Phakodynamik (Phacodynamics) ist der Sammelbegriff für die mechanischen Prinzipien, die der Phakoemulsifikation und Aspiration (PEA) zugrunde liegen. Sie umfasst sowohl die Konzepte der Fluidik als auch der Ultraschallleistungsmodulation.
Die Phakoemulsifikation wurde 1967 von Kelman erfunden und verbreitete sich danach durch Fortschritte bei Geräten und Techniken schnell. Heute werden fast alle Kataraktoperationen mit dieser Methode durchgeführt, und ein genaues Verständnis der Phakodynamik durch den Operateur ist eine Voraussetzung für eine sichere und effiziente Operation.
Die wichtigsten Parameter der Phakodynamik sind:
Die richtige Einstellung des Geräts verbessert die Sicherheit und Effizienz der Operation. Eine falsche Einstellung kann dagegen zu Komplikationen wie Kollaps der Vorderkammer, hinterer Kapselruptur oder Hornhautendothelschäden führen. Unabhängig vom Erfahrungsgrad ist das Verständnis der Grundprinzipien die Grundlage für eine sichere Operation für alle Chirurgen.
Die Perfusionsflüssigkeit (BSS: balancierte Salzlösung) wird durch Schwerkraft aus der Perfusionsflasche in die Vorderkammer zugeführt. Der Perfusionsdruck ist proportional zur Flaschenhöhe und kann mit der folgenden Formel abgeschätzt werden.
Perfusionsdruck (mmHg) ≈ Flaschenhöhe (cm) × 0,7 Beispiel: 100 cm Flaschenhöhe ergibt etwa 70 mmHg, 80 cm etwa 56 mmHg, 70 cm etwa 49 mmHg
Durch Platzieren der Flasche höher als das Auge des Patienten entsteht ein Druckgradient, der die Perfusionsflüssigkeit in die Vorderkammer fließen lässt. Eine Erhöhung der Flaschenhöhe erhöht den Augeninnendruck und vertieft die Vorderkammer. Bei Patienten mit Glaukom oder Arteriosklerose ist jedoch Vorsicht hinsichtlich des Augeninnendruckanstiegs geboten.
In den letzten Jahren wurden neben dem Gravitationssystem auch forcierte Perfusionssysteme wie VGFI (Vented Gas Forced Infusion) und das Softbag-Drucksystem entwickelt, die Schwankungen des Vorderkammerdrucks besser kontrollieren können.
Der Abfluss wird hauptsächlich durch Aspiration über eine Pumpe erzeugt. Eine Erhöhung der Aspirationsflussrate erhöht den Abfluss und beschleunigt die Bewegungen in der Vorderkammer. Ein weiterer Abflussweg ist die Leckage durch den Schnitt und den Seitenport.
Wenn Zufluss und Abfluss gleich sind, bleibt das Druckgleichgewicht in der Vorderkammer erhalten und eine stabile Vorderkammer wird aufrechterhalten.
Auswirkungen eines Flüssigkeitsungleichgewichts:
Das ist richtig. Eine Erhöhung der Flaschenhöhe erhöht den intraokularen Druck vor und nach dem Surge, aber die Amplitude der Druckschwankungen bleibt unverändert. Zur Unterdrückung von Surges ist es wirksam, den Saugdruck zu reduzieren oder einen Schlauch mit geringer Compliance zu verwenden, anstatt die Flaschenhöhe anzupassen.
Die Saugflussrate ist die Flüssigkeitsmenge (mL/min), die pro Zeiteinheit durch die Saugöffnung an der Spitze bewegt wird. Bei peristaltischen Systemen kann die Rotationsgeschwindigkeit der Pumpe direkt eingestellt werden.
Der Saugdruck ist der negative Druck (mmHg), der die Haltekraft (Hold Ability) des Kernfragments an der Spitze bestimmt, wenn die Spitze okkludiert ist.
Peristaltischer Typ
Prinzip: Eine Rolle drückt den Schlauch zusammen, um einen Unterdruck zu erzeugen.
Vorteil: Saugdruck und Saugflussrate können unabhängig voneinander eingestellt werden.
Nachteil: Der Anstieg des Sogdrucks ist langsam. Sicherheitsorientiertes Design, geeignet für Anfänger und Fortgeschrittene.
Venturi-Typ
Prinzip: Der Luftstrom erzeugt einen Unterdruck in der Kassette (Bernoulli-Gesetz).
Vorteil: Der Anstieg des Sogdrucks ist schnell, mit hoher Follow-Fähigkeit.
Nachteil: Feine Steuerung ist schwierig, und die Sogflussrate kann nicht unabhängig eingestellt werden (etwa die Hälfte des eingestellten Sogdrucks entspricht der Flussrate). Geeignet für fortgeschrittene Anwender.
In den letzten Jahren wurden die Nachteile beider Pumpen verbessert, und es gibt Hybridsysteme, die beide Modi in einem Gerät nutzen.
Surge bezeichnet das Phänomen, dass unmittelbar nach der Freigabe einer Okklusion der Spitze durch ein Kernfragment der angesammelte Unterdruck plötzlich freigesetzt wird, was zu einem schnellen Flüssigkeitsaustritt aus der Vorderkammer und einer vorübergehenden Instabilität der Vorderkammer führt.
