AG Majdani
Computer-assistierte Chirurgie (cas-h) und Elektrodenentwicklung
Schwerpunkt der Forschungsarbeiten ist die Nutzung von Verfahren der computer-assistierten Chirurgie (CAS) auf der Basis hochauflösender Bildgebungstechnologien, um die Präzision und Sicherheit operativer Eingriffe, insbesondere an der lateralen Schädelbasis, zu erhöhen. Dazu zählen der Einsatz intraoperativer Navigationstechnik, mechatronischer Assistenzsysteme und Verfahren der computergestützten Simulation und prä-operativen Planung. Basierend darauf ist es das weiterführende Ziel, adaptive Cochlea-Implantat (CI)-Elektroden zu entwickeln und in das Gesamtkonzept eines minimal-traumatischen, resthörerhaltenden Zugangs zur Cochlea zu integrieren.
Wegen der hohen anatomischen Komplexität der lateralen Schädelbasis und der bedeutenden gesellschaftlichen Relevanz ist die CI-Operation eine der zentralen Anwendungen. So konnte bislang im Rahmen des Schwerpunktprogramm „Medizinische Navigation und Robotik“ (SPP 1124) jeweils ein Experimentalaufbau für die manuelle, navigationsgestützte als auch roboter-assistierte Bohrung eines minimal-invasiven Kanals von der Oberfläche des Schädels bis zur Hörschnecke realisiert werden. Das erlaubt die CI-Operation ohne den sonst bei konventioneller Operationstechnik üblichen großvolumigen Zugang (Mastoidektomie) anzulegen. Als Antwort auf die speziellen Anforderungen der Einführung des Elektrodenträgers des CIs in der Tiefe des neuen minimal-invasiven Zugangs wurde in Kooperation mit dem Institut für Mechatronische Systeme (imes) der Leibniz Universität Hannover ein automatisiertes „Insertionstool“ entwickelt, welches die kontrollierte Insertion der Elektroden in das Innenohr ermöglicht.
Die freie Programmierung des Insertionstools und die Präzision des damit realisierten mechatronischen Assistenzsystems erlaubt perspektivisch die Entwicklung einer neuen Generation von CI-Elektrodenträgern. Im Rahmen des von BMBF ausgeschriebenen „Innovationswettbewerbs Medizintechnik 2007“ konnten wir mit der folgenden Idee die Jurie überzeugen: Das Krümmungsverhalten der CI Elektroden soll dem gewundenen Verlauf des Innenohres derartig angepasst werden, dass Kontakte des Elektrodenträgers mit dem umliegenden Gewebe möglichst vermieden werden, um intracochleäre Kräfte mit dem daraus resultierenden Risiko der operativen Ertaubung zu vermeiden. Gegenstand der aktuellen Forschung ist sowohl die Berücksichtigung passiver Krümmungseigenschaften konventioneller, vorgeformter Elektrodenträger als auch eine aktive Beeinflussung des Insertionsverhaltens durch die Integration von Aktorik, z. B. in Form von Formgedächtnis-Elementen. Diese Forschungstätigkeiten basieren vor allem auf dem Einsatz der Finite-Elemente-Methode, so dass durch Simulation des mechanischen Verhaltens neuer Elektrodenkonzepte einschließlich des umliegenden intracochleären Gewebes den konventionellen Felsenbeinexperimenten vorgelagerte Machbarkeitsabschätzung durchgeführt werden können. Vielversprechende Konzepte werden in Insertionsstudien an Cochleamodellen oder Felsenbeinpräparaten weiter charakterisiert. Die Expertise der Forschungsgruppe umfasst dabei Insertionsstudien sowohl mit Kraftmessung als auch unter Durchleuchtung, um auftretende Insertionskräfte und das intracochleäre Verformungsverhalten der Implantate in Korrelation zu setzen.
Als wesentliche Schwerpunkte der Forschungsgruppe sind daher zu nennen:
· Einsatz der medizinischen Bildgebung, insbesondere Stellenwert der Flächendetektortechnologie bei der volumentomographischen Darstellung
· Bildgebung der Cochlea-Implantate, einschließlich Limitationen der MRT-Bildgebung
[1] Majdani O, Thews K, Bartling S, Leinung M, Dalchow C, Labadie RF, Lenarz T, Heidrich G: Temporal Bone Imaging: Comparison of Flat-Panel Volume CT and Multisection CT. American Journal of Neuroradiology 2009, (Online First: DOI: 10.3174/ajnr.A1560)
[2] Majdani O, Leinung M, Rau T, Akbarian A, Samii A, Zimmerling M, Lenarz M, Lenarz T, Labadie R: Demagnetization of Cochlear Implants and temperature changes in 3.0 T MRI Environment. Otolaryngology, Head and Neck Surgery. 2008 Dec;139:833-9.
