Возможности построения персонализированного профиля абляции на современных эксимерлазерных установках и их применение в коррекции неправильного роговичного астигматизма

     Переход от широкоапертурных лазерных систем к установкам работающих по принципу летающего пятна позволил более точно воспроизводить рассчитанный профиль абляции на поверхности роговицы и тем самым открыл новые перспективы в коррекции иррегулярностей поверхности роговицы и в развитии программного обеспечения для персонализированных операций[5, 51, 120, 179]. Первая отечественная сканирующая эксимерлазерной установка, работающая по алгоритму летающего пятна, была разработана в результате сотрудничества Центра лазерной хирургии МНТК «Микрохирургия глаза» и Центра физического приборостроения Российской Академии Наук[5]. Для большинства эксимерлазерных установок на сегодняшний день доступно программное обеспечение, позволяющее рассчитывать персонализированные операции по данным аберрометрии (по волновому фронту) или кератотопографии [5, 7, 43, 51, 98, 134, 158]. Принцип построения персонализированного профиля абляции по данным аберрометрии следующий.

    Каждый световой луч, согласно волновой теории распространения света, состоит из синусоидального колебания. Волновой фронт представляет собой поверхность, на которой колебания расположены в эквивалентной фазе (точки на дуге E1, E2 и Е3 расположены в эквивалентной фазе колебания – рис.1). До прохождения через преломляющую поверхность волны фронта ориентированы параллельно друг другу (рис.1). В идеальном случае, после преломления сферический волновой фронт, фокусируется в одной точке. Этот идеальный случай фактически никогда не происходит на практике, потому что реальный волновой фронт имеет отклонения от идеального (сферического) волнового фронта после прохождения через преломляющую поверхность [3, 34]. 26 После прохождения через преломляющую поверхность волновые фронты отклоняются от идеальной сферичной волны.

    Под аберрациями понимают отклонения реального волнового фронта от идеального волнового фронта после прохождения через преломляющую поверхность[3, 34, 179]. Голландский физик и Нобелевский лауреат Фриц Зернике (Zernike 1888-1966) представил в математическом разложении отклонения реального волнового фронта от идеального с помощью суммирования полиномов. Каждый полином обозначается согласно дефектам изображения, которые его представляют (например, астигматизм, сферическая аберрация, кома) [3, c.109]. Принцип аберрометрии подразумевает оценку данных волнового фронта отраженного от сетчатки, лишь в проекции зрачка, поэтому получение данных обследования зависит от ширины зрачка. К тому же, аберометр оценивает данные волнового фронта всей оптической системы глаза, включая хрусталиковые аберрации, которые изменяются в процессе аккомодации [52, 142, 145, 179]. Целью программ, рассчитывающих профиль абляции по волновому фронту, является минимизация отклонений реального волнового фронта от идеального [51, 98, 134, 179]. Поэтому такие программы нашли применение в кераторефракционной хирургии интактных роговиц с повышенным уровнем аберраций с целью попытки достижения остроты зрения выше 1.0. [148] и практически не применяются при эксимерлазерной коррекции высокой степени иррегулярного астигматизма [51, 52, 98, 179]. Принцип построения персонализированного профиля абляции по данным кератотопографии следующий. Профиль абляции, рассчитанный по данным кератотопографии предполагает приведение патологически изменённой поверхности роговицы к более регулярной целевой поверхности [5, 101, 179]. Кератотопографы анализируют состояние оптических свойств только передней или передней и задней поверхности роговицы. При этом, в отличие от аберрометрии, полученные данные обследования не зависят от ширины зрачка пациента или от аккомодации, поэтому являются более надежными для расчета персонализированного профиля абляции при высоких иррегулярностях роговицы [3, 99, 142, 179]. Для расчёта персонализированного профиля абляции могут быть использованы различные кератотопографические системы.

    Наибольшее распространение получили топографические системы на основе дисков Плаcидо, позволяющие получить данные о преломляющей способности роговицы в каждой ее точке - диоптрийную карту. Для построения профиля абляции компьютерная программа, используя ряд математических преобразований, переводит данные диоптрийной карты в карту высот роговицы - элевационную карту[57,142]. Данные элевации (высоты) поверхности роговицы могут отображаться в абсолютных или в относительных значениях (в последнем случае – как разница высот между измеренным значением и эталонной поверхностью). Абсолютная элевация - это разница в высоте между точками на поверхности роговицы и плоскостью, проходящей через геометрическую вершину роговой оболочки .

