Summary
Bilgisayarlı tomografi (BT) taramalarını yüksek doğrulukta, geri kazanılabilir ve düşük maliyetli prosedürel görev eğiticilerine işlemek için bir prosedür açıklıyoruz. BT tarama tanımlama süreçleri, dışa aktarma, segmentasyon, modelleme ve 3D baskı, süreçte öğrenilen konular ve derslerle birlikte açıklanmaktadır.
Abstract
Prosedürel görev eğitmenlerinin tanımı, nihayetinde prosedürü bir hasta üzerinde gerçekleştirmeden önce prosedürlerin tekrarı ve provası yoluyla teknik becerileri geliştirmek için bir eğitim aracı olarak kullanımlarını içerir. Bugüne kadar mevcut olan birçok prosedürel görev eğitmeni, gerçekçi olmayan anatomi ve eğitmen dokusu tekrarlanan manipülasyonlara maruz kaldıktan sonra kullanıcı tarafından oluşturulan 'yer işaretleri' geliştirme eğilimi de dahil olmak üzere çeşitli dezavantajlardan muzdariptir ve potansiyel olarak uygunsuz psikomotor beceri gelişimine yol açmaktadır. Bu dezavantajları iyileştirmek için, her yerde bulunan üç boyutlu (3D) baskı teknolojisini ve hazır emtia malzemelerini kullanan bilgisayarlı tomografi (BT) taramalarından elde edilen anatomiden oluşturulan yüksek doğruluklu bir prosedürel görev eğitmeni üretmek için bir süreç oluşturuldu.
Bu yöntem, doku içinde asılı duran kemikli iskelet yapısını kaplamak için ilgilenilen iskelet elemanını çevreleyen doku yapısını yakalayan 3D baskılı bir doku kalıbı oluşturmayı içerir ve bu da 3D baskılıdır. Hem yüksek doğruluklu geometride hem de doku yoğunluğunda dokuya yaklaşan bir doku ortamı karışımı daha sonra bir kalıba dökülür ve ayarlanmasına izin verilir. Bir görev eğitmeni, intraosseöz çizgi yerleştirme gibi bir prosedürü uygulamak için kullanıldıktan sonra, doku ortamı, kalıplar ve kemikler geri kazanılabilir ve sonraki eğitim oturumlarında kullanılmak üzere delinme bölgeleri ve manipülasyon kusurları içermeyen yeni bir görev eğiticisi oluşturmak için yeniden kullanılabilir.
Introduction
Prosedürel becerilerin hasta bakımı yeterliliği, sivil ve askeri sağlık 1,2 ortamlarında kursiyerlerin geliştirilmesi için kritik bir bileşendir. Prosedürel becerilerin geliştirilmesi, anesteziyoloji3 ve ön saflardaki tıbbi personel gibi prosedür yoğun uzmanlıklar için özellikle önemlidir. Görev eğitmenleri, birinci sınıf tıp öğrencisi veya tıp teknisyeninden kıdemli bir mukim veya bursiyere kadar değişen beceri seviyelerine sahip çok sayıda prosedürün provasını yapmak için kullanılabilir. Birçok tıbbi prosedürün tamamlanması için önemli bir eğitim gerekmesine rağmen, burada sunulan görev - interosseous (IO) bir hattın yerleştirilmesi - basittir ve daha az teknik beceri gerektirir. Bir IO hattının başarılı bir şekilde yerleştirilmesi, nispeten kısa bir eğitim süresinden sonra gerçekleştirilebilir. Görev eğiticilerinin kullanımını içeren tıbbi eğitim sırasında simülasyon kullanımı, klinik bir prosedürün güvenli, düşük stresli bir ortamda tekrarlanması ve provası yoluyla teknik prosedürel beceriler kazanmak için bir araç olarak kabul edilmektedir.
Anlaşılır bir şekilde, tıp eğitimi ortamlarında simülasyon eğitimi yaygın olarak kabul görmüş ve hasta sonuçları üzerindeki herhangi bir etkiye ilişkin verilerin azlığına rağmen bir dayanak noktası gibi görünmektedir 6,7. Ek olarak, son yayınlar, simülasyonun gelişmiş ekip dinamikleri ve karar vermenin bir sonucu olarak ekip performansını ve hasta sonuçlarını iyileştirdiğini göstermektedir. Yine de, simülasyonun kritik, hayat kurtarıcı prosedürleri gerçekleştirmek için zaman veya başarı oranını artırdığını gösteren çok az veri vardır 8,9 simülasyonun sağlık hizmeti sağlayıcılarının eğitiminde karmaşık ve çok yönlü olduğunu düşündürmektedir. Standart intravenöz erişimin mümkün olmadığı veya endike olduğu hastalarda, minimal beceri gerektiren vasküler erişimi hızlı bir şekilde elde etmek için IO hattı yerleşimi kullanılabilir. Bu prosedürün zamanında ve başarılı bir şekilde uygulanması, özellikle perioperatif ortamda veya travma senaryosunda kritik öneme sahiptir10,11,12. IO hattı yerleştirme, perioperatif bölgede nadiren uygulanan bir prosedür olduğundan ve hayat kurtarıcı bir prosedür olabileceğinden, klinik olmayan bir ortamda eğitim kritik öneme sahiptir. IO hattı yerleşimine özgü anatomik olarak doğru bir görev eğitmeni, bu prosedür için öngörülebilir eğitim sıklığı ve beceri geliştirme sunmak için ideal bir araçtır.
