Methodenartikel

Het bouwen van betaalbare, duurzame, medium-fidelity ballistische gelfantomen voor echogeleide zenuwblokkadetraining

5.5K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/66194

⸱

9 februari 2024

 ,  ,  ,  , 
1University of California, San Diego School of Medicine, 2Department of Anesthesia, University of California, San Diego Health, 3Department of Emergency Medicine, University of California, San Diego Health

* These authors contributed equally

In dit artikel

Samenvatting

Hier demonstreren we het ontwerp en de creatie van vier op maat gemaakte ballistische gelatine-echografiefantomen voor echogeleide regionale anesthesietraining. We ontwierpen de fantomen met behulp van computerondersteunde ontwerpsoftware, gebruikten 3D-geprinte modellen om siliconen mallen te maken en goten vervolgens gesmolten ballistische gel in de mallen om aangepaste weefsellagen te creëren.

Samenvatting

Ultrasone fantomen - alternatieven voor levend menselijk weefsel - geven leerlingen de mogelijkheid om echogeleide regionale anesthesie te oefenen zonder onnodige risico's voor patiënten te introduceren. Op gelatine gebaseerde fantomen bieden opvoeders duurzame en herbruikbare taaktrainers; In de handel verkrijgbare fantomen op gelbasis zijn echter duur. Hier onderzoeken we de productie van duurzame, goedkope, op ballistische gel gebaseerde ultrasone fantomen voor zenuwblokkades mediaan, femoraal, supra-inguinale fascia iliaca vlak en serratus anterior plane, evenals een methodologie voor het produceren van een fantoom voor elke echogeleide zenuwblokkadeprocedure.

Computer-aided design (CAD)-software werd gebruikt om vier fantomen te ontwerpen die de anatomie van zenuwblokkades mediaan, femoraal, supra-inguinale fascia iliaca vlak en serratus anterior plane nabootsen, inclusief relevante oriëntatiepunten en weefselvlakken. Plastic modellen van de gewenste weefselvlakken werden 3D-geprint en gebruikt om siliconen mallen te maken. Ballistische gel werd gesmolten en gemengd met bloem en kleurstof om een vloeibare, echogene ballistische gel te creëren, die in de siliconenmallen werd gegoten. Vaten werden gesimuleerd door met behulp van metalen staven negatieve ruimte in de ballistische gel te creëren. Zenuwen werden gesimuleerd met behulp van garen ondergedompeld in ultrasone gel. Gesimuleerde botten werden ontworpen met behulp van CAD en 3D-geprint.

Ballistische gel is een veelzijdig, duurzaam medium dat kan worden gebruikt om een verscheidenheid aan weefsels te simuleren en kan worden gesmolten en in elke vorm kan worden gegoten. Onder echografie bieden deze fantomen realistische weefselvlakken die de grenzen tussen verschillende huidlagen, spieren en fascia vertegenwoordigen. De echogeniteit van de spierweefsellagen, zenuwen, bloedvaten en botten is realistisch en botten hebben een aanzienlijke posterieure schaduw, zoals zou worden waargenomen bij een menselijke proefpersoon. Deze fantomen kosten $ 200 per stuk voor het eerste fantoom en $ 60 voor elk volgend fantoom. Deze fantomen vereisen enige technische vaardigheid om te ontwerpen, maar ze kunnen worden gebouwd voor slechts 4% van de kosten van hun commerciële tegenhangers.

Inleiding

Ultrasone fantomen - alternatieven voor levend menselijk weefsel - geven leerlingen de mogelijkheid om medische procedures te oefenen, waaronder echogeleide regionale anesthesie (UGRA), zonder onnodige risico's voor patiënten te introduceren1. Hoewel ze meestal worden vervaardigd via spuitgieten van vloeibaar siliconenrubber, kunnen op maat gemaakte fantomen zelfgemaakt worden met behulp van veelzijdige materialen tegen lagere kosten. Organische weefsels zoals tofu, varkensvlees en rundvlees zijn goedkoop, maar bederven snel en zijn een uitdaging om te maken2. Menselijk kadaverweefsel is ideaal voor anatomische nauwkeurigheid, maar is moeilijk en kostbaar te verkrijgen en te bewaren1. Meer recentelijk is virtual reality gebruikt om UGRA-training te geven; Haptische feedback is echter een belangrijk onderdeel van procedureel leren en wordt zelden geïmplementeerd. Zelfs wanneer een hardware-software hybride model een hoge visuele getrouwheid en tactiele feedback biedt, zijn de hardware en software die nodig zijn om een dergelijke training uit te voeren vaak onbetaalbaar3. Fantomen op basis van gelatine zorgen voor een evenwicht tussen kosten, levensduur en trouw2.

