초음파 유도 신경 차단 훈련을 위한 저렴하고 내구성 있는 중간 충실도 Ballistic Gel Phantoms 제작

여기에서는 초음파 유도 국소 마취 교육을 위한 4개의 맞춤형 탄도 젤라틴 초음파 팬텀의 설계 및 제작을 보여줍니다. 우리는 컴퓨터 지원 설계 소프트웨어를 사용하여 팬텀을 설계하고, 3D 프린팅 모델을 사용하여 실리콘 몰드를 만든 다음, 용융된 탄도 젤을 몰드에 부어 맞춤형 조직 층을 만들었습니다.

살아있는 인체 조직의 대안인 초음파 팬텀은 학습자에게 환자에게 과도한 위험을 초래하지 않고 초음파 유도 국소 마취를 연습할 수 있는 기회를 제공합니다. 젤라틴 기반 팬텀은 교육자에게 내구성 있고 재사용 가능한 작업 트레이너를 제공합니다. 그러나 상업적으로 이용 가능한 젤 기반 팬텀은 비쌉니다. 여기에서는 정중, 대퇴골, 서뇌 근막 장골 평면 및 세라투스 전방 평면 신경 차단을 위한 내구성 있고 저렴한 탄도 젤 기반 초음파 팬텀의 생산과 초음파 유도 신경 차단 절차를 위한 팬텀을 생산하는 방법론을 조사합니다.

CAD(Computer-Aided Design) 소프트웨어를 사용하여 관련 랜드마크 및 조직 평면을 포함하여 정중, 대퇴골, 서혜부 근막 장골 평면 및 세라투스 전방 평면 신경 블록의 해부학적 구조를 복제하는 4개의 팬텀을 설계했습니다. 원하는 조직 평면의 플라스틱 모델을 3D 프린팅하여 실리콘 몰드를 만드는 데 사용했습니다. 탄도 젤을 녹이고 밀가루와 염료와 혼합하여 액체, 에코 제닉 탄도 젤을 만들었습니다., 실리콘 몰드에 부어졌습니다. 혈관은 금속 막대를 사용하여 탄도 겔에 음의 공간을 만들어 시뮬레이션했습니다. 신경은 초음파 젤에 담근 실을 사용하여 시뮬레이션되었습니다. 시뮬레이션된 뼈는 CAD와 3D 프린팅을 사용하여 설계되었습니다.

탄도 젤은 다양한 조직을 시뮬레이션하는 데 사용할 수 있고 어떤 모양으로든 녹이고 성형할 수 있는 다재다능하고 내구성 있는 매체입니다. 초음파에서 이러한 팬텀은 피부, 근육 및 근막의 서로 다른 층 사이의 경계를 나타내는 사실적인 조직 평면을 제공합니다. 근육 조직층, 신경, 혈관 및 뼈의 초음파성은 사실적이며, 뼈는 인간 피험체에서 관찰되는 것처럼 상당한 후방 그림자를 가지고 있습니다. 이 팬텀은 첫 번째 팬텀에 대해 각각 $200, 각 후속 팬팬에 대해 $60입니다. 이러한 팬텀을 설계하려면 약간의 기술이 필요하지만 상업용 팬텀 비용의 4%만으로 제작할 수 있습니다.

살아있는 인체 조직의 대안인 초음파 팬텀은 학습자에게 환자에게 과도한 위험을 초래하지 않고 초음파 유도 국소 마취(UGRA)를 포함한 의료 절차를 실습할 수 있는 기회를 제공합니다¹. 액체 실리콘 고무의 사출 성형을 통해 가장 일반적으로 제조되지만 맞춤형 팬텀은 저렴한 비용으로 다양한 재료를 사용하여 집에서 만들 수 있습니다. 두부, 돼지고기, 쇠고기와 같은 유기농 티슈는 저렴하지만 빨리 상하고 만들기가 까다롭습니다². 인간 사체 조직은 해부학적 정확성에 이상적이지만 확보하고 보존하기가 어렵고 비용이 많이 듭니다¹. 최근에는 가상 현실이 UGRA 교육을 제공하는 데 사용되었습니다. 그러나 햅틱 피드백은 절차적 학습의 핵심 구성 요소이며 거의 구현되지 않습니다. 하드웨어-소프트웨어 하이브리드 모델이 높은 시각적 충실도와 촉각 피드백을 제공하더라도, 이러한 교육을 수행하는 데 필요한 하드웨어와 소프트웨어는 종종 비용이 많이 든다³. 젤라틴 기반 팬텀은 비용, 수명 및 충실도 사이의 균형을 유지합니다².

