Ексимерні лазери будову та принципи роботи

Матеріал підготовлений під керівництвом

Ексимерні лазери: пристрій та принципи роботи

Коли лазерне випромінювання досягає певної поверхні, ми стикаємося з 4 основними феноменами, характерними для лазера:

Поглинання
Проведення чи передача
Розсіювання
Відображення.

Розсіювання і відбиток мають настільки велике значення під час роботи лазера на рогівці, а поглинання і передача важливі і залежить від довжини хвилі лазерного випромінювання. Передача найбільш важлива при довжині хвилі від 400 до 1600 нм, коли Argon або YAG лазерне проміння проходить через рогівку без будь-якого впливу. Якщо довжина хвилі менше 350 нм (УФ-випромінювання), поглинання переважає над ефектом випаровування тканин рогівки.

Слово "ексимер" (eximer) походить зі злиття двох слів, що описують вид хімічної сполуки "збуджений димер" (excited dimer). В ексімерній хірургії використовується газова суміш аргон та флюорид. Електричним полем створюється потужний електричний імпульс, який призводить до нестабільності та збудження атомів, які, у свою чергу, збуджують електрони, змушують їх втратити стаціонарний рівень і переміститися на одну орбіту вище (збуджений димер). Коли в спокійному стані електрон повертається на свою звичайну орбіту, енергія вивільняється у вигляді фотона з довжиною хвилі 193 нм. Ця світлова енергія спрямовується в резонансну камеру лазера, швидко відбиваючись між не передаючим і порційно передаючим дзеркалом, що множить феномен збудження. Високоінтенсивний світловий промінь перетворюється на монохроматичне випромінювання з енергією потоку від 180 до 200 mj/cm². Ця довжина хвилі має світлову енергію, яка може руйнувати рогівкові містки з мінімальною травмою.для навколишніх тканин і мінімальним термальним ефектом, має високий індекс поглинання водою з відсутністю мутагенного впливу на ДНК.

Ексімерний лазер складається з наступних частин:

Схема влаштування ексимерного лазера (Л.І. Балашевич, 2002 р.). 1 – лазер; 2 – напівпрозоре дзеркало; 3,4,5 – оптичний шлях та формуюча система; 6 – операційний мікроскоп; 7 – операційний стіл; 8 – корпус приладу.

Порожнина лазера – спеціальна порожнина, де газова суміш ArF за допомогою електричного розряду утворює лазерне випромінювання. Ця конструкція із керамічного матеріалу не пропускає випромінювання.
Газовий балон - одні ексимерні лазери оснащені камерою, яка містить готову до роботи газову суміш, інші складаються з двох окремих порожнин, які містять гази, які змішуватимуться на наступному етапі. Деякі лазери використовують газові ємності, в яких міститься азот, що проходить оптичним шляхом попереду, очищаючи його попередньо.
Оптичний шлях - набір оптичних структур, якими проходить лазерний промінь, щоб досягти рогівки. Протягом цього шляху використовуються дзеркала, лінзи, призми, що дозволяє отримати максимально однорідний промен. Кожен виробник ексімерних лазерів має власну систему гомогенізації.
Комп'ютер - протягом усіх етапів лазерної корекції зору спеціальні комп'ютерні системи регулюють енергію, що утворюється в балоні, для підтримки постійного потоку газу протягом усієї процедури.
Система подачі лазерного променя в різних моделях ексимерних лазерів може відрізнятися:

Малюнок 2. Основні методи сканування рогівки (Л.І. Балашевич, 2002): а – широким пучком; б – щілиною; в – літаючою точкою

А)Широкий пучок лазера :перші лазерні апарати були засновані на системі випромінювання, яка являла собою великий лазерний промінь, що видаляє рогівку шар за шаром. Недоліки такого типу абляції такі – мала оптична зона, відсутність перехідної зони, значний термальний ефект, який виявлявся центральними острівцями як «ефекту маски». Останні генерації ексимерних лазерів подають промінь у вигляді різних типів плями, що сканує, і складного алгоритму.

Б)Пляма різного діаметра : в результаті руху діафрагми змінюється діаметр променя, що проходить. З такою системою можна виконувати більшу частину абляції більшим діаметром плями, а закінчувати процедуру меншою плямою. Система Visx за технологією може змінювати пляму випромінювання від 0,65 нм до 6,5 нм.

В)Скануюча щілина : діафрагма створює прямокутний промінь різного розміру, який поширюється по рогівці лінійною або ротаційною системою. Тепер можна розподіляти щілину малими прямокутниками для проведення складних профілів абляції. Таку технологію абляції застосовує виробник ексімерних лазерів Nidek.

Г)Літаюча точка : лазерний промінь має фіксований малий діаметр, який варіює між 1 нм і 0,54 нм. Цей розмір може бути фіксованим (виробники WaveLight, Zeiss, Schwind) або мати 2 розміри – 1 і 2 нм (виробник Bausch + Lomb). Профіль абляції отримують за рахунок серії скануючих лазерних точок на рогівці, що потрапляють у різний час на різні точки рогівки, видаляючи тканину. Висока швидкість руху променя суттєво зменшує час операції. Діапазон частоти становить від 100 Hz до 1 KHz. Складна система рухомих дзеркал контролює напрям лазерного променя, який запрограмований уникати надмірного нагрівання рогівки за рахунокчергування оброблюваних частин рогівки швидко за часом. Точність та реагування системи стеження за оком (eye-трекінгу) дозволяє уникнути децентрації та нерегулярного лікування.