Онлайн доклады

Онлайн доклады

Пироговский офтальмологический форум

Пироговский офтальмологический форум

Актуальные вопросы офтальмологии

Вебинар

Актуальные вопросы офтальмологии

Всероссийский консилиум. Периоперационное ведение пациентов с глаукомой

Сателлитный симпозиум

Всероссийский консилиум. Периоперационное ведение пациентов с глаукомой

Офтальмология и геронтология: избранные вопросы инновационного решения проблем

Научно - практический образовательный форум

Офтальмология и геронтология: избранные вопросы инновационного решения проблем

Трансплантация роговично-протезного комплекса у пациента с васкуляризированным бельмом роговицы

Трансплантация роговично-протезного комплекса у пациента с васкуляризированным бельмом роговицы

Сателлитные симпозиумы в рамках 21-го Всероссийского научно-практического конгресса Современные технологии катарактальной, рефракционной и роговичной хирургии

Сателлитные симпозиумы в рамках 21-го Всероссийского научно-практического конгресса Современные технологии катарактальной, рефракционной и роговичной хирургии

Сателлитные симпозиумы в рамках РООФ-2021

Сателлитные симпозиумы в рамках РООФ-2021

Сателлитный симпозиум компании «Senju» в рамках II Всероссийского научно-образовательного конгресса для пациентов

Сателлитный симпозиум компании «Senju» в рамках II Всероссийского научно-образовательного конгресса для пациентов

Актуальные вопросы офтальмологии

Сателлитный симпозиум

Актуальные вопросы офтальмологии

Сателлитные симпозиумы в рамках 18 Всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии лечения витреоретинальной патологии»

Сателлитные симпозиумы в рамках 18 Всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии лечения витреоретинальной патологии»

Вебинары компании  «Акрихин»

Вебинары компании «Акрихин»

Восток – Запад 2021 Международная онлайн конференция

Конференция

Восток – Запад 2021 Международная онлайн конференция

Белые ночи - 2021 Сателлитные симпозиумы в рамках XXVII Международного офтальмологического конгресса

Сателлитные симпозиумы

Белые ночи - 2021 Сателлитные симпозиумы в рамках XXVII Международного офтальмологического конгресса

Грибковые поражения глаз Всероссийская научно-практическая  конференция

Конференция

Грибковые поражения глаз Всероссийская научно-практическая конференция

Sochi Cornea 2021 Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием

Конференция

Sochi Cornea 2021 Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием

Пироговская офтальмологическая академия

Конференция

Пироговская офтальмологическая академия

Актуальные вопросы офтальмологии. Круглый стол компании «Бауш Хелс»

Актуальные вопросы офтальмологии. Круглый стол компании «Бауш Хелс»

Лечение глаукомы: инновационный вектор. II Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием

Конференция

Лечение глаукомы: инновационный вектор. II Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием

Роговица V Новые достижения и перспективы

Конференция

Роговица V Новые достижения и перспективы

Научно-образовательные вебинары

Научно-образовательные вебинары

Сателлитные симпозиумы в рамках РООФ-2020

Сателлитные симпозиумы в рамках РООФ-2020

Расширенное заседание Экспертного Совета по проблемам глаукомы и группы «Научный авангард»

Конгресс

Расширенное заседание Экспертного Совета по проблемам глаукомы и группы «Научный авангард»

Сателлитные симпозиумы в рамках XII Съезда Общества офтальмологов России

Сателлитные симпозиумы в рамках XII Съезда Общества офтальмологов России

Современные технологии лечения заболеваний глаз. Научно-практическая конференция

Конференция

Современные технологии лечения заболеваний глаз. Научно-практическая конференция

Пироговский офтальмологический форум

Конференция

Пироговский офтальмологический форум

Новые технологии в офтальмологии. Посвящена 100-летию образования Татарской АССР

Конференция

Новые технологии в офтальмологии. Посвящена 100-летию образования Татарской АССР

Инновационные технологии диагностики и хирургического лечения патологии заднего отдела глазного яблока и зрительного нерва Межрегиональная научно-практическая конференция

