Минский государственный медицинский институт Кафедра медицинской и биологической физики Эксимерные лазеры в рефракционной хирургии глаза Научный руководитель: доцент Лещенко В. Г.
Докладчик: студентка лечебного факультета 125а группы Кравченко Н. А. Минск, 2001 Актуальность темы.
Для хорошего зрения необходимо, прежде всего, чёткое изображение рассматриваемого предмета на сетчатке. Это изображение получается в результате прохождения лучей через оптическую систему глаза, нарушение любой составной части которой приводит к получению нечёткого изображения. На сегодняшний день существует большое количество методов ликвидации таких нарушений, в том числе и хирургические (использование тончайшего алмазного ножа для осуществления надрезов на роговице). Но в большом числе случаев хирургическое вмешательство даёт побочные эффекты (повреждение близлежащих тканей, малая точность производимых надрезов и т. д. ). Создание и совершенствование лазеров, излучающих в ультрафиолетовой части спектра, и открытие процесса фотоабляции создали предпосылки для новых форм лазерной хирургии глаза. Начиная с 1982 года, неоднократно была показана способность коротковолновых эксимерных лазеров к формированию очень точных (субмикронных) разрезов в различных полимерных материалах, а затем и возможность послойного удаления биологической ткани с минимальным воздействием на окружающее вещество. Физические основы работы эксимерных лазеров.
Эксимерные лазеры –это группа лазеров, в которых типичной активной средой является смесь инертного и галогенового газов. Термин “Эксимер”–аббревиатура английского словосочетания exited dimers (возбуждённые димеры), что означает нестабильное, существующее только в возбуждённом электронном состоянии димеров этих газов. При переходе эксимерных молекул в основное состояние испускаются высокоэнергетичные фотоны УФ-света. При различных комбинациях инертного и галогенового газов ЭЛ могут излучать короткие (наносекундные) импульсы света на различных длинах волн УФ-области спектра: фтор– 157 нм, аргон-фтор – 193 нм, криптон-хлор – 222 нм, криптон-фтор – 248 нм, ксенон-хлор – 308 нм, ксенон-фтор – 351 нм. Длительность импульса – 10 –16 нс. Глубина воздействия на живую ткань – до 60 мкм. Лазеры, основанные на данном принципе, были созданы в 70-х годах, являются источниками УФ-излучени и используются во многих отраслях науки.
Начиная с 1982 года, неоднократно была показана способность наиболее коротковолновых эксимерных лазеров к формированию очень точных (субмикронных) разрезов в различных полимерных материалах, а затем и возможность послойного удаления биологической ткани с минимальным термическим воздействием на окружающее и оставшееся вещество. Для объяснения данного явления R. Srininasan предложил теорию так называемого механизма фотоабляции. Предполагается, что фотоны УФ-света достаточно энергетичны (например, в случае 193 нм–6, 4 эВ) для прямого разрыва межмолекулярных химических связей, причём остаток поглощённой энергии расходуется на испарение составных частей молекул из материала. Эта особенность может объяснить наблюдаемое минимальное повреждение прилежащих облучаемых тканей, особенно при длине волны менее 220нм. Глубина поглощения излучения аргон-фторового лазера (193 нм) измеряется микронами и, таким образом, воздействующая энергия распределяется в крайне ограниченном объёме ткани. Кроме того, из-за высокой скважности импульсов эксимерных лазеров диффузия тепла из облучаемой зоны в окружающие ткани минимальна. И неоднократно было показано, что термический эффект усиливается с увеличением длины волны. Первое сообщение об использовании эксимерных лазеров на длине волны 193 нм для получения на роговице неперфорирующих разрезов было сделано в 1982 году. В эксперименте in vitro была установлена точная зависимость между количеством энергии и глубиной удалённой ткани: для выполнения надреза глубиной 1 мкм требуется плотность энергии 1 Дж/см2. При гистологическом исследовании в световом микроскопе не определялось признаков термического повреждения близлежащих к разрезу тканей, края лазерных разрезов были параллельными на всём протяжении без дезорганизации стромальных пластин или эпителиального края. После этого сообщения последовали работы различных авторов по изучению воздействия ЭЛ на различные структуры глаза. Одновременно в других отраслях медицины (сосудистая хирургия, дерматология, нейрохирургия и т. д. ) проводились подобные работы по изучению воздействия лазерного УФ-излучения на различные биологические структуры. Было проведено сравнительное исследование воздействия на роговицу и хрусталик излучения длиной волны 193 и 248 нм. Были определены пороговые величины абляции и установлено, что при использовании лазерного излучения с длиной волны248 нм требуется больший расход энергии, чем при длине волны 193 нм, для получения сходных результатов, как в роговице глаза, так и в хрусталике. При длине волны 193 нм с помощью электронной микроскопии выявлена пограничная зона повреждения шириной 0, 1–0, 3 мкм, далее лежащие стромальные структуры повреждены не были. При использовании криптон-фторового эксимерного лазера (248нм) зона повреждения была значительно шире – до 2, 5 мкм с дезорганизацией и повреждением прилежащих стромальных структур. Были измерены абсорбционные показатели стромы роговицы и хрусталика, и одним из факторов, объясняющих разницу