Summary
현재 프로토콜은 진공 밀봉된 온수 수조 침지 기술을 사용하여 사체 뼈의 침용 및 세척을 설명합니다. 이것은 3차원(3D) 프린팅 모델의 대안으로 수술 계획 및 의학 교육을 위한 해부학적 표본을 생산하는 저렴하고 안전하며 효과적인 방법입니다.
Abstract
뼈 모델은 해부학적 이해 향상, 수술 전 수술 계획 및 수술 중 참조를 포함하여 다양한 용도로 사용됩니다. 주로 법의학 분석을 위해 연조직의 침용에 대한 몇 가지 기술이 설명되었습니다. 임상 연구 및 의료 용도의 경우 이러한 방법은 상당한 장비와 전문 지식이 필요하고 비용이 많이 드는 3차원(3D) 프린팅 모델로 대체되었습니다. 여기서, 사체 양 척추뼈는 시편을 시판되는 식기 세척 세제로 진공 밀봉하고, 온수 수조에 담근 후, 연조직을 수동으로 제거하여 세척하였다. 이것은 악취의 존재, 유해 화학 물질의 사용, 상당한 장비 및 높은 비용과 같은 기존 침용 방법의 단점을 제거했습니다. 설명된 기술은 수술 전 계획 및 수술 중 참조에 유용할 수 있는 골 구조를 정확하게 모델링하기 위해 해부학적 세부 사항과 구조를 유지하면서 깨끗하고 건조한 샘플을 생성했습니다. 이 방법은 간단하고 비용이 적게 들며 수의학 및 인간 의학의 교육 및 수술 계획을 위한 뼈 모델 준비에 효과적입니다.
Introduction
연조직 제거 및 뼈 청소는 법의학, 의학 및 생물학 연구, 수의학 및 의학 교육에 필요합니다. 대부분의 기술은 법의학 목적으로 개발되어 뼈의 손상을 최소화하여 가능한 한 많은 세부 사항을 보존합니다. 이는 수술 전 수술 계획뿐만 아니라 합병증을 최소화하는 데 도움이 되는 수술 중 의사 결정을 위한 정확하고 가시적인 뼈 모델을 제공할 수 있습니다 1,2,3. 이는 2D 이미지로 계획하는 것에 비해 수술 시간과 출혈을 줄이고 외과 의사 간의 의사 소통을 개선하여 수술에 도움이 됩니다4. 이러한 모델을 사용하면 형광 투시법과 같은 수술 중 영상에 대한 의존도를 줄여 사람에 대한 방사선 노출을 줄일 수 있습니다.
시체의 골격 뼈는 역사적으로 이러한 모델에 사용되었습니다. 그러나 기술 발전으로 인해 제조 된 모델과 최근에는 3 차원 (3D) 인쇄 모델이 사용되었습니다. 뼈 모델은 사체 샘플의 가용성과 이러한 샘플을 사용 가능한 모델로 처리하는 효율성에 의존합니다. 3D 프린팅은 창의적 자유의 장점이 있어 특히 해부학적 이상이나 신생물이 존재하거나 환자에 맞게 하드웨어를 제조 또는 보강해야 하는 경우 해부학적 및 환자별 모델을 사용할 수 있습니다1. 이 샘플은 또한 시술 중에 외과의가 멸균하고 조작할 수 있습니다. 그러나, 이러한 자유는 컴퓨터 단층 촬영(CT) 스캔을 필요로 하고, 필요한 재료와 장비가 비쌀 수 있으며, 필요한 소프트웨어(1,4)에서 모델을 생성하기 위해 전문 지식이 필수적이기 때문에 비용이 든다. 또한 이러한 요인은 모델의 정밀도와 품질을 제한할 수 있으므로 수술 계획 및 성공에 영향을 미칠 수 있습니다1. 3D 프린팅 모델은 환자별 해부학적 구조가 필요하지 않고 모델에 대한 즉각적인 요구 사항이 있는 경우에 가장 적합한 선택이 아닐 수 있습니다.
