Medical simulator for the training of traumatologists: pilot work

Abstract

BACKGROUND: Pelvic fractures are one of the most complex and fatal injuries because numerous large blood vessels are affected. They entail partial or complete loss of working capacity and have a high mortality rate. In medical practice, the number of pelvic fractures is fewer than that of other types of fractures, and specialists often lack practical experience and skills in the treatment. Thus, for the training, or advanced training of specialists, more serious theoretical training is required, which is unproductive without high-quality training simulators and models.

AIM: The study aimed to develop and manufacture an easy-to-use simulator that mimics human soft tissues and makes it possible to comprehensively prepare and educate specialists in the technique of installing an external fixation device for unstable pelvic fractures.

MATERIALS AND METHODS: To create the simulator, several main stages were completed: obtaining samples of the pelvic bones, making a mold for casting, and directly assembling the simulator. To obtain bone samples, computed tomography scans and magnetic resonance therapy images were used, on which a three-dimensional (3D) model of the pelvic bones was obtained. Based on this model, anatomically accurate copies of the pelvic bones were made using additive technologies. Then, a 3D digital computer model was developed, and a mold for casting the finished product was made. Bone samples were placed inside the mold, and the mold was gradually filled with a gelatin–glycerin compound, which after hardening mimics human soft tissues.

RESULTS: A prototype of a medical simulator for teaching the installation of the concomitant injury kit apparatus for unstable pelvic fractures was made.

CONCLUSION: The manufactured simulator can be widely used in educating and training specialists given its sufficiently high anatomical accuracy, ease of maintenance, and good potential for mass production.

Keywords

pelvic fracture / external fixation device / additive technologies / medical simulator

References

[1] Litvina EA. Emergent Stabilization of Pelvic Bones Fractures in Polytrauma. N.N. Priorov Journal of Traumatology and Orthopedics. 2014;21(1):19–25. (In Russ). doi: 10.17816/vto20140119-25

[2] Литвина Е.А. Экстренная стабилизация переломов костей таза у больных с политравмой // Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова. 2014. Т. 21, № 1. С. 19–25. doi: 10.17816/vto20140119-25

[3] Agadzhanyan VV, Milyukov AYu, Pronskikh AA, et al. Otsenka rezul’tatov lecheniya bol’nykh, perenesshikh travmu taza. N.N. Priorov Journal of Traumatology and Orthopedics. 2002;(3):67–70. (In Russ).

[4] Агаджанян В.В., Милюков А.Ю., и др. Оценка результатов лечения больных, перенёсших травму таза // Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова. 2002. № 3. С. 67–70.

[5] Bondarenko AV, Kruglykhin IV, Plotnikov IA, et al. Features of treatment of pelvic injuries in polytrauma. Polytrauma. 2014;(3):46–57. (In Russ).

[6] Бондаренко A.B., Круглыхин И.В., Плотников И.А., и др. Особенности лечения повреждений таза при политравме // Политравма. 2014. № 3. С. 46–57.

[7] Besaev GM. Povrezhdeniya taza u postradavshikh s mnozhestvennoi i sochetannoi travmoi [dissertation]. St. Petersburg; 1999. (In Russ).

[8] Бесаев Г.М. Повреждения таза у пострадавших с множественной и сочетанной травмой: автореф. дис. … докт. мед. наук. Санкт-Петербург, 1999.

[9] Kryukov EV, Brizhan’ LK, Davydov DV, et al. Primenenie sovremennykh otechestvennykh komplektov dlya lecheniya ranenykh i postradavshikh s boevoi patologiei oporno-dvigatel’noi sistemy. 3rd Asia-Pacific Congress on Military Medicine; 2016 Aug 8–12; St. Petersburg, Russia. St. Petersburg; 2016. P. 80–81. Available from: https://mil.ru/medkongress.htm. Accessed: 13.01.2023. (In Russ).

[10] Крюков Е.В., Брижань Л.К., Давыдов Д.В., и др. Применение современных отечественных комплектов для лечения раненых и пострадавших с боевой патологией опорно-двигательной системы // 3-й Азиатско-Тихоокеанский Конгресс по военной медицине; Август 8–12, 2016; Санкт-Петербург, Россия. Санкт-Петербург, 2016. С. 80–81. Режим доступа: https://mil.ru/medkongress.htm. Дата обращения: 13.01.2023.

