Evaluation eines Mikromanipulators für die Mittelohrchirurgie: Eine präklinische Studie

Zusammenfassung

Hintergrund: Die mikrochirurgische Präparation unter dem Operationsmikroskop ist durch geometrische und mechanische Limitationen eingeschränkt. Vor einem möglichen klinischen Einsatz wurde in einer präklinischen Studie die Bedienbarkeit und Präzision eines neuartigen Manipulatorkonzepts für die Mikrochirurgie untersucht.

Material und Methoden: An der Studie nahmen 15 HNO-erfahrene Ärzte sowie eine Gruppe von 17 OP-unerfahrenen Medizinstudenten teil. Dabei wurden 4 Versuchsdurchgänge durchgeführt, in denen die Versuchsteilnehmer auf einem Phantom mit integrierten Kraftsensoren Löcher mit einem Durchmesser von 0,5 mm treffen und eine definierte Kraft zwischen 1,5 und 2 N aufbringen sollten. Als Instrument wurde ein Fisch-Stapedotomie-Perforator, 16 cm Länge, 0,4mm Durchmesser (Storz) benutzt. Der Versuch wurde sowohl manuell als auch mit dem Mikromanipulator (MMS 2.0., MiMed, TUM München) durchgeführt. Als primäre Zielgrößen wurden die Versuchszeit sowie die Fehleranzahl während der verschiedenen Durchgänge ausgewählt.

Ergebnisse: Bei der Beurteilung der Gesamtfehlerzahl zeigte sich eine signifikant geringere Fehleranzahl (p<0,0001) bei der Verwendung des Manipulators. Im Vergleich mit der manuellen Anwendung ergab sich im Median eine Verbesserung der Genauigkeit um 76% zugunsten der telemanipulierten Versuchsdurchführung. Die Versuchszeit bei der Anwendung mit dem Mikromanipulator lag durchschnittlich 2–3-mal höher als bei der manuellen Versuchsdurchführung (p<0,0001). Es zeigte sich eine signifikante Verringerung der Versuchszeit mit steigender Versuchsanzahl bei Anwendung des Manipulators (p<0.0001).

Schlussfolgerung: Unter Verwendung des Manipulators zeigte sich eine signifikante Verringerung der Fehleranzahl gegenüber der menschlichen Hand bei kurzer Lernkurve in einem experimentellen Stapedotomie-Setup.

Abstract

Evaluation of a micro-Manipulator for Middle Ear Surgery: A Preclinical Trial

Background: Microsurgical preparation is limited by geometric and mechanical constraints. In preparation for clinical use, this study investigates performance, ease of handling and precision of a novel manipulator concept for microsurgery.

Material and methods: A group of 15 ENT experienced doctors, as well as a group of 17 medical students with low/non surgical experience participated in the study. Each of the subjects carried out 4 trials of simulated surgeries on a phantom with built-in force sensors. The task was to apply a defined force between 1.5 and 2 N using a Fisch micro perforator, 16 cm length, 0.4 mm (Storz) targeting holes with a diameter of 0.5 mm. For comparison, the Fisch micro perforator was moved manually or with the manipulator.

Results: Assessing the total number of errors proved a significantly lower error number (p<0.0001) and an improvement of the accuracy of 76% with the manipulator. The time requirement for the procedure with the micro manipulator is on average 2–3 times higher than with manual control (p<0.0001). But it is notable that this time requirement significantly decreases with training (p<0.0001).

Conclusion: The study shows a significant reduction in the number of errors by using a new manipulator concept compared to the non-augmented human hand in an experimental setup. We observed a significant learning effect when subjects applied the micro manipulator, resulting in reduction of the time requirement while maintaining a constant number of errors.

