Skip to main content
Log in

Evaluation eines Trainingssystems für die Felsenbeinchirurgie mit optoelektrischer Detektion

Evaluation of a training system for middle ear surgery with optoelectric detection

  • Originalien
  • Published:
HNO Aims and scope Submit manuscript

Zusammenfassung

Problemstellung

Diese Arbeit stellt ein neuartiges Trainingskonzept für die Felsenbeinchirurgie auf der Basis von Gips-Kunstoff-Modellen mit optoelektrischer Detektion von Risikostrukturen vor und evaluiert es prototypisch.

Material und Methoden

Grundlage der Trainingsmodelle sind hochauflösende CT-Datensätze eines humanen Schädels. Der Datensatz wird an einem 3D-Drucker ausgedruckt. Aus Gipspulver und einem Bindemittel wird das dreidimensionale Phantom erstellt. Als Risikostrukturen wurden der N. facialis, der Labyrinthblock, die Ossikelkette, der Sinus sigmoideus, die Dura und die A. carotis interna definiert. Als Detektionsmaterialien für die Risikostrukturen werden eine elektrisch leitfähige Metalllegierung und ein Lichtwellenleiter verwendet. 8 unerfahrene und 8 efahrene Ohrchirurgen trainierten an den optoelektrischen Trainingssystemen (Gruppe A) und außerdem an humanen Felsenbeinpräparaten (Gruppe B). Bei Verletzungen werden Anzahl, Zeitpunkt, Grad (N. facialis) und verletzte Struktur, außerdem die benötigte Gesamtzeit werden während des Trainings am Modell protokolliert.

Ergebnisse

Die Auswertung der anatomischen Detailtreue der Felsenbeinmodelle zeigte Ergebnisse zwischen 49,5% und 90% Übereinstimmung. Die Fehlerdetektion wurde mit Werten zwischen 79% und 100% Übereinstimmung mit der Wahrnehmung eines erfahrenen Chirurgen bewertet. Das Op.-Setting wurde besser gegenüber dem Fräsen am humanen Felsenbeinpräparat eingeschätzt. Die Probanden bejahten die Möglichkeit, die bisherige Trainingsmethode am humanen Felsenbeinpräparat vollständig durch das Training am untersuchten Modell zu ersetzen.

Schlussfolgerungen

Die vorliegenden Daten belegen die Eignung des hier untersuchten neuartigen Trainingssystems für die Felsenbeinchirurgie. Das System verbindet die Vorarbeiten mit gedruckten und gesinterten Modellen mit den Möglichkeiten der Mikrosystemtechnik. Darüber hinaus ist eine vollständige virtuelle Darstellung des Modells mit den entsprechenden weiterführenden Anwendungen („look behind the wall“, virtuelle Endoskopie) möglich.

Abstract

Problem

This work presents a new training concept for surgery of the temporal bone. It is based on a model of gypsum plastic with optoelectric detection of risk structures. A prototypical evaluation is given.

Material and methods

The training models are based on high-resolution computed tomographic data of a human skull. The resulting data set was printed by a three-dimensional (3D) printer. A 3D phantom is created from gypsum powder and a bonding agent. Risks structures are the facial nerve, semicircular canal, cochlea, ossicular chain, sigmoid sinus, dura, and internal carotid artery. An electrically conductive metal (Wood’s metal) and a fiber-optic cable were used as detection materials for the risk structures. For evaluating the training system, a study was done with eight inexperienced and eight experienced ear surgeons. They were asked to perform temporal bone surgery using two identical training models (group A). In group B, the same surgeons underwent surgical training with human cadavers. In the case of injuries, the number, point in time, degree (facial nerve), and injured structure were documented during the training on the model. In addition, the total time needed was noted.

Results

The training systems could be used in all cases. Evaluation of the anatomic accuracy of the models showed results that were between 49.5% and 90% agreement with the anatomic origin. Error detection was evaluated with values between 79% and 100% agreement with the perception of an experienced surgeon. The operating setting was estimated to be better than the previous“gold standard.” The possibility of completely replacing the previous training method, which uses cadavers, with the examined training model was affirmed.

