Диссертация (1097617), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Так как воздействиепроизводится лазерным пятном с распределением интенсивности, описываемом Гауссовскойфункцией, то и температура нагрева этого пятна будет подчинена тому же закону и будетспадать к краю пятна. Таким образом, облучаемые области подвергаются различномувоздействию в зависимости от удаления от центра пятна лазерного излучения и придостижении температуры, при которой происходит релаксация напряжений, в центральнойобласти пятна облучения будет область термопластичных напряжений.Рассматривалась двумерная задача, имеющая аналитическое решение дляраспределения термонапряжений (Глава 3). Температурная функция задавалась в виде,соответствующем экспериментальным данным (Рис.
6.25) для кольцевого источника. Приоблучении оптоволокном температурная функция задавалась в виде Гауссовской функции сэффективным радиусом 1,5 мм, описывающим спадание температуры максимума в е раз наэтом расстоянии.Решение дифференциальных уравнений равновесия в цилиндрической системекоординат позволило записать аналитические выражения для радиальной ( σ r ) и угловой( σ θ ) компонент напряжения через коэффициент теплового расширения и модуль упругости.Область пластических деформаций в твердых телах определяется критерием Мизеса:σ θ − σ r = σ s , где σ s является напряжением, соответствующим пределу текучести. В работе[Sobol et al., 2007] показано, что критерий Мизеса описывает начало процесса пластическойдеформации в хрящевой ткани.Расчеты температурного поля и соответствующих термических напряжений дляроговицы глаза и их связь с критерием Мизеса для распределения интенсивности лазерногоисточника в виде кольца (при подъеме температуры на 12÷15° C на периферии роговицы)позволили получить связь между разницей угловой и радиальной компонент тензоратермонапряжений и пределом текучести, что дает разумную оценку величины пределатекучести 5÷6,5 МПа.
При этом в силу кратковременности лазерного воздействия роговица187сохраняла прозрачность, денатурации тканей переднего и заднего отделов глаза непроисходило [Sobol et al., 2006].Для кольцеобразного источника абсолютная величина разницы угловой и радиальнойкомпонент тензора термонапряжений, соответствующего экспериментально измеренномупрофилю температуры в момент достижения ее временного максимума, представлена нарисунке 6.28.Рис.6.28. Разность угловой и радиальной компонент тензора термонапряжений взависимости от расстояния от оси симметрии глаза, совпадающей с осью кольцеобразногоисточника излучения.Таким образом, показано, что, так как нагрев роговицы происходит на периферии и незатрагивает центральную зону, разница угловой и радиальной составляющихтермонапряжения внутри кольца оказывается на порядок меньше чем снаружи, чтообеспечивает безопасность лазерной процедуры, не затрагивающей центральную зонуроговицы.6.2.4.
Структурные изменения в роговице под действием неабляционноголазерного излученияАтомно-силовая микроскопияСтруктурные исследования с помощью атомно-силовой микроскопии для интактнойроговицы (Рис. 6.29) и роговицы облученной кольцом в месте падения максимальнойинтенсивности (Рис. 6.30), в том числе исследование пористой структуры, представленное наРис. 6.31 и Рис. 6.32 показали, что лазерно-индуцированная релаксация напряжений,приводящая к управляемому изменению формы роговицы не вызывает каких-либо заметныхизменений ее структуры.188Эти результаты подтверждают неразрушающий характер нового метода и определяютего безопасность.Рис. 6.29. Атомно-силовая микроскопия интактной роговицы,на глубине 100 мкм под эпителием.Рис.6.
30. Атомно-силовая микроскопия роговицы, облученной кольцом в месте падениямаксимальной интенсивности, на глубине 100 мкм под эпителием.189Рис. 6.31. Атомно-силовая микроскопия интактной роговицы, на глубине 100 мкм подэпителием: пористая структура в центре АСМ картины (Рис. 6.29) для поля 200 на 200 nm.Рис. 6.32. Атомно-силовая микроскопия роговицы, облученной кольцом в месте падениямаксимальной интенсивности, на глубине 100 мкм под эпителием: пористая структура вцентре АСМ картины (Рис. 6.30) для поля 200 на 200 nm.Близкая технология лечения пресбиопии с помощью неразрушающего воздействиятулиевого лазера на длине волны 1.93 мкм была испытана на 200 пациентах и показаластабильность результата в течение полутора лет [Yuzhakov et al., 2013].
При этомвоздействие осуществлялось на приповерхностный (толщиной около 100 мкм) слойроговицы с помощью специальной оптической насадки, позволяющей одновременнооблучать 8 пятен диаметром 0,5 мм. Оптимизация параметров лазерного воздействия (в томчисле длины волны излучения) и долговременность полученного эффекта являетсяпредметом дальнейших исследований. Для обеспечения эффективности и безопасностилазерных процедур необходима разработка методов мониторинга и контроля процессовлазерного воздействия.Гистологическое исследованиеГистологическое исследование роговицы интактной и после облучения в«оптимальном» режиме с помощью оптоволоконной системы (Рис.
