Method Article

טבילה באמבט מים חמים אטום בוואקום להכנת מודלים אנטומיים וכירורגיים של עצמות קדוואריות

DOI:

10.3791/64764

⸱

December 2nd, 2022

 ,  ,  , 
1Surgical and Orthopaedic Research Laboratories (SORL), Prince of Wales Clinical School, Faculty of Medicine, University of New South Wales (UNSW) Sydney

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

הפרוטוקול הנוכחי מתאר את ההשרייה והניקוי של עצם הגופה באמצעות טכניקת טבילה באמבט מים חמים אטומה בוואקום. זוהי שיטה זולה, בטוחה ויעילה לייצור דגימות אנטומיות לתכנון כירורגי וחינוך רפואי כחלופה למודלים מודפסים תלת מימדיים (תלת ממדיים).

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מודלים של עצמות משרתים מטרות רבות, כולל שיפור ההבנה האנטומית, תכנון כירורגי טרום ניתוחי והפניה תוך ניתוחית. תוארו מספר טכניקות להשרייה של רקמות רכות, בעיקר לניתוח פורנזי. עבור מחקר קליני ושימוש רפואי, שיטות אלה הוחלפו על ידי מודלים מודפסים תלת מימדיים (3D), אשר דורשים ציוד משמעותי ומומחיות, והם יקרים. כאן, עצם חוליית הכבשה הגופית נוקתה על ידי אטימת ואקום של הדגימה עם חומר ניקוי מסחרי לשטיפת כלים, טבילה באמבט מים חמים, ולאחר מכן הסרה ידנית של הרקמה הרכה. זה ביטל את החסרונות של שיטות השרייה שהיו קיימות בעבר, כגון קיומם של ריחות רעים, שימוש בכימיקלים מסוכנים, ציוד משמעותי ועלויות גבוהות. הטכניקה המתוארת הפיקה דגימות נקיות ויבשות תוך שמירה על פרטים ומבנה אנטומיים כדי למדל במדויק את מבני הגלוסקמאות שיכולים להיות שימושיים לתכנון טרום ניתוחי והפניה תוך ניתוחית. השיטה פשוטה, זולה ויעילה להכנת מודל עצם לחינוך ותכנון כירורגי ברפואה וטרינרית ואנושית.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

הסרת רקמות רכות וניקוי עצמות נדרשים לזיהוי פלילי, מחקר רפואי וביולוגי וחינוך וטרינרי ורפואי. רוב הטכניקות פותחו למטרות פורנזיות, למזער את הנזק לעצם כדי לשמר פרטים רבים ככל האפשר. זה יכול לספק מודל עצם מדויק ומוחשי לתכנון כירורגי לפני הניתוח, כמו גם קבלת החלטות תוך ניתוחית כדי לסייע במזעור סיבוכים 1,2,3. זה מועיל בניתוח על ידי קיצור זמני הניתוח ואיבוד דם ושיפור התקשורת בין המנתחים, בהשוואה לתכנון עם תמונות דו-ממדיות4. השימוש במודלים אלה עשוי גם להפחית את ההסתמכות על הדמיה תוך ניתוחית, כגון פלואורוסקופיה, אשר עשויה להפחית את החשיפה לקרינה לאנשי צוות.

עצמות שלד מגופות שימשו בעבר לדגמים אלה; עם זאת, ההתקדמות הטכנולוגית דחפה לשימוש בדגמים מיוצרים, ולאחרונה, מודלים מודפסים תלת מימדיים (3D). מודלים של עצמות מסתמכים על זמינותן של דגימות גופות ועל יעילות עיבוד דגימות אלה למודלים שמישים. להדפסה תלת-ממדית יש יתרון של חופש יצירתי, המאפשר מודלים אנטומיים וספציפיים למטופל, במיוחד כאשר קיימות הפרעות אנטומיות או גידולים, או אם יש צורך לייצר או להגדיל את החומרה כך שתתאים למטופל1. דגימות אלה ניתנות גם לעיקור ומניפולציה על ידי מנתחים במהלך הליך. עם זאת, חופש זה מגיע עם עלות, כפי שהוא דורש סריקות טומוגרפיה ממוחשבת (CT), החומרים והציוד הנדרש יכול להיות יקר, ומומחיות חיונית כדי ליצור את המודלים בתוכנה הנדרשת 1,4. בנוסף, גורמים אלה יכולים להגביל את הדיוק והאיכות של המודל, ומכאן התכנון הניתוחי והצלחתו1. מודלים מודפסים בתלת-ממד עשויים שלא להיות הבחירה הטובה ביותר במקרים בהם אין צורך באנטומיה ספציפית למטופל וכאשר יש דרישה מיידית לדגם.

