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Die
Erfindung betrifft ein anatomisches Trainingsmodell für
chirurgische Behandlungsverfahren, insbesondere zum Trainieren verschiedener
Hautlappenplastiktechniken, wie auch Ohrmuschelplastiken, vorwiegend
im Kopfbereich oder anderen sichtbaren Körperarealen, welche
Weich- und Hartgewebe umfassen.
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Die
Versorgung von Weichteildefekten im Gesichtsbereich, wie sie z.
B. nach Tumoroperationen auftreten, stellt höchste Anforderungen
an die Ausbildung und das Training des chirurgisch tätigen Arztes.
Neben der komplexen Anatomie erfordert die Wiederherstellung z.
B. des Gesichtes ein hohes Maß an Erfahrung und Geschick.
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Die
traditionelle Ausbildung erfolgt hier durch die Ausbildung im OP-Saal
am lebenden Patienten. Durch Assistenz bei Operationen und angeleitetes Operieren
wird der Chirurg schließlich in die Lage versetzt, selbstständig
Operationen auszuführen.
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Allerdings
ist dieses Konzept in der Praxis optimierungsbedürftig
wegen:
- – Unstrukturiertheit der Ausbildung
- – hohem Zeitfaktor, Personalknappheit
- – Erweiterung der operativen Fähigkeiten über den
Ausbilder hinaus
- – Operationstechniken bei seltenen Fällen
- – begrenzter Ausbildung in der chirurgischen Anatomie
- – eingeschränkter Wiederholbarkeit
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Wenige
Alternativen bestehen bei OP-Kursen unter Nutzung menschlicher Präparate.
Aus diesem Grund wird in vielen Bereichen der chirurgischen Ausbildung
zunehmend auf künstliche Modelle zur Operationssimulation
zurückgegriffen.
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Während
das in manchen Fachbereichen (Visceralchirurgie, Gefäßchirurgie,
Anästhesie) durch menschenähnliche Dummys oder
künstliche Gefäße schon in der Routine
genutzt wird, existieren für die Weichgeweberekonstruktion,
insbesondere im Gesichtsbereich bisher keine praktikablen und realitätsnahen
Modelle.
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Ein
Großteil der Modelle, vor allem aber die reinen Anschauungsmodelle,
ist meist schematischer Natur und sie werden aus harten Kunststoffen gefertigt.
Diese haben den Nachteil, dass die unterschiedlichen mechanischen
und physischen Eigenschaften des menschlichen Körpers kaum
Berücksichtigung finden und dienen im Wesentlichen nur der
Darstellung verschiedener Körperteile und Krankheitsbilder.
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Während
im Bereich der Anschauungsmodelle sämtliche menschliche
Anatomien nachgebildet wurden, ist das Sortiment der Übungsphantome
noch nicht weit ausgebaut. Es existieren Modelle vor allem für
Erste Hilfe Maßnahmen und die Akutdiagnostik. Modelle für
das Üben bestimmter OP-Techniken sind laut aktuellem Recherchestand
am Markt kaum verbreitet. Einige wenige Lösungsansätze
finden sich in der Patentliteratur.
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So
ist in
DE 40 27 085
C2 ein Lehrmodell der Mundhöhle beschrieben, mittels
dessen das Einsetzens und Erlernen der Schritte vor der Herstellung
einer Prothese simuliert werden soll. Das dort beschriebene Modell
besteht aus zwei Komponenten, die Hart- und Weichgewebe in der Mundhöhle
nachbilden sollen.
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Für
andere Körperareale, wie der Bauchhöhle mit Organkomponenten,
ist in
DE 42 12 908
A1 ein chirurgisches Simulationsmodell beschrieben.