6.33, 6.34). Световаямикроскопия окрашенных препаратов не позволила выявить каких-либо патологическихструктурных изменений.190Рис. 6.33. Роговица интактная, парафиновые срезы. Окраска гематоксилин-эозином.Рис. 6.34. Роговица после облучения в «оптимальном» режиме, парафиновые срезы. Окраскагематоксилин-эозином.1916.2.5. Оптические методы регистрации структурных изменений в роговице глаза прилазерном воздействии - основа создания контрольных систем с обратной связьюДинамика пропускания ИК и видимого излучения в процессе лазерного облученияДля проведения экспериментов по динамике рассеяния и пропускания излучениябыла использована оптоволоконная система (Глава 1), позволяющая облучать образецодновременно двумя длинами волн 1,56 и 0,53 мкм.
Накрытый жесткой контактной линзойзаданной кривизны (Рис. 6.35 №1) образец роговицы (Рис. 6.35 №2) устанавливался наспециальную резиновую подставку (Рис. 6.35 №3) с радиусом кривизны, приблизительносовпадающим с радиусом кривизны роговицы.
Облучение производилось лазером черезустройство с кольцевым профилем интенсивности (Рис. 6.35 №4). В резиновой подставкебыло сделано отверстие для ввода оптического волокна (Рис. 6.36 №5) с противоположнойизлучению стороны, которое использовалось в качестве приемника сигнала, и получало ипередавало прошедший сигнал в видимом или ИК диапазонах к оптическомумногоканальному анализатору.Рис.
6.35. Фотография взаимного расположения линзы, роговицы и подставки для нее приоблучении кольцевым источником: 1 - линза, 2 - роговица минисвиньи, 3 - подставка дляроговицы (волокно проходит внутри подставки).192Рис. 6.36. Схема взаимного расположения линзы, роговицы и подставки для нее приоблучении кольцевым источником: 1 - линза, 2 - роговица минисвиньи, 3 - подставка дляроговицы, 4 - излучающая головка кольцевого источника лазерного излучения, 5 схематическое изображение положения принимающего волокна (волокно проходит внутриподставки и контактирует с внутренней поверхностью роговицы).В процессе облучения кольцевой источник с помощью цилиндрической насадкификсировался на заданной высоте от облучаемого образца.
Торец насадки имел выемку длязакрепления линзы и производил небольшое надавливание на периферию контактной линзыдля фиксации новой формы поверхности роговицы, прилегающей к внутренней поверхностилинзы. Подобное надавливание и фиксация немного перераспределяло жидкость внутриэпителия роговицы и в ее верхних слоях и, тем самым, влияло на ее оптические свойства ипоглощение. Облучения кольцевым источником производилось сверху, вдоль оси симметриироговицы, проходящей через ее центральную точку.Под действием лазерного излучения в ткани роговицы происходила релаксациянапряжений, благодаря которой роговица изменяла свою форму на близкую к той, котораяфиксировалась посредством наложения жесткой контактной линзы. Полного соответствия недостигалось из-за того, что релаксация напряжений при такой геометрии облучения,достигалась не во всем объеме роговицы.Эксперименты проводились in vitro на глазах мини-свиней Светлогорской породы.
Вэкспериментах использовалась целая роговица, с полностью сохраненной лимбальной193областью (роговица вырезалась с «захватом» 2-3 мм склеры). Непосредственно передэкспериментом образцы находились в физиологическом растворе во избежании подсыхания.Облучение производилось двумя длинами волн: 1,56 и 0,53 мкм. Излучение лазераподавалось через кольцевой источник. Регистрация сигналов (инфракрасного прошедшего ивидимого прошедшего) происходила в оптическом многоканальном анализаторе, сигналдоставлялся через оптическое волокно диаметром 600 мкм.При облучении роговицы наблюдались два вида изменений: как видимые глазомизменения (помутнение роговицы), так и изменения, которые регистрировались только навременных зависимостях интенсивности прошедшего ИК или видимого излучения.
Дляисследования их динамики исследовался следующий режим: длительность импульса 500 мсчастота 1,2 Гц, мощность излучения 2,2 Вт, расстояние от излучающей головки лазера дороговицы 8,4 мм. Временные зависимости интенсивностей прошедшего ИК-излучения (Рис.6.37) и излучения в видимом диапазоне (Рис. 6.38), измеренные с помощью установкипоказали наличие экстремумов, которые являются индикаторами структурных изменений вроговице при лазерном нагреве.Рис. 6.37. Зависимость интенсивности прошедшего ИК-излучения от времени облучения.Рис. 6.38. Зависимость интенсивности прошедшего видимого излученияот времени облучения.194Сразу после начала нагрева наблюдается характерный рост интенсивностипрошедшего ИК излучения, соответствующий увеличению прозрачности из-заперераспределения жидкости в роговице благодаря механическому давлению на роговицулинзой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
