制造一种用于气管切开术教学的多功能低成本动物 bench-model

摘要

本文详细展示了用于声门下气道管理的一种新型多用途低成本动物 bench-model 的制造过程中的每一步骤。所有操作步骤均在视频中展示。该模型的真实性及其在相关临床操作培训中的适用性已由独立的资深耳鼻喉科医生和麻醉科医生进行评估。

摘要

气管切开术是最常见的操作之一，在重症监护病房和紧急情况下通过多种技术实施。尽管如此，该操作的培训仍显不足，影响了其实施效果，而操作效果也依赖于操作者的熟练程度。本文将重点讨论专门培训和模拟训练。本研究旨在通过视频和图片支持，详细描述一种新型多功能低成本动物实验台模型制作的每一步骤，并通过向具有该操作经验的专业人员发放问卷，收集他们对该模型质量的评价。

共有十位该技术领域的专家参与了评估。该模型在解剖真实性方面的平均评分为 3.45/5；作为模拟培训课程和考核的训练工具，其评分为 4.75/5。构建该模型所需时间为 15 分钟，成本为 10€。该动物实验台模型被认为是一种非常有用的气管切开术培训与考核模拟器，因此可作为医学课程和住院医师培训的教学工具。

引言

困难气道管理是每位处理危重、重症及急诊患者的医生必须掌握的关键技能。2013年发表的一项综述估计，采用外科气道技术处理“无法通气、无法插管”情况的发生率在0%至18.5%之间¹。

气管切开术是最古老的外科手术之一，广泛用于需要长期人工通气的患者，作为声门下气道建立的首选方法。该手术最初在手术室进行，如今已在许多医院成为床旁常规操作，尤其是在重症监护病房（ICU）²。目前已报道多种技术类型，包括外科气管切开术（ST）和经皮气管切开术（PCT）。文献广泛报道气管切开术的并发症发生率较高。一项全国性审计报告指出，重症监护中50%与气道相关的死亡或脑损伤由气管切开术并发症引起³。 高并发症发生率往往反映出操作者对技术不熟悉以及培训不足。

另一种经环甲膜进入气道的方法是实施环甲膜切开术（cricothyrotomy，CT），该方法在院前和院内急救中被广泛推荐用于处理“无法通气、无法插管”  的紧急情况⁴。由于在气道建立失败的患者中，该操作是一种快速且可能挽救生命的备选措施，因此负责气道管理的临床医生必须熟悉这一技术。实践与培训至关重要，因为操作的成功与否高度依赖于操作者的熟练程度⁵。然而，由于近几十年来气道管理水平的提升，临床上对气管切开术及急诊外科气道建立的需求有所下降。这导致临床实践经验不足，医务人员对该项挽救生命技术的接触机会减少，可能对操作质量及患者安全产生不利影响^6,7。

如今，模拟训练是一种常见且有效的教学方法，用于培训医学和外科技能，尤其适用于正在学习新技能的初学者^8,9。模拟训练能够重现临床操作或情境，使受训者在无需承担患者风险的情况下，获得对临床场景和复杂技术的直接体验¹⁰。

在气道管理手术培训中，已使用了多种模拟器，从虚拟现实到动物模型^11,12,13,14。据报道，模型和模拟人训练是麻醉科和急诊科住院医师最常见的教学方式^15,16。尸体标本也曾用于讲授颈部解剖结构和操作技能¹⁷。然而，上述所有方法的成本有时过高，且可能带来伦理与道德方面的限制和挑战。一些低成本模拟器也已被描述并建议用于教学目的，但尚未被用于培训所有声门下气道通路操作。

在本文中，我们介绍了如何制作一种易于制造、成本低廉且高仿真的模拟人体颈部的实验台模型，用于进行环甲膜切开术、经皮和外科气管切开术及其评估。主要目标是设计一种使用常见且易得材料制成的简易模型，使任何人都能轻松模仿和复制。组装该模型的总时间约为15分钟，包括资源和制造成本（20€/h）在内的总成本估算约为10€。

