Verwendung von dreidimensionaler bildgebender Rekonstruktionssoftware als Trainingswerkzeug für die Venenpunktion der Schädelvene beim Frettchen

Summary

Wir schlagen vor, dass ein dreidimensionales Softwaretool zur Rekonstruktion der virtuellen Anatomie eine nützliche Zusatzausbildung beim Unterrichten der kranialen Venenpunktion von Frettchen für Auszubildende in der Labortiermedizin bietet.

Abstract

Am College of Veterinary Medicine der University of Georgia wurde dreidimensionale (3D) Software zur Rekonstruktion der virtuellen Anatomie in den Lehrplan der Veterinäranatomie integriert. Mit dieser Lehrplattform werden den Schülern Lernmöglichkeiten eröffnet, die über das Sezieren von Leichen und Lehrbuchressourcen hinausgehen. Wir schlagen vor, dass dieses 3D-Anatomiewerkzeug als nützliche ergänzende Trainingshilfe bei der Vermittlung technischer Fähigkeiten des Labortierpersonals dienen kann, insbesondere bei der Venenpunktion der Schädelvena (ZVK) bei Frettchen. Das ZVK ist eine der bevorzugten Stellen für eine große Blutvolumenentnahme beim Frettchen. Obwohl es sich insgesamt um eine relativ sichere Technik zur Blutentnahme handelt, umfassen die Risiken dieses blinden Ansatzes eine eingeschränkte Fähigkeit, die Vene nach einer Venenpunktion fernzuhalten, und versehentliche Schäden an umliegenden Strukturen. In diesem Pilotprojekt wurden 5 Auszubildende von Labortieren mit 3D-rekonstruierten Thoraxbildern und -videos von Frettchen in Verbindung mit mündlichen Anweisungen zur Durchführung einer Venenpunktion der Schädelvene beim Frettchen konfrontiert. Der Erfolg des Ansatzes wurde anhand der Fähigkeit der Auszubildenden bewertet, Nadel und Spritze richtig anzuwinkeln, die Nadel an der richtigen Stelle einzuführen und Blut an der Stelle zu entnehmen. Von den 5 Auszubildenden beherrschten 5 (100 %) den vertikalen Winkel der Nadel, 4 (80 %) den horizontalen Winkel der Nadel, 5 (100 %) identifizierten das Manubrium korrekt als Orientierungspunkt für das Einstechen und 2 (40 %) sammelten erfolgreich Blut innerhalb von zwei Versuchen nach diesem Ansatz. Da die Auszubildenden in der Lage waren, viele Schlüsselkriterien für den Erfolg zu erfüllen, kommen wir zu dem Schluss, dass das Training erfolgreich war, da es wichtige anatomische Orientierungspunkte und räumliches Bewusstsein vermittelte, die für die ZVK-Blutentnahme beim Frettchen erforderlich sind. Über den Rahmen der Venenpunktion von Frettchen hinaus spielen 3D-rekonstruierte Bilder eine potenzielle Rolle bei der Demonstration von Operationstechniken und -ansätzen für verschiedene klinische Fertigkeiten in der Veterinärmedizin.

Introduction

Wir schlugen vor, dass das Hinzufügen von rekonstruierten 3D-Gebärmutterhals- und Thoraxbildern und -videos eines Frettchens zu unseren Standardtrainingsverfahren dem Labortierpersonal bei der Visualisierung der relevanten Anatomie helfen würde, um die Positionierung und die Orientierungspunkte zu beherrschen, die für die Durchführung einer Venenpunktion der kranialen Hohlvene (ZVK) beim Frettchen erforderlich sind. Zu diesem Zweck führten wir routinemäßige Schulungen mit fünf Mitarbeitern von Labortieren durch, die mit Frettchen arbeiten. Während dieser Schulung pilotierten wir das Hinzufügen von 3D-Rekonstruktionsbildern und beobachteten den Erfolg des Personals nach der Schulung in den Bereichen Positionierung von Spritze und Nadel in der vertikalen und horizontalen Ebene, Identifizierung eines wichtigen anatomischen Orientierungspunkts und Blutentnahme. Alle Mitarbeiter sahen sich die 3D-Bilder und -Videos an, da es zu wenige Auszubildende gab, um einen quantitativen, vergleichenden Versuch durchzuführen, der die traditionelle Ausbildung mit der Hinzufügung von 3D-Tools verglich.

Die Venenpunktion ist eine feste Größe in der Labortiermedizin für die Blutentnahme in Forschungsstudien und die klinische tierärztliche Versorgung. Aufgrund der anatomischen Unterschiede, des technischen Know-hows und des Zwecks der Blutentnahme werden bei allen Spezies verschiedene Techniken angewendet. Die Venenpunktion kann eine Herausforderung sein, insbesondere wenn der Phlebotomiker mit dem Ansatz oder der relevanten Anatomie des Bereichs nicht vertraut ist.

