Qui, dimostriamo la progettazione e la creazione di quattro fantocci a ultrasuoni in gelatina balistica personalizzati per l'addestramento in anestesia regionale ecoguidato. Abbiamo progettato i fantasmi utilizzando un software di progettazione assistita da computer, abbiamo utilizzato modelli stampati in 3D per creare stampi in silicone e poi abbiamo versato il gel balistico fuso negli stampi per creare strati di tessuto personalizzati.
Articolo metodologico
Costruzione di fantocci in gel balistici economici, durevoli e di media fedeltà per l'addestramento dei blocchi nervosi guidati da ultrasuoni
* These authors contributed equally
In questo articolo
Sommario
Abstract
I fantocci a ultrasuoni, alternative al tessuto umano vivo, offrono agli studenti l'opportunità di praticare l'anestesia regionale ecoguidata senza introdurre rischi eccessivi per i pazienti. I fantocci a base di gelatina forniscono agli educatori trainer di attività durevoli e riutilizzabili; Tuttavia, i fantasmi a base di gel disponibili in commercio sono costosi. Qui, studiamo la produzione di fantocci a ultrasuoni durevoli, a basso costo e basati su gel balistico per blocchi nervosi mediano, femorale, fascia iliaca soprainguinale e piano dentato anteriore, nonché una metodologia per la produzione di un fantoccio per qualsiasi procedura di blocco nervoso ecoguidata.
Il software CAD (Computer-Aided Design) è stato utilizzato per progettare quattro fantocci che replicano l'anatomia dei blocchi nervosi del piano mediano, femorale, della fascia iliaca soprainguinale e del piano anteriore dentato, compresi i punti di riferimento e i piani dei tessuti. I modelli in plastica dei piani di tessuto desiderati sono stati stampati in 3D e utilizzati per creare stampi in silicone. Il gel balistico è stato sciolto e mescolato con farina e colorante per creare un gel balistico liquido ed ecogeno, che è stato versato negli stampi in silicone. I recipienti sono stati simulati creando uno spazio negativo nel gel balistico utilizzando barre di metallo. I nervi sono stati simulati utilizzando un filato immerso in gel per ultrasuoni. Le ossa simulate sono state progettate utilizzando CAD e stampate in 3D.
Il gel balistico è un mezzo versatile e durevole che può essere utilizzato per simulare una varietà di tessuti e può essere fuso e modellato in qualsiasi forma. Sotto gli ultrasuoni, questi fantocci forniscono piani di tessuto realistici che rappresentano i confini tra i diversi strati di pelle, muscolo e fascia. L'ecogenicità degli strati di tessuto muscolare, dei nervi, dei vasi sanguigni e delle ossa è realistica e le ossa hanno un'ombreggiatura posteriore significativa come si osserverebbe in un soggetto umano. Questi fantasmi costano $ 200 ciascuno per il primo fantasma e $ 60 per ogni fantasma successivo. Questi fantasmi richiedono una certa abilità tecnica per essere progettati, ma possono essere costruiti per solo il 4% del costo delle loro controparti commerciali.
Introduzione
I fantocci a ultrasuoni, alternative ai tessuti umani vivi, offrono agli studenti l'opportunità di praticare procedure mediche, tra cui l'anestesia regionale ecoguidata (UGRA), senza introdurre rischi eccessivi per i pazienti1. Sebbene la maggior parte dei prodotti sia comunemente prodotta tramite stampaggio a iniezione di gomma siliconica liquida, i fantasmi personalizzati possono essere realizzati in casa utilizzando materiali versatili a costi inferiori. I tessuti organici come il tofu, il maiale e il manzo sono economici ma si deteriorano rapidamente e sono difficili da creare2. Il tessuto cadaverico umano è ideale per l'accuratezza anatomica, ma è difficile e costoso da ottenere e conservare1. Più recentemente, la realtà virtuale è stata utilizzata per fornire formazione all'UGRA; Tuttavia, il feedback tattile è una componente chiave dell'apprendimento procedurale e viene raramente implementato. Anche quando un modello ibrido hardware-software fornisce un'elevata fedeltà visiva e un feedback tattile, l'hardware e il software necessari per eseguire tale formazione sono spesso proibitiviin termini di costi3. I fantasmi a base di gelatina trovano un equilibrio tra costo, longevità e fedeltà2.
