概要

超音波ガイド下神経ブロックトレーニング用の手頃な価格で耐久性があり、中程度の忠実度の弾道ゲルファントムを構築

Published: February 09, 2024
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概要

ここでは、超音波ガイド下局所麻酔トレーニング用の4つのカスタム弾道ゼラチン超音波ファントムの設計と作成を示します。コンピューター支援設計ソフトウェアを使用してファントムを設計し、3Dプリントモデルを使用してシリコン型を作成し、溶融した弾道ゲルを型に流し込んでカスタム組織層を作成しました。

Abstract

超音波ファントム(生体組織の代替品)は、患者に過度のリスクをもたらすことなく、学習者に超音波ガイド下局所麻酔を練習する機会を提供します。ゼラチンベースのファントムは、教育者に耐久性があり再利用可能なタスクトレーナーを提供します。しかし、市販されているゲルベースのファントムは高価です。ここでは、正中、大腿骨、顎上筋膜腸骨面、および鋸筋前面神経ブロック用の耐久性があり、低コストの弾道ゲルベースの超音波ファントムの製造と、超音波ガイド下神経ブロック手順用のファントムの作成方法を調査します。

コンピュータ支援設計(CAD)ソフトウェアを使用して、正中、大腿、顎上筋膜腸骨面、および鋸筋前面神経ブロックの解剖学的構造を再現する4つのファントムを設計しました。目的の組織面のプラスチックモデルを3Dプリントし、シリコーン型の作成に使用しました。弾道ゲルを溶かし、小麦粉と染料と混合して液体のエコー源性弾道ゲルを作成し、それをシリコーン型に流し込みました。血管は、金属棒を使用して弾道ゲル内に負の空間を作成することによってシミュレートされました。神経は、超音波ゲルに沈められた糸を使用してシミュレートされました。シミュレートされた骨は、CADを使用して設計され、3Dプリントされました。

バリスティックゲルは、さまざまな組織をシミュレートするために使用でき、溶融して任意の形状に成形できる、汎用性と耐久性に優れた媒体です。超音波下では、これらのファントムは、皮膚、筋肉、筋膜の異なる層間の境界を表すリアルな組織面を提供します。筋肉組織層、神経、血管、骨のエコー源性は現実的であり、骨には人間の被験者に見られるように顕著な後方の影があります。これらのファントムは、最初のファントムごとに200ドル、後続のファントムごとに60ドルの費用がかかります。これらのファントムの設計にはある程度の技術的スキルが必要ですが、商用のファントムのわずか4%のコストで製造できます。

Introduction

超音波ファントム(生体組織の代替品)は、患者に過度のリスクをもたらすことなく、超音波ガイド下局所麻酔(UGRA)などの医療処置を実践する機会を学習者に提供します1。最も一般的には液体シリコーンゴムの射出成形によって製造されますが、カスタムファントムは、用途の広い材料を使用して低コストで自家製にすることができます。豆腐、豚肉、牛肉などの有機組織は安価ですが、すぐに腐り、作るのが困難です2。ヒトの死体組織は解剖学的精度には理想的ですが、1 を入手して保存することは困難で費用がかかります。最近では、バーチャルリアリティを使用してUGRAトレーニングを提供しています。しかし、触覚フィードバックは手続き型学習の重要な要素であり、実装されることはほとんどありません。ハードウェアとソフトウェアのハイブリッドモデルが高い視覚的忠実度と触覚フィードバックを提供する場合でも、そのようなトレーニングを実行するために必要なハードウェアとソフトウェアは、多くの場合、法外なコストがかかります3。ゼラチンベースのファントムは、コスト、寿命、忠実度のバランスをとっています2.

弾道ゼラチンモデルは市販されていますが、医療シミュレーションセンターで高度に利用されている生鮮資源としては高価です。均質な実質と2つまたは3つの模擬血管を備えた小型でシンプルなゲルベースの超音波ファントムは、数百ドルで販売されています。たとえば、CAE Blue Phantom の基本的な超音波トレーニング ブロックの費用は 800 ドル以上です4.個々の神経ブロック手術に特化した高忠実度のファントムは、数千ドルの費用がかかります。CAE Blue Phantom 大腿骨局所麻酔超音波トレーニング モデルの費用は 5,000 ドルです (表 1)5。コストを下げるために、教育者はゼラチンまたはその他の低コストまたは再利用可能な材料を使用してカスタムメイドのファントムを実験してきました6,7,8。小麦粉、コーンスターチ、グラファイトパウダー、メタムシルなどの添加物を使用して、ゼラチンを不透明にし、ファントムのエコー源性をカスタマイズすることで、その忠実度を高めることができます8,9,10,11,12,13,14。

自家製ゼラチンベースの神経ブロックトレーナーでの以前の試みは、超音波下での神経の外観を適切に再現できなかったか、または生鮮食品を利用したため、貯蔵寿命が制限されていました15,16。これらの欠点がなくても、以前のイテレーションには、研修生が特定の神経ブロック手順を練習できるようにする関連する解剖学的ランドマークと筋膜面が含まれていませんでした。ここでは、正中、大腿骨、顎上筋膜腸骨面、および鋸筋前面神経ブロック用の耐久性があり低コストの弾道ゲル超音波ファントムの製造と、超音波ガイド下神経ブロック手順用のファントムの作成方法を調査します。

