Введение к работе
Актуальность проблемы
Микрохирургическая техника является “золотым” стандартом лечения в современной офтальмологии (Волков В.В. 1977, Гундорова Р.А. 1978, Краснов М.М. 1970, Мошетова Л.К. 1984, Нестеров А.П. 1982, Федоров С.Н. 1980), однако ее возможности ограничены разрешением операционного микроскопа и несовершенством стандартного инструментария. Недостаточная прецизионность микрохирургических технологий особенно ощущается при работе на тонких интраокулярных структурах, таких как капсула хрусталика, сетчатка, внутренняя пограничная мембрана (ВПМ) сетчатки, эпиретинальные мембраны, ретинальные сосуды, толщина которых измеряется в микронах (Балашевич Л.И. 2007, Бойко Э.В. 2008, Нероев В.В. 2007, Тахчиди Х.П. 2005, Шишкин М.М. 2008, Kuhn F. 2002).
Одной из последних технических инноваций в офтальмологии является внедрение фемтосекундных (фс) лазеров (Корниловский И.М. 2009), способных создавать в ткани очень высокую плотность мощности – порядка 1012 Вт/см2 и больше – посредством дифракционно-ограниченной фокусировки излучения ближнего инфракрасного оптического диапазона в субфемтолитровом объеме. Энергия фемтосекундных лазерных импульсов разрушает химические связи в ткани-мишени и приводит к ее абляции (Knig K. 1994, Lubatschowski H. 2009).
Благодаря ультракороткой продолжительности импульсов, измеряемых в фемтосекундах, излучение фс-лазеров не сопровождается побочным тепловым воздействием на окружающую ткань. Результатом является прецизионный “холодный” разрез ткани без коагуляционного коллатерального некроза. Преимуществами фс-лазера (по сравнению с предыдущими поколениями “холодных” лазеров) являются минимальный порог абляции, незначительная трансформация оптической энергии в деструктивную механическую энергию и практически полное отсутствие термического повреждения ткани (Knig K. 1998, Sugar A. 2002).
Исследования последнего десятилетия показали, что с помощью ультракоротких лазерных импульсов возможно выполнение прецизионных разрезов роговицы любой геометрии, что и сделало рефракционную хирургию аметропий и кератопластику основными областями применения фемтолазеров (Birnbaum F. 2010, Shah S.A. 2010); также появились пилотные работы по фс-лазерной факохирургии (Nagy Z. 2009). В настоящее время на рынке представлены рефракционные фс-лазеры, работающие при энергии в импульсе от 10 нДж до 5 мкДж (Grabner G. 2008).
Низкоэнергетический фемтолазер генерирует импульсы с меньшей энергией, до 10-11 нДж. В отличие от рефракционного, излучение низкоэнергетического фс-лазера может доставляться до ткани-мишени через оптическое волокно без повреждения последнего. Кроме того, с помощью низкоэнергетического фс-лазера возможна не только прецизионная бесконтактная внутритканевая абляция тонких биоструктур, но и одновременное выполнение трехмерной мультифотонной сканирующей микроскопии ткани-мишени, что превращает инструмент в “видящий” лазерный скальпель (Knig K. 1994, Tirlapur U.K. 1999).
Пилотные работы научной группы проф. K. Knig впервые продемонстрировали выполнение операций с применением низкоэнергетического фемтолазера на внутриклеточных структурах, в том числе, генетическом материале. Авторы получали нанометровые разрезы клеточных органелл без коллатерального повреждения последних и перфорации клеточной стенки (Knig K. 1994-2010).
Возможность выполнения нанометровых разрезов ткани через оптическое эндоволокно делает низкоэнергетический фемтосекундный лазер привлекательным для его потенциального использования в хирургии тонких интраокулярных структур; тем не менее, в доступных литературных источниках подобных сообщений найдено не было.
Целью исследования явилась разработка технологии низкоэнергетической бесконтактной Ti:Sa фемтосекундной лазерной нанохирургии и микроскопии тонких интраокулярных структур в пилотном эксперименте in vitro.
