DE102020115346A1 - Kontrollierte Injektion zwischen zwei Gewebeschichten des menschlichen Auges - Google Patents

Abstract

Es wird eine Steuervorrichtung (10) zum Steuern und/oder Regeln einer Injektionsflussrate (Q) beim Injizieren eines Fluids an einer Injektionsstelle (5) zwischen zwei Gewebeschichten des menschlichen Auges mit einer mit der Zeit ansteigenden Injektionsflussrate beschrieben, welche eine Steuer- oder Regeleinheit beinhaltet, die zum derartigen Steuern der Injektionsflussrate ausgelegt ist, dass die Injektionsflussrate während der Injektion für mindestens 30 % der Injektionszeit oder während der Injektion von mindestens 30 % des Injektionsvolumens ansteigt.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zum Steuern und/oder Regeln einer Injektionsflussrate beim Injizieren eines Fluids, also einer Flüssigkeit oder eines Gases, an einer Injektionsstelle zwischen zwei Gewebeschichten des menschlichen Auges, zum Beispiel zwischen der neuronalen Schicht der Retina und dem Retina-Pigment-Epithel. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Injizieren eines Fluids an einer Injektionsstelle zwischen zwei Gewebeschichten des menschlichen Auges, zum Beispiel zwischen der neuronalen Schicht der Retina und dem Retina-Pigment-Epithel, ein Computerprogramm, ein nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium, eine Anordnung zur Durchführung ophthalmologischer Operationen und ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung der Injektionsflussrate beim Injizieren eines Fluids an einer Injektionsstelle zwischen zwei Gewebeschichten des menschlichen Auges, zum Beispiel zwischen der neuronalen Schicht der Retina und dem Retina-Pigment-Epithel.
• Bei einer subretinalen Injektion wird über eine Kanüle Flüssigkeit zwischen die neuronale Schicht der Retina (NR) und das Retina-Pigment-Epithel (RPE) eingeführt. Dabei wird ausgenutzt, dass die Interaktion zwischen der neuronalen Schicht der Retina und dem Retina-Pigment-Epithel auf relativ schwachen molekularen Bindungen beruht, die bereits bei geringen Druckunterschieden zwischen subretinalem Raum und dem Augeninnendruck zu einer Ablösung der neuronalen Schicht der Retina führt. Dabei kommt es zur Bildung einer mit Flüssigkeit gefüllten Blase, einem sogenannten Bleb (Englisch: Bleb), die sich über den gesamten Fundus erstrecken kann.
• Typische Anwendungen einer subretinalen Injektion sind das Auflösen von subretinalen Blutergüssen durch Injektion von Plasminogen-Aktivator und Luft, sowie gentherapeutische Eingriffe, bei denen virale Gen-Vektoren eingebracht werden, sowie die Stammzell-Therapie. Beispiele hierfür sind insbesondere in der Veröffentlichung von Wilhelms, George A., „A New Method of Subretinal Injection of Tissue Plasminogen Activator and Air in Patients With Submacular Hemorrhage“, Retina. 2017 August 37 (8), Seite 1607 bis 1611 beschrieben.
• Typische Volumina für subretinale Injektionen liegen zwischen 100 Mikroliter und 400 Mikroliter (100 µl - 400 µl). Bei bestimmten Krankheitsbildern, wie der altersbedingten Makuladegeneration (AMD), kann es allerdings auch vorkommen, dass die Injektionsmenge auf Volumina, die kleiner sind als 100 Mikroliter begrenzt wird. Dies ist zum Beispiel dann erforderlich, wenn „Inseln“ intakter Makula von degeneriertem Retina-Pigment-Epithel umgeben sind.
• Der meist benutzte Zugang zum subretinalen Spalt erfolgt transskleral durch die pars plana (Region auf der Sklera, die sich um den Ziliarkörper erstreckt), wobei der Glaskörper (Vitreous) und die Neuroretina mit einer geraden Kanüle durchstochen werden. Idealerweise trennen sich die neuronale Schicht der Retina und das Retina-Pigment-Epithel während der Injektion in einem gleichmäßig verlaufenden Prozess. Dabei ist es wichtig, dass die wertvolle Injektionsflüssigkeit möglichst vollständig in den sogenannten Bleb überführt wird und dort auch verbleibt, nachdem die Nadel der Kanüle entfernt wurde. Die Vermessung von Blebs mittels optischer Kohärenztopographie (OCT) hat allerdings gezeigt, dass es zu erheblichen Volumenverlusten kommen kann. Das bedeutet, dass die Volumina der Blebs kleiner sind als das applizierte Volumen an Flüssigkeit, zum Beispiel einem Puffer mit dem viralen Gen-Vektor. Dies gilt es zu vermeiden, insbesondere angesichts der erheblichen Kosten der zu injizierenden Flüssigkeiten.
• In dem Dokument US 5 091 037 A wird ein pneumatisch betriebener Injektor für ophthalmologische Therapien im Zusammenhang mit Retinopexie, welche zur teilweisen Reparatur von teilweise abgelösten und/oder zerrissenen Retinas angewendet wird, beschrieben. In dem Dokument GB 2 543 654 A wird eine Injektionsvorrichtung für ophthalmologische Anwendungen beschrieben, wobei eine zunehmende Betätigung des vorgesehenen Ventilbetätigungsmechanismus die Flussrate der Injektion erhöht. Außerdem ist beschrieben, die Einstichstelle mittels eines Dichtelementes abzudichten.
• Vor dem beschriebenen Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine vorteilhafte Vorrichtung zum Bereitstellen einer Injektionsflussrate beim Injizieren einer Flüssigkeit an einer Injektionsstelle zwischen der neuronalen Schicht der Retina und dem Retina-Pigment-Epithel zur Verfügung zu stellen, durch welche die beschriebenen Volumenverluste der zu injizierenden Flüssigkeit verringert werden, insbesondere ohne dass ein Dichtelement am distalen Ende nötig ist. Gleichzeitig soll die Dauer der Injektion, also insbesondere der Zustand, bei dem die verwendete Kanüle oder Spritze die Neuroretina durchdringt, möglichst kurz ausfallen, also vorzugsweise reduziert werden. Weitere Aufgaben bestehen darin, eine ebenso vorteilhafte Vorrichtung zum Injizieren einer Flüssigkeit, ein Computerprogramm, ein nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium, eine Anordnung zur Durchführung ophthalmologischer Operationen und ein Verfahren zur Steuerung der Injektionsflussrate zur Verfügung zu stellen.
• Die genannten Aufgaben werden durch eine Steuervorrichtung zum Steuern und/oder Regeln einer Injektionsflussrate beim Injizieren eines Fluids, zum Beispiel einer Flüssigkeit oder einem Gas, an einer Injektionsstelle zwischen zwei Gewebeschichten des menschlichen Auges gemäß Patentanspruch 1, eine Vorrichtung zum Injizieren eines Fluids an einer Injektionsstelle zwischen zwei Gewebeschichten des menschlichen Auges gemäß Patentanspruch 15, ein Computerprogramm gemäß Patentanspruch 16, ein nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium gemäß Patentanspruch 17, eine Anordnung zur Durchführung ophthalmologischer Operationen gemäß Patentanspruch 18 und ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung der Injektionsflussrate beim Injizieren einer Flüssigkeit an einer Injektionsstelle zwischen zwei Gewebeschichten des menschlichen Auges gemäß Patentanspruch 19 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
• Im Rahmen von Versuchen an Schweineaugen im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, dass ein hoher Volumenverlust mit hohen Flussraten korreliert. Diese Erkenntnis ist zugleich Bestandteil der Erfindung. Dabei wurde in den untersuchten Beispielen festgestellt, dass Flussraten im Bereich von weniger als 10 Mikroliter pro Sekunde (< 10 µl/s) zu Volumenverlusten von mehr als 50 % führen. Mit der niedrigsten Injektionsflussrate von ungefähr 0,1 Mikroliter pro Sekunde (0,1 µl/s) beträgt der Volumenverlust hingegen weniger als 10 %. OCT-Aufnahmen von Injektionen mit hohen Flussraten und einem Kontrastmittel im Puffer deuten drauf hin, dass der Volumenverlust vor allem in der Anfangsphase auftritt, also bei eingestochener Nadel noch bevor sich ein deutlich erkennbarer Bleb ausgebildet hat. Insofern kann von einer Leckage ausgegangen werden, d.h. injizierte Lösung entweicht seitlich an der Kanüle durch die Retinotomie, statt in den subretinalen Spalt aufgenommen zu werden.
• Weiterhin wurde bei den Versuchen festgestellt, dass der Volumenverlust bei niedrigen Flussraten geringer ausfällt als bei hohen Flussraten. Ein geringer Zufluss, also eine geringe Injektionsflussrate, hat allerdings auch sehr lange Injektionsdauern zur Folge. Beispielsweise wird zum Injizieren von 100 Mikroliter (100 µl) eine Flüssigkeit mit einer Injektionsflussrate von 0,1 Mikroliter pro Sekunde (0,1 µl/s) in den subretinalen Spalt eine Zeitdauer von ca. 17 Minuten benötigt. Für manuell durchgeführte Injektionen ist eine derart lange Zeit unerwünscht, da die Kanüle durch den Chirurgen nicht dauerhaft ruhig gehalten werden kann. Selbst bei Verwendung eines robotischen Manipulators wäre die aus der geringen Injektionsflussrate resultierende Verlängerung der Operation für den Patienten nachteilig.
• Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, dass die Tatsache, dass bei hohen Flussraten Volumen verloren geht, wahrscheinlich darauf zurückzuführen ist, dass die Rate, mit der die Gewebeschichten sich voneinander trennen lassen, inhärent limitiert ist. Das bedeutet, dass der Widerstand der Gewebe gegen eine Trennung ab einer kritischen Trennrate stark ansteigt. Dadurch kann der Zufluss von Flüssigkeit pro Zeiteinheit nicht mehr durch eine entsprechende Radius-Zunahme und somit eine VolumenZunahme des Blebs kompensiert werden. Folglich entsteht ein Überdruck im Bleb, der durch Leckströme im Bereich der Einstichstelle kompensiert wird. Tatsächlich konnte bei Injektionen mit hohen Flussraten und hohem Volumenverlust ein sprunghafter Anstieg des Drucks im Bleb registriert werden.
• Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung zum Steuern und/oder Regeln einer Injektionsflussrate beim Injizieren eines Fluids, zum Beispiel einer Flüssigkeit oder einem Gas, an einer Injektionsstelle zwischen zwei Gewebeschichten des menschlichen Auges, zum Beispiel zwischen der neuronalen Schicht der Retina und dem Retina-Pigment-Epithel, mit einer mit der Zeit ansteigenden Injektionsflussrate beinhaltet eine Steuer- oder Regeleinheit. Die Steuer- oder Regeleinheit ist zum derartigen Steuern oder Regeln der Injektionsflussrate ausgelegt, dass die Injektionsflussrate während der Injektion für mindestens 30 Prozent (30 %) der Injektionszeit ansteigt, insbesondere mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 65 % der Injektionszeit, oder während der Injektion von mindestens 30 Prozent (30 %) des Injektionsvolumens ansteigt, insbesondere mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 65 %, des Injektionsvolumens. Dabei kann die Injektionsflussrate kontinuierlich und insbesondere streng monoton ansteigen, sie kann aber auch stufenweise ansteigen, d.h. die Injektionsflussrate steigt während der Injektion für mindestens 30 Prozent (30 %) der Injektionszeit, insbesondere mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 65 % der Injektionszeit, oder während der Injektion von mindestens 30 Prozent (30 %) des Injektionsvolumens, insbesondere mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 65 %, des Injektionsvolumens in mehreren Stufen an, wobei es vorteilhaft ist, wenn durch eine Vielzahl von Stufen mit jeweils einer kleinen Erhöhung eine kontinuierlich steigende Injektionsflussrate angenähert wird. Die Injektion erfolgt vorzugsweise so, dass sich zwischen den Gewebeschichten, z.B. der neuronalen Schicht der Retina und dem Retina-Pigment-Epithel, eine mit dem Fluid gefüllte Blase, also ein sogenannter Bleb, bildet. Unter Injektionszeit wird die Zeit verstanden, während der die verwendete Injektionsnadel das Gewebe durchdringt und Fluid mittels der Nadel abgegeben wird.
