DE102022113321A1 - Method and device for the non-contact, non-invasive displacement of an object, such as a lens, in relation to a body part, such as an eye - Google Patents

Method and device for the non-contact, non-invasive displacement of an object, such as a lens, in relation to a body part, such as an eye Download PDF

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Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung (1) zum berührungslosen, nicht-invasiven Verlagern eines Objekts (3), wie z.B. einer intraokularen Linse (7), in Bezug auf einen Körperteil (5), wie z.B. ein Auge (9), eines menschlichen oder tierischen Körpers wird beschrieben. Das Verfahren umfasst: Erzeugen einer akustischen Druckamplitudenverteilung (23) in einem Fluid (25), das in dem Körperteil in einem das Objekt einschließenden Manipulationskörpervolumen (27) enthalten ist, durch Bestrahlung des Manipulationskörpervolumens mit Ultraschall (21), der von einer Ultraschallwandleranordnung (13) ausgesendet wird, und Manipulieren der Ultraschallwandleranordnung in einer Weise, dass die akustische Druckamplitudenverteilung in Bezug auf mindestens eine ihrer räumlichen Anordnung und ihrer räumlichen Amplitudenverteilung modifiziert wird, so dass eine zum Verschieben des Objekts ausreichende Kraft durch die modifizierte akustische Druckamplitudenverteilung lokal auf das Objekt ausgeübt wird.A method and a device (1) for the non-contact, non-invasive displacement of an object (3), such as an intraocular lens (7), in relation to a body part (5), such as an eye (9), of a human or animal body is described. The method comprises: generating an acoustic pressure amplitude distribution (23) in a fluid (25), which is contained in the body part in a manipulation body volume (27) enclosing the object, by irradiating the manipulation body volume with ultrasound (21) produced by an ultrasound transducer arrangement (13 ) is emitted, and manipulating the ultrasonic transducer arrangement in such a way that the acoustic pressure amplitude distribution is modified with respect to at least one of its spatial arrangement and its spatial amplitude distribution, so that a force sufficient to displace the object is exerted locally on the object by the modified acoustic pressure amplitude distribution becomes.

Description

BEREICH DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur berührungslosen, nicht-invasiven Verlagerung eines Objekts in Bezug auf einen Körperteil eines menschlichen oder tierischen Körpers. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur berührungslosen, nicht-invasiven Verlagerung einer Linse, wie z. B. einer Intraokularlinse, in Bezug auf ein Auge eines Patienten.The present invention relates to a method and a device for the non-contact, non-invasive displacement of an object in relation to a body part of a human or animal body. In particular, the invention relates to a method and a device for the non-contact, non-invasive displacement of a lens, such as. B. an intraocular lens, in relation to a patient's eye.

TECHNISCHER HINTERGRUNDTECHNICAL BACKGROUND

Es gibt verschiedene medizinische und/oder chirurgische Anwendungen, bei denen ein oder mehrere Objekte an oder in einem Körperteil eines menschlichen oder tierischen Patienten positioniert werden sollen. Dabei umfasst der Körperteil typischerweise ein Volumen, das mit einer Flüssigkeit gefüllt ist und in dem das Objekt schwimmen kann oder auf dem das Objekt schwimmen kann. In einem ersten Schritt kann das Objekt in das Flüssigkeitsvolumen eingeführt oder implantiert werden. In einem weiteren Schritt kann das Objekt dann gezielt so verlagert werden, dass es in einer gewünschten Konfiguration positioniert und/oder ausgerichtet wird.There are various medical and/or surgical applications in which one or more objects are to be positioned on or in a body part of a human or animal patient. The body part typically comprises a volume that is filled with a liquid and in which the object can float or on which the object can float. In a first step, the object can be introduced or implanted into the liquid volume. In a further step, the object can then be specifically relocated so that it is positioned and/or aligned in a desired configuration.

Im Folgenden werden Ausführungsformen des hierin beschriebenen Verfahrens und/oder der hierin beschriebenen Vorrichtung hauptsächlich anhand eines Beispiels erläutert, bei dem das zu verlegende Objekt eine Linse, insbesondere eine künstliche Linse wie eine Intraokularlinse, ist und bei dem der Körperteil, an dem die Linse verlagert werden soll, ein Auge eines Patienten ist. Es ist jedoch anzumerken, dass sich andere Ausführungsformen des hier beschriebenen Verfahrens und/oder der hier beschriebenen Vorrichtung auf andere Arten von Objekten beziehen können, wie z. B. einen Katheter oder ein medizinisches Implantat, die in anderen Arten von Körperteilen, wie z. B. einer Blase, einem Blutgefäß usw., zu verlagern sind.In the following, embodiments of the method described herein and/or the device described herein are explained primarily using an example in which the object to be relocated is a lens, in particular an artificial lens such as an intraocular lens, and in which the part of the body on which the lens is relocated is to be a patient's eye. It should be noted, however, that other embodiments of the method and/or apparatus described herein may relate to other types of objects, such as: B. a catheter or a medical implant that is used in other types of body parts, such as. B. a bladder, a blood vessel, etc., are to be relocated.

Mit Hilfe moderner chirurgischer Methoden kann eine künstliche Linse in das Auge eines Patienten implantiert werden. Insbesondere kann eine Intraokularlinse (IOL) als Teil einer Behandlung des Grauen Stars oder der Kurzsichtigkeit in das Auge implantiert werden. Die Linse wird in der Regel während einer Kataraktoperation implantiert, nachdem die natürliche Linse des Auges entfernt wurde.Using modern surgical methods, an artificial lens can be implanted into a patient's eye. In particular, an intraocular lens (IOL) may be implanted in the eye as part of treatment for cataracts or myopia. The lens is usually implanted during cataract surgery after the eye's natural lens has been removed.

Die IOL-Implantation kann verschiedene Risiken bergen, wie z. B. den Verlust und/oder die unbeabsichtigte Drehung der implantierten Linse nach der Operation. Insbesondere bei multifokalen IOL, IOL mit erweiterter Schärfentiefe und IOL mit Astigmatismuskorrektur (zusammenfassend als „Premium-IOL“ bezeichnet) ist eine korrekte Platzierung und/oder Rotationsausrichtung der IOL im Auge generell wichtig, da eine falsche Platzierung der Linse unter anderem das Sehvermögen des Patienten erheblich beeinträchtigen kann.IOL implantation can pose various risks, such as: B. the loss and/or unintentional rotation of the implanted lens after surgery. Particularly for multifocal IOLs, IOLs with extended depth of field and IOLs with astigmatism correction (collectively referred to as “premium IOLs”), correct placement and/or rotational alignment of the IOL in the eye is generally important, as incorrect placement of the lens can, among other things, affect the patient's vision can significantly affect.

Dementsprechend ist in Fällen, in denen eine Linse in einem ersten chirurgischen Eingriff in das Auge implantiert wurde und dann festgestellt wird, dass die Linse falsch platziert und/oder ausgerichtet ist, üblicherweise ein zweiter chirurgischer Eingriff innerhalb eines kurzen Zeitraums nach dem ersten chirurgischen Implantationsvorgang erforderlich, um die Linsenplatzierung und/oder -ausrichtung zu korrigieren. Ein solcher zweiter chirurgischer Eingriff ist jedoch in der Regel unerwünscht, da er unter anderem zusätzliche Anstrengungen und Kosten erfordert und darüber hinaus das Risiko einer Infektion und/oder einer Beschädigung anderer Teile des Auges birgt.Accordingly, in cases where a lens has been implanted into the eye in a first surgical procedure and the lens is then found to be misplaced and/or aligned, a second surgical procedure is usually required within a short period of time after the first surgical implantation procedure to correct lens placement and/or orientation. However, such a second surgical procedure is usually undesirable because, among other things, it requires additional effort and expense and also carries the risk of infection and/or damage to other parts of the eye.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG UND DER AUSFÜHRUNGSFORMENSUMMARY OF THE INVENTION AND EMBODIMENTS

Es kann daher ein Bedarf an einer alternativen Methode zur berührungslosen, nicht-invasiven Verlagerung eines Objekts in Bezug auf einen Körperteil eines menschlichen oder tierischen Körpers bestehen, die es ermöglicht, den oben genannten zweiten chirurgischen Eingriff zu vermeiden und dadurch die mit diesem zweiten chirurgischen Eingriff verbundenen Nachteile zu überwinden. Darüber hinaus kann ein Bedarf an einer Vorrichtung bestehen, die speziell für die Durchführung oder Steuerung eines solchen Verfahrens konfiguriert ist. Insbesondere kann ein Ansatz erforderlich sein, bei dem die Position und/oder Ausrichtung einer IOL berührungslos und nicht-invasiv von außerhalb des Körpers manipuliert werden kann.There may therefore be a need for an alternative method of non-contact, non-invasive displacement of an object with respect to a body part of a human or animal body, which makes it possible to avoid the above-mentioned second surgical procedure and thereby the problems associated with this second surgical procedure to overcome the associated disadvantages. Additionally, there may be a need for a device specifically configured to perform or control such a method. In particular, an approach may be required in which the position and/or orientation of an IOL can be manipulated from outside the body in a non-contact and non-invasive manner.

Diesem Bedarf kann mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche entsprochen werden. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert und in der folgenden Beschreibung beschrieben und in den zugehörigen Figuren veranschaulicht.This need can be met with the subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments are defined in the dependent claims and described in the following description and illustrated in the associated figures.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur berührungslosen, nicht-invasiven Verlagerung eines Objekts in Bezug auf einen Körperteil eines menschlichen oder tierischen Körpers vorgestellt. Das Verfahren umfasst mindestens die folgenden Schritte, vorzugsweise in der angegebenen Reihenfolge:

  • (i) Erzeugen einer akustischen Druckamplitudenverteilung in einem Fluid, das sich in dem Körperteil befindet, in einem Manipulationskörpervolumen, das das Objekt enthält, durch Bestrahlen des Manipulationskörpervolumens mit Ultraschall, der von einer Ultraschallwandleranordnung emittiert wird, und
  • (ii) Manipulieren der Ultraschallwandleranordnung in einer Weise, dass die akustische Druckamplitudenverteilung hinsichtlich ihrer räumlichen Anordnung und/oder ihrer räumlichen Amplitudenverteilung modifiziert wird, so dass durch die modifizierte akustische Druckamplitudenverteilung lokal eine zum Verlagern des Objekts ausreichende Kraft auf das Objekt ausgeübt wird.
According to a first aspect of the present invention, a method for non-contact, non-invasive displacement of an object in relation to a body part of a human or animal body is presented. The procedure includes at least the following steps, preferably in the order given:
  • (i) generating an acoustic pressure amplitude distribution in a fluid located in the body part in a manipulation body volume containing the object by irradiating the manipulation body volume with ultrasound emitted by an ultrasound transducer arrangement, and
  • (ii) manipulating the ultrasonic transducer arrangement in such a way that the acoustic pressure amplitude distribution is modified with regard to its spatial arrangement and/or its spatial amplitude distribution, so that a force sufficient to displace the object is locally exerted on the object by the modified acoustic pressure amplitude distribution.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur berührungslosen, nicht-invasiven Verlagerung eines Objekts in Bezug auf einen Körperteil eines menschlichen oder tierischen Körpers vorgestellt. Die Vorrichtung umfasst mindestens eine Ultraschallwandleranordnung und einen Controller zur Steuerung der Ultraschallwandleranordnung. Der Controller und die Ultraschallwandleranordnung sind zur Durchführung und/oder Steuerung des Verfahrens gemäß einer Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung ausgebildet.According to a second aspect of the invention, a device for the non-contact, non-invasive displacement of an object in relation to a body part of a human or animal body is presented. The device comprises at least one ultrasonic transducer arrangement and a controller for controlling the ultrasonic transducer arrangement. The controller and the ultrasonic transducer arrangement are designed to carry out and/or control the method according to an embodiment of the first aspect of the invention.

Kurz zusammengefasst und ohne den Umfang der Erfindung einzuschränken, werden Grundideen, die den Ausführungsformen der Erfindung zugrunde liegen, und damit verbundene mögliche Vorteile grob wie folgt beschrieben:

  • Es wird hier vorgeschlagen, akustische Kräfte zu verwenden, um dadurch die Position und/oder Orientierung eines Objekts relativ zu einem Körperteil von außerhalb des Körpers eines Patienten zu manipulieren. Dabei werden die akustischen Kräfte unter Verwendung von Ultraschall erzeugt, der von einer Ultraschallwandleranordnung (=Ultraschallwandler-Array) in einer solchen spezifischen Weise ausgesendet wird, dass eine akustische Druckamplitudenverteilung (PAD - pressure amplitude distribution) innerhalb eines in dem Körperteil enthaltenen Fluids erzeugt wird und dann die Erzeugung der akustischen PAD gezielt so manipuliert wird, dass ihre räumliche Anordnung und/oder ihre räumliche Amplitudenverteilung in einer beabsichtigten Weise modifiziert wird. Insbesondere wird die Erzeugung des Ultraschalls durch der Ultraschallwandleranordnung so manipuliert, dass durch die Veränderung der akustischen PAD eine auf das Objekt wirkende Kraft erzeugt wird, die ausreichend stark und geeignet gerichtet ist, das Objekt in einer beabsichtigten Weise zu verlagern.
Briefly summarized and without limiting the scope of the invention, basic ideas underlying the embodiments of the invention and associated possible advantages are roughly described as follows:
  • It is proposed herein to use acoustic forces to thereby manipulate the position and/or orientation of an object relative to a body part from outside a patient's body. The acoustic forces are generated using ultrasound, which is emitted by an ultrasound transducer arrangement (=ultrasound transducer array) in such a specific way that an acoustic pressure amplitude distribution (PAD - pressure amplitude distribution) is generated within a fluid contained in the body part and then the generation of the acoustic PAD is specifically manipulated in such a way that its spatial arrangement and/or its spatial amplitude distribution is modified in an intended manner. In particular, the generation of the ultrasound by the ultrasound transducer arrangement is manipulated such that the change in the acoustic PAD generates a force acting on the object that is sufficiently strong and appropriately directed to displace the object in an intended manner.

