DE19540656A1 - Künstliches Gewebe - Google Patents
Künstliches GewebeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein künstliches Gewebe sowie künst
liche Organe, Organteile oder Organsysteme und eine Verwen
dung von künstlichen Geweben oder künstlichen Organen zum
chirurgischen Operationstraining.
Künstliche Organe, Organteile oder Organsysteme für Unter
richtszwecke im Fach Anatomie sind bereits seit vielen
Jahrzehnten bekannt. Es existieren jedoch keine künstlichen
Organe, Organteile oder Organsysteme, an welchen spezielle
diagnostische und/oder interventionelle, wie z. B. HF-chir
urgische Verfahren oder dergleichen trainiert werden kön
nen.
Ein Training an künstlichen Organen, Organteilen oder
Organsystemen ist aber insbesondere in der starren wie in
der flexiblen Endoskopie außerordentlich wichtig, um eine
sichere Handhabung der endoskopischen Instrumente zu er ler
nen.
Bekanntermaßen enthalten operative Verfahren der Endo
skopie, wie beispielsweise die endoskopische Polypektomie
und die transurethrale Resektion der Prostata, relativ
viele variable und interdependente Parameter, so daß es
sich zur sicheren Anwendung und zur Vermeidung von Kompli
kationen bei entsprechenden operativen Verfahren als drin
gend notwendig erweist, ein umfassendes Training durch
zuführen.
Ein wichtiger Parameter bei allen operativen Verfahren, bei
denen die Hochfrequenzchirurgie genutzt wird, ist die Hoch
frequenzleistung, deren Intensität sowohl beim Koagulieren
als auch beim Schneiden entscheidend ist. Das Einstellen
der jeweiligen Leistung und das Führen des Operations
instrumentes erfordern Erfahrung und Geschick, das nur
durch entsprechendes Training zu erlernen ist.
Unter Koagulieren wird die Anwendung hochfrequenten elek
trischen Wechselstromes zur lokalen endogenen Erwärmung
biologischen Gewebes verstanden, wobei die Erwärmung bis zu
einer Temperatur erfolgt, bei welcher intra- und extrazel
luläre kolloidale Gewebebestandteile aus dem Sol in einen
Gelzustand übergehen. Zusätzliche Erwärmung des koagulier
ten Gewebes führt zum Austrocknen, d. h. zur Desikkation,
wodurch das Gewebevolumen schrumpft. Eine weitere Erwärmung
des ausgetrockneten Gewebes führt zur Karbonisation, d. h.
zur Verbrennung. Die drei vorgenannten thermisch verur
sachten Nekrosestadien unterscheiden sich lediglich durch
die hierfür erforderliche Wärmemenge.
Bereits hieraus wird deutlich, daß große Erfahrungswerte
vorliegen müssen, um die gewünschte Technik erfolgreich an
wenden zu können. Beispielsweise reicht in einigen Fällen
für eine effiziente Hämostase, d. h. Blutstillung die Ko
agulation, in anderen die Desikkation aus. Für das Schnei
den mittels HF-chirurgischer Verfahren ist es notwendig,
Energie dergestalt zuzuführen, daß gezielt und schnell ein
endogenes Erwärmen des biologischen Gewebes bis zu einer
Temperatur erfolgt, bei welcher intra- und extrazelluläres
Wasser so schnell verdampft, daß hierüber die Zellmembranen
durch den plötzlichen Dampfdruck zerrissen werden.
Zusätzliche Schwierigkeiten entstehen dann, wenn in der
Gastroenterologie unter Zuhilfenahme endoskopischer Instru
mentarien mittels Argon-Plasma-Koagulationen durchgeführt
werden sollen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein künstliches Gewebe
sowie künstliche Organe anzugeben, das bzw. die in effekti
ver Weise ein realitätsnahes Training und Ausbildung zur
Handhabung chirurgischer Operationstechniken ermöglichen.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Ge
genstand nach den Merkmalen der Patentansprüche 1, 11
und/oder 12, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmä
ßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, ein künstli
ches Gewebe anzugeben, welches zum einen eine entsprechende
elektrische Leitfähigkeit aufweist, so daß die physikali
schen Effekte, die das Schneiden bei der HF-Chirurgie er
möglichen, eintreten, weiterhin Wasser im Gewebe einge
bunden ist, welches verdampfen kann und darüber hinaus Mit
tel vorgesehen sind, welche festen organischen Gewebebe
standteilen gleichkommen, so daß eine Verbrennung selbiger
analog dem natürlichen Gewebe möglich ist.
