Name: creation of a high-fidelity, low-cost, intraosseous line placement task trainer via 3d printing
Uploaded: 2022-08-17T12:40:00
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注意：内布拉斯加大学医学中心机构审查委员会确定我们的研究不构成人类受试者研究。当地的IRB获得了伦理批准和知情同意的放弃。在根据医院去识别化协议进行分析之前，对成像数据进行了完全匿名化。
1. 数据
<ol><li>获取CT扫描，为计划的任务培训师捕获感兴趣的解剖结构。请注意考虑所用3D打印机的工作体积限制以及程序步骤所需的地标。</li>
	<li>如果扫描以医学数字...

<ol>
	<li>Farrow, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reducing+the+risks+of+military+aircrew+training+through+simulation+technology.">Reducing the risks of military aircrew training through simulation technology.</a> Performance and Instruction. 21 (2), 13-18 (1982).</li><li>Lateef, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simulation-based+learning:+Just+like+the+real+thing.">Simulation-based learning: Just like the real thing.</a> Journal of Emergencies, Trauma, Shock. 3 (4), 348-352 (2010).</li><li>Gaba, D. 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J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simulation+based+teamwork+training+for+emergency+department+staff:+Does+it+improve+clinical+team+performance+when+added+to+an+existing+didactic+teamwork+curriculum.">Simulation based teamwork training for emergency department staff: Does it improve clinical team performance when added to an existing didactic teamwork curriculum.</a> Quality and Safety in Health Care. 13 (6), 417-421 (2004).</li><li>Schebesta, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Degrees+of+reality:+Airway+anatomy+of+high-fidelity+human+patient+simulators+and+airway+trainers.">Degrees of reality: Airway anatomy of high-fidelity human patient simulators and airway trainers.</a> Anesthesiology. 116 (6), 1204-1209 (2012).</li><li>Crofts, J. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Training+for+shoulder+dystocia:+A+trial+of+simulation+using+low-fidelity+and+high-fidelity+mannequins.">Training for shoulder dystocia: A trial of simulation using low-fidelity and high-fidelity mannequins.</a> Obstetrics and Gynecology. 108 (6), 1477-1485 (2006).</li><li>Cox, R. 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N., Goossens, R. H., Schoon, E. J., de Ridder, H., Jakimowicz, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Do+basic+psychomotor+skills+transfer+between+different+image-based+procedures.">Do basic psychomotor skills transfer between different image-based procedures.</a> World Journal of Surgery. 34 (5), 933-940 (2010).</li></ol>

在此协议中，我们详细介绍了3D任务训练器的开发过程，以训练IO线放置的不经常执行和救生程序。这种自我引导的协议使用3D打印来生产大部分模型结构，而用于组装任务训练器的其余组件是无处不在的，易于获得的，并且可以回收和重复使用的无毒材料。3D任务训练器成本低廉，创建和组装所需的专业知识最少。我们已经在UNMC麻醉科培训课程中成功使用了我们的3D IO线放置任务培训师，其中包?...