In der Tat ist der Einsatz von Ultraschall für verschiedene medizinische und/oder chirurgische Anwendungen bekannt. So wird in FR 2211207 B1 ein Ultraschallinstrument für die Augenchirurgie beschrieben. DE 19623213 A1 beschreibt ein augenchirurgisches Instrument zur Zertrümmerung von Augenlinsen mit Hilfe von Ultraschall. EP 617599 B1 offenbart ein Ultraschalltherapiegerät, das Ultraschallwellen mit thermischer und kavitativer Wirkung abgibt. US 7178530 B2 offenbart ein Verfahren zur Verbesserung der sehbehindernden Auswirkungen von Katarakten und dergleichen. EP 2996649 A1 offenbart eine berührungslose Benutzerschnittstelle für ophthalmische Geräte. WO 2016/131055 A1 offenbart Systeme und Verfahren zur Überwachung der Augengesundheit. CA 2213648 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Überwachung des Flüssigkeitsverlustes des Auges. US 3990452 A offenbart ein medizinisches Gerät zur Durchführung von Operationen und Behandlungen mit Ultraschallenergie. EP 2512599 B1 offenbart ein Gerät zur Ultraschallbehandlung. Schließlich beschreibt die WO 2017/161348 A1 Methoden und eine Vorrichtung zur effektiven Positionierung von Augenlinsen.In fact, the use of ultrasound is known for various medical and/or surgical applications. This is how it is done FR 2211207 B1 described an ultrasound instrument for eye surgery. DE 19623213 A1 describes an eye surgical instrument for shattering the lenses of the eye using ultrasound. EP 617599 B1 discloses an ultrasound therapy device that emits ultrasound waves with thermal and cavitative effects. US 7178530 B2 discloses a method for improving the visually impaired effects of cataracts and the like. EP 2996649 A1 discloses a non-contact user interface for ophthalmic devices. WO 2016/131055 A1 discloses systems and methods for monitoring eye health. CA 2213648 A1 discloses a device for monitoring fluid loss in the eye. US 3990452 A discloses a medical device for performing operations and treatments using ultrasound energy. EP 2512599 B1 discloses a device for ultrasound treatment. Finally describes the WO 2017/161348 A1 Methods and a device for the effective positioning of eye lenses.

Herkömmliche Verfahren zur Positionierung und/oder Ausrichtung einer Kunstlinse in einem Auge beruhen im Allgemeinen auf einer invasiven Neupositionierung der Linse durch Einführen eines chirurgischen Instruments in das Auge.Conventional methods for positioning and/or aligning an artificial lens in an eye generally rely on invasive repositioning of the lens by inserting a surgical instrument into the eye.

Ein anderer Ansatz beruht auf einer gezielten, nicht invasiven Fokussierung von Energie, einschließlich hochintensivem fokussiertem Ultraschall (HIFU), im Inneren des Auges, um die Eigenschaften oder die Lage der natürlichen menschlichen Linse im Auge zu verändern. In der WO 2017/161348 A1 werden beispielsweise Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, mit denen eine effektive Linsenposition des Auges eingestellt werden kann, um einen Brechungsfehler des Auges zu korrigieren. Die Verfahren und das Gerät können so gestaltet werden, dass Energie auf die Sklera und andere Bereiche des Auges aufgebracht wird, um die effektive Linsenposition des Auges für die Fernsicht einzustellen. Die Sklera kann behandelt werden, um die Sklera zu schrumpfen oder zu entspannen, und Kombinationen davon, um die Position der Linse des Auges zu korrigieren, um das Sehen im Zusammenhang mit einem Brechungsfehler des Auges zu verbessern. Es kann eine Zielposition der Linse bestimmt werden, um den Brechungsfehler des Auges zu korrigieren, und die Energie kann angewendet werden, um die Linse in Richtung der Zielposition zu bewegen.Another approach relies on targeted, non-invasive focusing of energy, including high-intensity focused ultrasound (HIFU), inside the eye to alter the properties or location of the natural human lens in the eye. In the WO 2017/161348 A1 For example, methods and a device are described with which an effective lens position of the eye can be adjusted in order to correct a refractive error of the eye. The procedures and device can be designed to apply energy to the sclera and other areas of the eye to adjust the eye's effective lens position for distance vision. The sclera may be treated to shrink or relax the sclera, and combinations thereof, to correct the position of the eye's lens to improve vision related to a refractive error of the eye. A target position of the lens can be determined to correct the refractive error of the eye, and the energy can be applied to move the lens toward the target position.

Die letztgenannten Ansätze beruhen jedoch auf Mechanismen, die sich grundlegend von denen unterscheiden, die bei dem hier beschriebenen Ansatz verwendet werden. Konkret wird bei den konventionellen Ansätzen fokussierte Energie verwendet, um eine beabsichtigte Veränderung im Gewebe hervorzurufen, d. h. um eine beabsichtigte Art von Verletzung herbeizuführen, z. B. durch lokale übermäßige Erwärmung und spätere Vernarbung, z. B. der Sklera und/oder der damit verbundenen Strukturen. Dabei wird die Verschiebung und/oder Neuausrichtung der Linse im Allgemeinen durch die Vernarbung verursacht.However, the latter approaches rely on mechanisms that are fundamentally different from those used in the approach described here. Specifically, the conventional approaches use focused energy to produce an intended change in the tissue, that is, to cause an intended type of injury, e.g. B. through local excessive heating and later scarring, e.g. b. the sclera and/or associated structures. The displacement and/or realignment of the lens is generally caused by the scarring.

Es wurde jedoch festgestellt, dass die Reaktion auf eine Verletzung in lebendem Gewebe im Allgemeinen nicht linear und potenziell unvorhersehbar ist. Außerdem stellen sich die durch die HIFU-Behandlung ausgelösten Wirkungen in der Regel erst eine gewisse Zeit nach Abschluss der Behandlung ein, da beispielsweise ein Heilungsprozess eine gewisse Dauer benötigt. Mit anderen Worten, eine Reaktion auf die Behandlung tritt in der Regel erst mit einer gewissen Verzögerung ein. Dementsprechend gibt es keine Möglichkeit, die Behandlung direkt zu beeinflussen, wenn man die Behandlungsergebnisse beobachtet. Stattdessen können unbeabsichtigte Behandlungsergebnisse erst nach Abschluss der Behandlung festgestellt und allenfalls durch eine weitere Behandlung korrigiert werden.However, the response to injury in living tissue has been found to be generally non-linear and potentially unpredictable. In addition, the effects caused by HIFU treatment usually only appear a certain time after the treatment has been completed, as the healing process, for example, requires a certain amount of time. In other words, a response to treatment usually occurs after a certain delay. Accordingly, there is no way to directly influence treatment by observing treatment results. Instead, unintended treatment results can only be identified after treatment has been completed and, if necessary, corrected through further treatment.

Darüber hinaus ist beispielsweise der in der WO 2017/161348 A1 beschriebene Ansatz auf die Bewegung eines Kapselsacks und seines Inhalts (d. h. entweder einer nativen menschlichen Linse oder einer Kunstlinse) von vorne nach hinten beschränkt und bietet im Allgemeinen nicht die Möglichkeit, eine unabhängige Struktur (wie eine IOL) irgendwo im Auge zu drehen oder zu verlagern.In addition, for example, the one in the WO 2017/161348 A1 The approach described is limited to the front-to-back movement of a capsular bag and its contents (i.e., either a native human lens or an artificial lens) and generally does not provide the ability to rotate or relocate an independent structure (such as an IOL) anywhere in the eye .

Um unter anderem die Unzulänglichkeiten herkömmlicher Ansätze zu überwinden, wird hier ein grundlegend anderer Ansatz beschrieben. Bei diesem Ansatz wird der von einer Ultraschallwandleranordnung emittierte Ultraschall gezielt zur Erzeugung einer akustischen Druckamplitudenverteilung (PAD) in einem Fluid verwendet, das sich in dem Körperteil befindet, in dem ein Objekt innerhalb eines Volumens, das hier als „Manipulationskörpervolumen“ bezeichnet wird, gezielt verlagert und/oder ausgerichtet werden soll.In order to overcome, among other things, the shortcomings of conventional approaches, a fundamentally different approach is described here. In this approach, the ultrasound emitted by an ultrasonic transducer assembly is selectively used to generate an acoustic pressure amplitude distribution (PAD) in a fluid located in the part of the body in which an object is being displaced within a volume, referred to herein as a “manipulation body volume”. and/or should be aligned.

Dabei wird genutzt, dass Ultraschall gezielt mit hoher Intensität und mit einer makroskopisch inhomogenen Intensitätsverteilung abgestrahlt werden kann, so dass durch den eingestrahlten Ultraschall ein akustisches PAD mit Bereichen höheren Drucks und Bereichen niedrigeren Drucks innerhalb der Flüssigkeit im Manipulationskörpervolumen erzeugt wird. Das PAD kann dann gezielt relativ zu dem zu verschiebenden Objekt positioniert und die Ultraschallwandleranordnung gezielt so manipuliert werden, dass das PAD in seiner räumlichen Anordnung und/oder räumlichen Amplitudenverteilung verändert wird. Dabei kann die Modifikation so herbeigeführt werden, dass Kräfte auf das Objekt ausgeübt werden, die stark genug sind, um das Objekt zu verlagern und/oder in die gewünschte Richtung zu drehen.This takes advantage of the fact that ultrasound can be emitted specifically with high intensity and with a macroscopically inhomogeneous intensity distribution, so that the irradiated ultrasound creates an acoustic PAD with areas of higher pressure and areas of lower pressure within the liquid in the manipulation body volume. The PAD can then be specifically positioned relative to the object to be moved and the ultrasound transducer arrangement can be specifically manipulated so that the PAD's spatial arrangement and/or spatial amplitude distribution is changed. The modification can be brought about in such a way that forces are exerted on the object that are strong enough to displace and/or rotate the object in the desired direction.

Während bei den konventionellen Ansätzen Kräfte auf ein Objekt nur indirekt erzeugt werden, z.B. durch die Induktion lokaler Verletzungen und anschließender Narbenbildung, werden bei dem hier beschriebenen Ansatz Kräfte direkt auf das Objekt durch die gezielt gesteuerte und manipulierte Erzeugung des akustischen PADs erzeugt.While in conventional approaches forces on an object are only generated indirectly, e.g. through the induction of local injuries and subsequent scarring, in the approach described here forces are generated directly on the object through the specifically controlled and manipulated generation of the acoustic PAD.

Da die Kräfte direkt erzeugt werden und sich somit unmittelbar auf die Positionierung des zu verlagernden Objekts auswirken können, kann der Prozess der Verlagerung des Objekts während der Verlagerungsbehandlung genau gesteuert werden. Darüber hinaus müssen keine lokalen Verletzungen im lebenden Gewebe verursacht werden, wodurch u. a. die aus solchen Verletzungen resultierenden Risiken vermieden werden können.Since the forces are generated directly and can therefore directly affect the positioning of the object to be displaced, the process of displacing the object can be precisely controlled during the displacement treatment. In addition, no local injuries need to be caused in living tissue, which means, among other things, the risks resulting from such injuries can be avoided.

Es sei darauf hingewiesen, dass der Erfinder der vorliegenden Anmeldung in früheren Patentanmeldungen Möglichkeiten zur Erzeugung einer Druckamplitudenverteilung für die Manipulation von Gegenständen in anderen, nicht-medizinischen Geräten beschrieben hat. So beschreibt die WO 2022/002825 A1 die berührungslose Manipulation von Objekten mittels gesteuerter elektroakustischer Wandler. WO 2022/058281 A1 offenbart ein Verfahren zur Handhabung eines Objekts in einer Druckamplitudenverteilung. Diese früheren Patentanmeldungen beziehen sich zwar auf nicht-medizinische Geräte und lehren nicht speziell die Verlagerung eines Objekts in Bezug auf ein Körperteil, doch können Merkmale und/oder Details der in diesen früheren Patentanmeldungen beschriebenen Ansätze auf Ausführungsformen des hier beschriebenen Verfahrens und der hier beschriebenen Vorrichtung übertragen und/oder angepasst werden. Dementsprechend wird der gesamte Inhalt dieser früheren Patentanmeldungen hier durch Bezugnahme aufgenommen.It should be noted that the inventor of the present application has described in previous patent applications ways of generating a pressure amplitude distribution for the manipulation of objects in other, non-medical devices. That's how it describes WO 2022/002825 A1 the contactless manipulation of objects using controlled electroacoustic transducers. WO 2022/058281 A1 discloses a method for handling an object in a pressure amplitude distribution. Although these prior patent applications relate to non-medical devices and do not specifically teach the displacement of an object with respect to a body part, features and/or details of the approaches described in these prior patent applications may apply to embodiments of the method and apparatus described herein transferred and/or adapted. Accordingly, the entire contents of these prior patent applications are incorporated herein by reference.

Im Folgenden werden mögliche Merkmale von Ausführungsformen der Erfindung und damit verbundene mögliche Vorteile näher beschrieben.Possible features of embodiments of the invention and associated possible advantages are described in more detail below.

Das hier beschriebene Verfahren und die Vorrichtung können so ausgestaltet werden, dass kleine Objekte in Bezug auf ein Körperteil in einem menschlichen oder tierischen Körper verlagert werden können. Dabei kann der Begriff „Verlagerung“ als Translozierung, Verschiebung, Bewegung, Rotation, Drehung usw. verstanden werden, d. h. als eine Bewegung, bei der ein Ort und/oder eine Ausrichtung des Objekts verändert wird. Insbesondere kann das Objekt innerhalb des Körpers des Patienten verschoben werden oder das Objekt kann von außerhalb des Körpers des Patienten in den Körper des Patienten transloziert werden.The method and device described herein can be designed so that small objects can be displaced with respect to a body part in a human or animal body. The term “displacement” can be understood as translocation, displacement, movement, rotation, rotation, etc., i.e. H. as a movement in which a location and/or orientation of the object is changed. In particular, the object can be displaced within the patient's body or the object can be translocated from outside the patient's body into the patient's body.

Dabei kann das Objekt eine geringe Größe von z. B. weniger als 5 cm, vorzugsweise weniger als 2 cm, weniger als 1 cm oder sogar weniger als 5 mm in einer maximalen Ausdehnungsrichtung haben. Die Objekte können jedoch eine makroskopische Größe von z. B. mehr als 0,5 mm, vorzugsweise mehr als 1 mm, mehr als 2 mm oder sogar mehr als 4 mm haben. Das Objekt kann eine flache Form haben, d. h. eine quasi-zweidimensionale Form. Die Dicke des Gegenstands kann zum Beispiel kleiner als 5 mm, vorzugsweise kleiner als 2 mm oder sogar kleiner als 1 mm sein. Der Gegenstand kann ein geringes Gewicht haben, z. B. ein Gewicht im Bereich von Milligramm bis zu einigen Gramm, z. B. zwischen 1 mg und 10 g, vorzugsweise zwischen 10 mg und 1 g.The object can have a small size of e.g. B. less than 5 cm, preferably less than 2 cm, less than 1 cm or even less than 5 mm in a maximum direction of extension. However, the objects can have a macroscopic size of e.g. B. have more than 0.5 mm, preferably more than 1 mm, more than 2 mm or even more than 4 mm. The object may have a flat shape, that is, a quasi-two-dimensional shape. The thickness of the object can be, for example, less than 5 mm, preferably less than 2 mm or even less than 1 mm. The item may be light in weight, e.g. B. a weight in the range of milligrams to a few grams, e.g. B. between 1 mg and 10 g, preferably between 10 mg and 1 g.