Darüber hinaus ist, dem Grundgedanken der Erfindung fol
gend, das künstliche Gewebe formbar, so daß natürliche Or
gane, Organteile oder Organsysteme nachgebildet werden kön
nen.
So wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, für das künstliche
Gewebe formbeständige Hydrogele zu verwenden. Zusätzlich
wird der Mischung zur Bildung des Gewebes ein Elektrolyt
sowie brennbare Fasern, beispielsweise Baumwolle oder der
gleichen, beigegeben.
Dadurch, daß gemäß einem weiteren Grundgedanken der Erfin
dung unterschiedliche Mischungsverhältnisse der oben ge
nannten Bestandteile realisiert werden können und innerhalb
einer Gewebestruktur verschiedene künstliche Gewebe aus un
terschiedlichen Mischungsverhältnissen miteinander ver
bunden sein können, sind natürliche Gewebe mit un
terschiedlichen Strukturen oder Strukturverteilungen nach
bildbar.
In einer Ausführungsform werden dem künstlichen Gewebe
Farbstoffe zugesetzt, so daß ein dem natürlichen Gewebe
entsprechendes Aussehen einstellbar ist. Vorteilhafterweise
werden Farbstoffe verwendet, welche bei einer oder mehreren
verschiedenen definierten Temperaturen, beispielsweise bei
der Temperatur, bei welcher natürliche, menschliche Gewebe
thermisch koagulieren, einen oder mehrere Farbumschläge
zeigen. Vorteilhafterweise werden Thermocolore eingesetzt,
die im Temperaturbereich von ca. 50 und 100°C einen Farb
umschlag zeigen. Hierdurch ist es möglich, die Temperatur
entwicklung im künstlichen Gewebe während und nach einem
Schneide- und/oder Koagulationsvorgang zu beobachten und zu
kontrollieren.
In dem Falle, wo künstliche Gewebe verwendet werden, welche
einen oder mehrere temperaturabhängige Farbumschläge zei
gen, sind diese einerseits zum Trainieren von Schneideffek
ten, andererseits aber auch zum Trainieren von thermischen
Koagulationstechniken, wie beispielsweise monopolarer oder
bipolarer Kontaktkoagulation, Argon-Plasma-Koagulation und
Laser-Koagulation, einsetzbar.
Erfindungsgemäß wird gemäß einem weiteren Grundgedanken der
Erfindung der Mischung zur Bildung künstlicher Gewebe ein
hygroskopisches Mittel, beispielsweise Glyzerin, beigege
ben, so daß ein frühzeitiges, unerwünschtes Austrocknen
verhindert wird. Zusätzlich verbessert die Glyzerin-Bei
mischung die Verbrennung der im Gewebe enthaltenen Fasern.
Ebenso ist eine Beimischung von aus der Lebensmittelchemie
bekannten Konservierungsmitteln zur Vermeidung von Schim
melbildung vorteilhaft.
Erfindungsgemäß sind aus den künstlichen Geweben Organe,
Organteile oder Organsysteme formbar, die nicht nur der
Darstellung der Anatomie sowie pathologische Veränderungen
dienen, sondern die auch zum Training chirurgischer Inter
ventionen verwendet werden können.
Hierdurch wird der Chirurg in die Lage versetzt, zum einen
die jeweiligen pathologischen Veränderungen, z. B. Polypen,
Tumore, Ulzera usw. zu erkennen, und zum anderen darüber
hinaus durch eine entsprechende Operationsmethode, z. B.
Schneiden, Koagulieren, Vaporisieren, Argon-Plasma-Koagu
lieren, Laser-Applizieren, derartige krankhafte Veränderun
gen im Training chirurgisch zu behandeln oder zu entfernen.
