مقالة منهجية

بناء أشباح جل باليستية ميسورة التكلفة ومتينة ومتوسطة الدقة لتدريب كتلة العصب الموجهة بالموجات فوق الصوتية

5.5K مشاهدة

⸱

DOI:

10.3791/66194

⸱

فبراير 9, 2024

 ,  ,  ,  , 
1University of California, San Diego School of Medicine, 2Department of Anesthesia, University of California, San Diego Health, 3Department of Emergency Medicine, University of California, San Diego Health

* These authors contributed equally

في هذه المقالة

ملخص

هنا ، نوضح تصميم وإنشاء أربعة أشباح مخصصة للموجات فوق الصوتية للجيلاتين الباليستي للتدريب على التخدير الموضعي الموجه بالموجات فوق الصوتية. لقد صممنا الأشباح باستخدام برنامج تصميم بمساعدة الكمبيوتر ، واستخدمنا نماذج مطبوعة 3D لإنشاء قوالب سيليكون ، ثم سكبنا الجل الباليستي المذاب في القوالب لإنشاء طبقات أنسجة مخصصة.

الملخص

تمنح الموجات فوق الصوتية الوهمية - بدائل للأنسجة البشرية الحية - المتعلمين الفرصة لممارسة التخدير الموضعي الموجه بالموجات فوق الصوتية دون تعريض المرضى لمخاطر لا داعي لها. توفر الأشباح القائمة على الجيلاتين للمعلمين مدربين مهام دائمين وقابلين لإعادة الاستخدام. ومع ذلك ، فإن الأشباح القائمة على الهلام المتاحة تجاريا باهظة الثمن. هنا ، نقوم بالتحقيق في إنتاج أشباح الموجات فوق الصوتية المتينة ومنخفضة التكلفة والقائمة على الهلام الباليستي لمستوى اللفافة الحرقفية المتوسطة والفخذية وفوق الأربية وكتل الأعصاب الأمامية المسننة ، بالإضافة إلى منهجية لإنتاج شبح لأي إجراء إحصار عصبي موجه بالموجات فوق الصوتية.

تم استخدام برنامج التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) لتصميم أربعة أشباح تكرر تشريح مستوى اللفافة الحرقفية المتوسطة والفخذية واللفافة فوق الأربية وكتل الأعصاب المستوية الأمامية المسننة ، بما في ذلك المعالم ذات الصلة ومستويات الأنسجة. تم طباعة النماذج البلاستيكية لطائرات الأنسجة المطلوبة 3D واستخدامها لإنشاء قوالب سيليكون. تم إذابة الجل الباليستي وخلطه بالدقيق والصبغة لإنشاء هلام باليستي سائل ، تم سكبه في قوالب السيليكون. تمت محاكاة السفن عن طريق إنشاء مساحة سلبية في الجل الباليستي باستخدام قضبان معدنية. تمت محاكاة الأعصاب باستخدام خيوط مغمورة في هلام الموجات فوق الصوتية. تم تصميم عظام محاكاة باستخدام CAD و 3D المطبوعة.

الجل الباليستي هو وسيط متعدد الاستخدامات ومتين يمكن استخدامه لمحاكاة مجموعة متنوعة من الأنسجة ويمكن صهره وتشكيله بأي شكل. تحت الموجات فوق الصوتية ، توفر هذه الأشباح مستويات أنسجة واقعية تمثل الحدود بين طبقات مختلفة من الجلد والعضلات واللفافة. إن صدى طبقات الأنسجة العضلية والأعصاب والأوعية والعظام أمر واقعي ، والعظام لها تظليل خلفي كبير كما هو ملاحظ في الإنسان. تكلف هذه الأشباح 200 دولار لكل شبح أول و 60 دولارا لكل شبح لاحق. تتطلب هذه الأشباح بعض المهارات التقنية لتصميمها ، ولكن يمكن بناؤها مقابل 4٪ فقط من تكلفة نظيراتها التجارية.

المقدمة

تمنح الموجات فوق الصوتية الوهمية - بدائل للأنسجة البشرية الحية - المتعلمين الفرصة لممارسة الإجراءات الطبية ، بما في ذلك التخدير الموضعي الموجه بالموجات فوق الصوتية (UGRA) ، دون تعريض المرضى لخطر لا داعي له1. في حين أن الأكثر شيوعا يتم تصنيعها عن طريق القولبة بالحقن لمطاط السيليكون السائل ، يمكن أن تكون الأشباح المخصصة محلية الصنع باستخدام مواد متعددة الاستخدامات بتكلفة أقل. الأنسجة العضوية مثل التوفو ولحم الخنزير ولحم البقر غير مكلفة ولكنها تفسد بسرعة ويصعب صنعها2. تعتبر الأنسجة البشرية الجثة مثالية للدقة التشريحية ولكن من الصعب والمكلف الحصول عليها والحفاظ عليها1. في الآونة الأخيرة ، تم استخدام الواقع الافتراضي لتوفير تدريب UGRA. ومع ذلك ، فإن التغذية الراجعة اللمسية هي عنصر أساسي في التعلم الإجرائي ونادرا ما يتم تنفيذها. حتى عندما يوفر النموذج الهجين بين الأجهزة والبرامج دقة بصرية عالية وردود فعل لمسية ، فإن الأجهزة والبرامج المطلوبة لتنفيذ مثل هذا التدريب غالبا ما تكون باهظة التكلفة3. تحقق الأشباح القائمة على الجيلاتين توازنا بين التكلفة وطول العمر والإخلاص2.

تتوفر نماذج الجيلاتين الباليستية تجاريا ولكنها باهظة الثمن بالنسبة لمورد قابل للتلف يستخدم بشكل كبير في مراكز المحاكاة الطبية. أشباح الموجات فوق الصوتية الصغيرة والبسيطة القائمة على الهلام مع حمة متجانسة واثنين أو ثلاثة أوعية محاكاة البيع بالتجزئة لمئات الدولارات. على سبيل المثال ، تبلغ تكلفة كتلة التدريب بالموجات فوق الصوتية الأساسية CAE Blue Phantom ما يزيد عن 800 دولار4. تكلف الأشباح عالية الدقة الخاصة بإجراءات إحصار الأعصاب الفردية آلاف الدولارات. يكلف نموذج التدريب على التخدير بالموجات فوق الصوتية للتخدير الإقليمي الفخذي CAE Blue Phantom 5,000 دولار (الجدول 1)5. لخفض التكاليف ، جرب المعلمون الأشباح المصنوعة خصيصا باستخدام الجيلاتين أو غيرها من المواد منخفضة التكلفة أو القابلة لإعادة الاستخدام6،7،8. يمكن استخدام المواد المضافة مثل الدقيق ونشا الذرة ومسحوق الجرافيت و Metamucil لعتامة الجيلاتين وتخصيص صدى الشبح ، وبالتالي زيادة دقته8،9،10،11،12،13،14.