사체 뼈에서 연조직을 제거하기 위해 일반적으로 적용되는 방법에는 수동 세척, 박테리아 침용, 화학적 침용, 요리 및 곤충 침용이 포함됩니다 5,6. 이러한 방법의 성공 여부는 일반적으로 최종 제품5,7의 비용, 시간, 노동력, 장비, 안전성 및 품질을 기반으로합니다. 수동 청소는 가장 많은 노동력과 상당한 시간이 필요하지만 최소한의 장비로 충분합니다5. 박테리아 침용은 박테리아가 조직을 분해할 수 있도록 장기간(종종 최대 3주) 동안 샘플을 찬물 또는 온수 수조에 방치하는 것으로 구성됩니다6. 이는 불쾌한 냄새를 발생시키고, 박테리아를 처리하기 위한 추가적인 장비를 필요로 하며, 사용자에게 생물학적 보안 위험을 발생시킨다(5,6). dermestid 딱정벌레의 사용은 최소한의 노동으로 매우 효과적이지만 동물의 식민지와 축산을 필요로하며 드물게 사용하면 경제적 투자로 간주되지 않습니다 6,7. 화학적 침용은 일반적으로 트립신, 펩신, 파파인과 같은 효소 또는 계면활성제 및 효소와 같은 물질을 함유한 상업용 세제의 사용을 포함한다 5,8. 이 방법이 더 빠른 결과를 제공하지만 수산화나트륨, 암모니아, 표백제 및 휘발유와 같은 사용되는 화학 물질은 건강 및 안전 위험을 나타낼 수 있으며 개인 보호 장비(PPE)와 흄 후드가 필요한 유해한 냄새를 생성할 수 있습니다 5,7,8,9. 마지막으로, 장시간 가열은 또 다른 최소 집약적 방법을 제공하지만, 환기를 필요로 하는 냄새를 발생시킬 수 있다(10).
해부학적 뼈 모델을 준비하기 위한 간단하고 안전하며 저렴한 방법은 외과의, 학생, 교육자 및 연구원에게 유용한 도구를 제공할 것입니다. 이 기사에서는 불쾌한 냄새와 유해 화학 물질을 피하고 최소한의 장비와 노동력으로 상세한 수술 모델을 생성하는 골격골 모델을 준비하는 새로운 방법을 설명합니다.
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Protocol
요추는 외과 및 정형외과 연구소의 동물 관리 및 윤리 위원회의 윤리 지침에 따라 4세 메리노 교배종 성체 암양 (Ovis aries) 에서 채취했습니다. 제도적으로 승인된 인도적 안락사 방법에 따라 날카로운 해부 도구를 사용하여 요추를 적출하여 먼저 피부와 피하 조직을 절개한 다음 흉요추 및 요추 접합부에서 관절을 제거하기 전에 근막과 근육을 적출했습니다. 수확된 샘플을 도 1A에 나타내었다.
1. 초기 목욕 준비
- 추가 처리하기 전에 날카로운 해부 도구(22번 메스 날)를 사용하여 뼈 샘플에서 연조직(근육, 결합 조직, 지방 등)을 수동으로 제거합니다.
참고: 이 단계는 선택 사항입니다. 그러나 가능한 한 많은 연조직을 제거하면 수조가 조직을 침지하는 데 걸리는 시간이 줄어듭니다. 시편 크기(~20cm x 10cm x 8cm)도 감소합니다. 따라서 더 많은 샘플을 욕조에 넣을 수 있습니다. - 공기를 제거한 후 열에 안전한 밀봉 가능한 비닐 봉지에 샘플을 밀봉하십시오. 상업용 진공 밀봉 장치를 사용하여 진공 백을 사용하는 것이 좋습니다( 재료 표 참조).
알림: 초기 24시간 수조에는 첨가제가 필요하지 않습니다. 뼈의 모든 표면을 덮고 있는 상당한 근육이 있고 이미 최소한의 연조직이 있고 샘플의 대부분의 뼈 표면이 노출된 경우 3.2단계로 진행합니다(그림 1B).
2. 초기 목욕 절차
- 밀봉된 샘플을 70°C 수조에 24시간 동안 완전히 담그십시오.
- 24시간 후, 수조에서 백을 꺼내고 백을 열고 샘플을 다룰 수 있을 때까지 식히십시오.
3. 후속 목욕 준비
- 필요에 따라 날카로운 메스와 흐르는 물을 사용하여 뼈에서 가능한 한 많은 연조직을 제거하십시오.
- 연골 조직을 노출시키기 위해 날카로운 메스를 사용하여 관절을 분리하십시오.
- 해부학적 위치를 유지하기 위해 정형외과용 와이어 또는 케이블 타이(재료 표 참조)와 같은 재료를 사용하여 관절이 없는 조각을 제자리에 유지합니다.
- 밀봉amp식기 세척 세제 10mL( 재료 표 참조) 및 수돗물 10mL와 함께 진공 백에 넣습니다.
알림: 세제의 부피는 s의 강도, 농도 및 크기에 따라 다릅니다.amp르.