Yaygın olarak kullanılmasına rağmen, şu anda mevcut ticari görev eğitmenleri birkaç önemli dezavantajdan muzdariptir. İlk olarak, bir prosedürün birden fazla denemesine izin veren görev eğitmenleri, yalnızca görev eğiticisinin ilk satın alınması için değil, aynı zamanda silikon cilt yamaları gibi değiştirilebilir parçaların yenilenmesi için de maliyetlidir. Sonuç genellikle nadiren değiştirilen parçalardır ve stajyere yetersiz bir eğitim deneyimi sağlayan belirgin işaretler bırakır; hastalar prosedürün yapılması gereken yere önceden işaretlenmiş olarak gelmeyecektir. Diğer bir dezavantaj, geleneksel görev eğitmenlerinin yüksek maliyetinin, cihazların kaybolmasını veya zarar görmesini önlemek için cihazlar korumalı depolama konumlarında 'kilitlendiğinde' kullanıcılar tarafından sınırlı erişime neden olabilmesidir. Sonuç, daha titiz ve daha az programlanmış uygulama süresi gerektirmektedir, kullanımlarını sınırlamak kesinlikle planlanmamış eğitimi zorlaştırabilir. Son olarak, çoğu eğitmen düşük sadakatli 5,13,14 olarak kabul edilir ve yalnızca temsili anatomi kullanır, bu da potansiyel olarak uygunsuz psikomotor beceri gelişimine veya eğitim izlerine yol açar. Düşük sadakatli eğitmenler ayrıca beceri kazanımı, ustalık ve bozulmanın kapsamlı bir değerlendirmesini çok zorlaştırır, çünkü düşük kaliteli bir cihazda eğitim gerçek dünya prosedürünü yeterince taklit etmeyebilir.
Temsili anatomi ayrıca psikomotor becerilerin kazanılmasının ve ustalığının uygun şekilde değerlendirilmesini de engeller. Ayrıca, psikomotor becerilerin simüle edilmiş tıbbi ortamlar arasında hasta bakımına transferini değerlendirmek, psikomotor becerilerin bir kısmı klinik göreve yansıtılmazsa neredeyse imkansız hale gelir. Bu, tıbbi simülasyon ve eğitimin hasta sonuçlarını etkileme yeteneği konusunda fikir birliğinin önlenmesiyle sonuçlanır. Maliyet, anatomik doğruluk ve erişim zorluklarının üstesinden gelmek için düşük maliyetli, yüksek doğrulukta bir IO hattı görev eğiticisi geliştirdik. Görev eğitmeni, gerçek bir hastanın BT taramasından tasarlanmıştır ve doğru anatomi ile sonuçlanır (Şekil 1). Kullanılan malzemeler her yerde bulunur ve elde edilmesi kolaydır, geri kazanımı nispeten kolay olan bileşenlerle birlikte. Ticari olarak temin edilebilen diğer birçok eğitmenle karşılaştırıldığında, burada açıklanan görev eğitmeni tasarımının mütevazı maliyeti, eğitmenleri daha az erişilebilir, korumalı bir yerde tutma arzusunu önemli ölçüde azaltır ve önde gelen işaretler olmadan birden fazla tekrarı mümkün kılar.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
NOT: Nebraska Üniversitesi Tıp Merkezi Kurumsal İnceleme Kurulu, çalışmamızın insan denek araştırması oluşturmadığını belirlemiştir. Yerel IRB etik onay aldı ve bilgilendirilmiş onamdan feragat etti. Görüntüleme verilerinin tamamen anonimleştirilmesi, hastane kimliksizleştirme protokolüne göre analizden önce yapıldı.
1. Veriler
- Planlanan görev eğitmeni için ilgilenilen anatomiyi yakalayan bir BT taraması edinin. Kullanılan 3D yazıcının çalışma hacmi sınırlamalarını ve prosedürel adımlar için gerekli işaretleri dikkate almaya dikkat edin.
- Tarama Tıpta Dijital Görüntüleme ve İletişim biçiminde (DICOM) elde edilirse, Neuroimaging Informatics Technology Initiative (NiFTi)15 biçimine (.nii) dönüştürün.
2. Segmentasyon
- CT görüntülerini segmentlere ayırmak için 3B Dilimleyici yazılımını (http://www.slicer.org) kullanın. NIfTi dosyasını Adım 1.2'den 3B Dilimleyiciye aktarın.
- Eğitmeni modellemek için gereken segmentleri oluşturmak için Segment Düzenleyici modülünü seçin.
- Görev eğiticisinin 1) Kemik ve 2) Doku bileşenleri için bir segment ekleyin.
NOT: Göğüs tüpü yerleştirmeyi eğitmek için kullanılanlar gibi bazı eğitmenlerin geliştirilmesi, ek segmentler gerektirebilir. - Segment 1) Kemik'i seçin. Eşik Efekti'ni kullanarak, tanımlanan "pencere" aralığı ilgilenilen Kemik bileşenini tanımlayana kadar yoğunluk aralığını değiştirin.
NOT: Kemik segmentleri için normal aralık, mevcut maksimum değere 100 ila 175 HU (Hounsfield Birimleri) ve doku için, tipik olarak -256 HU'dan mevcut maksimuma kadardır. - 1) Bone bileşenini vurgulamak için Threshold işlevini kullanın ve Apply komutunu kullanarak taramaya uygulayın .
