Eine mechanisch validierte Öffnung | Guangdong Edelstahl Bar Co., Ltd

BMC Medical Education Band 23, Artikelnummer: 261 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Details zu den Metriken

In Notaufnahmen kommt es häufig zu einer Magen-Darm-Perforation. Die Perforation des Magens ist ein Notfall, der eine sofortige chirurgische Behandlung erfordert. Die notwendigen chirurgischen Fertigkeiten erfordern eine regelmäßige praktische Ausbildung. Aus Gründen der Patientensicherheit sind die Möglichkeiten der In-vivo-Ausbildung in der Medizin eingeschränkt. Tierisches Gewebe, insbesondere Schweinegewebe, wird häufig für die chirurgische Ausbildung verwendet. Aufgrund seiner limitierenden Faktoren sind häufig künstliche Trainingsmodelle zu bevorzugen. Es gibt viele künstliche Modelle auf dem Markt, aber unseres Wissens nach keines, das gleichzeitig die Haptik- und Näheigenschaften einer Magenwand nachahmt. In dieser Studie wurde ein Open-Source-Silikonmodell einer Magenperforation zum Training des Magennähens entwickelt, das versucht, ein realistisches Haptik- und Nähverhalten zu vermitteln.

Um den Schichtaufbau des menschlichen Magens zu simulieren, wurden aus unterschiedlichen Silikonmaterialien drei unterschiedliche Modellaufbauten hergestellt. Der Produktionsprozess wurde so einfach wie möglich gehalten, um ihn gut reproduzierbar zu machen. Ein Nadelpenetrationsaufbau sowie eine systematische haptische Bewertung wurden entwickelt, um diese Silikonmodelle mit einem echten Schweinemagen zu vergleichen und das realistischste Modell zu identifizieren.

Ein aus drei Schichten bestehendes Silikonmodell erwies sich als das vielversprechendste und wurde von klinischen Chirurgen getestet.

Das vorgestellte Modell simuliert die Näheigenschaften einer menschlichen Magenwand, ist leicht und kostengünstig reproduzierbar und kann zum Üben von Magennahttechniken verwendet werden.

Unzutreffend.

Peer-Review-Berichte

Der menschliche Magen besteht aus vier verschiedenen Schichten: der Mukosa, der Submukosa, der Muscularis externa und der Serosa. Die Schleimhaut besteht aus drei verschiedenen Schichten: dem Oberflächenepithel (enthält Magengruben und Magendrüsen), der Lamina propria und der Muscularis mucosae. Der Muscularis ext. besteht aus einer longitudinalen äußeren Muskelschicht, einer kreisförmigen mittleren Muskelschicht und einer schrägen inneren Muskelschicht [1, 2].

Verschiedene Pathologien (Magengeschwür, Entzündung, bösartige Erkrankungen, Trauma) können zu einer Magenperforation führen. Diese Indikation kann zu einer lebensbedrohlichen Erkrankung führen und erfordert daher eine schnelle und effiziente Behandlung.

Die Behandlung einer Magenperforation erfolgt entweder durch eine offene oder laparoskopische Operation, wobei die Muscularis externa durch Nähen verschlossen wird und die Schleimhaut unberührt bleibt (Abb. 1) [3].

Unterscheidung zwischen nicht nähender und nähender Schicht einer Schweinemagenwand. Wie gezeigt, kann die mit Serosa bedeckte Muscularis ext. (= Schicht, die vernäht ist; schwarzer Pfeil) von der Schleimhaut (Schicht, die nicht vernäht ist; oranger Pfeil) unterschieden werden.

Der primäre Verschluss durch Einzelknopfnähte, der Verschluss durch Einzelknopfnähte, die mit einem gestielten Netz über der Reparatur abgedeckt werden (Cellan-Jones-Reparatur) und das Verschließen der Perforation mit einem freien Netzpfropfen (Graham-Patch) sind die gebräuchlichsten Techniken [4].

Diese chirurgischen Techniken erfordern viel Schulung und die Sicherheit des Patienten während der Operation hängt in hohem Maße von den Fähigkeiten des Chirurgen ab [5, 6]. Es zeigte sich, dass bereits ein eintägiger chirurgischer Schulungskurs für Medizinstudenten ihre chirurgischen Fähigkeiten verbesserte. Darüber hinaus ist ein simulationsbasiertes Training beispielsweise bei der Schulung der laparoskopischen Chirurgie von Vorteil [7].

Die chirurgische Ausbildung am Menschen unterliegt jedoch einer Reihe von Einschränkungen, wie z. B. Fragen der Patientensicherheit, ethischen und wirtschaftlichen Erwägungen oder mangelnder Exposition gegenüber bestimmten chirurgischen Eingriffen [8,9,10,11,12].