שיטות נפוצות להסרת רקמות רכות מעצם cadaveric כוללות ניקוי ידני, maceration חיידקים, maceration כימי, בישול, ו macerationחרקים 5,6. ההצלחה של שיטות אלה מבוססת בדרך כלל על עלות, זמן, עבודה, ציוד, בטיחות ואיכות המוצר הסופי 5,7. ניקוי ידני דורש את מירב העבודה וכמות משמעותית של זמן, אך כרוך בציוד מינימלי5. מקרציה חיידקית מורכבת מהשארת הדגימה באמבט מים קרים או חמים לפרקי זמן ארוכים, לעתים קרובות עד 3 שבועות, מה שמאפשר לחיידקים לפרק את הרקמה6. זה יוצר ריחות לא נעימים, דורש ציוד נוסף לטיפול בחיידקים, ויוצר סיכון ביטחוני ביולוגי למשתמש 5,6. השימוש בחיפושיות דרמסטיות יעיל מאוד עם עבודה מינימלית, אך דורש רכישת מושבה וגידול בעלי חיים, ואינו נחשב להשקעה כלכלית אם משתמשים בו לעתים רחוקות 6,7. השרייה כימית כרוכה בדרך כלל בשימוש באנזימים כגון טריפסין, פפסין ופפאין, או דטרגנטים מסחריים המכילים חומרים כגון פעילי שטח ואנזימים 5,8. למרות ששיטה זו מספקת תוצאות מהירות יותר, הכימיקלים המשמשים, כגון נתרן הידרוקסידי, אמוניה, אקונומיקה ובנזין, עלולים להוות סיכון בריאותי ובטיחותי ולייצר ריחות מזיקים הדורשים ציוד מגן אישי (PPE) ומכסה אדים 5,7,8,9. לבסוף, חימום ממושך מספק שיטה נוספת בעלת אינטנסיביות מינימלית אך עלול לייצר ריחות הדורשים אוורור10.

שיטה פשוטה, בטוחה וזולה להכנת מודלים אנטומיים של עצמות תספק כלי שימושי למנתחים, סטודנטים, מחנכים וחוקרים. מאמר זה מתאר שיטה חדשנית להכנת מודלים של עצמות שלד המונעת ריחות לא נעימים וכימיקלים מזיקים, ומייצרת מודל כירורגי מפורט עם מינימום ציוד ועבודה.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

קוצים מותניים נקטפו ממרינו קרוס בוגר בן 4 (Ovis aries) בהתאם להנחיות האתיות של ועדת הטיפול והאתיקה בבעלי חיים של מעבדות המחקר הכירורגיות והאורתופדיות. בעקבות השיטה המאושרת במוסד של המתת חסד הומנית, קוצרו עמוד השדרה המותני באמצעות כלי דיסקציה חד, תחילה דרך העור והרקמות התת עוריות, ולאחר מכן הפאשיה והשרירים לפני פירוק בצומת תורקולומבר ובלומבוסקרל. דגימה שנקטפה מוצגת באיור 1A.

1. הכנה לאמבטיה הראשונית

  1. יש להסיר ידנית רקמות רכות (שריר, רקמת חיבור, שומן וכו') באמצעות כלי דיסקציה חדה (להב אזמל מספר 22) מדגימת העצם לפני המשך העיבוד.
    הערה: שלב זה הוא אופציונלי; עם זאת, הסרת רקמות רכות רבות ככל האפשר מפחיתה את הזמן שלוקח לאמבט המים להייס את הרקמות. גודל הדגימה (~ 20 ס"מ x 10 ס"מ x 8 ס"מ) מצטמצם גם הוא; לכן, ניתן להכניס דגימות נוספות לאמבטיה.
  2. אטמו את הדגימה בשקית ניילון אטומה הניתנת לאטימה בחום לאחר הוצאת האוויר. מומלץ להשתמש בשקית ואקום באמצעות מכשיר מסחרי לאיטום ואקום (ראו טבלת חומרים).
    הערה: אין צורך בתוספים עבור האמבטיה הראשונית של 24 שעות. אם יש שריר משמעותי שמכסה את כל משטחי העצם, ואם יש כבר רקמה רכה מינימלית ורוב משטחי העצם בדגימה חשופים, המשיכו לשלב 3.2 (איור 1B).

