Die Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung für ein Phakoemulsifikationssystem und ein Phakoemulsifikationssystem mit einer solchen Steuerungsvorrichtung.

Zur Behandlung einer Augenlinsentrübung, welche in der Medizin als Grauer Star be- zeichnet wird, gibt es mehrere chirurgische Techniken. Die am weitesten verbreitete Technik ist die Phakoemulsifikation, bei der eine dünne Hohlnadel (Phakonadel) in die Augenlinse eingeführt und mit Ultraschall zu Schwingungen angeregt wird. Die vibrie- rende Hohlnadel emulsifiziert in ihrer nächsten Umgebung die Augenlinse derart, dass die entstehenden Linsenpartikel durch die Hohlnadel und eine daran angeschlossene Lei- tung, welche zusammen eine Aspirationsleitung bilden, mittels einer Pumpe abgesaugt werden können. Dabei wird ein Spülfluid (Irrigationsfluid) zugeführt Ist die Augenlinse vollständig emulsifiziert und entfernt worden, kann in den leeren Kapselsack eine neue künstliche Linse eingesetzt werden, so dass ein derart behandelter Patient wieder ein gu- tes Sehvermögen erreichen kann.

Um in möglichst kurzer Zeit eine vollständige Emulsifikation der Augenlinse und somit für einen Patienten eine möglichst kurze Operationsdauer zu erreichen, ist es sinnvoll, die Hohlnadel mit möglichst großen Longitudinal- Amplituden zu bewegen. Dies lässt sich derart durchfuhren, dass einem Aktuator in Form von piezoelektrischen Elementen elekt- rische Energie so zugeführt wird, dass der Aktuator mit der daran gekoppelten Hohlnadel eine Schwingung im Bereich der Resonanzfrequenz durchfuhrt.

Erfolgt für einen solchen Betrieb eine Zufuhr von elektrischer Energie an die piezoe- lektrischen Elemente während einer genügend langen Zeit, erwärmen sich nicht nur die piezokeramischen Elemente. Auch der Umgebungsbereich der mit den piezoelektrischen Elementen gekoppelten Hohlnadel erwärmt sich so sehr, dass die für die Phakoemulsifi- kation durchstochene Hornhaut in der Umgebung der Hohlnadel verbrennen kann. Eine solche Verletzung sollte unbedingt vermieden werden. Insofern besteht ein Konflikt darin, möglichst viel Energie zur Emulsifikation einer Augenlinse zuzuführen, dabei jedoch keine zu starke Erwärmung der Hornhaut zu verursachen.

In der US 2007/ 0078 379 A1 sind eine Vielzahl an Pulsmustem vorgeschlagen, mit wel- chen die Phakonadel bewegt werden kann. Die Pulse weisen lineare Anstiege von einer niedrigen Amplitude zu einer höheren Amplitude und lineare Abstiege von der höheren Amplitude zu der niedrigeren Amplitude auf. Dies soll eine Verbesserung zu den bisher bekannten Rechteckpulsen darstellen, da bei Rechteckpulsen Linsenpartikel an der Phakonadel nicht gut gehalten und sogar von der Phakonadel fortgestoßen würden, so- dass nur eine sehr schlechte Emulsifizierung möglich wäre. Damit trotzdem eine ausrei- chende Emulsifizierung erfolgen könnte, müsste an die mit Rechteckpulsen bewegte Phakonadel eine sehr hohe Energie zugeführt werden. Dies bedeutet nichts anderes, als dass die Rechteckpulse eine sehr hohe Amplitude aufweisen müssten, wodurch aber eine exzessive Wärme in das Gewebe eingebracht würde, was es zu verhindern gelte. Außer- dem würden durch Rechteckpulse Kavitationseffekte, also implodierende Blasen, erzeugt, wodurch ebenfalls unerwünschte Wärme und unerwünschte zusätzliche Kräfte in das Gewebe eingebracht würden.