In einer Studie von Georgescu et al. an enukleierten menschlichen Augen wurde die Schwankungsdistanz der Vorderkammer während eines Surge mit 0,04 bis 2 mm angegeben.
Wenn ein Surge auftritt, werden die hintere Kapsel oder die Iris zur Spitze hingezogen, was das Risiko einer Ruptur der hinteren Kapsel oder einer Irisverletzung birgt.
Maßnahmen zur Surge-Reduktion:
Die Frequenz von Ultraschall ist als über 20 kHz definiert, und in Ultraschall-Phakoemulsifikationsgeräten wird üblicherweise etwa 40 kHz (ca. 28,5–40 kHz) verwendet. Die Fragmentierungskraft der Spitze beruht auf den folgenden zwei Mechanismen.
Jackhammer-Effekt
Mechanismus : Physikalischer Aufprall der Spitze auf den Linsenkern, mechanischer Schlag.
Eigenschaften : Mit zunehmender Entfernung zum Objekt steigen Beschleunigung und Leistung. Dies ist der Hauptfragmentierungsmechanismus bei Längsschwingungen.
Kavitationseffekt
Mechanismus : Ein plötzlicher Druckabfall beim Zurückziehen der Spitze erzeugt Mikrobläschen, die beim Vorwärtsbewegen durch Implosion Energie freisetzen.
Eigenschaften : Bei der Implosion entstehen Temperaturen von etwa 13.000 °F (7.200 °C) und eine Schockwelle von 75.000 psi. Dies kann auch Gewebeschäden verursachen.
Die Ultraschallleistung wird als Amplitude (Hub) der Spitze ausgedrückt, wobei die maximale Amplitude 100 % beträgt. Eine Erhöhung der Leistung steigert die Fragmentierungswirkung, erhöht aber auch das Risiko von Hitzeentwicklung und Wundverbrennungen. Zudem verstärkt eine größere Amplitude die abstoßende Kraft auf den Kern (Chattering).
Neben der herkömmlichen longitudinalen Vibration wurde ein Verfahren entwickelt, das transversale Rotationsvibrationen (torsional) nutzt. Da der Kern durch beide Bewegungen (vor und zurück) abgetragen wird, ist die Wärmeentwicklung geringer und die Fragmentierungseffizienz hoch. Durch die Kombination von traditionellem und torsionalem Modus sowie die Hinzunahme von Puls-Einstellungen ist eine sichere Behandlung auch harter Kerne möglich.
Die Eigenschaften variieren je nach Fasenwinkel (0–60 Grad) an der Spitze.
| Fasenwinkel | Okklusivität | Verwendung |
|---|---|---|
| Groß (45–60°) | Niedrig (schwer zu verstopfen) | Skulpturieren (Rillen ziehen) |
| Klein (0–15°) | Hoch (leicht zu verstopfen) | Hacken und Entfernen von Kernfragmenten |
| Modus | Eigenschaften | Empfohlene Situation |
|---|---|---|
| Kontinuierlich | Daueroszillation | Weicher Kern |
| Gepulst | Ein-/Aus-Wechsel | Wärmeunterdrückung / harter Kern |
| Burst | Kurzer Impuls gefolgt von Pause | Chopping-Technik |
Der Pulsmodus mit Pausen zwischen den Ultraschallschwingungen reduziert das Flattern und ermöglicht eine effiziente Nukleation bei geringerer Wärmeentwicklung.
Rillenfräsen (offene Fragmentierung):
Fragmentierung nach Kernteilung (geschlossene Fragmentierung):
Fußpedalbedienung:
Bei der Zwei-Techniken-Ultraschall-Aspirations-Phakoemulsifikation ermöglicht die Trennung von Perfusions-Chopper und Phako-Sonde ohne Hülle eine geschlossene Kammer-Nukleation durch einen submillimetergroßen Schnitt. Bei schwierigen Fällen wie subluxierten Linsen unterstützt der Perfusionsport die Stabilisierung des Kapselsacks, was ein Vorteil ist 1).
Für Anfänger werden niedrige Saugfluss-, Ultraschallleistungs-, Saugdruck- und Perfusionsdruckeinstellungen empfohlen. Dies minimiert Druckunterschiede in der Vorderkammer und verringert Risiken wie hintere Kapselruptur, Irisriss und Glaskörperprolaps. Das Umschalten der Einstellungen je nach Situation ist der schnellste Weg, um eine sichere Chirurgie zu erlernen.
In modernen Ultraschall-Kataraktchirurgiegeräten werden zunehmend Rückkopplungskontrollsysteme mit Vorderkammerdrucksensoren eingeführt. Durch die Echtzeiterfassung des Vorderkammerdrucks und die automatische Anpassung der Infusionsrate sollen Druckschwankungen und Surge minimiert und das Risiko eines hinteren Kapselrisses verringert werden.
Als Alternative zur Schwerkraftinfusion wurden forcierte Infusionsverfahren wie VGFI (Gasdruck in der Infusionsflasche) oder die Kompression eines Softbags durch eine Platte praktisch umgesetzt. Diese können die Infusionsrate schneller erhöhen als Schwerkraftsysteme und tragen zu einer sicheren Operationsumgebung mit geringeren Vorderkammerdruckschwankungen bei.