Eine spezielle Ausführungsform der Erfindung geht davon
aus, daß in den künstlichen Geweben Gefäßstrukturen und
Körperhöhlen eingeformt werden können, die mit Röntgenkon
trastmitteln, Konkrementen, Flüssigkeiten oder Gasen füll
bar sind, um diagnostische Verfahren, wie beispielsweise
bildgebende Verfahren sowie kombinierte Verfahren, wie bei
spielsweise die Papillotomie oder die Steinextraktion, zu
trainieren. Derartige künstliche Körperhöhlen werden auch
zum Training endoskopischer HF-chirurgischer Verfahren ver
wendet.
Alles in allem gelingt es mit der Erfindung ein künstliches
Gewebe bereitzustellen, welches insbesondere beim Schneiden
oder Koagulieren mittels HF-Strom sowie Laser-Applikation
Effekte zeigt, die denjenigen in natürlichen menschlichen
Geweben weitestgehend entsprechen.
So wird infolge der elektrischen Leitfähigkeit die Möglich
keit gegeben, daß HF-Strom fließen kann, wodurch endogene
Wärme entsteht. Hierdurch wiederum wird die Dampfbildung
und folglich Desikkation erreicht. Da die eingesetzten
Hydrogele bei höheren Temperaturen vom Gel- in den Sol
zustand übergehen, d. h. schmelzen und andererseits die
beigemischten brennbaren Fasern erst dann durchtrennt wer
den können, wenn die HF-Spannung ausreichend hoch ist, so
daß sich ein elektrischer Lichtbogen zwischen Schneidelek
trode und Gewebe ausbildet, werden Effekte erzielt, die
sich am Verhalten fester organischer Gewebebestandteile
orientieren.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbei
spieles näher erläutert werden.
Ein künstliches Gewebe, aus welchem natürliche Organe,
Organteile oder Organsysteme geformt wurden, besteht aus
einem wasserhaltigen Material, insbesondere einem Hydrogel,
welchem ein Elektrolyt, beispielsweise Natriumchlorid, Ka
liumchlorid oder dergleichen, beigemischt wurde. Zusätzlich
enthält die Mischung, aus welcher das künstliche Gewebe
hergestellt wird, brennbare Fasern, beispielsweise Baum
wolle, Leinen oder Kämmling, welcher bei der Schafwollpro
duktion anfällt.
Als formbeständiges Hydrogel wird beispielsweise eine
Mischung aus 4% Agar-Agar und 96% Wasser (93,5% Wasser und
2,5% Glyzerin) oder 20,8% Gelatine und 75,2% Wasser ver
wendet.
Analog sind auch andere Gele, d. h. an Flüssigkeiten und
Gasen reiche disperse Systeme aus mindestens zwei Komponen
ten verwendbar, die einen festen, kolloid verteilten Stoff
und Wasser als Dispersionsmittel aufweisen. Vorteilhaft ist
die Verwendung des erwähnten Agar-Agars, eines gelbildenden
Heteropolysacchariden, dessen Herstellung kommerziell be
trieben wird. Agar-Agar bildet noch in 1%-iger Lösung ein
festes Gel, das zwischen 80 und 100°C schmilzt, und des
halb vorteilhaft angewendet werden kann. Die verwendeten
Hydrogele vereinen auf der einen Seite hydrophile, auf der
anderen Seite aber wasserunlösliche Eigenschaften und
gewährleisten die gewünschte Formerhaltung. Der der
Mischung beigefügte Elektrolyt dient dem Erhalt der ge
wünschten elektrischen Leitfähigkeit und die vorhandenen
Fasern bilden dem Natürlichen entsprechend einen mechani
schen Widerstand beim Schneiden des Gewebes, welcher nur
überwunden werden kann, wenn die Energie, z. B. die
HF-Spannung so hoch ist, daß sich ein Lichtbogen zwischen
Schneidelektrode und Gewebe ausbildet und die im Lichtbogen
befindliche Faser verbrennen.