Das ZVK bei einem erwachsenen Frettchen hat einen ungefähren Durchmesser von 3,0-3,5 mm. Es ist das Hauptgefäß, das sich kranial zum Herzen befindet und durch den Zusammenfluss der linken und rechten Vena subclavia mit den Vena jugularis externa gebildet wird. Der ZVK fließt in den rechten Vorhof des Herzens ab. Weitere wichtige Strukturen in diesem Bereich sind das Herz, die Aorta, die Halsschlagader, die Speiseröhre, die Luftröhre, der Vagusnerv und der Nervus phrenicus¹. Der relativ lange Thorax des Frettchens minimiert das Risiko, andere wichtige Strukturen zu punktieren, was diesen Ansatz bei dieser Art im Vergleich zu anderen kleinen Säugetieren aufgrund des großen Abstands vom schädelreichsten Teil des ZVK bis zur Basis des Herzens sicherer macht. Allerdings kann die Technik technisch anspruchsvoll sein und birgt ein Risiko für die Punktion benachbarter intrathorakaler Strukturen, einschließlich der Halsschlagader und der Luftröhre (Abbildung 1)². Der ZVK und die Vena jugularis externa sind die bevorzugten Stellen für die Entnahme großer Blutvolumina (bis zu 2 ml) beim Frettchen ^2,3. Große Mengen Blut sind oft für routinemäßige Gesundheitsuntersuchungen und die Entnahme für Forschungsstudien erforderlich. Frettchen werden in der Labortiermedizin häufig als Translationsmodelle für die Erforschung von Influenza und anderen Atemwegserkrankungen verwendet, da ihre Atemwege denen des Menschen ähneln ^4,5. Zu den Stellen, an denen eine eingeschränktere Blutentnahme möglich ist, gehören die Vena saphena lateralis und die Vena cephalica². Andere häufige Labortierarten, für die die Hohlvene des Schädels eine geeignete Venenpunktionsstelle ist, sind Ratten, Hamster und Meerschweinchen³.

Am University of Georgia College of Veterinary Medicine (UGA CVM) haben wir eine Software zur dreidimensionalen (3D) Bildrekonstruktion (Table of Materials) in die Anatomiekurse für Klein- und Großtiere für den Unterricht von Veterinärstudenten im ersten Jahr integriert. Die 3D-Software für virtuelle Anatomie kann verwendet werden, um Bilder aus Computertomographie (CT) und Magnetresonanztomographie (MRT) zu rekonstruieren⁶. Die Studierenden an der UGA CVM werden im Anatomie-Curriculum in Verbindung mit der groben Leichensektion mit dieser Technologie vertraut gemacht. Das Ziel der Integration dieser Software in den Kurs ist zweierlei: die Studenten mit der diagnostischen Bildgebung vertraut zu machen und den Studenten die Interaktion mit anatomischen 3D-Strukturen zu ermöglichen, die über den Rahmen der Leichendissektion hinausgehen. Diese neuartige Ressource verbessert die Lernerfahrungen der Studierenden und hilft ihnen, sich besser auf die Beherrschung klinischer Fertigkeiten vorzubereiten, da sie die Möglichkeit haben, die Beziehung zwischen anatomischen Strukturen in einem anderen Licht zu visualisieren. Die Software wurde ursprünglich für die Ausbildung in der Humanmedizin entwickelt, wobei Studien zeigen, dass virtuelle 3D-Anatomieplattformen nützliche Ressourcen für Medizinstudenten sind, da sie eine umfassende Modalität bieten, die es den Benutzern ermöglicht, Bilder in einem einzigartigen Ansatz zu erkunden, der auf bestimmte Lernziele zugeschnitten werden kann ^7,8,9.

Protocol

Das Protokoll für die Verwendung von Frettchen in dieser Studie wurde vom UGA Institutional Animal Care and Use Committee genehmigt. Das UGA-Tierpflege- und -verwendungsprogramm verfügt über eine Tierschutzgarantie des NIH Office of Laboratory Animal Welfare, eine Forschungsregistrierung beim USDA und ist vollständig von AAALAC International akkreditiert.

Die Frettchen wurden in ausgewiesenen Tierquartieren in offenen Käfigen untergebracht, mit ad libitum Zugang zu einer hochdichten Frettchennahrung (Table of Materials) und automatischer Bewässerung (Leitungswasser). Die Beleuchtung wurde in einem automatisierten Hell-Dunkel-Zyklus von 12:12 gehalten, der Temperatursollwert lag bei 68 +/- 4 ^°F und die relative Luftfeuchtigkeit bei 30-70 %. Die Frettchen wurden mit anderen Frettchen sozial untergebracht und mit Bereicherungsspielzeug versorgt.

