我们提出，一种三维虚拟解剖重建软件工具可作为有益的辅助培训手段，用于向实验动物医学培训人员教授雪貂颅腔静脉穿刺技术。
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摘要
摘要
在佐治亚大学兽医学院，三维（3D）虚拟解剖重建软件已被纳入兽医解剖学课程。通过这一教学平台，学生获得的学习机会已超越传统的尸体解剖和教科书资源。我们提出，该3D解剖工具可作为实验室动物技术人员技能培训的有益辅助手段，特别是在雪貂颅腔前静脉（CVC）采血技术的教学中。CVC是雪貂采集大量血液的首选部位之一。尽管该技术整体上是一种相对安全的采血方法，但这种盲穿操作的风险包括采血后难以压迫止血以及可能意外损伤周围结构。在本项初步研究中，5名实验室动物工作人员在接受口头指导的同时，通过观察3D重建的雪貂胸腔图像和视频，学习并实施雪貂颅腔前静脉穿刺。该方法的成功性根据学员正确调整针头与注射器角度、在适当位置进针以及成功从目标部位采集血液的能力进行评估。在5名学员中，5人（100%）掌握了针头的垂直角度，4人（80%）掌握了针头的水平角度，5人（100%）能正确识别胸骨柄作为进针解剖标志，2人（40%）在尝试两次以内成功采集到血液。由于学员能够达到多项关键成功标准，我们得出结论：该培训成功提供了雪貂CVC采血所必需的关键解剖标志和空间认知能力。除雪貂静脉穿刺外，3D重建图像在展示兽医学中多种临床技能的手术技术与操作方法方面也具有潜在应用价值。
引言
我们提出，在标准培训流程中加入雪貂的三维重建颈胸部图像和视频，将有助于实验动物工作人员直观理解相关解剖结构，从而掌握雪貂颅腔静脉（CVC）穿刺所需的体位摆放和解剖标志。为此，我们对五名从事雪貂操作的实验动物工作人员进行了常规培训。在培训过程中，我们试点引入了三维重建图像，观察员工在培训后于以下方面的操作成功率：注射器和针头在垂直与水平面上的定位、主要解剖标志的识别以及血液采集。由于受训人员数量过少，无法开展将传统培训与新增三维工具进行定量对比的试验，因此所有工作人员均观看了三维图像和视频。
静脉穿刺是实验动物医学中用于科研采血和临床兽医护理的一项常规技术。由于不同物种在解剖结构、操作技术要求以及采血目的上的差异，所采用的静脉穿刺方法也各不相同。该操作可能具有挑战性，尤其当采血人员对特定操作方法或相关解剖区域不熟悉时更是如此。
成年雪貂的前腔静脉（CVC）直径约为 3.0–3.5 mm。它是位于心脏头侧的主要血管，由左、右锁骨下静脉与颈外静脉汇合而成。CVC 汇入心脏的右心房。该区域的其他重要结构包括心脏、主动脉、颈动脉、食管、气管、迷走神经和膈神经1。雪貂相对较长的胸腔降低了穿刺其他主要结构的风险，由于从 CVC 最头端部分到心脏基底部的距离较大，使得该方法在该物种中相较于其他小型哺乳动物更为安全。尽管如此，该技术在操作上仍具有一定的挑战性，并存在穿刺邻近胸腔内结构（如颈动脉和气管）的风险(图 1)2。前腔静脉和颈外静脉是雪貂采集较大量血液（最多可达 2 mL）的首选部位2,3。在常规健康筛查以及科研样本采集时，常需采集较大量的血液。由于雪貂的呼吸道结构与人类相似，它们常被用作流感及其他呼吸道疾病研究中的转化医学模型，在实验动物医学中具有广泛应用4,5。用于少量采血的其他部位包括外侧隐静脉和头静脉2。前腔静脉同样适用于其他常见的实验动物物种，如大鼠、仓鼠和豚鼠3。
在美国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）引入小动物和大动物解剖学课程，用于教授一年级兽医专业学生。该3D虚拟解剖软件可用于对计算机断层扫描（CT）和磁共振成像（MRI）研究的数据进行图像重建6。UGA CVM的学生在解剖学课程中会结合大体尸体解剖接触并使用这项技术。将该软件纳入课程的目标有两个：一是让学生接触诊断影像技术，二是使学生能够超越尸体解剖的局限，与三维解剖结构进行互动。这一新型资源增强了学生的学习体验，有助于他们更好地掌握临床技能，因为学生有机会以全新的视角观察解剖结构之间的相互关系。该软件最初是为人类医学教育设计的，已有研究表明，3D虚拟解剖平台对医学生而言是一种有益的教学资源，因其提供了一种综合性的学习方式，用户可以采用独特的方法探索图像，并可根据特定的学习目标进行个性化调整7,8,9。