Die durch den Elektrolyt gegebene elektrische Leitfähigkeit
ermöglicht das Fließen von HF-Strom im künstlichen Gewebe,
wodurch endogene Wärme entsteht. Die Wärme führt zur Dampf
bildung und Desikkation des künstlichen Gewebes. Wie er
wähnt, werden brennbare Fasern dem künstlichen Gewebe bei
gefügt, um einen Schneideffekt zu erreichen, der der
HF-Chirurgie im natürlichen menschlichen Gewebe entspricht,
bei welchem feste organische Gewebebestandteile ein kraft
loses Hindurchschmelzen der Schneidelektrode verhindern.
Mit anderen Worten führt die Beimischung brennbarer Fasern,
beispielsweise Baumwolle oder dergleichen in das Hydrogel
zur Nachbildung der Eigenschaften natürlicher, menschlicher
Gewebe, so daß das künstliche Gewebe entsprechend der ge
nannten Zusammensetzung bezüglich des Schneideffektes mit
HF-Strom ähnliche Eigenschaften zeigt.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird dem künstlichen
Gewebe mit der erwähnten Zusammensetzung ein Farbstoff bei
gegeben, so daß sich ein entsprechendes natürliches Ausse
hen einstellt. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von
Farbstoffen, bei welchen Farbumschläge in vorgegebenen Tem
peraturbereichen auftreten. Vorteilhaft ist die Anwendung
sogenannter Thermocolore, die ein geändertes Farbverhalten
im Temperaturbereich von ca. 50 und 100°C zeigen. Bei An
wendung derartiger Farbstoffe kann die Temperaturentwick
lung im künstlichen Gewebe während und nach einem Schneide
und/oder Koagulationsvorgang beobachtet und kontrolliert
werden, wodurch sich der Ausbildungs- und Lerneffekt ver
bessert.
In dem Falle, wo künstliche Gewebe eingesetzt werden, wel
che einen oder mehrere temperaturabhängige Farbumschläge
zeigen, eignen sich diese nicht nur zum Trainieren von
Schneideffekten, sondern auch zum Training von thermischen
Koagulationstechniken, wie beispielsweise der monopolaren
oder bipolaren Kontakt-Koagulation, Argon-Plasma-Koagula
tion oder der Laser-Koagulation.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine künstli
che, unterschiedliche Gewebestruktur dadurch nachgebildet,
indem einzelne Gewebebestandteile unterschiedliche
Mischungsverhältnisse zwischen Hydrogel und Faseranteil so
wie Elektrolyten aufweisen, so daß unterschiedliche physi
kalische Eigenschaften simulierbar sind. Zusätzlich können
den unterschiedlich gemischten, künstlichen Geweben unter
schiedliche Farben beigegeben werden, um die Gewebestruk
turen auch visuell deutlich zu machen.
Es hat sich gezeigt, daß das Beimischen hygroskopischer
Mittel, beispielsweise Glyzerin oder dergleichen, ein früh
zeitiges Austrocknen des künstlichen Gewebes verhindert, so
daß dessen Lager- und Einsatzfähigkeit über einen längeren
Zeitraum gewährleistet ist. Zusätzlich verbessert die Gly
zerinbeimischung während des Schneidvorganges die Verbren
nung der Fasern. Als Konservierungsstoff kann beispiels
weise 0, 1% Sorbinsäure (trans-trans-Hexadien-2,4-Säure)
oder 0,3% PHB-Ester-Gemisch (0,21% p-Hydroxybenzoesäureme
thylester und 0,09% p-Hydroxybenzoesäurepropylester) zuge
geben werden.
Durch die Formbarkeit der Mischung können gemäß einem wei
teren Ausführungsbeispiel künstliche Organe, Organteile
oder Organsysteme mit anatomischen und/oder pathologischen
Abnormalitäten bzw. Befunden nachgebildet werden, so daß
entsprechende chirurgische Interventionen, insbesondere
auch endoskopische Techniken trainiert werden können. Ins
besondere zum Training endoskopischer Operationstechniken
können die künstlichen Organe, Organteile oder Organsysteme
eingeformte Körperhöhlen aufweisen, so daß einerseits dia
gnostische Verfahren und andererseits aber, wie bereits
erläutert, chirurgische Operationstechniken erprobt und er
lernt werden können. Es können aber auch pathologische Ge
webestrukturen, wie beispielsweise Polypen und/oder Tumore,
aus diesem erfindungsgemäßen künstlichen Gewebe geformt
werden, welche in ebenfalls künstliche Organe, Organteile
oder Organsysteme einfügbar sind.
