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Medicine

インビトロにおける血管再建を行うためのトレーニングと検査システム

doi: 10.3791/60141 Published: October 26, 2019

Summary

ここでは、受講者が磁気アンカー技術を用いて、インビトロで手動血管再建を個別に完了できるトレーニングとテストシステムを紹介します。システムはまた再建の質をテストするために使用することができる。

Abstract

初心者の外科医には、手動血管再建トレーニングが不可欠です。しかし、インビトロにおける血管再建のための最適なトレーニングシステムはまだ開発されていない。本研究では、研修生が手動血管再建を個別に実践できる磁気アンカー技術を用いた体外トレーニング・検査システムを導入する。さらに、このシステムはまた、再構成の品質をテストするために使用することができます。記載されたシステムは、血管再建訓練機、磁気トラクター、および磁気縫合用プーラーを含む。本稿では、豚の左右の腸骨静脈を用いたエンドツーエンド静脈アナストモシスを詳述する。縫合糸上の磁気縫合用プーラーによって引き起こされる潜在的な損傷を特定するために、我々はそれぞれ4-0ポリプロピレン縫合糸の6つのセグメントを有する3つのグループを作成した:ポリプロピレン縫合糸に介入しない対照群、ポリプロピレン縫合糸を有するグループ滅菌手袋20xで手動で引っ張られ、磁気プーラーがポリプロピレン縫合糸20xを引っ張った磁気プーラー群とを手動で引っ張る。これらの群を光顕微鏡検査と破壊強度試験により試験し、再構成の効果を評価した。光顕微鏡試験では、対照群が損傷する可能性が低く(p< 0.05)、手動基と磁気プーラー群の損傷点数は類似していた(p> 0.05)。破断強度試験の結果を群間で比較し、有意差は認められなかった(p> 0.05)。ブタ腸管のエンドツーエンドのアナストモシスは、このトレーニングシステムを使用して正常に行われ、再建された静脈は2.0kPa灌流圧力を受ける可能性があります。このトレーニングおよびテストシステムを使用して、訓練生は磁気トラクターおよび磁気縫合プラーの助けを借りて、個々にインビトロで手動の血管再建を練習することができ、再建の質をテストすることができる。

Introduction

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血管再建は外科医に必要な基本的な技術である。小下1とホルト2は、小さな血管(直径<10mm)の再構成を簡素化するためにいくつかの機械的再構成方法を発明したが、これらの方法は、一般的に大血管アナストモシスには適用されない。手動血管アナストモシスは、血管外科3、緊急手術4、固形臓器移植5を含む多くの手術において依然として行われる。したがって、外科医は手動血管アナストモシスを実践することが不可欠です。しかし、インビトロでの血管再建のための最適なトレーニングシステムは珍しく、経験の浅い外科医は、彼らが技術を習得する前に、大きな動物6に生体内でかなりの訓練を受ける必要があります。初期訓練では失敗は避けられないので、動物の福祉に関する血管合併症で多くの動物が死亡する可能性が高い。さらに、エンドツーエンドの血管再建の手順の間に、ステッチ位置または緩い縫合糸のミスを避けるために、外科医は後部血管壁を露出し、縫合糸を引っ張るために少なくとも1人の助手を必要とする。したがって、血管再建は通常外科医によって個別に行うことができず、調製の効率は通常助手の熟練度によって制限される。

磁気アンカー手術は、近年7、8、9、10、11で関心が高い。Rivas et al.7による臨床試験は、彼の磁気手術器具と磁気アンカーの原理に従って、外科医が還元ポート腹腔鏡下胆嚢摘出術を行うことができることを示した。この器械の使用はまた開いた外科の間に助手のための減らされた役割を可能にする。磁場を通して、磁気デバイスはアンカーポイントに吸着されます。この磁気アンカー装置は、機械的な腕として機能し、組織または器官を把握して引き込み、外科的分野を露出させ、操作を簡素化することができる。この根拠に基づいて、血管壁と縫合糸を引き込む磁気トラクターと、ポリプロピレン縫合糸を引っ張る磁気縫合用プーラーを発明しました。

