כאן, אנו מדגימים את העיצוב והיצירה של ארבעה פנטום אולטרסאונד ג'לטין בליסטי מותאם אישית לאימון הרדמה אזורית מונחית אולטרסאונד. עיצבנו את הפאנטום באמצעות תוכנת תכנון בעזרת מחשב, השתמשנו במודלים שהודפסו בתלת-ממד כדי ליצור תבניות סיליקון, ולאחר מכן שפכנו ג'ל בליסטי מומס לתוך התבניות כדי ליצור שכבות רקמות מותאמות אישית.
מאמר שיטה
בניית פאנטום ג'ל בליסטי במחיר סביר, עמיד ובאיכות בינונית לאימון בלוקים עצביים מונחה אולטרסאונד
* These authors contributed equally
במאמר זה
סיכום
תקציר
פנטום אולטרסאונד - חלופות לרקמה אנושית חיה - נותן ללומדים את ההזדמנות לתרגל הרדמה אזורית מונחית אולטרסאונד מבלי להציג סיכון מופרז לחולים. פאנטום מבוסס ג'לטין מספק למחנכים מאמני משימות עמידים לשימוש חוזר; עם זאת, פאנטום מבוסס ג'ל זמין מסחרית הם יקרים. כאן, אנו חוקרים את הייצור של פאנטום אולטרסאונד עמיד, בעלות נמוכה, מבוסס ג'ל בליסטי עבור מישור החציון (median), הירך, החיתולית הסופרגינלית (suprainguinal fascia iliaca) ובלוקים עצביים במישור הקדמי של סרטוס (serratus anterior plane), כמו גם מתודולוגיה לייצור פנטום לכל הליך חסימת עצב מונחה אולטרסאונד.
תוכנת תכנון בעזרת מחשב (CAD) שימשה לתכנון ארבעה פנטומים המשכפלים את האנטומיה של בלוקי העצבים החציוניים, הירכיים, הסופרגינליים של הפאשיה איליאקה ומישור המישור הקדמי של סרטוס, כולל ציוני דרך רלוונטיים ומישורי רקמות. מודלים פלסטיים של מישורי הרקמה הרצויים הודפסו בתלת מימד ושימשו ליצירת תבניות סיליקון. ג'ל בליסטי הותך וערבב עם קמח וצבע ליצירת ג'ל בליסטי נוזלי, אקוגני, שנמזג לתוך תבניות הסיליקון. כלי השיט דימו על ידי יצירת חלל שלילי בג'ל הבליסטי באמצעות מוטות מתכת. העצבים דימו באמצעות חוט שקוע בג'ל אולטרסאונד. עצמות מדומות תוכננו באמצעות CAD והדפסה תלת מימדית.
ג'ל בליסטי הוא מדיום רב-תכליתי ועמיד שניתן להשתמש בו כדי לדמות מגוון רקמות וניתן להמיס ולעצב אותו לכל צורה. תחת אולטרסאונד, הפנטומים האלה מספקים מישורי רקמה מציאותיים המייצגים את הגבולות בין שכבות שונות של עור, שרירים ופאשיה. האקוגניות של שכבות רקמת השריר, העצבים, כלי הדם והעצמות היא מציאותית, ולעצמות יש צל אחורי משמעותי כפי שניתן היה לראות אצל נבדק אנושי. פנטום זה עולה 200 דולר כל אחד עבור הפנטום הראשון ו -60 דולר עבור כל פנטום עוקב. פאנטום זה דורש מיומנות טכנית מסוימת כדי לתכנן, אבל הם יכולים להיות בנויים רק עבור 4% מהעלות של עמיתיהם המסחריים.
מבוא
פנטום אולטרסאונד - חלופות לרקמה אנושית חיה - נותן ללומדים את ההזדמנות לתרגל הליכים רפואיים, כולל הרדמה אזורית מונחית אולטרסאונד (UGRA), מבלי להציג סיכון מופרז לחולים1. בעוד שלרוב הם מיוצרים באמצעות הזרקה של גומי סיליקון נוזלי, ניתן לייצר פאנטום בהתאמה אישית תוך שימוש בחומרים רב-תכליתיים בעלות נמוכה יותר. רקמות אורגניות כמו טופו, חזיר ובשר בקר הן זולות אך מתקלקלות במהירות ומאתגרות ליצירה2. רקמת גופה אנושית אידיאלית לדיוק אנטומי אך קשה ויקרה להשיג ולשמר1. לאחרונה, מציאות מדומה שימשה כדי לספק הכשרה UGRA; עם זאת, משוב הפטי הוא מרכיב מרכזי בלמידה פרוצדורלית והוא מיושם לעתים רחוקות. גם כאשר מודל היברידי של חומרה-תוכנה מספק נאמנות חזותית גבוהה ומשוב מישוש, החומרה והתוכנה הנדרשות לביצוע הכשרה כזו הן לעתים קרובות יקרות3. פאנטום מבוסס ג'לטין יוצר איזון בין עלות, אריכות ימים ונאמנות2.
מודלים של ג'לטין בליסטי זמינים באופן מסחרי אך הם יקרים עבור משאב מתכלה המשמש מאוד במרכזי סימולציה רפואית. פאנטום אולטרסאונד קטן, פשוט, מבוסס ג'ל עם פרנכימה הומוגנית ושניים או שלושה כלי דם מדומים קמעונאיים במאות דולרים. לדוגמה, בלוק אימון אולטרסאונד בסיסי CAE Blue Phantom עולה למעלה מ 800 $4. פאנטום בנאמנות גבוהה יותר ספציפי להליכים בודדים של חסימת עצבים עולה אלפי דולרים. מודל אימון האולטרסאונד של CAE Blue Phantom Femoral Regional Anesthesia עולה $5,000 (טבלה 1)5. כדי להוזיל עלויות, מחנכים התנסו בפנטום בהתאמה אישית באמצעות ג'לטין או חומרים אחרים בעלות נמוכה או לשימוש חוזר 6,7,8. ניתן להשתמש בתוספים כגון קמח, עמילן תירס, אבקת גרפיט ו- Metamucil כדי להרגיע את הג'לטין ולהתאים אישית את האקוגניות של הפנטום, ובכך להגדיל את נאמנותו 8,9,10,11,12,13,14.
