Advances in Information and Communication Technologies (ICTs) have brought many opportunities to South Africa and also challenges, such as narrowing the gap, known as the digital divide, between those who have (the “haves”) and those who do not have (the “have-nots”) access to ICTs. The majority of South Africans living in developing areas throughout South Africa do not have access to computers and are mostly computer illiterate. The Council for Scientific and Industrial Research (CSIR) launched their Digital Doorway project across South Africa to evaluate the feasibility of an alternative computer training method following a minimally invasive educational approach. Within the scope of the CSIR’s project, this research study endeavoured to explore to what extent and how the children had obtained computer skills, without the guidance of a facilitator, during the Digital Doorway project launched in Atteridgeville, Pretoria. A qualitative research methodology was adopted for the study. During the course of this research project, it was not possible to determine whether the children obtained any initial or additional computer skills, since the children were mostly unable to use the computers due to the malfunctioning thereof. The findings of this study coincide with authoritative literature on the topic which points out that real ICT access entails more than merely installing hardware and software. / Dissertation (MEd (Computer Assisted Education))--University of Pretoria, 2007. / Curriculum Studies / unrestricted

Background. Barlow’s mitral valve (MV) disease re- mains a surgical challenge. We compared short- and medium-term outcomes of neochordal (“loop”) versus edge-to-edge (“Alfieri”) minimally invasive MV repair in patients with Barlow’s disease. Methods. From January 2009 to April 2014, 123 consecutive patients with Barlow’s disease (defined as bileaflet billowing or prolapse [or both], excessive leaflet tissue, and annular dilatation with or without calcifica- tion) underwent minimally invasive MV operations for severe mitral regurgitation (MR) at our institution. Three patients (2.4%) underwent MV replacement during the study period and were excluded from subsequent anal- ysis. The loop MV repair technique was used in 68 pa- tients (55.3%) and an edge-to-edge repair was performed in 44 patients (35.8%). Patients who underwent a combi- nation of these 2 techniques (n [ 8 [6.5%]) were excluded. The median age was 48 years, and 62.5% of patients were men. Concomitant procedures included closure of a patent foramen ovale or atrial septal defect (n [ 19), tricuspid valve repair (n [ 5), and atrial fibril- lation ablation (n [ 15). Follow-up was performed 24.7 ± 17 months postoperatively and was 98% complete. Results. No deaths occurred perioperatively or during follow-up. Aortic cross-clamp time (64.1 ± 17.6 minutes versus 95.9 ± 29.5 minutes) and cardiopulmonary bypass (CPB) time (110.0 ± 24.2 minutes versus 146.4 ± 39.1 mi- nutes) were significantly shorter (p < 0.001) in patients who received edge-to-edge repair. Although patients who underwent edge-to-edge repair received a larger annulo- plasty ring (38.6 ± 1.5 mm versus 35.8 ± 2.7 mm; p < 0.001), the early postoperative resting mean gradients were higher(3.3±1.2mmHgversus2.6±1.2mmHg;p[ 0.007) and the mitral orifice area tended to be smaller in this group (2.8 ± 0.7 cm2 versus 3.0 ± 0.7 cm2; p [ 0.06). The amount of residual MR was similar between groups (0.3 ± 0.6 versus 0.6 ± 1.0 for edge-to-edge versus loop procedures, respectively; p [ 0.08). More than mild MR requiring early MV reoperation was present in 3 patients who underwent loop procedures (4.4%) and in no patients who had edge-to-edge procedures (p [ 0.51). During follow-up, 2 patients (1 in each group) required MV replacement for severe MR. The 4-year freedom from MV reoperation was 92.8% ± 5.0% in the Alfieri group compared with 90.9% ± 4.6% in the loop group (p [ 0.94). Conclusions. Minimally invasive MV repair can be accomplished with excellent early and medium-term outcomes in patients with Barlow’s disease. The edge- to-edge (Alfieri) repair can be performed with reduced operative times when compared with the loop technique, but it results in mildly increased transvalvular gradients and mildly decreased valve opening areas without any difference in residual MR.

Die pyogene Spondylodiszitis als bakterielle Osteomyelitis der Wirbelsäule ist eine seltene Entität der bakteriell-entzündlichen Pathologien des Stütz- und Bewegungsapparates. Trotz adäquater Behandlungsstrategien, wird auch heute noch eine Mortalitätsrate von 5% bis 20% beschrieben. Vor allem die in dem vorwiegend älteren Patientenkollektiv deutlich erhöhte Prävalenz an metabolischen oder kardiopulmonalen Komorbiditäten fordert moderne Therapiekonzepte, die eine risikoarme, jedoch effektive Eradifizierung des bakteriell-entzündlichen Fokus mit schneller Wiederherstellung der prämorbiden Mobilität ermöglichen. Ausgehend von zwei grundlagenwissenschaftlichen Studien, wurden in der vorliegenden Habilitationsschrift zunächst die komplexen Zusammenhänge von lokaler Gewebsveränderungen und systemischer Entzündung erörtert. Hierbei zeigten die Analysen humaner degenerativer und traumatischer Bandscheibenzellen, dass die Apoptose, insbesondere die Herabregulation anti-apoptotischer Schlüsselkomponenten wie das Bcl-2, als mögliche Schnittstelle im katabolen Stoffwechsel der extrazellulären Bandscheibenmatrix diskutiert werden kann. In der generalisierten bakteriellen Entzündung (Sepsis), ließ sich durch die