Vakuumversiegeltes Heißwasserbad-Eintauchen zur Herstellung von anatomischen und chirurgischen Kadaverknochenmodellen

Zusammenfassung

Das vorliegende Protokoll beschreibt die Mazeration und Reinigung von Leichenknochen mit einer vakuumversiegelten Heißwasserbad-Tauchtechnik. Dies ist eine kostengünstige, sichere und effektive Methode zur Herstellung anatomischer Proben für die chirurgische Planung und medizinische Ausbildung als Alternative zu dreidimensionalen (3D) gedruckten Modellen.

Zusammenfassung

Knochenmodelle dienen vielen Zwecken, einschließlich der Verbesserung des anatomischen Verständnisses, der präoperativen chirurgischen Planung und der intraoperativen Referenzierung. Es wurden verschiedene Techniken zur Mazeration von Weichteilen beschrieben, hauptsächlich für die forensische Analyse. Für die klinische Forschung und den medizinischen Einsatz wurden diese Methoden durch dreidimensionale (3D) gedruckte Modelle ersetzt, die umfangreiche Ausrüstung und Fachwissen erfordern und kostspielig sind. Hier wurde der Wirbelknochen von Leichenschafen gereinigt, indem die Probe mit handelsüblichem Geschirrspülmittel vakuumiert, in ein heißes Wasserbad getaucht und anschließend das Weichgewebe manuell entfernt wurde. Dadurch wurden die Nachteile der bisher bestehenden Mazerationsmethoden beseitigt, wie z. B. das Vorhandensein von üblen Gerüchen, die Verwendung gefährlicher Chemikalien, umfangreiche Geräte und hohe Kosten. Die beschriebene Technik erzeugte saubere, trockene Proben unter Beibehaltung anatomischer Details und Strukturen, um die knöchernen Strukturen genau zu modellieren, die für die präoperative Planung und intraoperative Referenzierung nützlich sein können. Die Methode ist einfach, kostengünstig und effektiv für die Vorbereitung von Knochenmodellen für die Ausbildung und chirurgische Planung in der Veterinär- und Humanmedizin.

Einleitung

Das Entfernen von Weichgewebe und das Reinigen von Knochen sind für die Forensik, die medizinische und biologische Forschung sowie die veterinärmedizinische und medizinische Ausbildung erforderlich. Die meisten Techniken wurden für forensische Zwecke entwickelt, um Schäden am Knochen zu minimieren, um so viele Details wie möglich zu erhalten. Dies kann ein genaues, greifbares Knochenmodell für die präoperative chirurgische Planung sowie für die intraoperative Entscheidungsfindung liefern, um Komplikationen zu minimieren ^1,2,3. Dies ist in der Chirurgie von Vorteil, da es die Operationszeiten und den Blutverlust verkürzt und die Kommunikation zwischen den Chirurgen im Vergleich zur Planung mit 2D-Bildern verbessert⁴. Die Verwendung dieser Modelle kann auch die Abhängigkeit von intraoperativer Bildgebung, wie z. B. der Fluoroskopie, verringern, wodurch die Strahlenbelastung des Personals verringert werden kann.

Skelettknochen von Leichen wurde in der Vergangenheit für diese Modelle verwendet; Der technologische Fortschritt hat jedoch die Verwendung von hergestellten Modellen und in jüngerer Zeit dreidimensionalen (3D) gedruckten Modellen vorangetrieben. Knochenmodelle beruhen auf der Verfügbarkeit von Leichenproben und der Effizienz der Verarbeitung dieser Proben zu brauchbaren Modellen. Der 3D-Druck hat den Vorteil der kreativen Freiheit, die anatomische und patientenspezifische Modelle ermöglicht, insbesondere wenn anatomische Anomalien oder Neoplasien vorhanden sind oder wenn die Hardware hergestellt oder erweitert werden muss, um sie an den Patienten anzupassen¹. Diese Proben können auch von Chirurgen während eines Eingriffs sterilisiert und manipuliert werden. Diese Freiheit ist jedoch mit Kosten verbunden, da Computertomographie (CT) erforderlich ist, die erforderlichen Materialien und Geräte teuer sein können und Fachwissen für die Erstellung der Modelle in der erforderlichen Software ^1,4 unerlässlich ist. Darüber hinaus können diese Faktoren die Präzision und Qualität des Modells und damit die chirurgische Planung und den Erfolg einschränken¹. 3D-gedruckte Modelle sind möglicherweise nicht die beste Wahl für Fälle, in denen keine patientenspezifische Anatomie erforderlich ist und das Modell sofort benötigt wird.

