Summary
אנו מתארים הליך לעיבוד סריקות טומוגרפיה ממוחשבת (CT) למדריכי משימות פרוצדורליים בעלי נאמנות גבוהה, ניתנים להחזרה ובעלות נמוכה. תהליכי זיהוי סריקת ה-CT, הייצוא, הפילוח, המידול וההדפסה התלת-ממדית מתוארים כולם, יחד עם הנושאים והלקחים שנלמדו בתהליך.
Abstract
התיאור של מאמני משימות פרוצדורליות כולל את השימוש בהם ככלי הדרכה לחידוד מיומנויות טכניות באמצעות חזרה וחזרה על נהלים בסביבה בטוחה לפני ביצוע ההליך בסופו של דבר על מטופל. מאמני משימות פרוצדורליים רבים הזמינים עד כה סובלים מכמה חסרונות, כולל אנטומיה לא מציאותית והנטייה לפתח 'ציוני דרך' שנוצרו על ידי המשתמש לאחר שרקמת המאמן עוברת מניפולציות חוזרות ונשנות, מה שעלול להוביל לפיתוח מיומנות פסיכו-מוטורית בלתי הולמת. כדי לתקן את החסרונות הללו, נוצר תהליך לייצור מאמן משימות פרוצדורלי בנאמנות גבוהה, שנוצר מאנטומיה המתקבלת מסריקות טומוגרפיה ממוחשבת (CT), המשתמשות בטכנולוגיית הדפסה תלת-ממדית (3D) בכל מקום ובציוד סחורה מהמדף.
שיטה זו כוללת יצירת תבנית רקמה מודפסת בתלת-ממד הלוכדת את מבנה הרקמה המקיף את אלמנט השלד המעניין כדי לעטוף את מבנה השלד הגרמי התלוי בתוך הרקמה, שגם הוא מודפס בתלת-ממד. תערובת בינונית של רקמות, אשר מעריכה רקמה הן בגיאומטריה של נאמנות גבוהה והן בצפיפות רקמות, מוזגת לאחר מכן לתבנית ומאפשרת לקבוע. לאחר שימוש במאמן משימה כדי לתרגל הליך, כגון מיקום קו תוך-רחמי, מדיית הרקמות, התבניות והעצמות ניתנות להחזרה וניתן לעשות בהן שימוש חוזר כדי ליצור מאמן משימה חדש, נקי מאתרי ניקוב ופגמים במניפולציה, לשימוש באימונים הבאים.
Introduction
יכולת הטיפול בחולה של מיומנויות פרוצדורליות היא מרכיב קריטי לפיתוח חניכים בסביבות 1,2 בתחום הבריאות האזרחית והצבאית. פיתוח מיומנויות פרוצדורליות חשוב במיוחד עבור התמחויות עתירות פרוצדורות כגון הרדמה3 וצוותים רפואיים בחזית. ניתן להשתמש במאמני משימות כדי לתרגל נהלים רבים עם רמות מיומנות החל מאלו של סטודנט לרפואה בשנה הראשונה או טכנאי רפואי ועד למתמחה בכיר או עמית. בעוד שהליכים רפואיים רבים דורשים הכשרה משמעותית להשלמתה, המשימה המוצגת כאן - מיקום קו ביניים (IO) - היא פשוטה ודורשת פחות מיומנות טכנית. מיקום מוצלח של קו IO יכול להתבצע לאחר תקופה קצרה יחסית של הכשרה. השימוש בסימולציה במהלך הכשרה רפואית, הכוללת שימוש במאמני משימה, מוכר ככלי לרכישת מיומנויות פרוצדורליות טכניות באמצעות חזרה וחזרה על הליך קליני בסביבה בטוחה ונמוכה, לפני ביצוע ההליך על מטופלים 2,4,5.
מובן שכן, הכשרת סימולציה בסביבות חינוך רפואי הפכה למקובלת ונראה שהיא עמוד התווך, למרות מיעוט הנתונים לגבי כל השפעה על תוצאות המטופלים 6,7. בנוסף, פרסומים אחרונים מראים כי סימולציה משפרת את ביצועי הצוות ואת תוצאות המטופלים כתוצאה משיפור הדינמיקה בצוות וקבלת ההחלטות. עם זאת, אין כמעט נתונים המצביעים על כך שסימולציה משפרת את הזמן או את שיעור ההצלחה לביצוע הליכים קריטיים ומצילי חיים 8,9 המצביעים על כך שהסימולציה מורכבת ורבת פנים בחינוך של ספקי שירותי בריאות. בחולים שבהם גישה תוך ורידית סטנדרטית אינה אפשרית או מצוינת, ניתן להשתמש במיקום קו IO כדי להשיג גישה לכלי הדם במהירות, הדורשת מיומנות מינימלית. ביצוע בזמן ובהצלחה של הליך זה הוא קריטי, במיוחד בסביבה perioperative או תרחיש טראומה10,11,12. מכיוון שמיקום קו IO הוא הליך המבוצע לעתים רחוקות באזור הפריאופרטיבי ויכול להיות הליך מציל חיים, אימון בסביבה לא קלינית הוא קריטי. מאמן משימות מדויק מבחינה אנטומית הספציפי למיקום קו IO הוא כלי אידיאלי להציע תדירות אימון צפויה ופיתוח מיומנויות עבור הליך זה.