gentherapeutisch gewebsständige Überexpression von antiapoptotischen und antiinflammatorischen Interleukin-10 (IL-10), auch im IL-10-defzienten Organismus, eine deutliche Reduktion der systemischen proinflammatorischen Immunantwort mit verbesserter Überlebensrate septischer Tiere erzielen. Jedoch birgt der substantielle Gewebeschaden bei pyogener Spondylodiszitis nicht selten die Gefahr der konsekutiven Instabilität mit neurologischen Komplikationen und stellt damit eine besondere chirurgische Herausforderung dar. Daher wurden in drei weiteren klinischen Studien unsere, in den letzten 10 Jahren etablierten, lösungsorientierten Strategien erläutert. Zur Überbrückung größerer knöcherner Defekte gelang mit der Implantation expandierbarer Titancages eine sichere knöcherne Durchbauung mit vollständiger Ausheilung des Infektes. Im Beobachtungszeitraum von mehr als 3 Jahren war bei keinem der Patienten ein Infektrezidiv zu verzeichnen. In komplexen Fällen von monosegmentaler Spondylodiszitis der LWS mit multisegmentaler epiduraler Abszedierung, führte die epidurale Katheterspülung über den dorsalen Zugang für die Spondylodese zu einer folgenlosen Ausheilung. Damit konnte ein zusätzliches, iatrogenes Trauma mit multisegmentalen Lamintomien über die Distanz des epiduralen Abszesses vermieden werden. In einer weiteren Studie mit einem Beobachtungszeitraum von bis zu 5 Jahren, erzielte die Implantation von Poly-Ether-Ether-Keton (PEEK) Cages zur dorsalen intersomatischen Fusion bei pyogener Spondylodiszitis eine sehr gute, stabile knöcherne Durchbauung des infizierten Segmentes, ebenfalls ohne Infektrezidiv. Diese Abweichung vom herkömmlichen Standard mit Titanimplantaten erwies sich somit als sichere Alternative mit den für PEEK charakteristischen, verbesserten Eigenschaften. Im Vergleich zu herkömmlichen Operationsverfahren, verspricht die Integration dieser Ergebnisse in die Weiterentwicklung minimal-invasiver Techniken, insbesondere im multimorbiden Patientenklientel, mindestens gleichwertig gute Ergebnisse bei deutlich reduziertem Operationstrauma.:1. EINFÜHRUNG IN DIE THEMATIK 1 1.1 Die pyogene Spondylodiszitis 1 1.1.1 Epidemiologie, Ätiologie und Pathophysiologie 2 1.1.2 Diagnostik und Therapie 6 1.1.2.1 Konservative Therapie 11 1.1.2.2 Operative Therapie 12 1.2 Biomechanische Aspekte 14 1.3 Wissenschaftliche Fragestellung 15 2. ORIGINALARBEITEN 20 2.1 Apoptosis of human intervertebral discs after trauma compares to degenerated discs involving both receptor-mediated and mitochondrial-dependent pathways 20 2.2 Endogenous IL-10 regulates sepsis-induced thymic apoptosis and improves survival in septic IL-10 null mice 30 2.3 Reconstruction of large defects in vertebral osteomyelitis with expandable titanium cages 39 2.4 Single-stage epidural catheter lavage with posterior spondylodesis in lumbar pyogenic spondylodiscitis with multilevel abscess formation 45 2.5 Single-stage debridement and spinal fusion using PEEK-cages through a posterior approach for eradication of lumbar pyogenic spondylodiscitis: A safe treatment strategy for a detrimental condition 52 3. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 62 4. LITERATURVERZEICHNIS 78 5. APPENDIX 98 5.1 Tabellen und Abbildungen 98 Tabelle 1 & 2 98 Tabelle 3 & 4 99 Abbildung 1 100 Abbildung 2 101 Abbildung 3 102 Abbildung 4 103 Abbildung 5 104 5.2 Selbständigkeitserklärung 105 5.3 Danksagung 106 5.4 Curriculum Vitae 108

Frameless neuronavigational systems are a recent novelty for a precise approach to intracerebral tumours in open surgery. In this study 66 patients with a variety of intracranial tumours in various locations underwent surgical resection with neuronavigational guidance. Two different neuronavigational systems – the arm- and pointer-based ISG viewing wand and the miroscope-based MKM system – were compared for four different indications. Neuronavigation was used (a) in multiple tumours, e. g. brain metastases, (b) in solitary cortical or subcortical tumours located in eloquent brain areas, e. g. motor cortex or speech region, (c) in deep-situated brain tumours, including brain stem neoplasms, and (d) in infiltratively growing tumours to define the borders of the lesion. Using taped skin markers (MKM system) and a surface-fit algorithm (viewing wand) for registration, an accuracy of 1 to 2 mm deviation was achieved, which was sufficient for removal of all of the intracranial neoplasms investigated. Both systems proved to be safe and useful surgical tools regardless of the patient`s age, positioning of the patient during surgery or the location of the lesion. When these two systems were compared, the viewing wand was found to be preferable for resection of multiple brain tumours located in distant operative sides and solitary tumours in eloquent brain areas; this was because of the wide range of movement of the pointing device and the possibility of 3D reconstruction of the brain surface. As the MKM system provided the option of stereotactical guidance during the operative procedure, it was found to be superior in approaching small and deep-situated lesions. In certain cases brain shifting due to early drainage of the CSF led to minor underestimation of the real depth. For the precise definement of tumour borders of intraparenchymal neoplasms both system were equally suitable. However, intrusion of brain parenchyma into the resection cavity led to minor overestimation of the real tumour size in certain large intraparenchymal tumours. / Rahmenfreie Neuronavigationssysteme stellen eine Neuerung in der offenen operativen