Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Фундаментальные основы и принципы Эксимерлазерной хирургии (обзор литературы) 17
1.1. Эксимерные лазеры и возможность их применения в офтальмологии 17
1.2. Взаимодействие эксимерного лазерного излучения с биологическими тканями 19
1.3. Типы эксимерлазерных систем 25
1.4. Основные критерии оценки эксимерлазерных установок 30
1.5. Фоторефрактивная кератэктомия 32
1.6. Основные технологии фрк, используемые при коррекции Аномалий рефракции 34
1.7. Результаты проведения фрк 39
1.8. Осложнения фрк 42
1.9. Индивидуализированная абляция 46
1.10. Технология лазик при аномалиях рефракции 48
1.11. Интраоперационные осложнения 50
1.12. Послеоперационные осложнения 51
1.13. Результаты операции лазик 54
1.14. Индуцированные аметропии. Их характеристика и основные особенности 56
1.15. Результаты фрк и лазик при индуцированных аметропиях 57
1.16 заключение 60
Глава II. Материал и методы исследований 62
2.1. Теоретические исследования 62
2.2. Экспериментальные исследования 63
2.3. Общая характеристика клинического материала 64
2.4. Отбор пациентов 66
2.5. Методы клинических исследований и статистической обработки67
Глава III. Теоретическое обоснование и оптимизация конструкционных параметров и системы сканирования современного эксимерного лазера 69
3.1. Требования к современной эксимерлазерной офтальмохирургической установке. Методика оптимизации конструкционных параметров и системы сканирования 69
3.2. Разработка алгоритма оптимального сканирования 75
3.3. Обоснование параметров излучения установки «микроскан» 80
3.3.1 математическая модель абляции 80
3.3.2. Обоснование формы распределения энергии импульса 81
3.3.3. Обоснование продолжительности импульсов и частоты их следования 84
3.3.4 оптимизация диаметра луча 86
3.3.5 обоснование уровня энергии в центре и степени ее уменьшения к периферии луча 89
3.4. Расчет качества обрабатываемой поверхности 94
3.5. Заключение 96
Глава IV. Экспериментальное обоснование применения эксимерного лазера «микроскан» в рефракционной хирургии роговицы 98
4.1. Изучение характеристик поверхностей полимерных материалов после эксимерлазерной абляции 99
4.2. Оценка параметров воздействия установки «микроскан» на роговичную ткань 107
4.3. Исследование термических процессов в роговице кролика при проведении фрк 108
4.4. Изучение репаративных процессов в роговице кролика после
Проведения фрк на установках «микроскан» и «mel-70» 110
4.5. Экспериментальное морфологическое исследование глаз после
Фрк, выполненной с помощью эксимерных лазеров «микроскан» и
«mel-70» 115
4.5.1. Группа I. Морфологическое исследование глаз после фоторефрактивной кератэктомии на эксимерном лазере «mel-70» 115
4.5.1.1. Сразу после фрк (3 глаза) 115
4.5.1.2. Через 7 дней после фрк (3 глаза) 117
4.5.1.3. Через 30 дней после фрк (3 глаза) 120
4.4.1.1. Через 90 дней после фрк (3 глаза) 122
4.5.2. Группа II. Морфологическое исследование глаз после фрк на эксимерном лазере «микроскан» 123
4.5.2.1. Сразу после фрк (3 глаза) 123
4.5.2.2. Через 7 дней после фрк (3 глаза) 124
4.5.2.3. Через 30 дней после фрк (3 глаза) 127
4.5.2.4. Через 90 дней после фрк (3 глаза) 129
4.6. Заключение 130
Глава V. Лазик при аномалиях рефракции на установке «микроскан» 133
5.1. Особенности операции и течения послеоперационного периода 13 3
5.1.1. Характеристика клинического материала 133
5.1.2. Предоперационная подготовка и техника проведения операции лазик 134
5.1.3. Послеоперационное ведение и осложнения 137
5.2. Результаты операции лазик при миопии и миопическом
Астигматизме 140
5.2.1. Характеристика клинического материала 140
5.2.2. Визуальные результаты 141
5.2.3. Рефракционные результаты 144
5.2.4. Предсказуемость результата 146
5.2.5. Коррекция астигматизма 147
5.3. Результаты проведения лазик при гиперметропии, гиперметропическом и смешанном астигматизме 149
5.3.1. Характеристика клинического материала 149
5.3.2. Визуальные результаты 149
5.3.3. Рефракционные результаты 152
5.3.4. Предсказуемость результата 154
5.3.5. Коррекция астигматизма 155
5.4. Визуальные и рефракционные результаты лазик на установках «микроскан» и «mel-70» 157
Глава VI. Фрк на установке «микроскан» 164
6.1. Характеристика клинического материала 164
