Ein Trainings- und Testsystem zur Durchführung der Gefäßrekonstruktion in vitro

Zusammenfassung

Hier stellen wir ihnen ein Trainings- und Testsystem vor, bei dem ein Auszubildender die manuelle Gefäßrekonstruktion in vitro individuell mit einer magnetischen Verankerungstechnik durchführen kann. Das System kann auch verwendet werden, um die Qualität der Rekonstruktion zu testen.

Zusammenfassung

Manuelle Gefäßrekonstruktionstraining ist für einen Anfänger-Chirurgen unerlässlich. Ein optimales Trainingssystem für die Gefäßrekonstruktion in vitro muss jedoch noch entwickelt werden. In dieser Studie führen wir ein In-vitro-Trainings- und Testsystem mit einer magnetischen Verankerungstechnik ein, mit der ein Auszubildender die manuelle Gefäßrekonstruktion individuell üben kann. Darüber hinaus kann dieses System auch verwendet werden, um die Qualität der Rekonstruktion zu testen. Das beschriebene System umfasst eine Vaskuläre Rekonstruktionstrainingsmaschine, magnetische Traktoren und einen magnetischen Nahtzieher. In diesem Manuskript beschreiben wir eine durchgängige Venenanastomose mit Schweinen rechts und links iliac venen. Um die potenziellen Schäden zu identifizieren, die durch einen magnetischen Nahtzieher an der Naht verursacht werden, haben wir drei Gruppen mit jeweils sechs Segmenten von 4-0 Polypropylen-Nähten erstellt: eine Kontrollgruppe ohne Eingriff in die Polypropylen-Nähte, eine Gruppe, in der die Polypropylen-Nähte wird manuell mit sterilen Handschuhen 20x gezogen, und einer magnetischen Abziehergruppe, in der der Magnetische Puller zog die Polypropylen-Nähte 20x. Diese Gruppen wurden durch Lichtmikroskopie und Bruchfestigkeitstests getestet, und die Wirkung der Rekonstruktion wurde bewertet. Beim Lichtmikroskopietest war die Wahrscheinlichkeit, dass die Kontrollgruppe beschädigt wurde, geringer (p < 0,05) und die Anzahl der beschädigten Punkte der manuellen Gruppe und der magnetischen Abziehergruppe war ähnlich (p > 0,05). Die Ergebnisse des Bruchfestigkeitstests wurden gruppenübergreifend verglichen, und es wurden keine signifikanten Unterschiede beobachtet (p > 0,05). Die End-to-End-Anastomose der Poren-Ilias-Venen wurde mit diesem Trainingssystem erfolgreich durchgeführt, und die rekonstruierten Venen konnten 2,0 kPa-Perfusionsdruck durchlaufen. Mit diesem Trainings- und Prüfsystem kann der Auszubildende die manuelle Gefäßrekonstruktion in vitro einzeln mit Hilfe von Magnettraktoren und einem magnetischen Nahtzieher üben und die Qualität der Rekonstruktion testen.

Einleitung

Die Gefäßrekonstruktion ist eine Grundfertigkeit, die für Chirurgen erforderlich ist. Obwohl Obora¹ und Holt² mehrere mechanische Rekonstruktionsmethoden erfunden haben, um die Rekonstruktion kleiner Gefäße (Durchmesser <10 mm) zu vereinfachen, werden diese Methoden bei makrovaskulärer Anastomose nicht häufig angewendet. Manuelle vaskuläre Anastomose wird immer noch in vielen Operationen durchgeführt, einschließlich Gefäßchirurgie³, Notfallchirurgie⁴und solide Organtransplantation⁵. Daher ist es für Chirurgen wichtig, manuelle vaskuläre Anastomose zu praktizieren. Ein optimales Trainingssystem für die Gefäßrekonstruktion in vitro ist jedoch ungewöhnlich, und unerfahrene Chirurgen müssen sich in vivo an großen Tieren⁶ einer erheblichen Ausbildung unterziehen, bevor sie die Technik beherrschen können. Da ein Versagen während der Erstausbildung unvermeidlich ist, sterben viele Tiere wahrscheinlich an Vaskulären, was das Wohlergehen der Tiere betrifft. Darüber hinaus benötigt der Chirurg während des Verfahrens der durchgängigen Gefäßrekonstruktion, um Fehler in Stichpositionen oder lose Nähte zu vermeiden, mindestens einen Assistenten, um die hintere Gefäßwand freizulegen und die Naht zu ziehen. Daher kann die Gefäßrekonstruktion in der Regel nicht vom Chirurgen einzeln durchgeführt werden, und die Wirksamkeit der Vorbereitung wird in der Regel durch die Befähigung des Assistenten begrenzt.