Behandlung intrazerebraler Tumoren dar. In dieser Studie wurden 66 Patienten mit verschiedenen intrakraniellen Tumoren in unterschiedlichen Lokalisationen mit Hilfe der Neuronavigation operiert. Hierbei wurden zwei verschiedene Navigationssysteme – ein Arm- und Pointer-basierendes System (ISG Viewing Wand) und ein Mikroskop-basierendes System (MKM) – für vier verschiedene Indikationen miteinander verglichen. Die Neuronavigation wurde verwendet (a) bei multiplen Tumoren, wie z.B. Hirnmetastasen, (b) bei solitären kortikalen oder subkortikalen Prozessen in eloquenten Hirnarealen, wie z.B. Motorkortex oder Sprachregion, (c) bei tiefgelegenen Hirntumoren einschließlich Hirnstammtumoren und (d) bei infiltrativ wachsenden Tumoren zur Bestimmung der Tumorgrenzen. Die Verwendung von Hautklebemarkern (MKM-System) und eines Oberflächen-Anpassungsalgorithmus (Viewing Wand) zur Registrierung war mit einer Genauigkeit von 1 bis 2 mm Abweichung für die operative Entfernung aller intrakraniellen Tumoren ausreichend. Beide Systeme bestätigten sich als sichere und geeignete chirurgische Hilfsmittel unabhängig vom Alter der Patienten, der Lagerung des Patienten unter dem chirurgischen Eingriff und der Lokalisation der Raumforderung. Im Systemvergleich zeigte die Viewing Wand durch einen weiten Bewegungsraum des Pointers und der Möglichkeit einer dreidimensionalen Rekonstruktion der Hirnoberfläche Vorteile in der Entfernung von multiplen, in entfernten Hirnregionen gelegenen Tumoren sowie von solitären Prozessen in eloquenter Lokalisation. Das MKM-System war durch die Bereitstellung einer stereotaktischen Führung während des operativen Eingriffes in der Ansteuerung kleiner tiefgelegener Prozesse zu bevorzugen. Eine frühzeitige Liquordrainage führte zu einem brain shifting mit einer diskreten Unterschätzung der wirklichen Tiefe. Für eine genaue Festlegung der Tumorgrenzen von intraparenchymalen Tumoren waren beide Systeme vergleichbar geeignet. Das Relabieren von Hirngewebe in die Resektionshöhle führte jedoch in einigen Fällen von großen intraparenchymalen Tumoren bei beiden Systemen zu einer geringen Überschätzung der wirklichen Tumorgrenzen. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Les affections sinusales sont la première cause de jetage nasal unilatéral chez les chevaux. Cependant, la complexité anatomique de la région rend le diagnostic difficile avec la radiologie et l’endoscopie, et l’utilisation des techniques diagnostiques plus avancées comme la tomodensitométrie est souvent limitée par le manque de disponibilité et les coûts. Par conséquent, la sinusoscopie est souvent la technique disponible avec le meilleur taux diagnostic (70%) mais demeure invasive (trépanation de 10 à 15 mm) et peu pratique dans certains cas. Notre hypothèse est que le développement d’une technique de sinusoscopie peu invasive (TSPI), réalisée par une mini-trépanation avec une aiguille 14G (2 mm de diamètre), combinée à l’utilisation d’un nouvel endoscope flexible de 2 mm de diamètre, peut permettre d’obtenir une évaluation exhaustive des différents sinus paranasaux. Durant les deux premières phases du projet, réalisées sur des cadavres, les repères anatomiques pour réaliser une mini-trépanation des différents sinus ont été déterminés puis la visualisation des différents compartiments sinusaux a été évaluée en attribuant un score pour chaque structure sinusale. Dans une troisième phase, la TSPI a été appliquée sur des chevaux debout sous sédation afin de déterminer la faisabilité et les éventuelles complications chez des chevaux vivants. Les repères déterminés durant la phase 1 ont permis une exploration exhaustive et satisfaisante des sinus durant les deux phases suivantes. L’ensemble des chevaux a bien toléré la procédure et aucune complication sérieuse n’a été rapportée. La technique développée est facile à réaliser et peu faciliter le diagnostic des affections sinusales par tous les vétérinaires spécialistes ou non. / Paranasal sinus disease is the most common cause of unilateral nasal discharge in horses. However, achieving a definitive diagnosis using radiology and endoscopy is difficult due to the complex anatomy of the sinuses, and the use of computed tomography (gold standard) is often limited due to its cost and low availability. Consequently, sinoscopy is often the available diagnostic technique with the highest diagnostic rate (70%) but it remains invasive (10 to 15 mm trepanation) and unpractical in some cases. Our hypothesis is that the development of a minimally invasive sinoscopic technique (MIST), performed through a mini-trepanation with a 14G needle (2 mm trephination) and combined with the use of a novel flexible 2mm diameter endoscope, can allow an exhaustive evaluation of the paranasal sinuses. During the first two cadaveric phases of the project, we determined the exact anatomic landmarks to perform the mini-trepanation in the different sinuses, and the visualization of the different sinus compartments was assessed by attributing a score to each sinusal structure. In the last phase of the study, the MIST was performed on standing sedated horses to determine the feasibility and possible complications associated to the technique. The landmarks determined in the first phase allowed a thorough evaluation of the sinuses in the following phases. The horses tolerated well the procedure and no serious complications were reported. The technique developed during this study is easy to perform and could facilitate the diagnosis of paranasal sinus diseases for all veterinarians specialized or not.