I modelli di gelatina balistica sono disponibili in commercio, ma sono costosi per una risorsa deperibile che è molto utilizzata nei centri di simulazione medica. Piccoli e semplici fantocci a ultrasuoni a base di gel con parenchima omogeneo e due o tre vasi simulati vengono venduti al dettaglio per centinaia di dollari. Ad esempio, il blocco di formazione di base sugli ultrasuoni CAE Blue Phantom costa fino a $ 8004. I fantocci ad alta fedeltà specifici per le singole procedure di blocco nervoso costano migliaia di dollari. Il modello di formazione ecografica per anestesia regionale femorale CAE Blue Phantom costa $ 5.000 (Tabella 1)5. Per ridurre i costi, gli educatori hanno sperimentato fantasmi su misura utilizzando gelatina o altri materiali a basso costo o riutilizzabili 6,7,8. Additivi come farina, amido di mais, polvere di grafite e Metamucil possono essere utilizzati per opacizzare la gelatina e personalizzare l'ecogenicità del fantasma, aumentandone così la fedeltà 8,9,10,11,12,13,14.
I precedenti tentativi di addestratori per blocchi nervosi fatti in casa a base di gelatina non erano in grado di ricreare adeguatamente l'aspetto dei nervi sotto ultrasuoni o utilizzavano oggetti deperibili, limitando così la durata di conservazione15,16. Anche senza questi inconvenienti, le iterazioni precedenti non includevano punti di riferimento anatomici rilevanti e piani fasciali che avrebbero consentito ai tirocinanti di praticare specifiche procedure di blocco nervoso. Qui, studiamo la produzione di fantocci a ultrasuoni su gel balistico durevoli e a basso costo per blocchi nervosi mediano, femorale, piano iliaco della fascia soprainguinale e del piano dentato anteriore, nonché una metodologia per la produzione di un fantoccio per qualsiasi procedura di blocco nervoso guidata da ultrasuoni.
Protocollo
Per questo progetto, gli autori JR e PS si sono offerti volontari come soggetti ecografici e il consenso verbale è stato ottenuto da entrambi. Per coloro che seguono questo protocollo, ottenere l'approvazione di un comitato etico o di un comitato di revisione istituzionale (IRB) prima di utilizzare pazienti o volontari umani come soggetti dello studio.
1. Design fantasma e creazione di stampi in silicone
- Creazione di un'immagine ecografica di riferimento
- Per ogni fantoccio ecografico, chiedere a un medico con sottospecializzazione ecografica e familiarità con la procedura di blocco nervoso simulata dal fantoccio desiderato di creare un'immagine ecografica di riferimento da un soggetto umano volontario (Figura 1). Assicurarsi che questa immagine ecografica abbia una vista trasversale al piano del nervo o del tessuto applicabile in cui verrebbe iniettato l'anestetico.
- Progettazione e stampa 3D di modelli di strati di tessuto
- Disegna i disegni della sezione trasversale di ciascun fantasma (Figura 2) e utilizzare la progettazione assistita da computer (CAD) per progettare modelli plastici degli strati di tessuto desiderati e un contenitore esterno per la forma complessiva del fantoccio (Figura 3A, File supplementare 1, File supplementare 2, File supplementare 3e File supplementare 4).
NOTA: Dal punto di vista del design, i blocchi del piano fasciale possono essere pensati come una serie di prismi strettamente inseriti racchiusi all'interno di un prisma rettangolare cavo con pareti di 5 mm. Le pareti inferiori a 5 mm erano troppo fragili per una produzione affidabile. Questo prisma rettangolare funge da strato più esterno del fantoccio in cui vengono assemblati e posizionati gli altri strati di tessuto. Il modello del nervo mediano (mostrato in Figura 3 e Figura 4) utilizza un contenitore ad arco anziché un prisma rettangolare per simulare la forma di un braccio umano.- Nel software CAD, crea una tela piatta da un'ecografia, una TC o un'altra immagine target con dimensioni note. Fare clic su Solido | Inserisci | Canvas, selezionare File, fare clic sul piano XY, trascinare nello spazio +X +Y e trascinare per ridimensionare in modo che la lunghezza dell'immagine sia precisa per le unità note.
- Crea un prisma rettangolare sulla regione dell'immagine che delinea il modello facendo clic su Solido | Crea schizzo | Aereo XY | Strumento Rettangolo a 2 punti. Trascina il rettangolo sull'area e perfeziona all'interno delle caselle di lunghezza/larghezza quando è chiuso; premere Invio; fare clic su Termina schizzo; clicca sul rettangolo | Solido | Estrusione; trascinare il rettangolo all'altezza desiderata e rifinire con la casella dell'altezza quando è chiuso; e premere Invio.
