Untersuchung der Ursachen von Schädigungen des Auges bei Anwendung eines Ultraschallphakoemulsifikators
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Phakoemulsifikation, also die Entfernung der krankhaft veränderten Linse des Auges mit Hilfe von Ultraschall ist seit mehr als zwei Jahrzehnten die Standardtherapie bei der Operation des Grauen Stars mit einer Komplikationsrate unter 5 %. Trotz dieser als sehr sicher geltenden Behandlung können dauerhafte Schädigungen nicht ausgeschlossen werden. Da die Trübung der Augenlinse eine mit zunehmendem Alter häufig auftretende Seheinschränkung ist, wird die Operation sehr häufig durchgeführt und mögliche Schädigungen sind von hoher Relevanz in der Patientenversorgung. Die Ursachen für mögliche Schädigungen insbesondere des Endothels sind bisher noch nicht ausreichend untersucht worden und im Projekt wurde vor allem der Frage nachgegangen, ob eine Temperaturerhöhung im Auge ein besonderes Risiko darstellt. Dabei wurde zunächst ein grundlegendes physikalisches Modell für die Ursachen der Temperaturerhöhung während einer Phakoemulsifikation erarbeitet. Es konnte gezeigt werden, dass die innere Reibung in unmittelbarer Nähe zum gesamten Schaft der Klinge den dominierenden Erwärmungsprozess darstellt. Es konnte theoretisch die eingebrachte Heizenergie pro Zeiteinheit berechnet und in einem kalorischen Experiment verifiziert werden. Die ermittelten Heizleistungen wurden dann als Quellen in einem Modell auf Basis finiter Elemente verwendet. Dazu wurde ein Auge mit eingeführter Phako-Klinge konstruiert und mit Hilfe kommerzieller Software implementiert. Dabei wurden alle Wärmeausbreitungsvorgänge wie Verdunstungskühle, Wärmestrahlung, Wärmeleitung und Konvektion einbezogen. Die ermittelten Temperaturerhöhungen stimmen sehr gut mit in Schweinaugen gemessenen Werten überein. Mit Hilfe des Modells ist man nun in der Lage, die Temperaturerhöhungen im Auge infolge verschiedener Anwendungsszenarien, Geräteparameter oder sogar unterschiedlicher Geräte ohne aufwendige Experimente zu ermitteln. In einem weiteren Schritt wurden in 80 Schweineaugen an drei verschiedenen Positionen die Temperaturerhöhungen mit eigens dafür konstruierten Sensoren gemessen. Dabei wurden verschiedene Betriebsmoden, Vergleichsgruppen und ein Heizstab untersucht. Nach der Messung wurden alle Hornhäute präpariert und der Endothelschaden mit Hilfe von Rasterelektronenmikroskopbildern in Form einer Blindstudie nach einem Punktesystem bewertet. Damit konnten Temperaturerhöhung und Endothelschaden unabhängig untersucht werden. Aus diesen Experimenten lassen sich zahlreiche Schlussfolgerungen ziehen, die für die Operationspraxis von hoher Relevanz sind. Insbesondere hat sich herausgestellt, dass die Erhöhung der Temperatur im Auge keine signifikante Erhöhung des Endothelschadens nach sich zog. Deshalb muss das Risikopotenzial der Temperaturerhöhung als gering eingeschätzt werden. In den Modellen zeigte sich, dass die Wärme extrem lokal um die Klinge herum entsteht. Deshalb ist immer dann Vorsicht geboten, wenn Strukturen sehr nah an die Klinge herankommen, wie es z. B. an der Einstichstelle geschieht. Weiterhin hat sich gezeigt, dass der Impulsbetrieb zwar - nicht signifikant - geringere Temperaturerhöhungen als der Dauerbetrieb lieferte, jedoch keine geringere Schädigung aufwies. Eine deutliche Erhöhung der Schädigung des Endothels ging mit einer starken Erhöhung der Ultraschallamplitude einher, was auf mechanische Ursachen hinweist. Hierzu müssen aber weitere Untersuchungen vorgenommen werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Local dependence of the temperature rise during phacoemulsification and comparison of different system settings, IEEE International Ultrasonics Symposium 2012, 2012
Buschschlüter, S.; von Eicken, J.; Höh, H.; Koch, C.
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Mögliche thermische Endothelschädigungen während der Phakoemulsifikation , Fortschritte der Akustik - DAGA 2012, 2012, 445-446
Buschschlüter, S.; von Eicken, J.; Werschnik, C.; Schlüter, R.; Koch, C.; Höh, H.; Wilhelm, F.
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DFG-Projekt: Untersuchung der Ursachen von Schädigungen des Auges bei Anwendung eines Ultraschallphakoemulsifikators, 51. Neubrandenburger Augenärztliche Fortbildung (51. NAF). Neubrandenburg, 2013
Koch, C. et al.
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Prüfung auf Korrelation zwischen dem Temperaturanstieg während der Phakoemulsifikation und Schäden am Hornhautendothel, 26. Internationaler Kongress der Deutschen Ophthalmochirurgen, 2013
Buschschlüter, S.; von Eicken, J.; Wilhelm, U.; Wilhelm, F.; Werschnik, C.; Schlüter, R.; Koch, C.; Höh, H.
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Using the finite element method to determine the temperature increase during phacoemulsification, 31. Congress of the ESCRS, 2013
Buschschlüter, S.; Koch, C.; von Eicken, J.; Höh, H.