Stattdessen wird in Forschung und Lehre häufig tierisches Gewebe verwendet, insbesondere wenn es nicht genügend nicht-kadaverische Trainingsmodelle auf dem Markt gibt. Bislang nutzen Chirurgen für die Ausbildung der Magenperforationschirurgie immer noch Schweinemägen. Das Verdauungssystem und die Struktur der Magenwand von Schweinen ähneln denen aller anderen monogastrischen Säugetiere. Daher hat der Magen eines Schweins eine ähnliche Struktur und Funktion wie der Magen eines Menschen. Darüber hinaus sind Schweinemägen in der Regel leicht erhältlich und kostengünstig [13].

Die Verwendung von tierischem Gewebe bringt auch viele Nachteile und Einschränkungen mit sich, beispielsweise den kurzen Zeitrahmen, in dem das Gewebe verwendbar ist, und die Notwendigkeit der erforderlichen Infrastruktur (Kühlmöglichkeiten, Nassbereiche) [14,15,16,17,18,19]. ]. Darüber hinaus sind ethische Aspekte immer noch ein zwingender Grund, künstliche Trainingsmodelle anstelle von biologischen Organen oder Gewebe zu verwenden [20, 21].

Daher sind künstliche Modelle, die biologischen Geweben ähneln, wünschenswerte Ersatzstoffe für echte biologische Gewebe und Organe für Anwendungen in Forschung, medizinischer Ausbildung und Lehre. Allerdings ist es eine Herausforderung, die mechanischen und haptischen Eigenschaften eines Gewebes oder Organs genau nachzuahmen. Mögliche Materialien zur Nachahmung von Weichgewebe sind weiche, nachgiebige Substanzen wie Silikone, Gelatine oder Hydrogele [22].

Auf dem Markt sind viele verschiedene Silikone erhältlich, die unterschiedliche Flexibilität und Festigkeit bieten. Um die Vorteile einer langen Lebensdauer, realistischer mechanischer Eigenschaften, ähnlicher haptischer Bedingungen und einer guten Arbeitsumgebung zu vereinen, könnte ein Silikon-Trainingsmodell ein guter Ersatz sein [23]. In [24] und [25] wurde bereits gezeigt, dass Silikonmodelle, die in 3D-gedruckten Formen gegossen wurden, das Können von Chirurgen bei der Verwendung in der chirurgischen Ausbildung verbessern.

Im Rahmen dieser Studie wird eine Reihe künstlicher Silikonmodelle einer Magenwand mit realistischen mechanischen und haptischen Eigenschaften entwickelt, die in der Ausbildung der Magenchirurgie eingesetzt werden sollen. Um den Open-Source-Gedanken zu unterstützen, sollten die Modelle einfach herzustellen und kostengünstig zu kopieren sein.

Die Silikonmodelle werden in einem mechanischen Testaufbau hinsichtlich der Eigenschaften der Nadelpenetrationskraft mit der frischen Schweinemagenwand verglichen. Zusätzlich wurde ein systematischer haptischer Vergleich einschließlich Aussehen und Einstech- und Ausreißkräfte durchgeführt. Ähnliche Untersuchungen zur Prüfung von künstlichem Gewebe konnten bereits einige Ergebnisse erzielen, etwa in [26,27,28].

Nach vielen Vortests wurden drei verschiedene Silikonmodellaufbauten mit ähnlichen Eigenschaften als sinnvolle Nachbildungen einer echten Magenwand identifiziert. Die Modelle wurden aus Silikontypen der Marke Eco-Flex (00–10, 00–20, 00–30) und Mold Star™ 30/1 Shore 30 A (KauPo Plankenhorn eK, Spaichingen, Deutschland) und offenzelligem PU-Schaum hergestellt Platte mit 5 mm Dicke und einer Flächendichte von 96 g/m², gekauft im Baumarkt.

Die anatomischen Schichten der Magenwand wurden durch repräsentative Silikonschichten modelliert (Abb. 2). Von unten nach oben:

Aufbau der entwickelten Silikonmodelle A, B und C. Beachten Sie, dass nur Modell A eine zusätzliche Schicht (Schicht II) als Darstellung der Submukosa und Muscularis mucosa enthält

Die Silikonschicht I stellt die weiche und faltige Schleimhaut dar und ist daher sehr weich gestaltet.