Конференция

Инновационные технологии диагностики и хирургического лечения патологии заднего отдела глазного яблока и зрительного нерва Межрегиональная научно-практическая конференция

Особенности нарушения рефракции в детском возрасте Межрегиональная научно-практическая конференция

Конференция

Особенности нарушения рефракции в детском возрасте Межрегиональная научно-практическая конференция

Инновационные технологии диагностики, терапии и хирургии патологии переднего отдела глазного яблока, глаукомы и придаточного аппарата органа зрения Межрегиональная научно-практическая конференция

Конференция

Инновационные технологии диагностики, терапии и хирургии патологии переднего отдела глазного яблока, глаукомы и придаточного аппарата органа зрения Межрегиональная научно-практическая конференция

Онлайн доклады

Онлайн доклады

Пироговский офтальмологический форум

Пироговский офтальмологический форум

Актуальные вопросы офтальмологии

Вебинар

Актуальные вопросы офтальмологии

Всероссийский консилиум. Периоперационное ведение пациентов с глаукомой

Сателлитный симпозиум

Всероссийский консилиум. Периоперационное ведение пациентов с глаукомой

Офтальмология и геронтология: избранные вопросы инновационного решения проблем

Научно - практический образовательный форум

Офтальмология и геронтология: избранные вопросы инновационного решения проблем

Трансплантация роговично-протезного комплекса у пациента с васкуляризированным бельмом роговицы

Трансплантация роговично-протезного комплекса у пациента с васкуляризированным бельмом роговицы

Сателлитные симпозиумы в рамках 21-го Всероссийского научно-практического конгресса Современные технологии катарактальной, рефракционной и роговичной хирургии

Сателлитные симпозиумы в рамках 21-го Всероссийского научно-практического конгресса Современные технологии катарактальной, рефракционной и роговичной хирургии

Сателлитные симпозиумы в рамках РООФ-2021

Сателлитные симпозиумы в рамках РООФ-2021

Сателлитный симпозиум компании «Senju» в рамках II Всероссийского научно-образовательного конгресса для пациентов

Сателлитный симпозиум компании «Senju» в рамках II Всероссийского научно-образовательного конгресса для пациентов

Актуальные вопросы офтальмологии

Сателлитный симпозиум

Актуальные вопросы офтальмологии

Сателлитные симпозиумы в рамках 18 Всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии лечения витреоретинальной патологии»

Сателлитные симпозиумы в рамках 18 Всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии лечения витреоретинальной патологии»

Вебинары компании  «Акрихин»

Вебинары компании «Акрихин»

Восток – Запад 2021 Международная онлайн конференция

Конференция

Восток – Запад 2021 Международная онлайн конференция

Белые ночи - 2021 Сателлитные симпозиумы в рамках XXVII Международного офтальмологического конгресса

Сателлитные симпозиумы

Белые ночи - 2021 Сателлитные симпозиумы в рамках XXVII Международного офтальмологического конгресса

Все видео...

10.3. Оптимизация режимов СМЛВ на лазерной установке «IRIDEX IQ 577» для избирательного воздействия на РПЭ на основе математического моделирования


    Для обеспечения селективного нагрева и термической денатурации РПЭ с минимальным нагреванием прилежащих нейросенсорных структур биофизик Желтов Г.И. с коллегами [12] расчетным путем (на основе математического моделирования) оценил и спрогнозировал наиболее оптимальные энергетические параметры СМЛВ (мощность, длительность отдельных импульсов, интервал между ними) для лазерной установки «IRIDEX IQ 577» (IRIDEX Corporation, Mountain View, США).