в изменениях, возникающих под воздействием двух близлежащих длин волн УФ– области спектра, может быть разница в коэффициенте поглощения излучения стромой роговицы. Излучение с длиной волны 193 нм успешно использовалось для создания контролируемой зоны абляции в хрусталике, эффект воздействия напоминал таковой в роговице. В дальнейшем были проведены исследования по определению оптимальных энергетических доз для выбора воздействия на роговицу и хрусталик. При длине волны 193 нм величина абляции незначительно увеличивается при колебаниях плотности энергии начиная с 220 мДж/см2 и остаётся на достигнутом уровне при дальнейшем повышении плотности до 600 800 мДж/см2. При воздействии излучения с длиной волны 248 нм отмечалось линейное увеличение количества удаленной роговичной ткани при плотности 620 мДж/см2 и выше. При сравнении гистологических препаратов отмечалось, что в случае использования эксимерного лазера с длиной волны 248 нм не только зона повреждения шире, но и резко отличается характер повреждения (присутствуют дезорганизация и повреждение прилежащих стромальных структур, изменения коллагеновых волокон стромы). Диаграмма 1, 2
Из нижеприведенных графиков следует, что при осуществлении абляции эксимерным лазером с длиной волны248 нм оказывается большее тепловое воздействие, чем лазером с длиной волны 193 нм. Так как поглощение луча с длиной волны 193 нм лучшее, то и абляция будет наблюдаться более точная. Все исследователи, изучая воздействие излучения эксимерных лазеров на роговицу, предполагают дальнейшее использование этого метода применительно к рефракционной хирурги. При помощи излучения ЭЛ (193 и 248 нм ) была проведена кератэктомию на роговицах кроликов и роговице обезьяны. Отмечено, что результаты заживления, как и оптические результаты при использовании длины волны 193 нм, удовлетворяют требованиям рефракционной хирургии. H. Kerr-Muir и соавторы сравнили результаты кератэктомии, проведенной при помощи ЭЛ с длиной волны 193 и обычного трепана. При сканирующей микроскопии на стенках и дне хирургического
ложа определяли выступы размером более 10 мкм. Лазерное же ложе резко отличалось по качеству: стенки и дно гладкие, покрытые псевдомембраной. A. Cotliar и соавторы наносили насечки на энуклеированные трупные глаза, используя ЭЛ с длиной волны 193 нм. Наносили по 4 насечки поочерёдно, путём поворота лазерного источника вокруг оси. Рефракционный эффект в среднем был 5 дптр. E. Schroeder и соавторы описывали созданную ими коммерческую установку, позволяющую довести лазерное излучение ЭЛ к операционному микроскопу и при помощи специальной маски наносить радикальные неперфорированные разрезы. Был также проведён клинический эксперимент по нанесению насечек у добровольца, которому предстояла операция энуклеации по поводу внутриглазной опухоли. Были нанесены 4 перпендикулярные насечки с использованием излучения ЭЛ с длиной волны 193 нм, плотность энергии была 370 мДж/см2, время продолжения импульса от 10 до 16 нс, разрезы шириной 75-80 мкм. После процедуры роговица оставалась прозрачной, через 4 дня произошла полная эпителизация. Глаз был энуклеирован на 14-й день, когда разрезы были едва заметны при исследовании в щелевую лампу. При гистологическом исследовании были отмечены хорошее заживление, отсутствие признаков воспаления и иммунной реакции. N. Scharlin и соавторы при помощи излучения ЭЛ с длиной волны 193 и 248 нм сформировали роговичные донорские линзы, которые потенциально можно будет использовать при операциях керато-, эпикератофакии и кератомилезе. Гистологические исследования показали, что длина волны193 нм индуцирует минимальное повреждение тканей линзы (около 10 мкм), а также, что особенно важно, определялась выживаемость кератоцитов. R. Ziencerce и соавторы использовали излучение аргон-фторового ЭЛ для получения линз из донорского материала для эпикератофакии. Полученная линза имела диаметр 8 мм, с утолщением в центре до 0, 2–0, 24 мм и суживающимися краями. Оптическая сила линзы +8, 0 дптр. При исследовании линзы отмечали хорошее качество поверхности линзы, нормальное строение стромы с живыми кератоцитами. У реципиента линза оставалась прозрачной. Позже были предложены и другие, более совершенные методы формирования донорских линз. Лазерная коррекция зрения Этапы развития
Разработке техники лазерной коррекции зрения предшествовал длительный период исследований методов изменения рефракции роговицы. К 1949 году относятся первые попытки решения этой проблемы за счёт пересадки донорской роговицы на верхушку роговицы пациента и укрепления её с помощью швов. С 1963 года в рефракционной хирургии начинается новая эра. Доктор J. Barraquer сконструировал первый микрокератом (прибор для расслаивания роговицы). Появление такого устройства открывало новые возможности в хирургии роговицы–моделировании новой преломляющей силы. С помощью микрокератома проводилось срезание с роговицы лоскута толщиной примерно 300 мкм. Затем этот лоскут замораживался и помещался в специальный станок, где обтачивался до придания ему особой формы рассеивающей (при коррекции близорукости) или собирающей (при коррекции дальнозоркости) линзы. Далее он размораживался, переносился обратно на роговицу и укреплялся с помощью швов. Эти операции получили названия: миопический (при коррекции близорукости) и гиперметропический (для коррекции дальнозоркости) кератомилез.
