Summary
نحن نصف إجراء لمعالجة فحوصات التصوير المقطعي المحوسب (CT) إلى مدربي مهام إجرائية عالية الدقة وقابلة للإصلاح ومنخفضة التكلفة. يتم وصف عمليات تحديد التصوير المقطعي المحوسب ، والتصدير ، والتقسيم ، والنمذجة ، والطباعة ثلاثية الأبعاد ، إلى جانب القضايا والدروس المستفادة في هذه العملية.
Abstract
يتضمن وصف مدربي المهام الإجرائية استخدامهم كأداة تدريب لصقل المهارات التقنية من خلال تكرار الإجراءات وبروفتها في بيئة آمنة قبل تنفيذ الإجراء في نهاية المطاف على المريض. يعاني العديد من مدربي المهام الإجرائية المتاحين حتى الآن من العديد من العيوب ، بما في ذلك التشريح غير الواقعي والميل إلى تطوير "معالم" أنشأها المستخدم بعد أن تخضع أنسجة المدرب للتلاعبات المتكررة ، مما قد يؤدي إلى تطوير المهارات النفسية الحركية غير المناسبة. ولتخفيف هذه العيوب، تم إنشاء عملية لإنتاج مدرب مهام إجرائية عالي الدقة، تم إنشاؤه من علم التشريح الذي تم الحصول عليه من التصوير المقطعي المحوسب (CT)، والذي يستخدم تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد (3D) في كل مكان وإمدادات السلع الأساسية الجاهزة.
تتضمن هذه الطريقة إنشاء قالب أنسجة مطبوع ثلاثي الأبعاد يلتقط بنية الأنسجة المحيطة بعنصر الهيكل العظمي ذي الأهمية لتغليف الهيكل العظمي العظمي المعلق داخل الأنسجة ، والذي يتم طباعته أيضا 3D. ثم يتم سكب خليط متوسط الأنسجة ، الذي يقترب من الأنسجة في كل من الهندسة عالية الدقة وكثافة الأنسجة ، في قالب ويسمح له بالضبط. بعد استخدام مدرب المهام لممارسة إجراء ما، مثل وضع الخط داخل العظم، يمكن استعادة وسائط الأنسجة والقوالب والعظام ويمكن إعادة استخدامها لإنشاء مدرب مهام جديد، خال من مواقع الثقب وعيوب التلاعب، لاستخدامها في الدورات التدريبية اللاحقة.
Introduction
تعد كفاءة رعاية المرضى للمهارات الإجرائية عنصرا حاسما لتطوير المتدربين في بيئات الرعاية الصحية المدنية والعسكرية 1,2. يعد تطوير المهارات الإجرائية مهما بشكل خاص للتخصصات كثيفة الإجراءات مثل التخدير3 والعاملين الطبيين في الخطوط الأمامية. يمكن استخدام مدربي المهام للتدرب على العديد من الإجراءات بمستويات مهارة تتراوح من تلك الخاصة بطالب الطب في السنة الأولى أو فني طبي إلى أحد كبار المقيمين أو الزملاء. في حين أن العديد من الإجراءات الطبية تتطلب تدريبا كبيرا لإكمالها ، فإن المهمة المعروضة هنا - وضع خط بين العظميين (IO) - واضحة وتتطلب مهارة تقنية أقل. يمكن تحقيق التنسيب الناجح لخط IO بعد فترة قصيرة نسبيا من التدريب. يتم التعرف على استخدام المحاكاة أثناء التدريب الطبي ، والذي يتضمن استخدام مدربي المهام ، كأداة لاكتساب المهارات الإجرائية التقنية من خلال تكرار وبروفة الإجراء السريري في بيئة آمنة ومنخفضة التوتر ، قبل إجراء الإجراء في نهاية المطاف على المرضى2،4،5.
من المفهوم أن التدريب على المحاكاة في بيئات التعليم الطبي أصبح مقبولا على نطاق واسع ويبدو أنه الدعامة الأساسية ، على الرغم من ندرة البيانات المتعلقة بأي تأثير على نتائج المرضى 6,7. بالإضافة إلى ذلك ، تظهر المنشورات الحديثة أن المحاكاة تحسن أداء الفريق ونتائج المرضى نتيجة لتحسين ديناميكيات الفريق وصنع القرار. ومع ذلك ، هناك القليل من البيانات التي تشير إلى أن المحاكاة تحسن الوقت أو معدل النجاح لأداء الإجراءات الحرجة المنقذة للحياة 8,9 مما يشير إلى أن المحاكاة معقدة ومتعددة الأوجه في تعليم مقدمي الرعاية الصحية. في المرضى الذين لا يمكن الوصول إلى الوريد القياسي أو يشار إليه ، يمكن استخدام وضع خط IO لتحقيق الوصول إلى الأوعية الدموية بسرعة ، مما يتطلب الحد الأدنى من المهارة. يعد الأداء الناجح لهذا الإجراء في الوقت المناسب أمرا بالغ الأهمية ، خاصة في البيئة المحيطة بالجراحة أو سيناريو الصدمة 10،11،12. نظرا لأن وضع خط IO هو إجراء نادرا ما يتم إجراؤه في المنطقة المحيطة بالجراحة ويمكن أن يكون إجراء منقذا للحياة ، فإن التدريب في بيئة غير سريرية أمر بالغ الأهمية. يعد مدرب المهام الدقيق تشريحيا الخاص بوضع خط IO أداة مثالية لتقديم تردد تدريب يمكن التنبؤ به وتطوير المهارات لهذا الإجراء.