    На основе физической концепции, определяющей условия и механизмы формирования локальных первичных нарушений нативной структуры тканей, Желтов Г.И. провёл анализ технических характеристик пучка излучения лазера «IRIDEX IQ 577», работающего в микроимпульсном режиме (длительность микроимпульса – 50-1000 мкс, длительность пакета импульсов – 10-9000 мс, мощность – 50-2000 мВт, длина волны – 577 нм). В результате ученый определил, что при воздействии на ткани глазного дна длительности импульсов лазерного излучения порядка >50 мкс, что реализуется прибором, основными механизмами фотодеструкции являются термическая денатурация и испарение с формированием парогазовых пузырьков (при уровне нагрева выше точки фазового перехода) [5, 8].

    Для оценки необходимых параметров Желтов Г.И. предложил расчетную схему (модель), включающую интерпретацию следующих процессов:

    • последовательное изменение параметров лазерного пучка по мере его распространения через структуры переднего отрезка глаза и ткани ХРК (поглощение, рассеяние);

    • конверсия энергии оптического излучения в тепловую (нагрев тканей);

    • формирование и эволюция полей температур;

    • реакция тканей на воздействие излучения (термоденатурация, испарение);

    • локализация деструктивных изменений интраокулярных структур в результате воздействия лазерного излучения с заданной мощностью, длиной волны, длительностью экспозиции и характером фокусировки.

    Для обоснования модели Желтов Г.И. рассмотрел процесс распространения лазерного пучка длиной волны 577 нм на отрезке роговица – РПЭ. При этом ученый предположил, что поток излучения не экранируется краями зрачка и фокусируется на сетчатку оптической системой глаза в пятно, диаметр которого принял равным 100 мкм.

    В своей работе ученый отметил, что потери энергии излучения в процессе фокусировки обусловлены поглощением излучения интраокулярными средами, рассеянием (включая обратное рассеяние) и Френелевским отражением на границах раздела анатомических элементов переднего отрезка и нейроэпителия сетчатки. Эти потери для излучения с длиной волны 577 нм составляют примерно 13%. У человека европейского типа с выраженной пигментацией глазного дна собственно РПЭ поглощается около 60% дошедшего до него светового потока [5, 8]. При этом меланопротеиновые гранулы, являющиеся поглощающими структурными элементами РПЭ, локализованы в слое толщиной 4-5 мкм.

    Желтов Г.И. отметил, что мерой способности среды поглощать оптическое излучение является спектральный коэффициент поглощения k (см-1), определяемый как обратная величина глубине распространения светового потока, в пределах которой этот поток ослабляется в ехр(-1) ≈2,71 раз. Усредненное значение η для излучения с длиной волны 577 нм в гранулярном слое РПЭ превышает 1000 см-1. В то же время (см. данные приведенные выше) аналогичное значение спектрального коэффициента поглощения k, усредненного на отрезке «роговица – РПЭ», имеет порядок 1(!) см-1, а в хориоидеи (гемоглобин крови) – не превышает 10-12 см-1.

    Таким образом, если принять во внимание, что энергия поглощенного биологическими тканями оптического излучения преобразуется в тепловую энергию (уровень нагрева среды при прочих равных условиях прямо пропорционален величине η), можно представить физическую модель для оценки искомых параметров лазерного излучения в виде тонкого (4-5 мкм) диска диаметром 100 мкм, погруженного в прозрачную среду и поглощающего порядка 55% энергии излучения длиной волны 577 нм, направляемого в зрачок глаза. Динамика выделения тепла в таком диске будет адекватна длительности и форме импульса лазерного излучения. Теплофизические и иные (неоптические) свойства среды и диска должны соотноситься с реальными свойствами соответствующих интраокулярных структур.

    Желтов Г.И. также отметил, что минимальная длительность лазерного импульса – 50 мкс, определяемая техническими характеристиками лазерной установки «IRIDEX IQ 577», примерно на порядок превышает время термической релаксации (в первом приближении – время остывания) отдельной меланопротеиновой гранулы РПЭ [33], гарантируя усреднение температуры в окрестности этой гранулы. Таким образом, результирующий нагрев диска, рассматриваемого в качестве модели для расчета, биофизик считал однородным.