В дальнейшем происходило совершенствование кератома. Толщину срезаемого лоскута удалось уменьшить до 160 мкм. Это позволило проводить операцию по изменению рефракции непосредственно на глазу под лоскутом, что гораздо уменьшило время заживления роговицы. Этот тип операций стал называться автоматизированной ламелярной кератопластикой (АЛК)
С 1982 года с появлением эксимерных лазеров рефракционная хирургия становится на путь своего совершенства. С внедрением эксимерных лазеров стала возможным коррекция не только близорукости и дальнозоркости, но и астигматизма с уникальной до этого степенью точности. Коррекция зрения эксимерным лазером называется фоторефракционной кератэктомией (ФРК). Точность и простота проведения операции привели к повальному увлечению ею во всём, однако, уже к началу 90-х начали выявляться и её недостатки. Это довольно длительный и болезненный послеоперационный период, необходимость длительного закапывания небезразличных для глаза капель, ограничение по величине корригируемой аномалии рефракции и др. В1991 году греческий офтальмолог Иоаннис Палликарис нашёл путь устранения этих недостатков за счёт совмещенияФРК с АЛК, в результате чего получился новый метод изменения рефракции глаза – лазерный специализированный кератомилез (ЛАСИК).
Эксимерные лазеры со встроенной системой топографии и компьютером. ЛАСИК
Комбинированная лазерно-хирургическая операция, получившая название от сокращения английского “Laser in Situ Keratomileusis” (дословно: лазерный кератомилез на месте). Технология её разработана для коррекции близорукости, дальнозоркости и астигматизма. Как проходит операция?
Веки раскрываются с помощью специального векорасширителя. Пациента просят смотреть на белую лампочку внутри прибора и проводят центровку глаз перед лазером. Затем на роговицу глаза наносится специальная разметка, позво-ляющая определить в дальнейшем соотно-шение будущего поверхностного лоскута и роговицы.
На глаз накладывается присасывающееся кольцо, по которому будет продвигаться микрокератом. Далее определяется размер срезаемого лоскута, и следующий этап–срезание лоскута микрокератомом. Это наиболее важный этап операции, от которого во многом зависит её результат. Пациента просят не волноваться, не сжимать веки и не вращать глазами. Этот этап занимает примерно 15 секунд. Поверхностный лепесток отворачивается на край роговицы, производится центровка и лазерная коррекция.
После лазерной коррекции роговица очищается, поверхностный лоскут рогови-цы возвращается на место, производится повторное промывание под лоскутом. Да-лее производится окончательное разглажи-вание роговицы, и в течение 3– 5 минут происходит его окончательная самоада-птация. Среднее время операции на одном глазу – 12-15 минут. Возможные осложнения. Инфекционные осложнения Неполная или избыточная коррекция (разрешена до 2-х дптр) Повышенная чувствительность к ярким источникам света Децентрация зоны лазерного воздействия Незавершённый или неправильный срез поверхностного лоскута ФРК
Фоторефрактивная кератэктомия –ла-зерный метод коррекции зрения, основанный на испарении поверхностного слоя роговицы с помощью высокоинтен-сивного УФ-излучения экси-мерного лазера. В зависимости от дозы изменяется форма роговицы. Как проходит операция?
Закапываются обезболивающие капли, пациент укладывается на операционный стол. Веки расширяются с помощью векорасширителя. Глаз центрируется под лазерной головкой.
В центре роговицы отмечается участок, где будет проходить лазерная коррекция. С этого участка удаляется эпителий, чаще всего с помощью специального хирургического инструмента. Иногда это делают, прикладывая к поверхности роговицы пропитанную спиртом ватку, на некоторых моделях лазеров испаряют самим излучением лазера. Проверяется диаметр подготовленного участка и ещё раз центрация.
Эксимерный лазер по заранее рассчитанной на основе введённых врачом данных компьютерной программе испаряет часть ткани роговицы и моделирует таким образом её новую поверхность. Форма сканирующего луча может быть разной–в виде широкого пучка, щели или точки, - в зависимости от модели лазера (сканирование точкой считается наиболее современным).
После завершения абляции операционая зона очищается, закапываются противовоспалительные капли и капли с антибиотиком. Глаз покрывается повязкой.
Среднее время операции –10 минут, но гораздо более длительный и болезненый процесс заживления роговицы в результате повреждения боуменовой мембраны. Возможные осложнения. Инфекционные осложнения Неполная или избыточная коррекция (разрешена до 2-х дптр) Повышенная чувствительность к ярким источникам света Децентрация зоны лазерного воздействия Островковые помутнения роговицы в оптической зоне Длительное заживление раны