Próżniowo uszczelnione zanurzenie w gorącej wodzie do przygotowania anatomicznych i chirurgicznych modeli kości zwłok

Summary

Obecny protokół opisuje macerację i czyszczenie kości zwłok za pomocą techniki zanurzania w gorącej wodzie próżniowej. Jest to tania, bezpieczna i skuteczna metoda wytwarzania próbek anatomicznych do planowania chirurgicznego i edukacji medycznej jako alternatywa dla trójwymiarowych (3D) drukowanych modeli.

Abstract

Modele kostne służą wielu celom, w tym poprawie zrozumienia anatomii, przedoperacyjnemu planowaniu chirurgicznemu i śródoperacyjnym odniesieniom. Opisano kilka technik maceracji tkanek miękkich, głównie do analizy kryminalistycznej. W badaniach klinicznych i zastosowaniach medycznych metody te zostały zastąpione przez trójwymiarowe (3D) drukowane modele, które wymagają znacznego sprzętu i wiedzy specjalistycznej oraz są kosztowne. W tym przypadku kość kręgowa martwej owcy została oczyszczona poprzez próżniowe uszczelnienie próbki dostępnym w handlu płynem do mycia naczyń, zanurzenie w gorącej kąpieli wodnej, a następnie ręczne usunięcie tkanki miękkiej. Wyeliminowało to wady wcześniej istniejących metod maceracji, takie jak istnienie nieprzyjemnych zapachów, stosowanie niebezpiecznych chemikaliów, znaczny sprzęt i wysokie koszty. Opisana technika pozwoliła uzyskać czyste, suche próbki przy zachowaniu szczegółów anatomicznych i struktury w celu dokładnego modelowania struktur kostnych, które mogą być przydatne w planowaniu przedoperacyjnym i śródoperacyjnym odniesieniach. Metoda jest prosta, tania i skuteczna w przygotowywaniu modeli kostnych do celów edukacyjnych i planowania chirurgicznego w medycynie weterynaryjnej i ludzkiej.

Introduction

Usuwanie tkanek miękkich i czyszczenie kości jest wymagane w kryminalistyce, badaniach medycznych i biologicznych oraz edukacji weterynaryjnej i medycznej. Większość technik została opracowana do celów kryminalistycznych, minimalizując uszkodzenia kości, aby zachować jak najwięcej szczegółów. Może to zapewnić dokładny, namacalny model kości do przedoperacyjnego planowania chirurgicznego, a także śródoperacyjnego podejmowania decyzji w celu zminimalizowania powikłań^1,2,3. Jest to korzystne w chirurgii, ponieważ skraca czas operacji i utratę krwi oraz poprawia komunikację między chirurgami, w porównaniu z planowaniem za pomocą obrazów 2D⁴. Zastosowanie tych modeli może również zmniejszyć zależność od obrazowania śródoperacyjnego, takiego jak fluoroskopia, która może zmniejszyć narażenie personelu na promieniowanie.

Historycznie używano kości szkieletowych ze zwłok do tych modeli; jednak postęp technologiczny pchnął w kierunku korzystania z modeli produkowanych, a ostatnio także z modeli drukowanych w trzech wymiarach (3D). Modele kostne opierają się na dostępności próbek zwłok i wydajności przetwarzania tych próbek na użyteczne modele. Druk 3D ma tę zaletę, że daje swobodę twórczą, pozwalając na tworzenie modeli anatomicznych i specyficznych dla pacjenta, zwłaszcza gdy występują nieprawidłowości anatomiczne lub nowotwory, lub jeśli sprzęt musi zostać wyprodukowany lub rozszerzony, aby pasował do pacjenta¹. Próbki te mogą być również sterylizowane i manipulowane przez chirurgów podczas zabiegu. Jednak ta swoboda wiąże się z kosztami, ponieważ wymaga skanów tomografii komputerowej (CT), wymagane materiały i sprzęt mogą być drogie, a wiedza specjalistyczna jest niezbędna do stworzenia modeli w wymaganym oprogramowaniu^1,4. Ponadto czynniki te mogą ograniczać precyzję i jakość modelu, a tym samym planowanie chirurgiczne i sukces¹. Modele drukowane w 3D mogą nie być najlepszym wyborem w przypadkach, gdy nie ma potrzeby wykonywania anatomii specyficznej dla pacjenta i gdy istnieje natychmiastowe zapotrzebowanie na model.