على الرغم من استخدامها على نطاق واسع ، يعاني مدربو المهام التجارية المتاحون حاليا من العديد من العيوب الكبيرة. أولا ، مدربو المهام الذين يسمحون بمحاولات متعددة لإجراء ما مكلفون ، ليس فقط للشراء الأولي لمدرب المهام ولكن أيضا لتجديد الأجزاء القابلة للاستبدال مثل بقع جلد السيليكون. وغالبا ما تكون النتيجة استبدال الأجزاء بشكل غير متكرر، تاركة معالم بارزة توفر للمتدرب تجربة تدريب دون المستوى الأمثل؛ لن يأتي المرضى الذين تم وضع علامة مسبقة عليهم حيث يجب على المرء القيام بهذا الإجراء. عيب آخر هو أن التكلفة العالية لمدربي المهام التقليديين يمكن أن تؤدي إلى وصول محدود من قبل المستخدمين عندما تكون الأجهزة "مقفلة" في مواقع التخزين المحمية لمنع فقدان أو تلف الأجهزة. والنتيجة هي أنها تتطلب وقتا أكثر صرامة وأقل توفرا للممارسة المجدولة ، والحد من استخدامها يمكن أن يجعل بالتأكيد التدريب غير المجدول صعبا. وأخيرا، يعتبر معظم المدربين منخفضي الدقة5،13،14 ويستخدمون التشريح التمثيلي فقط، مما قد يؤدي إلى تطوير المهارات النفسية الحركية غير المناسبة أو ندوب التدريب. كما أن المدربين ذوي الدقة المنخفضة يجعلون التقييم الشامل لاكتساب المهارات وإتقانها وتدهورها أمرا صعبا للغاية لأن التدريب على جهاز منخفض الدقة قد لا يحاكي بشكل كاف الإجراء الفعلي في العالم الحقيقي.
التشريح التمثيلي يعيق أيضا التقييم السليم لاكتساب وإتقان المهارات النفسية الحركية. علاوة على ذلك ، يصبح تقييم نقل المهارات النفسية الحركية بين البيئات الطبية المحاكية إلى رعاية المرضى مستحيلا تقريبا إذا لم تنعكس بعض المهارات النفسية الحركية في المهمة السريرية. وهذا يؤدي إلى منع الإجماع على قدرة المحاكاة الطبية والتدريب على التأثير على نتائج المرضى. للتغلب على تحديات التكلفة والدقة التشريحية والوصول ، قمنا بتطوير مدرب مهام خط IO منخفض التكلفة وعالي الدقة. تم تصميم مدرب المهام من التصوير المقطعي المحوسب الفعلي للمريض ، مما يؤدي إلى تشريح دقيق (الشكل 1). المواد المستخدمة موجودة في كل مكان ويسهل الحصول عليها ، مع مكونات يسهل استعادتها نسبيا. بالمقارنة مع العديد من المدربين الآخرين المتاحين تجاريا ، فإن التكلفة المتواضعة لتصميم مدرب المهام الموصوفة هنا تقلل بشكل كبير من الرغبة في عزل المدربين في موقع محمي يسهل الوصول إليه بسهولة ويجعل التكرار المتعدد دون المعالم الرئيسية ممكنا.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
ملاحظة: قرر مجلس المراجعة المؤسسية للمركز الطبي بجامعة نبراسكا أن دراستنا لم تشكل بحثا بشريا. حصل IRB المحلي على موافقة أخلاقية وتنازل عن الموافقة المستنيرة. تم إجراء إخفاء الهوية الكامل لبيانات التصوير قبل التحليل وفقا لبروتوكول إلغاء تحديد الهوية في المستشفى.
1. البيانات
- احصل على فحص بالأشعة المقطعية يلتقط التشريح الذي يهمه مدرب المهام المخطط له. كن حريصا على مراعاة قيود حجم العمل للطابعة 3D المستخدمة والمعالم المطلوبة للخطوات الإجرائية.
- إذا تم الحصول على الفحص بتنسيق التصوير الرقمي والاتصالات في الطب (DICOM)، فقم بالتحويل إلى تنسيق مبادرة تكنولوجيا معلوماتية التصوير العصبي (NiFTi)15 (.nii).
2. التجزئة
- استخدم برنامج 3D Slicer (http://www.slicer.org) لتقسيم صور CT. استيراد ملف NIfTi من الخطوة 1.2 إلى مقسم طريقة العرض ثلاثي الأبعاد.
- حدد وحدة محرر الشرائح لإنشاء الشرائح اللازمة لنمذجة المدرب .
- أضف جزءا واحدا ل 1) العظام و 2) مكونات الأنسجة لمدرب المهمة.
ملاحظة: قد يتطلب تطوير بعض المدربين، مثل أولئك المستخدمين للتدريب على إدخال أنبوب الصدر، أجزاء إضافية. - حدد الجزء 1) العظام. باستخدام تأثير العتبة ، قم بتغيير نطاق الكثافة حتى يحدد نطاق "النافذة" المحدد المكون العظمي محل الاهتمام.
ملاحظة: بالنسبة لشرائح العظام ، يتراوح النطاق المعتاد بين 100 و 175 HU (وحدات Hounsfield) إلى القيمة القصوى المتاحة وبالنسبة للأنسجة ، والتي عادة ما تكون -256 HU إلى الحد الأقصى المتاح. - استخدم الدالة Threshold لتمييز مكون 1) Bone وتطبيقه على الفحص باستخدام الأمر تطبيق .
- استخدم وظيفة المقص لإزالة أي مناطق من الفحص غير مطلوبة لإنشاء مدرب المهام. توخي الحذر للتأكد من أن مساحة نخاع العظم لا تزال جوفاء لمدربي IO.
ملاحظة: هذه الخطوة هي أول تخفيض للشريحة التي تهم الأبعاد المطلوبة للمدرب. يجب النظر في قيود حجم البناء للطابعة 3D التي سيتم استخدامها هنا ؛ غير أنه يمكن زيادة تخفيض هذا الجزء في الفرع 3.
- أضف جزءا واحدا ل 1) العظام و 2) مكونات الأنسجة لمدرب المهمة.
- كرر الخطوات 2.2.1-2.2.4 لمكون الأنسجة 2).