Ballistische gelatinemodellen zijn in de handel verkrijgbaar, maar zijn duur voor een bederfelijke hulpbron die veel wordt gebruikt in medische simulatiecentra. Kleine, eenvoudige, op gel gebaseerde ultrasone fantomen met homogeen parenchym en twee of drie gesimuleerde vaten zijn te koop voor honderden dollars. Het CAE Blue Phantom-basistrainingsblok voor echografie kost bijvoorbeeld meer dan $ 8004. Fantomen met een hogere getrouwheid die specifiek zijn voor individuele zenuwblokkadeprocedures kosten duizenden dollars. Het CAE Blue Phantom femoral regionale anesthesie echografie trainingsmodel kost $ 5,000 (Tabel 1)5. Om de kosten te drukken, hebben opvoeders geëxperimenteerd met op maat gemaakte fantomen met gelatine of andere goedkope of herbruikbare materialen 6,7,8. Additieven zoals meel, maïszetmeel, grafietpoeder en Metamucil kunnen worden gebruikt om de gelatine ondoorzichtig te maken en de echogeniciteit van het fantoom aan te passen, waardoor de getrouwheid wordt verhoogd 8,9,10,11,12,13,14.

Eerdere pogingen om zelfgemaakte zenuwblokkadetrainers op basis van gelatine te maken, waren ofwel niet in staat om het uiterlijk van zenuwen onder echografie adequaat na te bootsen of gebruikten bederfelijke artikelen, waardoor de houdbaarheid werd beperkt15,16. Zelfs zonder deze nadelen bevatten eerdere iteraties geen relevante anatomische oriëntatiepunten en fasciale vlakken waarmee cursisten specifieke zenuwblokkadeprocedures konden oefenen. Hier onderzoeken we de productie van duurzame, goedkope, ballistische gel-echografiefantomen voor zenuwblokkades in het mediane, femorale, supra-inguinale fascia iliaca vlak en serratus anterior plane, evenals een methodologie voor het produceren van een fantoom voor elke echogeleide zenuwblokkadeprocedure.

Protocol

Voor dit project boden de auteurs JR en PS zich vrijwillig aan als echografische proefpersonen, en van beiden werd mondelinge toestemming verkregen. Voor degenen die dit protocol volgen, moet u goedkeuring krijgen van een ethische commissie of institutionele beoordelingsraad (IRB) voordat u patiënten of menselijke vrijwilligers als proefpersonen gebruikt.

