Создание высокоточного, недорогого, внутрикостного тренажера для размещения линий с помощью 3D-печати
Summary
Мы описываем процедуру обработки компьютерной томографии (КТ) в высокоточные, восстанавливаемые и недорогие процедурные тренажеры. Описаны процессы идентификации, экспорта, сегментации, моделирования и 3D-печати, а также проблемы и уроки, извлеченные в этом процессе.
Abstract
Описание процедурных задач тренеров включает их использование в качестве учебного инструмента для оттачивания технических навыков путем повторения и репетиции процедур в безопасной среде, прежде чем в конечном итоге выполнить процедуру на пациенте. Многие тренеры по процедурным задачам, доступные на сегодняшний день, страдают от нескольких недостатков, включая нереалистичную анатомию и тенденцию к разработке созданных пользователем «ориентиров» после того, как ткань тренера подвергается повторным манипуляциям, что потенциально приводит к неадекватному развитию психомоторных навыков. Чтобы исправить эти недостатки, был создан процесс для создания высокоточного процедурного тренажера, созданного из анатомии, полученной из компьютерной томографии (КТ), которая использует вездесущую технологию трехмерной (3D) печати и готовые товарные поставки.
Этот метод включает в себя создание 3D-печатной тканевой формы, захватывающей структуру ткани, окружающую интересующий скелетный элемент, чтобы заключить костную скелетную структуру, взвешенную внутри ткани, которая также напечатана на 3D-принтере. Смесь тканевой среды, которая приближается к ткани как в высокоточной геометрии, так и в плотности ткани, затем выливается в форму и дается сдаться. После того, как тренер был использован для отработки процедуры, такой как размещение внутрикостной линии, тканевые среды, плесень и кости восстанавливаются и могут быть повторно использованы для создания свежего тренажера, свободного от мест проколов и дефектов манипуляции, для использования в последующих тренировочных сессиях.
Introduction
Компетентность процедурных навыков ухода за пациентами является критически важным компонентом для развития стажеров в гражданском и военном здравоохранении 1,2 среды. Развитие процедурных навыков особенно важно для процедурно-интенсивных специальностей, таких как анестезиология3 и медицинский персонал на переднем крае. Целевые тренеры могут использоваться для репетиции многочисленных процедур с уровнями квалификации, варьирующимися от студента-медика первого курса или медицинского техника до старшего резидента или стипендиата. В то время как многие медицинские процедуры требуют значительной подготовки для завершения, задача, представленная здесь – размещение промежуточной (IO) линии – проста и требует меньше технических навыков. Успешное размещение линии IO может быть достигнуто после относительно короткого периода обучения. Использование симуляции во время медицинского обучения, которое включает в себя использование рабочих тренеров, признано инструментом для получения технических процедурных навыков путем повторения и репетиции клинической процедуры в безопасной, низкострессовой среде, прежде чем в конечном итоге выполнить процедуру на пациентах 2,4,5.
Понятно, что симуляционное обучение в среде медицинского образования стало широко распространенным и, по-видимому, является основой, несмотря на скудность данных о любом влиянии на результатылечения пациентов 6,7. Кроме того, последние публикации демонстрируют, что моделирование улучшает производительность команды и результаты лечения пациентов в результате улучшения динамики команды и принятия решений. Тем не менее, существует мало данных, свидетельствующих о том, что моделирование улучшает время или успешность выполнения критических, спасающих жизнь процедур 8,9, предполагая, что моделирование является сложным и многогранным в образовании поставщиков медицинских услуг. У пациентов, у которых стандартный внутривенный доступ невозможен или показан, размещение линии IO может быть использовано для быстрого достижения сосудистого доступа, требующего минимальных навыков. Своевременное и успешное выполнение этой процедуры имеет решающее значение, особенно в периоперационной среде или сценарии травмы 10,11,12. Поскольку размещение линии ввода-вывода является редко выполняемой процедурой в периоперационной области и может быть процедурой спасения жизни, обучение в неклинической среде имеет решающее значение. Анатомически точный тренер по задачам, специфичный для размещения линии IO, является идеальным инструментом для обеспечения предсказуемой частоты обучения и развития навыков для этой процедуры.
