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Projekt
Temperaturgeregelte Laserbestrahlung der Netzhaut des Auges
Fachliche Zuordnung
Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
Förderung
Förderung von 2020 bis 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 430154635
Die Photokoagulation ist eine Standardbehandlung verschiedener Netzhauterkrankungen des Auges. Intensive Laserpulse induzieren einen Temperaturanstieg, der zu einer Koagulation des Netzhautgewebes führt. Diese Therapie wird z.B. eingesetzt, um eine Netzhautablösung nach Lochbildung zu verhindern oder um die Anzahl stark sauerstoffverbrauchender Photorezeptoren in der Netzhautperipherie zu reduzieren, um die Sehfunktion von Diabetikern zu erhalten. Meistens sind minimal-invasive, gleichmäßige Läsionen gefordert: Bei der Therapie des diabetischen Makulaödems müssen Schäden der neuronalen Netzhaut durch zu starke Koagulation verhindert werden, während andererseits eine Unterdosierung zu vermeiden ist, um den gewünschten therapeutischen Effekt nicht zu gefährden. Eine große Herausforderung bei der Applikation besteht in der Einstellung der richtigen Lichtdosierung aufgrund starker Absorptionsschwankungen an der Netzhaut, variabler Lichtstreuung im Auge und unwillkürlicher Augenbewegungen (Mikrosakkaden). In der Praxis wählt der Arzt die Laserleistung für die nachfolgenden Läsionen entsprechend der Sichtbarkeit der vorherigen Läsionen bei einer typischen Bestrahlungszeit von 50-200 ms. Dieses ist jedoch ein sehr umständliches und zeitaufwendiges Verfahren und führt oft zu unbefriedigenden Ergebnissen. Daher wäre eine Regelung der Laserleistung für einen definierten Temperaturanstieg basierend auf Echtzeitmessungen von entscheidender Bedeutung.In unseren Vorarbeiten wurde die bisher einzige Methode zur Echtzeit-Temperatur-bestimmung während der Photokoagulation der Netzhaut entwickelt, basierend auf dem optoakustischen Effekt. Das Hauptziel des vorliegenden Projektes ist die Entwicklung von hierauf basierenden Regelungsstrategien für die automatische Dosierung der Laserleistung, sodass ein akkurates Erreichen der vom Arzt gewünschten retinalen Temperatur garantiert ist. Insbesondere soll ein neues Hardware-Setting die bisher verwendete Kombination von Behandlungs- und Probelasern durch nur einen Laser mit hoher Pulswiederholrate ersetzen, das gleichzeitig optoakustische Druckwellen anregt und genügend Wärme zur Koagulation erzeugt. Die geplanten algorithmischen Arbeiten beinhalten (i) die Entwicklung von Modellen unterschiedlicher Detailtiefe, die geeignet für den Reglerentwurf sind, (ii) das Design geeigneter Beobachter-/Identifikationsverfahren sowie (iii) die Entwicklung und Evaluation verschiedener Regelungsstrategien unterschiedlicher Komplexität. Insbesondere sollen verschiedene modellprädiktive Regler untersucht werden, die Garantien für das Einhalten harter Beschränkungen erlauben, was in der medizinischen Anwendung von zentraler Bedeutung ist.Das Projekt wird einen entscheidenden Beitrag zu einer signifikant verbesserten und sicheren Anwendung der retinalen Photokoagulation leisten. Darüber hinaus wird es dazu beitragen, kurz gepulste thermische Schäden an Gewebe genauer zu untersuchen, die derzeit noch nicht vollständig verstanden werden.
DFG-Verfahren
Sachbeihilfen
