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Medicine

在体外进行血管重建的训练和测试系统

doi: 10.3791/60141 Published: October 26, 2019

Summary

在这里,我们介绍了一个训练和测试系统,其中受训者可以使用磁锚定技术单独完成体外手动血管重建。该系统还可用于测试重建质量。

Abstract

手动血管重建培训对于初学者外科医生来说是必不可少的。然而,血管外重建的最佳训练系统尚未开发。在这项研究中,我们介绍了一种使用磁锚定技术进行体外训练和测试的系统,使受训者可以单独进行手动血管重建。此外,该系统还可用于测试重建的质量。所述系统包括血管重建训练机、磁性拖拉机和磁缝合拉拔器。在这份手稿中,我们详细介绍了使用猪右和左脉脉的端到端静脉脉动。为了识别磁缝合拉线对缝合线造成的潜在损害,我们创建了三组,每个组有六个部分的 4-0 聚丙烯缝合线:一个对照组,对聚丙烯缝合线没有干预,聚丙烯缝合组是手动拉用无菌手套20x,和磁性拉拔组,其中磁性拉拔器拉聚丙烯缝合20x。通过光学显微镜和断裂强度测试,对这些组进行测试,并评估重建的效果。在光学显微镜测试中,对照组受损的可能性较小(p < 0.05),手动组和磁拉器组的损坏点数相似(p > 0.05)。对各组断裂强度测试的结果进行了比较,没有观察到显著差异(p > 0.05)。利用该训练系统成功进行了猪脉的端对端麻醉,重建的静脉可承受2.0 kPa灌注压力。通过本培训和测试系统,学员可以借助磁牵引车和磁缝合拉手单独在体外进行人工血管重建,并可以测试重建的质量。

Introduction

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血管重建是外科医生所需的基本技能。虽然Obora1和Holt2发明了几种机械重建方法来简化小型容器的重建(直径<10 mm),但这些方法并不普遍用于大血管血管性血管化。手动血管麻醉仍在许多手术中进行,包括血管手术3、紧急手术4和固体器官移植5。因此,外科医生必须练习手动血管血管麻醉。然而,在体外血管重建的最佳训练系统并不常见,没有经验的外科医生必须在大型动物身上接受大量训练,才能掌握这项技术。由于在初始训练中失败是不可避免的,许多动物可能死于血管并发症,这与动物福利有关。此外,在端到端血管重建过程中,为了避免缝合位置或缝合松的错误,外科医生至少需要一名助手来暴露后血管壁并拉出缝合线。因此,血管重建通常不能由外科医生单独进行,而且准备效率通常受到助手熟练程度的限制。

磁锚手术已成为近年来人们感兴趣的话题7、8、9、10、11。里瓦斯等人7日进行的临床试验表明,采用磁外科仪器,遵循磁锚原理,外科医生可以进行减压腹腔镜胆囊切除术。使用这种仪器还减少了在开放式手术期间助理的作用。通过磁场,磁器件被吸附到锚点上。这种磁锚装置可以充当机械臂,抓住和缩回组织或器官,暴露手术场,并简化手术。基于这一原理,我们发明了用于缩回血管壁和缝合的磁性拖拉机,以及用于拉聚丙烯缝合的磁性缝合器。

血管重建训练机的使用是本研究的又一里程碑。它由操作地板和控制面板组成:血管固定在操作台上,学员可以在操作台上练习。麻醉后,受训者可以在控制面板上设置灌注参数,以测试麻醉质量。与以往的血管血管血管病训练系统6、12、13、14相比,该系统的使用具有两大优点:一是磁性器械可用于暴露手术场,使学员可以单独练习。其次,受训者可以通过灌注测试检查麻醉效果。

在本研究中,我们引入了一个训练和测试系统,使受训者能够使用磁锚定技术单独完成体外人工血管重建,并且还可以测试重建的质量。受操作楼层进水口和出水口的设计和尺寸限制,培训系统只能在直径大于 5 mm 的容器上进行端到端重建。

