Ваш регион

Москва

&nbps;
 
Страницы: 1 2 3 4
 

Лазеры в офтальмохирургии: теоретические и практические основы

ВОЕННО-МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ

Э.В. Бойко

ЛАЗЕРЫ В ОФТАЛЬМОХИРУРГИИ:
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

Учебное пособие

Санкт-Петербург 2003

Цель пособия - помочь врачам-офтальмологам систематизировать знания в базисных аспектах лазерной биологии и медицины с целью эффективного применения лазерных технологий в клинической практике.

Предназначено для врачей-офтальмологов, клинических ординаторов, а также специалистов, связанных с лазерной медициной.

Автор выражает благодарность профессорам В.В. Волкову и М.М. Шишкину за рецензирование пособия.

© Бойко Э.В., 2003
© ВМедА, 2003

Введение

Офтальмология - это специальность, которая наиболее успешно использует все достижения лазерных технологий со времени появления первых лазеров в 1960 году. Как результат - появление и внедрение в клиническую практику значительного количества новых методик лечения, высокоэффективных в руках специально подготовленных офтальмологов. Расширению практических возможностей лазерной офтальмохирургии способствует создание новых, портативных, удобных и доступных лазерных аппаратов, которые можно с успехом использовать во многих поликлиниках и стационарах. Однако порой недостаток информации у врачей при таком многообразии способов лазерных вмешательств и нового технического оснащения сдерживает внедрение современных методов лечения. В этих условиях глубокое изучение основ лазерных воздействий - это единственный путь для того, чтобы не растеряться в мире новых лазерных аппаратов и методик. Данное пособие призвано систематизировать основные понятия лазерной хирургии применительно к офтальмологии. Учебное пособие предназначено для врачей-офтальмологов, клинических ординаторов и будет полезно всем, интересующимся лазерной медициной.

Краткий исторический экскурс

Применение светового излучения для бесконтактной и неинвазивной доставки энергии к структурам глаза открыло новую эру в истории офтальмохирургии. Благодаря энтузиазму и пионерским работам G. Meyer-Schvickerath, а также других ученых, началось изучение возможностей применения света (сначала - солнечного, затем от электрических источников и ксеноновых ламп) в сороковых и пятидесятых годах прошлого столетия. В результате этих работ стали очевидными преимущества световой хирургии перед традиционной и в клиническую практику был внедрен и эффект фотокоагуляция тканей глаза. В разработке и создании первых оптических квантовых генераторов - лазеров - большую роль сыграли работы отечественных ученых Н.Г. Басова и A.M. Прохорова, а также американского исследователя Ч. Таунса, за что эти ученые в 1964 году были удостоены Нобелевской премии. В 1960 году был создан первый лазер, и благодаря этому произошла революция в оптике и других областях науки: появились источники управляемого интенсивного когерентного излучения, позволяющие сконцентрировать высокую энергию в очень малых спектральных, пространственных и временных диапазонах.

Неудивительно, что как только появились первые лазеры, их биологическое действие было изучено в эксперименте, а затем лечебные возможности применены в клинике. Прозрачные для видимого света среды: роговица, хрусталик, стекловидное тело давали возможность неинвазивно доставить излучение этого диапазона к тканям глазного дна и коагулировать их. Очевидно поэтому методика лазеркоагуляции глазного дна была разработана первой (Campbell C.J., Zweng H.C. и др., 1963) и поныне остается одной из самых распространенных в офтальмологии. Следующим значительным шагом вперед было клиническое использование эффекта фоторазрыва для разрушения вторичной катаракты и для базальной иридэктомии при глаукоме в семидесятых годах XX столетия (М.М. Краснов). Немало было сделано в области лазерной офтальмохирургии благодаря многолетнему сотрудничеству кафедры офтальмологии ВМедА и Государственного Оптического института им. С.И. Вавилова (В.В. Волков, В.П. Жохов, Л.И. Балашевич, Ю.Д. Березин, А.Ф. Гацу, Э.В. Бойко). Были разработаны, созданы и всесторонне изучены в эксперименте и клинике первые отечественные коагуляторы для наружных отделов глаза, внутренних его оболочек, для офтальмоонкологии, эндолазерные диссекторы для витреоретинальной хирургии.

После открытия эффекта абляционной фотодекомпозиции с помощью ультрафиолетовых лазеров (Srinivasan, 1982), началось интенсивное экспериментальное, а затем и клиническое изучение этого эффекта. В последнее время эксимерные лазеры позволили качественно изменить подход к рефракционной хирургии роговицы (С.Н. Федоров, А.Д. Семенов).

В настоящее время трудно даже сосчитать количество применяемых для лечения глазных заболеваний лазерных методов и их число постоянно возрастает. Очень краткая историческая справка свидетельствует о том, что развитие лечебных методик базируется на использовании определенных биологических эффектов «лазерное излучение-биоткань», которые необходимо всегда учитывать в практической работе. Хронология внедрения эффектов «лазерное излучение-биоткань» в клиническую практику представлена на рис. 1.

