Haptische, generische Modelle weicher anatomischer Strukturen für die chirurgische Simulation

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Diss. Reihe Maschinenbau, Band 356

Language
de
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2021-01-04
Issue Year
2020
Authors
Riedle, Hannah
Editor
Franke, Jörg
Hanenkamp, Nico
Merklein, Marion
Schmidt, Michael
Wartzack, Sandro
Publisher
FAU University Press
ISBN
978-3-96147-368-7
Abstract

In the fields of medical education and training as well as the development of new medical devices, the simulation of surgical procedures is an important tool for the evaluation and improvement of professional skills or product performance. As a result, training as well as product development times and thus costs can be reduced by the knowledge gained. The work on cadavers is currently considered the gold standard of surgical simulation, but other biological and simplified synthetic models are also used. In order to expand this portfolio, the share of synthetic anatomical models with complex geometry and realistic material properties is growing. A special challenge is the representation of soft tissue structures (e.g. heart), for which the model developed in this dissertation presents a new solution. A generic digital model generation enables the illustration of any adaptable anatomy and pathology due to the high resulting design flexibility. The additive manufacturing with silicone enables the efficient scalable production of these variable complex models. The process model is finalized by biomechanical and medical investigations, which validate the anatomical correctness and evaluate the mechanical behavior in comparison to the biological original.

Abstract

In den Bereichen der medizinischen Aus- und Weiterbildung sowie der Entwicklung von neuen Medizinprodukten ist die Simulation von chirurgischen Eingriffen ein wichtiges Werkzeug zur Evaluation und Verbesserung fachlicher Fertigkeiten oder Produktleistungen. In der Folge können durch die gewonnen Erkenntnisse Ausbildungs- sowie Produktentwicklungszeiten und somit auch Kosten gesenkt werden. Die Arbeit an Leichnamen gilt aktuell als Goldstandard der chirurgischen Simulation, aber auch andere biologische und vereinfachte synthetische Modelle werden eingesetzt. Zur Erweiterung dieses Portfolios wächst der Anteil an synthetischen anatomischen Modellen mit komplexer Geometrie und realistischen Materialeigenschaften. Eine besondere Herausforderung ist hierbei die Abbildung weicher Gewebestrukturen (z.B. Herz), für welche das in der vorliegenden Dissertationsschrift entwickelte Vorgehensmodell eine neue Lösung präsentiert. Eine generische digitale Modellerstellung ermöglicht über die hohe resultierende Designflexibilität die Abbildung beliebiger adaptierbarer Anatomien und Pathologien. Die Additive Fertigung mit Silikon realisiert die effizient skalierbare Produktion dieser variablen komplexen Modelle. Finalisiert wird das Vorgehensmodell wird durch biomechanische und medizinische Untersuchungen, welche die anatomische Korrektheit validieren und das mechanische Verhalten im Vergleich zum biologischen Vorbild evaluieren.

Series
FAU Studien aus dem Maschinenbau
Series Nr.
356
Citation
mb.fau.de/diss
Notes
Parallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press, ISBN: 978-3-96147-367-0
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