كانت المحاولات السابقة لمدربي كتلة الأعصاب محلية الصنع القائمة على الجيلاتين إما غير قادرة على إعادة إنشاء مظهر الأعصاب بشكل كاف تحت الموجات فوق الصوتية أو استخدمت العناصر القابلة للتلف ، مما حد من مدة الصلاحية15,16. حتى بدون هذه العيوب ، لم تتضمن التكرارات السابقة المعالم التشريحية ذات الصلة ومستويات اللفافة التي من شأنها أن تسمح للمتدربين بممارسة إجراءات محددة لإحصار الأعصاب. هنا ، نحقق في إنتاج أشباح الموجات فوق الصوتية الهلامية الباليستية المتينة ومنخفضة التكلفة لمستوى اللفافة الحرقفية المتوسطة والفخذية وفوق الأربية وكتل الأعصاب المستوية الأمامية المسننة ، بالإضافة إلى منهجية لإنتاج شبح لأي إجراء إحصار العصب الموجه بالموجات فوق الصوتية.

البروتوكول

بالنسبة لهذا المشروع ، تطوع المؤلفان JR و PS كمواضيع للموجات فوق الصوتية ، وتم الحصول على موافقة شفهية من كليهما. بالنسبة لأولئك الذين يتبعون هذا البروتوكول ، احصل على موافقة من لجنة الأخلاقيات أو مجلس المراجعة المؤسسية (IRB) قبل استخدام المرضى أو المتطوعين البشريين كمواضيع للدراسة.

1. تصميم فانتوم وإنشاء قالب سيليكون

  1. إنشاء صورة مرجعية بالموجات فوق الصوتية
    1. لكل شبح بالموجات فوق الصوتية ، اطلب من طبيب متخصص في التخصص الفرعي بالموجات فوق الصوتية والإلمام بإجراء إحصار العصب الذي تتم محاكاته بواسطة الشبح المطلوب إنشاء صورة مرجعية بالموجات فوق الصوتية من موضوع بشري متطوع (الشكل 1). تأكد من أن صورة الموجات فوق الصوتية هذه لها منظر عرضي للمستوى العصبي أو النسيجي المطبق الذي سيتم حقن المخدر فيه.
  2. تصميم وطباعة 3D من نماذج طبقة الأنسجة
    1. ارسم تصميمات مقطعية لكل شبح (الشكل 2) واستخدام التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) لتصميم نماذج بلاستيكية لطبقات الأنسجة المرغوبة وحاوية خارجية للشكل العام للشبح (الشكل 3 أ, الملف التكميلي 1 ، الملف التكميلي 2 ، الملف التكميلي 3و الملف التكميلي 4).
      ملاحظة: من وجهة نظر التصميم ، يمكن اعتبار الكتل المستوية اللفافية سلسلة من المناشير المجهزة بإحكام والمحاطة بمنشور مستطيل مجوف بجدران 5 مم. كانت الجدران التي يقل قطرها عن 5 مم هشة للغاية بحيث لا يمكن الاعتماد عليها. يعمل هذا المنشور المستطيل كطبقة خارجية من الشبح يتم فيها تجميع طبقات الأنسجة الأخرى ووضعها. نموذج العصب المتوسط (كما هو موضح في الشكل 3 و الشكل 4) حاوية مقوسة بدلا من منشور مستطيل لمحاكاة شكل ذراع الإنسان.
      1. في برنامج CAD ، قم بإنشاء لوحة قماشية مسطحة من الموجات فوق الصوتية أو التصوير المقطعي المحوسب أو صورة مستهدفة أخرى ذات أبعاد معروفة. انقر فوق صلب | إدراج | قماش ، حدد ملف ، انقر فوق المستوى XY ، اسحب إلى مساحة + X + Y ، واسحب إلى مقياس بحيث يكون طول الصورة دقيقا للوحدات المعروفة.
      2. قم بإنشاء منشور مستطيل فوق منطقة الصورة التي تحدد النموذج بالنقر فوق صلب | إنشاء رسم تخطيطي | طائرة XY | أداة مستطيل 2 نقطة. اسحب المستطيل فوق المنطقة وقم بتحسينه داخل مربعات الطول / العرض عند الإغلاق ؛ اضغط على إنتر ؛ انقر فوق إنهاء الرسم ؛ انقر على مستطيل | صلب | قذف. اسحب المستطيل إلى الارتفاع المطلوب وقم بتحسينه باستخدام مربع الارتفاع عند الإغلاق ؛ واضغط على Enter.
        ملاحظة: كل نموذج من طرازاتنا له طول وعرض مختلفان بناء على التشريح الذي يمثلونه ولكننا وجدنا عادة ~ 100 مم ليكون ارتفاعا فعالا للنموذج.
      3. قم بإنشاء رسم تخطيطي آخر أعلى المنشور المستطيل بالنقر فوق الجزء العلوي من المنشور المستطيل | قم بإنشاء رسم تخطيطي وارسم التشريح المطلوب بالإضافة إلى الحافة الداخلية للمنشور المستطيل المغلف بالنقر فوق رسم | إنشاء ورسم | تعديل صناديق الأدوات. استخدم اللوحة القماشية المرئية خلف المنشور لتوجيه التصميم ؛ إذا لم يتم رؤية اللوحة القماشية من خلال المنشور المستطيل ، فقم بتغيير ذلك عبر إعدادات العرض. بمجرد إنشاء الرسم الذي يمثل المقطع العرضي للنموذج ، انقر فوق إنهاء الرسم.
        ملاحظة: لا توجد أداة مثالية محددة لرسم التشريح المطلوب والحافة الداخلية للمنشور المغلف. الخطوة المذكورة أعلاه هي ما تم استخدامه في هذا البروتوكول.
      4. بعد ذلك ، قم بإنشاء كل منشور داخلي من الرسم بالنقر فوق الشكل الموجود في الرسم | صلب | قذف. اسحب الشكل مرة أخرى إلى المنشور المستطيل بالطول المطلوب ، وعادة ما يكون أقل بمقدار 5 مم من طول المستطيل الكامل ؛ وانقر على عملية = هيئة جديدة | أدخل. لعرض هذا الكائن الجديد ، قم بإيقاف تشغيل رؤية جميع الكائنات الأخرى بالنقر فوق الأجسام | رمز العين بجوار اسم الجسم الجديد.
        ملاحظة: يجب تمثيل الأوعية بثقوب دائرية أو بيضاوية الشكل مصممة في حواف أو مراكز الأجسام المستوية اللفافية. في هذه المرحلة ، إذا قمت بعرض النموذج الافتراضي في مواجهة اللوحة القماشية الأولية ، فيمكن تصور قطع النموذج الفردية وكيفية ملاءمتها معا.
      5. تصدير كل جسم على حدة للطباعة 3D من خلال النقر على الهيئات | رمز العين بجانب كل جسم باستثناء الجسم الذي يتم تصديره ؛ انقر فوق ملف | تصدير | النوع = ملف .stl | أدخل.
        ملاحظة: يجب أن يكون لديك الآن ملفات .stl متعددة، كل منها يمثل مستوى أو عظم لفافة فريد، بالإضافة إلى ملف .stl إضافي واحد يمثل المربع المحيط المستطيل الذي ستلائم فيه قطع المستوى اللفافي.
    2. افتح ملف STL في برنامج تقطيع متوافق مع طابعة 3D التي سيتم استخدامها لطباعة النماذج.
      1. استخدم الزر وضع على الوجه لوضع النموذج على السرير بحيث يلامس الجزء السفلي من النموذج سرير الطباعة.
      2. ضمن الطابعة، حدد الطابعة. ضمن إعدادات الطباعة، حدد سرعة 0.20 مم، وضمن خيوط، حدد Generic PLA. حدد 15-20٪ للتعبئة، وحدد في كل مكان في قائمة الدعم، وأضف حافة إذا لزم الأمر لاستقرار الطباعة. انقر على شريحة الآن.
      3. قم بتصدير ملف G-code إلى بطاقة SD ، وقم بتوصيله بطابعة 3D ، واطبع الملف باستخدام خيوط حمض polylactic (PLA).
  3. إنشاء قوالب السيليكون
    1. قم بلصق كل نموذج مطبوع 3D في الجزء السفلي من حاوية زجاجية عارية الصدر قبل غمرها في مطاط السيليكون سريع المعالجة وفقا لإرشادات الشركة المصنعة17.
    2. بمجرد ضبط السيليكون ، قم بإزالة النموذج البلاستيكي الصلب وعلبة زجاج شبكي ، تاركا قالب سيليكون مرنا ومتينا وقابلا لإعادة الاستخدام لكل طبقة أنسجة وحاوية مرغوبة يسكب فيها الجل الباليستي (الشكل 3 ب).
      ملاحظة: في هذه المرحلة، قد يتم إيقاف البروتوكول مؤقتا وإعادة تشغيله لاحقا.