- استخدام وحدة التقسيمات ؛ تصدير كل مكون كملف STL.
3.3D النمذجة
- استخدم AutoDesk Meshmixer لاقتصاص شرائح 3D بشكل أكبر وتقليل دقة كل جزء ، من حيث عدد العناصر الهندسية ، للحصول على الأداء الأمثل داخل Fusion360.
- تأكد من أن ملفات STL المستوردة لها الاتجاه العادي الصحيح للمثلث. تأكد من أن الدرجات الطبيعية لكل نقطة مثلث في اتجاه السطح الخارجي للشبكة. إذا كان اتجاه المثلث غير صحيح، فاقلب المثلث طبيعيا بإجراء تحديد | تعديل | حدد الكل ثم حدد | تحرير | وظيفة الوجه العادي .
- القضاء على الهياكل غير المرغوب فيها (مثل الأجزاء غير المرغوب فيها من الأنسجة أو الأوعية الدموية التي تم التقاطها بواسطة التصوير المقطعي المحوسب بسبب استخدام التباين) من قطاعات المحكمة الخاصة بلبنان المستوردة، وتحسين النماذج اللازمة لإنشاء مدرب المهام. لتحسين النموذج عن طريق إزالة الهياكل غير المرغوب فيها داخل المقاطع التي ربما تم تضمينها عن غير قصد ضمن نطاق عتبة المقطع المصدر، استخدم عملية التحديد ، وحدد المثلثات الموجودة على الهياكل غير المرغوب فيها، ثم قم بتحرير | تخلص منها.
- بعد 3.1.2، استخدم | تحرير أداة Plane Cut لاقتصاص النموذج ليتناسب مع حدود حجم بناء طابعة 3D. لتقليل النفقات العامة الحسابية المتكبدة بسبب الدقة الهندسية المفرطة، قلل عدد المثلثات المستخدمة لتحديد النموذج للسماح بالأداء الأمثل في Fusion360. انقر فوق تحديد ، وانقر نقرا مزدوجا فوق أي مكان على الشبكة لتحديد الشبكة بأكملها ، ثم قم بتحرير | تقليل. بالنسبة إلى تقليل الهدف، قم بالتخفيض إلى ميزانية مثلث تقل عن 10000 وجه تقريبا.
ملاحظة: الطابعة المستخدمة حاليا من قبل المؤلفين لديها الحد الأقصى لحجم البناء من 250 × 210 × 210 ملم; وبالتالي تم قطع النموذج إلى أقصى طول محور طويل يتراوح بين 220 و 230 مم للسماح للقالب بالتناسب مع حجم بناء الطابعة. يجب أن يملي حجم إنشاء الطابعة طول المحور الطويل عن طريق جعل الطراز أقصر بمقدار 20-30 مم تقريبا. يمكن بسهولة تقليل الهندسة إلى مثلثات ~ 10K دون فقدان التفاصيل ذات الصلة سريريا لتطوير مدربي مهام عالية الدقة. - قم بإزالة أو تقليل الثقوب والمخالفات السطحية باستخدام أداة التحديد . بمجرد تحديد مثلثات الشبكة حول العيب ، استخدم الأمر Select | تحرير| محو وملء لتحسين الثقوب السطحية والمخالفات. تصدير النماذج النهائية وحفظها باستخدام نوع ملف STL.
ملاحظة: يتطلب السطح الخارجي للعظم المستهدف لمدربي مهام الخط بين العظمي إغلاقا كاملا؛ خلاف ذلك ، ستدخل وسائط الأنسجة المذابة مساحة النخاع وتقلل من أداء مدرب المهام.
- استخدم AutoDesk Fusion360 ، واستورد نماذج العظام والأنسجة بإضافة . ملفات STL في مساحة العمل كشبكة باستخدام | الأمر "إدراج شبكة ".
- قم بتحويل الشبكات المستوردة إلى مواد صلبة BRep عن طريق تعطيل المخطط الزمني Fusion360 وتقليل عدد المثلثات في الشبكة المستهدفة إلى <10000.حدد جسم الشبكة المستورد وانقر بزر الماوس الأيمن. اختر خيار شبكة إلى BRep . بعد تحويل الشبكات إلى مواد صلبة BReps، استأنف المخطط الزمني Fusion360.
- قم بتعديل المادة الصلبة لإنشاء قالب مدرب المهام عن طريق تقسيم المادة الصلبة المستطيلة على طول المحور الطويل ل Tissue BRep.
ملاحظة: يتم إنشاء القالب حول الأنسجة BRep باستخدام ميزة الرسم لبناء مكعب أو مادة صلبة مستطيلة تشمل الأنسجة الصلبة. يجب تعديل حجم القالب لتلبية الحد الأقصى لحجم البناء للطابعة 3D المحددة. نظرا لأن القالب مقسم إلى قسمين ، فقد لا يكون أطول بعد مطبوع هو أكبر بعد للقالب النهائي حيث يتم ربطهما. - حدد 2-3 مواقع لدبابيس الدعم، وضع مكونات مجموعة التجميع المصممة مسبقا لإصلاح عظام مدرب المهام. تأكد من أن المواقع المحددة لدبابيس الدعم لها بنية دعم وافرة في العظم حول رأس الدبوس.
ملاحظة: لا يلزم أن يكون العظم المحيط برأس الدبوس المحدد موحدا تماما لأن مجموعة التجميع تحتوي أيضا على بنية دعم أسطوانية صلبة ، والتي سيتم دمجها مع العظام. يدعم هذا الهيكل بشكل كاف رأس الدبوس ويحافظ على الوضع التشريحي الصحيح للعظام داخل وسط الأنسجة. - قم باستيراد ووضع قابس عظمي على مساحة النخاع المفتوحة ل Bone BRep لمنع وسائط الأنسجة من دخول مساحة النخاع ، والحفاظ على نخاع العظم المحاكي من التصريف.