Zielsetzung: In dieser Studie wurde an 15 gesunden Rindern die Methode der Thorakoskopie erprobt mit dem Ziel, eine Grundlage für den weiteren Einsatz dieses Verfahrens am bovinen Thorax zu schaffen. Im Mittelpunkt standen die Entwicklung einer geeigneten Untersuchungstechnik und die Beschreibung der endoskopisch dargestellten, im Pleuraspalt gelegenen Organe sowie möglicher pathologischer Befunde. Weiterhin galt es Komplikationen zu ermitteln und anhand der Erfahrungen aus diesem Versuch Indikationen für den Einsatz dieses minimal-invasiven Verfahrens beim Rind zu formulieren. Methodik: Alle Tiere wurden einer links- und rechtsseitigen Thorakoskopie jeweils mit und ohne intrapleurale Insufflation von Kohlenstoffdioxid über einen interkostalen Zugang unterzogen. Im Rahmen des Versuches fanden folglich vier Thorakoskopien je Rind und insgesamt 60 Thorakoskopien mit einer Wartezeit von 24 Stunden zwischen den einzelnen Untersuchungen statt. Die Untersuchungen erfolgten am im Zwangsstand fixierten, lokal anästhesierten Tier. Der endoskopische Zugang lag stets auf Höhe des Tuber coxae und variierte vom 8. bis zum 10. Interkostalraum. Nach interkostaler Schnittinzision wurde eine Zitzenkanüle bis in den Pleuraspalt vorgeschoben. Der spontane Einstrom von Raumluft in das Cavum pleurae führte zum Teilkollaps des ipsilateralen Lungenflügels. Die Kanüle wurde durch eine Trokar-Hülsen-Einheit ersetzt und die Hülse stellte nach Entfernung des Trokars den Zugang für die Optik. Je Hemithorax wurde die Untersuchungszeit auf 20 Minuten festgelegt. Sie begann im kranialen Pleuraspalt, wurde über (dorso)-kranial, (dorso)-medial, (dorso)-kaudal, ventrokaudal und ventral fortgeführt und endete mit ventrokranial ausgerichteter Optik. Ergebnisse: Die meisten im Cavum pleurae gelegenen Organe konnten ohne die Insufflation von CO2 ausreichend adspiziert werden. Während der links- und rechtsseitigen Thorakoskopien gelang die Adspektion großer Bereiche der Pleura costalis mit den Mm. intercostales interni sowie den Aa. et Vv. intercostales dorsales, Anteile der Lungenflügel und des Ligamentum pulmonale, der Aorta thoracica, des thorakalen Ösophagus, des M. longus colli, von Lymphknoten des Lc. thoracicum dorsale sowie der Lnn. mediastinales caudales, der Pars thoracica des Truncus sympathicus und des Truncus vagalis dorsalis des N. vagus. Des Weiteren konnten der M. psoas major, Anteile des Diaphragmas und der V. phrenica cranialis, der Hiatus aorticus, der Arcus lumbocostalis sowie unregelmäßig die A. et V. bronchoesophagea adspiziert werden. Die Untersuchung des rechten kranialen Pleuraspaltes war mit Einschränkungen behaftet und spiegelte sich in einer reduzierten Darstellung der sympathische Nervenfasern aus dem Ggl. cervicothoracicum, des Truncus costocervicalis dextra sowie der V. costocervicalis dextra wider. Linksseitig war die Betrachtung dieser Organe bzw. der korrespondierenden linksseitig angelegten Organe regelmäßig möglich. Weiterhin gelang während der linksseitigen Untersuchung die Adspektion des Ln. tracheobronchalis sinister, des Truncus brachiocephalicus sowie der V. azygos sinistra. Rechtsseitig konnte die V. azygos dextra stets adspiziert werden. Die Darstellung des Ductus thoracicus erfolgte nur bei einem der untersuchten Rinder infolge einer pathologischen Kompression. Während der Untersuchungen unter passivem Lungenkollaps war das Perikard nur bei einer rechtsseitigen Thorakoskopie zu sehen. Die Zweituntersuchungen des ipsilateralen Pleuraspaltes fanden während der Insufflation von CO2 bis zu einem Überdruck von 5 mm Hg statt. Dies sollte einen stärkeren Lungenkollaps bewirken und damit die Sicht auf intrapleural gelegene Organe verbessern. Während der Insufflation waren beidseits größere Anteile der Rippen und des Zwerchfells sowie das Perikard linksseitig bei drei Rindern und rechtsseitig bei einem Rind darstellbar. Postoperative Röntgenaufnahmen dienten dem Ausschluss des Vorhandenseins eines ipsi- oder kontralateralen Pneumothorax. Schlussfolgerung: Die Studie zeigt, dass Thorakoskopien an stehenden, gesunden Rindern sicher und komplikationsarm durchzuführen sind. Die beschriebene, minimal-invasive Technik stellt eine wertvolle, zusätzliche Methode zur tierschonenden Abklärung intrathorakaler Erkrankungen beim Rind dar. Der diagnostische, palliative oder therapeutische Nutzen muss in weiterführenden Untersuchungen ermittelt werden. / Objective: A study on 15 healthy cows was conducted to prove the thoracoscopic technique with the aim to establish a basis for further application of this procedure on cattle. Focus was on developing an adequate examination technique, displaying and describing of physical as well as pathological findings on intrathoracic organs examined endoscopically. Furthermore perioperative complications and indications of this minimally invasive method on cattle should be presented. Methods: The animals underwent a left and right side thoracoscopy under passive lung collapse and under insufflation of CO2. Therefore four thoracoscopies at each cow and a total of 60 thoracoscopies were performed with a waiting time of 24 hours between each examination. The cows were restrained in a stock and locally anesthetized. The endoscopic portal was lined up horizontally with the level of the ventral margin of the coxal tuber, at the point where the local anaesthetic had been injected and varied between the eighth and the tenth intercostal space. After a vertical stab incision through the skin and subcutaneous tissues a blunt stainless teat cannula was introduced into the pleural space. At this point air streamed spontaneously into the pleural space following by an ipsilateral lung collapse. The teat cannula was then removed and replaced by a sharp guarded trocar. After that the trocar was removed and the endoscope was passed through the remaining cannula. The time assessment for examination of each thorax was 20 minutes, started in the cranial pleural space, was continued in the (dorso)-cranial, (dorso)-medial, (dorso)-caudal, ventrocaudal und ventral direction and ended with ventrocranially aligned optic. Results: Most of the intrathoracic organs were seen without additional CO2 insufflation. During left and right side thoracoscopies large parts of the costal pleura, the internal intercostal muscles, the dorsal intercostal veins and arteries, parts of the lungs and the pulmonary ligament, the thoracic aorta, the thoracic part of the esophagus and the longus colli muscle, caudal mediastinal lymph nodes and lymph nodes associated with the dorsal thoracic lymph center, the thoracic part of the sympathic trunk and the dorsal vagus nerve were seen. Furthermore the psoas major muscle, parts of the diaphragm and the cranial phrenic vein, the aortic hiatus, the lumbocostal arch and intermittently the broncho-esophageal artery and vein could be identified. There were some constraints during right side thoracoscopy of the cranial pleural space which caused a limited view at the sympathic nerve fibres associated with the cervicothoracic ganglion, the right costocervical trunk and the right costocervical vein. At the left side these organs, the corresponding left side organs respectively, were constantly seen. Moreover during the exam at the left pleural space the left tracheobronchial lymph node, the brachiocephalic trunk and the left azygos could be well identified. During right side thoracoscopy the right azygos vein was always visible. In one case the presentation of the thoracic duct succeeded as a result of its pathological compression. During examination under passive lung collapse the pericard was visualized in one cow during right side thoracoscopy. The second thoracoscopies of the ipsilateral pleural space were conducted during insufflation of CO2 with a pressure of 5 mm Hg. A stronger lung collapse should result during insufflation with an enhanced view of the organs located intrapleurally. During insufflation at both sides larger parts of the ribs and diaphragm as well as the pericard on the left side at three cattle and on the right side at one cattle could be seen. Postoperative radiographies ensured the absence of an ipsi- or contralateral pneumothorax. Conclusion: This study shows that thoracoscopies on standing healthy cattle could be safely performed without major perioperative complications or side effects. The described minimally invasive procedure is a valuable, gentle and additional method to diagnose intrathoracic diseases in cattle. The use of thoracoscopy as diagnostic tool, for curative and palliative therapy should be identified in further studies.