Die künstlichen Gewebe, Organe, Organteile oder Organ
systeme gemäß vorliegenden Ausführungsbeispielen gewähr
leisten die insbesondere für die HF-Chirurgie erforderli
chen Effekte, nämlich zum einen eine ausreichende elektri
sche Leitfähigkeit, die Verdampfung von enthaltenem Wasser
bei HF-Behandlung sowie die Verbrennung fester, organischer
Bestandteile dann, wenn sich beispielsweise ein elek
trischer Lichtbogen zwischen Schneidelektrode und dem Ge
webe ausbildet. Das erfindungsgemäße Gewebe kann außerdem
auch zum Erlernen anderer thermischer Operationsverfahren,
wie beispielsweise mit Laser, Kautern oder Mikrowelle ange
wendet werden, wobei jedoch die Beimischung von Elektroly
ten zur Nachbildung der elektrischen Leitfähigkeit nicht
erforderlich ist.
Es liegt im Sinne der Erfindung, daß das künstliche Gewebe
knochenähnliche Stützstrukturen aufweisen kann, so daß sich
die Möglichkeit zum Erlernen und Trainieren der Operations
techniken weiter verbessert.
Claims (12)
1. Künstliches Gewebe,
gekennzeichnet durch
eine formbare Mischung aus einem Hydrogel, einem Elektroly
ten sowie brennbaren Fasern.
2. Gewebe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Hydrogel Agar-Agar und Wasser enthält.
3. Gewebe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Hydrogel Gelatine und Wasser enthält.
4. Gewebe nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
daß das Hydrogel ein hydrophiles, wasserunlösliches Polymer
ist.
5. Gewebe nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Elektrolyt Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Kalzium
chlorid oder dergleichen ist.
6. Gewebe nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die brennbaren Fasern aus Baumwolle, Leinen, Kämmling
oder dergleichen bestehen.
7. Gewebe nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
gekennzeichnet durch
Beimischung von Farbstoffe zur farblichen Nachbildung
natürlichen Gewebes.
8. Gewebe nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Farbstoffe im Temperaturbereich zwischen 50 und
100°C einen oder mehrere Farbumschläge aufweisen.
9. Gewebe nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
gekennzeichnet durch
unterschiedliche Mischungsverhältnisse und Zusammenfügen
von mehreren Geweben unterschiedlicher Mischungsverhält
nisse zur Bildung einer Gewebestruktur.
10. Gewebe nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
gekennzeichnet durch
Beimischung eines hygroskopischen Mittels, insbesondere
Glyzerin zum Haltbarmachen.
11. Künstliches Organ, Organteil oder Organsystem minde
stens bestehend aus einem Gewebe nach einem der Ansprüche 1
bis 10.
12. Verwendung von künstlichem Gewebe oder künstlichen
Organen, Organteilen oder Organsystemen nach einem der An
sprüche 1 bis 11 zum chirurgischen Operationstraining, ins
besondere für das Training HF-chirurgischer Effekte, ther
mischer Koagulationstechniken, der Argon-Plasma-Koagula
tion, von Laser-Applikationen, Schneiden, Vaporisieren,
Kyro-Behandlungen sowie zur endoskopischen Polypektomie und
Papillotomie.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1995140656 DE19540656C2 (de) | 1995-10-31 | 1995-10-31 | Künstliches Gewebe, künstliches Organ, Organteil oder Organsystem sowie deren Verwendung zum chirurgischen Operationstraining |
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DE1995140656 DE19540656C2 (de) | 1995-10-31 | 1995-10-31 | Künstliches Gewebe, künstliches Organ, Organteil oder Organsystem sowie deren Verwendung zum chirurgischen Operationstraining |
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