Der Körperteil kann jeder Körperteil sein, an oder in dem das Objekt angeordnet werden soll. Der Körperteil ist im Allgemeinen in einem lebenden Organismus enthalten. Im Allgemeinen umfasst der Körperteil eine Flüssigkeit, in oder an der das Objekt untergebracht werden kann. Bei dem Fluid kann es sich um eine Flüssigkeit handeln. Das Fluid kann eine niedrige Viskosität haben, die der Viskosität von Wasser, der Viskosität von Öl, der Viskosität einer Wasserlösung oder der Viskosität einer Wasseremulsion entspricht. Die Flüssigkeit kann in einem Volumen des Manipulationskörpers enthalten sein, in dem das Objekt verschoben werden soll. Die Flüssigkeit kann beispielsweise einen Hohlraum in dem Körperteil ausfüllen. Der Hohlraum kann das Volumen des Manipulationskörpers bilden. Der Hohlraum kann von lebendem Gewebe wie Haut, Membran, Muskeln usw. umgeben sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Flüssigkeit in einem Volumen des Manipulationskörpers enthalten sein, das durch einen Flüssigkeitsfilm gebildet wird. In einem konkreten Beispiel kann die Flüssigkeit eine Flüssigkeit sein, die in einem Kapselsack des Auges eines Patienten enthalten ist. Alternativ kann die Flüssigkeit als Flüssigkeitsfilm, beispielsweise als Tränenflüssigkeitsfilm, am Auge des Patienten bereitgestellt werden. Als weitere Alternativen kann die Flüssigkeit Urin in einer Blase des Patienten oder Blut in einem Blutgefäß des Patienten sein. Das Volumen des Manipulationskörpers, der die Flüssigkeit enthält, kann in einem Bereich von einigen Mikrolitern bis zu mehreren Millilitern liegen, z. B. zwischen 1 µ1 und 100 ml, vorzugsweise zwischen 10 µ1 und 10 ml.The body part can be any body part on or in which the object is to be placed. The body part is generally contained within a living organism. Generally, the body part includes a liquid in or on which the object can be placed. The fluid can be a liquid. The fluid may have a low viscosity corresponding to the viscosity of water, the viscosity of oil, the viscosity of a water solution, or the viscosity of a water emulsion. The liquid can be contained in a volume of the manipulation body in which the object is to be moved. The liquid can, for example, fill a cavity in the body part. The cavity can form the volume of the manipulation body. The cavity may be surrounded by living tissue such as skin, membrane, muscles, etc. Alternatively or additionally, the liquid can be contained in a volume of the manipulation body that is formed by a liquid film. In a specific example, the fluid may be a fluid contained in a capsular bag of a patient's eye. Alternatively, the liquid can be provided as a liquid film, for example as a tear fluid film, on the patient's eye. As further alternatives, the liquid may be urine in a patient's bladder or blood in a patient's blood vessel. The volume of the manipulation body containing the liquid can range from a few microliters to several milliliters, e.g. B. between 1 µ1 and 100 ml, preferably between 10 µ1 and 10 ml.

Die Gegenstände können so angeordnet werden, dass sie in der Flüssigkeit, die sich im Volumen des Manipulationskörpers befindet, schwimmen oder auf ihr treiben. Aufgrund der geringen Viskosität der Flüssigkeit und der geringen Größe und Masse des Objekts kann das Objekt bei Anwendung relativ geringer Kräfte verschoben und/oder umorientiert werden. Solche Kräfte können beispielsweise weniger als 1 N, vorzugsweise weniger als 0,1 N, weniger als 10 mN oder sogar weniger als 1 mN betragen. Insbesondere können die Kräfte zwischen 0,1 mN und 0,1 N, vorzugsweise zwischen 1 mN und 30 mN liegen.The objects can be arranged so that they float in or float on the liquid contained in the volume of the manipulation body. Due to the low viscosity of the fluid and the small size and mass of the object, the object can be displaced and/or reoriented when relatively small forces are applied. Such forces can be, for example, less than 1 N, preferably less than 0.1 N, less than 10 mN or even less than 1 mN. In particular, the forces can be between 0.1 mN and 0.1 N, preferably between 1 mN and 30 mN.

Die zum Verschieben des Objekts erforderlichen Kräfte werden erzeugt, indem das Objekt einer akustischen Druckamplitudenverteilung (PAD) ausgesetzt wird, die durch Beschallung des Manipulationskörpervolumens mit Ultraschall erzeugt wird. Es ist zu beachten, dass die PAD zusätzlich auch in Volumina erzeugt werden kann, die an das Manipulationskörpervolumen innerhalb oder außerhalb des Körpers des Patienten angrenzen, d. h. zum Beispiel in einer Kopplungsflüssigkeit, die in der Nähe des Auges des Patienten bereitgestellt wird. Der Ultraschall kann Frequenzen oberhalb von 20 kHz aufweisen, z. B. in einem Bereich zwischen 20 kHz und 2 MHz, vorzugsweise zwischen 20 kHz und 200 kHz, noch bevorzugter zwischen 30 kHz und 150 kHz. Der Ultraschall kann mit hoher Intensität abgestrahlt werden. Insbesondere kann ein akustischer Überdruck im Vergleich zur Umgebung im kPa-Bereich liegen, z. B. in einem luftgefüllten Volumen in vielen Fällen unter 50 kPa oder sogar unter 10 kPa.The forces required to displace the object are generated by exposing the object to an acoustic pressure amplitude distribution (PAD), which is generated by sonicating the manipulation body volume with ultrasound. It should be noted that the PAD can also be created in volumes that are adjacent to the manipulation body volume inside or outside the patient's body, i.e. H. for example, in a coupling fluid provided near the patient's eye. The ultrasound can have frequencies above 20 kHz, e.g. B. in a range between 20 kHz and 2 MHz, preferably between 20 kHz and 200 kHz, more preferably between 30 kHz and 150 kHz. The ultrasound can be emitted with high intensity. In particular, an acoustic overpressure can be in the kPa range compared to the environment, e.g. B. in an air-filled volume in many cases below 50 kPa or even below 10 kPa.

Der Ultraschall wird von einer Ultraschallwandleranordnung ausgestrahlt. Wie im Folgenden näher beschrieben, kann die Ultraschallwandleranordnung einen oder mehrere Ultraschallgeneratoren (manchmal auch als elektroakustische Wandler bezeichnet) und optional eine oder mehrere akustische Linsen umfassen. Der Betrieb der Ultraschallwandleranordnung kann von einem Steuergerät gesteuert werden.The ultrasound is emitted by an ultrasound transducer arrangement. As described in more detail below, the ultrasonic transducer assembly may include one or more ultrasonic generators (sometimes referred to as electroacoustic transducers) and optionally one or more acoustic lenses. The operation of the ultrasonic transducer arrangement can be controlled by a control device.

Durch geeignete Einstrahlung des Ultraschalls kann eine beabsichtigte PAD im Volumen des Manipulationskörpers erzeugt werden. Dabei können die Ultraschallwellen von einem oder vorzugsweise mehreren Ultraschallgeneratoren ausgesandt werden. Die Ultraschallgeneratoren können an unterschiedlichen Orten angeordnet und/oder in unterschiedliche Richtungen ausgerichtet sein. Optional kann der von den Ultraschallgeneratoren ausgesandte Ultraschall durch akustische Linsen fokussiert oder abgelenkt werden. Außerdem können Oberflächen oder Grenzflächen vorhanden sein, an denen zumindest ein Teil des ausgesandten Ultraschalls reflektiert wird. Dementsprechend können sich Ultraschallwellen, die von verschiedenen Ultraschallgeneratoren ausgesendet und/oder an verschiedenen Oberflächen oder Grenzflächen reflektiert werden, überlagern und interferieren. Infolgedessen können stehende Ultraschallwellen und/oder Schwebungen von Ultraschallwellen erzeugt werden, die zu einer stationären oder quasistationären PAD führen können (d. h. einer PAD, bei der sich die Druckamplitudenverteilung mit einer Frequenz ändert, die um viele Größenordnungen kleiner ist als die Frequenz des Ultraschalls). Bei einer solchen PAD ist die Druckverteilung im Allgemeinen inhomogen, d. h. die lokalen Drücke können variieren, wobei Teilvolumina höhere Drücke aufweisen als benachbarte Teilvolumina. Aufgrund der inhomogenen Druckverteilung kommt es zu Druckgradienten innerhalb des PAD. Infolge dieser inhomogenen Druckverteilung und der Druckgradienten können Kräfte auf ein Objekt im Manipulationskörpervolumen einwirken, wenn es dem PAD ausgesetzt wird. Diese Kräfte wirken insbesondere in einer Richtung, die dem Druckgradienten entspricht, der an einer bestimmten Stelle des zu verschiebenden Objekts wirksam ist.By appropriately irradiating ultrasound, an intended PAD can be generated in the volume of the manipulation body. The ultrasonic waves can be emitted by one or preferably several ultrasonic generators. The ultrasound generators can be arranged at different locations and/or oriented in different directions. Optionally, the ultrasound emitted by the ultrasound generators can be focused or deflected using acoustic lenses. In addition, surfaces or interfaces can be present on which at least part of the emitted ultrasound is reflected. Accordingly, ultrasonic waves that are emitted by different ultrasonic generators and/or reflected on different surfaces or interfaces can superimpose and interfere. As a result, ultrasonic standing waves and/or beats of ultrasonic waves can be generated, which can result in a stationary or quasi-stationary PAD (i.e., a PAD in which the pressure amplitude distribution changes at a frequency that is many orders of magnitude smaller as the frequency of the ultrasound). In such a PAD, the pressure distribution is generally inhomogeneous, ie the local pressures can vary, with partial volumes having higher pressures than neighboring partial volumes. Due to the inhomogeneous pressure distribution, pressure gradients occur within the PAD. As a result of this inhomogeneous pressure distribution and the pressure gradients, forces can act on an object in the manipulation body volume when it is exposed to the PAD. These forces act in particular in a direction that corresponds to the pressure gradient that is effective at a specific point on the object to be moved.

Um das Objekt innerhalb des Manipulationskörpervolumens in einer beabsichtigten Weise zu verschieben, wird der akustische PAD durch geeignete Manipulation der Ultraschallwandleranordnung spezifisch modifiziert. Mit anderen Worten, das Objekt wird verschoben, indem nacheinander mindestens zwei PADs erzeugt werden, von denen ein Anfangs-PAD einem Ausgangszustand des Objekts und ein End-PAD einem Zielzustand des Objekts entsprechen kann. Insbesondere kann das Objekt z. B. in einem oder mehreren Niederdruckbereichen des jeweiligen PAD „gefangen“ sein. Wenn der PAD manipuliert wird, folgt das Objekt im Allgemeinen dieser Manipulation.In order to displace the object within the manipulation body volume in an intended manner, the acoustic PAD is specifically modified by appropriate manipulation of the ultrasonic transducer assembly. In other words, the object is moved by sequentially generating at least two PADs, of which an initial PAD may correspond to an initial state of the object and an end PAD may correspond to a target state of the object. In particular, the object can e.g. B. be “trapped” in one or more low pressure areas of the respective PAD. When the PAD is manipulated, the object generally follows that manipulation.

Insbesondere wird das PAD in seiner räumlichen Anordnung und/oder seiner räumlichen Amplitudenverteilung verändert. Mit anderen Worten, der Ort, an dem das PAD innerhalb des Manipulationskörpervolumens erzeugt wird, kann durch geeignete Manipulation der Ultraschallwandleranordnung absichtlich verschoben werden. Zu diesem Zweck kann die gesamte Ultraschallwandleranordnung oder Teile davon in geeigneter Weise verschoben werden. Zusätzlich oder alternativ können einzelne Ultraschallgeneratoren und/oder akustische Linsen oder andere Komponenten der Ultraschallwandleranordnung in Bezug auf andere Komponenten der Ultraschallwandleranordnung verschoben werden. Als weitere Ergänzung oder Alternative kann der Betrieb eines oder mehrerer Ultraschallgeneratoren und/oder akustischer Linsen und/oder anderer Komponenten, die in der Ultraschallwandleranordnung enthalten sind, gezielt so manipuliert werden, dass eine Amplitude und/oder eine Phase des von ihnen emittierten Ultraschalls verändert wird. Als Ergebnis einer oder einer Kombination aller dieser Maßnahmen kann die räumliche Anordnung und/oder die räumliche Amplitudenverteilung des PAD so verändert werden, dass Druckgradienten erzeugt werden, die zu erheblichen Kräften führen, die auf das Objekt in einer beabsichtigten Richtung einwirken. Als Reaktion auf diese Kräfte kann das Objekt innerhalb des Volumens des Manipulationskörpers präzise so verschoben werden, dass es in Bezug auf den Körperteil in einer beabsichtigten Position und/oder einer beabsichtigten Ausrichtung angeordnet wird.In particular, the PAD is changed in its spatial arrangement and/or its spatial amplitude distribution. In other words, the location at which the PAD is created within the manipulation body volume can be intentionally shifted by appropriate manipulation of the ultrasonic transducer assembly. For this purpose, the entire ultrasonic transducer arrangement or parts thereof can be moved in a suitable manner. Additionally or alternatively, individual ultrasound generators and/or acoustic lenses or other components of the ultrasound transducer arrangement can be moved with respect to other components of the ultrasound transducer arrangement. As a further addition or alternative, the operation of one or more ultrasound generators and/or acoustic lenses and/or other components contained in the ultrasound transducer arrangement can be specifically manipulated in such a way that an amplitude and/or a phase of the ultrasound emitted by them is changed . As a result of one or a combination of all of these measures, the spatial arrangement and/or the spatial amplitude distribution of the PAD can be changed to create pressure gradients that result in significant forces acting on the object in an intended direction. In response to these forces, the object may be precisely displaced within the volume of the manipulation body to locate it in an intended position and/or orientation with respect to the body part.

Gemäß einer Ausführungsform wird der Ultraschall mit einer Energiedichte abgestrahlt, die ausreichend niedrig ist, um Gewebeschäden, Narbenbildung, Muskelentspannung, Muskelanspannung, akustische Strömungen und/oder Kavitation innerhalb des Manipulationskörpervolumens zu vermeiden.According to one embodiment, the ultrasound is emitted at an energy density that is sufficiently low to avoid tissue damage, scarring, muscle relaxation, muscle tension, acoustic currents and/or cavitation within the manipulation body volume.