Background: Open reduction and internal fixation with a plate is deemed to represent the gold standard of surgical treatment for displaced intra-articular calcaneal fractures. Standard plate fixation is usually placed through an extended lateral approach with high risk for wound complications. Minimally invasive techniques might avoid wound complications but provide limited construct stability. Therefore, 2 different types of locking nails were developed to allow for minimally invasive technique with sufficient stability. The aim of this study was to quantify primary stability of minimally invasive calcaneal interlocking nail systems in comparison to a variable-angle interlocking plate. Material and Methods: After quantitative CT analysis, a standardized Sanders type IIB fracture model was created in 21 fresh-frozen cadavers. For osteosynthesis, 2 different interlocking nail systems (C-Nail; Medin, Nov. Město n. Moravě, Czech Republic; Calcanail; FH Orthopedics SAS; Heimsbrunn, France) as well as a polyaxial interlocking plate (Rimbus; Intercus GmbH; Rudolstadt, Germany) were used. Biomechanical testing consisted of a dynamic load sequence (preload 20 N, 1000 N up to 2500 N, stepwise increase of 100 N every 100 cycles, 0.5 mm/s) and a load to failure sequence (max. load 5000 N, 0.5 mm/s). Interfragmentary movement was detected via a 3-D optical measurement system. Boehler angle was measured after osteosynthesis and after failure occurred. Results: No significant difference regarding load to failure, stiffness, Boehler angle, or interfragmentary motion was found between the different fixation systems. A ignificant difference was found with the dynamic failure testing sequence where 87.5% of the Calcanail implants failed in contrast to 14% of the C-Nail group (P < .01) and 66% of the Rimbus plate. The highest load to failure was observed for the C-Nail. Boehler angle showed physiologic range with all implants before and after the biomechanical tests. Conclusion: Both minimally invasive interlocking nail systems displayed a high primary stability that was not inferior to an interlocking plate. Clinical relevance: Based on our results, both interlocking nails appear to represent a viable option for treating displaced intra-articular calcaneal fractures.

Hintergrund: Die Simulation wichtiger Handgriffe und Techniken in der Chirurgie wurde bereits seit der Antike praktiziert. Pflanzen, Menschen- und Tierkadaver, Puppen sowie Phantome haben seit Jahrhunderten diesem Zweck gedient. Das 21. Jahrhundert ist jedoch von virtueller Realität geprägt und es gibt viele technische Neuerungen in der Chirurgie. Erste virtuelle Simulationsmöglichkeiten tauchten auf dem Markt bereits im 20. Jahrhundert auf. Zuerst nur schwarzweiß, rudimentär und nur andeutungsweise einer echten Situation im OP-Saal ähnlich, überzeugen die heutigen Simulatoren durch schnelle Prozessoren, qualitative graphische Darstellung und haptisches Feedback. Der Simulator selbst wird zum Forschungsobjekt, endlich können in Simulationsbedingungen Fragestellungen untersucht werden, die bisher unter Operationsbedingungen weder ethisch vertretbar noch technisch möglich waren. Fragestellung: Zwischen 2016 und 2017 fand am VTG Klinikum des Universitätsklinikums der TU Dresden Carl Gustav Carus eine Studie am chirurgischen Simulator für virtuelle Realität statt. Die untersuchte Fragestellung war die Übertragbarkeit von Fertigkeiten zwischen zwei laparoskopischen Operationen: Appendektomie und Cholezystektomie. Material und Methode: Es wurden 44 Studierende aus dem 3. bis 6. Studienjahr rekrutiert und in zwei Gruppen rand-omisiert. Beide Gruppen übten zunächst die Basisübungen bis bestimmte Leistungskriterien erfüllt wurden. Danach haben Probanden der ersten Gruppe die virtuelle Appendektomie und im Anschluss die virtuelle Cholezystektomie trainiert. Die zweite Gruppe ging sofort zum Cholezystektomie Training über. In beiden Gruppen wurden zum Schluss jeweils drei Wiederholungen der kompletten Cholezystektomie absolviert. Verglichen wurden Geschwindigkeit, Sicherheitsparameter wie z. B. aufgetretene Komplikationen sowie Motorik-Parameter der Instrumente. Des Weiteren wurde der mögliche Einfluss von Schlafverhalten, Koffeinkonsum und Erfahrung mit Videospielen auf die Leistung am Simulator untersucht. Ergebnisse: In der statistischen Analyse zeigte die erste Gruppe eine signifikante Verbesserung der Moto-rik-Parameter wie Instrumentenbewegungen und -strecke. Andere Werte wie Geschwindigkeit und Sicherheitsparameter waren innerhalb der zwei Gruppen ähnlich. Zwischen Schlaf-verhalten, Koffeinkonsum und Erfahrung mit Videospielen und der Leistung am Simulator konnte kein Zusammenhang festgestellt werden. Schlussfolgerungen: Die Studie ergab nur einen partiellen Übertragungseffekt zwischen laparoskopischer Appendektomie und Cholezystektomie. Die Gründe liegen in den jeweils unterschiedlichen Schlüsselmomenten, die die Beherrschung prozedurspezifischer Techniken erfordern. Diese müssen für jede Prozedur separat geübt werden. Die Verbesserung der feinmotorischen Fähigkeiten spricht jedoch dafür, dass eine Übertragung der Fertigkeiten bis zu einem gewissen Grad dennoch stattfand und durch das Trainieren einer zusätzlichen Modalität Vorteile insbesondere in der Bewegungsökonomie gewonnen werden können.:Inhaltsverzeichnis 3 Abkürzungsverzeichnis 7 1. Einleitung 8 1.1 Einblick in die Geschichte der chirurgischen Simulation 8 1.2 Entwicklung chirurgischer Simulatoren 9 1.3 Einsatz der Laparoskopie-Simulatoren