2. נוהל האמבטיה הראשונית

  1. יש לטבול לחלוטין את הדגימה האטומה באמבט מים בטמפרטורה של 70 מעלות צלזיוס למשך 24 שעות.
  2. לאחר 24 שעות, הוציאו את השקית מהאמבטיה, פתחו את השקית והניחו לדגימה להתקרר עד שניתן יהיה לטפל בה.

3. הכנה לאמבטיות הבאות

  1. הוציאו כמה שיותר רקמות רכות מהעצם בעזרת אזמל חד ומים זורמים לפי הצורך.
  2. לפרק את כל המפרקים באמצעות אזמל חד כדי לחשוף את רקמת הסחוס.
    1. שמור את החלקים המפורקים באתרם באמצעות חומר כגון חוט אורתופדי או אזיקונים (ראה טבלת חומרים) כדי לשמור על המיקום האנטומי.
  3. אטמו את הדגימה בשקית ואקום יחד עם 10 מ"ל חומר ניקוי לשטיפת כלים (ראו טבלת חומרים) ו-10 מ"ל מי ברז.
    הערה: נפח חומר הניקוי תלוי בחוזק, בריכוז ובגודל הדגימה.

4. נוהל לאמבטיות הבאות

  1. יש לטבול לחלוטין את הדגימה האטומה באמבט מים בטמפרטורה של 70 מעלות צלזיוס למשך 24 שעות.
  2. לאחר 24 שעות, הוציאו את השקית מהאמבטיה, פתחו את השקית והניחו לדגימה להתקרר עד שניתן יהיה לטפל בה.
    1. הימנעו מלתת לדגימה להתקרר לחלוטין, מכיוון שהדבר מאפשר לסחוס מרוכך להתקשות ולהיצמד לעצם, מה שהופך קשה יותר להסרה.
      הערה: הזמן הדרוש לעיבוד הדגימה עשוי להשתנות בהתאם לגודל ולסוג, והסרה חוזרת ונשנית של אמבטיות עוקבות עשויה להיות מיותרת. בנוסף, הדגימה יכולה להישאר באמבטיה לפרקי זמן ממושכים, מה שעשוי לסייע בהסרת ביניים של רקמות.
  3. הסר כמה שיותר רקמות רכות באמצעות כלי דיסקציה חדה (להב אזמל מספר 22 על ידית אזמל ייעודית) ומים זורמים.
  4. חזור על שלב 4 לפי הצורך עד שהעצם נקייה מחומר רקמה רכה. מניסיוננו, זה נדרש לחזור על עצמו רק פעם אחת.

5. השלמת ההליך

  1. שטפו את הדגימה בחומר ניקוי נוזלי ושטפו היטב במים.
    הערה: ניתן להשתמש באלכוהול כדי לזרז את הייבוש.
  2. הניחו לדגימה להתייבש במשך כ-48 שעות.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

בעקבות פרוטוקול זה, נוצרו מודלים של עמוד חוליות מותני נקי ויבש של כבשים לצורך תכנון והתייחסות כירורגית. דגימות המורכבות משבע חוליות מותניות עובדו תוך 4 ימים בשיטה זו, עם אמבטיה ראשונית אחת להסרת עיקר השריר ושלוש אמבטיות עוקבות. השלמת האמבטיות התבטאה בקלות שבה הוסרו הסחוס ורקמת החיבור מהעצם. זה השתנה בהתאם לסוג ומיקום הסחוס; שכבות דקות הוסרו בקלות לאחר אמבטיה אחת או שתיים, אך חומר עבה מוקף ברקמה אחרת, כגון דיסקים בין-חולייתיים, עבר שלוש או ארבע אמבטיות. לאחר ייבוש במשך 48 שעות, העצמות היו צפויות להיות הרבה יותר קלות בצבע ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

הערה טכנית זו נועדה לתאר שיטה פשוטה, בטוחה וזולה לייצור מודל עצם אנטומי לטובת חינוך וטרינרי ורפואי ולשימוש בחינוך אנטומי ותכנון כירורגי.