Powszechnie stosowane metody usuwania tkanek miękkich z kości zwłok obejmują ręczne czyszczenie, macerację bakteryjną, macerację chemiczną, gotowanie i macerację owadów5^,6. Sukces tych metod zależy zazwyczaj od kosztów, czasu, pracy, sprzętu, bezpieczeństwa i jakości produktu końcowego^5,7. Ręczne czyszczenie wymaga najwięcej pracy i znacznej ilości czasu, ale wymaga minimalnego sprzętu⁵. Maceracja bakteryjna polega na pozostawieniu próbki w zimnej lub ciepłej kąpieli wodnej na długi czas, często do 3 tygodni, co pozwala bakteriom na rozkład tkanki⁶. Powoduje to powstawanie nieprzyjemnych zapachów, wymaga dodatkowego sprzętu do usuwania bakterii i stwarza zagrożenie dla bezpieczeństwa biologicznego użytkownika^5,6. Wykorzystanie chrząszczy dermestid jest bardzo skuteczne przy minimalnym nakładzie pracy, ale wymaga nabycia kolonii i hodowli zwierząt i nie jest uważane za inwestycję ekonomiczną, jeśli jest używane rzadko^6,7. Maceracja chemiczna zwykle wiąże się z użyciem enzymów, takich jak trypsyna, pepsyna i papaina, lub komercyjnych detergentów zawierających substancje, takie jak środki powierzchniowo czynne i enzymy^5,8. Chociaż ta metoda zapewnia szybsze wyniki, stosowane chemikalia, takie jak wodorotlenek sodu, amoniak, wybielacz i benzyna, mogą stanowić zagrożenie dla zdrowia i bezpieczeństwa oraz wytwarzać nieprzyjemne zapachy, które wymagają środków ochrony osobistej (PPE) i dygestoria class5^,7,8,9. Wreszcie, przedłużone ogrzewanie stanowi kolejną minimalnie intensywną metodę, ale może wytwarzać zapachy wymagające wentylacji¹⁰.

Prosta, bezpieczna i tania metoda przygotowania anatomicznych modeli kości dostarczyłaby użytecznego narzędzia dla chirurgów, studentów, nauczycieli i badaczy. W tym artykule opisano nowatorską metodę przygotowania modeli kości szkieletowych, która pozwala uniknąć nieprzyjemnych zapachów i szkodliwych substancji chemicznych oraz tworzy szczegółowy model chirurgiczny przy minimalnym sprzęcie i nakładzie pracy.

Protocol

Kolce lędźwiowe zostały pobrane od 4-letnich dorosłych owiec rasy merynosów (Ovis aries) zgodnie z wytycznymi etycznymi Komisji ds. Opieki nad Zwierzętami i Etyki Laboratoriów Chirurgicznych i Ortopedycznych. Zgodnie z instytucjonalnie zatwierdzoną metodą humanitarnej eutanazji, kolce lędźwiowe zostały pobrane za pomocą ostrego narzędzia preparacyjnego, najpierw nacinając skórę i tkanki podskórne, a następnie powięź i mięśnie przed deartykulacją w obrębie połączenia piersiowo-lędźwiowego i lędźwiowo-krzyżowego. Pobrana próbka jest pokazana w Rysunek 1A.

1. Przygotowanie do wstępnej kąpieli

1. Ręcznie usuń tkankę miękką (mięśnie, tkankę łączną, tłuszcz itp.) za pomocą ostrego narzędzia do preparowania (ostrze skalpela numer 22) z próbki kości przed dalszym przetwarzaniem.
   UWAGA: Ten krok jest opcjonalny; Jednak usunięcie jak największej ilości tkanek miękkich skraca czas maceracji tkanek w kąpieli wodnej. Rozmiar próbki (~20 cm x 10 cm x 8 cm) jest również zmniejszony; Dzięki temu do wanny można włożyć więcej próbek.
2. Po usunięciu powietrza zamknąć próbkę w szczelnej plastikowej torbie odpornej na wysoką temperaturę. Zaleca się używanie worka próżniowego przy użyciu komercyjnego urządzenia do zgrzewania próżniowego (patrz Tabela materiałów).
   UWAGA: Do początkowej 24 godzinnej kąpieli nie są wymagane żadne dodatki. Jeśli wszystkie powierzchnie kości pokryte są znacznymi mięśniami, a tkanka miękka jest już minimalna, a większość powierzchni kostnych próbki jest odsłonięta, przejdź do kroku 3.2 (Rysunek 1B).

2. Procedura wstępnej kąpieli

1. Całkowicie zanurzyć zapieczętowaną próbkę w łaźni wodnej o temperaturze 70 °C na 24 godziny.
2. Po 24 godzinach wyjąć worek z kąpieli, otworzyć worek i pozostawić próbkę do ostygnięcia do momentu, gdy będzie można z nią obchodzić.

3. Przygotowanie do kolejnych kąpieli

1. Usuń jak najwięcej tkanki miękkiej z kości za pomocą ostrego skalpela i bieżącej wody, jeśli to konieczne.
2. Usuń wszystkie stawy za pomocą ostrego skalpela, aby odsłonić tkankę chrzęstną.
   1. Utrzymuj rozczłonkowane elementy na miejscu za pomocą materiału, takiego jak drut ortopedyczny lub opaski kablowe (patrz Tabela materiałów), aby utrzymać pozycję anatomiczną.
3. Zamknij próbkę w worku próżniowym wraz z 10 ml płynu do mycia naczyń (patrz tabela materiałów) i 10 ml wody z kranu.
   UWAGA: Objętość detergentu zależy od mocy, stężenia i wielkości próbki.

