本文展示了四种用于超声引导下区域麻醉培训的定制弹道明胶超声体模的设计与制备方法。我们使用计算机辅助设计软件对体模进行设计，通过3D打印模型制作硅胶模具，随后将熔化的弹道明胶倒入模具中，形成定制的组织层。
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方法文章
构建经济耐用、中等保真度的超声引导神经阻滞训练用弹道凝胶模型
* These authors contributed equally
本文内容
摘要
摘要
超声模拟体模——作为活体人体组织的替代品——使学习者能够在不给患者带来额外风险的情况下练习超声引导下的区域麻醉技术。基于明胶的体模为教育工作者提供了耐用且可重复使用的训练工具；然而，市面上可购得的凝胶类体模价格昂贵。本文中，我们探讨制备耐用、低成本的弹道凝胶基超声体模的方法，适用于正中神经、股神经、腹股沟上髂筋膜平面以及前锯肌平面神经阻滞，并提供一种可用于任何超声引导下神经阻滞操作的体模制备方法学。
采用计算机辅助设计（CAD）软件设计了四种模拟正中神经、股神经、腹股沟上髂筋膜平面及前锯肌平面神经阻滞解剖结构的模型，包括相关解剖标志和组织平面。通过3D打印技术制作出所需组织平面的塑料模型，并用于制备硅胶模具。将弹道凝胶加热融化后与面粉及染料混合，制成液态、具有回声特性的弹道凝胶，随后注入硅胶模具中。使用金属棒在弹道凝胶中预留空腔以模拟血管。将纱线浸入超声耦合凝胶中以模拟神经。模拟骨骼则通过计算机辅助设计建模并经3D打印制成。
弹道凝胶是一种多功能且耐用的介质，可用于模拟多种组织，并可熔化后塑造成任意形状。在超声成像下，这些模型能够提供逼真的组织层面，反映出皮肤、肌肉和筋膜不同层次之间的边界。肌肉组织层、神经、血管和骨骼的回声特性真实，骨骼后方具有明显的声影，与人体中的表现一致。每个模型的制作成本为：首个模型200美元，后续每个60美元。这类模型的设计需要一定的技术能力，但其成本仅为商用同类产品的4%。
引言
超声模拟体模——作为活体人体组织的替代品——使学习者能够在不给患者带来额外风险的情况下练习包括超声引导下区域麻醉（UGRA）在内的医疗操作1。虽然大多数体模通常通过液态硅橡胶注塑成型制造，但也可以使用灵活且成本较低的材料自制定制体模。豆腐、猪肉和牛肉等有机组织价格低廉，但容易变质且难以加工成型2。人体尸体组织在解剖结构准确性方面最为理想，但获取和保存均困难且成本高昂1。近年来，虚拟现实技术已被用于提供UGRA培训；然而，触觉反馈是操作技能学习的关键组成部分，却很少被实现。即使某些软硬件混合模型能够提供高保真的视觉效果和触觉反馈，实施此类培训所需的硬件和软件通常价格昂贵，难以普及3。基于明胶的体模在成本、使用寿命和仿真度之间实现了良好平衡2。
弹道明胶模型可从商业渠道获得，但对于在医学模拟中心大量使用的易耗资源而言，其价格昂贵。小型、简单的基于明胶的超声体模，具有均质的实质组织和两个或三个模拟血管，零售价高达数百美元。例如，CAE Blue Phantom基础超声培训模块售价超过800美元4。针对特定神经阻滞操作的高保真体模则售价数千美元。CAE Blue Phantom股神经区域麻醉超声培训模....
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方案
本项目中，作者 JR 和 PS 自愿作为超声检查的受试者，并已获得两人的口头同意。对于遵循本方案的研究者，在使用患者或人类志愿者作为研究对象之前，须先获得伦理委员会或机构审查委员会（IRB）的批准。
1. 模体设计与硅胶模具制备
- 创建参考超声图像
- 针对每个超声体模，应由一名具备超声亚专业背景且熟悉该体模拟真神经阻滞操作的医师，从志愿者人体受试者中获取参考超声图像（图1）。确保该超声图像显示的是与拟注射麻醉剂的神经或组织平面相垂直的横断面视图。
- 组织层模型的设计与3D打印
- 绘制每个模型的横截面设计图（图2）并利用计算机辅助设计（CAD）来设计所需组织层的塑料模型以及用于模拟体整体形状的外部容器图3A, 补充文件1，补充文件2，补充文件3，以及 补充文件 4).
注意：从设计角度来看，筋膜平面阻滞模型可被视为一系列紧密贴合的棱柱，被封装在一个壁厚为5 mm的空心矩形棱柱内。壁厚小于5 mm时，结构过于脆弱，难以稳定生产。该矩形棱游戏副本作为模体的最外层，其他组织层将在此....
- 绘制每个模型的横截面设计图（图2）并利用计算机辅助设计（CAD）来设计所需组织层的塑料模型以及用于模拟体整体形状的外部容器图3A, 补充文件1，补充文件2，补充文件3，以及 补充文件 4).
