CC BY
58
КОРРЕКЦИЯ РЕФРАКЦИИ ГЛАЗА ПОД ДЕЙСТВИЕМ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА СКЛЕРУ И РОГОВИЦУ С УЧЕТОМ ВНУТРИГЛАЗНОГО ДАВЛЕНИЯ.
Баум О.И.1, Большунов А.В.2, Омельченко А.И.1, Полева Р.П.2, Сипливый В.И.2, Соболь Э.Н.1 1) Институт проблем Лазерных и Информационных технологий РАН, 142190, г.Троицк, ул. Пионерская 2 2) Научно-Исследовательский Институт Глазных Болезней РАМН, 119121, г.Москва, ул. Россолимо 11 [email protected]
Проведено исследование коррекции рефракции глаза под действием неразрушающего ИК лазерного излучения при контроле внутриглазного давления. Рассмотрены физические процессы и механизмы лазеро-индуцированного изменения рефракции. Результаты исследований динамики изменения кривизны поверхности роговицы показывают перспективность нового метода коррекции аномалий зрения и необходимость контроля внутриглазного давления в процессе лазерного воздействия.
Работа посвящена исследованиям нового подхода к изменению рефракции глаза путем неразрушающего лазерного воздействия на роговицу глаза с учетом повышенного внутриглазного давления.
Предыдущие исследования показали, что локальное воздействие на склеру с помощью непрерывного лазерного излучения с длиной волны X = 1,56 дш позволяет изменить рефракцию глаза на несколько диоптрий [1, 2]. Совместное воздействие на роговицу и склеру, заключающееся в последовательном лазерном облучении склеры и роговицы приводит к более существенному изменению рефракции глаза [3].
Методика последовательного лазерного воздействия на склеру и роговицу привела к изменению рефракции, связанного с уплощением роговицы. Исследования ex-vivo на глазах кроликов и поросят показали, что облучение склеры вызывает изменение рефракции примерно на 3 диоптрии, а последующее облучение роговицы увеличивает рефракцию до 7 диоптрий [3]. В дальнейшем в экспериментах in vivo было показано [4], что среднее значение изменение рефракции ниже, чем в экспериментах in-vitro и на 10 сутки после лазерного воздействия отдельно на склеру составляло 2,5±0,5 диоптрий. При этом во всех описанных экспериментах для облучения использовался волоконный эрбиевый лазер на длине волны 1,56 мкм.
Открытым вопросом для сравнения экспериментов in vivo и in vitro является влияние внутриглазного давления, которое обычно в экспериментах in vitro равно нулю, что может существенно повлиять на изменение формы роговицы глаза.
Инвазивные лазерные вмешательства на передний отрезок глаза, с целью формирования Шлемова канала, способны лишь на некоторое время улучшить проницаемость трабекулы. Поэтому возникает необходимость разработки эффективных процедур со стойким улучшением гидравлической проводимости тканей трабекулярной области глаза. Известно, что неразрушающее лазерное воздействие на хрящевую ткань приводит к образованию микро пор [5] и увеличению гидравлической проводимости [6].
Целью настоящей работы была оценка изменения рефракции глаза за счет неразрушающего лазерного облучения роговицы при поддержании постоянного внутриглазного давления. А так же изучалось влияние модулированного лазерного излучения на гидравлику трабекулярных тканей.
Эксперименты проводили in vitro на 4 выделенных глазах кроликов, при этом внутриглазное давление поддерживалось на уровне 23,5 миллиметров ртутного столба с помощью капельницы и колбы с физраствором, подвешенной на некоторой постоянной высоте относительно глазного яблока. Использовалось излучение эрбиевого волоконного лазера с длиной волны X = 1,56 дш. В процессе
облучения исследуемый глаз фиксировался зрачком вверх и облучался через стекло.
В первой серии экспериментов с целью определения верхней границы неразрушающего лазерного воздействия варьировалась плотность мощности и время лазерного облучения в диапазонах 4 - 8 Вт/см2, и 5 - 12 сек соответственно. Было установлено, что порог денатурации роговицы соответствует облучению с плотностью мощности 7,1 Вт/см2 в течении 8,4 сек, а при плотности мощности 6 - 7 Вт/см2 и времени облучения 5-6 секунд изменение формы роговицы не сопровождается процессом денатурации, которая определялась визуально и с помощью оптического микроскопа.
Во второй серии экспериментов определялось лазеро-индуцированное изменение формы роговицы и рефракции глаза. Облучаемое место роговицы освещалось параллельным пучком полупроводникового диодного лазера с длиной волны 0,78 дт, проходящим через сетку с шагом 0,75 мм. Изображение отраженной сетки регистрировалось цифровой видео-камерой SONY с разрешением 720х576 на выходе оптической системы, что позволило исследовать динамку деформации поверхности роговицы. Изменение шага отраженной сетки, фиксируемое с помощью калибровочной линейки, позволило методами геометрической оптики определить изменение радиуса роговицы.
