Использование программного обеспечения для реконструкции трехмерной визуализации в качестве инструмента обучения венепункции черепной полой вены у хорька

Summary

Мы предполагаем, что трехмерный программный инструмент виртуальной реконструктивной анатомии добавляет полезную дополнительную подготовку в обучении венепункции черепной вены хорька для стажеров медицины лабораторных животных.

Abstract

В Колледже ветеринарной медицины Университета Джорджии трехмерное (3D) программное обеспечение для виртуальной реконструктивной анатомии было включено в учебную программу по ветеринарной анатомии. С помощью этой учебной платформы учащиеся получают возможности обучения, выходящие за рамки вскрытия трупов и ресурсов из учебников. Мы предполагаем, что этот инструмент 3D-анатомии может служить полезным вспомогательным учебным пособием при обучении персонала лабораторных животных техническим навыкам, в частности, венепункции венипункции черепной полой вены (ЦВК) у хорьков. ЦВК является одним из предпочтительных мест для сбора большого объема крови у хорька. Несмотря на то, что в целом это относительно безопасный метод сбора крови, риски этого слепого подхода включают ограниченную способность удерживать вену после венепункции и случайное повреждение окружающих структур. В рамках этого пилотного проекта 5 стажеров лабораторных животных были ознакомлены с 3D-реконструированными изображениями и видео грудной клетки хорька в сочетании с устными инструкциями по выполнению венепункции черепной полой вены у хорька. Успешность подхода оценивалась на основе способности обучаемых правильно наклонять иглу и шприц, вводить иглу в нужном месте и собирать кровь из места. Из 5 обучающихся 5 (100%) освоили вертикальный угол иглы, 4 (80%) освоили горизонтальный угол иглы, 5 (100%) правильно определили манубриум как ориентир для введения, а 2 (40%) успешно собрали кровь в течение двух попыток использования этого подхода. Поскольку слушатели смогли выполнить многие ключевые критерии успеха, мы пришли к выводу, что обучение было успешным в обеспечении ключевых анатомических ориентиров и пространственной осведомленности, необходимых для сбора крови из ЦВК у хорька. Помимо венепункции хорьков, 3D-реконструированные изображения могут сыграть потенциальную роль в демонстрации хирургических методов и подходов к различным клиническим навыкам в ветеринарии.

Introduction

Мы предположили, что добавление 3D-реконструированных шейных и грудных изображений и видео хорька к нашим стандартным тренировочным процедурам поможет персоналу лабораторных животных визуализировать соответствующую анатомию, чтобы помочь им освоить позиционирование и ориентиры, необходимые для выполнения венепункции черепной полой вены (CVC) у хорька. С этой целью мы провели плановое обучение с пятью сотрудниками лабораторных животных, которые работают с хорьками. Во время этого тренинга мы опробовали добавление 3D-изображений для реконструкции, наблюдая за успехами персонала после тренировки в области позиционирования шприца и иглы в вертикальной и горизонтальной плоскостях, определения основного анатомического ориентира и сбора крови. Все сотрудники просмотрели 3D-изображения и видео, так как было слишком мало стажеров для проведения количественного, сравнительного исследования, противопоставляющего традиционное обучение с добавлением 3D-инструментов.

Венепункция является основной практикой в медицине лабораторных животных для сбора крови в научных исследованиях и оказания клинической ветеринарной помощи. Различные методы используются у разных видов из-за анатомических различий, уровня технических знаний и цели сбора крови. Венепункция может быть сложной задачей, особенно если флеботомист не знаком с подходом или соответствующей анатомией этой области.

ЦВК у взрослого хорька имеет примерный диаметр 3,0-3,5 мм. Это основной сосуд, расположенный краниально сердцу, и образован он слиянием левой и правой подключичных вен с наружными яремными венами. ЦВК дренируется в правое предсердие сердца. Другие важные структуры в этой области включают сердце, аорту, сонную артерию, пищевод, трахею, блуждающий нерв и диафрагмальный нерв¹. Относительно длинная грудная клетка хорька сводит к минимуму риск прокола других крупных структур, что делает этот подход более безопасным для этого вида по сравнению с другими мелкими млекопитающими из-за значительного расстояния от самой черепной части ЦВК до основания сердца. С учетом сказанного, техника может быть технически сложной и представляет риск для прокола соседних внутригрудных структур, включая сонную артерию и трахею (Рисунок 1)². ЦВК и наружная яремная вена являются предпочтительными местами для забора больших объемов крови (до 2 мл) у хорька ^2,3. Большие объемы крови часто необходимы для рутинного скрининга здоровья и сбора крови для научных исследований. Хорьки обычно используются в медицине лабораторных животных в качестве трансляционных моделей для исследований гриппа и других заболеваний дыхательных путей из-за сходства их дыхательных путей с человеческими ^4,5. К местам для более ограниченного забора крови относятся боковые подкожные и головные вены². Другие распространенные виды лабораторных животных, для которых черепная полая вена является подходящим местом для венепункции, включают крыс, хомяков и морских свинок³.