[3] Majdani O, Rau T, Götz F, Zimmerling M, Lenarz M, Lenarz T, Labadie R, Leinung M: Artifacts Caused by Cochlear Implants with non removable magnets in 3T MRI: Phantom and cadaveric studies. 2008, European Archives of Oto-Rhino-Laryngology (EAORL), (in Druck : DOI 10.1007/s00405-009-0994-8).
· Nutzung eines chirurgischen Navigationssystems zur Kontrolle einer chirurgischen Fräse zur Vermeidung der Verletzung von Risikostrukturen.
[4] Heath CC, Balachandran R, Majdani O, Jurik A, Edwards T, Labadie RF, Fitzpatrick JM: Disablement of a surgical drill via CT guidance to protect vital anatomy. Proc. SPIE, Vol. 7261, 72610N (2009); DOI:10.1117/12.813457
· Roboterassistierte, minimal-invasiver Zugang zu der Cochlea für die CI-Operation
[5] Eilers H, Baron S, Ortmaier T, Heimann B, Baier C, Rau T, Leinung M, Majdani O: Navigated, robot assisted drilling of a minimally invasive cochlear access. IEEE International Conference on Mechatronics (ICM) 14.-17.04.2009 Malaga, Spanien
[6] Majdani O, Rau T, Baron S, Eilers S, Heimann B, Ortmaier T, Lenarz T, Leinung M: A robot-guided minimally invasive approach for cochlear implant surgery. International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery, IJCARS 2009. (Online First, DOI:10.1007/s11548-009-0360-8)
· Bildgestützter, ministereotaktischer Zugang zu der Cochlea für die CI-Operation
[7] Labadie RF, Majdani O, Fitzpatrick JM: Image-Guided Technique in Neurotology: Clinics of North America, 2007, 40(3):611-24.
[8] Balachandran R, Majdani O, Noble J, Mitchell JE, Dawant BM, Fitzpatrick JM, Labadie RF: Percutaneous Cochlear Implant Surgery – Drilling from Cortex to Cochlea Using Customized Microsterotactic Frames. Annual Meeting of the American Academy of Otolaryngology-Head and Neck Surgery (AAO-HNSF). 4.7.10.2009 San Diego, CA, USA.
[9] Labadie RF, Noble JH, Dawant BM, Balachandran R, Majdani O, Fitzpatrick JM: Clinical Validation of Percutaneous Cochlear Implant Surgery: Initial Report. Laryngoscope. 2008;118:1031-1039
· Entwicklung und Evaluierung eines Insertionstools für die Einführung der CI-Elektrode in der Tiefe des minimal-invasiven Zuganges
[10] Majdani O, Rau T, Baron S, Eilers S, Heimann B, Ortmaier T, Lenarz T, Leinung M: A robot-guided minimally invasive approach for cochlear implant surgery. International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery, IJCARS 2009. (Online First, DOI:10.1007/s11548-009-0360-8)
[11] Hussong A, Rau T, Eilers H, Baron S, Heimann B, Leinung M, Lenarz T, Majdani O: Conception and Design of an Automated Insertion Tool for Cochlear Implants. 2008, Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2008; 5593-5596(http://ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?arnumber=4650482)
[12] Majdani O, Rau T, Baron S, Eilers S, Heimann B, Ortmaier T, Lenarz T, Leinung M: A robot-guided minimally invasive approach for cochlear implant surgery. International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery, IJCARS 2009. (Online First, DOI:10.1007/s11548-009-0360-8)
[13] Rau T, Hussong A, Schurzig D, Leinung M, Lenarz T, Majdani O: Automated Insertion of preformed Cochlear Implant Electrodes. Evaluation of Curling Behaviour and Insertion Forces on an Artificial Cochlear Model. International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery, (IJCARS) 2008, in Druck (online first: DOI: 10.1007/s11548-009-0299-9)
· Entwicklung aktiver CI-Elektroden für die atraumatische Insertion bei resthörerhaltender Operationstechnik
· Finite-Elemente-Modellierung der CI-Elektrode und der mechanischen Wechselwirkungen mit dem Innenohr
· Präzisionsbildgebung und 3D-Modellierung des Mittel- und Innenohres auf der Basis histologischer Schliffpräparation
Kontakt: PD Dr. med. O. Majdani: Majdani.Omid@mh-hannover.de
Kontakt: Dipl.-Ing. T. Rau: Rau.Thomas@mh-hannover.de