1. Fantoomontwerp en het maken van siliconenmallen

  1. Maken van een referentie-echografie
    1. Laat voor elk echografisch fantoom een arts met subspecialisatie echografie en bekend met de zenuwblokkadeprocedure die door het gewenste fantoom wordt gesimuleerd, een referentie-echografiebeeld maken van een vrijwillige menselijke proefpersoon (Figuur 1). Zorg ervoor dat dit echobeeld een zicht heeft dwars op het toepasselijke zenuw- of weefselvlak waarin het verdovingsmiddel zou worden geïnjecteerd.
  2. Ontwerp en 3D-printen van weefsellaagmodellen
    1. Teken dwarsdoorsnede-ontwerpen van elk fantoom (Figuur 2) en gebruik computer-aided design (CAD) om plastic modellen van gewenste weefsellagen en een buitenste container voor de algehele vorm van het fantoom (Figuur 3A, Aanvullend dossier 1, Aanvullend dossier 2, Aanvullend dossier 3en Aanvullend bestand 4).
      OPMERKING: Vanuit het oogpunt van ontwerp kunnen fasciale vlakblokken worden gezien als een reeks strak passende prisma's die zijn ingesloten in een hol rechthoekig prisma met wanden van 5 mm. Wanden van minder dan 5 mm waren te kwetsbaar voor een betrouwbare productie. Dit rechthoekige prisma dient als de buitenste laag van het fantoom waarin de andere weefsellagen worden geassembleerd en geplaatst. Het model van de nervus medianus (weergegeven in Figuur 3 en Figuur 4) gebruikt een gebogen container in plaats van een rechthoekig prisma om de vorm van een menselijke arm te simuleren.
      1. Maak in CAD-software een plat canvas van een echografie, CT of ander doelbeeld met bekende afmetingen. Klik op Effen | Invoegen | Canvas, selecteer Bestand, klik op XY-vlak, sleep naar de +X +Y-ruimte en sleep op schaal zodat de lengte van de afbeelding nauwkeurig is voor bekende eenheden.
      2. Maak een rechthoekig prisma over het gebied van de afbeelding dat het model schetst door te klikken op Effen | Schets maken | XY-vliegtuig | 2-punts rechthoekig gereedschap. Sleep de rechthoek over het gebied en verfijn binnen de lengte-/breedtevakken wanneer deze dichtbij is; druk op Enter; klik op Schets voltooien; Klik op rechthoek | Effen | Extruderen; sleep de rechthoek naar de gewenste hoogte en verfijn met het hoogtevak wanneer deze dichtbij is; en druk op Enter.
        OPMERKING: Elk van onze modellen heeft een andere lengte en breedte op basis van de anatomie die ze vertegenwoordigen, maar we vonden meestal ~100 mm een effectieve modelhoogte.
      3. Maak nog een schets bovenop het rechthoekige prisma door op de bovenkant van het rechthoekige prisma te klikken | Maak een schets en teken de gewenste anatomie en de binnenrand van het omhullende rechthoekige prisma door op Schets te klikken | Maken en schetsen | Gereedschapskisten wijzigen. Gebruik het canvas dat zichtbaar is achter het prisma om het ontwerp te sturen; als het canvas niet door het rechthoekige prisma wordt gezien, wijzig dit dan via Weergave-instellingen. Zodra de schets die de doorsnede van het model weergeeft, is gemaakt, klikt u op Schets voltooien.
        OPMERKING: Er is geen specifiek ideaal hulpmiddel om de gewenste anatomie en de binnenrand van het omhullende prisma te tekenen. De bovenstaande stap is wat in dit protocol is gebruikt.
      4. Maak vervolgens elk intern prisma uit de schets door op de vorm in de schets te klikken | Effen | Extruderen; sleep de vorm terug in het rechthoekige prisma op de gewenste lengte, meestal 5 mm minder dan de volledige rechthoeklengte; en klik op Bewerking = Nieuwe body | Kom binnen. Als u dit nieuwe object wilt bekijken, schakelt u de zichtbaarheid van alle andere objecten uit door te klikken op Lichamen | het oogsymbool naast de naam van het nieuwe lichaam.
        OPMERKING: Vaten en moeten worden weergegeven door cirkelvormige of elliptische prismavormige gaten die zijn ontworpen in de randen of centra van fasciale vlaklichamen. Als u op dit moment het virtuele model tegenover het eerste canvas bekijkt, kunnen de afzonderlijke modelstukken en hoe ze in elkaar passen worden gevisualiseerd.
      5. Exporteer elk lichaam afzonderlijk voor 3D-printen door te klikken op Lichamen | het oogsymbool naast elk lichaam behalve het lichaam dat wordt geëxporteerd; klik op Bestand | Exporteren | Type = .stl-bestand | Kom binnen.
        OPMERKING: U zou nu meerdere .stl-bestanden moeten hebben, die elk een uniek fasciaal vlak of bot vertegenwoordigen, evenals een extra .stl-bestand dat het rechthoekige begrenzingsvak vertegenwoordigt waarin de stukken fasciaal vlak passen.
    2. Open het STL-bestand in een slicer-software die compatibel is met de 3D-printer die zal worden gebruikt om de modellen te printen.
      1. Gebruik de knop Plaatsen op gezicht om het model zo op het bed te leggen dat de onderkant van het model het printbed raakt.
      2. Selecteer onder Printer de printer. Selecteer onder Printinstellingen de optie 0,20 mm SPEED en selecteer onder Filament de optie Generic PLA. Selecteer 15-20% voor Infill, selecteer Overal in het menu Ondersteuningen en voeg indien nodig een rand toe voor de stabiliteit van de afdruk. Klik op Nu segmenteren.
      3. Exporteer het G-codebestand naar een SD-kaart, sluit het aan op de 3D-printer en print het bestand met polymelkzuur (PLA) filament.
  3. Creatie van siliconen mallen
    1. Lijm elk 3D-geprint model op de bodem van een topless plexiglascontainer voordat u het onderdompelt in snel uithardend siliconenrubber volgens de richtlijnen van de fabrikant17.
    2. Zodra de siliconen zijn uitgehard, verwijdert u het hardplastic model en de plexiglazen behuizing, zodat er een flexibele, duurzame en herbruikbare siliconen mal overblijft van elke gewenste weefsellaag en container waarin ballistische gel wordt gegoten (Figuur 3B).
      OPMERKING: Op dit punt kan het protocol worden gepauzeerd en later opnieuw worden gestart.

figure-protocol-1
Figuur 1: Representatieve echografiebeelden verkregen van een menselijke proefpersoon. Representatieve beelden voor de (A) mediaan, (B) femoraal, (C) suprainguinale fascia iliaca vlak, en (D) serratus anterior plane zenuwblokkademodellen verkregen van vrijwillige menselijke proefpersonen. Afkortingen: A = slagader; V = ader; M = nervus medianus; F = dijbeenzenuw; RAD = straal; U = ellepijp; AIIS = voorste inferieure darmbeenwervelkolom; R = rib; SART = spier sartorius; IL = Iliacus-spier; IO = inwendig schuin; SA = serratus anterieure spier; LD = spier latissimus dorsi. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-protocol-2
Figuur 2: Dwarsdoorsnedeschema's van ultrasone fantomen van zenuwblokkades. (A) mediaan, (B) femoraal, (C) suprainguinale fascia iliaca vlak, en (D) serratus anterior plane zenuwblokkade ultrasone fantomen. Schema's werden ontworpen op basis van de representatieve echografiebeelden van de mens die in figuur 1 worden getoond. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-protocol-3
Figuur 3: Creatie van fantoomcomponenten van de mediane zenuwblokkade. (A) Representatief beeld van het computerondersteunde ontwerpbestand dat is gebruikt om plastic modellen van elke weefsellaag voor het mediane zenuwblokkadefantoom te printen. (B) Siliconen mallen voor elke weefsellaag van het fantoom van de mediane zenuwblokkade, inclusief metalen staven die zijn ingebracht om vaten in de ballistische gel te creëren. (C) Het gieten van hete, vloeibare, geverfde ballistische gel in de siliconenvormen. (D) Het open uiteinde van gesimuleerde bloedvaten afdichten met vloeibare ballistische gel nadat de vaten zijn gevuld met gesimuleerd bloed. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