В Колледже ветеринарной медицины Университета Джорджии (UGA CVM) мы внедрили программное обеспечение для трехмерной (3D) реконструкции изображений (Table of Materials) в курсы анатомии мелких и крупных животных для обучения студентов первого курса ветеринарного факультета. Программное обеспечение для виртуальной анатомии 3D может быть использовано для реконструкции изображений, полученных в результате исследований компьютерной томографии (КТ) и магнитно-резонансной томографии (МРТ)⁶. Студенты UGA CVM знакомятся с этой технологией в учебной программе по анатомии в сочетании с грубым вскрытием трупа. Цель включения этого программного обеспечения в курс двоякая: познакомить студентов с диагностической визуализацией и позволить студентам взаимодействовать с 3D-анатомическими структурами, выходящими за рамки вскрытия трупа. Этот новый ресурс улучшает учебный опыт студентов и помогает лучше подготовить их к овладению клиническими навыками, поскольку у них есть возможность визуализировать взаимосвязь анатомических структур в ином свете. Программное обеспечение изначально было разработано для обучения медицине человека, и исследования показали, что платформы виртуальной анатомии 3D являются полезными ресурсами для студентов-медиков, поскольку они обеспечивают комплексную модальность, позволяющую пользователям изучать изображения с помощью уникального подхода, который может быть адаптирован к^{конкретным целям обучения.}

Protocol

Протокол использования хорьков в этом исследовании был одобрен Комитетом по институциональному уходу за животными и их использованию UGA. Программа UGA по уходу за животными и их использованию имеет гарантию благополучия животных от Управления по благополучию лабораторных животных NIH, имеет исследовательскую регистрацию в Министерстве сельского хозяйства США и полностью аккредитована AAALAC International.

Хорьки содержались в специально отведенных помещениях для животных в открытых клетках с неограниченным доступом к рациону хорьков с высокой плотностью (Таблица материалов) и автопоению (водопроводная вода). Освещение поддерживалось в соответствии с автоматическим циклом «свет:темнота» в соотношении 12:12, заданной температурой на уровне 68 +/- 4 ^°F и относительной влажностью 30-70%. Хорьки содержались в социальном жилье вместе с другими хорьками и обеспечивались развивающими игрушками.

1. Получение изображений 3D реконструкции для обучения

ПРИМЕЧАНИЕ: 3D-реконструированное сканирование, использованное для обучения, было сканированием обезличенного взрослого самца хорька, находящегося под наркозом, в положении лежачего на спине для компьютерной томографии. Скан был получен из архива Ветеринарной клинической больницы UGA и был восстановлен в компьютерной программе авторов.

1. Откройте программу для 3D-реконструкции и с помощью компьютерной мыши нажмите « Файл », затем « Открыть » и дважды щелкните, чтобы выбрать нужный загруженный скан.
2. С помощью мыши нажмите на любое место сканирования. Удерживайте нажатой кнопку мыши, одновременно перетаскивая мышь, чтобы расположить сканирование так, чтобы хорек находился в положении лежа на спине так, чтобы голова была направлена к верхней части экрана компьютера, а хвост — к нижней части экрана. Повторяйте по мере необходимости, чтобы манипулировать определенными частями тела.
3. С помощью мыши нажмите на функцию Добавить плоскость в программе. Плоскость будет выглядеть как красный прозрачный прямоугольник.
4. С помощью мыши щелкните стрелки влево и вправо , связанные с функцией Добавить плоскость , чтобы перейти к параметрам местоположения плоскости. Нажимайте на стрелку до тех пор, пока плоскость не ляжет параллельно брюшной стороне животного.
5. С помощью колеса прокрутки мыши прокручивайте вниз вверх , чтобы продвинуть плоскость от вентральной к дорсальной (или от поверхностной к глубокой). Продвигайте плоскость с помощью колеса прокрутки мыши до тех пор, пока не появится четкое изображение сосуда черепной полой вены.
6. Сделайте скриншот изображения и сохраните его в нужном месте. Эти шаги также могут быть записаны на экран и сохранены в виде видео. Этот шаг зависит от аппаратного обеспечения компьютера пользователя.

2. Подготовка к венепункции

ПРИМЕЧАНИЕ: В тренинг были включены пять сотрудников, каждый из которых дал согласие на участие. Всем пяти сотрудникам, которые имели разный уровень знаний анатомии хорька, были продемонстрированы 3D-реконструированные изображения и видео до их попыток венепункции. Трое из них были техниками по уходу за животными, а двое — ветеринарными техниками. Трое из участников имели опыт работы со шприцами и иглами, в то время как двое не имели его.