- Görev eğiticisini oluşturmak için taramanın gerekli olmayan alanlarını kaldırmak için Makas işlevini kullanın. IO eğitmenleri için kemik iliği boşluğunun boş kalmasını sağlamak için dikkatli olun.
NOT: Bu adım, ilgilenilen segmentin eğitmenin istenen boyutlarına indirgenmesidir. Kullanılacak 3D yazıcının yapı hacmi sınırlamaları burada dikkate alınmalıdır; ancak segment bölüm 3'te daha da azaltılabilir.
- Görev eğiticisinin 1) Kemik ve 2) Doku bileşenleri için bir segment ekleyin.
- 2) Doku bileşeni için 2.2.1-2.2.4 arasındaki adımları yineleyin.
- Segmentasyonlar modülünü kullanarak; her bileşeni STL dosyası olarak dışa aktarın.
3.3D Modelleme
- AutoDesk Meshmixer'ı kullanarak 3B segmentleri daha da kırpın ve Fusion360 içinde optimum performans için geometrik elemanların sayısı açısından her segmentin çözünürlüğünü azaltın.
- İçe aktarılan STL dosyalarının doğru üçgen normal yöne sahip olduğunu onaylayın. Her üçgen noktasının normallerini, ağın dış yüzeyi yönünde olduğundan emin olun. Üçgen yönü yanlışsa, Seç | | değiştirme Tümü işlevini ve ardından Seç | | düzenle Flip Normals işlevi.
- İthal STL Segmentlerinin istenmeyen yapılarını (örneğin, kontrast kullanımı nedeniyle BT tarafından yakalanan istenmeyen doku veya vaskülatür segmentlerini) ortadan kaldırın ve görev eğiticisini oluşturmak için gereken modelleri hassaslaştırın. Dışa aktarılan segmentin eşik aralığına yanlışlıkla dahil edilmiş olabilecek segmentlerdeki istenmeyen yapıları kaldırarak modeli hassaslaştırmak için Seç işlemini kullanın, istenmeyen yapılardaki üçgenleri seçin, sonra Düzenle | Atın.
- 3.1.2'den sonra Düzenle | Düzlem Kesim aracı, modeli 3D yazıcı yapı hacminin sınırlarına uyacak şekilde kırpmak için kullanılır. Aşırı geometrik çözünürlük nedeniyle oluşan hesaplama ek yükünü azaltmak için, Fusion360'ta optimum performansa izin vermek üzere modeli tanımlamak için kullanılan üçgen sayısını azaltın. Seç'e tıklayın, tüm ağı seçmek için ağ üzerinde herhangi bir yere çift tıklayın, ardından Düzenle | Azaltın. Hedefi Azalt için, yaklaşık 10.000 yüzün altındaki bir Üçgen Bütçeye düşürün.
NOT: Yazarlar tarafından kullanılmakta olan yazıcının maksimum yapı hacmi 250 x 210 x 210 mm'dir; böylece model, kalıbın yazıcının yapı hacmine sığmasını sağlamak için maksimum 220-230 mm uzun eksen uzunluğuna kesildi. Yazıcının yapı hacmi, modeli yaklaşık 20-30 mm daha kısa yaparak uzun eksen uzunluğunu belirlemelidir. Geometri, yüksek doğrulukta görev eğitmenleri geliştirmek için klinik olarak ilgili ayrıntı kaybı olmadan kolayca ~ 10K üçgenlere indirgenebilir. - Seçme aracını kullanarak delikleri ve yüzey düzensizliklerini ortadan kaldırın veya azaltın. Kusurun etrafındaki ağın üçgenleri seçildikten sonra, Seç komutunu kullanın | Düzenle| Yüzey deliklerini ve düzensizliklerini iyileştirmek için Sil ve Doldur. STL dosya türünü kullanarak bitmiş modelleri dışa aktarın ve kaydedin.
NOT: İnterosseöz hat görev eğitmenleri için hedef kemiğin dış yüzeyi tamamen kapanmayı gerektirir; aksi takdirde, erimiş doku ortamı ilik boşluğuna girecek ve görev eğiticisinin performansını düşürecektir.
- AutoDesk Fusion360'ı kullanın ve . STL dosyaları, Ekle | kullanarak çalışma alanına ağ olarak girer Mesh komutunu ekleyin .
- Fusion360 zaman çizelgesini devre dışı bırakarak ve hedef ağdaki üçgen sayısını <10.000'e düşürerek içe aktarılan kafesleri BRep katıları haline dönüştürün.İçe aktarılan Mesh Gövdesini seçin ve sağ tıklayın. Mesh to BRep seçeneğini belirleyin. Kafesler BReps katıları maddelerine dönüştürüldükten sonra Fusion360 zaman çizelgesine devam edin.
- Dikdörtgen katıyı Doku BRep'in uzun ekseni boyunca bölerek Görev Eğiticisinin kalıbını oluşturmak için katıyı değiştirin.
