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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このプロジェクトの資金は、機関または部門のリソースからのみ提供されました。

注:ネブラスカ大学医療センター治験審査委員会は、私たちの研究はヒトを対象とした研究を構成しないと判断しました。地元のIRBは、倫理的承認とインフォームドコンセントの放棄を取得しました。画像データの完全な匿名化は、病院の匿名化プロトコルに従って分析する前に行われました。
1. データ
<ol><li>計画されたタスクトレーナーの関心のある解剖学的構造を?...

<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. W., 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=A+(sort+of)+new+image+data+format+standard:+NiFTI-1.">A (sort of) new image data format standard: NiFTI-1.</a> 10th Annual Meeting of the Organization for Human Brain Mapping. , 22 (2004).</li><li>Bude, R., Adler, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+easily+made,+low-cost,+tissue-like+ultrasound+phantom+material.">An easily made, low-cost, tissue-like ultrasound phantom material.</a> Journal of Clinical Ultrasound. 23 (4), 271-273 (1995).</li><li>Fisher, 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=Clinical+skills+temporal+degradation+assessment+in+undergraduate+medical+education.">Clinical skills temporal degradation assessment in undergraduate medical education.</a> Journal of Advances in Medical Education &amp; Professionalism. 6 (1), 1-5 (2018).</li><li>Buzink, S. 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>

このプロトコルでは、IOライン配置のまれに実行され、命を救う手順をトレーニングするための3Dタスクトレーナーの開発プロセスについて詳しく説明します。このセルフガイドプロトコルは、3D印刷を使用してモデル構造の大部分を生成し、タスクトレーナーの組み立てに使用される残りのコンポーネントは、ユビキタスで簡単に入手でき、再利用および再利用できる無毒の材料です。3Dタ?...

手続きスキルの患者ケア能力は、民間および軍の医療1,2環境で研修生を育成するための重要な要素です。手技スキルの開発は、麻酔学3や最前線の医療従事者などの手順集約型の専門分野にとって特に重要です。タスクトレーナーは、1年生の医学生や医療技術者から上級研修医やフェローに至るまで、スキルレベルで多数の手順をリハーサルするために使用できます。多くの医療処置を完了するにはかなりのトレーニングが必要ですが、ここで紹介するタスク(骨間(IO)ラインの配置)は簡単で、技術的なスキルは必要ありません。IOラインの正常な配置は、比較的短期間のトレーニングで達成できます。タスクトレーナーの使用を含む医療トレーニング中のシミュレーションの使用は、最終的に患者に手順を実行する前に、安全でストレスの少ない環境での臨床手順の繰り返しとリハーサルを通じて技術的な手順スキルを習得するためのツールとして認識されています2,4,5。
当然のことながら、医学教育環境でのシミュレーショントレーニングは広く受け入れられるようになり、患者の転帰への影響に関するデータが不足しているにもかかわらず、主力であるように思われます6,7。さらに、最近の出版物は、シミュレーションがチームのダイナミクスと意思決定の改善の結果として、チームのパフォーマンスと患者の転帰を改善することを示しています。それでも、シミュレーションが重要な救命処置を実行する時間または成功率を改善することを示唆するデータはほとんどなく8,9、シミュレーションが医療提供者の教育において複雑で多面的であることを示唆しています。標準的な静脈内アクセスが不可能または適応とされない患者では、IOライン配置を使用して血管アクセスを迅速に達成することができ、最小限のスキルしか必要としません。.この手順のタイムリーで成功した実行は、特に周術期環境または外傷シナリオにおいて重要です10、11、12。IOラインの配置は周術期領域ではめったに行われない手順であり、命を救う手順になる可能性があるため、非臨床環境でのトレーニングが重要です。IOライン配置に固有の解剖学的に正確なタスクトレーナーは、この手順の予測可能なトレーニング頻度とスキル開発を提供するための理想的なツールです。
広く使用されているが、現在利用可能な商用タスクトレーナーにはいくつかの重大な欠点がある。まず、手順を複数回試行できるタスクトレーナーは、タスクトレーナーの初期購入だけでなく、シリコンスキンパッチなどの交換可能な部品の補充にもコストがかかります。その結果、部品を交換する頻度が低くなることが多く、研修生に最適なトレーニング体験を提供する目立つランドマークが残ります。患者は、手順を実行する必要がある場所に事前にマークされていません。別の欠点は、従来のタスクトレーナーのコストが高いため、デバイスの紛失や損傷を防ぐためにデバイスが保護された保管場所に「ロックアップ」されている場合、ユーザーによるアクセスが制限される可能性があることです。その結果、より厳格で利用可能なスケジュールされた練習時間が少なくなり、それらの使用を制限すると、予定外のトレーニングが確実に困難になる可能性があります。最後に、ほとんどのトレーナーは忠実度が低いと見なされています 5,13,14 代表的な解剖学的構造のみを使用しており、不適切な精神運動スキルの発達やトレーニングの傷跡につながる可能性があります。また、低忠実度のトレーナーは、忠実度の低いデバイスでのトレーニングが実際の実際の手順を適切に模倣できない可能性があるため、スキルの習得、習熟度、および低下の徹底的な評価を非常に困難にします。
代表的な解剖学はまた、精神運動スキルの習得と習得の適切な評価を妨げます。さらに、精神運動スキルの一部が臨床タスクに反映されていない場合、シミュレートされた医療環境から患者ケアへの精神運動スキルの移転を評価することはほぼ不可能になります。これにより、医療シミュレーションとトレーニングが患者の転帰に影響を与える能力に関するコンセンサスが妨げられます。コスト、解剖学的精度、アクセスの課題を克服するために、低コストで忠実度の高いIOラインタスクトレーナーを開発しました。タスクトレーナーは、実際の患者のCTスキャンから設計されており、正確な解剖学的構造が得られます(図1)。使用される材料はどこにでもあり、入手が容易であり、コンポーネントは比較的簡単に再利用できます。他の多くの市販のトレーナーと比較して、ここで説明するタスクトレーナーの設計の適度なコストは、アクセスしにくく保護された場所にトレーナーを隔離したいという欲求を劇的に減らし、主要なランドマークなしで複数の繰り返しを可能にします。

