Лазер для операций на роговице: физика процессов при процедуре ReLEx SMILE

Давайте разберемся, каков же механизм действия фемтосекундной лазерной системы, способной реализовать технологию микроинвазивной экстракции лентикулы — технологию ReLEx SMILE.

Итак, взаимодействие фемтосекундных лазеров с тканью роговицы определяется нелинейной абсорбцией энергии ее структурами и последующим расслаиванием коллагеновых фибрилл путем образования слоя пузырьков за счет испарения ткани.

В норме роговица прозрачна и не абсорбирует инфракрасное излучение. Для того чтобы это произошло, импульс должен стать высокоинтенсивным и ультракоротким по продолжительности. Таким образом, желаемая фотодеструкция достигается воздействием четырех инфракрасных фотонов, которые работают как один ультрафиолетовый, в результате чего происходят абсорбция и микровзрыв перед точкой фокуса лазерного луча.

В зоне фокусировки лазерного излучения ткань роговицы превращается в газообразную плазму, вокруг них образуются плазменное расширение, механический разрыв и временное образование каверн. Следствием этого является термоэластический разрыв ткани в горизонтальной плоскости (рис. 5).

Рис. 5. Пошаговое проведение операции ReLex Smile: 1 — создание пузырька плазмы (микровзрыв); 2 — расширение ударной и тепловой волны; 3 — кавитационный пузырь (расширение плазмы); 4 — формирование параллельного среза за счет нескольких расположенных рядом точек фокусировки лазера

Итак, считаем:

• для того чтобы сделать линейный рез в роговице, необходимо около 1 млн микроразрывов, то есть около 1 млн точек фокусировки, в которых создаются пузырьки плазмы;
• для того чтобы этот рез был ровным, требуется от 10 до 100 тыс. точек фокусировки на 1 мм²;
• для того чтобы вырезать изнутри роговицы линзу диаметром 7 мм (самый частый случай), необходимо около 4,3 млн лазерных импульсов.

Первичный эффект — создание плазменной сферы, вторичный — расширение плазмы и относительно безопасное (без существенных повреждений) разделение тканей. И это при условии, что импульсы попадают в цель, что не является гарантией ввиду изменчивых свойств среды между линзой и точкой фокусировки (например, плавающих по глазу сгустков жира).

Почему для операции по коррекции зрения ReLEx SMILE необходим именно фемтолазер? Потому что чем меньше импульс, тем меньше получается пузырь плазмы и тем меньше толщина разреза. Однако в разы важнее то, что в этом случае глазу передается меньше тепловой энергии и, следовательно, снижается риск различных травм, вызываемых тепловым воздействием. Чаще всего из-за этого происходят проблемы с иннервацией (что реализуется в проблемах с сухим глазом), реже возникает болезненное необратимое изменение формы роговицы (кератоконус).

При использовании фемтосекундного лазерного воздействия для формирования трехмерной линзы-лентикулы в прозрачной человеческой роговице и бокового разреза для ее извлечения при ReLEx SMILE решается сразу несколько крайне важных задач, недостижимых в настоящее время никакой другой лазерной системой.

1. Задача достижения максимальной точности среза.
2. Задача минимального воздействия на окружающие ткани.
3. Задача укорочения продолжительности импульса.
4. Задача укорочения размера рабочего пятна.
5. Задача моделирования реза в косых программируемых плоскостях трехмерно.

Базовая задача с физической точки зрения — укорочение продолжительности импульса и уменьшение пятна лазера, это зависит от его пропускной способности и калибра, от оптики и массы лазера и его фокусного расстояния. Длительность микровзрыва, как мы поняли, зависит от рабочей частоты фемтолазера.

В конечном счете все работающие фемтолазерные системы по своим характеристикам или с высокой энергией импульса и низкой частотой, низкой энергией и высокой частотой, или оба параметра у них средние оптимальные. Фемтосекундный лазер ZEISS VisuMax относится как раз к третьей группе лазерных систем — его энергия около 150–200 нДж и частота излучения 500 кГц. Это усиленный инфракрасный лазер с длиной волны 1040 нм, продолжительностью импульса более 500 фс, средней акустической энергией, пятном фокусировки размером в 5–10 мкм создаваемых каверн. В 2008 г. был выполнен расчет оптимального воздействия — частота от 500 кГц при минимальной энергии на отдельный импульс.

Рис. 6. Схема удаления линзы-лентикулы методом лазерной коррекции зрения ReLex Smile

Главный клинический эффект, который после всех технологических новшеств обеспечивается применением лазера фемтосекундного лазера ZEISS VisuMax, состоит в том, что его конус можно сфокусировать в достаточно малой зоне на расстоянии от линзы. Если зона фокусировки окажется внутри роговицы глаза, то произойдет микровзрыв: образующиеся пузырьки плазмы создадут разрыв в ткани. При этом поверхность роговицы останется целой: разрезы делаются в толщине прозрачного слоя (рис. 6).