Ваш регион

Москва

&nbps;
 
Страницы: 1 2 3 4
 

Лазеры в офтальмохирургии: теоретические и практические основы

Оптический спектр подразделяется на ультрафиолетовый (УФ), видимый и инфракрасный (ИК), его распределение представлено в табл. 1.

Таблица 1

Области оптического спектра электромагнитного излучения

Область спектра

Длина волны, нм

Ультрафиолетовый (УФ)

Коротковолновый

До 275

Средневолновый

275-320

Длинноволновый

320-400

Видимый

Фиолетовый

400-450

Синий

450-480

Голубой

480-510

Зеленый

510-575

Желтый

575-585

Оранжевый

585-620

Красный

620-760

Инфракрасный (ИК)

Ближний

760-1500

Средний

1500-3000

Дальний

3000-15000

Величина, обратная пропусканию, называется поглощением и может быть выражена в виде коэффициента поглощения К. Коэффициент поглощения выражается в см-1.

Поглощение излучения тканями определяется наличием хромофоров - молекул, поглощающих излучение. Процесс поглощения УФ излучения ведет к ионизации молекул, разрыву ковалентных связей и образованию свободных радикалов, для ИК излучения характерны тепловые процессы: колебания и вращение молекул.

Следует отметить, что наилучшим хромофором для излучения всех длин волн является пигмент меланин. Другие пигменты, имеющиеся в тканях глаза: окисленный и восстановленный гемоглобин, миоглобин, ксантофил, хорошо пропускают излучение одноименного или близкого цвета и поглощают излучение дополнительных цветов.

Молекулы воды являются хорошими хромофорами для короткого ультрафиолетового (УФ), а также среднего и дальнего инфракрасного (ИК) диапазонов. В белках поглотителями УФ излучения служат различные аминокислоты. Для длин волн до 300 мкм хромофорами в составе нуклеиновых кислот являются ароматические и гетероциклические кольца азотистых оснований.

Рассеяние в тканях зависит от длины волны лазерного луча, а точнее от степени его поглощения. Для излучения с высокой степенью поглощения (К=100 - 1000 см-1), которое генерируют, например, эксимерные, эрбиевый и углекислотный лазеры, рассеяние играет подчиненную роль. Для излучения ближнего ИК-диапазона, от 2 до 8 мм проникающего в среднепигментированные ткани, доминирует рассеяние. Для света других длин волн (преимущественно видимого диапазона) как поглощение, так и рассеяние играют значительную роль.

Условно структуры глаза по оптическим свойствам можно разделить на три группы:

пигментированные, содержащие меланин ткани глазного дна, цилиарного тела и радужки.

непрозрачные для видимого света ткани склеры, мышц, не содержащие или почти не содержащие меланин.

оптические среды, состоящие из воды до 99%.

Величины поглощения и пропускания для этих трех групп во всем оптическом спектре представлены на рис. 4.

Рис. 4. Спектры поглощения воды, белков и меланина.

Из графика видно, что наибольшим коэффициентом поглощения для всех длин волн обладает меланин, в то же время для ближнего ИК-диапазона его поглощение минимально в сравнении с другими областями спектра (рис. 4, 5 а). Таким образом, хотя при воздействии на меланиносодержащие ткани, отмечается наибольшее поглощение ими излучения всех диапазонов, следует выделить ближний ИК-диапазон излучения, которое в сравнении с остальными обладает способностью проникать относительно глубоко даже при сильной пигментации тканей.

Рис. 5. Глубина пропускания излучения некоторых длин волн различными тканями: меланиносодержащими (а), среднепигментированными (б) и водой (в).

Для следующей группы тканей, условно имеющих «среднюю» степень пигментации, можно отметить, что поглощение по сравнению с меланинсодержащими тканями, в общем, уменьшается во всех диапазонах, (рис. 4, 5 б). Однако здесь также выделяется ближний ИК-диапазон как наиболее глубоко проникающий. Высокое поглощение в УФ - диапазоне обусловлено белками и водой, в среднем и дальнем ИК-диапазоне - преимущественно водой. Поглощение видимого света значительно (такие ткани непрозрачны для видимого света) с постепенным его уменьшением при смещении в длинноволновую область.

Наконец, состоящие в значительной части из воды прозрачные оптические среды закономерно лучше всех пропускают видимый свет, несколько хуже, но также достаточно хорошо – длинноволновый УФ и ближний ИК-спектр (рис. 4, 5 в). Поглощение водой значительно и составляет микроны для коротковолнового УФ излучения, миллиметры – для среднего ИК и микроны – для дальнего ИК-диапазонов.