- قم بإنشاء فتحة (قطرها عادة 4-6 سم) من خلال القوالب الموجودة في المساحة التي يمثلها النسيج BRep الصلب للسماح بصب وسائط الأنسجة السائلة في القالب.
- بمجرد وضع مكونات مجموعات التجميع المصممة مسبقا لإصلاح العظام في الفضاء ، قم بإجراء وظائف Boolean Combine إما لإضافة أو قطع مجموعات التجميع المختلفة في النماذج.
- قم بإجراء مرآة للكائنات قبل الخطوة 3.2.6 لجعل مدرب المهام للجانب الجانبي. كرر الخطوات 3.2.3-3.2.5 قبل 3.2.6.
- تصدير المكونات النهائية للطباعة. حدد النص الأساسي المطلوب داخل مساحة العمل وقم بإنشاء ملف STL عبر النقر بزر الماوس الأيمن فوق | حفظ باسم STL.
4.3D الطباعة
- باستخدام تبسيط 3D، ضع ملف STL على سرير الطابعة ثلاثية الأبعاد بحيث يمكن لبرنامج التقطيع إنشاء رمز GCODE المطلوب لطباعة العنصر. اطبع المكونات باستخدام خيوط وسائط الطابعة ثلاثية الأبعاد Poly-lactic Acid (PLA) باستخدام فوهة مقاس 0.4 مم عند درجة حرارة نهاية ساخنة تبلغ 210 درجات مئوية. تأكد من أن الإعدادات تستخدم 4 طبقات علوية وسفلية و 3 قذائف محيطية.
- قم بتوجيه العظام عموديا لتقليل مواد الدعم المطلوبة داخل تجويف النخاع. اطبع باستخدام طوف وارتفاع طبقة 0.2 مم وتعبئة 20٪ ومواد دعم كاملة (من سرير الطباعة وداخل الطباعة). عند طباعة قوالب الأنسجة ، قم بتوجيه مكونات القالب مع واجهة سطح الأنسجة لأعلى. اطبع قوالب الأنسجة بدون طوف ، وارتفاع طبقة 0.3 مم ، وتعبئة 15٪ ، ومواد دعم كاملة.
- قم بترتيب دبابيس الدعم والمكونات الأخرى لتقليل مواد الدعم إلى الحد الأدنى - اطبع جميع أجزاء دعم الدبوس باستخدام طوف وارتفاع طبقة 0.2 مم وتعبئة بنسبة 20٪. اطبع المكونات المترابطة بدون مواد دعم بسرعة منخفضة، لزيادة دقة هياكل مؤشر الترابط إلى أقصى حد.
- بمجرد تحديد معلمات كل مكون ، قم بإعداد وتصدير ملف GCODE الذي تم إنشاؤه بواسطة Simplify 3D إلى بطاقة SD. باستخدام Prusa i3 MK3، حدد ملف GCODE المحفوظ من بطاقة SD واطبع باستخدام خيوط وسائط طابعة PLA ثلاثية الأبعاد مقاس 1.75 مم.
5. الجمعية
- تحضير وسط الأنسجة.
ملاحظة: قد يملي المستوى الحالي للمتدرب من إتقان المهارات ما إذا كان هناك حاجة إلى وسط أنسجة غير شفاف أو شفاف. يسمح الوسط الشفاف للمتدرب بتتبع تقدمه بصريا أثناء إدخال IO وتحديد المعالم العظمية بسهولة أكبر ، بينما يحاكي الوسط غير الشفاف التجربة السريرية الفعلية بشكل أفضل.- قم بقياس المكونات التالية لاستخدامها في إنشاء وسائط الأنسجة ، واتركها جانبا (يمكن تحجيم هذه الكميات حسب الحاجة) 260 جم من الجيلاتين غير المنكه ؛ إذا لزم الأمر ، 140 غرام من ألياف قشر السيلليوم المطحونة ناعما ، بنكهة البرتقال ، خالية من السكر (احذف هذه الخطوة لإنشاء وسط شفاف) ؛ 42 غرام من 4٪ مع الكلورهيكسيدين
ملاحظة: يمكن استخدام ألياف قشر السيلليوم لصنع وسط غير شفاف. يجب إضافة هذا المكون مباشرة بعد الجيلاتين إذا كان هناك حاجة إلى وسط غير شفاف16. - سخني 1000 مل من الماء (الصنبور مقبول) إلى 85 درجة مئوية.أضف الماء إلى حاوية خلط أكبر عدة مرات من حجم المكونات ، مثل دلو سعة 18.9 لتر.
- أثناء خلط محلول الأنسجة المتوسط بقوة ، أضف الجيلاتين وألياف قشر السيلليوم ومحلول الكلورهيكسيدين إلى الماء ، بالترتيب ، وانتظر قبل إضافة المكون التالي بعد دمج المكون السابق.
ملاحظة: لا تضيف ألياف قشر السيلليوم إذا كنت تصنع وسيطا شفافا.
- أثناء خلط محلول الأنسجة المتوسط بقوة ، أضف الجيلاتين وألياف قشر السيلليوم ومحلول الكلورهيكسيدين إلى الماء ، بالترتيب ، وانتظر قبل إضافة المكون التالي بعد دمج المكون السابق.
- سخني الخليط في حمام مائي 71 درجة مئوية لمدة لا تقل عن 4 ساعات للسماح للفقاعات بالتبدد من المحلول. ضع حاوية الخلط في حمام الماء الساخن مباشرة ، أو انقل الخليط إلى حاوية منفصلة ، مثل أكياس التخزين البلاستيكية.
- تحضير وسط الأنسجة لصب في القالب المجمع. تأكد من أن الخليط متجانس وسائل. الحفاظ على درجة حرارة الخليط عند 46 درجة مئوية.
ملاحظة: إذا لم تكن هناك حاجة فورية إلى وسط الأنسجة ، فقد يتم تخزينه في 4 درجات مئوية أو -20 درجة مئوية داخل حاوية تخزين حتى الحاجة إليها.