In der US 2010/0268388 AI ist ein Verfahren zur Steuerung eines chirurgischen Systems basierend auf einem Irrigationsvolumenstrom beschrieben. Dazu wird eine Temperatur des Auges während der Operation bestimmt, wobei die der Phakonadel zugefUhrte Ener- gie reduziert wird, wenn aufgrund der bestimmten Temperatur eine Überhitzung des Ge- webes zu erwarten ist. Die Energie wird derart reduziert, dass die Höhe der Rechteckpul- se, also ihre Amplitude, reduziert wird.

Es besteht eine Aufgabe darin, eine Steuerungsvorrichtung für ein Phakoemulsifikations- system und ein Phakoemulsifikationssystem mit einer solchen Steuerungsvorrichtung zu schaffen, mit der bei geringem Steuerungsaufwand die Emulsifikation einer Augenlinse in kurzer Zeit mit hohem Wirkungsgrad und geringer Gefahr für eine Verbrennung der Hornhaut erreicht werden kann. Die Aufgabe wird für die Steuerungsvorrichtung durch den Gegenstand des unabhängi- gen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegen- stand der Unteransprüche. Die Aufgabe wird ferner durch ein Phakoemulsifikationssys- tern gemäß dem unabhängigen Anspruch 8 gelöst.

Die erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung für ein Phakoemulsifikationssystem ist eingerichtet, einem Aktuator für eine Phakonadel während mehrerer Zeitabschnitte elekt- rische Energie zuzufGhren, wobei die Zeitabschnitte umfassen:

einen ersten Zeitabschnitt, in dem elektrische Energie für Pulse zugeführt wird, welche eine konstante maximale Amplitude aufweisen,

einen zweiten Zeitabschnitt, welcher sich dem ersten Zeitabschnitt anschließt, wobei in dem zweiten Zeitabschnitt elektrische Energie mit einem Betrag gleich

Null zugeführt wird,

einen dritten Zeitabschnitt, welcher sich dem zweiten Zeitabschnitt anschließt, wobei der dritte Zeitabschnitt eine erste Zeitdauer aufweist, in der elektrische Energie für Pulse zugeführt wird, welche eine niedrigere konstante Amplitude als die maximale Amplitude während des ersten Zeitabschnittes aufweisen, wobei auf die erste Zeitdauer eine zweite Zeitdauer folgt, in der Pulse mit einer Amplitude anliegen, die einen konstanten Betrag in Höhe von mehr als 0 % und weniger als 10 % der maximalen Amplitude erreicht,

wobei die erste Zeitdauer des dritten Zeitabschnittes kürzer ist als der erste Zeit- abschnitt.

Die erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung ist somit derart eingerichtet, dass während des ersten Zeitabschnittes mit einer maximalen Amplitude relativ viel Energie in die Au- genlinse eingebracht wird, um eine wirksame Emulsifikaüon der Augenlinse beginnen zu können. Danach folgt mit dem zweiten Zeitabschnitt eine Pause, in der keine Energie zugeführt wird, sodass eine Abkühlung der Phakonadel und der diese umgebenden Horn- haut eintreten kann. Diese Abkühlung wird jedoch nicht so lange zugelassen, dass eine Temperatur wie zu Beginn des ersten Zeitabschnittes vorliegt, da dies relativ viel Zeit erfordern würde und die Phakoemulsifikation nicht schnell genug durchgeführt werden könnte. Daher ist die Steuerungsvorrichtung eingerichtet, dass nach Ablauf des zweiten Zeitabschnittes ein dritter Zeitabschnitt mit einer ersten Zeitdauer folgt, in der elektrische Energie an den Aktuator für Pulse zugeführt wird, welche eine niedrigere Amplitude als während des ersten Zeitabschnittes aufweisen. Die niedrigere Amplitude bewirkt, dass weniger Energie als im ersten Zeitabschnitt zugeführt wird, sodass zwar eine Phakoemul- sifikation erfolgt, jedoch mit geringerer Intensität. Eine Abkühlung kann während der ersten Zeitdauer weiterhin erfolgen. Die während der sich an die erste Zeitdauer anschlie- ßenden zweiten Zeitdauer zugeführte Energie ist so niedrig, dass keine Emulsifikation mehr erfolgt, wodurch eine Abkühlung immer noch fortgesetzt werden kann. Jedoch hat die während der zweiten Zeitdauer im dritten Zeitabschnitt zugeführte Energie nicht den Betrag Null, sodass eine Schwingung des Aktuators weiterhin erfolgt. Dies ist vorteilhaft, da während des gesamten dritten Zeitabschnitts das Schwingungsverhalten des Aktuators in Form von piezoelektrischen Elementen ausgewertet werden kann. Zum Beispiel kann die Lage der Resonanzfrequenz oder ein Okklusionszustand an der Phakonadel überprüft werden. Wenn sich an den dritten Zeitabschnitt eine Wiederholung des ersten bis dritten Zeitabschnittes anschließt, kann die Schwingung des Aktuators wieder in einer neu ein- gestellten Resonanzfrequenz erfolgen.