ניסיונות קודמים של מאמני חסימת עצבים ביתיים מבוססי ג'לטין לא הצליחו לשחזר כראוי את מראה העצבים תחת אולטרסאונד או השתמשו בפריטים מתכלים, ובכך הגבילו את חיי המדף15,16. גם ללא חסרונות אלה, איטרציות קודמות לא כללו ציוני דרך אנטומיים רלוונטיים ומישורים פשיאליים שיאפשרו למתאמנים לתרגל הליכים ספציפיים של חסימת עצבים. כאן, אנו חוקרים את הייצור של אולטרסאונד ג'ל בליסטי עמיד, בעלות נמוכה, פנטומים עבור מישור חציוני, פמורלי, suprainguinal fascia iliaca, ו serratus anterior plane nerve blocks, כמו גם מתודולוגיה לייצור פנטום עבור כל הליך חסימת עצב מונחה אולטרסאונד.
פרוטוקול
עבור פרויקט זה, המחברים JR ו- PS התנדבו כנבדקי אולטרסאונד, והסכמה מילולית התקבלה משניהם. עבור אלה שעוקבים אחר פרוטוקול זה, יש לקבל אישור מוועדת אתיקה או מוועדת ביקורת מוסדית (IRB) לפני שימוש בחולים או במתנדבים אנושיים כנושאי מחקר.
1. עיצוב פנטום ויצירת תבנית סיליקון
- יצירת תמונת אולטרסאונד התייחסות
- עבור כל פנטום אולטרסאונד, בקשו מרופא עם תת-התמחות באולטרסאונד והיכרות עם הליך חסימת העצבים המדומה על-ידי הפנטום הרצוי ליצור תמונת אולטרסאונד ייחוס מנבדק אנושי מתנדב (איור 1). ודא שלתמונת אולטרסאונד זו יש מבט רוחבי למישור העצב או הרקמה הרלוונטי שאליו יוזרק חומר ההרדמה.
- עיצוב והדפסה תלת מימדית של מודלים של שכבות רקמה
- צייר עיצובי חתך רוחב של כל פנטום (תרשים 2) ולהשתמש בתכנון בעזרת מחשב (CAD) כדי לתכנן מודלים פלסטיים של שכבות רקמה רצויות ומיכל חיצוני לצורה הכוללת של הפנטום (איור 3A, קובץ משלים 1, קובץ משלים 2, קובץ משלים 3ו קובץ משלים 4).
הערה: מנקודת מבט עיצובית, ניתן לחשוב על בלוקים מישוריים פשיליים כסדרה של מנסרות צמודות הסגורות בתוך מנסרה מלבנית חלולה עם קירות 5 מ"מ. קירות פחות מ -5 מ"מ היו שבירים מדי לייצור אמין. מנסרה מלבנית זו משמשת כשכבה החיצונית ביותר של הפנטום שלתוכה מורכבות ומונחות שכבות הרקמה האחרות. מודל העצב המדיאני (מוצג ב תרשים 3 ו תרשים 4) משתמש במיכל מקושת ולא בפריזמה מלבנית כדי לדמות צורה של זרוע אנושית.- בתוכנת CAD, צור קנבס שטוח מאולטרסאונד, CT או תמונת מטרה אחרת עם ממדים ידועים. לחץ על מוצק | הוספה | בד ציור, בחר קובץ, לחץ על מישור XY, גרור לרווח +X +Y וגרור לשינוי קנה מידה כך שאורך התמונה יהיה מדויק ליחידות ידועות.
- צור מנסרה מלבנית מעל האזור בתמונה המתווה את הדגם על ידי לחיצה על מוצק | יצירת סקיצה | מטוס XY | הכלי מלבן 2 נקודות. גררו את המלבן מעל האזור ושפרו בתוך תיבות האורך/רוחב כשהן סגורות; הקש Enter; לחץ על סיום סקיצה; לחץ על מלבן | מוצק | אקסטרוד; גרור את המלבן לגובה הרצוי ועדן עם תיבת הגובה כאשר הוא סגור; והקש Enter.
הערה: לכל אחד מהדגמים שלנו יש אורך ורוחב שונים בהתבסס על האנטומיה שהם מייצגים, אך בדרך כלל מצאנו ~ 100 מ"מ כגובה דגם יעיל. - צור סקיצה נוספת על גבי המנסרה המלבנית על ידי לחיצה על החלק העליון של המנסרה המלבנית | צור סקיצה וצייר את האנטומיה הרצויה, כמו גם את הקצה הפנימי של המנסרה המלבנית העוטפת על ידי לחיצה על סקיצה | יצירה ושרטוט | שנה ארגזי כלים. השתמש בבד הציור הנראה מאחורי המנסרה כדי להנחות את העיצוב; אם בד הציור אינו נראה דרך המנסרה המלבנית, שנה זאת באמצעות הגדרות תצוגה. לאחר יצירת הסקיצה המייצגת את חתך הרוחב של המודל, לחץ על סיום סקיצה.