4. 후속 목욕 절차
- 밀봉된 샘플을 70°C 수조에 24시간 동안 완전히 담그십시오.
- 24시간 후, 수조에서 백을 꺼내고 백을 열고 샘플을 다룰 수 있을 때까지 식히십시오.
- 샘플을 완전히 식히면 연골이 굳어지고 뼈에 달라붙어 제거하기가 더 어려워지므로 피하십시오.
참고: 샘플 처리에 필요한 시간은 크기와 유형에 따라 다를 수 있으며 후속 수조를 반복적으로 제거할 필요가 없을 수 있습니다. 또한 샘플은 장기간 수조에 남아 있을 수 있어 조직의 중간 제거에 도움이 될 수 있습니다.
- 샘플을 완전히 식히면 연골이 굳어지고 뼈에 달라붙어 제거하기가 더 어려워지므로 피하십시오.
- 날카로운 해부 도구(전용 메스 손잡이에 있는 22번 메스 날)와 흐르는 물을 사용하여 가능한 한 많은 연조직을 제거합니다.
- 뼈에 연조직 물질이 없어질 때까지 필요에 따라 4단계를 반복합니다. 경험상 이 작업은 한 번만 반복해야 했습니다.
5. 절차 완료
- 액체 세제로 샘플을 씻고 물로 완전히 헹굽니다.
알림: 건조 속도를 높이기 위해 알코올을 사용할 수 있습니다. - 샘플을 약 48시간 동안 건조시킵니다.
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Representative Results
이 프로토콜에 따라 수술 계획 및 참조를 위해 깨끗하고 건조한 양 요추 모델이 생성되었습니다. 7개의 요추로 구성된 샘플은 이 방법을 사용하여 4일 이내에 처리되었으며, 근육의 대부분을 제거하기 위한 초기 목욕 1회와 후속 목욕 3회가 있었습니다. 목욕의 완료는 연골과 결합 조직이 뼈에서 제거되는 용이성으로 표시되었습니다. 이것은 연골의 유형과 위치에 따라 다릅니다. 얇은 층은 한두 번의 목욕 후에 쉽게 제거되었지만 추간판과 같은 다른 조직으로 둘러싸인 두꺼운 물질은 3-4 번의 목욕을했습니다. 48시간 동안 건조된 후 뼈의 색상과 무게가 훨씬 더 가볍고 건조하고 기름기가 없을 것으로 예상되었습니다. 생성된 뼈 모델은 3D 프린팅 모델과 비교하여 뼈의 미세한 골 구조와 윤곽, 특히 관절면, 척추 끝판 및 횡돌기를 보존하여 해부학적 구조를 정확하게 표현합니다. 비교를 위해 양 요추 척추를 0.5mm 슬라이스 두께로 CT 스캔하고 3D 모델링 소프트웨어( 재료 표 참조)로 가져온 다음 분할하여 개별 척추 모델을 생성했습니다. 그런 다음 3D 프린터에서 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS) 필라멘트를 사용하여 인쇄했습니다. 그림 2 는 진공 밀봉된 온수 수조 침지에서 생성된 해부학적 사체 모델과 비교한 양 요추의 3D 프린팅 모델을 보여줍니다. 비교 이미지는 3D 프린팅 모델이 시체 표본의 미세한 골 세부 사항을 정확하게 묘사하지 못하며, 특히 횡단 과정에서 뼈의 윤곽과 같은 미세한 세부 사항이 손실되었음을 보여줍니다.
그림 1: 처리 중 여러 단계의 양 요추 샘플. (A) 갓 수확한 요추는 준비와 초기 수조(1-2단계)가 필요한 반면, (B) 연조직이 최소화된 샘플은 후속 수조로 진행할 수 있습니다(3.2단계). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2: 3D 프린팅된 뼈 모델과 사체 뼈 모델 간의 정성적 비교. (A,B) 3D 프린팅 모델과 (C,D) 사체 뼈 모델을 비교하면 횡단 프로세스의 끝 부분과 뼈에 대한 3D 프린팅 모델의 패싯 디테일과 같은 미세한 지점에서 디테일이 손실됨을 알 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3: 온수 수조 침지를 사용하여 처리된 양 요추. 처리된 양 요추 모형을 가공의 동일한 단계에서; 그러나 (A) 왼쪽의 샘플은 세제로 처리되었고 오른쪽 (B)의 샘플은 세제로 처리되지 않았습니다. 색상과 질감의 차이에 유의해야 합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
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Discussion
이 기술 노트는 수의학 및 의학 교육의 이점과 해부학 교육 및 수술 계획에 사용하기 위해 해부학적 뼈 모델을 생성하는 간단하고 안전하며 저렴한 방법을 설명하는 것을 목표로 합니다.