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In
DE 10 2005 056 997
A1 ist ein komplexes Simulationssystem für chirurgische
Eingriffe in der Human- und Veterinärmedizin beschrieben,
welches dem Training von komplizierten chirurgischen Eingriffen
unter Berücksichtigung von Risikostrukturen und computergestützte
Auswertung der Ergebnisse dienen soll. Dieses zusammengesetzte Modell
aus mehreren Komponenten, entsprechend der abzubildenden anatomischen
Strukturen mit abgegrenzten und zu detektierenden Risikobereichen,
ist mit Sensoren zur Bereitstellung von Signalen zur computergestützten
Auswertung der Trainingsergebnisse versehen, worauf der Zweck der
dort beschriebenen Erfindung gerichtet ist.
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Schließlich
beschreibt
DE
20 2004 006 035 U1 ein anatomisches Lehrmodell für
Katheteroperationen im menschlichen Blutgefäßsystem.
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All
den vorbekannten Lösungen ist gemein, dass beim simulierten
chirurgischen Eingriff Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Modellstrukturen
für den die speziellen Operationstechniken Erlernenden
nicht realitätsnah wiedergegeben werden.
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Vorliegende
Erfindung richtet sich im Wesentlichen auf ein anatomisches Trainingsmodell
für chirurgische Behandlungsverfahren, insbesondere zum
Trainieren verschiedener Hautlappenplastiktechniken, wie auch Ohrmuschelplastiken,
vorwiegend im Kopfbereich oder anderen sichtbaren Körperarealen,
welche Weich- und Hartgewebe umfassen.
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Insbesondere
sollen an dem vorgeschlagenen Trainingsmodell verschiedene Lappenplastiken erlernbar
sein. Dabei handelt es sich um Verfahren, die bei größeren
Wunden zum Einsatz kommen, deren Wundränder zu weit auseinander
liegen, um sie direkt zu verschließen. Hierbei wird ein
körpereigener Haut-, Unterhaut- oder Muskellappen unter
Narkose oder örtlicher Betäubung in den Defekt
eingebracht. Dieser Lappen kann aus der direkten Wundumgebung stammen
und wird mit Hilfe von Verschiebe-, Rotations- oder Schwenk-Lappenplastik
eingefügt. Eine weitere Möglichkeit bietet die
Fernplastik, bei der ein Lappen einschließlich seiner Versorgungsgefäße
aus einem entfernten Köperbereich entnommen wird, um ihn
an der benötigten Steile sowohl gestielt (also mit seinen
blutversorgenden Gefäßen und Nerven) als auch
frei (d. h. mit Anschluss der Blutgefäße an die
Blutversorgung der neuen Umgebung) neu anzuschließen.
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Im
Rahmen der Erfindung sollen dabei ein oder mehrerer der nachfolgend
exemplarisch und nicht einschränkend aufgeführten
Techniken an ein und demselben Modell erlernbar sein:
- Gleitlappen:
auch subkutan-gestielter Insellappen genannt. Hierbei wird die Haut,
die in den Defekt verschoben wird, komplett umschnitten und teilweise auch
von den tieferen Schichten getrennt. Eine Basis verbleibt jedoch,
damit die Durchblutung nicht gefährdet wird. Danach wird
der Lappen in den Defekt eingenäht, er ”gleitet” sozusagen
auf der Lappenbasis in den Defekt hinein.
- Rotationslappen: hier wird ein Lappen präpariert und in
den Defekt hereingedreht. Oft ist es notwendig, dass überschüssige
Haut, die durch das Drehen übersteht, noch zusätzlich
entfernt werden muss (so genannte ”Burow-Dreiecke”).
- Verschiebelappen: ähnlich wie der Rotationslappen, allerdings
wird hier der Lappen nicht in den Defekt gedreht, sondern verschoben.
Es gibt auch kombinierte Rotations-Verschiebe-Lappenplastiken.
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Schwenklappen:
Der Lappen wird über gesunde Haut hinweg in den Defekt
hineingeschwenkt. Kombinierte Schwenklappen sind z. B. der bilobed-flap,
also ein doppelter Schwenklappen.
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Nähere
Darstellungen der vorstehend erwähnten Plastiken sind bspw.
aus H. Weerda: Plastisch-rekonstruktive Chirurgie im Gesichtsbereich. 1999;
Thieme Verlag entnehmbar.
