главная » Литература » Статьи » Разработка и экспериментальное испытание двухволновой лазерной установки для фотокоагуляции тканей глаза

Разработка и экспериментальное испытание двухволновой лазерной установки для фотокоагуляции тканей глаза

Разработка и экспериментальное испытание двухволновой лазерной установки для фотокоагуляции тканей глаза

Ю. С. Астахов (1), Е. Л. Акопов (1), А. А. Иванов (2), М. А. Смирнова (2), Л. Н. Пантелеев (3), А. И. Неворотин (1)

1 Кафедра офтальмологии с клиникой СПБГМУ им. акад. И. П. Павлова Минздрава РФ, Санкт-
Петербург
2 ООО «Алком Медика»
3 ЗАО «Орион Медик»

Настоящее исследование выполнялось при поддержке Минобрнауки Российской Федерации.

ВВЕДЕНИЕ
Манипуляции на сетчатке с использованием лазеров представляют собой один из наиболее эффективных и интенсивно развивающихся раз-
делов современной офтальмологии. Так, по данным PubMed, самого крупного сетевого источника медицинской литературы, количество публикаций по запросу retinal photocoagulation (фотокоагуляция сетчатки — ФКС) на начало мая 2013 года составляет 7296 единиц учета (см. сайт http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=retinal+photocoagulation). Показаниями к ФКС являются такие сосудистые заболевания, как диабетическая ретинопатия, тромбозы и окклюзии сосудов сетчатки, воспалительные процессы (хориоретиниты, ангииты), различные виды дистрофии сетчатки, центральная серозная хориопатия, хориоидальная неоваскуляризация, ангиоматозы (болезни Коатса и Гиппеля-Линдау), а также изменения сетчатки, при которых возникает риск ее отслойки. Поскольку коротковолновая область спектра 400–460 нм вызывает т. н. фототоксический эффект, наибольшее распространение получили лазерные установки, работающие на длинах волн 500–900 нм [4, 9–11], включая режимы, связанные с нанесением ожогов на сетчатку глаза [5, 6, 12, 14]. Основной интерес при процедурах ФКС сосредоточен на излучениях с рабочими длинами волн 532 нм и 810 нм. Анализ показаний и результатов соответствующих режимов проведен в обзоре [1] и показан в таблице 1.

Из таблицы следует, что хотя по большинству основных параметров результаты оказываются идентичными, имеются и различия. К разряду фундаментальных относится и тот факт, что из-за разницы коэффициентов поглощения в ткани, глубина ее термического повреждения и, следовательно, коагуляции оказывается существенно большей при воздействии лазером с длиной волны 810 нм.
Ясно, что объединение обоих излучений в общий фотонный поток представило бы новое перспективное направление для выполнения более или менее стандартной процедуры ФКС при самых различных видах патологии сетчатки. В связи с этим главным условием развития указанного направления в настоящем исследовании явилось его техническое решение, а именно разработка «оптического смесителя» (ОС) для последующего использования в клинической практике. Не менее существенным оказался и поиск адекватного способа оценки результатов излучения как для каждого из инструментов, так и для двухволнового излучателя. В настоящей работе для этого был впервые испытан суррогат живой ткани (СЖТ), позволяющий сравнительно просто, а главное быстро тестировать широкий спектр режимов лазерного облучения.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА

Лазеры и вспомогательные устройства В качестве источника лазерного излучения используется мультиволновый излучатель с двумя независимыми каналами на 532 и 810 нм. Источник излучения с длиной волны 532 нм реализован на твердотельном DPSS (рис. 1–4) лазере (первый канал), излучение второго канала (810 нм) генерируется диодным лазером (рис. 1–5). Коллимированные пучки каждого из каналов
поступают на ОС (рис. 1–6), основное назначение которого — обеспечить ввод излучений в моноволокно с минимальными потерями. На выходе волокна формируется пучок с равномерно смешанными длинами волн 532 и 810 нм. Устройство обеспечивает также возможность последовательного воздействия каждым из излучений в широком диапазоне мощностей и временных интервалов (рис. 1).

Фотонными потоками лазерных источников управляют независимые драйверы электропитания. Это позволяет с высокой точностью «дозировать» каж дую длину волны в общем потоке.
Именно таким образом, при постоянной суммарной выходной мощности для обоих каналов, обеспечивается дискретное изменение соотно-
шения излучений с длинами волн 532 нм/810 нм и шагом 5 %.

Граничные положения.
1. 810 нм — 0 %, 532 нм — 100 %.
2. 810 нм — 100 %, 532 нм — 0 %.

