DE202009004115U1

DE202009004115U1 - Modelle für das Training invasiver Techniken der Medizin

Info

Publication number: DE202009004115U1
Application number: DE200920004115
Authority: DE
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Andreas Fichtner De; Fichtner Andreas Dr Med De
Priority date: 2009-03-24
Filing date: 2009-03-24
Publication date: 2009-06-04
Anticipated expiration: 2019-03-25

Abstract

Modelle für das Training invasiver Techniken der Medizin, aufweisend realistische Nachbildungen von Körperteilen, in welche übungswesentliche Körperstrukturen, wie Blutgefäße, Skelettteile, Nervenstränge, Sehnen, flüssigkeits- und/oder gasgefüllte Körperhöhlen und/oder Organe, maßstabgerecht nachgebildet und lokalgenau eingebettet sind, gekennzeichnet dadurch, dass die Modelle aus zweikomponentigen, raumtemperaturvernetzenden, offenzelligen Polyurethan-Weichschäumen bestehen, welche in die Körperteilnachbildung aufweisende und Körperstrukturen enthaltende Negativformen gegossen und unter Bildung einer geschlossenen Außenhaut aufgeschäumt sind und komplett aus einem Stück ohne auswechselbare Einzelteile bestehen.

Description

Die Erfindung betrifft Modelle für das Training invasiver Techniken der Medizin, insbesondere von Punktionen, Injekionen, Infusionen, Blut- oder Körperflüssigkeitsentnahmen, Nahttechniken oder Katheterisierungen.
Es liegt in der Natur der Sache, dass das Üben invasiver Techniken am Menschen äußerst problematisch ist. Für die Aus- und Weiterbildung klinischen Personals stehen deshalb mehr oder weniger realistische anatomische Modelle zur Verfügung, anhand derer Eingriffe in den menschlichen oder tierischen Körper simuliert werden können.
So ist aus der EP 0 870 292 B1 ein anatomischer Simulator zum videoskopischen chirurgischen Training bekannt, der eine Vielzahl synthetischer anatomischer Strukturen und ein elastisches und flexibles synthetisches Bindegewebe umfasst, welches die synthetischen und anatomischen Strukturen zusammenbindet und eine synthetische Gewebeschicht mit vorbestimmter Reißfestigkeit definiert. Der Simulator dient zum Erlernen des Sezierens einer anatomischen Struktur, während die weiteren anatomischen Strukturen bei fachgerechter Arbeit erhalten bleiben. Die synthetische Gewebeschicht besteht aus einer flüssigen Elastomergrundlage, welche härtbar ist, um ein belastbares Elastomer zu bilden und aus einem Geliermittel, welches mit der flüssigen Elastomergrundlage mischbar ist. Die Strukturen und Bindegewebe sind in einem Fluidbehälter mit synthetischer Körperflüssigkeit eingebettet, welcher mit einem künstlichen Körperteil aus Hartmaterial abgedeckt werden kann, um annähernd lebensechte Seziervoraussetzungen vorzutäuschen. Dies gelingt aber nur unbefriedigend. Außerdem müssen nach jeder Übung die sezierte Strukturen und das synthetische Bindegewebe ausgewechselt werden, was teuer kommt.
Ein sehr ähnliches Modell ist zum Üben des Einstechens in Blutgefäße und/oder der Gefäßresektion in der DE 44 14 832 A1 beschrieben.
Aus der US-Patentschrift 3,722,1089 ist ein Trainingshilfsmittel für Mediziner bekannt, zum Beispiel in Form eines Arms, Beins, Fußes, Halses oder Kopfes. Aus unterschiedlich weichem PVC werden Knochen, Fleisch, Arterien und Haut simuliert. Als Haut dient ein Überzug aus Silikongummi, der in einer Gussform hergestellt ist, die von einem Individuum abgenommen worden wurde. Unter der Haut werden kleine weiche und flexible PVC-Scheiben oder PVC-Blisterbuttons positioniert, die Luft oder Flüssigkeit absorbieren und speichern können. Spritzt man in eine solche Stelle, so schwillt diese an. Das Trainingshilfsmittel ist in der Herstellung und den Materialien sehr aufwändig, weshalb es möglichst lange in Benutzung sein sollte. Dem widerspricht aber, dass sich nach einigem Gebrauch die Einstichzonen in der Silikonhaut dermaßen abzeichnen, dass dauerhafte Markierungen der relevanten Zonen sichtbar werden, die alle weiteren Übungen in Frage stellen.
