Mise au point d’un modèle réaliste cadavérique humain revascularisé pulsatile et ventilé adaptatif pour la formation pratique des chirurgiens en simulation (jp richer)





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Mise au point d’un modèle réaliste cadavérique humain revascularisé pulsatile et ventilé adaptatif pour la formation pratique des chirurgiens en simulation (JP Richer).

Introduction

Jusqu’à maintenant l’apprentissage du geste chirurgical se faisait encadré par des “seniors” en partie au laboratoire d’anatomie sur sujet anatomiques (dissections anatomiques, voies d’abord) (1). Mais, le futur chirurgien était surtout formé et encadré au chevet du patient et au bloc opératoire sur le principe du compagnonnage (2, 3).

Les contraintes actuelles socio-économiques, l’évolution du nombre et du statut des internes, les modifications des procédures et des techniques chirurgicales avec l’avènement de la vidéoscopie et de la robotique, l’amplification de la pression médico-légale sur le monde chirurgical imposent actuellement de repenser la formation pratique (apprentissage) des chirurgiens au niveau national et international (4-7).

Or Dale a bien démontré que la meilleure modalité d’apprentissage est celle ou les apprenants sont actifs et participatifs, moteurs et facilitateurs de leur propre formation (8).

Dans cet esprit, la pédagogie par simulation s’est donc imposée comme un outil essentiel dans la formation de toutes les professions à risque et par conséquent dans les professions de la santé (9)

Ainsi, l’évolution de la formation pratique par la simulation dans les métiers de la santé, en particulier dans le monde chirurgical, outil pédagogique et outil d’évaluation précisant les « objectifs à atteindre », et non les « objectifs à enseigner », a transformé les méthodes et les techniques de la formation pratique médicale, chirurgicale et paramédicale, à partir de l’expérience dans d’autres professions telles que dans l’aéronautique (10)

L’objectif de cette méthode pédagogique par simulation est de « savoir-faire » et de « savoir-être », en définitif l’acquisition de compétences techniques et comportementales, pour des formations et des évaluations qui peuvent être aussi bien individuelles qu’en équipes pluridisciplinaires et multi-professionnelles (11).

En chirurgie, différents modèles en simulation sont utilisés pour des procédures techniques complexes : les simulateurs par réalité virtuelle ou par réalité augmentée (12), le petit ou surtout le gros animal (13), le sujet anatomique humain ou cadavre humain (14, 15).

Le modèle cadavérique humain est très proche de la réalité clinique et apparait ainsi pour certains l’un des plus adaptés à la formation chirurgicale technique (1, 16. Et l’enseignement de l’anatomie chirurgicale semble développer des compétences non techniques (17).

Pour être encore plus proche de la réalité du bloc opératoire, le sujet anatomique humain doit faire l’objet d’une revascularisation et d’une ventilation, être pertinent en chirurgie ouverte ou en vidéoscopie. Depuis la première réalisation technique d’un corps circulant en 2001 par Garrett, la littérature internationale reste très pauvre en de telles innovations (18). De plus les modèles proposés ne sont pas capable d’adaptation hémodynamiques ou ventilatoires, ni dans le cadre du scénario proposé ni en raison d’événements accidentels pouvant survenir pendant la séance de simulation.

L’objectif de ce mémoire est de présenter le SimLife, modèle de cadavre humain revascularisé pulsatile et ventilé adaptatif, mis au point au Laboratoire d’anatomie, biomécanique et simulation de la Faculté de Médecine et de Pharmacie de l’Université de Poitiers et de son expertise en terme de réalisme par l’Ecole Francophone de Prélèvement Multi-organe, par le groupe HUGO Grand Ouest des chirurgiens cardio-thoraciques pour la chirurgie ouverte et par les chirurgiens de l’obésité de la région Poitou-Charentes pour la chirurgie vidéoscopique. Ce modèle a été pensé et sera présenté ici dans le cadre de son intérêt pour la formation technique des futurs chirurgiens. Mais il peut être utilisé pour la formation en équipes pluridisciplinaires et multi-professionnelles, pour le développement d’habiletés comportementales. Il n’existe pas à notre connaissance de modèle apparenté sur le territoire nationale ou européen.