Die Erfinder haben festgestellt, dass es durch Einsatz der erfindungsgemäßen Steue- rungsvorrichtung möglich ist, eine wirksame Emulsifikation der Augenlinse in kurzer Zeit durchzuführen, während gleichzeitig eine geringe thermische Belastung des die Phakonadel umgebenden Gewebes und insbesondere der Hornhaut auftritt. Die Erfinder haben zusätzlich die besonders vorteilhafte Eigenschaft festgestellt, dass sich durch Ein- satz der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung aufgrund der erwähnten Zeitabschnit- te die erzeugten Linsenpartikel gut in die Aspirationsleitung absaugen lassen, obwohl diese durch die gleichzeitig in I^ngitiiainalrichtung schwingende Hohlnadel von der Na- delspitze fortgestoßen werden. Von Bedeutung ist dabei besonders der zweite Zeitab- schnitt, in welchem dem Aktuator der Phakonadel keine Energie zugeführt wird. Ferner haben die Erfinder beobachtet, dass durch Einsatz der erfindungsgemäßen Steuerungsvor- richtung aufgrund der erwähnten Zeitabschnitte bei einer relativ harten Augenlinse ein Kontakt der longitudinal schwingenden Spitze der Hohlnadel zu der Augenlinse immer noch relativ gut ist, so dass eine gute Emulsifikation erreicht wird. Durch Einsatz der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung werden die Linsenpartikel somit gut an der Nadel gehalten, wobei insgesamt eine Emulsifikation der Augenlinse mit hohem Wir- kungsgrad bei geringer Gefahr einer Verbrennung der Hornhaut möglich ist.