血管再建トレーニングマシンの使用は、この研究のもう一つのマイルストーンでした。それは操作の床およびコントロールパネルから成っている:血管系は操作の床で固定され、訓練生はそれに練習することができる。アナストモシス後、研修生は、アナストモシスの品質をテストするために、コントロールパネルに灌流パラメータを設定することができます。以前の血管アナストモシストレーニングシステム6、12、13、14と比較して、このシステムの使用は2つの主な利点を提供します:まず、磁気デバイスは、外科分野を露出するために使用することができ、研修生が個別に練習できるように。第二に、研修生は灌流試験を用いてアナストモシスの効果を確認することができる。

本研究では、磁性アンカー技術を用いて、インビトロで手動血管再建を個別に完了できるトレーニングと試験システムを導入し、再建の質も試験できる。操作フロアの水入口と水出口の設計とサイズによって制限され、トレーニングシステムは直径が>5mmの容器に対してのみエンドツーエンドの再建を行うことができます。

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Protocol

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この議定書は、実験動物のケアと使用に関するガイドラインに従って実施され、西安交通大学、西安省、瀋西省の動物実験倫理委員会によって承認された。

1. 研修前の準備

注:血管再建トレーニングマシンを図1に示します。コントロールパネルと手術フロアで構成されています。

  1. コントロールパネルの[クリーン]ボタンをクリックして、残留液を操作床から清掃し、排出します。
  2. コントロールパネルの[液体を追加]ボタンをクリックし、コントロールパネルに「テスト液が十分です」というプロンプトが表示されるまで、操作フロアからマシンに0.9%の生理塩分を追加します。
  3. 直径20mm、厚さ1mmの円形永久磁石、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)プラスチックケーシング、スパイラルスプリング、30cmナイロントラクションワイヤー、プラスチック付きステンレススチールクランプで構成される磁気トラクターを準備します。袖または血管クランプ。
    1. 円形の磁石とプラスチックケースをアクリレート接着剤で接着します。トラクションワイヤーの延長に伴い、トラクション力が大きくなります。ユニバーサルテストマシンを使用して、トラクションワイヤの長さとトラクションフォースの関連性をテストします(図2)。
    2. ユニバーサル試験機の上部ホルダーと下部ホルダーのクランプとプラスチックケースをそれぞれ固定します。徐々に上部ホルダーを上に伸ばして、2つのホルダー間のトラクションワイヤーを伸ばします。引き伸ばされている間、トラクションワイヤーの強度をテストします。
      メモ:磁気縫合トラクターおよび磁気血管トラクターを図3に示す。
  4. 磁気縫合用プラーを準備します。
    1. 厚さ2mm、長軸径10cm、短軸径2cm、直径5mmの磁気ボール3個、直径5mm、高さ5mmの磁気シリンダー3個を使用します。
    2. ポリ乳酸ボードの直径3mm、深さ0.5mmの3つの穴をパンチし、基板下の磁気シリンダーからの磁気引力によって磁気ボールが基板にしがみつくようにします。
      メモ:磁気縫合プラーを図4に示します。
  5. 1ステッチ後に磁気ボールの下の縫合糸を固定します。これは縫合のプラーの役割を果たし、以前の縫合糸が緩むのを防ぎます。約0.3Nの力で縫合針で端を抽出し、ポリ乳酸板と密接に平行に、次のステッチを続けます。
  6. アナストモシス後の漏れを避けるために、3-0シルク縫合糸を使用してすべての静脈枝をリゲートします。組織はさみを使用して静脈の端をトリミングし、静脈の壁に余分な組織をクリアして静脈を滑らかにします。
    注:本研究で使用した血管系には、50~60kgのバマ豚から採取した左右の腸骨静脈(直径~10mm)が含まれていました。再建を簡素化するために、腸骨静脈のほんの数本の枝だけが摘み取られ、2つの静脈の大きさは似ていた。血管系を-20°Cに保った。試験前に、室温で0.9%生理水に浸漬した。

