Физические основы работы эксимерных лазеров

Здравоохранение материалы / Эксимерные лазеры в рефракционной хирургии глаза / Физические основы работы эксимерных лазеров

Страница 1

Для хорошего зрения необходимо, прежде всего, чёткое изображение рассматриваемого предмета на сетчатке. Это изображение получается в результате прохождения лучей через оптическую систему глаза, нарушение любой составной части которой приводит к получению нечёткого изображения. На сегодняшний день существует большое количество методов ликвидации таких нарушений, в том числе и хирургические (использование тончайшего алмазного ножа для осуществления надрезов на роговице). Но в большом числе случаев хирургическое вмешательство даёт побочные эффекты (повреждение близлежащих тканей, малая точность производимых надрезов и т. д.). Создание и совершенствование лазеров, излучающих в ультрафиолетовой части спектра, и открытие процесса фотоабляции создали предпосылки для новых форм лазерной хирургии глаза.

Начиная с 1982 года, неоднократно была показана способность коротковолновых эксимерных лазеров к формированию очень точных (субмикронных) разрезов в различных полимерных материалах, а затем и возможность послойного удаления биологической ткани с минимальным воздействием на окружающее вещество.

Эксимерные лазеры – это группа лазеров, в которых типичной активной средой является смесь инертного и галогенового газов. Термин “Эксимер” – аббревиатура английского словосочетания exited dimers (возбуждённые димеры), что означает нестабильное, существующее только в возбуждённом электронном состоянии димеров этих газов. При переходе эксимерных молекул в основное состояние испускаются высокоэнергетичные фотоны УФ-света. При различных комбинациях инертного и галогенового газов ЭЛ могут излучать короткие (наносекундные) импульсы света на различных длинах волн УФ-области спектра: фтор – 157 нм, аргон-фтор – 193 нм, криптон-хлор – 222 нм, криптон-фтор – 248 нм, ксенон-хлор – 308 нм, ксенон-фтор – 351 нм. Длительность импульса – 10 –16 нс. Глубина воздействия на живую ткань – до 60 мкм.

Лазеры, основанные на данном принципе, были созданы в 70-х годах, являются источниками УФ-излучени и используются во многих отраслях науки.

Начиная с 1982 года, неоднократно была показана способность наиболее коротковолновых эксимерных лазеров к формированию очень точных (субмикронных) разрезов в различных полимерных материалах, а затем и возможность послойного удаления биологической ткани с минимальным термическим воздействием на окружающее и оставшееся вещество. Для объяснения данного явления R. Srininasan предложил теорию так называемого механизма фотоабляции. Предполагается, что фотоны УФ-света достаточно энергетичны (например, в случае 193 нм – 6,4 эВ) для прямого разрыва межмолекулярных химических связей, причём остаток поглощённой энергии расходуется на испарение составных частей молекул из материала. Эта особенность может объяснить наблюдаемое минимальное повреждение прилежащих облучаемых тканей, особенно при длине волны менее 220нм. Глубина поглощения излучения аргон-фторового лазера (193 нм) измеряется микронами и, таким образом, воздействующая энергия распределяется в крайне ограниченном объёме ткани. Кроме того, из-за высокой скважности импульсов эксимерных лазеров диффузия тепла из облучаемой зоны в окружающие ткани минимальна. И неоднократно было показано, что термический эффект усиливается с увеличением длины волны.

Первое сообщение об использовании эксимерных лазеров на длине волны 193 нм для получения на роговице неперфорирующих разрезов было сделано в 1982 году. В эксперименте in vitro была установлена точная зависимость между количеством энергии и глубиной удалённой ткани: для выполнения надреза глубиной 1 мкм требуется плотность энергии 1 Дж/см2. При гистологическом исследовании в световом микроскопе не определялось признаков термического повреждения близлежащих к разрезу тканей, края лазерных разрезов были параллельными на всём протяжении без дезорганизации стромальных пластин или эпителиального края. После этого сообщения последовали работы различных авторов по изучению воздействия ЭЛ на различные структуры глаза. Одновременно в других отраслях медицины (сосудистая хирургия, дерматология, нейрохирургия и т. д.) проводились подобные работы по изучению воздействия лазерного УФ-излучения на различные биологические структуры.