NOT: Kalıp, Doku katısını kapsayan bir küp veya dikdörtgen katı oluşturmak için çizim unsuru kullanılarak Doku BRep'in etrafında oluşturulur. Kalıp boyutu, seçilen 3D yazıcının maksimum yapı hacmini karşılayacak şekilde değiştirilmelidir. Kalıp ikiye bölündüğü için, basılan en uzun boyut, birleştirildikleri için son kalıbın en büyük boyutu olmayabilir. - Destek pimleri için 2-3 konum seçin ve görev eğiticisinin kemiklerini düzeltmek için önceden tasarlanmış montaj grubu bileşenlerini yerleştirin. Destek pimleri için seçilen konumların, iğnenin başının etrafındaki kemikte geniş bir destek yapısına sahip olduğundan emin olun.
NOT: Seçilen pim kafasının etrafındaki kemiğin, montaj grubu ayrıca kemikle kaynaştırılacak sağlam bir silindirik destek yapısı içerdiğinden, mükemmel bir şekilde homojen olması gerekmez. Bu yapı, pimin başını yeterince destekler ve kemiklerin doku ortamı içindeki doğru anatomik yerleşimini korur. - Doku ortamının kemik iliği boşluğuna girmesini önlemek ve simüle edilmiş kemik iliğinin boşalmasını önlemek için Bone BRep'in açık kemik iliği boşluğuna bir kemik tıkacı alın ve yerleştirin.
- Sıvı doku ortamının kalıba dökülmesine izin vermek için Doku BRep katı tarafından temsil edilen alandaki kalıplardan bir açıklık (tipik olarak 4-6 cm çapında) oluşturun.
- Önceden tasarlanmış montaj gruplarının bileşenleri uzaydaki kemikleri sabitleyecek şekilde konumlandırıldıktan sonra, çeşitli montaj gruplarını modellere eklemek veya kesmek için Boolean Combine işlevlerini gerçekleştirin.
- İpsilateral taraf için görev eğiticisini yapmak için adım 3.2.6'dan önce nesnelerin bir aynasını gerçekleştirin. 3.2.6'dan önceki 3.2.3-3.2.5 adımlarını yineleyin.
- Yazdırma için son bileşenleri dışa aktarın. Çalışma alanında istediğiniz gövdeyi seçin ve sağ tıklayarak bir STL dosyası oluşturun | STL Olarak Kaydet.
4.3D Yazdırma
- 3B'yi basitleştir'i kullanarak, STL dosyasını 3B yazıcının yatağına yerleştirin, böylece dilimleme programı öğeyi yazdırmak için gereken GCODE'u oluşturabilir. Bileşenleri, 210 °C sıcak uç sıcaklığında 0,4 mm'lik bir nozul kullanarak Polilaktik Asit (PLA) 3D yazıcı ortamı filamentiyle yazdırın. Ayarların 4 üst ve alt katman ve 3 çevre kabuğu kullandığından emin olun.
- İlik boşluğundaki gerekli destek malzemesini en aza indirmek için kemikleri dikey olarak yönlendirin. Sal, 0,2 mm katman yüksekliği, %20 dolgu ve tam destek malzemesi (baskı yatağından ve baskı içinden) kullanarak yazdırın. Doku kalıplarını yazdırırken, kalıp bileşenlerini doku yüzeyi yukarı bakacak şekilde yönlendirin. Doku kalıplarını sal, 0,3 mm katman yüksekliği, %15 dolgu ve tam destek malzemesi olmadan yazdırın.
- Destek pimlerini ve diğer bileşenleri destek malzemesini en aza indirecek şekilde düzenleyin - tüm pim destek parçalarını sal, 0,2 mm katman yüksekliği ve %20 dolgu ile yazdırın. İplik yapılarının aslını en üst düzeye çıkarmak için diş malzemesi olmadan dişli bileşenleri düşük bir hızda yazdırın.
- Her bileşenin parametreleri seçildikten sonra, Simplify 3D tarafından oluşturulan GCODE dosyasını hazırlayın ve bir SD karta aktarın. Bir Prusa i3 MK3 kullanarak, SD karttan kaydedilen GCODE dosyasını seçin ve 1,75 mm PLA 3D yazıcı ortamı filamenti ile yazdırın.
5. Montaj
- Doku ortamını hazırlayın.
NOT: Kursiyerin mevcut beceri ustalığı seviyesi, opak veya şeffaf doku ortamının gerekli olup olmadığını belirleyebilir. Şeffaf ortam, stajyerin IO yerleştirme sırasında ilerlemelerini görsel olarak izlemesine ve kemikli yer işaretlerini daha kolay tanımlamasına olanak tanırken, opak ortam gerçek klinik deneyimi daha iyi simüle eder.- Doku ortamını oluşturmak için kullanılacak aşağıdaki bileşenleri ölçün ve 260 g tatsız jelatini bir kenara koyun (bu miktarlar gerektiğinde ölçeklendirilebilir); gerekirse, 140 g ince öğütülmüş psyllium kabuğu lifi, portakal aromalı, şekersiz (şeffaf bir ortam oluşturmak için bu adımı atlayın); 42 g %4 w / v klorheksidin.
NOT: Psyllium kabuk lifi opak bir ortam yapmak için kullanılabilir. Bu bileşen, opak bir ortam isteniyorsa jelatinden hemen sonra eklenmelidir16. - 1000 mL suyu (musluk kabul edilebilir) 85 ° C'ye ısıtın.Suyu, 18.9 L'lik bir kova gibi bileşenlerin hacminden birkaç kat daha büyük bir karıştırma kabına ekleyin.