2. 手術場の静脈を固定する

  1. 2-0シルク縫合でトレーニングマシンの水入口と水出口に2つの静脈を結びます。
    注:この研究は、2点血管アナストモシス5を使用しています。
  2. トレーニングマシンの水出口の長さを調整し、2つの静脈の端部が平行方向に張力がないことを確認します。
  3. 静脈をまっすぐにし、6時と12時の位置で2つの4-0ポリプロピレン牽引縫合糸を置きます。
  4. 静脈の外側から牽引縫合糸の針を挿入し、他の静脈の内側から挿入します。
  5. 縫合糸を傷つけないように、外科用手袋と縫合糸を濡らします。静脈の壁を引き裂かないように、少なくとも5つの結び目を穏やかに結びます。
  6. 磁気縫合トラクターの2つのステンレススチールクランプを使用して牽引縫合糸を把握し、磁気縫合トラクターの円形磁石を強磁性ステンレス鋼の手術床に引き付けます。磁気引力の位置を調整し、2つの静脈の端が垂直方向に伸びていることを確認します。
  7. 磁気血管トラクターの2つの血管クランプを使用して、静脈の前壁をクランプし、手術床の磁気血管トラクターの円形磁石を引き付けます。引力の位置を調整し、静脈の前壁が引き込まれ、静脈の後壁がはっきりと露出していることを確認します。

3. 後壁のアナストモシス

  1. 磁気縫合トラクターの2つのステンレススチールクランプを使用して牽引縫合糸を把握し、強磁性ステンレス鋼の手術床に磁気縫合トラクターの円形磁石を引き付けます。トラクション縫合のための12時の位置にポリプロピレン縫合糸の尾部のセグメントを残し、連続的な縫合のための針とのセグメントを使用する。
  2. 2つの静脈間の親密な接触を確認します。
  3. 静脈の外側から内側に最初の縫合糸を挿入します。
  4. その後の縫合糸では、静脈の内側から針を挿入し、他の静脈の外側から挿入します。
  5. 縫合糸が緩んでいないことを確認します。
  6. 縫合糸を1つ終えた後、ポリプロピレン縫合糸が磁気縫合用プラーに掛けられていることを確認し、磁気ボールがポリプロピレンを押すまでポリプロピレンを軽く引っ張ります。
  7. 約0.3Nの力で縫合糸の針で端部を抽出し、ポリ乳酸板と密接に平行に、次のステッチを続けます。
    注:この技術を使用することにより、ポリプロピレン縫合糸の尾部が十分にタイトになります。縫合糸が続くと、ポリプロピレン縫合糸が短くなります。縫合糸の長さに応じて、3つの磁気ボールの中で最も適したボールを選択し、その下の縫合糸を手動で押します。
  8. 静脈の内側から外側に最後の縫合糸を挿入して、2つの静脈間の間の親密な接触を確保します。
  9. 2つの方法で麻酔後の狭窄を避ける:同じ、ステッチ時に適切なマージンと針の間隔を保ち、結び目時に「成長因子」15を保ちます。
    注:「成長因子」は、血管がステノースではなく柔軟に保つことができるように、解剖後の最初の結び目を結ぶときに容器壁から離れた予約スペースです。
    1. 同じ縫合マージンと針間隔を維持します。
      注:本研究では、直径約10mmの腸骨静脈を用いたため、縫合マージンと針間隔は約1mmであった。
    2. 結び目を結ぶときは「成長係数」15を保ちます。後壁の解剖学の後、縫合糸の端と縫合糸の尾部を6時の位置で結び、縫合管狭窄を防ぐために静脈壁から離れた位置に結び付けます。ノットを結ぶには、標準の方法を使用します。

