飞秒激光白内障手术

在眼科领域,各种激光(light amplification by stimulated emission of radiation,LASER)的应用已有五十余年的历史,且始终较其他领域处于领先地位。不同的激光可拥有各自不同的波长、脉冲模式、脉冲能量、脉宽(脉冲持续时间)、频率及光斑大小等。不同参数、不同的波长的激光可被不同的组织吸收,产生迥然不同的生物学效应。迄今为止,几乎眼内所有的组织均能被某种类型的激光所治疗。许多激光工作时会产生不同的作用,如局部热效应等。氩激光可产生光凝(photocoagulation)作用,另外的一些激光可产生光蚀除作用(photoablation)(准分子激光),也可产生光致破裂作用(photodisruption)(YAG激光)等。

有趣的是,掺钕钇铝石榴石脉冲激光(neodymium-doped yttrium aluminium garnet,Nd:YAG)和飞秒激光的波长相似,但是两者工作时所产生的生物学效应差别很大,这是由于飞秒激光脉宽非常短,为千万亿分之一秒即10-15秒,而Nd:YAG激光的脉宽是在纳秒范围,为10-9秒。

飞秒激光首次应用于眼科是用于角膜屈光手术中角膜瓣的制作,之后其适应证逐步扩展,适用于各类角膜手术,如板层角膜移植、穿透性角膜移植、圆锥角膜治疗中角膜基质环的植入及角膜镶嵌物治疗老视术中角膜基质隧道的制作。飞秒激光最初应用于角膜手术其工作频率为30kHz,以后频率逐步提升。近期的工作频率为150kHz,可以在10秒钟内完成角膜瓣的制作。如需达到相同的生物学效应,激光的频率越高,所需的激光能量越低。

飞秒激光应用于白内障手术时,其脉宽为400~800飞秒,激光的能量在微焦(μJ)范畴内,为1~3μJ,通常情况下小于YAG激光行后囊切开时的能量。白内障手术中,飞秒激光作用于晶状体时激光的能量最大可增至10~15μJ。

飞秒激光精确地聚焦于组织表面时将产生光致破裂作用,在组织内部形成一气泡称作等离子体。等离子体以高速扩张形成空穴气泡,随着时间空穴气泡瓦解并以声波的形式向周围的组织传播。光致破裂作用仅局限于飞秒激光聚焦于组织的那一点,因而不会产生热效应,对周围的组织亦无损伤。基于飞秒激光的光致破裂作用,因此可用于白内障术中的组织分离,在角膜内、晶状体囊袋及晶状体内部制作精确的切口。

数值孔径(numerical aperture)是飞秒激光的一个重要参数,其数量直接影响到激光光斑的大小及体积。数量越多,激光束的能量发散越少(即激光光束的聚焦性能越好),达到同样效应所需的激光能量亦越少,切割组织深度的精确性越佳。因此,飞秒激光治疗角膜时需要拥有较多的数值孔径和较低的激光能量,而相对于晶状体的治疗则需要较少的数值孔径和较高的激光能量。飞秒激光的频率可达到160kHz,如果飞秒激光需要同时治疗角膜和晶状体,那么非常重要的一点是激光在脉冲能量、脉冲模式、脉宽及频率这四方面需有极强的灵活性。

白内障手术是目前应用最为广泛的眼科手术,全球每年大约有180万人接受此类手术,并且在不久的将来由于人口数量增长、老化和晶状体手术适应证的变化,手术量将会增至每年240万人。目前,白内障手术不仅是一项复明工程,更是屈光手术的一种。眼科医师不但可以恢复患者屈光介质的透明性,同时也能改变其屈光状态。因此在某些病例中,白内障患者术后的视觉质量要优于其患病之前。另外,对于医师和患者来说,透明晶状体摘除联合人工晶状体植入也是治疗老视的一种选择。

屈光手术的预期手术量是白内障手术的10倍,因此仍有许多工作等待我们去完成。这其中部分原因是由于患者要承担屈光手术的全部费用,而白内障的手术费用通常由保险公司承担。事实上,屈光手术患者的年龄越来越年轻,其适应证不仅仅是单纯的白内障,屈光不正、老视、曾行屈光手术后的增效手术、高度近视、高度远视、圆锥角膜等都位列其中。因此,医师可通过术前细致的检查评估及良好设计的人工晶状体来满足患者越来越高的需求。另一重要方面是手术技术的不断完善是手术结果相对稳定的保证,而不仅仅是依赖于医师娴熟的手术技巧。