<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

プロシージャルタスクトレーナーの説明には、最終的に患者に手順を実行する前に、安全な環境で手順を繰り返してリハーサルすることにより、技術的スキルを磨くためのトレーニングツールとしての使用が含まれています。現在までに利用可能な多くの手続き型タスクトレーナーは、非現実的な解剖学的構造や、トレーナー組織が繰り返し操作を受けた後にユーザーが作成した「ランドマーク」を発達させる傾向など、いくつかの欠点に苦しんでおり、不適切な精神運動スキルの発達につながる可能性があります。これらの欠点を改善するために、ユビキタス3次元(3D)印刷技術と既製の商品供給を利用した、コンピューター断層撮影(CT)スキャンから得られた解剖学的構造から作成された、忠実度の高い手続き型タスクトレーナーを作成するプロセスが作成されました。
この方法は、組織内に浮遊する骨骨格構造を包み込むために、対象の骨格要素の周囲の組織構造を捕捉する3Dプリントされた組織型を作成することを含み、これもまた3Dプリントされる。次に、忠実度の高い形状と組織密度の両方で組織を近似する組織培地混合物を型に流し込み、硬化させます。タスクトレーナーを使用して骨内ラインの配置などの手順を練習した後、組織媒体、型、および骨は再利用可能であり、その後のトレーニングセッションで使用するために、穿刺部位や操作の欠陥のない新しいタスクトレーナーを作成するために再利用できます。

プロトコルに従って、タスクトレーナーのモデリングは、匿名化された患者のCTスキャンを利用しました。CT画像のセグメンテーションでは、3Dスライサーソフトウェアと3Dモデリング用の自動メッシュミキサーを利用しました。3Dプリントには、3DシンプリファイとPrusa i3 MK3の両方を使用しました(図1)。その後、3Dプリントされた部品の組み立てを完了し、組織培地混合?...