Protocol

このプロジェクトでは、著者のJRとPSが超音波被験者としてボランティアとして参加し、両者から口頭での同意が得られました。このプロトコルに従っている場合は、患者または人間のボランティアを研究対象として使用する前に、倫理委員会または施設内審査委員会 (IRB) から承認を得てください。 1.ファントムデザインとシリコーンモールド作成 参…

Representative Results

4つの超音波ファントムは、上記の方法を使用して設計および製造に成功しました。各モデルの超音波断面を、同等の人体解剖学的構造の超音波と整列させたものを 図5に示します。超音波下では、これらのファントムは、皮膚、筋肉、筋膜の異なる層間の境界を表すリアルな組織面を提供します。筋肉組織は適切かつ均質にエコー源性である。このエコー源性は、溶融?…

Discussion

これらのカスタム弾道ゲルベースのファントムは、市販の神経ブロックファントムの数分の一のコストで、中忠実度の中央値、大腿骨、顎鼠上筋膜腸骨面、および鋸筋前面神経ブロックトレーニングを研修生に提供します(表1)。私たちの最初の正中神経と大腿神経ブロックのトレーナーは、最も安価な市販の中央値と大腿神経ブロックのトレーナーの価格のそれぞれ12%と9%で社内…

開示

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

このプロジェクトは、カリフォルニア州ラホーヤにあるカリフォルニア大学サンディエゴ医科大学のシミュレーショントレーニングセンター(STC)から資金提供を受けました。 図 5 に貢献してくださった Blake Freechtle 氏に感謝します。

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

参考文献

  1. 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).
  2. 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).
  3. Grottke, O. Virtual reality-based simulator for training in regional anaesthesia. Br J Anaesth. 103 (4), 594-600 (2009).
  4. . Regional anesthesia ultrasound training block Available from: https://medicalskillstrainers.cae.com/regional-anesthesia-ultrasound-training-block/p (2023)
  5. CAE Healthcare. . Gen II femoral vascular access & regional anesthesia ultrasound training model. , (2023).
  6. Osmer, C. L. A gelatine-based ultrasound phantom. Anaesthesia. 63 (1), 107 (2008).
  7. Nicholson, R. A., Crofton, M. Training phantom for ultrasound guided biopsy. Br J Radiol. 70, 192-194 (1997).
  8. Bude, R. O., Adler, R. S. An easily made, low-cost, tissue-like ultrasound phantom material. J Clin Ultrasound. 23 (4), 271-273 (1995).
  9. 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).
  10. Culp, W. C. Relative ultrasonographic echogenicity of standard, dimpled, and polymeric-coated needles. J Vasc Interv Radiol. 11 (3), 351-358 (2000).
  11. 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).
  12. 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).
  13. McNamara, M. P., McNamara, M. E. Preparation of a homemade ultrasound biopsy phantom. J Clin Ultrasound. 17 (6), 456-458 (1989).
  14. Gibson, R. N., Gibson, K. I. A home-made phantom for learning ultrasound-guided invasive techniques. Australas Radiol. 39 (4), 356-357 (1995).
  15. Lollo, L., Stogicza, A. R. Low-cost, high-fidelity ultrasound phantom gels for regional anesthesia training programs. MedEdPORTAL. 8, (2023).
  16. Rathbun, K. M., Brader, W. T., Norbury, J. W. A simple, realistic, inexpensive nerve phantom. J Ultrasound Med. 38 (8), 2203-2207 (2019).
  17. . Mold Star™ 16 FAST Product Information Available from: https://www.smooth-on.com/products/mold-star-16-fast/ (2023)
  18. 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).
  19. . Original Prusa i3 MK3S+ 3D Printer kit Available from: https://www.prusa3d.com/product/original-prusa-i3-mk3s-3d-printer-kit/ (2023)
  20. . Original Prusa MINI+ kit Available from: https://www.prusa3d.com/product/original-prusa-mini-kit-2/ (2023)
  21. . FreeCAD: Your own 3D parametric modeler Available from: https://www.freecad.org/ (2023)
  22. Xu, D., Abbas, S., Chan, V. W. Ultrasound phantom for hands-on practice. Reg Anesth Pain Med. 30 (6), 593-594 (2005).
  23. de Oliveira Filho, G. R., et al. Learning curves and mathematical models for interventional ultrasound basic skills. Anesth Analg. 106 (2), 568-573 (2008).
  24. 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).
  25. Pollard, B. A. New model for learning ultrasound-guided needle to target localization. Reg Anesth Pain Med. 33 (4), 360-362 (2008).
  26. 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).
  27. 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).
  28. 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).
  29. 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).
  30. Micheller, D. A low-fidelity, high-functionality, inexpensive ultrasound-guided nerve block model. CJEM. 19 (1), 58-60 (2017).
  31. Sparks, S., Evans, D., Byars, D. A low cost, high fidelity nerve block model. Crit Ultrasound J. 6 (1), 12 (2014).

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記事を引用
Marsh-Armstrong, B. P., Ryan, J. F., Mariano, D. J., Suresh, P. J., Supat, B. Building Affordable, Durable, Medium-Fidelity Ballistic Gel Phantoms for Ultrasound-Guided Nerve Block Training. J. Vis. Exp. (204), e66194, doi:10.3791/66194 (2024).

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