[11] Donchenko SV, Dubrov VE, Slinyakov LYu, et al. Surgical treatment for unstable pelvic ring injuries. N.N. Priorov Journal of Traumatology and Orthopedics. 2013;20(4):9–16. (In Russ). doi: 10.17816/vto2013049-16

[12] Донченко С.В., Дубров В.Э., Слиняков Л.Ю., и др. Алгоритм хирургического лечения нестабильных повреждений тазового кольца // Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова. 2013. Т. 20, № 4. C. 9–16. doi: 10.17816/vto2013049-16

[13] Dragan KA. Lechenie pacientov s perelomami kostey taza. Abstracts of the International Conference «Travma 2017: mul`tidisciplinarny podhod»; 2017 Nov 3–4; Moscow, Russia. Moscow – Voronezh: Nauchnaya kniga; 2017. P. 36–37. Available from: https://2017.trauma.pro/public/uploads/TRAUMA_2017/TRAUMA_2017_abstracts.pdf. Accessed: 13.01.2023. (In Russ).

[14] Драган К.А. Лечение пациентов с переломами костей таза // Сб. тезисов Международной конференции «Травма 2017: мультидисциплинарный подход»; Ноябрь 3–4, 2017; Москва, Россия. Москва – Воронеж: Научная книга, 2017. С. 36–37. Режим доступа: https://2017.trauma.pro/public/uploads/TRAUMA_2017/TRAUMA_2017_abstracts.pdf. Дата обращения: 13.01.2023.

[15] Grin’ AA, Runkov AV, Shlykov IL. The choice of surgical approach in the treatment of two-column acetabular fractures. Traumatology and Orthopedics of Russia. 2014;20(1):92–97. (In Russ). doi: 10.21823/2311-2905-49

[16] Гринь А.А., Рунков А.В., Шлыков И.Л. Выбор операционного доступа при лечении двухколонных переломов вертлужной впадины // Травматология и ортопедия России. 2014. Т. 20, № 1. С. 92–97. doi: 10.21823/2311-2905-49

[17] Dydykin AV. Hirurgicheskaya stabilizaciya taza pri travmah. St. Petersburg; 2001. Research Report No. 200077, Item 5. (In Russ).

[18] Дыдыкин А.В. Хирургическая стабилизация таза при травмах. Санкт-Петербург, 2001. Отчёт о НИР № 200077, п. 5.

[19] Ahovuo JA, Kiuru MJ, Visuri T. Fatigue stress fractures of the sacrum: diagnosis with MR imaging. Eur Radiol. 2004;14(3):500–505. doi: 10.1007/s00330-003-1989-2

[20] Ahovuo J.A., Kiuru M.J., Visuri T. Fatigue stress fractures of the sacrum: diagnosis with MR imaging // Eur Radiol. 2004. Vol. 14, N 3. P. 500–505. doi: 10.1007/s00330-003-1989-2

[21] Kushnarev SV, Zheleznyak IS, Kravchuk VN, et al. An application of 3D heart models created on DICOM data in medical practice. Diagnostic radiology and radiotherapy. 2020;11(3):7–13. (In Russ). doi: 10.22328/2079-5343-2020-11-3-7-13

[22] Кушнарев С.В., Железняк И.С., Кравчук В.Н., и др. Применение 3D-моделей сердца, созданных на основе DICOM-изображений, в медицинской практике // Лучевая диагностика и терапия. 2020. Т. 11, № 3. С. 7–13. doi: 10.22328/2079-5343-2020-11-3-7-13

[23] Stibolt RD Jr, Patel HA, Huntley SR, et al. Total hip arthroplasty for posttraumatic osteoarthritis following acetabular fracture: A systematic review of characteristics, outcomes, and complications. Chin J Traumatol. 2018;21(3):176–181. doi: 10.1016/j.cjtee.2018.02.004

[24] Stibolt R.D. Jr., Patel H.A., Huntley S.R., et al. Total hip arthroplasty for posttraumatic osteoarthritis following acetabular fracture: A systematic review of characteristics, outcomes, and complications // Chin J Traumatol. 2018. Vol. 21, N 3. P. 176–181. doi: 10.1016/j.cjtee.2018.02.004

[25] Dyatlov MM. Slozhnye povrezhdenia taza. Chto delat’? Gomel: GomGMU; 2006. P. 69–74. (In Russ).

