Summary
Nous décrivons une procédure pour traiter la tomodensitométrie (TDM) en formateurs de tâches procédurales haute fidélité, récupérables et peu coûteux. Les processus d’identification par tomodensitométrie, l’exportation, la segmentation, la modélisation et l’impression 3D sont tous décrits, ainsi que les problèmes et les leçons apprises dans le processus.
Abstract
La description des formateurs de tâches procédurales comprend leur utilisation comme outil de formation pour perfectionner les compétences techniques par la répétition et la répétition des procédures dans un environnement sûr avant d’effectuer la procédure sur un patient. De nombreux formateurs de tâches procédurales disponibles à ce jour souffrent de plusieurs inconvénients, notamment une anatomie irréaliste et la tendance à développer des « repères » créés par l’utilisateur après que le tissu de l’entraîneur ait subi des manipulations répétées, ce qui pourrait conduire à un développement inapproprié des compétences psychomotrices. Pour améliorer ces inconvénients, un processus a été créé pour produire un entraîneur de tâches procédurales haute fidélité, créé à partir de l’anatomie obtenue à partir de tomodensitométrie (TDM), qui utilise une technologie d’impression tridimensionnelle (3D) omniprésente et des fournitures de produits prêtes à l’emploi.
Cette méthode comprend la création d’un moule de tissu imprimé en 3D capturant la structure tissulaire entourant l’élément squelettique d’intérêt pour envelopper la structure osseuse du squelette suspendue dans le tissu, qui est également imprimée en 3D. Un mélange de milieu tissulaire, qui se rapproche du tissu à la fois dans la géométrie haute fidélité et la densité tissulaire, est ensuite versé dans un moule et laissé prendre. Une fois qu’un entraîneur de tâches a été utilisé pour pratiquer une procédure, telle que la mise en place d’une ligne intraosseuse, les milieux tissulaires, les moisissures et les os sont récupérables et peuvent être réutilisés pour créer un nouvel entraîneur de tâche, exempt de sites de ponction et de défauts de manipulation, pour une utilisation dans les séances de formation ultérieures.
Introduction
La compétence en matière de soins aux patients et les compétences procédurales est un élément essentiel du perfectionnement des stagiaires dans les environnements de soins de santé civils et militaires 1,2. Le développement des compétences procédurales est particulièrement important pour les spécialités à forte intensité d’intervention telles que l’anesthésiologie3 et le personnel médical de première ligne. Les formateurs de tâches peuvent être utilisés pour répéter de nombreuses procédures avec des niveaux de compétence allant de ceux d’un étudiant en médecine de première année ou d’un technicien médical à un résident principal ou à un boursier. Bien que de nombreuses procédures médicales nécessitent une formation importante, la tâche présentée ici - placement d’une ligne interosseuse (IO) - est simple et nécessite moins de compétences techniques. Le placement réussi d’une ligne IO peut être accompli après une période de formation relativement courte. L’utilisation de la simulation pendant la formation médicale, qui comprend l’utilisation d’entraîneurs de tâches, est reconnue comme un outil permettant d’acquérir des compétences techniques en matière de procédures par la répétition et la répétition d’une procédure clinique dans un environnement sûr et peu stressant, avant d’effectuer la procédure sur les patients 2,4,5.
Naturellement, la formation par simulation dans les environnements d’éducation médicale est devenue largement acceptée et semble être un pilier, malgré le manque de données concernant tout impact sur les résultats pour les patients 6,7. De plus, des publications récentes démontrent que la simulation améliore la performance de l’équipe et les résultats pour les patients grâce à l’amélioration de la dynamique de l’équipe et de la prise de décision. Pourtant, il existe peu de données suggérant que la simulation améliore le temps ou le taux de réussite pour effectuer des procédures essentielles qui sauvent des vies 8,9, ce qui suggère que la simulation est complexe et multidimensionnelle dans la formation des fournisseurs de soins de santé. Chez les patients pour lesquels l’accès intraveineux standard n’est pas possible ou indiqué, la mise en place d’une ligne IO peut être utilisée pour obtenir rapidement un accès vasculaire, nécessitant une compétence minimale. L’exécution rapide et réussie de cette procédure est essentielle, en particulier dans l’environnement périopératoire ou un scénario de traumatisme10,11,12. Étant donné que la mise en place d’une ligne IO est une procédure rarement pratiquée dans la région périopératoire et peut sauver des vies, la formation dans un environnement non clinique est essentielle. Un entraîneur de tâches anatomiquement précis spécifique au placement de la ligne IO est un outil idéal pour offrir une fréquence d’entraînement prévisible et le développement des compétences pour cette procédure.