Die Silikonschicht II, die nur in Modell A vorhanden ist, zielt darauf ab, die Submukosa und Muscularis-Mukosa als weiche und dünne Mittelschicht nachzuahmen, die ein gewisses Gleiten in Querrichtung ermöglicht.

Die Silikonschicht III bildet die Muscularis externa und die Serosa, feste und steifere Gewebe. Wie bei der echten Magenperforationsoperation wird nur diese Schicht genäht. (Nähschicht)

Ausgehend von der Anforderung, die Haptik und Nähleistung eines echten Magens nachzuahmen, werden die Bestandteile der Silikonschichten so gewählt, dass sie den mechanischen Eigenschaften der anatomischen Schichten möglichst nahe kommen. Insbesondere musste die Nähschicht mit einer darunter liegenden Faserstruktur verstärkt werden, um ein realistisches Nähverhalten mit weniger Ausrissen zu erreichen. Daher wurde bei allen drei Silikonmodellen PU-Schaum in Schicht III eingebracht.

Die Perforation der Magenwand wird als Loch mit 7 mm Durchmesser durch alle Schichten modelliert (Abb. 3). Um einen möglichen Vorsprung der Schleimhaut zu kopieren und die chirurgische Herausforderung des Zurückschiebens beim Nähen zu erhöhen, wird Schicht I wie ein Kragen durch das Perforationsloch angehoben. Der Kragendurchmesser beträgt 11 mm.

Schematischer Herstellungsprozess: Schritt (1): Gießen der ersten Schicht nach Schmierung des Gusses mit Öl. Schritt (2): Drehen Sie die erste Schicht in der Form und gießen Sie Schicht II (nur Modell A). Schritt (3): Einbringen der Schaum- und Gießschicht III. Der PU-Schaum kann auch separat vorbereitet (in Silikon getränkt) und auf die vorherige Schicht gelegt werden. Schritt (4): Nach dem Aushärten wird das Modell aus der Form entnommen. Die Vorsprünge wurden mit einem Skalpell von den Seitenwänden der Schichten II und III abgetrennt

Schicht für Schicht wurden in einer Form gegossen. Um die Aushärtezeit der ersten Schicht auf 15 Minuten zu verkürzen, wurde eine milde Hitze von 55 °C angewendet, indem die Form auf das Kopfbett eines FDM-3D-Druckers gestellt wurde. Allerdings würden die verwendeten Silikone auch bei Raumtemperatur aushärten, allerdings langsamer. Durch das Umdrehen der Schicht I wird der Vorsprung der Schleimhaut angehoben. Dann wurde eine Zwischenschicht II zu Modell A hinzugefügt. Anschließend wurde das Silikon für die dritte Schicht direkt auf die vorherige Schicht aufgetragen, einschließlich der mit Silikon getränkten PU-Schaumplatte, um zusätzliche Festigkeit zu verleihen [23, 29]. Nach dem Aushärten aller Schichten und dem Entformen des Modells wurde der Überstand aus den Schichten II und III durch einen kreisförmigen Schnitt mit einem Skalpell gelöst. Dies ermöglicht das Einschieben des Vorsprungs später in der simulierten Operation als zusätzliche chirurgische Herausforderung. Mit dieser Technik wurden drei verschiedene Silikonmodelle erstellt (Probenanzahl n = 5 pro Modell).

Darüber hinaus wird ein 3D-gedruckter Prüfstand (Abb. 4) hinzugefügt, um die Nähsituation auf ein realistisches Niveau zu bringen. Das Silikonmodell wird durch eine Schaumstoffpolsterung gestützt (Abb. 4a), um eine konvexe Oberfläche zu schaffen, die sich bei Berührung realistisch bewegt, wie es das echte Organ tun würde, was eine der Herausforderungen einer Magenperforationsoperation darstellt.

(a) 3D-gedruckter Prüfstand mit einer Schaumstoffpolsterung, die als Unterlage für das Silikonmodell dient und so für mehr Flexibilität sorgt. (b) fertiges Silikon-Trainingsmodell einer Magenperforation: Das Modell ist im Gerät fixiert, Muskelseite (Nähbereich) mit 5 Perforationslöchern und hervorstehender Schleimhaut (Nicht-Nähbereich)

Da das Ziel dieser Studie die Gestaltung realistischer Silikonmodelle ist, müssen diese systematisch mit echten Magenwandgewebeproben verglichen werden.