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Vorliegender
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, anatomische Trainingsmodelle
für chirurgische Behandlungsverfahren, insbesondere zum
Trainieren verschiedener Hautlappenplastiktechniken anzugeben, die
für die chirurgische Ausbildung geeignet sind, wobei neben
der korrekten Darstellung anatomischer Strukturen weiterhin die
für praktische Übungen wesentlichen mechanischen
und physischen Eigenschaften des Weich- und Hartgewebes abgebildet
sind und mit denen Eingriffe insbesondere im Gesichts- und Kopfbereich
simuliert und trainiert werden können. Dabei sollen mehrere
Schwierigkeitsstufen abgedeckt werden, was eine Unterteilung in
- 1. ein einfaches Hautmodell mit Hautspannungslinien
für das Üben von Nahtlappenplastiken (Verschiebe-,
Rotationslappen),
- 2. ein komplexes Modell des Gesichtes mit Hartgewebeunterlage
und zweiteiligem Hautmantel (Haut und Unterhaut) sowie Integration
der Gefäßversorgung der knöchernen und
Knorpelstrukturen und der Gesichtsnervenbahnen zum Üben von
komplexen Lappenplastiken und
- 3. ein Modell zur Korrektur dysplastischer Ohrmuscheln, geteilt
in
a. ein einfaches Übungsmodell bei Dysplasiegrad I
zum Üben der Standardoperationstechniken und
b. ein
Fortgeschrittenenmodell mit Abbildung verschiedener Dysplasiegrade
erfordert.
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Diese
Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentanspruchs
gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und detailliertere
Modellausbildungen sind Gegenstand der nachgeordneten Ansprüche.
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Diese
erfindungsgemäß vorgeschlagenen Modelle ermöglichen
eine wiederholbare und damit kontrollierbare Ausbildung in Standardsituationen. Durch
verschiedene Varianten können dann o. g. OP-Methoden oder
anatomische Besonderheiten nach Erlernen der Grundfertigkeiten simuliert
und trainiert werden. Der erfahrene Chirurg kann das erfindungsgemäße
Modell zum Erlernen neuer Operationsmethoden benutzen.
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Die
Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert werden. Es zeigen schematisch:
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1 ein
Kopfmodell in Seitenansicht;
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2 das
Kopfmodell nach 1 in einer Ansicht von unten,
aus der unterschiedliche Strukturen des erfindungsgemäßen
Schichtaufbaus in einer Grundvariante ersichtlich sind;
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2a einen
detaillierteren Schichtaufbau des vorgeschlagenen Modells in seinen
simulierten Weichgewebeschichten und
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3 beispielhaft
verschiedene Lappenplastiken im Gesichtsbereich.
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Die
Erfindung soll nachstehend, ohne Beschränkung auf ausschließlich
diese Körperregion, beispielhaft anhand eines Kopfmodells
erläutert werden, wie es in
1 in Seitenansicht
schematisch dargestellt ist. Im einfachsten Fall mittlerer Komplexität
besteht dieses Trainingsmodell aus drei unterschiedlichen Bestandteilen,
von denen in
2 wenigstens zwei in Ansicht
des Trainingsmodells von unten erkennbar sind. Zunächst
wird im Rahmen der Erfindung ein Kern zur Abbildung der grundlegenden anatomischen
Knochenstrukturen geschaffen. Im Rahmen der Erfindung ist es dabei
besonders vorteilhaft, wenn das Trainingsmodell nicht ausschließlich zu
Lehrzwecken eingesetzt werden soll, sondern sich an einer real durchzuführenden
Operation orientiert, bei der ggf. die konkrete Schnittführung
im Vorfeld optimiert werden soll, hier gleich auf die konkreten Computertomographiedaten
des speziellen Patienten zurückzugreifen, die im Vorfeld
gewonnen werden können. Aus diesen Daten wird zunächst
virtuell, mittels an sich bekannter PC-Verfahren (vgl.