6.2. Техника выполнения фрк 165
6.2.1. Фрк с предварительной механической скарификацией эпителия 165
6.2.2. Трансэпителиальная фрк. 166
6.3. Послеоперационное ведение и осложнения 167
6.3.1. Фибропластические процессы в роговице после фрк и их классификация 169
6.3.2. Медикаментозное лечение фиброплазии 176
6.4. Визуальные результаты 177
6.4.1. Острота зрения без коррекции 177
6.4.2. Острота зрения с коррекцией 179
6.5. Рефракционные результаты 180
6.5.1. Динамика и стабильность рефракции 180
6.5.2. Предсказуемость результата 182
6.5.3. Коррекция астигматизма 183
6.6. Сравнительная эффективность операции фрк при использовании лазеров «микроскан» и «mel-70» 184
Глава VII. Индуцированные аметропии и их Эксимерлазерная коррекция на установке «микроскан» 187
7.1. Классификация индуцированных аметропии 188
7.2. Отбор и подготовка пациентов к операции 192
7.3. Эксимерлазерная коррекция индуцированных аметропии 194
7.4. Послеоперационное ведение 195
7.5. Общая характеристика клинического материала 196
7.6. Техника проведения повторной операции лазик 198
7.7. Коррекция иррегулярного астигматизма по данным кератотопографии с помощью компьютерной программы «кераскан» 198
7.8. Осложнения и их предупреждение 199
7.9. Визуальные и рефракционные результаты операций 201
7.10. Заключение 214
Глава VIII. Система рефракционной эксимерлазернои микрохирургии при аномалиях рефракции 215
Заключение 219
Выводы 234
Список литературы
- Эксимерные лазеры и возможность их применения в офтальмологии
- Теоретические исследования
- Требования к современной эксимерлазерной офтальмохирургической установке. Методика оптимизации конструкционных параметров и системы сканирования
- Изучение характеристик поверхностей полимерных материалов после эксимерлазерной абляции
Введение к работе
Проблема эффективной коррекции аномалий рефракции по-прежнему остается одной из наиболее актуальных задач стоящих перед современной офтальмологией. Это связано с широким распространением данной патологии среди населения и отсутствием универсальных способов ее коррекции. Так, например, по данным Южакова A.M. (2003), в России заболеваемость близорукостью по обращаемости составляет в среднем 1119,6 на 100 тыс. населения (более 1 млн. 600 тыс. человек). Кроме того, аномалии рефракции являются одной из причин первичной инвалидности, показатели которой, по данным Либман Е.С., за последние 12 лет выросли в России в 3 раза и в 2002 г. составил 3,5 на 10 тыс. взрослого населения (Либман Е.С., 1978-2003).
Очковая и контактная коррекция далеко не в каждом случае оказываются оптимальными, особенно у пациентов с высокими степенями аметропии и анизометропией, поскольку не способны обеспечить полную реабилитацию больных как в клиническом, так и в социальном аспектах (Аветисов Э.С., 1973; Розенблюм Ю.З., 1976). В связи с этим в последние десятилетия стала бурно развиваться рефракционная хирургия, базирующаяся на новых технологиях, современных материалах и сложной технике (Федоров С.Н. 1969-1996; Аветисов С.Э., 1993; Балашевич Л.И., 2002 и др.).
Bo-многом, успех этого направления связан с внедрением лазеров, использование которых позволило поднять коррекцию аномалий рефракции на качественно новый технологический уровень. Первыми практическое использование в рефракционной хирургии в 70-х годах получили инфракрасные лазеры для коррекции гиперметропии. С их помощью на периферию роговицы наносились лазерные аппликации, вызывающие изменение ее кривизны в сторону усиления. Уже в 1983 г. в Центре лазерной хирургии ГУ МНТК «Микрохирургия глаза» (руководитель - А.Д. Семенов) была выполнена первая успешная коррекция гиперметропии на человеческом глазу с использованием инфракрасного лазера с длиной волны 1,54 мкм
(Сорокин А.С. с соавт., 1983). Лишь спустя 7 лет в зарубежной литературе появилось первое сообщение. Seiler Т. с соавт. о коррекции гиперметропии с помощью YAG-лазера с длиной волны 2,1 мкм (Seiler Т. et al., 1990). В настоящее время инфракрасные лазерные офтальмокоагуляторы широко применяются в России и за рубежом для коррекции гиперметропии и гиперметропического астигматизма слабой и средней степеней (Семенов А.Д. с соавт., 1984; Durrie D., 1994; Cherry P., 1995; Koch D. et al., 1996).