in der heutigen chirurgischen Ausbildung 11 1.4 Übertragbarkeit von Fähigkeiten in der minimal invasiven Chirurgie 13 1.5 Laparoskopische Appendektomie und Cholezystektomie 17 1.5.1 Laparoskopische Appendektomie 17 1.5.2 Laparoskopische Cholezystektomie 18 1.6 Sonstige Aspekte des Trainings 19 1.6.1 Kriterien-basiertes Training 19 1.6.2 Betreuerfeedback 19 1.6.3 Leistung unter Beobachtung 20 1.6.4 Leistung unter Simulationsbedingungen 20 1.6.5.1 Schlafdauer 20 1.6.5.2 Kaffeekonsum 21 1.6.5.3 Motivation 21 1.6.5.4 Erfahrung mit Videospielen 22 2. Materialen und Methoden 23 2.1 Fragestellung 23 2.2 Ablauf der MIC Studie 24 2.3. Probandenrekrutierung 25 2.4 Lap Mentor von Simbionix (3D Systems) 27 2.5 Trainingsprotokolle am VRT-Simulator 28 2.5.1 Organisatorische Aspekte 28 2.5.2 Leistungsfeedback am VRT-Simulator 28 2.5.3 Training der Basis-Fertigkeiten (Basic Skills Training) 29 2.5.3.1 Peg Transfer 31 2.5.3.2 Clipping and Grasping 32 2.5.3.3 Electrocautery 33 2.5.3.4 Cutting 34 2.5.3.5 Pattern Cutting: Training Gauze 35 2.5.4 Training der Appendektomie Prozedur 36 2.5.5 Training der Cholezystektomie Prozedur 39 2.5.6 Subjektiver Schwierigkeitsgrad 43 2.6 Statistische Auswertung 44 3. Ergebnisse 45 3.1. Zusammenfassung der Probandencharakteristiken 45 3.2 Alter und Geschlecht der Probanden 45 3.3 Fragebogen 46 3.3.1 Schlaf 46 3.3.2 Kaffeekonsum 48 3.3.3 Motivation 49 3.3.4 Erfahrung mit Videospielen 50 3.3.5 Einflussfaktoren auf das Basistraining 50 3.4 Allgemeine Ergebnisse des Trainings am VRT Simulator 51 3.5 Ergebnisse des Trainings der Basis-Fertigkeiten 52 3.5.1 Peg Transfer 52 3.5.2 Clipping and Grasping 53 3.5.3 Electrocautery 54 3.5.4 Cutting 55 3.5.5 Pattern Cutting (Test Gauze) 56 3.5.6 Subjektiver Schwierigkeitsgrad für die Basis-Übungen 57 3.5.7. Zeitbedarf für das Erreichen der Könner-Kriterien 59 3.6 Ergebnisse des Appendektomie Trainings 60 3.7 Ergebnisse der Cholezystektomie Komplettprozedur 61 3.7.1 Geschwindigkeit 61 3.7.2 Sicherheitskriterien 62 3.7.2.1 Anzahl lebensbedrohlicher Komplikationen 62 3.7.2.2 Sichere Kauterisation 63 3.7.2.3 Anzahl verlorener Clips 63 3.7.2.4 Anzahl der Leberperforationen 64 3.7.2.5 Anzahl nicht kauterisierter Blutungen 64 3.7.3 Effizienz Kriterien 64 3.7.3.1 Anzahl der Instrumentenbewegungen 64 3.7.3.2 Gesamtstrecke der Instrumente 65 3.7.4 Subjektiver Schwierigkeitsgrad für die Cholezystektomie 65 3.7.5 Zeit für Basis Training und Cholezystektomie Parameter 65 4. Diskussion 67 4.1 Der Begriff des Übertragungsphänomens in Sportwissenschaften und seine Anwendbarkeit auf die laparoskopischen Fertigkeiten 67 4.2 Übertragbarkeit von Fertigkeiten zwischen virtueller Appendektomie und Cholezystektomie und Vergleich mit anderen Studien 74 4.3 Exploration zweitrangiger Fragestellungen 78 4.4 Vergleich zentraler Tendenzen der Cholezystektomie-Parameter mit Hersteller-Kriterien und externen Studien 79 4.5 Schlussfolgerungen aus dem Training der Basis-Fertigkeiten 81 4.6 Schlussfolgerungen aus dem Appendektomie Training 82 4.7 Schlussfolgerungen aus dem Cholezystektomie Training 83 4.8 Empfehlungen für das Ausbildungscurriculum an einem VR Simulator 85 4.9 Vorschlag für das Anfängertraining an einem VRT Simulator 91 4.10 Limitierungen der Arbeit 92 4.11 Ausblick 93 5. Zusammenfassung 94 5.1 Summary 96 6. Literatur 98 6.1 Abbildungsverzeichnis 106 6.2 Tabellenverzeichnis 108 7. Anhang 109 7.1 Probandenrandomisierung 109 7.2 Probandeninformationsblatt 110 7.3 Einwilligungserklärung 112 7.4 Beispiel Teilnahmebescheinigung 114 7.5 Zusammenfassung der aufgetretenen Softwarefehler am Lap Mentor II 115 8. Danksagung 116 9. Eigenständigkeitserklärung 117 Anlage 1 118 Anlage 2 120 / Background: Simulation of important surgical procedures and techniques has been practiced since ancient times. Plants, human and animal cadavers, dolls and phantoms have served this purpose for hundreds of years. However, the 21st century is characterized by virtual reality and there are also many technical innovations in the field of surgery. The first virtual simulation possibilities appeared on the market in the 20th century. Initially only black and white, rudimentary and only suggestively similar to a real situation in the operating room, today's simulators convince with fast processors, qualitative graphical representation and haptic feedback. The simulator itself becomes an object of research. At last, questions can be investigated in simulation conditions that were previously neither ethically nor technically possible under operating conditions. Hypothesis: Between 2016 and 2017, at the VTG clinic of the Carl Gustav Carus University Hospital of the TU Dresden a study using a surgical simulator for virtual reality took place. The question investigated was the transferability of skills between two laparoscopic procedures: appendectomy and cholecystectomy. Methods: 44 students from the 3rd to 6th year of study were recruited and randomly divided into two groups. Both groups initially practiced the basic exercises until certain criteria were met. Afterwards, the first group practiced virtual appendectomy and then virtual cholecystectomy. The second group immediately moved on to cholecystectomy training. In both groups, three repetitions of the complete cholecystectomy were completed in the end. Speed, safety parameters such as complications that occurred and efficiency parameters of the instruments were compared. Furthermore, the possible influence of sleep behavior, caffeine consumption and experience with video