- Doku ortamı çözeltisini kuvvetlice karıştırırken, jelatin, psyllium kabuğu lifi ve klorheksidin çözeltisini sırayla suya ekleyin ve bir öncekinin dahil edilmesinden sonra bir sonraki bileşeni eklemeden önce bekleyin.
NOT: Şeffaf bir ortam yapıyorsanız psyllium kabuğu lifi eklemeyin.
- Doku ortamı çözeltisini kuvvetlice karıştırırken, jelatin, psyllium kabuğu lifi ve klorheksidin çözeltisini sırayla suya ekleyin ve bir öncekinin dahil edilmesinden sonra bir sonraki bileşeni eklemeden önce bekleyin.
- Kabarcıkların çözeltiden dağılmasını sağlamak için karışımı 71 ° C'lik bir su banyosunda en az 4 saat ısıtın. Karıştırma kabını doğrudan sıcak su banyosuna yerleştirin veya karışımı plastik saklama torbaları gibi ayrı bir kaba aktarın.
- Doku ortamını monte edilmiş kalıba dökmek için hazırlayın. Karışımın homojen ve akışkan olduğundan emin olun. Karışımın sıcaklığını 46 °C'de tutun.
NOT: Doku ortamına hemen ihtiyaç duyulmuyorsa, ihtiyaç duyulana kadar bir saklama kabı içinde 4 °C veya -20 °C'de saklanabilir.
- Doku ortamını oluşturmak için kullanılacak aşağıdaki bileşenleri ölçün ve 260 g tatsız jelatini bir kenara koyun (bu miktarlar gerektiğinde ölçeklendirilebilir); gerekirse, 140 g ince öğütülmüş psyllium kabuğu lifi, portakal aromalı, şekersiz (şeffaf bir ortam oluşturmak için bu adımı atlayın); 42 g %4 w / v klorheksidin.
- Simüle edilmiş kemik iliği çözeltisini hazırlayın.
NOT: Simüle edilmiş kemik iliği çözeltisi önceden hazırlanabilir ve kullanıma hazır olana kadar oda sıcaklığında kapalı bir kapta saklanabilir.- 100 g soğuk suyu ölçün ve iyice karıştırın (musluk iyidir); 100 g ultrason jeli; ve 5 mL kırmızı gıda boyası (isteğe bağlı, simülasyonu geliştirmek için kullanılır). Nihai ürünün kalın ancak hızlı bir şekilde aktarılacak kadar akışkan olduğundan emin olun.
- Kemiği kalıbın dibine sabitleyin ve kalıbı monte edin.
- Kalıbın iç yüzeylerinin her iki tarafını, yapışmaz pişirme spreyi gibi silikon bazlı olmayan bir serbest bırakma maddesi ile püskürtün. Doku boşluğu içinde doğru pozisyonu korumak için destek pimlerini kullanarak kemiği sabitleyin. Kemikleri/pimleri kalıbın dibine sabitleyin.
- Kalıbın üst kısmını alt kısma hizalayın ve kalıbın iki yarısını birbirine sabitleyin. Dökme sırasında doku ortamının ilik boşluğuna girmesini önlemek için kemik tıkacının yerinde olduğundan emin olun.
- Kalıbı, açıklık yukarı bakacak şekilde konumlandırın ve 46 °C doku ortamını kalıbın boşluğuna dökün. Ters çevrilmiş bir hava duster kabı kullanarak doku ortamının kalıptan herhangi bir sızıntısını, hızlı bir şekilde soğutmak için sıcak doku ortamını doğrudan teneke kutuyla püskürterek giderin. Doldurulmuş kalıbı en az 6 saat boyunca veya doku ortamı ayarlanana kadar 4 °C'lik bir buzdolabına aktarın.
- Kalıbı sökün ve görev eğiticisini ve destek pimlerini çıkarın. Kemik tıkacını çıkarın, ilik boşluğunu 5.2'de oluşturulan simüle edilmiş 'kemik iliği' ile doldurun ve kemik tıkacını değiştirin. Görev eğiticilerini plastik bir saklama torbasına yerleştirin ve montajı eğitim için gerekli olana kadar 4 °C veya -20 °C'de saklayın.
6. Görev eğitimi
- Görev eğiticisini depodan çıkarın ve oda sıcaklığına ulaşmasına izin verin. Henüz yerinde değilse, 5.5'teki talimat başına adım 5.2'den simüle edilmiş kemik iliği materyali ekleyin.
NOT: Eğitmenin oda sıcaklığına ısınmasına izin vermek, simülasyon deneyimini geliştirir. - Görev eğitmenleri hakkında eğitim gerçekleştirin. Kursiyerlere IO iğnelerini yerleştirmelerini (Şekil 2A) ve IO hattı yerleşiminin olağan adımlarına göre simüle edilmiş kemik iliğini (Şekil 2B) aspire etmelerini söyleyin.
- Eğitimden sonra, dokuyu, ortamı ve kemikleri geri kazanmak için görev eğitmenlerini sökün.