Революционным явилось предложение Trokel S. использовать эксимерлазерное излучение с длиной волны 193 нм для воздействия на роговицу (Trokel S., 1983). Данный вид излучения обладал рядом преимуществ, перед другими благодаря своей микронной точности и отсутствию воздействия на окружающие ткани. Наряду с зарубежными учеными (Aron-Roza D., 1985; L' Esperance F., 1989; Mc'Donald M., 1989; Ditzen К., 1994) большой вклад на этапе становления нового направления рефракционной офтальмохирургии внесли российские ученые (Федоров С.Н., 1989; Семенов А.Д., 1990; Корнилове И.М, 1991; Харизов А.А., 1993). За последние годы офтальмологами разных стран был накоплен большой клинический опыт использования эксимерлазерных систем в коррекции различных аномалий рефакции, особенно миопии, гиперметропии и астигматизма слабой и средней степеней (Семенов А.Д., 1994; Качалина Г.Ф., 2000; Алисов И.А., 2001; Балашевич Л.И., 2002; Куренков В.В., 2002; Тарутта Е.П., 2000; Esquenazi S.,1999; Knorz М.,1998; McDonald М., 2001; Buratto L., 2003). Однако, по-прежнему, многие разделы эксимерлазерной хирургии требуют дальнейшего изучения. До сих пор общепринятым ограничением к использованию лазерной коррекции считается величина близорукости до 10-12 D, что определяется техническими особенностями существующей аппаратуры. Слабо изучены возможности современных лазеров в хирургии индуцированных аметропии.
Недостаточно разработаны технологии коррекции иррегулярного астигматизма. Нуждаются в уточнении показания и противопоказания к проведению эксимерлазерных операций. В связи с этим несомненное практическое значение имеет разработка комплексных подходов к коррекции
различных аномалий рефракции с целью максимального расширения возможностей эксимерлазерной офтальмохирургии.
Для эффективного решения этих и других клинических задач необходимо постоянное совершенствование эксимерных лазеров. В конце 80-х - начале 90-х годов достигнутые успехи в рефракционной хирургии были связаны с полноапертурными лазерами, одним из наиболее ярких представителей которых являлся лазер «Профиль», созданный в МНТК «МГ» (Федоров С.Н. с соавт., 1989; Семенов А.Д. с соавт., 1990). Применение данных лазеров в клинике, наряду с несомненными достоинствами (короткое время проведения операции, невысокая критичность к децентрации абляции, отсутствие необходимости в следящей системе) выявило их определенные недостатки, основными из которых являлись невозможность коррекции иррегулярного астигматизма, а также формирование центральных островков, грубой абляционной поверхности, наличие ударной волны и значительный нагрев роговицы в процессе операции, являющиеся вероятными причинами развития помутнений (Chatterjee A. et al, 1997; Hersh P.S., 1997; Machat J., 1999). Поэтому на ведущие позиции стали выходить эксимерные лазеры другого - сканирующего типа.
Как наш собственный, так и мировой опыт работы на этих системах доказал перспективность развития данного направления эксимерлазерных технологий, поскольку сканирующие лазеры обеспечивают формирование более гладкой абляционной поверхности, не вызывают появления центральных островков и значительного повышения температуры роговицы в процессе операции, дают возможность персонализированной коррекции иррегулярного астигматизма (Семенов А.Д. с соавт, 1999; Корниловский И.М. с соавт., 2000; Argento С. et al, 2001; Ohashi Y. et al. 1997; Lubatschowski H. et al. 1998). Однако и этот тип лазеров не лишен определенных недостатков, которые зависят от конструкционных особенностей каждой системы. Так, например, для одних установок характерна большая длительность проведения операции при коррекции высоких степеней аметропии, у других - зона абляции выходит за пределы запланированной. Ряд установок используют при работе высокую частоту следования
импульсов и предельные, для этих лазерных генераторов, параметры мощности излучения, что приводит к снижению ресурса прибора и его надежности (Machat J., 1999; Buratto L., 2003). Кроме того, сканирующие лазеры, производятся только зарубежными фирмами и имеют высокую стоимость, недоступную для большинства российских клиник.
Все вышеизложенное остро ставит вопрос о необходимости разработки первой отечественной сканирующей эксимерлазерной установки и создания на ее базе комплексной системы рефракционной микрохирургии роговицы.
Цель настоящего исследования - на основании комплексных
теоретических, инженерно-конструкторских, технических и
экспериментально-клинических исследований разработать основные конструкционные параметры и алгоритмы сканирования для первой отечественной сканирующей установки «Микроскан» и создать на ее базе систему эксимерлазерной рефракционной микрохирургии роговицы.
Задачи исследования.
Разработать и теоретически обосновать основные конструкционные параметры и алгоритмы сканирования для первой отечественной сканирующей установки «Микроскан».
Оценить в эксперименте возможность безопасного применения установки «Микроскан» в хирургии роговицы.
Разработать медицинские технологии рефракционных операций ЛАЗИК и ФРК для коррекции миопии, гиперметропии и различных вариантов правильного астигматизма на базе данной установки.
Дать клиническую оценку эффективности технологиям ЛАЗИК и ФРК на разработанной установке в коррекции регулярных аметропии.
Провести сравнение клинических результатов операций ЛАЗИК и ФРК на установках «Микроскан» и « Zeiss-Meditec MEL-70».
Разработать классификацию индуцированных аметропии.
