使用三维成像重建软件作为雪貂颅腔静脉穿刺的训练工具

Summary

我们建议三维虚拟解剖学重建软件工具在向实验动物医学学员教授雪貂颅腔静脉穿刺方面增加有益的辅助培训。

Abstract

在佐治亚大学兽医学院，三维 （3D） 虚拟解剖学重建软件已被纳入兽医解剖学课程。通过这个教学平台，学生可以接触到尸体解剖和教科书资源之外的学习机会。我们建议这种 3D 解剖工具可以作为教授实验动物人员技术技能的有益辅助培训辅助工具，特别是雪貂的颅腔静脉 （CVC） 静脉穿刺。CVC 是雪貂中大量血容量采集的首选部位之一。虽然总体上是一种相对安全的采血技术，但这种盲法的风险包括静脉穿刺后阻止静脉的能力有限以及对周围结构的意外损伤。在这个试点项目中，5 名实验动物工作人员实习生接触了 3D 重建的雪貂胸部图像和视频，并结合口头指导对雪貂进行颅腔静脉穿刺。该方法的成功是根据受训者正确调整针头和注射器角度、将针头插入适当位置以及从该部位采集血液的能力来评估的。在 5 名学员中，5 名 （100%） 掌握了针头的垂直角度，4 名 （80%） 掌握了针头的水平角度，5 名 （100%） 正确识别了针柄作为插入标志，2 名 （40%） 在使用这种方法的两次尝试内成功采集了血液。由于受训者能够完成许多成功的关键标准，我们得出结论，培训成功地为雪貂的 CVC 采血提供了必要的关键解剖标志和空间感知。在雪貂静脉穿刺的范围之外，3D 重建图像在展示兽医学各种临床技能的手术技术和方法方面具有潜在作用。

Introduction

我们建议将雪貂的 3D 重建颈椎和胸部图像和视频添加到我们的标准训练程序中，这将有助于实验室动物人员可视化相关解剖结构，帮助他们掌握在雪貂中进行颅腔静脉 （CVC） 静脉穿刺所需的位置和标志。为此，我们对 5 名与雪貂打交道的实验动物工作人员进行了例行培训。在这次培训期间，我们试行了 3D 重建图像的添加，观察了员工在培训后在垂直和水平平面上放置注射器和针头、识别主要解剖标志和采集血液方面的成功。所有员工都观看了 3D 图像和视频，因为受训者太少，无法进行定量、比较试验，将传统培训与添加 3D 工具进行对比。

静脉穿刺是实验动物医学中用于研究采血和提供临床兽医护理的主要实践。由于解剖学差异、技术专长水平和采血目的，不同物种使用了各种技术。静脉穿刺可能具有挑战性，特别是如果抽血师不熟悉该区域的方法或相关解剖结构。

成年雪貂的 CVC 直径约为 3.0-3.5 毫米。它是位于心脏颅部的主要血管，由左右锁骨下静脉与颈外静脉汇合形成。CVC 流入心脏的右心房。该区域的其他重要结构包括心脏、主动脉、颈动脉、食道、气管、迷走神经和膈神经¹。雪貂相对较长的胸部将刺穿其他主要结构的风险降至最低，与其他小型哺乳动物相比，由于从 CVC 的最颅部到心脏底部的距离很远，因此使其成为该物种更安全的方法。话虽如此，该技术在技术上可能具有挑战性，并且存在刺穿邻近胸腔内结构的风险，包括颈动脉和气管（图 1）²。CVC 和颈外静脉是在雪貂中收集大量血（高达 2 mL）的首选部位 ^2,3。常规健康检查和研究采集通常需要大量血液。雪貂在实验动物医学中通常用作流感和其他气道疾病研究的转化模型，因为它们的呼吸道与人类的呼吸道相似 ^4,5。更有限采血的部位包括外侧大隐静脉和头静脉²。颅腔静脉是适合静脉穿刺部位的其他常见实验室动物物种包括大鼠、仓鼠和豚鼠³。