应用飞秒激光对医师和患者均具潜在优势。2008年位于匈牙利布达佩斯Semmelweis University的眼科学院完成了世界上第一例飞秒激光辅助的白内障手术,其初期的研究结果发表于眼科界公认的学术杂志上。

一、Alcon-LenSx飞秒激光手术系统的性能特征

Alcon-LenSx飞秒激光手术系统的工作物质为固体激光,脉冲频率数以千计。激光脉冲通过一复杂的系统到达眼内,这其中包括关节杆、一系列类型各异的光学透镜、扫描仪和监视器。LenSx激光系统拥有迄今为止最独特的可变数值孔径,因此可以同时在角膜及晶状体层面达到最佳的性能。

飞秒激光手术的第一步是对患者行负压吸引。负压吸引装置为一无菌的角膜缘负压吸引环,其与患者角膜的接触面为一弯曲的接触镜,另一端通过管道与飞秒机器相连接。医师通过脚踏启动负压吸引,管道达真空后患者眼球得以固定。负压吸引这一步骤完成较容易,并且可以为医师提供宽广的手术视野和足够的手术区域,允许医师做周边角膜切口及楔形角膜切除。负压吸引通常不会超过35mmHg,在此过程中患者眼部灌注压得以维持,因此患者可以始终保持固视。

Alcon-LenSx飞秒激光手术系统拥有一个即时视频系统和专利的HD OCT,帮助医师做负压吸引和手术定位。OCT与飞秒激光光束应用的是同一光路,因此数据可以被完全整合并计算出来。OCT涵盖了眼前节的全部信息,图像可一直延伸至晶状体后囊,因此可以同时评估晶状体密度。激光系统已自动设置了手术治疗模式,医师可对这些治疗参数进行自主设置,如前囊的中心位置、晶状体切割的深度(从前囊到后囊的距离)及角膜切口的位置。

OCT测量有效地结合了圆周及线性的扫描模式,因而对于深度及倾斜的测量结果更加准确。由于飞秒激光可以产生100μm的冲击波,因此建议激光距离后囊的安全距离至少为500μm(700μm更佳)。

二、飞秒激光术后可能出现的眼部表现

  1. 结膜下出血或眼红:某些患者可以出现轻至中度的结膜下出血或眼红,特别是那些正在接受抗凝治疗的患者。通过术前正确的引导,患者较容易接受这个现象。眼红通常会较快地自行消退。
  2. 瞳孔缩小:术前瞳孔直径至少应为6. 0mm。飞秒激光脉冲的冲击波距离虹膜很近,特别是在那些术前散瞳不充分的患者,术中瞳孔缩小将不可避免。因此,建议术前增加应用散瞳剂的次数,并且同时使用非甾体消炎类滴眼液(例如:双氯芬酸钠)。飞秒激光行晶状体前囊切开的直径应至少小于瞳孔直径1. 0mm。医师应尽量缩短飞秒激光行前囊切开与之后行白内障手术的时间,建议5~10分钟为好。在瞳孔散大良好的情况下,可以预先用飞秒激光处理2~3个患者。如果情况允许,飞秒激光行前囊切开后立即行白内障手术是最理想的模式。
  3. 囊袋阻滞综合征:2011年文献首次报道了在水分离过程中发生囊袋阻滞综合征。直径较粗的水分离套管联合快速的水流冲击可以加速气泡从晶状体核内逃逸出来。晶状体内压力增加最终导致后囊破裂,核落入玻璃体腔。术中采用“rock-and-roll”技巧可以避免上述情况的发生:经过精细、缓慢、灵巧的水分离后,医师向下方做轻压核的动作(“rock”)并且移动核(“roll”)。水分离时流速缓慢且均匀,劈核时小心谨慎,运用上述手术技巧可以帮助晶状体内的气体释放出来,从而避免严重的术中并发症。
  4. 角膜切口的大小和位置:飞秒激光制作的角膜切口其紧密程度高于预期,因此医师用分离铲分离拉伸切口边缘时手部的动作要精细。在手术设计时医师需注意中心对位。在偏中心的病例中,角膜的切口要比预期的更加居中,这将导致术源性散光(surgical induced astigmatism,SIA)。完美的负压吸引是避免人工晶状体倾斜和角膜切口向中心偏移的重要保障。如角膜切口向中心偏移,有可能造成前囊切开不对称及碎核不完全。

三、飞秒激光辅助的白内障手术最主要的适应证

  1. 前囊切开。
  2. 激光粉碎(或分裂)晶状体(晶状体核硬度较大)。
  3. 激光水化晶状体(晶状体核硬度较小)。
  4. 做单平面、两平面或三平面的角膜切口。
  5. 角膜楔形切开治疗术前角膜散光。

