Shoulder Arthroscopy - Creating an Affordable Training Model.

The present study created a cheap (below US$ 100) shoulder arthroscopy training model, affordable for the practical education of medical students and residents. The model was created using a polyvinyl chloride (PVC) knee joint pipe (150 mm in diameter and 90 degrees in inclination) and a synthetic shoulder model. The parts were arranged to simulate a lateral recumbency with the upper limb in traction, which is the frequent positioning during arthroscopies. Colored dots on the glenoid and a partial rotator cuff model on the upper portion of the scapula were placed to assist training. This inexpensive, easy-to-make model for shoulder arthroscopy can aid surgical training. Sociedade Brasileira de Ortopedia e Traumatologia. This is an open access article published by Thieme under the terms of the Creative Commons Attribution-NonDerivative-NonCommercial License, permitting copying and reproduction so long as the original work is given appropriate credit. Contents may not be used for commercial purposes, or adapted, remixed, transformed or built upon. ( https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ ).

Introduction

Shoulder arthroscopy can be used in a wide range of procedures, from simple ones, such as bursectomy, to complex ones, such as labral reinsertion. 1 Up to now, most of an arthroscopic surgeon training is carried out in a traditional way, in which the apprentice watches the procedure and then progresses to supervised practice. In addition to ethical and legal issues, this teaching model results in longer surgeries and increased operative complications. There is a universal search for quality improvement concomitant to a decrease in healthcare costs. 2

Simulators provide a safe, efficient opportunity to develop and sustain arthroscopic surgery skills. Studies have shown improved training performance and better transfer of simulator-acquired skills to the operating room. 2 However, their cost may be prohibitive. 3

The present study aimed to create a training model for shoulder arthroscopic surgery under US$ 100, affordable to the practical education of medical students and residents.

Materials and Methods

Research project developed at the Orthopedic Skills Laboratory of the Health Sciences Department of our university. Low-cost, easily obtained materials were used to assemble the training model ( Table 1 ).

Table 1

Cost of materials. All materials were purchased in electronic commerce

MATERIAL	COST
Knee joint pipe 90°, 150 mm, Tigre	R$ 26.00 (US$ 4.83)
Polyvinyl chloride (PVC) extender for siphon box, 150 × 200 mm, Tigre	R$ 15.00 (US$ 2.79)
2 Caps, 150 mm, Tigre	R$ 43.00 (US$ 7.99)
1 Left shoulder model Edutec (EB3007)	R$ 119.00 (US$ 22.12)
4 chipboard screws, 3.5 × 14 mm, Bemfixa	R$ 6.81 (US$ 1.27)
2 chipboard screws, 2 × 6 mm, Maxmix	R$ 5.50 (US$ 1.02)
1 angle plate, 30 mm, Bemfixa	R$ 8.01 (US$ 1.49)
Flat elastic for sewing, 16 cm x 25 mm	R$ 16.00 (US$ 2.97)
Superglue Loctite 60sec	R$ 17.00 (US$ 3.16)
TOTAL COST	R$ 256.32 (US$ 47.64)

At the time of translation (November 2020), US$ 1 = BRL$ 5.38.

The project was submitted to the Human Research Ethics Committee of our institution and was approved on April 1, 2017 under the number 1.994.655.

External Structure

This assembly used a polyvinyl chloride (PVC) knee joint pipe with 90° in inclination and 150 mm in diameter ( Figure 1a ). The upper (proximal) end was closed with a 150 mm PVC connection tube, sectioned at 125 mm, and inserted at the knee end ( Figure 1b ). Next, a 150 mm PVC cap was placed ( Figure 1c ). The bottom end was closed with a 150-mm plug ( Figure 1d ).

Fig. 1

Polyvinyl chloride (PVC) knee joint pipe; ( B ) connecting tube; ( C ) and ( D ) closing cap.

Assembly

Humerus: the 130 mm proximal segment of a synthetic humerus model was sectioned. This model was fixed to the lower cap with a 3.5 × 14-mm chipboard screw (Bemfixa, Juquitiba, São Paulo, Brazil) eccentrically positioned at 15 mm from the center of the cap ( Figure 2a ).

Fig. 2

( A ) Humeral fixation at the cap; ( B ) section of the scapula, hole for fixation and fixation point at the external structure; ( C ) clavicle section; ( D ) internal assembly.

Scapula: the upper angle of the scapula was sectioned, 30 mm from the scapular notch, with a 60° angle. It was fixed to the PVC knee joint with a 10-mm metal bracket with 2 holes. The first scapular hole was 80 mm from the lateral margin, and the second one was 20 mm from the sectioned end. These scapular holes were fixated with screws in the PVC knee joint, in holes 45 mm from the lower end and 35 mm from the midline of the pipe ( Figure 2b ).