NOTA: Ciascuno dei nostri modelli ha una lunghezza e una larghezza diverse in base all'anatomia che rappresentano, ma in genere abbiamo riscontrato che ~100 mm è un'altezza effettiva del modello. - Crea un altro schizzo sopra il prisma rettangolare facendo clic sulla parte superiore del prisma rettangolare | Crea uno schizzo e disegna l'anatomia desiderata e il bordo interno del prisma rettangolare che lo ricopre facendo clic su Schizzo | Creazione e schizzo | Modifica le caselle degli strumenti. Usa la tela visibile dietro il prisma per guidare il disegno; se la tela non è visibile attraverso il prisma rettangolare, modificalo tramite Impostazioni di visualizzazione. Una volta creato lo schizzo che rappresenta la sezione trasversale del modello, fare clic su Termina schizzo.
NOTA: Non esiste uno strumento ideale specifico per disegnare l'anatomia desiderata e il bordo interno del prisma di rivestimento. Il passaggio precedente è ciò che è stato utilizzato in questo protocollo. - Quindi, crea ogni prisma interno dallo schizzo facendo clic sulla forma nello schizzo | Solido | Estrusione; trascinare nuovamente la forma nel prisma rettangolare alla lunghezza desiderata, in genere 5 mm in meno rispetto alla lunghezza totale del rettangolo; e fare clic su Operazione = Nuovo corpo | Entra. Per visualizzare questo nuovo oggetto, disattivare la visibilità di tutti gli altri oggetti facendo clic su Corpi | il simbolo dell'occhio accanto al nome del nuovo corpo.
NOTA: I vasi e dovrebbero essere rappresentati da fori circolari o ellittici a forma di prisma progettati nei bordi o nei centri dei corpi piani fasciali. A questo punto, se si visualizza il modello virtuale in faccia alla tela iniziale, è possibile visualizzare i singoli pezzi del modello e il modo in cui si incastrano tra loro. - Esporta ogni corpo individualmente per la stampa 3D facendo clic su Corpi | il simbolo dell'occhio accanto a tutti i corpi tranne quello da esportare; fai clic su File | Esportazione | Tipo = file .stl | Entra.
NOTA: ora dovresti avere più file .stl, ognuno dei quali rappresenta un piano fasciale o un osso univoco, nonché un file .stl aggiuntivo che rappresenta il riquadro di delimitazione rettangolare in cui si inseriranno i pezzi del piano fasciale.
- Apri il file STL in un software slicer compatibile con la stampante 3D che verrà utilizzata per stampare i modelli.
- Utilizzare il pulsante Posiziona sul fronte per appoggiare il modello sul letto in modo che la parte inferiore del modello tocchi il piano di stampa.
- In Stampante, selezionare la stampante. In Impostazioni di stampa, seleziona VELOCITÀ di 0,20 mm e in Filamento, seleziona PLA generico. Selezionare 15-20% per Riempimento, selezionare Ovunque nel menu Supporti e aggiungere un bordo se necessario per la stabilità di stampa. Fare clic su Taglia ora.
- Esporta il file G-code su una scheda SD, collegalo alla stampante 3D e stampa il file utilizzando il filamento di acido polilattico (PLA).
- Disegna i disegni della sezione trasversale di ciascun fantasma (Figura 2) e utilizzare la progettazione assistita da computer (CAD) per progettare modelli plastici degli strati di tessuto desiderati e un contenitore esterno per la forma complessiva del fantoccio (Figura 3A, File supplementare 1, File supplementare 2, File supplementare 3e File supplementare 4).
- Realizzazione stampi in silicone
- Incolla ogni modello stampato in 3D sul fondo di un contenitore in plexiglass topless prima di immergerlo in gomma siliconica a polimerizzazione rapida secondo le linee guida del produttore17.
- Una volta che il silicone è solidificato, rimuovere il modello in plastica rigida e la custodia in plexiglass, lasciando uno stampo in silicone flessibile, resistente e riutilizzabile di ogni strato di tessuto desiderato e contenitore in cui viene versato il gel balistico (Figura 3B).
NOTA: A questo punto, il protocollo potrebbe essere messo in pausa e riavviato in un secondo momento.