- قم بقياس المكونات التالية لاستخدامها في إنشاء وسائط الأنسجة ، واتركها جانبا (يمكن تحجيم هذه الكميات حسب الحاجة) 260 جم من الجيلاتين غير المنكه ؛ إذا لزم الأمر ، 140 غرام من ألياف قشر السيلليوم المطحونة ناعما ، بنكهة البرتقال ، خالية من السكر (احذف هذه الخطوة لإنشاء وسط شفاف) ؛ 42 غرام من 4٪ مع الكلورهيكسيدين
- تحضير محلول نخاع العظم المحاكي.
ملاحظة: يمكن تحضير محلول نخاع العظم المحاكي مسبقا وتخزينه في حاوية مغطاة في درجة حرارة الغرفة حتى يصبح جاهزا للاستخدام.- قياس وخلط جيدا 100 غرام من الماء البارد (الصنبور على ما يرام) ؛ 100 غرام من هلام الموجات فوق الصوتية ؛ و 5 مل من تلوين الطعام الأحمر (اختياري ، يستخدم لتحسين المحاكاة). تأكد من أن المنتج النهائي سميك ولكنه سائل بما يكفي لنقله بسرعة.
- قم بتأمين العظم في قاع القالب ، وقم بتجميع القالب.
- رش كل جانب من جوانب الأسطح الداخلية للقالب بعامل إطلاق غير قائم على السيليكون ، مثل رذاذ الطهي غير اللاصق. قم بتأمين العظم باستخدام دبابيس الدعم للحفاظ على الموضع الصحيح داخل مساحة الأنسجة. قم بتثبيت العظام / المسامير في الجزء السفلي من القالب.
- قم بمحاذاة الجزء العلوي من القالب إلى الجزء السفلي ، وقم بتأمين نصفي القالب معا. تحقق من أن سدادة العظام في موضعها لمنع وسط الأنسجة من دخول مساحة النخاع أثناء الصب.
- ضع القالب بحيث تكون الفتحة متجهة لأعلى ، وصب وسط الأنسجة 46 درجة مئوية في تجويف القالب. علاج أي تسرب لوسط الأنسجة من القالب باستخدام علبة منفضة الهواء المقلوبة عن طريق رش وسط الأنسجة الدافئة مباشرة مع العلبة لتبريدها بسرعة. انقل القالب المملوء إلى ثلاجة 4 درجات مئوية لمدة لا تقل عن 6 ساعات ، أو حتى يتم ضبط وسط الأنسجة.
- قم بتفكيك القالب ، وقم بإزالة مدرب المهام ودبابيس الدعم. قم بإزالة قابس العظم ، واملأ مساحة النخاع بمحاكاة "نخاع العظم" الذي تم إنشاؤه في 5.2 ، واستبدل قابس العظام. ضع مدربي المهام في كيس تخزين بلاستيكي ، وقم بتخزين التجميع إما عند 4 درجات مئوية أو -20 درجة مئوية حتى الحاجة إلى التدريب.
6. التدريب على المهام
- قم بإزالة مدرب المهام من التخزين واسمح له بالوصول إلى درجة حرارة الغرفة. إذا لم تكن موجودة بالفعل ، أضف مادة نخاع العظم المحاكية من الخطوة 5.2 لكل تعليمات في 5.5.
ملاحظة: يؤدي السماح للمدرب بالدفء إلى درجة حرارة الغرفة إلى تحسين تجربة المحاكاة. - إجراء التدريب على مدربي المهام. توجيه المتدربين لوضع إبر IO (الشكل 2A) ، وشفط نخاع العظم المحاكي (الشكل 2B) وفقا للخطوات المعتادة لوضع خط IO.
- بعد التدريب ، قم بتفكيك مدربي المهام لاستعادة الأنسجة والوسط والعظام.
ملاحظة: بعد التلاعب ، سيكون لعظام مدرب IO ثقوب تم إنشاؤها عن طريق إدخال كانولا خط IO. قد يتم ملء هذه الثقوب إما باستخدام PLA باستخدام قلم طابعة 3D محمول باليد ، أو بالتناوب قد يتم التخلص من العظام. - إعادة تجميع وإعادة استخدام المواد المستصلحة للتدريب اللاحق وفقا للقسم 5.بدلا من ذلك ، قم بإذابة وسط الأنسجة لأسفل ، واستصلاحها لكل 5.1.4 ، وتخزينها إما عند 4 درجات مئوية أو -20 درجة مئوية ، إذا لم تكن هناك حاجة على الفور.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
وفقا للبروتوكول ، استخدمت نمذجة مدرب المهام فحصا بالأشعة المقطعية لمريض غير محدد الهوية. يستخدم تقسيم صور CT برنامج 3D Slicer و Auto Meshmixer للنمذجة ثلاثية الأبعاد. للطباعة ثلاثية الأبعاد ، تم استخدام كل من 3D Simpleify و Prusa i3 MK3 (الشكل 1). في وقت لاحق ، أكملنا تجميع الأجزاء المطبوعة 3D ، وأعدنا خليط وسائط الأنسجة ، وسكبنا خليط الوسائط في قالب مدرب المهام المجمع. بعد فترة تدريب مع مدرب المهام ، تم استعادة وسط الأنسجة وإعادة استخدامه في تجميع مدربي المهام الجدد.