Bien que largement utilisés, les formateurs de tâches commerciaux actuellement disponibles souffrent de plusieurs inconvénients importants. Tout d’abord, les formateurs de tâches qui permettent plusieurs tentatives d’une procédure sont coûteux, non seulement pour l’achat initial du formateur de tâches, mais aussi pour le réapprovisionnement des pièces remplaçables telles que les patchs de peau en silicone. Il en résulte souvent des pièces rarement remplacées, laissant des points de repère importants qui offrent au stagiaire une expérience de formation sous-optimale; Les patients ne viendront pas pré-marqués là où l’on devrait faire la procédure. Un autre inconvénient est que le coût élevé des formateurs de tâches traditionnels peut entraîner un accès limité par les utilisateurs lorsque les appareils sont « verrouillés » dans des emplacements de stockage protégés pour éviter la perte ou l’endommagement des appareils. Le résultat nécessite plus de rigueur et moins de temps de pratique programmé, limiter leur utilisation peut certainement rendre difficile l’entraînement non programmé. Enfin, la plupart des entraîneurs sont considérés comme peu fidèles 5,13,14 et n’utilisent qu’une anatomie représentative, ce qui peut entraîner un développement psychomoteur inapproprié ou des cicatrices d’entraînement. Les formateurs basse fidélité rendent également très difficile l’évaluation approfondie de l’acquisition, de la maîtrise et de la dégradation des compétences, car la formation sur un appareil basse fidélité peut ne pas imiter adéquatement la procédure réelle.
L’anatomie représentative empêche également la bonne évaluation de l’acquisition et de la maîtrise des compétences psychomotrices. De plus, l’évaluation du transfert des compétences psychomotrices entre des environnements médicaux simulés et des soins aux patients devient presque impossible si certaines des compétences psychomotrices ne sont pas reflétées dans la tâche clinique. Il en résulte un consensus sur la capacité de la simulation médicale et de la formation à influer sur les résultats pour les patients. Pour surmonter les défis du coût, de la précision anatomique et de l’accès, nous avons développé un entraîneur de tâches de ligne IO haute fidélité et à faible coût. L’entraîneur de tâches est conçu à partir de la tomodensitométrie réelle d’un patient, ce qui permet d’obtenir une anatomie précise (Figure 1). Les matériaux utilisés sont omniprésents et faciles à obtenir, avec des composants relativement faciles à récupérer. Comparé à de nombreux autres formateurs disponibles dans le commerce, le coût modeste de la conception de l’entraîneur de tâches décrite ici réduit considérablement le désir de séquestrer les formateurs dans un endroit moins accessible et protégé et rend possibles de multiples répétitions sans repères principaux.
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Protocol
REMARQUE: Le comité d’examen institutionnel du centre médical de l’Université du Nebraska a déterminé que notre étude ne constituait pas une recherche sur des sujets humains. La CISR locale a obtenu l’approbation éthique et la renonciation au consentement éclairé. L’anonymisation complète des données d’imagerie a été effectuée avant l’analyse selon le protocole de désidentification de l’hôpital.
1. Données
- Obtenez un scanner capturant l’anatomie d’intérêt pour l’entraîneur de tâches prévu. Veillez à prendre en considération les limites de volume de travail de l’imprimante 3D utilisée et les points de repère requis pour les étapes de la procédure.
- Si l’analyse est obtenue dans un format DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine), convertissez-le au format Neuroimaging Informatics Technology Initiative (NiFTi)15 (.nii).
2. Segmentation
- Utilisez le logiciel 3D Slicer (http://www.slicer.org) pour segmenter les images CT. Importez le fichier NIfTi de l’étape 1.2 dans 3D Slicer.
- Sélectionnez le module Éditeur de segments pour générer les segments nécessaires à la modélisation du trainer.
- Ajoutez un segment pour les composants 1) os et 2) tissus de l’entraîneur de tâches.
REMARQUE : Le développement de certains entraîneurs, tels que ceux utilisés pour entraîner l’insertion de sondes thoraciques, peut nécessiter des segments supplémentaires. - Sélectionnez le segment 1) Bone. À l’aide de l’effet de seuil , modifiez la plage d’intensité jusqu’à ce que la plage de « fenêtre » définie identifie la composante osseuse d’intérêt.
REMARQUE: Pour les segments osseux, la plage habituelle se situe entre 100 et 175 HU (unités de Hounsfield) à la valeur maximale disponible et pour les tissus, qui est généralement de -256 HU au maximum disponible. - Utilisez la fonction Seuil pour mettre en surbrillance le composant 1) Os et l’appliquer à l’analyse à l’aide de la commande Appliquer .
- Utilisez la fonction Ciseaux pour supprimer toutes les zones de l’analyse qui ne sont pas nécessaires pour créer l’entraîneur de tâches. Faites attention à ce que l’espace de la moelle osseuse reste creux pour les entraîneurs IO.