     Мелкие иррегулярности поверхности практически не визуализируются на абсолютной карте, поэтому для более детального описания поверхности роговицы используют относительные элевационные карты, на которых поверхность роговицы сравнивается с эталонным телом (чаще – со сферой) [57]. Таким образом относительная карта высот отражает разницу высот межу поверхностью роговицы и «наложенной» на нее идеальной сферой. Данные относительной элевационной карты анализируется компьютерной программой, рассчитывающей план предстоящей операции. При этом рассчитывается карта абляции, необходимая для получения целевой послеоперационной поверхности роговицы. Так же в программах имеются дополнительные опции, позволяющие хирургу корректировать полученную карту абляции [3, 5, 89, 98, 179]. С развитием и накоплением знаний в кераторефракционной хирургии изменялись представления о целевой поверхности и появлялись дополнительные возможности при расчёте профиля абляции, наиболее важная из которых – возможность уменьшения глубины абляции. Так, например, в компьютерной программе TOSСA (Topographic Simulated Customized Ablation), разработанной фирмой Aesculap-Meditec, для расчета профиля абляции используются данные кератотопографа TMS-3 (TOMEY, Япония). Опыт проведения операций на эксимерлазерной установке MEL70 с использованием этой программы показал эффективность коррекции неправильного роговичного астигматизма невысокой степени[6]. Однако расчет целевой поверхности в данной программе, как и в некоторых других первых компьютерных программах для топографически ориентированной абляции, проводится таким образом, что идеальным результатом планируемой операции является сферичная поверхность роговицы, в то время как естественная форма роговицы предполагает наличие асферичности [3, 5, 52, 75]. В литературе встречаются сообщения об использовании различных моделей эксимерных лазеров для индивидуальзированной абляции. Так, например, эксимерный лазер «iRES» фирмы «LIGI» (Taranto, Italy) использует программу CIPTA (Corneal Interactive Programmed Topographic Ablation).

    Для проведения измерений топографии роговицы использовался Scheimpflug корнеотомограф «Precisio». За опорную поверхность в данной программе принята поверхность с регулярной асферичностью, радиус кривизны которой задается хирургом при расчёте операции, однако сложность использования такого программного обеспечения состоит в том, что рассчет целевой рефракции по радиусу кризизны роговицы при иррегулярном астигматизме может быть затруднителен для хирурга [179]. В норме роговице присущ прямой физиологический астигматизм слабой степени до 0.5 дптр и определённая степень асферичности [9, 35, 75, 142]. При прохождении параллельного пучка света через идеальную сферичную линзу, часть лучей, попадающая на периферию линзы будет фокусироваться в точках b, c – расположенными перед точкой a, что приводит к появлению положительной сферической аберрации. Сферическую аберрацию называют положительной в тех случаях, когда лучи, проходящие через периферическую часть линзы фокусируются перед лучами, проходящими через центральную часть (рис. 2) [34, 52]. В норме центральная часть роговицы имеет большую по сравнению с периферийной ее частью преломляющую способность. В результате такого распределения преломляющей силы от центра роговицы к периферии лучи с периферийной части роговицы фокусируются на большем фокусном расстоянии (отрицательная сферическая аберрация). В норме роговице свойственна небольшая отрицательная сферическая аберрация, которая является важной составляющей аберрационного баланса оптики глаза [9, 17, 52, 142]. На рисунке 3 представлена отрицательная сферическая аберрация роговицы в норме, при которой лучи с периферии и центральной части роговицы пересекаются в одной точке. Таким образом, оптимальной целевой поверхностью, максимально приближенной к естественной форме роговицы, будет являться «вытянутый» эллипс с меньшим радиусом кривизны в центре (большая преломляющая сила) и большим на периферии (меньшая преломляющая сила). Соотношение радиусов кривизны центральной и периферийной частей эллипса описывается показателем конической константы. Коническая константа -0.2 обеспечивает оптимальную для оптики глаза сферическую аберрацию [9, 52, 142].

    В программном обеспечении эксимерлазерных установок последнего поколения целевой поверхностью является асферичная поверхность роговицы [3, 7, 52, 179]. В дальнейшем совершенствование программного обеспечения для расчета персонализированных операций по данным кератотопографии было направлено на уменьшение глубины абляции стромы. На сегодняшний день имеется несколько методик уменьшения глубины абляции при коррекции иррегулярностей поверхности роговицы: смещение центрации целевой поверхности и исключение ряда аберраций из построения профиля абляции [45]. Одним из первых методику смещения центра целевой поверхности предложил Stojanovic. В работах связанных с коррекцией децентрации зоны абляции им был замечена разница в рассчитанной глубине абляции при наложении целевой поверхности перпендикулярно к зрительной оси и перпендикулярно к оси проходящей через геометрический центр роговицы [158, 159, 179]. Так же аналогичный эффект уменьшения глубины абляции может быть достигнут при разложении данных элевационной карты роговицы на полиномы Zernike с расчётом их эквивалентов в диоптриях и исключении из расчета профиля абляции аберраций, вносящих менее значимый вклад в формирование изображения оптической системой [45]. Таким образом, по данным литературы, основные параметры, по которым отличаются зарубежные программы для расчета персонализированного профиля абляции включают: различные профили целевой поверхности роговицы, варианты ее положения при центрировании относительно зрительной оси глаза и способы уменьшения глубины абляции, при максимальномвыравнивании поверхности роговицы.