Методы усадки коллагена
Collagen Shrinkage Techniques
Изменение биомеханики роговицы также может быть достигнуто путем усадки коллагена. Нагревание коллагена до критической температуры 58°-76° °C вызывает его усадку, вызывая изменения кривизны роговицы. Методы термокератопластики, такие как проводящая кератопластика (CK), обычно избегаются в центральной части роговицы из-за рубцевания, но могут применяться в средней периферии для вызова локального сокращения коллагена с сопутствующим крутым увеличением центральной роговицы (см. Главу 10, Рисунок 10-3).
Alteration in corneal biomechanics can also be achieved by collagen shrinkage. Heating collagen to a critical temperature of 58°-76° C causes it to shrink, inducing changes in the corneal curvature. Thermokeratoplasty treatments such as conductive keratoplasty (CK) are generally avoided in the central cornea because of scarring but can be used in the midperiphery to cause local collagen contraction with concurrent central corneal steepening (see Chapter 10, Figure 10-3).
Лазерная биофизика
Laser Biophysics
Взаимодействие лазера с тканью
Laser–Tissue Interactions
В кераторефракционной хирургии используются три различных типа взаимодействия лазера с тканью: фотоабляционное, фотодеструктивное и фототермическое. Фотоабляция, наиболее важное взаимодействие лазера с тканью в рефракционной хирургии, разрывает химические связи с использованием эксимерных (от «*exci*ted di*mer*») лазеров или других лазеров соответствующей длины волны. Энергии лазера 4 эВ на фотон или более достаточно для разрыва углерод-азотных или углерод-углеродных связей в ткани.
Three different types of laser–tissue interactions are used in keratorefractive surgery: photoab lative, photodisruptive, and photothermal. Photoablation, the most important laser–tissue interaction in refractive surgery, breaks chemical bonds by using excimer (from “*exci*ted di*mer*”) lasers or other lasers of the appropriate wavelength. Laser energy of 4 eV per photon or greater is sufficient to break carbon–nitrogen or carbon–carbon tissue bonds.
Фотоабляционные эффекты
Photoablative effects
Аргон-фторидные лазеры — это эксимерные лазеры, которые используют электрическую энергию для стимулирования аргона с целью образования димеров с фторсодержащим газом. Они генерируют длину волны 193 нм с энергией 6.4 эВ на фотон. Свет с длиной волны 193 нм относится к ультрафиолетовому диапазону C (жесткий ультрафиолет), приближаясь к длине волны рентгеновского излучения. Помимо высокой энергии на фотон, свет в этой части электромагнитного спектра обладает очень низкой проникающей способностью в ткани, и, таким образом, подходит для операций на поверхности ткани. Энергия этого лазера способна обеспечить высокую точность с малым термическим распространением в ткани; более того, отсутствие проникающей способности или летальности для клеток делает 193-нм лазер не мутагенным, что повышает его безопасность. (Мутагенность ДНК происходит в диапазоне 250 нм.) Твердотельные лазеры были разработаны для генерации длин волн света около 193 нм без необходимости использования токсичного газа, но технические трудности при производстве этих лазеров ограничили их клиническое применение.
Argon-fluoride lasers are excimer lasers that use electrical energy to stimulate argon to form dimers with fluorine gas. They generate a wavelength of 193 nm with 6.4 eV per photon. The 193-nm light is in the ultraviolet C (high ultraviolet) range, approaching the wavelength of x-rays. In addition to having high energy per photon, light at this end of the electro magnetic spectrum has very low tissue penetrance and thus is suitable for operating on the surface of a tissue. This laser energy is capable of great precision, with little thermal spread in tissue; moreover, its lack of penetrance or lethality to cells makes the 193-nm laser non- mutagenic, enhancing its safety. (DNA mutagenicity occurs in the range of 250 nm.) Solid- state lasers have been designed to generate wavelengths of light near 193 nm without the need for toxic gas, but the technical difficulties in manufacturing these lasers have limited their clinical use.