Aus der US-Patentschrift 4,182,054 ist ein Apparat zum Simulieren der Arterien eines Gliedes zu Trainingszwecken für medizinisches Personal bekannt, der eine künstliche hohle Hand aus einem elastischen PVC oder Gummi umfasst, die mit einer Latexhaut überzogen ist. In die Hand ist ein Schlauch eingezogen, der die Arterie simuliert. An anatomisch vorgegebenen Einstichstellen ist der Korpus unter der Latexhaut ausgespart. Das Schlauchende ist an einen Tropf mit künstlichem Blut angeschlossen. Auch hier prägen sich Einstichstellen dauerhaft in der Latexhaut ein, weswegen die Latexhaut häufig zu wechseln ist.
Für Übungen der Feuerwehr, technischer Hilfswerke und medizinisch-technischer Dienste sind Ganzkörperpuppen in Gebrauch, an denen Reanimationstechniken geübt werden, darunter auch Infusionstechniken. Eine solche Puppe ist beispielsweise in US 2007/0292829 A1 offenbart. Die Puppen sind jedoch eingeschränkt lebensecht und zudem sehr kostspielig in ihrer Anschaffung und Wartung.
Weiterhin ist in der US 7,255,565 B2 ein menschenähnliches Phantom für die Simulation von Ultraschalluntersuchungen bekannt. Es besteht aus einem gussfähigen, elastomeren, gewebesimulierenden thermoplastischen Synthesekautschuk, dessen zweikomponentige Masse geschmolzen, gemischt und in einer Gussform zu einem Körperteil gegossen wird. Beim Gießen eines Arms, Beins, Kopf-Halsbereichs usw. werden Objekte eingegossen, die innere Organe, Blutgefäße oder Hohlorgane simulieren. Ein Streuzusatz soll die thermoplastischen Masse bezüglich Ultraschalleinwirkungen besser an die Eigenschaften des menschlichen Körper anpassen. Ausgekühlt auf Raumtemperatur besitzt das elastomere Material gewisse realistische Abbildungseigenschaften, vergleichbar menschlichem Gewebe im Ultraschallbild. Auch Gewebepunktionen mit gewissen oberflächenverschließenden Eigenschaften sind möglich, gehen aber nicht so weit, dass die Einstichstellen unsichtbar würden, weshalb ein Übender anhand des Einstichmusters leicht erkennen kann, wo er voraussichtlich korrekt punktiert. Ein gravierender Nachteil besteht außerdem darin, dass materialbedingt die Körperteilnachbildung ausgesprochen homogen ist, insbesondere die Körperhaut nicht gesondert nachgebildet ist, welche gerade auf die Invasivität sehr wesentlichen Einfluss hat. Außerdem sind die verwendeten Materialien sehr teuer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, anatomisch korrekte Modelle mit möglichst realen Körpereigenschaften speziell für das wirklichkeitsnahe Üben minimalinvasiver und speziell endovaskulärer Techniken zu entwickeln, wie beispielsweise Katheter in eine Blutbahn oder flüssigkeits- bzw. gasgefüllte Körperhöhlen einzuführen oder diese zu punktieren und chirurgische Techniken, wie z. B. Nahttechniken zu üben. Die gehobenen Anforderungen an eine praxisgerechte Ausbildung des klinischen Personals sollen erfüllt und – im Vergleich zu bekannten Produkten – zugleich erheblich preiswerter realisiert werden.
Insbesondere sollen die instichstellen auch nach längerem Gebrauch möglichst unsichtbar bleiben, es sollen Einstich-, Haut- und Druckeigenschaften, auch der darunterliegenden anatomischen Strukturen, wie z. B. Knochen, nachgebildet, sowie realistische Punktionseigenschaften, wie Gewebswiderstand und Elastizität, geschaffen werden. Weiterhin soll die Erfindung das lebensechte Tasten oberflächiger und tieferer Blutgefäße usw. bei ausreichender Flexibilität des Körpergewebes und eine realistische Verschieblichkeit der Haut ermöglichen. Behandlungsfehler sollen sich als Blutungen und Blutergüsse zeigen. Ein besonderes Anliegen ist es, auf das Austauschen einzelner teurer Modellteile zugunsten eines kompletten, oberflächenverschlossenen, in einem Stück befindlichen, sehr preiswerten Einwegmodells zu verzichten. Durch die in ausreichendem Maße „oberflächenverschließenden" Eigenschaften soll das Einwegmodell bis zum gebrauchs abhängigen Verschleiß ohne Reparaturmöglichkeit mehrfach verwendbar sein.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen geben die Unteransprüche an.
