éxito la línea IO. Abreviatura: IO = intraóseo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3: Componentes diseñados e impresos en 3D que componen el entrenador de tareas tibiales. (A) tibia diseñada en 3D; (B) tibia impresa en 3D; (C) molde diseñado en 3D y del tejido que rodea la tibia y los clavos; (D) Molde impreso en 3D del tejido que rodea la tibia y los alfileres. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4: Los medios de tejido opacos y transparentes permiten la personalización del entrenamiento . (A) y (C) representan un entrenador de tareas de húmero y tibia hecho con medio de tejido opaco. (B) y (D) representan un entrenador de tareas de húmero y tibial hecho con medio transparente. Tenga en cuenta la visibilidad de las estructuras esqueléticas con medio tisular transparente. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 5: Las distancias anatómicas son similares entre los datos de la tomografía computarizada utilizados para crear el entrenador de tareas y desde el entrenador de tareas de húmero de colocación de la línea IO completamente ensamblado. (A) Grosor óseo (mm), (B) profundidad de la piel (mm) y (C) el surco tendinoso (mm) de los datos de la tomografía computarizada son anatómicamente similares a los (D) Espesor del hueso (mm), (E) profundidad de la piel (mm), y (F) surco tendinoso en tomografía computarizada de los entrenadores de tareas de húmero completamente ensamblados. Abreviaturas: TC = tomografía computarizada; IO = intraósea. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
| Estructura | Tiempo de impresión aproximado (h) | Requisitos de filamento PLA (estimados, en g) | Costo de material (dólares) |
| Tapa de caja | 32 | 800 | 16.00 |
| Fondo de la caja | 17 | 450 | 9.00 |
| Huesos | 9 | 200 | 4.00 |
| Hardware | 2 | 16 | 0.32 |
Tabla 1:Lista de tiempo y costo de cada componente requerido.
| Estructura | Volumen (L) | Costo estimado |
| Cavidad tisular | 2,06 L | n/d |
| Estructura ósea | 0,313 L | n/d |
| Cavidad tisular – Estructura ósea | 1.747 L | $35 (recuperable) |
| Cavidad medular | 0,075 L | $ 0.25 |
Tabla 2: Volúmenes de medios tisulares.
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Discussion
En este protocolo, detallamos el proceso de desarrollo de un entrenador de tareas 3D para entrenar el procedimiento realizado con poca frecuencia y que salva vidas de la colocación de la línea IO. Este protocolo autoguiado utiliza la impresión 3D para producir la mayor parte de las estructuras del modelo, mientras que el resto de los componentes utilizados para ensamblar el entrenador de tareas son materiales ubicuos, fáciles de obtener y no tóxicos que pueden recuperarse y reutilizarse. El entrenador de tareas 3D es de bajo costo y requiere una experiencia mínima para crear y ensamblar. Hemos utilizado con éxito nuestro entrenador de tareas de colocación de línea de IO 3D en las sesiones de capacitación del Departamento de Anestesiología de UNMC, que incluyeron una demostración y práctica práctica por parte de profesores y aprendices presentes. Los datos de viabilidad recopilados durante la capacitación indicaron que los asistentes estuvieron de acuerdo en que los entrenadores de tareas tenían un alto grado de fidelidad anatómica a la anatomía real del paciente, y estaban aún más satisfechos con la retroalimentación táctil del dispositivo.
Los pasos críticos en la producción de un entrenador de tareas se han dividido en dos secciones: diseño y fabricación 3D; Montaje del entrenador de tareas. Al crear los modelos 3D utilizados para formar los entrenadores de tareas, la segmentación adecuada fue crítica. Sin la adherencia a la precisión anatómica, el producto final puede no ser correcto. La segmentación de umbrales requiere atención al área de interés del entrenador de tareas para garantizar que los detalles de la superficie estén presentes para dar a los modelos la forma y el grosor correctos. El grosor de la tibia y el húmero son particularmente importantes para proporcionar suficiente retroalimentación táctil durante la colocación simulada de la línea IO. El proceso para segmentar los componentes del tejido y el hueso puede llevar mucho tiempo, ya que las tomografías computarizadas a menudo usan agentes de contraste yodados, que tienen rangos de HU superpuestos con los del hueso. Por lo tanto, las estructuras anatómicas impregnadas de contraste yodado pueden incluirse inapropiadamente dentro de los segmentos óseos.