NOT: Manipülasyondan sonra, IO eğitmeninin kemikleri, IO hattı kanulasının yerleştirilmesiyle oluşturulan deliklere sahip olacaktır. Bu delikler el tipi bir 3D yazıcı kalemi kullanılarak PLA ile doldurulabilir veya alternatif olarak kemikler atılabilir. - Bölüm 5.Alternatif olarak, geri kazanılmış malzemeleri sonraki eğitim için yeniden monte edin ve yeniden kullanın, doku ortamını eritin, 5.1.4'e göre geri kazanın ve hemen ihtiyaç duyulmazsa 4 ° C veya -20 ° C'de saklayın.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Protokolü takiben, görev eğitmeninin modellenmesi, tanımlanmamış bir hastanın BT taramasını kullandı. BT görüntülerinin segmentasyonunda 3D modelleme için 3D Dilimleyici yazılımı ve Auto Meshmixer kullanılmıştır. 3D baskı için hem 3D Simplify hem de Prusa i3 MK3 kullanılmıştır (Şekil 1). Daha sonra, 3D baskılı parçaların montajını tamamladık, doku ortam karışımını hazırladık ve medya karışımını monte edilmiş görev eğitici kalıbına döktük. Görev eğitmeni ile bir eğitim döneminin ardından, doku ortamı geri kazanıldı ve yeni görev eğiticilerinin montajında yeniden kullanıldı.
3D modelleme için kullanılan hastanın sol diz ekleminin BT taraması, diz altında 6-7 cm tibia ve fibula kemiği, diz üstünde 2-3 cm femur kemiği ve patelladan oluşuyordu. Bu protokolün uygulanması sırasında, farklı anatomik segmentler arasındaki örtüşmeden kaynaklanan BT taramasında görülen artefaktlar, her bir segmenti STL'lere ihraç ettikten ve 'normalleri çevirme' işlemi gerçekleştirildikten sonra Meshmixer'da manuel olarak atıldı. Sol tibial kemik ve doku STL ağları, kemik iliği boşluğu yüzeyinin anatomik karmaşıklığını azaltmak için modifiye edildi. Femur, tibia, fibula ve patellayı birbirine sabitlemek için destekleyici yapılar üretildi. Fusion 360'a, kemiğin ince fibula yapısını tibiaya yükseltmeye yardımcı olmak için destekleyici bir "braket yapısı" eklendi, böylece bu kemiğin kırılmasını önledi.
Kalıp yapısı, üst ve alt yapıya ayrılmış dikdörtgen bir katıdan ve silikon köpük kordonunu doku segmentinin ana hat çevresi üzerinde tutmak için 2,5 mm'lik bir kanaldan oluşuyordu. Destekleyici pim yapıları, hizalama pimi kanalları ve kemik tıkacı alıcısı, uygulanabilir yapıları modele aktarılarak kemik ve kalıp yapılarına eklenmiştir (Şekil 3). Kalıp, iki adet 41 mm Destek Pimi Montaj grubunun, doku boşluğundaki kemik yapılarını düzgün bir şekilde desteklemek ve askıya almak için yeterli olacağı şekilde tasarlanmıştır. Doku boşluğunu açığa çıkarmak için yapılan bir açıklık, kalıp yapısının önünden silindirik bir gövde yapısını keserek doku ortamının dökülmesini kolaylaştırdı.
Fusion 360'ta kalıp ve kemik yapıları tamamlandıktan sonra, aşağıdaki dördü . STL segmentleri, model dışa aktarılarak oluşturulmuştur: 1) Kemikler, 2) Alt kalıp kutusu, 3) Üst kalıp kutusu ve 4) model donanımı (2 x 41 mm Destek Pimi, 2x Destek Pimi Tabanları ve 1x Kemik Fişi). Daha sonra, dört STL segmenti Basitleştirme 3D'ye aktarıldı ve 100 mm/sn baskı hızında 0,4 mm'lik bir nozul ve 0,3 mm katman yüksekliği kullanılarak baskı için bu segmentler için temsili GCODE dosyaları oluşturuldu. Tablo 1 , tüm segmentler Orijinal Prusa MK3 yazıcılarda yazdırıldığında daha önce belirtilen ayarları kullanarak baskı sürelerini ve PLA filament malzemesi gereksinimi tahminlerini listeler. Doku ortamı (jelatin) bileşenlerinin hızlı bir şekilde dahil edilmesi, tutarlı ve homojen bir nihai ürün elde etmek için esastır. Kullanılan doku ortamının miktarı, monte edilen görev eğiticisinin modeline bağlı olarak değişir. Tibial IO yerleştirme Görev Eğiticisi modelinde kullanılan doku ortamının tasarımına ve gerçek hacimlerine bir örnek Tablo 2'de gösterilmiştir.
Görev eğiticisini kalıptan çıkarmak için, sıkıştırma cihazları gevşetildi, kalıp üstü ve alt kısım ayrıldı ve 2 x 41 mm destek pimleri döndürüldü ve kemiklerden çıkarıldı. Kemik iliği boşluğu daha sonra simüle edilmiş ilik çözeltisi ile dolduruldu ve bir kemik tıkacı güvenli bir şekilde yerleştirildi. Son görev eğitmeni daha sonra anatomik yer işaretlerinin ve segmentlerin ölçümü için bir BT taraması ile görüntülendi. Sonuçlar, yüksek doğruluklu bir görev eğitmeni IO hattı yerleşimini göstermektedir (Şekil 4). Yeni kalıplanmış görev eğitmeni daha sonra fermuarlı kilitli bir torbaya yerleştirildi, buzdolabına iade edildi ve gelecekteki bir eğitim oturumunda kullanılmak üzere saklandı.
