Vacuüm afgesloten dompeling in warmwaterbad voor de bereiding van anatomische en chirurgische kadaverische botmodellen

Summary

Het huidige protocol beschrijft de maceratie en reiniging van kadaverbot met een vacuümverzegelde, warmwaterbad-onderdompelingstechniek. Dit is een goedkope, veilige en effectieve methode om anatomische monsters te produceren voor chirurgische planning en medisch onderwijs als alternatief voor driedimensionale (3D) geprinte modellen.

Abstract

Botmodellen dienen vele doelen, waaronder het verbeteren van anatomisch begrip, preoperatieve chirurgische planning en intraoperatieve verwijzing. Verschillende technieken voor de maceratie van zachte weefsels zijn beschreven, voornamelijk voor forensische analyse. Voor klinisch onderzoek en medisch gebruik zijn deze methoden vervangen door driedimensionale (3D) geprinte modellen, die aanzienlijke apparatuur en expertise vereisen en kostbaar zijn. Hier werd het kadaverische schapenwervelbot gereinigd door het monster vacuüm te verzegelen met commercieel afwasmiddel, onder te dompelen in een warmwaterbad en vervolgens het zachte weefsel handmatig te verwijderen. Dit elimineerde de nadelen van de eerder bestaande maceratiemethoden, zoals het bestaan van vieze geuren, het gebruik van gevaarlijke chemicaliën, aanzienlijke apparatuur en hoge kosten. De beschreven techniek produceerde schone, droge monsters met behoud van anatomische details en structuur om de botstructuren nauwkeurig te modelleren die nuttig kunnen zijn voor preoperatieve planning en intraoperatieve verwijzing. De methode is eenvoudig, goedkoop en effectief voor botmodelvoorbereiding voor onderwijs en chirurgische planning in de diergeneeskunde en menselijke geneeskunde.

Introduction

Het verwijderen van zacht weefsel en het reinigen van botten zijn vereist voor forensisch onderzoek, medisch en biologisch onderzoek en veterinair en medisch onderwijs. De meeste technieken zijn ontwikkeld voor forensische doeleinden, waarbij schade aan het bot wordt geminimaliseerd om zoveel mogelijk details te behouden. Dit kan een nauwkeurig, tastbaar botmodel bieden voor preoperatieve chirurgische planning, evenals intraoperatieve besluitvorming om complicaties te minimaliseren ^1,2,3. Dit is gunstig in de chirurgie door het verminderen van operatietijden en bloedverlies en het verbeteren van de communicatie tussen chirurgen, in vergelijking met planning met 2D-beelden⁴. Het gebruik van deze modellen kan ook de afhankelijkheid van intraoperatieve beeldvorming, zoals fluoroscopie, verminderen, wat de blootstelling aan straling voor personeel kan verminderen.

Skeletbot van kadavers is van oudsher gebruikt voor deze modellen; technologische vooruitgang heeft echter geleid tot het gebruik van gefabriceerde modellen en, meer recent, driedimensionale (3D) geprinte modellen. Botmodellen vertrouwen op de beschikbaarheid van kadavermonsters en de efficiëntie van het verwerken van deze monsters tot bruikbare modellen. 3D-printen heeft het voordeel van creatieve vrijheid, waardoor anatomische en patiëntspecifieke modellen mogelijk zijn, vooral wanneer anatomische afwijkingen of neoplasmata aanwezig zijn, of als de hardware moet worden vervaardigd of uitgebreid om bij de patiënt te passen¹. Deze monsters kunnen ook worden gesteriliseerd en gemanipuleerd door chirurgen tijdens een procedure. Deze vrijheid brengt echter kosten met zich mee, omdat het computertomografie (CT) -scans vereist, de benodigde materialen en apparatuur duur kunnen zijn en expertise essentieel is om de modellen in de vereiste software^{te maken 1,4}. Bovendien kunnen deze factoren de precisie en kwaliteit van het model beperken, en dus de chirurgische planning en het succes¹. 3D-geprinte modellen zijn mogelijk niet de beste keuze voor gevallen waarin er geen patiëntspecifieke anatomie nodig is en er een onmiddellijke behoefte is aan het model.