Figura 1: Immagini ecografiche rappresentative ottenute da un soggetto umano. Immagini rappresentative per i modelli di blocco nervoso (A) mediano, (B) femorale, (C) fascia iliaca soprainguinale e (D) dentato anteriore ottenuto da soggetti umani volontari. Abbreviazioni: A = arteria; V = vena; M = nervo mediano; F = nervo femorale; RAD = raggio; U = ulna; AIIS = spina iliaca anteriore inferiore; R = costola; SART = muscolo sartorio; IL = Muscolo iliaco; IO = obliquo interno; SA = muscolo dentato anteriore; LD = muscolo gran dorsale. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: Schemi in sezione trasversale dei fantocci ecografici a blocco nervoso. (A) Fantocci ecografici mediano, (B) femorale, (C) piano iliaco della fascia soprainguinale e (D) fantomata del blocco nervoso anteriore del dentato. Gli schemi sono stati progettati sulla base delle immagini ecografiche umane rappresentative mostrate nella Figura 1. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3: Creazione di componenti fantasma del blocco nervoso mediano. (A) Immagine rappresentativa del file di progettazione assistita da computer utilizzato per stampare modelli plastici di ogni strato di tessuto per il fantoccio del blocco nervoso mediano. (B) Stampi in silicone per ogni strato di tessuto del fantoccio del blocco nervoso mediano, comprese le barre metalliche inserite per creare vasi all'interno del gel balistico. (C) Versare gel balistico caldo, liquido e colorato negli stampi in silicone. (D) Sigillare l'estremità aperta dei vasi simulati utilizzando gel balistico liquido dopo che i vasi sono stati riempiti con sangue simulato. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
2. Creazione di altri punti di riferimento fantasma
- Progettazione e creazione di ossa simulate
- Se la regione del modello progettato in CAD rappresenta l'osso anziché i tessuti molli, stampa in 3D un finto osso utilizzando i passaggi precedenti, ma utilizza invece il filamento di acrilonitrile-butadiene-stirene (ABS).
ATTENZIONE: I fumi dei filamenti di ABS possono contenere composti organici volatili (COV), che possono causare disagio fisico, come sonnolenza, irritazione degli occhi o delle vie respiratorie, nausea e/o mal di testa18. L'ABS deve essere stampato su una stampante 3D chiusa o su una stampante non chiusa in una stanza con una buona ventilazione e/o filtrazione dell'aria.
- Se la regione del modello progettato in CAD rappresenta l'osso anziché i tessuti molli, stampa in 3D un finto osso utilizzando i passaggi precedenti, ma utilizza invece il filamento di acrilonitrile-butadiene-stirene (ABS).
- Creazione simulata di nervi
- Immergi il filato 80% acrilico e 20% lana in un bicchiere di plastica riempito con gel per ultrasuoni. Posizionare la tazza in una camera di pressione da -1 atm.
- Utilizzare una pompa a vuoto monostadio per accumulare ripetutamente e quindi rilasciare la pressione nella camera fino a quando tutte le bolle non sono state rimosse dal gel per ultrasuoni, dopo circa 4-6 cicli.
NOTA: Questo passaggio aiuta a simulare i nervi. A questo punto, il protocollo potrebbe essere messo in pausa e riavviato in un secondo momento.
3. Fusione e versamento del gel balistico
- Sciogliere il gel balistico
- Riscaldare il gel balistico disponibile in commercio e il colorante a un rapporto volumetrico di circa 20:1 mescolando a intermittenza fino a quando il liquido raggiunge i 132 °C in un forno a convezione commerciale.
ATTENZIONE: Il gel balistico liquido riscaldato deve essere maneggiato con cautela a causa del rischio di ustioni associate alla manipolazione di fluidi caldi. Utilizzare guanti da forno quando si maneggiano pentole piene di gel balistico liquido. Evitare il contatto diretto tra la pelle e il gel balistico liquido.
- Riscaldare il gel balistico disponibile in commercio e il colorante a un rapporto volumetrico di circa 20:1 mescolando a intermittenza fino a quando il liquido raggiunge i 132 °C in un forno a convezione commerciale.
- Additivi per l'ecogenicità
- Mescolare circa 4,5 g di farina finemente granulata per kg di gel balistico nel gel balistico liquido. Lasciare il gel in forno per almeno 20 minuti mescolando a intermittenza per consentire una miscelazione uniforme e per consentire la fuoriuscita di eventuali bolle.
- Se necessario, aggiungere ulteriore gel balistico trasparente o colorante per regolare il colore della miscela in modo da simulare il tessuto umano.
- Colata di gel balistico in stampi in silicone
- Inserire barre di acciaio solido di vari diametri nelle posizioni designate sugli stampi in silicone riutilizzabili, se appropriato per quello specifico modello di blocco nervoso, per creare canali nei fantocci ecografici finali, che rappresenteranno i vasi sanguigni (Figura 3C).
