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