Фотодеструктивные эффекты
Photodisruptive effects
Фемтосекундный лазер одобрен Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) для формирования роговичных лоскутов при проведении LASIK и процедуры SMILE. Он также может использоваться для создания каналов для интрастромальных сегментных колец и для ламеллярной или проникающей кератопластики. В нем используется инфракрасный луч с длиной волны 1053 нм, который вызывает фотодеструкцию, при которой ткань превращается в плазму, а последующее высокое давление и температура, создаваемые этим процессом, приводят к быстрому расширению ткани и образованию микроскопических кавитационных пузырьков внутри стромы роговицы. Последовательные лазерные импульсы позволяют создавать роговичный лоскут, лентикулу ткани, канал или разрез для кератопластики.
The femtosecond laser is approved by the US Food and Drug Administration (FDA) for creating corneal flaps for LASIK and for the SMILE procedure. It may also be used to cre ate channels for intrastromal ring segments and for lamellar or penetrating keratoplasty. It uses a 1053-nm infrared beam that causes photodisruption, in which tissue is transformed into plasma, and the subsequent high pressure and temperature generated by this process lead to rapid tissue expansion and the formation of microscopic cavitation bubbles within the corneal stroma. Contiguous laser pulses allow creation of the corneal flap, lenticule of tissue, channel, or keratoplasty incision.
Фототермические эффекты
Photothermal effects
Фототермические эффекты достигаются путем фокусировки лазера holmium:YAG с длиной волны 2.13 μ м в переднюю строму. Энергия луча поглощается водой в роговице, и возникающее тепло вызывает локальную усадку коллагена и последующее крутое увеличение кривизны роговицы. Этот метод одобрен FDA для лечения низкой гиперметропии, но не используется широко из-за регрессии эффекта.
Photothermal effects are achieved by focusing a holmium:YAG laser with a wavelength of 2.13 μ m into the anterior stroma. The beam's energy is absorbed by water in the cornea, and the resulting heat causes local collagen shrinkage and subsequent steepening of the cornea. This technique is FDA approved for low hyperopia but is not commonly used because of regression of effect.
Основы эксимерного лазерного фотоабляционного воздействия
Fundamentals of Excimer Laser Photoablation
Все фотоабляционные процедуры приводят к удалению ткани роговицы. Количество ткани, удаляемой центрально при лечении миопии с использованием широколучевого лазера, оценивается по формуле Munnerlyn:
All photoablative procedures result in the removal of corneal tissue. The amount of tissue removed centrally for myopic treatments using a broad-beam laser is estimated by the Munnerlyn formula:
Ablation~Depth~(μm)≈(Degree~of~Myopia~(D)×Optical~Zone~Diameter~[OZ~(mm)]2)/3
Клинический опыт подтвердил, что эффективное изменение не зависит от исходной кривизны роговицы. Формула Munnerlyn подчеркивает некоторые проблемы и ограничения лазерной коррекции зрения. Объем абляции увеличивается пропорционально квадрату оптической зоны, однако осложнения в виде ослепления, ореолов и регрессии возрастают при уменьшении оптической зоны. Чтобы уменьшить эти нежелательные эффекты, оптическая зона должна составлять 6 мм или более.
Clinical experience has confirmed that the effective change is independent of the initial curvature of the cornea. The Munnerlyn formula highlights some of the problems and limitations of laser vision correction. The amount of ablation increases by the square of the optical zone, but the complications of glare, halos, and regression increase when the optical zone decreases. To reduce these adverse effects, the optical zone should be 6 mm or larger.
При поверхностной абляции лазерное воздействие применяется к слою Боумена и переднему стромальному слою; напротив, LASIK сочетает начальный ламеллярный разрез с абляцией подлежащей роговицы, обычно в стромальном ложе (подробности хирургической техники см. в главе 4). Толщина лоскута варьирует от ультратонкого (80–100 μ мкм) до стандартного (120–180 μ мкм). Толщина и диаметр лоскута LASIK зависят от используемого инструментария, диаметра роговицы, кривизны роговицы и её толщины.