למרות השימוש הנרחב, מאמני משימות מסחריים הזמינים כיום סובלים מכמה חסרונות משמעותיים. ראשית, מאמני משימה המאפשרים ניסיונות מרובים של הליך הם יקרים, לא רק לרכישה הראשונית של מאמן המשימה אלא גם לחידוש החלקים הניתנים להחלפה כגון כתמי עור סיליקון. התוצאה מוחלפת לעתים רחוקות בחלקים, ומשאירה ציוני דרך בולטים המספקים למתאמן חווית אימון לא אופטימלית; המטופלים לא יבואו מסומנים מראש היכן שצריך לעשות את ההליך. חיסרון נוסף הוא שהעלות הגבוהה של מאמני משימות מסורתיים יכולה לגרום לגישה מוגבלת של משתמשים כאשר המכשירים 'נעולים' במיקומי אחסון מוגנים כדי למנוע אובדן או נזק למכשירים. התוצאה דורשת זמן תרגול מתוזמן קפדני יותר ופחות זמין, הגבלת השימוש בהם בהחלט יכולה להקשות על אימונים לא מתוכננים. לבסוף, רוב המאמנים נחשבים 5,13,14 בנאמנות נמוכה ומשתמשים רק באנטומיה מייצגת, מה שעלול להוביל לפיתוח מיומנויות פסיכומוטוריות לא מתאימות או לצלקות אימון. מאמנים בעלי נאמנות נמוכה גם מקשים מאוד על הערכה יסודית של רכישת מיומנויות, שליטה והשפלה, שכן אימון במכשיר בעל נאמנות נמוכה עשוי שלא לחקות כראוי את ההליך האמיתי האמיתי.
אנטומיה ייצוגית גם מעכבת את ההערכה הנכונה של הרכישה והשליטה במיומנויות פסיכומוטוריות. יתר על כן, הערכת העברת מיומנויות פסיכומוטוריות בין סביבות רפואיות מדומות לטיפול בחולה הופכת לכמעט בלתי אפשרית אם חלק מהכישורים הפסיכו-מוטוריים אינם משתקפים במשימה הקלינית. התוצאה היא מניעת קונצנזוס על היכולת של סימולציה רפואית והכשרה להשפיע על תוצאות המטופלים. כדי להתגבר על אתגרי העלות, הדיוק האנטומי והגישה, פיתחנו מאמן משימות IO בעלות נמוכה ובנאמנות גבוהה. מאמן המשימות מתוכנן מסריקת CT של מטופל בפועל, והתוצאה היא אנטומיה מדויקת (איור 1). החומרים בהם נעשה שימוש נמצאים בכל מקום וקלים להשגה, עם רכיבים שקל יחסית להחזיר. בהשוואה למאמנים רבים אחרים הזמינים מסחרית, העלות הצנועה של עיצוב מאמן המשימה המתואר כאן מפחיתה באופן דרמטי את הרצון לעקוב אחר המאמנים במיקום פחות נגיש ומוגן והופכת חזרות מרובות ללא ציוני דרך מובילים לאפשריים.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
הערה: ועדת הביקורת המוסדית של המרכז הרפואי של אוניברסיטת נברסקה קבעה כי המחקר שלנו לא היווה מחקר בנושא אנושי. ה-IRB המקומי השיג אישור אתי וויתור על הסכמה מדעת. אנונימיזציה מלאה של נתוני ההדמיה נעשתה לפני הניתוח לפי פרוטוקול ביטול הזיהוי של בית החולים.
1. נתונים
- קבל סריקת CT הלוכדת את האנטומיה המעניינת עבור מאמן המשימה המתוכנן. הקפד לקחת בחשבון את מגבלות נפח העבודה של מדפסת התלת-ממד שבה נעשה שימוש וציוני דרך נדרשים לשלבים פרוצדורליים.
- אם הסריקה מתקבלת בתבנית הדמיה דיגיטלית ותקשורת ברפואה (DICOM), המר לתבנית טכנולוגיית אינפורמטיקה של הדמיה מוחית (NiFTi)15 (.nii).
2. סגמנטציה
- השתמש בתוכנת כלי פריסה תלת-ממדית (http://www.slicer.org) כדי לפלח את תמונות ה- CT. ייבא את קובץ NIfTi משלב 1.2 לכלי פריסה תלת-ממדי.
- בחר את מודול עורך המקטעים כדי ליצור את המקטעים הדרושים למודל המאמן.
- הוסף מקטע אחד עבור 1) עצם ו-2) רכיבי רקמות של מאמן המשימה.
הערה: פיתוח של מאמנים מסוימים, כגון אלה המשמשים לאימון החדרת צינור החזה, עשוי לדרוש מקטעים נוספים. - בחר מקטע 1) עצם. באמצעות אפקט הסף , שנה את טווח העוצמה עד שטווח "החלון" המוגדר יזהה את רכיב העצם המעניין.
הערה: עבור מקטעי עצם הטווח הרגיל הוא בין 100 ל-175 HU (יחידות Hounsfield) לערך המרבי הזמין ולרקמות, שהוא בדרך כלל -256 HU למקסימום הזמין. - השתמש בפונקציה Threshold כדי לסמן את רכיב העצם 1) ולמרוח אותו על הסריקה באמצעות הפקודה החל .
- השתמש בפונקציה מספריים כדי להסיר אזורים בסריקה שאינם נחוצים ליצירת מאמן המשימות. נקוט בזהירות כדי להבטיח שחלל מח העצם יישאר חלול עבור מאמני IO.