Veelgebruikte methoden voor het verwijderen van zacht weefsel uit kadaverbot omvatten handmatige reiniging, bacteriële maceratie, chemische maceratie, koken en insectenmaceratie ^5,6. Het succes van deze methoden is over het algemeen gebaseerd op de kosten, tijd, arbeid, apparatuur, veiligheid en kwaliteit van het eindproduct ^5,7. Handmatige reiniging vereist de meeste arbeid en een aanzienlijke hoeveelheid tijd, maar omvat minimale apparatuur⁵. Bacteriële maceratie bestaat uit het achterlaten van het monster in een koud of warm waterbad voor lange tijd, vaak tot 3 weken, waardoor bacteriën het weefsel kunnen ontbinden⁶. Dit creëert onaangename geuren, vereist extra apparatuur om de bacteriën te behandelen en creëert een bioveiligheidsrisico voor de gebruiker ^5,6. Het gebruik van dermestide kevers is zeer effectief met minimale arbeid, maar vereist de verwerving van een kolonie en het houden van de dieren, en wordt niet beschouwd als een economische investering als het niet vaak wordt gebruikt ^6,7. Chemische maceratie omvat meestal het gebruik van enzymen zoals trypsine, pepsine en papaïne, of commerciële detergentia die stoffen zoals oppervlakteactieve stoffen en enzymen bevatten ^5,8. Hoewel deze methode snellere resultaten oplevert, kunnen de gebruikte chemicaliën, zoals natriumhydroxide, ammoniak, bleekmiddel en benzine, een gezondheids- en veiligheidsrisico vormen en schadelijke geuren produceren die persoonlijke beschermingsmiddelen (PBM' s) en een zuurkast vereisen 5,7,8,9. Ten slotte biedt uitgebreide verwarming een andere minimaal intensieve methode, maar kan het geuren produceren die ventilatie vereisen¹⁰.

Een eenvoudige, veilige en goedkope methode voor de voorbereiding van anatomische botmodellen zou een nuttig hulpmiddel zijn voor chirurgen, studenten, opvoeders en onderzoekers. Dit artikel beschrijft een nieuwe methode voor het voorbereiden van skeletbotmodellen die onaangename geuren en schadelijke chemicaliën vermijdt en een gedetailleerd chirurgisch model produceert met minimale apparatuur en arbeid.

Protocol

Lumbale stekels werden geoogst van 4-jarige Merino kruising volwassen ooien (Ovis aries) volgens de ethische richtlijnen van de Animal Care and Ethics Committee van de Surgical and Orthopaedic Research Laboratories. Volgens de institutioneel goedgekeurde methode van humane euthanasie werden de lumbale stekels geoogst met behulp van een scherp dissectie-instrument, eerst ingesneden door de huid en onderhuidse weefsels, gevolgd door fascia en musculatuur voorafgaand aan disarticulatie op de thoracolumbale en lumbosacrale juncties. Een geoogst monster is weergegeven in figuur 1A.

1. Voorbereiding voor het eerste bad

1. Verwijder handmatig zacht weefsel (spier, bindweefsel, vet, enz.) met behulp van een scherp dissectiegereedschap (nummer 22 scalpelblad) uit het botmonster voordat u verder verwerkt.
   OPMERKING: Deze stap is optioneel; Het verwijderen van zoveel mogelijk zacht weefsel vermindert echter de tijd die het waterbad nodig heeft om de weefsels te macereren. De monstergrootte (~ 20 cm x 10 cm x 8 cm) is ook verkleind; Daarom kunnen er meer monsters in het bad worden geplaatst.
2. Verzegel het monster in een hitteveilige afsluitbare plastic zak na het verwijderen van de lucht. Het wordt aanbevolen om een vacuümzak te gebruiken met behulp van een commercieel vacuümafdichtingsapparaat (zie materiaaltabel).
   OPMERKING: Er zijn geen additieven nodig voor het eerste bad van 24 uur. Als er een significante spier is die alle oppervlakken van het bot bedekt en als er al minimaal zacht weefsel is en de meeste botoppervlakken van het monster zijn blootgesteld, gaat u verder met stap 3.2 (figuur 1B).

2. Procedure voor het eerste bad

1. Dompel het verzegelde monster gedurende 24 uur volledig onder in een waterbad van 70 °C.
2. Verwijder na 24 uur de zak uit het bad, open de zak en laat het monster afkoelen tot het hanteerbaar is.

