Method Article

غمر حمام الماء الساخن المختوم بالفراغ لإعداد نماذج العظام التشريحية والجراحية

DOI:

10.3791/64764

⸱

December 2nd, 2022

 ,  ,  , 
1Surgical and Orthopaedic Research Laboratories (SORL), Prince of Wales Clinical School, Faculty of Medicine, University of New South Wales (UNSW) Sydney

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يصف هذا البروتوكول نقع وتنظيف عظام الجثة بتقنية غمر حمام الماء الساخن المختومة بالفراغ. هذه طريقة منخفضة التكلفة وآمنة وفعالة لإنتاج عينات تشريحية للتخطيط الجراحي والتعليم الطبي كبديل للنماذج المطبوعة ثلاثية الأبعاد (3D).

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تخدم نماذج العظام العديد من الأغراض ، بما في ذلك تحسين الفهم التشريحي والتخطيط الجراحي قبل الجراحة والمراجع أثناء العملية. تم وصف العديد من التقنيات لنقع الأنسجة الرخوة ، وذلك أساسا لتحليل الطب الشرعي. بالنسبة للبحوث السريرية والاستخدام الطبي ، تم استبدال هذه الأساليب بنماذج مطبوعة ثلاثية الأبعاد (3D) ، والتي تتطلب معدات وخبرات كبيرة ، وهي مكلفة. هنا ، تم تنظيف عظم الأغنام الفقري الجثة عن طريق ختم العينة بالفراغ بمنظف غسل الصحون التجاري ، والغمر في حمام ماء ساخن ، ثم إزالة الأنسجة الرخوة يدويا. أدى ذلك إلى القضاء على عيوب طرق النقع الموجودة سابقا ، مثل وجود روائح كريهة ، واستخدام مواد كيميائية خطرة ، ومعدات كبيرة ، وتكاليف عالية. أنتجت التقنية الموصوفة عينات نظيفة وجافة مع الحفاظ على التفاصيل التشريحية والبنية لنمذجة الهياكل العظمية بدقة والتي يمكن أن تكون مفيدة للتخطيط قبل الجراحة والمراجع أثناء العملية. هذه الطريقة بسيطة ومنخفضة التكلفة وفعالة لإعداد نموذج العظام للتعليم والتخطيط الجراحي في الطب البيطري والبشري.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

إزالة الأنسجة الرخوة وتنظيف العظام مطلوبة للطب الشرعي والبحوث الطبية والبيولوجية والتعليم البيطري والطبي. تم تطوير معظم التقنيات لأغراض الطب الشرعي ، مما يقلل من الأضرار التي تلحق بالعظام للحفاظ على أكبر قدر ممكن من التفاصيل. يمكن أن يوفر هذا نموذجا دقيقا وملموسا للعظام للتخطيط الجراحي قبل الجراحة ، بالإضافة إلى اتخاذ القرار أثناء العملية للمساعدة في تقليل المضاعفات1،2،3. هذا مفيد في الجراحة عن طريق تقليل أوقات العملية وفقدان الدم وتحسين التواصل بين الجراحين ، مقارنة بالتخطيط باستخدام صور 2D4. قد يقلل استخدام هذه النماذج أيضا من الاعتماد على التصوير أثناء العملية ، مثل التنظير الفلوري ، مما قد يقلل من التعرض للإشعاع للأفراد.

تم استخدام العظام الهيكلية من الجثث تاريخيا لهذه النماذج. ومع ذلك ، فقد دفعت التطورات التكنولوجية نحو استخدام النماذج المصنعة ، ومؤخرا ، النماذج المطبوعة ثلاثية الأبعاد (3D). تعتمد نماذج العظام على توافر عينات الجثث وكفاءة معالجة هذه العينات إلى نماذج قابلة للاستخدام. تتميز الطباعة ثلاثية الأبعاد بميزة الحرية الإبداعية ، مما يسمح بالنماذج التشريحية والخاصة بالمريض ، خاصة عند وجود تشوهات تشريحية أو أورام ، أو إذا كانت الأجهزة بحاجة إلى التصنيع أو الزيادة لتناسب المريض1. هذه العينات يمكن أيضا تعقيمها ومعالجتها من قبل الجراحين أثناء الإجراء. ومع ذلك ، فإن هذه الحرية تأتي بتكلفة ، لأنها تتطلب فحوصات التصوير المقطعي المحوسب (CT) ، ويمكن أن تكون المواد والمعدات المطلوبة باهظة الثمن ، والخبرة ضرورية لإنشاء النماذج في البرنامج المطلوب 1,4. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تحد هذه العوامل من دقة وجودة النموذج ، وبالتالي التخطيط الجراحي والنجاح1. قد لا تكون النماذج المطبوعة 3D هي الخيار الأفضل للحالات التي لا توجد فيها حاجة إلى تشريح خاص بالمريض وحيث توجد متطلبات فورية للنموذج.