Magnetische Verankerung Chirurgie ist ein Thema von Interesse in den letzten Jahren^7,8,9,10,11. Die klinische Studie von Rivas et al.⁷ zeigte, dass Chirurgen mit seinem magnetischen chirurgischen Instrument und nach dem Prinzip der magnetischen Verankerung eine reduzierte laparoskopische Cholezystektomie durchführen können. Der Einsatz dieses Instruments ermöglicht auch eine reduzierte Rolle für den Assistenten bei offenen Operationen. Durch das Magnetfeld wird das magnetische Gerät auf einen Verankerungspunkt adsorbiert. Diese magnetische Verankerungsvorrichtung kann als mechanischer Arm fungieren, das Gewebe oder Organ greifen und zurückziehen, das Operationsfeld freilegen und die Bedienung vereinfachen. Basierend auf dieser Logik erfanden wir magnetische Traktoren, um die Gefäßwand und Naht zurückzuziehen, und einen magnetischen Nahtzieher, um die Polypropylen-Nähte zu ziehen.

Der Einsatz einer Gefäßrekonstruktionstrainingsmaschine war ein weiterer Meilenstein in dieser Studie. Es besteht aus einer Bedienboden und einem Bedienfeld: die Gefäße sind auf dem Operationsboden befestigt, und der Auszubildende kann darauf üben. Nach einer Anastomose kann der Auszubildende die Perfusionsparameter auf dem Bedienfeld einstellen, um die Qualität der Anastomose zu testen. Im Vergleich zu früheren vaskulären Anastomose-Trainingssystemen^6,12,13,14bietet der Einsatz dieses Systems zwei Hauptvorteile: Erstens können magnetische Geräte verwendet werden, um das chirurgische Feld freizulegen, damit die Auszubildenden individuell daran üben können. Zweitens kann der Auszubildende die Wirkung von Anastomose mit einem Perfusionstest überprüfen.

In der vorliegenden Studie führen wir ein Trainings- und Prüfsystem ein, bei dem der Auszubildende die manuelle Gefäßrekonstruktion in vitro einzeln mit einer magnetischen Verankerungstechnik durchführen und auch die Qualität der Rekonstruktion testen kann. Begrenzt durch das Design und die Größe des Wassereinlasses und des Wasserauslasses auf dem Betriebsboden kann das Trainingssystem nur eine End-to-End-Rekonstruktion auf Schiffen mit einem Durchmesser von >5 mm durchführen.

Protokoll

Das Protokoll wurde in Übereinstimmung mit den Richtlinien für die Pflege und Verwendung von Labortieren durchgeführt und vom Ausschuss für Ethik von Tierversuchen der Xi'an Jiaotong Universität, Xi'an, Provinz Shaanxi, China, genehmigt.

1. Vorbereitung vor dem Training

HINWEIS: Die Gefäßrekonstruktionstrainingsmaschine ist in Abbildung 1dargestellt. Es besteht aus einem Bedienfeld und einer Bedienboden.