Все лазерные методики лечения в офтальмохирургии базируются на свойствах поглощения-пропускания различных длин волн этими тремя группами тканей, а также на использовании основных и дополнительных цветов окрашенных тканей. Например, выбор ближнего ИК-диапазона для транссклерального воздействия на цилиарное тело определяется наилучшим пропусканием его склерой и достаточно высоким поглощением пигментом цилиарных отростков. «Желтый» лазер в наименьшей степени поглощается мутным хрусталиком, имеющим желтоватый цвет и он с успехом может быть использован для коагуляции глазного дна при начальной катаракте. Пик поглощения гемоглобином зеленых длин волн определяет возможность коагуляции кровеносных сосудов.

Длительность воздействия

Длительность воздействия во многом определяет конечный лечебный эффект взаимодействия «лазерное излучение-биоткань» ( немеханическое, преимущественно термическое или механическое). При относительно длительном облучении участка живой ткани происходит постепенное повышение его температуры (т.е. накопление тепла),

пропорциональное мощности воздействия. Возникший градиент температур между облучаемым участком и окружающими тканями за счет теплопроводности ведет к нагреванию последних с охлаждением зоны лазерного воздействия. Такой теплообмен может приводить к коллатеральному термическому повреждению соседних тканей. Отвод тепла осуществляется также региональным кровотоком. Для того, чтобы произошла теплоотдача из непосредственно облучаемых тканей окружающим, необходимо некоторое время, называемое временем термической релаксации. Если длительность воздействия превышает данное время, конечный биоэффект как в зоне лазерного воздействия, так и в кайме окружающих структур носит термический характер (термотерапия, коагуляция, вапоризация, карбонизация). При длительности импульса, время которого короче времени термической релаксации, тепло не успевает распространиться в окружающие ткани, участок облучения перегревается (например, до температуры испарения воды или плазмообразования) и появляются механические разрывные эффекты как в облучаемых, так и в соседних тканях. Представляет интерес зависимость влияния длительности нагревания ткани до определенной температуры на характер изменений ткани (рис. 6).

Рис.6. Зависимость изменений в биологических тканях от длительности повышения их температуры (по Морицу и Генрике).

В зависимости от временной экспозиции выделяют линейные эффекты лазерного воздействия, когда температура тканей повышается пропорционально повышению мощности и нелинейные, когда эта зависимость нарушается. Нелинейные процессы возникают при коротких и ультракоротких воздействиях, когда создаются условия высокой плотности энергии и происходит механическое повреждение тканей практически при отсутствии термической нагрузки, что имеет место, например, при фоторазрыве. За короткое время в фокусе луча происходит ионизация молекул, формируется плазменная полость (видна как искра даже в воздухе), мгновенное расширение и спадение которой приводит к генерации акустических волн. Мощность, достаточная для оптического пробоя, достигается за счет укороченного до 10-9-10-12 с импульса в лазерных установках, работающих в режимах модулированной добротности (Q-switched) или синхронизации мод (mode-locked). Среди других процессов, играющих роль в таком «холодном» фоторазрыве, отмечают диэлектрический пробой, электрострикцию и другие.

В настоящее время доступны лазерные установки с очень широким диапазоном длительности воздействия – от часов и минут до фемтосекунд (10-15с). Особенности временных характеристик излучения отражаются в спецификации установок – это режимы длительных воздействий: непрерывной генерации (мин, с), свободной генерации (мс - 10-3с, мкс - 10-6с), различной длительности импульсов, а также коротких и ультракоротких экспозиций: модулированной добротности (нс -10-9 с), синхронизации мод (пс - 10-12 с) и другие. Схема, представленная на рис. 7, в общих чертах характеризует проявления термических, механических и смешанных эффектов «лазерное излучение-биоткань» в зависимости от длительности воздействия.

Рис. 7. Схема проявления биоэффектов в зависимости от длительности лазерного воздействия.

Следует отметить, что в настоящее время проводится изучение как длительных экспозиций (термотерапия новообразований или субретинальной неоваскуляризации, длящиеся минуты), так и ультракоротких (фемтосекундных, позволяющих достичь разрушения тканей с минимальными побочными действиями на окружающие структуры глаза).

Считаем необходимым привести обозначения некоторых дольных единиц из системы СИ (табл.2 ).

Таблица 2

Приставки и множители десятичных дольных единиц международной системы СИ

милли

м

10-3

микро

мк

10-6

нано

н

10-9

пико

п

10-12

фемто

ф

10-15

атто

а

10-18

С временными характеристиками импульсного лазерного воздействия связана частота следования импульсов, которая измеряется в герцах (Гц). Применение повторяющихся импульсов позволяет добиться количественного выигрыша, например, ускорить процесс разрушения тканей и повысить его эффективность (импульсно-периодический режим). С помощью повышения частоты можно получить изменение качества воздействия и импульсный лазер «заставить» работать как непрерывный. В этом случае импульсы следуют друг за другом с высокой частотой (квазинепрерывный режим). Схематическое представление некоторых режимов представлено на рис.8.

Рис.8. Некоторые режимы работы лазеров.

Энергетические характеристики

Энергетические характеристики при лазерных воздействиях являются одной из трех составляющих, принципиально влияющих на конечный результат. Если обратиться к физической стороне вопроса, то необходимо вспомнить единицы измерения мощности и энергии.