2. Creatie van andere fantoomoriëntatiepunten

  1. Gesimuleerd botontwerp en -creatie
    1. Als het gebied van het model dat in CAD is ontworpen bot vertegenwoordigt in plaats van zacht weefsel, 3D-print dan een imitatiebot met behulp van de bovenstaande stappen, maar gebruik in plaats daarvan acrylonitril-butadieen-styreen (ABS)-filament.
      LET OP: ABS-filamentdampen kunnen vluchtige organische stoffen (VOS) bevatten, die lichamelijk ongemak kunnen veroorzaken, zoals slaperigheid, irritatie van ogen of luchtwegen, misselijkheid en/of hoofdpijn18. ABS moet worden geprint op een gesloten 3D-printer of een niet-gesloten printer in een ruimte met goede ventilatie en/of luchtfiltratie.
  2. Gesimuleerde zenuwvorming
    1. Dompel 80% acryl, 20% wolgaren onder in een plastic beker gevuld met ultrasone gel. Plaats de beker in een drukkamer van -1 atm.
    2. Gebruik een eentraps vacuümpomp om herhaaldelijk de druk in de kamer op te bouwen en vervolgens te laten ontsnappen totdat alle luchtbellen uit de ultrasone gel zijn verwijderd, na ongeveer 4-6 cycli.
      OPMERKING: Deze stap helpt bij het simuleren van zenuwen. Op dit punt kan het protocol worden gepauzeerd en later opnieuw worden gestart.

3. Ballistische gel smelten en gieten

  1. Smelten van de ballistische gel
    1. Verwarm in de handel verkrijgbare ballistische gel en kleurstof in een volumeverhouding van ongeveer 20:1 met intermitterend roeren tot de vloeistof 132 °C bereikt in een commerciële heteluchtoven.
      LET OP: Verwarmde, vloeibare ballistische gel moet met voorzichtigheid worden behandeld vanwege het risico op brandwonden dat gepaard gaat met het hanteren van hete vloeistoffen. Gebruik ovenwanten bij het hanteren van pannen gevuld met vloeibare ballistische gel. Vermijd direct contact tussen de huid en vloeibare ballistische gel.
  2. Additieven voor echogeniciteit
    1. Roer ongeveer 4,5 g fijn korrelig meel per kg ballistische gel door de vloeibare ballistische gel. Laat de gel minstens 20 minuten in de oven staan met tussenpozen roeren om een gelijkmatige menging mogelijk te maken en eventuele luchtbellen te laten ontsnappen.
    2. Voeg indien nodig extra heldere ballistische gel of kleurstof toe om de kleur van het mengsel aan te passen om menselijk weefsel te simuleren.
  3. Ballistische gel gieten in siliconen mallen
    1. Steek massieve stalen staven met verschillende diameters op de daarvoor bestemde locaties op de herbruikbare siliconen mallen, indien geschikt voor dat specifieke zenuwblokkademodel, om kanalen te creëren in de uiteindelijke ultrasone fantomen, die bloedvaten zullen vertegenwoordigen (Figuur 3C).
    2. Giet vloeibare ballistische gel, nu gekleurd door kleurstof, met zwevende bloemdeeltjes en zonder achtergebleven luchtbellen, in de siliconenvormen en laat deze afkoelen.
    3. Verwijder na afkoeling de metalen staven en de laatste ballistische gelweefsellagen uit de mallen. Wanneer ze samen worden geplaatst met een ultrasone gelcoating ertussen, worden aangrenzende weefselstukken bijna perfect uitgelijnd en produceren ze samen een gesimuleerd fasciaal vlak op echografie.
      OPMERKING: Elk ultrasoon fantoom vereist ongeveer 0,7 kg ballistische gel. De afkoeltijd is afhankelijk van de grootte van de weefsellaag en varieert van 20 minuten tot 1,5 uur.
  4. Toevoeging van gesimuleerd bloed en afdichting van bloedvaten
    1. Voor de weefsellagen met gesimuleerde vaten, dompelt u een kant van de weefsellaag in de vloeibare ballistische gel en laat u deze afkoelen, waardoor één kant van het vatkanaal wordt afgesloten.
    2. Houd deze weefsellagen rechtop en gebruik een naald en spuit om gesimuleerd bloed in elk vat te brengen.
      OPMERKING: We gebruikten water met rode of blauwe kleurstof om respectievelijk arterieel en veneus bloed weer te geven.
    3. Gebruik nog vloeibare ballistische gel om de resterende opening van het vat te bedekken en sluit zo elk met vloeistof gevuld vat volledig af (Figuur 3D).
      OPMERKING: Op dit punt kan het protocol worden gepauzeerd en later opnieuw worden gestart; Ballistische gel moet echter opnieuw worden gesmolten om door te gaan naar de volgende stap.