4. 前壁のアナストモシス

  1. 後壁のアナストモシス後、磁気血管トラクターを取り外し、尾部を牽引縫合糸として残し、前壁のアナストモシスのために針でセグメントを使用します。
  2. 静脈の外側から針を挿入し、他の静脈の内側から挿入します。
    注:後壁のアナストモシスで使用される方法は、2つの静脈間の親密な対内接触(縫合糸が緩んでおらず、アナストモシス後の狭窄を避ける)を前壁のアナストモシスに従った5 15.
  3. 前壁のアナストモシス後、縫合ハサミを使って2つの牽引縫合糸を切り落とします。

5. アナストモシスの効果をテストする

  1. テスト パラメーターを設定します。
    1. コントロールパネルの灌流圧力を2.0 kPaに設定します。
      メモ:通常の静脈圧は2.0 kPaを超えはありません。
    2. コントロールパネルのピーク圧力の持続時間を5sに設定します。
    3. コントロールパネルの温度を25°Cに設定します。
    4. コントロールパネルの圧力偏差を0.1 kPaに設定します。
  2. [テスト]ボタンをクリックし、コントロールパネルの時間と圧力、および再構築された静脈が漏れるかどうかを確認します。
    メモ:ピーク圧力中に静脈が漏れなければ、アナストモシスは成功する。漏れが見つかった場合は、漏れ位置を見つけて縫合し、テストを再度実行する必要があります。このビデオのテストの結果を図 5に示します。

6. 磁気縫合用プラーの安全性の確認

メモ:磁気縫合用プラーがポリプロピレン縫合糸を損傷したかどうかをテストするには、破壊強度と光顕微鏡検査を行います。この実験では、それぞれ4-0ポリプロピレン縫合糸の6つのセグメントを有する3つのグループを試験した:ポリプロピレン縫合糸に介入しない対照群、ポリプロピレン縫合糸を滅菌手袋20xで手動で引っ張った手動群、および磁気プーラーがポリプロピレン縫合糸20xを引っ張った磁気プーラー基。

  1. ユニバーサル試験機でポリプロピレン縫合糸の破断強度を試験します。ユニバーサル試験機の上部ホルダーと下部ホルダーのポリプロピレン縫合糸の両端を固定します。徐々に上部ホルダーを上に上げなさい。伸ばされている間、ポリプロピレン縫合糸の強度をテストします。縫合糸がスナップしたときのテンション力として破断強度を設定します。3つのグループ間で破断強度を比較し、ペアワイズ比較を実行します。
  2. 光顕微鏡でポリプロピレン縫合糸の損傷を観察する。ダメージポイントの数を、200倍の倍率で見える繊維状または粗い破壊点の数として定義します。3 つのグループ間で損傷ポイントの数を比較し、ペアワイズ比較を実行します。

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Representative Results

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血管再建訓練機は図1に示され、手術床およびコントロールパネルの2つの主要な部分を含む。手術室は、水入口、水出口、および貯水盆地で構成されています。血管の両端は、解剖学の効果をテストするために水入口と水出口に結び付けられています。水出口の長さは調整可能であり、コントロールパネルにパラメータ(例えば、灌流圧力、ピーク圧力、温度、圧力偏差)を設定します。また、血管系をテストすると、コントロールパネルの圧力曲線を観察することができます。

磁気縫合トラクターと磁気血管トラクターを図3に示す。トラクションワイヤーの長さは30cmで、トラクションワイヤーの延長に伴ってトラクション力が大きくなります(図2)。磁気トラクターの牽引力の範囲は縫合および血管牽引に要求される牽引力の範囲をカバーする0-1.8 Nである。

