Vakuumforseglet nedsænkning i varmtvandsbad til fremstilling af anatomiske og kirurgiske kadaveriske knoglemodeller

Summary

Denne protokol beskriver maceration og rensning af kadaverisk knogle med en vakuumforseglet, varmtvandsbadsænkningsteknik. Dette er en billig, sikker og effektiv metode til fremstilling af anatomiske prøver til kirurgisk planlægning og medicinsk uddannelse som et alternativ til tredimensionelle (3D) trykte modeller.

Abstract

Knoglemodeller tjener mange formål, herunder forbedring af anatomisk forståelse, præoperativ kirurgisk planlægning og intraoperativ reference. Flere teknikker til maceration af blødt væv er blevet beskrevet, hovedsageligt til retsmedicinsk analyse. Til klinisk forskning og medicinsk brug er disse metoder blevet erstattet af tredimensionelle (3D) trykte modeller, som kræver betydeligt udstyr og ekspertise og er dyre. Her blev kadaveriske fårehvirvelben renset ved vakuumforsegling af prøven med kommercielt opvaskemiddel, nedsænkning i et varmt vandbad og efterfølgende manuel fjernelse af blødt væv. Dette eliminerede ulemperne ved de tidligere eksisterende macerationsmetoder, såsom eksistensen af dårlig lugt, brug af farlige kemikalier, betydeligt udstyr og høje omkostninger. Den beskrevne teknik producerede rene, tørre prøver, samtidig med at anatomiske detaljer og struktur opretholdes for nøjagtigt at modellere de osseøse strukturer, der kan være nyttige til præoperativ planlægning og intraoperativ reference. Metoden er enkel, billig og effektiv til knoglemodelforberedelse til uddannelse og kirurgisk planlægning inden for veterinær- og humanmedicin.

Introduction

Fjernelse af blødt væv og rengøring af knogler er påkrævet for retsmedicin, medicinsk og biologisk forskning og veterinær og medicinsk uddannelse. De fleste teknikker er udviklet til retsmedicinske formål, hvilket minimerer skader på knoglen for at bevare så mange detaljer som muligt. Dette kan give en nøjagtig, håndgribelig knoglemodel til præoperativ kirurgisk planlægning samt intraoperativ beslutningstagning for at minimere komplikationer ^1,2,3. Dette er gavnligt i kirurgi ved at reducere operationstider og blodtab og forbedre kommunikationen mellem kirurger sammenlignet med planlægning med 2D-billeder⁴. Brugen af disse modeller kan også reducere afhængigheden af intraoperativ billeddannelse, såsom fluoroskopi, hvilket kan reducere strålingseksponeringen for personale.

Skeletben fra kadavere er historisk blevet brugt til disse modeller; teknologiske fremskridt har imidlertid skubbet mod brugen af fremstillede modeller og for nylig tredimensionelle (3D) trykte modeller. Knoglemodeller er afhængige af tilgængeligheden af kadaverprøver og effektiviteten af behandlingen af disse prøver til brugbare modeller. 3D-udskrivning har fordelen ved kreativ frihed, der giver mulighed for anatomiske og patientspecifikke modeller, især når anatomiske abnormiteter eller neoplasmer er til stede, eller hvis hardwaren skal fremstilles eller forstærkes for at passe til patienten¹. Disse prøver kan også steriliseres og manipuleres af kirurger under en procedure. Denne frihed kommer dog med en pris, da det kræver computertomografi (CT) scanninger, de nødvendige materialer og udstyr kan være dyre, og ekspertise er afgørende for at skabe modellerne i den krævede software ^1,4. Derudover kan disse faktorer begrænse modellens præcision og kvalitet og dermed den kirurgiske planlægning og succes¹. 3D-printede modeller er muligvis ikke det bedste valg i tilfælde, hvor der ikke er behov for patientspecifik anatomi, og hvor der er et umiddelbart behov for modellen.