IO hattı yerleştirme eğitim oturumları için şeffaf ve opak görev eğitmenleri bir araya getirildi (Şekil 5). Kurumumuzda Anesteziyoloji Anabilim Dalı'na sunulan yarım günlük IO line yerleştirme eğitiminde toplam 40 görev eğiticisi (20 tibia ve 20 humeri) kullanılmıştır. Bu eğitime hem fakülte hem de kursiyerler katıldı. Her katılımcının hem görev eğitmenleri (tibia ve humerus) hem de IO hattı yerleşimini gerçekleştirmek için gerekli ekipmanla 15 dakikalık uygulamalı etkileşimi vardı. Görev eğiticilerinin avantaj ve dezavantajları ile görev eğiticisi iyileştirmeleri hakkında ön veriler hemen ardından toplanmıştır.
Görev eğitmeninin kullanımına özgü katılımcılar tarafından belirlenen avantajlar şunları içeriyordu: a) yüksek düzeyde anatomik benzerlik, b) anatomik yer işaretlerini bulma yeteneği, c) dokuya benzeyen dokunsal duyum, d) uygulanan prosedürün tekrarlanabilirliği, e) görev tamamlama geri bildirimi sağlamak için kemik iliğini aspire etme yeteneği ve f) kemiğe delme sırasında uygun dokunsal geri bildirim. Görev eğitmenini geri kazanma ve yeniden kullanma yeteneği ve eğitmenin düşük maliyeti, katılımcılar tarafından belirlenen önemli özelliklerdi. Ayrıca, fakülte ve kursiyerler, cildin dokunsal geri bildirimine daha yakından benzemek ve uzuv uzunluğunu artırmak için bir cilt veya kumaş tabakası eklemeyi önerdi. Eğitimden sonra, doku ortamı geri kazanıldı ve yeniden kullanıldı (Şekil 1).
Şekil 1: İntraosseöz çizgi yerleştirme görev eğiticisi oluşturma sürecini gösteren akış şeması. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: Opak doku ortamına sahip bir eğitmen kullanılarak tibial bir görev eğiticisi ile intraosseöz hat yerleştirme. (A) Ticari olarak temin edilebilen bir IO yerleştirme matkabı ile kemiğe delinme. (B) IO hattının başarılı bir şekilde yerleştirilmesi üzerine iliğin aspirasyonu. Kısaltma: IO = intraosseous. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3: Tibial görev eğiticisini oluşturan 3B tasarımlı ve 3B baskılı bileşenler. (A) 3B tasarlanmış tibia; (B) 3D baskılı tibia; (C) 3D tasarımlı kalıp ve tibia ve pimleri çevreleyen dokunun; (D) Tibia ve pimleri çevreleyen dokunun 3D baskılı kalıbı. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 4: Opak ve şeffaf doku ortamı, eğitimin özelleştirilmesine izin verir . (A) ve (C), opak doku ortamı ile yapılan bir humerus ve tibial görev eğiticisini temsil eder. (B) ve (D) şeffaf ortamla yapılmış humerus ve tibial görev eğiticisini temsil eder. Şeffaf doku ortamı ile iskelet yapılarının görünürlüğüne dikkat edin. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 5: Görev eğiticisini oluşturmak için kullanılan BT tarama verileri ile tam olarak monte edilmiş IO hattı yerleştirme humerus görev eğiticisi arasındaki anatomik mesafeler benzerdir. (A) Kemik kalınlığı (mm), (B) cilt derinliği (mm) ve (C) BT tarama verilerinden tendon oluğu (mm) anatomik olarak (D) Kemik kalınlığına (mm), (E) cilt derinliğine (mm) benzerdir. ve (F) tam olarak monte edilmiş humerus görev eğiticilerinin BT taramasında tendon oluğu. Kısaltmalar: BT = bilgisayarlı tomografi; IO = intraosseous. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
| Yapı | Yaklaşık Baskı Süresi (h) | PLA Filament gereksinimleri (tahmini, g cinsinden) | Malzeme Maliyeti (Dolar) |
| Kutu Üstü | 32 | 800 | 16.00 |
| Kutu Altı | 17 | 450 | 9.00 |
| Kemikler | 9 | 200 | 4.00 |
| Donanım | 2 | 16 | 0.32 |
Tablo 1: Gerekli her bileşenin zaman ve maliyet listesi.
| Yapı | Ses Seviyesi (L) | Tahmini Maliyet |
| Doku Boşluğu | 2,06 L | Yok |
| Kemik Yapısı | 0,313 L | Yok |
| Doku Boşluğu – Kemik Yapısı | 1.747 L | $35 (geri alınabilir) |
| İlik Boşluğu | 0,075 L | 0,25 Dolar |
Tablo 2: Doku ortam hacimleri.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Bu protokolde, IO hattı yerleştirmenin seyrek gerçekleştirilen ve hayat kurtaran prosedürünü eğitmek için bir 3D görev eğitmeninin geliştirme sürecini detaylandırıyoruz. Bu kendi kendine yönlendirilen protokol, model yapılarının büyük kısmını üretmek için 3D baskı kullanırken, görev eğiticisini monte etmek için kullanılan bileşenlerin geri kalanı her yerde bulunur, kolayca elde edilebilir ve geri kazanılabilecek ve yeniden kullanılabilecek toksik olmayan malzemelerdir. 3D görev eğitmeni düşük maliyetlidir ve oluşturmak ve bir araya getirmek için minimum uzmanlık gerektirir. 3D IO hat yerleştirme görev eğitmenimizi, UNMC Anesteziyoloji Bölümü eğitim oturumlarında, fakülte ve kursiyerlerin katıldığı bir gösteri ve uygulamalı uygulamayı başarıyla kullandık. Eğitim sırasında toplanan fizibilite verileri, katılımcıların görev eğitmenlerinin gerçek hasta anatomisine yüksek derecede anatomik sadakate sahip oldukları konusunda hemfikir olduklarını ve cihazın dokunsal geri bildiriminden daha da memnun olduklarını göstermiştir.