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结果
使用上述方法成功设计并制备了四种超声体模。每种模型的超声横截面与相应的人体解剖结构超声图像的对比如图5所示。在超声成像下，这些体模可提供逼真的组织层面，代表皮肤、肌肉和筋膜不同层次之间的分界。肌肉组织具有适当且均匀的回声性，该回声性可根据 ballistic gel 熔融过程中添加的面粉量进行调节。与背景肌肉组织相比，筋膜边界呈强回声。纱线表现为不规则强回声，边界清晰，可恰当地模拟神经的外观。纱线位于组织层之间，体模的这一部分可容纳液体注射，以模拟神经阻滞过程中局部麻醉药的注射。此外，向 ballistic gel 块内注射时所遇到的阻力明显大于向模拟筋膜平面注射时的阻力，这可能为学习者提供有益的操作反馈。由 ABS 耗材制成的3D打印块在超声下可适当地模拟人体骨骼的强回声皮质和声影现象。模拟血管表现为无回声，边界清晰，与其活体人类对应结构的表现一致。在练习相关超声引导操作时，可用针头抽取染色水以确认是否进入血管内。
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讨论
这些基于定制 ballistic 凝胶的模拟体为受训者提供了中等保真度的正中神经、股神经、腹股沟上髂筋膜平面和前锯肌平面神经阻滞训练，其成本仅为市售神经阻滞模拟体的一小部分（表1）。我们自制的首个正中神经和股神经阻滞训练模型的成本分别仅为市面上最便宜的同类产品价格的12%和9%。目前所有市售的股神经阻滞模拟体均无法模拟腹股沟上的髂筋膜阻滞入路，而我们的模型可以实现这一功能。此外，我们未发现有任何市售的前锯肌平面超声模拟体。
表1：市售超声引导区域麻醉模拟体模的汇总。 请点击此处下载该表格。
在过去的十年中，3D打印技术变得越来越普及且价格更加亲民。例如，本实验方案中使用的Original Prusa i3 MK3S+ 3D打印机，尽管并非最新版本，价格仅为649美元<.......
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披露
本文作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
本项目由位于加利福尼亚州拉霍亚的加州大学圣地亚哥分校医学院模拟培训中心（STC）资助。我们感谢 Blake Freechtle 对图5的贡献。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| ABS 线材 - 1.75 mm | Hatchbox (Pomona, CA) | https://www.hatchbox3d.com/collections/abs-1-75mm | |
| Adobe Photoshop | Adobe (San Jose, CA) | https://www.adobe.com/products/photoshop.html | |
| 琥珀色调染料 | Humimic Medical (Greenville, SC) | 852844007925 | 弹道凝胶染料；https://humimic.com/product/amber-tone-dye/ |
| Fusion 360 | Autodesk (San Franciso, CA) | 计算机辅助设计（CAD）软件；https://www.autodesk.com/products/fusion-360/overview?term=1-YEAR&tab=subscription&plc=F360 | |
| 明胶 #1 - 按磅出售的医用明胶 | Humimic Medical (Greenville, SC) | 852844007406 | 弹道凝胶；https://humimic.com/product/gelatin-1-medical-gelatin-by-the-pound/ |
| 无麸质通用面粉 | Arrowhead Mills (Hereford, TX) | 用于增强回声性的面粉；https://arrowheadmills.com/products/gluten-free/organic-gluten-free-all-purpose-flour/ | |
| Microsoft PowerPoint | Microsoft (Redmond, WA) | https://www.microsoft.com/en-us/microsoft-365/powerpoint | |
| Mold Star 16 FAST 可浇注硅橡胶 | Smooth-On (Macungie, PA) | 可浇注硅橡胶；https://www.smooth-on.com/products/mold-star-16-fast/ | |
| 桃色调染料 | Humimic Medical (Greenville, SC) | 852844007895 | 弹道凝胶染料；https://humimic.com/product/peach-tone-dye/ |
| PLA 线材 - 1.75 mm | Hatchbox (Pomona, CA) | https://www.hatchbox3d.com/collections/pla-1-75mm | |
| Prusa Original i3 MK3S+ 打印机 | Prusa Research (Prague, Czech Republic) | 3D 打印机；https://www.prusa3d.com/category/original-prusa-i3-mk3s/ | |
| Prusa Slicer 2.6.1 | Prusa Research (Prague, Czech Republic) | 3D 打印机切片软件；https://www.prusa3d.com/page/prusaslicer_424/ | |
| Wool-Ease Thick & Quick 纱线 | Lion Brand Yarn (Lyndhurst, NJ) | 640-610B | 用于模拟神经的纱线；https://www.lionbrand.com/products/wool-ease-thick-and-quick-yarn?variant=32420963516509 |
参考文献
- 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).
- Culjat, M. O., Goldenberg, D., Tewari, P., Singh, R. S. A review of tissue substitute....
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重印与许可
