Bygga prisvärda, hållbara, medel-fidelity ballistiska gelfantomer för ultraljudsstyrd nervblockadträning
Summary
Här demonstrerar vi designen och skapandet av fyra anpassade ballistiska gelatin-ultraljudsfantomer för ultraljudsstyrd regional anestesiträning. Vi designade fantomer med hjälp av datorstödd designprogramvara, använde 3D-utskrivna modeller för att skapa silikonformar och hällde sedan smält ballistisk gel i formarna för att skapa anpassade vävnadslager.
Abstract
Ultraljudsfantomer – alternativ till levande mänsklig vävnad – ger eleverna möjlighet att öva ultraljudsledd regional anestesi utan att utsätta patienterna för onödig risk. Gelatinbaserade fantomer förser lärare med hållbara och återanvändbara uppgiftstränare; Kommersiellt tillgängliga gelbaserade fantomer är dock dyra. Här undersöker vi produktionen av hållbara, billiga, ballistiska gelbaserade ultraljudsfantomer för median-, femoral-, suprainguinal fascia iliaca-plan och serratus anterior-plane nervblockader, samt en metodik för att producera en fantom för alla ultraljudsstyrda nervblockader.
CAD-programvara (Computer-Aided Design) användes för att designa fyra fantomer som replikerar anatomin hos nervblockader i median, femoral, suprainguinal fascia iliaca och serratus anterior plane, inklusive relevanta landmärken och vävnadsplan. Plastmodeller av de önskade vävnadsplanen 3D-printades och användes för att skapa silikonformar. Ballistisk gel smältes och blandades med mjöl och färgämne för att skapa en flytande, ekogen ballistisk gel, som hälldes i silikonformarna. Kärlen simulerades genom att skapa negativt utrymme i den ballistiska gelen med hjälp av metallstavar. Nerverna simulerades med hjälp av garn nedsänkt i ultraljudsgel. Simulerade ben designades med hjälp av CAD och 3D-printades.
Ballistisk gel är ett mångsidigt, hållbart medium som kan användas för att simulera en mängd olika vävnader och kan smältas och formas till vilken form som helst. Under ultraljud ger dessa fantomer realistiska vävnadsplan som representerar gränserna mellan olika lager av hud, muskler och fascia. Ekogeniciteten hos muskelvävnadslagren, nerverna, kärlen och benen är realistisk, och benen har en betydande bakre skuggning som skulle observeras hos en människa. Dessa fantomer kostar $200 styck för den första fantomen och $60 för varje efterföljande fantom. Dessa fantomer kräver viss teknisk skicklighet för att designa, men de kan byggas för bara 4 % av kostnaden för sina kommersiella motsvarigheter.
Introduction
Ultraljudsfantomer – alternativ till levande mänsklig vävnad – ger eleverna möjlighet att öva på medicinska procedurer, inklusive ultraljudsstyrd regional anestesi (UGRA), utan att introducera onödig risk för patienter1. Även om de oftast tillverkas via formsprutning av flytande silikongummi, kan anpassade fantomer vara hemgjorda med mångsidiga material till lägre kostnad. Ekologiska vävnader som tofu, fläsk och nötkött är billiga men förstörs snabbt och är utmanande att tillverka2. Mänsklig kadavervävnad är idealisk för anatomisk noggrannhet men är svår och kostsam att få tag på och bevara1. På senare tid har virtuell verklighet använts för att tillhandahålla UGRA-utbildning; Haptisk återkoppling är dock en nyckelkomponent i procedurell inlärning och implementeras sällan. Även när en hybridmodell av hårdvara och programvara ger hög visuell återgivning och taktil feedback, är den hårdvara och programvara som krävs för att utföra sådan träning ofta kostsam3. Gelatinbaserade fantomer har en balans mellan kostnad, livslängd och trohet2.
Ballistiska gelatinmodeller är kommersiellt tillgängliga men är dyra för en lättfördärvlig resurs som används i hög grad i medicinska simuleringscenter. Små, enkla, gelbaserade ultraljudsfantomer med homogent parenkym och två eller tre simulerade kärl säljs för hundratals dollar. Till exempel kostar CAE Blue Phantom grundläggande ultraljudsträningsblock uppemot $8004. Fantomer med högre kvalitet som är specifika för enskilda nervblockadprocedurer kostar tusentals dollar. CAE Blue Phantom femoral regional anestesi ultraljudsträningsmodell kostar $5 000 (tabell 1)5. För att få ner kostnaderna har pedagoger experimenterat med specialtillverkade fantomer med gelatin eller andra billiga eller återanvändbara material 6,7,8. Tillsatser som mjöl, majsstärkelse, grafitpulver och Metamucil kan användas för att opacifiera gelatinet och anpassa fantomens ekogenicitet, vilket ökar dess trohet 8,9,10,11,12,13,14.