הערה: שלב זה הוא ההפחתה הראשונה של קטע העניין לממדים הרצויים של המאמן. יש לשקול כאן את מגבלות נפח הבנייה של מדפסת התלת-ממד שבה יש להשתמש; עם זאת, ניתן לצמצם עוד יותר את הקטע בסעיף 3.
- הוסף מקטע אחד עבור 1) עצם ו-2) רכיבי רקמות של מאמן המשימה.
- חזור על שלבים 2.2.1-2.2.4 עבור 2) רכיב הרקמה.
- שימוש במודול הסגמנטציות ; ייצא כל רכיב כקובץ STL.
3.3D דוגמנות
- השתמש ב- AutoDesk Meshmixer כדי לחתוך את המקטעים התלת-ממדיים עוד יותר ולהפחית את הרזולוציה של כל מקטע, במונחים של מספר האלמנטים הגיאומטריים, לקבלת ביצועים מיטביים בתוך Fusion360.
- ודא שקובצי STL מיובאים הם בעלי הכיוון הנורמלי הנכון של המשולש. ודא את הנורמלים של כל נקודת משולש בכיוון המשטח החיצוני של רשת השינוי. אם כיוון המשולש שגוי, הפוך את המשולש למצב רגיל על-ידי ביצוע | Select שינוי | בחר את הפונקציה הכל ולאחר מכן בחר | עריכת | פונקציית היפוך נורמלים .
- בטל מבנים לא רצויים (למשל, מקטעים לא רצויים של רקמה או כלי דם שנלכדו על ידי ה- CT עקב השימוש בניגודיות) של מקטעי STL המיובאים, ושכלל את המודלים הדרושים ליצירת מאמן המשימה. כדי לחדד את המודל על-ידי הסרת מבנים לא רצויים בתוך המקטעים שייתכן שנכללו בשוגג בטווח הסף של המקטע המיוצא, השתמש/י בפעולה Select , בחר/י את המשולשים במבנים הלא רצויים ולאחר מכן בחר/י | להשליך.
- לאחר 3.1.2, השתמש בעריכה | הכלי חיתוך מישור לחיתוך המודל כך שיתאים לגבולות נפח הבנייה של מדפסת התלת-ממד. כדי להפחית את התקורה החישובית שנוצרה עקב רזולוציה גיאומטרית מוגזמת, הפחת את מספר המשולשים המשמשים להגדרת המודל כדי לאפשר ביצועים מיטביים ב- Fusion360. לחץ/י על ״ בחר״, לחץ/י פעמיים במקום כלשהו ברשת השינוי כדי לבחור את כל רשת השינוי ולאחר מכן על ״ערוך |״ להפחית. עבור יעד הפחתה, הפחת לתקציב משולש של פחות מ-10,000 פרצופים.
הערה: למדפסת המשמשת כיום את המחברים יש נפח בנייה מרבי של 250 x 210 x 210 מ"מ; לפיכך הדגם נחתך לאורך ציר ארוך מקסימלי של 220-230 מ"מ כדי לאפשר לתבנית להתאים לנפח הבנייה של המדפסת. נפח הבנייה של המדפסת אמור להכתיב את אורך הציר הארוך על ידי קיצור של הדגם בכ-20-30 מ"מ. ניתן לצמצם את הגיאומטריה בקלות ל~ 10K משולשים ללא אובדן פרטים רלוונטיים מבחינה קלינית לפיתוח מאמני משימה בנאמנות גבוהה. - בטלו או הפחיתו חורים ואי-סדרים במשטח בעזרת הכלי בחירה . לאחר בחירת המשולשים של רשת השינוי סביב הפגם, השתמש בפקודה בחר | עריכה| מחק ומלא כדי לשפר חורים ואי סדרים במשטח. ייצא ושמור את הדגמים המוגמרים באמצעות סוג הקובץ STL.
הערה: המשטח החיצוני של עצם המטרה עבור מאמני משימת הקו הבין-עצבי דורש סגירה מלאה; אחרת, מדיית הרקמה המומסת תיכנס לחלל המח ותפגע בביצועי מאמן המשימה.
- השתמש ב- AutoDesk Fusion360, וייבא את דגמי העצמות והרקמות על-ידי הוספת קובץ ה- . קובצי STL בסביבת העבודה כרשת שינוי באמצעות | Insert הפקודה 'הוסף רשת שינוי' .
- המירו את רשתות השינוי המיובאות למוצקי BRep על-ידי השבתת ציר הזמן של Fusion360 והקטנת מספר המשולשים ברשת שינוי היעד ל-<10,000.בחרו בגוף רשת השינוי המיובא ולחצו לחיצה ימנית. בחרו באפשרות 'רשת שינוי ל-BRep '. לאחר שרשתות ה-MESHED הוסבו למוצקי BReps, חדש את ציר הזמן של Fusion360.
- שנה את המוצק כדי ליצור את התבנית של מאמן המשימות על-ידי פיצול המוצק המלבני לאורך הציר הארוך של BRep הרקמה.