탄도 젤라틴 모델은 상업적으로 이용 가능하지만 의료 시뮬레이션 센터에서 많이 활용되는 부패하기 쉬운 자원으로 인해 비쌉니다. 균일한 실질이 있는 작고 단순한 젤 기반 초음파 팬텀과 2개 또는 3개의 시뮬레이션 용기가 수백 달러에 판매됩니다. 예를 들어, CAE Blue Phantom 기본 초음파 훈련 블록의 가격은 $800^{이상입니다 4}. 개별 신경 차단 절차에 특화된 고충실도 팬텀은 수천 달러의 비용이 듭니다. CAE Blue Phantom 대퇴골 국소 마취 초음파 훈련 모델의 비용은 $5,000입니다(표 1)⁵. 비용을 절감하기 위해 교육자들은 젤라틴 또는 기타 저렴하거나 재사용 가능한 재료를 사용하여 맞춤형 팬텀을 실험했습니다 ^6,7,8. 밀가루, 옥수수 전분, 흑연 분말 및 Metamucil과 같은 첨가제를 사용하여 젤라틴을 불투명화하고 팬텀의 에코원성을 사용자 정의하여 충실도 8,9,10,11,12,13,14를 높일 수 있습니다.

집에서 젤라틴 기반 신경 차단 트레이너에 대한 이전의 시도는 초음파에서 신경의 모양을 적절하게 재현 할 수 없거나 부패하기 쉬운 품목을 사용하여 유통 기한을 제한했습니다^15,16. 이러한 단점이 없더라도 이전 반복에는 교육생이 특정 신경 차단 절차를 연습할 수 있도록 하는 관련 해부학적 랜드마크와 근막면이 포함되지 않았습니다. 여기에서는 정중, 대퇴골, 서뇌 근막 장골 평면 및 세라투스 전방 평면 신경 차단을 위한 내구성 있고 저렴한 탄도 젤 초음파 팬텀의 생산과 초음파 유도 신경 차단 절차를 위한 팬텀을 생산하는 방법론을 조사합니다.

이 프로젝트를 위해 저자인 JR과 PS가 초음파 피험자로 자원했고, 두 사람 모두로부터 구두 동의를 받았습니다. 이 프로토콜을 따르는 사람들은 환자 또는 인간 지원자를 연구 대상으로 사용하기 전에 윤리 위원회 또는 기관 검토 위원회(IRB)의 승인을 받으십시오.