Mit anderen Worten: Während der Ultraschall mit einer ausreichenden Intensität von der Ultraschallwandleranordnung erzeugt und abgestrahlt wird, um erhebliche Kräfte für die Bewegung des zu verschiebenden Objekts zu erzeugen, muss die Energiedichte dieses Ultraschalls auf ein Ausmaß begrenzt sein, bei dem lebendes Gewebe nicht verletzt wird und keine Aktivierung der Muskeln durch den abgestrahlten Ultraschall beeinflusst wird. Außerdem muss die Energiedichte des Ultraschalls niedrig genug sein, um akustische Strömungen und Kavitation zu vermeiden. Unter akustischer Strömung versteht man eine gleichmäßige Strömung in einer Flüssigkeit, die durch die Absorption von akustischen Schwingungen mit hoher Amplitude hervorgerufen wird. Die Höchst- und Mindestwerte (Amplitude) des PAD werden so gewählt, dass akustische Strömungen verhindert werden. Unter Kavitation versteht man die Bildung kleiner dampfgefüllter Hohlräume in der Flüssigkeit. Dies wird dadurch verursacht, dass der statische Druck einer Flüssigkeit unter den Dampfdruck der Flüssigkeit sinkt. Die Druckgradienten des PAD sind so gewählt, dass Kavitation verhindert wird. Insbesondere wird die Druckamplitude der Niederdruckbereiche innerhalb des PAD ausreichend hoch gewählt, um Kavitation zu verhindern.In other words, while the ultrasound is generated and emitted by the ultrasound transducer assembly with sufficient intensity to generate significant forces for the movement of the object to be displaced, the energy density of this ultrasound must be limited to a level at which living tissue is not injured and no activation of the muscles is influenced by the emitted ultrasound. In addition, the energy density of the ultrasound must be low enough to avoid acoustic currents and cavitation. Acoustic flow is a uniform flow in a liquid caused by the absorption of high-amplitude acoustic vibrations. The maximum and minimum values (amplitude) of the PAD are chosen to prevent acoustic currents. Cavitation is the formation of small, vapor-filled cavities in the liquid. This is caused by the static pressure of a liquid falling below the vapor pressure of the liquid. The pressure gradients of the PAD are chosen to prevent cavitation. In particular, the pressure amplitude of the low-pressure areas within the PAD is chosen to be sufficiently high to prevent cavitation.

Dementsprechend muss der Ultraschall von der Ultraschallwandleranordnung mit einer Intensität ausgesendet werden, die für die Erzeugung des PAD ausreichend hoch ist, um ausreichende Kräfte zu erzeugen, die direkt auf das Objekt einwirken, um es zu verschieben, doch muss die Ultraschallintensität auf Werte begrenzt werden, die niedrig genug sind, um sekundäre Wirkungen zu verhindern, die daraus resultieren, dass das Gewebe durch die Absorption der Ultraschallenergie irreversibel verändert wird, d. h. um beispielsweise Verletzungen oder Vernarbungen von lebendem Gewebe zu vermeiden.Accordingly, the ultrasound must be emitted by the ultrasound transducer assembly at an intensity sufficiently high to produce the PAD in order to generate sufficient forces acting directly on the object to displace it, but the ultrasound intensity must be limited to values which are low enough to prevent secondary effects resulting from the tissue being irreversibly altered by the absorption of the ultrasound energy, i.e. H. for example, to avoid injuries or scarring of living tissue.

Gemäß einer Ausführungsform wird die Schalldruckamplitudenverteilung mit mindestens einem ersten Druckbereich mit niedrigerem Schalldruck und mindestens einem zweiten Druckbereich mit höherem Schalldruck erzeugt, wobei eine Größe und/oder eine Geometrie und/oder eine Amplitude der ersten und zweiten Druckbereiche in Abhängigkeit von Lage- und/oder Geometriemerkmalen des Objekts eingestellt wird.According to one embodiment, the sound pressure amplitude distribution is generated with at least a first pressure range with a lower sound pressure and at least a second pressure range with a higher sound pressure, with a size and/or a geometry and/or an amplitude of the first and second pressure ranges being dependent ability of position and/or geometric features of the object is set.

Anders ausgedrückt, kann das PAD so erzeugt werden, dass es erste und zweite Druckregionen enthält, die sich hinsichtlich des in den jeweiligen Regionen herrschenden Schalldrucks deutlich unterscheiden. Dabei kann die Ultraschallwandleranordnung so konfiguriert und/oder betrieben werden, dass die Größe und/oder die Geometrie der ersten und zweiten Druckregionen unter Berücksichtigung von Lageeigenschaften des Objekts, d.h. wo das Objekt in Bezug auf den Körperteil angeordnet ist, und/oder unter Berücksichtigung von geometrischen Eigenschaften des Objekts, d.h. welche Abmessungen und/oder Form das Objekt hat, gezielt angepasst wird. Je größer beispielsweise das Objekt ist, desto größer kann die Größe des ersten und/oder zweiten Druckbereichs eingestellt werden. Durch eine geeignete Einstellung der Größe und/oder Geometrie der ersten und zweiten Druckbereiche kann die Einwirkung der vom PAD auf das Objekt ausgeübten Kräfte optimiert werden.In other words, the PAD can be created such that it contains first and second pressure regions that differ significantly in terms of the sound pressure prevailing in the respective regions. The ultrasound transducer arrangement can be configured and/or operated in such a way that the size and/or the geometry of the first and second pressure regions takes into account positional properties of the object, i.e. where the object is arranged in relation to the body part, and/or taking into account geometric properties of the object, i.e. what dimensions and/or shape the object has, is specifically adapted. For example, the larger the object is, the larger the size of the first and/or second print area can be set. By appropriately adjusting the size and/or geometry of the first and second pressure areas, the effect of the forces exerted by the PAD on the object can be optimized.

Nach einer weiteren Ausführungsform wird die Schalldruckamplitudenverteilung so erzeugt, dass sich das Objekt überwiegend im ersten Druckbereich mit niedrigerem Schalldruck befindet und zwischen mindestens zwei zweiten Druckbereichen mit höherem Schalldruck eingefügt ist.According to a further embodiment, the sound pressure amplitude distribution is generated such that the object is predominantly in the first pressure range with lower sound pressure and is inserted between at least two second pressure ranges with higher sound pressure.

Mit anderen Worten, das PAD kann mit zwei zweiten Druckbereichen mit höherem Schalldruck erzeugt werden, die einen ersten Druckbereich mit niedrigerem Schalldruck dazwischen einschließen. Das PAD kann dann so angeordnet werden und die Größen und/oder Geometrien der ersten und zweiten Druckbereiche können so angepasst werden, dass das Objekt vollständig im ersten Druckbereich oder zumindest ein überwiegender Teil des Objekts im ersten Druckbereich enthalten ist. Dementsprechend sind die zweiten Druckbereiche mit höherem Schalldruck auf gegenüberliegenden Seiten des Objekts angeordnet und „klemmen“ das Objekt zwischen diesen höheren Druckbereichen ein. Das PAD kann dabei ähnlich wie eine berührungslose Zange wirken, um das Objekt zu ergreifen und möglicherweise zu verschieben.In other words, the PAD may be created with two second, higher sound pressure ranges that include a first, lower sound pressure range therebetween. The PAD can then be arranged and the sizes and/or geometries of the first and second print areas can be adjusted so that the object is completely contained in the first print area or at least a predominant part of the object is contained in the first print area. Accordingly, the second pressure areas of higher sound pressure are located on opposite sides of the object and “pinch” the object between these higher pressure areas. The PAD can act similarly to non-contact pliers to grasp and possibly move the object.

Gemäß einer Ausführungsform wird der Ultraschall so abgestrahlt, dass er im Volumen des Manipulationskörpers eine Wellenlänge hat, die zwischen 100 % und 400 %, vorzugsweise zwischen 150 % und 300 %, der seitlichen Abmessungen des Objekts in einer Einstrahlungsrichtung des abgestrahlten Ultraschalls liegt.According to one embodiment, the ultrasound is emitted such that it has a wavelength in the volume of the manipulation body that is between 100% and 400%, preferably between 150% and 300%, of the lateral dimensions of the object in an irradiation direction of the emitted ultrasound.

Im Allgemeinen wird der Ultraschall mit einer Frequenz im Ultraschallbereich, d. h. über 20 kHz, abgestrahlt. Die Abmessungen der Druckschwankungen innerhalb des PAD hängen in der Regel von der Wellenlänge des eingestrahlten Ultraschalls ab. Um eine effektive Erfassung eines Objekts mit dem PAD zu ermöglichen, sollten die Abmessungen eines ersten Niederdruckbereichs ähnlich oder gleich der Hälfte der Wellenlänge des eingestrahlten Ultraschalls sein. Mit anderen Worten: Um ein Objekt mit einer Breite w von z. B. einigen Millimetern einklemmen zu können, sollte die Wellenlänge des eingestrahlten Ultraschalls so beschaffen sein, dass die Hälfte der Wellenlänge λ/2 in einer ähnlichen Größenordnung liegt wie die Abmessungen des Objekts, d. h. die Hälfte der Wellenlänge λ/2 sollte ungefähr das 1- bis 2-fache der seitlichen Abmessungen des Objekts betragen. Dementsprechend sollte bei einem Objekt mit einer Breite von beispielsweise 6 mm die Wellenlänge λ des Ultraschalls, der das PAD erzeugt, in einem Bereich von 12 bis 24 mm liegen.In general, ultrasound is performed at a frequency in the ultrasonic range, i.e. H. over 20 kHz, radiated. The dimensions of the pressure fluctuations within the PAD usually depend on the wavelength of the irradiated ultrasound. To enable effective detection of an object with the PAD, the dimensions of a first low-pressure region should be similar to or equal to half the wavelength of the irradiated ultrasound. In other words: To create an object with a width w of z. B. to be able to clamp a few millimeters, the wavelength of the irradiated ultrasound should be such that half of the wavelength λ/2 is of a similar order of magnitude as the dimensions of the object, i.e. H. half the wavelength λ/2 should be approximately 1 to 2 times the lateral dimensions of the object. Accordingly, for an object with a width of, for example, 6 mm, the wavelength λ of the ultrasound that generates the PAD should be in a range of 12 to 24 mm.

Im Allgemeinen hängt die Wellenlänge λ von den Eigenschaften, insbesondere von der Schallgeschwindigkeit, der Flüssigkeit ab, in die der Ultraschall eingestrahlt wird. Zum Beispiel beträgt die Schallgeschwindigkeit c in Wasser etwa 1500 m/s. Dementsprechend kann eine Frequenz f des Ultraschalls, der das PAD erzeugt, so eingestellt werden, dass f = c / λ = c / (2 * 1,5 * w) erfüllt wird, möglicherweise mit einer Toleranz von etwa ± 50 %. Bei c = 1500 m/s und w = 6 mm ergibt sich ein bevorzugter Frequenzbereich von 83 kHz ± 41,5 kHz.In general, the wavelength λ depends on the properties, in particular on the speed of sound, of the liquid into which the ultrasound is irradiated. For example, the speed of sound c in water is about 1500 m/s. Accordingly, a frequency f of the ultrasound that generates the PAD can be adjusted to satisfy f = c / λ = c / (2 * 1.5 * w), perhaps with a tolerance of about ± 50%. At c = 1500 m/s and w = 6 mm this results in a preferred frequency range of 83 kHz ± 41.5 kHz.

In einer Ausführungsform wird die Druckamplitudenverteilung so erzeugt, dass das Objekt vollständig umschlossen wird.In one embodiment, the pressure amplitude distribution is generated such that the object is completely enclosed.

Mit anderen Worten: Obwohl es prinzipiell möglich ist, dass das Volumen, in dem das akustische PAD erzeugt wird, nicht das gesamte zu verlagernde Objekt vollständig umschließt, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn das Volumen das gesamte Objekt umschließt. In einer solchen Konfiguration befindet sich jeder Teil des Objekts in der Flüssigkeit, die in dem das PAD einschließenden Volumen enthalten ist, so dass das gesamte Objekt frei schweben oder schwimmen kann und daher leicht zu verlagern ist.In other words: Although it is in principle possible that the volume in which the acoustic PAD is generated does not completely enclose the entire object to be relocated, it is considered advantageous if the volume encloses the entire object. In such a configuration, every part of the object is in the liquid contained in the volume enclosing the PAD, so that the entire object can float or float freely and is therefore easy to relocate.

In einer Ausführungsform wird das Volumen des Manipulationskörpers so festgelegt, dass seine Abmessungen höchstens das Dreifache, vorzugsweise höchstens das Doppelte der Abmessungen des Objekts betragen.In one embodiment, the volume of the manipulation body is determined such that its dimensions are at most three times, preferably at most twice, the dimensions of the object.

Anders ausgedrückt: Das Volumen des Manipulationskörpers einschließlich des PAD erstreckt sich vorzugsweise in unmittelbarer Nähe des zu verschiebenden Objekts, muss aber nicht unbedingt weit über die Kontur des Objekts hinausreichen. Durch die Begrenzung der Abmessungen des Manipulationskörpervolumens auf einen solchen Nahbereich können verschiedene vorteilhafte Effekte erzielt werden, wie z. B. die Begrenzung des Energieverbrauchs für die Ultraschallerzeugung, die Begrenzung von Nebenwirkungen auf vom Objekt entfernte Körperteile usw.In other words: The volume of the manipulation body including the PAD preferably extends in the immediate vicinity of the object to be moved, but does not necessarily have to extend far beyond the contour of the object. By limiting the dimensions of the mani pulsation body volume on such a close range, various advantageous effects can be achieved, such as. B. limiting energy consumption for ultrasound generation, limiting side effects to body parts distant from the object, etc.

In einer Ausführungsform wird die Ultraschallwandleranordnung so manipuliert, dass die Schalldruckamplitudenverteilung innerhalb einer Ebene, die eine Emissionsrichtung des Ultraschalls kreuzt, seitlich verschoben und/oder gedreht wird.In one embodiment, the ultrasound transducer arrangement is manipulated such that the sound pressure amplitude distribution is laterally shifted and/or rotated within a plane that crosses an emission direction of the ultrasound.

Genauer gesagt: Um die Kraft zum Verschieben des Objekts zu erzeugen, kann der PAD und insbesondere seine räumliche Anordnung und/oder seine räumliche Amplitudenverteilung so manipuliert werden, dass sie in der Ebene verschoben werden, die die Abstrahlrichtung des Ultraschalls kreuzt. Vorzugsweise kann diese Ebene orthogonal zur Abstrahlrichtung sein. Dabei kann die Abstrahlrichtung einer Ausbreitungsrichtung des Ultraschalls, d. h. einer Einstrahlungsrichtung, entsprechen. Die Ebene kann sich entlang einer Oberfläche oder einer Grenzfläche des Körperteils erstrecken, an dem das Objekt verlagert werden soll. Dementsprechend kann das Objekt mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren entlang einer solchen Körperteiloberfläche/-schnittstelle verschoben und/oder gedreht werden.More specifically, in order to generate the force to displace the object, the PAD and in particular its spatial arrangement and/or its spatial amplitude distribution can be manipulated so that they are displaced in the plane that crosses the emission direction of the ultrasound. This plane can preferably be orthogonal to the radiation direction. The radiation direction can be a direction of propagation of the ultrasound, i.e. H. one direction of irradiation. The plane may extend along a surface or interface of the body part where the object is to be displaced. Accordingly, the object can be moved and/or rotated along such a body part surface/interface using the method proposed here.