Разработать технологические подходы к эксимерлазернои коррекции индуцированных аметропии и оценить их эффективность в наиболее сложных клинических ситуациях.
Создать комплексную систему эксимерлазернои рефракционной микрохирургии роговицы на базе установки «Микроскан».
Научная новизна исследования
Впервые в России разработаны и оптимизированы конструкционные параметры и алгоритмы сканирования современного эксимерного лазера, главными из которых являются усеченный гауссов профиль луча, шестигональная сетка сканирования, оригинальный принцип сканирования - «микролинзирование», явившиеся базой для создания отечественной офтальмохирургической установки «Микроскан».
На основании экспериментальных исследований доказано, что установка «Микроскан» позволяет значительно уменьшить возможный нагрев роговицы в процессе операции, обеспечивает высокую гладкость формируемой абляционной поверхности, исключает нежелательное воздействие лазерного излучения за пределами запланированной зоны абляции. Доказана безопасность применения данной установки в хирургии роговицы.
Созданы медицинские технологии эксимерлазерных рефракционных операций при миопии, гиперметропии и различных вариантах астигматизма на базе установки «Микроскан» и получены данные об их эффективности.
Предложена новая классификация индуцированных аметропии и разработаны основные технологические подходы к их эксимерлазернои коррекции.
Разработана комплексная система эксимерлазернои хирургии при аномалиях рефракции на базе установки «Микроскан».
Практическая значимость работы
Система эксимерлазерной рефракционной микрохирургии роговицы на базе установки «Микроскан» обеспечивает комплексный подход, позволяет расширить диапазон и повысить эффективность коррекции различных аномалий рефракции.
Разработанные технологии операций ФРК и ЛАЗИК на установке «Микроскан», по своей эффективности не уступающие технологиям рефракционных вмешательств на аналогичной зарубежной установке сканирующего типа - «Zeiss-Meditec MEL-70», обеспечивают высокие стабильные результаты при коррекции миопии, гиперметропии и различных вариантов астигматизма.
Разработанные на основе авторской классификации подходы к эксимерлазерной коррекции индуцированных аметропии, включая программу индивидуализированной коррекции иррегулярного астигматизма - «Кераскан», позволяют повысить эффективность восстановительного лечения у пациентов с указанными рефракционными нарушениями.
Уточненные показания и противопоказания к проведению ЛАЗИК и ФРК на установке «Микроскан» позволяют правильно ориентировать лазерных хирургов в выборе эксимерлазерных технологий при различных аномалиях рефракции.
Положения, выносимые на защиту
1. Разработанные конструкционные параметры и алгоритмы сканирования для современной эксимерлазерной установки, медицинские технологии коррекции миопии, гиперметропии и различных вариантов правильного астигматизма, медицинские технологии коррекции индуцированных аметропии, а также уточненные показания и противопоказания к проведению ФРК и ЛАЗИК формируют комплексную медико-технологическую систему эксимерлазерной рефракционной микрохирургии роговицы на базе отечественной установки «Микроскан».
Параметры и алгоритмы сканирования установки «Микроскан» безопасны для применения в клинике, обеспечивают высокое качество абляционной поверхности и снижают возможный нагрев роговицы в процессе операции.
Установка «Микроскан» не уступает аналогичной установке сканирующего типа «Zeiss-Meditec MEL-70» по эффективности коррекции аметропии методами ЛАЗИК и ФРК.
Авторская классификация и разработанные технологии лечения обеспечивают эффективную коррекцию индуцированных аметропии различной степени тяжести.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на международном конгрессе «Лазер и здоровье» (Москва, 1999 г.), конференции молодых ученых «Реконструкция - основа современной хирургии» (Москва, 1999 г.), научно-практических конференциях «Лазерные методы лечения в офтальмологии» (Калуга, 1999, 2001 гг.), VII Съезде офтальмологов России (Москва, 2000 г.), Международном симпозиуме по эксимерлазерной хирургии (Сингапур, 2000 г.), на II и IV Российских симпозиумах по рефракционной и пластической хирургии (Москва, 2000, 2002 гг.), на II и III Евро-Азиатских конференциях (Екатеринбург, 2001, 2003 гг.), Международном съезде рефракционных и катарактальных хирургов (Москва, 2002 г.), Российской научной конференции «Лазерная рефракционная и интраокулярная хирургия» (Санкт-Петербург, 2002 г.), VII Международном симпозиуме по рефракционной и катарактальной хирургии «Новые технологии в эксимерлазерной хирургии и факоэмульсификации» (Москва, 2002 г.), научном симпозиуме «Современные вопросы коррекции аметропии» (Москва, 2002 г.), научно-практической конференции «Федоровские чтения» (Москва, 2002 г.), Всероссийской конференции «Достижения науки - практическому здравоохранению» (Москва, 2002 г.), Европейской конференции рефракционных хирургов-пользователей
эксимерных лазеров «Zeiss-Meditec» (Рига, 2002 г.), научно-практической конференции ГУ МНТК «Микрохирургия глаза» им. акад. С.Н. Федорова совместно с кафедрой глазных болезней МГМСУ (Москва, 2003 г.), межотделенческой научной конференции ГУ МНТК «Микрохирургия глаза» им. акад. С.Н. Федорова совместно с кафедрой глазных болезней МГМСУ (Москва, 2003 г.).