figure-protocol-1
الشكل 1: صور الموجات فوق الصوتية التمثيلية التي تم الحصول عليها من الإنسان. صور تمثيلية ل (أ) الوسيط ، (ب) الفخذي ، (ج) مستوى اللفافة الحرقفية فوق الأربية ، و (د) نماذج إحصار العصب الأمامي المسننة التي تم الحصول عليها من البشر المتطوعين. الاختصارات: A = الشريان. الخامس = الوريد ؛ M = العصب المتوسط. F = العصب الفخذي. RAD = نصف القطر ؛ U = الزند. AIIS = العمود الفقري الحرقفي السفلي الأمامي ؛ R = الضلع ؛ SART = عضلة سارتوريوس. IL = عضلة الحرقفي. IO = مائل داخلي ؛ SA = عضلة سيراتوس الأمامية. LD = العضلة الظهرية العريضة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-protocol-2
الشكل 2: مخططات مقطعية لأشباح الموجات فوق الصوتية للإحصار العصبي. أ: المتوسط، ب: الفخذ، ج: مستوى اللفافة الحرقفية فوق الأربية، د: الأشباح فوق الصوتية للإحصار العصبي الأمامي المسننة. تم تصميم المخططات بناء على صور الموجات فوق الصوتية البشرية التمثيلية الموضحة في الشكل 1. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-protocol-3
الشكل 3: تكوين المكونات الوهمية لإحصار العصب المتوسط. (أ) صورة تمثيلية لملف التصميم بمساعدة الحاسوب المستخدم لطباعة نماذج بلاستيكية لكل طبقة نسيج لكتلة العصب المتوسطة الوهمية. (ب) قوالب سيليكون لكل طبقة نسيجية من كتلة العصب المتوسطة الوهمية، بما في ذلك قضبان معدنية يتم إدخالها لإنشاء أوعية داخل الهلام الباليستي. (ج) صب الجل الباليستي الساخن والسائل والمصبوغ في قوالب السيليكون. (د) إغلاق الطرف المفتوح من الأوعية المحاكية باستخدام هلام باليستي سائل بعد ملء الأوعية بدم محاكاة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