在佐治亚大学兽医学院 （UGA CVM），我们已将三维 （3D） 图像重建软件（材料表）纳入小型和大型动物解剖学课程中，用于教授一年级兽医学生。3D 虚拟解剖软件可用于重建计算机断层扫描 （CT） 和磁共振成像 （MRI） 研究的图像⁶。UGA CVM 的学生在解剖学课程中与大体尸体解剖一起接触到这项技术。将此软件纳入课程的目标有两个：让学生接触诊断成像，并允许学生与尸体解剖范围之外的 3D 解剖结构进行交互。这种新颖的资源增强了学生的学习体验，并帮助他们更好地为掌握临床技能做好准备，因为他们有机会以不同的方式可视化解剖结构的关系。该软件最初是为人类医学教育而设计的，研究表明 3D 虚拟解剖平台是人类医学生的有益资源，因为它们提供了一种全面的模式，允许用户以独特的方式探索图像，该方法可以针对特定的学习目标进行定制 ^7,8,9。

Protocol

本研究中使用雪貂的方案已获得 UGA 机构动物护理和使用委员会的批准。UGA 动物护理和使用计划拥有 NIH 实验动物福利办公室的动物福利保证，在美国农业部进行了研究注册，并获得了 AAALAC International 的完全认可。

雪貂被安置在指定的动物区，在开放式笼子里，可以随意使用高密度雪貂饮食（材料表）和自动浇水（自来水）。灯光保持自动 12：12 明暗循环，温度设定点为 68 +/- 4 ^oF，相对湿度为 30-70%。这些雪貂与其他雪貂一起被社会安置，并提供了丰富的玩具。

1. 获取用于训练的 3D 重建图像

注意：用于训练的 3D 重建扫描是位于背侧卧位进行 CT 扫描的去识别、麻醉的成年雄性雪貂的扫描。扫描结果来自 UGA 兽医教学医院档案，并由作者在软件程序中重建。

1. 打开 3D 重建软件程序，使用计算机鼠标单击 “文件 ”，然后单击 “打开 ”并双击以选择所需的上传扫描。
2. 使用鼠标单击扫描的任意位置。按住鼠标按钮，同时拖动鼠标以定位扫描件，使雪貂处于背侧卧位，头部朝向计算机屏幕的顶部，尾巴朝向屏幕底部。根据需要重复作某些身体部位。
3. 使用鼠标，单击程序中的 Add a plane 特征。该平面将显示为一个红色的透明矩形。
4. 使用鼠标单击与 Add a plane 特征关联的向左和向右箭头，以在平面位置选项之间移动。单击箭头，直到平面与动物的腹侧平行。
5. 使用鼠标上的滚轮， 从下到上滚动 ，使平面从腹侧推进到背侧（或从浅到深）。使用鼠标滚轮推进平面，直到有颅腔静脉血管的清晰图像。
6. 截取图像并将其保存在所需位置。这些步骤也可以进行屏幕录制并保存为视频。此步骤因用户拥有的计算机硬件而异。

2. 静脉穿刺训练

注意：培训包括 5 名工作人员，他们都同意参与。所有五名工作人员对雪貂解剖学的了解程度各不相同，在尝试静脉穿刺之前，他们都看到了 3D 重建的图像和视频。3 名是动物护理技术员，2 名是兽医技术员。其中 3 名参与者之前有处理注射器和针头的经验，而 2 名参与者没有。

1. 向一组 5 名实验动物工作人员实习生展示 3D 重建图像和视频，并结合经验丰富的实验动物兽医或熟悉解剖学和采血程序的技术人员的解剖学指导。根据需要提供补充阅读材料，供受训者了解。
2. 仔细倾听受训者的问题，并在进行活体动物训练之前回答这些问题。
3. 在协议的步骤 3 和 4 中再次描述该程序，因为在受训者第一次尝试之前向他们演示了该技术，并定期参考 3D 重建图像。
   注意：训练中总共使用了七只雪貂。三名受训者每人被分配了一只雪貂，他们用雪貂进行了一次采血尝试。另外两名实习生每人被分配了两只雪貂;一个用于他们的第一次采血尝试，另一个用于他们的第二次尝试。

3. 静脉穿刺的定位

1. 对于 CVC 方法，使用清醒、镇静或麻醉的雪貂。
2. 肌肉注射布托啡诺 0.1-0.3 mg/kg、咪达唑仑 0.1-0.3 mg/kg，以及仅在需要时注射氯胺酮 1-3 mg/kg 来镇静动物。
3. 将动物置于背卧式，头部和颈部伸展。
4. 牢固对称地束缚雪貂，让针头有最佳机会进入血管。当抽血师进行接近时，至少需要一名助手来约束动物（图 2）。约束装置可以在肩胛骨之间向上施加压力，以将胸廓入口和颅胸抬向抽血师。