Conclusions

This study shows that the examined system fulfills the conditions for a new training concept for temporal bone surgery. The system connects the preliminary work with printed and sintered models with the possibilities of microsystem engineering. In addition, the model’s digital database permits a complete virtual representation of the model with appropriate further applications (“look behind the wall,” virtual endoscopy).

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this article

Price excludes VAT (USA)
Tax calculation will be finalised during checkout.

Instant access to the full article PDF.

Institutional subscriptions

Abb. 1
Abb. 2
Abb. 3
Abb. 4
Abb. 5

Literatur

  1. Green JDJ, Shelton C, Brackmann DE (1994) Latrogenic facial nerve injury during otologic surgery. Laryngoscope 104: 922–926

    PubMed  Google Scholar 

  2. Hakuba N et al. (2002) Labyrinthine fistula as a late complication of middle ear surgery using the canal wall down technique. Otol Neurotol 23: 832–835

    Article  PubMed  Google Scholar 

  3. Garap JP, Dubey SP (2001) Canal-down mastoidectomy: experience in 81 cases. Otol Neurotol 22: 451–456

    Article  PubMed  CAS  Google Scholar 

  4. Nilssen EL, Wormald PJ (1997) Facial nerve palsy in mastoid surgery. J Laryngol Otol 111: 113–116

    Article  PubMed  CAS  Google Scholar 

  5. Wormald PJ, Nilssen EL (1997) Do the complications of mastoid surgery differ from those of the disease? Clin Otolaryngol Allied Sci 22: 355–357

    Article  PubMed  CAS  Google Scholar 

  6. Leong A et al. (2006) Artificial ear: a training tool for grommet insertion and manual dexterity. ORL J Otorhinolaryngol Relat Spec 68: 115–117

    PubMed  CAS  Google Scholar 

  7. Schneider G, Muller A (2004) Multicenterstudie zum Jenaer Felsenbeinmodell. Laryngorhinootologie 83: 363–366

    Article  PubMed  CAS  Google Scholar 

  8. Schwager K, Gilyoma JM (2003) Keramisches Arbeitsmodell für Felsenbeinübungen – eine Alternative zum humanen Felsenbein? Laryngorhinootologie 82: 683–686

    Article  PubMed  CAS  Google Scholar 

  9. Suzuki M et al. (2004) Rapid prototyping of temporal bone for surgical training and medical education. Acta Otolaryngol 124: 400–402

    Article  PubMed  Google Scholar 

  10. Vorwerk U, Begall K (1998) Präparierübungen am künstlichen Felsenbein. Herstellung von Felsenbeinfaksimiles durch Stereolithographie. HNO 46: 246–251

    Article  PubMed  CAS  Google Scholar 

  11. Strauss G et al. (2005) Moderne Trainingsmethoden fur die Kopfchirurgie. Laryngorhinootologie 84: 335–344

    Article  PubMed  CAS  Google Scholar 

  12. Sorensen MS et al. (2002) The visible ear: a digital image library of the temporal bone. ORL J Otorhinolaryngol Relat Spec 64: 378–381

    PubMed  Google Scholar 

  13. Agus M et al. (2003) A haptic model of a bone-cutting burr. Stud Health Techno Inform 94: 4–10

    Google Scholar 

  14. Wiet GJ et al. (2005) Use of ultra-high-resolution data for temporal bone dissection simulation. Otolaryngol Head Neck Surg 133: 911–915

    Article  PubMed  Google Scholar 

  15. Zirkle M et al. (2007) Using a virtual reality temporal bone simulator to assess otolaryngology trainees. Laryngoscope 117: 258–263

    Article  PubMed  Google Scholar 

  16. Haluck RS et al. (2001) Are surgery training programs ready for virtual reality? A survey of program directors in general surgery. J Am Coll Surg 193: 660–665