4. Fantoom montage

  1. Assemblage van weefsellagen, zenuwen en botten
    OPMERKING: Figuur 4A toont de afzonderlijke componenten van het fantoom van de mediane zenuwblokkade onmiddellijk voorafgaand aan de assemblage, inclusief de weefsellagen, gesimuleerde zenuwen en gesimuleerde botten.
    1. Monteer de fantomen door elk onderdeel te coaten met ultrasone gel, de componenten te monteren zoals aangegeven door de doorsneden in figuur 2 en ze in hun respectievelijke rechthoekige prisma's voor ballistische gel te plaatsen (Figuur 4B). Plaats eventuele 3D-geprinte botten of garenzenuwen op de juiste manier bij deze stap.
  2. Afdichting van de uiteinden van het fantoom
    1. Sluit de modellen af door ze aan beide kanten in een pan gevuld met vloeibare ballistische gel te dompelen (Figuur 4C). Herhaal het afdichtingsproces meerdere keren aan elke kant.
    2. Gebruik ten slotte een heteluchtpistool om de randen van het fantoom glad te strijken, luchtbellen en onvolkomenheden te verwijderen en de zijafdichtingen te versterken.
  3. Toevoeging van pseudo-skin (optioneel)
    OPMERKING: Een uitbreiding van de modellen in het gezichtsvlak is de toevoeging van pseudo-huid.
    1. Giet vloeibare ballistische gel over een verzegeld en gekoeld model, dat losjes is bedekt met ultrasone gel om gloeien tussen de nieuw gegoten huidlaag en het bestaande model te voorkomen (Figuur 4D en aanvullende video S1).

figure-protocol-4
Figuur 4: Assemblage van een ultrasoon fantoom van een mediane zenuwblokkade. (A) Afzonderlijke componenten van een gedemonteerd fantoom van een mediane zenuwblokkade, waaronder ballistische gelweefsellagen, 3D-geprinte straalpijp en ellepijp, een garen mediane zenuw ondergedompeld in ultrasone gel, een fles ultrasone gel en een pan gevuld met vloeibare ballistische gel. (B) Assemblage van het fantoom van de mediane zenuwblokkade, inclusief het inbrengen van weefsellagen en gesimuleerde botten bedekt met ultrasone gel. (C) Het ene uiteinde van het fantoom afdichten door het in een pan met vloeibare ballistische gel te dompelen. (D) Het creëren van een laag pseudo-huid door vloeibare ballistische gel over een voltooid fantoom van de mediane zenuwblokkade te gieten. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Resultaten

Vier ultrasone fantomen werden met succes ontworpen en gebouwd met behulp van de hierboven beschreven methoden. Een ultrasone dwarsdoorsnede van elk model die is uitgelijnd met een echografie van equivalente menselijke anatomie wordt weergegeven in figuur 5. Onder echografie bieden deze fantomen realistische weefselvlakken, die de grenzen weergeven tussen verschillende huid-, spier- en fascialagen. Het spierweefsel is passend en homogeen echogeen. Deze echogeniciteit kan worden aangepast op basis van de hoeveelheid bloem die tijdens het smelten aan de ballistische gel wordt toegevoegd. Fasciale grenzen zijn hyperechoïsch in vergelijking met het achtergrondspierweefsel. Het garen ziet er onregelmatig hyperechoïsch uit, met goed gedefinieerde randen, die het uiterlijk van een zenuw op passende wijze simuleren. Het garen bevindt zich tussen weefsellagen en dit deel van het fantoom is geschikt voor vloeistofinjectie om de injectie van lokaal verdovingsmiddel tijdens een zenuwblokkadeprocedure te simuleren. Bovendien stuit injectie in een ballistisch gelblok op aanzienlijke weerstand in vergelijking met injectie in een gesimuleerd fasciaal vlak, wat kan dienen als een gunstig feedbackmechanisme voor leerlingen. De 3D-geprinte blokken van ABS-filament simuleren op passende wijze de hyperechoïsche cortex en akoestische schaduwen van menselijk bot wanneer ze onder echografie worden gevisualiseerd. Gesimuleerde schepen zien er echoloos uit met goed gedefinieerde grenzen, zoals ook te zien is bij hun levende menselijke tegenhangers. Geverfd water kan met een naald worden opgezogen om intravasculaire toegang te bevestigen bij het oefenen van relevante echogeleide procedures.