Schlüsselwörter

Telemanipulator - Mikromanipulator - Mittelohrchirurgie - Stapedotomie - computerassistierte Chirurgie

Key words

telemanipulator - micro-manipulator - middle ear surgery - stapedotomy - computer assisted surgery

^*  die beiden genannten Autoren haben zu gleichen Anteilen zu der Erstautorenschaft beigetragen

• Literatur

• 1 Fisch U. Stapedotomy versus stapedectomy. 1982. Otol Neurotol 2009; 30: 1160-1165
• 2 Fisch U. Surgical results of stapedectomy or stapedotomy (author’s transl). HNO 1979; 27: 361-367
• 3 Kobler JP, Beckmann D, Rau TS, Majdani O, Ortmaier T. An automated insertion tool for cochlear implants with integrated force sensing capability. Int J Comput Assist Radiol Surg 2014; 9: 481-494
• 4 Kontorinis G, Lenarz T, Stover T, Paasche G. Impact of the insertion speed of cochlear implant electrodes on the insertion forces. Otol Neurotol 2011; 32: 565-570
• 5 Manzey D, Strauss G, Trantakis C Automation in surgery: a systematic approach. Surg Technol Int 2009; 18: 37-45
• 6 Kraft BM, Jager C, Kraft K, Leibl BJ, Bittner R. The AESOP robot system in laparoscopic surgery: increased risk or advantage for surgeon and patient?. Surg Endosc 2004; 18: 1216-1223
• 7 John H. Robotic laparoscopic radical prostatectomy: update 2008. Urologe A 2008; 47: 291-298
• 8 Stockle M, Siemer S. Robot-assisted (da Vinci) laparoscopy: the beginning of a new era in operative urology?. Urologe A 2008; 47: 409-410 412–403
• 9 Rassweiler J, Safi KC, Subotic S, Teber D, Frede T. Robotics and telesurgery – an update on their position in laparoscopic radical prostatectomy. Minim Invasive Ther Allied Technol 2005; 14: 109-122
• 10 Graumann W, Sasse D. Compact Lehrbuch Anatomie Band 4, Sinnessysteme, Haut, ZNS, periphere Leitungsbahnen. Stuttgart: Schattauer; 2005: 103
• 11 Strauß G, Winkler D, Jacobs S et al. Mechatronik in der HNO-Chirurgie. HNO 2005; 53: 623-630
• 12 Hofer M, Runge A, Haase R et al. Ein chirurgischer Mikromanipulator in der Ohrchirurgie. HNO 2012; 60: 109-116
• 13 Strauß G, Maier T, Krinninger M, Berger T, Dietz A, Lüth T. Klinischer Einsatz eines Mikromanipulators. HNO 2012; 60: 807-813
• 14 Maier-Eschenlohr T. Ein System zur Mikro-Telemanipulation am Mittelohr: Dissertation. Technische Universität München 2013
• 15 Maier TMT, Strauss G, Kraus T, Dietz A, Lüth CT. Joystick Control with Capacitive Release Switch for a Microsurgical Telemanipulator. Proc 2010 IEEE Human System Interaction 2010; 223-229
• 16 Maier TSG, Hofer M, Kraus T, Runge A, Stenzel R, Gumprecht J, Berger T, Dietz A, Lueth CT. A New Micromanipulator System for Middle Ear Surgery. 2010 IEEE International Conference on Robotics and Automation 2010; 1568-1573
• 17 Maier T, Strauss G, Dietz A, Lüth CT. First clinical use of a new micromanipulator for the middle ear surgery. Laryngorhinootologie 2008; 87: 620-622
• 18 Mamelak AN, Drazin D, Shirzadi A, Black KL, Berci G. Infratentorial supracerebellar resection of a pineal tumor using a high definition video exoscope (VITOM(R)). J Clin Neurosci 2012; 19: 306-309
• 19 Strauss G, Hofer M, Bahrami N, Dittrich E, Strauss M, Dietz A. A new visualization device for ENT surgery: the panoramic visualization system (HD-PVS). HNO 2009; 57: 455-465
• 20 Mürbe D, Hüttenbrink KB, Zahnert T et al. Tremor in otosurgery: influence of physical strain on hand steadiness. Otol Neurotol 2001; 22: 672-677
• 21 Montes Grande G, Knisely AJ, Becker BC, Yang S, Hirsch BE, Riviere CN. Handheld micromanipulator for robot-assisted stapes footplate surgery. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc 2012; 2012: 1422-1425