Matériel et méthodes

Matériel

Le modèle Sim Life associe un corps provenant d’un don du corps à la science, corps reçu au Centre de Don du Corps (CDC) de l’Université de Poitiers (19), préparé dans la perspective d’un scénario chirurgical en simulation, et un module externe de commande hémodynamique et respiratoire ( module sujet du dépôt INPI de demande de brevet 2/11/2015 n° 1 560488, n° soumission 1 000318748), module technique qui est adapté alors au corps le jour de la séance de formation par la pédagogie en simulation. Ce modèle peut être soumis à plusieurs scénarii en situation de bloc opératoire, pour le chirurgien et/ou son équipe.

Dix corps issus du CDC de l’Université de Poitiers ont été nécessaires à la mise au point initiale du modèle. Puis 21 corps préparés selon le principe initialement défini et adaptés au module technique ont été utilisés en situation de formation pratique pour des internes en chirurgie pour finaliser la partie technique et évaluer son réalisme.
Méthodes

Sur le plan historique, à Poitiers, l’installation d’une partie des activités de biomécanique (Dr Brèque) de SFA (Faculté des Sciences Fondamentales et Appliquées) et d’une activité de simulation médicale en 2009 (pédiatrie et urgences, Laboratoire SiMI du Pr Oriot et du Pr Scépi) au sein des locaux du Laboratoire d’Anatomie devait modifier progressivement le fonctionnement et les orientations du Laboratoire d’Anatomie et du Centre de Don du Corps (CDC) qui développait déjà des formations sur corps humain notamment dans le domaine chirurgical. La méthode pédagogique par simulation a été présentée au Conseil de la Faculté de Médecine et de Pharmacie en juin 2010 conduisant à sa reconnaissance locale. L’activité de simulation, pédagogique et de recherche en pédiatrie et urgences, n’ayant cependant obtenu aucun financement propre, a été hébergée logiquement dans les locaux du laboratoire d’anatomie où elle était déjà installée. Cette association d’expertise anatomique, biomécanique et chirurgicale d’une part et de compétence en pédagogie en simulation d’autre part réalisait une innovation dans le paysage universitaire français, originalité reconnue lors du Collège Médical Français des Professeurs d’Anatomie en février 2012 (Paris). Une première convention a été signée le 1/09/2012 2012 entre le C.H.U. de Poitiers et l’Université de Poitiers (Faculté de Médecine et de Pharmacie), en particulier pour la gestion financière des développements professionnels continus (DPC). L’école de chirurgie a été officiellement transférée en 2013 dans les locaux du laboratoire d’anatomie de la faculté de Médecine et Pharmacie (Professeurs Jean Pierre Richer et Jean Pierre Faure). Notre laboratoire a vocation de travailler en complémentarité avec le centre de chirurgie expérimentale sur l’animal d’autant que l’un de ses enseignants en est membre fondateur ; centre classé IBiSA (Infrastructure Biologie Santé et Agronomie), situé à Surgères (INRA, CHU, Université), et qui constitue la plateforme technique de l’équipe INSERM U1082 ischémie – reperfusion en transplantation (IRCOMIT) du Pr Thierry Hauet. Il s’agit d’un centre de chirurgie expérimentale où les jeunes chirurgiens pratiquent des transplantations (rein, foie, grêle) chez le porc. Cette équipe INSERM développe aussi des transplantations sur petit animal (rongeur).

Une demande conjointe (anatomie et biomécanique [Pr Richer]/simulation [Pr Oriot]), en décembre 2012, d’autorisation d’effectuer des recherches biomédicales pour l’activité de simulation dans les locaux du Laboratoire d’Anatomie auprès de l’Agence Régionale de Santé était sollicitée. Cette autorisation de l’ARS pour la recherche biomédicale a été délivrée, après évaluation du laboratoire et du dossier, le 28 janvier 2013 pour une durée de cinq ans.

Une demande auprès de l’autorité de sureté nucléaire (ASN) de l’autorisation d’utilisation d’un amplificateur de brillance, nécessaire pour la recherche en biomécanique et les formations par simulation en orthopédie-traumatologie et chirurgie, est en cours d’instruction après dépôt du dossier en décembre 2015 (Dr Brèque, Pr Richer, Service Hygiène et Sécurité de l’Université de Poitiers).