4. 入路和采血

1. 用酒精对颅胸皮肤进行消毒。
2. 触诊胸骨（图 3）。
3. 将针头插入动物胸骨右侧根部和第一肋骨之间的缺口处。
4. 将针头倾斜 30-45°，并将其对准对面（左）髋关节。将其插入缺口部位，然后抽吸以吸血（图 4）。
5. 观察受训者尝试静脉穿刺方法。记录他们成功掌握了垂直调整针头角度和水平调整针头角度的能力。将柄确定为插入的标志，并从该部位采集血液。记录每次成功尝试后获得的血液量。
   注意：镇静深度基于对物理和听觉刺激、睑反射和扶正反射的反应。采血后，如果需要，肌肉注射氟马西尼 0.2 mg/kg 以逆转镇静作用。雪貂在手术后被送回蜂群。
6. 使用 5/8 英寸、25 G 针头和 1 mL 或 3 mL 注射器通过这种技术抽血。
   注意：根据经验，一次采集的动物血量不应超过 10%。雪貂的血容量估计占总体重的 5-6%¹。一名实验动物兽医和一名经验丰富的实验动物兽医培训技术人员都在场，以确保正确进行采血，并且该技术的任何故障排除（即针头角度或方向的细微运动、针头插入深度）都根据他们的指示实时完成。

5. 衡量成功

1. 评估受训者正确调整针头和注射器角度、将针头插入适当位置以及从该部位采集血液的能力。
2. 记录有多少受训者正确完成了针的垂直角、针的水平角和柄的触诊。
3. 记录成功采集血液的受训者人数以及采集的血液量。

Results

3D 重建的雪貂 CT 视频和图像描绘了与各个平面的 CVC 相关的解剖结构，并提供了对颅胸解剖布局的全面了解。相关结构，如柄、胸骨、肋骨、胸壁肌肉、心脏、颈外静脉、锁骨下静脉和 CVC，在 图1 中清楚地标记。针插入的位置如图 5 所示。这些图像在尝试从 CVC 采集血液之前用于对受训者的指导。

培训为期一天，时长 1 小时。根据他们的工作分配和对雪貂使用 CVC 采集血液技能的需求来选择受训者。在 5 名受训者的第一次采血尝试中，所有 5 名 （100%） 都表现出正确的针头垂直角度，4 名 （80%） 成功实现了针头的水平倾斜。4 例 （80%） 在接近定位插入部位时成功触诊了柄。1 例 （20%） 成功采集了血液（表 1）。

在两名学员 （均为实验动物护理技术员） 的第二次尝试中，两名 （100%） 都展示了针头的正确垂直角度，一名 （50%） 学员成功地完成了针头的...

Discussion

这项试点研究旨在确定将 3D 图像和视频添加到我们的常规训练程序中是否有望在未来使用。这项初步试验旨在定性观察和报告我们的研究结果，如果未来使用和研究似乎有必要。确定成功的重点是向熟悉雪貂且其工作任务可能需要这项技能的工作人员教授雪貂中 CVC 采血技术的相关解剖标志。在实验动物医学高度监管的环境中，活体动物的训练通常使用教学脚手架方法¹⁰，只有在掌握了基线知识后才能教授高级技能，因此完全天真的受训者在道德上不适合当前的培训活动。众所周知，颅腔静脉采血很难学习，因为肉眼无法观察到 CVC，因此对抽血师的目标和原因有一个清晰的心理形象至关重要。受训者在很大程度上成功地展示了在雪貂中完成 CVC 静脉穿刺所需的解剖学知识，尽管大多数受训者在他们的第一次尝试中无法抽血。

通过这种方法成功采集血液的第二个关键方面是掌握注射器和针头的单手技能，我们知道只有我们练习生组中的一部分人拥有这些技能。然而，更深入地了解他们经常照顾的动物的解剖结构，并欣赏研究人员和兽医技术人员执行的程...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
BodyViz	BodyViz，克莱夫，爱荷华州	N/A	易于使用的 3D 解剖学习平台
LabDiet 5L14	佐治亚大学雅典，佐治亚州	N/A	雪貂饮食