Clavicle: the distal 65 mm were used. This segment was attached to the PVC knee joint through a hole 200 mm from the distal end of the model and 30 mm lateral to the scapular attachment point. The humerus assumes anatomical position when the caps are assembled ( Figures 2c and 2d ).

Preparation of Training Items

Rotator cuff: a flat elastic tape, 25 mm wide and 160 mm long was used, folded, and superglued in its center. It was fixated to the model with two chipboard screws (2 × 6 mm, Maxmix, São Paulo, Brazil), one on the scapular spine and the other on the bottom of the acromion ( Figures 3a and b ).

Fig. 3

( A ) Folded tape fixated at the scapula (simulating the supraspinatus tendon); ( B ) cuff handling hole and tape reference line; ( C ) glenoid landmarks for triangulation.

Glenoid: five landmarks were painted with different colors, one at the center of the cavity and the other four at the edges, as in the 3, 6, 9, and 12 o'clock positions from the side angle ( Figure 3c )

Arthroscopic Portals

Three 15-mm diameter perforations were made to represent the anterior, lateral, and posterior portals. The posterior portal was located at the posterior region of the model, 40 mm from the distal end of the pipe. The anterior portal was made at the anterior region, 45 mm from the distal end. Last, the lateral portal was placed on the lateral edge of the model, 100 mm from the distal end ( Figure 4 ). Additional portals can be placed as required.

Fig. 4

Arthroscopic portals: posterior (for visualization), lateral and anterior (for tissue manipulation and triangulation).

After the final assembly, the model assumes an “L” appearance, and it can be used both in lateral recumbency and in the beach chair position; these different positions are achieved just turning the model over. Thus, it is used for visualization and triangulation of the basic structures of the shoulder with an arthroscope ( Figure 5 ).

Fig. 5

( A ) Complete shoulder arthroscopy training model; ( B ) model in use with arthroscope; ( C ) triangulation exercise with a probe in lateral recumbency position; ( D ) tissue manipulation exercise by elastic (supraspinatus) traction in the beach chair position.

Discussion

Arthroscopy can be used to treat shoulder conditions ranging from cuff injury to nerve release. Surgical training can take years. Inadequate training can result in high complication rates, unsatisfactory results, and low productivity rates. Simulation can improve skills and shorten surgical time. 4

The simulator must provide an environment similar to the one in which the task will be performed, visually and spatially imitating procedural features in real-time; in addition, it must deliver realistic tactile feedback. 1 2

Cadaveric models are the gold standard for simulated training, but their disadvantages include costs, availability, and a high logistical demand for storage. 5

Physical models, including high-tech devices such as tactile virtual reality, have numerous resources as advantages, but their availability is limited by cost (more than U$ 50,000). Dry anatomical models have been tested and validated for training; although they provide surgical skills gain equivalent to virtual models, they are expensive, costing more than US$ 3,000 ( www.gtsimulators.com ). 1 3

Since our simulator was built within a US$ 100 budget and readily available materials, it is affordable to any teaching center. Dal Molin et al. 1 demonstrated that this type of simulator is competent for triangulation training, depth perception, reduction of the number of movements to perform a task and surgical time control. This type of model can also be made for other joints. 6 7

This model allows observing the anatomical relationships between the humeral head and the glenoid, identifying the coracoid process, the distal clavicle and a supraspinatus tendon analogue, locating the acromion and subacromial region, learning triangulation with a probe to touch different joint parts and the simulated supraspinatus tendon, and to traction the supraspinatus tendon with a probe or with another available instrument.

Since this model was created from prefabricated pieces, its limitations include the lack of soft parts, bleeding, and anatomical structures for repair. This project focuses on the development of training models, and our simulation model can be built according to the surgeon's needs, including tissue to simulate labrum, ligaments, and other cuff tendons, in addition to devices for suturing. Moreover, although the model consists of low-cost materials, an arthroscope is required.

Conclusion

The shoulder arthroscopy simulator met the following criteria: low-cost, below US$ 100; all assembly pieces are easily obtained; potential assembly by the professional who is going to use it.