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

コンピュータ断層撮影(CT)スキャンを、忠実度が高く、再利用可能で、低コストのプロシージャルタスクトレーナーに処理する手順について説明します。CTスキャンの識別プロセス、エクスポート、セグメンテーション、モデリング、および3D印刷がすべて、プロセスで学んだ問題と教訓とともに説明されています。

3Dプリンティングによる高忠実度、低コストの骨内ライン配置タスクトレーナーの作成

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

ここでは、通常の人体解剖学のCTスキャンから派生した高忠実度の3Dプリントタスクトレーナーを作成しましたこのプロトコルを使用して作成されたタスクトレーナーは、選択されたタスクまたは手順のすべての重要な側面を実行するのに役立ち、このプロトコルを使用してさまざまな解剖学的に正しいモデルを作成できます。解剖学的スキャンを3Dモデルに変換するために使用されるプロセスの一環として、骨の自然な開口部を閉じて、骨を正しい方向に保持し、シミュレートされた骨髄のためのスペースを持つための機能の追加を可能にする最終製品を作成することが重要です。まず、インポートしたSDLファイルの三角形の法線の向きが正しいことを確認し、三角形の向きが正しくない場合は、[選択]、[変更]、[すべて選択]をクリックして三角形の法線を反転します。次に、[選択]をクリックし、モデルを編集および反転して不要な構造を削除し、モデルを改良し、タスクトレーナーを作成するには、[選択]をクリックしてから、不要な構造の三角形を選択して、[編集して破棄]をクリックします。カードの編集ツールと平面ツールを選択して、3Dプリンターのビルドボリュームの範囲内に収まるようにモデルをトリミングします。選択をクリックし、メッシュ上の任意の場所をダブルクリックしてメッシュ全体を選択し、編集して削減を選択することで、計算オーバーヘッドを削減します。ターゲットを減らすには、三角形のバジェットを約10, 000面未満に減らします。欠陥の周りのメッシュの三角形を選択したら、[選択]をクリックし、[編集と消去と塗りつぶし]を選択して、表面の穴と凹凸を改善します。SDL ファイル タイプを使用して完成したモデルをエクスポートして保存し、Autodesk Fusion 360 ソフトウェアの[挿入]を選択してから[メッシュを挿入]コマンドを開き、ワークスペース内の骨および組織モデルのSDLファイルをメッシュとしてインポートします。インポートしたメッシュをB-repソリッドに変換するには、Fusion 360タイムラインを無効にし、ターゲットメッシュの三角形の数を10, 000未満に減らし、インポートしたメッシュボディを選択し、右クリックしてメニューを開き、メッシュをBにラップするオプションを選択します。メッシュが B ラップ ソリッドに変換されたら、fusion 360 タイムラインを再開し、ティッシュ B ラップの長軸に沿って長方形のソリッドを分割して、ソリッドを修正してタスク トレーナー モールドを作成します。サポートピン用に2〜3つの場所を選択し、事前に設計されたアセンブリグループコンポーネントを配置して、タスクトレーナーの骨を固定し、骨プラグをインポートして骨B担当者の開いた骨髄スペースに配置し、組織媒体が骨髄スペースに入り、シミュレートされた骨髄を排出するのを防ぎます。液体組織媒体を鋳型に流し込むための固体の組織Bで表される空間に型を通る4〜6センチメートルの開口部を生成し、対象物の鏡面を行い、等辺側のためのタスクトレーナーを作る。事前に設計されたアセンブリグループのコンポーネントがスペース内のボーンを固定するように配置されたら、組み合わせた地金をクリックして、モデル内のさまざまなアセンブリグループを追加またはカットします。ワークスペース内で目的のボディを選択して右クリックし、[STLとして保存]を選択して印刷用の最終コンポーネントをエクスポートし、STLファイルを3Dプリンターのベッドに配置し、ボーンを垂直に向けます。