Bachelor Theses

Die moderne Medizin bietet zunehmend mehr Möglichkeiten hinsichtlich der Diagnostik und Therapie. Gleichzeitig steigen zudem die Fallzahlen und damit die Patientenbehandlungen pro Arzt an. Diesem Umstand und gestiegener Erwartungshaltung seitens der Patienten geschuldet, müssen Ärzte in Aus- und Weiterbildung verstärkt praktisch üben können. Die Durchführung einer Endoskopie der Luftwege oder einer Magenspiegelung konnte bisher nur am Patienten "geübt" werden. Präparate oder Zuschauen und Assistenz sind für diesen speziellen medizinischen Sachverhalt nicht vollständig zielführend. Die Übung der Auge-Handkoordination ist daher am besten mit originalem medizinischem Instrumentarium am Modell trainierbar. Die Firma Phacon entwickelt medizinische Trainingsmodelle; ein Produkt stellt das Endoskopiemodell der Firma dar. An diesem ist über den Zugang per Nase oder Mundhöhle die Laryngoskopie oder Ösophagoskopie möglich. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Endoskopiemodell optimiert und in seinen Funktionen ausgebaut. Hierfür wurde ein Adapterkonzept gesucht und entwickelt, welches es nun ermöglicht, Nasenmodul und Kehlkopfmodul reversibel zu verbinden. Ergänzt wurde das Modell mit einer 2/3-Abbildung des Magens, welcher das Modell erweitert und zukünftig Grundlage für Biopsien sein soll. Darüber hinaus wurden diverse kleinere Fehler am Modell beseitigt und die Herstellung optimiert. Grundlage der Arbeiten waren computertomographische Daten der Körperregion. Die dreidimensionalen Modelle und Gussformen wurden virtuell am Computer erstellt und konnten mit Hilfe eines 3D-Gips-Druck-Verfahrens in ausreichender Genauigkeit hergestellt werden. Abschließend konnte eine Fertigungsanweisung entworfen werden, welche die reproduzierbare Herstellung und Fertigung des Modells mit Hilfe der verschiedenen Verfahren ermöglicht.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Modellierung anatomisch wichtiger Weichgewebestrukturen für die Mittelohrchirurgie. Mit Hilfe dieser Nachbildungen soll das bisherige monolithisch aufgebaute Felsenbeinmodell der 3di GmbH erweitert und realitätsgetreuer dargestellt werden. Um festzustellen, welche Weichgewebestrukturen für ein Operationsmodell der Mittelohrchirurgie relevant sind, wurden vier leitfadengestützte Experteninterviews mit ausgewählten Hals- Nasen- Ohren- Ärzten durchgeführt. Als Ergebnis dieser Umfrage ergaben sich vier Strukturen, die nachgebildet wurden. Dabei beschränkte sich die praktische Realisierung auf das Trommelfell. Nach mehreren Versuchen und einer Validierung zeigte sich, dass sich zur Nachbildung Silikon am besten eignet. Bei der Modellierung wurde sich jedoch auf optische und gewebemechanische Eigenschaften, die sich mit den Wünschen der Ärzte deckten, beschränkt. Um eine Generalisierung der geforderten Strukturen zu erzielen, wäre eine bundesweite Umfrage von Nöten. Außerdem kann das Modell lediglich für einige Operationssimulationen genutzt werden. Schwingungsmechanische oder schallübertragende Eigenschaften wurden nicht untersucht.

Die Reduktion der Thrombogenität ist für die Verbesserung von Dialysemebranen von großer Bedeutung, da so Komplikationen während einer Dialysebehandlung minimiert werden können. Ziel dieser Bachelorarbeit war die Untersuchung des Einflusses von Polyelektrolytbeschichtungen auf die Proteinadsorption und die Gerinnungsaktivierung. Für die Untersuchungen wurden Polyelektrolytbeschichtungen mittels Layer by Layer Technik auf verschiedene Substrate aufgetragen. Untersucht wurden die Beschichtungen (PEI-HEP)2-PEI, (PEI-HEP)2, (PEI-Nafion)1 sowie TEGO®Phobe (PEI: Polyethylenimin, HEP: Heparin). Die Messung der Proteinadsorption wurde mittels FTIR-Spektroskopie durchgeführt. Untersucht wurde die Adsorption des Albumins sowie des Fibrinogens auf den Oberflächen. Ein weiterer Schwerpunkt lag auf der Erfassung der Gerinnungsaktivierung, welche durch die beschichteten Oberflächen ausgelöst wurde. Hierfür wurden die Beschichtungen auf Glassubstrate sowie miniaturisierte Dialysatoren aufgetragen und die Zeit bis zur vollständigen Gerinnung des rekalzifizierten Plasmas im Kontakt mit diesen Oberflächen ermittelt. Die Ergebnisse zeigten, dass die Hydrophobie und die Ladung der Oberfläche die Proteinadsorption und die Gerinnungsaktivierung beeinflussen können. So zeigte die (PEI-HEP)2 Beschichtung, welche einen geringen Kontaktwinkel und eine negative Oberflächenladung aufweist, eine geringe Proteinadsorption und ein verzögertes Eintreten der Gerinnung. Wohingegen die (PEI-Nafion)1 Beschichtung, welche hydrophob und negativ geladen ist, starke Fibrinogenadsorption und eine schnelle Gerinnungsaktivierung auslöste.