1. 팬텀 디자인 및 실리콘 몰드 제작

1. 참조 초음파 이미지 생성
   1. 각 초음파 팬텀에 대해 초음파 하위 전문화를 가진 의사가 원하는 팬텀에 의해 시뮬레이션되는 신경 차단 절차에 익숙하고 자원한 인간 피험자로부터 참조 초음파 이미지를 생성하도록 합니다(그림 1). 이 초음파 이미지가 마취제가 주입될 적용 가능한 신경 또는 조직 평면을 가로지르는 시야를 가지고 있는지 확인하십시오.
2. 조직층 모델의 설계 및 3D 프린팅
   1. 각 팬텀의 단면 디자인을 그립니다(그림 2) CAD(Computer-Aided Design)를 활용하여 원하는 조직층의 플라스틱 모델과 팬텀의 전체 모양을 위한 외부 용기를 설계합니다(그림 3A, 보충 파일 1, 보충 파일 2, 보충 파일 3그리고 보충 파일 4).
      참고: 디자인 관점에서 볼 때, 근막 평면 블록은 5mm 벽이 있는 속이 빈 직사각형 프리즘 내에 둘러싸인 일련의 단단히 맞는 프리즘으로 생각할 수 있습니다. 5mm 미만의 벽은 안정적인 생산을 위해 너무 약했습니다. 이 직사각형 프리즘은 다른 조직층이 조립되고 배치되는 팬텀의 가장 바깥층 역할을 합니다. 정중 신경 모델( 그림 3 그리고 그림 4)은 직사각형 프리즘이 아닌 아치형 컨테이너를 사용하여 사람의 팔 모양을 시뮬레이션합니다.
      1. CAD 소프트웨어에서 초음파, CT 또는 알려진 치수의 기타 대상 이미지로 평면 캔버스를 만듭니다. Solid( 솔리드) | 끼워 넣다 | 캔버스에서 파일을 선택하고, XY 평면을 클릭하고, +X +Y 공간으로 드래그하고, 그림 길이가 알려진 단위까지 정확하도록 드래그하여 배율을 조정합니다.
      2. 모델의 윤곽을 그리는 이미지 영역 위에 사각형 프리즘을 만듭니다. Solid | 스케치 작성 | XY 평면 | 2점 사각형 도구. 사각형을 영역 위로 드래그하고 닫힐 때 길이/너비 상자 내에서 미세 조정합니다. Enter 키를 누릅니다. 스케치 완료를 클릭하십시오. Rectangle | 솔리드 | 돌출; 사각형을 원하는 높이로 드래그하고 닫을 때 높이 상자로 구체화합니다. 을 클릭하고 Enter 키를 누릅니다.
         참고: 각 모델은 나타내는 해부학적 구조에 따라 길이와 너비가 다르지만 일반적으로 ~100mm가 효과적인 모델 높이라는 것을 알았습니다.
      3. 직사각형 프리즘의 상단을 클릭하여 직사각형 프리즘 위에 다른 스케치를 작성합니다 . 스케치를 만들고 원하는 해부학적 구조와 스케치를 클릭하여 둘러싸고 있는 직사각형 프리즘의 내부 가장자리를 그립니다 . 작성 및 스케치 | 툴박스를 수정합니다. 프리즘 뒤에 보이는 캔버스를 사용하여 디자인을 안내하십시오. 캔버스가 직사각형 프리즘을 통해 보이지 않으면 디스플레이 설정을 통해 변경하십시오. 모델의 단면을 나타내는 스케치가 생성되면 스케치 완료를 클릭합니다.
         알림: 원하는 해부학적 구조와 둘러싸고 있는 프리즘의 내부 가장자리를 그릴 수 있는 특정 이상적인 도구는 없습니다. 위의 단계는 이 프로토콜에서 사용된 것입니다.
      4. 다음으로, 스케치에서 형상을 클릭하여 스케치에서 각 내부 프리즘을 만듭니다 | 솔리드 | 돌출; 일반적으로 전체 직사각형 길이보다 5mm 작은 원하는 길이로 도형을 사각형 프리즘으로 다시 드래그합니다. 을 클릭하고 Operation = New Body | 엔터. 이 새 객체를 보려면, 새 본체 이름 옆에 있는 Bodies | 눈 기호를 클릭하여 다른 모든 객체의 가시성을 끕니다.
         참고: 혈관은 근막 평면체의 가장자리 또는 중앙에 설계된 원형 또는 타원형 프리즘 모양의 구멍으로 표시되어야 합니다. 이 시점에서 가상 모델을 초기 캔버스 와 마주 보면 개별 모델 조각과 이들이 서로 어떻게 맞는지 시각화할 수 있습니다.
      5. 3D 프린팅을 위해 각 바디를 개별적으로 내보내려면 Bodies(바디) | 내보내는 바디를 제외한 모든 바디 옆에 있는 눈 기호; File | 수출 | 유형 = .stl 파일 | 엔터.
         참고: 이제 각각 고유한 근막 평면 또는 골격을 나타내는 여러 .stl 파일과 근막 평면 조각이 들어갈 사각형 경계 상자를 나타내는 추가 .stl 파일이 하나 있어야 합니다.
   2. 모델을 인쇄하는 데 사용할 3D 프린터와 호환되는 슬라이서 소프트웨어에서 STL 파일을 엽니다.
      1. 얼굴에 놓기 버튼을 사용하여 모델의 바닥이 프린트 베드에 닿도록 모델을 침대에 놓습니다.
      2. 프린터에서 프린터를 선택합니다. 인쇄 설정에서 0.20mm SPEED를 선택하고 필라멘트에서 일반 PLA를 선택합니다. 채우기(Infill)에 대해 15-20%를 선택하고, 지지대(Support) 메뉴에서 모든 위치(Everywhere)를 선택하고, 인쇄 안정성을 위해 필요한 경우 챙을 추가합니다. 지금 슬라이스를 클릭합니다.
      3. G 코드 파일을 SD 카드로 내보내고 3D 프린터에 연결한 다음 폴리락트산(PLA) 필라멘트를 사용하여 파일을 인쇄합니다.
3. 실리콘 몰드 제작
   1. 제조업체 지침에 따라 급속 경화 실리콘 고무에 담그기 전에 각 3D 프린팅 모델을 토플리스 플렉시 유리 용기의 바닥에 붙입니다¹⁷.
   2. 실리콘이 굳으면 경질 플라스틱 모델과 플렉시 유리 케이스를 제거하고 원하는 각 조직 층과 용기의 유연하고 내구성 있으며 재사용 가능한 실리콘 몰드를 남기고 탄도 젤을 붓습니다(그림 3B).
      참고: 이 시점에서 프로토콜이 일시 중지되었다가 나중에 다시 시작될 수 있습니다.