4. Procedura dla kolejnych kąpieli

1. Całkowicie zanurzyć zapieczętowaną próbkę w łaźni wodnej o temperaturze 70 °C na 24 godziny.
2. Po 24 godzinach wyjąć worek z kąpieli, otworzyć worek i pozostawić próbkę do ostygnięcia do momentu, gdy będzie można z nią obchodzić.
   1. Nie dopuścić do całkowitego ostygnięcia próbki, ponieważ pozwala to zmiękczonej chrząstce stwardnieć i przylgnąć do kości, co staje się trudniejsze do usunięcia.
      UWAGA: Czas potrzebny na przetworzenie próbki może się różnić w zależności od wielkości i rodzaju, a wielokrotne usuwanie kolejnych kąpieli może być niepotrzebne. Dodatkowo próbka może pozostawać w kąpieli przez dłuższy czas, co może pomóc w tymczasowym usunięciu tkanek.
3. Usuń jak najwięcej tkanki miękkiej za pomocą ostrego narzędzia do preparowania (ostrze skalpela nr 22 na dedykowanym uchwycie skalpela) i bieżącej wody.
4. W razie potrzeby powtarzaj krok 4, aż kość będzie wolna od materiału tkanek miękkich. Z naszego doświadczenia wynika, że trzeba było to powtórzyć tylko raz.

5. Zakończenie procedury

1. Umyj próbkę płynnym detergentem i dokładnie spłucz wodą.
   UWAGA: Alkohol może być używany do przyspieszania suszenia.
2. Pozostawić próbkę do wyschnięcia na około 48 godzin.

Results

Zgodnie z tym protokołem, stworzono czyste i suche modele kręgosłupa lędźwiowego owiec do planowania chirurgicznego i odniesienia. Próbki składające się z siedmiu kręgów lędźwiowych poddano obróbce w ciągu 4 dni przy użyciu tej metody, z jedną wstępną kąpielą w celu usunięcia większości mięśnia i trzema kolejnymi kąpielami. O zakończeniu kąpieli świadczyła łatwość, z jaką usuwano chrząstkę i tkankę łączną z kości. Różniło się to w zależności od rodzaju i lokalizacji chrząstki; Cienkie warstwy można było łatwo usunąć po j...

Discussion

Niniejsza uwaga techniczna ma na celu opisanie prostej, bezpiecznej i taniej metody wytwarzania anatomicznego modelu kości na potrzeby edukacji weterynaryjnej i medycznej oraz do wykorzystania w edukacji anatomicznej i planowaniu chirurgicznym.

Testy pilotażowe wykazały, że temperatura kąpieli wynosząca 70 °C zapewnia najszybszy czas przetwarzania bez powodowania uszkodzeń próbek. Wyższe temperatury powodowały rozległy rozpad kolagenu w kości, w wyniku czego powstawały kruche próbki o kredowe...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Drukarka 3D Dimension Elite	Stratasys, Eden Prairie, MN, Stany Zjednoczone		Drukarka 3D do produkcji chirurgicznych modeli kości na podstawie zrekonstruowanych tomografii komputerowej
Naśladuje pakiet Innovation Suite	Materialise NV, Leuven, Belgia	Suite 24 Oprogramowanie	do tworzenia modeli 3D na podstawie skanów obrazowych
Nylonowe opaski kablowe	4Cabling, Alexandria, Nowa Południowa Walia, Australia	011.060.1042/011.060.1039	Służy do utrzymywania połączenia między trzonami kręgów
Drut ortopedyczny	B Braun, Bella Vista, NSW, Australia		Służy do utrzymywania połączenia między trzonami kręgów
Aparatura do czyszczenia pomocniczego	Phoenix Analysis and Design Technologies, Tempe, AZ, Stany Zjednoczone	SCA-1200	Kąpiel w gorącej wodzie do zanurzenia zapieczętowanej próbki.
Ultra Strength Oryginalny płyn do mycia naczyń	Colgate-Palmolive, Nowy Jork, NY, Stany		Zjednoczone Płyn do mycia naczyń dodawany do szczelnie zamkniętej torby z próbką do czyszczenia modelu kości.
Worki próżniowe	Pacfood PTY LTD		Bezpieczne termicznie, zamykane worki foliowe
Zgrzewarka próżniowa do żywności	Tempoo (Aust) PTY LTD		Próżniowa zgrzewarka do żywności do zamykania worków próżniowych przed zanurzeniem w kąpieli