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Protocol

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该议定书是根据《实验室动物的护理和使用指南》执行的,并经陕西省西安交通大学动物实验伦理委员会批准。

1. 培训前的准备

注:血管重建训练机如图1所示。它由一个控制面板和一个操作地板组成。

  1. 单击控制面板上的"清洁"按钮,清洁和排空操作台上的剩余液体。
  2. 单击控制面板上的"添加液体"按钮,从操作地板向机器中加入 0.9% 的盐水,直到控制面板上出现提示"测试液充足"。
  3. 准备磁性拖拉机,它包括直径为20毫米、厚度为1毫米的圆形永磁体、丙烯酰胺苯乙烯(ABS)塑料外壳、螺旋弹簧、30厘米尼龙牵引线和带塑料的不锈钢夹子袖子或血管夹。
    1. 使用丙烯酸酯粘合剂将圆形磁铁和塑料外壳粘合在一起。牵引力会随着牵引线的加长而增加。使用通用测试机测试牵引线长度与牵引力之间的关联(图2)。
    2. 分别将夹具和塑料外壳固定在通用测试机的上座和下座上。逐渐提升上座架,以拉伸两个支架之间的牵引线。在牵引线拉伸时测试其强度。
      注:磁缝合拖拉机和磁血管牵引车如图3所示。
  4. 准备磁性缝合拉拔器。
    1. 使用厚度为 2 mm、主轴直径为 10 厘米、小轴直径为 2 厘米、直径为 5 mm 的三个磁球以及直径为 5 mm 和 5 mm 的三个磁性圆柱体。
    2. 在聚乳酸板上打三个直径为 3 mm、深度为 0.5 mm 的孔,使磁球能够通过板下磁性圆柱的磁吸引力粘附在电路板上。
      注:磁缝合拉拔器如图4所示。
  5. 缝合一针后,修复磁球下的缝合线。这起到缝合拉拔器的作用,防止以前的缝合线松动。用约0.3 N的力拔下缝合针的末端,与聚乳酸板紧密平行,然后继续缝合。
  6. 使用 3-0 丝线缝合所有静脉分支,以避免麻醉后泄漏。使用组织剪刀修剪静脉的末端,并清除静脉壁上的多余组织,使静脉光滑。
    注:本研究中使用的血管包括从巴马猪身上采集的左右唇静脉(直径±10毫米),重量为50-60公斤。为了简化重建,只选取了几根伊拉克静脉,两个静脉的大小相似。血管保持在-20°C。训练前,在室温下浸泡在0.9%的盐水中。

2. 固定操作台上的静脉

  1. 用2-0丝线缝合训练机的进水口和出水口上的两个静脉。
    注:本研究使用两点血管性血管性血管病5。
  2. 调整训练机出水口的长度,确保两个静脉的两端在平行方向上无张力。
  3. 拉直静脉,在 6 点钟位置和 12 点钟位置放置两个 4-0 聚丙烯牵引缝合线。
  4. 从静脉外侧插入牵引缝合线的针,然后从另一静脉内侧插入。
  5. 湿手术手套和缝合线,以避免损坏缝合线。轻轻系上至少五节,避免撕裂静脉壁。
  6. 使用磁性缝合拖拉机的两个不锈钢夹子抓住牵引缝合线,并将磁缝合拖拉机的圆形磁铁吸引到铁磁性不锈钢操作地板。调整磁吸引的位置,确保两个静脉的末端以垂直方向拉伸。
  7. 使用磁血管牵引机的两个血管夹夹夹住静脉的前壁,并吸引操作台上的磁血管牵引器的圆形磁铁。调整吸引力的位置,确保静脉的前壁被缩回,静脉的后壁明显暴露。