Gemäß einer Ausfuhrungsform der Erfindung ist die Länge des ersten Zeitabschnittes vorbestimmt, wobei durch eine Verstellung eines Fußpedals nur die Länge des dritten Zeitabschnittes veränderbar ist. Dadurch wird im ersten Zeitabschnitt immer genügend Energie der Augenlinse zugeführt, wobei die Zeit für die Abkühlung im dritten Zeitab- schnitt an die jeweilige Situation während einer ophthalmochirurgi sehen Operation ange- passt werden kann. Der Operateur entscheidet aufgrund seiner Erfahrung und Beobach- tung während der Operation, wie er das Fußpedal betätigt, um die Zeit für den dritten Zeitabschnitt entsprechend einzustellen. Es wird also keine Steuerung aufgrund einer gemessenen Temperatur an der Phakonadel vorgenommen. Es erfolgt auch keine Steue- rung aufgrund einer Belastung der Phakonadel mit einem Linsenpartikel während der Operation. Es erfolgt auch keine Bildverarbeitung von der Umgebung des distalen Endes der Phakonadel. Und es erfolgt auch keine automatische Regelung des Pulsmodi auf- grund einer Änderung eines chirurgischen Parameters. Auf derartige Ansätze wird bei der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung bewusst verzichtet. Es erfolgt zum Beispiel an einer grafischen Bedienoberfläche nur die Voreinstellung einer Länge des ersten Zeitab- schnittes und vorzugsweise auch einer Länge des zweiten Zeitabschnittes, wobei nur eine Veränderung des Betrages für den dritten Zeitabschnitt mittels eines Fußpedals durch den Operateur erfolgt Gemäß einer weiteren Ausfuhrungsform der Erfindung ist die Länge des dritten Zeitab- schnittes und auch vorzugsweise des zweiten Zeitabschnittes vorbestimmt, zum Beispiel durch Einstellung an einer grafischen Bedienoberfläche, wobei durch eine Verstellung eines Fußpedals nur die Länge des ersten Zeitabschnittes veränderbar ist. Damit kann der Operateur einen insgesamt relativ geringen Energieeintrag in die Augenlinse erreichen. Vorzugsweise ist die Amplitude der Pulse der ersten Zeitdauer des dritten Zeitabschnittes in einem Bereich von 40 % bis 70 % der maximalen Amplitude des ersten Zeitabschnittes einstellbar. Damit wird erreicht, dass eine Phakoemulsifikation noch stattfindet, jedoch nur mit einem niedrigeren Energiebetrag, um ein weiteres starkes Aufheizen der Umge- bung der Phakonadel zu vermeiden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist der dritte Zeitabschnitt eine erste Zeit- dauer und eine zweite Zeitdauer und direkt daran anschließend eine dritte Zeitdauer und eine vierte Zeitdauer auf, wobei in der dritten Zeitdauer elektrische Energie für Pulse zugeführt wird, welche eine niedrigere konstante Amplitude als während des ersten Zeit- abschnittes aufweisen und in der vierten Zeitdauer Pulse mit einer Amplitude anliegen, die einen konstanten Betrag in Höhe von mehr als 0 % und weniger als 10 % der maxi- malen Amplitude erreicht. Vorzugsweise ist die Amplitude der Pulse der dritten Zeitdau- er des dritten Zeitabschnittes in einem Bereich von 40 % bis 70 % der maximalen Amplitude des ersten Zeitabschnittes einstellbar. Damit wird eine weitere Abkühlung im dritten Zeitabschnitt ermöglicht, während trotzdem noch in einem ausreichenden Maß eine Emulsifikation möglich ist Zusätzlich kann während des gesamten dritten Zeitab- schnittes das Schwingungsverhalten des Aktuators ausgewertet werden. Vorzugsweise ist durch eine Verstellung des Fußpedals das Verhältnis aus dem dritten Zeitabschnitt zu dem ersten Zeitabschnitt in einem Bereich von 0,5 bis 2, bevorzugt in einem Bereich von 0,5 bis 1, verstellbar. Der dritte Zeitabschnitt ist somit mindestens halb so lang und höchstens doppelt so lang wie der erste Zeitabschnitt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die Pulse bei der dritten Zeitdauer eine niedrigere konstante Amplitude als bei der ersten Zeitdauer auf. Bevorzugt liegt die Amplitude in der dritten Zeitdauer in einem Bereich von 15 % bis 35 % der ma- ximalen Amplitude des ersten Zeitabschnittes. Damit ist eine noch geringere Energiezu- fuhr während der dritten Zeitdauer sichergestellt, sodass eine noch zuverlässigere Abküh- Iung der Umgebung der Phakonadel möglich ist. Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden mit Bezug auf die nachfolgenden Zeichnungen erklärt, in welchen zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Phakoemulsifikati- onssystems ;

Figur 2 eine schematische Darstellung eines Pulsverlaufes in Abhängigkeit von der

Zeit gemäß einer ersten Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Steue- rungsvorrichtung;

Figur 3 eine schematische Darstellung eines Pulsverlaufes in Abhängigkeit von der

Zeit gemäß einer zweiten Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Steue- rungsvorrichtung; und