Gemäß einer Ausführungsform ist zwischen dem Manipulationskörpervolumen und der Ultraschallwandleranordnung ein Flüssigkeitskopplungsmedium angeordnet, das akustische Eigenschaften aufweist, die den akustischen Eigenschaften der das Objekt im Manipulationskörpervolumen umgebenden Flüssigkeit mit einer Toleranz von ± 50 % entsprechen.According to one embodiment, a liquid coupling medium is arranged between the manipulation body volume and the ultrasonic transducer arrangement, which has acoustic properties that correspond to the acoustic properties of the liquid surrounding the object in the manipulation body volume with a tolerance of ± 50%.

Mit anderen Worten: Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, den gesamten Raum zwischen einer Flüssigkeitsoberfläche, die das zu verschiebende Objekt umschließt, einerseits und einer Oberfläche der Ultraschallwandleranordnung, die den Ultraschall zur Erzeugung des PAD abstrahlt, andererseits mit einem flüssigen Kopplungsmedium zu füllen. Dieses Kopplungsmedium kann ein Fluid wie eine Flüssigkeit, ein Gel oder ähnliches sein. Insbesondere sollte ein solches Kopplungsmedium akustische Eigenschaften wie eine Schallgeschwindigkeit haben, die den akustischen Eigenschaften des Fluids im Volumen des Manipulationskörpers entspricht oder ähnlich ist. Vorzugsweise liegen die akustischen Eigenschaften des fluiden Kopplungsmediums in einem Bereich zwischen 50 % und 150 % derjenigen des Fluids im Volumen des Manipulationskörpers. Wenn beispielsweise das Fluid im Volumen des Manipulationskörpers eine Schallgeschwindigkeit c1 hat, muss das Fluidkopplungsmedium eine Schallgeschwindigkeit c2 = c1 ± 0,5*c1 haben. Die Toleranz kann vorzugsweise kleiner als 50% sein, d.h. beispielsweise 30%, 20% oder 10%. Dadurch kann der an der Ultraschallwandleranordnung erzeugte Ultraschall leicht auf das Fluid im Manipulationskörpervolumen übertragen und insbesondere verhindert werden, dass wesentliche Anteile des Ultraschalls an Grenzflächen reflektiert werden, die ohne das Fluidkopplungsmedium an Übergängen zwischen dem Fluid im Manipulationskörpervolumen und z.B. einem daran angrenzenden gasgefüllten Volumen auftreten würden.In other words: It has proven to be advantageous to fill the entire space between a liquid surface that encloses the object to be moved, on the one hand, and a surface of the ultrasonic transducer arrangement, which emits the ultrasound to generate the PAD, with a liquid coupling medium, on the other hand. This coupling medium can be a fluid such as a liquid, a gel or the like. In particular, such a coupling medium should have acoustic properties such as a speed of sound that corresponds to or is similar to the acoustic properties of the fluid in the volume of the manipulation body. The acoustic properties of the fluid coupling medium are preferably in a range between 50% and 150% of those of the fluid in the volume of the manipulation body. For example, if the fluid in the volume of the manipulation body has a sound speed c1, the fluid coupling medium must have a sound speed c2 = c1 ± 0.5*c1. The tolerance can preferably be less than 50%, i.e. for example 30%, 20% or 10%. This allows the ultrasound generated at the ultrasonic transducer arrangement to be easily transmitted to the fluid in the manipulation body volume and, in particular, to prevent significant portions of the ultrasound from being reflected at interfaces that would occur without the fluid coupling medium at transitions between the fluid in the manipulation body volume and, for example, a gas-filled volume adjacent to it .

Gemäß einer Ausführungsform wird die Ultraschallwandleranordnung während der Erzeugung des Ultraschalls mechanisch an dem Körperteil befestigt, der das Manipulationskörpervolumen umfasst.According to one embodiment, the ultrasound transducer arrangement is mechanically attached to the body part that includes the manipulation body volume during the generation of the ultrasound.

Aufgrund dieser Fixierung darf sich die Ultraschallwandleranordnung nicht relativ zu dem Körperteil bewegen, an dem das Objekt verlagert werden soll. So kann z. B. ein Auge, in dem eine Linse verlagert werden soll, während des Verlagerungsvorgangs aufgrund seiner Fixierung relativ zur Ultraschallwandleranordnung stabilisiert werden.Due to this fixation, the ultrasound transducer arrangement may not move relative to the part of the body on which the object is to be displaced. So can e.g. B. an eye in which a lens is to be relocated can be stabilized during the displacement process due to its fixation relative to the ultrasound transducer arrangement.

Gemäß einer Ausführungsform ist das Objekt eine Linse, insbesondere eine Intraokularlinse, und das Manipulationskörpervolumen ist an einem Auge eines Patienten angeordnet.According to one embodiment, the object is a lens, in particular an intraocular lens, and the manipulation body volume is arranged on an eye of a patient.

Wie hier näher erläutert, können das hier beschriebene Verfahren und die Vorrichtung besonders vorteilhaft für die Verschiebung und/oder Drehung einer Kunstlinse innerhalb eines Manipulationskörpervolumens sein, das sich im Auge eines Patienten befindet. Das Verfahren kann beispielsweise angewandt werden, wenn die Linse in einem ersten chirurgischen Eingriff in einen Kapselsack im Auge implantiert wurde, dann aber disloziert und/oder desorientiert wurde, d. h. aus ihrer gewünschten Position und/oder Ausrichtung verschoben und/oder gedreht wurde. Mit dem vorgeschlagenen Verfahren kann die Linse dann in einem berührungslosen, nicht-invasiven Verlagerungsverfahren neu angeordnet und/oder ausgerichtet werden, so dass ein zweiter chirurgischer Eingriff vermieden werden kann.As explained in more detail here, the method and device described here can be particularly advantageous for the displacement and/or rotation of an artificial lens within a manipulation body volume that is located in a patient's eye. The method can be used, for example, if the lens was implanted in a capsular bag in the eye in a first surgical procedure, but then became dislocated and/or disoriented, i.e. H. has been moved and/or rotated from its desired position and/or orientation. With the proposed method, the lens can then be rearranged and/or aligned in a non-contact, non-invasive displacement procedure so that a second surgical procedure can be avoided.

Gemäß einer Ausführungsform der Verlagerungsvorrichtung nach dem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst die Ultraschallwandleranordnung mindestens zwei Ultraschallgeneratoren, die seitlich nebeneinander angeordnet sind. Dabei ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, einen Betrieb jedes der Ultraschallgeneratoren unabhängig von dem anderen Ultraschallgenerator individuell so zu steuern, dass ein Muster des von der Ultraschallwandleranordnung erzeugten Ultraschalls in einer seitlichen Richtung und/oder in einer Tiefenrichtung verschoben wird.According to an embodiment of the displacement device according to the second aspect of the invention, the ultrasound transducer arrangement comprises at least two ultrasound generators which are arranged laterally next to one another. The control device is set up to individually control the operation of each of the ultrasound generators independently of the other ultrasound generator in such a way that a pattern of the ultrasound generated by the ultrasound transducer arrangement in one is shifted in a lateral direction and/or in a depth direction.

Mit anderen Worten, die Ultraschallwandleranordnung kann vorzugsweise mehrere Ultraschallgeneratoren umfassen. Jeder Ultraschallgenerator kann unabhängig von den anderen arbeiten. Dementsprechend kann jeder Ultraschallgenerator Ultraschall mit einer individuellen Frequenz, Amplitude und/oder Phase aussenden. Die Ultraschallgeneratoren können nebeneinander angeordnet sein. Benachbarte Ultraschallgeneratoren können direkt aneinander stoßen oder voneinander beabstandet sein. Vorzugsweise können die Ultraschallerzeuger der Ultraschallwandleranordnung entlang einer gemeinsamen Fläche angeordnet sein. Diese gemeinsame Fläche kann eben oder gekrümmt sein. Insbesondere kann eine solche gemeinsame Fläche im Wesentlichen parallel zu einer Ebene oder einer gekrümmten Fläche verlaufen, in der das Objekt in Bezug auf den Körperteil verlagert werden soll.In other words, the ultrasonic transducer arrangement can preferably comprise a plurality of ultrasonic generators. Each ultrasonic generator can work independently of the others. Accordingly, each ultrasound generator can emit ultrasound with an individual frequency, amplitude and/or phase. The ultrasound generators can be arranged next to each other. Adjacent ultrasound generators can abut one another directly or be spaced apart from one another. Preferably, the ultrasound generators of the ultrasound transducer arrangement can be arranged along a common surface. This common surface can be flat or curved. In particular, such a common surface can run essentially parallel to a plane or a curved surface in which the object is to be displaced in relation to the body part.

Bei einer solchen Konfiguration der Ultraschallwandleranordnung kann die Steuereinheit den Betrieb jedes einzelnen Ultraschallgenerators oder von Untergruppen von Ultraschallgeneratoren unabhängig von anderen Ultraschallgeneratoren individuell steuern. Durch eine solche individuelle Steuerung der Ultraschallgeneratoren kann ein Muster, mit dem der Ultraschall von der Ultraschallwandleranordnung erzeugt wird, beeinflusst werden. Ein solches Ultraschallmuster wirkt sich im Allgemeinen auf die Eigenschaften des akustischen PAD wie seine räumliche Anordnung und/oder seine räumliche Amplitudenverteilung aus.With such a configuration of the ultrasonic transducer arrangement, the control unit can individually control the operation of each individual ultrasonic generator or subgroups of ultrasonic generators independently of other ultrasonic generators. Through such individual control of the ultrasound generators, a pattern with which the ultrasound is generated by the ultrasound transducer arrangement can be influenced. Such an ultrasonic pattern generally affects the characteristics of the acoustic PAD such as its spatial arrangement and/or its spatial amplitude distribution.

Insbesondere kann das Ultraschallmuster in kontrollierter Weise so beeinflusst werden, dass es in einer seitlichen Richtung entlang einer Ebene, die die Emissionsrichtung des Ultraschalls kreuzt, und/oder in einer Tiefenrichtung senkrecht zu dieser seitlichen Richtung verschoben wird. Dementsprechend kann durch eine geeignete Steuerung der Mehrfach-Ultraschallgeneratoren das Ultraschallmuster so beeinflusst werden, dass die sich ergebenden Änderungen in der PAD zu einer Erzeugung von Kräften führen, die auf das Objekt einwirken, um das Objekt in der beabsichtigten Weise zu verschieben.In particular, the ultrasound pattern can be influenced in a controlled manner so that it is displaced in a lateral direction along a plane that crosses the emission direction of the ultrasound and/or in a depth direction perpendicular to this lateral direction. Accordingly, through appropriate control of the multiple ultrasound generators, the ultrasound pattern can be influenced such that the resulting changes in the PAD result in the generation of forces acting on the object to displace the object in the intended manner.

Bei einer solchen Implementierung müssen die Ultraschallwandleranordnung oder ihre Ultraschallgeneratoren oder andere Komponenten nicht unbedingt selbst bewegt werden, um das Objekt über induzierte Änderungen im PAD zu verschieben. Stattdessen können solche Veränderungen im PAD nur durch geeignete Ansteuerung der einzelnen Ultraschallgeneratoren, z. B. hinsichtlich der Amplitude und/oder Phase des von ihnen erzeugten Ultraschalls, erzeugt werden. Somit sind in der Regel keine beweglichen Teile in der Ultraschallwandleranordnung erforderlich.In such an implementation, the ultrasonic transducer assembly or its ultrasonic generators or other components do not necessarily need to move themselves to displace the object via induced changes in the PAD. Instead, such changes in the PAD can only be achieved by appropriately controlling the individual ultrasound generators, e.g. B. in terms of the amplitude and / or phase of the ultrasound they generate. As a rule, no moving parts are required in the ultrasonic transducer arrangement.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Ultraschallwandleranordnung mindestens eine akustische Linse, wobei der Controller so konfiguriert ist, dass er die mindestens eine akustische Linse so steuert, dass ein Muster des von der Ultraschallwandleranordnung erzeugten Ultraschalls in einer seitlichen Richtung und/oder in einer Tiefenrichtung verschoben wird.According to one embodiment, the ultrasonic transducer assembly includes at least one acoustic lens, wherein the controller is configured to control the at least one acoustic lens to shift a pattern of the ultrasound generated by the ultrasonic transducer assembly in a lateral direction and/or in a depth direction.

Anders ausgedrückt: Anstatt oder zusätzlich zur Beeinflussung des von der Ultraschallwandleranordnung erzeugten Ultraschallmusters durch Steuerung der einzelnen Ultraschallgeneratoren, wie im vorhergehenden Absatz beschrieben, kann ein solches Ultraschallmuster auch durch geeignete Steuerung einer oder mehrerer akustischer Linsen beeinflusst werden, die in der Ultraschallwandleranordnung enthalten sind. Diese akustischen Linsen können so konfiguriert sein, dass sie den durch sie übertragenen Ultraschall fokussieren, divergieren und/oder umlenken. Die akustische(n) Linse(n) kann/können von der Steuereinheit der Verlagerungsvorrichtung hinsichtlich ihrer akustischen Eigenschaften gesteuert werden, wodurch die Ultraschallübertragung durch die einzelne akustische Linse beeinflusst wird, und/oder hinsichtlich einer räumlichen Anordnung jeder einzelnen oder mehrerer akustischer Linsen, wodurch die Ultraschallübertragung durch die gesamte akustische Linsenanordnung beeinflusst wird. Insbesondere kann die eine oder mehrere akustische Linse(n) gezielt gesteuert werden, um das Ultraschallmuster so zu verändern, dass das resultierende PAD Kräfte auf das Objekt im Manipulationskörpervolumen ausübt, um das Objekt in einer beabsichtigten Weise zu verschieben.In other words: Instead of or in addition to influencing the ultrasound pattern generated by the ultrasound transducer arrangement by controlling the individual ultrasound generators, as described in the previous paragraph, such an ultrasound pattern can also be influenced by suitable control of one or more acoustic lenses contained in the ultrasound transducer arrangement. These acoustic lenses can be configured to focus, diverge and/or redirect the ultrasound transmitted through them. The acoustic lens (s) can be controlled by the control unit of the displacement device with regard to their acoustic properties, whereby the ultrasound transmission through the individual acoustic lens is influenced, and / or with respect to a spatial arrangement of each individual or multiple acoustic lenses, whereby the ultrasound transmission is influenced by the entire acoustic lens arrangement. In particular, the one or more acoustic lenses can be selectively controlled to alter the ultrasound pattern such that the resulting PAD exerts forces on the object in the manipulation body volume to displace the object in an intended manner.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Verlagerungsvorrichtung ferner einen Verlagerungsmechanismus, der so konfiguriert ist, dass er mindestens eine in der Ultraschallwandleranordnung enthaltene Komponente mechanisch so verlagert, dass ein Muster des von der Ultraschallwandleranordnung erzeugten Ultraschalls in einer seitlichen Richtung und/oder einer Tiefenrichtung verlagert wird.According to one embodiment, the displacement device further comprises a displacement mechanism configured to mechanically displace at least one component included in the ultrasonic transducer assembly such that a pattern of ultrasound generated by the ultrasonic transducer assembly is displaced in a lateral direction and/or a depth direction.