2. إنشاء معالم وهمية أخرى

  1. محاكاة تصميم العظام وإنشائها
    1. إذا كانت منطقة النموذج المصمم في CAD تمثل العظام بدلا من الأنسجة الرخوة ، فإن 3D تطبع عظما مقلدا باستخدام الخطوات المذكورة أعلاه ، ولكن استخدم خيوط أكريلونيتريل بوتادين ستايرين (ABS) بدلا من ذلك.
      تنبيه: قد تحتوي أبخرة خيوط ABS على مركبات عضوية متطايرة (VOCs) ، والتي يمكن أن تسبب عدم الراحة الجسدية ، مثل النعاس وتهيج العين أو الجهاز التنفسي والغثيان و / أو الصداع18. يجب طباعة ABS على طابعة 3D مغلقة أو طابعة غير مغلقة في غرفة جيدة التهوية و / أو تنقية الهواء.
  2. محاكاة خلق العصب
    1. اغمر 80٪ أكريليك و 20٪ خيوط صوف في كوب بلاستيكي مملوء بجل الموجات فوق الصوتية. ضع الكأس في غرفة ضغط -1 ضغط جوي.
    2. استخدم مضخة تفريغ أحادية المرحلة للبناء بشكل متكرر ثم تحرير الضغط في الغرفة حتى تتم إزالة جميع الفقاعات من هلام الموجات فوق الصوتية ، ويتم إنجازها بعد حوالي 4-6 دورات.
      ملاحظة: تساعد هذه الخطوة على محاكاة الأعصاب. في هذه المرحلة ، قد يتم إيقاف البروتوكول مؤقتا وإعادة تشغيله لاحقا.

3. ذوبان هلام الباليستية وصب

  1. ذوبان الجل الباليستي
    1. قم بتسخين الجل والصبغة الباليستية المتاحة تجاريا بنسبة حجم تقريبية 20: 1 مع التحريك المتقطع حتى يصل السائل إلى 132 درجة مئوية في فرن حراري تجاري.
      تنبيه: يجب التعامل مع الجل الباليستي السائل الساخن بحذر بسبب خطر الحروق المرتبطة بالتعامل مع السوائل الساخنة. استخدم قفازات الفرن عند التعامل مع المقالي المملوءة بالهلام الباليستي السائل. تجنب الاتصال المباشر بين الجلد والهلام الباليستي السائل.
  2. إضافات للصدى
    1. حرك حوالي 4.5 غرام من الدقيق المحبب جيدا لكل كيلوغرام من الجل الباليستي في الجل الباليستي السائل. اترك الجل في الفرن لمدة 20 دقيقة على الأقل مع التحريك المتقطع للسماح بالخلط المتساوي والسماح لأي فقاعات بالخروج.
    2. أضف هلاما أو صبغة باليستية شفافة إضافية حسب الضرورة لضبط لون الخليط لمحاكاة الأنسجة البشرية.
  3. هلام الباليستية تصب في قوالب السيليكون
    1. أدخل قضبان فولاذية صلبة بأقطار مختلفة في المواقع المحددة على قوالب السيليكون القابلة لإعادة الاستخدام ، إذا كان ذلك مناسبا لنموذج كتلة الأعصاب المحدد ، لإنشاء قنوات في الأشباح النهائية بالموجات فوق الصوتية ، والتي ستمثل الأوعية الدموية (الشكل 3C).
    2. صب الجل الباليستي السائل ، الملون الآن بالصبغة ، مع جسيمات الدقيق المعلقة ، وبدون فقاعات هواء محتجزة ، في قوالب السيليكون واتركها لتبرد.
    3. بعد التبريد ، قم بإزالة القضبان المعدنية وطبقات أنسجة الهلام الباليستية النهائية من القوالب. عند وضعها مع طلاء هلام الموجات فوق الصوتية بينهما ، محاذاة قطع الأنسجة المجاورة بشكل شبه مثالي وتنتج معا مستوى لفافة محاكاة على الموجات فوق الصوتية.
      ملاحظة: يتطلب كل شبح بالموجات فوق الصوتية حوالي 0.7 كجم من الجل الباليستي. يعتمد وقت التبريد على حجم طبقة الأنسجة ويختلف من 20 دقيقة إلى 1.5 ساعة.
  4. إضافة محاكاة الدم وختم الأوعية
    1. بالنسبة لطبقات الأنسجة ذات الأوعية المحاكية ، اغمس جانبا واحدا من طبقة الأنسجة في الجل الباليستي السائل واتركه يبرد ، وبالتالي أغلق جانبا واحدا من قناة الوعاء.
    2. أمسك طبقات الأنسجة هذه في وضع مستقيم واستخدم إبرة ومحقنة لإدخال دم محاكاة في كل وعاء.
      ملاحظة: استخدمنا الماء مع تلوين الطعام الأحمر أو الأزرق لتمثيل الدم الشرياني والوريدي ، على التوالي.
    3. استخدم الجل الباليستي الذي لا يزال سائلا لتغطية فتحة الوعاء المتبقية ، وبالتالي إغلاق كل وعاء مملوء بالسوائل تماما (الشكل 3 د).
      ملاحظة: عند هذه النقطة، قد يتم إيقاف البروتوكول مؤقتا وإعادة تشغيله لاحقا; ومع ذلك ، يجب إذابة الجل الباليستي مرة أخرى للانتقال إلى الخطوة التالية.

4. الجمعية الوهمية

  1. تجميع طبقات الأنسجة والأعصاب والعظام
    ملاحظة: يوضح الشكل 4 أ المكونات الفردية لكتلة العصب المتوسطة الوهمية قبل التجميع مباشرة ، بما في ذلك طبقات الأنسجة والأعصاب المحاكاة والعظام المحاكاة.
    1. قم بتجميع الأشباح عن طريق طلاء كل مكون في هلام الموجات فوق الصوتية ، وتجميع المكونات كما هو موضح في المقاطع العرضية في الشكل 2 ، وإدخالها في منشورات مستطيلة من الهلام الباليستي (الشكل 4 ب). ضع أي عظام مطبوعة 3D أو أعصاب غزل بشكل صحيح في هذه الخطوة.
  2. ختم نهايات الشبح
    1. أغلق النماذج عن طريق غمسها على كلا الجانبين في مقلاة مملوءة بالهلام الباليستي السائل (الشكل 4C). كرر عملية الختم عدة مرات على كل جانب.
    2. أخيرا ، استخدم مسدسا حراريا لتنعيم حواف الشبح ، وإزالة الفقاعات والعيوب ، بالإضافة إلى تعزيز الأختام الجانبية.
  3. إضافة الجلد الزائف (اختياري)
    ملاحظة: زيادة نماذج المستوى اللفافي هي إضافة الجلد الزائف.
    1. صب جل المقذوفات السائل على نموذج مغلق ومبرد ، والذي تم تغطيته بشكل فضفاض في هلام الموجات فوق الصوتية لمنع التلدين بين طبقة الجلد المصبوبة حديثا والنموذج الحالي (الشكل 4D والفيديو التكميلي S1).