הערה: אין כלי אידיאלי ספציפי לשרטוט האנטומיה הרצויה והקצה הפנימי של המנסרה העוטפת. השלב לעיל הוא מה ששימש בפרוטוקול זה. - לאחר מכן, צור כל פריזמה פנימית מהסקיצה על ידי לחיצה על הצורה בשרטוט | מוצק | אקסטרוד; גרור את הצורה חזרה למנסרה המלבנית באורך הרצוי, בדרך כלל 5 מ"מ פחות מאורך המלבן המלא; ולחץ על מבצע = גוף חדש | היכנסו. כדי להציג אובייקט חדש זה, כבה את התצוגה של כל האובייקטים האחרים על-ידי לחיצה על גופים | סמל העין לצד שם הגוף החדש.
הערה: כלי דם וצריכים להיות מיוצגים על ידי חורים עגולים או אליפטיים בצורת מנסרה שתוכננו בקצוות או במרכזים של גופי מישור פשיאליים. בשלב זה, אם אתה מציג את המודל הווירטואלי פנים אל בד הציור הראשוני, ניתן לדמיין את חלקי המודל הבודדים וכיצד הם משתלבים יחד. - לייצא כל גוף בנפרד להדפסה תלת מימדית על ידי לחיצה על גופים | סמל העין ליד כל גוף מלבד זה המיוצא; לחץ על קובץ | ייצוא | סוג = קובץ .stl | היכנסו.
הערה: כעת אמורים להיות לך קבצי .stl מרובים, שכל אחד מהם מייצג מישור או עצם פשיאליים ייחודיים, וכן קובץ .stl אחד נוסף המייצג את התיבה התוחמת המלבנית שחלקי המישור הפאשיאלי יתאימו אליה.
- פתח את קובץ STL בתוכנת כלי פריסה התואמת למדפסת התלת-ממד שתשמש להדפסת הדגמים.
- השתמשו בכפתור 'מקם על הפנים' כדי להניח את הדגם על המיטה כך שתחתית הדגם תיגע במיטת ההדפסה.
- תחת מדפסת, בחר את המדפסת. תחת הגדרות הדפסה, בחר מהירות 0.20 מ"מ, ותחת נימה, בחר Pla כללי. בחר 15-20% עבור Infill, בחר Everywhere בתפריט Support , והוסף שוליים במידת הצורך ליציבות הדפסה. לחץ על פרוס כעת.
- יצא את קובץ G-code לכרטיס SD, חבר אותו למדפסת התלת-ממד והדפס את הקובץ באמצעות נימה של חומצה פולילקטית (PLA).
- צייר עיצובי חתך רוחב של כל פנטום (תרשים 2) ולהשתמש בתכנון בעזרת מחשב (CAD) כדי לתכנן מודלים פלסטיים של שכבות רקמה רצויות ומיכל חיצוני לצורה הכוללת של הפנטום (איור 3A, קובץ משלים 1, קובץ משלים 2, קובץ משלים 3ו קובץ משלים 4).
- יצירת תבניות סיליקון
- הדביקו כל דגם המודפס בתלת-ממד לתחתית מיכל פרספקס טופלס לפני טבילתו בגומי סיליקון המרפא במהירות בהתאם להנחיות היצרן17.
- לאחר סידור הסיליקון, הסירו את דגם הפלסטיק הקשיח ואת מארז הפרספקס, והשאירו תבנית סיליקון גמישה, עמידה ולשימוש חוזר של כל שכבת רקמה ומיכל רצויים שלתוכו יוצקים ג'ל בליסטי (איור 3B).
הערה: בשלב זה, ייתכן שהפרוטוקול יושהה ויופעל מחדש מאוחר יותר.
איור 1: תמונות אולטרסאונד מייצגות שהתקבלו מנבדק אנושי. תמונות מייצגות עבור (A) חציון, (B) עצם הירך, (C) מישור suprainguinal fascia iliaca, ו-(D) מודלים של חסימת עצבים במישור הקדמי של serratus שהתקבלו מנבדקים אנושיים מתנדבים. קיצורים: A = עורק; V = וריד; M = עצב מדיאני; F = עצב הירך; RAD = רדיוס; U = אולנה; AIIS = עמוד השדרה האיליאק התחתון הקדמי; R = צלע; SART = שריר סרטוריוס (sartorius); IL=שריר איליאקוס; IO = אלכסוני פנימי; SA = שריר קדמי serratus; LD = שריר latissimus dorsi. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2: סכמות חתך רוחב של פנטומים של אולטרסאונד בלוק עצבי. (A) חציון, (B) עצם הירך, (C) מישור suprainguinal fascia iliaca, ו-(D) מישור העצבים של המישור הקדמי של סרטוס בלוק אולטרסאונד פנטומים. הסכמות תוכננו בהתבסס על תמונות האולטרסאונד האנושיות המייצגות שמוצגות באיור 1. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3: יצירת רכיבי פנטום של בלוק עצב מדיאני. (A) תמונה מייצגת של קובץ התכנון בעזרת מחשב המשמש להדפסת מודלים פלסטיים של כל שכבת רקמה עבור פנטום בלוק העצבים החציוני. (B) תבניות סיליקון לכל שכבת רקמה של בלוק העצב החציוני פנטום, כולל מוטות מתכת המוחדרים ליצירת כלי דם בתוך הג'ל הבליסטי. (C) מזיגה של ג'ל בליסטי חם, נוזלי וצבוע לתוך תבניות הסיליקון. (D) איטום הקצה הפתוח של כלי דם מדומים באמצעות ג'ל בליסטי נוזלי לאחר שכלי הדם מולאו בדם מדומה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
2. יצירת ציוני דרך פנטום אחרים
- עיצוב ויצירת עצם מדומה
- אם האזור של המודל שעוצב ב- CAD מייצג עצם במקום רקמה רכה, הדפס בתלת-ממד עצם חיקוי באמצעות השלבים לעיל, אך השתמש במקום זאת בנימה אקרילוניטריל בוטאדיאן סטירן (ABS).