Erfindungsgemäß wurde gefunden, dass mit aus einem zweikomponentigen, raumtemperaturvernetzenden, offenzelligen Polyurethan-Weichschaum bestehenden Modellen, welche in eine die Körperteilnachbildung aufweisende Negativform sachgerecht gegossen und unter Bildung einer geschlossenen Außenhaut aufgeschäumt sind, wobei künstliche Körperstrukturen, wie Skelettteile, Blutgefäße, Nervenstränge, Sehnen, körperflüssigkeits- und/oder gasgefüllte Körperhöhlen und Organe, maßstäblich und lokalgetreu eingebettet sind, ausgesprochen realistische Nachbildungen für Übungen invasiver Techniken geschaffen werden können, die zudem ungleich preiswerter als vergleichbare Modelle sind sowie bezüglich Gebrauchseigenschaften neue Maßstäbe setzen.
Beim Gießen und Aufschäumen einer zuvor präparierten Form bildet sich an der Trennwand eine Haut, die der Körperhaut vergleichbare Eigenschaften aufweist. Wenn ein bestimmtes Mischungsverhältnis der beiden Polyurethan-Weichschaumkomponenten gewählt wird, simuliert das Modell zudem sehr real das unter der Haut liegende Muskel- und Fettgewebe. Mit zusätzlich eingegossenen detektierbaren Körperstrukturen, wie Knochen, Blutgefäße, Nervenstränge, Sehnen, Muskeln, innere Organe, entsteht ein perfektes Modell, welches aufgrund der einfachen Fertigungstechnologie und der billigen Grundstoffe zudem äußerst preiswert herzustellen ist.
Anhand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden.
In den zugehörigen Zeichnungen zeigt:
1 einen Modellunterarm,
2 eine Gussform für einen Modellthorax,
3 einen Modellthorax und
4 eine Gussform für einen Oberschenkel.
Der Modellunterarm 1 nach 1 entsteht in einer Zweischalenform, bestehend aus Oberteil und Unterteil. Bei sorgfältiger Arbeit ist die Gussnaht kaum sichtbar. Eine Negativform für das Modell aus Gips wird direkt vom Menschen abgenommen und für die Herstellung eines Gipspositivs verwendet. Nach entsprechender Nachbearbeitung des Gipspositivs wird die eigentliche Form aus Polyethylen, Polyurethan oder Silikongummi hergestellt. Der eigentliche Modellunterarm 1 wird in dieser Form gegossen.
Vor dem Guss wird die Form vorbereitet und zunächst mit einer Wachspaste versiegelt. Sodann wird für eine einfache Entformung ein für die Trennung von Polyurethan-Schäumen geeignetes silikonfreies Trennmittel mit einem weichen Pinsel aufgetragen. Je nach Schichtenanzahl und Schichtdicke des Trennmittels entwickelt sich später eine geschlossene Außenhaut am Modell. Nach dem Trocknen des Trennmittels werden modelltypische anatomische Strukturen geeignet in der Negativform fixiert. Gewünschte Hand- und Unterarmskelettteile beispielsweise können aus Polyestermaterial naturgetreu nachgebildet oder aus einfachen steifen Einlagen simuliert werden, Blutgefäße z. B. aus dünnwandigen Silikonschläuchen, Sehnen aus Silikongummiband.
Die eigentliche Formmasse wird aus einem zweikomponentigen Polyurethan-Weichschaum in einem bestimmten Verhältnis A-Komponente zu B-Komponente, welches die Eigenschaften des Schaumstoffs bestimmt, miteinander intensiv vermischt und zeitnah in die Form gegossen. Die zweischalige Form wird sauber geschlossen, um eine störende Nahtbildung an der Grenzfläche zu verhindern.
Mit der Vermischung startet eine chemische Reaktion mit gleichmäßigem Verlauf und unter Raumtemperaturbedingungen. Das Gemisch expandiert in der geschlossenen Form innerhalb von Minuten kontrolliert zu einem gleichförmigen, porigen Schaum, der nach ca. einer halben Stunde seine sehr beständigen Endeigenschaften einnimmt. Am Formenrand entsteht dabei eine geschlossene, dehnbare Haut, die der menschlichen Haut nahe kommt. Die Hautoberfläche kann eingefärbt werden oder es wird dem Gemisch beim Anrühren eine Farbe zugesetzt, mittels derer das Modell durchgefärbt wird.
Im Beispiel des Modellunterarms 1 diente als Form eine zweischalige Form aus Polyurethan-Streichharz. Als pastöser Wachsversiegler wurde Sonite Wax II verwendet, als Trennmittel EASE RELEASE 1705 und als fleischfarbenes Durchfärbemittel So-Strong Flesh Tone Tint. Für den zweikomponentigen Polyurethan-Weichschaum wurde das Produkt FlexFoam-iT! III gewählt. Entsprechend der Herstellerangaben erfolgte die Mischung der Komponenten. Alle Produkte sind unter den genannten Handelsnamen über die Firma KauPo Plankenhorn e. K, 78549 Spaichingen, Deutschland, erhältlich.