Внедрение в практику
Разработанная система эксимерлазерной рефракционной
микрохирургии роговицы на базе установки «Микроскан» широко используются в Центре лазерной хирургии ГУ МНТК «Микрохирургия глаза» им. акад. С.Н. Федорова, Калужском, Тамбовском, Чебоксарском, Хабаровском филиалах ГУ МНТК «МГ», Кишиневском Центре «Микрохирургия глаза» (Молдавия), в Центре эксимерлазерной коррекции ООО «Экси» (г. Ижевск), Центре микрохирургии глаза ООО «Визус-1» (г. Тюмень). С помощью предложенной системы на установке «Микроскан» за последние годы выполнено боле 10 000 операций ФРК и ЛАЗИК с высокими клинико-функциональными результатами.
Материалы диссертации включены в тематику лекционных и практических занятий по обучению отечественных и иностранных специалистов Научно-педагогического центра ГУ МНТК «МГ», используются для обучения студентов на кафедре глазных болезней МГМСУ.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 49 научных работ, получено 18 патентов РФ и 1 свидетельство на полезную модель. Подано 7 заявок на патенты и полезные модели.
Структура и объем работы
Диссертация изложена на 271 странице машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, 7 глав собственных исследований, заключения, выводов и библиографического указателя. Работа иллюстрирована 27 таблицами и 69 рисунками. Список литературы включает 374 источника, из них 73 отечественных и 301 иностранный автор.
Работа выполнена в ГУ МНТК «Микрохирургия глаза» им. академика С.Н. Федорова, генеральный директор - доктор медицинских наук, профессор Х.П. Тахчиди.
Теоретические исследования, включенные в Главу N 2, выполнены совместно с Центром физического приборостроения Института общей физики Российской академии наук им. A.M. Прохорова, руководитель -кандидат физико-математических наук С.К. Вартапетов; морфологические исследования, включенные в раздел 4.5, выполнены совместно с отделением патологической анатомии и гистологии Московского НИИ глазных болезней им. Гельмгольца, руководитель отдела - доктор медицинских наук, профессор И.П. Хорошилова-Маслова, которым автор выражает глубокую признательность.
Эксимерные лазеры и возможность их применения в офтальмологии
Большой интерес, возникший в последние два десятилетия у офтальмологов всего мира к эксимерным лазерам, не случаен. Он обусловлен особенностями излучения данных лазеров, которые позволили с успехом применить их в рефракционной микрохирургии. Первые работы по изучению различных соединений инертного газа и галогена появились в середине 70-х годов (Velasko J., 1975; Brau С, 1976). В конце 70-х - начале 80-х годов уже были созданы первые лабораторные образцы лазеров, обладающие достаточной энергией для проведения экспериментальных исследований.
Эксимерными принято называть газоразрядные лазеры, в которых в качестве активной среды используются инертный газ и галоген. Данное название является не совсем корректным, так как сам термин «эксимер» (excimer) обозначает возбужденный димер, а димер означает одинаковый. Примером димеров могут служить два атома Хе-Хе, или Kr-Кг, или F-F. В связи с этим сам термин «эксимер» не совсем подходит с точки зрения лазерной физики для описания смешанных молекулярных комбинаций типа аргон-фтор или криптон-фтор. По мнению большинства ученых-физиков, правильным названием для этих молекулярных конфигураций была бы структура exciplex. Но этот термин не нашел широкого применения из-за трудности в произношении, поэтому термин «эксимерный лазер», несмотря на неполную корректность, получил повсеместное применение.
При распаде димеры испускают высокоэнергетические ультрафиолетовые фотоны, которые при воздействии на ткани расщепляют меж- и внутримолекулярные связи, вплоть до распада на отдельные атомы. Это приводит в конечном итоге к фотохимическому испарению (абляции) ткани. Данный процесс протекает тем интенсивнее, чем выше энергия ультрафиолетовых фотонов и соответственно короче длина волны ультрафиолетового излучения. Мы объединили известные типы эксимерных лазеров в таблицу и расположили их в зависимости от длины волны (табл. 1.1).
Первоначально было установлено, что с помощью эксимерного лазера можно с большой точностью удалять субмикроскопические частицы в разнообразных полимерных материалах (Баграташвили В.Н., 1988; Braren В., 1986; Sutclife Е., 1986; DyerP.E., 1985; Garrison В., 1984; Shrinivasan R., 1982, 1983). В основе механизма действия лежит эффект фотодекомпозиции, обусловленный воздействием ультрафиолетовых фотонов. Энергия фотона при длине волны излучения 193 нм составляет 6,4 эВ, что существенно больше чем необходимо для разрыва межмолекулярных связей (Garrison В., 1984; Melcher R., 1982). Когда концентрация фотонов превышает критический уровень, ткань разрушается, а неизрасходованная кинетическая энергия фотонов идет на удаление фрагментов тканей от абляционной поверхности. Отсюда и возник термин «аблятивная фотодекомпозиция» (Srinivasan R., 1984).