אזהרה: אדי נימה במערכת ABS עלולים להכיל תרכובות אורגניות נדיפות (VOC), שעלולות לגרום לאי נוחות פיזית, כגון נמנום, גירוי בעיניים או בדרכי הנשימה, בחילה ו/או כאבי ראש18. ABS יש להדפיס על מדפסת תלת ממד סגורה או מדפסת לא סגורה בחדר עם אוורור טוב ו / או סינון אוויר.
- אם האזור של המודל שעוצב ב- CAD מייצג עצם במקום רקמה רכה, הדפס בתלת-ממד עצם חיקוי באמצעות השלבים לעיל, אך השתמש במקום זאת בנימה אקרילוניטריל בוטאדיאן סטירן (ABS).
- יצירת עצבים מדומה
- יש לטבול 80% אקריליק, 20% חוט צמר בכוס פלסטיק מלאה בג'ל אולטרסאונד. מניחים את הכוס בתא לחץ של -1 אטמ.
- השתמש במשאבת ואקום חד שלבית כדי לבנות שוב ושוב ולאחר מכן לשחרר לחץ בתא עד שכל הבועות הוסרו מג'ל האולטרסאונד, שהושג לאחר כ 4-6 מחזורים.
הערה: שלב זה עוזר לדמות עצבים. בשלב זה, ייתכן שהפרוטוקול יושהה ויופעל מחדש מאוחר יותר.
3. ג'ל בליסטי המסה ומזיגה
- המסת הג'ל הבליסטי
- חממו ג'ל וצבע בליסטי זמין מסחרית ביחס נפח משוער של 20:1 עם ערבוב לסירוגין עד שהנוזל מגיע ל-132°C בתנור הסעה מסחרי.
אזהרה: יש לטפל בזהירות בג'ל בליסטי נוזלי ומחומם בשל הסיכון לכוויות הקשורות לטיפול בנוזלים חמים. יש להשתמש בכפפות תנור בעת טיפול במחבתות מלאות בג'ל בליסטי נוזלי. יש להימנע ממגע ישיר בין העור לג'ל בליסטי נוזלי.
- חממו ג'ל וצבע בליסטי זמין מסחרית ביחס נפח משוער של 20:1 עם ערבוב לסירוגין עד שהנוזל מגיע ל-132°C בתנור הסעה מסחרי.
- תוספים עבור echogenicity
- ערבבו כ-4.5 גרם קמח מגורען דק לכל ק"ג ג'ל בליסטי לתוך הג'ל הבליסטי הנוזלי. השאירו את הג'ל בתנור למשך 20 דקות לפחות עם ערבוב לסירוגין כדי לאפשר ערבוב אחיד ולאפשר לבועות לברוח.
- הוסיפו ג'ל או צבע בליסטי שקוף נוסף לפי הצורך כדי להתאים את צבע התערובת כדי לדמות רקמה אנושית.
- ג'ל בליסטי נשפך לתוך תבניות סיליקון
- הכניסו מוטות פלדה מוצקים בקטרים משתנים למיקומים המיועדים לכך בתבניות הסיליקון הרב-פעמיות, אם הדבר מתאים למודל בלוק העצבים הספציפי הזה, כדי ליצור תעלות בפנטום האולטרסאונד הסופי, שייצגו את כלי הדם (איור 3C).
- יוצקים ג'ל בליסטי נוזלי, שנצבע כעת בצבע, עם חלקיקי קמח מרחפים, וללא בועות אוויר שנשמרו, לתוך תבניות הסיליקון ומאפשרים לו להתקרר.
- לאחר הקירור, מסירים את מוטות המתכת ואת שכבות רקמת הג'ל הבליסטית הסופית מהתבניות. כאשר הם מונחים יחד עם ציפוי ג'ל אולטרסאונד ביניהם, חלקי רקמה סמוכים מתיישרים כמעט בצורה מושלמת ויחד מייצרים מישור פשיאלי מדומה באולטרסאונד.
הערה: כל פנטום אולטרסאונד דורש כ 0.7 ק"ג של ג'ל בליסטי. זמן הקירור תלוי בגודל שכבת הרקמה ונע בין 20 דקות לשעה וחצי.
- הוספת דם מדומה ואיטום כלי דם
- עבור שכבות הרקמה עם כלי דם מדומים, טובלים צד אחד של שכבת הרקמה בג'ל הבליסטי הנוזלי ומאפשרים לו להתקרר, ובכך אוטמים צד אחד של תעלת כלי הדם.
- החזיקו את שכבות הרקמה זקופות והשתמשו במחט ובמזרק כדי להכניס דם מדומה לכל כלי.
הערה: השתמשנו במים עם צבעי מאכל אדומים או כחולים כדי לייצג דם עורקי וורידי, בהתאמה. - השתמשו בג'ל בליסטי נוזלי עדיין כדי לכסות את פתח כלי הדם הנותר, ובכך אטמו לחלוטין כל כלי מלא נוזל (איור 3D).
הערה: בשלב זה, ייתכן שהפרוטוקול יושהה ויופעל מחדש מאוחר יותר; עם זאת, ג'ל בליסטי חייב להיות מומס שוב כדי להמשיך לשלב הבא.
4. הרכבת פנטום
- הרכבה של שכבות רקמות, עצבים ועצמות
הערה: איור 4A מתאר את המרכיבים הבודדים של פנטום בלוק העצבים החציוני מיד לפני ההרכבה, כולל שכבות הרקמה, העצבים המדומים והעצמות המדומים.- הרכיבו את הפאנטום על-ידי ציפוי כל רכיב בג'ל אולטרסאונד, הרכבת הרכיבים כפי שמראים חתכי הרוחב באיור 2, והכנסתם למנסרות המלבניות של הג'ל הבליסטי המתאים להם (איור 4B). הניחו את כל העצמות או עצבי החוטים המודפסים בתלת-ממד כראוי בשלב זה.