Introdução

No ombro, a artroscopia pode ser utilizada para procedimentos simples, como bursectomia, até procedimentos complexos como reinserção labral. 1 Ainda hoje, a maioria dos treinamentos para formar um cirurgião artroscópico é realizada de maneira tradicional, no qual o aprendiz assiste o procedimento e segue para a prática supervisionada. Este modelo de ensino leva a cirurgias mais longas, aumento de complicações operatórias, além de preocupações éticas e legais. Há uma busca universal de melhora na qualidade com concomitante diminuição de custos dos serviços de saúde. 2

Os simuladores proporcionam uma oportunidade de desenvolver e manter habilidades em cirurgias artroscópicas de forma segura e em tempo eficiente. Estudos têm demonstrado uma melhoria na performance de treinamento e na transferência dessas habilidades adquiridas no simulador para a sala de operação. 2 Entretanto, o custo dos mesmos pode se demonstrar proibitivo. 3

O objetivo do presente trabalho é criar um modelo de treinamento em cirurgia artroscópica de ombro abaixo de 100 dólares, acessível à capacitação prática de estudantes de medicina e residentes.

Materiais e Métodos

Projeto de pesquisa desenvolvido no Laboratório de Habilidades em Ortopedia do Setor de Ciências da Saúde da nossa universidade. Foram utilizados materiais de fácil obtenção e de baixo custo para montar o modelo de treinamento ( Tabela 1 ).

Tabela 1

Valores dos materiais. Todos os materiais foram adquiridos em comércio eletrônico

MATERIAL	CUSTO
Cano joelho 90° 150mm Tigre	R$ 26
Prolongador PVC 150 × 200mm para caixa sifonada Tigre	R$ 15
2 CAP 150mm Tigre	R$ 43
1 modelo de ombro Esquerdo Edutec (EB3007)	R$ 119
4 parafusos 3,5 × 14mm aglomerado Bemfixa	R$ 6,81
2 parafusos 2 × 6mm aglomerado Maxmix	R$ 5,50
1 cantoneira 30mm Bemfixa	R$ 8,01
16 cm elástico chato para costura 25mm	R$ 16
Supercola – Loctite 60sec	R$ 17
VALOR TOTAL	R$ 256,32

O projeto foi submetido à avaliação do comitê de ética em pesquisa em seres humanos da nossa instituição e foi aprovado no dia primeiro de abril de 2017 com o número 1.994.655

Estrutura Externa

Para essa montagem, foi usado um cano de PVC, chamado Joelho 90° 150 milímetros (bitola) ( Figura 1a ). O fechamento da extremidade superior (proximal) foi realizado com um tubo de conexão em PVC 150 milímetros, cortado em 125 milímetros e introduzido na extremidade do joelho ( Figura 1b ). Após isso, foi colocada uma tampa de PVC (conhecida como CAP) de 150 milímetros ( Figura 1c ). No fechamento da extremidade inferior, também foi utilizado um tampão de 150 milímetros ( Figura 1d ).

Fig. 1

( A ) cano de PVC joelho; ( B ) tubo de conexão; ( C ) e ( D ) tampa de fechamento.

Montagem

Úmero: foi cortado o segmento proximal de 130 milímetros de um modelo sintético de úmero. Esse modelo foi fixado à tampa inferior (CAP) com um parafuso 3,5 × 14 milímetros para aglomerado marca Bemfixa (Juquitiba, São Paulo, Brasil). A posição foi excêntrica, a 15 milímetros do centro da tampa ( Figura 2a ).

Fig. 2

( A ) fixação do úmero na tampa; ( B ) corte da escápula, furo para fixação e ponto de fixação na estrutura externa; ( C ) clavícula cortada; ( D ) montagem interna.

Escápula: foi seccionado o ângulo superior da escápula, a 30 milímetros da incisura da escápula, com ângulo de 60°. Ela foi fixada ao joelho de PVC com uma cantoneira de metal de 10 milímetros, com dois furos. Um furo na escápula foi feito a 80 milímetros da margem lateral, e o outro com 20 milímetros da extremidade seccionada. Esses furos na escapula foram fixados por parafuso no joelho de PVC, em orifícios a 45 milímetros da extremidade inferior e 35 milímetros da linha média do cano ( Figura 2b ).

Clavícula: foram utilizados 65 milímetros distais. A clavícula foi fixada ao joelho de PVC por orifício a 200 milímetros da extremidade distal do modelo e a 30 milímetros lateral ao ponto de fixação da escápula. Ao montar as tampas, o úmero se posiciona na posição anatômica ( Figura 2c e 2d ).

Preparo dos Itens de Treinamento

Manguito: para tal, foi usada uma fita elástica chata, de 25 milímetros de largura e 160 milímetros de comprimento, dobrada e colada com supercola no seu centro. Ela foi fixada no modelo com dois parafusos (2 × 6 milímetros para aglomerado Maxmix, São Paulo, Brasil), sendo um na espinha da escápula e o segundo na parte inferior do acrômio ( Figura 3a e b ).