• Vorteilhafterweise übersteigt dabei eine initiale Injektionsflussrate einen Wert von 5 Mikrolitern pro Sekunde (5 µl/s) nicht. Vorzugsweise beträgt die initiale Injektionsflussrate maximal 1 µl/s, insbesondere maximal 0,1 µl/s, weiter insbesondere maximal 0,05 µl/s. Die initiale Injektionsflussrate kann zum Beispiel über eine festgelegte Injektionszeit, beispielsweise 10 Sekunden (10s), insbesondere 5s, vorzugsweise 2s, oder bis zum Empfangen eines Eingabesignals konstant bleiben. Dabei kann das Eingabesignal automatisiert erzeugt werden, zum Beispiel mittels eines optischen Kohärenztopographen (OCT) oder im Rahmen einer Bildanalyse, zum Beispiel wenn ein Bleb erkannt wird. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Eingabesignal manuell erzeugt werden, zum Beispiel von einem Nutzer ausgelöst werden. Ein typischer unterer Wert für die initiale Injektionsflussrate läge im Bereich von 0,001 µl/s bis 0,01 µl/s und könnte beispielsweise 0,001 µl/s, 0,005 µl/s oder 0,01 µl/s betragen.
• In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung übersteigt eine maximale während der Injektion erreichte Injektionsflussrate einen Wert von 100 Mikroliter pro Sekunde (µl/s) nicht. Insbesondere kann die maximale während der Injektion erreichte Injektionsflussrate im Bereich zwischen 5 µl/s und 100 µl/s insbesondere zwischen 15 µl/s und 80 µl/s liegen, bspw. bei 25 µl/s, 50 µl/s oder 80 µl/s, wobei die maximale während der Injektion erreichte Injektionsflussrate in der Regel umso höher ist, je größer das eingespritzte Volumen ist. Typischerweise liegen die während der Injektion eingespritzten Volumina im Bereich zwischen 100 µl und 500 µl, wobei bei einem während der Injektion eingespritzten Volumen von 500 µl eher maximale Injektionsflussraten im Bereich von 70 µl/s bis 100 µl/s erreicht werden und bei einem während der Injektion eingespritzten Volumen von 100 µl eher maximale Injektionsflussraten im Bereich von 5 µl/s bis 25 µl/s. Bei einer maximalen während der Injektion erreichten Injektionsflussrate von 5 µl/s weist die initiale Injektionsflussrate selbstverständlich einen Wert von weniger als 5 µl/s, beispielsweise einen Wert von maximal 1 µl/s, insbesondere maximal 0,1 µl/s, weiter insbesondere maximal 0,05 µl/s.
• In einer weiteren Variante kann eine initiale Injektion mit einem festgelegten oberen Grenzwert für die initiale Injektionsflussrate und anschließend eine Injektion mit einer über den festgelegten oberen Grenzwert ansteigenden Injektionsflussrate erfolgen. Vorzugsweise beträgt der obere Grenzwert maximal 5 Mikroliter pro Sekunde, insbesondere maximal 1 Mikroliter pro Sekunde, vorteilhafterweise maximal 0,25 Mikroliter pro Sekunde oder kleiner. Die Steuer- oder Regeleinheit kann zum mechanischen oder elektronischen Steuern und/oder Regeln der Injektionsflussrate ausgelegt sein.
• Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung hat den Vorteil, dass mit ihr subretinale Injektionen ermöglicht werden, bei welchen einerseits der Volumenverlust des injizierten Fluids reduziert, vorzugsweise minimiert, werden kann und gleichzeitig die Injektionszeit optimiert werden kann, also insbesondere minimiert werden kann im Hinblick auf einen möglichst geringen Volumenfluss des zu injizierenden Fluids.
• Die Steuer- oder Regeleinheit kann zum derartigen Steuern oder Regeln der ansteigenden Injektionsflussrate ausgelegt sein, dass eine Injektion mit einer mit einer konstanten oder variablen Steigung der Injektionsflussrate zwischen 2 und 100 erfolgt. Der Anstieg der Injektionsflussrate kann linear oder nichtlinear, bspw. Quadratisch oder kubisch oder polynomiel, erfolgen. Die initiale Injektionsflussrate kann eine konstante Injektionsflussrate sein.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zwei Betriebsmodi aufweisen. Ein erster Betriebsmodus ist dann dazu ausgebildet eine niedrige Injektionsflussrate unterhalb des festgelegten oberen Grenzwertes bereitzustellen, zum Beispiel eine konstante Injektionsflussrate. Ein zweiter Betriebsmodus ist dazu ausgebildet eine ansteigende Injektionsflussrate bereitzustellen, vorzugsweise eine ausgehend von der konstanten Injektionsflussrate ansteigende, zum Beispiel kontinuierlich ansteigende, Injektionsflussrate bereitzustellen. Die Reihenfolge des Betriebs der genannten Betriebsmodi ist variabel, vorzugsweise wird jedoch der zweite Betriebsmodus im Anschluss an den ersten Betriebsmodus in Betrieb genommen. Möglich und unter Umständen vorteilhaft ist aber auch ein Wechsel, insbesondere ein vorübergehender Wechsel, von dem zweiten in den ersten Betriebsmodus.
• In einer Variante ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, die ansteigende Injektionsflussrate gemäß einer vorgegebenen Kurve, zum Beispiel einer Kennlinie der Injektionsflussrate in Abhängigkeit von mindestens einem Parameter, wie etwa der Zeit, dem Injektionsdruck oder dem Radius eines sich bei der Injektion bildenden Blebs, zu steuern.
• In einer weiteren Variante ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, anhand des aktuellen Wertes mindestens eines Parameters, welcher die aktuelle Gewebetrennrate kennzeichnet, und anhand einer vorgegebenen Gewebetrennrate eine aktuelle Injektionsflussrate zu ermitteln und bereitzustellen. Die vorgegebene Gewebetrennrate kann ein Grenzwert einer Gewebetrennrate, beispielsweise eine kritische Gewebetrennrate, sein, bei welchem bzw. bei welcher maximal ein festgelegter Volumenverlust des injizierten Fluids auftritt. Die kritische Gewebetrennrate wird durch die Adhäsionskräfte zwischen den zwei Gewebeschichten bestimmt und ist experimentell oder durch Modellrechnungen bestimmbar. Vorzugsweise kann die vorgegebene Gewebetrennrate eine Gewebetrennrate sein, bei welcher ein minimaler Volumenverlust des injizierten Fluids auftritt. Die vorgegebene Gewebetrennrate kann vorab bestimmt und/oder festgelegt werden. Vorzugsweise liegt die vorgegebene Gewebetrennrate zwischen 0,01 und 1 mm/s, insbesondere zwischen 0,01 und 0,3 mm/s. In einer vorteilhaften Variante ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet, eine aktuelle Injektionsflussrate zu ermitteln und bereitzustellen, bei welcher die vorgegebene Gewebetrennrate nicht überschritten wird. Durch das Nichtüberschreiten einer vorgegebenen Gewebetrennrate, welche die kritische Gewebetrennrate nicht überschreitet, kann sichergestellt werden, dass ein bestimmter Druck in dem sich bildenden Bleb während der Injektion nicht überschritten wird und hierdurch potenziell verursachte Leckströme vermieden werden können. Damit werden auch erhebliche Kosten für das in der Regel sehr teure Injektionsfluid reduziert.
• In einer weiteren vorteilhaften Variante umfasst die Steuervorrichtung eine Einrichtung zum Erfassen und/oder Anzeigen des aktuellen Wertes des mindestens einen Parameters des Blebs oder des Injektionsparameters oder des die aktuelle Gewebetrennrate kennzeichnenden Parameters. Dabei kann die Einrichtung zum Erfassen des aktuellen Wertes des mindestens einen Parameters dazu ausgelegt sein, als Parameter eine Eigenschaft des bei der Injektion sich ausbildenden Blebs und/oder einen Injektionsparameter zu erfassen. Bei der Eigenschaft des Blebs kann es sich insbesondere um einen die Geometrie des Blebs kennzeichnenden Parameter, zum Beispiel das Volumen und/oder den Radius und/oder die Höhe, handeln. Es kann sich aber auch um den Druck im Bleb handeln. Als Injektionsparameter kann zum Beispiel die Injektionsflussrate oder der Injektionsdruck erfasst werden, also die Einrichtung zum Erfassen des aktuellen Wertes zum Erfassen dieser ausgelegt sein.
• In einer beispielhaften Variante kann die Einrichtung zum Erfassen des aktuellen Wertes des mindestens einen Parameters dazu ausgelegt sein, ein Bild und/oder die Geometrie und/oder das Volumen des Blebs anzuzeigen und/oder einen Wert für den Radius und/oder die Höhe des Blebs oder den Druck im Bleb oder den Injektionsdruck oder die Injektionsflussrate anzuzeigen oder elektronisch bereit zu stellen. Die Einrichtung zum Erfassen des aktuellen Wertes des mindestens einen Parameters kann beispielsweise eine Vorrichtung zum Generieren eines Bildes der Injektionsstelle umfassen.
• Bei der Vorrichtung zum Generieren eines Bildes der Injektionsstelle kann es sich um ein Mikroskop, zum Beispiel ein ophthalmologisches Mikroskop, und/oder einen optischen Kohärenztopographen (OCT), zum Beispiel einen intraoperativen optischen Kohärenztopographen, handeln. Die Vorrichtung zum Generieren eines Bildes der Injektionsstelle kann weiterhin dazu ausgelegt sein, Informationen über die Eigenschaften des bei der Injektion entstehenden oder sich bildenden Blebs bereit zu stellen. Bei den bereitzustellenden Informationen kann es sich um Werte für die bereits genannten Parameter, also beispielsweise die Geometrie, das Volumen oder den Radius, handeln. Es kann sich aber auch um die aktuelle Gewebetrennrate handeln Diese Werte können beispielsweise mittels Algorithmen zur digitalen Bildanalyse ermittelt werden.
• Zusätzlich oder alternativ zu den genannten Varianten kann die Einrichtung zum Erfassen eines aktuellen Wertes des mindestens einen Parameters einen Drucksensor zur Bestimmung des Injektionsdrucks, also des Drucks des injizierten Fluids, umfassen. Vorteilhafterweise ist der Drucksensor an einer zur Injektion verwendeten Kanüle oder möglichst nahe an einer solchen Kanüle angeordnet.