Несмотря на широкое использование, имеющиеся в настоящее время коммерческие инструкторы по задачам страдают от нескольких существенных недостатков. Во-первых, рабочие тренажеры, которые допускают несколько попыток процедуры, являются дорогостоящими не только для первоначальной покупки тренажера, но и для пополнения сменных частей, таких как силиконовые кожные пластыри. Результатом часто является нечастая замена деталей, оставляя заметные ориентиры, которые обеспечивают обучаемому не оптимальный опыт обучения; пациенты не будут приходить предварительно отмеченными, где следует делать процедуру. Другим недостатком является то, что высокая стоимость традиционных тренажеров может привести к ограниченному доступу пользователей, когда устройства «заблокированы» в защищенных местах хранения, чтобы предотвратить потерю или повреждение устройств. В результате требуется более строгое и менее доступное запланированное время практики, ограничение их использования, безусловно, может затруднить внеплановые тренировки. Наконец, большинство тренеров считаются низкоточными 5,13,14 и используют только репрезентативную анатомию, что потенциально приводит к неадекватному развитию психомоторных навыков или тренировочным шрамам. Тренажеры с низкой точностью также делают тщательную оценку приобретения навыков, мастерства и деградации очень сложной, поскольку обучение на устройстве с низкой точностью может не адекватно имитировать фактическую процедуру в реальном мире.
Репрезентативная анатомия также препятствует правильной оценке приобретения и овладения психомоторными навыками. Более того, оценка передачи психомоторных навыков между моделируемыми медицинскими средами для ухода за пациентами становится почти невозможной, если некоторые из психомоторных навыков не отражены в клинической задаче. Это приводит к предотвращению консенсуса в отношении способности медицинского моделирования и обучения влиять на результаты лечения пациентов. Чтобы преодолеть проблемы стоимости, анатомической точности и доступа, мы разработали недорогой, высокоточный тренажер для работы с линейными операциями ввода-вывода. Тренер задач разработан на основе компьютерной томографии реального пациента, что приводит к точной анатомии (рисунок 1). Используемые материалы вездесущи и просты в получении, с компонентами, которые относительно легко восстановить. По сравнению со многими другими коммерчески доступными тренажерами, скромная стоимость конструкции тренажера, описанного здесь, резко снижает желание изолировать тренажеры в менее доступном, защищенном месте и делает возможными множественные повторения без ведущих ориентиров.
Protocol
Representative Results
Discussion
В этом протоколе мы подробно описываем процесс разработки 3D-тренера задач для обучения редко выполняемой и спасительной процедуре размещения линии ввода-вывода. Этот самоуправляемый протокол использует 3D-печать для создания основной части структур модели, в то время как остальные ко?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Финансирование этого проекта осуществлялось исключительно за счет институциональных или ведомственных ресурсов.
Materials
| 3D printer filament, poly-lactic acid (PLA), 1.75 mm | N/A / Hatchbox | Base for 3D printing molds, bone structures, and bone / mold hardware | |
| 3D printer, Original Prusa i3 MK3 | Prusa | To print molds, bone structures, and bone / mold hardware | |
| bleach, household (6% sodium hypochlorite) | Clorox | Animicrobial additive for tissue media | |
| bolts, 1/4”, flat / countersunk or round head, various lengths | N/A | Hardware used to hold mold casing halves together during casting | |
| Bucket, 5 gallon, plastic | N/A | To hold tissue media during media preparation | |
| chlorhexidine, 4% solution w/v | Animicrobial additive for tissue media | ||
| drill, household 3/8’ chuck | N/A | To stir tissue media during media preparation | |
| food coloring, red (optional) | N/A | Coloring additive for simulated bone marrow | |
| gelatin, unflavored | Knox | Base for tissue media | |
| hex nuts, 1/4” | N/A | Hardware used to hold mold casing halves together during casting | |
| Non-stick cooking spray | N/A | Mold releasing agent | |
| plastic bags, ziplock | Ziplock | To store tissue media | |
| psyllium husk fiber, finely ground, orange flavored, sugar free (optional) | Procter & Gamble | Metamucil | Opacity / Echogenicity additive for tissue media |
| screwdriver, flat / Phillips (matching bolt hardware) | N/A | To tighten mold casing hardware | |
| silicone gasket cord stock, 3mm, round, various lengths | N/A | Gasket media for mold casings | |
| spray adhesive, Super 77 (optional) | 3M | Agent used to improve bed adhesion during 3D printing | |
| stirring paddle / rod | To stir tissue media during media preparation | ||
| turkey baster, household, ## mL | N/A | To inject simulated bone marrow into bone marrow cavity | |
| ultrasound gel | Base for simulated bone marrow | ||
| water, tap | Used in both tissue media and simulated bone marrow |
References
- Farrow, D. R. Reducing the risks of military aircrew training through simulation technology. Performance and Instruction. 21 (2), 13-18 (1982).