Für die Verwendung als Referenzgewebe wurden fünf Schweinemägen von einem Metzger bezogen. Die Mägen wurden in einem Vakuumbeutel ins Labor transportiert und bis zur weiteren Verarbeitung ~ 48 Stunden bei 4 °C gelagert. Es wurden fünf kreisförmige Proben pro Schweinemagen hergestellt, was einer Probenanzahl von n = 25 entspricht (Abb. 5a). Zum Ausschneiden der scheibenförmigen Proben mit einem Durchmesser von 48 mm diente der Zylinder des Versuchsaufbaus als Vorlage (Abb. 5b). Die kreisförmige Form ermöglicht die Montage der Proben im unten beschriebenen Nadelpenetrationstestaufbau. Auf die gleiche Weise wurden aus jedem Silikonmodelltyp n = 5 scheibenförmige Proben geschnitten.

(a) Kreisförmige Proben aus Schweinemagen. (b) Das Schneiden erfolgte mit einem Skalpell unter Verwendung des Testzylinders als Schablone

Die haptischen Eigenschaften wurden am frischen Schweinemagen und den drei verschiedenen Silikonmodellen in einem vergleichenden Rankingsystem bewertet. Daher wurden klar definierte Qualitäten bewertet (Tabelle 1; Abb. 6). Diese definierten Eigenschaften waren das Gesamtgefühl beim Berühren des Modells, die Steifheit in Querrichtung, die Steifheit in Längsrichtung, die subjektive Kraft, die zum Schneiden mit einem Skalpell erforderlich war, die subjektive Kraft, die zum Eindringen mit einer Nadel erforderlich war, und der Widerstand der Probe gegen ein Herausreißen aus dem Faden . Diese Parameter wurden von einer ausgewählten Gruppe von Chirurgen und Technikern gemäß Tabelle 1 subjektiv von 1 bis 4 eingestuft.

Haptische Bewertungsaspekte. (a) Gesamthaptik, bewertet durch Berührung, (b) Steifigkeit außerhalb der Ebene, bewertet durch Querverformung, (c) Steifigkeit in der Ebene, bewertet durch Dehnung, (d) Schnittfestigkeit, bewertet durch Schneiden mit einer Schere, (e) Durchstoßfestigkeit, bewertet durch Eindringen mit einer Nadel, (f) Reißfestigkeit, bewertet durch Ziehen eines Fadens

Abgesehen von den allgemeinen haptischen Eigenschaften sollten die Näheigenschaften des künstlichen Modells einer biologischen Magenwand möglichst nahe kommen. Daher wurde ein mechanischer Testaufbau entwickelt, der es ermöglicht, mit einer Nadel kontrolliert in künstliches und biologisches Gewebe einzudringen und dabei Kraft und Weg zu messen.

Der Testaufbau besteht aus einem 3D-gedruckten Probenhalter (Abb. 7), in dem die Probenscheibe montiert ist, und einer beweglichen Nadel zum Eindringen in die Probe. Der transparente Zylinder besteht aus Acrylglas. Die Schweineproben wurden so montiert, dass das Schleimhautgewebe nach oben zeigt. Acht M6-Schrauben wurden verwendet, um die einzelnen Teile zusammenzuhalten. Zum Eindringen in die Probe wird eine Nadel (Ethicon TMII, Polyamid 6, 2 − 0 (3 PH. Eur.), EH7625, STAW 65 mm) in Kombination mit einem Edelstahlstab an der Prüfmaschine (zwickiLine 2,5kN, Zwick Roell GmbH, Ulm, Deutschland). Als Ausgangssignale wurden die standardmäßige 2,5-kN-Wägezelle und die Maschinenverschiebung verwendet. Das Beladeprotokoll lautete: Rampenbeladung mit 3 mm/min, Verfahrweg von 30 mm und sofortiges Entladen mit gleicher Geschwindigkeit. Der Test wurde an der Stelle des ersten Kontakts zwischen Nadel und Gewebe gestartet und von dort aus die Verschiebung x gemessen.

(a) Axialprüfmaschine mit montiertem Prüfaufbau. (b) Nadel dringt in die Probe ein, während Kraft (F) und Verschiebung (x) aufgezeichnet werden

Um die mechanischen Testergebnisse zwischen der Schweineprobengruppe und den drei verschiedenen Silikonprobengruppen zu vergleichen, wurde ein Standard-T-Test mit zwei Stichproben unter der Annahme unterschiedlicher Varianzen verwendet.