• Das Vorhandensein einer Einrichtung zum Erfassen eines aktuellen Wertes des mindestens einen Parameters also insbesondere einer Vorrichtung zum Generieren eines Bildes der Injektionsstelle und/oder eines Drucksensors, hat den Vorteil, dass auf diese Weise festgestellt werden kann, an welches Stelle einer vorgegebenen Kurve der ansteigenden Injektionsflussrate in Abhängigkeit von mindestens einem Parameter man sich aktuelle befindet. Auf diese Weise kann besonders effektiv sichergestellt werden, dass der durch die ansteigende Injektionsflussrate verursachte Volumenstrom die maximale Rate, mit der sich das Volumen des Blebs ändern kann, nicht übersteigt.
• Die Steuereinrichtung kann zum manuellen oder automatisierten Steuern und/oder Regeln der Injektionsflussrate ausgelegt sein. Die Steuervorrichtung kann insbesondere dazu ausgelegt sein, die ansteigende Injektionsflussrate so zu steuern oder zu regeln, dass die vorgegebene Gewebetrennrate dr/dt nicht überschritten wird und/oder dass die Gewebetrennrate dr/dt konstant gehalten wird und/oder dass der Injektionsdruck konstant gehalten wird. Die maximale Rate, mit der sich das Volumen des Blebs ändern kann, resultiert aus der kritischen Gewebetrennrate. Bei Vorgabe einer Gewebetrennrate, welche die kritische Gewebetrennrate nicht überschreitet, kann daher sichergestellt werden, dass die Rate, mit der sich das Volumen des Blebs ändern kann, mit dem durch die ansteigende Injektionsflussrate eingebrachten Fluidvolumen mithalten kann.
• In einer besonders vorteilhaften Variante ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, die ansteigende Injektionsflussrate so zu steuern und/oder zu regeln, dass das Fluid mit einer Injektionsflussrate Q = dV/dt, wobei Q die Injektionsflussrate, V das Volumen des Blebs und t die Zeit bezeichnen, injiziert wird, welche proportional zu einer Potenz n des Radius r des Blebs erhöht wird (Q ~ rⁿ), wobei die Potenz n vorzugsweise größer als 1 ist und maximal 2 beträgt (1 < n ≤ 2), und der Proportionalitätsfaktor auf der vorgegebenen Gewebetrennrate dr/dt beruht. Die Potenz beträgt vorzugsweise 2. Die zuvor beschriebene Steuerung oder Regelung kann insbesondere auch im Rahmen des zuvor erwähnten zweiten Betriebsmodus in Verbindung mit einem erfassten aktuellen Wert eines Parameters, welcher den aktuellen Radius r eines sich bei der Injektion bildenden Blebs kennzeichnet, erfolgen.
• Eine zuvor beschriebene Steuerung oder Regelung der ansteigenden Injektionsflussrate hat den Vorteil, dass die ansteigende Injektionsflussrate während der Injektion in Abhängigkeit von dem Radius des Blebs so erhöht wird, dass ein möglichst geringer Volumenverlust beim eingebrachten Fluid auftritt und die Injektionszeit dabei so kurz wie möglich gehalten werden kann. Dabei kann die Steuervorrichtung dazu ausgelegt sein, beispielsweise im Rahmen des zweiten Betriebsmodus, in Verbindung mit einem aktuellen Wert eines Parameters, welcher den aktuellen Radius des Blebs und/oder das aktuelle Volumen des Blebs kennzeichnet, die ansteigende Injektionsflussrate in Abhängigkeit von dem Radius r und/oder dem Volumen V des Blebs so zu steuern und/oder zu regeln, dass eine sich aus einer Kurve für die ansteigende Injektionsflussrate in Abhängigkeit von dem Radius r des Blebs und/oder dem Volumen des Blebs bei der vorgegebenen Gewebetrennrate ergebene Injektionsflussrate für den jeweiligen Radius und/oder das jeweilige Volumen nicht überschritten wird.
• In einer weiteren Variante ist die Steuervorrichtung dazu ausgelegt, die ansteigende Injektionsflussrate in Abhängigkeit von der Zeit so zu steuern und/oder zu regeln, dass für jeden Zeitpunkt ab dem Beginn der Injektion eine sich aus einer festgelegten Kurve ergebende Injektionsflussrate eingestellt und/oder nicht überschritten wird. Die Steuereinrichtung kann also vorzugsweise dazu ausgelegt sein, die ansteigende Injektionsflussrate möglichst dicht an einer der genannten Kurven entlang zu steuern und/oder zu regeln, insbesondere während der Injektion in Abhängigkeit von der Zeit und/oder dem Radius zu erhöhen. Auf diese Weise kann die Injektionsdauer und gleichzeitig der Volumenverlust minimiert werden.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Injizieren eines Fluids an einer Injektionsstelle zwischen zwei Gewebeschichten des menschlichen Auges, z.B. zwischen der neuronalen Schicht der Retina und dem Retina-Pigment-Epithel, wobei sich die erste Schicht mit einer Gewebetrennrate von der zweiten Schicht trennt und sich ein Bleb, also eine mit dem Fluid gefüllte Blase, bildet umfasst eine Mikroinjektionsspritze und eine Betätigungseinrichtung zum Betätigen der Mikroinjektionsspritze. Die verwendete Mikroinjektionsspritze kann einen Durchmesser zwischen 0,05 und 0,75 mm, insbesondere 0,07 bis 0,09 mm, zum Beispiel 0,0711 mm (41 G) aufweisen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Injizieren eines Fluids zeichnet sich dadurch aus, dass eine zuvor beschriebene erfindungsgemäße Steuervorrichtung zum Steuern und/oder Regeln der Injektionsflussrate vorhanden ist, welche mit der Betätigungseinrichtung verbunden ist. Die Betätigungseinrichtung kann auch die erfindungsgemäße Steuereinrichtung umfassen.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Injizieren eines Fluids an einer Injektionsstelle zwischen zwei Gewebeschichten des menschlichen Auges hat die oben bereits genannten Vorteile. Sie ermöglicht insbesondere eine Injektion mit einem geringen Volumenverlust und innerhalb einer in Bezug auf den angestrebten, maximal geringfügigen Volumenverlust optimierten Zeitspanne. Die Injektion kann mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung also möglichst kurz und effizient durchgeführt werden.
• Die Betätigungseinrichtung kann ein Fußpedal umfassen. Die Betätigungseinrichtung kann dazu ausgelegt sein, pneumatische Drücke zwischen 10 und 20 mm HG, also zwischen 0,013 und 2,67 bar, bereitzustellen. Durch eine entsprechende Variierbarkeit des Injektionsdrucks lässt sich die ansteigende Injektionsflussrate flexibel steuern.
• Das erfindungsgemäße Computerprogramm zum Steuern und/oder Regeln einer Injektionsflussrate beim Injizieren eines Fluids an einer Injektionsstelle zwischen zwei Gewebeschichten des menschlichen Auges mit einer ansteigenden Injektionsflussrate umfasst Instruktionen, die, wenn sie auf einem Computer ausgeführt werden, diesen dazu veranlassen, die Injektionsflussrate derart zu steuern, dass die Injektionsflussrate während einer Injektion für mindestens 30 %, insbesondere mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 65 %, der Injektionszeit oder während der Injektion von mindestens 30 %, insbesondere mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 65 %, des Injektionsvolumens ansteigt. Insbesondere können die Instruktionen, wenn sie auf einem Computer ausgeführt werden, diesen dazu veranlassen, die Injektionsflussrate derart zu steuern, dass eine initiale Injektion mit einem festgelegten oberen Grenzwert für die initiale Injektionsflussrate und anschließend eine Injektion mit einer über den festgelegten oberen Grenzwert ansteigenden Injektionsflussrate erfolgt.
• Das erfindungsgemäße nichtflüchtige computerlesbare Speichermedium umfasst darauf gespeicherte Instruktionen zum Steuern und/oder Regeln einer Injektionsflussrate beim Injizieren eines Fluids an einer Injektionsstelle zwischen zwei Gewebeschichten des menschlichen Auges mit einer ansteigenden Injektionsflussrate, die, wenn sie auf einem Computer ausgeführt werden, diesen dazu veranlassen, die Injektionsflussrate derart zu steuern, dass die Injektionsflussrate während einer Injektion für mindestens 30 %, insbesondere mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 65 %, der Injektionszeit oder während der Injektion von mindestens 30 %, insbesondere mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 65 %, des Injektionsvolumens ansteigt. Insbesondere können die Instruktionen, wenn sie auf einem Computer ausgeführt werden, diesen dazu veranlassen, die Injektionsflussrate derart zu steuern, dass eine initiale Injektion mit einem festgelegten oberen Grenzwert für die initiale Injektionsflussrate und anschließend eine Injektion mit einer über den festgelegten oberen Grenzwert ansteigenden Injektionsflussrate erfolgt.
• Das erfindungsgemäße Computerprogramm und das erfindungsgemäße nichtflüchtige computerlesbare Speichermedium haben die oben bereits genannten Merkmale und Vorteile.
• Die erfindungsgemäße Anordnung zur Durchführung einer ophthalmologischen Operation umfasst eine Einrichtung zum Generieren eines Bildes der Injektionsstelle und eine oben bereits beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung zum Injizieren eines Fluids an einer Injektionsstelle zwischen zwei Gewebeschichten des menschlichen Auges. Dabei ist die Einrichtung zum Generieren eines Bildes der Injektionsstelle zur Signalübertragung mit der Steuervorrichtung verbunden oder wird von dieser umfasst. Bei der Einrichtung zum Generieren eines Bildes der Injektionsstelle kann es sich, wie oben bereits erwähnt, um ein Mikroskop, zum Beispiel ein ophthalmologisches Mikroskop, und/oder einen optischen Kohärenztomographen, zum Beispiel einen intraoperativen OCT, handeln.
• Die erfindungsgemäße Anordnung zur Durchführung ophthalmologischer Operationen hat die bereits genannten Vorteile. Sie ermöglicht insbesondere für einen Patienten besonders effiziente subretinale Injektionen, bei welchen das zu injizierende Fluid mit geringem Volumenverlust und möglichst geringer Injektionsdauer durchgeführt werden kann. Mittels der erfindungsgemäßen Anordnung zur Durchführung ophthalmologischer Operationen werden entsprechende Operationen kostengünstiger im Hinblick auf den Verbrauch des zu injizierenden Fluids, da Injektionsverluste reduziert werden. Die Operationsdauer wird gleichzeitig optimiert, so dass auch insofern eine Effizienzsteigerung ermöglicht wird.
• Wie die erfindungsgemäße Steuervorrichtung können die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Injizieren eines Fluids an einer Injektionsstelle oder die erfindungsgemäße Anordnung zur Durchführung einer ophthalmologischer Operation eine Anzeige umfassen. Die Anzeige kann dazu ausgelegt sein, einen Sollwert und einen vom Anwender verwendeten Istwert für die Injektionsflussrate anzuzeigen. Eine entsprechende Anzeige hat den Vorteil, dass auch eine manuelle Steuerung der ansteigenden Injektionsflussrate durch einen Anwender möglich ist. Insbesondere kann der Sollwert mittels einer vorgegebenen Kurve für die Injektionsflussrate in Abhängigkeit von der Geometrie des Blebs, zum Beispiel dem aktuellen Radius und/oder der aktuellen Höhe und/oder dem aktuellen Volumen des Blebs, oder in Abhängigkeit von der Injektionszeit bestimmt sein. Weiterhin kann die Anzeige einen angestrebten Injektionsdruck als Sollwert für den Injektionsdruck anzeigen. Auf diese Weise kann auch durch eine manuelle Steuerung während der Injektion ein konstanter Injektionsdruck realisiert werden.
• Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung der Injektionsflussrate Q beim Injizieren eines Fluids an einer Injektionsstelle zwischen zwei Gewebeschichten des menschlichen Auges mit einer ansteigenden Injektionsflussrate, zum Beispiel zwischen der neuronalen Schicht der Retina und dem Retina-Pigment-Epithel, zeichnet sich dadurch aus, dass mit einer Injektionsflussrate injiziert wird, die während der Injektion für mindestens 30 %, insbesondere mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 65 %, der Injektionszeit oder während der Injektion von mindestens 30 %, insbesondere mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 65 %, des Injektionsvolumens ansteigt.
• Das Verfahren kann sich insbesondere durch folgende Schritte auszeichnen: In einem ersten Schritt wird mit einer initialen Injektionsflussrate unterhalb eines festgelegten oberen Grenzwertes injiziert und in einem zweiten Schritt wird mit einer über den festgelegten oberen Grenzwert ansteigenden Injektionsflussrate injiziert. Das erfindungsgemäße Verfahren hat die bereits genannten Vorteile. Im Rahmen des ersten Schrittes kann mit einer konstanten oder einer leicht ansteigenden oder einer in einer beliebigen Form variierenden Injektionsflussrate injiziert werden. Entscheidend ist, dass im ersten Schritt der obere Grenzwert nicht überschritten wird.
• Der Anstieg der ansteigenden Injektionsflussrate kann durch die maximale Änderungsrate des Volumens eines es sich beim Injizieren bildenden Blebs begrenzt sein. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die ansteigenden Injektionsflussrate nicht die Rate, mit der sich das Volumen des Blebs zur Aufnahme des injizierten Fluids ändern kann, übersteigt. Die maximale Rate, mit der sich das Volumen des Blebs ändern kann, hängt dabei von der Gewebetrennrate ab.
• Die ansteigende Injektionsflussrate kann auf einer vorgegebenen Gewebetrennrate beruhen, die eine kritische Gewebetrennrate nicht überschreitet. Anhand der kritischen Gewebetrennrate kann die maximal möglich Änderung des Blebvolumens in Abhängigkeit vom Radius des Blebs, der Höhe des Blebs oder der Zeit zuverlässig prognostiziert werden. Bei Vorgabe einer Gewebetrennrate, welche die kritische Gewebetrennrate nicht überschreitet, kann sichergestellt werden, dass die Injektionsflussrate die Änderungsrate des Volumens des Blebs bei seinem aktuellen Volumen nicht übersteigt. Ein das aktuelle Volumen des Blebs repräsentierender Parameterwert kann wiederholt erfasst werden, beispielsweise der Radius oder die Höhe, die durchschnittlich 0,54*r entspricht, und der jeweilige Wert der ansteigenden Injektionsflussrate kann auf der Basis des jeweils erfassten Parameterwertes ermittelt werden.
• Die ansteigende Injektionsflussrate kann gemäß einer vorgegebenen Kurve der Injektionsflussrate in Abhängigkeit von mindestens einem Parameter gesteuert und/oder geregelt werden. Dabei wird bevorzugt eine sich aus einer vorgegebenen Kurve der Injektionsflussrate in Abhängigkeit von mindestens einem Parameter ergebende Injektionsflussrate nicht überschritten. Die Steuerung und/oder Regelung, insbesondere im zweiten Schritt, kann auch gemäß einer vorgegebenen Kennlinie erfolgen. Der Übergang vom ersten zum zweiten Schritt kann manuell oder automatisiert erfolgen.
• Das beschriebene erfindungsgemäße Verfahren kann mittels einer bereits beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Injizieren eines Fluids und/oder mittels einer bereits beschriebenen Anordnung zur Durchführung einer ophthalmologischen Operation durchgeführt werden. Das Verfahren hat die oben bereits genannten Merkmale und Vorteile. Insbesondere kann im ersten Schritt mit einer Injektionsflussrate von maximal 5 Mikroliter pro Sekunde, zum Beispiel maximal 1 Mikroliter pro Sekunde und vorzugsweise maximal 0,25 Mikroliter pro Sekunde oder weniger injiziert werden. Weiterhin kann im zweiten Schritt mit einer quadratisch ansteigenden Injektionsflussrate weiter injiziert werden.
• Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der aktuelle Radius des Blebs erfasst werden und die Injektionsrate im zweiten Schritt so gesteuert und/oder geregelt werden, dass das Fluid mit einer ansteigenden Injektionsflussrate injiziert wird, welche proportional zu einer Potenz n des Radius r des Blebs erhöht wird, wobei die Potenz n größer ist als 1 und maximal 2 beträgt. Der Proportionalitätsfaktor beruht dabei auf der vorgegebenen Gewebetrennrate dr/dt. Mit anderen Worten, kann die ansteigende Injektionsflussrate in Abhängigkeit von dem Radius des Blebs gemäß einem polinomiellen Anstieg gesteigert werden. Vorzugsweise kann die ansteigende Injektionsflussrate in Abhängigkeit von dem Radius und/oder dem Volumen des Blebs so gesteuert werden, dass die sich aus einer Kurve für die Injektionsflussrate in Abhängigkeit von dem Radius des Blebs und/oder dem Volumen des Blebs bei der vorgegebenen Gewebetrennrate ergebene Injektionsflussrate für den jeweiligen Radius und/oder das jeweilige Volumen nicht überschritten wird. Die ansteigende Injektionsflussrate kann auch in Abhängigkeit von der Zeit so gesteuert werden, dass für jeden Zeitpunkt ab dem Beginn der Injektion eine sich aus einer festgelegten Kurve ergebene Injektionsflussrate eingestellt und/oder nicht überschritten wird.
• Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wird, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
• Die Figuren sind nicht notwendigerweise detailgetreu und maßstabsgetreu und können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um einen besseren Überblick zu bieten. Daher sind hier offenbarte funktionale Einzelheiten nicht einschränkend zu verstehen, sondern lediglich als anschauliche Grundlage, die dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik Anleitung bietet, um die vorliegende Erfindung auf vielfältige Weise einzusetzen.
• Der hier verwendete Ausdruck „und/oder“, wenn er in einer Reihe von zwei oder mehreren Elementen benutzt wird, bedeutet, dass jedes der aufgeführten Elemente alleine verwendet werden kann, oder es kann jede Kombination von zwei oder mehr der aufgeführten Elementen verwendet werden. Wird beispielsweise eine Zusammensetzung beschrieben, dass sie die Komponenten A, B und/oder C, enthält, kann die Zusammensetzung A alleine; B alleine; C alleine; A und B in Kombination; A und C in Kombination; B und C in Kombination; oder A, B, und C in Kombination enthalten.
• 1 zeigt schematisch einen bei einer subretinalen Injektion entstehenden Bleb.
• 2 zeigt schematisch eine erste Variante einer Steuerung oder Regelung der Injektionsflussrate in Form eines Diagramms.
• 3 zeigt schematisch eine Kurve zur Steuerung oder Regelung der Injektionsflussrate in Abhängigkeit von dem Bleb-Radius.
• 4 zeigt schematisch eine Kurve zur Steuerung oder Regelung der Injektionsflussrate in Abhängigkeit von der Zeit.
• 5 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung.
• 6 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Injizieren eines Fluids.
• 7 zeigt schematisch ein erstes exemplarisches Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Computerprogramm.
• 8 zeigt schematisch ein zweites exemplarisches Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Computerprogramm.
• 9 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung zur Durchführung ophthalmologischer Operationen.
• 10 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Steuerung der Injektionsflussrate in Form eines Flussdiagramms.
• Die 1 zeigt schematisch einen bei einer subretinalen Injektion entstehenden Bleb. Bei einer subretinalen Injektion wird über eine Kanüle 4, welche Teil einer nicht gezeigten Mikroinjektionsspritze ist, Flüssigkeit an einer Injektionsstelle 5 zwischen der neuronalen Schicht der Retina 2 und dem Retina-Pigment-Epithel 3 injiziert. Anstelle einer Flüssigkeit kann auch ein anderes Fluid, wie zum Beispiel ein Gas injiziert werden. Dabei trennt sich die neuronale Schicht der Retina 2 mit einer Gewebetrennrate dr/dt von dem Retina-Pigment-Epithel 3. Bei der Injektion bildet sich eine mit Flüssigkeit gefüllte Blase 1, ein sogenannter Bleb, aus. Der Bleb 1 weist ein Volumen V, eine Höhe c und einen Radius r auf. Die Pfeile 6 kennzeichnen die Richtung der Radius-Vergrößerung während der Injektion. Der bei der Injektion typischerweise auftretende, aber unerwünschte Leckagefluss ist durch einen Pfeil mit der Bezugsziffer 7 gekennzeichnet. Diese Leckströmung 7 im Bereich der Injektionsstelle 5 wird mittels der vorliegenden Erfindung reduziert. Dazu kann die Injektionsflussrate während der Injektion, also die Injektionsrate in Abhängigkeit von dem Bleb-Radius r gesteuert und/oder geregelt werden, vorzugsweise so, dass zunächst mit einer geringen, konstanten Injektionsflussrate injiziert wird, zum Beispiel bis sich ein wahrnehmbarer Bleb ausbildet, und anschließend die Injektionsflussrate erhöht wird. Dabei wird bevorzugt eine vorgegebene Gewebetrennrate nicht überschritten.
• Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nachfolgend der Zusammengang zwischen der Gewebetrennrate und der Injektionsflussrate erläutert. In einem im Folgenden beispielhaft vorgestellten Modell entspricht die Rate der Trennung der Gewebe-Schichten einer Zunahme des lateralen Radius r des Bleb (siehe 1). Daraus wird vorliegend gefolgert, dass die Bildung des Blebs dann die geringste Zeit in Anspruch nimmt, wenn es gelingt, eine kritische Gewebetrennrate möglichst über den gesamten Injektionsvorgang aufrecht zu erhalten, aber nicht zu überschreiten, um Volumenverlust der Injektionsflüssigkeit zu vermeiden.
• Der der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende erfinderische Gedanke beruht darauf, dass eine niedrige initialen Injektionsflussrate bei anwachsendem Bleb-Radius stark gesteigert werden kann, wobei die Gewebetrennrate und damit der Innendruck des Blebs konstant gehalten werden kann. Dies kann mit folgendem Modell veranschaulicht werden. Das Volumen des Blebs lässt sich zum Beispiel näherungsweise als halbes Ellipsoid beschreiben, für dessen Volumen V gilt: $$V_{Halbellipsoid}=\frac{\frac{4\pi }{3}\ast a\ast b\ast c}{2}=\frac{4}{6}\pi \ast a\ast b\ast c$$

