构建经济实惠、耐用、中等保真度的弹道凝胶模型，用于超声引导的神经阻滞训练

摘要

在这里，我们演示了四个定制弹道明胶超声模型的设计和创建，用于超声引导的区域麻醉训练。我们使用计算机辅助设计软件设计了模型，使用3D打印模型创建硅胶模具，然后将熔化的弹道凝胶倒入模具中以创建自定义组织层。

摘要

超声模型 - 活体人体组织的替代品 - 为学习者提供了练习超声引导区域麻醉的机会，而不会给患者带来不必要的风险。基于明胶的模型为教育工作者提供了耐用且可重复使用的任务训练器;然而，市售的基于凝胶的模型价格昂贵。在这里，我们研究了用于正中神经阻滞、股骨神经、腹股沟上筋膜平面和锯肌前平面神经阻滞的耐用、低成本、基于弹道凝胶的超声模型的生产，以及用于任何超声引导神经阻滞手术的模型的生产方法。

利用计算机辅助设计（CAD）软件设计了4个模型，复制了正中神经阻滞、股神经、腹股沟上筋膜平面和前锯肌平面神经阻滞的解剖结构，包括相关的标志和组织平面。所需组织平面的塑料模型被3D打印出来，并用于制造硅胶模具。将弹道凝胶熔化并与面粉和染料混合，制成液态回声弹道凝胶，将其倒入硅胶模具中。通过使用金属棒在弹道凝胶中创建负空间来模拟血管。使用浸没在超声波凝胶中的纱线模拟神经。模拟骨骼是使用 CAD 和 3D 打印设计的。

Ballistic Gel 是一种多功能、耐用的介质，可用于模拟各种组织，并且可以熔化和模塑成任何形状。在超声波下，这些模型提供了真实的组织平面，代表了皮肤、肌肉和筋膜不同层之间的边界。肌肉组织层、神经、血管和骨骼的回声是真实的，骨骼具有明显的后部阴影，就像在人类受试者中观察到的那样。这些模型的第一个模型每个模型的成本为 200 美元，每个后续模型的成本为 60 美元。这些模型需要一些技术技能来设计，但它们的制造成本仅为商业模型的 4%。

引言

超声模型 - 活体人体组织的替代品 - 为学习者提供了练习医疗程序的机会，包括超声引导的区域麻醉 （UGRA），而不会给患者带来不必要的风险¹.虽然最常见的是通过液态硅橡胶的注塑成型制造，但定制的模型可以使用多功能材料以较低的成本自制。豆腐、猪肉和牛肉等有机组织价格便宜，但很快就会变质，制作起来很有挑战性².人体尸体组织是了解剖学准确性的理想选择，但获取和保存起来既困难又昂贵¹.最近，虚拟现实已被用于提供UGRA培训;然而，触觉反馈是程序学习的关键组成部分，很少实施。即使软硬件混合模型提供高视觉保真度和触觉反馈，执行此类培训所需的硬件和软件也往往成本过高³.基于明胶的模型在成本、寿命和保真度之间取得平衡².

弹道明胶模型在商业上是可用的，但对于在医疗模拟中心被高度利用的易腐资源来说，价格昂贵。小巧、简单、基于凝胶的超声模型，具有均匀的实质和两个或三个模拟血管，零售价为数百美元。例如，CAE Blue Phantom 基础超声训练模块的费用超过 800 美元⁴.特定于单个神经阻滞手术的高保真度模型需要花费数千美元。CAE Blue Phantom 股骨区域麻醉超声训练模型的费用为 5,000 美....

研究方案

在这个项目中，作者 JR 和 PS 自愿担任超声检查对象，并获得了双方的口头同意。对于那些遵循本协议的人，在使用患者或人类志愿者作为研究对象之前，请获得伦理委员会或机构审查委员会 （IRB） 的批准。

1.幻影设计和硅胶模具制作

1. 创建参考超声图像
   1. 对于每个超声模型，请让具有超声亚专业并熟悉所需模型模拟的神经阻滞程序的医生从志愿者人类受试者创建参考超声图像（图 1）。确保该超声图像的视图垂直于将麻醉剂注射到的适用神经或组织平面。
2. 组织层模型的设计和 3D 打印
   1. 绘制每个模型的横截面设计 （图2），并利用计算机辅助设计 （CAD） 设计所需组织层的塑料模型和用于模型整体形状的外部容器 （图3A, 补充文件 1、补充文件 2、补充文件 3和 补充文件 4).
      注意：从设计的角度来看，筋膜平面块可以被认为是一系列紧密配合的棱镜，这些棱镜封闭在一个具有 5 毫米壁的空心矩形棱柱内。小于 5 毫米的墙壁太脆弱，无法可靠生产。这个矩形棱柱体用作模型的最外层，其他组织层被组装和放置到其中。正中神经模型（显示在

讨论

这些定制的基于弹道凝胶的模型为受训者提供中等保真度的正中、股骨、腹股沟上筋膜平面和锯肌前平面神经阻滞训练，而成本仅为市售神经阻滞模型的一小部分（表 1）。我们的第一台正中神经阻滞和股神经阻滞训练器是内部制造的，价格分别是最便宜的市售正中神经阻滞和股神经阻滞训练器价格的 12% 和 9%。可用的股神经阻滞模型都无法像我们的模型那样模拟髂筋膜阻滞的腹股沟?.......

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
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