הערה: התבנית נוצרת סביב ה-Tissue BRep על-ידי שימוש בתכונת הסקיצה כדי לבנות קובייה או מוצק מלבני המקיף את מוצק הרקמה. יש לשנות את גודל התבנית כדי לעמוד בנפח הבנייה המרבי של מדפסת התלת-ממד שנבחרה. מכיוון שהתבנית מפוצלת לשניים, ייתכן שהממד הארוך ביותר המודפס אינו הממד הגדול ביותר של התבנית הסופית בעת חיבורם. - בחר 2-3 מיקומים עבור סיכות תמיכה, והנח את רכיבי קבוצת ההרכבה שתוכננו מראש כדי לתקן את עצמות מאמן המשימות. ודא שלמיקומים שנבחרו עבור סיכות התמיכה יש מבנה תמיכה נרחב בעצם סביב ראש הסיכה.
הערה: העצם סביב ראש הסיכה שנבחר אינה צריכה להיות אחידה לחלוטין מכיוון שקבוצת ההרכבה מכילה גם מבנה תמיכה גלילי מוצק, אשר יתמזג עם העצם. מבנה זה תומך כראוי בראש הסיכה ושומר על מיקום אנטומי נכון של העצמות בתוך מדיה רקמות. - ייבאו והניחו תקע עצם על חלל מח העצם הפתוח של ה-Bone BRep כדי למנוע ממדיה של רקמות להיכנס לחלל מח העצם, ומנעו ממח העצם המדומה להתנקז החוצה.
- צור פתח (בדרך כלל בקוטר 4-6 ס"מ) דרך התבניות בחלל המיוצג על ידי מוצק ה- Tissue BRep כדי לאפשר שפיכת מדיית הרקמה הנוזלית לתוך התבנית.
- לאחר שהרכיבים של קבוצות ההרכבה שתוכננו מראש ממוקמים כדי לתקן את העצמות בחלל, בצע פונקציות שילוב בוליאניות כדי להוסיף או לחתוך את קבוצות ההרכבה השונות למודלים.
- בצע מראה של האובייקטים לפני שלב 3.2.6 כדי להפוך את מאמן המשימה עבור הצד האיפסילטרלי. חזור על שלבים 3.2.3-3.2.5 לפני 3.2.6.
- ייצא את הרכיבים הסופיים להדפסה. בחר את הגוף הרצוי בסביבת העבודה וצור קובץ STL באמצעות לחיצה ימנית | שמור כ- STL.
4.3D הדפסה
- באמצעות 'פשט תלת-ממד', מקם את קובץ ה- STL על המיטה של מדפסת התלת-ממד כך שתוכנית החיתוך תוכל ליצור את ה- GCODE הדרוש להדפסת הפריט. הדפס את הרכיבים עם נימה של מדיית מדפסת תלת-ממד חומצה פולי-לקטית (PLA) באמצעות זרבובית 0.4 מ"מ בטמפרטורת קצה חמה של 210 °C. ודא שההגדרות משתמשות ב-4 שכבות עליונות ותחתונות ו-3 פגזים היקפיים.
- כוון את העצמות אנכית כדי למזער את חומר התמיכה הנדרש בתוך חלל המוח. הדפס באמצעות רפסודה, גובה שכבה של 0.2 מ"מ, מילוי של 20% וחומר תמיכה מלא (ממיטת ההדפסה ובתוך ההדפסה). בעת הדפסת תבניות הרקמה, כוון את רכיבי התבנית כאשר משטח הרקמה פונה כלפי מעלה. הדפס את תבניות הרקמה ללא רפסודה, גובה שכבה 0.3 מ"מ, מילוי 15% וחומר תמיכה מלא.
- סדר את פיני התמיכה ורכיבים אחרים כדי למזער את התמיכה - הדפס את כל חלקי התמיכה בפינים באמצעות רפסודה, גובה שכבה של 0.2 מ"מ ומילוי של 20%. הדפס את הרכיבים המוברגים ללא חומר תמיכה במהירות מופחתת, כדי למקסם את הנאמנות של מבני החוטים.
- לאחר בחירת הפרמטרים של כל רכיב, הכן וייצא את קובץ ה- GCODE שנוצר על-ידי פישוט תלת-ממד לכרטיס SD. באמצעות Prusa i3 MK3, בחר את קובץ ה- GCODE שנשמר מכרטיס ה- SD והדפס עם נימה של מדפסת תלת-ממד PLA 1.75 מ"מ.
5. הרכבה
- הכן את מדיום הרקמה.
הערה: רמת השליטה הנוכחית של המתאמן במיומנות עשויה להכתיב אם נדרש מדיום רקמה אטום או שקוף. מדיום שקוף מאפשר למתאמן לעקוב באופן חזותי אחר התקדמותו במהלך החדרת IO ולזהות בקלות רבה יותר ציוני דרך גרמיים, בעוד שמדיום אטום מדמה טוב יותר את החוויה הקלינית בפועל.- למדוד את הרכיבים הבאים שישמשו ליצירת מדיה רקמות, ולהניח בצד (כמויות אלה ניתן לשנות את קנה המידה לפי הצורך) 260 גרם של ג'לטין ללא טעם; במידת הצורך, 140 גרם של סיבי קליפת פסיליום טחונים דק, בטעם תפוז, ללא סוכר (השמיטו שלב זה כדי ליצור מדיום שקוף); 42 גרם של 4% עם כלורהקסידין.
