Транс-ФРК: краевые эффекты лазерного воздействия как фактор, влияющий на динамику восстановления толщины роговицы

     Основными факторами, влияющими на выбор типа рефракционной операции, являются исходная толщина роговицы и вероятность возникновения осложнений. Для фоторефракционной кератэктомии (ФРК) основной проблемой является возникновение поверхностных помутнений роговицы на поздних сроках после проведения операции.

    Авторами в ранних публикациях уже были приведены существенные отличия параметров послеоперационного заживления роговицы после Транс-ФРК [1, 3]. До настоящего времени никаких внятных объяснений причин такого различия не было высказано. Попробуем рассмотреть эту ситуацию с точки зрения различий физического воздействия эксимерных лазеров на роговицу.

    Излучение эксимерного лазера вызывает как минимум два основных эффекта: абляцию, т.е. холодное испарение некоторого слоя роговицы, и поглощение энергии луча неаблированным веществом. Нет сомнения, что второй эффект является негативным. С ним обычно связывают повышение температуры роговицы, а с повышением температуры – прочие неприятности. Однако прямые измерения температуры роговицы в ходе операции не выявили серьезных проблем [2]. Поскольку повышение температуры является лишь конечной стадией любых процессов диссипации и поглощения энергии, можно сделать предположение о наличии иных проявлений негативного явления «доабляционного» поглощения энергии роговицей.

    Предлагаемая оценка негативного лучевого воздействия на роговицу основывается исключительно на факте существования порога абляции – некоторого порогового значения плотности энергии эксимерного лазера, ниже которого абляция отсутствует.

    Цель – определить различия физического воздействия эксимерных лазеров на роговицу.

    Материалы и методы

    С геометрической точки зрения, рассматривая поперечное сечение луча лазера, можно утверждать, что основной активной областью абляции является его центральная часть, а возможными областями поглощения энергии – края луча, где плотность энергии изменяется от номинальной до нуля. Вследствие неидеальности фокусировки и диафрагмирования это изменение происходит на промежутке с некоторым характерным размером – d (рис. 1). Учтем, что этот промежуток производители лазеров стараются минимизировать (луч должен иметь четкие границы!). Для простоты рассуждений допустим также, что величина этого промежутка и закон изменения плотности энергии на нем одинаковы у лазеров всех типов.

     Воздействие сканирующего лазера подразумевает покрытие и обработку этой площади элементами сканирования, в общем случае имеющими различную форму и размеры. Допустим, мы аблируем тонкий «одноимпульсный» плоский слой роговицы площадью S воздействием эксимерного лазера с плотностью энергии W и с площадью элемента сканирования s. Форму элемента сканирования предположим круглой, упаковку элементов сканирования по площади операции – максимально плотной, а фактом остающихся межупаковочных промежутков – пренебрегаем. В этом приближении количество импульсов для абляции тонкого слоя по всей площади роговицы будет S/s. Если луч диафрагмирован по порогу эффективной абляции, то зона перехода от этого значения плотности энергии к нулю, представляет собой кольцо, у которого внутренний диаметр составит v(4s/π), а ширина – упоминавшийся выше промежуток d. Это и есть «геометрическое место», где происходит поглощение энергии излучения практически без абляции. Примерное значение площади этой зоны – 2dv(πs). То есть, если взять за единицу площадь «негативной зоны» несканирующей машины (с широким лучом), то площадь «негативной зоны» для другого варианта лазерного воздействия будет превышать ее в v(S/s) раз.

    Основных вариантов абляции при проведении лазерной коррекции зрения – три: полноапертурная машина с широким лучом, полусканирующий вариант (рабочие элементы – щели и пятна) и «летающее пятно». Примем площадь зоны операции примерно 30 кв. мм, а характерные площади элементов абляции для полусканирующих машин – 2-4 кв. мм, для «летающего пятна» – 0,4-1,0 кв. мм. Тогда получим, что полусканирующая машина имеет площадь «зоны поглощения» в 3-4 раза, а «летающее пятно» – в 6-10 раз большую, чем машина с широким лучом.

    Принятые при расчетах допущения определяют нижнюю границу определенной нами зависимости. Действительно, круг есть фигура максимальной площади при минимальном периметре. И любое изменение формы элемента сканирования увеличит относительную площадь зоны поглощения. Учет необходимости аблирования участков между неплотно прилегающими друг к другу элементами сканирования опять-таки приведет к увеличению числа импульсов, покрывающих зону операции.

    Суммарное энергетическое воздействие, необходимое для абляции слоя, будет примерно одинаковым, безотносительно к способу абляции. Поглощенная же материалом роговицы энергия излучения примерно определится произведением значения порога эффективной абляции на площадь «зоны поглощения». Так, если оценить геометрический параметр d величиной порядка 0,05 мм, то для «летающего пятна» с рабочим диаметром 0,5 мм площадь «зоны поглощения» для каждого импульса составит π*0,05*0,5=0,0785 кв. мм. Если величину порога эффективной абляции принять за W=100 мДж/кв. см, то величина поглощенной энергии составит 78,5 мкДж на каждый импульс лазера. Кажущаяся ничтожность поглощенной энергии должна быть соотнесена с длительностью лазерного импульса (около 40 нс). А это дает величину порядка 2 кВт (!) импульсной мощности излучения, поглощаемого роговицей при каждом импульсе сканирующего лазера. Поэтому проявления эффекта поглощения лучевой энергии и его возможные биохимические последствия следует искать не в виде температурных изменений поля операции, а именно в виде следов достаточно сильного, но очень короткого энергетического воздействия на микромасштабе поверхности роговицы. Например – микроскопических очагов коагуляции в поверхностном слое обработанной стромы роговицы толщиной порядка длины волны излучения, т.е. около 0,2 мкм.