figure-protocol-4
الشكل 4: تجميع كتلة العصب المتوسط الوهمية بالموجات فوق الصوتية. (أ) المكونات الفردية لكتلة العصب المتوسط الوهمية المفككة ، بما في ذلك طبقات أنسجة الهلام الباليستي ، ونصف القطر المطبوع 3D والزند ، وعصب متوسط الغزل مغمور في هلام الموجات فوق الصوتية ، وزجاجة من هلام الموجات فوق الصوتية ، ومقلاة مملوءة بالهلام الباليستي السائل. (ب) تجميع كتلة العصب المتوسطة الوهمية، بما في ذلك إدخال طبقات الأنسجة ومحاكاة العظام المغطاة بهلام الموجات فوق الصوتية. ج: إغلاق أحد طرفي الشبح عن طريق غمسه في قدر من الهلام الباليستي السائل. د: تكوين طبقة من الجلد الزائف عن طريق سكب هلام باليستي سائل فوق شبح كتلة عصبية متوسطة مكتملة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

النتائج

تم تصميم وبناء أربعة أشباح بالموجات فوق الصوتية بنجاح باستخدام الطرق الموضحة أعلاه. يوضح الشكل 5 مقطعا عرضيا بالموجات فوق الصوتية لكل نموذج يتماشى مع الموجات فوق الصوتية ذات التشريح البشري المكافئ. تحت الموجات فوق الصوتية ، توفر هذه الأشباح مستويات أنسجة واقعية ، والتي تمثل الحدود بين طبقات مختلفة من الجلد والعضلات واللفافة. الأنسجة العضلية هي صدى مناسب ومتجانس. يمكن تعديل هذا الصدى بناء على كمية الدقيق المضافة إلى الجل الباليستي أثناء الذوبان. حدود اللفافة مفرطة الصدى مقارنة بالأنسجة العضلية الخلفية. يبدو الغزل مفرط الصدى بشكل غير منتظم ، مع حدود محددة جيدا ، تحاكي بشكل مناسب مظهر العصب. يقع الغزل بين طبقات الأنسجة ، ويمكن أن يستوعب هذا الجزء من الشبح حقن السوائل لمحاكاة حقن مخدر موضعي أثناء إجراء إحصار العصب. علاوة على ذلك ، يواجه الحقن في كتلة هلام باليستية مقاومة كبيرة عند مقارنته بالحقن في مستوى لفافة محاكاة ، والتي قد تكون بمثابة آلية تغذية مرتدة مفيدة للمتعلمين. الكتل المطبوعة 3D المصنوعة من خيوط ABS تحاكي بشكل مناسب القشرة عالية الصدى والتظليل الصوتي للعظام البشرية عند تصورها تحت الموجات فوق الصوتية. تبدو السفن المحاكية عديمة الصدى مع حدود محددة جيدا ، كما رأينا أيضا في نظيراتها البشرية الحية. يمكن استنشاق الماء المصبوغ بإبرة لتأكيد الوصول داخل الأوعية عند ممارسة الإجراءات الموجهة بالموجات فوق الصوتية ذات الصلة.

figure-results-1
الشكل 5: صور الموجات فوق الصوتية التمثيلية التي تم الحصول عليها من أشباح الموجات فوق الصوتية مقارنة بالبشر. أ: المتوسط، ب: الفخذ، ج: مستوى اللفافة الحرقفية فوق الأربية، د: الأجسام الوهمية فوق المخروطية للأعصاب ذات المستوى الأمامي (يسار) وجسم بشري (يمين). لكل شبح بالموجات فوق الصوتية (يسار) ، تم تجميع العديد من الصور الثابتة التي تم الحصول عليها من مسح أشباح الموجات فوق الصوتية معا لإظهار الشبح بالكامل تحت الموجات فوق الصوتية. لم يتم إجراء أي تعديلات أخرى على الصور. تمثل المربعات الصفراء المتقطعة منطقة الموجات فوق الصوتية الوهمية التي ترتبط بصورة الموضوع البشري مباشرة إلى اليمين. الاختصارات: A = الشريان. الخامس = الوريد ؛ M = العصب المتوسط. F = العصب الفخذي. RAD = نصف القطر ؛ U = الزند. AIIS = العمود الفقري الحرقفي السفلي الأمامي ؛ R = الضلع ؛ SART = عضلة سارتوريوس. IL = عضلة الحرقفي. IO = مائل داخلي ؛ SA = عضلة سيراتوس الأمامية. LD = العضلة الظهرية العريضة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الملف التكميلي 1: تصميم بمساعدة الكمبيوتر لنماذج بلاستيكية تمثل كل طبقة أنسجة مرغوبة للكتلة العصبية المتوسطة الوهمية بالموجات فوق الصوتية. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.

الملف التكميلي 2: تصميم بمساعدة الكمبيوتر لنماذج بلاستيكية تمثل كل طبقة أنسجة مرغوبة للتصوير فوق الصوتي لكتلة العصب الفخذي. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.

الملف التكميلي 3: تصميم بمساعدة الكمبيوتر لنماذج بلاستيكية تمثل كل طبقة أنسجة مرغوبة للفانة فوق الأربية الحرقفية المستوية بالموجات فوق الصوتية. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.

الملف التكميلي 4: تصميم بمساعدة الكمبيوتر لنماذج بلاستيكية تمثل كل طبقة أنسجة مرغوبة للشبح بالموجات فوق الصوتية للكتلة الأمامية المسننة. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.

الفيديو التكميلي S1: إضافة الجلد الزائف إلى الموجات فوق الصوتية لكتلة العصب المتوسطة. صب هلام الباليستية السائل على شبح الموجات فوق الصوتية الانتهاء مع طبقة صغيرة من هلام الموجات فوق الصوتية في الأعلى يخلق غطاء رقيق ، والذي يشعر ويتحرك مثل الجلد. يوضح هذا الفيديو قدرة الجلد الزائف على تقليد حركة جلد الإنسان عند الضغط عليه. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.