Le développement d’un modèle cadavérique humain notamment pour la formation chirurgicale pratique devenait évident au sein d’un nouveau Laboratoire d’Anatomie-Biomécanique-Simulation (ABS Lab) fonctionnant à côté et en harmonie avec le SiMI du Pr Oriot qui peut apporter son expérience pour la construction pédagogique de scénarii et de grille d’évaluation.

Le cahier des charges concernant la réalisation de notre modèle cadavérique humain comportait quatre volets :

  • Des impératifs techniques hiérarchisés pour le corps et le module technique

    • Revascularisation du tronc (membres possibles)

    • Revascularisation artérielle pulsatile

    • Turgescence veineuse (retour veineux)

    • Ventilé : mouvements de la cage thoracique et du diaphragme

    • Coloration et température réalistes des organes

    • Liquide de perfusion mimant le sang

  • Des capacités d’adaptation (en cours de réalisation avec l’aide de la région Poitou-Charentes) :

    • Selon le scénario chirurgical

    • Selon les événements indésirables au cours de la séance

  • Des capacités pédagogiques :

    • En chirurgie « ouverte »

    • En laparoscopie

  • Un coût contrôlé minimisé : utilisable par CDC, Ecoles de Chirurgie (chapitre non traité dans ce mémoire)

Enfin, le modèle devait être réaliste sur le plan de l’anatomie chirurgicale mais surtout par rapport à l’exercice chirurgical en simulation de bloc opératoire. Le modèle devait donc être testé en situation de formation pratique en condition de simulation.

Le modèle Simlife a été évalué de façon globale pour son réalisme sur des échelles de Likert de 1 à 10 (degrés de satisfaction progressive), chaque degré étant coté 1 point, sur des opérations de 4 heures, par :

  • L’Ecole francophone de Prélèvement Multiorganes (prélèvements abdominaux et thoracique) : 4 séniors, 16 internes en formation,

  • Les chirurgiens cardio-thoraciques du groupe Hugo Grand-Ouest (remplacement valvulaire aortique) : 4 séniors, 12 internes en formation,

  • Des chirurgiens séniors de la Région Poitou-Charentes spécialisés en chirurgie de l’obésité par voie laparoscopique (sleeve et résection colique gauche) : 10 séniors.

Résultats

A – Le modèle

  1. Arrivée du corps

Après vérifications des contraintes de conservation (classiquement moins de 24h après le décès), de l’identité du donateur et de la présence des documents administratifs et légaux inhérents au Don du Corps, des prélèvements virologiques sont pratiqués pour confirmer la sécurité sanitaire du corps, même si le dossier du donateur comporte déjà par définition des documents médico-légaux affirmant sa non contagiosité (19). Une ponction du sang intracardiaque permet une analyse immunosérologique virale ; virus de l’hépatite virale B et de l’hépatite C, virus de l’immunodéficience humaine (HIV) et Human T-cell Lymphotrophic virus (HTLV I et II) Un cahier de Laboratoire est tenu. La négativité des tests autorisera l’utilisation des corps dans tous les protocoles du CDC, notamment l’orientation du corps vers une utilisation SimLife. Le corps devient anonyme, une traçabilité est cependant systématiquement organisée.

Une sélection des corps destinés à intégrer le protocole SimLife est réalisée. Sont éliminés les corps porteurs de cicatrices abdominales ou thoraciques non compatibles avec les scénarii chirurgicaux envisagés, les corps ayant subi des nécroses importantes, porteurs de risques infectieux évidents ou notés sur les données recueillies concernant le décès.

  1. Préparation du corps

Plusieurs canules et un capteur sont donc positionnés, par plusieurs incisions bilatérales (cervicales, fémorales et brachiales), au niveau artériel et veineux :

- dans les deux gaines vasculaires du cou (artères carotides communes et veines jugulaires internes), les canules artérielles à contre-courant et veineux dans le sens du flux sanguin étant orientées vers le cœur, un capteur de pression intracardiaque se substituant à la canule dans l’artère carotide droite et étant positionné soit dans les cavités cardiaques gauches soit dans l’arc aortique (Figures 1 et 2).

- dans les deux trigones fémoraux (artères et veines fémorales), les canules étant orientées soit à contre-courant vers la bifurcation aortique, soit dans le sens du courant veineux vers la convergence cave (Figure 1 et 2).