Достижение поставленной цели осуществлялось путем решения следующих задач:
-
Разработать технику бесконтактной нанохирургии и микроскопии изолированной передней капсулы хрусталика (ПКХ) человека с помощью низкоэнергетического фс-лазера.
-
Разработать технику бесконтактной нанохирургии и микроскопии изолированной задней капсулы хрусталика (ЗКХ) свиньи с помощью низкоэнергетического фс-лазера.
-
Разработать технику низкоэнергетической фемтолазерной бесконтактной нанохирургии и микроскопии изолированной ВПМ сетчатки человека.
Изучить фотосенсибилизирующий эффект витального красителя ICG (indocyanine green, индоцианиновый зеленый, с англ.) по отношению к длине волны 750 нм, обосновать целесообразность его использования при абляции внутренней пограничной мембраны сетчатки с помощью фемтосекундного лазера.
-
Изучить возможность выполнения бесконтактной ретинотомии с помощью низкоэнергетического фс-лазера при абляции и микроскопии слоя нервных волокон изолированной сетчатки свиньи.
-
Изучить возможность выполнения бесконтактного интраваскулярного разрушения и микроскопии тромба ретинальной вены с помощью низкоэнергетического фс-лазера на модели тромбоза ветви центральной вены сетчатки (ЦВС) свиньи собственного дизайна.
Научная новизна
-
Впервые разработана технология низкоэнергетической фс-лазерной нанохирургии и микроскопии тонких интраокулярных структур в пилотном эксперименте in vitro.
-
Впервые разработана техника бесконтактной нанохирургии и микроскопии изолированной ПКХ человека с помощью низкоэнергетического фс-лазера.
-
Впервые разработана техника бесконтактной нанохирургии и микроскопии изолированной ЗКХ свиньи с помощью низкоэнергетического фс-лазера.
-
Впервые разработана техника низкоэнергетической фемтолазерной бесконтактной нанохирургии и микроскопии изолированной ВПМ сетчатки человека.
-
Впервые изучен фотосенсибилизирующий эффект витального красителя ICG по отношению к длине волны 750 нм при абляции ВПМ сетчатки, обоснована целесообразность его использования при удалении ВПМ с помощью фс-лазера.
-
Впервые разработана техника бесконтактной ретинотомии с помощью низкоэнергетического фс-лазера при абляции и микроскопии слоя нервных волокон изолированной сетчатки свиньи.
-
Впервые разработана техника бесконтактной интраваскулярной абляции и микроскопии с помощью низкоэнергетического фс-лазера на модели тромбоза ветви ЦВС свиньи собственного дизайна.
Практическая значимость
-
Предложена технология низкоэнергетической фс-лазерной абляции в полостной офтальмохирургии, позволяющая прецизионно бесконтактно рассекать (иссекать) и, одновременно, визуализировать тонкие интраокулярные структуры (ПКХ, ЗКХ, ВПМ сетчатки и ретинальный слой нервных волокон) без коллатерального повреждения высокодифференцированных окружающих тканей.
-
Показано, что при выполнении низкоэнергетического фс-лазерного рассечения и иссечения ПКХ и ЗКХ отсутствует необходимость применения витальных красителей для улучшения их визуализации. В тоже время использование витального красителя ICG при минимальных концентрации (0,05%) и экспозиции (30 с) при выполнении фс-лазерного удаления ВПМ сетчатки является целесообразным.
-
Предложена технология низкоэнергетической фс-лазерной абляции и микроскопии для контролируемого бесконтактного разрушения тромба внутри непроходимой ретинальной вены для немедленного восстановления кровотока без повреждения эндотелиальной выстилки, вскрытия стенки сосуда и его катетеризации.
Основные положения, выносимые на защиту
-
Концепция низкоэнергетической фс-лазерной нанохирургии и микроскопии различных тонких интраокулярных структур. Техника бесконтактной нанохирургии и микроскопии изолированной ПКХ человека с помощью низкоэнергетического фемтосекундного лазера.
