Modellbasierte Optimierung der Thermofusion von biologischem Gewebe

Bearbeiter Dipl.-Ing. Jay Wagenpfeil
Projektstatus Abgeschlossen Ende September 2016.

 

 

Beschreibung

Die bipolare Thermofusion von Gewebe durch die Anwendung von hochfrequentem Wechselstrom ist eine gängige Vorgehensweise in der Chirurgie um Gefäße durch die thermische Fusion der Gefäßwände zu verschließen. Die Qualität der Thermofusion und der entstehende Lateralschaden ist durch ein komplexes Zusammenspiel elektrischer, mechanischer, thermischer und biologisch-chemischer Faktoren bestimmt.

Im vorliegenden Projek wurden systematisch neue modellbasierte Ansätze Steuer- und Regelstrategien für die Thermofusion hergeleitet, um die bisher übliche empirische Entwicklung zu ersetzen. Im Fokus der Arbeiten standen Optimierungen sowohl bezüglich der Fusionsqualität, als auch der Schädigung des umliegenden Gewebes. Am ISYS wurden dafür in Zusammenarbeit mit der Firma ERBE mathematische Modelle der bipolaren Thermofusion und des damit einhergehenden lateralen Gewebeschadens entwickelt.

Die Modelle wurden anhand von sich an klinischen Fragestellungen aus der Urologie und Gynäkologie orientierenden ex vivo Versuchen am Schweinemodell validiert und optimiert. Die Wirksamkeit und Relevanz gewebeschonender Thermofusionsmodes im klinischen Einsatz wurde von unseren Partnern des Universitätsklinikums in in vivo Experimenten am Tiermodell untersucht.

Auf Basis der validierten Modelle konnte eine optimierte Steuer- und Regelungsstrategie für den elektrischen Energiefluss entwickelt werden, die in vorläufigen Untersuchungen eine hervorragende Gewebefusion bei gleichzeitig sehr geringer lateraler Schädigung und stark verkürzter Aktivierungsdauer erzielen kann.

 

Projektpartner

 

Publikationen
Beiträge in Zeitschriften
  • J. Wagenpfeil, C. Schöllig, V. Mayer, R. Feuer, B. Nold, A. Neugebauer, M. Ederer, R. Rothmund, B. Krämer, S. Brucker, M. Enderle, O. Sawodny & J. Rex, “In silico evaluation of geometry variations with respect to the thermal spread during coagulation of egg white using bipolar vessel sealing instruments”, BioMedical Engineering OnLine, 2016, doi:10.1186/s12938-016-0238-2
Konferenzbeiträge
  • J. Wagenpfeil, M. Jung, B. Nold, A. Neugebauer, M. Ederer, B. Krämer, R. Rothmund, C. Schwentner, D. Wallwiener, A. Stenzl, M. Schenk, M. Enderle, O. Sawodny & R. Feuer, “Optimized generator modes for bipolar vessel sealing”, IEEE Conference on Control Applications (CCA), Sydney, NSW, Australia, 2015, pp. 1862-1867, doi:10.1109/CCA.2015.7320881
  • J. Wagenpfeil, C. Schöllig, V. Mayer, B. Nold, M. Ederer, A. Neugebauer, R. Rothmund, B. Krämer, C. Schwentner, M. Schenk, M. Enderle, O. Sawodny & R. Feuer, “Finite-Element-Modeling of Egg White as a Substitute for Tissue Coagulation during Bipolar Radiofrequency-Induced Thermofusion”, International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), 2015, doi:10.1109/EMBC.2015.7319708
  • J. Wagenpfeil, B. Nold, K. Fischer, A. Neugebauer, R. Rothmund, B. Krämer, S. Brucker, J. Mischinger, C. Schwentner, M. Schenk, D. Wallwiener, A. Stenzl, M. Enderle, O. Sawodny & M. Ederer, “A Mathematical Model of Bipolar Radiofrequency-Induced Thermofusion”, International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), Chicago, IL, USA, 2014, pp. 5683-5686, doi:10.1109/EMBC.2014.6944917

 

Fördermittel  
Die Finanzierung des Projekts wurde im Rahmen des "Campus-Industrie-Projekte"-Programms des IZST (Interuniversitäres Zentrum für Medizinische Technologien Stuttgart - Tübingen) von den beteiligten Universitäten des IZST, dem Industriepartner ERBE, und dem Land Baden-Württemberg zu gleichen Teilen bereitgestellt.