  
• Dabei sind die Radien a und b des Ellipsoids in x- und y-Richtung als gleichgroß angenommen worden (a=b=r, r-Radius). Die Höhe des Blebs c kann durchschnittlich mit dem 0,54-fachen des Radius r angegeben werden oder bestimmt werden. Der genannte Wert für c=0,54*r wurde aus OCT-Aufnahmen bestimmt. Damit ergibt sich für die Änderung des Volumens V über die Zeit t, also die Injektionflussrate Q: $$\frac{d{V}_{Halbellipsoid}}{dt}=Q=\mathrm{1,08}\pi \ast r^2\ast \frac{dr}{dt}$$

  
• Dabei entspricht dr/dt der Gewebetrennrate, also der Zunahme des Radius r mit der Zeit t.
• Gleichung 2 zeigt, dass die Rate, mit der sich das Volumen des Blebs ändern kann, proportional zum Quadrat seines Radius ist, wobei der Proportionalitätsfaktor bis auf einen konstanten Faktor durch die Gewebetrennrate dr/d gegeben ist. Wenn die ansteigende Injektionsflussrate derart gesteuert wird, dass die sich aus Gleichung 2 ergebende Volumenänderung - und damit das Aufnahmevermögen des Blebs - nicht überschritten wird, kann eine Leckage der Eingespritzten Flüssigkeit durch die Einstichstelle hindurch vermieden werden oder im Vergleich zum Stand der Technik zumindest stark verringert werden.
• Zum Ermitteln einer Steuerkurve, welche eine ansteigende Injektionsflussrate in Abhängigkeit vom Radius des Blebs angibt, bei der das Aufnahmevermögen des Blebs nicht überschritten wird, ist noch die kritische Gewebetrennrate erforderlich, die während der Injektion nicht überschritten werden sollte, um einen Leckfluss zu vermeiden. Die kritische Gewebetrennrate für die Trennung der Neuroretina von dem Retina-Pigment-Epithel kann durch Untersuchungen, beispielsweise unter Verwendung von OCT-Scans bestimmt werden.
• Die kritische Gewebetrennrate ist die Trennrate, bei der der geringste Volumenverlust auftritt. In Experimenten an Schweineaugen wurde eine kritische Trennrate von 0,26 Millimeter pro Sekunde (0,26 mm/s) ermittelt. Aus Gleichung 2 kann der Graph für die Steigung der ansteigenden Injektionsflussrate in Abhängigkeit von dem Bleb-Radius ermittelt werden, indem ansteigende Werte für den Radius r und die kritische GewebeTrennrate eingesetzt werden. Ein Beispiel für eine solche Kurve ist in der weiter unten beschriebenen 3 gezeigt. Die zeitliche Abhängigkeit der Injektionsflussrate für eine Injektion ohne Volumenverlust ist beispielhaft in der 4 dargestellt und wird weiter unten im Detail beschrieben.
• Die 2 zeigt schematisch eine erste Variante einer Steuerung oder Regelung der Injektionsflussrate in Form eines Diagramms. Auf der x-Achse ist ein Parameter P in einer willkürlichen Einheit [a.u.] und auf der y-Achse die vorgegebene, d.h. einzustellende Injektionsflussrate Q in einer willkürlichen Einheit [a.u.], zum Beispiel Mikroliter, aufgetragen. Bei dem Parameter P kann es sich zum Beispiel um den Radius r oder den Durchmesser des Blebs oder die Zeit handeln. In einem optionalen ersten Schritt oder einem optionalen ersten Betriebsmodus wird Flüssigkeit mit einer konstanten oder leicht ansteigenden initialen Injektionsrate eingespritzt, die während des gesamten ersten Schrittes bzw. während des gesamten ersten Betriebsmodus einen vorgegebenen oberen Grenzwert nicht überschreitet. Dieser obere Grenzwert ist in einer exemplarischen Ausführungsvariante 5 Mikroliter pro Sekunde. Er kann aber auch niedriger liegen, insbesondere bei 1 Mikroliter pro Sekunde oder 0,1 Mikroliter pro Sekunde oder 0,05 Mikroliter pro Sekunde. Dieser Schritt oder Betriebsmodus ist mit der Bezugsziffer 8 gekennzeichnet. Anschließend wird in einem zweiten Schritt, bei welchem es sich auch um den einzigen Schritt handeln kann, oder einem zweiten, gegebenenfalls auch einzigen, Betriebsmodus, welcher mit der Bezugsziffer 9 gekennzeichnet ist, die Injektionsflussrate gemäß der vorgegebenen Injektionsflussrate über den oberen Grenzwert hinaus erhöht. Der Anstieg kann linear mit einer Steigung im Bereich von 2 bis 100 oder in einer polynomiellen Abhängigkeit, vorzugsweise einer quadratischen Abhängigkeit wie in Gleichung 2, also gemäß einer Parabel, erfolgen.
• Der Übergang von dem ersten Schritt oder Betriebsmodus zu dem zweiten Schritt oder Betriebsmodus kann manuell, zum Beispiel wenn ein Bleb deutlich sichtbar ist, oder automatisiert, zum Beispiel nach einer festgelegten Zeit oder bei Erreichen eines festgelegten Radius des Blebs oder gemäß einer Kennlinie, erfolgen.
• Eine Kurve zur Steuerung oder Regelung der ansteigenden Injektionsflussrate in Abhängigkeit von dem Bleb-Radius r, beispielsweise im Rahmen des zweiten Schrittes oder Betriebsmodus, ist beispielhaft für eine angestrebte Gewebetrennrate von 0,26 mm/s gemäß Gleichung 2 in der 3 schematisch gezeigt. Auf der x-Achse ist der Bleb-Radius r in Millimetern (mm) angegeben und auf der y-Achse ist die vorgegebene Injektionsflussrate V/t in Mikrolitern pro Sekunde (µl/s) angegeben. Dabei steigt die vorgegebene Injektionsflussrate gemäß der in der 3 gezeigten Kurve proportional zum Quadrat des Radius r des Blebs an. In den zum Quadrat des Radius r gehörenden Proportionalitätsfaktor geht auf der Gewebetrennrate (dr/dt) ein, wie aus Gleichung 2 ersichtlich ist. Die Bleb-Radien, bei denen 100 µl bzw. 300 µl injiziert worden sind, sind durch Pfeile gekennzeichnet.
• Die zeitliche Abhängigkeit der vorgegebenen ansteigenden Injektionsflussrate Q=V/t für eine entsprechende Injektion ist in der 4 schematisch gezeigt. In der 4 ist auf der x-Achse die Zeit t in Sekunden s aufgetragen und auf der y-Achse die vorgegebene ansteigende Injektionsflussrate V/t in Mikrolitern pro Sekunde µl/s aufgetragen.
• Die 5 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung zum Steuern und/oder Regeln einer Injektionsflussrate beim Injizieren einer Flüssigkeit an einer Injektionsstelle 5 zwischen zwei Gewebeschichten des menschlichen Auges, z.B. zwischen der neuronalen Schicht der Retina 2 und dem Retina-Pigment-Epithel 3. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Steuer- oder Regeleinheit, die zum derartigen Steuern der Injektionsflussrate ausgelegt ist, dass die Injektionsflussrate während der Injektion für mindestens 30 % der Injektionszeit oder während der Injektion von mindestens 30 % des Injektionsvolumens ansteigt.
• Die Steuer- oder Regeleinheit kann insbesondere zum derartigen Steuern der Injektionsflussrate ausgelegt sein, dass eine initiale Injektion 11 mit einem festgelegten oberen Grenzwert für die initiale Injektionsflussrate und anschließend eine Injektion 12 mit einer über den festgelegten oberen Grenzwert ansteigenden Injektionsflussrate erfolgt. In einer exemplarischen Variante umfasst die Steuervorrichtung 10 einen ersten Betriebsmodus 11, welcher dazu ausgebildet ist, eine vorgegebene, zum Beispiel konstante, Injektionsflussrate 8 unterhalb des festgelegten oberen Grenzwertes bereitzustellen. Die Vorrichtung 10 umfasst in dieser Variante zudem einen zweiten Betriebsmodus 12, welcher dazu ausgebildet ist, eine Kurve mit einer in Abhängigkeit von einem Parameter P, bspw. in Abhängigkeit vom Radius r des Blebs 1, ansteigenden Injektionsflussrate 9 bereitzustellen. Diese Kurve beschreibt im Rahmen der Steuerung die in Abhängigkeit von dem Parameter vorgegebene, d.h. einzustellende Injektionsflussrate Q und ist so gewählt, dass ein durch Gleichung 2 mit einer darin eingesetzten vorgegebene Gewebetrennrate dr/dt nicht überschritten wird. Die vorgegebene Gewebetrennrate ist dabei kleiner oder gleich der kritischen Gewebetrennrate.
• Die Steuervorrichtung 10 kann eine Anzeige 15 umfassen. Mittels der Anzeige 15 kann die aktuell verwendete Injektionsflussrate in Form einer Ausgabe bereitgestellt werden. Insbesondere können Sollwerte und Istwerte angezeigt werden, wobei die für den aktuellen Wert des Paramerters P vorgegebene Injektionsflussrate den Sollwert und die aktuell verwendete Injektionsflussrate den Istwert repräsentieren. Die Istwerte können dann im Hinblick auf die Sollwerte manuell oder automatisiert gesteuert oder geregelt werden.
• In einer vorteilhaften Variante kann die Steuereinrichtung 10 dazu ausgelegt sein, in Verbindung mit einem erfassten aktuellen Wert eines Parameters, welcher im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel den aktuellen Radius r des Blebs 1 kennzeichnet, die ansteigende Injektionsflussrate Q=V/t so zu steuern, dass die Flüssigkeit mit einer Injektionsflussrate injiziert wird, welche proportional zu einer Potenz n des Radius r des Blebs erhöht wird (Q ~ rⁿ), wobei die Potenz n > 1 ist und maximal 2 beträgt (1 < n ≤ 2). Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist n = 2. Je nachdem, ob die in den Proportionalitätsfaktor eingehende vorgegebene Gewebetrennrate gleich der kritischen Gewebetrennrate ist oder niedriger als die kritische Gewebetrennrate ist, verläuft die ansteigende Injektionsflussrate entlang oder unterhalb einer Kurve, wie sie beispielshaft in 3 gezeigt ist. Bei einer Wahl der Potenz n zwischen 1 und kleiner 2 würde die resultierende Kurve der ansteigenden Injektionsflussrate in Abhängigkeit von dem Bleb-Radius unterhalb einer beispielhaft in der 3 gezeigten Kurve verlaufen, selbst wenn die in den Proportionalitätsfaktor eingehende vorgegebene Gewebetrennrate gleich der kritischen Gewebetrennrate ist. In jedem Fall kann während der Injektion die Injektionsflussrate gemäß der Kurve kontinuierlich mit steigendem Bleb-Radius ansteigen ohne dass es dabei zu einer relevanten Leckströmung der zu injizierenden Flüssigkeit kommt.
• Satt eines Parameters, der den aktuellen Radius r des Blebs kennzeichnet, kann auch ein Parameter erfasst werden, der die aktuelle Höhe c des Blebs kennzeichnet. Die Höhe c des Blebs steht mit seinem Radius r in der Beziehung c = 0,54*r, so dass aus der Höhe der Radius ermittelt werden kann.