Мультиволновое излучение из моноволокна (рис. 1–7) поступает на вход формирующей системы (рис. 1–8). Формирующая система построена
по принципу объектива с переменным увеличением. Данное решение позволяет плавно изменять диаметр пучка в фокальной плоскости в диапазоне от 0.2 мм до 3 мм.
В фокальной плоскости формирующей системы расположена кювета (чашка Петри) с СЖТ (рис. 1–9). Кювета устанавливается на оптическом
столе, гарантирующем перемещение испытуемого объекта по координатам Х и У.
Таким образом, разработанная установка в сочетании с устройством, обеспечивающим оперативный анализ результатов лазерного облучения, позволяет на сравнительно простой модельной системе исследовать коагулирующий эффект лазерного излучения в исключительно широком диапазоне параметров [8].

Суррогат живой ткани

В качестве такового применили смесь компонентов, которые по оптическим характеристикам соответствуют живой ткани. В качестве хромофора использована донорская кровь человека, а материалом для формирования коагулята явился белок куриного яйца (основа — овальбумин). В результате термического воздействия лазерного излуче-
ния участок СЖТ подвергается коагуляции. При этом коагулят настолько плотен, что может быть без повреждений выделен из некоагулированной ткани и исследован оптическими средствами. Состав СЖТ детально описан ранее [7]. Для имитации облучения сетчатки СЖТ помещали в чашку Петри, сверху накладывали покровное стекло, а затем облучали в испытуемом режиме для получения коагулятов (рис. 2). Последние плотно прилипали к покровному стеклу и легко отделялись от некоагулированной массы СЖТ, обеспечивая тем самым возможность исследования и сопоставления фронтальных и тыльных поверхностей целых серий образцов на одном препарате.

РЕЗУЛЬТАТЫ

В опубликованном недавно обширном обзоре литературы представлен ряд снимков сетчатки после ее облучения лазерами, излучающими
в зеленом и ближнем инфракрасном спектрах [13].
Полученные изображения поверхности сетчатки позволяют четко дифференцировать по цвету область ее ожога, коагуляции и необлученной части (рис. 3). В ходе операций проводилась прицельная
цифровая съемка поверхности отдельных коагулятов, после чего их изображения располагали на цветном фоне. Однако, тыльная сторона коагулятов оставалась недоступной для наблюдения.
В отличие от этого и других приемов регистрации результатов лазерной коагуляции, использование СЖТ позволяет выделить каждый коагулят в отдельности и исследовать его в трехмерном (3D) формате, причем простота методики обеспечивает оперативный скрининг неограниченного количества образцов, как при отдельных режимах облучения, так и их любых сочетаниях.

Дальнейшие испытания показали, что воспроизводимое формирование и выделение коагулятов для дальнейшего анализа может быть достигнуто
при воздействии каждого из лазеров, например, диодного (рис. 4).
Аналогичных результатов можно добиться и при работе обоих лазеров, излучения которых через ОС направляются на объект (рис. 5). Видно, что
при любой версии испытуемых режимов оба вида излучения, судя по симметричной форме коагулятов, проводятся по общей оси, что свидетельствует о безупречной функции оптического смесителя.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУ ЛЬТАТОВ

До последнего времени испытание различных лазерных систем и режимов ФКС проводилось на лабораторных животных с последующим внедрением наиболее удачных попыток в клиническую практику. При всей видимой рациональности, такой подход требует значительных материальных
и трудовых затрат, а также длительного и сложного анализа результатов. Эти обстоятельства лимитируют не только их объем, но также и возможность оперативного сопоставления самых разнообразных лазерных вмешательств, диктуемых опережающей разработкой новых устройств
и технологий. К таковым относится и запланированная в настоящей работе апробации двухволновой лазерной системы.

Таким образом, разработка экспериментов с применением СЖТ по существу является первым этапом доклинических испытаний, позволяющим проводить дальнейшие лабораторные и клинические
поиски на заведомо безопасных моделях. Отметим, однако, что проведенное нами испытание двухволновой лазерной системы с оценкой ее эффективности по СЖТ следует считать хотя и новым, но пока
еще лишь предварительным этапом работы. Прежде всего, путем серии неизбежных проб и ошибок, предстоит выяснить оптимальные параметры излучения каждого из лазеров в единой двухлучевой системе. То же относится к составу, методике изготовления и хранения СЖТ применительно к экспериментам, моделирующим лазерные вмешательства
на сетчатке. В частности, представляется необходимой замена не поддающегося стандартизации белка куриных яиц в составе ранее разработанной версии СЖТ на стабильный фирменный аналог. Несмотря
на сложность и трудоемкость поставленных задач, имеются все предпосылки для их успешного решения в обозримом будущем на основании уже полученных обнадеживающих результатов.