Fig. 3

( A ) fita dobrada e fixada na escápula (simulando o tendão supraespinhal); ( B ) orifício de manipulação do manguito e linha de referência da fita; ( C ) pontos de referência da glenóide para triangulação.

Glenóide: foram pintados cinco pontos de referência com cores distintas, um no centro da cavidade e os outros quatro nos bordos, formando os pontos três, seis, nove e doze horas de um relógio a partir do ângulo lateral ( Figura 3c )

Portais Artroscópicos

Foram confeccionadas três perfurações de 15 milímetros de diâmetro, representando os portais anterior, lateral e posterior. O portal posterior ficou na região posterior do modelo, a 40 milímetros da extremidade distal do cano. O portal anterior foi confeccionado na região anterior, a 45 milímetros da extremidade distal. Por fim, o portal lateral ficou no rebordo lateral do modelo, a 100 milímetros da extremidade distal ( Figura 4 ). Mais portais podem ser confeccionados conforme a necessidade.

Fig. 4

Portais artroscópicos: posterior (de visualização), lateral e anterior (para manipulação dos tecidos e triangulação).

Após a montagem final do modelo, ele tem uma aparência em “L” e pode ser usado tanto em posição de decúbito lateral quanto em posição de cadeira de praia, necessitando apenas virar o modelo. Assim, o modelo é utilizado para visualização e triangulação das estruturas básicas do ombro, com uso de um artroscópio ( Figura 5 ).

Fig. 5

( A ) Modelo de treinamento em artroscopia de ombro pronto; ( B ) modelo em uso com artroscópio; ( C ) exercício de triangulação com “ probe ” em decúbito lateral; ( D ) exercício de manipulação de tecido por tração do elástico (supraespinhal) em cadeira de praia.

Discussão

As doenças do ombro que podem ser tratadas de forma artroscópica compreendem da lesão do manguito até liberações nervosas. O treinamento para este tipo de cirurgia pode levar anos. Um treinamento inadequado pode produzir um cirurgião que tem uma taxa alta de complicações, resultados insatisfatórios, e com baixa taxa de produtividade. A simulação pode ser usada para melhorar habilidades e diminuir o tempo cirúrgico. 4

O simulador deve fornecer um ambiente que se aproxima das características do ambiente em que a tarefa eventualmente será realizada, deve ser capaz de imitar, em tempo real, visual e espacialmente as características do procedimento e fornecer feedback tátil realista. 1 2

Modelos cadavéricos são o padrão ouro para o treinamento simulado, mas as desvantagens são o custo, a disponibilidade e a alta demanda logística para armazenamento. 5

Modelos físicos, como aparelhos de alta tecnologia, como realidade virtual com reação tátil, têm a vantagem de dispor de inúmeros recursos, mas a disponibilidade é limitada pelo custo (mais de 50 mil dólares). Modelos secos anatômicos já foram testados e validados para o treinamento, com ganho de habilidades cirúrgicas equivalentes aos modelos virtuais, mas ainda assim podem ter alto custo, chegando a mais de três mil dólares ( www.gtsimulators.com ). 1 3

O presente simulador foi construído com o orçamento abaixo de 100 dólares, com materiais de fácil aquisição, tornando-o acessível para qualquer centro de ensino. Dal Molin et al. 1 demonstraram que esse tipo de simulador é competente para treinamentos de triangulação, percepção de profundidade, redução do número de movimentos para realizar uma tarefa e controle do tempo cirúrgico. Esse tipo de modelo também pode ser confeccionado para outras articulações. 6 7

Este modelo permite observar as relações anatômicas entre cabeça e glenóide, identificar o processo coracoide e a clavícula distal, identificar um análogo do tendão supraespinhal, localizar o acrômio e a região subacromial, aprender triangulação com um “ probe ” para tocar nas diversas partes da articulação e do tendão supraespinhal simulado, assim como tracionar o tendão supraespinhal com o dito “ probe ” ou qualquer outro instrumento disponível.

Por ser um modelo criado com estruturas pré-fabricadas, as limitações desta versão incluem a falta de partes moles, de sangramento, e de estruturas anatômicas que possam ser reparadas. Este projeto tem foco no desenvolvimento de modelos de treinamento, e pode ser evoluído conforme a necessidade do cirurgião, incluindo tecido para simular lábrum, ligamentos, demais tendões do manguito, sendo ainda possível criar dispositivos para sutura. Outro ponto importante é que, embora o modelo seja composto por materiais de baixo custo, o artroscópio é necessário.

Conclusão

O simulador de artroscopia do ombro cumpriu a premissa de ter custo abaixo de 100 dólares. Todos os componentes para a construção podem ser obtidos em comércio comum e o modelo pode ser manufaturado pelo próprio indivíduo que o utilizará.