NOTE: Cette étape est la première réduction du segment d’intérêt aux dimensions souhaitées du trainer. Les limitations de volume de construction de l’imprimante 3D à utiliser doivent être prises en compte ici; toutefois, le segment peut être encore réduit à la section 3.
- Ajoutez un segment pour les composants 1) os et 2) tissus de l’entraîneur de tâches.
- Répétez les étapes 2.2.1-2.2.4 pour le composant 2) Tissu.
- Utilisation du module Segmentations ; exportez chaque composant sous forme de fichier STL.
3.3D Modélisation
- Utilisez AutoDesk Meshmixer pour rogner davantage les segments 3D et réduire la résolution de chaque segment, en termes de nombre d’éléments géométriques, pour des performances optimales dans Fusion360.
- Vérifiez que les fichiers STL importés ont l’orientation normale triangulaire correcte. Assurez-vous que les normales de chaque point triangulaire dans la direction de la surface extérieure du maillage. Si l’orientation du triangle est incorrecte, inversez la normale du triangle en effectuant la | Sélectionner Modifier | Sélectionnez Tout , puis le | Sélectionner Modifier | Fonction Flip Normals .
- Éliminer les structures indésirables (p. ex., les segments indésirables de tissu ou de système vasculaire capturés par le TDM en raison de l’utilisation du contraste) des segments STL importés et affiner les modèles nécessaires à la création de l’entraîneur de tâches. Pour affiner le modèle en supprimant les structures indésirables dans les segments qui peuvent avoir été incluses par inadvertance dans la plage de seuils du segment exporté, utilisez l’opération Sélectionner , sélectionnez les triangles sur les structures indésirables, puis Modifier | Jeter.
- Après la version 3.1.2, utilisez le | Modifier Outil Plane Cut pour recadrer le modèle afin de l’adapter aux limites du volume de construction de l’imprimante 3D. Pour réduire la charge de calcul due à une résolution géométrique excessive, réduisez le nombre de triangles utilisés pour définir le modèle afin d’optimiser les performances dans Fusion360. Cliquez sur Sélectionner, double-cliquez n’importe où sur le maillage pour sélectionner le maillage entier, puis modifiez | Réduire. Pour réduire la cible, réduire à un budget triangulaire d’environ 10 000 faces.
REMARQUE : L’imprimante actuellement utilisée par les auteurs a un volume de construction maximal de 250 x 210 x 210 mm ; Ainsi, le modèle a été découpé à une longueur maximale de 220-230 mm pour permettre au moule de s’adapter au volume de construction de l’imprimante. Le volume de construction de l’imprimante doit dicter la longueur du grand axe en raccourcissant le modèle d’environ 20 à 30 mm. La géométrie peut facilement être réduite à ~10K triangles sans perte de détails cliniquement pertinents pour développer des entraîneurs de tâches haute fidélité. - Éliminez ou réduisez les trous et les irrégularités de surface à l’aide de l’outil Sélectionner . Une fois les triangles du maillage autour du défaut sélectionnés, utilisez la commande Select | Modifier | Erase&Fill pour améliorer les trous de surface et les irrégularités. Exportez et enregistrez les modèles finis à l’aide du type de fichier STL.
REMARQUE: La surface externe de l’os cible pour les entraîneurs de tâches de la ligne interosseuse nécessite une fermeture complète; Sinon, le milieu tissulaire fondu entrera dans l’espace de la moelle et dégradera les performances de l’entraîneur de tâches.
- Utilisez AutoDesk Fusion360 et importez les modèles osseux et tissulaires en ajoutant le fichier . STL dans l’espace de travail sous forme de maillage à l’aide de l' | Insérer Insérer la commande Mesh .
- Convertissez les maillages importés en solides BRep en désactivant la chronologie Fusion360 et en réduisant le nombre de triangles dans le maillage cible à 10 000 <.Sélectionnez le corps de maillage importé et cliquez avec le bouton droit. Choisissez l’option Mesh to BRep . Une fois les maillages convertis en solides BReps, reprenez la chronologie Fusion360.
- Modifiez le solide pour créer le moule de l’entraîneur de tâches en divisant le solide rectangulaire le long de l’axe long du BRep tissulaire.
REMARQUE: Le moule est créé autour du BRep de tissu en utilisant la fonction d’esquisse pour construire un cube ou un solide rectangulaire qui englobe le solide tissulaire. La taille du moule doit être modifiée pour répondre au volume de construction maximal de l’imprimante 3D sélectionnée. Comme le moule est divisé en deux, la plus longue dimension imprimée peut ne pas être la plus grande dimension du moule final lorsqu’ils sont assemblés. - Sélectionnez 2-3 emplacements pour les broches de support et placez les composants préconçus du groupe d’assemblage pour fixer les os de l’entraîneur de tâches. Assurez-vous que les emplacements sélectionnés pour les broches de support ont une structure de support suffisante dans l’os autour de la tête de la broche.
