Лазер, который режет внутри роговицы: процедура ReLEX на физическом уровне
Кадр из телеметрии ReLEx — внутри глаза за примерно 4 миллиона лазерных импульсов вырезана линза-лентикула, она удаляется через 2,5-миллиметровый разрез у края, касающийся поверхности. Сегодня поговорим о лазере, который это делает.
Идея — взять и вырезать в прозрачной роговице глаза линзу — не нова. Сначала это делалось вручную, скальпелем прямо по поверхности (сложно и очень грубо, с морем побочных эффектов). Первый лазер использовали в 1979 году, тогда это был импульсный инфракрасный излучатель с эффективной длиной импульса в 4 наносекунды.
Главный эффект, которого сегодня после всех эволюций технологии можно достичь лазером, — это то, что его конус можно сфокусировать в достаточно малой зоне на расстоянии от линзы. Если эта зона фокусировки окажется внутри роговицы глаза (пускай и прозрачной), то произойдёт фактически микровзрыв, образующиеся пузыри плазмы создадут разрыв в ткани.
Шаг 1: создание пузырька плазмы, фактически — микровзрыв. Шаг 2: расширение ударной и тепловой волны. Шаг 3: кавитационный пузырь (расширение плазмы). Шаг 4: формирование параллельного среза за счёт нескольких рядом расположенных точек фокусировки лазера
Сегодня один «микровзрыв» длится не 4 наносекунды, а в 10.000 раз быстрее.
Длительность «микровзрыва» зависит от рабочей частоты фемтолазера (он потому и называется «фемто-», поскольку импульсы фемтосекундные). Сама поверхность роговицы остаётся целой: разрезы идут прямо в толщине прозрачного слоя.
Как выглядит классическая процедура коррекции (например, LASIK)
В 1980-х годах появилась светлая мысль не только использовать возможности самого лазера, но и прикрутить к нему каретку от станка с ЧПУ, чтобы обеспечить автоматическое управление. В 2001 году первый фемтолазер под ЧПУ был апробирован для точных медицинских вмешательств, подходящих для работы по глазам человека (до этого он имел иные медицинские применения, а затем испытывался в неизменном виде примерно 6 лет на кроликах и свиньях — это нормальная процедура).
Первый тип процедуры — это широченный разрез фемтолазером по окружности роговицы, чтобы получилась своего рода «крышка» (лоскут). Затем коррекция делается, фактически, выпариванием ткани эксмиерным лазером. Это то, что было передовым краем медицины примерно 5 лет назад. Очевидные достоинства лазерной коррекции зрения вы знаете, и, если ещё не делали его из-за опасений побочных эффектов, поздравляю, вы были правы и дождались.
Главная проблема метода, упрощая, — плохое заживление.
Первая сложность в том, что роговица держится на одном тонком лоскуте у края — «петле крышки». Учитывая особенности регенерации тканей роговицы, она никогда не «прирастёт» обратно (это означало бы закрытие глаза соединительной тканью, то есть перекрытие зрительного канала, организм так не делает). Проблема в том, что травма глаза вызывает отход этого слоя, и часто — с крайне неприятными последствиями. В своей практике я сталкивалась как со вполне понятными причинами, вроде сложного удара в ДТП, попадания спортивными снарядами в голову, ударов в драке, так и с куда более прозаичными, но невероятно ухудшающими качество жизни пациента. Например, около пяти раз встречался случай у молодых матерей: «ребёнок сидел на коленях, играл, случайно пальцем задел глаз». Повторная операция по восстановлению этой «крышки» возможна при быстром обращении, но крайне сложна, дорога и, если не попасть к специалисту-хирургу по операциям на роговице, случай может привести к значительному ухудшению зрения.
Вторая особенность — нарушение иннервации глаза за счёт достаточно сильного воздействия лазера (требуются широкие глубокие разрезы). Опять же, существенно упрощая, верхний слой роговицы глаза успешно регенерирует, и если мы не передаём на него слишком много тепла, то с ним можно делать многое. Однако нас волнует следующий слой — боуменова мембрана, лежащая чуть глубже. Она не регенерирует ни при каких обстоятельствах, и любое повреждение боуменовой мембраны можно считать необратимым. В случае процедуры с формированием флэпа («крышки»), например, относительно современного LASIK, выполняется широкий и глубокий разрез, задевающий этот слой, и передающий в него довольно много тепла. Вот схематическое сравнение методов:
Рисунок 1 — обычное расположение нервов, 2 — после процедуры LASIK или FLEX (где требуется вырез флэпа), 3 — после процедуры ReLEx SMILE, пунктиром показаны границы лентикулы, сплошной линией — разрез, через который она вынимается из глаза
То есть при любой лазерной коррекции часть нервов всё равно пострадает и будет отсечена, и боуменова мембрана в любом случае будет травмирована. Вопрос в том, насколько это будет серьёзно. Разница принципиальная — 340 градусов дуги реза или всего около 10 градусов дуги для удаления лентикулы. Напоминаю, нас здесь волнует не только сам физический разрез, но и довольно серьёзный нагрев тканей глаза в непосредственной близости от луча лазера, испаряющего ткань роговицы. В теории можно было бы снизить нагрев за счёт разделения процедуры на десять-двадцать частей, но это, увы, пока невозможно, не получится удерживать глаз неподвижно на системе пневмозахвата столько времени. Но об этой системе и её работе — в следующем посте.