Im Rahmen dieser Arbeit sollte eine Aussage über die optimale Integration von Implantaten im Schädelknochen getroffen werden. Die zur Verfügung stehenden Visualisierungs- und Bildanalysemethoden können zur Beurteilung des Integrationsgrades der Implantate beitragen. Um über eine Visualisierung der Osseointegration hinaus quantitative Auswertungen zu ermöglichen, wurden mit den segmentierten 3D-Daten relevante Abstands-, Flächen- bzw. Volumenmessungen durchgeführt. Eine exakte Materialunterscheidung und damit eine vollautomatische Segmentierung sind nicht realisierbar gewesen. Trotz des Einsatzes unterschiedlicher Filtertypen, um Grenzübergänge besser zu verdeutlichen, konnten keine optimalen Ergebnisse erzielt werden. Aus diesem Grund kam es zur Durchführung einer semiautomatischen Segmentierung. Es wurde die geometrische Form genutzt um zuerst grob die Implantatform automatisch zu segmentieren. Das zusätzlich segmentierte Knochengewebe wurde manuell entfernt. Durch bestehende Algorithmen in Kombination mit neuen Verfahren, wurde im Rahmen dieser Arbeit eine weitestgehend optimale Lösung des Segmentierungsproblems, in Bezug auf die vorliegenden Datensätze, gefunden. Die aufgezeigte Variante ist aufgrund der manuellen Korrektur des überschüssigen Materials dennoch sehr zeitintensiv. Im Gegensatz zu vorherigen Ansätzen konnte eine Verbesserung erzielt werden. Mit der entwickelten Methode wurden 20 in Kaninchenschädel implantierte Zylinderkörper segmentiert. Die erhaltenen Werte konnten durch eine statistische Analyse interpretiert werden. Die Auswertung der Volumen- und Flächenwerte diente der Überprüfung des entwickelten Segmentierungsverfahrens. Mit dem Vergleich der theoretischen Kenngrößen konnten extreme Schwankungen ausgeschlossen werden. Die Volumenwerte wichen im Mittel um 2% und die Flächenwerte im Schnitt um 5% vom theoretischen Wert ab. Zur Beurteilung der Osseointegration wurde die Berechnung des bone-implant-contacts gewählt. Unter Berücksichtigung aller Implantate ergab sich als Grenzwert ein minimaler bic von 45%. Dieser Wert allein gibt keine genaue Aussage über die Integration des Implantates in den Knochen, wurde aber als Lösungsansatz präferiert.

Die Miniaturisierung von Mikrobioreaktoren wird in erheblichem Maße durch die Größe konventioneller Fluidikadapter limitiert. Multilumenschläuche besitzen das Potential, diese Beschränkung zu eliminieren, indem sie mehrere Anschlüsse durch einen einzigen ersetzen können. Weiterhin erlauben sie verschiedene Fluide auf engstem Raum durch nur einen Schlauch zu transportieren. Doch die Ankopplung von mehrlumigen Schläuchen an herkömmliche Fluidiksysteme gestaltet sich auf Grund fehlender Lösungen noch schwierig. Deshalb wird in dieser Bachelorarbeit eine neuartige Schnittstelle zwischen handelsüblichen Spritzenpumpen und Multilumenschläuchen vorgestellt. Der Lösungsansatz basiert auf vorangegangenen Forschungen des Fachgebietes Biomechatronik der TU Ilmenau. Kernelement dieser Forschungen ist ein Siliziumchip mit einem durch ein thermisches Fügeverfahren verbundenen Multilumenschlauch. Es wird der gesamte Prozess der Evaluierung und Umsetzung eines ersten Prototyps dargestellt. Die Ergebnisse werden auch in Bezug auf die Erzeugung einer segmentierten Strömung bewertet. Auf Grund der dabei gewonnenen Erkenntnisse wird ein Konzept für einen zweiten Prototyp mit einem erweiterten Funktionsspektrum aufgestellt. Abschließend werden Empfehlungen hinsichtlich zukünftig noch notwendiger Untersuchungen gegeben.