• In einer weiteren exemplarischen Variante ist die Steuereinrichtung 10 zusätzlich oder alternativ zu den bereits beschriebenen Varianten dazu ausgelegt, die Injektionsflussrate in Abhängigkeit von der Zeit t so zu steuern, dass für jeden Zeitpunkt t ab dem Beginn der Injektion eine sich aus einer festgelegten Kurve ergebene Injektionsflussrate eingestellt und/oder nicht überschritten wird. Die Steuerung der Injektionsflussrate kann beispielsweise entlang oder unterhalb einer exemplarisch in der 2 oder der 4 gezeigten Kurve erfolgen.
• Statt der Steuervorrichtung kann auch eine Regelvorrichtung Verwendung finden. Diese ist dann dazu ausgebildet, die ansteigende Injektionsflussrate anhand der ermittelten aktuellen Gewebetrennrate und einer vorgegebenen Gewebetrennrate zu ermitteln und bereitzustellen. Zum Ermitteln der ansteigenden Injektionsflussrate ermittelt die Steuervorrichtung 10 dann zuerst eine Abweichung der ermittelten aktuellen Gewebetrennrate von der vorgegebenen Gewebetrennrate und ermittelt dann die ansteigende Injektionsflussrate Q auf der Basis der zuvor ermittelten Abweichung derart, dass die aktuelle Gewebetrennrate die vorgegebene Gewebetrennrate erreicht. Wenn die vorgegebene Gewebetrennrate der kritischen Gewebetrennrate entspricht, führt die Regelung dann im Wesentlichen dazu, dass die Injektionsflussrate der Kurve aus 3 folgt, wenn die vorgegebene Gewebetrennrate unter der kritischen Gewebetrennrate liegt, liegt die ansteigende Injektionsflussrate unterhalb der in 3 gezeigten Kurve.
• Zum Ermitteln des aktuellen Wertes des mindestens eines Parameters umfasst die als Regelvorrichtung ausgebildete Steuervorrichtung 10 mindestens eine Einrichtung 13 zum Erfassen des aktuellen Wertes des mindestens einen Parameters, welcher die aktuelle Gewebetrennrate kennzeichnet, oder eine derartige Vorrichtung ist zur Signalübertragung mit der Steuereinrichtung 10 verbunden. Die Einrichtung 13 zum Erfassen des aktuellen Wertes des mindestens einen Parameters ist in einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ein Operationsmikroskop, mit dem eine zeitliche Abfolge von Bildern aufgenommen wird. Aus der zeitlichen Abfolge von Bildern kann dann mittels einer Bildauswertesoftware die Änderungsrate dr/dt des Radius des Blebs ermittelt werden, welche die aktuelle Gewebetrennrate repräsentiert. Statt der Änderungsrate dr/dt des Radius des Blebs kann die Einrichtung 13 zum Erfassen des aktuellen Wertes des mindestens einen Parameters auch andere Parameter erfassen, welche eine geeignet sind, die aktuelle Gewebetrennrate zu repräsentieren, etwa die Änderungsrate der Höhe c des Blebs, die durchschnittlich dem 0,54-fachen des Radius r entspricht. Andere, mit der Gewebetrennrate eindeutig verbundenen Parameter sind ebenfalls denkbar.
• Die Einrichtung 13 kann, wie bereits erwähnt, insbesondere eine Vorrichtung zum Generieren eines Bildes der Injektionsstelle wie zum Beispiel ein Mikroskop, wie etwa ein Operationsmikroskop, sein. Dabei ist die Vorrichtung zum Generieren eines Bildes der Injektionsstelle 5 vorzugsweise dazu ausgelegt, Informationen über Eigenschaften eines bei der Injektion entstehenden Blebs 1 bereit zu stellen, beispielsweise das Volumen und/oder die Höhe des Blebs und/oder den Radius des Blebs. Das Bereitstellen dieser Information kann beispielsweise anhand digitaler Bildauswerteroutinen erfolgen, die auf ein mit einem Mikroskop gewonnenes Bild angewendet werden, um im Bild den Bleb und dessen Radius r zu erkennen. Mittels eines Kohärenztopographen kann dagegen die Höhe c des Blebs aus einem Scan entlang der z-Achse des Kohärenztopographen (z-Scan) ermittelt werden.
• Alternativ kann zu einem Mikroskop kann als Einrichtung 13 zum Erfassen des aktuellen Wertes des mindestens einen Parameters ein optischer Kohärenztopograph vorhanden oder mit der Steuer- oder Regelvorrichtung funktional verbunden sein. Mit einem optischen Kohärenztopographen kann insbesondere die Höhe c des Blebs mittels eines sog. z-Scans ermittelt werden.
• In einer weiteren Alternative kann die mindestens eine Einrichtung 13 zum Erfassen des aktuellen Wertes des mindestens einen Parameters dazu ausgelegt sein, einen Injektionsparameter zu erfassen. Die Einrichtung 13 zum Erfassen des aktuellen Wertes des mindestens einen Parameters kann zum Beispiel als Drucksensor zur Bestimmung des Injektionsdrucks, also des Drucks der injizierten Flüssigkeit, ausgebildet sein. Falls die Injektionsflussrate Q zu hoch ist, reicht die Gewebetrennrate nicht aus, den Radius des Blebs - und damit dessen Volumen - so rasch zu erhöhen, dass die gesamte pro Zeiteinheit injizierte Flüssigkeitsmenge im Bleb ohne weiteres Platz findet. Infolgedessen steigt der Injektionsdruck, der nötig ist, die Flüssigkeitsmenge in den Bleb zu injizieren, was zu einer Erhöhung des Drucks im Bleb und damit zu einer Erhöhung des Leckstromes führt. Wenn andererseits die Injektionsflussrate gering genug ist, reicht die Gewebetrennrate aus, um den Platz für die gesamte pro Zeiteinheit injizierte Flüssigkeitsmenge im Bleb zu schaffen. Der Injektionsdruck, der nötig ist, die Flüssigkeitsmenge in den Bleb zu injizieren, muss dann nicht erhöht werden.
• Dies ermöglicht eine Regelung der Injektionsflussrate derart, dass der für die Injektion einer vorgegebenen Flüssigkeitsmenge pro Zeiteinheit nötige Injektionsdruck gemessen und seine Abweichung von einem für diese Flüssigkeitsmenge pro Zeiteinheit vorgegebenen Injektionsdruck ermittelt wird. Auf der Basis der Abweichung wird der Injektionsdruck dann auf den vorgegebenen Injektionsdruck zurückgeführt, so dass die gesamte Injektion mit einem konstanten Injektionsdruck erfolgt. Der vorgegebene Injektionsdruck ist dabei so bemessen, dass die aus ihm resultierende Injektionsflussrate gering genug ist, damit die Gewebetrennrate eine derartige Volumenvergrößerung des Blebs ermöglicht, dass die gesamte pro Zeiteinheit injizierte Flüssigkeitsmenge im Bleb ohne weiteres Platz findet. Da die zeitliche Änderung des Volumens des Blebs mit dem Quadrat seines Radius erfolgt, führt der konstante Injektionsdruck dazu, dass die Injektionsflussrate mit der Zeit gemäß 4 ansteigt. Dadurch wird erreicht, dass die Injektionsflussrate der Kurve aus 4 folgt oder darunter liegt, je nachdem ob der vorgegebene Injektionsdruck ein Injektionsdruck ist, der zu einer Gewebetrennrate führt, die der kritischen Gewebetrennrate entspricht (Injektionsflussrate Q folgt der Kurve) oder die einer kleineren Gewebetrennrate entspricht (Injektionsflussrate Q liegt unter der Kurve).
• Die 6 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Injizieren einer Flüssigkeit an einer Injektionsstelle zwischen zwei Gewebeschichten des menschlichen Auges, z.B. zwischen der neuronalen Schicht der Retina und dem Retina-Pigment-Epithel. Die Vorrichtung 20 umfasst eine Mikroinjektionsspritze 21, welche beispielsweise eine Kanüle 4 aufweist, und eine Betätigungseinrichtung 22 zum Betätigen der Mikroinjektionsspritze 21. Die Betätigungseinrichtung 22 weist im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel ein Fußpedal auf. Sie kann aber auch eine Handsteuerung aufweisen. Die Vorrichtung 20 umfasst weiterhin eine Steuervorrichtung zum Steuern oder Regeln der Injektionsflussrate 10, beispielsweise in einer in der 5 gezeigten Ausführungsvariante. Die Betätigungseinrichtung 22 kann die Steuereinrichtung 10 auch umfassen. Vorzugsweise ist die Betätigungseinrichtung 22 dazu ausgelegt, pneumatisch einen Druck zwischen 10 und 2000 mmHg bzw. zwischen 0,013 und 2,67 bar, bereit zu stellen.
• Ein Flussdiagramm eines ersten exemplarischen Ausführungsbeispiels für das erfindungsgemäße Computerprogramm ist schematisch in der 7 gezeigt. Das Computerprogramm 25 enthält im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel Instruktionen, die, wenn sie auf einem Computer ausgeführt werden, diesen in einem ersten Schritt S1 dazu veranlassen, den aktuellen Wertes eines Parameters einzulesen. Dieser Parameter kann bspw. die die bisherige Dauer der Injektion, der Radius des Blebs, die Höhe des Blebs, etc. sein.
• Auf der Basis des in Schritt S1 eingelesenen aktuellen Wertes des Parameters erfolgt in Schritt S2 zuerst ein Injizieren mit einer initial niedrigen Injektionsflussrate die im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen vorgegebenen oberen Grenzwert von 1 Mikroliter pro Sekunde nicht überschreitet. Der vorgegebene obere Grenzwert kann aber auch niedriger sein, bspw. 0,5 Mikroliter pro Sekunde, 0,1 Mikroliter pro Sekunde oder 0,05 Mikroliter pro Sekunde. Der Schritt S2 erfolgt so lange, bis ein vorgegebener Wert für den Parameter, bspw. eine vorgegebene Injektionsdauer, ein vorgegebener Radius des Blebs oder eine vorgegeben Höhe des Blebs, erreicht ist.
• Nachdem der vorgegebene Wert für den Parameter erreicht ist, erfolgt das Injizieren in Schritt S3 mit einer über den vorgegebenen oberen Grenzwert ansteigenden Injektionsflussrate. Dabei erfolgt ein Injizieren mit einer dem jeweiligen Wert des Parameters zugeordneten Injektionsflussrate. Die dem jeweiligen Wert des Parameters zugeordnete Injektionsflussrate kann anhand einer im Speicher des Computers hinterlegten Tabelle ermittelt werden, welche Werten für den Parameter jeweils eine Injektionsflussrate zuordnet. Alternativ kann im Computer eine Berechnungsvorschrift hinterlegt sein, die das Berechnen einer Injektionsflussrate auf der Basis des aktuellen Wertes des Parameters ermöglicht. Die Berechnungsvorschrift kann z.B. durch Gleichung 2 gegeben sein. Anhand Gleichung 2 kann auch die erwähnte Tabelle erstellt werden.
• In Schritt S4 erfolgt schließlich das Generieren und Ausgeben eines Einstellsignals für die Betätigungseinrichtung 22 der Vorrichtung zum Injizieren einer Flüssigkeit oder eines anderen Fluids an einer Injektionsstelle zwischen zwei Gewebeschichten des menschlichen Auges, z.B. zwischen der neuronalen Schicht der Retina und dem Retina-Pigment-Epithel.