figure-results-1
Figuur 5: Representatieve echografiebeelden verkregen van ultrasone fantomen vergeleken met menselijke proefpersonen. (A) De mediaan, (B) femoraal, (C) suprainguinale fascia iliaca vlak, en (D) serratus anterior plane zenuwblokkade ultrasone fantomen (links) en een menselijke proefpersoon (rechts). Voor elk echografisch fantoom (links) werden meerdere stilstaande beelden verkregen door het scannen van de ultrasone fantomen aan elkaar genaaid om het hele fantoom onder echografie te demonstreren. Er zijn geen andere wijzigingen aan de afbeeldingen aangebracht. De gestippelde gele vakken vertegenwoordigen het gebied van het ultrasone fantoom dat correleert met het beeld van de menselijke proefpersoon direct aan de rechterkant. Afkortingen: A = slagader; V = ader; M = nervus medianus; F = dijbeenzenuw; RAD = straal; U = ellepijp; AIIS = voorste inferieure darmbeenwervelkolom; R = rib; SART = spier sartorius; IL = Iliacus-spier; IO = inwendig schuin; SA = serratus anterieure spier; LD = spier latissimus dorsi. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Aanvullend bestand 1: Computerondersteund ontwerp van plastic modellen die elke gewenste weefsellaag voor het mediane zenuwblokkade-echografiefantoom vertegenwoordigen. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Aanvullend bestand 2: Computerondersteund ontwerp van plastic modellen die elke gewenste weefsellaag voor het ultrasone fantoom van de femorale zenuwblokkade vertegenwoordigen. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Aanvullend bestand 3: Computerondersteund ontwerp van plastic modellen die elke gewenste weefsellaag voor het ultrasoon fantoom van het supra-inguinale fascia iliaca vlakblok vertegenwoordigen. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Aanvullend bestand 4: Computerondersteund ontwerp van plastic modellen die elke gewenste weefsellaag voor het ultrasone fantoom van het serratus anterior plane-blok vertegenwoordigen. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Aanvullende video S1: Toevoeging van pseudo-huid aan het ultrasone fantoom van de mediane zenuwblokkade. Door vloeibare ballistische gel over een afgewerkt ultrasoon fantoom te gieten met een minimale laag ultrasone gel erop, ontstaat een dunne laag, die aanvoelt en beweegt als de huid. Deze video demonstreert het vermogen van de pseudo-huid om de beweging van de menselijke huid na te bootsen wanneer deze ertegen wordt gedrukt. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Discussie

Deze op maat gemaakte ballistische gel-gebaseerde fantomen bieden cursisten medium-fidelity mediaan, femoraal, suprainguinale fascia iliaca vlak en serratus anterior plane zenuwblokkade training voor een fractie van de kosten van in de handel verkrijgbare zenuwblokkade fantomen (Tabel 1). Onze eerste trainers voor mediane en femorale zenuwblokkades werden in eigen huis gemaakt voor 12% en 9% van de prijs van respectievelijk de goedkoopste in de handel verkrijgbare mediaan- en femorale zenuwblokbloktrainers. Geen van de beschikbare fantomen van de femorale zenuwblokkade is in staat om de suprainguinale benadering van het fascia iliaca-blok te simuleren zoals ons fantoom dat doet. We konden geen in de handel verkrijgbare serratus anterior plane ultrasound phantoms vinden.

Tabel 1: Samenvatting van in de handel verkrijgbare echogeleide regionale anesthesiefantomen. Klik hier om deze tabel te downloaden.

In het afgelopen decennium is 3D-printtechnologie toegankelijker en betaalbaarder geworden. De originele Prusa i3 MK3S+ 3D-printer die in dit protocol wordt gebruikt, hoewel niet de nieuwste editie, kost bijvoorbeeld slechts $ 64919. Zelfs de kleinere Prusa MINI+, die voldoende is voor het maken van de hierin beschreven modellen, kost slechts $ 42920. De meeste vervangende onderdelen voor deze printers worden zelf 3D-geprint, waardoor de reparatiekosten verder worden geminimaliseerd. Studenten en docenten hebben over het algemeen gratis toegang tot 3D-printers via de makerspace of het ontwerplab van hun instelling. Het ontwerpen van objecten voor 3D-printen is handiger dan ooit met behulp van CAD-programma's (computer-aided design), waarvan sommige gratis beschikbaar zijn21.

De tijd die nodig is om de 3D-geprinte modellen en gesimuleerde botten te ontwerpen, varieert afhankelijk van de vaardigheid van de gebruiker en bekendheid met CAD-software; dit proces kan echter kosteloos worden uitgevoerd met behulp van software zoals FreeCAD of door gebruik te maken van CAD-software die in licentie is gegeven door de gastinstelling21. Het maken van siliconen mallen van elke weefsellaag is niet tijdrovend. Siliconen kosten $ 28 per kg, waarbij elk fantoom 4-6 kg siliconen nodig heeft ($ 140 in totaal). Aangezien de siliconen mallen herbruikbaar zijn, is dit een eenmalige uitgave.

Onze commerciële ballistische gel kost $ 86 per kg, en elk fantoom vereiste ongeveer 0.7 kg voor een kostprijs van $ 60 per fantoom. 3D-printstructuren die nodig zijn voor het gieten, vereisen verwaarloosbare kosten van PLA- of ABS-filament. Twee van onze fantomen hadden 100 mm garen nodig voor $ 10 per m of $ 0,01 per fantoom. In totaal kostte elk fantoom ~ $ 200 om het eerste model te maken en $ 60 om elk volgend model te maken. Het productieproces vereiste 1 manuur en 3-4 uur gelverwarming en -koeling. We zijn in staat geweest om in hetzelfde tijdsbestek vier modellen tegelijk te bouwen.