Создание эксимерных лазеров и их широкое применение в электронной промышленности явились базой для проведения научных исследований по их практическому использованию в биологии и медицине. Более 20 лет назад были проведены многоплановые исследования на полимерных материалах по изучению фотохимических и термических процессов, происходящих в ходе фотоабляции излучением эксимерных лазеров. Эти исследования, в частности, показали увеличение термического эффекта с повышением длины волны и частоты следования импульсов (Бейлин Е.Н., 1990; Семенов А.Д., 1990; Корниловский И.М., 1991; Shrinivasan R., 1983; Gorodetsky G., 1985).
Данные работы позволили оценить свойства и основные особенности эксимерлазерного излучения и в последующем перейти к изучению его воздействия на биологические ткани, которые можно рассматривать как высокомолекулярные полимерные соединения.
В 1981 г. Taboado J. с соавт. описали реакцию эпителия роговицы кролика и образование углублений на ней после воздействия излучения эксимерного лазера с длиной волны 248 и 193 нм (Taboada J. et al., 1981). В 1983 г. Srinivasan R. описал взаимодействие излучения с длиной волны 193 нм и человеческого волоса (Srinivasan R., 1983). Kruger R. с соавт. Изучили пороги абляции, которые возрастали с увеличением длины волны и не зависели от частоты следования импульсов. Для длины волны 193 нм порог абляции составил 50 ± 20 мДж/см . Кроме того, была определена глубина воздействия на роговицу каждого импульса, которая составила 0,2 мкм при энергии в импульсе 160 мДж/см (Krueger R. et al., 1985). Проведенные в ГУ МНТК «МГ» исследования показали, что порог абляции возрастает с увеличением плотности энергии в импульсе до 600 мДж/см . Дальнейшее увеличение плотности энергии уже не приводит к пропорциональному увеличению толщины испаряемого слоя роговицы. Кроме того, было отмечено, что при плотности энергии более 550 мДж/см возникает опасность фрагментации коллагеновых фибрилл в прилегающей к зоне абляции роговичной ткани. Был определен также оптимальный диапазон плотности энергии для ФРК от 175 до 270 мДж/см (Семенов А.Д., 1994).
Теоретические исследования
Математическое моделирование эксимерлазерного воздействия осуществлялось на персональном компьютере. Всего было создано и проанализировано 4 математические модели, учитывающие плотность энергии, диаметр пучка, шаг сетки сканирования, параметр ширины гауссова распределения.
Экспериментальные исследования
Экспериментальная часть работы состояла из 4 основных частей:
1. Изучение характеристик формируемой излучением установки «Микроскан» поверхности в сравнении с другими сканирующими установками. В процессе эксперимента на пластинах из ПММА с помощью интерферометра Zygo оценивали гладкость, диаметр и глубину линз, формируемых излучением сканирующих установок «Микроскан», «Zeiss-Meditec MEL-70» (далее MEL-70) и «Nidek ЕС-5000» (далее Nidek). Всего было изучено 30 линз (по 10 линз для каждой из вышеупомянутых установок).
2. Оценка параметров воздействия лазера «Микроскан» в сравнении с лазером «MEL-70» на энуклеированных человеческих глазах.
Всего выполнено 20 операций миопической ФРК на глубину 41 мкм на 20 парных глазах 10 доноров (у каждого донора на одном глазу операцию выполняли на установке «Микроскан», на другом - на установке MEL-70). Забор кадаверных глаз человека проводили у трупов обоего пола от 18 до 60 лет с давностью биологической смерти от 2 до 12 ч. Выделенные глазные яблоки помещали в пластиковые контейнеры для биологического материала и доставляли в Глазной банк ГУ МНТК «МГ». До и после операции ФРК на всех глазах проводили измерения толщины роговицы в центре методом ультразвуковой кератопахиметрии и оценивали соответствие полученной глубины абляции заданной.
3. Термографические исследования.
Сравнительные термографические исследования по изучению изменения температуры роговицы кролика в ходе операции ФРК на установках «Микроскан» и MEL-70 были проведены на 24 глазах 12 взрослых кроликов породы шиншилла-серый, весом 2-3 кг в возрасте от 1 года и старше. Из 24 операций по 12 было проведено на установке «Микроскан» и MEL-70 (у каждого кролика операции проводились обоими лазерами). Для измерения температуры роговицы использовали тепловизионный комплекс (тепловизор) «Иртис-200» (Россия). В процессе операции данный тепловизор проводил измерения с частой 1 Гц и с точность до 0,1 градуса. На персональном компьютере информация с тепловизора преобразовывалась в термографическую карту, определялись максимальная и минимальная температура роговицы на протяжении операции.