• Ein Flussdiagramm eines zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiels für das erfindungsgemäße Computerprogramm ist schematisch in der 8 gezeigt. Das Computerprogramm 25 gemäß dem zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiel enthält Instruktionen, die, wenn sie auf einem Computer ausgeführt werden, diesen in einem ersten Schritt S11 dazu veranlassen, eine Injektion mit einer initial niedrigen Injektionsflussrate vorzunehmen, die im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel einen vorgegebenen oberen Grenzwert von 1 Mikroliter pro Sekunde nicht überschreitet. Der vorgegebene obere Grenzwert kann aber auch niedriger sein, bspw. 0,5 Mikroliter pro Sekunde oder 0,25 Mikroliter pro Sekunde. Außerdem wird begonnen, den erfassten aktuellen Wertes eines Parameters einzulesen, welcher eine aktuelle Gewebetrennrate der Trennung zweier Gewebeschichten des menschlichen Auges, z.B. zwischen der neuronalen Schicht der Retina 2 von dem Retina-Pigment-Epithel 3, beim Injizieren einer Flüssigkeit oder eines anderen Fluids an einer Injektionsstelle 5 zwischen den Gewebeschichten kennzeichnet. Dieser Parameter kann bspw. die zeitliche Änderung des Radius des Blebs, die zeitliche Änderung der Höhe des Blebs oder die zeitliche Änderung des Volumens des Blebs, der Injektionsdruck, etc. sein.
• Auf der Basis des in Schritt S11 eingelesenen aktuellen Wertes des Parameters erfolgt in Schritt S12 ein Berechnen der aktuellen Gewebetrennrate, welche dann in Schritt S13 mit einer vorgegebenen Gewebetrennrate verglichen wird, um die Abweichung der aktuellen Gewebetrennrate von der vorgegebenen Gewebetrennrate zu ermitteln. Nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne wird im vorliegenden exemplarischen Ausführungsbeispiel dann in Schritt S14 auf der Basis der ermittelten Abweichung ein Regelsignal generiert, welches zu einer Verringerung der Abweichung führt, um die aktuelle Gewebetrennrate an die vorgegebene Gewebetrennrate anzupassen. In Schritt S15 wird das Regelsignal dann an die Betätigungseinrichtung 22 der Vorrichtung zum Injizieren einer Flüssigkeit oder eines anderen Fluids an einer Injektionsstelle zwischen zwei Gewebeschichten des menschlichen Auges, z.B. zwischen der neuronalen Schicht der Retina und dem Retina-Pigment-Epithel, ausgegeben. Die Regelung führt dann dazu, dass nach der vorgegebenen Zeitspanne eine Injektion mit einer über den vorgegebenen Grenzwert ansteigenden Injektionsflussrate erfolgt.
• In der 9 ist schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung zur Durchführung ophthalmologischer Operationen gezeigt. Die Anordnung 30 umfasst eine Einrichtung zum Generieren eines Bildes der Injektionsstelle 5, welche mit der Bezugsziffer 31 gekennzeichnet ist. Dabei kann es sich um ein Mikroskop, zum Beispiel ein Operationsmikroskop, und/oder einen optischen Kohärenztopographen, zum Beispiel einen intraoperativen optischen Kohärenztopographen, handeln. Die Anordnung 30 umfasst weiterhin eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Injizieren eines Fluids, z.B. einer Flüssigkeit oder eines Gases, an einer Injektionsstelle 20, bei welcher es sich beispielsweise um eine in der 6 schematisch gezeigte Vorrichtung 20 handeln kann. Bei der Einrichtung 31 zum Generieren eines Bildes der Injektionsstelle kann es sich auch um die in der 5 gezeigte Einrichtung zum Generieren eines Bildes handeln. Die Einrichtung zum Generieren eines Bildes der Injektionsstelle 31 ist in der in der 9 gezeigten Variante zur Signalübertragung mit der Steuervorrichtung 10 verbunden.
• Die 10 zeigt schematisch eine Variante eines erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung der Injektionsflussrate Q beim Injizieren eines Fluids an einer Injektionsstelle zwischen zwei Gewebeschichten des menschlichen Auges, z.B. zwischen der neuronalen Schicht der Retina 2 und den Retina-Pigment-Epithel 3, in Form eines Flussdiagramms. In einem optionalen Schritt S31 wird eine Kennlinie zur Steuerung oder eine Führungsgröße zur Regelung der Injektionsflussrate vorgegeben. Die Kennlinie kann zum Beispiel die Injektionsflussrate in Abhängigkeit von dem aktuelle Radius r des Blebs, dem aktuellen Volumen V des Blebs, der aktuellen Höhe c des Blebs, der Dauer der Injektion, etc. repräsentieren. Die Führungsgröße kann zum Beispiel eine vorgegebene Gewebetrennrate dr/dt sein, wobei es sich insbesondere um die kritische Gewebetrennrate handeln kann, oder ein vorgegebener Injektionsdruck. Die vorgegebene Gewebetrennrate bzw. der vorgegebene Injektionsdruck kann zuvor bestimmt, beispielsweise experimentell ermittelt werden.
• In einem ersten Schritt S32 des Verfahrens wird das Fluid mit einer Injektionsflussrate unterhalb eines festgelegten oberen Grenzwertes, z.B. einer konstanten Injektionsflussrate, injiziert. In einem darauffolgenden zweiten Schritt S33 wird mit einer ansteigenden Injektionsflussrate injiziert, beispielsweise im Falle einer Steuerung der Injektionsflussrate Q = dV/dt auf der Basis der vorgegebenen Kennlinie oder im Falle einer Regelung der Injektionsflussrate auf der Basis der vorgegebenen Führungsgröße. Die ansteigende Injektionsflussrate kann dabei wie oben beschrieben ermittelt werden.
• Das beschriebene Verfahren kann mittels der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtungen und der erfindungsgemäßen Anordnung zur Durchführung ophthalmologischer Operationen durchgeführt werden. Insbesondere kann die Steuerung oder Regelung der Injektionsflussrate entlang einer analog zu den in den 2 bis 4 beispielhaft gezeigten Kurven erfolgen.
• Im Folgenden wird eine konkrete Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung beschrieben. Im Rahmen dieser Anwendungsvariante wird ein ophthalmologisches Mikroskop, bevorzugt mit intraoperativem OCT (Optische Kohärenz-Tomographie) verwendet. Weiterhin steht eine ophthalmologische Konsole für Hinterabschnittseingriffe zur Verfügung, welche pneumatisch einen Druck von 10 bis 2000 mmHg bereitstellen kann. Darüber hinaus ist eine Betätigungseinrichtung vorhanden, welche ein Fußpedal zur Steuerung der Injektion umfasst. Zudem umfasst die Anordnung ein Mikroinjektionssystem, welches eine Mikroinjektionsspritze umfasst, zum Beispiel mit einem Gesamtvolumen von 1 ml. Das Mikroinjektionssystem kann an eine Konsole angeschlossen werden. Als Injektionskanüle kann eine 41G Injektionskanüle, welche auf die genannte Injektionsspritze aufgesetzt wird, verwendet werden.
• Eine Injektion kann folgende Schritte umfassen: Aufziehen von 100 µl Injektionsflüssigkeit in die Spritze, Einstechen der Kanüle durch einen Trokar in der pars plana Region des Auges, wobei zuvor der Glaskörper per Vitrektomie entfernt wurde, Einstechen der Kanüle in die Neuroretina, jedoch ohne durch das Retina-Pigment-Epithel zu durchdringen.
• In einer ersten Ausführungsvariante kann die Steuerung der Injektionsflussrate per Sichtkontrolle durch den Anwender erfolgen. Zum Beispiel kann das Fußpedal durch den Anwender von einer ersten Stellung, in welcher kein Injektionsfluss bereitgestellt wird, in eine zweite Stellung gebracht werden, wodurch die Flüssigkeit mit einer Injektionsflussrate von beispielsweise 0,25 µl pro Sekunde oder weniger injiziert wird. Sobald der Anwender beobachtet, dass sich ein deutlich erkennbarer Bleb ausbildet, zum Beispiel bei einem mittleren Durchmesser von 0,5 mm, wobei es sich um einen Mittelwert aus einem in einer x-Richtung und einer y-Richtung gemessenen Durchmesser handeln kann, wird das Fußpedal in eine dritte Stellung gebracht. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die für die Gleichung 2 verwendete Gewebetrennrate maximal 1 mm/s, bevorzugt jedoch weniger als 0,5 mm/s bis hin zu 0,01 mm/s oder weniger beträgt, um den höheren Adhäsionskräften von Retina-Pigment-Epithel und Neuroretina Rechnung zu tragen. Sobald das gewünschte Volumen injiziert wurde wird das Fußpedal wieder in die erste Stellung gebracht.
• In einer zweiten Ausführungsvariante kann, nachdem das Fußpedal in die dritte Stellung gebracht wurde, auf der Konsole, beispielsweise einer Anzeige, welche Bestandteil einer verwendeten erfindungsgemäßen Steuervorrichtung 10 sein kann, ein Sollwert und ein Istwert für die Injektionsflussrate angezeigt werden. Dabei kann der Sollwert, wie oben beschrieben, ermittelt und bereitgestellt werden, zum Beispiel anhand der Gleichung 2 berechnet werden. Der Anwender kann nun die Injektionsflussrate durch ein weiteres Signal mit dem Fußpedal steuern, zum Beispiel durch eine Rotationsbewegung oder durch eine mehr oder weniger durchgeführte Kippung des Pedals bei einer dritten Pedalstellung. Dabei kann der Anwender anhand der angezeigten aktuellen Injektionsflussrate erkennen, wie der von ihm eingestellte Istwert von dem Sollwert abweicht.
• In einer dritten Ausführungsvariante kann die Injektionsflussrate durch eine Messung geometrischer Eigenschaften des Blebs gesteuert oder geregelt werden. Die Regelung kann über eine Regelschleife erfolgen, die als Eingangssignal geometrische Eigenschaften, zum Beispiel das Volumen und/oder den Radius und/oder die Höhe, des Blebs verwendet. Dazu wird eine Datenverbindung zwischen dem Mikroskop bzw. dem OCT, und der Konsole, insbesondere der Vitrektomie-Konsole, hergestellt. Sobald das Pedal in die zweite Stellung gebracht und die Injektion gestartet wurde, wird die Form des Blebs, zum Beispiel mindestens eine der genannten geometrischen Eigenschaften, gemessen und vorzugsweise das Volumen ermittelt. Die Injektionsflussrate kann nun gemäß einer zu der in der 2 oder der 3 gezeigten oder einer entsprechenden Kurve gesteuert oder geregelt werden.
• In einer vierten Ausführungsvariante kann die Injektionsflussrate auf der Basis einer Druckmessung, beispielsweise einer Messung des Drucks innerhalb des Blebs und/oder des Injektionsdrucks geregelt werden. Dabei kann ein Drucksensor möglichst nahe an der verwendeten Kanüle angebracht sein. Die Fluidik wird beispielsweise so gesteuert oder geregelt, dass ein Injektionsdruck, welcher mit der festgelegten Gewebetrennrate korreliert, insbesondere einem oberen Grenzwert der Gewebetrennrate, konstant gehalten wird. Effektiv wird dabei die Injektionsflussrate gemäß einer der in den 2 bis 4 gezeigten Kurven bzw. analoger Kurven gesteuert oder geregelt.
• Bezugszeichenliste