הערה: ניתן להשתמש בסיבי קליפת פסיליום כדי ליצור מדיום אטום. יש להוסיף רכיב זה מיד לאחר הג'לטין אם רוצים מדיום אטום16. - מחממים 1000 מ"ל מים (ברז מקובל) ל-85 מעלות צלזיוס.מוסיפים את המים למיכל ערבוב גדול פי כמה מנפח המרכיבים, כגון דלי 18.9 ליטר.
- תוך כדי ערבוב נמרץ של התמיסה הבינונית של הרקמה, מוסיפים למים את הג'לטין, סיבי קליפת הפסיליום ותמיסת הכלורהקסידין לפי הסדר, ומחכים לפני הוספת המרכיב הבא לאחר שהקודם משולב.
הערה: אין להוסיף סיבי קליפת פסיליום אם יוצרים מדיום שקוף.
- תוך כדי ערבוב נמרץ של התמיסה הבינונית של הרקמה, מוסיפים למים את הג'לטין, סיבי קליפת הפסיליום ותמיסת הכלורהקסידין לפי הסדר, ומחכים לפני הוספת המרכיב הבא לאחר שהקודם משולב.
- מחממים את התערובת באמבט מים בטמפרטורה של 71 מעלות צלזיוס למשך 4 שעות לפחות כדי לאפשר לבועות להתפוגג מהתמיסה. הניחו את מיכל הערבוב באמבט המים החמים ישירות, או העבירו את התערובת למיכל נפרד, כגון שקיות אחסון מפלסטיק.
- הכינו את מדיום הרקמה למזיגה לתוך התבנית המורכבת. ודא כי התערובת היא הומוגנית ונוזלית. לשמור על הטמפרטורה של התערובת ב 46 מעלות צלזיוס.
הערה: אם אין צורך מיידי במדיום הרקמה, ניתן לאחסן אותו בטמפרטורה של 4°C או -20°C בתוך מיכל אחסון עד הצורך.
- למדוד את הרכיבים הבאים שישמשו ליצירת מדיה רקמות, ולהניח בצד (כמויות אלה ניתן לשנות את קנה המידה לפי הצורך) 260 גרם של ג'לטין ללא טעם; במידת הצורך, 140 גרם של סיבי קליפת פסיליום טחונים דק, בטעם תפוז, ללא סוכר (השמיטו שלב זה כדי ליצור מדיום שקוף); 42 גרם של 4% עם כלורהקסידין.
- הכן את תמיסת מח העצם המדומה.
הערה: ניתן להכין מראש את תמיסת מח העצם המדומה ולאחסן אותה במיכל מכוסה בטמפרטורת החדר עד שתהיה מוכנה לשימוש.- למדוד ולערבב היטב 100 גרם של מים קרים (ברז בסדר); 100 גרם של ג'ל אולטרסאונד; ו -5 מ"ל של צבעי מאכל אדומים (אופציונלי, המשמשים לשיפור הסימולציה). ודא שהמוצר הסופי סמיך אך נוזלי מספיק כדי לעבור במהירות.
- מהדקים את העצם לתחתית התבנית, ומרכיבים את התבנית.
- יש לרסס כל צד של המשטחים הפנימיים של התבנית בחומר משחרר שאינו מבוסס על סיליקון, כגון ספריי בישול נון-סטיק. אבטחו את העצם באמצעות פיני התמיכה כדי לשמור על המיקום הנכון בתוך חלל הרקמה. הדקו את העצמות/פינים לתחתית התבנית.
- יישרו את החלק העליון של התבנית לחלק התחתון, והדקו את שני חצאי התבנית יחד. ודא שתקע העצם נמצא במקומו כדי למנוע ממדיום הרקמה להיכנס לחלל מח העצם במהלך המזיגה.
- מקמו את התבנית כך שהפתח פונה כלפי מעלה, ושפכו את מדיום הרקמה בטמפרטורה של 46 מעלות צלזיוס לתוך חלל התבנית. יש לתקן כל דליפה של מדיום הרקמה מהעובש באמצעות מכל אבק אוויר הפוך על ידי ריסוס ישיר של מדיום הרקמה החמה עם המכל כדי לקרר אותו במהירות. מעבירים את התבנית הממולאת למקרר בטמפרטורה של 4 מעלות למשך 6 שעות לפחות, או עד שמדיום הרקמה מתייצב.
- לפרק את התבנית, ולהסיר את מאמן המשימה ואת סיכות התמיכה. הסירו את תקע העצם, מלאו את חלל מח העצם ב'מח עצם' מדומה שנוצר ב-5.2, והחליפו את תקע העצם. הניחו את מאמני המשימה בשקית אחסון מפלסטיק, ואחסנו את המכלול בטמפרטורה של 4°C או -20°C עד שיהיה צורך באימון.
6. אימון משימות
- הוציאו את מאמן המשימות מהאחסון ואפשרו לו להגיע לטמפרטורת החדר. אם עדיין לא במקום, הוסיפו חומר מדומה למח עצם משלב 5.2 לכל הוראה ב-5.5.
הערה: מתן אפשרות למאמן להתחמם לטמפרטורת החדר משפר את חוויית הסימולציה. - בצע אימון על מאמני המשימה. הנחו את המתאמנים למקם מחטי IO (איור 2A), ושאפו מח עצם מדומה (איור 2B) בהתאם לשלבים הרגילים של מיקום קו IO.
- לאחר האימון, פרקו את מאמני המשימה כדי להחזיר את הרקמות, המדיום והעצמות.
