Un sistema di formazione e test per l'esecuzione della ricostruzione vascolare in vitro

Riepilogo

Qui presentiamo un sistema di formazione e test in cui un tirocinante può completare la ricostruzione vascolare manuale in vitro individualmente utilizzando una tecnica di ancoraggio magnetico. Il sistema può essere utilizzato anche per testare la qualità della ricostruzione.

Abstract

L'allenamento manuale di ricostruzione vascolare è essenziale per un chirurgo principiante. Tuttavia, non è ancora stato sviluppato un sistema di allenamento ottimale per la ricostruzione vascolare in vitro. In questo studio, introduciamo un sistema di formazione e test in vitro utilizzando una tecnica di ancoraggio magnetico con cui un tirocinante può praticare la ricostruzione vascolare manuale individualmente. Inoltre, questo sistema può essere utilizzato anche per testare la qualità della ricostruzione. Il sistema descritto comprende una macchina di addestramento per la ricostruzione vascolare, trattori magnetici e un tiratore di sutura magnetica. In questo manoscritto, sintrichiamo una vena end-to-end anastomosis usando le vene iliache destra e sinistra del porcina. Per identificare i potenziali danni causati da un tirante di sutura magnetica sulla sutura, abbiamo creato tre gruppi con sei segmenti di sutura in polipropilene 4-0 ciascuno: un gruppo di controllo senza intervento sulla sutura in polipropilene, un gruppo in cui la sutura di polipropilene viene tirato manualmente con guanti sterili 20x, e un gruppo di tiratori magnetici in cui l'estrattore magnetico ha tirato la sutura di polipropilene 20x. Questi gruppi sono stati testati mediante microscopia leggera e test di resistenza alla rottura, ed è stato valutato l'effetto della ricostruzione. Nel test di microscopia leggera, il gruppo di controllo era meno probabile che fosse danneggiato (p < 0,05) e il numero di punti danneggiati del gruppo manuale e del gruppo di tiratori magnetici era simile (p > 0,05). I risultati del test di resistenza alla rottura sono stati confrontati tra i gruppi e non è stata osservata alcuna differenza significativa (p > 0,05). L'anastomosis end-to-end delle vene iliache dei suini è stata eseguita con successo utilizzando questo sistema di formazione, e le vene ricostruite potrebbero subire una pressione di perfusione di 2,0 kPa. Utilizzando questo sistema di formazione e test il tirocinante può praticare la ricostruzione vascolare manuale in vitro individualmente con l'aiuto di trattori magnetici e un tiratore di sutura magnetica, e la qualità della ricostruzione può essere testata.

Introduzione

La ricostruzione vascolare è un'abilità di base necessaria per i chirurghi. Sebbene Obora¹ e Holt² abbiano inventato diversi metodi di ricostruzione meccanica per semplificare la ricostruzione di piccoli vasi (diametri <10 mm), questi metodi non sono comunemente applicati negli anastomosi macrovascolari. L'anastomosi vascolare manuale viene ancora eseguita in molte operazioni, tra cui la chirurgia vascolare³, la chirurgia d'urgenza⁴e il trapianto di organi solidi⁵. Pertanto, è essenziale per i chirurghi praticare l'anastomosi vascolare manuale. Tuttavia, un sistema di allenamento ottimale per la ricostruzione vascolare in vitro è raro e chirurghi inesperti devono sottoporsi a un notevole addestramento in vivo su animali di grandi dimensioni⁶ prima di poter padroneggiare la tecnica. Poiché il fallimento è inevitabile durante l'addestramento iniziale, molti animali rischiano di morire di complicazioni vascolari, che è preoccupante per quanto riguarda il benessere degli animali. Inoltre, durante la procedura di ricostruzione vascolare end-to-end, per evitare errori nelle posizioni dei punti o nelle suture sciolte, il chirurgo ha bisogno di almeno un assistente per esporre la parete vascolare posteriore e tirare la sutura. Pertanto, la ricostruzione vascolare di solito non può essere eseguita dal chirurgo individualmente e l'efficienza della preparazione è di solito limitata dalla competenza dell'assistente.

Chirurgia di ancoraggio magnetico è diventato un argomento di interesse negli ultimi anni^7,8,9,10,11. Lo studio clinico di Rivas et al.⁷ ha dimostrato che con il suo strumento magnetico chirurgico e seguendo il principio dell'ancoraggio magnetico, i chirurghi possono eseguire la colecistectomia laparoscopica a porta ridotta. L'uso di questo strumento consente anche un ruolo ridotto per l'assistente durante l'intervento chirurgico aperto. Attraverso il campo magnetico, il dispositivo magnetico viene assorbito su un punto di ancoraggio. Questo dispositivo di ancoraggio magnetico può agire come un braccio meccanico, afferrando e ritraendo il tessuto o l'organo, esponendo il campo chirurgico e semplificando l'operazione. Sulla base di questa logica, abbiamo inventato trattori magnetici per ritrarre la parete vascolare e la sutura, e un tiratore di sutura magnetica per tirare le suture di polipropilene.