1. Klicken Sie auf die Schaltfläche Reinigen auf dem Bedienfeld, um die Restflüssigkeit aus dem Betriebsboden zu reinigen und abzuleiten.
2. Klicken Sie auf der Bedientaste "Flüssigkeit hinzufügen" auf dem Bedienfeld und fügen Sie 0,9 % Saline vom Bedienboden aus in die Maschine ein, bis die Eingabeaufforderung"Die Prüfflüssigkeit ist ausreichend" auf dem Bedienfeld erscheint.
3. Bereiten Sie den Magnettraktor, der aus einem kreisförmigen Permanentmagneten mit einem Durchmesser von 20 mm und einer Dicke von 1 mm besteht, einem Acrylnitril Butadien-Styrol (ABS)-Kunststoffgehäuse, einer Spiralfeder, einem 30 cm Nylon-Traktionsdraht und einer Edelstahlklemme mit Kunststoff Hülsen oder einer Gefäßklemme.
   1. Kleben Sie den kreisförmigen Magneten und das Kunststoffgehäuse mit einem Acrylatkleber zusammen. Die Zugkraft erhöht sich mit der Verlängerung des Zugdrahtes. Verwenden Sie eine universelle Prüfmaschine, um die Verbindung zwischen der Länge des Zugdrahtes und der Zugkraft zu testen (Abbildung 2).
   2. Befestigen Sie die Klemme und das Kunststoffgehäuse am oberen und unteren Halter der Universalprüfmaschine. Nach und nach den oberen Halter erhöhen, um den Traktionsdraht zwischen den beiden Haltern zu dehnen. Testen Sie die Festigkeit des Zugdrahtes, während er gedehnt wird.
      HINWEIS: Der magnetische Nahttraktor und der magnetische Gefäßtraktor sind in Abbildung 3dargestellt.
4. Bereiten Sie einen magnetischen Nahtabzieher vor.
   1. Verwenden Sie eine quasi-ovale Polymilchsäureplatte mit einer Dicke von 2 mm, einem Hauptachsendurchmesser von 10 cm, einem kleinen Achsdurchmesser von 2 cm, drei Magnetkugeln mit einem Durchmesser von 5 mm und drei Magnetzylindern mit einem Durchmesser von 5 mm und einer Höhe von 5 mm.
   2. Stanzen Sie drei Löcher mit einem Durchmesser von 3 mm und einer Tiefe von 0,5 mm auf dem Polymilchsäurebrett, so dass sich die Magnetkugeln durch magnetische Anziehungskraft von den Magnetzylindern unter der Platine an das Brett klammern können.
      HINWEIS: Der magnetische Nahtabzieher ist in Abbildung 4dargestellt.
5. Fixieren Sie die Naht unter der Magnetkugel nach einem Stich. Dies spielt die Rolle eines Nahtziehers, der verhindert, dass sich die vorherige Naht löst. Das Ende mit der Nahtnadel mit einer Kraft von etwa 0,3 N, eng parallel zur Polymilchsäureplatte, extrahieren und den nächsten Stich fortsetzen.
6. Ligate alle Venenzweige mit 3-0 Seidennähten, um Leckagen nach Anastomose zu vermeiden. Verwenden Sie Gewebeschere, um die Enden der Venen zu trimmen und das überschüssige Gewebe an der Wand der Venen zu löschen, um die Venen glatt zu machen.
   HINWEIS: Die in dieser Studie verwendete Vaskulatur umfasste die rechte und linke Iliasvene (Durchmesser 10 mm), die von Bama-Schweinen mit einem Gewicht von 50–60 kg geerntet wurde. Um die Rekonstruktion zu vereinfachen, wurden nur wenige Zweige der Iliasader entnommen, und die beiden Venen waren ähnlich groß. Die Gefäße wurden bei -20 °C gehalten. Vor dem Training wurde es bei Raumtemperatur in 0,9% Saline getaucht.

2. Befestigen Sie die Venen auf dem Bedienboden

1. Binden Sie die beiden Venen an den Wassereinlass und den Wasseraustritt des Trainingsgeräts mit 2-0 Seidennähten.
   HINWEIS: Diese Studie verwendet die zweipunktige vaskuläre Anastomose⁵.
2. Stellen Sie die Länge des Wasserauslasses der Trainingsmaschine ein und stellen Sie sicher, dass die Enden der beiden Venen in paralleler Richtung spannungsfrei sind.
3. Richten Sie die Venen und legen Sie zwei 4-0 Polypropylen Traktion Nähte bei der 6-Uhr und 12 Uhr Positionen.
4. Setzen Sie die Nadel der Traktionsnähte von der Außenseite der Vene ein und setzen Sie sie dann von der Innenseite der anderen Vene ein.
5. Befeuchten Sie den chirurgischen Handschuh und die Nähte, um eine Beschädigung der Nähte zu vermeiden. Ziehen Sie mindestens fünf Knoten vorsichtig, um zu vermeiden, dass die Wände der Venen reißen.
6. Verwenden Sie die beiden Edelstahlklemmen des magnetischen Nahttraktors, um die Traktionsnähte zu erfassen und die kreisförmigen Magnete der magnetischen Nahttraktoren auf den ferromagnetischen Edelstahl-Betriebsboden zu locken. Passen Sie die Position der magnetischen Anziehung an und stellen Sie sicher, dass die Enden der beiden Venen in vertikaler Richtung gestreckt sind.
7. Verwenden Sie die beiden Gefäßklemmen des magnetischen Gefäßtraktors, um die vordere Wand der Venen zu klemmen und die kreisförmigen Magnete der magnetischen Gefäßtraktoren auf dem Betriebsboden anzulocken. Passen Sie die Position der Anziehung und stellen Sie sicher, dass die vorderen Wände der Venen zurückgezogen werden, und die hinteren Wände der Venen sind deutlich frei gelegt.