Ballistische gel is een ideaal medium vanwege zijn veelzijdigheid. Het kan worden gebruikt om een verscheidenheid aan weefsels te simuleren en kan in elke vorm worden gesmolten en gegoten. Zodra de gel is gestold, zijn eventuele onvolkomenheden of naaldprikken enigszins zelfherstellend en kunnen ze verder worden hersteld met een heteluchtpistool. Als er een fout in het fantoom zit, of als het beschadigd raakt of te veel wordt gebruikt, kunnen de ballistische gelcomponenten altijd worden gedemonteerd, gereinigd en weer worden omgesmolten om opnieuw te worden gebruikt met minimaal materiaalverlies. Ballistische gel is ook kosteneffectief. Ondanks dat ze met $ 86 per kg het duurste bestanddeel van deze fantomen zijn, zijn deze fantomen nog steeds veel betaalbaarder dan in de handel verkrijgbare ultrasone fantomen (tabel 1). Fantomen gemaakt met zelfgemaakte gelatine zijn eerder beschreven en zijn vermoedelijk nog betaalbaarder, maar deze fantomen zullen binnen enkele dagen tot weken schimmel ontwikkelen, zelfs wanneer ze in een koelkast worden bewaard16. We hebben de fantomen maanden tot jaren bewaard in een schone, droge omgeving bij kamertemperatuur zonder te bederven of te degraderen.

Het simuleren van zenuwen in gelatine voor echogeleide zenuwblokkademodellen is moeilijk gebleken voor opvoeders. Eerdere pogingen hebben gebruik gemaakt van dierlijke pezen 22,23,24, elektrische draad 25, houten deuvels25, schoenveters26, metalen staven27, bundels elastiekjes15, schuim28, erwten29, spaghetti30 en zelfs een ethernetkabel31. Deze opties zijn onrealistisch, bederfelijk of creëren een aanzienlijke posterieure akoestische schaduw onder echografie. We gebruikten een huishoudelijk artikel, garen, om high-fidelity gesimuleerde zenuwen te creëren met weinig tot geen posterieure schaduwen voor slechts $ 0,10 per m, of $ 0,01 per fantoom.

ABS-filament werd gebruikt voor het 3D-printen van imitatiebot vanwege de hogere hittetolerantie dan PLA, die in de volgende stappen tijdens de ontwikkeling van deze methode kromtrok. We hebben de baktemperatuur gemaximaliseerd om de smelttijden te minimaliseren en de viscositeit en het aantal bubbels te verminderen. Dit zorgt voor soepelere, meer ruimtevullende gieten in de siliconenmallen, terwijl ook de temperatuur onder de verbrandingstemperatuur van de gel wordt gehouden, waardoor overmatige rookproductie wordt voorkomen.

Het belangrijkste nadeel van deze fantomen is de tijd en energie die nodig is om ze te ontwerpen en te bouwen. Het ontwerpen van weefselvlakken met behulp van CAD vereist technische vaardigheid, en het 3D-printen van modellen ervan vereist een basiskennis van 3D-printers, het snijden van een STL-bestand, het kiezen van een filament en welke instellingen en temperaturen moeten worden gebruikt. Het maken van siliconenmallen voor elk weefselvlak brengt kosten met zich mee, aangezien siliconen het op één na duurste onderdeel van dit protocol zijn met $ 28 per kg. Deze siliconen mallen zijn echter duurzaam en herbruikbaar, dus als ze eenmaal zijn gemaakt, kunnen ze worden hergebruikt om talloze ultrasone fantomen te maken. Andere nadelen zijn de leercurve die gepaard gaat met het mengen en gieten van ballistische gel, evenals het gebrek aan technologische integratie van deze fantomen in vergelijking met high-fidelity commerciële mannequins. Dat gezegd hebbende, zijn we van mening dat het relatieve gemak van constructie, het gemak van materiaalverwerving, de aanpasbaarheid, de lage kosten en de recycleerbaarheid van dit modelontwerp ruimschoots opwegen tegen de nadelen. We hopen dat de verspreiding van hun constructiemethode een betere training van zenuwblokkadeprocedures zal vergemakkelijken in faciliteiten die zich geen frequente vervanging van dure commerciële medische simulatieapparatuur kunnen veroorloven. Toekomstige studies moeten aangepaste fantomen onderzoeken voor aanvullende zenuwblokkadeprocedures en de tevredenheid en klinische prestaties beoordelen van stagiairs die deze fantomen gebruiken in vergelijking met hun collega's.

Openbaarmakingen

De auteurs van dit artikel hebben geen belangenconflicten bekend te maken.

Dankbetuigingen

Dit project werd gefinancierd door het Simulation Training Center (STC) van de University of California, San Diego School of Medicine in La Jolla, CA. We willen Blake Freechtle bedanken voor zijn bijdragen aan Figuur 5.

