Development and Validation of a Low-Cost Three-Dimensional-Printed Simulator for Bronchial and Pulmonary Vascular Reconstruction Training.

In de operatiekamer is de marge voor fouten niet bestaand. Chirurgen moeten complexe manoeuvres beheersen, zoals het herstellen van luchtwegen en bloedvaten in de borstkas, waar de ruimte beperkt is en de weefsels delicaat zijn. Traditioneel gezien heeft het aanleren van deze vaardigheden berust op het observeren van experts, het oefenen op dierlijk weefsel of het werken met menselijke kadavers. Hoewel waardevol, hebben deze methoden aanzienlijke nadelen: diermodellen zijn duur en ethisch complex, kadavers zijn schaars en kunnen niet worden hergebruikt, en het kijken naar een expert vertaalt zich niet altijd naar het vermogen om de taak zelf uit te voeren. Om dit gat te overbruggen, hebben medische docenten zich tot simulatie gewend, waarbij kunstmatige omgevingen worden gecreëerd waarin trainees fouten kunnen maken en kunnen leren zonder risico. De uitdaging was het creëren van modellen die aanvoelen en zich gedragen als echt menselijk weefsel, zonder dat dit een fortuin kost of gespecialiseerde fabrieken vereist voor de productie.

Een team van onderzoekers in Spanje heeft deze uitdaging aangepakt door een nieuw, betaalbaar trainingsinstrument voor de thoraxchirurgie te ontwikkelen. Ze hebben een simulator ontworpen die specifiek gericht is op de complexe taak van de reconstructie van de bronchiën en de longslagaders. Het apparaat is gebouwd met een tweestaps fabricageproces dat de precisie van 3D-printen combineert met het realistische gevoel van medische siliconen. Eerst gebruikte het team computersoftware om de exacte vormen van de luchtwegen en bloedvaten te ontwerpen. Vervolgens printten ze harde mallen van deze vormen met een standaard plastic printer. Zodra de mallen klaar waren, goten ze vloeibare siliconen in deze mallen. Toen de siliconen uithardden, vormden ze flexibele, duurzame replica's van de menselijke anatomie die gestikt en gemanipuleerd konden worden net als echt weefsel. De volledige opstelling, inclusief een platform dat de beperkte ruimte van een borstholte nabootst, kostte ongeveer 114 euro om te produceren, wat het toegankelijk maakt voor ziekenhuizen en trainingscentra met beperkte budgetten.

Om te testen of dit goedkope apparaat daadwerkelijk werkte als een leermiddel, nodigden de onderzoekers 36 deelnemers uit om het te gebruiken. De groep bestond uit medische studenten met basisopleiding, chirurgen in opleiding die zich in het midden van hun specialisatieopleiding bevonden, en ervaren thoraxchirurgen die jarenlang deze complexe operaties hadden uitgevoerd. Elke deelnemer kreeg de opdracht specifieke taken op de simulator uit te voeren, zoals het weer aan elkaar naaien van de luchtweg en de bloedvaten met behulp van zowel onderbroken als continue hechtingstechnieken. Ze voerden deze taken op twee manieren uit: eerst op een platte tafel waar ze volledige toegang hadden tot het model, en daarna via het beperkte platform dat het nauwe, moeilijke zicht van een werkelijke operatie simuleerde. De onderzoekers maten hoe lang het duurde om de taken te voltooien en of de hechtingen succesvol waren, terwijl ze de deelnemers ook vroegen hoe realistisch zij het model vonden aanvoelen en hoe nuttig het was voor het leren.

De resultaten lieten zien dat de simulator succesvol onderscheid kon maken tussen de verschillende niveaus van ervaring. Wanneer de taken werden uitgevoerd in de open, onbeperkte setting, konden bijna iedereen de hechting voltooien. Echter, wanneer de deelnemers door het beperkte platform moesten werken, kwam er een duidelijk patisme naar voren. De ervaren chirurgen voltooiën de moeilijke taken met een veel hoger succespercentage dan de artsen in opleiding, die op hun beurt weer beter presteerden dan de medische studenten. Bijvoorbeeld, bij het proberen van een continue hechting op het bloedvat binnen het beperkte platform, slaagde slechts 7,7 procent van de studenten, vergeleken met 70 procent van de artsen in opleiding en 92,3 procent van de ervaren chirurgen. Dit vermogen om de prestaties van nieuwkomers van die van experts te scheiden, is een cruciale indicator dat de simulator een geldig instrument is voor het beoordelen van vaardigheden. Het suggereert dat het apparaat moeilijk genoeg is om de werkelijke technische bekwaamheid van de gebruiker te onthullen.

Naast het testen van vaardigheden, keek de studie ook naar hoe oefening de prestaties beïnvloedde. Wanneer deelnemers de simulator herhaaldelijk gebruikten, werden ze aanzienlijk sneller. De gemiddelde tijd om een procedure te voltooien daalde van meer dan 960 seconden bij de eerste poging naar ongeveer 858 seconden bij de tweede poging. De meest dramatische verbeteringen werden gezien bij de minder ervaren deelnemers, die met oefening snel in snelheid toenamen, terwijl de experts, die al snel waren, kleinere winsten lieten zien. Dit geeft aan dat de simulator gerichte oefening mogelijk maakt, waarbij herhaling leidt tot tastbare verbeteringen in efficiëntie. De deelnemers beoordeelden de simulator ook hoog op het gebied van realisme. Ze waren het erover eens dat de textuur van de siliconen aanvoelde als echt weefsel en dat het model geschikt was voor het onderwijzen en beoordelen van chirurgische vaardigheden. Zelfs de meest ervaren chirurgen, die vaak de meest kritische beoordelaars van dergelijke instrumenten zijn, vonden de simulator een realistische weergave van de procedures die zij dagelijks uitvoeren.

De onderzoekers merkten op dat hoewel de simulator uitstekend is voor het oefenen van de mechanische handeling van het hechten, het niet elk aspect van de menselijke biologie kan repliceren. De siliconen bloeden niet, er is geen bloedstroom, en ze genezen niet of worden niet ontstoken zoals levend weefsel. Dit zijn beperkingen die de auteurs erkennen, aangezien het apparaat is ontworpen voor het verwerven van technische vaardigheden in plaats van het simuleren van de volledige fysiologische respons van een patiënt. Ondanks deze beperkingen concludeert de studie dat deze aanpak een praktische en reproduceerbare manier biedt om chirurgen op te leiden. Door 3D-geprinte mallen te combineren met herbruikbare siliconen, heeft het team een systeem gecreëerd dat goedkoop genoeg is om frequent te gebruiken en robuust genoeg is om herhaaldelijk gebruik te weerstaan. Dit werk suggereert dat hoogwaardige chirurgische training niet onbetaalbaar hoeft te zijn, en dat toegankelijke instrumenten een vitale rol kunnen spelen bij het voorbereiden van de volgende generatie chirurgen op de complexe uitdagingen van de thoraxreconstructie.