磁気縫合用プーラーの写真を図4A,Bに示す。3つの磁気ボールの直径は5mmで、磁気シリンダーの直径は5mm、高さは5mmです。これらは、より小さいまたは大きいものに置き換えることができます。縫合糸の引っ張る力はそれに応じて変わります。

解剖の効果を試験するにあたり、時間灌流圧力曲線が生成され、図5に示されている。灌流圧力は2.0kPaに上昇し、ピーク圧力として設定しました。これは、ピーク圧力の持続時間として設定された5sのために維持された。

磁気縫合用プラーの安全性については、磁気縫合用プラーが破断強度試験と光顕微鏡を用いてポリプロピレン縫合糸を損傷していないか試験した。図6に示すように、3群の破断強度試験結果を対々比較し、有意差は認められなかった(p> 0.05)。図 7に示すように、制御グループは損傷を受ける可能性は低かったが (p < 0.05)、手動グループと磁気プーラー グループの損傷点の数は類似していました (p > 0.05)。

Figure 1
図1:血管再建訓練機の2つの主要部分操作フロアとコントロールパネル。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

Figure 2
図2:トラクションワイヤーの長さと牽引力との関連。トラクションワイヤーの長さは30cmで、磁気トラクターが提供できる牽引力の範囲は0~1.8 Nでした。

Figure 3
図3:磁気縫合トラクターと磁気血管トラクター(A) 磁気縫合トラクター。(B) 磁気血管トラクター。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

Figure 4
図4:磁気縫合用プーラー(A) 正面図。(B). 横図。磁気縫合プラーは、厚さ2mmの準楕円形ポリ乳酸板、長軸径10cm、短軸径2cm、直径5mmの磁気ボール3個、直径5mm、高さ5mmの磁気シリンダー3個で構成されています。 5 mm.ここをクリックすると、この図の大きなバージョンが表示されます。

Figure 5
図5:時間灌流圧力曲線灌流圧力は2.0kPaに上昇し、ピーク圧力として設定しました。5s維持され、アナストモシスが成功したことを示す。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

Figure 6
図6:破断強度試験(A) ポリプロピレン縫合糸の長さと張力との関連。(B). 3つのグループ間の破断強度の比較3つのグループに有意な差はなかった(p> 0.05)。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

Figure 7
図7:光顕微鏡試験(A) 制御グループ。(B) 手動グループ。(C) 磁気プーラー群。(D) 3つのグループ間のダメージポイント数の比較制御グループのダメージポイントは少なかった(p< 0.05)が、手動グループと磁気プーラー群(p> 0.05)との間に有意な差はなかった。黒い矢印は損傷点を指します。アスタリスクは有意差を表します。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

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Discussion

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磁気トラクターおよび磁気縫合のプラーの助けを借りて、訓練生は個々に、そして精密に静脈のアナストマシスを完了できる。磁気トラクターは、解剖場を遮断する組織を引っ張り、静脈を垂直方向に伸ばすのに適した強度を提供し、静脈解剖症に対する明確な暴露を達成する。従来の手動アナストモシスでは、外科的暴露には少なくとも1人の助手が必要である。磁気トラクターの使用は必要な露出を達成し、助手のための代用を達成できる。また、磁気トラクターの牽引力はトラクションワイヤーの長さに依存していたため、トラクションワイヤーの長さを変えて適切な牽引力を得るために磁気トラクターが吸着した部位を調整することができました。従来の手動解剖学とは対照的に、本研究における牽引力はトラクションワイヤーの長さによって定量可能であった。これにより、血管の裂け目や露出の不明確な発生など、重すぎたり軽すぎたりする牽引力に起因するいくつかの問題を回避することができました。