程序技能的患者护理能力是在民用和军用医疗保健1，2 环境中培养受训人员的关键组成部分。程序技能发展对于麻醉学3 和一线医务人员等程序密集型专业尤为重要。任务培训师可用于排练许多程序，其技能水平从一年级医学生或医疗技术人员到高级住院医师或研究员。虽然许多医疗程序需要大量培训才能完成，但这里介绍的任务 - 骨间（IO）线的放置 - 很简单，需要较少的技术技能。IO线的成功放置可以在相对较短的培训后完成。在医疗培训期间使用模拟，包括使用任务培训师，被认为是通过在安全、低压力的环境中重复和排练临床程序来获得技术程序技能的工具，然后最终对患者执行程序2，4，5。
可以理解的是，医学教育环境中的模拟训练已被广泛接受，并且似乎是中流砥柱，尽管缺乏关于对患者结果的任何影响的数据6，7。此外，最近的出版物表明，由于团队动态和决策的改善，仿真可以提高团队绩效和患者结果。尽管如此，几乎没有数据表明模拟可以提高执行关键的、挽救生命的程序的时间或成功率8，9，这表明模拟在医疗保健提供者的教育中是复杂和多方面的。对于无法进行标准静脉通路或无指征的患者，可使用 IO 插管置入快速实现血管通路，需要最少的技能。及时和成功地执行此程序至关重要，特别是在围手术期环境或创伤情况下10，11，12。由于 IO 插管置入在围手术期区域很少进行，并且可能是一种挽救生命的手术，因此在非临床环境中进行培训至关重要。特定于 IO 线放置的解剖学上准确的任务训练器是为此过程提供可预测的培训频率和技能发展的理想工具。
虽然广泛使用，但目前可用的商业任务训练器存在几个重大缺点。首先，允许多次尝试一个程序的任务训练器成本很高，不仅用于初始购买任务训练器，还用于补充可更换部件，例如硅胶皮肤贴片。结果通常是很少更换零件，留下突出的地标，为受训者提供次优的培训体验;患者不会预先标记应该在哪里进行手术。另一个缺点是，当设备被“锁定”在受保护的存储位置以防止设备丢失或损坏时，传统任务训练器的高成本可能导致用户访问受限。结果是需要更严格和更少的预定练习时间，限制它们的使用肯定会使计划外训练变得困难。最后，大多数训练师被认为是低保真度5，13，14，并且仅使用代表性解剖结构，可能导致不适当的精神运动技能发展或训练疤痕。低保真训练师还使得对技能获取、掌握和退化的全面评估变得非常困难，因为在低保真设备上的培训可能无法充分模拟实际的实际过程。
代表性解剖学也阻碍了对精神运动技能的获得和掌握的正确评估。此外，如果某些精神运动技能没有反映在临床任务中，那么评估模拟医疗环境之间精神运动技能与患者护理之间的转移几乎是不可能的。这导致无法就医学模拟和培训影响患者预后的能力达成共识。为了克服成本、解剖准确性和可访问性方面的挑战，我们开发了一种低成本、高保真度的 IO 线任务训练器。任务训练器是根据实际患者的CT扫描设计的，从而实现准确的解剖结构（图1）。使用的材料无处不在且易于获得，其组件相对容易回收。与许多其他市售培训师相比，这里描述的任务培训师设计的适度成本大大降低了将培训师隔离在不易接近、受保护的位置的愿望，并且无需前导地标即可进行多次重复。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>3D printer filament, poly-lactic acid (PLA), 1.75 mm</td>
			<td>N/A / Hatchbox</td>
			<td></td>
			<td>Base for 3D printing molds, bone structures, and bone / mold hardware</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3D printer, Original Prusa i3 MK3</td>
			<td>Prusa</td>
			<td></td>
			<td>To print molds, bone structures, and bone / mold hardware</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>bleach, household (6% sodium hypochlorite)</td>
			<td>Clorox</td>
			<td></td>
			<td>Animicrobial additive for tissue media</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>bolts, 1/4&#8221;, flat / countersunk or round head, various lengths</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
			<td>Hardware used to hold mold casing halves together during casting</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bucket, 5 gallon, plastic</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
			<td>To hold tissue media during media preparation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>chlorhexidine, 4% solution w/v</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Animicrobial additive for tissue media</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>drill, household 3/8&#8217; chuck</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
			<td>To stir tissue media during media preparation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>food coloring, red (optional)</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
			<td>Coloring additive for simulated bone marrow</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>gelatin, unflavored</td>
			<td>Knox</td>
			<td></td>
			<td>Base for tissue media</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>hex nuts, 1/4&#8221;</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
			<td>Hardware used to hold mold casing halves together during casting</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Non-stick cooking spray</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
			<td>Mold releasing agent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>plastic bags, ziplock</td>
			<td>Ziplock</td>
			<td></td>
			<td>To store tissue media</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>psyllium husk fiber, finely ground, orange flavored, sugar free (optional)</td>
			<td>Procter &#38; Gamble</td>
			<td>Metamucil</td>
			<td>Opacity / Echogenicity additive for tissue media</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>screwdriver, flat / Phillips (matching bolt hardware)</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
			<td>To tighten mold casing hardware</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>silicone gasket cord stock, 3mm, round, various lengths</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
			<td>Gasket media for mold casings</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>spray adhesive, Super 77 (optional)</td>
			<td>3M</td>
			<td></td>
			<td>Agent used to improve bed adhesion during 3D printing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>stirring paddle / rod</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>To stir tissue media during media preparation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>turkey baster, household, ## mL</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
			<td>To inject simulated bone marrow into bone marrow cavity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ultrasound gel</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Base for simulated bone marrow</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>water, tap</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Used in both tissue media and simulated bone marrow</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

creation of a high-fidelity, low-cost, intraosseous line placement task trainer via 3d printing