REMARQUE: L’os autour de la tête d’épingle sélectionnée n’a pas besoin d’être parfaitement uniforme car le groupe d’assemblage contient également une structure de support cylindrique solide, qui sera fusionnée avec l’os. Cette structure soutient adéquatement la tête de la broche et préserve le placement anatomique correct des os dans le milieu tissulaire. - Importez et positionnez un bouchon osseux sur l’espace médullaire ouvert du BRep osseux pour empêcher le milieu tissulaire de pénétrer dans l’espace médullaire et empêcher la moelle osseuse simulée de s’écouler.
- Générer une ouverture (généralement de 4 à 6 cm de diamètre) à travers les moules de l’espace représenté par le solide BRep tissulaire pour permettre de verser le média tissulaire liquide dans le moule.
- Une fois que les composants des groupes d’assemblage prédéfinis sont positionnés pour fixer les os dans l’espace, exécutez des fonctions Boolean Combine pour ajouter ou couper les différents groupes d’assemblage dans les modèles.
- Effectuer un miroir des objets avant l’étape 3.2.6 pour faire le formateur de tâches pour le côté ipsilatéral. Répéter les étapes 3.2.3 à 3.2.5 avant 3.2.6.
- Exportez les composants finaux pour l’impression. Sélectionnez le corps souhaité dans l’espace de travail et générez un fichier STL via un clic droit | Enregistrer sous STL.
4.3D Impression
- À l’aide de Simplify 3D, positionnez le fichier STL sur le lit de l’imprimante 3D afin que le programme de découpage puisse générer le GCODE requis pour imprimer l’article. Imprimez les composants avec un filament d’imprimante 3D à l’acide polylactique (PLA) à l’aide d’une buse de 0,4 mm à une température d’extrémité chaude de 210 °C. Assurez-vous que les paramètres utilisent 4 couches supérieure et inférieure et 3 coques de périmètre.
- Orientez les os verticalement pour minimiser le matériau de soutien requis dans la cavité médullaire. Imprimez à l’aide d’un radeau, d’une hauteur de couche de 0,2 mm, d’un remplissage à 20 % et d’un matériau de support complet (à partir du plateau d’impression et à l’intérieur de l’impression). Lors de l’impression des moules de tissu, orientez les composants du moule avec la surface du tissu tournée vers le haut. Imprimez les moules en tissu sans radeau, hauteur de couche de 0,3 mm, remplissage à 15% et matériau de support complet.
- Disposez les broches de support et les autres composants de manière à minimiser le matériau de support - imprimez toutes les pièces de support des broches avec un radeau, une hauteur de couche de 0,2 mm et un remplissage de 20 %. Imprimez les composants filetés sans matériau de support à une vitesse réduite, afin de maximiser la fidélité des structures de filetage.
- Une fois les paramètres de chaque composant sélectionnés, préparez et exportez le fichier GCODE généré par Simplify 3D sur une carte SD. À l’aide d’une Prusa i3 MK3, sélectionnez le fichier GCODE enregistré sur la carte SD et imprimez avec un filament de support d’imprimante 3D PLA 1,75 mm.
5. Assemblée
- Préparer le milieu tissulaire.
REMARQUE : Le niveau actuel de maîtrise des compétences du stagiaire peut dicter si un milieu tissulaire opaque ou transparent est requis. Le milieu transparent permet au stagiaire de suivre visuellement ses progrès pendant l’insertion d’IO et d’identifier plus facilement les points de repère osseux, tandis que le milieu opaque simule mieux l’expérience clinique réelle.- Mesurer les composants suivants à utiliser pour créer le milieu tissulaire et mettre de côté (ces quantités peuvent être mises à l’échelle au besoin) 260 g de gélatine non aromatisée; si nécessaire, 140 g de fibres de psyllium finement broyées, aromatisées à l’orange, sans sucre (omettre cette étape pour créer un milieu transparent); 42 g de chlorhexidine à 4 % p/v.
REMARQUE: La fibre d’enveloppe de psyllium peut être utilisée pour fabriquer un milieu opaque. Ce composant doit être ajouté immédiatement après la gélatine si un milieu opaque est souhaité16. - Chauffer 1000 mL d’eau (le robinet est acceptable) à 85 °C.Ajouter l’eau dans un récipient mélangeur plusieurs fois plus grand que le volume d’ingrédients, comme un seau de 18,9 L.
