Vacuüm afgesloten dompeling in warmwaterbad voor de bereiding van anatomische en chirurgische kadaverische botmodellen
Summary
Het huidige protocol beschrijft de maceratie en reiniging van kadaverbot met een vacuümverzegelde, warmwaterbad-onderdompelingstechniek. Dit is een goedkope, veilige en effectieve methode om anatomische monsters te produceren voor chirurgische planning en medisch onderwijs als alternatief voor driedimensionale (3D) geprinte modellen.
Abstract
Botmodellen dienen vele doelen, waaronder het verbeteren van anatomisch begrip, preoperatieve chirurgische planning en intraoperatieve verwijzing. Verschillende technieken voor de maceratie van zachte weefsels zijn beschreven, voornamelijk voor forensische analyse. Voor klinisch onderzoek en medisch gebruik zijn deze methoden vervangen door driedimensionale (3D) geprinte modellen, die aanzienlijke apparatuur en expertise vereisen en kostbaar zijn. Hier werd het kadaverische schapenwervelbot gereinigd door het monster vacuüm te verzegelen met commercieel afwasmiddel, onder te dompelen in een warmwaterbad en vervolgens het zachte weefsel handmatig te verwijderen. Dit elimineerde de nadelen van de eerder bestaande maceratiemethoden, zoals het bestaan van vieze geuren, het gebruik van gevaarlijke chemicaliën, aanzienlijke apparatuur en hoge kosten. De beschreven techniek produceerde schone, droge monsters met behoud van anatomische details en structuur om de botstructuren nauwkeurig te modelleren die nuttig kunnen zijn voor preoperatieve planning en intraoperatieve verwijzing. De methode is eenvoudig, goedkoop en effectief voor botmodelvoorbereiding voor onderwijs en chirurgische planning in de diergeneeskunde en menselijke geneeskunde.
Introduction
Het verwijderen van zacht weefsel en het reinigen van botten zijn vereist voor forensisch onderzoek, medisch en biologisch onderzoek en veterinair en medisch onderwijs. De meeste technieken zijn ontwikkeld voor forensische doeleinden, waarbij schade aan het bot wordt geminimaliseerd om zoveel mogelijk details te behouden. Dit kan een nauwkeurig, tastbaar botmodel bieden voor preoperatieve chirurgische planning, evenals intraoperatieve besluitvorming om complicaties te minimaliseren 1,2,3. Dit is gunstig in de chirurgie door het verminderen van operatietijden en bloedverlies en het verbeteren van de communicatie tussen chirurgen, in vergelijking met planning met 2D-beelden4. Het gebruik van deze modellen kan ook de afhankelijkheid van intraoperatieve beeldvorming, zoals fluoroscopie, verminderen, wat de blootstelling aan straling voor personeel kan verminderen.
Skeletbot van kadavers is van oudsher gebruikt voor deze modellen; technologische vooruitgang heeft echter geleid tot het gebruik van gefabriceerde modellen en, meer recent, driedimensionale (3D) geprinte modellen. Botmodellen vertrouwen op de beschikbaarheid van kadavermonsters en de efficiëntie van het verwerken van deze monsters tot bruikbare modellen. 3D-printen heeft het voordeel van creatieve vrijheid, waardoor anatomische en patiëntspecifieke modellen mogelijk zijn, vooral wanneer anatomische afwijkingen of neoplasmata aanwezig zijn, of als de hardware moet worden vervaardigd of uitgebreid om bij de patiënt te passen1. Deze monsters kunnen ook worden gesteriliseerd en gemanipuleerd door chirurgen tijdens een procedure. Deze vrijheid brengt echter kosten met zich mee, omdat het computertomografie (CT) -scans vereist, de benodigde materialen en apparatuur duur kunnen zijn en expertise essentieel is om de modellen in de vereiste softwarete maken 1,4. Bovendien kunnen deze factoren de precisie en kwaliteit van het model beperken, en dus de chirurgische planning en het succes1. 3D-geprinte modellen zijn mogelijk niet de beste keuze voor gevallen waarin er geen patiëntspecifieke anatomie nodig is en er een onmiddellijke behoefte is aan het model.