تشمل الطرق الشائعة لإزالة الأنسجة الرخوة من العظام الجثة التنظيف اليدوي ، والنقع البكتيري ، والنقع الكيميائي ، والطهي ، ونقع الحشرات 5,6. يعتمد نجاح هذه الأساليب بشكل عام على التكلفة والوقت والعمالة والمعدات والسلامة وجودة المنتج النهائي 5,7. يتطلب التنظيف اليدوي أكبر قدر من العمالة وقدرا كبيرا من الوقت ، ولكنه يتضمن الحد الأدنى من المعدات5. يتكون النقع البكتيري من ترك العينة في حمام ماء بارد أو دافئ لفترات طويلة من الزمن ، غالبا ما تصل إلى 3 أسابيع ، مما يسمح للبكتيريا بتحلل الأنسجة6. هذا يخلق روائح كريهة ، ويتطلب معدات إضافية لعلاج البكتيريا ، ويخلق خطرا على الأمن البيولوجي للمستخدم 5,6. استخدام الخنافس dermestid فعال للغاية مع الحد الأدنى من العمالة ، ولكنه يتطلب الحصول على مستعمرة وتربية الحيوانات ، ولا يعتبر استثمارا اقتصاديا إذا تم استخدامه بشكل غير منتظم 6,7. عادة ما يتضمن النقع الكيميائي استخدام إنزيمات مثل التربسين والبيبسين والغراء ، أو المنظفات التجارية التي تحتوي على مواد مثل المواد الخافضة للتوتر السطحي والإنزيمات 5,8. على الرغم من أن هذه الطريقة توفر نتائج أسرع ، إلا أن المواد الكيميائية المستخدمة ، مثل هيدروكسيد الصوديوم والأمونيا والمبيض والبنزين ، قد تمثل خطرا على الصحة والسلامة وتنتج روائح ضارة تتطلب معدات الحماية الشخصية (PPE) وغطاء الدخان5،7،8،9. أخيرا ، يوفر التسخين الممتد طريقة أخرى قليلة الكثافة ولكنه قد ينتج روائح تتطلب تهوية10.

من شأن طريقة بسيطة وآمنة ومنخفضة التكلفة لإعداد نماذج العظام التشريحية أن توفر أداة مفيدة للجراحين والطلاب والمعلمين والباحثين. توضح هذه المقالة طريقة جديدة لإعداد نماذج العظام الهيكلية التي تتجنب الروائح الكريهة والمواد الكيميائية الضارة ، وتنتج نموذجا جراحيا مفصلا بأقل قدر من المعدات والعمالة.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم حصاد الأشواك القطنية من نعاج ميرينو البالغة من العمر 4 سنوات (Ovis aries) وفقا للإرشادات الأخلاقية للجنة رعاية الحيوان والأخلاقيات في مختبرات أبحاث الجراحة والعظام. باتباع الطريقة المعتمدة مؤسسيا للقتل الرحيم الإنساني ، تم حصاد العمود الفقري القطني باستخدام أداة تشريح حادة ، أولا شق من خلال الجلد والأنسجة تحت الجلد ، تليها اللفافة والعضلات قبل التفكك عند الوصلات الصدرية القطنية والعجزية. يوضح الشكل 1 أ عينة محصودة.

1. التحضير للحمام الأولي

  1. قم بإزالة الأنسجة الرخوة يدويا (العضلات ، النسيج الضام ، الدهون ، إلخ) باستخدام أداة تشريح حادة (شفرة مشرط رقم 22) من عينة العظام قبل المعالجة بشكل أكبر.
    ملاحظة: هذه الخطوة اختيارية; ومع ذلك ، فإن إزالة أكبر قدر ممكن من الأنسجة الرخوة يقلل من الوقت الذي يستغرقه حمام الماء لنقع الأنسجة. يتم أيضا تقليل حجم العينة (~ 20 سم × 10 سم × 8 سم) ؛ لذلك ، يمكن تركيب المزيد من العينات في الحمام.
  2. أغلق العينة في كيس بلاستيكي آمن للحرارة وقابل للغلق بعد إزالة الهواء. يوصى باستخدام كيس مفرغ باستخدام جهاز ختم فراغ تجاري (انظر جدول المواد).
    ملاحظة: لا توجد إضافات مطلوبة للحمام الأولي لمدة 24 ساعة. إذا كانت هناك عضلات كبيرة تغطي جميع أسطح العظام وإذا كان هناك بالفعل الحد الأدنى من الأنسجة الرخوة ومعظم الأسطح العظمية للعينة مكشوفة ، فانتقل إلى الخطوة 3.2 (الشكل 1 ب).