1. Beschaffung von 3D-Rekonstruktionsbildern für das Training

HINWEIS: Der rekonstruierte 3D-Scan, der für das Training verwendet wurde, war der eines nicht identifizierten, anästhesierten erwachsenen männlichen Frettchens, das für einen CT-Scan in dorsaler Liege positioniert wurde. Der Scan wurde aus dem Archiv des UGA Veterinary Teaching Hospital entnommen und von den Autoren in der Software rekonstruiert.

1. Öffnen Sie das 3D-Rekonstruktionssoftwareprogramm und klicken Sie mit der Computermaus auf Datei , dann auf Öffnen und doppelklicken Sie, um den gewünschten hochgeladenen Scan auszuwählen.
2. Klicken Sie mit der Maus auf eine beliebige Stelle des Scans. Halten Sie die Maustaste gedrückt und ziehen Sie gleichzeitig die Maus, um den Scan so zu positionieren, dass sich das Frettchen in dorsaler Liege befindet, mit dem Kopf nach oben auf dem Computerbildschirm und dem Schwanz nach unten auf dem Bildschirm. Wiederhole dies bei Bedarf, um bestimmte Körperteile zu manipulieren.
3. Klicken Sie mit der Maus auf die Funktion Ebene hinzufügen im Programm. Die Ebene wird als rotes, transparentes Rechteck angezeigt.
4. Klicken Sie mit der Maus auf die Pfeile nach links und rechts, die mit der Funktion Ebene hinzufügen verknüpft sind, um durch die Optionen für die Ebenenposition zu navigieren. Klicken Sie auf den Pfeil, bis die Ebene parallel zur Bauchseite des Tieres liegt.
5. Scrollen Sie mit dem Scrollrad an der Maus von unten nach oben , um die Ebene von ventral nach dorsal (oder oberflächlich nach tief) zu verschieben. Schieben Sie die Ebene mit dem Mausrad vor, bis ein klares Bild des kranialen Hohlvenengefäßes zu sehen ist.
6. Machen Sie einen Screenshot des Bildes und speichern Sie ihn an einem gewünschten Ort. Diese Schritte können auch auf dem Bildschirm aufgezeichnet und als Video gespeichert werden. Dieser Schritt hängt davon ab, über welche Computerhardware der Benutzer verfügt.

2. Training für die Venenpunktion

HINWEIS: Fünf Mitarbeiter wurden in die Schulung einbezogen, die alle ihre Zustimmung zur Beteiligung gegeben haben. Allen fünf Mitarbeitern, die über unterschiedliche Kenntnisse der Anatomie von Frettchen verfügten, wurden die 3D-rekonstruierten Bilder und Videos vor ihren Venenpunktionsversuchen gezeigt. Drei waren Tierpfleger und zwei Veterinärtechniker. Drei der Teilnehmer hatten bereits Erfahrung im Umgang mit Spritzen und Nadeln, während zwei dies nicht taten.

1. Zeigen Sie die 3D-rekonstruierten Bilder und Videos einer Gruppe von fünf Auszubildenden für Labortiere, einschließlich Anatomieunterricht von einem erfahrenen Tierarzt oder Techniker, der mit der Anatomie und dem Blutentnahmeverfahren vertraut ist. Stellen Sie bei Bedarf ergänzendes Lesematerial für das Wissen des Auszubildenden zur Verfügung.
2. Hören Sie sich die Fragen der Auszubildenden genau an und beantworten Sie diese vor dem Training von lebenden Tieren.
3. Beschreiben Sie das Verfahren in den Schritten 3 und 4 des Protokolls noch einmal, während die Technik den Auszubildenden vor dem ersten Versuch demonstriert wird, wobei Sie sich regelmäßig auf die rekonstruierten 3D-Bilder beziehen.
   HINWEIS: Insgesamt wurden sieben Frettchen im Training eingesetzt. Drei Auszubildenden wurde jeweils ein Frettchen zugeteilt, und sie hatten einen Blutentnahmeversuch mit ihrem Frettchen. Den anderen beiden Auszubildenden wurden jeweils zwei Frettchen zugeteilt; Einer wurde für den ersten Blutentnahmeversuch und der andere für den zweiten Versuch verwendet.

3. Positionierung für die Venenpunktion

1. Verwenden Sie für den ZVK-Ansatz wache, sedierte oder anästhesierte Frettchen.
2. Sedatieren Sie das Tier mit einer intramuskulären Injektion von Butorphanol 0,1-0,3 mg/kg, Midazolam 0,1-0,3 mg/kg und, nur bei Bedarf, Ketamin 1-3 mg/kg.
3. Legen Sie das Tier mit ausgestrecktem Kopf und Hals in die Rückenlage.
4. Halten Sie das Frettchen fest und symmetrisch fest, um die beste Gelegenheit zu haben, mit der Nadel in das Gefäß einzudringen. Mindestens ein Assistent ist erforderlich, um das Tier zurückzuhalten, während der Phlebotomiker die Annäherung macht (Abbildung 2). Der Restrainer kann zwischen den Schulterblättern Druck nach oben ausüben, um den thorakalen Einlass und den kranialen Thorax in Richtung des Phlebotomisten anzuheben.