3. 后壁的麻醉

  1. 使用磁性缝合拖拉机的两个不锈钢夹子抓住牵引缝合线,并吸引铁磁性不锈钢操作地板上的磁结牵引器的圆形磁铁。将聚丙烯缝合线的尾部留在牵引缝合线的位置,并使用带针的线段进行连续缝合。
  2. 确保两条静脉之间的内向内接触。
  3. 将第一个缝合线从静脉外部插入内部。
  4. 在随后的缝合中,从静脉内侧插入针头,然后从另一静脉外部插入。
  5. 检查缝合线是否松动。
  6. 缝合一次后,确保聚丙烯缝合挂在磁性缝合拉拔器上,轻轻拉取聚丙烯,直到磁球压压聚丙烯。
  7. 用约0.3 N的力用缝合针拔下末端,与聚乳酸板紧密平行,继续下一针。
    注:使用这种技术,聚丙烯缝合线的尾部将足够紧。随着缝合的继续,聚丙烯缝合线将变短。根据缝合线的长度,选择三个磁球中最合适的,然后手动按压缝合线下。
  8. 将最后一个缝合线从静脉内侧插入外部,以确保两个静脉之间的内嵌接触。
  9. 通过两种方法避免麻醉后狭窄:缝合时保持相同、适当的边缘和针间距,并在打结时保持"生长因子"15。
    注:"生长因子"是血管在麻醉后绑住第一个结时,在远离船壁时保留的空间,以便容器可以保持弹性,而不是硬性。
    1. 保持相同的缝合边缘和针间距。
      注:在这项研究中,使用了直径约10毫米的iliac静脉,因此缝合边缘和针间距约为1毫米。
    2. 结结时保持"增长因子"15。后壁麻醉后,将缝合线末端和缝合线尾部在6点钟位置与静脉壁一起连接,以防止缝合狭窄。使用标准方法结结。

4. 前壁的麻醉

  1. 后壁麻醉后,拆下磁血管牵引器,将尾部留作牵引缝合线,并在 6 点钟位置用针片段进行前壁的血管切除。
  2. 从静脉外侧插入针头,然后从另一静脉内侧插入。
    注:在前壁的麻醉中,确保两个静脉之间的内膜接触(缝合不松,避免麻醉后出现狭窄)的方法在前壁的麻醉中遵循了5 , 15.
  3. 前壁麻醉后,使用缝合剪刀切断两个牵引缝合线。

5. 测试麻醉病的影响

  1. 设置测试参数。
    1. 将控制面板上的灌注压力设置为 2.0 kPa。
      注:正常静脉压力不会超过2.0 kPa。
    2. 将控制面板上的峰值压力持续时间设置为 5 s。
    3. 在控制面板上将温度设置为 25°C。
    4. 将控制面板上的压力偏差设置为 0.1 kPa。
  2. 单击"测试"按钮,观察控制面板上的时间和压力以及重建的静脉是否泄漏。
    注:如果静脉在峰值压力期间没有泄漏,则麻醉成功。如果发现泄漏,应定位并缝合泄漏位置,然后再次执行测试。本视频中的测试结果如图5所示。

6. 检查磁性缝合拉拔器的安全性

注:要测试磁性缝合拉拔器是否损坏了聚丙烯缝合线,请执行断裂强度和光显微镜测试。在这次实验中,对三组共进行了六段4-0聚丙烯缝合测试:一组对聚丙烯缝合线没有干预,一组用无菌手套手动拔下聚丙烯缝合线,以及磁性拉拔器组,其中磁拉拔器拉取聚丙烯缝合线 20x。

  1. 在通用测试机上测试聚丙烯缝合的断裂强度。将聚丙烯缝合线两端固定在通用测试机的上座和下支架上。逐渐提升上座。在拉伸时测试聚丙烯缝合的强度。当缝合线卡紧时,将断裂强度设置为张力。比较三组之间的断裂强度,并执行成对比较。
  2. 在光学显微镜下观察聚丙烯缝合线的损伤。将损伤点数定义为在 200 倍放大时可见的纤维或粗断裂点数。比较三组之间的伤害点数,并执行成对比较。