Zu den häufig angewandten Methoden zur Entfernung von Weichgewebe aus Leichenknochen gehören die manuelle Reinigung, die bakterielle Mazeration, die chemische Mazeration, das Kochen und die Mazeration von Insekten ^5,6. Der Erfolg dieser Methoden basiert im Allgemeinen auf den Kosten, der Zeit, dem Arbeitsaufwand, der Ausrüstung, der Sicherheit und der Qualität des Endprodukts ^5,7. Die manuelle Reinigung erfordert den meisten Arbeitsaufwand und einen erheblichen Zeitaufwand, erfordert jedoch nur minimale Ausrüstung⁵. Die bakterielle Mazeration besteht darin, die Probe über einen längeren Zeitraum, oft bis zu 3 Wochen, in einem kalten oder warmen Wasserbad zu belassen, damit Bakterien das Gewebe zersetzen^{können 6}. Dies erzeugt unangenehme Gerüche, erfordert zusätzliche Ausrüstung zur Behandlung der Bakterien und stellt eine Biosicherheitsgefahr für den Benutzer^{dar 5,6}. Die Verwendung von Dermestidkäfern ist mit minimalem Arbeitsaufwand sehr effektiv, erfordert jedoch den Erwerb einer Kolonie und die Haltung der Tiere und wird bei seltener Verwendung nicht als wirtschaftliche Investition angesehen ^6,7. Bei der chemischen Mazeration werden in der Regel Enzyme wie Trypsin, Pepsin und Papain oder handelsübliche Reinigungsmittel verwendet, die Substanzen wie Tenside und Enzyme enthalten ^5,8. Obwohl diese Methode schnellere Ergebnisse liefert, können die verwendeten Chemikalien wie Natriumhydroxid, Ammoniak, Bleichmittel und Benzin ein Gesundheits- und Sicherheitsrisiko darstellen und schädliche Gerüche erzeugen, die persönliche Schutzausrüstung (PSA) und einen Abzug^erfordern 5,7,8,9. Schließlich bietet eine erweiterte Erwärmung eine weitere minimal intensive Methode, die jedoch Gerüche erzeugen kann, die belüftet werden^{müssen 10}.

Eine einfache, sichere und kostengünstige Methode zur Herstellung anatomischer Knochenmodelle wäre ein nützliches Werkzeug für Chirurgen, Studenten, Pädagogen und Forscher. Dieser Artikel beschreibt eine neuartige Methode zur Herstellung von Skelettknochenmodellen, die unangenehme Gerüche und schädliche Chemikalien vermeidet und ein detailliertes chirurgisches Modell mit minimalem Geräte- und Arbeitsaufwand erstellt.

Protokoll

Die Lendenwirbelsäulen wurden von 4-jährigen adulten Merino-Mutterschafen (Ovis aries) gemäß den ethischen Richtlinien der Tierpflege- und Ethikkommission der chirurgischen und orthopädischen Forschungslaboratorien geerntet. Nach der institutionell anerkannten Methode der humanen Sterbehilfe wurden die Lendenwirbelsäulen mit einem scharfen Dissektionswerkzeug entnommen, wobei zuerst die Haut und das Unterhautgewebe eingeschnitten wurden, gefolgt von Faszien und Muskulatur vor der Disartikulation an den thorakolumbalen und lumbosakralen Verbindungen. Eine geerntete Probe ist in Abbildung 1A dargestellt.

1. Vorbereitung für das Erstbad

1. Entfernen Sie Weichgewebe (Muskeln, Bindegewebe, Fett usw.) manuell mit einem scharfen Dissektionswerkzeug (Skalpellklinge Nummer 22) aus der Knochenprobe, bevor Sie sie weiterverarbeiten.
   HINWEIS: Dieser Schritt ist optional. Wenn Sie jedoch so viel Weichgewebe wie möglich entfernen, verkürzt sich die Zeit, die das Wasserbad benötigt, um das Gewebe zu mazerieren. Die Probengröße (~20 cm x 10 cm x 8 cm) wird ebenfalls reduziert; Daher können mehr Proben in das Bad eingepasst werden.
2. Verschließen Sie die Probe in einem hitzebeständigen, verschließbaren Plastikbeutel, nachdem Sie die Luft entfernt haben. Es wird empfohlen, einen Vakuumbeutel mit einem handelsüblichen Vakuumiergerät zu verwenden (siehe Materialtabelle).
   HINWEIS: Für das anfängliche 24-Stunden-Bad sind keine Zusätze erforderlich. Wenn ein signifikanter Muskel vorhanden ist, der alle Oberflächen des Knochens bedeckt, und wenn bereits minimales Weichgewebe vorhanden ist und die meisten Knochenoberflächen der Probe freigelegt sind, fahren Sie mit Schritt 3.2 fort (Abbildung 1B).