Figur 4 eine schematische Darstellung eines Pulsverlaufes in Abhängigkeit von der

Zeit gemäß einer dritten AusfÜhrungsfonn der erfindungsgemäßen Steue- rungsvorrichtung.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Phakoemulsifikati- onssystems 100. Das Phakoemulsiftkationssystem 100 weist eine Steuerungsvorrichtung 1 auf, welche mit einer Energieversorgung 2 gekoppelt ist. Die Energieversorgung 2 ist erforderlich, um einen Aktuator 3 aus zum Beispiel piezoelektrischen Elementen in ei- nem Phakohandstück 4 mit Energie zu versorgen, sodass eine mit dem Aktuator 3 gekop- pelte Phakonadel S eine Longitudinal-Schwingung ausführen kann. Im Bereich eines dis- talen Endes der Phakonadel 5 wird Irrigationsfluid 6 mittels einer Irrigationsleitung 7 zugeführt, welches zusammen mit emulsifizierten Linsenpartikeln mittels einer Aspirati- onsleitung 8 von einer Aspirationspumpe 9 zu einem Aspirationsfluidbehälter 10 trans- portiert wird. Die Steuerungsvorrichtung 1 ist ferner mit einem Fußpedal 11 gekoppelt, sodass sich in Abhängigkeit von der Stellung des Fußpedals 11 der Aktuator 3 des Phakohandstückes von der Steuerungsvorrichtung 1 ansteuern lässt.

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Pulsverlaufes in Abhängigkeit von der Zeit gemäß einer ersten Ausführungsform der Steuerungsvorrichtung 1. Während eines ersten Zeitabschnittes ZA1 wird dem Aktuator 3 des Handstückes 4 elektrische Energie zugeführt, sodass die Phakonadel 5 in eine Schwingung versetzt wird, welche eine kon- stante maximale Amplitude AI aufweist Nach Ablauf des ersten Zeitabschnittes ZA1 folgt ein zweiter Zeitabschnitt ZA2, in welchem dem Aktuator 3 von der Steuerungsvor- richtung 1 eine elektrische Energie mit dem Betrag Null zugeführt wird, sodass die Amplitude der Phakonadel 5 den Betrug Null besitzt. Aufgrund des vollständigen Ver- zichtes an Energiezufuhr in diesem zweiten Zeitabschnitt ZA2 erfolgt eine maximal mög- liche Abkühlung des Gewebes in der Umgebung der Phakonadel.

Nach dem zweiten Zeitabschnitt ZA2 folgt ein dritter Zeitabschnitt ZA3, der bei dieser Ausführungsform eine erste Zeitdauer ZD1 , eine zweite Zeitdauer ZD2, eine dritte Zeit- dauer ZD3 und eine vierte Zeitdauer ZD4 umfasst. In der ersten Zeitdauer ZD1 und in der dritten Zeitdauer ZD3 wird mittels der Steuerungsvorrichtung 1 elektrische Energie von der Energieversorgung 2 an den Aktuator 3 und somit an die Phakonadel 5 zugeführt, sodass Pulse mit einer konstanten Amplitude A2 anliegen. Die Amplitude A2 beträgt bei dieser Ausführungsform etwa 70 % der maximalen Amplitude AI und ist damit niedriger als die maximale Amplitude AI während des ersten Zeitabschnittes ZA1.

