Погружение в вакуумную ванну с горячей водой для подготовки анатомических и хирургических моделей трупных костей

Summary

Настоящий протокол описывает мацерацию и очистку трупной кости методом погружения в вакуумную баню с горячей водой. Это недорогой, безопасный и эффективный метод производства анатомических образцов для хирургического планирования и медицинского образования в качестве альтернативы трехмерным (3D) печатным моделям.

Abstract

Модели костей служат многим целям, включая улучшение анатомического понимания, предоперационное хирургическое планирование и интраоперационную референцию. Было описано несколько методов мацерации мягких тканей, в основном для судебно-медицинской экспертизы. Для клинических исследований и медицинского использования эти методы были заменены трехмерными (3D) печатными моделями, которые требуют значительного оборудования и опыта и являются дорогостоящими. Здесь позвоночная кость трупной овцы была очищена путем вакуумной герметизации образца коммерческим средством для мытья посуды, погружения в ванну с горячей водой, а затем ручного удаления мягких тканей. Это устранило недостатки ранее существовавших методов мацерации, такие как наличие неприятных запахов, использование опасных химикатов, значительное оборудование и высокие затраты. Описанный метод позволяет получить чистые, сухие образцы с сохранением анатомических деталей и структуры для точного моделирования костных структур, которые могут быть полезны для предоперационного планирования и интраоперационной привязки. Метод прост, недорог и эффективен для подготовки костной модели для обучения и хирургического планирования в ветеринарии и медицине.

Introduction

Удаление мягких тканей и чистка костей необходимы для судебно-медицинской экспертизы, медико-биологических исследований, ветеринарного и медицинского образования. Большинство методов были разработаны для судебно-медицинских целей, сводя к минимуму повреждение кости, чтобы сохранить как можно больше деталей. Это может обеспечить точную, осязаемую модель кости для предоперационного хирургического планирования, а также для интраоперационного принятия решений, чтобы помочь свести к минимуму осложнения ^1,2,3. Это полезно в хирургии за счет сокращения времени операции и кровопотери, а также улучшения коммуникации между хирургами по сравнению с планированием с помощью 2D-изображений⁴. Использование этих моделей может также снизить зависимость от интраоперационной визуализации, такой как рентгеноскопия, что может снизить лучевую нагрузку на персонал.

Скелетная кость трупов исторически использовалась для этих моделей; однако технический прогресс подтолкнул к использованию изготовленных моделей и, в последнее время, трехмерных (3D) печатных моделей. Модели костей зависят от наличия трупных образцов и эффективности обработки этих образцов в пригодные для использования модели. 3D-печать имеет преимущество творческой свободы, позволяя создавать анатомические модели и модели для конкретного пациента, особенно когда присутствуют анатомические аномалии или новообразования, или если оборудование необходимо изготовить или дополнить, чтобы оно соответствовало пациенту¹. Эти образцы также могут быть стерилизованы и обработаны хирургами во время процедуры. Однако эта свобода сопряжена с затратами, так как для этого требуется компьютерная томография (КТ), необходимые материалы и оборудование могут быть дорогими, а опыт необходим для создания моделей в требуемом программном обеспечении ^1,4. Кроме того, эти факторы могут ограничивать точность и качество модели, а значит, и хирургическое планирование и успех¹. Модели, напечатанные на 3D-принтере, могут быть не лучшим выбором для случаев, когда нет необходимости в анатомии конкретного пациента и когда существует немедленная потребность в модели.

Обычно применяемые методы удаления мягких тканей из трупной кости включают ручную очистку, бактериальную мацерацию, химическую мацерацию, приготовление пищи и мацерацию насекомых ^5,6. Успех этих методов, как правило, основан на стоимости, времени, трудозатратах, оборудовании, безопасности и качестве конечного продукта ^5,7. Ручная очистка требует наибольшего труда и значительного количества времени, но предполагает минимальное оборудование⁵. Бактериальная мацерация заключается в оставлении образца на холодной или теплой водяной бане в течение длительных периодов времени, часто до 3 недель, что позволяет бактериям разлагать ткань⁶. Это создает неприятные запахи, требует дополнительного оборудования для обработки бактерий и создает угрозу биобезопасности для пользователя ^5,6. Использование жуков-дерместид очень эффективно с минимальными трудозатратами, но требует приобретения колонии и содержания животных и не считается экономическим вложением, если используется нечасто ^6,7. Химическая мацерация обычно включает использование ферментов, таких как трипсин, пепсин и папаин, или коммерческих моющих средств, содержащих такие вещества, как поверхностно-активные вещества и ферменты ^5,8. Хотя этот метод обеспечивает более быстрые результаты, используемые химические вещества, такие как гидроксид натрия, аммиак, отбеливатель и бензин, могут представлять опасность для здоровья и безопасности и производить вредные запахи, требующие средств индивидуальной защиты (СИЗ) и вытяжного шкафа 5,7,8,9. Наконец, расширенный нагрев обеспечивает еще один минимально интенсивный метод, но может производить запахи, требующие вентиляции¹⁰.

Простой, безопасный и недорогой метод подготовки анатомических моделей костей станет полезным инструментом для хирургов, студентов, преподавателей и исследователей. В этой статье описывается новый метод подготовки моделей скелетных костей, который позволяет избежать неприятных запахов и вредных химических веществ и позволяет получить подробную хирургическую модель с минимальным оборудованием и трудозатратами.

Protocol

Поясничные позвоночники были собраны у 4-летних взрослых овцематок мериносового кросса (Ovis aries) в соответствии с этическими принципами Комитета по уходу за животными и этике Хирургических и ортопедических исследовательских лабораторий. В соответствии с официально одобренным методом гуманной эвтаназии поясничные отделы позвоночника были собраны с использованием острого инструмента для рассечения, сначала через кожу и подкожные ткани, затем фасции и мускулатуру перед расчленением в грудопоясничном и пояснично-крестцовом соединениях. Собранный образец показан на рисунке 1А.

