Ein chirurgischer Mikromanipulator in der Ohrchirurgie

Zusammenfassung

Einleitung

Die chirurgische Genauigkeit in der mikroskopischen Ohrchirurgie wird zu großen Teilen durch den limitierten Zugangsweg, aber auch durch einen potenziellen Tremor des Chirurgen negativ beeinflusst. Diese negativen Einflüsse könnten durch ein Assistenzsystem im Sinne eines Manipulators reduziert, ggf. sogar eliminiert werden. Ziele dieser Arbeit waren daher:

• Entwicklung eines Systems, das Genauigkeits-, Zeit- und Präzisionsmessungen bei einem manuellen Zugang zum Mittelohr ermöglicht;

• Verwendung eines Manipulators, der sich kompakt in das ohrchirurgische Setting im OP einpassen lässt;

• kritische Prüfung der manuellen Ergebnisse für die Arbeitsgenauigkeit und Reduktion des Tremors sowie Vergleich mit den Ergebnissen eines Manipulators.

Ein Manipulator für die Mittelohrchirurgie muss keine hochkomplexen Strukturen mit haptischer Rückkopplung und multiplen Freiheitsgraden besitzen. Die Präparation vollzieht sich im Bereich des Mittelohres meist rein anterograd, ohne das die 15 potenziellen Freiheitsgrade der Hand umgesetzt werden können. Der in dieser Studie verwendete Mikromanipulator wurde entwickelt, um dem Chirurgen ein kompaktes, teleoperiertes Instrument zur Verfügung zu stellen mit der Möglichkeit der Verwendung verschiedener Standardinstrumente sowie die leichte Integration in das notwendige Operations- und Sterilisationskonzept vereinfachten seine Anwendung.

Material und Methoden

Zehn HNO-Chirurgen wurden aufgefordert, eine Perforation der Stapesfußplatte an einem realitätsnahen Modell zu simulieren. Die vom Chirurgen durchgeführten Bewegungen wurden von einem Bildverarbeitungssystem automatisch erfasst. Sowohl manuell als auch manipulatorgestützt waren jeweils mindesten 200 Durchläufe gefordert, so ergaben sich mehr als 4000 Messwerte.

Ergebnisse

In der Bewertung der Genauigkeit zeigte sich kein signifikanter Unterschied. Nominell fiel zwar die manuelle Genauigkeit besser aus, doch bei der manipulatorgestützten Versuchsdurchführung zeigte sich ein größerer Lerneffekt. Zusätzlich war in dieser Gruppe die Streuung um den Zielpunkt geringer (höhere Präzision). Die Anwendung des Manipulators dauerte signifikant länger, jedoch war für die Zeit ebenfalls ein deutlich positiverer Lerneffekt erkennbar. Die subjektiv bewertete Arbeitsbelastung während der Versuche war in der Manipulatorgruppe deutlich geringer.

Schlussfolgerungen

Der Mikromanipulator bot einen deutlicheren Effekt in der Verbesserung der individuellen Genauigkeit und der benötigten Zeit. Für den Manipulator besteht ein Potenzial zur Verbesserung der chirurgischen Genauigkeit und zur Kompensation ergonomischer Defizite.

Abstract

Introduction

Surgical accuracy in microscopic ear surgery is reduced by limited access and tremor. At this point a micromanipulator could have a positive influence. The goal of the study was:

• 1. To develop a system that would enable measurements of accuracy, time and precision during a manual approach to the middle ear

• 2. To apply a manipulator that can easily be a compact part of the regular setup in ear surgery

• 3. To compare the manual results critically considering accuracy and tremor reduction and to compare these results with those of a manipulator

A manipulator in ear surgery does not need to be a highly complex structure with force feedback and multiple degrees of freedom. The surgeon’s preparation in middle ear surgery is most of the time straight without potentially applying the 15 degrees of freedom the human hand can offer. The micromanipulator in this study was developed in order to serve as a compact, teleoperated instrument without limiting the surgeon’s dexterity. The use of standard instruments facilitates the integration of the system in existing surgical procedures and sterilisation concepts.

Material and methods

Ten head and neck surgeons simulated an approach to the stapedial footplate on a modified 3D cast of a realistic human skull in an experimental OR. A perforator was moved to a reference point on the stapedial footplate. The movements were detected by means of an image acquisition system. Each trial was repeated more than 200 times, aiming both manually and with the aid of a micromanipulator (> 4,000 measurements).

Results

Accuracy for the manual and micromanipulator approach revealed no considerable differences. In absolute terms, the manual approach was more accurate. However, the learning curves indicated a stronger decrease in deviation when the micromanipulator was used and also less deviation in scatter plots. At the beginning, the time required for pointing increased when using the micromanipulator, but decreased to a greater extent in the course of the trial when compared to the manual approach. The work strain was distinctively lower when the micromanipulator was applied.

Conclusion

The micromanipulator gave evidence of a stronger effect as regards individual improvement in accuracy and time span. The micromanipulator shows potential for improvements in accuracy as well as compensation for poor ergonomics.