Как работает ReLEx SMILE
Вот метод SMILE (Small Incision Lenticule Extraction) с одним разрезом от поверхности (также есть версия с двумя, но о разнице чуть позже). Пока — рендеры.
Внутри роговицы делается первый разрез, формирующий нижнюю границу линзы:
Второй разрез чуть выше для образования верхней границы линзы:
Вот так это выглядит (принципиальная схема, она не передаёт масштаб):
Вот сама лентикула схематически:
Форма лентикулы для операции у пациента с близорукостью (-5 диоптрий) в реальных пропорциях. Диаметр — 6 микрометров, толщина у края — 15 микрометров, край режется под прямым углом.
Затем лентикула отделяется тупым шпателем и вынимается из глаза хирургом, проводящим операцию (это делается пинцетом). Вот, собственно, разница между рендером и реальной операцией:
Как работает такой лазер?
Для того чтобы вырезать линзу на поверхности глаза, нужно примерно около миллиона микроразрывов, то есть около миллиона точек фокусировки, в которых создаются пузырьки плазмы.
Для ровного разреза нужно от 10 тысяч до 100 тысяч точек фокусировки на квадратный миллиметр. Для того чтобы вырезать изнутри роговицы «линзу» диаметром 7 миллиметров (самый частый случай), нужно около 4,3 миллионов лазерных импульсов. Первичный эффект — создание плазменного «шарика», вторичный — расширение плазмы и относительно безопасное разделение тканей без существенных повреждений. И это при условии, что они попадают в цель, кстати, что вовсе не факт из-за изменчивых свойств среды между линзой и точкой фокусировки, плавающих по глазу сгустков жира и других интересных вещей.
Почему нужен фемтолазер? Потому что чем меньше импульс, тем меньше в итоге получается пузырь плазмы, и тем меньше будет толщина реза. Но что ещё в разы важнее, тем меньше тепловой энергии достаётся глазу. Тут нужно отметить, что от этого увеличивается риск различных травм, вызываемых тепловым воздействием. Чаще всего это означает проблемы с иннервацией, в простонародье — «сухой глаз». Реже — болезненное изменение формы роговицы, которое никак не убрать (кератотонус).
В 2008 году был выполнен расчёт оптимального воздействия — это частота от 500 КГц при минимальной энергии на отдельный импульс.
На сегодня это всё.
Иллюстрации из L. Mastropasqua and M. Nubile, Small Incision Lenticule Extraction (SMILE).
Если интересно, мы сейчас работаем вместе с автором технологии, профессором, доктором мед. н. Вальтером Секундо, который имеет самый продолжительный опыт на планете по работе с фемтолазерами для коррекции зрения. Именно он разработал методику операции и многие инструменты для неё. Вам может быть интересно:
- Как устроена система удержания глаза во время операции и как создаётся расчёт формы линзы-лентикулы, почему получается точно и что зависит от вас, а что — от ЧПУ и навыков хирурга. Ну и почему по факту рез делается ещё тогда, когда пациент думает, что идёт подготовка.
- Как именно достаётся лентикула: как ведут себя ткани на границе разрезов, почему нужно разделять их механически шпателем, как устроен такой шпатель и как выполняется промывание глаза после операции.
- Какие именно бывают виды операций по коррекции зрения и какие особенности, показания, плюсы и минусы у каждой.
- Подборка многолетних клинических исследований: от того, насколько повышается глазное давление при воздействии лазером, до того, что опаснее — незаживающий флэп или 20 лет ношения контактных линз. С комментариями и пояснениями на человеческом языке.
- Ну и на сладкое, мы сейчас пробуем согласовать с немецкой клиникой SMILEEYES публикацию для обучающих целей полной телеметрии с операции на человеке. Это выглядит реально страшно и может отпугнуть практически любую чувствительную натуру, поверьте, но это крайне интересно.
Часто писать не выйдет, отвечать на всё урывками тоже не получится, поэтому выбирайте, о чём будет следующий пост.