- איטום קצוות הפנטום
- אטמו את הדגמים על-ידי טבילתם משני הצדדים במחבת מלאה בג'ל בליסטי נוזלי (איור 4C). חזרו על תהליך האיטום מספר פעמים מכל צד.
- לבסוף, השתמש אקדח חום כדי להחליק את הקצוות של פנטום, הסרת בועות פגמים, כמו גם חיזוק אטמי הצד.
- תוספת של pseudo-skin (אופציונלי)
הערה: הגדלה למודלים של מישור הפשיזם היא תוספת של פסאודו-עור.- יש לשפוך ג'ל בליסטיקה נוזלי על דגם אטום ומקורר, אשר כוסה באופן רופף בג'ל אולטרסאונד כדי למנוע חישול בין שכבת העור שזה עתה נשפכה לבין הדגם הקיים (איור 4D ווידאו משלים S1).
איור 4: הרכבה של פנטום אולטרסאונד של בלוק עצבי מדיאני. (A) רכיבים בודדים של פנטום בלוק עצב מדיאני מפורק, כולל שכבות רקמת ג'ל בליסטי, רדיוס ואולנה מודפסים בתלת-ממד, עצב מדיאני שקוע בג'ל אולטרסאונד, בקבוק ג'ל אולטרסאונד ומחבת מלאה בג'ל בליסטי נוזלי. (B) הרכבה של בלוק העצב המדיאני, כולל החדרת שכבות רקמה ועצמות מדומות המכוסות בג'ל אולטרסאונד. (C) איטום קצה אחד של הפנטום על ידי טבילה במחבת של ג'ל בליסטי נוזלי. (D) יצירת שכבה של עור מדומה על ידי שפיכת ג'ל בליסטי נוזלי על פנטום בלוק עצבי מדיאני שלם. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
תוצאות
ארבעה פנטום אולטרסאונד תוכננו ונבנו בהצלחה בשיטות שתוארו לעיל. חתך אולטרסאונד של כל מודל המיושר עם אולטרסאונד של אנטומיה אנושית מקבילה מוצג באיור 5. תחת אולטרסאונד, פאנטום זה מספק מישורי רקמה מציאותיים, המייצגים את הגבולות בין שכבות שונות של עור, שרירים ופאשיה. רקמת השריר היא אקוגנית כראוי והומוגנית. אקוגניות זו יכולה להיות מותאמת על פי כמות הקמח שנוסף לג'ל הבליסטי במהלך ההמסה. גבולות פשיאליים הם היפראקואיים בהשוואה לרקמת שריר הרקע. החוט נראה היפראקואי באופן לא סדיר, עם גבולות מוגדרים היטב, המדמה כראוי את המראה של עצב. החוט ממוקם בין שכבות הרקמה, וחלק זה של הפנטום יכול להכיל הזרקת נוזלים כדי לדמות הזרקה של חומר הרדמה מקומי במהלך הליך בלוק עצבי. יתר על כן, הזרקה לגוש ג'ל בליסטי נתקלת בהתנגדות משמעותית בהשוואה להזרקה למישור פשיאלי מדומה, מה שעשוי לשמש כמנגנון משוב מועיל ללומדים. הבלוקים המודפסים בתלת-ממד עשויים חוט להט ABS מדמים כראוי את קליפת המוח ההיפראקואית והצללה אקוסטית של עצם אנושית כאשר הם מדמיינים אותם תחת אולטרסאונד. כלים מדומים נראים אנאקואיים עם גבולות מוגדרים היטב, כפי שניתן לראות גם בעמיתיהם האנושיים החיים. מים צבועים ניתן לשאוף עם מחט כדי לאשר גישה intravascular בעת תרגול הליכים מונחה אולטרסאונד רלוונטי.
איור 5: תמונות אולטרסאונד מייצגות שהתקבלו מפאנטום אולטרסאונד בהשוואה לנבדקים אנושיים. (A) המישור החציוני, (B) הירך, (C) מישור החיתולית העל-גונית (suprainguinal fascia iliaca), ו-(D) בלוק עצבי המישור הקדמי של סראטוס (serratus) בלוק עצבי פנטום (משמאל) ונבדק אנושי (מימין). עבור כל פנטום אולטרסאונד (משמאל), תמונות סטילס מרובות שהתקבלו מסריקת פנטום האולטרסאונד נתפרו יחד כדי להדגים את כל הפנטום תחת אולטרסאונד. לא נעשו שינויים נוספים בתמונות. הקופסאות הצהובות המקווקוות מייצגות את האזור של פנטום האולטרסאונד שנמצא בקורלציה עם תמונת הסובייקט האנושי מימין. קיצורים: A = עורק; V = וריד; M = עצב מדיאני; F = עצב הירך; RAD = רדיוס; U = אולנה; AIIS = עמוד השדרה האיליאק התחתון הקדמי; R = צלע; SART = שריר סרטוריוס (sartorius); IL=שריר איליאקוס; IO = אלכסוני פנימי; SA = שריר קדמי serratus; LD = שריר latissimus dorsi. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
קובץ משלים 1: תכנון בעזרת מחשב של מודלים פלסטיים המייצגים כל שכבת רקמה רצויה עבור אולטרסאונד בלוק העצבים החציוני. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
קובץ משלים 2: תכנון בעזרת מחשב של מודלים פלסטיים המייצגים כל שכבת רקמה רצויה עבור אולטרסאונד בלוק העצבים של הירך. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
קובץ משלים 3: תכנון בעזרת מחשב של מודלים פלסטיים המייצגים כל שכבת רקמה רצויה עבור אולטרסאונד בלוק מישור fascia iliaca suprainguinal. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
קובץ משלים 4: תכנון בעזרת מחשב של מודלים פלסטיים המייצגים כל שכבת רקמה רצויה עבור אולטרסאונד בלוק המישור הקדמי של סרטוס. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
וידאו משלים S1: תוספת של pseudo-skin לאולטרסאונד בלוק עצבי מדיאני. שפיכת ג'ל בליסטי נוזלי על פנטום אולטרסאונד מוגמר עם שכבה מינימלית של ג'ל אולטרסאונד מלמעלה יוצרת כיסוי דק, שמרגיש וזז כמו עור. סרטון זה מדגים את יכולתו של הפסאודו-עור לחקות את תנועת העור האנושי כאשר לוחצים עליו. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
דיון
פאנטום מותאם אישית זה המבוסס על ג'ל בליסטי מספק למתאמנים אימון חציון בנאמנות בינונית, מישור הירך, מישור החיתולית הסופרגינלית ומישור העצבים הקדמי של סרטוס עבור שבריר מהעלות של פאנטום בלוק עצבים זמין מסחרית (טבלה 1). מאמני חסימת העצבים החציונית והירכית הראשונים שלנו יוצרו בתוך החברה עבור 12% ו-9% מהמחיר של מאמני בלוק העצבים החציוני והירך הזולים ביותר הזמינים מסחרית, בהתאמה. אף אחד מהפנטומים הזמינים של בלוק העצבים הפמורלי אינו מסוגל לדמות את הגישה הסופרנגווינלית לבלוק הפאשיה איליאקה כפי שהפנטום שלנו עושה. לא מצאנו אולטרסאונד אולטרסאונד סרטוס קדמי זמין מסחרית.