    При исследовании ученый отметил, что формирование и эволюция температурного поля РПЭ в рассмотренном приближении описывается уравнением теплопроводности:

    Сρ(dT/dt) = К (d2T/dx2) + F (x,t), (1)

    где: Т – температура,

    С – теплоемкость (3100 Дж/кг·°С),

    ρ – плотность (1170 кг/м3),

    К – теплопроводность (0,63 Вт/м·°С),

    F (x,t) – объемная плотность источников тепловыделения, отражающая закономерности поглощения излучения по времени tи координате х.

    Предполагается, что вся поглощенная в РПЭ энергия излучения преобразуется в тепловую. Уравнение решается численно. Для оценки энергетических характеристик излучения, рекомендуемых для лечебной практики, Желтов Г.И. принял во внимание, что при длительности нагрева тканей 50 мкс первичное (пороговое) офтальмоскопически наблюдаемое фотоповреждение РПЭ, обусловленное термической денатурацией клеточных протеинов, реализуется при расчетной температуре примерно 75° С [8].

    С учетом результатов упомянутых выше исследований [16, 26, 27, 54] Желтов Г.И. постулировал, что предельная избирательность воздействия на светопоглощающий слой РПЭ реализуется при минимальной длительности импульса, доступной лазерной установке «IRIDEX IQ 577», и составляет 50 мкс.

    Предложенная модель и методика расчета Желтова Г.И. отличается от многочисленных аналогов [5, 18-20] предельной простотой вычислительных операций, доступностью и наглядностью представляемых данных практически без потери адекватности экспериментальным результатам. Подобное упрощение достигнуто Желтовым Г.И. посредством ограничений условий задачи, обусловленных параметрами лазерной установки «IRIDEX IQ 577», и целенаправленной ориентацией на поиск условий сохранения интактными сенсорных элементов сетчатки.

    На рисунке 10.1 в качестве примера расчетов, использующих предложенную модель, представлена эволюция распределения температуры вдоль оси лазерного пучка в результате воздействия одиночного прямоугольного лазерного импульса длительностью 50 мкс при мощности потока излучения 1,5 Вт. Передней и задней границе РПЭ соответствуют координаты х=±6 мкм, границам поглощающего слоя – х=±2 мкм. Поток излучения фокусируется на сетчатку в пятно диаметром 100 мкм.

    В начальной фазе облучения (рис. 10.1а) поддерживается высокая избирательность лазерного нагрева поглощающего слоя РПЭ, характерная для импульсов длительностью порядка нескольких мкс (области, в которых вероятность фотоповреждения высока, на рисунке отмечены заливкой). По мере продолжения облучения и поглощения средой дополнительной энергии температура РПЭ растет. К моменту окончания импульса (рис. 10.1б) максимальный нагрев среды в зоне поглощения излучения приближается к 200° С. При этом становятся заметным влияние процесса теплопроводности, приводящего к «расплыванию» температурного поля и адекватной потере избирательности воздействия излучения на РПЭ. Кратковременный нагрев среды здесь существенно превышает точку фазового перехода для содержащейся в тканях воды. Однако в рассматриваемом конкретном случае вероятность образования пузырька невелика. Это обусловлено тем, что процесс формирования пузырька требует дополнительных затрат энергии, объем которых (в первом приближении) обратно пропорционален длительности нагрева.

    В процессе остывания по окончании лазерного импульса (рис. 10.1в, г)в РПЭ и его окрестности поддерживается температура, превышающая порог термокоагуляции (75° С). Как следует из рисунка, этот период в рассматриваемом случае имеет порядок 500 мкс. Зона фотоповреждения существенно увеличивается, избирательность воздействия на РПЭ дополнительно ухудшается.

    К окончанию процесса остывания в зоне облучения формируется коагулят, воспринимаемый офтальмоскопически как серое пятно. Наличие такого маркера облегчает офтальмохирургу управление топографией воздействия импульсов излучения на глазное дно. Однако избирательность (селективность) воздействия излучения на РПЭ в рассмотренном режиме (1,5 Вт, диаметр пятна 100 мкм), как показано выше, полностью утрачивается.