La preparación y el almacenamiento adecuados de los medios tisulares son críticos. El cumplimiento de las temperaturas estipuladas dentro del protocolo es necesario para evitar daños en las estructuras impresas en 3D y garantizar la máxima longevidad de los medios tisulares. En particular, los medios de tejido deben permanecer fríos o congelados y cubiertos de plástico cuando no se utilizan para prevenir el crecimiento microbiano y la deshidratación. La disponibilidad y precisión de las tomografías computarizadas del paciente pueden imponer limitaciones en la creación del entrenador de tareas de línea IO. Parece haber límites en la generación de modelos con respecto a los requisitos para la impresión 3D. Durante el proceso de impresión 3D se depositan capas de termoplástico sobre capas anteriores o material de soporte. Algunos modelos y entrenadores propuestos producidos por este proceso pueden exceder los límites de tamaño de una impresora 3D y requieren la modificación del tamaño o los componentes de la impresora para permitir la impresión que conserva los aspectos críticos del entrenador (como el espacio de médula para los modelos IO). Otros formatos adecuados para la creación de entrenadores de tareas incluyen imágenes de resonancia magnética. Sin embargo, la modalidad de imagen muestra diferentes tipos de datos, lo que requiere modificaciones en este protocolo.
Este entrenador de tareas de colocación de línea IO tiene varias características innovadoras, incluido un costo reducido en comparación con otros entrenadores de tareas, y la capacidad de personalizar el entrenador de tareas a diferentes sitios anatómicos (húmero y tibia) y varias anatomías, incluidas las masculinas o femeninas, y el índice de masa corporal alto y bajo. Además, la mezcla de medios tisulares se puede preparar en diferentes opacidades, lo que permite diferentes niveles de visualización de estructuras esqueléticas o puntos de referencia, si se desea. Dada su precisión anatómica y la naturaleza reutilizable de sus subcomponentes, este entrenador de tareas proporciona capacitación única en procedimientos médicos y oportunidades de investigación de simulación, incluida la transferencia de habilidades de procedimiento de un entorno de simulación o capacitación a un entorno clínico o de prueba. Los atributos de alta fidelidad y bajo costo de este entrenador de tareas lo convierten en una excelente opción para evaluar la adquisición de habilidades de procedimiento y la degradación en los aprendices y proveedores de atención médica. Además, la fidelidad anatómica superior del formador otorga oportunidades para evaluar el impacto de la ergonomía en las cicatrices del entrenamiento y la degradación de la estructura del formador, que es un tema de interés emergente rápidamente en este campo17. En general, el uso de esta herramienta puede promover una mejor comprensión de las mejores prácticas en simulación médica18.
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Disclosures
Los autores no tienen nada que revelar.
Acknowledgments
El financiamiento para este proyecto se proporcionó únicamente con recursos institucionales o departamentales.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3D printer filament, poly-lactic acid (PLA), 1.75 mm | N/A / Hatchbox | Base for 3D printing molds, bone structures, and bone / mold hardware | |
| 3D printer, Original Prusa i3 MK3 | Prusa | To print molds, bone structures, and bone / mold hardware | |
| bolts, 1/4”, flat / countersunk or round head, various lengths | N/A | Hardware used to hold mold casing halves together during casting | |
| Bucket, 5 gallon, plastic | N/A | To hold tissue media during media preparation | |
| chlorhexidine, 4% solution w/v | Animicrobial additive for tissue media | ||
| drill, household 3/8’ chuck | N/A | To stir tissue media during media preparation | |
| food coloring, red (optional) | N/A | Coloring additive for simulated bone marrow | |
| gelatin, unflavored | Knox | Base for tissue media | |
| hex nuts, 1/4” | N/A | Hardware used to hold mold casing halves together during casting | |
| Non-stick cooking spray | N/A | Mold releasing agent | |
| plastic bags, ziplock | Ziplock | To store tissue media | |
| psyllium husk fiber, finely ground, orange flavored, sugar free (optional) | Procter & Gamble | Metamucil | Opacity / Echogenicity additive for tissue media |
| screwdriver, flat / Phillips (matching bolt hardware) | N/A | To tighten mold casing hardware | |
| silicone gasket cord stock, 3 mm, round, various lengths | N/A | Gasket media for mold casings | |
| spray adhesive, Super 77 (optional) | 3M | Agent used to improve bed adhesion during 3D printing | |
| stirring paddle / rod | To stir tissue media during media preparation | ||
| turkey baster, household, 60 mL | N/A | To inject simulated bone marrow into bone marrow cavity | |
| ultrasound gel | Base for simulated bone marrow | ||
| water, tap | Used in both tissue media and simulated bone marrow |
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