הערה: לאחר מניפולציה, בעצמות של מאמן IO יהיו חורים שנוצרו על ידי החדרת קנולה קו IO. ניתן למלא חורים אלה באמצעות PLA באמצעות עט מדפסת תלת-ממד ידני, או לחילופין ניתן להשליך את העצמות. - הרכיבו מחדש והשתמשו שוב בחומרים שהוחזרו לאימונים הבאים לפי סעיף 5.לחלופין, המיסו את הרקמה בינונית כלפי מטה, החזירו ל-5.1.4 ואחסנו בטמפרטורה של 4 מעלות צלזיוס או -20 מעלות צלזיוס, אם אין צורך בכך באופן מיידי.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
בעקבות הפרוטוקול, המידול של מאמן המשימה השתמש בסריקת CT של מטופל שעבר ביטול זיהוי. פילוח של תמונות ה-CT נעשה שימוש בתוכנת 3D Slicer וב-Auto Meshmixer למידול תלת-ממדי. עבור הדפסה בתלת-ממד, נעשה שימוש הן ב-3D Simplify והן ב-Prusa i3 MK3 (איור 1). לאחר מכן, השלמנו את ההרכבה של החלקים שהודפסו בתלת-ממד, הכנו את תערובת מדיית הרקמה ויצקנו את תערובת המדיה לתבנית מאמן המשימות שהורכבה. לאחר תקופת אימונים עם מאמן המשימה, מדיום הרקמה הוחזר ונעשה בו שימוש חוזר בהרכבת מאמני משימה טריים.
סריקת ה-CT של מפרק הברך השמאלית של המטופל ששימשה למידול התלת-ממדי כללה 6-7 ס"מ של עצמות השוקה והפיבולה מתחת לברך, 2-3 ס"מ של עצם עצם הירך מעל הברך, והפטלה. במהלך ביצוע פרוטוקול זה, הממצאים שנראו בסריקת ה-CT כתוצאה מהחפיפה בין מקטעים אנטומיים שונים הושלכו ידנית ב-Meshmixer לאחר ייצוא כל מקטע ל-STLs וביצוע פעולת 'היפוך הנורמלים'. רשתות STL של העצם הטיביאלית השמאלית והרקמה שונו כדי להפחית את המורכבות האנטומית של משטח מח העצם. מבנים תומכים נוצרו כדי לקבע את עצם הירך, השוקה, פיבולה ופטלה זה לזה. "מבנה הפלטה" התומך נוסף ל-Fusion 360 כדי לעזור להאיץ את מבנה הפיבולה הדק של העצם אל השוקה, ובכך למנוע את התפרקות העצם.
מבנה התבנית כלל מוצק מלבני, מופרד למבנה עליון ותחתון, ותעלה של 2.5 מ"מ להחזקת חוט קצף הסיליקון על היקף קווי המתאר של מקטע הרקמה. מבני פינים תומכים, תעלות סיכות יישור ומקלט תקע העצם נוספו למבני העצם והתבנית על ידי ייבוא המבנים הישימים שלהם למודל (איור 3). התבנית תוכננה כך ששתי קבוצות של 41 מ"מ תומכות בהרכבת פינים יספיקו כדי לתמוך כראוי ולתלות את מבני העצם בתוך חלל הרקמה. פתח שנעשה לחשיפת חלל הרקמה הקל על שפיכת מדיום הרקמה על ידי חיתוך מבנה גוף גלילי מחזית מבנה התבנית.
לאחר השלמת התבנית ומבני העצם בפיוז'ן 360, ארבעת הבאים . מקטעי STL נוצרו על ידי ייצוא המודל: 1) עצמות, 2) תיבת תבנית תחתונה, 3) תיבת תבנית עליונה, ו-4) חומרת דגם (2 x 41 מ"מ פינים תומכים, 2x תחתוני פינים תומכים ותקע עצם 1x). לאחר מכן, ארבעה מקטעי STL יובאו ל- Simplify 3D, וקבצי ה- GCODE המייצגים נוצרו עבור מקטעים אלה להדפסה באמצעות זרבובית 0.4 מ"מ וגובה שכבה של 0.3 מ"מ בקצב הדפסה של 100 מ"מ לשנייה. טבלה 1 מפרטת את זמני ההדפסה ואת אומדני דרישות החומר של נימה PLA באמצעות ההגדרות שהוזכרו קודם לכן כאשר כל המקטעים הודפסו במדפסות Prusa MK3 מקוריות. שילוב מהיר של רכיבי המדיום הרקמתי (ג'לטין) חיוני להשגת תוצר סופי עקבי והומוגני. כמות מדיום הרקמה המשמשת משתנה בהתאם לדגם של מאמן המשימה שהורכב. דוגמה לעיצוב ולנפחים בפועל של מדיום רקמות המשמש במודל מאמן המשימות של הכנסת IO טיביאלית מוצגת בטבלה 2.
כדי לבטל את התבנית של מאמן המשימה, התקני הדחיסה שוחררו, החלק העליון והתחתון של התבנית הופרדו, ופיני התמיכה בגודל 2 x 41 מ"מ סובבו והוסרו מהעצמות. חלל מח העצם מולא לאחר מכן בתמיסת מח מדומה, ותקע עצם הוכנס היטב. לאחר מכן, מאמן המשימה האחרון צולם בסריקת CT למדידת ציוני דרך ומקטעים אנטומיים. התוצאות מדגימות מיקום קו IO של מאמן משימות בנאמנות גבוהה (איור 4). לאחר מכן הוכנס מאמן המשימה החדש לשקית רוכסן, הוחזר למקרר ואוחסן לשימוש באימון עתידי.
