Диссертация (1097617), страница 32

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 32)

6.20), проходящим через сетку с шагом a1 = 0,75 мм.Рис. 6.20. Схема эксперимента. 1 - поверхность выделенного глаза, 2 - эрбиевый волоконныйлазер с длиной волны λ = 1,56 мкм, 3 - уплощающее стекло, через которое проводилосьоблучение, 4 - диодный лазер с длиной волны 0,78 мкм, 5 - цифровая видео-камера SONY,6 - экран на выходе оптической системы.Изображение отраженной сетки регистрировалось цифровой видео-камерой SONY(№5, Рис. 6.20) с разрешением 720х576 на выходе оптической системы (№6, Рис. 6.20), что179позволило исследовать динамику деформации поверхности роговицы. Изменение шагаотраженной сетки, фиксируемое с помощью калибровочной линейки, позволило методамигеометрической оптики определить изменение радиуса роговицы.В результате проведенных экспериментов было получено, что при плотностимощности 6,8±0,2 Вт/см2 изменение радиуса кривизны роговицы составило 0,55 ± 0,12 мм, вто время, как изначальный радиус кривизны роговицы выделенных глаз находился впеределах от 7 до 8 мм.

Это соответствовало изменению рефракции глаза ∆K вкератометрических диоптриях (K=337,5/RC, где радиус роговицы RC измеряют вмиллиметрах) ∆K = - 2,71 ± 0,55 мм-1.Полученные результаты и их сопоставление с полученными ранееэкспериментальными данными [Большунов и др., 2002; Sobol et al., 2013], позволили сделатьвывод, что контроль давления уменьшает величину изменения рефракции, получаемую вэкспериментах in vitro, приближая результат к реальным значениям, которые могут бытьполучены в эксперименте in vivo.Результат лазерной коррекции формы роговицы зависит от геометрии приложениялазерного излучения.

Несимметричное поточечное воздействие приводит к несимметричнойформе роговицы при ее изначальной симметрии (Рис. 6.21), что может вызвать астигматизм,но если изначально астигматизм существовал, этот подход может быть использован длялечения астигматизма.Симметричное нанесениеНесимметричное нанесениеРис. 6.21. Влияние геометрии нанесения лазерных пятен.Топограммы роговицы глаза кролика после лазерного воздействия [Большунов и др., 2002].1806.2.2. Изменение рефракции глаза при воздействии на роговицу неабляционноголазерного излучения с кольцеобразным распределением интенсивностиНачиная с 2010 года, для данного метода коррекции рефракции мы сталииспользовать источник лазерного излучения с кольцевым распределением интенсивности(«кольцевой источник») (Рис. 6.22) с длиной волны λ = 1,56 мкм [Баум и др., 2010b].

Егоприменение обеспечивало осевую симметрию воздействия и исключало возникновениеастигматизма, что было затруднительно при последовательном облучении отдельнымилазерными пятнами. На Рис. 6.22 последовательно представлена процедура облучения«кольцевым источником»: перед облучением на глаз накладывалась линза, придающаяжелаемую форму (Рис. 6.22-а), затем происходило облучение кольцевым источником,имеющим на конце насадку, придерживающую линзу (Рис. 6.22-б). На Рис.

6.22-впредставлена практическая реализация облучения склеры энуклеированного глазаминисвиньи Светлогорской популяции (селекция Научного центра биомедицинскихтехнологий РАМН).Рис. 6.22. Облучение кольцевым источником лазерного излучения: перед облучением на глазнакладывается линза (а), придающая желаемую форму, затем происходит облучениекольцевым источником, имеющим на конце насадку, придерживающую линзу (б) ипрактическая реализация облучения склеры энуклеированного глаза мини-свиньи (в).При кольцеобразном распределении интенсивности лазерного излучения (Рис. 6.23)температура поверхности роговицы имеет также кольцеобразное распределение, иобуславливает возникновение в роговице осесимметричных напряжений, что приводит косесимметричным деформациям. Исследование распределения интенсивности в разныемоменты времени от начала подачи лазерного излучения в плоскости, перпендикулярной оси181распространения излучения, показало высокую стабильность источника излучения впроцессе лазерного воздействия.Рис.

6.23. Кольцеобразное распределение лазерного излучения в плоскости роговицы и егостабильность во времени.Измерение температуры проводилось с помощью тепловизора Testo-875 через 4секунды после начала облучения в импульсно-периодическом режиме: длительностьимпульса 500 мс частота 1,2 Гц, мощность излучения 2,2 Вт, расстояние от излучающейголовки лазера до роговицы 8,4 мм.

Тепловизионное изображение в плоскости расположенияпередней поверхности роговицы и температурная гистограмма вдоль линии, проходящейчерез центр роговицы в момент наибольшего нагрева, представлены на Рис. 6.24 и Рис. 6.25.Рис. 6.24. Тепловизионное изображение в плоскости расположенияпередней поверхности роговицы.182Рис. 6.25. Температурная гистограмма вдоль линии, проходящей через центр роговицы.Провал в центральной части гистограммы приводит к более сильному нагревуроговицы на ее периферии и слабее затрагивает центральную зону.

Исследование динамикиперераспределения температурного поля за счет теплопроводности, приводящей к нагреву вцентральной точке уже после окончания облучения, показало, что достигаемый максимум вцентре после отключения нагрева не превышает температуры на периферии в моментокончания нагрева (Рис.