1. Подготовка к первоначальному купанию

1. Вручную удалите мягкие ткани (мышцы, соединительную ткань, жир и т. Д.) С помощью острого инструмента для рассечения (лезвие скальпеля No 22) из образца кости перед дальнейшей обработкой.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Этот шаг не является обязательным; Однако удаление как можно большего количества мягких тканей сокращает время, необходимое водяной бане для мацерации тканей. Размер образца (~ 20 см х 10 см х 8 см) также уменьшается; Таким образом, в ванну можно поместить больше образцов.
2. Запечатайте образец в термобезопасный герметичный пластиковый пакет после удаления воздуха. Рекомендуется использовать вакуумный пакет, используя коммерческое вакуумно-запайточное устройство (см. Таблицу материалов).
   ПРИМЕЧАНИЕ: Для первоначальной 24-часовой ванны никаких добавок не требуется. Если есть значительные мышцы, покрывающие все поверхности кости, и если уже есть минимальные мягкие ткани и большая часть костных поверхностей образца обнажена, переходите к шагу 3.2 (рис. 1B).

2. Процедура первичного купания

1. Полностью погрузите запечатанный образец в водяную баню с температурой 70 °C на 24 часа.
2. Через 24 часа извлеките пакет из ванны, откройте пакет и дайте образцу остыть до тех пор, пока его можно будет взять в руки.

3. Подготовка к последующим ваннам

1. Удалите как можно больше мягких тканей из кости, используя острый скальпель и проточную воду по мере необходимости.
2. Расчлените любые суставы с помощью острого скальпеля, чтобы обнажить хрящевую ткань.
   1. Держите расчлененные части на месте , используя такие материалы, как ортопедическая проволока или кабельные стяжки (см. Таблицу материалов), чтобы сохранить анатомическое положение.
3. Запечатайте образец в вакуумный пакет вместе с 10 мл средства для мытья посуды (см. Таблицу материалов) и 10 мл водопроводной воды.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Объем моющего средства зависит от силы, концентрации и размера образца.

4. Порядок проведения последующих ванн

1. Полностью погрузите запечатанный образец в водяную баню с температурой 70 °C на 24 часа.
2. Через 24 часа извлеките пакет из ванны, откройте пакет и дайте образцу остыть до тех пор, пока его можно будет взять в руки.
   1. Не позволяйте образцу полностью остыть, так как это позволяет размягченному хрящу затвердеть и прилипнуть к кости, что будет труднее удалить.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Время, необходимое для обработки пробы, может варьироваться в зависимости от размера и типа, и повторное удаление последующих ванн может быть ненужным. Кроме того, образец может оставаться в ванне в течение длительного времени, что может помочь в промежуточном удалении тканей.
3. Удалите как можно больше мягких тканей с помощью острого инструмента для рассечения (лезвие скальпеля No 22 на специальной ручке скальпеля) и проточной воды.
4. Повторяйте шаг 4 по мере необходимости, пока кость не освободится от материала мягких тканей. По нашему опыту, это требовалось повторить только один раз.

5. Завершение процедуры

1. Промойте образец жидким моющим средством и тщательно промойте водой.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Для ускорения сушки можно использовать спирт.
2. Дайте образцу высохнуть в течение примерно 48 часов.

Results

В соответствии с этим протоколом были созданы чистые и сухие модели поясничного позвоночника овец для хирургического планирования и эталона. Образцы, состоящие из семи поясничных позвонков, были обработаны в течение 4 дней с использованием этого метода, с одной первоначальной ванной для удаления основной массы мышцы и тремя последующими ваннами. О завершении ванн свидетельствовала легкость, с которой хрящ и соединительная ткань были удалены из кости. Это варьировалось в зависимости от типа и расположения хряща; Тонкие сл...

Discussion

Эта техническая записка направлена на описание простого, безопасного и недорогого метода создания анатомической модели кости в интересах ветеринарного и медицинского образования, а также для использования в анатомическом образовании и хирургическом планировании.

Пилотные испытания показали, что температура ванны 70 °C обеспечивает самое быстрое время обработки без повреждения образцов. Более высокие температуры вызывали обширное разрушение коллагена в кости, что приводило к хрупким образцам с...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Dimension Elite 3D-принтер	Stratasys, Eden Prairie, MN, США		3D-принтер для производства хирургических моделей костей на основе реконструированных компьютерных томографов
Mimics Innovation Suite	Materialise NV, Leuven, Belgium	Suite 24	Программное обеспечение для создания 3D-моделей по сканированиям
изображений Нейлоновые кабельные стяжки	4Cabling, Alexandria, NSW, Australia	011.060.1042/011.060.1039	Используется для поддержания связи между телами позвонков
Ортопедическая проволока	B Braun, Bella Vista, NSW, Австралия		Используется для поддержания связи между телами позвонков
Поддерживающая очистительная аппаратура	Phoenix Analysis and Design Technologies, Темпе, Аризона, США	SCA-1200	Ванна с горячей водой для погружения герметичного образца.
Ultra Strength Original Жидкость для мытья посуды	Colgate-Palmolive, Нью-Йорк, Нью-Йорк, Соединенные Штаты Америки		Жидкость для мытья посуды добавлена в герметичный пакет с образцом для чистки костной модели.
Вакуумные пакеты	Pacfood PTY LTD		Термобезопасные, герметичные пластиковые пакеты
Вакуумный упаковщик пищевых продуктов	Tempoo (Aust) PTY LTD		Вакуумный упаковщик пищевых продуктов для запайки вакуумных пакетов перед погружением в ванну