מאמני משימות שקופים ואטומים הורכבו (איור 5) עבור אימוני מיקום קו IO. בסך הכל 40 מאמני משימה (20 טיביה ו -20 הומרי) שימשו במהלך הכשרה של חצי יום של השמת קו IO המוצעת למחלקת ההרדמה במוסד שלנו. גם חברי הסגל וגם החניכים השתתפו בהכשרה זו. לכל משתתף היו 15 דקות של אינטראקציה מעשית עם שני מאמני המשימות (tibia ו humerus) ואת הציוד הדרוש לביצוע מיקום קו IO. מיד לאחר מכן נאספו נתונים ראשוניים על היתרונות והחסרונות של מאמני המשימות ועל שיפורים במאמן המשימות.
היתרונות שזוהו על ידי המשתתפים הספציפיים לשימוש במאמן המשימה כללו: א) רמה גבוהה של דמיון אנטומי, ב) יכולת למצוא ציוני דרך אנטומיים, ג) תחושת מישוש הדומה לרקמה, ד) שכפול של ההליך המתורגל, ה) יכולת לשאוף מח עצם כדי לספק משוב השלמת משימה, ו) משוב מישושי מתאים בעת קידוח לתוך העצם. היכולת לתבוע מחדש את מאמן המשימות ולעשות בו שימוש חוזר, והעלות הנמוכה של המאמן היו תכונות חשובות שזוהו על ידי המשתתפים. יתר על כן, אנשי סגל וחניכים הציעו להוסיף שכבת עור או בד כדי להידמות יותר למשוב המישושי של העור ולהגדיל את אורך הגפיים. לאחר האימון, מדיום הרקמה הוחזר ונעשה בו שימוש חוזר (איור 1).
איור 1: תרשים זרימה המתאר את התהליך ליצירת מאמן משימות למיקום קווים תוך-רחמיים. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.
איור 2: מיקום קו תוך-רחמי עם מאמן משימה טיביאלי המבוצע באמצעות מאמן עם מדיום רקמה אטום. (A) קידוח לתוך העצם באמצעות מקדח מיקום IO זמין מסחרית. (B) שאיפת מח עצם עם מיקום מוצלח של קו IO. קיצור: IO = intraosseous. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.
איור 3: רכיבים שתוכננו בתלת-ממד והודפסו בתלת-ממד המרכיבים את מאמן המשימות הטיביאלי. (א) טיביה מעוצבת בתלת-ממד; (ב) טיביה מודפסת בתלת-ממד; (C) עובש מעוצב בתלת-ממד ושל הרקמה המקיפה את השוקה והסיכות; (D) תבנית מודפסת בתלת-ממד של הרקמה המקיפה את השוקה והסיכות. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.
איור 4: מדיית רקמות אטומה ושקופה מאפשרת התאמה אישית של האימון . (A) ו-(C) מייצגים מאמן משימות הומרוס וטיביאלי העשוי ממדיום רקמה אטום. (B) ו-(D) מייצגים מאמן משימות הומרוס וטיביאלי העשוי מדיום שקוף. שימו לב לנראות של מבני שלד עם מדיום רקמה שקוף. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.
איור 5: מרחקים אנטומיים דומים בין נתוני סריקת CT המשמשים ליצירת מאמן המשימות לבין מאמן המשימות של קו ה-IO שהורכב במלואו. (A) עובי עצם (מ"מ), (B) עומק העור (מ"מ) ו-(C) חריץ הגיד (מ"מ) מנתוני סריקת ה-CT דומים אנטומית לעובי העצם (D) (מ"מ), (E) עומק העור (מ"מ), ו-(F) חריץ גידים בסריקת CT של מאמני משימת הומרוס שהורכבו במלואם. קיצורים: CT = טומוגרפיה ממוחשבת; IO = תוך-אוסוסי. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.
| מבנה | זמן הדפסה משוער (h) | דרישות נימה PLA (משוערות, ב-g) | עלות חומר (דולרים) |
| תיבה עליונה | 32 | 800 | 16.00 |
| תחתית הקופסה | 17 | 450 | 9.00 |
| עצמות | 9 | 200 | 4.00 |
| חומרה | 2 | 16 | 0.32 |
טבלה 1: רשימת הזמן והעלות של כל רכיב נדרש.
