CC BY
29
УДК 621.373.826:535.21 DOI: 10.17586/0021-3454-2018-61-8-734-737
ОПТИМАЛЬНЫИ РЕЖИМ ОБРАБОТКИ КАТАРАКТАЛЬНОГО ХРУСТАЛИКА ГЛАЗА ЧЕЛОВЕКА МИКРОСЕКУНДНЫМИ ИМПУЛЬСАМИ Yb,Er:GLASS-ЛАЗЕРА
А. В. Беликов1, А. М. Загорулько2, С. Н. Смирнов1
1 Университет ИТМО, 197101, Санкт-Петербург, Россия E-mail: s.n.smirnov@inbox.ru
2Санкт-Петербургский филиал МНТК "Микрохирургия глаза " им. академика С. Н. Федорова,
192283, Санкт-Петербург, Россия
Представлены результаты исследования эффективности удаления пораженного катарактой хрусталика глаза при его обработке в жидкости микросекундными импульсами УЬ,Ег:в1а88-лазера. Обсуждается влияние на эффективность удаления хрусталика количества лазерных импульсов, их энергии, а также расстояния между торцом оптического волокна и поверхностью биообъекта.
Ключевые слова: Yb,Er: Glass-лазер, микросекундные импульсы, хрусталик, эффективность удаления, экстракция катаракты, волокно
Лазерная экстракция катаракты (ЛЭК) зарекомендовала себя как малоинвазивный и высокотехнологичный метод микрохирургии глаза [1]. Развитие этого метода может быть связано с созданием нового малогабаритного излучателя — УЬ,Ег:01а88-лазера с длиной волны излучения X = 1,54 мкм, работающего в режиме модуляции полезных потерь трехзеркального резонатора [2]. При ЛЭК лазерное воздействие с целью пофрагментного удаления хрусталика происходит в передней камере глаза при прокачке в ней физраствора [1, 3]. Целью настоящей статьи является оптимизация удаления помещенного в жидкость (воду) катарактального хрусталика глаза человека под действием импульсов излучения УЬ,Ег:01аБ8-лазера длительностью по основанию 2,3±0,2 мкс с выраженным высокоинтенсивным „лидирующим" пичком (рис. 1, а), пиковая мощность которого в 3—5 раз превышает пиковую мощность следующих за ним пичков.
Хрусталики V степени катаракты (по классификации Буратто [4]) (10 образцов) были получены для проведения экспериментального исследования в ходе операции по хирургии катаракты путем экстракапсулярной экстракции. Схема лазерного воздействия приведена на рис. 1, б. Хрусталик 1 закреплялся в держателе на дне кварцевой кюветы 2 с жидкостью. Торец оптического волокна 3 с диаметром сердцевины 470±10 мкм и числовой апертурой 0,18 фиксировался на расстоянии h до поверхности хрусталика.
а)
А
б)
10 мВ/дел.
500 нс/дел.
RE,
.3/
Г 1
в)
мм3/кДж 16
12 -8 4
Г
■ Е=70 мДж
- Е=80 мДж
- *-Е=90 мДж
Е=100 мДж
т.
0,2 0,4 0,6 0,8 h, мм
Рис. 1
2
t
0
Установлено, что оптимальное значение И, при котором обеспечивается максимально эффективная обработка хрусталика, зависит от энергии лазерного импульса. На рис. 1, в представлена зависимость эффективности удаления биоткани хрусталика (КБ), определяемой как отношение объема сформированного в хрусталике кратера (Ккр) к суммарной затраченной энергии лазерного излучения, от величины И.
Максимальное значение эффективности удаления биоткани хрусталика при воздействии 300 импульсами с энергией Е = 100±2 мДж, следующими с частотой / = 1 Гц, наблюдалось при И = 0,5 мм (см. рис. 1, в).