Alternativ oder zusätzlich zu den oben beschriebenen Möglichkeiten der Beeinflussung des Ultraschallmusters durch geeignete Steuerung des Betriebs des einen oder der mehreren Ultraschallgeneratoren und/oder akustischen Linsen kann die Verlagerungsvorrichtung daher einen spezifischen Verschiebungsmechanismus umfassen, mit dem die Positionierung der in der Ultraschallwandleranordnung enthaltenen Komponenten beeinflusst werden kann. Bei einer solchen Komponente oder mehreren Komponenten kann es sich um jede Komponente handeln, die die Ultraschallerzeugung und/oder die Ultraschallausbreitung innerhalb der Ultraschallwandleranordnung beeinflusst. Bei einer solchen Komponente kann es sich beispielsweise um einen der Ultraschallgeneratoren, eine der akustischen Linsen, einen akustischen Reflektor, einen akustischen Deflektor, einen akustischen Absorber oder dergleichen handeln. Der Verschiebungsmechanismus kann einen oder mehrere Aktuatoren umfassen. Die Stellglieder können elektromechanisch, pneumatisch, hydraulisch usw. arbeiten. Der Verschiebungsmechanismus kann so konfiguriert sein, dass er die mindestens eine in der Ultraschallwandleranordnung enthaltene Komponente entlang einer linearen oder gekrümmten Bahn verschiebt.Alternatively or in addition to the possibilities described above for influencing the ultrasound pattern by appropriately controlling the operation of the one or more ultrasound generators and/or acoustic lenses, the displacement device can therefore comprise a specific displacement mechanism with which the positioning of the components contained in the ultrasound transducer arrangement can be influenced . With such a component or Several components can be any component that influences the ultrasound generation and/or the ultrasound propagation within the ultrasound transducer arrangement. Such a component can be, for example, one of the ultrasound generators, one of the acoustic lenses, an acoustic reflector, an acoustic deflector, an acoustic absorber or the like. The displacement mechanism may include one or more actuators. The actuators can work electromechanically, pneumatically, hydraulically, etc. The displacement mechanism may be configured to displace the at least one component included in the ultrasonic transducer assembly along a linear or curved path.

Durch die kontrollierte Verschiebung eines oder mehrerer solcher Bauteile kann das von der Ultraschallwandleranordnung erzeugte Ultraschallmuster in der beabsichtigten Weise beeinflusst werden, so dass die sich daraus ergebende Änderung des PAD zu geeigneten Kräften führt, die auf das zu verschiebende Objekt in der beabsichtigten Weise ausgeübt werden.By controlled displacement of one or more such components, the ultrasound pattern generated by the ultrasonic transducer assembly can be influenced in the intended manner, so that the resulting change in the PAD results in appropriate forces being exerted on the object to be displaced in the intended manner.

Optional kann die Verlagerungsvorrichtung einen Fixierungsmechanismus zur Fixierung der Ultraschallwandleranordnung relativ zu dem Körperteil, in dem das Objekt verlagert werden soll, umfassen. Die Relokalisierungsvorrichtung kann beispielsweise eine Saugeinheit umfassen, über die ein Unterdruck zwischen dem Körperteil und der Ultraschallwandleranordnung erzeugt werden kann, wodurch die Ultraschallwandleranordnung z. B. an die Oberfläche eines Auges gesaugt wird, in dem eine Linse relociert werden soll.Optionally, the displacement device can include a fixation mechanism for fixing the ultrasound transducer arrangement relative to the part of the body in which the object is to be displaced. The relocalization device can, for example, comprise a suction unit, via which a negative pressure can be generated between the body part and the ultrasonic transducer arrangement, whereby the ultrasonic transducer arrangement z. B. is sucked onto the surface of an eye in which a lens is to be relocated.

Es wird darauf hingewiesen, dass mögliche Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung hier zum Teil in Bezug auf ein Verfahren zur berührungslosen Verlagerung eines Objekts relativ zu einem Körperteil und zum Teil in Bezug auf eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens beschrieben werden. Der Fachmann wird erkennen, dass die Merkmale in geeigneter Weise von einer Ausführungsform auf eine andere übertragen werden können und Merkmale modifiziert, angepasst, kombiniert und/oder ersetzt werden können, usw., um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.It should be noted that possible features and advantages of embodiments of the invention are described herein partly with respect to a method for non-contact displacing an object relative to a body part and partly with respect to a device for carrying out such a method. Those skilled in the art will recognize that features can be appropriately transferred from one embodiment to another and features can be modified, adapted, combined and/or replaced, etc., to achieve further embodiments of the invention.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

Im Folgenden werden vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Weder die Zeichnungen noch die Beschreibung dürfen jedoch als Einschränkung der Erfindung verstanden werden.

  • 1 zeigt eine Vorrichtung zum Verlagern Intraokularlinse in einem Auge eines Patienten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • , (b) zeigen eine Draufsicht und eine Seitenansicht einer Intraokularlinse.
  • , (b) zeigen Draufsichten auf eine Intraokularlinse, die in einer Druckamplitudenverteilung in einer im Auge des Patienten enthaltenen Flüssigkeit in einer ersten Konfiguration und in einer zweiten Konfiguration angeordnet ist.
Advantageous embodiments of the invention are described below with reference to the accompanying drawings. However, neither the drawings nor the description should be construed as limiting the invention.
  • 1 shows a device for displacing intraocular lens in a patient's eye according to an embodiment of the present invention.
  • , (b) show a top view and a side view of an intraocular lens.
  • , (b) show top views of an intraocular lens arranged in a pressure amplitude distribution in a fluid contained in the patient's eye in a first configuration and in a second configuration.

Die Abbildungen sind nur schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf gleiche oder ähnliche Merkmale.The illustrations are only schematic and not to scale. The same reference numbers refer to the same or similar features.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENDESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS

1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur berührungslosen, nicht-invasiven Verlagerung eines Objekts 3 in Bezug auf einen Körperteil 5 eines menschlichen oder tierischen Körpers. Im gezeigten Beispiel handelt es sich bei dem Objekt 3 um eine Intraokularlinse 7 und bei dem Körperteil um ein Auge 9. Insbesondere soll die IOL 7 innerhalb eines Kapselsacks 11 im Auge 9 verlagert und/oder neu ausgerichtet werden. 1 shows a device 1 for the contactless, non-invasive displacement of an object 3 in relation to a body part 5 of a human or animal body. In the example shown, the object 3 is an intraocular lens 7 and the body part is an eye 9. In particular, the IOL 7 should be displaced and/or realigned within a capsular bag 11 in the eye 9.

Wie in 2(a) und 2(b) in einer Draufsicht bzw. einer Seitenansicht dargestellt, umfasst die IOL 7 einen kreisförmigen zentralen Linsenkörper 71 sowie zwei Vorsprünge 73 oder Beine, die sich radial von einem Umfang des zentralen Linsenkörpers 71 erstrecken. Die Vorsprünge 73 können dazu dienen, die IOL 7 an einer beabsichtigten Stelle und/oder in einer beabsichtigten Ausrichtung innerhalb des Kapselsacks 11 im Auge 9 zu fixieren.As in 2(a) and 2 B) Illustrated in a top view and a side view, respectively, the IOL 7 includes a circular central lens body 71 and two projections 73 or legs that extend radially from a circumference of the central lens body 71. The projections 73 can serve to fix the IOL 7 at an intended location and/or in an intended orientation within the capsular bag 11 in the eye 9.

Die Verlagerungsvorrichtung 1 umfasst eine Ultraschallwandleranordnung 13 und eine Steuereinheit 15 zur Steuerung der Ultraschallwandleranordnung 13. Die Ultraschallwandleranordnung 13 umfasst mehrere Ultraschallgeneratoren 17. Außerdem umfasst die Ultraschallwandleranordnung 13 mehrere akustische Linsen 19. Die Ultraschallgeneratoren 17 und die akustischen Linsen 19 sind in einem zweidimensionalen Muster entlang einer gekrümmten Fläche angeordnet, die im Wesentlichen parallel zu einer Außenfläche des Auges 9 verläuft. Dementsprechend sind die Ultraschallgeneratoren 17 und die akustischen Linsen 19 so angeordnet, dass jeder der Ultraschallgeneratoren 17 den Ultraschall 21 in einer Einstrahlungsrichtung in Richtung der IOL 7 im Kapselsack 11 aussenden kann, während der Ultraschall 21 durch eine zugehörige der akustischen Linsen 19 übertragen und dadurch z. B. fokussiert und/oder abgelenkt werden kann.The displacement device 1 comprises an ultrasonic transducer arrangement 13 and a control unit 15 for controlling the ultrasonic transducer arrangement 13. The ultrasonic transducer arrangement 13 comprises a plurality of ultrasound generators 17. The ultrasonic transducer arrangement 13 also comprises a plurality of acoustic lenses 19. The ultrasonic generators 17 and the acoustic lenses 19 are in a two-dimensional pattern along a curved surface arranged, which runs essentially parallel to an outer surface of the eye 9. Accordingly, the ultrasound generators 17 and the acoustic lenses 19 are arranged so that each of the ultrasound generators 17 can emit the ultrasound 21 in an irradiation direction in the direction of the IOL 7 in the capsular bag 11, while the ultrasound 21 is transmitted through an associated one of the acoustic lenses 19 and thereby e.g . B. can be focused and/or distracted.

Die Ultraschallwandleranordnung 13 ist dazu geeignet, gezielt eine akustische Druckamplitudenverteilung (PAD) 23 in einem Fluid 25 zu erzeugen, das im Körperteil 5 in einem Manipulationskörpervolumen 27 enthalten ist. Im vorliegenden Beispiel ist die Flüssigkeit 25 im Kapselsack 11 enthalten, d.h. die PAD 23 wird so erzeugt, dass sie sich zumindest teilweise über das Innenvolumen des Kapselsacks 11 erstreckt. In einem solchen Manipulationskörpervolumen 27 im flüssigkeitsgefüllten Kapselsack 11 kann die IOL 7 so schwimmen oder schweben, dass sie mit relativ geringen Kräften leicht in seitlicher Richtung und/oder in Tiefenrichtung verschoben und/oder gedreht werden kann.The ultrasonic transducer arrangement 13 is suitable for specifically generating an acoustic pressure amplitude distribution (PAD) 23 in a fluid 25 that is contained in the body part 5 in a manipulation body volume 27. In the present example, the liquid 25 is contained in the capsular bag 11, ie the PAD 23 is created so that it extends at least partially over the internal volume of the capsular bag 11. In such a manipulation body volume 27 in the liquid-filled capsular bag 11, the IOL 7 can float or float in such a way that it can be easily displaced and/or rotated in the lateral direction and/or in the depth direction with relatively low forces.

Wie in in einer Draufsicht dargestellt, können solche Kräfte (durch kleine Pfeile angedeutet) erzeugt werden, indem in einem ersten Verarbeitungsschritt das akustische PAD 23 so erzeugt wird, dass es die IOL 7 „einklemmt“. Zu diesem Zweck kann die Ultraschallwandleranordnung 13 Ultraschall 21 mit einem solchen Muster aussenden, dass das erzeugte PAD 23 mindestens einen ersten Druckbereich 29 mit niedrigerem Schalldruck und beispielsweise zwei zweite Druckbereiche 31 mit höherem Schalldruck umfasst. Dabei kann die Frequenz des Ultraschallschalls 21, der zur Erzeugung des PAD 23 verwendet wird, so angepasst werden, dass eine Hälfte λ/2 der Wellenlänge λ des Ultraschallschalls 21 gleich oder ähnlich wie die seitlichen Abmessungen der IOL 7, z. B. ihre Breite, ist. Dementsprechend kann das erzeugte PAD 23 so angeordnet sein, dass die IOL 7 innerhalb des ersten Druckbereichs 29 mit niedrigerem Schalldruck liegt und an ihren beiden gegenüberliegenden Seiten von den zweiten Druckbereichen 31 mit höherem Schalldruck umschlossen wird. Insbesondere können die Vorsprünge 73 der IOL 7 ungefähr entlang einer linearen Linie (in 3(a) in y-Richtung orientiert) angeordnet sein, die den ersten Druckbereich 29 mit niedrigem Druck darstellt.As in shown in a top view, such forces (indicated by small arrows) can be generated by generating the acoustic PAD 23 in a first processing step so that it “clamps” the IOL 7. For this purpose, the ultrasonic transducer arrangement 13 can emit ultrasound 21 with such a pattern that the generated PAD 23 comprises at least a first pressure area 29 with lower sound pressure and, for example, two second pressure areas 31 with higher sound pressure. The frequency of the ultrasound sound 21, which is used to generate the PAD 23, can be adjusted so that half λ/2 of the wavelength λ of the ultrasound sound 21 is the same or similar to the lateral dimensions of the IOL 7, e.g. B. their width. Accordingly, the generated PAD 23 can be arranged so that the IOL 7 lies within the first pressure area 29 with lower sound pressure and is enclosed on its two opposite sides by the second pressure areas 31 with higher sound pressure. In particular, the projections 73 of the IOL 7 can be approximately along a linear line (in 3(a) oriented in the y direction), which represents the first pressure area 29 with low pressure.

Anschließend wird, wie in 3(b) dargestellt, in einem zweiten Bearbeitungsschritt die Ultraschallwandleranordnung 13 so manipuliert, dass das PAD 23 hinsichtlich seiner räumlichen Anordnung und/oder seiner räumlichen Amplitudenverteilung modifiziert wird. Insbesondere wird das PAD 23 so verändert, dass das Ultraschallmuster den ersten Niederdruckbereich 29 und die angrenzenden zweiten Hochdruckbereiche 31 in einer gegenüber der Konfiguration im ersten Bearbeitungsschritt um 90° gedrehten Konfiguration erzeugt. Durch eine solche Drehung des PAD 23 wird auch die von dem PAD 23 eingespannte IOL 7 um einen Winkel von 90° gedreht. Dementsprechend kann die PAD 23 durch geeignete Manipulation der Ultraschallwandleranordnung 13 so verändert werden, dass Kräfte erzeugt werden, die ausreichen, um die IOL 7 in eine beabsichtigte Position und/oder Ausrichtung zu verschieben.Then, as in 3(b) shown, in a second processing step the ultrasound transducer arrangement 13 is manipulated so that the PAD 23 is modified with regard to its spatial arrangement and/or its spatial amplitude distribution. In particular, the PAD 23 is changed so that the ultrasound pattern produces the first low-pressure region 29 and the adjacent second high-pressure regions 31 in a configuration rotated by 90° compared to the configuration in the first processing step. Such a rotation of the PAD 23 also rotates the IOL 7 clamped by the PAD 23 through an angle of 90°. Accordingly, the PAD 23 can be modified by appropriate manipulation of the ultrasound transducer assembly 13 to generate forces sufficient to displace the IOL 7 to an intended position and/or orientation.