Рис. 1. Диаграмма внедрения в клиническую офтальмологию световых методов лечения и различных биоэффектов.

Физико-технические аспекты применения лазеров

Для понимания сущности лазерных методик, применяемых в офтальмологии, необходимо знать некоторые физические, химические и биологические понятия, а также представлять техническое устройство лазерных аппаратов.

Лазерное излучение - вынужденное, индуцированное излучение, генерируемое в результате перехода электронов с нестабильного верхнего энергетического уровня, на стабильный низший уровень. Аббревиатура LASER означает сокращение от «Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation». Излучение лазера характеризуется:

-   монохроматичностью - одной длиной волны, что дает возможность выбора и применения конкретной длины волны;

-   коллимированностью - малой расходимостью пучка, почти параллельностью всех лучей в пучке, что позволяет создать в малом пятне большие плотности энергии или мощности;

-   пространственной и временной когерентностью (совпадением фаз волны в пространстве и во времени), свойство используют преимущественно в диагностических методиках.

Устройство лазера. Разнообразие видов оптических квантовых генераторов или лазеров объединено их принципиально одинаковой конструкцией: установка имеет активную среду, элементы накачки, систему зеркал для усиления излучения и средства доставки излучения. Принципиальная схема устройства лазера представлена на рис.

2.

Рис. 2. Принципиальная схема устройства лазера. Объяснение в тексте.

Активная среда (1) - кристалл, раствор, газ или полупроводник обеспечивает конкретную длину волны в зависимости от своего химического состава. Строго определенная длина волны излучения связана с одинаковой разницей в энергетических уровнях электронов в молекулах вещества.

Элементы накачки (2) служат для специфического насыщения энергией активной среды (заселения верхних энергетических уровней). Накачка может быть оптической (мощные лампы, а также электрической, лазерной, химической и даже тепловой. В связи с происходящим побочным нагреванием лазерных установок от элементов накачки, приходится охлаждать аппараты водой или воздухом.

Система зеркал (3, 4) служит для усиления излучения и состоит из параллельных пластин, одна из которых является непрозрачным зеркалом и полностью отражает излучение (3), а вторая - это полупрозрачное зеркало (4), через которое лазерный луч (5) выходит из генератора. Зеркала, отражая часть излучения в активное вещество, играют роль «открытого резонатора», обеспечивая многократное усиление и направленность генерируемого излучения.

Средства доставки излучения представляют собой оптические системы, доставляющие к мишени лазерный луч. К ним относятся оптические адаптеры к щелевой лампе, операционному микроскопу, налобному бинокулярному офтальмоскопу, волоконнооптические инструменты, сканирующие и другие системы. Несмотря на многообразие их конструкций, размеров и форм, принципиально на выходе возможны лишь три варианта пространственного распределения излучения: это коллимированный, расходящийся или сходящийся пучок. (рис. 3). Очевидно, что для решения тех или иных практических задач подбирается один из трех вариантов.

Лазерная аппаратура. Названия лазерные установки получают, как правило, в соответствии с активной средой и наиболее общая классификация включает твердотельные, газовые, полупроводниковые, жидкостные лазеры. К твердотельным относятся рубиновый, неодимовый, александритовый, гольмиевый, эрбиевый; к газовым - аргоновый, эксимерный, на парах меди; к жидкостным - работающие на растворах красителей и другие лазеры, ставшие уже классическими. В последние годы, в буквальном смысле слова, революцию совершило появление полупроводниковых лазеров по причине их экономичности за счет высокого коэффициента полезного действия (до 60 - 80% в отличие от 10-30% при традиционных), малогабаритности, надежности. Однако продолжают с успехом использоваться и другие типы лазеров.

Коллимированный (плотность мощности на всем протяжении постоянна)
Расходящийся (плотность мощности уменьшается по мере увеличения диаметра пятна)
Сходящийся(плотность мощности вначале увеличивается, достигает максимума в точке фокуса и затем уменьшается)

Рис. 3. Формы пучков лазерных лучей, выходящих из средств доставки излучения.

Описание технических характеристик каждой модели является прерогативой специальной литературы и выходит за рамки данного пособия.

Более того, далее будут рассмотрены только те общие физические понятия и процессы, которые необходимы для понимания сущности лазерных методик и практической работы врача. К примеру, для офтальмолога термин «зеленый» лазер вполне может заменить такие технические названия, как «аргоновый» или «неодимовый с удвоенной частотой» лазеры, поскольку объединяет их длина волны, идентичная по своему биологическому эффекту. Поэтому с клинической точки зрения представляется необходимым рассмотреть те биологические эффекты взаимодействия «лазерное излучение-биоткань», которые влияют на конечный результат лечения.