טבלה 1: סיכום של פנטום הרדמה אזורית מונחית אולטרסאונד מסחרית. אנא לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו.
בעשור האחרון, טכנולוגיית הדפסה בתלת-ממד הפכה לנגישה יותר וזולה יותר. לדוגמה, מדפסת התלת-ממד המקורית Prusa i3 MK3S+ המשמשת בפרוטוקול זה, אם כי לא המהדורה האחרונה, עולה רק $64919. אפילו Prusa MINI+ הקטנה יותר, שמספיקה לייצור הדגמים המפורטים כאן, עולה רק $42920. רוב חלקי החילוף למדפסות אלה מודפסים בתלת-ממד בעצמם, מה שממזער עוד יותר את עלויות התיקון. סטודנטים וסגל יכולים בדרך כלל לגשת למדפסות תלת מימד בחינם באמצעות Makerspace או מעבדת העיצוב של המוסד שלהם. עיצוב אובייקטים להדפסה תלת-ממדית נוח יותר מאי פעם באמצעות תוכנות תכנון בעזרת מחשב (CAD), שחלקן זמינות בחינם21.
משך הזמן הנדרש לתכנון המודלים המודפסים בתלת-ממד והעצמות המדומות משתנה בהתאם למיומנות המשתמש ולהיכרות עם תוכנת CAD; עם זאת, תהליך זה יכול להיעשות ללא עלות באמצעות תוכנה כגון FreeCAD או על ידי שימוש בתוכנת CAD ברישיון על ידי המוסד המארח21. יצירת תבניות סיליקון של כל שכבת רקמה אינה גוזלת זמן. סיליקון עולה 28 דולר לק"ג כאשר כל פנטום דורש 4-6 ק"ג סיליקון (140 דולר בסך הכל). מכיוון שתבניות הסיליקון ניתנות לשימוש חוזר, מדובר בהוצאה חד פעמית.
הג'ל הבליסטי המסחרי שלנו עולה 86 דולר לק"ג, וכל פנטום דרש כ-0.7 ק"ג בעלות של 60 דולר לפאנטום. מבני הדפסה תלת מימדית הנדרשים לדפוס דורשים עלויות זניחות של נימה PLA או ABS. שניים מהפאנטום שלנו דרשו 100 מ"מ חוט במחיר של 10 דולר למטר או 0.01 דולר לפנטום. בסך הכל, כל פנטום עלה ~ 200 $ כדי להפוך את הדגם הראשון ו 60 $ כדי להפוך כל דגם הבא. תהליך הייצור דרש 1 man-hour ו 3-4 שעות של ג'ל חימום וקירור. הצלחנו לבנות ארבעה מודלים במקביל באותו פרק זמן.
ג'ל בליסטי הוא מדיום אידיאלי בשל הרבגוניות שלו. ניתן להשתמש בו כדי לדמות מגוון רקמות וניתן להמיס אותו ולעצב אותו לכל צורה. ברגע שהג'ל מתמצק, כל פגמים או נקבי מחטים הם ריפוי עצמי במידת מה וניתן לתקן אותם עוד יותר באמצעות אקדח חום. אם יש טעות בפנטום, או אם הוא ניזוק או נעשה בו שימוש יתר, תמיד ניתן לפרק, לנקות ולהמיס את רכיבי הג'ל הבליסטיים בחזרה לשימוש חוזר עם אובדן חומר מינימלי. ג'ל בליסטי הוא גם חסכוני. למרות היותם הרכיב היקר ביותר של פאנטום זה במחיר של 86 דולר לק"ג, פאנטום זה עדיין זול בהרבה מפנטומי אולטרסאונד הזמינים מסחרית (טבלה 1). פאנטום המיוצר מג'לטין ביתי תואר בעבר ויש להניח שהוא אפילו זול יותר, אך פאנטום זה יפתח עובש תוך ימים עד שבועות, גם כאשר יאוחסן במקרר16. אחסנו את הפאנטום בסביבה נקייה ויבשה בטמפרטורת החדר במשך חודשים עד שנים מבלי להתקלקל או להתכלות.