2. الإجراء للحمام الأولي

  1. اغمر العينة المختومة تماما في حمام مائي 70 درجة مئوية لمدة 24 ساعة.
  2. بعد 24 ساعة ، أخرج الكيس من الحمام ، وافتح الكيس ، واترك العينة تبرد حتى يمكن التعامل معها.

3. التحضير للحمامات اللاحقة

  1. قم بإزالة أكبر قدر ممكن من الأنسجة الرخوة من العظام باستخدام مشرط حاد ومياه جارية حسب الحاجة.
  2. قم بفصل أي مفاصل باستخدام مشرط حاد لكشف الأنسجة الغضروفية.
    1. احتفظ بالقطع المفككة في مكانها باستخدام مواد مثل الأسلاك العظمية أو روابط الكابلات (انظر جدول المواد) للحفاظ على الوضع التشريحي.
  3. أغلق العينة في كيس مفرغ من الهواء مع 10 مل من منظف غسل الأطباق (انظر جدول المواد) و 10 مل من ماء الصنبور.
    ملاحظة: يعتمد حجم المنظف على قوة العينة وتركيزها وحجمها.

4. إجراءات الحمامات اللاحقة

  1. اغمر العينة المختومة تماما في حمام مائي 70 درجة مئوية لمدة 24 ساعة.
  2. بعد 24 ساعة ، أخرج الكيس من الحمام ، وافتح الكيس ، واترك العينة تبرد حتى يمكن التعامل معها.
    1. تجنب ترك العينة تبرد تماما ، لأن هذا يسمح للغضروف اللين بالتصلب والالتصاق بالعظام ، مما يصبح أكثر صعوبة في إزالته.
      ملاحظة: قد يختلف الوقت اللازم لمعالجة العينات بناء على الحجم والنوع ، وقد تكون الإزالة المتكررة للحمامات اللاحقة غير ضرورية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تبقى العينة في الحمام لفترات طويلة ، مما قد يساعد في الإزالة المؤقتة للأنسجة.
  3. قم بإزالة أكبر قدر ممكن من الأنسجة الرخوة باستخدام أداة تشريح حادة (شفرة مشرط رقم 22 على مقبض مشرط مخصص) والمياه الجارية.
  4. كرر الخطوة 4 كما هو مطلوب حتى يصبح العظم خاليا من مادة الأنسجة الرخوة. في تجربتنا ، كان هذا مطلوبا لتكراره مرة واحدة فقط.

5. الانتهاء من الإجراء

  1. اغسل العينة بمنظف سائل واشطفها جيدا بالماء.
    ملاحظة: يمكن استخدام الكحول لتسريع التجفيف.
  2. اترك العينة تجف لمدة 48 ساعة تقريبا.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

باتباع هذا البروتوكول ، تم إنشاء نماذج العمود الفقري القطني للأغنام النظيفة والجافة للتخطيط الجراحي والمرجعي. تمت معالجة العينات المكونة من سبع فقرات قطنية في غضون 4 أيام باستخدام هذه الطريقة ، مع حمام أولي واحد لإزالة الجزء الأكبر من العضلات وثلاثة حمامات لاحقة. تمت الإشارة إلى اكتمال الحمامات من خلال السهولة التي تمت بها إزالة الغضروف والنسيج الضام من العظام. هذا يختلف بناء على نوع وموقع الغضروف. تمت إزالة الطبقات الرقيقة بسهولة بعد حمام واحد أو حمامين ، لكن المواد السميكة المحاطة بأنسجة أخرى ، مثل الأقراص الفقرية ، أخ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تهدف هذه المذكرة الفنية إلى وصف طريقة بسيطة وآمنة ومنخفضة التكلفة لإنتاج نموذج عظمي تشريحي لصالح التعليم البيطري والطبي وللاستخدام في التعليم التشريحي والتخطيط الجراحي.

