Калибровка параметров микроимпульсного режима лазера IRIDEX IQ 577 с помощью компьютерного моделирования и методов диагностики глазного дна

    Актуальность

    Современные лазерные установки, работающие в микроимпульсном режиме, широко применяются для лечения заболеваний сетчатой оболочки глаза [2, 4, 5]. Степень воздействия может быть различной и зависит от выбранных параметров. При селективном воздействии на ретинальный пигментный эпителий (РПЭ) изменения хориоретинального комплекса (ХРК) невозможно определить визуально или другими способами диагностики. Поэтому сложно откалибровать лазер и подобрать необходимые энергетические параметры для каждого клинического случая. Для этих целей было проведено компьютерное моделирование физических процессов, позволяющее определить энергетические параметры, в диапазоне которых достигается избирательное воздействие на РПЭ с минимальным повреждением прилежащих структур [1, 3]. Однако физическая модель описывает сложные процессы и имеет приближения, которые могут приводить к неточностям. Например, не учитывается потеря энергии на разрушение связи и денатурацию белков (энтальпия денатурации). Поэтому очень важно сопоставить результаты физической модели с диагностическими методами, позволяющими зафиксировать повреждения ХРК. Наилучшим способом визуализации нарушения структуры РПЭ является снимок в отраженном инфракрасном свете, облегчающий выявление поражений сетчатки, которые не определяются по результатам других методов получения изображений. Аутофлюоресценция глазного дна отражает метаболическое состояние РПЭ, выявляет его поражения, а также способствует визуализации участков, где происходят активные дегенеративные процессы. Флюоресцентная ангиография (ФАГ) позволяет определить дефекты, повреждение РПЭ, а также нарушения контактов между клетками [6, 7].

    Цель

    Провести калибровку микроимпульсного режима лазера IRIS Medical IQ 577 и определить диапазоны разных степеней повреждения ХРК с помощью компьютерного моделирования и современных чувствительных методов диагностики глазного дна.

    Материал и методы

    Под нашим наблюдением находилось 10 пациентов с заболеванием центральной зоны сетчатки, которым было показано проведение ФАГ с последующим лазерным лечением. Перед исследованием всем пациентам выполняли фотографирование глазного дна в отраженном инфракрасном свете и исследование аутофлюоресценции зоны тестирования на ретиноангиографе Spectralis® HRA (Heidelberg Engineering, Германия). Затем проводили тестирование микроимпульсного режима лазера IRIS Medical IQ 577 путем нанесения нескольких аппликатов в области верхней или нижней сосудистой аркады. Все пациенты были осведомлены о проведение предварительного тестирования с целью определения индивидуальных параметров, необходимых для лазерного лечения. Затем выполняли фоторегистрацию глазного дна в отраженном инфракрасном свете, исследование аутофлюоресценции и ФАГ. Так как при селективном микроимпульсном режиме воздействие на сетчатку минимально и практически не наблюдаемо, то для усиления контрастности и эффективности визуализации применяли метод вычитания изображений. Для этих целей использовали компьютерную программу FemtoScan, предназначенную для анализа изображений различных микроскопий.

    Pезультаты

    Основным поглотителем лазерного излучения с длиной волны 577 нм являются меланопротеиновые гранулы (МПГ) размером порядка 1 мкм, распределенные в РПЭ. В результате лазерного воздействия происходит термическая денатурация, которая начинается с гранул меланина и затрагивает рядом расположенные белки, например, липофусцин и его основной флуорофор A2E [1, 8]. Учитывая оптико-спектральные характеристики глазной среды, уровень пропускания, поглощения, толщину слоя РПЭ и различные диапазоны плотности распределения МПГ, необходимо найти условия, при которых слой МПГ нагреется до 75° С и будет находиться в указанном состоянии не менее 5 мкс [9]. Расчеты показали, что минимальная необходимая поверхностная плотность энергии (ED), приводящая к запуску процессов термической денатурации для одиночного импульса (длина волны 577 нм, длительность 50 мкс), в зависимости от плотности и картины распределения МПГ, составляет от 330 до 1000 мДж/см². Таким образом, по результатам компьютерного моделирования ED 1000 мДж/см² является пороговой энергией, необходимой для повреждения клетки РПЭ.

    По результатам проведенного тестирования микроимпульсного режима с разными энергетическими характеристиками с учетом возможностей диагностического оборудования и примененных методов анализа мы определили 3 степени воздействия на ткани ХРК.

    1. Воздействие с ED от 330 до 1000 мДж/см² не визуализировалось с помощью самых чувствительных методов диагностики (снимок в отраженном инфракрасном свете, аутофлюоресценция) с обработкой изображений программой FemtoScan. Данный тип воздействия со значением ED ниже 1000 мДж/см² можно рассматривать как субпороговый по отношению к повреждению клеток РПЭ, которое можно зарегистрировать.

    2. При втором случае нам удалось визуализировать лазерное воздействие приблизительно в 50% случаев на снимке в отраженном инфракрасном свете, аутофлюоресценции, ФАГ после обработки изображений программой FemtoScan. Лазерные аппликаты определялись при повышении ED для одиночного импульса в 4 раза, а также при применении нескольких микроимпульсов с максимальной скважностью с пороговым значением ED. Представленные режимы отличаются селективностью и оказывают разное воздействие на клетки РПЭ. Пакет из микроимпульсов обладает большей селективностью, чем одиночный импульс большей мощности [1, 3, 5, 9]. Возможно, в данном случае происходит повреждение только верхних слоев РПЭ, в которых преимущественно содержится липофусцин [8]. МПГ, расположенные ниже, частично остаются неповрежденными, и клетки сохраняют свою физическую целостность, поэтому на ФАГ диффузия красителя не происходит.

    3. Дальнейшее повышение поверхностной плотности энергии выше 4-х пороговых значений или применение нескольких импульсов в пакете приводит к тому, что лазерное воздействие становится возможным визуализировать на снимке в отраженном инфракрасном свете, аутофлюоресценции и ФАГ. Таким образом, мы достоверно регистрируем повреждение клеток РПЭ. Вероятно, что в этом случае возникает сильное разрушение меланина и физическое повреждение РПЭ, что подтверждается диффузией красителя при ФАГ.

    Во всем диапазоне применяемых энергетических параметров селективного микроимпульсного режима видимые изменения на глазном дне отсутствовали.

    Вывод

    Pезультаты компьютерного моделирования и современных чувствительных методов диагностики глазного дна с обработкой изображений программой FemtoScan позволяют откалибровать микроимпульсный режим лазера IRIS Medical IQ 577 для трех типов селективного воздействия на РПЭ.