يتكون التصوير المقطعي المحوسب لمفصل الركبة اليسرى للمريض المستخدم في النمذجة ثلاثية الأبعاد من 6-7 سم من عظام الساق والشظية أسفل الركبة ، و 2-3 سم من عظم الفخذ فوق الركبة ، والرضفة. وأثناء تنفيذ هذا البروتوكول، تم التخلص يدويا من القطع الأثرية التي شوهدت في التصوير المقطعي المحوسب الناتجة عن التداخل بين الأجزاء التشريحية المختلفة في Meshmixer بعد تصدير كل جزء إلى المحكمة الخاصة بلبنان وإجراء عملية "الوجه العادي". تم تعديل شبكات STL للعظام والأنسجة الظنبوبية اليسرى لتقليل التعقيد التشريحي لسطح تجويف النخاع. تم إنشاء هياكل داعمة لإصلاح عظم الفخذ والساق والشظية والرضفة لبعضها البعض. تمت إضافة "بنية دعامة" داعمة إلى Fusion 360 للمساعدة في تعزيز بنية الشظية الرقيقة للعظم إلى الساق ، وبالتالي منع هذا العظم من الانهيار.
يتكون هيكل القالب من مادة صلبة مستطيلة الشكل ، مفصولة إلى هيكل علوي وسفلي ، وقناة 2.5 مم لتثبيت سلك رغوة السيليكون على محيط مخطط جزء الأنسجة. تمت إضافة هياكل الدبوس الداعمة وقنوات دبوس المحاذاة ومستقبل سدادة العظام إلى هياكل العظام والعفن عن طريق استيراد هياكلها القابلة للتطبيق إلى النموذج (الشكل 3). تم تصميم القالب بحيث تكون مجموعتا تجميع دبوس داعم 41 مم كافيتين لدعم وتعليق هياكل العظام داخل تجويف الأنسجة بشكل صحيح. سهلت فتحة مصنوعة لكشف تجويف الأنسجة صب وسط الأنسجة عن طريق قطع بنية جسم أسطوانية من مقدمة هيكل العفن.
بعد الانتهاء من العفن وهياكل العظام في Fusion 360 ، الأربعة التالية . تم إنشاء شرائح STL عن طريق تصدير النموذج: 1) العظام ، 2) مربع القالب السفلي ، 3) صندوق القالب العلوي ، و 4) أجهزة النموذج (2 × 41 مم دبابيس داعمة ، 2x دعم دبوس قيعان ، و 1x قابس العظام). بعد ذلك ، تم استيراد أربعة أجزاء من STL إلى Simplify 3D ، وتم إنشاء ملفات GCODE التمثيلية لهذه الأجزاء للطباعة باستخدام فوهة 0.4 مم وارتفاع طبقة 0.3 مم بمعدل طباعة 100 مم / ثانية. يسرد الجدول 1 أوقات الطباعة وتقديرات متطلبات مواد خيوط PLA باستخدام الإعدادات المذكورة سابقا عند طباعة جميع المقاطع على طابعات Prusa MK3 الأصلية. يعد الدمج السريع لمكونات وسط الأنسجة (الجيلاتين) أمرا ضروريا لتحقيق منتج نهائي متسق ومتجانس. تختلف كمية وسط الأنسجة المستخدمة اعتمادا على طراز مدرب المهام الذي تم تجميعه. ويوضح الجدول 2 مثالا على التصميم والأحجام الفعلية لوسط الأنسجة المستخدم في نموذج مدرب مهام إدخال IO الظنبوبي.
لإزالة القالب من مدرب المهام ، تم تخفيف أجهزة الضغط ، وتم فصل أعلى القالب وأسفله ، وتم تدوير دبابيس الدعم 2 × 41 مم وإزالتها من العظام. ثم تم ملء تجويف نخاع العظم بمحلول نخاع محاكاة ، وتم إدخال سدادة عظمية بشكل آمن. ثم تم تصوير مدرب المهام النهائي بالتصوير المقطعي المحوسب لقياس المعالم والأجزاء التشريحية. تظهر النتائج وضع خط IO لمدرب مهام عالي الدقة (الشكل 4). ثم تم وضع مدرب المهام المصبوب حديثا في كيس قفل بسحاب ، وإعادته إلى الثلاجة ، وتخزينه للاستخدام في جلسة تدريبية مستقبلية.
وتم تجميع مدربي مهام شفافين وغير شفافين (الشكل 5) لدورات التدريب على وضع خطوط IO. تم استخدام ما مجموعه 40 مدربا للمهام (20 الساق و 20 عظم الرحم) خلال تدريب لمدة نصف يوم على وضع خط IO المقدم إلى قسم التخدير في مؤسستنا. حضر كل من أعضاء هيئة التدريس والمتدربين هذا التدريب. كان لدى كل حاضر 15 دقيقة من التفاعل العملي مع كل من مدربي المهام (الساق وعظم العضد) والمعدات اللازمة لأداء وضع خط IO. تم جمع البيانات الأولية حول مزايا وعيوب مدربي المهام وتحسينات مدرب المهام بعد ذلك مباشرة.
وشملت المزايا التي حددها الحاضرون الخاصة باستخدام مدرب المهام ما يلي: أ) مستوى عال من التشابه التشريحي ، ب) القدرة على العثور على المعالم التشريحية ، ج) الإحساس باللمس الذي يشبه الأنسجة ، د) قابلية تكرار الإجراء الممارس ، ه) القدرة على شفط نخاع العظم لتوفير ملاحظات إكمال المهمة ، و و) ردود الفعل اللمسية المناسبة عند الحفر في العظام. كانت القدرة على استعادة مدرب المهام وإعادة استخدامه ، والتكلفة المنخفضة للمدرب من الميزات المهمة التي حددها الحضور. علاوة على ذلك ، اقترح أعضاء هيئة التدريس والمتدربون إضافة طبقة من الجلد أو القماش لتشبه إلى حد كبير ردود الفعل اللمسية للجلد وزيادة طول الأطراف. بعد التدريب ، تم استعادة وسط الأنسجة وإعادة استخدامه (الشكل 1).
الشكل 1: مخطط انسيابي يصور عملية إنشاء مدرب مهام وضع خط داخل العظم.