- Versare il gel balistico liquido, ora colorato da colorante, con particelle di farina in sospensione, e senza bolle d'aria trattenute, negli stampi in silicone e lasciarlo raffreddare.
- Dopo il raffreddamento, rimuovere le barre di metallo e gli strati finali di tessuto in gel balistico dagli stampi. Se posizionati insieme a un rivestimento in gel per ultrasuoni tra di loro, i pezzi di tessuto adiacenti si allineano quasi perfettamente e insieme producono un piano fasciale simulato all'ecografia.
NOTA: Ogni fantasma a ultrasuoni richiede circa 0,7 kg di gel balistico. Il tempo di raffreddamento dipende dalle dimensioni dello strato di tessuto e varia da 20 minuti a 1,5 ore.
- Aggiunta di sangue simulato e sigillatura dei vasi
- Per gli strati di tessuto con vasi simulati, immergere un lato dello strato di tessuto nel gel balistico liquido e lasciarlo raffreddare, sigillando così un lato del canale del vaso.
- Tenere questi strati di tessuto in posizione verticale e utilizzare un ago e una siringa per introdurre il sangue simulato in ciascun vaso.
NOTA: Abbiamo usato acqua con colorante alimentare rosso o blu per rappresentare rispettivamente il sangue arterioso e venoso. - Utilizzare gel balistico ancora liquido per coprire l'apertura del recipiente rimanente, sigillando così completamente ogni recipiente pieno di liquido (Figura 3D).
NOTA: A questo punto, il protocollo potrebbe essere messo in pausa e riavviato in un secondo momento; Tuttavia, il gel balistico deve essere nuovamente sciolto per procedere alla fase successiva.
4. Montaggio fantasma
- Assemblaggio di strati di tessuto, nervi e ossa
NOTA: La Figura 4A illustra i singoli componenti del fantoccio del blocco nervoso mediano immediatamente prima dell'assemblaggio, inclusi gli strati di tessuto, i nervi simulati e le ossa simulate.- Assemblare i fantocci rivestendo ogni componente in gel per ultrasuoni, assemblando i componenti come mostrato dalle sezioni trasversali nella Figura 2 e inserendoli nei rispettivi prismi rettangolari in gel balistico (Figura 4B). Posiziona correttamente le ossa o i nervi del filato stampati in 3D in questa fase.
- Sigillatura delle estremità del fantasma
- Sigillare i modelli immergendoli su entrambi i lati in una padella piena di gel balistico liquido (Figura 4C). Ripetere il processo di sigillatura più volte su ciascun lato.
- Infine, utilizzare una pistola termica per levigare i bordi del fantasma, rimuovendo bolle e imperfezioni, oltre a rinforzare le guarnizioni laterali.
- Aggiunta di pseudo-skin (opzionale)
NOTA: Un aumento dei modelli del piano fasciale è l'aggiunta di pseudo-pelle.- Versare il gel balistico liquido su un modello sigillato e raffreddato, che è stato coperto liberamente con gel per ultrasuoni per evitare la ricottura tra lo strato di pelle appena versato e il modello esistente (Figura 4D e video supplementare S1).
Figura 4: Assemblaggio del fantoccio a ultrasuoni del blocco nervoso mediano. (A) Singoli componenti di un fantoccio del blocco nervoso mediano smontato, inclusi strati di tessuto in gel balistico, radio e ulna stampati in 3D, un nervo mediano immerso in gel per ultrasuoni, un flacone di gel per ultrasuoni e una padella riempita con gel balistico liquido. (B) Assemblaggio del fantoccio del blocco nervoso mediano, compreso l'inserimento di strati di tessuto e ossa simulate ricoperte di gel per ultrasuoni. (C) Sigillare un'estremità del fantasma immergendola in una vaschetta di gel balistico liquido. (D) Creazione di uno strato di pseudo-pelle versando gel balistico liquido su un fantoccio di blocco nervoso mediano completato. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Risultati
Quattro fantocci a ultrasuoni sono stati progettati e costruiti con successo utilizzando i metodi sopra descritti. Nella Figura 5 è mostrata una sezione trasversale ecografica di ciascun modello allineata con un'ecografia di anatomia umana equivalente. Sotto gli ultrasuoni, questi fantocci forniscono piani di tessuto realistici, che rappresentano i confini tra i diversi strati di pelle, muscolo e fascia. Il tessuto muscolare è ecogeno in modo appropriato e omogeneo. Questa ecogenicità può essere regolata in base alla quantità di farina aggiunta al gel balistico durante la fusione. I bordi fasciali sono iperecogeni rispetto al tessuto muscolare di fondo. Il filato appare irregolarmente iperecogeno, con bordi ben definiti, simulando opportunamente l'aspetto di un nervo. Il filato si trova tra gli strati di tessuto e questa parte del fantoccio può ospitare l'iniezione di fluido per simulare l'iniezione di anestetico locale durante una procedura di blocco nervoso. Inoltre, l'iniezione in un blocco di gel balistico incontra una resistenza significativa rispetto all'iniezione in un piano fasciale simulato, che può fungere da meccanismo di feedback vantaggioso per gli studenti. I blocchi stampati in 3D realizzati con filamento ABS simulano in modo appropriato la corteccia iperecogena e l'ombreggiatura acustica dell'osso umano quando vengono visualizzati sotto gli ultrasuoni. I vasi simulati appaiono anecoici con bordi ben definiti, come si vede anche nelle loro controparti umane vive. L'acqua colorata può essere aspirata con un ago per confermare l'accesso intravascolare durante la pratica di procedure ecoguidate pertinenti.