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Representative Results

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血管重建训练机如图1所示,包括两个主要部分:操作台和控制面板。操作楼层由进水口、出水口和储水盆组成。血管的两端被绑在进水口和出水口上,以测试血管炎的效果。出水口的长度是可调节的,我们在控制面板上设置参数(例如,灌注压力、峰值压力的持续时间、温度和压力偏差)。此外,在测试血管时,我们可以观察控制面板上的压力曲线。

磁缝合拖拉机和磁血管牵引车如图3所示。牵引线的长度为30厘米,牵引力随牵引线的加长而增加(图2)。磁性拖拉机牵引力的范围为 0~1.8 N,涵盖缝合和血管牵引所需的牵引力范围。

磁缝合拉拔器的照片如图4A,B所示。 三个磁球的直径为5毫米,磁缸直径为5毫米,高度为5毫米。这些可以替换为较小或更大的。缝合拉力将相应改变。

在测试抗虫病的影响时,生成了时间灌注压力曲线,如图5所示。灌注压力上升到2.0千帕,我们设定为峰值压力。这被维持了5s,这被设置为峰值压力的持续时间。

关于磁缝合拉拔器的安全性,我们利用断裂强度测试和光学显微镜测试了磁性缝合拉拔器是否损坏了聚丙烯缝合线。如图6所示,对三组的断裂强度测试结果进行了成对比较,未观察到显著差异(p > 0.05)。如图7所示,控制组损坏的可能性较小(p < 0.05),但手动组和磁拉器组中的损坏点数相似(p > 0.05)。

Figure 1
图1:血管重建训练机的两个主要部分。操作地板和控制面板。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 2
图2:牵引线长度与牵引力之间的关联。牵引线的长度为30厘米,磁力牵引器可提供的牵引力范围为0~1.8 N。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 3
图3:磁缝合拖拉机和磁血管牵引车。A) 磁性缝合拖拉机.(B) 磁血管拖拉机.请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 4
图4:磁性缝合拉拔器。A) 前视图.(B). 横向视图.磁缝合拉拔器由厚度为 2 mm 的准椭圆形聚乳酸板、直径为 10 厘米的西轴、直径为 2 厘米的轻微轴、直径为 5 mm 的三个磁球以及三个直径为 5 mm 和高度的磁性圆柱组成。 5毫米。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 5
图5:时间灌注压力曲线。灌注压力上升到2.0千帕,我们设定为峰值压力。它被维持了5s,表明麻醉成功。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 6
图6:断裂强度测试。A) 聚丙烯缝合线的长度与张力之间的关联.(B) 三组间的突破强度比较.三组没有显著差异(p > 0.05)。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 7
图7:光学显微镜试验。A) 控制组.(B) 手动组。(C) 磁性拉拔器组.(D) 三组伤害点数的比较。对照组的损坏点较少(p < 0.05),但手动组和磁拉器组(p > 0.05)之间没有显著差异。黑色箭头指向伤害点。星号表示显著差异。请点击此处查看此图的较大版本。

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Discussion

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在磁性拖拉机和磁缝合拉拔器的帮助下,受训者可以单独准确地完成静脉血管炎。磁性拖拉机拉动组织,阻止血管扩张场,并提供适当的强度,以垂直方向拉伸静脉,从而实现静脉血管性损伤的明确暴露。在传统的人工麻醉中,手术暴露至少需要一名助手。使用磁性拖拉机可以达到所需的曝光和替代助手。此外,磁牵引器的牵引力取决于牵引线的长度,因此我们可以调整磁牵引器被吸附到的部位,以改变牵引线的长度,以获得合适的牵引力。与传统的手动抗逆性不同,本研究中的牵引力可按牵引线的长度进行量化。这使我们能够避免因牵引力过重或过轻而导致的一些问题,例如血管撕裂和暴露不清晰。

磁缝合拉拔器是本研究中的又一项新发明。它取代了助手拉缝合线的要求,以防止以前的缝合线松动,从而导致麻醉泄漏。因为它按下了聚丙烯缝合线,我们测试了磁缝合拉器造成的损坏程度,并将其与完整和手动拉拔进行比较。虽然磁拉组中的损伤点数多于对照组(可保存的聚丙烯缝合线),但它与临床实践中广泛使用的手动拉数相似。此外,断裂强度测试显示,三组之间的断裂强度相似。通过显微镜,我们发现磁拉器引起的变化太小,无法损坏聚丙烯缝合线的强度。