Биологические эффекты взаимодействия «лазерное излучение-биоткань»

Биологические эффекты взаимодействия «лазерное излучение-биоткань» многообразны, но в целом с определенной долей условности их можно разделить на немеханические, при которых непосредственно в ходе лазерного вмешательства дефекта тканей не образуется,  механические, связанные с формированием дефекта в процессе воздействия и смешанные.

Немеханические эффекты

Немеханические эффекты возможно разделить на термические и фотохимические.

Наиболее широко представлены термические эффекты.

Гипертермия - длительное, до часа и более прогревание тканей при температуре 43-45 °С, в результате чего наступает отсроченная во времени гибель клеток, наиболее чувствительных к температуре, например, опухолевых.

Термотерапия - прогревание тканей в течение минут при температуре 45 - 60 °С с последующей гибелью клеток, их лизисом и образованием участка атрофии.

Коагуляция ткани связана с денатурацией белков и наступает практически сразу при достижении температуры 60 °С. Участок некроза в последующем замещается соединительной тканью либо образуется дефект тканей.

Сокращение коллагена на 20-30% без денатурации его волокон и, соответственно без некроза, происходит при нагревании его в диапазоне температур 62-64 °С.

Фотохимические эффекты

К фотохимическим эффектам можно отнести стимулирующее, а также цитотоксическое действие лазерного излучения невысоких плотностей мощности в течение длительного времени, не приводящее к нагреву тканей.

Фотодинамическая терапия заключается в предварительном внутривенном введении фотосенсибилизаторов - гематопорфиринов, селективно накапливающихся в клетках патологических тканей (новообразованных сосудов, опухоли) и последующем облучении этих тканей низкоинтенсивным лазерным излучением, не представляющим опасности для окружающих структур, в результате чего вещество фотосенсибилизатора становится токсичным и приводит к избирательному некрозу патологического образования. Таким образом, фотодинамическая терапия реализуется за счет опосредованных фотохимических эффектов, но не за счет нагрева тканей.

Механические эффекты

Испарение свидетельствует о превышении температуры тканей свыше 100 °С, в результате чего происходит парообразование, разрыв тканей, а некротические массы могут обезвоживаться.

Карбонизация или обугливание ткани наступает при температуре 150 °С и выше, при этом непосредственно во время воздействия образуется дефект тканей за счет улетучивания органического субстрата в виде неорганических частиц - дыма. Карбонизация может служить примером механического эффекта, опосредованного повышением температуры тканей.

Фоторазрыв возникает в том случае, если энергия концентрирована в пространстве и во времени настолько, что возникает оптический пробой и ионизация среды-мишени с формированием плазменной микрополости. Во время лазерного воздействия происходит исключительно механический разрыв ткани без признаков ее термического повреждения.

Абляция в чистом виде - это процесс фотодекомпозиции (разрушения межмолекулярных связей ультрафиолетовым излучением) с формированием дефекта тканей и выбросом тканевого детрита из зоны облучения, при котором в продуктах выброса можно идентифицировать удаляемую ткань (в отличие от карбонизации). Иногда термин «абляция» применяют более широко, характеризуя любой процесс лазерного удаления тканей.

При испарении и карбонизации ткань повреждается теплом, при фоторазрыве и абляции повышения температуры тканей практически не происходит.

Перечисленные эффекты нередко сопровождают друг друга (смешанные немеханические и механические эффекты), иногда это сочетание полезно (например, лазерный разрез кожи за счет карбонизации будет бескровным, так как по краям раны произойдет коагуляция), иногда вредно (коагуляция соседних участков роговицы нежелательна при ее абляции).

Как получить тот или иной биоэффект?

Получение всего спектра биологических эффектов взаимодействия «лазерное излучение-биоткань» определяют три основные параметра излучения:

Длина волны NB!
Длительность воздействия
Энергетические характеристики

Сочетанием этих трех параметров можно получить весь спектр желаемых эффектов: от прецизионной микронной абляции до объемной коагуляции тканей.

Кроме этих характеристик, необходимо учитывать оптические и термические свойства тканей.

Оптические свойства (пропускание, поглощение и рассеяние) взаимосвязаны с длиной волны, а термические (теплопроводность) в наибольшей степени проявляются в зависимости от длительности воздействия. Влияние этих свойств на результат воздействия будет представлен в соответствующих разделах.

Длина волны

Оптический спектр электромагнитного излучения, в котором генерируют лазеры, простирается от 10 нм до десятков мкм.  Длина волны определяет глубину проникновения излучения в ткани, которая может быть измерена в метрических единицах - микрометрах, миллиметрах, сантиметрах. Необходимо учитывать, что интенсивность излучения вследствие его поглощения уменьшается, как правило, по экспоненциальному закону.

 
 
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
© 2000-2021 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]