К вопросу о негативных факторах, влияющих на результаты фрк а. И. Мягких, ООО «Ост-Оптик К»

ООО «Ост-Оптик К», г. Владивосток

Физически обосновывается значимость фактора негативного лучевого воздействия на роговицу при проведении ФРК в зависимости от методики проведения абляции. Приводятся относительные оценки степени поглощения роговицей энергии излучения эксимерного лазера.

Одним из факторов, влияющих на выбор типа рефракционной операции как пациентами, так и врачами, является вероятность возникновения осложнений. Для фоторефракционной кератэктомии (ФРК) основной проблемой является возникновение поверхностных помутнений роговицы на поздних сроках после проведения операции. Делались попытки увязать частоту появления хейзов с величиной исходной миопии, с температурным режимом операции, со способом деэпителизации. Однако однозначных выводов так и не было сделано.

Воздействие излучения эксимерного лазера на роговицу вызывает как минимум два основных эффекта: абляцию, т.е. холодное испарение некоторого слоя роговицы, и – поглощение энергии луча неаблированным веществом. Нет сомнения, что второй эффект является негативным. Известно, что параметры послеоперационного восстановления существенно отличаются в зависимости от способа проведения ФРК /1/. Поэтому очень заманчиво с целью прогнозирования результатов установить возможную связь между этими параметрами и количеством поглощенной энергии в процессе операции.

Интуитивно с поглощением энергии обычно связывают повышение температуры роговицы в ходе операции. Однако прямые измерения температуры в зоне операции не выявили серьезных проблем /2/. Поскольку повышение температуры является лишь конечной стадией любых процессов диссипации и поглощения энергии, можно сделать предположение о наличии иных проявлений явления «доабляционного» поглощения энергии роговицей.

Предлагаемая оценка величины негативного лучевого воздействия на роговицу основывается исключительно на факте существования эффективного порога абляции – некоторого значения плотности энергии эксимерного лазера, ниже которого абляция мала или вообще отсутствует.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ.

С геометрической точки зрения произведем оценку относительного количества поглощенной роговицей энергии при различных способах лазерной обработки. Рассматривая поперечное сечение луча, можно утверждать, что основной активной областью абляции является его центральная часть, а возможными областями поглощения энергии – края луча, где плотность энергии изменяется от номинальной до нуля. Вследствие неидеальности фокусировки и диафрагмирования это изменение происходит на промежутке с некоторым характерным размером – d. Для простоты рассуждений примем во внимание, что этот промежуток производители лазеров стараются минимизировать (луч должен иметь четкие границы!). Допустим также, что величина этого промежутка и закон изменения плотности энергии на нем одинаковы у лазеров всех типов.

Пусть зона операции имеет площадь S. Воздействие сканирующего лазера подразумевает покрытие и обработку этой площади элементами сканирования, в общем случае имеющими различную форму и размеры. Чтобы иметь возможность сравнить различные алгоритмы, логично потребовать от каждого из них аблировать некий эталонный объем и оценить величину поглощения излучения роговицей.

Сделаем несколько предположений, которые позволят резко упростить вычисления. Допустим, мы аблируем тонкий плоский слой роговицы площадью S воздействием эксимерного лазера с плотностью энергии W и с площадью элемента сканирования s. Толщина аблируемого слоя пусть будет «одноимпульсной», т.е. такой, какую аблирует одиночный импульс лазера. При этом суммарное энергетическое воздействие, необходимое для абляции этого слоя, будет примерно одинаковым, безотносительно к способу абляции. Форму элемента сканирования предположим круглой, упаковку элементов сканирования по площади операции – максимально плотной, а фактом остающихся межупаковочных промежутков – пренебрегаем. В этом приближении количество импульсов для абляции тонкого слоя по всей площади роговицы будет S/s. Зона, в которой наблюдается переход от номинальной плотности энергии к нулю, представляет собой кольцо, у которого внутренний диаметр составит √(4s/π), а ширина – упоминавшийся выше промежуток d, одинаковый для всех лазеров. Площадь этого колечка и является зоной, в которой происходит поглощение энергии излучения практически без абляции. Примерное ее значение – 2d√(πs). На этом закончим с математикой и попробуем осмыслить полученное значение.

Если взять за единицу площадь «негативной зоны» несканирующей машины (с широким лучом), то площадь «негативной зоны» для другого варианта лазерного воздействия будет превышать ее в √(S/s) раз.

Основных вариантов абляции при проведении лазерной коррекции зрения – три: полноапертурная машина с широким лучом и пространственным распределением плотности энергии, полусканирующий вариант (рабочие элементы – щели и пятна), и «летающее пятно». Учтем также, что площадь зоны операции составляет примерно 30 кв. мм, а характерные площади элементов абляции для широкого луча – та же зона операции (30 кв. мм), полусканирующих машин – 2-4 кв. мм, для «летающего пятна» - 0.25-1.0 кв. мм. Тогда получим, что полусканирующая машина имеет площадь «зоны поглощения» в 3-4 раза, а «летающее пятно» - в 6-11 раз большую, чем машина с широким лучом.

Поглощенная материалом роговицы энергия излучения примерно определяется произведением значения порога эффективной абляции на площадь «зоны поглощения». Так, если оценить геометрический параметр d величиной порядка 0.05 мм, то для «летающего пятна» с рабочим диаметром 0.5 мм площадь «зоны поглощения» для каждого импульса составит π *0.05 * 0.5 = 0.0785 кв. мм. Если величину порога эффективной абляции принять за W = 100 мДж/кв.см, то величина поглощенной энергии составит 78.5 мкДж на каждый импульс лазера.