Зависимость эффективности удаления хрусталика от количества одноместно приложенных лазерных импульсов N (при Е = 100±2 мДж, И = 0,5 мм) имеет сложный характер (рис. 2, а). Эффективность удаления хрусталика увеличивается при воздействии первыми 100 импульсами излучения, после чего убывает. По-видимому, рост эффективности удаления на первом этапе связан с ростом размера области с нарушенной целостностью волокнистых слоев хрусталика под действием лазерного излучения, что способствует интенсивности снижения порога разрушения хрусталика, а последующий спад — с уменьшением плотности энергии излучения на обрабатываемой поверхности за счет отдаления дна кратера от торца оптического волокна. Порог разрушения хрусталика V степени катаракты при N = 100 и И = 0,5 мм составил 11,6 ± 0,3 Дж/см .
0 200 400 600 N
Рис. 2
Анализ рис. 2, б показывает, что увеличение объема кратера при росте N от 300 до 600 происходит за счет увеличения его ширины при практически неизменной глубине. При этом максимальный поперечный размер кратера при N = 600 в 2 раза превышает диаметр оптического волокна, что может быть связано с лазерно-индуцированными гидроакустическими эффектами, которые для УЬ,Ег:01а88-лазера описаны в работах [2—6]. Можно также предположить, что участие в процессе нарушения целостности хрусталика гидроакустических эффектов обусловливает достижение максимума эффективности удаления хрусталика в бесконтактном режиме обработки, а максимум эффективности удаления при И = 0,5 мм и Е = 100±2 мДж достигается за счет оптимального вклада лазерной энергии и гидроакустических эффектов в разрушение биоткани. Эти обстоятельства, определяющие основное отличие метода удаления хрусталика микросекундными импульсами УЬ,Ег:01аБ8-лазера от традиционной операции ЛЭК, где эффективное удаление осуществляется в контактном режиме обработки [7], должны быть учтены при проектировании рабочего наконечника УЬ,Ег:01а88-лазерного аппарата для ЛЭК.
список литературы
1. Копаева В. Г., АндреевЮ. В. Лазерная экстракция катаракты. М.: Офтальмология, 2011. 262 с.
2. Беликов А. В., Гагарский С. В., Губин А. Б., Вайнер С. Я., Сергеев А. Н., Смирнов С. Н. Субджоульный лазер на иттербий-эрбиевом стекле с диодной накачкой и модуляцией полезных потерь резонатора для экстракции катаракты // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2015. Т. 15, № 6. С. 1021—1029. Б01: 10.17586/2226-1494-2015-15-6-1021-1029.
3. Копаев С. Ю., Малюгин Б. Э., Копаева В. Г. Разработка микроинвазивной технологии лазерной экстракции катаракты // Вестн. ТГУ. 2015. Т. 20, №. 3. С. 619—622.
4. Buratto L., Werner L., Apple D. J., Zanini M. Phacoemulsification: Principles and Techniques. SLACK Incorporated, 2003. 754 p.
5. Беликов А. В., Гагарский С. В., Сергеев А. Н., Смирнов С. Н. Исследование гидродинамических процессов в жидкости при воздействии мощных микросекундных импульсов Yb,Er: Glass-лазера // Изв. вузов. Приборостроение. 2017. Т. 60, № 4. С. 367—374. DOI: 10.17586/0021-3454-2017-60-4-367-374.
6. Belikov A. V., Fomicheva Y. Y., Gagarskiy S. V., Sergeev A. N., Smirnov S. N., Zagorulko A. M. Investigation of optical and hydrodynamic processes initiated in biological tissues and liquids under the action of high-power pulses of 1.54 um laser radiation // Proc. SPIE. 2018. Vol. 10716, P. 107160W. DOI: 10.1117/12.2307238.
7. Копаев С. Ю. Клинико-экспериментальное обоснование комбинированного использования неодимового ИАГ 1.44 мкм и гелий-неонового 0.63 мкм лазеров в хирургии катаракты: Автореф. дис. ... д-ра мед. наук. М., 2014.
Сведения об авторах
Андрей Вячеславович Беликов — д-р физ.-мат. наук, профессор; Университет ИТМО, кафедра лазер-
ных технологий и систем; E-mail: meddv@grv.ifmo.ru
Алексей Михайлович Загорулько — д-р экон. наук, канд. мед. наук; Санкт-Петербургский филиал МНТК
„Микрохирургия глаза"; заместитель директора по лечебной работе; E-mail: vigna@mntk.spb.ru
Сергей Николаевич Смирнов — аспирант; Университет ИТМО, кафедра лазерных технологий и сис-
тем; E-mail: s.n.smirnov@inbox.ru
Поступила в редакцию 30.07.18 г.