파일럿 테스트 결과 70°C의 수조 온도가 샘플 손상 없이 가장 빠른 처리 시간을 제공하는 것으로 나타났습니다. 더 높은 온도는 뼈 내의 콜라겐을 광범위하게 분해하여 백악질 질감의 부서지기 쉬운 샘플을 생성했습니다. 이 실험에서 온수 욕조는 특히 3D 프린팅 샘플을 처리하기 위한 것이며 편리함 때문에 사용되었습니다. 그러나 슬로우 쿠커 또는 수비드 장치와 같은 다른 저렴한 상용 옵션이 더 쉽게 접근할 수 있습니다.
세제의 추가는 프로토콜에서 중요한 단계였습니다. 세제를 사용하지 않은 샘플에 비해 세제를 추가하면 완료 시간이 168시간에서 96시간으로 단축되었습니다. 세제가 없는 샘플은 완전히 건조되지 않았고 기름기가 많은 느낌과 함께 눈에 띄게 어두워 보였는데, 둘 다 뼈 표면 내에 지질이 축적되었기 때문일 것입니다. 어둡거나 기름기가 많은 완성된 샘플은 추가 세제가 필요함을 나타낼 수 있습니다(그림 3). 파일럿 테스트 중에 세제만으로는 밀봉된 샘플 전체에 고르게 분산되지 않아 물을 추가로 사용해야 했습니다. 밀봉하기 전에 백에 물과 세제를 첨가했을 때 신뢰할 수 있는 진공 밀봉을 만드는 데 때때로 어려움이 있었는데, 이는 미리 액체를 얼리면 피할 수 있습니다. 이 프로토콜에 사용된 세제인 일반 식기 세척 세제는 비용과 가용성에 따라 선택되었습니다. 이 방법은 유사한 결과를 얻기 위해 식기 세척 세제를 사용하여 수행 할 수 있습니다. 2-부톡시에탄올을 함유한 다른 가정용 세정제는 탈지 및 연조직 분해를 보다 효과적으로 도울 수 있으며, 따라서 추간판과 같이 연골이 과도하거나 질긴 검체에 도움이 될 수 있다7. 연조직을 능동적으로 소화하는 효소 세제는 일반 세정제에 비해 침용 시간을 줄이기 위해 사용될 수 있지만, 특히 사용자가 그 사용에 익숙하지 않은 경우 그 효과를 예측할 수 없다 6,10. 효소 침용은 건강에 더 높은 위험을 초래하지만 처리 시간을 며칠에서 몇 시간으로 단축할 수 있는 잠재력이 있습니다 5,6. 이 방법은 또한 연조직과의 효소 반응을 촉진하기 위해 교반함으로써 상당한 이점을 얻을 수 있으며, 이는 진공 밀봉된 백 내의 흐름 부족으로 인해 방해를 받을 수 있습니다.
척추의 관절 분리는 세제를 첨가했을 때 현저하게 더 쉬웠다. 또한, 후속 세제 수조 후, 추간판은 더 부드럽고 제거하기 쉬웠는데, 이는 아마도 일단 분리되면 세제 침투를 위한 더 높은 표면적 때문일 것입니다. 그러므로, 샘플은 사전에 분리되었을 때 더 짧은 시간에 완성되었다. 유사하게, 초기 샘플에 두꺼운 연골 부위가 포함되어 있는 경우, 세제 침투를 촉진하기 위해 수조 사이에 수동 제거가 필요할 수 있습니다. 추가적으로, 전형적인 침용 수조를 교반하는 것은 소요 시간을 상당히 감소시키는 것으로 나타났지만, 이는 자루에 담긴 샘플(10)에서는 불가능하다. 가방에 소량의 물과 함께 세제를 추가하고 가능한 한 빨리 관절을 분리하면 이러한 제한의 영향을 줄일 수 있습니다.
또 다른 중요한 단계는 잔류 열로 인해 샘플에서 연화된 연골을 더 쉽게 제거할 수 있기 때문에 뜨거운 욕조에서 제거한 후 샘플을 실온으로 냉각시키는 것을 피하는 것이었습니다. 식히면 이 연골은 뼈에 단단하고 젤라틴 같은 코팅을 형성하여 샘플을 재가열하지 않고는 제거하기 어려웠습니다. 같은 이유로 연조직 제거를 돕기 위해 흐르는 물을 사용하는 경우 따뜻한 물을 사용하는 것이 좋습니다.