    Article  PubMed  CAS  Google Scholar 

  17. Datta V et al. (2002) Relationship between skill and outcome in the laboratory-based model. Surgery 131: 318–323

    Article  PubMed  Google Scholar 

  18. Risucci DA (2002) Visual spatial perception and surgical competence. Am J Surg 184: 291–295

    Article  PubMed  Google Scholar 

  19. Feldman LS et al. (2004) Relationship between objective assessment of technical skills and subjective in-training evaluations in surgical residents. J Am Coll Surg 198: 105–110

    Article  PubMed  Google Scholar 

  20. Emir H et al. (2007) Success is a matter of experience: type 1 tympanoplasty: influencing factors on type 1 tympanoplasty. Eur Arch Otorhinolaryngol 264: 595–599

    Article  PubMed  Google Scholar 

  21. Arnold P, Farrell MJ (2002) Can virtual reality be used to measure and train surgical skills? Ergonomics 45: 362–379

    Article  PubMed  Google Scholar 

  22. Grunert R et al. (2006) ElePhant – An anatomical electronic phantom as simulation-system for otologic surgery. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc 1: 4408–4411

    Article  PubMed  CAS  Google Scholar 

  23. Strauss G et al. (2006) Ist der Vorteil eines Navigationssystems in der HNO-Chirurgie messbar? Ein Konzept zur Evaluation ergonomischer und chirurgischer Erfolgsparameter. HNO 54: 947–957

    Article  PubMed  CAS  Google Scholar 

  24. Strauss G et al. (2007) The navigation-controlled drill in temporal bone surgery: a feasibility study. Laryngoscope 117: 434–441

    Article  PubMed  Google Scholar 

Download references

Hinweise auf bestehende Patente

R. Grunert, M. Thalheim and W. Korb, Simulation System for Surgical Interventions in Human and Veterinary Medicine, Patent, Nr: WO 2007/062619 A1

R. Grunert, M. Thalheim and W. Korb, Simulationssystem für chirurgische Eingriffe in der Human- und Veterinärmedizin, Patent, Nummer: DE 10 2005 056 997 A1

Förderung und Sponsoren

Wir bedanken uns bei den Ärzten und Kollegen der Klinik für HNO-Heilkunde, Kopf-und Halschirurgie am Klinikum Chemnitz (Chefarzt Prof. Dr. Jens Oeken) und der Klinik für HNO-Heilkunde/Plastische Operationen des Universitätsklinikums Leipzig für die Mitarbeit in dieser Studie.

Diese Arbeit wird durch Mittel des Bundesministeriums für Bildung und Forschung, Unternehmen Region (ICCAS) unterstützt.

Die Arbeit ist Teil der Entwicklung des „Karl Storz Surgical Cockpit“. Die Fa. Karl Storz GmbH&Co. KG, Tuttlingen stellte die chirurgischen Systeme und technische Unterstützung zur Verfügung. Die Fa. Phacon GmbH, Leipzig stellte inhaltliche Unterstützung bereit.

Interessenkonflikt

Die Autoren Hendrick Möckel und Ronny Grunert haben zum 1. Juli 2007 die Fa. Phacon GmbH mit dem Ziel der Herstellung und des Verkaufs der Weiterentwicklungen der hier untersuchten Modelle gegründet. Der Vertrieb wird durch die Fa. Karl Storz GmbH&Co. KG, Tuttlingen, übernommen. Die übrigen Autoren haben keinerlei wirtschaftliche Beziehungen zu den vorgenannten Firmen. Die hier vorgestellten Untersuchungen wurden ohne jeden Bezug zu der späteren Geschäftstätigkeit der Fa. Phacon GmbH durchgeführt.

Author information

Authors and Affiliations

Authors

Corresponding author

Correspondence to G. Strauß.

Rights and permissions

Reprints and permissions

About this article

Cite this article

Strauß, G., Bahrami, N., Pößneck, A. et al. Evaluation eines Trainingssystems für die Felsenbeinchirurgie mit optoelektrischer Detektion. HNO 57, 999–1009 (2009). https://doi.org/10.1007/s00106-008-1763-5

Download citation

  • Published:

  • Issue Date:

  • DOI: https://doi.org/10.1007/s00106-008-1763-5

Schlüsselwörter

Keywords

Navigation