Tidigare försök med hemmagjorda gelatinbaserade nervblockadtränare kunde antingen inte på ett adekvat sätt återskapa nervernas utseende under ultraljud eller använde lättfördärvliga föremål, vilket begränsade hållbarheten15,16. Även utan dessa nackdelar inkluderade tidigare iterationer inte relevanta anatomiska landmärken och fasciaplan som skulle göra det möjligt för praktikanter att öva på specifika nervblockadprocedurer. Här undersöker vi produktionen av hållbara, billiga, ballistiska gelultraljudsfantomer för median-, lårbens-, suprainguinala fascia iliaca-plan och serratus anteriora plane-nervblockader, samt en metod för att producera en fantom för alla ultraljudsstyrda nervblockader.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dessa anpassade ballistiska gelbaserade fantomer ger praktikanter medium-fidelity median, femoral, suprainguinal fascia iliaca-plan och serratus anterior plane nervblockadträning för en bråkdel av kostnaden för kommersiellt tillgängliga nervblockadfantomer (tabell 1). Våra första median- och femoralnervblockadtränare tillverkades internt för 12 % och 9 % av priset på de billigaste kommersiellt tillgängliga median- respektive lårbensnervblockadtränarna. Ingen av de tillgängliga femoraliseruv…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta projekt finansierades av Simulation Training Center (STC) vid University of California, San Diego School of Medicine i La Jolla, Kalifornien. Vi vill tacka Blake Freechtle för hans bidrag till figur 5.
Materials
| ABS Filament – 1.75 m+B+A2:A14 | Hatchbox (Pomona, CA) | https://www.hatchbox3d.com/collections/abs-1-75mm | |
| Adobe Photoshop | Adobe (San Jose, CA) | https://www.adobe.com/products/photoshop.html | |
| Amber Tone Dye | Humimic Medical (Greenville, SC) | 852844007925 | Ballistic gel dye; https://humimic.com/product/amber-tone-dye/ |
| Fusion 360 | Autodesk (San Franciso, CA) | Computer-assisted design (CAD) software; https://www.autodesk.com/products/fusion-360/overview?term=1-YEAR&tab=subscription&plc=F360 | |
| Gelatin #1 – Medical Gel by the Pound | Humimic Medical (Greenville, SC) | 852844007406 | Ballistic gel; https://humimic.com/product/gelatin-1-medical-gelatin-by-the-pound/ |
| Gluten-Free All-Purpose Flour | Arrowhead Mills (Hereford, TX) | Flour for echogenicity; https://arrowheadmills.com/products/gluten-free/organic-gluten-free-all-purpose-flour/ | |
| Microsoft PowerPoint | Microsoft (Redmond, WA) | https://www.microsoft.com/en-us/microsoft-365/powerpoint | |
| Mold Star 16 FAST Pourable Silicone Rubber | Smooth-On (Macungie, PA) | Pourable silicone rubber; https://www.smooth-on.com/products/mold-star-16-fast/ | |
| Peach Tone Dye | Humimic Medical (Greenville, SC) | 852844007895 | Ballistic gel dye; https://humimic.com/product/peach-tone-dye/ |
| PLA Filament – 1.75 mm | Hatchbox (Pomona, CA) | https://www.hatchbox3d.com/collections/pla-1-75mm | |
| Prusa Original i3 MK3S+ printer | Prusa Research (Prague, Czech Republic) | 3D printer; https://www.prusa3d.com/category/original-prusa-i3-mk3s/ | |
| Prusa Slicer 2.6.1 | Prusa Research (Prague, Czech Republic) | 3D printer slicer software; https://www.prusa3d.com/page/prusaslicer_424/ | |
| Wool-Ease Thick & Quick Yarn | Lion Brand Yarn (Lyndhurst, NJ) | 640-610B | Yarn for simulated nerves; https://www.lionbrand.com/products/wool-ease-thick-and-quick-yarn?variant=32420963516509 |
References
- Hocking, G., Hebard, S., Mitchell, C. A review of the benefits and pitfalls of phantoms in ultrasound-guided regional anesthesia. Reg Anesth Pain Med. 36 (2), 162-170 (2011).
- Culjat, M. O., Goldenberg, D., Tewari, P., Singh, R. S. A review of tissue substitutes for ultrasound imaging. Ultrasound Med Biol. 36 (6), 861-873 (2010).
- Grottke, O. Virtual reality-based simulator for training in regional anaesthesia. Br J Anaesth. 103 (4), 594-600 (2009).