В третьей серии экспериментов лазерному облучению были подвергнуты трабекулярные ткани глаза. Облучение проводилось с помощью 1,56 мкм волоконного лазера, мощность менялась в диапазоне от 0,5 до 1,5 Вт. Измерения гидравлической проводимости проводили на образцах трабекулярной ткани, вырезанной в форме диска диаметром 3-6 мм и толщиной от 0.3-5 мм. Физиологический раствор прокачивался через слой ткани при постоянном перепаде давления. Значения коэффициента гидравлической проницаемости рассчитывались с использованием закона Дарси по формуле: H/t=K P/h, где H- высота столба жидкости, t -время прокачивания, к - коэффициент гидравлической проницаемости, Р-давление, h - толщина образца
Пример измерений гидравлической проводимости приведен в таблице 1.
Таблица 1
Необлученные Облученные, Мощность Облученные, Мощность Облученные,
Р=1,4 Вт Р=1,2 Вт Мощность Р=1.0 Вт
Толщина 0.5 0.5 0.5 0.5
образца, мм
Высота столба, <0.5 2 4.5 12
мм
Время 31 34 28 30
прокачивания,
мин
Гидравлическая <0,1 10-14 0,38 10-14 Ю-14 3.5 10-14
проницаемость м4/Н с
В результате первых двух серий экспериментов было получено, что при плотности мощности 6,8±0,2 Вт/см2 изменение радиуса кривизны роговицы составило 0,55 ± 0,12 мм, что соответствовало изменению рефракции глаза
АК = -2,71±0,55 мм-1. Здесь АК в кератометрических диоптриях (К = 337,5/Яс, где радиус роговицы Яс измеряют в миллиметрах)
Полученные результаты и их сопоставление с полученными ранее экспериментальными данными [1-3], позволяет сделать вывод, что контроль давления уменьшает величину изменения рефракции, получаемую в экспериментах in vitro, приближая результат к реальным значениям, которые могут быть получены в эксперименте in vivo.
Результаты третьей серии экспериментов показали, что коэффициент гидравлической проницаемости к увеличивается с увеличением мощности лазерного излучения в диапазоне от 0.9 до 1.3 Ватт, и уменьшается при большей мощности облучения. Увеличение мощности излучения вызывает денатурацию (коагуляцию) ткани, приводящую к закупориванию пор и уменьшению проницаемости.
Благодарности: Работа выполнена при поддержке МНТЦ (грант 3360).
1. Большунов АВ, Соболь ЭН, Федоров АА, Воробьева НН, Гамидов АА, Омельченко АН, Бузыканова МА, Гудичков ВБ. Изменение рефракции глаза кролика при неабляционном воздействии инфракрасного лазерного излучения на склеру: 1. Предварительное сообщение. Рефракционная хирургия и офтальмология 2002, 2(l), 55-58.
2. Bolshunov A.V., Fedorov A.A., Sobol E.N., et al. Proc. X Intern. Laser Physics Workshop LPHYS'01 (Moscow: MAIKNAUKA/ Interperiodica Publ., 2001), 138.
3. Соболь ЭН, Большунов АВ, Воробьева НН, Омельченко АИ, Захаркина ОЛ, Игнатьева НЮ, Гроховская ТЕ, Лунин ВВ. Коррекция рефракции глаза путем неабляционного лазерного воздействия на термомеханические свойства роговицы и склеры. Квантовая электроника 2002, 32(10), 909.
4. E.N.Sobol', O.I.Baum, A.V.Bol'shunov, V.I.Siplivy, N.Y.Ignat'eva, O.L.Zakharkina, V.V.Lunin, A.I.Omelchenko,V.A.Kamensky, and A.V.Mjakov. Eye Tissue Structure and Refraction Variations upon Nondestructive Laser Action, Laser Physics 2006, 16(5), 735.
5. В.Н. Баграташвили, А.В. Басков, И.А. Борщенко, Н.Ю. Игнатьева, Ю.М. Овчинников, А.И. Омельченко, А.П. Свиридов, В.М., Свистушкин, Э.Н. Соболь, А.Б. Шехтер. Монография «Лазерная инженерия хрящей», издательство «Наука».
6. Omelchenko A., Sobol E. Quantum Electronics. Opto-mecanical testing of hydrated biological tissues at the laser reshaping. 2008 (в печати)
CORNEA EYE REFRACTION CORRECTION UNDER NONDESTRUCTIVE LASER ACTION ON THE CORNEA AND SCLERA TAKING INTO ACCOUNT THE
INTRAOCULAR PRESSURE
Baum O.I.1, Bolshunov A.V.2, Omelchenko A.I.1, Poleva R.P.2, Sipliviy V.I.2, Sobol E.N.1 1) Institute on Laser and Information Technologies, RAS, Troitsk, Moscow region, Russia; 2) Institute of Eye Diseases, RAMN, Moscow, Russia. [email protected]
The possibility of the cornea eye refraction correction under nondestructive laser action on the cornea and sclera with the consideration of intraocular pressure is studied. The physical processes and mechanisms of laser induced modification of the refraction are considered. The result of the study of dynamic of cornea surface curvature during laser treatment allows determining the laser settings for desirable changes in refraction and necessity of monitoring of the intraocular pressure during laser irradiation.