الشكل 2: وضع خط داخل العظم مع مدرب مهام الظنبوب الذي يتم تنفيذه باستخدام مدرب مع وسط أنسجة غير شفاف. (أ) الحفر في العظم باستخدام مثقاب وضع IO متاح تجاريا. (ب) طموح النخاع عند وضع خط IO بنجاح. اختصار: IO = داخل العظم. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3: المكونات المطبوعة ثلاثية الأبعاد وثلاثية الأبعاد التي تشكل مدرب المهام الظنبوبي . (أ) الساق المصممة ثلاثية الأبعاد. (ب) 3D الساق المطبوعة؛ (ج) 3D تصميم العفن والأنسجة المحيطة الساق والدبابيس. (D) قالب مطبوع 3D من الأنسجة المحيطة الساق والدبابيس. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4: تسمح وسائط الأنسجة غير الشفافة وغير الشفافة بتخصيص التدريب. (A) و (C) يمثلان مدرب مهام عظم العضد والظنبوب المصنوع من وسط الأنسجة غير الشفاف. (B) و (D) يمثلان مدرب مهام عظم العضد والظنبوب المصنوع من وسط شفاف. لاحظ رؤية الهياكل الهيكلية مع وسط الأنسجة الشفاف. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 5: المسافات التشريحية متشابهة بين بيانات التصوير المقطعي المحوسب المستخدمة لإنشاء مدرب المهام ومن مدرب مهام وضع خط IO الذي تم تجميعه بالكامل. (أ) سمك العظام (مم) ، (ب) عمق الجلد (مم) ، و (ج) أخدود الأوتار (مم) من بيانات التصوير المقطعي المحوسب تشبه تشريحيا (D) سمك العظام (مم) ، (E) عمق الجلد (مم) ، و (F) أخدود الأوتار في التصوير المقطعي المحوسب لمدربي مهام العضد الذين تم تجميعهم بالكامل. الاختصارات: CT = التصوير المقطعي المحوسب; IO = داخل العظم. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
| هيكل | وقت الطباعة التقريبي (h) | متطلبات خيوط جيش التحرير الشعبى الصينى (تقديرية، في ز) | تكلفة المواد (بالدولار) |
| أعلى الصندوق | 32 | 800 | 16.00 |
| أسفل الصندوق | 17 | 450 | 9.00 |
| عظام | 9 | 200 | 4.00 |
| الاجهزه | 2 | 16 | 0.32 |
الجدول 1: قائمة بالوقت والتكلفة لكل مكون مطلوب.
| هيكل | المجلد (L) | التكلفة التقديرية |
| تجويف الأنسجة | 2.06 لتر | ن / أ |
| بنية العظام | 0.313 لتر | ن / أ |
| تجويف الأنسجة – بنية العظام | 1.747 لتر | $35 (قابل للاسترداد) |
| تجويف النخاع | 0.075 لتر | 0.25 ر.س. |
الجدول 2: أحجام وسائط الأنسجة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
في هذا البروتوكول ، نقوم بتفصيل عملية تطوير مدرب المهام 3D لتدريب الإجراء النادر الأداء والمنقذ للحياة لوضع خط IO. يستخدم هذا البروتوكول الموجه ذاتيا الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنتاج الجزء الأكبر من هياكل النموذج ، في حين أن بقية المكونات المستخدمة لتجميع مدرب المهام موجودة في كل مكان ، ويمكن الحصول عليها بسهولة ، ومواد غير سامة يمكن استصلاحها وإعادة استخدامها. مدرب المهام 3D منخفض التكلفة ويتطلب الحد الأدنى من الخبرة لإنشاء وتجميع. لقد استخدمنا بنجاح مدرب مهام وضع خط 3D IO في جلسات تدريبية لقسم التخدير في UNMC ، والتي تضمنت عرضا توضيحيا وممارسة عملية من قبل أعضاء هيئة التدريس والمتدربين الحاضرين. أشارت بيانات الجدوى التي تم جمعها خلال التدريب إلى أن الحاضرين اتفقوا على أن مدربي المهام لديهم درجة عالية من الدقة التشريحية لتشريح المريض الفعلي ، وكانوا راضين أيضا عن ردود الفعل اللمسية للجهاز.
تم تقسيم الخطوات الحاسمة في إنتاج مدرب المهام إلى قسمين: تصميم 3D والتصنيع. تجميع مدرب المهام. عند إنشاء نماذج 3D المستخدمة لتشكيل مدربي المهام ، كان التقسيم الكافي أمرا بالغ الأهمية. بدون الالتزام بالدقة التشريحية ، قد لا يكون المنتج النهائي صحيحا. يتطلب تقسيم العتبة الانتباه إلى مجال اهتمام مدرب المهام لضمان وجود تفاصيل السطح لإعطاء النماذج الشكل والسمك الصحيحين. يعد سمك الساق وعظم العضد مهما بشكل خاص لتوفير ملاحظات لمسية كافية أثناء محاكاة وضع خط IO. يمكن أن تستغرق عملية تجزئة الأنسجة ومكونات العظام وقتا طويلا بشكل لا يصدق لأن التصوير المقطعي المحوسب غالبا ما يستخدم عوامل تباين باليود ، والتي لها نطاقات HU متداخلة مع تلك الموجودة في العظام. وبالتالي ، قد يتم تضمين الهياكل التشريحية التي تتخلل التباين المعالج باليود بشكل غير مناسب داخل أجزاء العظام.