3. Anastomose von hinteren Wänden

1. Verwenden Sie die beiden Edelstahlklemmen des magnetischen Nahttraktors, um die Traktionsnähte zu erfassen und die kreisförmigen Magnete der magnetischen Nahttraktoren auf dem ferromagnetischen Edelstahl-Betriebsboden anzuziehen. Lassen Sie das Schwanzsegment der Polypropylen-Nähte an der 12-Uhr-Position für die Traktionsnaht und verwenden Sie das Segment mit der Nadel für kontinuierliche Naht.
2. Stellen Sie den Intima-zu-Intima-Kontakt zwischen den beiden Venen sicher.
3. Legen Sie die erste Naht von der Außenseite der Vene nach innen ein.
4. In nachfolgenden Nähten, legen Sie die Nadel von der Innenseite der Vene und dann von der Außenseite der anderen Vene einfügen.
5. Überprüfen Sie, ob die Nähte nicht locker sind.
6. Achten Sie nach einer Naht darauf, dass die Polypropylen-Naht am magnetischen Nahtabzieher aufgehängt wird, und ziehen Sie das Polypropylen sanft, bis die Magnetkugel das Polypropylen drückt.
7. Extrahieren Sie das Ende mit der Nadel der Naht mit einer Kraft von etwa 0,3 N, eng parallel zur Polymilchsäureplatte, und setzen Sie den nächsten Stich fort.
   HINWEIS: Bei Verwendung dieser Technik ist der Schwanz der Polypropylen-Nähte ausreichend dicht. Wenn die Nähte weitergehen, wird die Polypropylen-Nähte kürzer. Wählen Sie je nach Länge der Naht die am besten geeignete der drei Magnetkugeln aus, und drücken Sie dann manuell die Naht unter sie.
8. Legen Sie die letzte Naht von der Innenseite der Vene nach außen, um einen Intima-zu-Intima-Kontakt zwischen den beiden Venen zu gewährleisten.
9. Vermeiden Sie Stenose nach Anastomose mit zwei Mitteln: Halten Sie den gleichen, richtigen Rand und Nadelabstand beim Nähen, und halten Sie den "Wachstumsfaktor"¹⁵ beim Knoten.
   HINWEIS: Der "Wachstumsfaktor" ist der reservierte Raum weg von der Gefäßwand, wenn der erste Knoten nach der Anastomose gebunden wird, so dass Gefäße flexibel bleiben können, anstatt Stenose.
   1. Halten Sie den gleichen Nahtrand und Nadelabstand.
      HINWEIS: In dieser Studie wurden Iliasvenen mit einem Durchmesser von ca. 10 mm verwendet, so dass der Nahtrand und der Nadelabstand etwa 1 mm betrugen.
   2. Behalten Sie den "Wachstumsfaktor"¹⁵ bei der Bindung der Knoten. Nach der Anastomose der hinteren Wände das Ende der Naht und das Schwanzsegment der Naht an der 6-Uhr-Position an der Venenwand weg binden, um Nahtstenose zu verhindern. Verwenden Sie die Standardmethode zum Binden von Knoten.

4. Anastomose von vorderen Wänden

1. Nach der Anastomose der hinteren Wände entfernen Sie den magnetischen Gefäßtraktor, lassen Sie den Schwanz als Traktionsnaht und verwenden Sie das Segment mit der Nadel bei der 6-Uhr-Position für die Anastomose der vorderen Wände.
2. Setzen Sie die Nadel von der Außenseite der Vene und dann von der Innenseite der anderen Vene einfügen.
   ANMERKUNG: Die Methoden, die bei der Anastomose der hinteren Wände verwendet werden, um den Intima-zu-Intima-Kontakt zwischen den beiden Venen zu gewährleisten (die Naht ist nicht locker und vermeidet Stenose nach Anastomose) wurden in der Anastomose der vorderen^{Wände 5 ,15}.
3. Nach einer Anastomose der vorderen Wände zwei Traktionsnähte mit einer Nahtschere abschneiden.