3D 프린팅 모델과 달리 이 방법은 뼈 샘플을 생성하여 수술 계획을 위해 실제 피험자를 복제합니다. 이 방법에서 순한 세제를 사용하면 표백제 및 과산화수소와 같은 대체 제품을 사용할 때 볼 수 있듯이 뼈 표면의 무결성 변화를 피할 수있습니다 6. 의학 연구를 위한 3D 프린팅의 추가 발전으로, 모델은 피질 두께와 같은 맞춤형 매개변수로 프린팅될 수 있으며, 이는 척추 수술에서 척추경 나사 배치에 대한 긍정적인 햅틱 시뮬레이션을 제공하는 것으로 나타났다11. 그러나, 이러한 샘플들은 생산하는데 비용이 많이 들 수 있고, 특정 소프트웨어 및 장비뿐만 아니라 세심한 계획 및 처리가 필요할 수 있다(11,12). 부가적으로, 3D 프린팅된 모형의 품질은 장비에 의해 제한되며, 뼈 샘플(13) 내에 보존되는 보다 미세한 디테일의 손실을 감수할 수 있다. 환자별 및 3D 프린팅 모델은 여러 가지 실용적인 응용 분야를 가지고 있으며, 뼈에서 추출한 해부학적 모델은 최소한의 비용과 장비로 타의 추종을 불허하는 해부학적 세부 사항을 제공할 수 있습니다.
이 방법의 한계는 적용에 특정한 사체 표본의 가용성을 포함합니다. 설명된 방법은 뼈에서 연조직을 완전히 제거하여 뼈와 관련된 수술 계획에만 사용할 수 있는 모델을 만들고 관절, 생체 역학 또는 주변 구조를 시각화하는 데 실용적이지 않습니다. 이러한 관절 손실로 인해 모델 재구성이 필요할 수 있습니다. 재건 방법은 뼈 유형에 따라 다르며 실리콘, 와이어, 케이블 타이 또는 접착제를 포함할 수 있습니다. 뼈의 상대적 위치를 근사화하는 동안 이러한 기술은 생체 내 역학을 복제할 수 없으며 외과 실습으로의 번역을 줄일 수 없습니다. 다른 제한 사항으로는 표본의 해부학적 영역을 기반으로 큰 샘플과 연골 및 기타 연조직(있는 경우)에서 과도한 연조직을 제거하는 데 걸리는 시간이 있습니다.
간단한 뼈 모델을 생성하는 능력은 수술 성공에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 수술 계획을 위한 모델은 수술 시간 단축, 보다 정확한 나사 및 임플란트 식립, 출혈과 같은 합병증 감소 등 입증된 이점을 가지고 있다4. 이것은 해부학이 종에 따라 크게 다른 수의학 수술의 경우에 특히 유용합니다. 이 간단한 프로토콜은 유해 화학 물질과 지속적인 냄새 없이 시체에서 깨끗한 뼈 모델을 생성할 수 있는 잠재력을 가지고 있으며 특히 최신 3D 프린팅 기술과 비교할 때 최소한의 장비와 노동력이 필요합니다.
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Disclosures
저자는 공개해야 합니다.
Acknowledgments
없음.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Dimension Elite 3D printer | Stratasys, Eden Prairie, MN, United States | 3D printer for production of surgical bone models based on reconstructed CT scans | |
| Mimics Innovation Suite | Materialise NV, Leuven, Belgium | Suite 24 | Software to create 3D models from imaging scans |
| Nylon cable ties | 4Cabling, Alexandria, NSW, Australia | 011.060.1042/011.060.1039 | Used to maintain connection between vertebral bodies |
| Orthopaedic wire | B Braun, Bella Vista, NSW, Australia | Used to maintain connection between vertebral bodies | |
| Support Cleaning Apparatus | Phoenix Analysis and Design Technologies, Tempe, AZ, United States | SCA-1200 | Hot water bath for immersion of the sealed sample. |
| Ultra Strength Original Dishwashing Liquid | Colgate-Palmolive, New York, NY, United States | Dishwashing liquid added to sealed bag with sample for cleaning of the bone model. | |
| Vacuum bags | Pacfood PTY LTD | Heat safe, sealable plastic bags | |
| Vacuum Food sealer | Tempoo (Aust) PTY LTD | Vacuum food sealer to seal vacuum bags prior to bath immersion |
References
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