In der 1 treten aus der Nachbildung des Modellunterarms 1 mit Konnektoren 2, 3 versehene, sehr dünnwandige Silikongummischläuche 4, 5 aus, die in die an anatomisch typischer Stelle verlaufenden Blutgefäßenachbildungen (größere oberflächliche Venen; Arteria radialis) münden. An das Ende des Schlauches 5, welcher eine Vene simuliert, kann beispielsweise ein Tropf mit Kunstblut angeschlossen werden. Bei Punktion der realistisch tastbaren „Venen" tritt dann Blut aus bzw. es kann eine Venenverweilkanüle eingelegt oder Blut abgenommen werden. Ebenso können Schläuche in Arterienposition platziert und mit einer Ballonpumpe ausgestattet werden, die den tastbaren Puls simuliert. Auch die „Arterien" können mit künstlichem Blut gefüllt und punktiert werden.
Die fein strukturierte Oberflächenhaut hat realitätsnahe selbstverschließende Eigenschaften, so dass Punktionen mehrfach durchgeführt werden können. Auch kommt es durch die im Gegensatz zur Haut offenporige Gewebestruktur zu hämatomartigen Erscheinungen bei mehrfachen Fehlpunktionen mit Gefäßverletzungen.
In 2 ist die Innenseite einer Halbschalen-Kunststoff-Gussform 6 für einen Thorax dargestellt. Längs der Thoraxgussform 6 führt ein Kunststoffschlauch 7, der die Arteria Carotis simuliert und mit Kunstblut gefüllt werden kann. Im tastbaren Halsbereich ist in den Kunststoffschlauch 7 ein Schlauchstück 8 aus dünnwandigem Silikongummi eingesetzt, welcher die mittels einer Ballonpumpe 9 erzeugten Pulsationen wiedergeben kann. Quer durch die Thorax-Gussform 6 führen über Kreuz zwei Butylschläuche 10, 11, die die Venae cavae und Venae sublavia, anonyma, jugularis interna darstellen, und mit künstlichem Blut gefüllt sind. Diese werden über nach Modellguss zu entfernende Kunststoffrohre 12, 13 gezogen, um das innere Lumen beim Schäumen expandiert zu halten. Sie dienen später der zentralvenösen Punktion und Katheteranlage. Außerdem werden knöcherne Strukturen (Nachbildung Clavicula) 14 und ggf. – nicht dargestellte – gasgefüllte Hohlräume (Lunge) in der Thorax-Gussform 6 fixiert und mit eingeschäumt. Atembewegungen können so über einen – ebenfalls nicht dargestellten – angeschlossenen Balg simuliert werden.
Die innere Formwandung wird mit einem Trennmittel ausgekleidet. So vorbereitet wird ein Zweikomponenten-Weichschaum in die Thorax-Gussform 6 gegossen. Die Rückseite des Thorax-Modells ist nicht ausgeformt. Die Thorax-Gussform 6 wird deshalb beim Ausschäumen mit einer Platte als Gegendruckkörper abgedeckt. Ein leichter Gegendruck beim Ausschäumen vermeidet die Ausbildung einer Blockkuppe, ohne dass sich der Schaumstoff verdichtet. Als Schaumstoff wurde der Zweikomponenten-Weichschaum Büfapur^® (BaySystems BÜFA Polyurethane GmbH & Co. KG, 26125 Oldenburg, Deutschland) im vom Hersteller angegebenen Verhältnis verwendet. Die Thorax-Gussform 6 ist aus Polyethylen und wird über den Umweg einer Gips-Negativform und eines Gipspositivs vom menschlichen Körper abgenommen.
In 3 ist der Modellthorax 15 mit den seitlich herausragenden Butylschläuchen 10, 11 mit Anschlüssen und schematisch dargestellten Klemmen 16 für die wiederholte Füllung mit künstlichem Blut, einem Anschluss 17 für die Simulation respiratorischer Effekte (Atembewegung der „Lunge") sowie dem Anschluss 18 für die künstliche Arteria carotis und deren Pulssimulation dargestellt. Der Modellthorax 15 ist aus einer Form nach 2 ausgeformt.
Schließlich zeigt 4 eine Kunststoffform 19 für ein Oberschenkelmodell, das bspw. zur Simulation/Übung von subcutanen und intramuskulären Injektionen verwendet werden kann. Die Form besteht aus einer geschlossenen Polyethylen-Schale mit einem Längsschlitz 20 auf der Rückseite zwecks Ausformens des Oberschenkelmodells 19. Eine Einlage 20 simuliert Becken- und Oberschenkelknochen und ist derartig geformt, dass alle relevanten (übungswesentlichen) am Menschen tastbaren Knochenteile anatomisch korrekt zu liegen kommen. Ausgangspunkt für die Form ist wiederum ein Gipsabdruck eines menschlichen Oberschenkels mit nachfolgendem Gipspositiv und Polyethylenüberformung.