- Tout en mélangeant vigoureusement la solution de milieu tissulaire, ajoutez la gélatine, la fibre de psyllium et la solution de chlorhexidine à l’eau, dans l’ordre, et attendez avant d’ajouter l’ingrédient suivant après l’incorporation du précédent.
REMARQUE: N’ajoutez pas de fibre de cosse de psyllium si vous faites un milieu transparent.
- Tout en mélangeant vigoureusement la solution de milieu tissulaire, ajoutez la gélatine, la fibre de psyllium et la solution de chlorhexidine à l’eau, dans l’ordre, et attendez avant d’ajouter l’ingrédient suivant après l’incorporation du précédent.
- Chauffer le mélange au bain-marie à 71 °C pendant au moins 4 h pour permettre aux bulles de se dissiper de la solution. Placez le récipient de mélange dans le bain d’eau chaude directement ou transférez le mélange dans un récipient séparé, tel que des sacs de stockage en plastique.
- Préparer le milieu tissulaire pour le verser dans le moule assemblé. Assurez-vous que le mélange est homogène et fluide. Maintenir la température du mélange à 46 °C.
REMARQUE : Si le milieu de tissu n’est pas immédiatement nécessaire, il peut être conservé à 4 °C ou -20 °C dans un contenant de stockage jusqu’à ce qu’il soit nécessaire.
- Mesurer les composants suivants à utiliser pour créer le milieu tissulaire et mettre de côté (ces quantités peuvent être mises à l’échelle au besoin) 260 g de gélatine non aromatisée; si nécessaire, 140 g de fibres de psyllium finement broyées, aromatisées à l’orange, sans sucre (omettre cette étape pour créer un milieu transparent); 42 g de chlorhexidine à 4 % p/v.
- Préparer la solution de moelle osseuse simulée.
NOTA : La solution simulée de moelle osseuse peut être préparée à l’avance et entreposée dans un récipient couvert à température ambiante jusqu’à ce qu’elle soit prête à être utilisée.- Mesurer et bien mélanger 100 g d’eau froide (le robinet est bien); 100 g de gel à ultrasons; et 5 ml de colorant alimentaire rouge (facultatif, utilisé pour améliorer la simulation). Assurez-vous que le produit final est épais mais suffisamment fluide pour être transféré rapidement.
- Fixez l’os au fond du moule et assemblez le moule.
- Vaporisez chaque côté des surfaces internes du moule avec un agent de démoulage non à base de silicone, tel qu’un spray de cuisson antiadhésif. Fixez l’os à l’aide des broches de soutien pour maintenir la position correcte dans l’espace tissu. Fixez les os/broches au fond du moule.
- Alignez le haut du moule sur la partie inférieure et fixez les deux moitiés du moule ensemble. Vérifiez que le bouchon osseux est en position pour empêcher le milieu tissulaire de pénétrer dans l’espace médullaire pendant le versement.
- Placez le moule de manière à ce que l’ouverture soit orientée vers le haut et versez le milieu tissulaire à 46 °C dans la cavité du moule. Remédier à toute fuite du milieu tissulaire du moule à l’aide d’un dépoussiéreur à air inversé en pulvérisant directement le milieu de tissu chaud avec le bidon pour le refroidir rapidement. Transférer le moule rempli dans un réfrigérateur à 4 °C pendant au moins 6 h ou jusqu’à ce que le milieu tissulaire soit pris.
- Démontez le moule et retirez l’entraîneur de tâche et les broches de support. Retirez le bouchon osseux, remplissez l’espace de la moelle avec la « moelle osseuse » simulée créée en 5.2 et remplacez le bouchon osseux. Placez les formateurs de tâches dans un sac de rangement en plastique et rangez l’ensemble à 4 °C ou -20 °C jusqu’à ce qu’il soit nécessaire pour la formation.
6. Formation aux tâches
- Retirez l’entraîneur de tâches de l’espace de rangement et laissez-le atteindre la température ambiante. S’il n’est pas déjà en place, ajouter le matériel de moelle osseuse simulé à partir de l’étape 5.2 par instruction de 5.5.
REMARQUE: Permettre au trainer de se réchauffer à température ambiante améliore l’expérience de simulation. - Effectuer une formation sur les formateurs de tâches. Demandez aux stagiaires de placer des aiguilles IO (figure 2A) et d’aspirer la moelle osseuse simulée (figure 2B) conformément aux étapes habituelles du placement de la ligne IO.
- Après la formation, démontez les formateurs de tâches pour récupérer les tissus, le milieu et les os.
REMARQUE: Après manipulation, les os de l’entraîneur IO auront des trous créés par l’insertion de la canule de la ligne IO. Ces trous peuvent être remplis de PLA à l’aide d’un stylo d’imprimante 3D portatif, ou alternativement les os peuvent être jetés. - Réassembler et réutiliser les matériaux récupérés pour la formation ultérieure conformément à la section 5.Sinon, faire fondre le milieu tissu, récupérer conformément au point 5.1.4 et stocker à 4 °C ou -20 °C, si cela n’est pas immédiatement nécessaire.