2. Verfahren für das Erstbad

1. Tauchen Sie die versiegelte Probe 24 h lang vollständig in ein 70 °C warmes Wasserbad.
2. Nehmen Sie den Beutel nach 24 Stunden aus dem Bad, öffnen Sie den Beutel und lassen Sie die Probe abkühlen, bis sie handhabbar ist.

3. Vorbereitung für nachfolgende Bäder

1. Entfernen Sie so viel Weichgewebe wie möglich mit einem scharfen Skalpell und fließendem Wasser nach Bedarf.
2. Disartikulieren Sie alle Gelenke mit einem scharfen Skalpell, um das Knorpelgewebe freizulegen.
   1. Halten Sie die disartikulierten Teile an Ort und Stelle mit Material wie orthopädischem Draht oder Kabelbindern (siehe Materialtabelle), um die anatomische Position beizubehalten.
3. Verschließen Sie die Probe in einem Vakuumbeutel zusammen mit 10 ml Geschirrspülmittel (siehe Materialtabelle) und 10 ml Leitungswasser.
   HINWEIS: Die Menge des Detergens hängt von der Stärke, Konzentration und Größe der Probe ab.

4. Verfahren für nachfolgende Bäder

1. Tauchen Sie die versiegelte Probe 24 h lang vollständig in ein 70 °C warmes Wasserbad.
2. Nehmen Sie den Beutel nach 24 Stunden aus dem Bad, öffnen Sie den Beutel und lassen Sie die Probe abkühlen, bis sie handhabbar ist.
   1. Vermeiden Sie es, die Probe vollständig abkühlen zu lassen, da dadurch der erweichte Knorpel aushärtet und am Knochen haftet, was die Entfernung erschwert.
      HINWEIS: Die für die Probenverarbeitung erforderliche Zeit kann je nach Größe und Typ variieren, und eine wiederholte Entfernung nachfolgender Bäder kann unnötig sein. Darüber hinaus kann die Probe über einen längeren Zeitraum im Bad verbleiben, was bei der zwischenzeitlichen Entfernung von Geweben hilfreich sein kann.
3. Entfernen Sie so viel Weichgewebe wie möglich mit einem scharfen Dissektionswerkzeug (Skalpellklinge Nummer 22 an einem speziellen Skalpellgriff) und fließendem Wasser.
4. Wiederholen Sie Schritt 4 nach Bedarf, bis der Knochen frei von Weichteilmaterial ist. Unserer Erfahrung nach musste dies nur einmal wiederholt werden.

5. Abschluss des Verfahrens

1. Waschen Sie die Probe mit Flüssigwaschmittel und spülen Sie sie gründlich mit Wasser ab.
   HINWEIS: Alkohol kann verwendet werden, um das Trocknen zu beschleunigen.
2. Lassen Sie die Probe ca. 48 h trocknen.

Ergebnisse

Nach diesem Protokoll wurden saubere und trockene Modelle der Lendenwirbelsäule von Schafen für die chirurgische Planung und Referenz erstellt. Proben, die aus sieben Lendenwirbeln bestanden, wurden innerhalb von 4 Tagen mit dieser Methode verarbeitet, mit einem ersten Bad, um den Großteil des Muskels zu entfernen, und drei nachfolgenden Bädern. Der Abschluss der Bäder wurde durch die Leichtigkeit angezeigt, mit der Knorpel und Bindegewebe aus dem Knochen entfernt wurden. Dies variierte je nach Art und Lage des Knor...

Diskussion

Dieser technische Hinweis zielt darauf ab, eine einfache, sichere und kostengünstige Methode zur Herstellung eines anatomischen Knochenmodells für die veterinärmedizinische und medizinische Ausbildung sowie für die Verwendung in der anatomischen Ausbildung und chirurgischen Planung zu beschreiben.

Pilotversuche ergaben, dass eine Badtemperatur von 70 °C die schnellste Verarbeitungszeit bietet, ohne die Proben zu beschädigen. Höhere Temperaturen verursachten einen starken Abbau von Koll...

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
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