المناقشة

توفر هذه الأشباح القائمة على الهلام الباليستي المخصص للمتدربين تدريبا متوسط الدقة ، وعظم الفخذ ، ومستوى اللفافة الحرقفية فوق الأربية ، وإحصار العصب الأمامي المسننة مقابل جزء بسيط من تكلفة أشباح كتلة الأعصاب المتاحة تجاريا (الجدول 1). تم تصنيع أول مدربين على إحصار العصب المتوسط والفخذي في المنزل بنسبة 12٪ و 9٪ من سعر أرخص مدربي إحصار العصب المتوسط والفخذي المتاحين تجاريا ، على التوالي. لا تستطيع أي من أشباح إحصار العصب الفخذي المتاحة محاكاة النهج فوق الأربية لإحصار اللفافة الحرقفية كما يفعل الشبح. لم نتمكن من العثور على أشباح الموجات فوق الصوتية الأمامية المسننة المتاحة تجاريا.

الجدول 1: ملخص لأشباح التخدير الموضعي الموجهة بالموجات فوق الصوتية المتاحة تجاريا. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الجدول.

في العقد الماضي ، أصبحت تقنية الطباعة 3D أكثر سهولة وبأسعار معقولة. على سبيل المثال ، تبلغ تكلفة طابعة Prusa i3 MK3S + ثلاثية الأبعاد الأصلية المستخدمة في هذا البروتوكول ، وإن لم تكن أحدث إصدار ، 649دولارا فقط 19. حتى Prusa MINI + الأصغر ، وهو ما يكفي لصنع النماذج المفصلة هنا ، يكلف 42920 دولارا فقط. معظم قطع الغيار لهذه الطابعات مطبوعة 3D نفسها ، مما يقلل من تكاليف الإصلاح. يمكن للطلاب وأعضاء هيئة التدريس بشكل عام الوصول إلى طابعات 3D مجانا من خلال مساحة التصنيع أو مختبر التصميم في مؤسستهم. أصبح تصميم الكائنات للطباعة ثلاثية الأبعاد أكثر ملاءمة من أي وقت مضى باستخدام برامج التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) ، وبعضها متاح مجانا21.

يختلف طول الوقت اللازم لتصميم النماذج المطبوعة 3D والعظام المحاكاة اعتمادا على مهارة المستخدم ومعرفته ببرنامج CAD ؛ ومع ذلك ، يمكن إجراء هذه العملية دون تكلفة باستخدام برامج مثل FreeCAD أو باستخدام برنامج CAD المرخص من قبل المؤسسة المضيفة21. إن إنشاء قوالب سيليكون لكل طبقة من طبقات الأنسجة لا يستغرق وقتا طويلا. يكلف السيليكون 28 دولارا للكيلوغرام الواحد مع كل شبح يتطلب 4-6 كجم من السيليكون (إجمالي 140 دولارا). نظرا لأن قوالب السيليكون قابلة لإعادة الاستخدام ، فهذه نفقات لمرة واحدة.

يكلف الجل الباليستي التجاري الخاص بنا 86 دولارا للكيلوغرام الواحد ، ويتطلب كل شبح حوالي 0.7 كجم بتكلفة 60 دولارا لكل فانتوم. تتطلب هياكل الطباعة 3D المطلوبة للقولبة تكاليف ضئيلة من خيوط PLA أو ABS. تطلب اثنان من الأشباح لدينا 100 مم من الغزل بسعر 10 دولارات للمتر أو 0.01 دولار لكل فانتوم. في المجموع ، تكلف كل فانتوم ~ 200 دولار لصنع النموذج الأول و 60 دولارا لصنع كل نموذج لاحق. تتطلب عملية الإنتاج 1 ساعة عمل و 3-4 ساعات من تسخين وتبريد الهلام. لقد تمكنا من بناء أربعة نماذج في وقت واحد في نفس الإطار الزمني.

الجل الباليستي هو وسيلة مثالية بسبب تعدد استخداماته. يمكن استخدامه لمحاكاة مجموعة متنوعة من الأنسجة ويمكن صهره وتشكيله بأي شكل. بمجرد تصلب الجل ، فإن أي عيوب أو ثقوب في الإبرة تكون ذاتية الشفاء إلى حد ما ويمكن إصلاحها باستخدام مسدس حراري. إذا كان هناك خطأ في الشبح ، أو إذا تعرض للتلف أو الإفراط في الاستخدام ، فيمكن دائما تفكيك مكونات الجل الباليستي وتنظيفها وصهرها مرة أخرى لإعادة استخدامها بأقل قدر من فقدان المواد. هلام الباليستية هو أيضا فعالة من حيث التكلفة. على الرغم من كونها أغلى مكون من هذه الأشباح بسعر 86 دولارا للكيلوغرام الواحد ، إلا أن هذه الأشباح لا تزال ميسورة التكلفة أكثر بكثير من الأشباح بالموجات فوق الصوتية المتاحة تجاريا (الجدول 1). تم وصف الأشباح المصنوعة باستخدام الجيلاتين محلي الصنع سابقا ومن المفترض أن تكون ميسورة التكلفة ، لكن هذه الأشباح ستتطور إلى العفن في غضون أيام إلى أسابيع ، حتى عند تخزينها في الثلاجة16. لقد قمنا بتخزين الأشباح في بيئة نظيفة وجافة في درجة حرارة الغرفة لعدة أشهر إلى سنوات دون إفساد أو تدهور.

أثبتت محاكاة الأعصاب في الجيلاتين لنماذج إحصار الأعصاب الموجهة بالموجات فوق الصوتية أنها صعبة على المعلمين. استخدمت المحاولات السابقة أوتار22،23،24 ، والأسلاك الكهربائية25 ، والمسامير الخشبية25 ، وأربطة الحذاء26 ، والقضبان المعدنية27 ، وحزم الأربطة المطاطية15 ، والرغوة28 ، والبازلاء29 ، والسباغيتي30 ، وحتى كابل Ethernet31. هذه الخيارات غير واقعية أو قابلة للتلف أو تخلق تظليلا صوتيا خلفيا كبيرا تحت الموجات فوق الصوتية. استخدمنا عنصرا منزليا ، غزلا ، لإنشاء أعصاب محاكاة عالية الدقة مع تظليل خلفي قليل أو معدوم مقابل 0.10 دولار فقط لكل متر ، أو 0.01 دولار لكل فانتوم.