L’extrémité céphalique et les extrémités des quatre membres sont exclues par ligature des axes vasculaires en aval des canules artérielles en amont des canules veineuses, au niveau cervical bilatéral d’une part, au niveau brachial et fémoral bilatéral d’autre part.

Cette exclusion distale et périphérique permet de contrôler de façon optimale le réseau vasculaire du tronc (thorax ou abdomen). Mais la position des canules et des ligatures peut être revue pour autoriser le cas échéant la revascularisation d’un membre.

Le réseau vasculaire du tronc est « lavé » du sang natif et des thrombus à l’eau, à faible pression (0,4 Bar), les premiers 2 litres d’abord à 20° avec de l’héparine (50 000 UI), puis 2 litres à 37° Celsius de façon antérograde par les canules artérielles mises en place selon le protocole (Figure 1). Le liquide est recueilli par les accès veineux. Quelques mobilisations et compressions du thorax et de l’abdomen favorise l’élimination des caillots. Le corps est en fin de procédure congelé à -20° C.

Figure 1 : schéma de mise en place des accès vasculaires



Figure 2 : canules vasculaires cervicales et fémorales



Le corps est intubé, mais ce geste est difficile sur un cadavre humain en raison de la rigidité et une trachéotomie peut se substituer à l’intubation trachéale notamment après décongélaton. Une sonde naso-gastrique est mise en place pour évacuer le liquide de diffusion intragastrique lors du lavage vasculaire inaugural ou lors de l’utilisation du corps en SimLife.

  1. Utilisation en Sim Life

Le corps sera sur 3 jours décongelé en fonction de sa morphologie (taille/poids…) et du scénario envisagé. Des abaques à ce sujet sont en cours d’élaboration.

Les canules sont alors reliées à l’extérieur du corps à un module technique Sim Life à l’aide de tuyaux de 10 mm de diamètre Les schémas du modules Sim Life (hydraulique, électrique et pneumatique) sont présentés dans la Figure 3.
Figure 3 : module SimLife

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Les entrées artérielles permettent de maintenir une colonne de pression dans le système artériel : eau du robinet à 37°C et colorant rouge branché en dérivation à l’aide d’une pompe. L’association d’une solution saline à 9% (30 ml/litre d’eau) diminue l’œdème et les épanchements séreux. Des électrovannes sur les entrées artérielles assurent la dimension pulsatile de cette colonne de liquide, mimant ainsi pour le chirurgien les battements cardiaques transmis aux vaisseaux (Figures 3 et 4). Ces électrovannes fonctionnent de façon synchrone à l’aide actuellement d’un générateur basse fréquence (GBF à signal carré qui peut être réglé en fréquence et en pourcentage de période : électrovanne ouverte/électrovanne fermée, valve solénoïde) qui doit être remplacé par les instructions d’un ordinateur (logiciel en cours d’élaboration depuis décembre 2015).

Le passage du sang simulé dans les organes redonne à ceux-ci une recoloration, une température et une texture réalistes. L’absence de battement du cœur ne pose pas de problème pour la chirurgie cardiaque puisque celle-ci est réalisée en clinique humaine sous cardioplégie froide et CEC dans les scénarii proposés.

Le liquide perfusé par une ou plusieurs des canules artérielles, selon la perméabilité des axes vasculaires et le scénario envisagé, simule le sang en couleur, température (texture et viscosité en cours de recherche). Ce liquide de simulation emprunte le réseau artériel dans le sens anatomique et fonctionnel classique, gagne les viscères, les revascularise par les capillaires et revient vers les canules veineuses en suivant, là, le sens physiologique du sang. Il est alors éliminé du corps. Le corps est « utilisé » à environ 20°C en salle d’opération, température favorable à la compliance pulmonaire.

Figure 4 : jet artériel pariétal (laparotomie à gauche) rénal (cœlioscopie à droite)

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Le système respiratoire est branché sur un distributeur pneumatique (une soupape) qui correspond à une électrovanne commandée par un GBF (générateur basse fréquence à signal carré) pour obtenir des mouvements de la cage thoracique qui peuvent comme dans la réalité gêner l’exercice chirurgical. En inspiration simulée, de l’air est injecté sous la pression de 2 bars dans le système respiratoire fermé ; en expiration simulée, le système au repos s’ouvre vers l’extérieur pour évacuer l’air des poumons par l’intermédiaire d’un filtre biologique.
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