그림 1: 인간 피험자로부터 얻은 대표적인 초음파 이미지. 자발적인 인간 피험자로부터 얻은 (A) 중앙값, (B) 대퇴골, (C) 서뇌 근막 장골면(suprainguinal fascia iliaca plane) 및 (D) 세라투스 전방평면(serratus anterior plane nerve block) 모델에 대한 대표 이미지. 약어: A = 동맥; V = 정맥; M = 정중 신경; F = 대퇴 신경; RAD = 반지름; U = 척골; AIIS = 전방 하부 장골 척추; R = 갈비뼈; SART = 사토리우스 근육; IL=장골근; IO = 내부 경사; SA = 세라투스 전방 근육; LD = 광배근. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: 신경 차단 초음파 팬텀의 단면 개략도. (A) 정중, (B) 대퇴골, (C) 서혜부 근막 장골면, (D) 세라투스 전방 평면 신경 차단 초음파 팬텀. 회로도는 그림 1에 표시된 대표적인 인체 초음파 이미지를 기반으로 설계되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3: median nerve block phantom 구성 요소의 생성. (A) median nerve block phantom에 대한 각 조직층의 플라스틱 모델을 인쇄하는 데 사용되는 컴퓨터 지원 설계 파일의 대표 이미지. (B) 탄도 겔 내에 혈관을 만들기 위해 삽입된 금속 막대를 포함하여 정중 신경 차단 팬텀의 각 조직층에 대한 실리콘 몰드. (C) 뜨겁고 액체이며 염색된 탄도 젤을 실리콘 몰드에 붓습니다. (D) 혈관을 시뮬레이션된 혈액으로 채운 후 액체 탄도 젤을 사용하여 시뮬레이션된 용기의 열린 끝을 밀봉합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

2. 다른 유령 랜드마크 생성

1. 시뮬레이션된 뼈대 설계 및 생성
   1. CAD에서 디자인한 모델의 영역이 연조직 대신 뼈를 나타내는 경우 위의 단계를 사용하여 모조 뼈를 3D 인쇄하되 대신 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS) 필라멘트를 사용합니다.
      주의 : ABS 필라멘트 연기에는 졸음, 눈 또는 기도 자극, 메스꺼움 및/또는 두통과 같은 신체적 불편함을 유발할 수 있는 휘발성 유기 화합물(VOC)이 포함될 수 있습니다¹⁸. ABS는 환기 및/또는 공기 여과가 잘 되는 방에서 밀폐된 3D 프린터 또는 밀폐되지 않은 프린터로 인쇄해야 합니다.
2. 시뮬레이션된 신경 생성
   1. 80% 아크릴, 20% 양모 실을 초음파 젤로 채워진 플라스틱 컵에 담그십시오. 컵을 -1 기압 압력 챔버에 넣습니다.
   2. 단일 단계 진공 펌프를 사용하여 약 4-6 사이클 후에 초음파 젤에서 모든 기포가 제거 될 때까지 챔버의 압력을 반복적으로 축적 한 다음 해제합니다.
      참고: 이 단계는 신경을 시뮬레이션하는 데 도움이 됩니다. 이 시점에서 프로토콜이 일시 중지되고 나중에 다시 시작될 수 있습니다.