הדמיית עצבים בג'לטין עבור מודלים של חסימת עצבים מונחי אולטרסאונד הוכחה כקשה עבור אנשי חינוך. בניסיונות קודמים נעשה שימוש בגידים של בעלי חיים 22,23,24, חוט חשמל25, דיבלים מעץ25, שרוכי נעליים 26, מוטות מתכת27, צרורות גומיות15, קצף28, אפונה29, ספגטי30 ואפילו כבל Ethernet31. אפשרויות אלה אינן מציאותיות, מתכלות או יוצרות הצללה אקוסטית אחורית משמעותית תחת אולטרסאונד. השתמשנו בפריט ביתי, חוט, כדי ליצור עצבים מדומים באיכות גבוהה עם הצללה אחורית מועטה עד אפסית תמורת 0.10 דולר למטר בלבד, או 0.01 דולר לפנטום.
נימה ABS שימשה להדפסה תלת ממדית של עצם חיקוי בשל סובלנות החום הגבוהה יותר שלה מאשר PLA, אשר התעוותה בשלבים הבאים במהלך הפיתוח של שיטה זו. מיקסמנו את טמפרטורת האפייה כדי למזער את זמני ההמסה ולהפחית את הצמיגות ואת מספר הבועות. זה מאפשר מזיגה חלקה יותר וממלאת חלל לתוך תבניות הסיליקון תוך שמירה על טמפרטורה מתחת לטמפרטורת השריפה של הג'ל, ובכך למנוע ייצור עשן עודף.
החיסרון העיקרי בפנטום זה הוא הזמן והאנרגיה הנדרשים כדי לתכנן ולבנות אותם. תכנון מישורי רקמה באמצעות CAD דורש מיומנות טכנית, ומודלים של הדפסה תלת מימדית מהם דורשים ידע בסיסי במדפסות תלת מימד, חיתוך קובץ STL, בחירת חוט להט ובאילו הגדרות וטמפרטורות להשתמש. יצירת תבניות סיליקון לכל מישור רקמה מוסיפה הוצאה, שכן סיליקון הוא הרכיב השני היקר ביותר בפרוטוקול זה במחיר של 28 דולר לק"ג. עם זאת, תבניות סיליקון אלה עמידות וניתנות לשימוש חוזר, כך שברגע שהן מיוצרות ניתן לעשות בהן שימוש חוזר כדי ליצור פנטומים רבים של אולטרסאונד. חסרונות אחרים כוללים את עקומת הלמידה הקשורה לערבוב ומזיגת ג'ל בליסטי, כמו גם חוסר האינטגרציה הטכנולוגית של פאנטום זה בהשוואה לבובות מסחריות באיכות גבוהה. עם זאת, אנו מחשיבים את קלות הבנייה היחסית, קלות רכישת החומרים, ההתאמה האישית, העלות הנמוכה ויכולת המיחזור של עיצוב דגם זה כעולים בהרבה על חסרונותיו. אנו מקווים כי הפצת שיטת הבנייה שלהם תאפשר הכשרה משופרת של הליכי חסימת עצבים במתקנים שאינם יכולים להרשות לעצמם החלפה תכופה של מכשירי סימולציה רפואיים מסחריים יקרים. מחקרים עתידיים צריכים לחקור פאנטום מותאם אישית עבור הליכים נוספים חסימת עצבים ולהעריך את שביעות הרצון והביצועים הקליניים של מתאמנים המשתמשים בפנטום זה בהשוואה לעמיתיהם.
גילויים
למחברי מאמר זה אין ניגודי עניינים לחשוף.
תודות
פרויקט זה מומן על ידי המרכז לאימון סימולציה (STC) בבית הספר לרפואה של אוניברסיטת קליפורניה, סן דייגו בלה הויה, קליפורניה. ברצוננו להודות לבלייק פריכטל על תרומתו לאיור 5.
חומרים
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| נימה ABS - 1.75 m+B+A2:A14 | Hatchbox (פומונה, קליפורניה) | https://www.hatchbox3d.com/collections/abs-1-75mm | |
| Adobe Photoshop | Adobe (סן חוזה, קליפורניה) | https://www.adobe.com/products/photoshop.html | |
| צבע Amber Tone | Humimic Medical (גרינוויל, דרום קרוליינה) | 852844007925 | צבע ג'ל בליסטי; https://humimic.com/product/amber-tone-dye/ |
| Fusion 360 | Autodesk (סן פרנסיסקו, קליפורניה) | תוכנת עיצוב בעזרת מחשב (CAD); https://www.autodesk.com/products/fusion-360/overview?term=1-YEAR&tab=subscription&plc=F360 | |
| ג'לטין #1 - ג'ל רפואי של The Pound | Humimic Medical (גרינוויל, דרום קרוליינה) | 852844007406 | ג'ל בליסטי; https://humimic.com/product/gelatin-1-medical-gelatin-by-the-pound/ |
| קמח רב-תכליתי ללא גלוטן | Arrowhead Mills (הרפורד, טקסס) | קמח לאקוגניות; https://arrowheadmills.com/products/gluten-free/organic-gluten-free-all-purpose-flour/ | |
| Microsoft PowerPoint | Microsoft (רדמונד, וושינגטון) | https://www.microsoft.com/en-us/microsoft-365/powerpoint | |
| Mold Star 16 FAST Pourable Silicone Rubber | Smooth-On (Macungie, PA) | גומי סיליקון ניתן למזיגה; https://www.smooth-on.com/products/mold-star-16-fast/ | |
| Peach Tone Dye | Humimic Medical (גרינוויל, דרום קרוליינה) | 852844007895 | צבע ג'ל בליסטי; https://humimic.com/product/peach-tone-dye/ |
| נימה PLA - 1.75 מ"מ | Hatchbox (פומונה, קליפורניה) | https://www.hatchbox3d.com/collections/pla-1-75mm | |
| מדפסת Prusa Original i3 MK3S+ | Prusa Research (פראג, צ'כיה) | מדפסת תלת מימד; https://www.prusa3d.com/category/original-prusa-i3-mk3s/ | |
| Prusa Slicer 2.6.1 | Prusa Research (פראג, צ'כיה) | תוכנת פריסת מדפסת תלת מימד; https://www.prusa3d.com/page/prusaslicer_424/ | |
| Wool-Ease Thick & חוט חוט מהיר | של המותג אריה (לינדהרסט, ניו ג'רזי) | 640-610B | חוט לעצבים מדומים; https://www.lionbrand.com/products/wool-ease-thick-and-quick-yarn?variant=32420963516509 |
מקורות
- 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 substitutes for ultrasound imaging. Ultrasound Med Biol. 36 (6), 861-873 (2010).