1

Bleb

2

neuronale Schicht der Retina

3

Retina-Pigment-Epithel

4

Kanüle

5

Injektionsstelle

6

Vergrößerung des Radius

7

Leckströmung

8

konstante Injektionsflussrate

9

ansteigende Injektionsflussrate

10

Steuervorrichtung

11

initiale Injektion, erster Betriebsmodus

12

Injektion mit ansteigender Injektionsflussrate, zweiter Betriebsmodus

13

Einrichtung zum Erfassen des aktuellen Wertes des mindestens einen Parameters, welcher die aktuelle Gewebetrennrate kennzeichnet

15

Anzeige

20

Vorrichtung zum Injizieren einer Flüssigkeit an einer Injektionsstelle zwischen der neuronalen Schicht der Retina und dem Retina-Pigment-Epithel

21

Mikroinjektionsspritze

22

Betätigungseinrichtung

25

Computerprogramm

30

Anordnung zur Durchführung ophthalmologischer Operationen

31

Einrichtung zum Generieren eines Bildes der Injektionsstelle

S1

Einlesen des aktuellen Wertes eines Parameters

S2

Injizieren mit einer initial niedrigen Injektionsflussrate

S3

Injizieren mit einer ansteigenden Injektionsflussrate

S4

Generieren und Ausgeben eines Einstellsignals für die Betätigungseinrichtung

S11

Einlesen des aktuellen Wertes eines Parameters

S12

Berechnen der aktuellen Gewebetrennrate

S13

Vergleich der aktuellen Gewebetrennrate mit der vorgegebenen Gewebetrennrate

S14

Generieren eines Regelsignals

S15

Signalausgabe an die Betätigungseinrichtung

S31

Kennlinie vorgeben

S32

Injektion mit einer Injektionsflussrate unterhalb eines festgelegten oberen Grenzwertes

S33

Injektion mit einer ansteigenden Injektionsflussrate

c

Höhe

r

Radius

V

Volumen

t

Zeit

P

Parameter

Q

Injektionsflussrate

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• US 5091037 A [0006]
• GB 2543654 A [0006]

Claims (21)

1. Steuervorrichtung (10) zum Steuern und/oder Regeln einer Injektionsflussrate (Q) beim Injizieren eines Fluids an einer Injektionsstelle (5) zwischen zwei Gewebeschichten (2, 3) des menschlichen Auges mit einer mit der Zeit ansteigenden Injektionsflussrate, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Steuer- oder Regeleinheit beinhaltet, die zum derartigen Steuern oder Regeln der Injektionsflussrate ausgelegt ist, dass die Injektionsflussrate während der Injektion für mindestens 30 % der Injektionszeit oder während der Injektion von mindestens 30 % des Injektionsvolumens ansteigt.
2. Steuervorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine initiale Injektionsflussrate (11) einen Wert von 5 Mikroliter pro Sekunde (µl/s) nicht übersteigt.
3. Steuervorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die initiale Injektionsflussrate über eine festgelegte Injektionszeit oder bis zum Empfangen eines Eingabesignals konstant bleibt.
4. Steuervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine maximale während der Injektion erreichte Injektionsflussrate (11) einen Wert von 100 Mikroliter pro Sekunde (µl/s) nicht übersteigt.
5. Steuervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regeleinheit zum derartigen Steuern oder Regeln der ansteigenden Injektionsflussrate ausgelegt ist, dass eine Injektion mit einer konstanten oder variablen Steigung zwischen 2 und 100 erfolgt.
6. Steuervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ansteigende Injektionsflussrate (12) gemäß einer vorgegebenen Kurve der Injektionsflussrate in Abhängigkeit von mindestens einem Parameter gesteuert wird.
7. Steuervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (10) dazu ausgebildet ist, anhand des aktuellen Wertes mindestens einen Parameters, welcher die aktuelle Gewebetrennrate von zwei Gewebeschichten des menschlichen Auges kennzeichnet, eine aktuelle Injektionsflussrate zu ermitteln und als ansteigende Injektionsflussrate (12) bereitzustellen.
8. Steuervorrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (10) dazu ausgebildet ist, eine aktuelle Injektionsflussrate zu ermitteln und als ansteigende Injektionsflussrate (12) bereitzustellen, bei welcher eine vorgegebene Gewebetrennrate nicht überschritten wird.
9. Steuervorrichtung (10) nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (10) eine Einrichtung zum Erfassen (13) und/oder Anzeigen (15) des aktuellen Wertes des mindestens einen Parameters, welcher die aktuelle Gewebetrennrate kennzeichnet, umfasst und/oder die Einrichtung (13) zum Erfassen des aktuellen Wertes des mindestens einen Parameters dazu ausgelegt ist, als Parameter eine Eigenschaft eines bei der Injektion sich ausbildenden Blebs (1) und/oder einen Injektionsparameter zu erfassen.
10. Steuervorrichtung (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (13) zum Erfassen des aktuellen Wertes des mindestens einen Parameters eine Vorrichtung zum Generieren eines Bildes der Injektionsstelle und/oder einen Drucksensor zur Bestimmung des Injektionsdrucks umfasst.
11. Steuervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (10) dazu ausgelegt ist, die ansteigende Injektionsflussrate (12) so zu steuern oder zu regeln, dass die vorgegebene Gewebetrennrate dr/dt nicht überschritten wird und/oder dass die Gewebetrennrate dr/dt konstant gehalten wird und/oder dass der Injektionsdruck konstant gehalten wird.
12. Steuervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (10) dazu ausgelegt ist, die ansteigende Injektionsflussrate (12) so zu steuern und/oder zu regeln, dass das Fluid mit einer Injektionsflussrate (Q = dV/dt) injiziert wird, welche proportional zu einer Potenz n des Radius (r) des Blebs (1) erhöht wird (Q ~ rⁿ), wobei die Potenz n größer als 1 ist und maximal 2 beträgt (1 < n ≤ 2), und der Proportionalitätsfaktor auf der vorgegebenen Gewebetrennrate dr/dt beruht, wobei Q die Injektionsflussrate, V das Volumen des Blebs (1) und t die Zeit bezeichnen.
13. Steuervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (10) dazu ausgelegt ist, in Verbindung mit einem aktuellen Wert eines Parameters, welcher den aktuellen Radius r eines sich bei der Injektion bildenden Blebs (1) und/oder das aktuelle Volumen des Blebs kennzeichnet, die ansteigende Injektionsflussrate (12) in Abhängigkeit von dem Radius und/oder dem Volumen des Blebs (1) so zu steuern und/oder zu regeln, dass eine die sich aus einer Kurve für die Injektionsflussrate in Abhängigkeit von dem Radius und/oder dem Volumen des Blebs (1) bei der vorgegebenen Gewebetrennrate ergebende Injektionsflussrate für den jeweiligen Radius bzw. das jeweilige Volumen nicht überschritten wird.
14. Steuervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (10) dazu ausgelegt ist, die ansteigende Injektionsflussrate (12) in Abhängigkeit von der Zeit so zu steuern und/oder zu regeln, dass für jeden Zeitpunkt ab dem Beginn der Injektion eine sich aus einer festgelegten Kurve ergebende Injektionsflussrate eingestellt und/oder nicht überschritten wird.
15. Vorrichtung (20) zum Injizieren eines Fluids an einer Injektionsstelle (5) zwischen zwei Gewebeschichten des menschlichen Auges, wobei sich die erste Schicht (2) mit einer Gewebetrennrate (dr/dt) von der zweiten Schicht (3) trennt und sich ein Bleb (1) bildet, umfassend - eine Mikroinjektionsspritze (21) und - eine Betätigungseinrichtung (22) zum Betätigen der Mikroinjektionsspritze (21), dadurch gekennzeichnet, dass - eine Steuervorrichtung (10) zum Steuern und/oder Regeln der Injektionsflussrate gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 vorhanden ist, welche mit der Betätigungseinrichtung (22) verbunden ist oder von dieser umfasst wird.
16. Computerprogramm (25) zum Steuern und/oder Regeln einer Injektionsflussrate (Q) beim Injizieren eines Fluids an einer Injektionsstelle (5) zwischen zwei Gewebeschichten des menschlichen Auges mit einer ansteigenden Injektionsflussrate (12), welches Instruktionen umfasst, die, wenn sie auf einem Computer ausgeführt werden, diesen dazu veranlassen, die Injektionsflussrate derart zu steuern, dass die Injektionsflussrate während einer Injektion für mindestens 30 % der Injektionszeit oder während der Injektion von mindestens 30 % des Injektionsvolumens ansteigt.
17. Nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium mit darauf gespeicherten Instruktionen zum Steuern und/oder Regeln einer Injektionsflussrate (Q) beim Injizieren eines Fluids an einer Injektionsstelle (5) zwischen zwei Gewebeschichten des menschlichen Auges mit einer ansteigenden Injektionsflussrate, die, wenn sie auf einem Computer ausgeführt werden, diesen dazu veranlassen, die Injektionsflussrate derart zu steuern, dass die Injektionsflussrate während einer Injektion für mindestens 30 % der Injektionszeit oder während der Injektion von mindestens 30 % des Injektionsvolumens ansteigt.
18. Anordnung (30) zur Durchführung ophthalmologischer Operationen, welche eine Einrichtung (31) zum Generieren eines Bildes der Injektionsstelle und eine Vorrichtung (20) nach Anspruch 14 umfasst, wobei die Einrichtung (31) zum Generieren eines Bildes der Injektionsstelle zur Signalübertragung mit der Steuervorrichtung (10) verbunden ist oder von der Steuervorrichtung (10) umfasst wird.
19. Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung der Injektionsflussrate Q beim Injizieren eines Fluids an einer Injektionsstelle (5) zwischen zwei Gewebeschichten des menschlichen Auges mit einer mit der Zeit ansteigenden Injektionsflussrate, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Injektionsflussrate injiziert wird, die während der Injektion für mindestens 30 % der Injektionszeit oder während der Injektion von mindestens 30 % des Injektionsvolumens ansteigt.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass - in einem ersten Schritt (S32) mit einer initialen Injektionsflussrate (11) unterhalb eines festgelegten oberen Grenzwertes injiziert wird, und - in einem zweiten Schritt (S33) mit einer über den festgelegten oberen Grenzwert ansteigenden Injektionsflussrate (12) injiziert wird.
21. Verfahren nach Anspruch 18 oder Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Anstieg der ansteigenden Injektionsflussrate (12) durch die maximale Änderungsrate des Volumens eines es sich beim Injizieren bildenden Blebs (1) begrenzt ist und/oder die ansteigende Injektionsflussrate (12) auf einer vorgegebenen Gewebetrennrate beruht, die eine kritische Gewebetrennrate nicht überschreitet, und/oder ein das aktuelle Volumen des Blebs (1) repräsentierender Parameterwert wiederholt erfasst wird und der jeweilige Wert der ansteigenden Injektionsflussrate (12) auf der Basis des jeweils erfassten Parameterwertes ermittelt wird.

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