Figura 5: Immagini ecografiche rappresentative ottenute da fantocci ecografici confrontate con soggetti umani. (A) I fantocci ecografici mediano, (B) femorale, (C) fascia soprainguinale iliaca e (D) fazzoletti a blocco nervoso del piano anteriore dentato (a sinistra) e un soggetto umano (a destra). Per ogni fantoccio ecografico (a sinistra), sono state unite più immagini fisse ottenute dalla scansione dei fantocci ecografici per dimostrare l'intero fantoccio sotto ecografia. Non sono state apportate altre modifiche alle immagini. I riquadri gialli tratteggiati rappresentano l'area del fantoccio ecografico correlata all'immagine del soggetto umano immediatamente a destra. Abbreviazioni: A = arteria; V = vena; M = nervo mediano; F = nervo femorale; RAD = raggio; U = ulna; AIIS = spina iliaca anteriore inferiore; R = costola; SART = muscolo sartorio; IL = Muscolo iliaco; IO = obliquo interno; SA = muscolo dentato anteriore; LD = muscolo gran dorsale. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
File supplementare 1: Progettazione assistita da computer di modelli plastici che rappresentano ogni strato di tessuto desiderato per il fantoccio ecografico del blocco nervoso mediano. Clicca qui per scaricare questo file.
File supplementare 2: Progettazione assistita da computer di modelli in plastica che rappresentano ogni strato di tessuto desiderato per il fantoccio ecografico del blocco del nervo femorale. Clicca qui per scaricare questo file.
File supplementare 3: Progettazione assistita da computer di modelli plastici che rappresentano ogni strato di tessuto desiderato per il fantoccio ecografico del blocco del piano iliaco della fascia soprainguinale. Clicca qui per scaricare questo file.
File supplementare 4: Progettazione assistita da computer di modelli in plastica che rappresentano ogni strato di tessuto desiderato per il fantoccio ecografico del blocco del piano anteriore dentato. Clicca qui per scaricare questo file.
Video supplementare S1: Aggiunta di pseudo-pelle al fantasma ecografico del blocco nervoso mediano. Versando del gel balistico liquido su un fantasma per ultrasuoni finito con uno strato minimo di gel per ultrasuoni sulla parte superiore si crea una copertura sottile, che si sente e si muove come la pelle. Questo video dimostra la capacità della pseudo-pelle di imitare il movimento della pelle umana quando viene premuta. Clicca qui per scaricare questo file.
Discussione
Questi fantocci balistici personalizzati a base di gel forniscono ai tirocinanti un addestramento a media fedeltà del blocco nervoso mediano, femorale, della fascia iliaca soprainguinale e del piano anteriore dentato per una frazione del costo dei fantocci a blocco nervoso disponibili in commercio (Tabella 1). I nostri primi trainer per blocchi nervosi mediani e femorali sono stati realizzati internamente per il 12% e il 9% del prezzo rispettivamente dei trainer per blocchi nervosi femorali e mediani più economici disponibili in commercio. Nessuno dei fantocci disponibili per il blocco del nervo femorale è in grado di simulare l'approccio soprainguinale al blocco della fascia iliaca come fa il nostro fantasma. Non siamo riusciti a trovare fantocci ecografici del piano anteriore dentato disponibili in commercio.
Tabella 1: Riepilogo dei fantocci per anestesia regionale ecoguidati disponibili in commercio. Clicca qui per scaricare questa tabella.