تم استخدام خيوط ABS للطباعة ثلاثية الأبعاد للعظام المقلدة بسبب تحملها العالي للحرارة من PLA ، والتي تشوهت في الخطوات اللاحقة أثناء تطوير هذه الطريقة. قمنا بزيادة درجة حرارة الخبز إلى أقصى حد لتقليل أوقات الذوبان وتقليل اللزوجة وعدد الفقاعات. يسمح ذلك بصب أكثر سلاسة وملء للمساحة في قوالب السيليكون مع الحفاظ أيضا على درجة حرارة أقل من درجة حرارة حرق الجل ، وبالتالي تجنب إنتاج الدخان الزائد.

العيب الأساسي لهذه الأشباح هو الوقت والطاقة اللازمين لتصميمها وبنائها. يتطلب تصميم طائرات الأنسجة باستخدام CAD مهارة فنية ، وتتطلب نماذج الطباعة ثلاثية الأبعاد منها معرفة أساسية بالطابعات ثلاثية الأبعاد ، وتقطيع ملف STL ، واختيار خيوط ، والإعدادات ودرجات الحرارة التي يجب استخدامها. يضيف إنشاء قوالب سيليكون لكل مستوى من الأنسجة نفقات ، حيث أن السيليكون هو ثاني أغلى مكون في هذا البروتوكول بسعر 28 دولارا للكيلوغرام الواحد. ومع ذلك ، فإن قوالب السيليكون هذه متينة وقابلة لإعادة الاستخدام ، لذلك بمجرد تصنيعها ، يمكن إعادة استخدامها لإنشاء العديد من الموجات فوق الصوتية الوهمية. تشمل العيوب الأخرى منحنى التعلم المرتبط بخلط وصب الجل الباليستي ، فضلا عن عدم وجود تكامل تكنولوجي لهذه الأشباح عند مقارنتها بالعارضات التجارية عالية الدقة. ومع ذلك ، فإننا نعتبر السهولة النسبية للبناء ، وسهولة الحصول على المواد ، والتخصيص ، والتكلفة المنخفضة ، وقابلية إعادة التدوير لتصميم النموذج هذا تفوق بكثير عيوبه. نأمل أن يؤدي نشر طريقة البناء الخاصة بهم إلى تسهيل التدريب المحسن لإجراءات إحصار الأعصاب في المرافق التي لا تستطيع تحمل تكاليف الاستبدال المتكرر لأجهزة المحاكاة الطبية التجارية باهظة الثمن. يجب أن تستكشف الدراسات المستقبلية الأشباح المخصصة لإجراءات إحصار الأعصاب الإضافية وتقييم الرضا والأداء السريري للمتدربين الذين يستخدمون هذه الأشباح مقارنة بأقرانهم.

الإفصاحات

ليس لدى مؤلفي هذه الورقة أي تضارب في المصالح للكشف عنه.

شكر وتقدير

تم تمويل هذا المشروع من قبل مركز تدريب المحاكاة (STC) في كلية الطب بجامعة كاليفورنيا ، سان دييغو في لا جولا ، كاليفورنيا. نود أن نشكر بليك فريشتل على مساهماته في الشكل 5.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
خيوط ABS - 1.75 م + ب + أ2: A14هاتش بوكس (بومونا ، كاليفورنيا)https://www.hatchbox3d.com/collections/abs-1-75mm
أدوبي فوتوشوبأدوبي (سان خوسيه ، كاليفورنيا)https://www.adobe.com/products/photoshop.html
صبغة العنبرتون هيوميك الطبية (جرينفيل ، ساوث كارولينا)852844007925صبغة جل باليستية ؛ https://humimic.com/product/amber-tone-dye/
فيوجن 360أوتوديسك (سان فرانسيسو ، كاليفورنيا) برنامجالتصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) ؛ https://www.autodesk.com/products/fusion-360/overview?term=1-YEAR&tab=subscription&plc=F360
الجيلاتين # 1 - جل طبي من باوندهيوميك ميديكال (جرينفيل ، ساوث كارولينا)852844007406جل باليستي ؛ https://humimic.com/product/gelatin-1-medical-gelatin-by-the-pound/
دقيقلجميع الأغراض خال من الغلوتينمطاحن رأس السهم (هيريفورد ، تكساس)دقيق للصدى ؛ https://arrowheadmills.com/products/gluten-free/organic-gluten-free-all-purpose-flour/
مايكروسوفت باور بوينتمايكروسوفت (ريدموند ، واشنطن)https://www.microsoft.com/en-us/microsoft-365/powerpoint
قالب ستار 16 مطاط سيليكون سريع قابل للكسرعلى نحو سلس (Macungie ، PA)مطاط السيليكون القابل للكسر ؛ https://www.smooth-on.com/products/mold-star-16-fast/
لون الخوخHumimic Medical (جرينفيل ، ساوث كارولينا)852844007895صبغة جل باليستية ؛ https://humimic.com/product/peach-tone-dye/
خيوط جيش التحرير الشعبى الصينى - 1.75 ممهاتش بوكس (بومونا ، كاليفورنيا)https://www.hatchbox3d.com/collections/pla-1-75mm
Prusa Original i3 MK3S +Prusa Research (براغ ، جمهورية التشيك)طابعة 3D https://www.prusa3d.com/category/original-prusa-i3-mk3s/
Prusa Slicer 2.6.1Prusa Research (براغ ، جمهورية التشيك) برنامجتقطيع الطابعة ثلاثية الأبعاد ؛ https://www.prusa3d.com/page/prusaslicer_424/
Wool-Ease سميكة & غزل الغزلالأسد العلامة التجارية الغزل (ليندهيرست ، نيوجيرسي)640-610Bخيوط للأعصاب المحاكاة ؛ https://www.lionbrand.com/products/wool-ease-thick-and-quick-yarn?variant=32420963516509
صبغة طابعة السريع