Ссылка для цитирования: Беликов А. В., Загорулько А. М., Смирнов С. Н. Оптимальный режим обработки ка-тарактального хрусталика глаза человека микросекундными импульсами Yb,Er:G1ass-лазера // Изв. вузов. Приборостроение. 2018. Т. 61, № 8. С. 734—737.
OPTIMUM MODE FOR PROCESSING CATARACT LENS OF THE HUMAN EYE WITH MICROSECOND PULSES OF Yb, Er: GLASS LASER
A. V. Belikov1, A. M. Zagorulko2, S. N. Smirnov1
1ITMO University, 197101, St. Petersburg, Russia E-mail: s.n.smirnov@inbox.ru 2 St. Petersburg Branch of the S. Fyodorov Eye Microsurgery Federal State Institution,
192283, St. Petersburg, Russia
Results of the study of removal efficiency of cataract-affected lens of the eye under the action of microsecond pulses of Yb, Er: Glass-laser are presented. The efficiency of lens removal is discussed in relation to the number of laser pulses, their energy, as well as the distance between the end of the optical fiber and the surface of the bioobject.
Keywords: Yb,Er:Glass-laser, microsecond pulses, lens of the eye, removal efficiency, cataract extraction, fiber
REFERENCES
1. Kopayeva V.G., Andreyev Yu.V. Lazernaya ekstraktsiya katarakty (Laser Extraction of a Cataract), Moscow, 2011, 262 р. (in Russ.)
2. Belikov A.V., Gagarskiy S.V., Gubin A.B., Vayner C.Ya., Sergeyev A.N., Smirnov S.N. Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2015, no. 6(15), pp. 1021 — 1029. DOI: 10.17586/2226-1494-2015-15-6-1021-1029
3. Kopayev S.Yu., Malyugin B.E., Kopayeva V.G. Tomsk State University Journal, 2015, no. 3(20), pp. 619-622. (in Russ.)
4. Buratto L., Werner L., Apple D. J., Zanini M. Phacoemulsification: Principles and Techniques, 2nd ed. SLACK Incorporated, 2003, 754 p.
5. Belikov A.V., Gagarskiy S.V., Sergeev A.N., Smirnov S.N. Journal of Instrument Engineering, 2017, no. 4(60), pp. 367-374. DOI: 10.17586/0021-3454-2017-60-4-367-374
6. Belikov A.V., Fomicheva Y.Y., Gagarskiy S.V., Sergeev A.N., Smirnov S.N., Zagorulko A.M. Proc.
SPIE, 2018, vol. 10716, pp. 107160W, DOI: 10.1117/12.2307238. 7. Kopayev S.Yu. Kliniko-eksperimental'noye obosnovaniye kombinirovannogo ispol'zovaniya neodimo-vogo IAG 1.44 mkm i geliy-neonovogo 0.63 mkm lazerov v khirurgii katarakty (Clinical and Experimental Study of the Combined Use of a Neodymium YAG 1.44 |jm and a He-Ne 0.63 |jm Laser in Cataract Surgery), Doctor's thesis, Moscow, 2014. (in Russ.)
Data on authors
Andrey V. Belikov — Dr. Sci., Professor; ITMO University, Department of Laser Technologies and
Systems; E-mail: meddv@grv.ifmo.ru Alexey M. Zagorulko — Dr. Sci., PhD; St. Petersburg Branch of the S. Fyodorov Eye Microsurgery
Federal State Institution; Medical Director; E-mail: vigna@mntk.spb.ru Sergey N. Smirnov — Post-Graduate Student; ITMO University, Department of Laser Technologies
and Systems; E-mail: s.n.smirnov@inbox.ru
For citation: Belikov A. V., Zagorulko A. M., Smirnov S. N. Optimum mode for processing cataract lens of the human eye with microsecond pulses of Yb, Er: glass laser. Journal of Instrument Engineering. 2018. Vol. 61, N 8. P. 734—737 (in Russian).
DOI: 10.17586/0021-3454-2018-61-8-734-737
