Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-3932
Main Title: Entwicklung von Richtlinien für die prospektiv-nutzergerechte Gestaltung minimal-invasiver Chirurgieinstrumente
Translated Title: Developing prospective design guidelines for minimally invasive surgical instruments
Author(s): Donner, Sylvia
Advisor(s): Kraft, Marc
Referee(s): Kraft, Marc
Manzey, Dietrich
Wieneke-Toutaoui, Burghilde
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät V - Verkehrs- und Maschinensysteme
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Verglichen mit herkömmlichen Eingriffen bietet die Minimal-invasive Chirurgie (MIC) viele Vorteile, darunter eine schnelle Rekonvaleszenz und eine geringere Schmerzbelastung für den Patienten. Für MIC-Eingriffe werden jedoch spezielle Instrumente benötigt und das minimal-invasive Operieren stellt das Operationsteam vor weitere Herausforderungen. Zu diesen Herausforderungen zählt der begrenzte Platz im Inneren des Patienten sowie die Notwendigkeit, Monitore und Endoskope zu verwenden, um den Patientensitus einsehen zu können, aber auch der Verlust der Taktilität für den operierenden Chirurgen. Seit mehreren Jahren ist bekannt, dass die Gestaltung minimal-invasiver Handinstrumente ergonomische Defizite beinhaltet. Zudem besteht kein Konsens darüber, was ein ergonomisches Instrumentendesign darstellt. Daher bestand die Zielsetzung des Disserationsprojektes darin, Richtlinien für die Gestaltung minimal-invasiver Chirurgieinstrumente auf Basis von Nutzerstudien, Workflow-Analysen und Prüfstandsmessungen zu entwickeln. Zunächst wurde eine Befragung unter laparoskopisch operierenden Chirurgen durchgeführt, um ihre augenblickliche Arbeitssituation erfassen. Die Ergebnisse der Befragung haben ergonomische Probleme aufgezeigt, aber auch Lösungsansätze geliefert. In Bezug auf die ergonomische Gestaltung von laparoskopischen Fasssinstrumenten variierte die Nutzersicht jedoch, wobei gleichzeitig eine Unzufriedenheit der Chirurgen mit aktuellen Designlösungen deutlich wurde. Um die durch die Nutzung von laparoskopischen Fassinstrumenten entstehende Beanspruchung der Chirurgen näher untersuchen zu können, wurde eine Workflowanalyse bei laparoskopischen Cholezystektomien durchgeführt. Zusätzlich, in einer weiteren Studie, wurden die mechanischen Gewebeparameter von Schweineleber über Zugversuche bestimmt, um den Operationssitus durch Ersatzmaterialien modellieren zu können. Die Ergebnisse beider Analysen wurden kombiniert, so dass eine laparoskopische Cholezystektomie simuliert werden konnte. Ziel dieser Simulation im Rahmen einer Nutzerstudie mit laparoskopischen Fassinstrumenten war es, die unterschiedlichen Aspekte der Beanspruchung mit technischen und psychologischen Methoden zu erfassen. Dazu gehörte unter anderem die Messung der Muskelaktivität an beiden Armen. Im Ergebnis der Studie konnten Faktoren für ein ergonomisches Instrumentengriffdesign ermittelt werden. Da die Sicherheit des Patienten eine übergeordnete Bedeutung besitzt, wurden in einer finalen Studie die Auswirkungen laparoskopischer Fassinstrumente auf das Patientengewebe infolge des Greifprozesses untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass auch atraumatische Instrumente erhebliche Gewebeschäden verursachen können. Dies kann durch die Implementierung einer Greifkraftbegrenzung in den Instrumentengriff vermieden oder zumindest reduziert werden. Die Ergebnisse aller Studien wurden kombiniert, um Richtlinien für die prospektiv-nutzergerechte Gestaltung von MIC-Instrumenten zu formulieren.
Compared to traditional procedures, Minimally Invasive Surgery (MIS) has many advantages, including quicker recovery and less pain for the patient. However for such operations, special instruments need to be designed and challenges still remain. These challenges include limited operating space within the patient, the need to use monitors and endoscopes to get a view of the intra-operative site, as well as loss of tactility for the operating surgeons. For many years, it has been known that the design of MIC handheld devices contain ergonomic disadvantages. Additionally, there is no real agreement on what exactly an ergonomic instrument design is. As such, this project was undertaken in order to develop guidelines for minimally invasive surgical instruments, which would incorporate prior user studies, workflow analysis and various technical methods whereby the instruments were put to the test. As a first step, and in order to get a picture of the current working situation, a survey was conducted including surgeons who specialize in laparoscopy procedures. The results of this survey have revealed both the above mentioned disadvantages as well as possible solutions to ergonomic problems in MIS procedures. No agreement could be found concerning the ergonomic design of laparoscopic graspers. Simultaneously, it became apparent from the survey that the surgeons were dissatisfied with the current design solutions. So as to better understand the stress that surgeons experience when using laparoscopic instruments, a further analysis was undertaken to examine the workflow of laparoscopic cholecystectomies. Additionally, and in a separate study, the mechanical properties of pork liver were determined by a tensile testing machine in order to find a suitable substitute material for the intra-operative site. The results of both these analyses were used to simulate a laparoscopic cholecystectomy in a user study. The objective of this particular user study was to determine the different components of stress experienced by the surgeons. To ascertain the stress, technical and psychological methods were used, such as measuring the muscle activity in both arms when using laparoscopic graspers. From these findings, attributes for an ergonomic handle design could be determined. Since the safety of the patient is paramount, a final study was conducted, which looked at the effect that laparoscopic graspers have on patient tissue. From this study, it was shown that even atraumatic devices can result in severe tissue damage, which in turn can be avoided or at least reduced by implementing a force limitation within the instrument handle. The results of all these studies were then combined to formulate prospective guidelines for MIS instruments.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-46830
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4229
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-3932
Exam Date: 13-Dec-2013
Issue Date: 18-Feb-2014
Date Available: 18-Feb-2014
DDC Class: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften
Subject(s): Minimal-Invasive Chirurgie
MIC
Laparoskopie
Ergonomie
Gebrauchstauglichkeit
Minimally invasive surgery
MIS
laparoscopy
human factors
usability
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Appears in Collections:Technische Universität Berlin » Fakultäten & Zentralinstitute » Fakultät 5 Verkehrs- und Maschinensysteme » Institut für Konstruktion, Mikro- und Medizintechnik » Publications

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