- Grottke, O. Virtual reality-based simulator for training in regional anaesthesia. Br J Anaesth. 103 (4), 594-600 (2009).
- CAE Healthcare. Regional anesthesia ultrasound training block. , https://medicalskillstrainers.cae.com/regional-anesthesia-ultrasound-training-block/p (2023).
- CAE Healthcare. Gen II femoral vascular access & regional anesthesia ultrasound training model. , https://medicalskillstrainers.cae.com/gen-ii-femoral-vascular-access-and-regional-anesthesia-ultrasound-training-model/p (2023).
- Osmer, C. L. A gelatine-based ultrasound phantom. Anaesthesia. 63 (1), 107(2008).
- Nicholson, R. A., Crofton, M. Training phantom for ultrasound guided biopsy. Br J Radiol. 70, 192-194 (1997).
- Bude, R. O., Adler, R. S. An easily made, low-cost, tissue-like ultrasound phantom material. J Clin Ultrasound. 23 (4), 271-273 (1995).
- Patel, A. S., Harrington, T. J., Saunt, K. S., Jones, W. K. Construction of an ultrasound biopsy phantom. Australas Radiol. 40 (2), 185-186 (1996).
- Culp, W. C. Relative ultrasonographic echogenicity of standard, dimpled, and polymeric-coated needles. J Vasc Interv Radiol. 11 (3), 351-358 (2000).
- Morehouse, H., Thaker, H. P., Persaud, C. Addition of Metamucil to gelatin for a realistic breast biopsy phantom. J Ultrasound Med. 26 (8), 1123-1126 (2007).
- Phal, P. M., Brooks, D. M., Wolfe, R. Sonographically guided biopsy of focal lesions: a comparison of freehand and probe-guided techniques using a phantom. AJR Am J Roentgenol. 184 (5), 1652-1656 (2005).
- McNamara, M. P., McNamara, M. E. Preparation of a homemade ultrasound biopsy phantom. J Clin Ultrasound. 17 (6), 456-458 (1989).
- Gibson, R. N., Gibson, K. I. A home-made phantom for learning ultrasound-guided invasive techniques. Australas Radiol. 39 (4), 356-357 (1995).
- Lollo, L., Stogicza, A. R. Low-cost, high-fidelity ultrasound phantom gels for regional anesthesia training programs. MedEdPORTAL. 8, (2023).
- Rathbun, K. M., Brader, W. T., Norbury, J. W. A simple, realistic, inexpensive nerve phantom. J Ultrasound Med. 38 (8), 2203-2207 (2019).
- Smooth-On. Mold Star™ 16 FAST Product Information. , https://www.smooth-on.com/products/mold-star-16-fast/ (2023).
- Wojtyła, S., Klama, P., Baran, T. Is 3D printing safe? Analysis of the thermal treatment of thermoplastics: ABS, PLA, PET, and nylon. J Occup Environ Hyg. 14 (6), D80-D85 (2017).
- Prusa Research. Original Prusa i3 MK3S+ 3D Printer kit. , https://www.prusa3d.com/product/original-prusa-i3-mk3s-3d-printer-kit/ (2023).
- Prusa Research. Original Prusa MINI+ kit. , https://www.prusa3d.com/product/original-prusa-mini-kit-2/ (2023).
- The FreeCAD Team. FreeCAD: Your own 3D parametric modeler. , https://www.freecad.org/ (2023).
- Xu, D., Abbas, S., Chan, V. W. Ultrasound phantom for hands-on practice. Reg Anesth Pain Med. 30 (6), 593-594 (2005).
- de Oliveira Filho, G. R., et al. Learning curves and mathematical models for interventional ultrasound basic skills. Anesth Analg. 106 (2), table of contents 568-573 (2008).
- Koscielniak-Nielsen, Z. J., Rasmussen, H., Hesselbjerg, L. An animal model for teaching ultrasound-guided peripheral nerve blocks. Reg Anesth Pain Med. 34 (4), 379-380 (2009).
- Pollard, B. A. New model for learning ultrasound-guided needle to target localization. Reg Anesth Pain Med. 33 (4), 360-362 (2008).
- Wells, M., Goldstein, L. The polony phantom: a cost-effective aid for teaching emergency ultrasound procedures. Int J Emerg Med. 3 (2), 115-118 (2010).
- van Geffen, G. J., et al. A needle guidance device compared to free hand technique in an ultrasound-guided interventional task using a phantom. Anaesthesia. 63 (9), 986-990 (2008).
- Liu, Y., Glass, N. L., Power, R. W. Technical communication: new teaching model for practicing ultrasound-guided regional anesthesia techniques: no perishable food products. Anesth Analg. 110 (4), 1233-1235 (2010).
- Sultan, S., Iohom, G., Shorten, G. A novel phantom for teaching and learning ultrasound-guided needle manipulation. J Med Ultrasound. 21 (3), 152-155 (2013).
- Micheller, D. A low-fidelity, high-functionality, inexpensive ultrasound-guided nerve block model. CJEM. 19 (1), 58-60 (2017).
- Sparks, S., Evans, D., Byars, D. A low cost, high fidelity nerve block model. Crit Ultrasound J. 6 (1), 12(2014).
הדפסות חוזרות והרשאות