程序任务培训师的描述包括将其用作培训工具，通过在安全的环境中重复和排练程序来磨练技术技能，然后再最终对患者执行程序。迄今为止可用的许多程序性任务训练器都存在一些缺点，包括不切实际的解剖结构以及在训练器组织经过反复操作后开发用户创建的“地标”的趋势，这可能导致不适当的精神运动技能发展。为了改善这些缺点，创建了一个过程来生产高保真程序任务训练器，该训练器由计算机断层扫描（CT）扫描获得的解剖学创建，利用无处不在的三维（3D）打印技术和现成的商品供应。
该方法包括创建3D打印的组织模具，捕获感兴趣的骨骼元件周围的组织结构，以包裹悬浮在组织内的骨骨骼结构，这也是3D打印的。然后将组织培养基混合物（在高保真几何形状和组织密度上近似组织）倒入模具中并使其凝固。在使用任务训练器练习程序（例如骨内插管放置）后，组织介质、模具和骨骼是可回收的，并且可以重复使用以创建没有穿刺部位和操作缺陷的新任务训练器，用于后续培训课程。

按照协议，任务训练器的建模利用了去识别化的患者的CT扫描。CT图像的分割利用3D切片器软件和自动网格混合器进行3D建模。对于3D打印，使用了3D Simple和Prusa i3 MK3（图1）。随后，我们完成了3D打印零件的组装，制备了组织介质混合物，并将介质混合物倒入组装好的任务训练器模具中。在与任务训练师进行一段时间的培训后，组织培养基被回收并重新用于新鲜任务训练器的组...

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Creation of a High-Fidelity, Low-Cost, Intraosseous Line Placement Task Trainer via 3D Printing

我们描述了一种将计算机断层扫描（CT）扫描处理成高保真，可回收和低成本的程序任务训练器的程序。CT扫描识别过程，导出，分割，建模和3D打印都进行了描述，以及在此过程中的问题和经验教训。

通过 3D 打印创建高保真、低成本、骨内线放置任务训练器

The description of procedural task trainers includes their use as a training tool to hone technical skills through repetition and rehearsal of procedures ...