EP 1208410 B1 ), das reine
Knochenmodell erzeugt, mit Hilfe dessen, beispielsweise mit einem
Rapid-Prototyping-Verfahren (3D-Druck) das reale Knochenmodell hergestellt
wird. Dieses besteht im Beispiel aus einem festen Material, bspw.
auf Calciumsulfatbasis und bildet im Sinne vorliegender Erfindung
die erste Schicht
1. Es liegt selbstverständlich
im Rahmen der Erfindung, in diese erste Schicht auch eigentliche Weichteile,
wie z. B. Muskeln, zu integrieren, wenn das zu schaffende Trainingsmodell
vornehmlich zu Übungszwecken, die sich ausschließlich
auf die oberen Hautbereiche beschränken sollen, vorgesehen ist.
Genannte Integration kann dabei durch gesonderte Aufbringung erfolgen
oder gleich bei Fertigung der ersten Schicht
1 berücksichtigt
werden. Durch Infiltration mit einem geeignetem Kunstharz oder einem
Isocyanat ist es nun möglich, dem Knochenmodell eine Festigkeit ähnlich
der des natürlichen Knochens zu verleihen.
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Nach
vorstehend skizzierter Herstellung und Aushärtung des Kerns
(Schicht 1) werden die Kontaktflächen zur nachfolgend
aufzubringenden künstlichen Hautschicht 3 mit
einem Cellulose- Polymer-Gemisch beschichtet. Diese dünne
Schicht ist beispielhaft in 2 mit 2 als
der Grenzschicht zwischen den beiden anderen Komponenten angedeutet.
Diese Grenzschicht 2 ist im Wesentlichen aus lösemittelhaltigen
Acryl- und Nitrocellulose-Komponenten gebildet und weist im ausgetrockneten
Zustand eine Dicke im Bereich von 5–50 μm auf.
Dadurch gelingt es, der Hautschicht 3 eine weitestgehend
natürliche Eigenschaft aufzuprägen, die darin
besteht, dass diese Schicht 3 eine zunächst feste
Haftung auf der Knochenschicht 1 aufweist, welche sich
mit chirurgischen Instrumenten allerdings, vergleichbar wie am lebenden
Objekt, im Rahmen des Operationstrainings lösen lässt.
Das mit vorliegender Erfindung erzeugbare wirklichkeitsnahe Gefühl
für den Operateur übertrifft sogar das, welches
er beim Üben an Leichenteilen empfindet. Auch bei vereinfachten
Modellen, bei denen die Knochenschicht 1 bspw. aus Gips
gebildet sein kann, wird die Grenzschicht 2 analog, wie
vorstehend beschrieben, vorgesehen.
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Im
Rahmen der Erfindung ist weiterhin zumindest eine, hier nicht dargestellte
Negativform erzeugt worden, wozu ebenfalls o. g. PC-Verfahren auf Basis
von CT-Daten Verwendung finden können, die einem exakten,
um im Beispiel zu bleiben, Gesichtsabdruck des Patienten entspricht.
Bei reinen Übungsmodellen können die Anforderungen
natürlich auch geringer sein, was die Erfindung jedoch nicht
beschränkt. In diese Negativform wird vorstehend beschriebenes
und präpariertes Knochenmodell distanziert eingelegt und
der verbleibende Zwischenraum mit einem geeigneten Elastomer, welches
die reinen Hauteigenschaften ausreichend abbildet (bevorzugt einem
Silicon), ausgegossen. Nach Aushärtung dieser Elastomerschicht
(siehe Schicht 3 in 2) wird
das so erzeugte Trainingsmodell der Negativform entnommen und kann
für die vorgesehenen Trainingszwecke eingesetzt werden.
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In
weiterer Annäherung an die Realität ist zu beachten,
dass die reale menschliche Haut, vorstehend als Schicht 3 bezeichnet,
in den zu simulierenden Gebieten selbst aus verschiedenen Schichten besteht.
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Grob
können diese Schichten in Oberhaut (Epidermis), Lederhaut
(Corium) und Unterhaut (Subcutis) eingeteilt werden.