With surface ablation, the laser treatment is applied to the Bowman layer and the anterior stroma; in contrast, LASIK combines an initial lamellar incision with ablation of the underlying cornea, typically in the stromal bed (see Chapter 4 for further details of surgical technique). Flap thickness ranges from ultrathin (80–100 μ m) to standard (120–180 μ m). The thickness and diameter of the LASIK flap depend on instrumentation, corneal diameter, corneal curvature, and corneal thickness.
Методы лечения миопии уплощают роговицу путем удаления центральной ткани роговицы, тогда как методы лечения гиперметропии делают роговицу более крутой путем удаления части ткани в форме кольца в средней периферии. Некоторые лазеры используют алгоритм многозонного лечения, чтобы сохранить ткань, создавая несколько концентрических оптических зон для достижения необходимой полной коррекции. Этот метод позволяет обеспечить полную коррекцию в центре, в то время как сужающиеся периферические зоны могут уменьшить симптомы, вызванные резкими переходами между аблационной и неабляционной роговицей. Это также позволяет лечить более высокие степени миопии (рис. 1-22).
Treatments for myopia flatten the cornea by removing central corneal tissue, whereas those for hyperopia steepen the cornea by removing a doughnut-shaped portion of mid- peripheral tissue. Some lasers use a multizone treatment algorithm to conserve tissue by creating several concentric optical zones to achieve the total correction required. This method can provide the full correction centrally, while tapering peripheral zones can re duce symptoms created by abrupt transitions between ablated and nonablated cornea. It also allows higher degrees of myopia to be treated (Fig 1-22).
Необходимо соблюдать осторожность, чтобы после создания лоскута LASIK и абляции осталось достаточно стромальной ткани для поддержания адекватной структуры роговицы. Исторически стандартом было оставлять минимум 250 μ мкм ткани в стромальном ложе, хотя точное количество оставшейся ткани, необходимое для обеспечения биомеханической стабильности, неизвестно и, вероятно, варьирует у разных людей. Дальнейшее обсуждение этих вопросов см. в главах 2 и 5.
Care must be taken to ensure that enough stromal tissue remains after creation of the LASIK flap and ablation to maintain adequate corneal structure. The historical standard has been to leave a minimum of 250 μ m of tissue in the stromal bed, although the exact amount of remaining tissue required to ensure biomechanical stability is not known and likely varies among individuals. See Chapters 2 and 5 for further discussion of these issues.
Рисунок 1-22 Схематическое сравнение однозонной и многозонной кератэктомии. A, Глубина абляции, необходимая для коррекции 12.00 D миопии за один проход. B, На диаграмме показано, как использование нескольких зон абляции уменьшает глубину абляции, необходимую для лечения 12.00 D миопии: 6.00 D корректируются в 4.5-мм оптической зоне, 3.00 D — в 5.5-мм оптической зоне и 3.00 D — в 6.5-мм оптической зоне. Таким образом, полная коррекция 12.00 D достигается в центре с использованием меньшей глубины абляции (103 $ \mu $ м против 169 $ \mu $ м при одном проходе). (Иллюстрации: Cyndie C. H. Wooley.)
Figure 1-22 Schematic comparison of single and multizone keratectomies. A, Depth of ablation required to correct 12.00 D of myopia in a single pass. B, The diagram shows how the use of multiple ablation zones reduces the ablation depth required to treat 12.00 D of myopia: 6.00 D are corrected in a 4.5-mm optical zone, 3.00 D in a 5.5-mm optical zone, and 3.00 D in a 6.5-mm optical zone. Thus, the total 12.00 D correction is achieved centrally using a shallower ablation depth (103 $ \mu $ m versus 169 $ \mu $ m for a single pass). (Illustrations by Cyndie C. H. Wooley.)