ユーザーラフトフルサポート材を印刷する場合、0.2ミリメートルで0.4ミリメートルのノズル層の高さ、4つの上層と最下層、3つの周囲シェルが20%で充填され、ホットエンド温度は摂氏210度です。組織表面を上に向けて金型コンポーネントを向け、いかだなしで印刷し、層の高さを0.3ミリメートルのインフィルで15%に設定し、完全なサポート材料を使用します。サポートピンやその他のコンポーネントを配置してサポート材料を最小限に抑え、すべてのピンサポートパーツをラフトで印刷し、層の高さを0.2ミリメートルに設定し、インフィルを20%に設定します各コンポーネントのパラメーターを選択したら、ソフトウェアによって生成されたGコードファイルを準備してSDカードにエクスポートします。3Dプリンターソフトウェアを開き、SDカードと1.75ミリメートルポリ乳酸3Dプリンターメディアフィラメントから保存したGコードファイルを選択して印刷します。ゼラチン繊毛殻繊維クロルヘキシジン溶液と次亜塩素酸ナトリウムを測定し、組織培地を調製し、1リットルの水を摂氏85度に加熱して取っておいた。組織培地溶液を激しく振とうしながら成分の量の数倍の混合容器に加熱水を加え、測定した成分を1つずつ加える。気泡を消散させるために混合物を摂氏71度の水浴中で最低4時間加熱し、100グラムの冷水、100グラムの超音波ゲルおよび5ミリリットルの赤い食用色素を測定して模擬骨髄溶液を調製し、次いで成分を完全に混合する。金型の内面に非シリコーンベースの離型剤をスプレーし、サポートピンを使用して骨を固定し、組織空間内の正しい位置を維持します。次に、骨を金型の底に固定して型を組み立て、注ぐときに組織培地が骨髄腔に入るのを防ぐために骨プラグの位置を確認します。開口部を上に向けて金型を配置し、摂氏46度の温かい組織媒体を金型キャビティに注ぎます。倒立エアダスターキャニスターでスプレーして金型からの組織培地の漏れを固定し、充填した金型を最低6時間、または組織培地が固まるまで摂氏4度に移します。金型を分解し、タスクトレーナーとサポートピンを取り外し、骨プラグを取り外し、骨髄スペースにシミュレートされた骨髄溶液を充填し、骨プラグを交換します。タスクトレーナーは、使用するまで摂氏4度またはマイナス20°Cのビニール袋に入れて保管してください。タスクトレーナーが室温に達したら、研修生にIO針を配置し、シミュレートされた骨髄溶液を吸引するように指示します。次に、タスクトレーナーを分解して組織培地と骨を回収し、タスクトレーナーを分解し、ゼラチンを容器に入れて再溶解して追加使用し、モデルを改質し、一度溶けたゲルを再利用して別のモデルを作成します。このプロトコルは、患者の左膝関節のCTスキャンを使用して、設計された脛骨の3次元組織型および骨格要素を取り巻く組織構造をモデル化および印刷するために使用され、印刷後に非常に近いレプリカが得られました。組織腔を露出させるために作られた開口部は、組織培地の注入を容易にし、金型は、組織腔内の骨構造を支持および吊り下げるために2つの支持ピンアセンブリグループで設計されました。タスクトレーナーは、骨格構造やランドマークのさまざまなレベルの視覚化を可能にする不透明で透明な組織媒体を使用して、ユーモラスで脛骨に合わせてカスタマイズされました。タスクトレーナーの作成に使用されたCTスキャンデータと、骨の厚さ、皮膚の深さ、腱の溝に関して完全に組み立てられたユーモラスなタスクトレーナーの間で解剖学的類似性が達成され、金型の上部を印刷するのに必要な時間とコストが最も高く、次に金型の下部、骨、ハードウェアが続きました。金型を3Dプリントする場合、ベースでの反りを防ぐために強力な接着剤を使用することが重要であることがわかりました。別の重要な側面は、ゲルを添加する前に金型の内部サービスに適用される放出スプレーの使用です。これにより、ゲルが3D印刷物に付着するのを防ぎます。これらのトレーナーは、患者との解剖学的類似性のためにトレーニング環境から臨床環境へのスキルの移転を可能にし、繰り返しは学習者が手順の重要なステップを実行するのに役立ちます。

Research

JoVE Journal

Medicine

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