Um das PAD 23 zu modifizieren, kann die Steuereinheit 15 den Betrieb jedes der Ultraschallgeneratoren 17 unabhängig von den anderen Ultraschallgeneratoren 17 individuell so steuern, dass das von der Ultraschallwandleranordnung 13 erzeugte Ultraschallmuster 21 in einer lateralen Richtung verschoben, d. h. in einer linearen und/oder rotatorischen Bewegung innerhalb einer x-y-Ebene orthogonal zu einer z-Richtung entsprechend der Ultraschallabstrahlungsrichtung bewegt wird. Alternativ oder zusätzlich können die Ultraschallgeneratoren 17 so betrieben werden, dass das von der Ultraschallwandleranordnung 13 erzeugte Ultraschallmuster 21 in einer Tiefenrichtung verschoben, d. h. in der z-Richtung bewegt wird.To modify the PAD 23, the control unit 15 may individually control the operation of each of the ultrasonic generators 17 independently of the other ultrasonic generators 17 so that the ultrasonic pattern 21 generated by the ultrasonic transducer assembly 13 is shifted in a lateral direction, i.e. H. is moved in a linear and/or rotational movement within an xy plane orthogonal to a z direction corresponding to the direction of ultrasound radiation. Alternatively or additionally, the ultrasound generators 17 can be operated in such a way that the ultrasound pattern 21 generated by the ultrasound transducer arrangement 13 is shifted in a depth direction, i.e. H. is moved in the z direction.

Darüber hinaus kann das Steuergerät 15 die akustischen Linsen 17 so steuern, dass das von der Ultraschallwandleranordnung 13 erzeugte Ultraschallmuster 21 in seitlicher Richtung und/oder in einer Tiefenrichtung verschoben wird.In addition, the control device 15 can control the acoustic lenses 17 so that the ultrasound pattern 21 generated by the ultrasound transducer arrangement 13 is shifted in a lateral direction and/or in a depth direction.

Als weitere Alternative oder Ergänzung umfasst die Ausbreitungsvorrichtung 1 einen Verschiebungsmechanismus 33. Dieser Verschiebungsmechanismus 33 kann mindestens eine der Komponenten, d. h. einen der Ultraschallgeneratoren 17, eine der akustischen Linsen 19 und/oder eine einer optionalen Vielzahl anderer Komponenten, so verschieben, dass das von der Ultraschallwandleranordnung 13 erzeugte Ultraschallmuster 21 seitlich oder in Tiefenrichtung verschoben wird.As a further alternative or addition, the propagation device 1 includes a displacement mechanism 33. This displacement mechanism 33 can be at least one of the components, i.e. H. one of the ultrasound generators 17, one of the acoustic lenses 19 and / or one of an optional variety of other components, so that the ultrasound pattern 21 generated by the ultrasound transducer arrangement 13 is displaced laterally or in the depth direction.

Dementsprechend kann die Ultraschallwandleranordnung 13 im günstigsten Fall so betrieben werden, dass die PAD 23 so modifiziert wird, dass Kräfte erzeugt werden, durch die die IOL 7 in sechs Freiheitsgraden, d. h. entlang der drei orthogonalen Richtungen x, y, z und/oder um drei orthogonale Drehachsen, präzise verschoben werden kann.Accordingly, in the best case scenario, the ultrasound transducer arrangement 13 can be operated in such a way that the PAD 23 is modified in such a way that forces are generated which cause the IOL 7 to move in six degrees of freedom, i.e. H. can be precisely moved along the three orthogonal directions x, y, z and/or around three orthogonal axes of rotation.

Neben der oben beschriebenen Umsetzung der IOL in einem Kapselsack kann das hier vorgeschlagene Verfahren auch zur Unterstützung der Erstimplantation einer IOL (oder einer Prothese oder eines Körperteils) verwendet werden, indem das betreffende Objekt von außerhalb des Körpers in das Innere des Körpers verlagert wird. Dies kann zu einer stärkeren Automatisierung eines chirurgischen Eingriffs beitragen.In addition to the implementation of the IOL in a capsular bag described above, the method proposed here can also be used to support the initial implantation of an IOL (or a prosthesis or a body part) by moving the object in question from outside the body to inside the body. This can contribute to greater automation of a surgical procedure.

Um die Ultraschallübertragung zu verbessern, wird eine Flüssigkeit oder ein Gel, das als Flüssigkeitskopplungsmedium 35 dient, zwischen der Ultraschallwandleranordnung 13 und einer Außenfläche des Auges 9 angeordnet. Das Flüssigkeitskopplungsmedium 35 hat dabei ähnliche akustische Eigenschaften wie die Flüssigkeit 25 im Kapselsack 11.To improve ultrasound transmission, a liquid or gel serving as a liquid coupling medium 35 is placed between the ultrasound transducer assembly 13 and an outer surface of the eye 9. The liquid coupling medium 35 has similar acoustics Properties like the liquid 25 in the capsular bag 11.

Alternativ oder zusätzlich kann die Verlagerungsvorrichtung 1 einen Fixierungsmechanismus 37 aufweisen, über den die Ultraschallwandleranordnung 13 vorübergehend mechanisch an dem Körperteil einschließlich des Manipulationskörpervolumens 27 fixiert werden kann. In der Augenchirurgie kann der Fixierungsmechanismus 37 beispielsweise mit Dichtlippen 41 und einer (nur sehr schematisch angedeuteten) Saugeinheit 39 ausgeführt sein, die einen Unterdruck zwischen der Ultraschallwandleranordnung 13 und einer Außenfläche des Auges 9 erzeugen kann. Dadurch kann das Auge 9 stabilisiert werden, wenn z.B. die Verlagerungsvorrichtung 1 zur Unterstützung einer Katarakt- / IOL-Operation verwendet wird.Alternatively or additionally, the displacement device 1 can have a fixation mechanism 37, via which the ultrasound transducer arrangement 13 can be temporarily mechanically fixed to the body part including the manipulation body volume 27. In eye surgery, the fixation mechanism 37 can be designed, for example, with sealing lips 41 and a (only very schematically indicated) suction unit 39, which can generate a negative pressure between the ultrasound transducer arrangement 13 and an outer surface of the eye 9. This allows the eye 9 to be stabilized if, for example, the displacement device 1 is used to support a cataract/IOL operation.

Abschließend werden mögliche Implementierungen und Merkmale von Ausführungsformen der hier beschriebenen Methoden und Vorrichtungen mit einer leicht veränderten Formulierung wie folgt beschrieben:

  • Um die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden, verwenden die Ausführungsformen der Erfindung akustische Druckamplitudenverteilungen, um ein Objekt innerhalb des Körpers auf direkte, nicht-invasive Weise zu manipulieren.
Finally, possible implementations and features of embodiments of the methods and devices described here are described with a slightly modified wording as follows:
  • To overcome the disadvantages of the prior art, embodiments of the invention use acoustic pressure amplitude distributions to manipulate an object within the body in a direct, non-invasive manner.

Eine Druckamplitudenverteilung (PAD) wird innerhalb des Körpers mit Hilfe von mindestens einem, vorzugsweise mehreren elektroakustischen Wandlern erzeugt, die sich außerhalb des Körpers befinden. Die Anordnung der Wandler kann auch mindestens eine akustische Linse umfassen, um die akustische PAD in einer gewünschten Weise zu fokussieren oder zu manipulieren. Diese Anordnung wird auch als Transducer-Array bezeichnet.A pressure amplitude distribution (PAD) is generated within the body using at least one, preferably several, electroacoustic transducers located outside the body. The array of transducers may also include at least one acoustic lens to focus or manipulate the acoustic PAD in a desired manner. This arrangement is also known as a transducer array.

Die Wandleranordnung ist vorzugsweise über ein Kopplungsmedium, vorzugsweise eine Flüssigkeit oder ein Gel, an den Körper gekoppelt. Das Kopplungsmedium weist vorzugsweise ähnliche akustische Eigenschaften wie der Körper auf, um eine gute Übertragung der akustischen Energie/PAD in den Körper mit geringen Verlusten und Erwärmung zu ermöglichen. Das Kopplungsmedium kann auch zur Steuerung der Temperatur (insbesondere zur Kühlung) des Körpers während des Verfahrens verwendet werden.The transducer arrangement is preferably coupled to the body via a coupling medium, preferably a liquid or a gel. The coupling medium preferably has similar acoustic properties to the body to enable good transmission of the acoustic energy/PAD into the body with low losses and heating. The coupling medium can also be used to control the temperature (particularly cooling) of the body during the procedure.

Das PAD umfasst Bereiche mit hohem und niedrigem Schalldruck. Insbesondere umfasst das PAD mindestens einen, vorzugsweise mindestens zwei Bereiche mit hohem Schalldruck. Das PAD wird in Abhängigkeit von bestimmten Merkmalen des zu bewegenden Objekts erzeugt, insbesondere in Abhängigkeit von seiner Größe, seiner Lage im Körper (und dem daraus resultierenden Abstand zur Wandleranordnung), seiner Ausrichtung, den akustischen Eigenschaften seines Materials usw.The PAD includes areas of high and low sound pressure. In particular, the PAD comprises at least one, preferably at least two, areas with high sound pressure. The PAD is generated depending on certain characteristics of the object to be moved, in particular depending on its size, its position in the body (and the resulting distance from the transducer arrangement), its orientation, the acoustic properties of its material, etc.

Der PAD wird direkt am/im Umfeld des zu manipulierenden Objekts erzeugt, um eine direkte Manipulation zu erreichen. Direkte Manipulation bedeutet, dass die aus dem PAD resultierenden (akustischen) Kräfte (genauer gesagt seine lokalen Gradienten) in unmittelbarer Nähe oder direkt auf den zu manipulierenden Körper wirken. Mit anderen Worten: Die Manipulation beruht nicht (zumindest nicht primär) auf „Sekundäreffekten“ wie Gewebeschädigung/-vernarbung, Muskelentspannung und/oder -anspannung, Schallströmung, Kavitation usw. Die akustische Energie wird auf einem Niveau gehalten, das ausreichend niedrig ist, um die Verluste/Erwärmung unter kritische Werte zu begrenzen (d. h. Werte, bei denen erhebliche Zell- oder Gewebeschäden auftreten würden) und um Kavitation zu verhindern.The PAD is created directly on/in the environment of the object to be manipulated in order to achieve direct manipulation. Direct manipulation means that the (acoustic) forces resulting from the PAD (more precisely its local gradients) act in the immediate vicinity or directly on the body to be manipulated. In other words, the manipulation is not based (at least not primarily) on “secondary effects” such as tissue damage/scarring, muscle relaxation and/or tension, acoustic flow, cavitation, etc. The acoustic energy is maintained at a level sufficiently low to to limit losses/heating below critical levels (i.e. levels at which significant cell or tissue damage would occur) and to prevent cavitation.

Unter Manipulation versteht man die Verschiebung und/oder Drehung des Objekts in einer beliebigen Ebene und/oder um eine beliebige Achse. Die Manipulation wird erreicht, indem nacheinander mindestens zwei PADs erzeugt werden, von denen ein anfängliches PAD dem Ausgangszustand des Objekts und ein endgültiges PAD dem Zielzustand des Objekts entspricht. Das Objekt ist in den Niederdruckbereichen des jeweiligen PAD „gefangen“. Wird der PAD manipuliert, folgt das Objekt dieser Manipulation.Manipulation means the displacement and/or rotation of the object in any plane and/or around any axis. The manipulation is achieved by sequentially generating at least two PADs, of which an initial PAD corresponds to the initial state of the object and a final PAD corresponds to the target state of the object. The object is “trapped” in the low pressure areas of the respective PAD. If the PAD is manipulated, the object follows this manipulation.

Es wird eine beispielhafte Ausführungsform für die Drehung einer IOL im Inneren des Auges betrachtet. zeigt schematische Drauf- und Seitenansichten einer IOL und das eingeführte Koordinatensystem. zeigt eine Seitenansicht der Ausführungsform, bei der die IOL bereits in den Kapselsack des Auges implantiert ist. Das aus mehreren einzelnen elektroakustischen Wandlern bestehende Wandlerarray wird über dem Auge angebracht und so ausgerichtet, dass die akustische Energie (Schallwellen) in Richtung des Auges abgestrahlt wird. Das Wandlerarray ist über ein Kopplungsmedium mit dem Auge gekoppelt. Es wird eine schematische Darstellung des erzeugten PAD in einer vertikalen Ebene gezeigt. Sie besteht aus zwei benachbarten Hochdruckgebieten in unmittelbarer Nähe der IOL.An exemplary embodiment for rotating an IOL inside the eye is considered. shows schematic top and side views of an IOL and the coordinate system introduced. shows a side view of the embodiment in which the IOL is already implanted in the capsular bag of the eye. The transducer array, consisting of several individual electroacoustic transducers, is placed above the eye and aligned so that the acoustic energy (sound waves) is radiated towards the eye. The transducer array is coupled to the eye via a coupling medium. A schematic representation of the generated PAD in a vertical plane is shown. It consists of two adjacent high pressure areas in the immediate vicinity of the IOL.

Exemplarisch wird hier die Drehung der IOL im Auge betrachtet. zeigt eine Draufsicht auf die zu drehende IOL und das umgebende PAD in einer horizontalen Ebene. Die aus dem PAD resultierenden Kräfte sind durch die kleinen Pfeile symbolisiert. Die Größe dieser Kräfte hängt von den lokalen Gradienten des PAD ab und kann durch Anpassung der dem Wandlerarray zugeführten Schallleistung eingestellt werden. In befindet sich die IOL in ihrer ursprünglichen Winkelposition um ihre optische Achse (eine Achse, die durch das Rotationszentrum der IOL parallel zur z-Achse verläuft) und ist von der ersten PAD umgeben. Um die IOL zu drehen, wird das PAD im Uhrzeigersinn gedreht, um ein Drehmoment auf die IOL zu übertragen. zeigt die IOL in ihrer endgültigen Winkelposition, um 90° im Uhrzeigersinn gedreht und von der letzten PAD umgeben. Die PAD wird in mehreren Zwischenschritten, z. B. in 10°-Schritten, gedreht, bevor sie die endgültige PAD erreicht.The rotation of the IOL in the eye is considered here as an example. shows a top view of the IOL to be rotated and the surrounding PAD in a horizontal plane. The forces resulting from the PAD are symbolized by the small arrows. The magnitude of these forces depends on the local gradients of the PAD and can be adjusted by adjusting the acoustic power supplied to the transducer array. In is located IOL in its original angular position about its optical axis (an axis passing through the center of rotation of the IOL parallel to the z-axis) and is surrounded by the first PAD. To rotate the IOL, the PAD is rotated clockwise to transmit torque to the IOL. shows the IOL in its final angular position, rotated 90° clockwise and surrounded by the final PAD. The PAD is carried out in several intermediate steps, e.g. B. rotated in 10° increments before reaching the final PAD.