Die Schweineproben und Silikonproben wurden nach den gleichen Tests getestet und eingestuft: Berühren und Verformen des Gewebes, zum Schneiden erforderliche Kraft, Nadeleinstich und Fadenabreißen (siehe auch Abb. 6). Folgende subjektive Wahrnehmungen wurden gemacht:

Beide Oberflächen der Schweineproben waren klebrig. Die Schleimhaut ist sehr weich, während die Muskularis steifer und strukturierter ist. Nach dem Pressen oder Dehnen des Gewebes geht es in seinen ursprünglichen Zustand zurück und kann daher als elastisch angesehen werden. Der Durchstechvorgang zeichnet sich durch relativ hohe Anfangskräfte aus, die zum Durchbrechen führen. Aufgrund der rutschigen Umgebung gleitet der Faden leicht durch die durchstochenen Hautschichten. Das Gewebe widersetzte sich dem Ausreißversuch.

Alle Silikonmodelle sind robust gegen mechanische Verformung. Beim Einleiten der Nadelpenetration akzeptierte die Silikonprobe das Einstechen leichter als die Schweineprobe. Da das Silikongewebe jedoch nicht rutschig ist, müssen höhere Kräfte auf das Nahtmaterial ausgeübt werden, um durch das Gewebe zu gleiten.

Bei der Einstufung der haptischen Eindrücke, die von Schweinemagen- und Silikonmodellen gesammelt wurden, ist Silikonmodell A im Hinblick auf die haptischen Parameter das Modell A, das dem Schweinemagen am ähnlichsten ist, da es bei vier haptischen Attributen am ähnlichsten ist (Tabelle 2).

Fünf Proben von jedem der drei Silikonmodelle und fünf Proben von jedem der fünf Schweinemägen wurden im Nadelpenetrationsaufbau getestet und Kraft-Verschiebungs-Daten aufgezeichnet (Abb. 8).

Durchschnittliche Kraft – Verschiebungsdaten der Nadelpenetrationstests der Schweineproben und der Silikonmodelle A, B und C. Die durchgezogene schwarze Linie stellt die gemittelten Daten über eine Probengruppe dar, einschließlich der Standardabweichung (grauer Bereich).

Die Magenwand von Schweinen weist zu Beginn des Tests einen „Zehen“-Bereich auf, der durch den langsamen, nichtlinearen Kraftanstieg in den ersten 5 mm angezeigt wird. Die Standardabweichung der Schweinedaten war im Vergleich zu den Silikonmodellen A und C hoch. Modell B weist eine vergleichsweise hohe Standardabweichung auf, die im entladenden Teil der Kurve sogar noch höher ist. Silikonmodell B zeigte in der Beladungsphase die beste Übereinstimmung mit den Schweineproben. Dies wird durch die maximale Kraftmessung untermauert, bei der Modell B Fmax erreicht. = 2,269 N ± 0,76 N und die vergleichbaren Schweineproben zeigen Fmax. = 2,297 N ± 0,498 N. Die maximale Kraft für Modell A (Fmax. = 0,796 N ± 0,252 N) und Modell C (Fmax. = 0,907 N ± 0,189 N) ist nicht mit der maximalen Kraft für Schweineproben vergleichbar. Im Entladeteil zeigten die Modelle A und C eine ähnlich niedrige Kraftreaktion wie die biologischen Proben, was durch Kraftmessungen im maximalen Verfahrbereich von 30 mm bestätigt wurde. Die Silikonmodelle A (F30mm = 0,591 N ± 0,198 N) und C (F30mm = 0,441 N ± 0,114 N) zeigen eine vergleichbare Kraftmessung im Vergleich zur Schweineprobe (F30mm = 0,673 N ± 0,227 N). Modell B zeigt immer noch einen Kraftwert von F30mm = 1,483 N ± 0,280 N.

Um die drei Silikonproben A, B und C quantitativ mit den Schweineproben N zu vergleichen, wurde eine statistische Analyse durchgeführt. Dabei wurde jeweils ein t-Test zwischen den Silikonmodellen und den Schweineproben durchgeführt. Als Signifikanzniveau wurde α = 0,05 verwendet. Die Ergebnisse zeigen, dass nur Modell B im Vergleich zu den Schweineproben N keine signifikant unterschiedliche Maximalkraft aufwies (Abb. 9) und daher als das realistischste Modell angesehen werden kann. Andererseits zeigte im Entladeteil bei einem maximalen Weg von 30 mm nur Modell A keine signifikant unterschiedliche Kraft (Abb. 10), was darauf hindeutet, dass Modell A dem Schweinemodell ähnlicher ist.