Nell'ultimo decennio, la tecnologia di stampa 3D è diventata più accessibile e più conveniente. Ad esempio, la stampante 3D Original Prusa i3 MK3S+ utilizzata in questo protocollo, sebbene non sia l'ultima edizione, costa solo $ 64919. Anche la più piccola Prusa MINI+, che è sufficiente per realizzare i modelli qui descritti, costa solo $ 42920. La maggior parte delle parti di ricambio per queste stampanti sono stampate in 3D, riducendo ulteriormente i costi di riparazione. Gli studenti e i docenti possono generalmente accedere gratuitamente alle stampanti 3D attraverso il makerspace o il laboratorio di progettazione del loro istituto. La progettazione di oggetti per la stampa 3D è più conveniente che mai utilizzando i programmi di progettazione assistita da computer (CAD), alcuni dei quali sono disponibili gratuitamente21.
Il tempo necessario per progettare i modelli stampati in 3D e le ossa simulate varia a seconda dell'abilità dell'utente e della familiarità con i software CAD; tuttavia, questo processo può essere eseguito gratuitamente utilizzando software come FreeCAD o utilizzando software CAD concesso in licenza dall'istituzione ospitante21. La creazione di stampi in silicone di ogni strato di tessuto non richiede molto tempo. Il silicone costa $ 28 al kg con ogni fantasma che richiede 4-6 kg di silicone ($ 140 in totale). Poiché gli stampi in silicone sono riutilizzabili, questa è una spesa una tantum.
Il nostro gel balistico commerciale costa $ 86 al kg e ogni fantasma richiedeva circa 0,7 kg per un costo di $ 60 per fantasma. Le strutture di stampa 3D necessarie per lo stampaggio richiedono costi trascurabili di filamento PLA o ABS. Due dei nostri phantom richiedevano 100 mm di filato a $ 10 per m o $ 0,01 per phantom. In totale, ogni fantasma costava ~$ 200 per realizzare il primo modello e $ 60 per realizzare ogni modello successivo. Il processo di produzione richiedeva 1 ora di lavoro e 3-4 ore di riscaldamento e raffreddamento del gel. Siamo stati in grado di costruire quattro modelli contemporaneamente nello stesso lasso di tempo.
Il gel balistico è un mezzo ideale grazie alla sua versatilità. Può essere utilizzato per simulare una varietà di tessuti e può essere fuso e modellato in qualsiasi forma. Una volta che il gel si è solidificato, eventuali imperfezioni o punture dell'ago sono in qualche modo autorigeneranti e possono essere ulteriormente riparate utilizzando una pistola termica. Se c'è un errore nel phantom, o se viene danneggiato o utilizzato in modo eccessivo, i componenti in gel balistico possono sempre essere smontati, puliti e fusi di nuovo per essere riutilizzati con una perdita minima di materiale. Il gel balistico è anche conveniente. Nonostante siano il componente più costoso di questi fantasmi a $ 86 al kg, questi fantasmi sono ancora molto più convenienti dei fantasmi a ultrasuoni disponibili in commercio (Tabella 1). I fantasmi realizzati con gelatina fatta in casa sono stati descritti in precedenza e sono presumibilmente ancora più convenienti, ma questi fantasmi svilupperanno muffe in pochi giorni o settimane, anche se conservati in frigorifero16. Abbiamo conservato i fantasmi in un ambiente pulito e asciutto a temperatura ambiente per mesi o anni senza deteriorarli o degradarli.
La simulazione dei nervi in gelatina per i modelli di blocchi nervosi ecoguidati si è rivelata difficile per gli educatori. Tentativi precedenti hanno utilizzato tendini di animali 22,23,24, fili elettrici25, tasselli di legno25, lacci delle scarpe26, barre di metallo27, fasci di elastici15, schiuma28, piselli29, spaghetti30 e persino un cavo Ethernet31. Queste opzioni sono irrealistiche, deperibili o creano un'ombreggiatura acustica posteriore significativa sotto gli ultrasuoni. Abbiamo usato un articolo per la casa, il filato, per creare nervi simulati ad alta fedeltà con poca o nessuna ombreggiatura posteriore per soli $ 0,10 al m o $ 0,01 per fantasma.
Il filamento ABS è stato utilizzato per la stampa 3D di imitazione dell'osso grazie alla sua maggiore tolleranza al calore rispetto al PLA, che si è deformato nelle fasi successive durante lo sviluppo di questo metodo. Abbiamo massimizzato la temperatura di cottura per ridurre al minimo i tempi di fusione e diminuire la viscosità e il numero di bolle. Ciò consente versamenti più lisci e spaziosi negli stampi in silicone, mantenendo al contempo la temperatura al di sotto della temperatura di combustione del gel, evitando così un'eccessiva produzione di fumo.