    По мнению Желтова Г.И. [12] для повышения избирательности воздействия излучения на РПЭ может быть предложено 2 пути.

    Первыйиз них очевиден. Это уменьшение средней мощности одиночного лазерного импульса примерно в 2 раза. Применительно к лазерной установке «IRIDEX IQ 577» прогнозируемая мощность потока излучения с длиной волны 577 нм при длительности одиночного импульса 50 мкс должна иметь порядок 650-750 мВт. В этом случае максимальный уровень нагрева поглощающего слоя РПЭ приблизится примерно к 100° С. Снижение пиковой температуры приведет к уменьшению как скорости денатурации, так и к расширению зоны деструкции, что обусловлено теплопроводностью. При этом, к сожалению, прогнозируется практически полная утрата возможности непосредственной визуализации коагулята [15]. Для контроля топографии облучения в зоне воздействия в этом случае необходимо привлекать более чувствительные методы, такие как ФАГ и/или ОКТ высокого разрешения.

    Второй путь – использование в лечебной практике режима облучения глазного дна в виде регулярной последовательности лазерных импульсов. Известно, что пороговая энергетическая экспозиция HD50 (Дж/м2) (минимальная энергетическая экспозиция, вызывающая первичное офтальмоскопически наблюдаемое фотоповреждение РПЭ с вероятностью 50%) при облучении глазного дна регулярной последовательностью лазерных импульсов подчиняется следующей зависимости [5, 53, 54]:

    HD50(N) = [HD50(N=1)]*N-1/4 , (2)

    где: N – количество импульсов в последовательности,

    HD50(N) – пороговая энергетическая экспозиция, создаваемая каждым отдельным импульсом в последовательности из N импульсов,

    HD50(N=1) – пороговая энергетическая экспозиция для облучения одиночным импульсом той же длительности.

    Например, если используется регулярная последовательность из 10 лазерных импульсов:

    HD50(N=10) = [HD50(N=1)]*0,56.

    Применительно к рассматриваемой лазерной установке «IRIDEX IQ 577» использование в лечебной практике последовательностей из 10 импульсов длительностью 50 мкс обеспечит снижение средней мощности потока излучения с длиной волны 577 нм до уровня примерно 350-400 мВт.

    Интервал между импульсами в последовательности, гарантирующий практически полное остывание РПЭ до физиологической температуры, равен примерно 0,01 с [8].

    В рассматриваемом режиме максимальный уровень нагрева РПЭ имеет порядок 55-60° С. В каждом импульсе реализуется частичная (неполная) фотокоагуляция тканей. Степень фотоповреждения накапливается от импульса к импульсу малыми дозами, достигая конечного уровня к окончанию серии.

    Воздействие на ткани серии импульсов гарантирует мягкое, последовательно нарастающее фотодеструктивное действие излучения на РПЭ при предельно высокой для лазера «IRIDEX IQ 577» избирательности, обеспечивающей интактность нейросенсорной сетчатки.

    Таким образом, на основе математического моделирования Желтовым Г.И. установлено, что лазерная установка «IRIDEX IQ 577» обеспечивает селективное воздействие на клетки РПЭ при следующих условиях: длительность микроимпульса 50 мкс, интервал между импульсами 0,01 с, диаметр пятна на сетчатке 100 мкм, максимальная рекомендуемая длительность серии (пакета) импульсов 0,1 с (до 10 микроимпульсов в пакете), мощность 400-800 мВт, длина волны 577 нм. Указанные параметры микроимпульсного лазерного воздействия на приборе «IRIDEX IQ 577» позволяют проводить эффективное и безопасное лечение в аваскулярной зоне сетчатки.

    Полученные результаты математического моделирования избирательности воздействия, предложенного Желтовым Г.И., позволили разработать собственный протокол (технологию) СМЛВ длиной волны 577 нм для лечения пациентов с ЦСХ.


Страница источника: 182-186

Просмотров: 1045









Bausch + Lomb
thea