| מבנה | נפח (L) | עלות משוערת |
| חלל רקמות | 2.06 ליטר | נ/א |
| מבנה העצם | 0.313 ליטר | נ/א |
| חלל רקמות – מבנה העצם | 1.747 ליטר | $35 (ניתן להשגה) |
| חלל מארו | 0.075 ליטר | $0.25 |
טבלה 2: נפחי מדיה של רקמות.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
בפרוטוקול זה אנו מפרטים את תהליך הפיתוח של מאמן משימות תלת-ממדי כדי לאמן את ההליך המבוצע לעתים רחוקות ומציל חיים של מיקום קו IO. פרוטוקול מונחה עצמי זה משתמש בהדפסה תלת-ממדית כדי להפיק את עיקר מבני המודל, בעוד ששאר הרכיבים המשמשים להרכבת מאמן המשימה נמצאים בכל מקום, ניתנים להשגה בקלות וחומרים שאינם רעילים שניתן לתבוע אותם ולעשות בהם שימוש חוזר. מאמן המשימות התלת-ממדי הוא בעלות נמוכה ודורש מומחיות מינימלית כדי ליצור ולהרכיב. השתמשנו בהצלחה במאמן משימת ההשמה התלת-ממדית שלנו בקו IO במפגשי הכשרה של מחלקת ההרדמה של UNMC, שכללו הדגמה ותרגול מעשי על ידי חברי סגל וחניכים שנכחו במקום. נתוני ההיתכנות שנאספו במהלך האימון הצביעו על כך שהמשתתפים הסכימו שלמאמני המשימה הייתה רמה גבוהה של נאמנות אנטומית לאנטומיה של המטופל בפועל, והם היו מרוצים עוד יותר מהמשוב המישושי של המכשיר.
שלבים קריטיים בייצור של מאמן משימה חולקו לשני חלקים: עיצוב 3D וייצור; הרכבת מאמן משימות. בעת יצירת המודלים התלת-ממדיים ששימשו ליצירת מאמני המשימה, פילוח הולם היה קריטי. ללא הקפדה על דיוק אנטומי, ייתכן שהתוצר הסופי אינו נכון. פילוח סף דורש תשומת לב לתחום העניין של מאמן המשימה כדי להבטיח שפרטי פני השטח קיימים כדי להעניק לדגמים את הצורה והעובי הנכונים. עובי השוקה וההומרוס חשובים במיוחד כדי לספק משוב מישושי מספיק במהלך מיקום קו IO מדומה. התהליך לפילוח רקמות ורכיבי עצם יכול לגזול זמן רב, שכן סריקות CT משתמשות לעתים קרובות בחומרי ניגוד יודיים, בעלי טווחי HU חופפים לאלה של העצם. לפיכך, מבנים אנטומיים המחלחלים עם ניגודיות יודית עשויים להיכלל באופן לא הולם בתוך מקטעי עצם.
הכנה ואחסון מתאימים של מדיית הרקמה הם קריטיים. ההקפדה על הטמפרטורות שנקבעו בפרוטוקול נחוצה כדי למנוע נזק למבנים המודפסים בתלת-ממד ולהבטיח אורך חיים מרבי של מדיית הרקמות. יש לציין כי מדיית הרקמה חייבת להישאר קרה או קפואה ומכוסה בפלסטיק כאשר אינה משמשת למניעת צמיחה והתייבשות מיקרוביאלית. הזמינות והדיוק של סריקות ה- CT של המטופל יכולים להטיל מגבלות על יצירת מאמן המשימות של קו IO. נראה כי קיימות מגבלות על יצירת מודלים לגבי הדרישות להדפסה בתלת-ממד. במהלך תהליך ההדפסה התלת-ממדית שכבות של תרמופלסטי מופקדות על גבי שכבות קודמות או חומר תמיכה. מודלים מסוימים ומאמנים מוצעים המיוצרים בתהליך זה יכולים לחרוג ממגבלות הגודל של מדפסת תלת-ממד ולדרוש שינוי של גודל המדפסת או הרכיבים כדי לאפשר הדפסה השומרת על ההיבטים הקריטיים של המאמן (כגון שטח מח עצם עבור מודלים של IO). פורמטים אחרים המתאימים ליצירת מאמן משימות כוללים דימות תהודה מגנטית. עם זאת, שיטת ההדמיה מציגה סוגי נתונים שונים, הדורשים שינויים בפרוטוקול זה.
מאמן משימות מיקום קו IO זה כולל מספר תכונות חדשניות, כולל עלות מופחתת בהשוואה למאמני משימות אחרים, והיכולת להתאים אישית את מאמן המשימה לאתרים אנטומיים שונים (humerus ו- tibia) ואנטומיות שונות, כולל זכר או נקבה, ומדד מסת גוף גבוה ונמוך. יתר על כן, ניתן להכין את תערובת המדיה של הרקמות באטימות שונות, מה שמאפשר רמות משתנות של הדמיה של מבני שלד או ציוני דרך, אם תרצה בכך. בהתחשב בדיוק האנטומי שלו ובאופי הניתן לשימוש חוזר של תתי-הרכיבים שלו, מאמן משימה זה מספק הזדמנויות ייחודיות להכשרת הליכים רפואיים ומחקר סימולציה, כולל העברת מיומנויות פרוצדורליות מסביבת סימולציה או אימון לסביבה של בדיקות או קליניות. תכונות הנאמנות הגבוהה והעלות הנמוכה של מאמן משימה זה הופכות אותו לבחירה מצוינת להערכת רכישת מיומנות פרוצדורלית והשפלה אצל מתאמנים וספקים בתחום הבריאות. יתר על כן, הנאמנות האנטומית המעולה של המאמן מעניקה הזדמנויות להעריך את ההשפעה של ארגונומיה על צלקות אימון והשפלה של מבנה המאמן, שהוא נושא מתפתח במהירות של עניין בתחום זה17. באופן כללי, השימוש בכלי זה עשוי לקדם הבנה טובה יותר של שיטות עבודה מומלצות בסימולציה רפואית18.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
למחברים אין מה לחשוף.
Acknowledgments
המימון לפרויקט זה ניתן אך ורק ממשאבים מוסדיים או מחלקתיים.
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).