6.26).Рис. 6.26. Температурное распределение (экспериментальные данные) вдоль линии,проходящей через центр роговицы в момент достижения максимума (на 5-ой секунде) вцентральной точке за счет теплопроводности после отключения лазерного нагрева.183Проведенное исследование изменений структуры роговицы глаза под действиемнепрерывного лазерного излучения с гауссовским распределением излучения и длинойволны 1,56 мкм, in vivo на 4-х глазах 4-х кроликов мощностью — 5 Вт, при времениоблучения 5 с, площади облучения — 10 мм показало отсутствие каких-либо патологическихизменений в структуре переднего и заднего эпителия роговицы, что является важнойособенностью предложенного метода [Баум и др., 2009b].Решение проблемы предсказуемости изменения рефракции глаза может быть найденос помощью теоретической модели происходящих при облучении процессов. Нижепредставлены два теоретических результата, которые позволяют предсказывать последствиялазерного воздействия и выбирать необходимые параметры облучения.6.2.3.

Теоретическая модель изменения рефракции глаза при неабляционномлазерном воздействии на длине волны 1.56 мкмТеоретическая модель изменения рефракции глаза при неабляционном лазерномвоздействии на склеруТеоретическая модель изменения рефракции глаза при неабляционном лазерномвоздействии на склеру, приближенно описывает растяжение роговицы вследствие изменениясуммарного объема ткани склеры при ее локальной коагуляции [Sobol et al., 2006]. В основеданной модели лежит предположение о сохранении внутреннего объема глаза и о том, чтоденатурация коллагена в ткани склеры сопровождается усадкой в среднем на 50% [Chen etal., 1998].С одной стороны, величину объема коагуляции склеры можно найти какпроизведение количества облученных зон, площади каждой зоны облучения и глубиныпрогретого слоя склеры, зависящей от коэффициента температуропроводности и времениоблучения.

С другой стороны, объем коагуляции склеры может быть выражен черезвнутренний радиус склеры, ее толщину и радиусы основания шарового сегмента роговицыдо и после облучения (Рис. 6.27).Зависимости рефракции в диоптриях и радиуса роговицы от проекции ∆r наплоскость, перпендикулярную оси сферической схемы глаза (Рис. 6.27), проходящей черезцентр роговицы находятся численно из уравнения:3n 22  (Rs1 + hs )2πR a ⋅ Topt = π − Rs21  Rs21 − r12 − Rs21 − (r1 + ∆r ) 23 Rs1(6.17)184где величина объема коагуляции склеры выражается сначала через количествообластей облучения n , радиус облученной зоны R и глубину проникновения излучения,зависящую от коэффициента температуропроводности a склеры и времени облучения Topt , азатем через внутренний радиус склеры Rs1 , ее толщину hs и расстояния r1 и (r1 + ∆r ) ,являющиеся радиусами основания шарового сегмента роговицы до и после облучения [Бауми др., 2009b].абРис.

6.27. Схема изменения радиуса роговицы после лазерной усадки склеры в зависимостиот проекции ∆r на плоскость, перпендикулярную оси сферической схемы глаза собозначениями, используемыми в теоретической модели [Sobol et al., 2006]. Схема наложенана схему человеческого глаза, начальный радиус роговицы составляет в среднем 7 мм,радиус склеры 12 мм [Шмидт и др., 2005].В частности, из данной модели при облучении склеры в 32 точках получаем значениеизменения рефракции глаза на 2,5 диоптрии.Следующим усложнением модели может быть учет сохранения внутриглазногодавления.

В этом случае удобно воспользоваться теорией упругих оболочек [Новожилов идр., 1991].Тогда можно записать до облучения:185RS′ 1 = RS′ 10 +Pint raocular ( RS′ 10 )2 (1 − σ ),2 EhS′(6.18)а после облучения:RS1 = RS 10 +( Pint raocular + ∆P)( RS 10 )2 (1 − σ ),2 EhS(6.19)здесь RS′ 1 , RS′ 10 , RS1 и RS10 - внутренние радиусы роговицы до и после облучения, Е модуль упругости, а σ - коэффициент Пуассона.Тогда уравнение изменения внутриглазного давления принимает вид:∆p =2 222 EhS πR 3  1 − r1 − 1 − (r1 + ∆r )  + 1 πR r 2 − (r + ∆r )2S1S1 114πRS41 (1 − σ )  3RS21RS21  3[](6.20)Таким образом, можно по желаемому радиусу после операции, оценить давления,которые возникнут сразу после лазерного облучения. Это позволяет оптимизироватьпроцедуру лазерного воздействия и выбирать безопасный режим облучения.Предложенная теоретическая модель позволяет в первом приближении получитьзависимость изменения рефракции глаза в диоптриях от параметров лазерного облучения иможет быть использована при выборе параметров лазерного воздействия для достиженияжелаемого результата.Теоретическая модель релаксации напряжения в роговицеМеханизм релаксации напряжения в роговице основан на том, что при лазерномвоздействии на склеру, в зоне денатурации склеры сохраняются локальные областиинтактных коллагеновых волокон, которые сдвигаются при стягивании облученной зоны к еецентру и, вызывают механическое воздействие на роговицу, приводящее к ее натяжению,уплощению и являются причиной изменения рефракции, что было показано методамиполяризационно-чувствительной оптической когерентной томографии [Sobol et al., 2006].Одновременно с этим процессом, неинвазивное лазерное воздействие на самуроговицу приводит к нагреву, вызывающему неоднородное расширение, что приводит квозникновению дополнительных напряжений, и, при достижении определеннойтемпературы, к пластической деформации и, в результате, к релаксации напряжений, иостаточной деформации роговицы.186В этом случае при остывании возникают остаточные напряжения, обусловленныевзаимодействием области, в которой произошла релаксация напряжений, с окружающейтканью, не подвергнувшейся достаточному для релаксации температурному воздействию.Возникающая при этом необратимая, остаточная деформация среды и является основойизменения формы роговицы.Роговица является средой, для которой характерно вязко-упругое поведение,выражающееся в том, что ее деформация зависит от времени.

Характеристики

Список файлов диссертации