Bir görev eğitmeninin üretimindeki kritik adımlar iki bölüme ayrılmıştır: 3D tasarım ve imalat; görev eğitmeni montajı. Görev eğitmenlerini oluşturmak için kullanılan 3D modelleri oluştururken, yeterli segmentasyon kritikti. Anatomik doğruluğa bağlı kalmadan, nihai ürün doğru olmayabilir. Eşik segmentasyonu, modellere doğru şekli ve kalınlığı vermek için yüzey ayrıntılarının mevcut olduğundan emin olmak için görev eğitmeninin ilgi alanına dikkat edilmesini gerektirir. Tibia ve humerus kalınlığı, simüle edilmiş IO hattı yerleşimi sırasında yeterli dokunsal geri bildirim sağlamak için özellikle önemlidir. Doku ve kemik bileşenlerini segmentlere ayırma süreci inanılmaz derecede zaman alıcı olabilir, çünkü BT taramaları genellikle kemikle örtüşen HU aralıklarına sahip iyotlu kontrast maddeler kullanır. Bu nedenle, iyotlu kontrast ile nüfuz eden anatomik yapılar, kemik segmentlerine uygun olmayan şekilde dahil edilebilir.
Doku ortamının uygun şekilde hazırlanması ve depolanması kritik öneme sahiptir. Protokolde öngörülen sıcaklıklara bağlılık, 3D baskılı yapıların zarar görmesini önlemek ve maksimum doku ortamı ömrü sağlamak için gereklidir. Özellikle, doku ortamı soğuk veya donmuş kalmalı ve mikrobiyal büyümeyi ve dehidrasyonu önlemek için kullanılmadığında plastikle kaplanmalıdır. Hastanın BT taramalarının kullanılabilirliği ve doğruluğu, IO hattı görev eğiticisinin oluşturulmasında sınırlamalar getirebilir. 3D baskı gereksinimleriyle ilgili modellerin oluşturulmasında sınırlamalar var gibi görünmektedir. 3D baskı işlemi sırasında termoplastik katmanları, önceki katmanların veya destek malzemesinin üzerine biriktirilir. Bu işlemle üretilen bazı modeller ve önerilen eğitmenler, bir 3D yazıcının boyut sınırlarını aşabilir ve eğitmenin kritik yönlerini (IO modelleri için ilik alanı gibi) koruyan baskıya izin vermek için yazıcı boyutunun veya bileşenlerinin değiştirilmesini gerektirebilir. Görev eğitmeni oluşturma için uygun diğer formatlar arasında manyetik rezonans görüntüleme bulunur. Bununla birlikte, görüntüleme yöntemi, bu protokolde değişiklik yapılmasını gerektiren farklı veri türlerini görüntüler.
Bu IO line yerleştirme görev eğiticisi, diğer görev eğitmenlerine kıyasla daha düşük bir maliyet ve görev eğiticisini farklı anatomik bölgelere (humerus ve tibia) ve erkek veya kadın dahil olmak üzere çeşitli anatomilere ve yüksek ve düşük vücut kitle indeksine göre özelleştirme yeteneği de dahil olmak üzere çeşitli yenilikçi özelliklere sahiptir. Ayrıca, doku ortamı karışımı farklı opaklıklarda hazırlanabilir, bu da istenirse iskelet yapılarının veya yer işaretlerinin farklı seviyelerde görselleştirilmesine izin verir. Anatomik doğruluğu ve alt bileşenlerinin yeniden kullanılabilir doğası göz önüne alındığında, bu görev eğitmeni, prosedürel becerilerin bir simülasyon veya eğitim ortamından bir test veya klinik ortama aktarılması da dahil olmak üzere benzersiz tıbbi prosedür eğitimi ve simülasyon araştırma fırsatları sunmaktadır. Bu görev eğitmeninin yüksek sadakatli ve düşük maliyetli özellikleri, sağlık stajyerleri ve sağlayıcılarında prosedürel beceri kazanımını ve bozulmasını değerlendirmek için mükemmel bir seçimdir. Ayrıca, eğitmenin üstün anatomik doğruluğu, ergonominin eğitim yaraları ve bu alanda hızla ortaya çıkan bir ilgi konusu olan eğitmen yapısının bozulması üzerindeki etkisini değerlendirme fırsatları vermektedir17. Genel olarak, bu aracın kullanımı, tıbbi simülasyondaki en iyi uygulamaların daha iyi anlaşılmasını teşvik edebilir18.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarların açıklayacak hiçbir şeyleri yoktur.
Acknowledgments
Bu projenin finansmanı yalnızca kurumsal veya departman kaynaklarından sağlanmıştır.
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).
