Publikation

Entwicklung und Validierung eines neuartigen Simulators für die kranio-maxillofaziale Chirurgie

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M. Hollensteiner - Entwicklung und Validierung eines neuartigen Simulators für die kranio-maxillofaziale Chirurgie - Phd Thesis, Paracelsus Medizinische Privat Universität Salzburg, Österreich, 2017

Abstract:

Die maschinelle Bearbeitung von Knochen ist ein Standardverfahren in der Chirurgie. Um Patientenschäden zu vermeiden, müssen vom Chirurgen entsprechende Kräfte und Geschwindigkeiten bei der Handhabung von chirurgischen Instrumenten eingesetzt werden. Traditionell findet die chirurgische Ausbildung im Operationssaal statt, in welchem eine Operation beobachtet, assistiert und dann erste praktische Erfahrungen unter der Aufsicht eines erfahrenen Chirurgen gemacht werden können. Das Risiko für den Patienten während dieser ”learning by doing”-Chirurgie ist sehr hoch. Modell-basierte Simulatoren mit realistischer Anatomie und Haptik bieten eine sichere Trainingsumgebung für chirurgische Novizen. Die Entnahme von Transplantaten aus der Schädelkalotte ist eine anerkannte Standard-Praxis und beliebt in der Schädel-Gesichtschirurgie. Schnell drehende Instrumente werden typischerweise verwendet, um Kalvarialtransplantate zu heben. Um einen hohen Realitätsgrad eines künstlichen Schädelmodells zu erreichen, wurden künstliche Knochen entwickelt und biomechanisch validiert. Die biomechanischen Messungen erfolgten mit realen Instrumenten und wurden an autoklavierten parietalen Knochenproben durchgeführt. Bei den Messungen wurden alle Schädelschichten senkrecht durchdrungen und dabei die Insertionskräfte verschiedener Instrumente aufgezeichnet. Basierend auf diesen Ergebnissen wurden schrittweise geeignete Materialien für künstliche Schädelknochen entwickelt. Zuerst wurden zweischichtige Blöcke entwickelt und getestet. In weiterer Folge wurde ein Herstellungsverfahren bestimmt und damit dreischichtige künstliche Schädelkappen entwickelt. Mikro-Computertomographie-Bilder aller Präparate wurden aufgenommen, um die Schichtdicken der Knochen zu bestimmen. Die Ergebnisse wurden zur Einstellung der Knochenschichtdicken der künstlichen Schädelkalotten während des Herstellungsverfahrens herangezogen. Ein mechanisch validiertes Schädelkappen- Modell wurde mit einer künstlichen Kopfhaut bedeckt und in einer Pilotstudie wurde dieser neue, modell-basierte Simulator von erfahrenen Chirurgen getestet. Abgesehen vom Fräsvorgang bietet der künstliche Knochen ein realistisches taktiles Feedback während eines maschinellen Eingriffs. Erfahrene Chirurgen bestätigen, dass alle Verfahrensschritte mit dem Simulator realistisch durchgeführt werden konnten und der Prototyp somit als Ausbildungsinstrument für chirurgische Novizen geeignet ist. Zusammenfassend wurde ein künstlicher Schädelknochen entwickelt, welcher die Eigenschaften des menschlichen Parietalknochens widerspiegelt und sich somit für ein Training zum Heben eines Tabulaexterna- Transplantats eignet. Der Simulator kann in Zukunft einen wichtigen Beitrag zur Ausbildung von Chirurgen leisten.