T-Test bezüglich der Maximalkraft der Schweineproben (N) und der jeweiligen Silikonmodelle (A,B,C). Das Sternchensymbol (*) zeigt einen signifikanten Unterschied unter Berücksichtigung eines Alpha-Werts von α = 0,05 an (P-Werte: PN−A = 3,62E-07, PN−B = 0,94, PN−C = 6,13E-09)

T-Test bezüglich der Kraft beim maximalen Weg von 30 mm. Die Schweineproben (N) und die entsprechenden Silikonmodelle (A,B,C). Das Sternchensymbol (*) zeigt einen signifikanten Unterschied unter Berücksichtigung eines Alpha-Werts von α = 0,05 an (P-Werte: PN−A = 0,44, PN−B = 0,16E-02, PN−C = 0,55E-02)

Silikonmodell A wurde in einer offenen Umgebung getestet. Der primäre Verschluss erfolgte mit unterbrochenen Nähten mit Vicryl 3 − 0. Die Perforation konnte leicht mit 3–4 einfachen unterbrochenen Nähten verschlossen werden: Die Muskelschicht III wurde genäht und die Schleimhautschicht I wurde invaginiert (Abb. 11).

Verschiedene Schritte des chirurgischen Eingriffs (a) Eindringen der Silikon-„Muskelschicht“ mit der Nadel (b), (c) Schließen der Perforation mit einfachen unterbrochenen Stichen (d) Schließen der Perforation mit 3–4 einfachen unterbrochenen Stichen. Die Muscularis-Schicht wird durch das Nähen richtig verschlossen, während die Mukosa-Schicht unberührt bleibt und nur an die Innenseite des Magens geschoben wird

Nach dem Nähen der Muscularis zeigt die In-vivo-Magenwand eine Überlappung der Auskleidungsschicht. Dies ist notwendig, um die Perforation richtig zu schließen und konnte aufgrund der geringeren Flexibilität mit dem Silikonmodell nicht vollständig reproduziert werden. Die Schädigung der Silikonschicht durch den Faden (Reißfestigkeit) war etwas höher als bei Schweinegewebe.

Ein großer Vorteil des Silikonmodells ist, dass man es zeitunabhängig nutzen kann. Es sind keine zusätzlichen Lagermöglichkeiten (Kühlschrank) oder hygienische Anforderungen (Labore) notwendig.

Das Modell kann je nach Anzahl der erzeugten Löcher mehrfach/wiederholt verwendet werden und es können unterschiedliche Nahttechniken mit unterschiedlichen Instrumenten und Nahtmaterial geübt werden.

Die beiden Hauptschichten (Muscularis und Mucosa) und ihre unterschiedliche Behandlung beim Verschluss der Perforation konnten reproduziert werden. Dabei hilft die bewegliche Mittelschicht II.

Es wurde gezeigt, dass Silikonmodelle ähnlicher Art in der chirurgischen Ausbildung vorteilhaft eingesetzt werden und die chirurgischen Fähigkeiten erheblich verbessern [24, 25]. Insbesondere [25] zeigte, dass sich Silikonmodelle besonders für das Training fortgeschrittener Nahttechniken eignen. Daher gehen wir davon aus, dass das vorgestellte Magenperforationsmodell auch einen positiven Einfluss auf die Leistung des Chirurgen haben wird.

Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines Silikonmodells einer Magenperforation, mit dem Nähtechniken bei offenen oder laparoskopischen Eingriffen trainiert werden können. Drei verschiedene Silikonmodelle wurden konstruiert und charakterisiert. Die Modelle bestehen aus zwei bzw. drei Schichten Silikon und wurden in einen Rahmen montiert. Sie versuchen, den Eigenschaften einer echten Magenperforation zu ähneln und gleichzeitig einfach zu sein. Im Rahmen dieser Studie wurden sowohl subjektive haptische Tests als auch objektive mechanische Nadelpenetrationstests durchgeführt, um zu evaluieren, in welchen Aspekten die Silikonmodelle die reale Magenwand nachahmen können.

Für die Herstellung von Silikonmodellen ist nur ein geringes Budget erforderlich. Die Form kann mit einem preisgünstigen 3D-Drucker hergestellt werden und die Kosten für Hilfswerkzeuge sind marginal. Das Silikon ist relativ günstig und eine zusätzliche Heizplatte zur Silikonaushärtung ist nicht notwendig, da die Heizplatte des 3D-Druckers genutzt werden kann. Silikonmodelle für die Nasennebenhöhlenchirurgie [25] und den Nierentumor [24] wurden auf ähnliche Weise hergestellt und lieferten nachweislich eine gute Modellqualität.

Die unterschiedlichen Schichtmaße des Silikonmodells lassen sich sehr einfach berechnen. Das Mischen der Silikonkomponenten stellt keine Herausforderung dar und die Haftung zwischen den Silikonschichten erfolgt von selbst, was insbesondere für die Submukosa wichtig ist (Abb. 2, Modell A, Schicht II). Für den Nachbearbeitungsschritt ist Fingerfertigkeit erforderlich, um den Vorsprung von Schicht III zu trennen. Insgesamt handelt es sich bei dem Modellherstellungsprozess um eine kompakte kommende Open-Source-Lösung.