3. 탄도 젤 녹고 따르기

1. 탄도 젤을 녹이기
   1. 상업적으로 이용 가능한 탄도 젤과 염료를 약 20:1 부피 비율로 가열하고 액체가 상업용 대류 오븐에서 132°C에 도달할 때까지 간헐적으로 교반합니다.
      주의: 가열된 액체 탄도 젤은 뜨거운 액체 취급과 관련된 화상 위험으로 인해 주의해서 취급해야 합니다. 액체 탄도 젤로 채워진 팬을 다룰 때는 오븐 장갑을 사용하십시오. 피부와 액체 탄도 젤 사이의 직접적인 접촉을 피하십시오.
2. 에코제니시티(echogenicity)를 위한 첨가제
   1. 약 4.5g의 미세한 알갱이로 만들어진 밀가루를 액체 탄도 젤에 넣고 저어줍니다. 젤을 오븐에 최소 20분 동안 그대로 두면서 간헐적으로 저어주어 균일하게 섞이고 거품이 빠져나갈 수 있도록 합니다.
   2. 필요에 따라 투명 탄도 젤 또는 염료를 추가하여 혼합물의 색상을 조정하여 인체 조직을 시뮬레이션합니다.
3. 실리콘 몰드에 쏟아지는 탄도 젤
   1. 특정 신경 차단 모델에 적합한 경우 재사용 가능한 실리콘 몰드의 지정된 위치에 다양한 직경의 단단한 강철 막대를 삽입하여 혈관을 나타내는 최종 초음파 팬텀에 채널을 만듭니다(그림 3C).
   2. 이제 염료로 착색된 액체 탄도 젤을 부유 밀가루 미립자와 기포가 남아 있지 않은 상태로 실리콘 몰드에 붓고 식히십시오.
   3. 냉각 후 금형에서 금속 막대와 최종 탄도 젤 조직 층을 제거합니다. 그들 사이에 초음파 젤 코팅과 함께 배치하면 인접한 조직 조각이 거의 완벽하게 정렬되고 함께 초음파에서 시뮬레이션된 근막면을 생성합니다.
      알림: 각 초음파 팬텀에는 약 0.7kg의 탄도 젤이 필요합니다. 냉각 시간은 조직층의 크기에 따라 다르며 20분에서 1.5시간까지 다양합니다.
4. 모의 혈액 추가 및 혈관 밀봉
   1. 가장한 배를 가진 조직 층을 위해, 조직 층의 1개의 측을 액체 탄도 젤로 담그고 냉각하는 것을 허용해, 따라서 배 수로의 1개의 측을 밀봉하.
   2. 이러한 조직층을 똑바로 잡고 바늘과 주사기를 사용하여 시뮬레이션된 혈액을 각 혈관에 주입합니다.
      참고: 동맥혈과 정맥혈을 나타내기 위해 각각 빨간색 또는 파란색 식용 색소가 있는 물을 사용했습니다.
   3. 여전히 액체 탄도 겔을 사용하여 나머지 용기 개구부를 덮어 각 유체로 채워진 용기를 완전히 밀봉합니다(그림 3D).
      참고: 이 시점에서 프로토콜은 일시 중지되었다가 나중에 다시 시작될 수 있습니다. 그러나 다음 단계로 진행하려면 탄도 젤을 다시 녹여야 합니다.

4. 팬텀 어셈블리

1. 조직층, 신경 및 뼈의 조립
   참고: 그림 4A 는 조립 직전의 정중 신경 차단 팬텀의 개별 구성 요소를 묘사한 것으로, 여기에는 조직층, 시뮬레이션된 신경 및 시뮬레이션된 뼈가 포함됩니다.
   1. 초음파 젤에 각 구성 요소를 코팅하고 그림 2의 단면과 같이 구성 요소를 조립하고 각각의 탄도 젤 직사각형 프리즘(그림 4B)에 삽입하여 팬텀을 조립합니다. 이 단계에서 3D 프린팅된 뼈나 실 신경을 적절하게 놓습니다.
2. 팬텀의 끝 부분 밀봉
   1. 액체 탄도 젤로 채워진 팬에 양쪽을 담궈 모델을 밀봉합니다(그림 4C). 양쪽에서 밀봉 과정을 여러 번 반복합니다.
   2. 마지막으로 히트 건을 사용하여 팬텀의 가장자리를 매끄럽게 하고 기포와 결함을 제거하고 측면 씰을 강화합니다.
3. pseudo-skin 추가(선택 사항)
   참고: fascial-plane 모델에 대한 증강은 pseudo-skin의 추가입니다.
   1. 새로 부은 피부 층과 기존 모델 사이의 어닐링을 방지하기 위해 초음파 젤로 느슨하게 덮인 밀봉되고 냉각된 모델 위에 액체 탄도 겔을 붓습니다(그림 4D 및 추가 비디오 S1).