المراجع

  1. Hocking, G., Hebard, S., Mitchell, C. A review of the benefits and pitfalls of phantoms in ultrasound-guided regional anesthesia. Reg Anesth Pain Med. 36 (2), 162-170 (2011).
  2. Culjat, M. O., Goldenberg, D., Tewari, P., Singh, R. S. A review of tissue substitutes for ultrasound imaging. Ultrasound Med Biol. 36 (6), 861-873 (2010).
  3. Grottke, O. Virtual reality-based simulator for training in regional anaesthesia. Br J Anaesth. 103 (4), 594-600 (2009).
  4. CAE Healthcare. Regional anesthesia ultrasound training block. , https://medicalskillstrainers.cae.com/regional-anesthesia-ultrasound-training-block/p (2023).
  5. CAE Healthcare. Gen II femoral vascular access & regional anesthesia ultrasound training model. , https://medicalskillstrainers.cae.com/gen-ii-femoral-vascular-access-and-regional-anesthesia-ultrasound-training-model/p (2023).
  6. Osmer, C. L. A gelatine-based ultrasound phantom. Anaesthesia. 63 (1), 107(2008).
  7. Nicholson, R. A., Crofton, M. Training phantom for ultrasound guided biopsy. Br J Radiol. 70, 192-194 (1997).
  8. Bude, R. O., Adler, R. S. An easily made, low-cost, tissue-like ultrasound phantom material. J Clin Ultrasound. 23 (4), 271-273 (1995).
  9. Patel, A. S., Harrington, T. J., Saunt, K. S., Jones, W. K. Construction of an ultrasound biopsy phantom. Australas Radiol. 40 (2), 185-186 (1996).
  10. Culp, W. C. Relative ultrasonographic echogenicity of standard, dimpled, and polymeric-coated needles. J Vasc Interv Radiol. 11 (3), 351-358 (2000).
  11. Morehouse, H., Thaker, H. P., Persaud, C. Addition of Metamucil to gelatin for a realistic breast biopsy phantom. J Ultrasound Med. 26 (8), 1123-1126 (2007).
  12. Phal, P. M., Brooks, D. M., Wolfe, R. Sonographically guided biopsy of focal lesions: a comparison of freehand and probe-guided techniques using a phantom. AJR Am J Roentgenol. 184 (5), 1652-1656 (2005).
  13. McNamara, M. P., McNamara, M. E. Preparation of a homemade ultrasound biopsy phantom. J Clin Ultrasound. 17 (6), 456-458 (1989).
  14. Gibson, R. N., Gibson, K. I. A home-made phantom for learning ultrasound-guided invasive techniques. Australas Radiol. 39 (4), 356-357 (1995).
  15. Lollo, L., Stogicza, A. R. Low-cost, high-fidelity ultrasound phantom gels for regional anesthesia training programs. MedEdPORTAL. 8, (2023).
  16. Rathbun, K. M., Brader, W. T., Norbury, J. W. A simple, realistic, inexpensive nerve phantom. J Ultrasound Med. 38 (8), 2203-2207 (2019).
  17. Smooth-On. Mold Star™ 16 FAST Product Information. , https://www.smooth-on.com/products/mold-star-16-fast/ (2023).
  18. Wojtyła, S., Klama, P., Baran, T. Is 3D printing safe? Analysis of the thermal treatment of thermoplastics: ABS, PLA, PET, and nylon. J Occup Environ Hyg. 14 (6), D80-D85 (2017).
  19. Prusa Research. Original Prusa i3 MK3S+ 3D Printer kit. , https://www.prusa3d.com/product/original-prusa-i3-mk3s-3d-printer-kit/ (2023).
  20. Prusa Research. Original Prusa MINI+ kit. , https://www.prusa3d.com/product/original-prusa-mini-kit-2/ (2023).
  21. The FreeCAD Team. FreeCAD: Your own 3D parametric modeler. , https://www.freecad.org/ (2023).
  22. Xu, D., Abbas, S., Chan, V. W. Ultrasound phantom for hands-on practice. Reg Anesth Pain Med. 30 (6), 593-594 (2005).
  23. de Oliveira Filho, G. R., et al. Learning curves and mathematical models for interventional ultrasound basic skills. Anesth Analg. 106 (2), table of contents 568-573 (2008).
  24. Koscielniak-Nielsen, Z. J., Rasmussen, H., Hesselbjerg, L. An animal model for teaching ultrasound-guided peripheral nerve blocks. Reg Anesth Pain Med. 34 (4), 379-380 (2009).
  25. Pollard, B. A. New model for learning ultrasound-guided needle to target localization. Reg Anesth Pain Med. 33 (4), 360-362 (2008).
  26. Wells, M., Goldstein, L. The polony phantom: a cost-effective aid for teaching emergency ultrasound procedures. Int J Emerg Med. 3 (2), 115-118 (2010).
  27. van Geffen, G. J., et al. A needle guidance device compared to free hand technique in an ultrasound-guided interventional task using a phantom. Anaesthesia. 63 (9), 986-990 (2008).
  28. Liu, Y., Glass, N. L., Power, R. W. Technical communication: new teaching model for practicing ultrasound-guided regional anesthesia techniques: no perishable food products. Anesth Analg. 110 (4), 1233-1235 (2010).
  29. Sultan, S., Iohom, G., Shorten, G. A novel phantom for teaching and learning ultrasound-guided needle manipulation. J Med Ultrasound. 21 (3), 152-155 (2013).
  30. Micheller, D. A low-fidelity, high-functionality, inexpensive ultrasound-guided nerve block model. CJEM. 19 (1), 58-60 (2017).
  31. Sparks, S., Evans, D., Byars, D. A low cost, high fidelity nerve block model. Crit Ultrasound J. 6 (1), 12(2014).

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

محاكاة التخدير الناحينماذج الطباعة ثلاثية الأبعادالتصميم بمساعدة الحاسوبصناعة قوالب السيليكونمحاكاة الأنسجة المولدة للصدىبناء نماذج المحاكاة بالموجات فوق الصوتيةالمحاكاة الطبية منخفضة التكلفة
بناء أشباح جل باليستية ميسورة التكلفة ومتينة ومتوسطة الدقة لتدريب كتلة العصب الموجهة بالموجات فوق الصوتية
تواصل معنا
أوصِ به للمكتبة

الخصوصية

شروط الاستخدام

السياسات

حقوق الطبع والنشر © 2026 MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.