L'uso di una macchina per l'addestramento alla ricostruzione vascolare è stata un'altra pietra miliare in questo studio. È costituito da un piano operativo e da un pannello di controllo: la vascolatura è fissata sul piano operativo e il tirocinante può esercitarsi su di esso. Dopo l'anastomosi, il tirocinante può impostare i parametri di perfusione sul pannello di controllo al fine di testare la qualità dell'anastomosi. Rispetto ai precedenti sistemi di allenamento vascolare^dianastomosi 6^,12,13,14, l'uso di questo sistema fornisce due vantaggi principali: In primo luogo, i dispositivi magnetici possono essere utilizzati per esporre il campo chirurgico, in modo che i tirocinanti possano esercitarsi individualmente su di esso. In secondo luogo, il tirocinante può verificare l'effetto dell'anastomosi utilizzando un test di perfusione.

Nel presente studio, introduciamo un sistema di formazione e test in cui il tirocinante può completare la ricostruzione vascolare manuale in vitro individualmente utilizzando una tecnica di ancoraggio magnetico e la qualità della ricostruzione può anche essere testata. Limitato dalla progettazione e dalle dimensioni dell'uscita dell'acqua e della presa d'acqua sul piano operativo, il sistema di allenamento può eseguire solo la ricostruzione end-to-end su navi con un diametro >5 mm.

Protocollo

Il protocollo è stato effettuato in conformità con le Linee guida per la cura e l'uso degli animali da laboratorio ed è stato approvato dal Comitato per l'etica degli esperimenti sugli animali dell'Università Xi'an Jiaotong, Xi'an, Provincia di Shaanxi, Cina.

1. Preparazione prima della formazione

NOTA: La macchina di addestramento alla ricostruzione vascolare è illustrata nella Figura 1. È costituito da un pannello di controllo e da un piano operativo.

1. Fare clic sul pulsante Pulisci sul pannello di controllo per pulire e svuotare il liquido residuo dal piano operativo.
2. Fare clic sul pulsante Aggiungi liquido sul pannello di controllo e aggiungere 0,9% salina nella macchina dal piano operativo fino a quando il prompt "Il liquido di provaè adeguato" appare sul pannello di controllo.
3. Preparare il trattore magnetico, che consiste in un magnete circolare permanente con un diametro di 20 mm e uno spessore di 1 mm, un involucro di plastica acriccato butadiene (ABS), una molla a spirale, un filo di trazione in nylon di 30 cm e un morsetto in acciaio inossidabile con plastica maniche o un morsetto vascolare.
   1. Incollare il magnete circolare e l'involucro di plastica insieme utilizzando un adesivo acrilatto. La forza di trazione aumenterà con l'allungamento del filo di trazione. Utilizzare una macchina di prova universale per testare l'associazione tra la lunghezza del filo di trazione e la forza di trazione (Figura 2).
   2. Fissare il morsetto e l'involucro di plastica sul supporto superiore e sul supporto inferiore della macchina di prova universale, rispettivamente. Elevare gradualmente il supporto superiore per allungare il filo di trazione tra i due supporti. Testare la forza del filo di trazione mentre è in fase di allungamento.
      NOTA: Il trattore a sutura magnetica e il trattore vascolare magnetico sono illustrati nella figura 3.
4. Preparare un tiratore di sutura magnetica.
   1. Utilizzare una scheda acida polilattica quasi ovale con uno spessore di 2 mm, un diametro dell'asse maggiore di 10 cm, un diametro dell'asse minore di 2 cm, tre sfere magnetiche con un diametro di 5 mm e tre cilindri magnetici con un diametro di 5 mm e un'altezza di 5 mm.
   2. Punch tre fori con un diametro di 3 mm e una profondità di 0,5 mm sulla scheda acida polilattica, in modo che le sfere magnetiche possano aggrapparsi alla tavola con forza di attrazione magnetica dai cilindri magnetici sotto la scheda.
      NOTA: L'ingranaggio di sutura magnetica è mostrato nella Figura 4.
5. Fissare la sutura sotto la palla magnetica dopo un punto. Questo svolge il ruolo di un estrattore di sutura, impedendo alla sutura precedente di allentare. Estrarre l'estremità con l'ago di sutura con una forza di circa 0,3 N, strettamente in parallelo alla scheda dell'acido polilattico, e continuare il punto successivo.
6. Ligate tutti i rami di vena utilizzando suture di seta 3-0 per evitare perdite dopo anastomosi. Utilizzare forbici di tessuto per tagliare le estremità delle vene e cancellare il tessuto in eccesso sulla parete delle vene per rendere le vene lisce.
   NOTA: La vascolatura utilizzata in questo studio includeva le vene iliache destra e sinistra (diametro 10 mm) raccolte dai maiali Bama del peso di 50-60 kg. Per semplificare la ricostruzione, solo pochi rami delle vene iliache sono stati raccolti, e le due vene erano di dimensioni simili. La vascolatura è stata mantenuta a -20 gradi centigradi. Prima dell'allenamento, è stato immerso in 0.9% salina a temperatura ambiente.