In der zweiten Zeitdauer ZD2 und in der vierten Zeitdauer ZD4 liegen Pulse mit einer konstanten Amplitude A3 an, die einen Betrag in Höhe von mehr als 0 % und weniger als 10 % der maximalen Amplitude AI erreicht. Damit erfolgt in der zweiten Zeitdauer ZD2 und der vierten Zeitdauer ZD4 keine Emulsifikation der Augenlinse, sodass eine Abküh- lung der Umgebung der Phakonadel stattfinden kann. Während des ersten Zeitabschnittes ZA1 und während des dritten Zeitabschnittes ZA3 erfolgt somit eine Bewegung der Phakonadel, wodurch jeweils der für den Aktuatorbetrieb erforderliche Strom und die abgefallene Spannung ermittelt werden kann. Dies ist vorteilhaft, da somit zum Beispiel eine Auswertung des Okklusionszustandes der Phakonadel in dieser Zeit möglich ist. Während des zweiten Zeitabschnittes ZA2 wird hingegen kein den Aktuatoren zugeführ- ter Strom und auch keine an den Aktuatoren abgefallene Spannung ermittelt oder ein Okklusionszustand der Phakonadel erfasst. Der zweite Zeitabschnitt ZA2 dient aus- schließlich dazu, eine maximale Abkühlung zu ermöglichen. Da die in dem zweiten Zeit- abschnitt an den Aktuator zugeführte elektrische Energie einen Betrag gleich Null besitzt, wird auch kein Strom an die Aktuatoren zugeführt, sodass eine Auswertung des Stroms und einer an den Aktuatoren abgefallenen Spannung nicht erforderlich ist.

Nach dem dritten Zeitabschnitt ZA3 wiederholt sich der Pulsverlauf vom ersten Zeitab- schnitt ZA1 bis zum dritten Zeitabschnitt ZA3, wodurch eine wirksame, aber im

Hinblick auf eine Temperaturerhöhung im Bereich der Hornhaut sehr schonende Emulsi- fikation erreicht wird.

In Figur 3 ist ein Pulsverlauf gemäß einer zweiten Ausfuhrungsform der Steuerungsvor- richtung dargestellt. Der erste Zeitabschnitt ZA1 und der zweite Zeitabschnitt ZA2 ist unverändert im Vergleich zu der Darstellung in Figur 1. Der dritte Zeitabschnitt ZA31 ist jedoch kürzer als der dritte Zeitabschnitt ZA3 gemäß Figur 2. Diese Verkürzung des drit- ten Zeitabschnittes wird durch eine entsprechende Stellung des Fußpedals 11 erreicht. Die Steuerungsvorrichtung kann so eingerichtet sein, dass sich bei zunehmendem Herun- terdrücken des Fußpedals 11 der dritte Zeitabschnitt von der Lange ZA3 auf ZA31 zu- nehmend verkürzt. Damit kann zum Beispiel bei einer relativ harten Augenlinse etwas mehr Energie in die Augenlinse zugeführt werden.

Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Pulsverlaufes in Abhängigkeit von der Zeit gemäß einer dritten Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung 1. Der Pulsverlauf ist mit dem ersten Zeitabschnitt ZA 1 und dem zweiten Zeitabschnitt ZA2 identisch mit dem in Figur 1 dargestellten Pulsverlauf. Jedoch unterscheidet sich der Pulsverlauf des dritten Zeitabschnittes ZA32 vom dritten Zeitabschnitt ZA3 dadurch, dass die Pulse während anderer Zeitdauern ZD 11 , ZD21 , ZD31 und ZD41 anliegen. Die Pulse während der zweiten Zeitdauer ZD21 und der vierten Zeitdauer ZD41 besitzen die glei- che Länge wie der Zeitabschnitt ZA2, in dem keine Pulse anliegen. Außerdem besitzen die Pulse während der dritten Zeitdauer ZD31 eine konstante Amplitude A4. Die

Amplitude A4 ist niedriger als die Amplitude AI und die Amplitude A2, jedoch höher als die Amplitude A3. Somit ergibt sich eine Stufung der Höhe der Amplituden von AI auf A2 auf A4 auf A3, welches eine sehr sanfte Reduktion der zugeführten Schwingungs- energie in die Augenlinse bewirkt. Damit wird ein guter Kompromiss zwischen einer Emulsifikation in kurzer Zeit mit hohem Wirkungsgrad und einer geringen Gefahr fiir eine Verbrennung der Hornhaut aufgrund einer guten Abkühlung während des Emulsifi- kationsprozesses erreicht