그림 4: 정중 신경 차단 초음파 팬텀의 조립. (A) 탄도 젤 조직층, 3D 프린팅 요골 및 척골, 초음파 젤에 잠긴 실 정중 신경, 초음파 젤 병, 액체 탄도 젤로 채워진 팬을 포함한 분해된 정중 신경 차단 팬텀의 개별 구성 요소. (B) 초음파 젤로 덮인 조직층 및 시뮬레이션된 뼈의 삽입을 포함한 정중 신경 차단 팬텀의 조립. (C) 액체 탄도 젤의 팬에 담궈서 팬텀의 한쪽 끝을 밀봉합니다. (D) 완성된 정중 신경 차단 팬텀에 액체 탄도 젤을 부어 의사 피부 층을 만듭니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

4개의 초음파 팬텀은 위에서 설명한 방법을 사용하여 성공적으로 설계 및 제작되었습니다. 동등한 인체 해부학적 구조의 초음파와 정렬된 각 모델의 초음파 단면이 그림 5에 나와 있습니다. 초음파에서 이러한 팬텀은 피부, 근육 및 근막의 서로 다른 층 사이의 경계를 나타내는 사실적인 조직 평면을 제공합니다. 근육 조직은 적절하고 균질하게 반향을 일으킵니다. 이 에코원성은 용융 중에 탄도 젤에 첨가된 밀가루의 양에 따라 조정할 수 있습니다. 근막 테두리는 배경 근육 조직에 비해 과반향입니다. 실은 불규칙하게 과반향적으로 보이며 테두리가 잘 정의되어 신경의 모양을 적절하게 시뮬레이션합니다. 실은 조직층 사이에 위치하며, 팬텀의 이 부분은 신경 차단 절차 중 국소 마취제 주입을 시뮬레이션하기 위해 유체 주입을 수용할 수 있습니다. 또한, 탄도 겔 블록에 주입하는 것은 시뮬레이션된 근막면에 주입하는 것과 비교할 때 상당한 저항에 직면하며, 이는 학습자에게 유익한 피드백 메커니즘으로 작용할 수 있습니다. ABS 필라멘트로 만든 3D 프린팅 블록은 초음파로 시각화할 때 인간 뼈의 초반향 피질과 음향 그림자를 적절하게 시뮬레이션합니다. 시뮬레이션된 선박은 잘 정의된 경계가 있는 무반향으로 나타나며, 이는 실제 인간에서도 볼 수 있습니다. 염색된 물은 관련 초음파 유도 절차를 시행할 때 혈관 내 접근을 확인하기 위해 바늘로 흡입할 수 있습니다.

그림 5: 인간 피험자와 비교하여 초음파 팬텀에서 얻은 대표적인 초음파 이미지. (A) 중앙, (B) 대퇴골, (C) 서뇌 근막 장골면, (D) 세라투스 전방 평면 신경 차단 초음파 팬텀(왼쪽)과 인간 피험자(오른쪽). 각 초음파 팬텀(왼쪽)에 대해 초음파 팬텀을 스캔하여 얻은 여러 개의 정지 이미지를 함께 연결하여 초음파 하의 전체 팬텀을 보여주었습니다. 이미지에 대한 다른 변경은 이루어지지 않았습니다. 노란색 점선 상자는 바로 오른쪽에 있는 인간 피사체 이미지와 관련된 초음파 팬텀 영역을 나타냅니다. 약어: A = 동맥; V = 정맥; M = 정중 신경; F = 대퇴 신경; RAD = 반지름; U = 척골; AIIS = 전방 하부 장골 척추; R = 갈비뼈; SART = 사토리우스 근육; IL=장골근; IO = 내부 경사; SA = 세라투스 전방 근육; LD = 광배근. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

보충 파일 1: 정중 신경 차단 초음파 팬텀에 대해 원하는 각 조직층을 나타내는 플라스틱 모델의 컴퓨터 지원 설계. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.

보충 파일 2: 대퇴 신경 차단 초음파 팬텀에 대해 원하는 각 조직층을 나타내는 플라스틱 모델의 컴퓨터 지원 설계. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.

보충 파일 3: 서뇌 근막 장골 평면 블록 초음파 팬텀에 대한 원하는 각 조직층을 나타내는 플라스틱 모델의 컴퓨터 지원 설계. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.

보충 파일 4: 세라투스 전방 평면 블록 초음파 팬텀에 대한 원하는 각 조직 층을 나타내는 플라스틱 모델의 컴퓨터 지원 설계. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.