Veelgebruikte methoden voor het verwijderen van zacht weefsel uit kadaverbot omvatten handmatige reiniging, bacteriële maceratie, chemische maceratie, koken en insectenmaceratie 5,6. Het succes van deze methoden is over het algemeen gebaseerd op de kosten, tijd, arbeid, apparatuur, veiligheid en kwaliteit van het eindproduct 5,7. Handmatige reiniging vereist de meeste arbeid en een aanzienlijke hoeveelheid tijd, maar omvat minimale apparatuur5. Bacteriële maceratie bestaat uit het achterlaten van het monster in een koud of warm waterbad voor lange tijd, vaak tot 3 weken, waardoor bacteriën het weefsel kunnen ontbinden6. Dit creëert onaangename geuren, vereist extra apparatuur om de bacteriën te behandelen en creëert een bioveiligheidsrisico voor de gebruiker 5,6. Het gebruik van dermestide kevers is zeer effectief met minimale arbeid, maar vereist de verwerving van een kolonie en het houden van de dieren, en wordt niet beschouwd als een economische investering als het niet vaak wordt gebruikt 6,7. Chemische maceratie omvat meestal het gebruik van enzymen zoals trypsine, pepsine en papaïne, of commerciële detergentia die stoffen zoals oppervlakteactieve stoffen en enzymen bevatten 5,8. Hoewel deze methode snellere resultaten oplevert, kunnen de gebruikte chemicaliën, zoals natriumhydroxide, ammoniak, bleekmiddel en benzine, een gezondheids- en veiligheidsrisico vormen en schadelijke geuren produceren die persoonlijke beschermingsmiddelen (PBM’ s) en een zuurkast vereisen 5,7,8,9. Ten slotte biedt uitgebreide verwarming een andere minimaal intensieve methode, maar kan het geuren produceren die ventilatie vereisen10.
Een eenvoudige, veilige en goedkope methode voor de voorbereiding van anatomische botmodellen zou een nuttig hulpmiddel zijn voor chirurgen, studenten, opvoeders en onderzoekers. Dit artikel beschrijft een nieuwe methode voor het voorbereiden van skeletbotmodellen die onaangename geuren en schadelijke chemicaliën vermijdt en een gedetailleerd chirurgisch model produceert met minimale apparatuur en arbeid.
Protocol
Representative Results
Discussion
Deze technische nota is bedoeld om een eenvoudige, veilige en goedkope methode te beschrijven om een anatomisch botmodel te produceren ten behoeve van veterinair en medisch onderwijs en voor gebruik in anatomisch onderwijs en chirurgische planning.
Pilottests toonden aan dat een badtemperatuur van 70 °C de snelste verwerkingstijd bood zonder schade aan de monsters te veroorzaken. Hogere temperaturen veroorzaakten een uitgebreide afbraak van collageen in het bot, wat resulteerde in broze mons…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Geen.
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 |
References
- Leary, O. P., et al. Three-dimensional printed anatomic modeling for surgical planning and real-time operative guidance in complex primary spinal column tumors: single-center experience and case series. World Neurosurgery. 145, 116-126 (2021).
- Tack, P., Victor, J., Gemmel, P., Annemans, L. 3D-printing techniques in a medical setting: a systematic literature review. BioMedical Engineering OnLine. 15 (1), 115 (2016).
- Ventola, C. L. Medical applications for 3D printing: current and projected uses. Pharmacy and Therapeutics. 39 (10), 704-711 (2014).
- Wilcox, B., Mobbs, R. J., Wu, A. M., Phan, K. Systematic review of 3D printing in spinal surgery: the current state of play. Journal of Spinal Surgery. 3 (3), 433-443 (2017).
- Mairs, S., Swift, B., Rutty, G. N. Detergent: an alternative approach to traditional bone cleaning methods for forensic practice. The American Journal of Forensic Medicine and Pathology. 25 (4), 276-284 (2004).
- Husch, C., Berner, M., Goldammer, H., Lichtscheidl-Schultz, I. Technical note: A novel method for gentle and non-destructive removal of flesh from bones. Forensic Science International. 323, 110778 (2021).
- Couse, T., Connor, M. A comparison of maceration techniques for use in forensic skeletal preparations. Journal of Forensic Investigation. 3, 1-6 (2015).
- Mahon, T. J., Maboke, N., Myburgh, J. The use of different detergents in skeletal preparations. Forensic Science International. 327, 110967 (2021).
- Hussain, M., Hussain, N., Zainab, H., Qaiser, S. Skeletal preservation techniques to enhance veterinary anatomy teaching. IJAVMS. 1, 21-23 (2007).
- Simonsen, K. P., Rasmussen, A. R., Mathisen, P., Petersen, H., Borup, F. A fast preparation of skeletal materials using enzyme maceration. Journal of Forensic Science. 56 (2), 480-484 (2011).
- Burkhard, M., Furnstahl, P., Farshad, M. Three-dimensionally printed vertebrae with different bone densities for surgical training. European Spine Journal. 28 (4), 798-806 (2019).
- Rose, A. S., et al. Multi-material 3D models for temporal bone surgical simulation. The Annals of Otology, Rhinology, and Laryngology. 124 (7), 528-536 (2015).
- Werz, S. M., Zeichner, S. J., Berg, B. I., Zeilhofer, H. F., Thieringer, F. 3D printed surgical simulation models as educational tool by maxillofacial surgeons. European Journal of Dental Education. 22 (3), 500-505 (2018).