-
Техника бесконтактной нанохирургии и микроскопии изолированной ЗКХ свиньи с помощью низкоэнергетического фс-лазера.
-
Техника низкоэнергетической фемтолазерной бесконтактной нанохирургии и сканирующей микроскопии изолированной ВПМ сетчатки человека. Фотосенсибилизирующий эффект витального красителя ICG по отношению к длине волны 750 нм, а также целесообразность его (красителя) использования при удалении внутренней пограничной мембраны сетчатки с помощью фемтосекундного лазера.
-
Техника бесконтактной ретинотомии с помощью низкоэнергетического фс-лазера при абляции и микроскопии слоя нервных волокон изолированной сетчатки свиньи.
-
Техника бесконтактной интраваскулярной абляции и микроскопии с использованием низкоэнергетического фемтосекундного лазера на модели тромбоза ветви центральной вены сетчатки свиньи собственного дизайна.
Практическое внедрение полученных результатов
Результаты исследования внедрены в клиническую практику отделения микрохирургии глаза ГУЗ “Областная клиническая больница” г. Твери, отделения микрохирургии глаза № 2 МУЗ “Городская клиническая больница №7” г. Твери, отдела травматологии, реконструктивной хирургии и глазного протезирования ФГУ “Московский НИИ глазных болезней им. Гельмгольца” Росмедтехнологий. Основные положения диссертации используются при чтении лекционного курса студентам, клиническим ординаторам и интернам кафедры глазных болезней ГОУ ВПО “Тверская государственная медицинская академия” Росздрава и курсантам кафедры офтальмологии с курсом детской офтальмологии, курсом офтальмоонкологии и орбитальной патологии ГОУ ДПО “Российская медицинская академия последипломного образования” Росздрава (Москва).
Апробация работы
Результаты диссертационного исследования доложены и обсуждены на конгрессах немецкого общества офтальмологов (DOG) в 2005, 2006, 2007, 2009 гг. в Германии, конгрессе европейской ассоциации исследователей органа зрения (EVER) в 2006 г. в Португалии, международных научно-практических конференциях немецкого фонда Александра фон Гумбольдта (Humboldt-Kolleg) в 2006, 2007, 2008 гг. в Пензе, в 2010 г. в Москве, заседаниях Тверского отделения Общероссийской общественной организации “Общество офтальмологов России” в 2006-2010 гг. в Твери, международных научно-практических конференциях “Современные технологии лечения витреоретинальной патологии” в 2007, 2008 гг. в Москве, конгрессах европейского общества катарактальных и рефракционных хирургов (ESCRS) в 2007 г. Швеции, в 2008 г. в Германии, научно-практической конференции “Нанотехнологии в диагностике и лечении патологии органа зрения” в 2008 г. в Москве, конгрессе немецких офтальмохирургов (DOC) в 2008 г. в Германии, научно-практической конференции офтальмологов “Ижевские родники” в 2008 г. в Ижевске, научно-практической конференции “Лазеры в офтальмологии: вчера, сегодня, завтра” в 2009 г. в Москве, юбилейной конференции “Тверская государственная медицинская академия: 55 лет на Тверской земле” в 2009 г. в Твери, научной конференции молодых ученых МГМСУ “Актуальные проблемы современной медицины” в 2010 г. в Москве.
Публикации
Основные положения диссертации изложены в 51 печатной работе. Из них, 15 – в рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК для публикации результатов диссертации на соискание ученой степени доктора медицинских наук (10 – в отечественной печати, 5 – в зарубежных изданиях). Получен патент РФ на изобретение № 2364383 от 20.08.2009
Объем и структура работы
Работа изложена на 242 страницах машинописи, иллюстрирована 12 таблицами, 59 рисунками, фотографиями и диаграммами. Список литературы включает 510 источников, из них 91 – отечественных и 419 – иностранных. Диссертация состоит из введения, семи глав, содержащих данные обзора литературы, материалов и методов, собственных экспериментальных исследований, обсуждения, выводов, практических рекомендаций и списка литературы.