方案

用于人类食用的动物解剖部位通常在当地肉铺购买（图1）。因此，这些样本可轻松运输和储存，且无特殊限制或卫生法规要求。

1. 清洁猪的上呼吸道

1. 使用解剖刀、Adson 镊子和梅茨鲍姆剪刀，通过切割和解剖，清除气管和喉部周围多余的组织（侧方肌肉、多余的舌组织）。
2. 去除组织直至喉软骨几乎完全暴露，且气管环易于触诊。
3. 去除舌骨及周围软组织：找到大角突起处，沿角的方向用刀片分离，然后转向对侧，重复相同操作，直至整个结构被完全移除。
4. 使用解剖刀在距喉部约 15 cm 处的远端切断气管。
   注意：所移除的部分包含纵隔器官，将在后续步骤中使用。

2. 准备甲状腺

1. 取先前弃置的纵隔器官，寻找胸腺。
   注意：胸腺通常位于纵隔前部，紧邻右心房上方。成年猪的胸腺可能非常小。
2. 使用解剖镊将胸腺从周围组织中分离下来。
3. 将刚获取的猪胸腺雕刻成蝴蝶形状，以模拟甲状腺。
   1. 使用解剖刀，切取一块厚度为1.5 cm的扁平胸腺组织。
   2. 使用梅氏剪刀将该组织切削成具有两个3 cm × 2 cm叶、并通过峡部相连的蝴蝶形状。
      注意：甲状腺的整体尺寸应为长3 cm、宽6 cm、厚1.5 cm。

3. 将甲状腺缝合至气管壁。

注意：下一步操作请使用先前准备好的上呼吸道模型和模拟甲状腺。

1. 将模拟甲状腺置于第一与第三气管环之间。
2. 取持针器和外科镊，夹取一根2/0丝线缝线。
3. 在每个甲状腺叶及气管侧部各缝一针横向水平褥式缝合线，将甲状腺固定。
   注意：横向水平褥式缝合比常规缝合能包绕更多组织。这在缝合易于撕裂的软组织（如猪胸腺）时尤为重要。
4. 穿针时仅穿过气管表浅组织，以避免在进行纤维支气管镜检查时在气管腔内看到缝线。
   注意：在气管切开术中，识别并保护甲状腺腺体，防止术后出血，是关键的手术步骤。

4. 准备食管

1. 使用位于气管后方的食管来模拟颈部筋膜和肌肉。
2. 用解剖刀或手术剪将食管从其与喉部连接处切断并移除。
3. 用手术剪沿食管长轴方向剪开并展开。
4. 用有齿镊夹住肌肉和黏膜以辅助切割操作。该操作的结果将获得一块由食管黏膜覆盖的矩形肌肉组织。

5. 将食管缝合至气管

1. 将刚获取的肌肉层置于气管和喉部上方，黏膜面朝上。目的是覆盖喉部：从甲状软骨顶端至最后一段气管软骨环。
2. 用至少6针单纯缝合关闭已切开的食管：
   一个位于模型甲状软骨顶端的近端侧。
   一个位于制备物远端侧，最后一节气管环的前部。
   气管两侧各至少一个。
   甲状软骨下外侧部两侧各一个，位于环甲肌处。
3. 用白色印度墨水在食管黏膜上标记一条线，以模拟 白线.
   注意：通过准确识别并进行适当的解剖 白线 是气管切开术过程中的一个重要步骤（图2).
   1. 使用白色印度墨水和胰岛素注射器进行操作。
   2. 吸取少量墨水，然后用针头在模拟筋膜上划线，同时滴落少量墨水以进行标记。
   3. 用小棉签轻轻擦去多余的墨水。

6. 为模型准备泡沫基底

1. 裁剪一块 3 cm x 10 cm x 15 cm 的泡沫材料。
2. 在泡沫中央制作一条宽 2.5 cm、长 10 cm 的沟槽。
   1. 操作时，将泡沫块的一半对折，使其一侧形成一条纵向凸起。
   2. 用剪刀沿该凸起全长剪去 1 cm。
   3. 展开泡沫块，并将刚形成的沟槽边缘修整平滑。

7. 将模型钉在木板上

1. 取一块与泡沫材料尺寸相同的木板。
2. 将泡沫块放置在木板上，并将模型插入泡沫的凹槽中。
3. 使用订书钉枪，在气管末端、甲状软骨残余的侧部肌肉以及会厌处各固定一个金属夹。