추가 비디오 S1: 정중 신경 차단 초음파 팬텀에 의사 피부 추가. 완성된 초음파 팬텀 위에 액체 탄도 젤을 붓고 그 위에 초음파 젤을 최소한으로 바르면 얇은 덮개가 만들어져 피부처럼 느껴지고 움직입니다. 이 비디오는 눌렸을 때 인간 피부의 움직임을 모방하는 유사 피부의 능력을 보여줍니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.

이러한 맞춤형 탄도 젤 기반 팬텀은 교육생에게 상업적으로 이용 가능한 신경 차단 팬텀 비용의 일부만으로 중간 충실도의 중앙값, 대퇴골, 서뇌상 근막 장골 평면 및 세라투스 전방 평면 신경 차단 훈련을 제공합니다(표 1). 우리의 첫 번째 중앙 및 대퇴 신경 차단 트레이너는 가장 저렴한 상업적으로 이용 가능한 중앙 및 대퇴 신경 차단 트레이너 가격의 각각 12%와 9%로 사내에서 제작되었습니다. 사용 가능한 대퇴 신경 차단 팬텀 중 어느 것도 팬텀처럼 근막 장골 블록에 대한 서혜부 접근을 시뮬레이션할 수 없습니다. 우리는 상업적으로 이용 가능한 serratus anterior plane 초음파 팬텀을 찾을 수 없었습니다.

표 1: 시판되는 초음파 유도 국소 마취 팬텀 요약. 이 표를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.

지난 10년 동안 3D 프린팅 기술은 더 접근하기 쉽고 저렴해졌습니다. 예를 들어, 이 프로토콜에 사용된 Original Prusa i3 MK3S+ 3D 프린터는 최신 버전은 아니지만 가격은 $649¹⁹에 불과합니다. 여기에 자세히 설명된 모델을 만들기에 충분한 더 작은 Prusa MINI+조차도 $429²⁰에 불과합니다. 이러한 프린터의 교체 부품은 대부분 3D 프린팅으로 제작되어 수리 비용을 더욱 최소화합니다. 학생과 교수진은 일반적으로 해당 기관의 메이커스페이스 또는 디자인 랩을 통해 3D 프린터에 무료로 액세스할 수 있습니다. CAD(Computer-Aided Design) 프로그램을 사용하여 물체를 3D 인쇄로 설계하는 것이 그 어느 때보다 편리하며, 그 중 일부는 무료로 제공됩니다²¹.

3D 프린팅 모델과 시뮬레이션된 뼈를 설계하는 데 필요한 시간은 사용자의 기술과 CAD 소프트웨어에 대한 친숙도에 따라 다릅니다. 그러나, 이 과정은 FreeCAD와 같은 소프트웨어를 사용하거나 호스트 기관(²¹)에 의해 허가된 CAD 소프트웨어를 활용하여 비용 없이 수행될 수 있다. 각 조직층의 실리콘 몰드를 만드는 것은 시간이 많이 걸리지 않습니다. 실리콘은 kg당 $28이며 각 팬텀에는 4-6kg의 실리콘(총 $140)이 필요합니다. 실리콘 몰드는 재사용이 가능하기 때문에 일회성 비용입니다.

우리의 상업적인 탄도 젤은 kg 당 $86이고, 각 팬텀은 팬텀 당 $60의 비용을 위해 대략 0.7 kg를 필요로 했습니다. 성형에 필요한 3D 프린팅 구조는 PLA 또는 ABS 필라멘트의 무시할 수 있는 비용을 필요로 합니다. 두 대의 팬텀에는 m당 $10 또는 팬텀당 $0.01로 100mm의 실이 필요했습니다. 전체적으로 각 팬텀은 첫 번째 모델을 만드는 데 ~$200, 각 후속 모델을 만드는 데 $60의 비용이 들었습니다. 생산 공정에는 1 인시와 3-4 시간의 겔 가열 및 냉각이 필요했습니다. 우리는 같은 기간 동안 4개의 모델을 동시에 구축할 수 있었습니다.