- . Regional anesthesia ultrasound training block Available from: https://medicalskillstrainers.cae.com/regional-anesthesia-ultrasound-training-block/p (2023)
- CAE Healthcare. . Gen II femoral vascular access & regional anesthesia ultrasound training model. , (2023).
- Osmer, C. L. A gelatine-based ultrasound phantom. Anaesthesia. 63 (1), 107 (2008).
- Nicholson, R. A., Crofton, M. Training phantom for ultrasound guided biopsy. Br J Radiol. 70, 192-194 (1997).
- Bude, R. O., Adler, R. S. An easily made, low-cost, tissue-like ultrasound phantom material. J Clin Ultrasound. 23 (4), 271-273 (1995).
- Patel, A. S., Harrington, T. J., Saunt, K. S., Jones, W. K. Construction of an ultrasound biopsy phantom. Australas Radiol. 40 (2), 185-186 (1996).
- Culp, W. C. Relative ultrasonographic echogenicity of standard, dimpled, and polymeric-coated needles. J Vasc Interv Radiol. 11 (3), 351-358 (2000).
- Morehouse, H., Thaker, H. P., Persaud, C. Addition of Metamucil to gelatin for a realistic breast biopsy phantom. J Ultrasound Med. 26 (8), 1123-1126 (2007).
- Phal, P. M., Brooks, D. M., Wolfe, R. Sonographically guided biopsy of focal lesions: a comparison of freehand and probe-guided techniques using a phantom. AJR Am J Roentgenol. 184 (5), 1652-1656 (2005).
- McNamara, M. P., McNamara, M. E. Preparation of a homemade ultrasound biopsy phantom. J Clin Ultrasound. 17 (6), 456-458 (1989).
- Gibson, R. N., Gibson, K. I. A home-made phantom for learning ultrasound-guided invasive techniques. Australas Radiol. 39 (4), 356-357 (1995).
- Lollo, L., Stogicza, A. R. Low-cost, high-fidelity ultrasound phantom gels for regional anesthesia training programs. MedEdPORTAL. 8, (2023).
- Rathbun, K. M., Brader, W. T., Norbury, J. W. A simple, realistic, inexpensive nerve phantom. J Ultrasound Med. 38 (8), 2203-2207 (2019).
- . Mold Star™ 16 FAST Product Information Available from: https://www.smooth-on.com/products/mold-star-16-fast/ (2023)
- Wojtyła, S., Klama, P., Baran, T. Is 3D printing safe? Analysis of the thermal treatment of thermoplastics: ABS, PLA, PET, and nylon. J Occup Environ Hyg. 14 (6), D80-D85 (2017).
- . Original Prusa i3 MK3S+ 3D Printer kit Available from: https://www.prusa3d.com/product/original-prusa-i3-mk3s-3d-printer-kit/ (2023)
- . Original Prusa MINI+ kit Available from: https://www.prusa3d.com/product/original-prusa-mini-kit-2/ (2023)
- . FreeCAD: Your own 3D parametric modeler Available from: https://www.freecad.org/ (2023)
- Xu, D., Abbas, S., Chan, V. W. Ultrasound phantom for hands-on practice. Reg Anesth Pain Med. 30 (6), 593-594 (2005).
- de Oliveira Filho, G. R., et al. Learning curves and mathematical models for interventional ultrasound basic skills. Anesth Analg. 106 (2), 568-573 (2008).
- Koscielniak-Nielsen, Z. J., Rasmussen, H., Hesselbjerg, L. An animal model for teaching ultrasound-guided peripheral nerve blocks. Reg Anesth Pain Med. 34 (4), 379-380 (2009).
- Pollard, B. A. New model for learning ultrasound-guided needle to target localization. Reg Anesth Pain Med. 33 (4), 360-362 (2008).
- Wells, M., Goldstein, L. The polony phantom: a cost-effective aid for teaching emergency ultrasound procedures. Int J Emerg Med. 3 (2), 115-118 (2010).
- van Geffen, G. J., et al. A needle guidance device compared to free hand technique in an ultrasound-guided interventional task using a phantom. Anaesthesia. 63 (9), 986-990 (2008).
- Liu, Y., Glass, N. L., Power, R. W. Technical communication: new teaching model for practicing ultrasound-guided regional anesthesia techniques: no perishable food products. Anesth Analg. 110 (4), 1233-1235 (2010).
- Sultan, S., Iohom, G., Shorten, G. A novel phantom for teaching and learning ultrasound-guided needle manipulation. J Med Ultrasound. 21 (3), 152-155 (2013).
- Micheller, D. A low-fidelity, high-functionality, inexpensive ultrasound-guided nerve block model. CJEM. 19 (1), 58-60 (2017).
- Sparks, S., Evans, D., Byars, D. A low cost, high fidelity nerve block model. Crit Ultrasound J. 6 (1), 12 (2014).