games on simulator performance was investigated. Results: In the statistical analysis, the first group showed a significant reduction in the efficiency parameters such as instrument movements and distance travelled. Other values like speed and safety parameters were similar within two groups. There was no correlation between sleep behavior, caffeine consumption and experience with video games and simulator performance. Conclusion: The study showed only a partial skill transfer between laparoscopic appendectomy and cholecystectomy. The reasons are the different key moments that require the mastery of procedure-specific techniques. These must be practiced separately for each procedure. However, the improvement of fine motor skills indicates, that by training an additional modality a skill transfer nevertheless took place to a certain degree and that advantages, especially in the economy of movement, were gained.:Inhaltsverzeichnis 3 Abkürzungsverzeichnis 7 1. Einleitung 8 1.1 Einblick in die Geschichte der chirurgischen Simulation 8 1.2 Entwicklung chirurgischer Simulatoren 9 1.3 Einsatz der Laparoskopie-Simulatoren in der heutigen chirurgischen Ausbildung 11 1.4 Übertragbarkeit von Fähigkeiten in der minimal invasiven Chirurgie 13 1.5 Laparoskopische Appendektomie und Cholezystektomie 17 1.5.1 Laparoskopische Appendektomie 17 1.5.2 Laparoskopische Cholezystektomie 18 1.6 Sonstige Aspekte des Trainings 19 1.6.1 Kriterien-basiertes Training 19 1.6.2 Betreuerfeedback 19 1.6.3 Leistung unter Beobachtung 20 1.6.4 Leistung unter Simulationsbedingungen 20 1.6.5.1 Schlafdauer 20 1.6.5.2 Kaffeekonsum 21 1.6.5.3 Motivation 21 1.6.5.4 Erfahrung mit Videospielen 22 2. Materialen und Methoden 23 2.1 Fragestellung 23 2.2 Ablauf der MIC Studie 24 2.3. Probandenrekrutierung 25 2.4 Lap Mentor von Simbionix (3D Systems) 27 2.5 Trainingsprotokolle am VRT-Simulator 28 2.5.1 Organisatorische Aspekte 28 2.5.2 Leistungsfeedback am VRT-Simulator 28 2.5.3 Training der Basis-Fertigkeiten (Basic Skills Training) 29 2.5.3.1 Peg Transfer 31 2.5.3.2 Clipping and Grasping 32 2.5.3.3 Electrocautery 33 2.5.3.4 Cutting 34 2.5.3.5 Pattern Cutting: Training Gauze 35 2.5.4 Training der Appendektomie Prozedur 36 2.5.5 Training der Cholezystektomie Prozedur 39 2.5.6 Subjektiver Schwierigkeitsgrad 43 2.6 Statistische Auswertung 44 3. Ergebnisse 45 3.1. Zusammenfassung der Probandencharakteristiken 45 3.2 Alter und Geschlecht der Probanden 45 3.3 Fragebogen 46 3.3.1 Schlaf 46 3.3.2 Kaffeekonsum 48 3.3.3 Motivation 49 3.3.4 Erfahrung mit Videospielen 50 3.3.5 Einflussfaktoren auf das Basistraining 50 3.4 Allgemeine Ergebnisse des Trainings am VRT Simulator 51 3.5 Ergebnisse des Trainings der Basis-Fertigkeiten 52 3.5.1 Peg Transfer 52 3.5.2 Clipping and Grasping 53 3.5.3 Electrocautery 54 3.5.4 Cutting 55 3.5.5 Pattern Cutting (Test Gauze) 56 3.5.6 Subjektiver Schwierigkeitsgrad für die Basis-Übungen 57 3.5.7. Zeitbedarf für das Erreichen der Könner-Kriterien 59 3.6 Ergebnisse des Appendektomie Trainings 60 3.7 Ergebnisse der Cholezystektomie Komplettprozedur 61 3.7.1 Geschwindigkeit 61 3.7.2 Sicherheitskriterien 62 3.7.2.1 Anzahl lebensbedrohlicher Komplikationen 62 3.7.2.2 Sichere Kauterisation 63 3.7.2.3 Anzahl verlorener Clips 63 3.7.2.4 Anzahl der Leberperforationen 64 3.7.2.5 Anzahl nicht kauterisierter Blutungen 64 3.7.3 Effizienz Kriterien 64 3.7.3.1 Anzahl der Instrumentenbewegungen 64 3.7.3.2 Gesamtstrecke der Instrumente 65 3.7.4 Subjektiver Schwierigkeitsgrad für die Cholezystektomie 65 3.7.5 Zeit für Basis Training und Cholezystektomie Parameter 65 4. Diskussion 67 4.1 Der Begriff des Übertragungsphänomens in Sportwissenschaften und seine Anwendbarkeit auf die laparoskopischen Fertigkeiten 67 4.2 Übertragbarkeit von Fertigkeiten zwischen virtueller Appendektomie und Cholezystektomie und Vergleich mit anderen Studien 74 4.3 Exploration zweitrangiger Fragestellungen 78 4.4 Vergleich zentraler Tendenzen der Cholezystektomie-Parameter mit Hersteller-Kriterien und externen Studien 79 4.5 Schlussfolgerungen aus dem Training der Basis-Fertigkeiten 81 4.6 Schlussfolgerungen aus dem Appendektomie Training 82 4.7 Schlussfolgerungen aus dem Cholezystektomie Training 83 4.8 Empfehlungen für das Ausbildungscurriculum an einem VR Simulator 85 4.9 Vorschlag für das Anfängertraining an einem VRT Simulator 91 4.10 Limitierungen der Arbeit 92 4.11 Ausblick 93 5. Zusammenfassung 94 5.1 Summary 96 6. Literatur 98 6.1 Abbildungsverzeichnis 106 6.2 Tabellenverzeichnis 108 7. Anhang 109 7.1 Probandenrandomisierung 109 7.2 Probandeninformationsblatt 110 7.3 Einwilligungserklärung 112 7.4 Beispiel Teilnahmebescheinigung 114 7.5 Zusammenfassung der aufgetretenen Softwarefehler am Lap Mentor II 115 8. Danksagung 116 9. Eigenständigkeitserklärung 117 Anlage 1 118 Anlage 2 120