In ähnlicher Weise kann der PAD horizontal bewegt werden, um eine horizontale Bewegung des Objektivs zu erreichen.Similarly, the PAD can be moved horizontally to achieve horizontal movement of the lens.

Um die Linse vertikal zu bewegen (anterior-posteriore Bewegung), wird ein PAD mit Regionen hohen akustischen Drucks über und unter der IOL erzeugt. Eine Manipulation der Linse in vertikaler Richtung wird dann dadurch erreicht, dass die Lage dieser Hochdruckbereiche vertikal verschoben wird.To move the lens vertically (anterior-posterior movement), a PAD is created with regions of high acoustic pressure above and below the IOL. Manipulation of the lens in the vertical direction is then achieved by vertically shifting the position of these high pressure areas.

Die akustische Wellenlänge λ und folglich die Frequenz f des akustischen Feldes sollten entsprechend der Geometrie des zu manipulierenden Objekts gewählt werden. Zum Beispiel hat der Hauptkörper der IOL (der zentrale kreisförmige Linsenteil) einen Durchmesser im Bereich von 6 mm. Für eine horizontale Bewegung oder Drehung sollte der Abstand zwischen den Hochdruckbereichen des PAD so groß sein, dass dieser Körper dazwischen Platz findet. Die Hochdruckbereiche des betrachteten PADs treten in einem Abstand von λ/2 auf, wie in gezeigt. Wählt man z. B. λ/2 als das 1,5-fache der charakteristischen Abmessung des manipulierten Objekts (6 mm), so ergibt sich eine akustische Wellenlänge von 18 mm, was wiederum zu einer gewünschten akustischen Frequenz von f = c λ = 1500 m s 18 × 10 3 m = 83.3  kHz .

Figure DE102022113321A1_0001
The acoustic wavelength λ and consequently the frequency f of the acoustic field should be chosen according to the geometry of the object to be manipulated. For example, the main body of the IOL (the central circular lens part) has a diameter in the range of 6 mm. For horizontal movement or rotation, the distance between the high pressure areas of the PAD should be large enough to accommodate this body between them. The high pressure areas of the considered PAD occur at a distance of λ/2, as in shown. If you choose e.g. E.g. λ/2 as 1.5 times the characteristic dimension of the manipulated object (6 mm), this results in an acoustic wavelength of 18 mm, which in turn results in a desired acoustic frequency of f = c λ = 1500 m s 18 × 10 3 m = 83.3 kHz .
Figure DE102022113321A1_0001

Schließlich ist zu beachten, dass der Begriff „umfassend“ andere Elemente oder Schritte nicht ausschließt und das „a“ oder „an“ eine Mehrzahl nicht ausschließt. Auch können Elemente, die in Verbindung mit verschiedenen Ausführungsformen beschrieben werden, kombiniert werden. Es sollte auch beachtet werden, dass Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als Einschränkung des Umfangs der Ansprüche zu verstehen sind.Finally, note that the term “comprising” does not exclude other elements or steps, and the “a” or “an” does not exclude a plural. Also, elements described in connection with various embodiments may be combined. It should also be noted that reference numerals in the claims should not be construed as limiting the scope of the claims.

LISTE DER BEZUGSZEICHENLIST OF REFERENCE SYMBOLS

11
VerlagerungsvorrichtungDisplacement device
33
Objektobject
55
Körperteilbody part
77
IntraokularlinseIntraocular lens
99
AugeEye
1111
KapselsackCapsular bag
1313
UltraschallwandleranordnungUltrasonic transducer arrangement
1515
ControllerControllers
1717
UltraschallgeneratorUltrasonic generator
1919
Akustiklinseacoustic lens
2121
UltraschallschallUltrasonic sound
2323
DruckamplitudenverteilungPressure amplitude distribution
2525
Flüssigkeitliquid
2727
Manipulation KörpervolumenManipulation of body volume
2929
erster Druckbereich mit niedrigem Druckfirst pressure area with low pressure
3131
zweiter Druckbereich mit hohem Drucksecond pressure area with high pressure
3333
VerdrängungsmechanismusDisplacement mechanism
3535
FlüssigkeitskopplungsmediumFluid coupling medium
3737
FixierungsmechanismusFixation mechanism
3939
SaugeinheitSuction unit
4141
Dichtlippesealing lip

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Claims (15)

Verfahren zur berührungslosen, nicht-invasiven Verlagerung eines Objekts (3) in Bezug auf einen Körperteil (5) eines menschlichen oder tierischen Körpers, wobei das Verfahren umfasst: Erzeugen einer akustischen Druckamplitudenverteilung (23) in einem Fluid (25), das in dem Körperteil in einem das Objekt einschließenden Manipulationskörpervolumen (27) enthalten ist, durch Bestrahlung des Manipulationskörpervolumens (27) mit Ultraschall (21), der von einer Ultraschallwandleranordnung (13) ausgesendet wird, Manipulieren der Ultraschallwandleranordnung (13) in einer solchen Weise, dass die Schalldruckamplitudenverteilung (23) in Bezug auf mindestens eine ihrer räumlichen Anordnung und ihrer räumlichen Amplitudenverteilung modifiziert wird, so dass eine zum Verschieben des Objekts (3) ausreichende Kraft durch die modifizierte Schalldruckamplitudenverteilung lokal auf das Objekt (3) ausgeübt wird.Method for the non-contact, non-invasive displacement of an object (3) in relation to a body part (5) of a human or animal body, the method comprising: Generating an acoustic pressure amplitude distribution (23) in a fluid (25), which is contained in the body part in a manipulation body volume (27) enclosing the object, by irradiating the manipulation body volume (27) with ultrasound (21) produced by an ultrasound transducer arrangement (13). is sent out, Manipulating the ultrasonic transducer arrangement (13) in such a way that the sound pressure amplitude distribution (23) is modified with respect to at least one of its spatial arrangement and its spatial amplitude distribution, so that a force sufficient to displace the object (3) is locally applied by the modified sound pressure amplitude distribution the object (3) is exercised. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ultraschall mit einer Energiedichte eingestrahlt wird, die ausreichend niedrig ist, um mindestens eine der folgenden Erscheinungen zu vermeiden: Gewebeschädigung, Narbenbildung, Muskelentspannung, Muskelanspannung, Schallströmung und Kavitation innerhalb des Manipulationskörpervolumens (27).Procedure according to Claim 1 , where the ultrasound is irradiated with an energy density that is sufficiently low to avoid at least one of the following phenomena: tissue damage, scarring, muscle relaxation, muscle tension, acoustic flow and cavitation within the manipulated body volume (27). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die akustische Druckamplitudenverteilung mit mindestens einem ersten Druckbereich (29) niedrigeren akustischen Drucks und mindestens einem zweiten Druckbereich (31) höheren akustischen Drucks erzeugt wird, wobei mindestens eine von einer Größe, einer Geometrie und einer Amplitude des ersten und zweiten Druckbereichs (29, 31) in Abhängigkeit von mindestens einer von Lage- und Geometrieeigenschaften des Objekts (3) eingestellt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the acoustic pressure amplitude distribution is generated with at least a first pressure region (29) of lower acoustic pressure and at least a second pressure region (31) of higher acoustic pressure, at least one of a size, a geometry and an amplitude of the first and second pressure range (29, 31) is set depending on at least one of the position and geometry properties of the object (3). Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Schalldruckamplitudenverteilung so erzeugt wird, dass sich das Objekt überwiegend innerhalb des ersten Druckbereichs (29) mit niedrigerem Schalldruck befindet und zwischen mindestens zwei zweiten Druckbereichen (31) mit höherem Schalldruck eingefügt ist.Procedure according to Claim 3 , wherein the sound pressure amplitude distribution is generated such that the object is predominantly located within the first pressure range (29) with lower sound pressure and is inserted between at least two second pressure ranges (31) with higher sound pressure. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Ultraschall so abgestrahlt wird, dass er im Volumen des Manipulationskörpers (27) eine Wellenlänge aufweist, die zwischen 100 % und 400 % der seitlichen Abmessungen des Objekts in einer Einstrahlrichtung des eingestrahlten Ultraschalls liegt.Method according to one of the preceding claims, in which the ultrasound is emitted in such a way that it has a wavelength in the volume of the manipulation body (27) which is between 100% and 400% of the lateral dimensions of the object in an irradiation direction of the irradiated ultrasound. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Druckamplitudenverteilung (23) so erzeugt wird, dass sie das Objekt (3) vollständig umschließt.Method according to one of the preceding claims, wherein the pressure amplitude distribution (23) is generated so that it completely encloses the object (3). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Volumen des Manipulationskörpers (27) so eingestellt wird, dass seine Abmessungen höchstens das Dreifache, bevorzugt höchstens das Doppelte, der Abmessungen des Objekts (3) betragen.Method according to one of the preceding claims, wherein the volume of the manipulation body (27) is adjusted so that its dimensions are at most three times, preferably at most twice, the dimensions of the object (3). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ultraschallwandleranordnung (13) so manipuliert wird, dass die Schalldruckamplitudenverteilung innerhalb einer Ebene, die eine Abstrahlrichtung des Ultraschalls kreuzt, mindestens entweder seitlich verschoben oder gedreht wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the ultrasound transducer arrangement (13) is manipulated in such a way that the sound pressure amplitude distribution is at least either laterally displaced or rotated within a plane which crosses an emission direction of the ultrasound. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Manipulationskörpervolumen (27) und der Ultraschallwandleranordnung (13) ein Fluidkopplungsmedium (35) angeordnet wird, das akustische Eigenschaften aufweist, die den akustischen Eigenschaften des das Objekt (3) im Manipulationskörpervolumen (27) umgebenden Fluids innerhalb einer Toleranz von ± 50%, vorzugsweise ±40%, insbesondere ±30%, entsprechen.Method according to one of the preceding claims, wherein a fluid coupling medium (35) is arranged between the manipulation body volume (27) and the ultrasound transducer arrangement (13), which has acoustic properties that correspond to the acoustic properties of the fluid surrounding the object (3) in the manipulation body volume (27). within a tolerance of ± 50%, preferably ±40%, in particular ±30%. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei während der Erzeugung des Ultraschalls die Ultraschallwandleranordnung (13) mechanisch an dem Körperteil befestigt wird, der das Manipulationskörpervolumen (27) einschließt.Method according to one of the preceding claims, wherein during the generation of the ultrasound the ultrasound transducer arrangement (13) is mechanically attached to the body part which includes the manipulation body volume (27). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Objekt (3) eine Linse, insbesondere eine Intraokularlinse (7), ist, und wobei das Manipulationskörpervolumen (27) an einem Auge (9) eines Patienten angeordnet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the object (3) is a lens, in particular an intraocular lens (7), and wherein the manipulation body volume (27) is arranged on an eye (9) of a patient. Vorrichtung (1) zum berührungslosen, nicht-invasiven Verlagern eines Objekts (3) in Bezug auf einen Körperteil (5) eines menschlichen oder tierischen Körpers, wobei die Vorrichtung (1) umfasst: eine Ultraschallwandleranordnung (13) und eine Steuereinheit (15) zum Steuern der Ultraschallwandleranordnung (13), wobei die Steuereinheit (15) und die Ultraschallwandleranordnung (13) so konfiguriert sind, dass sie das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 implementieren und/oder steuern.Device (1) for the non-contact, non-invasive displacement of an object (3) in relation to a body part (5) of a human or animal body, the device (1) comprising: an ultrasound transducer arrangement (13) and a control unit (15) for Controlling the ultrasonic transducer arrangement (13), the control unit (15) and the ultrasonic transducer arrangement (13) being configured to carry out the method according to one of Claims 1 until 11 implement and/or control. Vorrichtung (1) nach Anspruch 12, wobei die Ultraschallwandleranordnung (13) mindestens zwei Ultraschallgeneratoren (17) umfasst, die seitlich nebeneinander angeordnet sind, wobei die Steuereinheit (15) so konfiguriert ist, dass sie einen Betrieb jedes der Ultraschallgeneratoren (17) unabhängig von dem anderen Ultraschallgenerator (17) individuell steuert, so dass ein Muster des von der Ultraschallwandleranordnung (13) erzeugten Ultraschalls (21) in mindestens einer von einer lateralen Richtung und einer Tiefenrichtung verschoben wird.Device (1) according to Claim 12 , wherein the ultrasonic transducer arrangement (13) comprises at least two ultrasonic generators (17) which are arranged laterally next to one another, wherein the control unit (15) is configured to operate each of the ultrasonic generators (17) independently of the other ultrasonic generator (17) individually controls so that a pattern of the The ultrasound (21) generated by the ultrasound transducer arrangement (13) is displaced in at least one of a lateral direction and a depth direction. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 12 und 13, wobei die Ultraschallwandleranordnung (13) mindestens eine akustische Linse (19) umfasst, wobei die Steuereinheit (15) so konfiguriert ist, dass sie die mindestens eine akustische Linse (19) so steuert, dass ein Muster des von der Ultraschallwandleranordnung (13) erzeugten Ultraschalls in mindestens einer von einer seitlichen Richtung und einer Tiefenrichtung verschoben wird.Device (1) according to one of the Claims 12 and 13 , wherein the ultrasonic transducer arrangement (13) comprises at least one acoustic lens (19), wherein the control unit (15) is configured to control the at least one acoustic lens (19) so that a pattern of the ultrasonic transducer arrangement (13) generated Ultrasound is shifted in at least one of a lateral direction and a depth direction. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Vorrichtung (1) ferner einen Verschiebungsmechanismus (33) umfasst, der so konfiguriert ist, dass er mindestens eine in der Ultraschallwandleranordnung (13) enthaltene Komponente mechanisch so verschiebt, dass ein Muster des von der Ultraschallwandleranordnung (13) erzeugten Ultraschalls in mindestens einer von einer seitlichen Richtung und einer Tiefenrichtung verschoben wird.Device (1) according to one of the Claims 12 until 14 , wherein the device (1) further comprises a displacement mechanism (33) configured to mechanically displace at least one component contained in the ultrasonic transducer assembly (13) such that a pattern of the ultrasound generated by the ultrasonic transducer assembly (13) in at least one of a lateral direction and a depth direction is displaced.
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