Einflussfaktoren der Interaktion zwischen Gewebe und Instrumentenoberflächen bei der HF-Chirurgie und Optimierungsmöglichkeiten durch Oberflächenfunktionalisierung

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URI: http://hdl.handle.net/10900/90115
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:21-dspace-901152
http://dx.doi.org/10.15496/publikation-31496
Dokumentart: Dissertation
Date: 2021-05-14
Language: German
Faculty: 4 Medizinische Fakultät
Department: Medizin
Advisor: Taran, Florin-Andrei (Prof. Dr.)
Day of Oral Examination: 2019-05-02
DDC Classifikation: 610 - Medicine and health
620 - Engineering and allied operations
Keywords: Werkstoff , Instrument , Hochfrequenz , Chirurgie , Beschichtung
Other Keywords: Oberflächenfunktionalisierung, Non-Stick, Mikrostrukturierung, adhäsive Interaktion
surface functionalization, microstructuring, adhesive interaction
License: Publishing license excluding print on demand
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Inhaltszusammenfassung:

 
Dissertation ist gesperrt bis 14.05.2021
 
In der Hochfrequenzchirurgie finden Interaktionen zwischen Instrumenten und dem Gewebe an der Grenzfläche und in deren unmittelbarer Nähe durch Energieeintrag statt. Die beteiligten Komponenten werden beim Einsatz des hochfrequenten Stroms zum Schneiden oder Koagulieren erhitzt. Erhöhte Temperatur kann in der Wechselwirkung mit dem Gewebe, Blut und sonstigen Verschmutzungen unerwünschte Effekte bewirken, welche zur Funktionsbeeinträchtigung des Instruments oder zu Schäden des kollateralen biologischen Gewebes führen. Bei einem signifikanten Non-Stick-Verhalten wäre ein deutlicher Anwendernutzen zu erwarten. Das wiederholte intraoperative Entnehmen der Instrumente aus dem Operationsgebiet um diese zu reinigen entfiele, die Schnitt-Naht-Zeit würde durch kontinuierliches Arbeiten verkürzt, die Konzentration des Operateurs würde besser erhalten bleiben, ohne wiederholtes Neuorientieren nach dem Wiedereingehen mit den Instrumenten. Es ergäbe sich eine leichtere und schnellere Wiederaufbereitung, sowie die Möglichkeit einer weiteren Miniaturisierung der Instrumente, aufgrund der höheren Stromdichte bei gleichem Energieeintrag. Es befindet sich bereits eine Vielzahl an sogenannten Non-Stick Instrumenten am Markt, sowie reichlich darauf bezogene Patente. Es ist jedoch bisher kein Produkt bekannt, welches allen Anforderungen für die minimalinvasive Chirurgie, insbesondere im HF-Cut-Modus, entspricht. Beschichtete wiederaufbereitbare Instrumente sind, gemäß dem aktuellen Stand, für den Einsatz in Koagulation und Vessel-Sealing anwendbar und vorteilhaft. Im Zeitraum von März 2013 bis April 2017 wurden insgesamt 1257 Datensätze erfasst und ausgewertet, mit insgesamt 50 verschiedenen Oberflächen von 20 verschiedenen Herstellern. Die Ergebnisse umfassen Messungen der Rautiefe und der Kontaktwinkel, sowie die Reinigung, zum einen nach Koagulationstests in einem standardisierten Modell und zum anderen nach präklinischen Tests. Es wurde eine Vielzahl an Beschichtungen identifiziert, welche bezüglich des Anhaftens ein deutlich verbessertes Ergebnis gegenüber den unbeschichteten Prüfkörpern erreichten. Die Beschichtung, welche allen Ansprüchen genügt wurde aber auch in dieser Arbeit nicht gefunden. Dies lässt den Schluss zu, dass für verschiedene Anwendungen verschiedene Strategien angewendet werden müssen. Für die reine Koagulation waren Beschichtungen mit den (begrenzt) elektrisch leitfähigen Nitridkeramiken CrN und TiN vielversprechend, was sich insbesondere an den Instrumentenprototypen in präklinischen Tests zeigt. Für Anwendungen im Cut-Modus erscheinen Beschichtungen und Mikrostrukturierungen maximal im Einsatz als Single-Use Produkt sinnvoll. Insbesondere bei Beschichtungen mit Polymeren müsste man in diesem Zusammenhang die Frage beantworten, wie die abgetragenen Partikel bzw. Reaktionsprodukte eliminiert werden, bei Fluorpolymeren zum Beispiel das Fluor, welches als neurotoxisch gilt und über längere Zeit kumuliert. Das Anhaftverhalten ergibt sich aus komplexen Zusammenhängen verschiedener Einflussfaktoren, welche auch im Rahmen dieser Arbeit nur zum Teil aufgelöst werden konnten. Es wurden jedoch Methoden erarbeitet und durchgeführt mit denen es möglich ist, explorativ die Eignung bestimmter Beschichtungen einzuschätzen um diese später in Versuchen mit konfirmatorischer Zielsetzung genauer zu prüfen. Es muss auch weiterhin auf Experimente mit Testmaterialien oder präklinische Tests zurückgegriffen werden, da die Randbedingungen im realen Einsatz weder konstant noch vollständig definierbar sind. Thermodynamische Betrachtungen und die Messung der Grenzflächenenergie können als Hinweise genutzt werden. Ein erfolgversprechender Ansatz das Anhaften zu verringern ist eine intelligente Regelung des Generators, welche ungewollte oder übermäßige Lichtbogenbildung und überhöhte Temperaturen verhindert, sowie intensivere Produktschulungen der Anwender.
 

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