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Die
Oberhaut besteht im Wesentlichen aus verhornten, abgestorbenen Zellen.
Die Lederhaut ist eine elastische Hautschicht, die einen hohen Anteil locker
verwobenen Bindegewebes enthält. Oberhaut und Lederhaut
zusammen haben eine Dicke in der Größenordnung
von ca. 1 mm. Im Vergleich zur Lederhaut weißt die Oberhaut
eine wesentlich geringere Schichtdicke auf und hat auf das elastische
Verhalten daher einen wesentlich geringeren Einfluss. Im vorliegenden
Modell werden in weiterer Ausbildung der Erfindung deshalb Oberhaut
und Lederhaut zusammen als obere Hautschicht 31 abgebildet,
wie aus 2a ersichtlich.
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Die
Unterhaut besteht aus lockerem Bindegewebe, in das, wie kleine Kissen,
Fettpolster eingelagert sind. Die Unterhaut kann, je nach Körperbereich
eine Dicke von ca. 2–10 mm annehmen. In dieser Hautschicht
befinden sich auch noch andere anatomische Strukturen, wie z. B.
Nervenstränge, Blutgefäße und Schweißdrüsen.
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Über
die mechanischen Eigenschaften der Haut gibt es keine standardisierten
Aussagen, denn diese hängen von zahlreichen Faktoren, wie
z. B. der Körperstelle, der Ernährung, von Narben,
Krankheiten, Licht und Wärme ab.
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Im
Falle einer erweiterten Komplexität besteht, unter Beachtung
vorstehender Ausführungen, das erfindungsgemäße
Trainingsmodell aus fünf unterschiedlichen Bestandteilen,
welche in 2a im Ausschnitt vergrößert
schematisch erkennbar sind.
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Hierbei
wird die weiter oben beschriebene Hautschicht 3 weiter
unterteilt aufgebaut, nämlich in eine weitere Hautschicht 32,
analog zur Unterhautschicht am natürlichen Hautmodell,
mit einer zusätzlichen erfindungsgemäßen
Trennschicht 34 zur einheitlich ausgebildeten Oberhaut
und Lederhaut 31.
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Für
die Modellierung der Hautschicht 32 als Unterhautmodell
hat sich die Verwendung von aufgeschäumten RTV-Silikonen
als vorteilhaft erwiesen. Bei diesen sorgt während der
Vernetzungsphase ein Treibmittel wie z. B. Isopropanol für
die Erzeugung einer gleichmäßigen Porenstruktur,
welche die in der Unterhaut eingelagerten Fettzellen simuliert und
mit der realen Unterhaut vergleichbare Präparationsergebnisse
liefert.
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Auf
diese aufgeschäumte Schicht 32 wird die weitere
Trennschicht 34 aufgebracht, welche vorteilhaft, aber nicht
beschränkend z. B. aus Calciumsulfatpulver mit einer Körngröße
zwischen 5–50 μm besteht und ein definiertes Anhaftverhalten
der nachfolgend aufzubringenden Hautschicht 31 gewährleistet. Diese
weitere Trennschicht 34 hat sich erfindungsgemäß als
vorteilhaft erwiesen, da so eine Ablösung der oberen Hautschicht 31 von
der unteren Hautschicht 32 möglich ist, welche
den realen Präparationsbedingungen mit gesteigertem Anspruch
sehr nahe kommt.
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Für
die Modellierung der oberen Hautschicht 31 wird auf die
Trennschicht 34 ein bei Raumtemperatur vernetzendes Silikon
aufgebracht. Als besonders vorteilhaft für die Simulation
von Hautstrukturen haben sich hierbei Silikone erwiesen, welche
Shore Härten zwischen 00–10 und 20 sowie eine
Weitereißfestigkeit zwischen 5 und 25 N/mm nach der Vernetzung
aufweisen.