Выводы
1. Разработана установка для двухволнового лазерного облучения сетчатки.
2. Разработаны устройство и суррогат живой ткани для оперативного 3D анализа коагулирующего эффекта с целью оптимизации режимов
двухлучевого лазерного облучения сетчатки.
3. Намечен путь усовершенствования обеих инноваций, направленных на их дальнейшее применение при лечении различных видов патологии
сетчатки.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Балашевич Л. И., Пархомов С. 1. Д., Измайлов А. С. Сравнитель-
ная оценка эффективности диодного (0.81 мкм) и Nd-YAG
(0,532 мкм) коагулирующих лазеров в лечении откры-
тоугольной глаукомы. Эл. ресурс: http://www.qualitech.org/
index.phtml?tid=69. Доступ — свободный. Дата обращения
15 марта 2013 г.
2. Гончаров С. Е., Залевский И. Д., Минаев В. П. Об особенностях
использования двухволновых лазерных аппаратов в хи-
рургии и силовой терапии // Труды конференции «Лазеры
в науке, технике, медицине». — Адлер, 2005.
3. Двухволновой диодный лазер MeDioStarEffect 810 нм
и 940 нм. http: // www.lasersmedica.ru/laser-mediostar-effect.
Доступ свободный. Дата обращения 06 мая 2013 г.
4. Егоров Е. А., Нестеров А. П., Новодережкин В. В. и др. Лечение
глаукомы лазером на парах меди. Эл. ресурс: http: // www.
yachroma.com/ophthal2.htm. (Доступ — свободный. Дата об-
ращения 23 апреля 2013 г.)

5. Желтов Г. И. Биофизика деструктивного действия надпо-
рогового лазерного излучения на ткани глазного дна // II
Всероссийский семинар — «МАКУЛА 2006»: Материалы
научно-практ. конф. —Ростов‑на-Дону, 2006. — С. 71–85.
6. Желтов Г. И., Подольцев А. С., Кирковский А. И. и др. Примене-
ние смеси I и II гармоник неодимового лазера для лечебной
фотокоагуляции тканей глазного дна // Известия РАН, cерия
физическая. — 1995. — № 6. — С. 90–94.
7. Неворотин А. И. и соавт. Суррогат живой ткани для испыта-
ния хирургических лазеров // Бюллетень эксперименталь-
ной биологии и медицины. — 1996. — Т. 122, № 11. —
С. 597–600.
8. Патент РФ № 127624. Офтальмологический лазерный ком-
плекс / Астахов Ю. С., Астахов С. Ю., Акопов Е. Л. и др. Заявл.
25.08.2011 г. Опубл.10.05.2013 г.
9. Патент РФ № 2200524. Способ лечения васкуляризованных
шварт и новообразований сосудов стекловидного тела /
Егоров Е. А. Новодержкин В. В., Касимов. Э. М. и др. Заявл.
22.03.2002 г. Опубл. 20.03.2003 г.
10. Патент РФ № 2203007. Способ лечения неоваскулярной
глаукомы / Егоров Е. А., Кац Д. В., Касимов Э. М. и др. Заявл.
22.03.2002 г. Опубл. 27.04.2003 г.
11. Патент РФ № 2201187. Способ лечения новообразований
сосудов сетчатки / Егоров Е. А., Касимов Э. М., Егоров А. Е.
и др. Заявл. 22.03.2002 г. Опубл. 27.03.2003 г.
12. Патент РФ № 2221526. Способ лечения внутриглазных ме-
ланом / Шишкин М. М., Бойко Э. В., Даниличев В. Ф. Заявл.
14.01.2002 г. Опубл. 20.01.2004 г.
13. Luttrull&Dorin. Subthreshold Diode Micropulse Laser Photocoagulation
(SDM) as Invisible Retinal Phototherapy for Diabetic
Macular Edema: A Review // Curr. Diabetes Rev. — 2012. —
Vol. 8 (4). — P. 274–284.
14. ZheltovG. I., BeloconM. V., Ivanishko Y. A. et al. Opthalmocoagulation
by Mixing of Two Spectral Laser Lines // Celland Biotissue
Optics, Application in Laser Diagnostics and Therapy. Proceedings
of SPIE. — 1993. — Vol. 2100. — P. 276–280.