2. Fissare le vene sul piano operativo

1. Legare le due vene sull'inserito dell'acqua e la presa d'acqua della macchina di allenamento con suture di seta 2-0.
   NOTA: Questo studio utilizza l'anastomosi vascolare a due punti⁵.
2. Regolare la lunghezza della presa d'acqua della macchina di allenamento e assicurarsi che le estremità delle due vene siano prive di tensione in direzione parallela.
3. Raddrizzare le vene e posare due suture di trazione in polipropilene 4-0 a ore 6 e 12 posizioni.
4. Inserire l'ago delle suture di trazione dall'esterno della vena e quindi inserire dall'interno dell'altra vena.
5. Sorridare il guanto chirurgico e le suture per evitare di danneggiare le suture. Legare delicatamente almeno cinque nodi per evitare di strappare le pareti delle vene.
6. Utilizzare i due morsetti in acciaio inossidabile del trattore di sutura magnetica per afferrare le suture di trazione e attirare i magneti circolari dei trattori di sutura magnetica al pavimento operativo in acciaio inossidabile ferromagnetico. Regolare la posizione dell'attrazione magnetica e assicurarsi che le estremità delle due vene siano allungate in direzione verticale.
7. Utilizzare i due morsetti vascolari del trattore vascolare magnetico per bloccare la parete anteriore delle vene e attirare i magneti circolari dei trattori vascolari magnetici sul piano operativo. Regolare la posizione di attrazione e assicurarsi che le pareti anteriori delle vene sono ritratte, e le pareti posteriori delle vene sono chiaramente esposti.

3. Anastomosi delle pareti posteriori

1. Utilizzare i due morsetti in acciaio inossidabile del trattore di sutura magnetica per afferrare le suture di trazione e attirare i magneti circolari dei trattori di sutura magnetica sul pavimento operativo ferromagnetico in acciaio inossidabile. Lasciare il segmento di coda della sutura in polipropilene nella posizione a ore 12 per la sutura di trazione e utilizzare il segmento con l'ago per la sutura continua.
2. Garantire il contatto intima-intimifica tra le due vene.
3. Inserire la prima sutura dall'esterno della vena verso l'interno.
4. Nelle suture successive, inserire l'ago dall'interno della vena e quindi inserire dall'esterno dell'altra vena.
5. Verificare che le suture non siano allentate.
6. Dopo una sutura, assicurarsi che la sutura in polipropilene sia appesa all'espellente di sutura magnetica e tirare delicatamente il polipropilene fino a quando la palla magnetica preme il polipropilene.
7. Estrarre l'estremità con l'ago della sutura con una forza di circa 0,3 N, strettamente in parallelo alla scheda acida polilattica, e continuare il punto successivo.
   NOTA: Utilizzando questa tecnica, la coda della sutura in polipropilene sarà sufficientemente stretta. Man mano che le suture continuano, la sutura in polipropilene diventerà più corta. A seconda della lunghezza della sutura, selezionare la più adatta delle tre sfere magnetiche, quindi premere manualmente la sutura sotto di essa.
8. Inserire l'ultima sutura dall'interno della vena verso l'esterno per garantire il contatto intima-intima tra le due vene.
9. Evitare la stenosi dopo l'anastomosi con due mezzi: mantenere lo stesso margine e spaziatura dell'ago durante la cucitura, e mantenere il "fattore di crescita"¹⁵ durante la dettatura.
   NOTA: Il "fattore di crescita" è lo spazio riservato lontano dalla parete della nave quando si lega il primo nodo dopo l'anastomosi in modo che le navi possano rimanere flessibili piuttosto che stenose.
   1. Mantenere lo stesso margine di sutura e spaziatura dell'ago.
      NOTA: In questo studio, sono state utilizzate vene iliache con un diametro di circa 10 mm, quindi il margine di sutura e la spaziatura dell'ago erano di circa 1 mm.
   2. Mantenere il "fattore di crescita"¹⁵ quando si legano i nodi. Dopo l'anastomosi delle pareti posteriori, legare l'estremità della sutura e il segmento di coda della sutura alla posizione a ore 6 insieme lontano dalla parete venosa al fine di prevenire la stenosi di sutura. Utilizzare il metodo standard per legare i nodi.