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方案
本研究中使用雪貂的实验方案已获得佐治亚大学机构动物护理和使用委员会的批准。佐治亚大学动物护理与使用项目持有美国国立卫生研究院实验室动物福利办公室的动物福利保证书，已在美利坚合众国农业部注册研究资质，并获得国际实验动物评估和认可委员会（AAALAC International）的全面认证。
雪貂被饲养在指定的动物房内，采用开放式笼具，可自由摄取高密度雪貂饲料（材料表）并通过自动饮水装置自由饮水（自来水）。光照维持在自动控制的12小时光照:12小时黑暗循环，温度设定为68 +/- 4 oF，相对湿度为30-70%。雪貂以同种动物群养方式饲养，并提供环境丰富化玩具。
1. 获取用于训练的三维重建图像
注意：用于训练的三维重建扫描图像来自一只去标识化的成年雄性雪貂，该雪貂在进行CT扫描时呈仰卧位。该扫描图像由佐治亚大学兽医教学医院档案库提供，并由作者在软件程序中完成重建。
- 打开三维重建软件程序，使用计算机鼠标点击文件，然后点击打开，双击以选择所需上传的扫描图像。
- 使用鼠标点击扫描图像的任意位置。按住鼠标按钮的同时移动鼠标，调整扫描图像的位置，使雪貂呈背侧卧位，头部朝向计算机屏幕上方，尾部朝向屏幕下方。根据需要重复操作，以调整特定身体部位的位置。
- 使用鼠标点击程序中的添加平面功能。该平面将以红色透明矩形的形式显示。
- 使用鼠标点击与添加平面功能相关联的左和右箭头，以切换平面位置的选项。持续点击箭头，直至平面与动物的腹侧面平行。
- 使用鼠标滚轮从下向上滚动，使平面从腹侧向背侧（或从浅层向深层）推进。通过鼠标滚轮逐步推进平面，直至清晰显示前腔静脉血管的图像。
- 截取图像并保存至指定位置。这些步骤也可通过屏幕录制保存为视频。具体操作方式取决于用户所使用的计算机硬件。
2. 静脉穿刺训练
注意：共有五名工作人员参与了培训，均签署了知情同意书。这五名工作人员对雪貂解剖学知识的掌握程度各不相同，在进行静脉采血操作前，均被展示过三维重建图像和视频。其中三名为动物护理技术人员，两名为兽医技术人员。三名参与者此前有使用注射器和针头的经验，而另外两名则没有。
- 向五名实验动物工作人员受训者展示三维重建图像和视频，并由熟悉解剖结构及采血操作的资深实验动物兽医或技术人员进行解剖学讲解。根据受训者的知识水平，提供必要的补充阅读材料。
- 认真听取受训者提出的问题，并在活体动物操作培训前予以解答。
- 在方案的第3步和第4步中，当向受训者示范技术操作时，再次描述该操作过程，并定期参照三维重建图像。
注：培训共使用了七只雪貂。三名受训者每人分配一只雪貂，每人进行一次采血尝试；另外两名受训者每人分配两只雪貂，其中一只用于第一次采血尝试，另一只用于第二次尝试。
3. 静脉穿刺的体位摆放
- 对于中心静脉通路（CVC）方法，可使用清醒、镇静或麻醉状态的雪貂。
- 通过肌肉注射给予布托啡诺 0.1–0.3 mg/kg、咪达唑仑 0.1–0.3 mg/kg 进行镇静；必要时可加用氯胺酮 1–3 mg/kg。
- 将动物置于仰卧位，头部和颈部伸展。
- 牢固且对称地固定雪貂，以便最大程度地确保穿刺针顺利进入血管。操作过程中至少需要一名助手协助固定动物，同时由采血人员进行穿刺操作（图2）。固定者可向上施加压力于肩胛骨之间，以抬高胸廓入口和前胸部，便于采血者操作。
4. 接近动物并采血
- 用酒精对动物胸廓前部胸骨柄区域的皮肤进行消毒。
- 触诊胸骨（图3）。
- 将针头插入动物胸骨右侧胸骨柄与第一肋骨之间的切迹处。
- 将针头倾斜30–45°，朝对侧（左侧）髋部方向进针。在切迹处进针后，进行抽吸以采集血液（图4）。
- 观察受训人员尝试静脉穿刺操作的过程。记录他们在掌握针头垂直角度与水平角度调节方面的成功率。确认胸骨柄作为穿刺定位标志的有效性，并从该部位成功采集血液。记录每次成功操作所获取的血量。