وجد الاختبار التجريبي أن درجة حرارة الحمام البالغة 70 درجة مئوية توفر أسرع وقت معالجة دون التسبب في تلف العينات. تسبب ارتفاع درجات الحرارة في انهيار واسع النطاق للكولاجين داخل العظام ، مما أدى إلى عينات هشة ذات نسيج طباشيري. كان الحمام الساخن في هذه التجربة خصيصا لمعالجة العينات المطبوعة 3D وتم استخدامه بسبب ملاءمته. ومع ذلك ،...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يجب على المؤلفين الكشف.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
طابعة Dimension Elite 3DStratasys ، Eden Prairie ، MN ، طابعة ثلاثية الأبعاد للولايات المتحدةلإنتاج نماذج العظام الجراحية على أساس الأشعة المقطعية المعاد بناؤها
Mimics Innovation SuiteMaterialise NV ، لوفين ، بلجيكاSuite 24Software لإنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد من عمليات مسح التصوير
روابط كابلات النايلون4Cabling ، الإسكندرية ، نيو ساوث ويلز ، أستراليا011.060.1042 / 011.060.1039تستخدم للحفاظ على الاتصال بين الأجسام الفقرية
سلك تقويم العظامB Braun ، Bella Vista ، NSW ، أستراليايستخدم للحفاظ على الاتصال بين الأجسام الفقرية
دعم جهاز التنظيفتقنيات تحليل وتصميم فينيكس ، Tempe ، AZ ، الولايات المتحدةSCA-1200حمام الماء الساخن لغمر العينة المختومة.
سائل غسيل الصحون الأصلي فائق القوةكولجيت بالموليف ، نيويورك ، نيويورك ، الولايات المتحدةسائل غسل الصحون يضاف إلى كيس مغلق مع عينة لتنظيف نموذج العظام.
أكياس فراغPacfood PTY LTDأكياس بلاستيكية آمنة للحرارة وقابلة للغلق
فراغ سدادة الطعامTempoo (Aust) PTY LTDفراغ سدادة الطعام لإغلاق أكياس التفريغ قبل الغمر في الحمام

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Leary, O. P., et al. Three-dimensional printed anatomic modeling for surgical planning and real-time operative guidance in complex primary spinal column tumors: single-center experience and case series. World Neurosurgery. 145, 116-126 (2021).
  2. Tack, P., Victor, J., Gemmel, P., Annemans, L. 3D-printing techniques in a medical setting: a systematic literature review. BioMedical Engineering OnLine. 15 (1), 115(2016).
  3. Ventola, C. L. Medical applications for 3D printing: current and projected uses. Pharmacy and Therapeutics. 39 (10), 704-711 (2014).
  4. Wilcox, B., Mobbs, R. J., Wu, A. M., Phan, K. Systematic review of 3D printing in spinal surgery: the current state of play. Journal of Spinal Surgery. 3 (3), 433-443 (2017).
  5. Mairs, S., Swift, B., Rutty, G. N. Detergent: an alternative approach to traditional bone cleaning methods for forensic practice. The American Journal of Forensic Medicine and Pathology. 25 (4), 276-284 (2004).
  6. Husch, C., Berner, M., Goldammer, H., Lichtscheidl-Schultz, I. Technical note: A novel method for gentle and non-destructive removal of flesh from bones. Forensic Science International. 323, 110778(2021).
  7. Couse, T., Connor, M. A comparison of maceration techniques for use in forensic skeletal preparations. Journal of Forensic Investigation. 3, 1-6 (2015).
  8. Mahon, T. J., Maboke, N., Myburgh, J. The use of different detergents in skeletal preparations. Forensic Science International. 327, 110967(2021).
  9. Hussain, M., Hussain, N., Zainab, H., Qaiser, S. Skeletal preservation techniques to enhance veterinary anatomy teaching. IJAVMS. 1, 21-23 (2007).
  10. Simonsen, K. P., Rasmussen, A. R., Mathisen, P., Petersen, H., Borup, F. A fast preparation of skeletal materials using enzyme maceration. Journal of Forensic Science. 56 (2), 480-484 (2011).
  11. Burkhard, M., Furnstahl, P., Farshad, M. Three-dimensionally printed vertebrae with different bone densities for surgical training. European Spine Journal. 28 (4), 798-806 (2019).
  12. Rose, A. S., et al. Multi-material 3D models for temporal bone surgical simulation. The Annals of Otology, Rhinology, and Laryngology. 124 (7), 528-536 (2015).
  13. Werz, S. M., Zeichner, S. J., Berg, B. I., Zeilhofer, H. F., Thieringer, F. 3D printed surgical simulation models as educational tool by maxillofacial surgeons. European Journal of Dental Education. 22 (3), 500-505 (2018).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Bone Model PreparationVacuum SealingHot Water BathSoft Tissue RemovalAnatomical Bone ModelsSurgical PlanningCadaveric Bone ModelsOsseous StructuresDissection TechniqueVeterinary Education

Related Articles