1. Покажите реконструированные в 3D изображения и видео группе из пяти стажеров из числа сотрудников лабораторных животных, включая инструкции по анатомии от опытного ветеринара или техника, знакомого с анатомией и процедурой забора крови. Предоставьте дополнительные материалы для чтения по мере необходимости для знаний обучаемого.
2. Внимательно выслушайте вопросы обучаемых и ответьте на них перед дрессировкой живых животных.
3. Опишите процедуру еще раз на этапах 3 и 4 протокола, когда техника демонстрируется обучаемым до того, как они попробуют ее впервые, регулярно обращаясь к реконструированным в 3D изображениям.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Всего в тренировках было задействовано семь хорьков. Троим стажерам был назначен по одному хорьку, и они предприняли одну попытку сбора крови со своим хорьком. Двум другим стажерам было назначено по два хорька; Один из них был использован для их первой попытки сбора крови, а другой — для второй попытки.

3. Позиционирование для венепункции

1. Для подхода с помощью ЦВК используйте хорьков в сознании, под действием седативных препаратов или хорьков под наркозом.
2. Успокоить животное внутримышечно вводят буторфанол в дозе 0,1-0,3 мг/кг, мидазолама в дозе 0,1-0,3 мг/кг, и, только при необходимости, кетамина в дозе 1-3 мг/кг.
3. Поместите животное в спинное лежачее положение с вытянутой головой и шеей.
4. Крепко и симметрично удерживайте хорька, чтобы дать наилучшую возможность войти в сосуд с иглой. По крайней мере, один помощник необходим для удержания животного, пока флеботомист приближается к нему (рис. 2). Ограничитель может оказывать давление вверх между лопатками, чтобы поднять грудной вход и черепную грудную клетку к флеботомисту.

4. Подход и забор крови

1. Продезинфицируйте кожу черепной грудной клетки над манубриумом спиртом.
2. Пальпируйте грудину (рисунок 3).
3. Введите иглу в выемку между манубриумом и первым ребром на правой стороне грудины животного.
4. Наклоните иглу на 30-45° и направьте ее к противоположному (левому) бедру. Вставьте его в место выемки, и аспирируйте для забора крови (рисунок 4).
5. Наблюдайте за обучаемыми, когда они пытаются сделать венепункцию. Зафиксируйте свои успехи в освоении умения наклонять иглу вертикально и горизонтально наклонять иглу. Определите манубриум как ориентир для введения и соберите кровь с места введения. Задокументируйте, сколько крови было получено при каждой удачной попытке.
   Примечание: Глубина седации основывалась на реакции на физические и звуковые стимулы, глазном рефлексе и корректирующем рефлексе. После забора крови флумазенил в дозе 0,2 мг/кг вводили внутримышечно для отмены седативного эффекта, если это было необходимо. После процедуры хорьки были возвращены в колонию.
6. Используйте иглу 5/8 дюйма, 25 г и шприц объемом 1 или 3 мл для забора крови с помощью этой техники.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Как правило, не более 10% объема крови животного должно быть собрано за один сбор. Объем крови хорька оценивается в 5-6% от общей массы тела¹. Присутствовали как ветеринар лабораторных животных, так и опытный техник по обучению ветеринарии лабораторных животных, чтобы убедиться, что сбор крови был выполнен надлежащим образом, а любые неполадки в технике (т.е. тонкие движения в наклоне или направлении иглы, глубина введения иглы) выполнялись в режиме реального времени в соответствии с их инструкциями.

5. Измерение успеха

1. Оцените способность обучаемых правильно наклонять иглу и шприц, вводить иглу в нужном месте и собирать кровь из места.
2. Запишите, сколько обучаемых правильно выполнили вертикальный угол иглы, горизонтальный угол иглы и пальпацию манубриума.
3. Задокументируйте, сколько обучающихся успешно сдали кровь, а также объем собранной крови.

Results

Реконструированные в 3D видео и изображения КТ хорька изображают анатомические структуры, которые связаны с ЦВК в различных плоскостях, и обеспечивают всестороннее понимание анатомического расположения черепной грудной клетки. Связанные структуры, такие как манубриум, грудина, ребра, мышцы грудной стенки, сердце, наружная яремная вена, подключичная вена и ЦВК, четко обозначены на рисунке 1. Место введения иглы изображено на рисунке 5. Эти изображения использовал...

Discussion

Это пилотное исследование было разработано для того, чтобы определить, является ли добавление 3D-изображений и видео в наши рутинные процедуры обучения перспективным для использования в будущем. Это первоначальное испытание было разработано для качественного наблюдения и представления наших результатов, если будущее использование и исследование окажутся оправданными. При определении успеха основное внимание уделялось обучению специалистам, знакомым с хорьками, и чьим рабочим заданиям, ве...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
БодиВиз	БодиВиз, Клайв, IA	Н/Д	Простая в использовании платформа для обучения 3D-анатамии
LabDiet 5L14	Университет Джорджии, Афины, Джорджия	н/д	Ferret Diet