注意：镇静深度依据动物对物理和听觉刺激的反应、眼睑反射及翻正反射来判断。采血完成后，如需逆转镇静状态，可肌肉注射氟马西尼 0.2 mg/kg。操作结束后，将雪貂送回种群饲养区。 - 采用5/8英寸、25 G针头配合1 mL或3 mL注射器，通过此技术采集血液。
注意：一般原则为，单次采血量不应超过动物总血容量的10%。雪貂的血容量估计为其总体重的5–6%1。操作过程中，有一名实验动物兽医和一名经验丰富的实验动物兽医技术培训人员在场，以确保采血操作规范，并根据其指导实时解决技术问题（例如针头角度或方向的细微调整、进针深度等）。
5. 成功的衡量标准
- 评估受训者正确调整针头和注射器角度、在适当位置插入针头并从穿刺部位采集血液的能力。
- 记录有多少受训者正确完成了针头的垂直角度、针头的水平角度以及胸骨柄的触诊。
- 记录成功采集血液的受训者人数，以及采集到的血液体积。
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结果
三维重建的雪貂CT视频和图像展示了与中心静脉导管（CVC）在不同平面上相关的解剖结构，全面呈现了颅侧胸腔的解剖布局。相关结构，如胸骨柄、胸骨、肋骨、胸壁肌肉、心脏、颈外静脉、锁骨下静脉和中心静脉导管（CVC），在图1中均有清晰标注。图5展示了穿刺针插入的位置。这些图像在培训学员实际进行中心静脉导管采血操作前被用于教学指导。
培训在一天内进行，持续一小时。根据工作人员的工作职责以及雪貂中心静脉采血技能的需求，选择了参训人员。在五名参训人员首次尝试采血时，全部五人（100%）均正确掌握了针头的垂直进针角度，其中四人（80%）成功实现了针头的水平角度调整。四人（80%）在接近穿刺部位时成功触诊到胸骨柄以定位穿刺点。仅一人（20%）成功完成采血（表1）。
在两名受训人员（均为实验动物护理技术人员）的第二次尝试中，两人（100%）均正确地垂直倾斜针头，其中一人（50%）在水平倾斜针头方...
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讨论
本初步研究旨在确定在常规培训流程中加入3D图像和视频是否具有未来应用的前景。本次初步试验旨在定性观察并报告研究结果，以判断是否有必要进行后续应用和深入研究。评估成功的重点在于向熟悉雪貂且其工作职责可能需要掌握该技能的工作人员教授中心静脉采血技术相关的解剖学标志。在实验室动物医学这一高度规范化的环境中，使用活体动物进行培训通常采用教学支架方法10，即只有在掌握基础知识后才教授高级技能，因此完全无经验的受训者在本次培训中不符合伦理要求。由于中心静脉无法通过肉眼直接观察，因此颅腔前静脉采血技术被认为较难掌握，受训者必须对穿刺目标位置及其解剖依据形成清晰的空间认知，这一点至关重要。大多数受训者能够成功展示完成雪貂中心静脉穿刺所需的解剖学知识，尽管多数人在首次尝试时未能成功采得血液。
成功采用此方法采血的第二个关键方面是掌握单手操作注射器和针头的技能，我们意识到只有部分受训人员具备这一能力。然而，通过深入了解他们日常护理动物的解剖结构，并认识研究人员和兽医技术人员所执行的操作流程，动物护理人员对此产生了浓厚兴趣，并受到激励继续加强手部操作技能的...
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披露
作者声明无利益冲突。
致谢
感谢佐治亚大学研究动物资源中心的兽医技术人员Vanessa Thornton和India Anderson、动物护理人员Brandon Halstein、Kat Bone和Britt Graves的参与，以及Stephen Harvey博士提供的帮助。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| BodyViz | BodyViz，Clive，IA | N/A | 易于使用的3D解剖学学习平台 |
| LabDiet 5L14 | 美国佐治亚大学，雅典，佐治亚州 | N/A | 雪貂饮食 |
参考文献
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重印与许可