在这里，我们创建了一个高保真3D打印任务训练器，该训练器源自正常人体解剖学的CT扫描使用此协议创建的任务训练器有助于执行所选任务或程序的所有关键方面，可以使用该协议创建各种解剖学上正确的模型。为我们正在创建的模型找到包含所需解剖切片的 CT 扫描非常重要，作为用于将解剖扫描转换为 3D 模型的过程的一部分，重要的是关闭骨骼中的自然开口以创建最终产品，允许添加特征以将骨骼保持在正确的方向并为模拟骨髓留出空间。首先，确认导入的 SDL 文件的三角形法线方向是否正确，如果三角形方向不正确，则通过单击“选择、修改”和全选来翻转三角形法线。接下来，单击选择，然后编辑和翻转模型以消除不需要的结构并优化模型，要创建任务训练器，请单击选择，然后选择不需要的结构上的三角形，然后单击编辑并丢弃。选择编辑和平面卡片工具以裁剪模型以适合 3D 打印机构建体积的范围。通过单击“选择”并双击网格上的任意位置以选择整个网格，然后选择“编辑并减少”来减少计算开销。对于减少的目标，将三角形预算减少到大约 10， 000 个面以下。选择缺陷周围的网格三角形后，单击“选择”，然后选择“编辑并擦除并填充”，以改善表面孔洞和不规则性。使用 SDL 文件类型导出并保存完成的模型，打开 Autodesk Fusion 360 软件选择插入，然后插入网格命令以将工作区中骨骼和组织模型的 SDL 文件导入为网格。要将导入的网格转换为 B-rep 实体，禁用了 Fusion 360 时间轴，将目标网格中的三角形数量减少到小于 10， 000，选择导入的网格实体，然后右键单击以打开菜单并选择网格到 B 环绕选项。网格转换为 B 包裹实体后，恢复 fusion 360 时间轴并修改实体，通过沿组织 B 包裹的长轴分割矩形实体来创建任务训练器模具。选择两到三个支撑销的位置并放置预先设计的装配组组件，以固定任务训练器的骨骼，将骨塞导入并放置在骨B代表的开放骨髓空间上，以防止组织介质进入骨髓空间并排出模拟骨髓。在由组织B代表固体的空间中通过模具产生一个四到六厘米的开口，用于将液体组织介质倒入模具中，执行物体的镜像，使任务训练器用于等边。一旦预先设计的装配组的组件被定位以将骨头固定在空间中，点击金条组合以添加或切割模型中的各种装配组。在工作区中选择所需的主体并右键单击，然后选择另存为 STL 以导出要打印的最终组件，将 STL 文件放置在 3D 打印机的床上并垂直定向骨骼。对于打印用户筏全支撑材料，0.4毫米喷嘴层高度为0.2毫米，具有四层顶层和底层，三个周边壳体填充在20%，热端温度为210摄氏度。将模具组件定向，使组织表面朝上，无需木筏打印，将层高设置为 0.3 毫米填充为 15%，并使用全支撑材料。排列支撑销和其他组件以尽量减少支撑材料，用筏打印所有引脚支撑部件，并将层高设置为 0.2 毫米，填充设置为 20%以较低的速度打印没有支撑材料的螺纹组件，一旦选择了每个组件的参数，准备并将软件生成的 G 代码文件导出到 SD 卡。打开3D打印机软件，从SD卡和1.75毫米聚乳酸3D打印机介质长丝中选择保存的G代码文件进行打印。量取明胶纤壳纤维氯己定溶液和次氯酸钠，制备组织培养基，留置一升水加热至85摄氏度。在剧烈摇动组织培养基溶液的同时，将加热的水加入比成分体积大几倍的混合容器中，逐个加入测量的成分。将混合物在71摄氏度的水浴中加热至少四个小时以消散气泡，通过测量100克冷水，100克超声凝胶和5毫升红色食用色素来制备模拟骨髓溶液，然后彻底混合成分。用非硅基脱模剂喷涂模具的内表面，使用支撑销固定骨头以保持组织空间内的正确位置。然后将骨固定在模具底部并组装模具，验证骨塞的位置，以防止浇注过程中组织介质进入骨髓空间。将模具的开口朝上放置，然后将46摄氏度的温组织培养基倒入模具型腔中。用倒置的空气除尘器罐喷洒，确保组织介质从模具中泄漏，将填充的模具转移到四摄氏度至少六个小时或直到组织培养基凝固。拆卸模具并拆下任务训练器和支撑销取下骨塞，将模拟骨髓溶液填充到骨髓空间并更换骨塞。将任务训练器存放在 4 摄氏度或零下 20 摄氏度的塑料袋中，直到使用。一旦任务训练器达到室温，指导受训者放置IO针并抽吸模拟的骨髓溶液。接下来，拆卸任务训练器以回收组织培养基和骨骼，拆卸任务训练器并将明胶放入容器中重新熔化以备使用，模型可以重整，凝胶一旦熔化就可以重复使用来创建另一个模型。该协议用于建模和打印三维组织模具和骨骼元件周围的组织结构，使用患者左膝关节的CT扫描，设计的胫骨在打印后产生了非常接近的复制品。用于暴露组织腔的开口有助于组织介质的浇注，模具设计有两个支撑销组件组，以支撑和悬挂组织腔内的骨结构。任务训练器是针对幽默和胫骨定制的，使用不透明和透明的组织介质，允许骨骼结构或地标的不同程度的可视化。用于创建任务训练器的CT扫描数据和完全组装的幽默任务训练器在骨骼厚度，皮肤深度和肌腱凹槽方面实现了解剖学上的相似性，打印模具顶部所需的时间和成本最高，其次是模具底部，骨骼和硬件。在3D打印模具时，我们发现使用强力粘合剂以防止基部翘曲很重要。另一个关键方面是在添加凝胶之前使用脱模喷雾施加到模具的内部服务。这可以防止凝胶粘附在3D打印材料上。这些培训师允许从培训环境到临床环境的技能转移，因为它们与患者的解剖学相似，重复有助于学习者执行手术的关键步骤。

Research

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