Entwicklung und Bewertung von Organmodellen für das chirurgische Training mit Implementierung von 3D – Druck – Verfahren

Im Zeitraum von 2016 bis 2017 führten wir eine umfangreiche Recherche zur Situation der chirurgischen Trainingsmodelle durch. Auf der Basis dieser Recherche wurde eine Prioritätenanalyse durchgeführt. Mit den Ergebnissen von dieser wurde dann eine Nutzwertanalyse zur Beurteilung von künstlichen wie auch tierorganbasierten oder Kadaverbasierten chirurgischen Trainingsmodellen durchgeführt. In dieser zeigten sich die Qualitäten aber auch die Unzulänglichkeiten der verschiedenen künstlichen Trainingsmodelle. Mit den gewonnenen Erkenntnissen wurde dann beginnend im Jahr 2017 die Erstellung von verschiedenen Organmodellen begonnen. Hierfür wurden zunächst virtuelle Organmodelle erstellt, die dann mittels 3D Druck in physikalische 3D Modelle überführt wurden. Es wurden multiple Materialien, Software- und Hardwarelösungen getestet. Zudem wurden indirekte Produktionsmethoden mit der Abformung von 3D Modellen, die mittels 3D Druck erstellt worden waren, mit Latex entwickelt und etabliert. Die entstandenen Modelle wurden einer Evaluation durch ärztliche Kollegen unterzogen und ihr Nutzen für die Ausbildung in der Endoskopie bestätigt. Zudem wurde ein Verfahren für die Herstellung von flexiblen Organmodellen mittels der Kombination von verschiedenen Materialien im Dualdruck entwickelt und mit diesem Organmodelle für das Training der laparoskopischen Chirurgie entwickelt. Diese wurden dann im Vergleich mit dem entwickelten latexbasierten Modell und dem Referenzmodell unter der Verwendung von Tierorganen evaluiert. Es konnte ihr Nutzen für das chirurgische Training bestätigt werden. Auf Basis dieser Vorarbeiten wurde das europäische Verbundforschungsprojekt „3D – Prime“ entwickelt. Hierfür konnte erfolgreich eine Förderung durch die europäische Förderlinie „Eurostars“ eingeworben werden

Added value of diffusion-weighted imaging in hepatic tumors and its impact on patient management

Abstract Background To investigate the added diagnostic value of diffusion-weighted imaging (DWI) of the liver and its impact on therapy decisions in patients with hepatic malignancy. Methods Interdisciplinary gastrointestinal tumorboard cases concerning patients with hepatic malignancies discussed between 11/2015 and 06/2016 were included in this retrospective, single-center study. Two radiologists independently reviewed the respective liver MR-examination first without, then with DWI. The readers were blinded regarding number, position and size of hepatic malignancies. Cases in which DWI revealed additional findings concerning the hepatic tumor status as compared to conventional sequences alone were presented to experienced members of the interdisciplinary tumor board. In this retrospective setting changes in treatment decisions based on these additional findings in the DWI sequences were recorded. Results A total of 87 patients were included. DWI revealed additional findings in 12 patients (13,8%). These new findings had a direct effect on the therapy in 8 patients (9,2%): In 6 patients (6,9%) the surgical/interventional treatment was adapted (n = 5: extended resection, n = 1: with transarterial chemoembolization of a single hepatocellular carcinoma only detectable in DWI); 2 patients (2,3%) received systemic therapy (n = 1: neo-adjuvant, n = 1: palliative) based on the additional findings in DWI. In 4 patients (4.6%) additional DWI findings did not affect the therapeutic decision. Conclusions DWI is a relevant diagnostic tool in oncologic imaging of the liver. By providing further information regarding tumor load in hepatic malignancies it can lead to a significant change in treatment

Towards engineering a portable platform for laparoscopic pre-training in virtual reality with haptic feedback

Background: Laparoscopic surgery is a surgical technique in which special instruments are inserted through small incision holes inside the body. For some time, efforts have been made to improve surgical pre-training through practical exercises on abstracted and reduced models. Methods: The authors strive for a portable, easy to use and cost-effective Virtual Reality-based (VR) laparoscopic pre-training platform and therefore address the question of how such a system has to be designed to achieve the quality of today's gold standard using real tissue specimens. Current VR controllers are limited regarding haptic feedback. Since haptic feedback is necessary or at least beneficial for laparoscopic surgery training, the platform to be developed consists of a newly designed prototype laparoscopic VR controller with haptic feedback, a commercially available head-mounted display, a VR environment for simulating a laparoscopic surgery, and a training concept. Results: To take full advantage of benefits such as repeatability and cost-effectiveness of VR-based training, the system shall not require a tissue sample for haptic feedback. It is currently calculated and visually displayed to the user in the VR environment. On the prototype controller, a first axis was provided with perceptible feedback for test purposes. Two of the prototype VR controllers can be combined to simulate a typical both-handed use case, e.g., laparoscopic suturing. A Unity-based VR prototype allows the execution of simple standard pre-trainings. Conclusions: The first prototype enables full operation of a virtual laparoscopic instrument in VR. In addition, the simulation can compute simple interaction forces. Major challenges lie in a realistic real-time tissue simulation and calculation of forces for the haptic feedback. Mechanical weaknesses were identified in the first hardware prototype, which will be improved in subsequent versions. All degrees of freedom of the controller are to be provided with haptic feedback. To make forces tangible in the simulation, characteristic values need to be determined using real tissue samples. The system has yet to be validated by cross-comparing real and VR haptics with surgeons