4. Изучение репаратиеных процессов в роговице кролика после проведения ФРК на установках «Микроскан» и MEL-70.
Эксперимент был выполнен на тех же 12 кроликах, у которых проводились термографические исследования, описанные выше. Кроме того, еще 4 глаза двух кроликов служили контролем - операцию на них не проводили. В общей сложности было изучено 28 глаз 14 экспериментальных животных. Кроликов обследовалис на предмет скорости эпителизации, характера заживления ежедневно до полной эпителизации, а также на 7-й день, через 1 и 3 мес. после операции. Проводили биомикроскопию с фоторегистрацией всем животным на щелевой лампе «Opton SL-30».
Для проведения морфологических исследований животных выводили из эксперимента в следующие сроки: сразу после ФРК, через 7 дней, 1 и 3 мес. после ФРК по 6 глаз (3 кролика) в каждый срок. Энуклеированные глаза фиксировали в 10% буферном р-ре формалина. Затем глаза разрезали на 3 части так, чтобы зона оперативного вмешательства оказывалась в центральной части, которая и подвергалась дальнейшей обработке -обезвоживанию и заливке в парафин. Парафиновые срезы окрашивали гематоксилин-эозином.
Требования к современной эксимерлазерной офтальмохирургической установке. Методика оптимизации конструкционных параметров и системы сканирования
Создание первого отечественного эксимерного сканирующего лазера было начато с анализа основных достоинств и недостатков присущих разработанной нами установке «Профиль», являющейся полноапертурным лазером с гауссовым профилем распределения энергии. На данной установке нами было выполнено более 40.000 операций ФРК и ЛАЗИК при миопии различной степени. Главным достоинством системы по сравнению с зарубежными аналогами являлась возможность безопасной и высокоэффективной коррекции миопии высокой степени по технологии ФРК с использованием трансэпителиального подхода. Основными недостатками лазера «Профиль» являлись малый коэффициент полезного действия формирующей системы, вызывающий значительные потери энергии излучения, недостаточная стабильность воспроизведения необходимого профиля распределения энергии, невозможность коррекции гиперметропии и различных видов астигматизма, значительный нагрев роговицы в процессе операции, формирование центральных островков при операции ЛАЗИК. С целью устранения этих недостатков нами на первом этапе были разработаны способы коррекции несимметричного астигматизма и миопии высокой степени с миопическим астигматизмом, использовавшие смещение гауссова профиля распределения энергии в луче и комбинацию лазерных и ножевых рефракционных хирургических вмешательств (патенты РФ № 2110975 от 06.05.1994 г.; № 2175860 от 04.11.1999 г.; № 2154451 от 20.03.1998 г.). Затем был предложен ряд устройств для формирования профиля лазерного излучения (патенты РФ № 2183107 от 07.09.2000 г.; № 2196558 от 03.10.2000 г.; № 2196559 от 24.04.2001 г.; № 2196560 от 24.04.2001 г.; № 2215501 от 01.11.2001 г.) и преобразователь распределения энергии (патент РФ № 2197933 от 23.05.2001 г.). На их основе впоследствии были разработаны оригинальные способы эксимерлазерной коррекции различных видов аметропии (патенты РФ № 2192223 от 20.02.2001 г.; № 2192220 от 20.02.2001 г.; № 2192222 от 20.02.2001 г.; N 2192221 от 20.02.2001 г.). Все эти разработки позволили значительно расширить возможности установки «Профиль» в коррекции аномалий рефракции, повысили качество распределения энергии в лазерном пучке и обеспечили возможность сканирования луча. Но, по-прежнему, оставались открытыми вопросы точности коррекции аметропии слабой степени, эффективной коррекции иррегулярного астигматизма и высоких степеней регулярных аметропии по технологии ЛАЗРЖ и др. Для их решения требовались уже глобальные изменения конструкции лазера «Профиль», которые были технически невозможными. Однако разработанные оригинальные устройства и способы коррекции аномалий рефракции были использованы нами при дальнейших исследованиях, посвященных созданию сканирующего эксимерного лазера.
Параллельно с работами на установке «Профиль» нами велись научные исследования, направленные на изучение возможностей сканирующих установок «Nidek ЕС-5000» (Япония) и «Zeiss-Meditec MEL-70» (Германия) в рефракционной хирургии роговицы. Как показали наши наблюдения, применяемый в данных установках подход к ФРК, включающий предварительную механическую скарификацию эпителия, позволял корригировать аметропии слабых степеней с большей точностью по сравнению с установкой «Профиль».