Die Ergebnisse der haptischen Bewertung sprechen für das Silikonmodell A. Sein Gesamterscheinungsbild und sein Verhalten während des Nähvorgangs kommen dem eines Schweinekadavers am nächsten. Silikonmodell B war im Allgemeinen zu steif und bei Krafteinwirkung auf den Faden begann der Faden auszureißen und das Modell zu durchschneiden.

Die dünne Silikonschicht in Probe A (Schicht II), die die Submukosaschicht simuliert, ist ein zusätzliches Merkmal, das dieses Modell besonders realistisch macht. Es ermöglicht ein elastisches Quergleiten zwischen Mukosa und Muscularis externa. Allerdings gleitet das Nahtmaterial aufgrund des fehlenden feuchten Milieus nicht so leicht durch das Gewebe wie durch eine echte Magenwand. Eine potenzielle Verbesserung ist die Anwendung von Silikonöl an der Nähstelle, um die Umgebung rutschiger zu machen.

Im Gegensatz zu den haptischen Tests sind die Ergebnisse der mechanischen Prüfung uneindeutiger. Der Ladeteil bevorzugt das Silikonmodell B als das Modell, das dem Schweinemagen am ähnlichsten ist. Probenkurve B zeigt eine ähnliche maximale Kraft wie die echten Magenproben, bestätigt durch statistische Analyse, reproduziert jedoch nicht den anfänglichen Zehenbereich und die Nadelrückzugseigenschaften. Im Entladeteil ähnelten die Modelle A (statistisch signifikant) und C (statistisch nicht signifikant) den Magenproben. Da sie eine geringere Standardabweichung aufweisen, sind sie auch in ihren mechanischen Eigenschaften konsistenter.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die haptische Bewertung eindeutig für Modell A spricht, während die Nadeleindringtests keinen eindeutigen Gesamtfavoriten hervorbringen konnten. Die Schlussfolgerung aus diesen Ergebnissen lässt sich entsprechend ziehen: Für die allgemeine chirurgische Ausbildung, bei der das Modell berührt, verformt und genäht wird, sollte Silikonmodell A verwendet werden. In Fällen, in denen ein präziseres Eindringverhalten erforderlich ist, sollte Silikonmodell B verwendet werden.

Diese Studie wurde als Referenz am Schweinemagen durchgeführt, wobei davon ausgegangen wurde, dass seine mechanischen Eigenschaften denen des menschlichen Magens ähneln. Während [13] zu dem Schluss kam, dass die Operation am Magen-Darm-System des Schweins der am Menschen ähnelt, wurde der Vergleich der mechanischen Eigenschaften zwischen dem Magen von Mensch und Schwein noch nicht ausreichend durchgeführt.

Die entwickelten Modelle können die sich verändernde Struktur im Magen nicht abdecken. Da die verschiedenen Teile des Magens unterschiedliche Funktionen haben, variiert die Dicke der Schichten entlang der Magenoberfläche. Darüber hinaus wurden die Vaskularisierung und andere kleinere Strukturen des Magens vernachlässigt, da dies eine unverhältnismäßige Steigerung der Komplexität bedeutet hätte.

Alle Tests wurden in vitro durchgeführt. In vivo-Eigenschaften der Magenwand können unterschiedlich sein. Allerdings erhielten [30] ähnliche reproduzierbare Ergebnisse hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften des menschlichen Magen-Darm-Trakts für Leichenmagen und operativ entfernten Magen unter bestimmten Lagerungsbedingungen.

Tests mit Nadel und Faden wurden mit einer bestimmten Nadel und einem bestimmten Faden durchgeführt. Das Nahtmaterial kann von Krankenhaus zu Krankenhaus sowie von Chirurg zu Chirurg unterschiedlich sein und die Testergebnisse beeinflussen.

Als Referenz wurde der Magen eines gesunden Schweins verwendet. Eine Magenwand mit einem Magendurchbruch kann aufgrund von Entzündungsprozessen unterschiedliche Ausprägungen aufweisen. Diese pathologischen Zustände wurden in diesem Silikonmodell nicht reproduziert.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das neu entwickelte Silikonmodell A vorteilhaft für die allgemeine Schulung der Magenperforationschirurgie eingesetzt werden kann. Es zeigte sich, dass er ähnliche Eigenschaften wie ein Schweinemagen und damit auch wie ein menschlicher Magen aufweist. Das Silikonmodell kann einfach und kostengünstig kopiert werden.