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Representative Results
Conformément au protocole, la modélisation de l’entraîneur de tâches a utilisé un scanner d’un patient anonymisé. La segmentation des images CT a utilisé le logiciel 3D Slicer et Auto Meshmixer pour la modélisation 3D. Pour l’impression 3D, 3D Simplify et le Prusa i3 MK3 ont été utilisés (Figure 1). Par la suite, nous avons terminé l’assemblage des pièces imprimées en 3D, préparé le mélange de milieux tissulaires et versé le mélange de médias dans le moule d’entraînement de tâches assemblé. Après une période de formation avec l’entraîneur de tâches, le milieu tissulaire a été récupéré et réutilisé dans l’assemblage de nouveaux entraîneurs de tâches.
La tomodensitométrie de l’articulation du genou gauche d’un patient utilisée pour la modélisation 3D comprenait 6 à 7 cm d’os du tibia et du péroné sous le genou, 2 à 3 cm d’os du fémur au-dessus du genou et la rotule. Au cours de l’exécution de ce protocole, les artefacts observés dans la tomodensitométrie résultant du chevauchement entre différents segments anatomiques ont été éliminés manuellement dans Meshmixer après avoir exporté chaque segment vers des STL et effectué l’opération « flip normals ». Les mailles STL de l’os tibial gauche et du tissu ont été modifiées pour réduire la complexité anatomique de la surface de la cavité de la moelle. Des structures de soutien ont été générées pour fixer le fémur, le tibia, le péroné et la rotule les uns aux autres. Une « structure de soutien » a été ajoutée au Fusion 360 pour aider à stimuler la structure mince du péroné de l’os jusqu’au tibia, empêchant ainsi cet os de se briser.
La structure du moule se composait d’un solide rectangulaire, séparé en une structure supérieure et inférieure, et d’un canal de 2,5 mm pour maintenir le cordon en mousse de silicone sur le périmètre de contour du segment de tissu. Les structures de broches de support, les canaux de goupille d’alignement et le récepteur de bouchon osseux ont été ajoutés aux structures osseuses et de moules en important leurs structures applicables dans le modèle (figure 3). Le moule a été conçu de manière à ce que deux groupes d’assemblage de broches de soutien de 41 mm suffisent pour soutenir et suspendre correctement les structures osseuses dans la cavité tissulaire. Une ouverture conçue pour exposer la cavité tissulaire a facilité le coulée du milieu tissulaire en coupant une structure cylindrique du corps à l’avant de la structure du moule.
Après avoir finalisé les structures de moule et d’os dans Fusion 360, les quatre suivants . Les segments STL ont été créés en exportant le modèle : 1) Bones, 2) Bottom Mold Box, 3) Top Mold Box et 4) Model Hardware (2 x 41 mm Supporting Pins, 2x Supporting Pin Bottoms et 1x Bone Plug). Ensuite, quatre segments STL ont été importés dans Simplify 3D, et les fichiers GCODE représentatifs ont été générés pour ces segments pour l’impression à l’aide d’une buse de 0,4 mm et d’une hauteur de couche de 0,3 mm à une vitesse d’impression de 100 mm/s. Le tableau 1 répertorie les temps d’impression et les estimations des besoins en matériau de filament PLA en utilisant les paramètres mentionnés précédemment lorsque tous les segments ont été imprimés sur les imprimantes Original Prusa MK3. L’incorporation rapide des composants du milieu tissulaire (gélatine) est essentielle pour obtenir un produit final cohérent et homogène. La quantité de milieu tissulaire utilisée varie en fonction du modèle d’entraîneur de tâches assemblé. Un exemple de la conception et des volumes réels du milieu tissulaire utilisé dans le modèle d’entraînement de tâches d’insertion d’E/S tibiales est présenté dans le tableau 2.
Pour démouler l’entraîneur de tâches, les dispositifs de compression ont été desserrés, le haut et le bas du moule ont été séparés et les goupilles de support de 2 x 41 mm ont été tournées et retirées des os. La cavité de la moelle osseuse a ensuite été remplie d’une solution de moelle simulée et un bouchon osseux a été solidement inséré. L’entraîneur de la tâche finale a ensuite été imagé avec un scanner pour la mesure des repères anatomiques et des segments. Les résultats démontrent un placement de ligne d’E/S d’entraîneur de tâches haute fidélité (Figure 4). L’entraîneur de tâches nouvellement moulé a ensuite été placé dans un sac à fermeture à glissière, retourné au réfrigérateur et stocké pour une utilisation lors d’une prochaine séance de formation.