[26] Дятлов М.М. Сложные повреждения таза. Что делать? Гомель: ГомГМУ, 2006. С. 69–74.

[27] Timofeev ME, Shapoval’yants SG, Polushkin VG, et al. Medical simulators: history of development, classification, results of application, organization of simulation education. Vestnik NovSU. 2015;85(2):53–59. (In Russ).

[28] Тимофеев М.Е., Шаповальянц С.Г., Полушкин В.Г., и др. Медицинские симуляторы: история развития, классификация, результаты применения, организация симуляционного образования // Вестник Новгородского государственного университета. 2015. Т. 85, № 2. С. 53–59.

[29] Kushnarev SV, Shirnin AV. Creation of three-dimensional physical models based on CT images (first experience). Izvestia of the Russian Military Medical Academy. 2018;37(4):53–56. (In Russ).

[30] Кушнарев С.В., Ширшин А.В. Создание трехмерных физических моделей на основе изображений компьютерной томографии (первый опыт) // Известия Российской Военно-медицинской академии. 2018. Т. 37, № 4. С. 53–56.

[31] Vilchevskaya AE, Lobova AN, Suvorov VV. Sozdanie 3D modeli serdtsa. Proceedings of a scientific conference with international participation «Nedelya nauki SPbPU»; 18–23 Nov, 2019; St. Petersburg, Russia. St. Petersburg: POLITEKh-PRESS; 2019. P. 139–141. Available from: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_43055538_98862588.pdf. Accessed: 13.01.2023. (In Russ).

[32] Вильчевская А.Е., Лобода А.Н., Суворов В.В. Создание 3D модели сердца // Мат-лы научной конференции с международным участием «Неделя науки СПбПУ»; Ноябрь 18–23, 2019; Санкт-Петербург, Россия. Санкт-Петербург: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2019. С. 139–141. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_43055538_98862588.pdf. Дата обращения: 13.01.2023.

[33] Belodedov VE. Rekonstruktsiya cherepa cheloveka na osnove analiza KT-izobrazhenii. Collection of articles based on the materials of the CCXV International scientific and practical conference «Molodoi issledovatel’: vyzovy i perspektivy»; 7 Jun, 2021; Moscow, Russia. Moscow: Internauka; 2021. P. 497–500. Available from: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=46256199. Accessed: 13.01.2023. (In Russ).

[34] Белодедов В.Е. 3D Реконструкция черепа человека на основе анализа КТ-изображений // Сб. статей по мат-лам CCXV Международной научно-практической конференции «Молодой исследователь: вызовы и перспективы»; Июнь 7, 2021; Москва, Россия. Москва: Интернаука, 2021. С. 497–500. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=46256199. Дата обращения: 13.01.2023.

[35] Nikitina LL, Gavrilova OE. Prospects for the use of modern 3D printing technologies in the production of light industry products made of polymer materials. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta. 2015;18(7):224–226. (In Russ).

[36] Никитина Л.Л., Гаврилова О.Е. Перспективы использования современных технологий 3d-печати в производстве изделий легкой промышленности из полимерных материалов // Вестник Казанского технологического университета. 2015. Т. 18, № 7. С. 224–226.

[37] Nikitin AS, Zorin VA, Timofeeva AG. Analysis of the possibility of using modified secondary ABS plastic in the production of parts of transport and technological machines. Mekhanizatsiya i avtomatizatsiya stroitel’stva. 2020:191–196. Available from: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_44616542_72474801.pdf. Accessed: 13.01.2023. (In Russ).

[38] Никитин А.С., Зорин В.А., Тимофеева А.Г. Анализ возможности использования модифицированного вторичного АБС-пластика при производстве деталей транспортно-технологических машин // Механизация и автоматизация строительства. 2020. С. 191–196. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_44616542_72474801.pdf. Дата обращения: 13.01.2023.

RIGHTS & PERMISSIONS

Eco-Vector