- Lateef, F. Simulation-based learning: Just like the real thing. Journal of Emergencies, Trauma, Shock. 3 (4), 348-352 (2010).
- Gaba, D. M. Crisis resource management and teamwork training in anaesthesia. British Journal of Anaesthesia. 105 (1), 3-6 (2010).
- Al-Elq, A. H. Simulation-based medical teaching and learning. Journal of Family & Community Medicine. 17 (1), 35-40 (2010).
- Hays, R. T., Singer, M. J. . Simulation fidelity in training system design: Bridging the gap between reality and training. , (2012).
- Green, M., Tariq, R., Green, P. Improving patient safety through simulation training in anesthesiology: Where are we. Anesthesiology Research and Practice. , 4237523 (2016).
- Olympio, M. A. Simulation saves lives. American Society of Anesthesiologists Newsletter. , 15-19 (2001).
- Murphy, M., et al. Simulation-based multidisciplinary team training decreases time to critical operations for trauma patients. Injury. 49 (5), 953-958 (2018).
- Jensen, A. R., et al. Simulation-based training is associated with lower risk-adjusted mortality in ACS pediatric TQIP centers. Journal of Trauma and Acute Care Surgery. 87 (4), 841-848 (2019).
- Gupta, A., Peckler, B., Schoken, D. Introduction of hi-fidelity simulation techniques as an ideal teaching tool for upcoming emergency medicine and trauma residency programs in India. Journal of Emergencies, Trauma, and Shock. 1 (1), 15-18 (2008).
- Risser, D. T., et al. The potential for improved teamwork to reduce medical errors in the emergency department. Annals of Emergency Medicine. 34 (3), 373-383 (1999).
- Shapiro, M. J., et al. Simulation based teamwork training for emergency department staff: Does it improve clinical team performance when added to an existing didactic teamwork curriculum. Quality and Safety in Health Care. 13 (6), 417-421 (2004).
- Schebesta, K., et al. Degrees of reality: Airway anatomy of high-fidelity human patient simulators and airway trainers. Anesthesiology. 116 (6), 1204-1209 (2012).
- Crofts, J. F., et al. Training for shoulder dystocia: A trial of simulation using low-fidelity and high-fidelity mannequins. Obstetrics and Gynecology. 108 (6), 1477-1485 (2006).
- Cox, R. W., et al. A (sort of) new image data format standard: NiFTI-1. 10th Annual Meeting of the Organization for Human Brain Mapping. , 22 (2004).
- Bude, R., Adler, R. An easily made, low-cost, tissue-like ultrasound phantom material. Journal of Clinical Ultrasound. 23 (4), 271-273 (1995).
- Fisher, J., et al. Clinical skills temporal degradation assessment in undergraduate medical education. Journal of Advances in Medical Education & Professionalism. 6 (1), 1-5 (2018).
- Buzink, S. N., Goossens, R. H., Schoon, E. J., de Ridder, H., Jakimowicz, J. J. Do basic psychomotor skills transfer between different image-based procedures. World Journal of Surgery. 34 (5), 933-940 (2010).