Мощность излучения измеряется в ваттах (Вт) или в милливаттах (мВт), в системе СИ обозначается Р.

Интенсивность излучения или плотность мощности - отношение потока излучения к площади поверхности, перпендикулярной к направлению распространения излучения. Единица измерения в СИ - Вт/м2, обозначается J. В лазерной медицине часто используют отношение Вт/см2

Энергия излучения выражается в джоулях (Дж) или миллиджоулях (мДж) и обозначается Е. 1 джоуль (Дж) электромагнитного излучения - это энергия, полученная при воздействии излучением мощностью 1 Вт за 1 с: 1 Дж = 1 Вт х 1 с.

Энергетическая экспозиция (доза излучения, Дж) - энергетическая облученность за определенный промежуток времени.

Следует помнить, что на конечный результат лазерного воздействия влияют не абсолютные величины энергии и мощности, а их плотность, т.е. распределение по площади пятна. В коллимированном пучке излучения плотность мощности практически одинакова по всей его длине, в расходящемся пучке она убывает пропорционально углу расходимости, а в сходящемся она максимальна в точке фокуса (рис.3). В офтальмохирургии применяют пятна диаметром от 50 до 1000 и более микрон в зависимости от конкретной задачи.

Бесконечный диапазон значений плотности мощности и энергии, характеризующий техническую сторону применения лазеров, в медицине уместно «привязать» к так называемым пороговым явлениям. Каждый из биологических эффектов может быть получен только при достижении определенных энергетических характеристик излучения, минимальные из которых называются пороговыми. Это могут быть значения плотности потока мощности или энергии, при которых появляются те или иные признаки термического или механического (коагуляции, вапоризации, разрыва, абляции и т. д.) повреждения тканей. Пороговые значения мощности и энергии определяются в ходе разработки конкретных методик и медицинских лазеров и, как правило, именно на них должен ориентироваться лазерный хирург в ходе операции. Например, превышая порог для коагуляции глазного дна, следует остерегаться достижения порога для испарения, так как в результате этого могут возникнуть нежелательные кровоизлияния.

Для нелинейных процессов при фоторазрыве и абляции характерен типичный пороговый режим, особенности которого представлены на рис. 9.

Рис. 9. Диаграмма, характеризующая проявления нелинейных эффектов при фоторазрыве и абляции

При недостаточной плотности энергии ткани практически не реагируют (I < I1), на пороговом значении плотности энергии (I1) появляется значимый эффект повреждения тканей (разрыва или абляции), который усиливается в некотором ограниченном диапазоне величин плотности энергии (I1 < I< I2). В этом диапазоне величин энергия эффективно расходуется на механическое разрушение тканей. Дальнейшее увеличение плотности энергии (I > I,) уже не приводит к повышению эффективности разрыва или абляции вследствие частичного поглощения излучения, «экранирования» его образующейся плазмой и тканевым детритом.

В последнее время получают развитие методики с использованием «подпороговых» уровней мощности, благодаря которым удается достичь определенного результата (некроза, сокращения ткани) в наиболее щадящем режиме. К таким методикам относят термотерапию новообразований, субретинальной неоваскуляризации, некоагуляционную термокератопластику и ряд других. Стремление понизить энергетическую составляющую воздействия реализуется через фотодинамическую терапию, дискретизацию и изменение длительности и частоты импульсов, используются и другие приемы, например, временное изменение оптических свойств ткани.

 
 
Страницы: 1 2 3 4
 
 
 

Комментарии

черенкова александра  2007.05.22 21:40

отличная статья,пригодилась мне в обучении

Смотреть все комментарии - 1

Ваш комментарий

 
 
Задать вопрос
Самое популярное

Когда и как потерять девственность

Девственность и куриное яйцо. Какая между ними связь? А такая, что жители племени куаньяма, что живет на границе с Намибией, в древности лишали девочек девственности при помощи куриного яйца. Ненамно

Всё о температуре тела

Температура тела - комплексный показатель теплового состояния организма человека, отражающий сложные отношения между теплопродукцией (выработкой тепла) различных органов и тканей и теплообменом между

10 способов сбросить 5 кг

Небольшие изменения в питании и образе жизни помогут изменить ваш вес. Хотите сбросить лишние килограммы? Не переживайте, вам не придется морить себя голодом или делать изнурительные упражнения. Иссл

О насНаши клиентыРеклама медицинских центровМаркетинг для салонов красоты и SPA
Рейтинг Nedug.Ru - клиники Москвы, клиники Петербурга
© 2000-2020 Nedug.Ru. Информация на этом сайте не призвана заменить профессиональное медицинское обслуживание, консультации и диагностику. Если вы обнаружили у себя симптомы болезни или плохо себя чувствуете, то необходимо обратиться к врачу для получения дополнительных рекомендаций и лечения. Все замечания, пожелания и предложения присылайте на [email protected]