При этом предположение о расчете поглощения излучения при абляции тонкого слоя совершенно корректно, так как абляция производится именно послойно. А после абляции на поверхности роговицы остается слой ткани, поглотивший часть энергии излучения и испытавший вследствие этого некий «энергетический стресс».

Отдельно необходимо упомянуть тот факт, что принятые при расчетах допущения определяют нижнюю границу определенной нами зависимости. Действительно, круг есть фигура максимальной площади при минимальном периметре. И любое изменение формы элемента сканирования увеличит относительную площадь зоны поглощения. Учет необходимости аблирования участков между неплотно прилегающими друг к другу элементами сканирования опять-таки приведет к увеличению числа импульсов, покрывающих зону операции. И совсем особый разговор будет, если энергетический профиль сканирующего луча будет не прямоугольным. Для улучшения физической гладкости обработанной поверхности некоторые сканирующие лазеры используют гауссов энергетический профиль луча, аблирующий не «шайбу», а линзу, тонкую по краям /3/. Это означает, что плотность энергии на краю такого луча близка к порогу эффективной абляции. А для нашего рассмотрения это эквивалентно довольно резкому увеличению расчетного параметра d. И, если зависимость площади поглощения от площади сканирующего элемента обратно пропорциональна квадратному корню, то зависимость от d более выражена – прямо пропорциональна.

Вне зависимости от конкретного вида лучевого повреждения роговицы низкоинтенсивным ультрафиолетовым излучением по краям зоны воздействия луча эксимерного лазера, можно сделать следующий вывод. Чем меньше площадь элемента сканирования лазерной установки, тем больший относительный лучевой вред наносится обрабатываемой поверхности стромы.

Особняком стоит применение широкого луча (методика Транс-ФРК /1/), поскольку кроме минимальности относительной величины лучевого вреда нужно учитывать еще и тот факт, что зона негативного воздействия в этом случае находится на краю зоны операции, то есть – вне оптической зоны. Значит, при проведении Транс-ФРК поглощение энергии излучения не должно оказывать значимого влияния на процессы восстановления, идущие в оптической зоне. Это заключение нашло косвенное подтверждение в факте существенного увеличения послеоперационной толщины роговицы без рефракционного регресса /4/. Этот эффект авторы связывают с максимальным физическим совершенством процесса абляции при проведении Транс-ФРК.

В практике применения методики ЛАСИК эффект энергетического поглощения скорее всего не приведет к значимым изменениям в процессе послеоперационного восстановления роговицы. Определяющую роль там играет клапан, наличие которого нивелирует все физические и биохимические неоднородности на микромасштабе обработанной зоны. А вот при проведении ФРК-подобных поверхностных операций эффект поглощения может играть значительную негативную роль. Таким образом, применяя для проведения ФРК сканирующие машины с узким гауссовым лучом, надо быть готовым к увеличению длительности послеоперационной эпителизации, сроков восстановления зрения, вероятности возникновения помутнений. По сравнению, например, с машинами, имеющими узкий супергауссовый луч.

Любопытно, что для регистрации эффекта поглощения излучения роговицей метод измерения температуры роговицы во время операции скорее всего не будет представительным. Причина в том, что значения, получаемые стандартными дистанционными термометрами, будут сильно заинтегрированы по площади и времени измерения. Так, в выше приведенном расчете для «летающего пятна» кажущаяся ничтожность поглощенной энергии (78.5 мкДж на каждый импульс) должна быть соотнесена с длительностью лазерного импульса (около 40 нс). А это дает величину порядка 2 кВт (!) импульсной мощности излучения, поглощенной этой площадью. Поэтому проявления эффекта поглощения лучевой энергии и его возможные биохимические последствия следует искать не в виде температурных изменений поля операции, а именно в виде следов достаточно сильного, но очень короткого энергетического воздействия на микромасштабе поверхности роговицы. Например, в виде микроскопических очагов коагуляции в поверхностном слое обработанной стромы роговицы толщиной порядка длины волны излучения, то есть около 0.2 мкм.

Литература:

1. 
   Специфика ФРК, проводимой эксимерлазерной установкой «Профиль-500» / А.И. Мягких, Е.А. Субботин, Е.В. Макурин, М.А. Мягких // Глаз. – 2008. - № 3. - С. 24-29.
   
2. 
   Динамика температуры роговицы во время лазерной абляции при фоторефрактивной кератэктомии. Дурягина М.Н., Чупров А.Д., Замыров А.А. и др., Актуальные проблемы офтальмологии: IV Всерос. науч. конф. молодых ученых: Сб. науч. работ / Под ред. Х.П. Тахчиди.– M.: Изд-во «Офтальмология», 2009.– 452 c. (http://www.eyepress.ru/article.aspx?6010­. Доступ 14.07.2012 г.)
   
3. 
   Ablation Resolution in Laser Corneal Refractive Surgery: The Dual Fluence Concept of the AMARIS Platform. Samuel Arba-Mosquela, Thomas Hollerbach. Advances in Optical Technologies, Volume 2010 (2010). Hindawi Publishing Corporation – Sep 15, 2010. (http://www.deepdyve.com/lp/hindawi-publishing-corporation/ablation-resolution-in-laser-corneal-refractive-surgery-the-dual-2tJVzOzmwB. Доступ 14.07.2012 г.)
   
4. 
   Органосохранность роговицы при коррекции миопии методом Транс-ФРК / А.И. Мягких, Е.А. Субботин, Е.В. Макурин, М.А. Мягких // Глаз. – 2012. - № 3 (85). - С. 34-37.
   

Контактные данные автора:

690106, Владивосток, ул. Нерчинская, дом 10, офис 305, ООО «Ост-Оптик К».

Тел.: +7(423)2-300-307; e-mail: ostoptik@mail.ru