Die Studie zeigt, dass haptische Überlegungen neben mechanischen Tests sinnvolle Methoden sind, um anatomische Trainingsmodelle zu charakterisieren und einzuordnen, um sie so realistisch wie möglich zu gestalten.

Es sollten bis zu 5 kurze Aufzählungspunkte enthalten sein, die die Kernaussagen des Artikels zusammenfassen.

Neues chirurgisches Trainingsmodell

Speziell für das Training des Nähens von Magenperforationen

Modell der niedrigen Kosten

Leicht reproduzierbar und wiederverwendbar

Verbesserung der medizinischen Ausbildung

Die während der aktuellen Studie generierten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

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Die Autoren möchten sich für den Beitrag der NÖ Landesgesundheitsagentur, einer juristischen Person der Universitätskliniken in Niederösterreich, bedanken, die den organisatorischen Rahmen für die Durchführung dieser Forschung bereitgestellt hat. Die Autoren bedanken sich außerdem für die Unterstützung durch den Open Access Publishing Fund der Karl Landsteiner Privatuniversität für Gesundheitswissenschaften, Krems, Österreich.

Unzutreffend.

Institut für Anatomie und Biomechanik, Abteilung Biomechanik, Karl Landsteiner Privatuniversität für Gesundheitswissenschaften, Dr. Karl-Dorrek-Straße 30, Krems, 3500, Österreich

Lukas Warnung, Dieter Pahr & Andreas Reisinger

Department of Surgery, University Hospital Tulln, Alter Ziegelweg 10, Tulln, 3430, Austria

Stefan Sattler & Elmar Haiden

Studiengang Medizinwissenschaft und Humanmedizin, Karl Landsteiner Privatuniversität für Gesundheitswissenschaften, Dr. Karl-Dorrek-Straße 30, Krems, 3500, Österreich

Sophie Schober

Institut für Leichtbau und Strukturbiomechanik, Technische Universität Wien, Getreidemarkt 9, Wien, 1060, Österreich

Dieter Pahr & Andreas Reisinger

Abteilung für Strahlentherapie-Radioonkologie, Universitätsklinikum Krems, Mitterweg 10, Krems, 3500, Österreich

Lukas Warnung

Karl Landsteiner University of Health Sciences, Dr. Karl-Dorrek-Straße 30, Krems, 3500, Austria

Stefan Sattler & Elmar Haiden

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Lukas Warnung war für den Musterentwurf, die Musterherstellung, den Aufbauentwurf, die Aufbaufertigung, den Testentwurf, die vollständige Studie im Labor und die Datenauswertung verantwortlich, er schrieb den Studienbericht und überprüfte das Manuskript.

Sophie Schober verfasste den Haupttext des Manuskripts und war für die Nähtechnik verantwortlich.

Andreas Reisinger ist Projektleiter, hat alle Zahlen erstellt und das Manuskript überprüft.

Stefan Sattler war für die Nähtechnik verantwortlich, gab Input für Materialbeurteilungen und überprüfte das Manuskript.

Elmar Haiden war für die Nähtechnik verantwortlich und gab Input für Materialbewertungen und überprüfte das Manuskript.

Dieter Pahr hat das Manuskript rezensiert.

Korrespondenz mit Lukas Warnung.

Die Autoren erklären, dass sie keine konkurrierenden Interessen haben.

Unzutreffend.

Ethische Genehmigungen und Einwilligungen zur Teilnahme gelten nicht für diese Studie. Es war kein menschliches oder lebendes Tiermodell beteiligt und gemäß den nationalen Richtlinien besteht keine Notwendigkeit für eine Überprüfung durch den institutionellen Vorstand. Für den Kauf und die Verwendung des Schweinemagens ist keine Genehmigung erforderlich.

Alle Methoden wurden in Übereinstimmung mit den relevanten Richtlinien und Vorschriften durchgeführt.

Unzutreffend.

Springer Nature bleibt neutral hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten.

Unten finden Sie den Link zum elektronischen Zusatzmaterial.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Warnung, L., Sattler, S., Haiden, E. et al. Ein mechanisch validiertes Open-Source-Silikonmodell für das Training des Magenperforationsnähens. BMC Med Educ 23, 261 (2023). https://doi.org/10.1186/s12909-023-04174-8

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Eingegangen: 18. November 2021

Angenommen: 17. März 2023

Veröffentlicht: 19. April 2023

DOI: https://doi.org/10.1186/s12909-023-04174-8

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