Almindeligt anvendte metoder til fjernelse af blødt væv fra kadaverisk knogle inkluderer manuel rengøring, bakteriel maceration, kemisk maceration, madlavning og insektmaceration ^5,6. Succesen med disse metoder er generelt baseret på omkostninger, tid, arbejdskraft, udstyr, sikkerhed og kvalitet af slutproduktet ^5,7. Manuel rengøring kræver mest arbejde og en betydelig mængde tid, men involverer minimalt udstyr⁵. Bakteriel maceration består i at efterlade prøven i et koldt eller varmt vandbad i lange perioder, ofte op til 3 uger, hvilket gør det muligt for bakterier at nedbryde vævet⁶. Dette skaber ubehagelige lugte, kræver ekstra udstyr til behandling af bakterierne og skaber en biosikkerhedsrisiko for brugeren ^5,6. Brugen af dermestidbiller er meget effektiv med minimal arbejdskraft, men kræver erhvervelse af en koloni og opdræt af dyrene og betragtes ikke som en økonomisk investering, hvis den sjældent anvendes ^6,7. Kemisk maceration involverer normalt anvendelse af enzymer såsom trypsin, pepsin og papain eller kommercielle rengøringsmidler, der indeholder stoffer som overfladeaktive stoffer og enzymer ^5,8. Selvom denne metode giver hurtigere resultater, kan de anvendte kemikalier, såsom natriumhydroxid, ammoniak, blegemiddel og benzin, udgøre en sundheds- og sikkerhedsrisiko og producere skadelige lugte, der kræver personlige værnemidler (PPE) og en stinkhætte 5,7,8,9. Endelig giver udvidet opvarmning en anden minimalt intensiv metode, men kan producere lugt, der kræver ventilation¹⁰.

En enkel, sikker og billig metode til fremstilling af anatomiske knoglemodeller ville give et nyttigt værktøj til kirurger, studerende, undervisere og forskere. Denne artikel beskriver en ny metode til fremstilling af skeletbenmodeller, der undgår ubehagelige lugte og skadelige kemikalier, og producerer en detaljeret kirurgisk model med minimalt udstyr og arbejdskraft.

Protocol

Lændehvirvelsøjlen blev høstet fra 4-årige Merino krydsvoksne moderfår (Ovis aries) efter de etiske retningslinjer fra Animal Care and Ethics Committee of the Surgical and Orthopaedic Research Laboratories. Efter den institutionelt godkendte metode til human dødshjælp blev lændehvirvelsøjlen høstet ved hjælp af et skarpt dissektionsværktøj, der først snittede gennem huden og subkutant væv, efterfulgt af fascia og muskulatur før disartikulation ved thoracolumbal- og lumbosakralkrydsene. En høstet…

Representative Results

Efter denne protokol blev rene og tørre fårlændehvirvelsøjlemodeller oprettet til kirurgisk planlægning og reference. Prøver bestående af syv lændehvirvler blev behandlet inden for 4 dage ved hjælp af denne metode, med et indledende bad for at fjerne hovedparten af musklen og tre efterfølgende bade. Afslutningen af badene blev indikeret af den lethed, hvormed brusk og bindevæv blev fjernet fra knoglen. Dette varierede afhængigt af bruskens type og placering; Tynde lag blev let fjernet efter et eller to bade, …

Discussion

Denne tekniske note har til formål at beskrive en enkel, sikker og billig metode til fremstilling af en anatomisk knoglemodel til gavn for veterinær og medicinsk uddannelse og til brug i anatomisk uddannelse og kirurgisk planlægning.

Pilottest viste, at en badetemperatur på 70 °C gav den hurtigste behandlingstid uden at beskadige prøverne. Højere temperaturer forårsagede en omfattende nedbrydning af kollagen i knoglen, hvilket resulterede i sprøde prøver med en kalkholdig tekstur. D…

Materials

Dimension Elite 3D printer	Stratasys, Eden Prairie, MN, United States		3D printer for production of surgical bone models based on reconstructed CT scans
Mimics Innovation Suite	Materialise NV, Leuven, Belgium	Suite 24	Software to create 3D models from imaging scans
Nylon cable ties	4Cabling, Alexandria, NSW, Australia	011.060.1042/011.060.1039	Used to maintain connection between vertebral bodies
Orthopaedic wire	B Braun, Bella Vista, NSW, Australia		Used to maintain connection between vertebral bodies
Support Cleaning Apparatus	Phoenix Analysis and Design Technologies, Tempe, AZ, United States	SCA-1200	Hot water bath for immersion of the sealed sample.
Ultra Strength Original Dishwashing Liquid	Colgate-Palmolive, New York, NY, United States		Dishwashing liquid added to sealed bag with sample for cleaning of the bone model.
Vacuum bags	Pacfood PTY LTD		Heat safe, sealable plastic bags
Vacuum Food sealer	Tempoo (Aust) PTY LTD		Vacuum food sealer to seal vacuum bags prior to bath immersion