Lo svantaggio principale di questi fantasmi è il tempo e l'energia necessari per progettarli e costruirli. La progettazione di piani di tessuto utilizzando il CAD richiede competenze tecniche e la stampa 3D di modelli di essi richiede una conoscenza di base delle stampanti 3D, dello slicing di un file STL, della scelta di un filamento e delle impostazioni e temperature da utilizzare. La creazione di stampi in silicone per ogni piano di tessuto aggiunge spese, poiché il silicone è il secondo componente più costoso di questo protocollo a $ 28 al kg. Tuttavia, questi stampi in silicone sono resistenti e riutilizzabili, quindi una volta realizzati, possono essere riutilizzati per creare numerosi fantasmi a ultrasuoni. Altri svantaggi includono la curva di apprendimento associata alla miscelazione e al versamento del gel balistico, nonché la mancanza di integrazione tecnologica di questi fantasmi rispetto ai manichini commerciali ad alta fedeltà. Detto questo, riteniamo che la relativa facilità di costruzione, la facilità di acquisizione dei materiali, la personalizzazione, il basso costo e la riciclabilità di questo modello superino di gran lunga i suoi svantaggi. Speriamo che la diffusione del loro metodo di costruzione faciliterà una migliore formazione delle procedure di blocco nervoso in strutture che non possono permettersi la sostituzione frequente di costosi dispositivi di simulazione medica commerciale. Gli studi futuri dovrebbero esplorare fantocci personalizzati per ulteriori procedure di blocco nervoso e valutare la soddisfazione e le prestazioni cliniche dei tirocinanti che utilizzano questi fantocci rispetto ai loro colleghi.
Dichiarazioni
Gli autori di questo articolo non hanno conflitti di interesse da rivelare.
Ringraziamenti
Questo progetto è stato finanziato dal Simulation Training Center (STC) presso l'Università della California, San Diego School of Medicine a La Jolla, CA. Desideriamo ringraziare Blake Freechtle per i suoi contributi alla Figura 5.
Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Filamento ABS - 1,75 m+B+A2:A14 | Hatchbox (Pomona, CA) | https://www.hatchbox3d.com/collections/abs-1-75mm | |
| Adobe Photoshop | Adobe (San Jose, CA) | https://www.adobe.com/products/photoshop.html | |
| Colorante Amber Tone | Humimic Medical (Greenville, SC) | 852844007925 | Colorante in gel balistico; https://humimic.com/product/amber-tone-dye/ |
| Fusion 360 | Autodesk (San Franciso, CA) | Computer-Assisted Design); | |
| Gelatin #1 - Gel Medicale by the Pound | Humimic Medical (Greenville, SC) | 852844007406 | Gel balistico; https://humimic.com/product/gelatin-1-medical-gelatin-by-the-pound/ |
| Farina | per tutti gli usi senza glutineArrowhead Mills (Hereford, TX) | Farina per ecogenicità; https://arrowheadmills.com/products/gluten-free/organic-gluten-free-all-purpose-flour/ | |
| Microsoft PowerPoint | Microsoft (Redmond, WA) | https://www.microsoft.com/en-us/microsoft-365/powerpoint | |
| Mold Star 16 FAST Gomma siliconica colabile | Smooth-On (Macungie, PA) | Gomma siliconica colabile; https://www.smooth-on.com/products/mold-star-16-fast/ | |
| Peach Tone Dye | Humimic Medical (Greenville, SC) | 852844007895 | Colorante in gel balistico; https://humimic.com/product/peach-tone-dye/ |
| Filamento PLA - 1,75 mm | Hatchbox (Pomona, CA) | https://www.hatchbox3d.com/collections/pla-1-75mm | |
| Stampante Prusa Original i3 MK3S+ | Prusa Research (Praga, Repubblica Ceca) | stampante 3D; https://www.prusa3d.com/category/original-prusa-i3-mk3s/ | |
| Prusa Slicer 2.6.1 | Prusa Research (Praga, Repubblica Ceca) | Software per affettatrici per stampanti 3D; https://www.prusa3d.com/page/prusaslicer_424/ | |
| Wool-Ease Thick & Quick Yarn | Lion Brand Yarn (Lyndhurst, NJ) | 640-610B | Filato per nervi simulati; https://www.lionbrand.com/products/wool-ease-thick-and-quick-yarn?variant=32420963516509 |
Riferimenti
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