Des formateurs de tâches transparents et opaques ont été assemblés (figure 5) pour les séances de formation sur le placement des lignes d’entrées-sorties. Au total, 40 formateurs de tâches (20 tibias et 20 humériens) ont été utilisés au cours d’une formation d’une demi-journée sur le placement de la ligne IO offerte au Département d’anesthésiologie de notre établissement. Les professeurs et les stagiaires ont suivi cette formation. Chaque participant a eu 15 minutes d’interaction pratique avec les deux formateurs de tâches (tibia et humérus) et l’équipement nécessaire pour effectuer le placement de la ligne d’E/S. Des données préliminaires sur les avantages et les inconvénients des formateurs de tâches et les améliorations apportées aux formateurs de tâches ont été recueillies immédiatement après.
Les avantages identifiés par les participants spécifiques à l’utilisation de l’entraîneur de tâches comprenaient : a) un niveau élevé de similitude anatomique, b) la capacité de trouver des repères anatomiques, c) une sensation tactile ressemblant à un tissu, d) la reproductibilité de la procédure pratiquée, e) la capacité d’aspirer la moelle osseuse pour fournir une rétroaction sur l’achèvement de la tâche et f) une rétroaction tactile appropriée lors du forage dans l’os. La possibilité de récupérer et de réutiliser le formateur de tâches et le faible coût du formateur étaient des caractéristiques importantes identifiées par les participants. De plus, les professeurs et les stagiaires ont suggéré d’ajouter une couche de peau ou de tissu pour ressembler davantage à la rétroaction tactile de la peau et augmenter la longueur des membres. Après la formation, le milieu tissulaire a été récupéré et réutilisé (Figure 1).
Figure 1 : Organigramme illustrant le processus de création d’un formateur de tâches de placement de ligne intraosseuse. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 2 : Mise en place d’une ligne intraosseuse avec un entraîneur de tâche tibiale réalisée à l’aide d’un entraîneur avec un milieu tissulaire opaque. (A) Perçage dans l’os avec une perceuse de mise en place d’IO disponible dans le commerce. (B) Aspiration de la moelle lors de la mise en place réussie de la lignée d’IO. Abréviation : IO = intraosseuse. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 3 : Composants conçus et imprimés en 3D qui composent l’entraîneur de tâches tibiales. (A) tibia conçu en 3D; B) tibia imprimé en 3D; (C) moule conçu en 3D et du tissu entourant le tibia et les épingles; (D) Moule imprimé en 3D du tissu entourant le tibia et les épingles. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 4 : Les milieux tissulaires opaques et transparents permettent de personnaliser l’entraînement. (A) et (C) représentent un entraîneur de tâches de l’humérus et du tibial fabriqué avec un milieu tissulaire opaque. (B) et (D) représentent un entraîneur de tâches génitales et tibiales fabriqué avec un milieu transparent. Notez la visibilité des structures squelettiques avec un milieu tissulaire transparent. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 5 : Les distances anatomiques sont similaires entre les données de tomodensitométrie utilisées pour créer l’entraîneur de tâches et celles de l’outil de tâche de placement de ligne IO entièrement assemblé. (A) épaisseur osseuse (mm), (B) profondeur de la peau (mm), et (C) le sillon tendineux (mm) des données de tomodensitométrie est anatomiquement similaire à celui de la (D) Épaisseur osseuse (mm), (E) profondeur de peau (mm), et (F) rainure tendineuse dans la tomodensitométrie des entraîneurs de tâches de l’humérus entièrement assemblés. Abréviations : CT = tomodensitométrie; IO = intra-osseuse. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
| Structure | Temps d’impression approximatif (h) | Besoins en PLA en filaments (estimés, en g) | Coût des matériaux (en dollars) |
| Haut de la boîte | 32 | 800 | 16.00 |
| Fond de boîte | 17 | 450 | 9.00 |
| Os | 9 | 200 | 4.00 |
| Matériel | 2 | 16 | 0.32 |
Tableau 1 : Liste du temps et du coût de chaque composant requis.
| Structure | Volume (L) | Coût estimatif |
| Cavité tissulaire | 2,06 L | n/a |
| Structure osseuse | 0,313 L | n/a |
| Cavité tissulaire – Structure osseuse | 1,747 L | 35 $ (récupérable) |
| Cavité médullaire | 0,075 L | 0,25 $US |
Tableau 2 : Volumes des milieux tissulaires.