4. Anfahrt und Blutentnahme

1. Desinfizieren Sie die Haut des Schädelthorax über dem Manubrium mit Alkohol.
2. Palpieren Sie das Brustbein (Abbildung 3).
3. Führen Sie die Nadel in die Kerbe zwischen dem Manubrium und der ersten Rippe auf der rechten Seite des Brustbeins des Tieres ein.
4. Winkele die Nadel um 30-45° an und richte sie auf die gegenüberliegende (linke) Hüfte. Führen Sie es an der Stelle der Kerbe ein und aspirieren Sie, um Blut zu entnehmen (Abbildung 4).
5. Beobachten Sie die Auszubildenden, wie sie den Venenpunktionsansatz versuchen. Dokumentieren Sie ihren Erfolg bei der Beherrschung der Fähigkeit, die Nadel vertikal und horizontal zu winkeln. Identifizieren Sie das Manubrium als Orientierungspunkt für das Einsetzen und sammeln Sie Blut von der Stelle. Dokumentieren Sie, wie viel Blut bei jedem erfolgreichen Versuch entnommen wurde.
   HINWEIS: Die Sedierungstiefe basierte auf der Reaktion auf physische und akustische Reize, dem Lidreflex und dem Aufrichtreflex. Nach der Blutentnahme wurde Flumazenil 0,2 mg/kg intramuskulär verabreicht, um die Sedierung umzukehren, falls erforderlich. Die Frettchen wurden nach dem Eingriff wieder in die Kolonie zurückgebracht.
6. Verwenden Sie eine 5/8-Zoll-Nadel mit 25 g und einer 1- oder 3-ml-Spritze, um mit dieser Technik Blut zu entnehmen.
   HINWEIS: Als Faustregel gilt, dass nicht mehr als 10 % des Blutvolumens eines Tieres in einer Entnahme entnommen werden sollten. Das Blutvolumen des Frettchens wird auf 5-6% des gesamten Körpergewichts geschätzt¹. Sowohl ein Tierarzt als auch ein erfahrener Schulungstechniker für Labortiere waren anwesend, um sicherzustellen, dass die Blutentnahme ordnungsgemäß durchgeführt wurde und alle Fehlerbehebungen für die Technik (d. h. subtile Bewegungen in der Nadelneigung oder -richtung, Tiefe des Einstechens der Nadel) in Echtzeit gemäß ihren Anweisungen durchgeführt wurden.

5. Messung des Erfolgs

1. Bewerten Sie die Fähigkeit der Auszubildenden, Nadel und Spritze richtig anzuwinkeln, die Nadel an der richtigen Stelle einzuführen und Blut von der Stelle zu entnehmen.
2. Notieren Sie, wie viele Auszubildende den vertikalen Winkel der Nadel, den horizontalen Winkel der Nadel und das Abtasten des Handgriffs korrekt ausgeführt haben.
3. Dokumentieren Sie, wie viele Auszubildende erfolgreich Blut entnommen haben, zusammen mit der Menge des entnommenen Blutes.

Results

Die 3D-rekonstruierten Frettchen-CT-Videos und -Bilder zeigen die anatomischen Strukturen, die mit dem ZVK auf verschiedenen Ebenen verbunden sind, und vermitteln ein umfassendes Verständnis der anatomischen Anordnung des kranialen Thorax. Die zugehörigen Strukturen wie das Manubrium, das Brustbein, die Rippen, die Muskeln der Brustwand, das Herz, die Vena jugularis externa, die Vena subclavia und der ZVK sind in Abbildung 1 deutlich gekennzeichnet. Die Stelle für das Einstechen der Nadel is...

Discussion

Diese Pilotstudie wurde entwickelt, um festzustellen, ob das Hinzufügen von 3D-Bildern und -Videos zu unseren routinemäßigen Schulungsverfahren für den zukünftigen Einsatz vielversprechend ist. Diese erste Studie war darauf ausgelegt, unsere Ergebnisse qualitativ zu beobachten und zu berichten, falls eine zukünftige Anwendung und Studie gerechtfertigt erschien. Der Schwerpunkt der Erfolgsermittlung lag darauf, die relevanten anatomischen Orientierungspunkte für die ZVK-Blutentnahmetechni...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
BodyViz	BodyViz, Clive, IA	N/A	Einfach zu bedienende 3D Anatamy Lernplattform
LabDiet 5L14	Universität von Georgia, Athen, GA	N/A	Frettchen-Diät