Development of a Manufacturing Process of Temporal Bone Surgery Models Using Rapid Prototyping

Abstract:

Cochlear implant surgery on highly hearing impaired and deaf patients presents surgeons with major medical challenges. In advance of the operation, the surgeon must gain the necessary dexterity and topographical knowledge in the field of microsurgery. For these purposes human cadaver specimens are usually used but they are not sufficiently available. Therefore, our group from the University of Magdeburg researches and develops a manufacturing process for producing individual anatomical facsimile models (AFM) of the human ear bone, which originally simulate the cavity structure of the inner ear (cochlea, semicircular canals) by using rapid prototyping methods. For this production a variety of biomechanical data of the human ear bone are needed to recreate the later models with the same biomechanical properties. By using these obtained biomechanical data and the individual patient's CT data, stereolithography models of UV-sensitive epoxy resin can be produced. The models can be emulated to the biomechanical properties of the human bone by varying the curing process of the epoxy resin. Thus, the authentic drilling and milling properties give the surgeon the possibility to develop the skills needed in dealing with microsurgical instruments. At the same time the authenticity of the AFM promotes the study of the anatomical structure and the orientation of anatomical landmarks.

• Periodical: Advanced Materials Research (Volume 907)
• Pages: 241-252
• DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.907.241
• Online since: April 2014
• Authors: Bernhard Karpuschewski*, Joachim Döring, Michael Scheffler, Gabriele Dietze, Ulrich Vorwerk, Cornelia Hahne, Fabian Klink
• Keywords: Bone Cutting, Bone Properties, Rapid Prototyping

References

[1] Vorwerk,U.; Beyer, C.; Grote, K. -H.; Arens, C. und Vorwerk, W.: Die Realisierung von anatomischen Felsenbeinfaksimilemodellen mit cochleären Hohlraumstrukturen, Laryngorhinootologie, in press, (2011).

DOI: 10.1055/s-0031-1275307

[2] Gurr,A.; et al.: Die Bedeutung von Präparationskursen in der HNO-Heilkunde, Laryngo-Rhino-Otol 88, S. 789-792, (2009).

DOI: 10.1055/s-0029-1238304

[3] Suzuki, M.; et al.: Rapid prototyping of temporal bone for surgical training and medical education, Acta Otolaryngol 124, S. 400-402, (2004).

[4] Schneider, G.; Muller, A.: Multicenterstudie zum Jenaer Felsenbeinmodell, Laryngorhinootologie 83, S. 363-366, (2004).

DOI: 10.1055/s-2004-814242

[5] Schwager, K.; Gilyoma, JM.: Keramisches Arbeitsmodell für Felsenbeinübungen – eine Alternative zum humane Felsenbein?, Laryngorhinootologie 82, S. 683-686, (2003).

DOI: 10.1055/s-2003-43242

[6] N.N.: Deutsche Cochlear Implant Gesellschaft e. V.

[7] www. dcig. de/das-cochlea-implant. htm Stand 05/(2012).

[8] Vorwerk, U.; Begall, K.: Präparierübungen am künstlichen Felsenbein Herstellung von Felsenbeinfaksimiles durch Stereolithographie, HNO 46, Nummer 3, S. 246-251, (1998).

DOI: 10.1007/s001060050233

[9] Hahne, C.; Scheffler, M.; Dietze, G.; Karpuschewski, B.; Döring, J.; Kappa, M.; Hessel, H.; Vorwerk, U.: Zum Problem der Erfassung und Bewertung biomechanischer Eigenschaften von Operationsmodellen (anatomischen Faksimilemodellen) bei Cochlear-Implant-Operationen, In: 10. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Computer- und Roboterassistierte Chirurgie (CURAC) - Magdeburg : Univ., ISBN 978-3-940961-59-4, S. 139-142, (2011).

[10] Fuchsberger, A.: Untersuchung der spanenden Bearbeitung von Knochen. iwb-Forschungsberichte, Bd. 2. Springer, Berlin-Heidelberg-New York-Tokio (1986).

DOI: 10.1007/978-3-642-82785-3

[11] Hoyer, J.; Uhl, C.; Beyer, C.: Virtual & Rapid Prototyping: Bestandsaufnahme aktueller Produkte und deren Einsatz, Düsseldorf, VDI Verlag, ISBN 3-18-365602-7, (2006).

[12] Pahl, G.; Beitz, W.; Feldhusen, J.; Grote, K. -H.: Konstruktionslehre: Grundlagen erfolgreicher Produktentwicklung, Methoden und Anwendung. 7. Aufl. Berlin, Springer Verlag, ISBN 978-3-540-34060-7, (2007).

DOI: 10.1007/978-3-662-09186-9

[13] Mühler, R.; Ziese, M.: Technischer Leitfaden Cochlea-Implantat, Universitäts-HNO-Klinik Magdeburg, (2010).

[14] Klink, F.; Kuhlmann, K.; Döring, J.; Hahne, C.; Vorwerk, U.: Entwicklung und Herstellung künstlicher Felsenbeinpräperate mittels Rapid-Prototyping Verfahren für die Optimierung von Cochlea-Implantat Operationen, 9. Gemeinsames Kolloquium Konstruktionstechnik 2011, Rostock, Shaker Verlag, S. 188-195, (2011).

[15] Begall, K.; Vorwerk, U.: Artificial petrous bone produced by stereolithography for microsurgical dissecting exercises. ORL 60, S. 241-245, (1998).

DOI: 10.1159/000027604

[16] Vorwerk, U.; et al.: Herstellung identischer Felsenbeinmodelle für Klinik und Forschung durch Rapid-Prototyping-Verfahren, Otorhinolaryngol Nova 7, S. 178-183, (1997).

DOI: 10.1159/000312923