8. 准备皮肤

1. 取自肉店收集的猪皮，将其裁剪成足够覆盖整个模型的方形。通常，25 cm × 20 cm 的方形即可满足要求。
2. 使用解剖刀裁剪皮肤，并将其覆盖在模型上。

9. 将皮肤缝合到木板上

1. 取订皮器，用约10–15个订书钉将皮肤固定在平板上，将订书钉置于平板的垂直边缘。
2. 借助刀具，修剪平板两侧多余的皮肤。
3. 使用持针钳牢固夹住皮肤，以便更安全地进行切割。

结果

我们评估了一种易于制作、低成本且高保真的模拟人体颈部的台式模型用于环甲切开术、经皮和外科气管切开术培训的可行性和可接受性。在回顾了当前关于外科教育中模拟训练的文献后，设计了一份调查问卷。该问卷包括以下内容部分：
a. 参与者的一般资料与人口统计学信息；
b. 台式模型的保真度；
c. 所制造模型用于环甲切开术、经皮和外科气管切开术培训的适用性。

要求参与者使用五点李克特量表对陈述进行评分（1：非常不同意，5：非常同意）。所有参与者还被邀请补充该模型的优点和缺点，并提出改进建议。表1提供了调查问卷的详细说明。由模拟教育专家、耳鼻喉（ENT）科医师、麻醉科医师和外科教育导师组成的专家组对调查问卷内容的准确性进行了评审，并提出了适当的修改建议，以确保研究的有效性。

参与本研究是自愿...

讨论

所制造的低成本、高保真台式模型模拟了人体颈部，可用于环甲膜切开术、经皮和外科气管切开术的练习。由资深耳鼻喉科医生和麻醉科医生填写的设计问卷评估了该模型在多大程度上复现了颈部的物理特性，以及其在声门下气道建立技术培训中的适用性。

已有多种自制模型或模拟器被报道，我们尝试克服这些模型的局限性。Netto 等人提出的猪模型¹⁸缺乏皮肤与气管之间的解剖结构，因此仅适用于环甲膜切开术。两项研究描述了使用糖果和麻醉室材料（如导管、纱布）组装的合成模型，其仿真度较低，且不适用于手术切开气管造口术（ST）的培训^19,20。据我们所知，本实验台模型是首个适用于三种主要气管造口术（CT、PDT、ST）的多功能模型。

猪的气管及其附属结构（肌肉、颈筋膜、甲状腺）和皮肤与人体组织相对相似²¹。然而，由于在屠宰过程中猪的颈部通常被沿全长切断，...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
泡沫	BRICOSELF ITALIA, vercelli	na	用于将模型稳定固定在木板上
胰岛素注射器	na	na	用于使用印度墨水绘制腹白线
猪食管	肉铺 (Il mercato carni, di Dutto Srl. - 28100, Novara (Italy))	na	湿润材料，用于构建模拟的肌肉层和筋膜
猪皮	肉铺 (Il mercato carni, di Dutto Srl. - 28100, Novara (Italy))	na	湿润材料，用于获取模拟皮肤
猪胸腺	肉铺 (Il mercato carni, di Dutto Srl. - 28100, Novara (Italy))	na	湿润材料，用于构建模拟甲状腺
SILK 缝合线 - Vetsuture SILK 2/0 (Metric 3) 带针 3/8 30mm 反向切割 (12 根)	Sanitalia Care Srl	SILK2CN	用于缝合模型各部分
手术器械：剪刀、镊子、手术刀、持针器	na	na	na
猪上呼吸道	肉铺 (Il mercato carni, di Dutto Srl. - 28100, Novara (Italy))	na	湿润材料，用于构建模型
白色印度墨水 - Pelikan 10ml	Cartoleria Manzoni di Lo Monaco Rosaria s.a.s. 97019 Vittoria, Italy	36340	用于在食管上标记腹白线的墨水
木工订书机	BRICOSELF ITALIA, vercelli	na	用于将模型钉在支撑物上
木板	BRICOSELF ITALIA, vercelli	na	用于通过订书机固定模型