בדיקות פיילוט מצאו כי טמפרטורת אמבטיה של 70 מעלות צלזיוס סיפקה את זמן העיבוד המהיר ביותר מבלי לגרום נזק לדגימות. טמפרטורות גבוהות יותר גרמו לפירוק נרחב של קולגן בתוך העצם, וכתוצאה מכך נוצרו דגימות שבירות עם מרקם גירי. האמבטיה החמה בניסוי זה נועדה במיוחד לעיבוד דגימות שהודפסו בתלת-ממד ושימשה בשל הנוחות שלה; עם זאת, אפשרויות מסחריות אחרות פחות יקרות, כגון תנור...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

המחברים חייבים לחשוף.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
מדפסת תלת מימד Dimension EliteStratasys, Eden Prairie, MN, ארצות הבריתמדפסת תלת מימד לייצור מודלים של עצמות כירורגיות המבוססות על סריקות CT משוחזרות
Mimics Innovation SuiteMaterialise NV, Leuven, BelgiumSuite 24תוכנה ליצירת מודלים תלת מימדיים מסריקות הדמיה
קשרי כבל ניילון4כבלים, אלכסנדריה, NSW, אוסטרליה011.060.1042/011.060.1039משמש לשמירה על חיבור בין גופי חוליות
חוט אורטופדיB בראון, בלה ויסטה, NSW, אוסטרליהמשמש לשמירה על חיבור בין גופי חוליות
תמיכה במכשירי ניקויPhoenix Analysis and Design Technologies, Tempe, AZ, ארצות הבריתSCA-1200אמבט מים חמים לטבילה של הדגימה האטומה.
נוזל לשטיפת כלים מקורי Ultra Strengthקולגייט-פלמוליב, ניו יורק, ניו יורק, ארצות הבריתנוזל לשטיפת כלים נוסף לשקית אטומה עם דגימה לניקוי דגם העצם.
שקיות ואקוםPacfood PTY LTDבטוח בחום, שקיות ניילון אטומות
אוטם מזון ואקוםTempoo (Aust) PTY LTDאוטם מזון ואקום לאיטום שקיות ואקום לפני טבילה באמבטיה

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Leary, O. P., et al. Three-dimensional printed anatomic modeling for surgical planning and real-time operative guidance in complex primary spinal column tumors: single-center experience and case series. World Neurosurgery. 145, 116-126 (2021).
  2. Tack, P., Victor, J., Gemmel, P., Annemans, L. 3D-printing techniques in a medical setting: a systematic literature review. BioMedical Engineering OnLine. 15 (1), 115(2016).
  3. Ventola, C. L. Medical applications for 3D printing: current and projected uses. Pharmacy and Therapeutics. 39 (10), 704-711 (2014).
  4. Wilcox, B., Mobbs, R. J., Wu, A. M., Phan, K. Systematic review of 3D printing in spinal surgery: the current state of play. Journal of Spinal Surgery. 3 (3), 433-443 (2017).
  5. Mairs, S., Swift, B., Rutty, G. N. Detergent: an alternative approach to traditional bone cleaning methods for forensic practice. The American Journal of Forensic Medicine and Pathology. 25 (4), 276-284 (2004).
  6. Husch, C., Berner, M., Goldammer, H., Lichtscheidl-Schultz, I. Technical note: A novel method for gentle and non-destructive removal of flesh from bones. Forensic Science International. 323, 110778(2021).
  7. Couse, T., Connor, M. A comparison of maceration techniques for use in forensic skeletal preparations. Journal of Forensic Investigation. 3, 1-6 (2015).
  8. Mahon, T. J., Maboke, N., Myburgh, J. The use of different detergents in skeletal preparations. Forensic Science International. 327, 110967(2021).
  9. Hussain, M., Hussain, N., Zainab, H., Qaiser, S. Skeletal preservation techniques to enhance veterinary anatomy teaching. IJAVMS. 1, 21-23 (2007).
  10. Simonsen, K. P., Rasmussen, A. R., Mathisen, P., Petersen, H., Borup, F. A fast preparation of skeletal materials using enzyme maceration. Journal of Forensic Science. 56 (2), 480-484 (2011).
  11. Burkhard, M., Furnstahl, P., Farshad, M. Three-dimensionally printed vertebrae with different bone densities for surgical training. European Spine Journal. 28 (4), 798-806 (2019).
  12. Rose, A. S., et al. Multi-material 3D models for temporal bone surgical simulation. The Annals of Otology, Rhinology, and Laryngology. 124 (7), 528-536 (2015).
  13. Werz, S. M., Zeichner, S. J., Berg, B. I., Zeilhofer, H. F., Thieringer, F. 3D printed surgical simulation models as educational tool by maxillofacial surgeons. European Journal of Dental Education. 22 (3), 500-505 (2018).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Bone Model PreparationVacuum SealingHot Water BathSoft Tissue RemovalAnatomical Bone ModelsSurgical PlanningCadaveric Bone ModelsOsseous StructuresDissection TechniqueVeterinary Education

Related Articles