4. Anastomosi delle pareti anteriori

1. Dopo l'anastomosi delle pareti posteriori, rimuovere il trattore vascolare magnetico, lasciare la coda come una sutura di trazione e utilizzare il segmento con l'ago nella posizione a ore 6 per l'anastomosi delle pareti anteriori.
2. Inserire l'ago dall'esterno della vena e quindi inserire dall'interno dell'altra vena.
   NOTA: I metodi utilizzati nell'anastomosi delle pareti posteriori per garantire il contatto intima-intima tra le due vene (la sutura non è allentata ed evitando la stenosi dopo anastomosis) sono stati seguiti nell'anastomosi delle pareti anteriori^{5 ,15}.
3. Dopo l'anastomosi delle pareti anteriori, tagliare due suture di trazione utilizzando forbici di sutura.

5. Verificare l'effetto dell'anastomosi

1. Impostare i parametri di test.
   1. Impostare la pressione di perfusione come 2,0 kPa sul pannello di controllo.
      NOTA: La normale pressione della vena non supererà i 2,0 kPa.
   2. Impostare la durata della pressione di picco come 5 s sul pannello di controllo.
   3. Impostare la temperatura su 25 gradi centigradi sul pannello di controllo.
   4. Impostare la deviazione della pressione su 0,1 kPa sul pannello di controllo.
2. Fare clic sul pulsante Test e osservare il tempo e la pressione sul pannello di controllo e se la vena ricostruita perde.
   NOTA: Se la vena non perde durante la pressione di picco, l'anastomosi ha esito positivo. Se si riscontrano perdite, la posizione della perdita deve essere individuata e suturata, quindi il test deve essere eseguito di nuovo. I risultati del test in questo video sono illustrati nella Figura 5.

6. Controllo della sicurezza dell'ingranaggio della sutura magnetica

NOTA: Per verificare se l'espellere di sutura magnetica ha danneggiato la sutura in polipropilene, eseguire i test di resistenza di rottura e microscopia leggera. In questo esperimento, sono stati testati tre gruppi con sei segmenti di sutura in polipropilene 4-0 in ciascuno: un gruppo di controllo senza intervento sulla sutura polipropilene, un gruppo manuale in cui la sutura in polipropilene è stata tirata manualmente con guanti sterili 20x, e un gruppo di tiratori magnetico in cui l'estrattore magnetico ha tirato la sutura in polipropilene 20x.

1. Testare la resistenza alla rottura della sutura in polipropilene sulla macchina di prova universale. Fissare le due estremità della sutura in polipropilene sul supporto superiore e sul supporto inferiore della macchina di prova universale. Elevare gradualmente il supporto superiore. Testare la forza della sutura di polipropilene mentre viene allungata. Impostare la forza di rottura come forza di tensione quando la sutura scatta. Confrontare la forza di rottura tra i tre gruppi ed eseguire confronti a coppie.
2. Osservare il danno della sutura in polipropilene al microscopio leggero. Definire il numero di punti di danno come il numero di punti di frattura fibrosi o grossolani visibili all'ingrandimento 200x. Confrontare il numero di punti danno tra i tre gruppi ed eseguire confronti a coppie.

Risultati

La macchina per l'addestramento alla ricostruzione vascolare è illustrata nella Figura 1 e comprende due parti principali: il piano operativo e il pannello di controllo. Il piano operativo è costituito da una presa d'acqua, una presa d'acqua e un bacino di stoccaggio dell'acqua. Le due estremità della vascolatura sono legate all'inserito dell'acqua e alla presa d'acqua per testare l'effetto dell'anastomosi. La lunghezza della presa d'acqua è regolabile e abbiamo impostato i parametri (ad...

Discussione

Con l'aiuto di trattori magnetici e un tiratore di sutura magnetica, un tirocinante può completare l'anastomosi vena individualmente e precisamente. I trattori magnetici tirano il tessuto che blocca il campo dell'anastomosi e forniscono una forza adeguata per allungare le vene in direzione verticale, ottenendo così una chiara esposizione per l'anastomosi venosa. Nell'anastomosi manuale tradizionale, è necessario almeno un assistente per l'esposizione chirurgica. L'uso di trattori magnetici potrebbe ottenere l'esposizi...

Materiali

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