在飞秒激光辅助的白内障手术中医师可以修改所有治疗参数,比如:激光行囊袋切开的范围是4. 5~6. 0mm(较小的直径适用于后房型可调节型人工晶状体)。飞秒激光处理晶状体的步骤中推荐使用混合的模式,即晶状体中央3. 0mm范围内采用水化模式,晶状体周边的部分切割成4~8块(交叉切割或及切蛋糕及比萨饼的方式)。这种混合的模式可以轻松移除晶状体的中央部分,并且给予周边晶状体充足的空间,减少超声乳化的能量及缩短超声乳化的时间。术后第一天角膜水肿及黄斑囊样水肿的发生率下降,患者获得更好的视力。

另外,我们的研究结果发现,采用混合模式术后视网膜厚度较常规超乳的患者下降,可能与术中预先行飞秒激光处理后,使用的超乳能量较少有关。激光预处理晶状体核可减少术中的操作过程,这也是其优势之一。迄今,我们已处理过各式各样的白内障患者,从软核到硬核,目前建议的适应证是晶状体核的硬度≤4. 0级。在晶状体核呈深褐色的患者中,其晶状体中水分的含量非常低,因此对激光的吸收能力亦不理想;而在晶状体核呈白色膨胀期白内障患者中,其晶状体中水分的含量相当高,欲行碎核亦不可行。如在后者应用飞秒激光辅助做囊袋切开及角膜切口,将发挥飞秒激光的巨大优势。

四、禁忌证

未散大的小瞳孔:飞秒激光辅助的白内障手术唯一的禁忌证是患者的瞳孔未散开、直径小于6. 0mm。假设瞳孔区前囊切开的范围是5. 0mm,由于虹膜边缘距其不到1. 0mm,激光击中瞳孔缘的概率非常高,如发生上述情形,在超乳阶段瞳孔直径将比预期的更小。小瞳孔下行前囊切开的范围也将缩小,如直径小于4. 0mm,将增加囊袋阻滞综合征的发生率。

五、工效学考虑(ergonomics)

如需放置Alcon-LenSx飞秒激光手术系统,建议预留11ft×14ft(3. 3m×4. 2m)的面积。如果空间允许,可以同时放置飞秒激光手术系统及超声乳化设备。

六、手术步骤

首先行前囊切开,其次晶状体粉碎或水化,最后行角膜切口。原因如下:在飞秒激光晶状体碎核过程中将有气泡产生,有可能导致晶状体前囊位置升高。如发生上述情况,则需另外一台OCT重新设计手术的治疗参数,因此必须首先进行前囊切开。小的气泡会自行弥散至角膜内皮层,但这并不会妨碍激光碎核的有效性。由于角膜切口的制作方向是从内至外,已存在的微小气泡并不会改变角膜的解剖参数,因此最后一步行角膜切口的制作。

七、小结

飞秒激光辅助的白内障手术最大的优势是所有的手术步骤均可实现个性化设置,达到其他设备无法匹敌的精确性、可重复性及结果的一致性。与飞秒激光整合至一体的OCT影像系统,其优越的追踪及自动预定位功能,可以帮助医师获得良好的负压吸引,使得治疗设计更加合理化。负压吸引完成后,OCT迅速地扫描从而获得完整的眼前节信息,提供从角膜前表面至晶状体后囊的三维纵切面影像。医师只需确认预先定位的角膜切口或者稍做改变。在治疗期间,医师可以通过液晶显示屏实时监测飞秒激光的扫描路线。医师通过脚踏装置来启动治疗过程。目前,整体的治疗时间为40~60秒。治疗完成后,释放负压吸引,从患者眼表移除弯曲的透镜,开始行白内障超声乳化。

LenSx飞秒激光手术系统

LenSx飞秒激光手术系统

手术界面显示屏

手术界面显示屏

左侧图分别显示了角膜切口及楔形角膜切开治疗散光的切口。右上角图:OCT识别出角膜内皮层及晶状体前囊(绿色实心原点的最高点及最低点)。右下角图:OCT识别出晶状体(黄色部分)内部切口的位置。

手术前,医师可以通过专利的OCT影像指导系统观察手术切口的位置及飞秒激光分离晶状体的模式。左侧图中蓝色圈代表激光分离晶状体的范围,黄色圈代表前囊切开的范围,红色代表角膜切口。医师可以在术前设计所有的手术参数(切口的位置及大小),也可以在术中对参数做即时的调整。

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