磁気縫合プラーは、この研究における別の新しい発明であった。これは、以前の縫合糸が緩むのを防ぐために縫合糸を引っ張るアシスタントの要件を置き換え、解毒漏出をもたらしました。ポリプロピレン縫合糸を押したため、磁気縫合用プラーによる損傷の程度を試験し、無傷の手動引き出しと比較しました。磁気プーラー群の損傷点数は対照群(無傷のポリプロピレン縫合糸)よりも多かったが、臨床現場で広く用いられている手動プルで観察されたものと同様であった。また、破断強度試験は3群の間で同様の破壊強度を示した。顕微鏡では、磁気プーラーによる変化が小さすぎてポリプロピレン縫合糸の強度を損なうことがわかりました。

アナストモシス時の血管系の垂直方向と平行方向の張力が有意であることを強調する必要があります。したがって、トレーニングマシンの水出口の長さと磁気トラクターの位置を調整することが重要です。また、縫合糸を加えるにつれ、縫合糸の張力が適度になるように縫合糸を押すのに最適な磁気ボールを選びます。また、アナストモス後の狭窄を避けるためには、同じ縫合マージン、針間隔、および「成長因子」を維持することが不可欠です。

研修生が直径の大きいか小さい血管系を使ってアナストモシスを練習したい場合は、磁気縫合プラーの磁気ボールとシリンダーを大きいまたは小さいものに置き換えて、それに応じて引っ張り力が変化するようにする必要があります。同時に、解剖後の試験パラメータを調整する必要があります。現在の血管再建訓練機では、入口と出口の直径はわずか5mmで、より小径の容器での使用が困難です。幸いなことに、入口および出口は取り外し可能なので、現在の入口および出口は容器のサイズの変更を可能にするより小さいものに取り替えることができる。

入口と出口のサイズのほかに、このトレーニングシステムにはまだいくつかの制限があります。水入口と水出口が1つしかないため、このトレーニングおよびテストシステムはエンドツーエンドのアナストモシスにのみ適用され、研修生はこのシステムを使用してエンドツーサイドまたはサイドツーサイドのアナストモシスを練習することはできません。さらに、このビデオで使用される外科器具(例えば、針のホールダーおよびはさみ)は強磁性ステンレス鋼である。彼らは時折磁気ツールに吸収され、トレーニングの進行を妨げる可能性があります。条件が許せば、外科用器具は非強磁性チタンの器具に置き換えることができる。

オープンな外科血管シミュレータは、一般的に2つのタイプに分けられます:インビボとインビトロ。唐6は、動物モデルとしてewesを使用して、生体内の血管再建のための新しい技術を開発しました。この技術は、より現実的な操作シーンを提供しましたが、生体内動物モデルの使用は、トレーニングとコストの両方に不便です。清水12とマルフ13は脳血管解剖学の体外トレーニング装置を発明し、ビスマス14は心臓血管外科教育のための心臓血管フェローブートキャンプという血管外科コースを導入しました。私たちのトレーニングシステムの根拠は、これらの研究で概説したものと似ていますが、これまでの研究では、外科的分野を暴露し、縫合糸の緊張を維持するのに役立つ装置の使用を推奨した研究はありません。したがって、前述のトレーニングは、少なくとも2人の研修生によって完了する必要があります。また、以前の研究者は、アナストモシスの品質を正確にチェックする方法を導入しませんでした。したがって、これらのオープン血管シミュレータと比較して、当社の技術は経済的で、個別に練習するのに便利で、フィードバックトレーニングの品質の面で効果的です。

研修生が他のタイプのアナストモシスを実践できるように、より小さな水入口と水出口を血管再建訓練器具に追加する予定です。私たちは、外科医が将来的に日常的な臨床操作で外科分野を露出するのを助けるために、磁気トラクターと縫合プラーが使用されることを期待しています。

要約すると、磁性トラクターと磁気縫合プラーの助けを借りて、研修生がインビトロで手動血管再建を個別に完了できるトレーニングとテストシステムを紹介します。

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Disclosures

著者たちは何も開示する必要はない。

Acknowledgments

この作品は、中国の文部イノベーションチーム開発プログラム(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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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

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).

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