1: Modellunterarm
2, 3: Konnektoren
4, 5: Silikonschläuche
6: Thorax-Gussform
7: Kunststoffschlauch
8: Schlauchstück aus Silikongummi
9: Ballonpumpe
10, 11: Butylschläuche
12, 13: Kunststoffrohre
14: Nachbildung Clavicula
15: Modellthorax
16: Klemmen
17: Anschluss
18: Anschluss
19: Kunststoffform für ein Oberschenkelmodell
20: Längsschlitz
21: Einlage

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0870292 B1 [0003]
- DE 4414832 A1 [0004]
- US 37221089 [0005]
- US 4182054 [0006]
- US 2007/0292829 A1 [0007]
- US 7255565 B2 [0008]

Claims

Modelle für das Training invasiver Techniken der Medizin, aufweisend realistische Nachbildungen von Körperteilen, in welche übungswesentliche Körperstrukturen, wie Blutgefäße, Skelettteile, Nervenstränge, Sehnen, flüssigkeits- und/oder gasgefüllte Körperhöhlen und/oder Organe, maßstabgerecht nachgebildet und lokalgenau eingebettet sind, gekennzeichnet dadurch, dass die Modelle aus zweikomponentigen, raumtemperaturvernetzenden, offenzelligen Polyurethan-Weichschäumen bestehen, welche in die Körperteilnachbildung aufweisende und Körperstrukturen enthaltende Negativformen gegossen und unter Bildung einer geschlossenen Außenhaut aufgeschäumt sind und komplett aus einem Stück ohne auswechselbare Einzelteile bestehen.
Modelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche eingefärbt ist.
Modelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyurethan-Weichschaum durchgefärbt ist.
Modelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhaut die Epidermis nachbildet.
Modelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die künstlichen Blutgefäße mit Kunstblut gefüllt sind.
Modelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die künstlichen Blutgefäße unter Blutdruck stehen.
Modelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die künstlichen Blutgefäße unter pulsierendem Blutdruck stehen.
Modelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass künstliche Hohlorgane eingebettet und mit Körperflüssigkeitsnachbildungen gefüllt sind.
Modelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass künstliche Hohlorgane eingebettet und mit Körpergasnachbildungen gefüllt sind.
Modelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Körpergasnachbildungen volumenvariabel sind.
Modelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gussformen einschalig sind.
Modelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gussformen zweischalig sind.
Modelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der offenporigen Polyurethanschaum Verletzungen der Gefäßnachbildungen mit entsprechenden Paravasaten realitätsgetreu nachbildet.