Historically, the education of surgical navigation in minimally invasive neurosurgery has been constrained by several factors. Medical students have been required to physically be in the operating room to observe a teacher perform the different procedures. This restricts their opportunities to gain valuable hands-on experience in their field. An extended reality simulation system that employs auditory feedback in the form of sonification could be used to provide an inexpensive alternative to this traditional approach. Such a system would allow medical students to get practical experience with valuable insights during their initial years of training without requiring access to the operating room. In order to perform a first evaluation of the impact of sonification on neurosurgical learning using extended reality simulations, a prototype of a surgical simulation tool with six possible sonifications was implemented for the task of aligning a catheter against a target angle. The sonification types studied were spatial, psychoacoustic and direct parameter-mapping, each of which encoded the component angles either in parallel or sequentially. The sonifications were evaluated against each other and the baseline condition in a comparative mixed-design user study measuring the participants efficacy as accuracy, precision, time-to-completion and perceived workload for an assisted neurosurgical simulation task. Participants were found to be significantly slower when using the psychoacoustic sonification as compared to using no aid. Both the spatial and direct sonification showed non-significant tendencies to be slower than the baseline condition. Whilst no significant difference was found between the sonifications, the participants tended to have higher efficacy when using the spatial and direct sonifications, than with the psychoacoustic sonification. Hence these sonifications show the most promise as possible candidates for an auditory feedback system in an extended reality simulator for surgical navigation. However, further evaluation is needed to conclude the full effect of the direct and spatial sonifications on the students’ efficacy. / Utbildningen av kirurgisk navigation för minimalinvasiva neurokirurgiska operationer har historiskt begränsats av flera anledningar. För att kunna lära sig, så har läkarstudenter behövt fysiskt närvara i operationssalen för att observera en lärare genomföra olika operationer. Det har begränsat studenternas möjlighet att få viktig praktisk erfarenhet inom sitt fält. Som ett alternativ till traditionella metoder skulle ett simulationssystem baserat på extended reality (utökat verklighet) och som använder auditiv återkoppling i form av sonifikation kunna användas. Ett sådant system skulle kunna ge läkarstudenter möjligheten att träna praktiskt utanför operationssalen samtidigt som de kan få direkt återkoppling under operationens gång. För att genomföra en första utvärdering av sonifikations påverkan på inlärningen av neurokirurgi när simulationer baserad på extended reality används, så utvecklades en prototyp av en kirurgisk simulator med sex möjliga sonifikationer för uppgiften att positionera en kateter så att den är vinklad i en given riktning. Sonifikationerna byggde på parametrisk mappning baserad på spatiala, psykoakustiska eller direkta metoder. För vardera av de tre metoderna kunde komponent vinklarna antingen kommuniceras parallellt eller sekventiellt. Prototyperna utvärderades mot varandra och basfallet då ingen hjälp användes. Utvärderingen genomfördes som en användarstudie av mixed design (blandad design). Användarnas effektivitet mättes som noggrannhet, precision, använd tid och upplevd arbetsbörda. Deltagarna var signifikant långsammare än basfallet när den psykoakustiska sonifikationen användes. Både den spatiala och direkta sonifikation påvisade en likartad, men icke-signifikanta tendens att va långsammare än basfallet. Medans ingen signifikant skillnad upptäcktes mellan sonifikationerna, så tenderade deltagarna att va mer effektiva när de använde den spatiala och direkta sonifikationerna, i jämförelse med när de använde den psykoakustiska sonifikationen. Därmed verkar dessa två metoder för sonifikation vara de mest lovande kandidater för ett auditivt återkopplingssystem i en extended reality simulator för kirurgisk navigation. Dock behövs vidare utvärdering för att finna en slutsats om spatiala och direkta sonifikationers fulla påverkan på läkarstudenternas effektivitet.

Flexible and stretchable wearable biomedical devices provide a platform for continues long-term monitoring of biological signals during neutral body movements thus enabling early intervention and diagnostics of various diseases. This thesis evaluates novel flexible and stretchable bio interfacing medical devices based on microneedle patches and split ring resonator for healthcare diagnostics. Flexible and stretchable microneedle patches were realized by integrating a soft polymer substrate with sharp stainless steel microneedles. This was realized using a magnetic assembly technique. Investigations have shown that the flexible microneedle patch can provide conformal and reliable contact with wrinkles and deformations of the skin. In addition, transdermal monitoring of potassium ions using the proposed flexible microneedle patch have been demonstrated by coating the microneedles with a potassium sensing membrane. Ex-vivo test on the microneedle potassium sensor performed on chicken and porcine skin was able to detect change in potassium concentration in the skin. Furthermore, a novel flexible bio-interface spilt ring resonator (SRR) for the monitoring of intera cranial pressure (ICP) is demonstrated. The sensor was fabricated by depositing a 500 nm gold film on a thermoset thiolene epoxy polymer substrate. The flexible sensor was able to clearly detect the pressure variation that might be an indication of increased ICP in the skull. The proposed methodology of heterogeneous integration of hard materials on a soft and flexible substrate demonstrates a first proof of concept of flexible wearable bio-interfacing devices with vastly different material properties with the potential for continuous and real-time health monitoring. / <p>QC 20190306</p>