必须强调的是,在血管的垂直和平行方向上,在麻醉过程中,张力是显著的。因此,调整训练机出水口的长度以及磁力拖拉机的位置至关重要。此外,当我们添加缝合线时,我们选择最合适的磁球来按缝合线,使缝合线上的张力适中。此外,为了避免麻醉后狭窄,必须保持相同的缝合幅度、针间距和"生长因子"。

如果受训者希望使用直径较大或较小的脉管进行血管化,磁结拉器的磁球和圆柱体应替换为较大或较小的磁球和圆柱体,以便拉力相应变化。同时,应调整麻醉后测试参数。在目前的血管重建训练机中,入口和出口直径只有5毫米,很难在直径较小的血管上使用。幸运的是,入口和出口是可拆卸的,因此电流入口和出口可以替换为允许改变容器尺寸的较小入口和出口。

除了入口和出口的大小外,此培训系统还有一些限制。由于只有一个进水口和一个出水口,此培训和测试系统仅适用于端到端的麻醉,学员不能使用该系统进行端到端或侧对端的麻醉。此外,本视频中使用的手术器械(例如,针架和剪刀)是铁磁性不锈钢。他们偶尔被磁性工具吸收,这可能会干扰训练进度。如果条件允许,手术器械可以替换为非铁磁性钛仪器。

开放手术血管模拟器通常分为两种类型:体内和体外。唐以动物模型为模型,开发出一种体内血管重建的新技术。虽然这种技术提供了一个更真实的操作场景,使用体内动物模型既不方便训练,又昂贵。Shimizu 12和Maluf13发明了用于脑血管血管血管血管炎的体外训练装置,而比斯穆特14号则推出了名为心血管外科教育的血管外科课程。尽管我们的训练系统原理与这些研究中概述的相似,但之前没有任何研究建议使用设备来帮助暴露手术场和保持缝合的张力。因此,前面所述的培训必须由至少两名受训人员完成。此外,以前的研究人员没有引入一种方法来精确检查麻醉质量。因此,与这些开放式血管模拟器相比,我们的技术经济,便于单独练习,在反馈训练质量方面是有效的。

我们打算在血管重建训练仪器中增加较小的入口和水口,以便受训者可以练习其他类型的血管炎。我们期望磁牵引车和缝合拉拔器将来能用于帮助外科医生在常规临床操作中暴露外科领域。

总之,我们引入了一个训练和测试系统,使受训者可以借助磁牵引车和磁缝合拉器单独完成体外人工血管重建

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Disclosures

作者没有什么可透露的。

Acknowledgments

这项工作得到了中国教育部创新团队发展计划(No.IRT1279)。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Circular permanent magnet Hangzhou Permanent Magnet Group Co.LTD 20*1mm Magnetic tractor
Magnetic balls Hangzhou Permanent Magnet Group Co.LTD 5mm Magnetic suture puller
Magnetic cylinders Hangzhou Permanent Magnet Group Co.LTD 5*5mm Magnetic suture puller
Polypropylene suture Johnson and Johnson PROLENE 4-0 Used for anastomosis
Silk suture SILK 2-0?3-0 Used for fixing vascular and ligation
Surgical insturments Jinzhong Shanghai JZ-2018 Suture scissors, tissue scissors? forceps, needle and needle holder
Universal testing machine Zwick GmbH&Co Z010 Used for testing the association between the length of traction wire and the traction force

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References

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Wang, Y., Mu, L., Zhang, W., Chen, H., Li, Q., Shi, A., Tang, B., Zhang, X., Dong, D., Lv, Y. A Training and Testing System for Performing Vascular Reconstruction In Vitro. J. Vis. Exp. (152), e60141, doi:10.3791/60141 (2019).More

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