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Zur
weiteren visuellen Abgrenzung der erzeugten Strukturen kann eine
unterschiedliche Einfärbung der Silikone erfolgen.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung, insbesondere zur Langzeitstabilisierung
präparierter Nähte am Übungsmodell ist
es vorteilhaft, zusätzlich Textil- oder Fasermaterialien
in die Schicht 3, respektive 32, 31, 34,
zur Erhöhung der Reißfestigkeit in oder zwischen
den Silikonschichten, einzubringen.
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Diese,
wie vorstehend beschrieben, erzeugte(n) Hautschicht(en) 3, 31, 32 lässt/lassen
sich nun, bedingt durch die erfindungsgemäß erzeugten
definierten Haftungsgrenzschichten 2, 34, dem
natürlichen Vorbild entsprechend unter Verwendung chirurgischer
Instrumente bspw. für folgende Lappenplastiken (vgl. beispielhaft 3)
zu Trainings- oder OP-Vorbereitungszwecken einsetzen. Die in 3 mit
Ziffern markierten Bereiche entsprechen:
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- 3
- primärer
Wundverschluss mit Resektion eines Burowschen Dreiecks (Stirn)
- 4
- primärer
Wundverschluss mit Rückstichnaht (Stirn)
- 5
- Ecknaht
nach Gillies (Schläfe)
- 6
- Z-Plastik
(Kinn)
- 7
- VY-Plastik
für Narbenexzision (Wange)
- 8
- Transpositionslappen
aus Nasolabialfalte (Nase/Wange)
- 9
- Rotationslappen
(Nase/Stirn)
- 10
- bilobed
flap (Wange)
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Die
variierende Dicke der Elastomerschicht entspricht, durch die beschriebene
Art ihrer Erzeugung, den natürlichen Gegebenheiten, so
dass ein sehr realitätsnahes Trainingsmodell geschaffen
worden ist.
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Es
liegt selbstverständlich im Rahmen der Erfindung, durch
Einsatz mehrerer unterschiedlich ausgebildeter Negativformen auch
mehrere Hautschichten und/oder Weichgewebsabschnitte (Muskeln, Blutgefäße,
Nerven, Ohrmuscheln) zu erzeugen, die auch unterschiedlich eingefärbt
werden können, um ggf. andere OP-Techniken zu trainieren.
Wie eingangs erwähnt, ist die Erfindung auch nicht ausschließlich
auf den Kopfbereich beschränkt.
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Ein
weiterer erheblicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass,
wenn man das doch vergleichsweise kostenintensive Verfahren des
Rapid-Prototyping-Verfahrens (3D-Druck) zur Schaffung des Knochenmodells
und der der zumindest einen Negativform einsetzt, dass sich diese
Komponenten nach erfolgtem Training am Modell mehrfach wieder verwenden
lassen. Bedingt durch die erfindungsgemäß vorgesehene
Grenzschicht 2 lässt sich die gesamte „Hautschicht” zerstörungsfrei
von der Knochenstruktur 1 lösen und einer erneuten
Beschichtung, wie oben beschrieben, unterwerfen.
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Sollten
andere Formgebungsverfahren als der oben beschriebenen für
die Herstellung der Hartgewebestrukturen zum Einsatz gelangen, fallen
diese ebenfalls unter vorliegende Erfindung, sofern zwischen diesen
Hartgewebenachbildungen und die Elastomerstrukturen eine Zwischenschicht 2 mit
definierten Haftungs- und Ablöseeigenschaften vorgesehen
ist.
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Alle
in der Beschreibung, den Ausführungsbeispielen, Ansprüchen
und/oder Zeichnungen dargestellten Merkmale können sowohl
einzeln als auch in beliebiger Kombination untereinander erfindungswesentlich
sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4027085
C2 [0009]
- - DE 4212908 A1 [0010]
- - DE 102005056997 A1 [0011]
- - DE 202004006035 U1 [0012]
- - EP 1208410 B1 [0027]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - H. Weerda:
Plastisch-rekonstruktive Chirurgie im Gesichtsbereich. 1999; Thieme
Verlag [0018]