탄도 젤은 다양성으로 인해 이상적인 매체입니다. 다양한 조직을 시뮬레이션하는 데 사용할 수 있으며 어떤 모양으로든 녹여 성형할 수 있습니다. 젤이 응고되면 결함이나 바늘 구멍은 다소 자가 치유되며 히트 건을 사용하여 추가로 수정할 수 있습니다. 팬텀에 실수가 있거나 손상되거나 과도하게 사용되는 경우, 탄도 젤 구성 요소는 항상 분해, 청소 및 용융하여 최소한의 재료 손실로 재사용할 수 있습니다. 탄도 젤은 또한 비용 효율적입니다. 이러한 팬텀은 kg당 86달러로 가장 비싼 부품임에도 불구하고 여전히 상업적으로 이용 가능한 초음파 팬텀보다 훨씬 저렴합니다(표 1). 홈메이드 젤라틴을 사용하여 만든 팬텀은 이전에 설명되었고 아마도 훨씬 더 저렴할 것으로 추정되지만, 이러한 팬텀은 냉장고에 보관하더라도 수일에서 몇 주 내에 곰팡이가 생길 것이다⁽¹⁶). 우리는 팬텀을 손상이나 성능 저하 없이 수개월에서 수년 동안 실온의 깨끗하고 건조한 환경에 보관했습니다.

초음파 유도 신경 차단 모델을 위해 젤라틴의 신경을 시뮬레이션하는 것은 교육자들에게 어려운 것으로 입증되었습니다. 이전의 시도에서는 동물의 힘줄(22,23,24), 전선(²⁵), 나무 은못(²⁵), 신발 끈(²⁶), 금속 막대(²⁷), 고무줄 묶음(¹⁵), 거품(²⁸), 완두콩(²⁹), 스파게티⁽³⁰), 심지어 이더넷 케이블(³¹)을 사용하였다. 이러한 옵션은 비현실적이고, 부패하기 쉬우며, 초음파에서 상당한 후방 음향 음영을 생성합니다. 우리는 가정용품인 실을 사용하여 m당 $0.10 또는 팬텀당 $0.01에 후방 섀도잉이 거의 또는 전혀 없는 충실도가 높은 시뮬레이션 신경을 만들었습니다.

ABS 필라멘트는 PLA보다 내열성이 높기 때문에 모조 뼈의 3D 프린팅에 사용되었으며, 이 방법의 개발 중 후속 단계에서 뒤틀렸습니다. 베이킹 온도를 최대화하여 용융 시간을 최소화하고 점도와 기포 수를 줄였습니다. 이를 통해 실리콘 몰드에 더 부드럽고 더 많은 공간을 채우는 동시에 겔의 연소 온도보다 낮은 온도를 유지하여 과도한 연기 생성을 방지할 수 있습니다.

이러한 팬텀의 주요 단점은 설계하고 제작하는 데 필요한 시간과 에너지입니다. CAD를 사용하여 조직 평면을 설계하려면 기술이 필요하며 3D 프린팅 모델에는 3D 프린터, STL 파일 슬라이싱, 필라멘트 선택, 사용할 설정 및 온도에 대한 기본 지식이 필요합니다. 실리콘은 kg당 $28로 이 프로토콜에서 두 번째로 비싼 구성 요소이기 때문에 각 조직 평면에 대한 실리콘 몰드를 만드는 데 비용이 추가됩니다. 그러나 이러한 실리콘 몰드는 내구성이 뛰어나고 재사용이 가능하므로 한 번 만들어지면 수많은 초음파 팬텀을 만드는 데 재사용할 수 있습니다. 다른 단점으로는 탄도 젤을 혼합하고 붓는 것과 관련된 학습 곡선과 충실도가 높은 상업용 마네킹과 비교할 때 이러한 팬텀의 기술 통합이 부족하다는 점이 있습니다. 즉, 우리는 이 모델 설계의 상대적인 구성 용이성, 재료 획득의 용이성, 사용자 정의 가능성, 저렴한 비용 및 재활용 가능성이 단점보다 훨씬 중요하다고 생각합니다. 우리는 그들의 건설 방법의 보급이 값비싼 상업용 의료 시뮬레이션 장치를 자주 교체할 여유가 없는 시설에서 신경 차단 절차에 대한 개선된 교육을 촉진할 수 있기를 바랍니다. 향후 연구에서는 추가적인 신경 차단 시술을 위한 맞춤형 팬텀을 탐색하고 이러한 팬텀을 사용하는 교육생의 만족도와 임상 성과를 동료와 비교하여 평가해야 합니다.

이 논문의 저자는 공개해야 할 이해 상충이 없습니다.

이 프로젝트는 캘리포니아주 라호야에 있는 캘리포니아 대학교 샌디에이고 의과대학(University of California, San Diego School of Medicine)의 시뮬레이션 교육 센터(STC)에서 자금을 지원했습니다. 그림 5에 기여해 주신 Blake Freechtle에게 감사의 말씀을 전합니다.