Materialen

```html
Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
ABS Filament - 1.75 m+B+A2:A14Hatchbox (Pomona, CA)https://www.hatchbox3d.com/collections/abs-1-75mm
Adobe PhotoshopAdobe (San Jose, CA)https://www.adobe.com/products/photoshop.html
Amber Tone DyeHumimic Medical (Greenville, SC)852844007925Ballistic gel dye; https://humimic.com/product/amber-tone-dye/
Fusion 360Autodesk (San Franciso, CA)Computer-assisted design (CAD) software; https://www.autodesk.com/products/fusion-360/overview?term=1-YEAR&tab=subscription&plc=F360
Gelatin #1 - Medical Gel by the PoundHumimic Medical (Greenville, SC)852844007406Ballistic gel; https://humimic.com/product/gelatin-1-medical-gelatin-by-the-pound/
Gluten-Free All-Purpose FlourArrowhead Mills (Hereford, TX)Flour voor echogeniciteit; https://arrowheadmills.com/products/gluten-free/organic-gluten-free-all-purpose-flour/
Microsoft PowerPointMicrosoft (Redmond, WA)https://www.microsoft.com/en-us/microsoft-365/powerpoint
Mold Star 16 FAST Pourable Silicone RubberSmooth-On (Macungie, PA)Gietbaar siliconenrubber; https://www.smooth-on.com/products/mold-star-16-fast/
Peach Tone DyeHumimic Medical (Greenville, SC)852844007895Ballistic gel dye; https://humimic.com/product/peach-tone-dye/
PLA Filament - 1.75 mmHatchbox (Pomona, CA)https://www.hatchbox3d.com/collections/pla-1-75mm
Prusa Original i3 MK3S+ printerPrusa Research (Praag, Tsjechië)3D-printer; https://www.prusa3d.com/category/original-prusa-i3-mk3s/
Prusa Slicer 2.6.1Prusa Research (Praag, Tsjechië)3D-printer slicer software; https://www.prusa3d.com/page/prusaslicer_424/
Wool-Ease Thick & Quick YarnLion Brand Yarn (Lyndhurst, NJ)640-610BGaren voor gesimuleerde zenuwen; https://www.lionbrand.com/products/wool-ease-thick-and-quick-yarn?variant=32420963516509
```

Referenties

  1. 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).
  2. 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).
  3. Grottke, O. Virtual reality-based simulator for training in regional anaesthesia. Br J Anaesth. 103 (4), 594-600 (2009).
  4. CAE Healthcare. Regional anesthesia ultrasound training block. , https://medicalskillstrainers.cae.com/regional-anesthesia-ultrasound-training-block/p (2023).
  5. 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).
  6. Osmer, C. L. A gelatine-based ultrasound phantom. Anaesthesia. 63 (1), 107(2008).
  7. Nicholson, R. A., Crofton, M. Training phantom for ultrasound guided biopsy. Br J Radiol. 70, 192-194 (1997).
  8. Bude, R. O., Adler, R. S. An easily made, low-cost, tissue-like ultrasound phantom material. J Clin Ultrasound. 23 (4), 271-273 (1995).
  9. 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).
  10. Culp, W. C. Relative ultrasonographic echogenicity of standard, dimpled, and polymeric-coated needles. J Vasc Interv Radiol. 11 (3), 351-358 (2000).
  11. 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).
  12. 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).
  13. McNamara, M. P., McNamara, M. E. Preparation of a homemade ultrasound biopsy phantom. J Clin Ultrasound. 17 (6), 456-458 (1989).
  14. Gibson, R. N., Gibson, K. I. A home-made phantom for learning ultrasound-guided invasive techniques. Australas Radiol. 39 (4), 356-357 (1995).
  15. Lollo, L., Stogicza, A. R. Low-cost, high-fidelity ultrasound phantom gels for regional anesthesia training programs. MedEdPORTAL. 8, (2023).
  16. Rathbun, K. M., Brader, W. T., Norbury, J. W. A simple, realistic, inexpensive nerve phantom. J Ultrasound Med. 38 (8), 2203-2207 (2019).
  17. Smooth-On. Mold Star™ 16 FAST Product Information. , https://www.smooth-on.com/products/mold-star-16-fast/ (2023).
  18. 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).
  19. Prusa Research. Original Prusa i3 MK3S+ 3D Printer kit. , https://www.prusa3d.com/product/original-prusa-i3-mk3s-3d-printer-kit/ (2023).
  20. Prusa Research. Original Prusa MINI+ kit. , https://www.prusa3d.com/product/original-prusa-mini-kit-2/ (2023).
  21. The FreeCAD Team. FreeCAD: Your own 3D parametric modeler. , https://www.freecad.org/ (2023).
  22. Xu, D., Abbas, S., Chan, V. W. Ultrasound phantom for hands-on practice. Reg Anesth Pain Med. 30 (6), 593-594 (2005).
  23. 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).
  24. 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).
  25. Pollard, B. A. New model for learning ultrasound-guided needle to target localization. Reg Anesth Pain Med. 33 (4), 360-362 (2008).
  26. 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).
  27. 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).
  28. 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).
  29. 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).
  30. Micheller, D. A low-fidelity, high-functionality, inexpensive ultrasound-guided nerve block model. CJEM. 19 (1), 58-60 (2017).
  31. Sparks, S., Evans, D., Byars, D. A low cost, high fidelity nerve block model. Crit Ultrasound J. 6 (1), 12(2014).

Herprints en machtigingen

Tags

Simulatie van regionale anesthesie3D-geprinte modellencomputerondersteund ontwerpmaken van siliconen mallensimulatie van echogeen weefselconstructie van echofantomenbetaalbare medische simulatie
Het bouwen van betaalbare, duurzame, medium-fidelity ballistische gelfantomen voor echogeleide zenuwblokkadetraining
Neem contact met ons op
Aanbevelen aan de bibliotheek

Privacy

Gebruiksvoorwaarden

Beleidsoverzicht

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Alle rechten voorbehouden.