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Discussion
Dans ce protocole, nous détaillons le processus de développement d’un entraîneur de tâches 3D pour entraîner la procédure rarement effectuée et vitale de placement de ligne d’E/S. Ce protocole autoguidé utilise l’impression 3D pour produire la majeure partie des structures du modèle, tandis que le reste des composants utilisés pour assembler l’entraîneur de tâches sont des matériaux omniprésents, faciles à obtenir et non toxiques qui peuvent être récupérés et réutilisés. Le formateur de tâches 3D est peu coûteux et nécessite un minimum d’expertise pour créer et assembler. Nous avons utilisé avec succès notre formateur de tâches de placement de ligne d’E/S 3D lors des sessions de formation du Département d’anesthésiologie de l’UNMC, qui comprenaient une démonstration et une pratique pratique par les professeurs et les stagiaires présents. Les données de faisabilité recueillies au cours de la formation ont indiqué que les participants ont convenu que les formateurs de tâches avaient un degré élevé de fidélité anatomique à l’anatomie réelle du patient, et ils étaient également satisfaits de la rétroaction tactile de l’appareil.
Les étapes critiques de la production d’un formateur de tâches ont été divisées en deux sections: conception et fabrication 3D; Assemblage de formateurs de tâches. Lors de la création des modèles 3D utilisés pour former les formateurs de tâches, une segmentation adéquate était essentielle. Sans le respect de la précision anatomique, le produit final peut ne pas être correct. La segmentation de seuil nécessite une attention particulière au domaine d’intérêt de l’entraîneur de tâches pour s’assurer que les détails de surface sont présents pour donner aux modèles la forme et l’épaisseur correctes. L’épaisseur du tibia et de l’humérus est particulièrement importante pour fournir un retour tactile suffisant lors du placement simulé de la ligne IO. Le processus de segmentation des composants tissulaires et osseux peut prendre énormément de temps, car les tomodensitogrammes utilisent souvent des agents de contraste iodés, qui ont des plages d’HU qui se chevauchent avec celles des os. Ainsi, les structures anatomiques imprégnées de contraste iodé peuvent être incluses de manière inappropriée dans les segments osseux.
La préparation et l’entreposage appropriés des milieux tissulaires sont essentiels. Le respect des températures stipulées dans le protocole est nécessaire pour éviter d’endommager les structures imprimées en 3D et assurer une longévité maximale des supports tissulaires. Notamment, les milieux tissulaires doivent rester froids ou congelés et recouverts de plastique lorsqu’ils ne sont pas utilisés pour empêcher la croissance microbienne et la déshydratation. La disponibilité et la précision des tomodensitogrammes du patient peuvent imposer des limites à la création du formateur de tâches de ligne IO. Il semble y avoir des limites à la génération de modèles en ce qui concerne les exigences de l’impression 3D. Au cours du processus d’impression 3D, des couches de thermoplastique sont déposées sur les couches précédentes ou le matériau de support. Certains modèles et formateurs proposés produits par ce processus peuvent dépasser les limites de taille d’une imprimante 3D et nécessiter une modification de la taille de l’imprimante ou des composants pour permettre une impression qui conserve les aspects critiques du formateur (tels que l’espace de moelle pour les modèles d’E/S). D’autres formats adaptés à la création d’entraîneurs de tâches incluent l’imagerie par résonance magnétique. Toutefois, la modalité d’imagerie affiche différents types de données, ce qui nécessite des modifications de ce protocole.
Cet entraîneur de tâches de placement de ligne IO présente plusieurs caractéristiques innovantes, notamment un coût réduit par rapport aux autres entraîneurs de tâches et la possibilité de personnaliser l’entraîneur de tâches en fonction de différents sites anatomiques (humérus et tibia) et de diverses anatomies, y compris masculines ou féminines, et d’un indice de masse corporelle élevé et faible. De plus, le mélange de milieux tissulaires peut être préparé dans différentes opacités, ce qui permet différents niveaux de visualisation des structures squelettiques ou des points de repère, si vous le souhaitez. Compte tenu de sa précision anatomique et de la nature réutilisable de ses sous-composants, ce formateur de tâches offre des possibilités uniques de formation et de recherche en simulation sur les procédures médicales, y compris le transfert de compétences procédurales d’un environnement de simulation ou de formation à un environnement de test ou clinique. Les attributs haute fidélité et peu coûteux de ce formateur de tâches en font un excellent choix pour évaluer l’acquisition et la dégradation des compétences procédurales chez les stagiaires et les prestataires de soins de santé. De plus, la fidélité anatomique supérieure du formateur permet d’évaluer l’impact de l’ergonomie sur les cicatrices d’entraînement et la dégradation de la structure du formateur, ce qui est un sujet d’intérêt émergent dans ce domaine17. Dans l’ensemble, l’utilisation de cet outil peut favoriser une meilleure compréhension des meilleures pratiques en simulation médicale18.
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Disclosures
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Acknowledgments
Le financement de ce projet a été fourni uniquement à partir de ressources institutionnelles ou ministérielles.
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
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