Oertli Instrumente arbeitet mit der Hochschule Luzern an neuen Instrumenten, die Katarakt-Operationen sicherer und effizienter machen. 1,5 Millionen Mal im Jahr wird die im Volksmund als Grauer Star bezeichnete Krankheit mit Instrumenten des Rheintaler Unternehmens weltweit durchgeführt.
Der Graue Star trübt die Linse des Auges. Wird Krankheit nicht behandelt, kann sie schlimmstenfalls zur Erblindung führen. Doch eine sogenannte Katarakt kann operiert werden: Rund 15 Millionen Mal wird diese Operation weltweit jedes Jahr durchgeführt. Dabei wird die eingetrübte Linse im Auge zerkleinert und entfernt, worauf eine künstliche Ersatzlinse implantiert wird. Um die natürliche Linse zu zerkleinern, werden heute Ultraschall- oder Lasertechnologie eingesetzt. Beide Methoden sind sehr sicher und zeigen niedrige Komplikationsraten.
Die Oertli Instrumente AG entwickelt und produziert Instrumente für Augenoperationen. Dabei konzentriert sich das Unternehmen auf die Entfernung der Linse mit Hilfe von Ultraschall. Diese Technologie ist vergleichsweise günstig und kann mit einem tragbaren Gerät durchgeführt werden. Besonders in Entwicklungs- und Schwellenländern gilt das als wichtiger Aspekt.
Kürzere Operationszeiten
In einem von Innosuisse geförderten Projekt haben Oertli Instrumente und die Hochschule Luzern (HSLU) untersucht, wie sich die Effizienz der Operation bei gleichbleibender oder gar höherer Sicherheit steigern lässt. «Eine Verkürzung der Operationsdauer bedeutet immer, dass weniger am Auge manipuliert wird. Damit wird auch das Risiko des Eingriffes verringert», erklärt Prof. Dr. Silvio Di Nardo, Projektleiter am Institut für Medizintechnik der Hochschule Luzern. Darüber hinaus senkt eine kürzere Operationszeit die Kosten.
Zunächst ging es darum herauszufinden, was eigentlich im Auge während einer Operation geschieht. Bisher hat man versucht, der Antwort durch den Aufbau und die Untersuchung experimenteller Modelle auf die Spur zu kommen. Die Forschenden am Institut für Medizintechnik der Hochschule Luzern wollten jedoch vor einer solchen aufwändigen Arbeit zunächst die Physik der Katarakt-Operation in numerischen Modellen abbilden und simulieren. Deshalb haben sie die beiden HSLU-Kompetenzzentren Autonomous Systems and Robotics sowie Fluidmechanik und Numerische Methoden zur Unterstützung herbeigezogen.
Erkenntnisse dank Simulationsmodellen
Die Forschenden aus dem Bereich Fluidmechanik und numerische Methoden sind darauf spezialisiert, Simulationsmodelle zu erstellen, mit deren Hilfe sich komplexe Strömungen simulieren lassen. Diese Modelle helfen nicht nur beispielsweise bei der Entwicklung von Wasserkraftwerken, sondern können auch auf das menschliche Auge angewandt werden. Dank ihnen können nicht nur bestehende Zustände simuliert werden, sondern auch das Verhalten unter veränderten Umständen und Einflüssen – zum Beispiel, wenn die Grösse oder Form der medizinischen Instrumente sich ändern. Im Projekt wurden zwei Methoden zur Simulation der Fluidik verwendet und die Resultate beider Modelle immer wieder experimentell validiert. Die Hauptergebnisse dieses Teilprojektes sind einerseits geprüfte, stabile Simulationsmodelle der Fluidik und andererseits aus diesen Modellen abgeleitete Vorschläge für optimierte Instrumente, die eine effizientere Entfernung der Linse ermöglichen.
Die Zertrümmerung der Linse erfolgt mit Hilfe von Ultraschall. Hier waren die Experten des Kompetenzzentrums Autonomous Systems and Robotics gefragt. Sie erstellten Simulationsmodelle, mit denen sich die Ausbreitung des Ultraschalls im Auge untersuchen lässt. Diese Informationen sind sehr wichtig für die Beurteilung der Sicherheit dieses Eingriffes: der Ultraschall soll ja die Linse zertrümmern, dabei jedoch nicht noch weiteres Gewebe schädigen. In einem weiteren Teilprojekt untersuchten die Forscher in einer Kombination von Simulationen und Experimenten, wie genau die Zertrümmerung der Linse abläuft. Dabei zeigte sich: Die Zerkleinerung der trüben Linse erfolgt auf rein mechanische Weise – ganz ähnlich wie ein Presslufthammer funktioniert. Diese Erkenntnis ermöglicht nun, die Katarakt-Operation mit noch weniger Ultraschall-Energie durchzuführen.
Effizienz senkt Risiken und spart Geld
Dank der erstellten Modelle gewannen die Forschenden ein präziseres Wissen über die Geschehnisse während einer Augenoperation. Vor allem aber können sie mit Hilfe der Simulation berechnen, wie sich veränderte Instrumente oder eine veränderte Ansteuerung der Instrumente auf das Geschehen im Auge während der Operation auswirken werden. Silvio Di Nardo, Leiter des Forschungsprojektes, und sein Team haben auf Basis der Simulationen Lösungsvorschläge für effizientere und sicherere Instrumente erarbeitet. Ein Team aus Biologen hat die Ergebnisse aus dem Projekt in die Sprache und Denkweise der Medizinerinnen übersetzt und ein Verfahren entwickelt, mit dem eine Entfernung der Linse experimentell nachgestellt wird. Mit Hilfe dieses Verfahrens können jetzt die tatsächlich erreichten Effizienzsteigerungen von neuen Instrumenten nachgewiesen werden. Denn so wichtig die rechnerische Grundlage ist, so wenig kann sie die experimentelle und die klinische Überprüfung der Resultate ersetzen.
Aktuell prüft Oertli Instrumente mehrere Optimierungsvorschläge, die aus dem Projekt entstanden sind. Das Unternehmen rechnet damit, diese Innovationen in den nächsten zwei Jahren auf den Markt zu bringen.
Das Oertli Ophtha Lab an der Hochschule Luzern
Das Oertli Ophtha Lab dient mit seiner biomedizinischen Expertise als Ideenlieferant für die Forschung und Entwicklung bei Oertli Instrumente. In den spezialisierten biomedizinischen Laboren des Instituts für Medizintechnik an der Hochschule Luzern (HSLU) werden Entwicklungs-, Verifizierungs- und Validierungstätigkeiten wahrgenommen. Das Lab verknüpft dabei Forschung und Ausbildung: Studierende aus verschieden technischen, medizinischen und biologischen Fachrichtungen erhalten die Möglichkeit, ihre Bachelor- und Masterarbeiten in einem innovativen, kollaborativen und spannenden Forschungslabor durchzuführen.