يعد التحضير والتخزين المناسبان لوسائط الأنسجة أمرا بالغ الأهمية. الالتزام بدرجات الحرارة المنصوص عليها في البروتوكول ضروري لمنع تلف الهياكل المطبوعة 3D وضمان أقصى قدر من طول عمر وسائط الأنسجة. والجدير بالذكر أن وسائط الأنسجة يجب أن تظل باردة أو مجمدة ومغطاة بالبلاستيك عندما لا تستخدم لمنع نمو الميكروبات والجفاف. يمكن أن يفرض توفر ودقة فحوصات الأشعة المقطعية للمريض قيودا على إنشاء مدرب مهام خط IO. يبدو أن هناك قيودا على توليد النماذج فيما يتعلق بمتطلبات الطباعة ثلاثية الأبعاد. خلال عملية الطباعة 3D يتم إيداع طبقات من اللدائن الحرارية فوق الطبقات السابقة أو مواد الدعم. يمكن لبعض النماذج والمدربين المقترحين الذين تنتجهم هذه العملية تجاوز حدود حجم طابعة 3D وتتطلب تعديل حجم الطابعة أو مكوناتها للسماح بالطباعة التي تحتفظ بالجوانب الحرجة للمدرب (مثل مساحة النخاع لنماذج IO). تشمل التنسيقات الأخرى المناسبة لإنشاء مدرب المهام التصوير بالرنين المغناطيسي. ومع ذلك، تعرض طريقة التصوير أنواع مختلفة من البيانات، مما يتطلب تعديلات على هذا البروتوكول.
يحتوي مدرب مهام وضع خط IO هذا على العديد من الميزات المبتكرة ، بما في ذلك انخفاض التكلفة مقارنة بمدربي المهام الآخرين ، والقدرة على تخصيص مدرب المهام لمواقع تشريحية مختلفة (عظم العضد والساق) وتشريحات مختلفة ، بما في ذلك الذكور أو الإناث ، ومؤشر كتلة الجسم المرتفع والمنخفض. علاوة على ذلك ، يمكن تحضير خليط وسائط الأنسجة في عتامات مختلفة ، مما يسمح بمستويات متفاوتة من تصور الهياكل العظمية أو المعالم ، إذا رغبت في ذلك. نظرا لدقته التشريحية وطبيعته القابلة لإعادة الاستخدام لمكوناته الفرعية ، يوفر مدرب المهام هذا فرصا فريدة للتدريب على الإجراءات الطبية وأبحاث المحاكاة ، بما في ذلك نقل المهارات الإجرائية من بيئة محاكاة أو تدريب إلى بيئة اختبار أو بيئة سريرية. إن السمات عالية الدقة ومنخفضة التكلفة لمدرب المهام هذا تجعله خيارا ممتازا لتقييم اكتساب المهارات الإجرائية وتدهورها في متدربي الرعاية الصحية ومقدمي الرعاية الصحية. علاوة على ذلك ، فإن الدقة التشريحية الفائقة للمدرب تمنح فرصا لتقييم تأثير بيئة العمل على ندوب التدريب وتدهور بنية المدرب ، وهو موضوع سريع الظهور للاهتمام في هذا المجال17. بشكل عام ، قد يعزز استخدام هذه الأداة فهما أفضل لأفضل الممارسات في المحاكاة الطبية18.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.
Acknowledgments
ولم يقدم تمويل هذا المشروع إلا من الموارد المؤسسية أو موارد الإدارات.
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 |
References
- Farrow, D. R. Reducing the risks of military aircrew training through simulation technology. Performance and Instruction. 21 (2), 13-18 (1982).
- Lateef, F. Simulation-based learning: Just like the real thing. Journal of Emergencies, Trauma, Shock. 3 (4), 348-352 (2010).
- Gaba, D. M. Crisis resource management and teamwork training in anaesthesia. British Journal of Anaesthesia. 105 (1), 3-6 (2010).
- Al-Elq, A. H. Simulation-based medical teaching and learning. Journal of Family & Community Medicine. 17 (1), 35-40 (2010).
- Hays, R. T., Singer, M. J. Simulation fidelity in training system design: Bridging the gap between reality and training. , Springer Science & Business Media. (2012).
- Green, M., Tariq, R., Green, P. Improving patient safety through simulation training in anesthesiology: Where are we. Anesthesiology Research and Practice. , 4237523 (2016).
- Olympio, M. A.
- Murphy, M., et al. Simulation-based multidisciplinary team training decreases time to critical operations for trauma patients. Injury. 49 (5), 953-958 (2018).
- Jensen, A. R., et al. Simulation-based training is associated with lower risk-adjusted mortality in ACS pediatric TQIP centers. Journal of Trauma and Acute Care Surgery. 87 (4), 841-848 (2019).
- Gupta, A., Peckler, B., Schoken, D. Introduction of hi-fidelity simulation techniques as an ideal teaching tool for upcoming emergency medicine and trauma residency programs in India. Journal of Emergencies, Trauma, and Shock. 1 (1), 15-18 (2008).
- Risser, D. T., et al. The potential for improved teamwork to reduce medical errors in the emergency department. Annals of Emergency Medicine. 34 (3), 373-383 (1999).
- Shapiro, M. J., et al. Simulation based teamwork training for emergency department staff: Does it improve clinical team performance when added to an existing didactic teamwork curriculum. Quality and Safety in Health Care. 13 (6), 417-421 (2004).
- Schebesta, K., et al. Degrees of reality: Airway anatomy of high-fidelity human patient simulators and airway trainers. Anesthesiology. 116 (6), 1204-1209 (2012).
- Crofts, J. F., et al. Training for shoulder dystocia: A trial of simulation using low-fidelity and high-fidelity mannequins. Obstetrics and Gynecology. 108 (6), 1477-1485 (2006).
- Cox, R. W., et al. A (sort of) new image data format standard: NiFTI-1. 10th Annual Meeting of the Organization for Human Brain Mapping. , 22 (2004).
- Bude, R., Adler, R. An easily made, low-cost, tissue-like ultrasound phantom material. Journal of Clinical Ultrasound. 23 (4), 271-273 (1995).
- Fisher, J., et al. Clinical skills temporal degradation assessment in undergraduate medical education. Journal of Advances in Medical Education & Professionalism. 6 (1), 1-5 (2018).
- Buzink, S. N., Goossens, R. H., Schoon, E. J., de Ridder, H., Jakimowicz, J. J. Do basic psychomotor skills transfer between different image-based procedures. World Journal of Surgery. 34 (5), 933-940 (2010).