    Особняком стоит применение широкого луча (методика Транс-ФРК [1]), поскольку кроме минимальности относительной величины лучевого вреда нужно учитывать еще и тот факт, что зона негативного воздействия в этом случае находится на краю зоны операции, т.е. вне оптической зоны. Значит, при проведении Транс-ФРК поглощение энергии излучения не должно оказывать значимого влияния на процессы восстановления, идущие в оптической зоне. Это заключение нашло косвенное подтверждение в факте существенного увеличения послеоперационной толщины роговицы без рефракционного регресса [3]. Этот эффект авторы связывают с максимальной физиологичностью (физическим совершенством) процесса абляции при проведении Транс-ФРК.

    Результаты и обсуждение

     Первые же наблюдения за динамикой толщины роговицы в скрининговом режиме показали, что имеет место увеличение толщины роговицы после операции по методике Транс-ФРК. Для корректного сравнения степень изменения толщины необходимо в обязательном порядке нормировать на величину скорректированного сфероэквивалента и размер зоны операции. Самым удобным репером для подобных сравнений является формула Маннерлина для соразмерной оптической зоны (6,5 мм). В дальнейшем под термином «прирост толщины роговицы» будет пониматься разность между Маннерлиновским значением и фактическим изменением толщины роговицы.

    Изучение данных о толщине роговицы у дисциплинированных пациентов, являвшихся на все плановые осмотры (пример на рис. 2) показало, что имеется выраженная индивидуальная динамика, не зависящая от исходной миопии, но имеющая общую тенденцию к увеличению толщины.

    Очевидна сильная корреляция между глазами одного и того же пациента, а также – отсутствие какой-либо зависимости от величины исходной миопии. Совокупность подобных индивидуальных графиков просто заполнит пространство рисунка, не позволяя сделать никаких определенных выводов. Поэтому мы исследовали общие характеристики массива данных по толщине роговицы. Для исследования были взяты данные последнего по времени осмотра с измерением послеоперационной толщины роговицы у 167 пациентов (331 глаз), которым была проведена коррекция миопии по методике Транс-ФРК. Диапазон сфероэквивалентов исходной миопии от -0,75 до -16,625, возраст – от 16 до 60 лет, срок последнего осмотра – не менее 3 мес. после операции. Данные по толщине получены измерением на одном и том же приборе.

    Графическое представление прироста толщины роговицы в зависимости от срока после операции, скорректированного сфероэквивалента, возраста пациента и исходной толщины роговицы приведено на рис. 3-6.

    Значимый линейный тренд присутствует только на зависимости от срока наблюдения (положительный) и зависимости от исходной толщины роговицы (отрицательный). Зависимость прироста толщины роговицы от величины скорректированного сфероэквивалента незначительна, а зависимость от возраста пациента – практически отсутствует.

     Отрицательный тренд зависимости от исходной толщины нуждается в биомедицинском обосновании. Пока же авторы могут предположить только то, что восстановление тонкой роговицы после операции имеет ориентиром набор вполне определенной толщины. Изначально же толстая роговица таким тенденциям не подвержена.

    Для изучения временной динамики изменения толщины роговицы общий массив данных измерений был разбит на интервалы: от 3 до 6 мес., от 6 до 9 мес., от 9 мес. до 1 года и больше года с момента операции. В этих интервалах рассчитывались средние значения и стандартные отклонения. Результирующий график представлен на рис. 7.

    Данные о средних значениях и стандартных отклонениях, относящиеся к рис. 7, приведены в табл.

    Из графиков с очевидностью следует, что существует общая тенденция к увеличению толщины роговицы после проведения лазерной коррекции по методике Транс-ФРК. Причем в сроки до 6 мес. после операции увеличение незначительно, а основная динамика процесса проявляется после 6 мес. с момента операции.

    Для каждого из интервалов были вычислены распределения прироста толщины роговицы, которые сведены на рис. 8. Это – наиболее полная картина, впрямую показывающая вероятность (ось ординат) прироста толщины роговицы на определенную величину (ось абсцисс) в зависимости от срока наблюдения после операции.

    С увеличением времени, прошедшего после операции, графики распределений снижают свои амплитуды и «расползаются» вправо, в сторону увеличения толщины роговицы.

    Выводы

     1. Чем меньше площадь элемента сканирования эксимерлазерной установки, тем больше относительная доля поглощенной роговицей энергии излучения. При этом области поглощения равномерно распределены по всему полю операции. Это может быть полезно для прогноза результатов ФРК-подобных вмешательств на различных установках.

    2. При минимизации негативных эффектов поглощения излучения в зоне операции (методика Транс-ФРК) становится явным эффект значительного послеоперационного увеличения толщины роговицы без рефракционного регресса.

    3. Прирост толщины роговицы слабо зависит от величины скорректированного сфероэквивалента и возраста пациента. Массив значений прироста толщины роговицы имеет значимый положительный тренд в зависимости от срока наблюдения и значимый отрицательный тренд в зависимости от исходной толщины роговицы.

    4. Динамика изменения толщины роговицы проявляется незначительным увеличением уже с раннего послеоперационного периода, интенсифицируется к 6-му мес., выходит на максимальные значения и стабилизируется в срок 1 год и более после операции, проведенной по методике Транс-ФРК.