3. Voorbereiding op volgende baden

1. Verwijder zoveel mogelijk zacht weefsel van het bot met behulp van een scherp scalpel en stromend water als dat nodig is.
2. Disarticulate alle gewrichten met behulp van een scherp scalpel om het kraakbeenweefsel bloot te leggen.
   1. Houd de gedearticuleerde stukken in situ met behulp van materiaal zoals orthopedische draad- of kabelbinders (zie materiaaltabel) om de anatomische positie te behouden.
3. Verzegel het monster in een vacuümzak samen met 10 ml afwasmiddel (zie materiaaltabel) en 10 ml leidingwater.
   OPMERKING: Het volume van het wasmiddel is afhankelijk van de sterkte, concentratie en grootte van het monster.

4. Procedure voor volgende baden

1. Dompel het verzegelde monster gedurende 24 uur volledig onder in een waterbad van 70 °C.
2. Verwijder na 24 uur de zak uit het bad, open de zak en laat het monster afkoelen tot het hanteerbaar is.
   1. Laat het monster niet volledig afkoelen, omdat hierdoor verzacht kraakbeen kan uitharden en zich aan het bot kan hechten, waardoor het moeilijker wordt om het te verwijderen.
      OPMERKING: De tijd die nodig is voor monsterverwerking kan variëren op basis van grootte en type, en herhaalde verwijdering van volgende baden kan onnodig zijn. Bovendien kan het monster langere tijd in het bad blijven, wat kan helpen bij de tussentijdse verwijdering van weefsels.
3. Verwijder zoveel mogelijk zacht weefsel met behulp van een scherp dissectiegereedschap (nummer 22 scalpelmesje op een speciaal scalpelhandvat) en stromend water.
4. Herhaal stap 4 indien nodig totdat het bot vrij is van zacht weefselmateriaal. In onze ervaring hoefde dit maar één keer herhaald te worden.

5. Afronding van de procedure

1. Was het monster met vloeibaar reinigingsmiddel en spoel grondig af met water.
   OPMERKING: Alcohol kan worden gebruikt om het drogen te versnellen.
2. Laat het monster ongeveer 48 uur drogen.

Results

Volgens dit protocol werden schone en droge lumbale wervelkolommodellen van schapen gemaakt voor chirurgische planning en referentie. Monsters bestaande uit zeven lendenwervels werden binnen 4 dagen verwerkt met behulp van deze methode, met één eerste bad om het grootste deel van de spier te verwijderen en drie daaropvolgende baden. De voltooiing van de baden werd aangegeven door het gemak waarmee kraakbeen en bindweefsel uit het bot werden verwijderd. Dit varieerde op basis van het type en de locatie van kraakbeen; Dunn...

Discussion

Deze technische nota is bedoeld om een eenvoudige, veilige en goedkope methode te beschrijven om een anatomisch botmodel te produceren ten behoeve van veterinair en medisch onderwijs en voor gebruik in anatomisch onderwijs en chirurgische planning.

Pilottests toonden aan dat een badtemperatuur van 70 °C de snelste verwerkingstijd bood zonder schade aan de monsters te veroorzaken. Hogere temperaturen veroorzaakten een uitgebreide afbraak van collageen in het bot, wat resulteerde in broze monst...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Dimension Elite 3D printer	Stratasys, Eden Prairie, MN, Verenigde Staten		3D-printer voor de productie van chirurgische botmodellen op basis van gereconstrueerde CT-scans
Mimics Innovation Suite	Materialise NV, Leuven, België	Suite 24	Software om 3D-modellen te maken op basis van beeldvormingsscans
Nylon kabelbinders	4Cabling, Alexandria, NSW, Australië	011.060.1042/011.060.1039	Wordt gebruikt om de verbinding tussen wervellichamen te behouden
Orthopedische draad	B Braun, Bella Vista, NSW, Australië		Wordt gebruikt om de verbinding tussen wervellichamen te behouden
Ondersteunende reinigingsapparatuur	Phoenix Analysis and Design Technologies, Tempe, AZ, Verenigde Staten	SCA-1200	Heetwaterbad voor het onderdompelen van het verzegelde monster.
Ultra Strength Original vaatwasvloeistof	Colgate-Palmolive, New York, NY, Verenigde Staten		Vaatwasvloeistof toegevoegd aan een verzegelde zak met monster voor het schoonmaken van het botmodel.
Vacuümzakken	Pacfood PTY LTD		Hittebestendige, verzegelbare plastic zakken
Vacuüm voedselsealer	Tempoo (Aust) PTY LTD		Vacuüm voedselsealer om vacuümzakken te verzegelen voorafgaand aan onderdompeling in het bad