На основании накопленного клинического опыта использования установки «Nidek» (более 10.000 операций ФРК и ЛАЗИК) нами были установлены ее основные достоинства и недостатки. Полученные высокие функциональные результаты в коррекции миопии и миопического астигматизма различной степени по технологии ЛАЗИК свидетельствовали об эффективности установки и используемой технологии при данных аномалиях рефракции. Однако, имевший место значительный процент субэпителиальных помутнений после проведения ФРК при миопии высокой степени ограничивал диапазон применения лазерной системы. По нашему мнению, формирование послеоперационной фиброплазии на установке «Nidek», во-многом, было обусловлено недостаточной гладкостью формируемой абляционной поверхности и значительной глубиной воздействия при проведении операции. Еще одним недостатком данной установки являлась недостаточная эффективность при коррекции гиперметропии, гиперметропического и смешанного астигматизмов. Кроме того, в случае незапланированного прекращения операции, на роговице формировался иррегулярный профиль поверхности, который впоследствии плохо поддавался хирургической и оптической коррекции. Приобретенный опыт работы на установке «Nidek» позволил нам разработать ряд способов эксимерлазернои коррекции различных видов астигматизма, которые в последующем легли в основу разработки технологий коррекции аметропии для отечественной сканирующей установки (патенты РФ № 2197930 от 09.08.2001 г.; № 2197929 от 09.08.2001 г.; № 2195905 от 09.08.2001 г.; № 2192229 от 01.11.2001 г.).
Изучение характеристик поверхностей полимерных материалов после эксимерлазерной абляции
Теоретическое обоснование параметров лазерного излучения и основных технических характеристик эксимерлазерной установки нуждалось в детальном экспериментальном подтверждении. Целесообразно также было сравнить параметры лазерного излучения установки «Микроскан» с параметрами широко известных во всем мире и хорошо себя зарекомендовавших сканирующих эксимерлазерных установок, имеющих все необходимые сертификаты и разрешения стран ЕЭС и Минздрава России. В соответствии с общепринятыми основными критериями оценки эксимерлазерной установки, которые были описаны нами в обзоре литературы (раздел 1.4.) нами был проведен комплекс исследований, объединенных главной задачей: экспериментальное обоснование возможности применения эксимерного лазера ««Микроскан»» в микрохирургии роговицы.
В рамках решения указанной задачи исследования были проведены в следующих основных направлениях: 1. Оценка качества поверхности (гладкости и профиля), формируемой излучением лазера «Микроскан» на полимерных материалах в сравнении с другими эксимерными лазерами. 2. Оценка параметров воздействия установки ««Микроскан»» в сравнении с установкой «MEL-70» на энуклеированных человеческих глазах. 3. Изучение термических процессов в роговице кролика при проведении ФРК на установке «Микроскан» в сравнении с установкой «MEL-70». 4. Исследование репаративных процессов в роговице кролика после воздействия лазера «Микроскан» в сравнении с установкой «MEL-70».
В такой последовательности полученные результаты изложены далее.
Качество формируемой поверхности на установке «Микроскан» оценивалось нами по сравнению с эксимерными лазерами сканирующего типа - «MEL-70» (летающее пятно) и «Nidek ЕС-5000» (сканирующая щель). Эксперимент проводили следующим образом. В управляющий компьютер каждого из 3 эксимерных лазеров - «Микроскан», «MEL-70» и «Nidek ЕС-5000» заводили операцию коррекции миопии в 3,0 D, с диаметром оптической зоны 6 мм и переходной зоной. Учитывая, что в установках «MEL-70» и «Микроскан» переходная зона формируется при абляции автоматически и не поддается корректировке, для корректного сравнения в программу установки «Nidek» была заложена переходная зона в 1,1 мм, что соответствовало расчетной переходной зоне установки «Микроскан».
Далее на идентичных пластинах ПММА формировали по 10 линз каждым из лазеров. После чего все линзы измеряли на интерферометре «Zygo» (Германия), модель «New View - 5000 Zygo» (рис. 4.1). Принцип работы данного прибора заключается в том, что в момент измерения он освещает объект белым светом, при этом наблюдается интерференционная картина поверхности, которая фиксируется цифровой камерой и обрабатывается компьютером (рис. 4.2). В результате измерения определяются следующие показатели, характеризующие качество поверхности формируемой линзы:
RMS - среднеквадратичное отклонение точек поверхности относительно средней высоты по всей изучаемой области; PV - расстояние между высшей и низшей точками исследуемой области; RA - среднее отклонение точек поверхности от срединной поверхности; (Гладкость поверхности считается тем лучше, чем меньше полученные в результате измерения коэффициенты).
Как следует из табл. 4.1, наилучшие показатели гладкости получены на установках «MEL-70» и «Микроскан» по сравнению с японской установкой «Nidek», при этом отечественная установка лишь незначительно уступала немецкому лазеру. Однако, учитывая, что качество поверхности создаваемой установкой «Nidek», соответствует общепринятым требованиям, предъявляемым к такого рода установкам по критерию гладкости, можно считать, что показатели установки «Микроскан» являются вполне достаточными. На рис. 4.3-4.5 представлены примеры измерений, выполненных на 3 установках.