5. Testen Sie die Wirkung der Anastomose

1. Legen Sie die Testparameter fest.
   1. Stellen Sie den Perfusionsdruck auf dem Bedienfeld auf 2,0 kPa ein.
      HINWEIS: Der normale Venendruck darf 2,0 kPa nicht überschreiten.
   2. Stellen Sie die Dauer des Spitzendrucks auf dem Bedienfeld auf 5 s fest.
   3. Stellen Sie die Temperatur auf dem Bedienfeld auf 25 °C ein.
   4. Stellen Sie die Druckabweichung auf dem Bedienfeld auf 0,1 kPa ein.
2. Klicken Sie auf die Schaltfläche Testen und beobachten Sie die Zeit und den Druck auf dem Bedienfeld und ob die rekonstruierte Vene austritt.
   HINWEIS: Wenn die Vene während des Spitzendrucks nicht austritt, ist die Anastomose erfolgreich. Wenn Lecks gefunden werden, sollte die Leckageposition lokalisiert und vernäst werden, und dann sollte der Test erneut durchgeführt werden. Die Ergebnisse des Tests in diesem Video sind in Abbildung 5dargestellt.

6. Überprüfung der Sicherheit des magnetischen Nahtabziehers

HINWEIS: Um zu testen, ob der magnetische Nahtzieher die Polypropylen-Naht beschädigt hat, führen Sie die Bruchfestigkeits- und Lichtmikroskopietests durch. In diesem Experiment wurden drei Gruppen mit jeweils sechs Segmenten von 4-0 Polypropylen-Nähten getestet: eine Kontrollgruppe ohne Eingriff in die Polypropylen-Nähte, eine manuelle Gruppe, in der die Polypropylen-Naht manuell mit sterilen Handschuhen 20x gezogen wurde, und magnetische Puller-Gruppe, in der der Magnetische Puller zog die Polypropylen-Nähte 20x.

1. Testen Sie die Bruchfestigkeit der Polypropylen-Nähte an der universellen Prüfmaschine. Befestigen Sie die beiden Enden der Polypropylen-Nähte am oberen und unteren Halter der Universalprüfmaschine. Nach und nach den oberen Halter erheben. Testen Sie die Festigkeit der Polypropylen-Nähte, während sie gedehnt wird. Stellen Sie die Bruchfestigkeit als Zugkraft ein, wenn die Naht schnappt. Vergleichen Sie die Bruchfestigkeit zwischen den drei Gruppen, und führen Sie paarweise Vergleiche durch.
2. Beobachten Sie die Beschädigung der Polypropylen-Nähte unter einem Lichtmikroskop. Definieren Sie die Anzahl der Schadenspunkte als die Anzahl der faserigen oder groben Bruchpunkte, die bei 200-facher Vergrößerung sichtbar sind. Vergleichen Sie die Anzahl der Schadenspunkte zwischen den drei Gruppen, und führen Sie paarweise Vergleiche durch.

Ergebnisse

Die Vaskuläre Rekonstruktionstrainingsmaschine ist in Abbildung 1 dargestellt und umfasst zwei Hauptteile: den Bedienboden und das Bedienfeld. Der Betriebsboden besteht aus einem Wassereinlass, einem Wasserauslauf und einem Wasserspeicherbecken. Die beiden Enden der Vaskulatur sind an den Wassereinlass und den Wasseraustritt gebunden, um die Wirkung der Anastomose zu testen. Die Länge des Wasseraustritts ist einstellbar, und wir stellen die Parameter (z.B. Durchpressdruck, Dauer des Spitze...

Diskussion

Mit Hilfe von Magnettraktoren und einem magnetischen Nahtzieher kann ein Auszubildender die Venenanastomose individuell und präzise abschließen. Magnetische Traktoren ziehen das Gewebe, das das Anastomosefeld blockiert und bieten die geeignete Festigkeit für die Dehnung der Venen in vertikaler Richtung, wodurch eine klare Exposition für Venenanastomose erreicht wird. Bei der traditionellen manuellen Anastomose ist mindestens ein Assistent für die chirurgische Exposition erforderlich. Der Einsatz von Magnettraktoren ...

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
Circular permanent magnet	Hangzhou Permanent Magnet Group Co.LTD	20*1mm	Magnetic tractor
Magnetic balls	Hangzhou Permanent Magnet Group Co.LTD	5mm	Magnetic suture puller
Magnetic cylinders	Hangzhou Permanent Magnet Group Co.LTD	5*5mm	Magnetic suture puller
Polypropylene suture	Johnson and Johnson	PROLENE 4-0	Used for anastomosis
Silk suture	SILK	2-0?3-0	Used for fixing vascular and ligation
Surgical insturments	Jinzhong Shanghai	JZ-2018	Suture scissors, tissue scissors? forceps, needle and needle holder
Universal testing machine	Zwick GmbH&Co	Z010	Used for testing the association between the length of traction wire and the traction force