Πειραματική μελέτη της αποδόμησης ενδοφακών και κερατοειδικών ιστών με την 5η αρμονική του laser Nd:YAG

Abstract

H παρούσα διπλωματική εργασία μελετά την αλληλεπίδραση της 5ης αρμονικής του Laser Nd:YAG (λ=213 nm) με ενδοφακούς και κερατοειδικούς ιστούς. Τα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν στο πλαίσιο της εργασίας χωρίζονται σε δύο διακριτές ενότητες. Αφενός πραγματοποιήθηκαν πειράματα σχετικά με την αλληλεπίδραση της 5ης αρμονικής του Laser Nd:YAG με ενδοφακούς και αφετέρου με κερατοειδικούς ιστούς. Όσον αφορά στο πρώτο σκέλος, απώτερος σκοπός των πειραμάτων ήταν να εξεταστεί η δυνατότητα χρήσης της ακτινοβολίας laser, ως ένα εργαλείο υψηλής ποιότητας, για τη μορφοποίηση της επιφάνειας των ενδοφακών. Η μορφοποίηση της επιφάνειας του ενδοφακού από ένα σύστημα laser θα μπορούσε να του προσδώσει τις κατάλληλες οπτικές ιδιότητες, ώστε να ανταποκρίνεται όσο το δυνατό καλύτερα στις ιδιαίτερες ανάγκες του εκάστοτε ασθενούς. Σε αυτή την κατεύθυνση πραγματοποιήθηκαν πειράματα αποδόμησης διαφόρων δειγμάτων ενδοφακών. Ακολούθησε ποσοτική και ποιοτική μελέτη των αποτελεσμάτων της ακτινοβόλησης, με στόχο τον προσδιορισμό των κατάλληλων παραμέτρων της δέσμης laser, ώστε να επιτυγχάνεται αποτελεσματική και κυρίως ακριβής διαμόρφωση της επιφάνειας τους. Επιπλέον πραγματοποιήθηκε μαθηματική προσομοίωση των ρυθμών αποδόμησης των ενδοφακών, βασισμένη σε θεωρητικό μοντέλο, με σκοπό τον συσχετισμό των παραμέτρων της δέσμης laser με φυσικές παραμέτρους του υλικού, καθώς και τη μελέτη της συνεισφοράς του φωτοθερμικού και φωτοχημικού μηχανισμού στην αποδόμηση. Όσον αφορά στο δεύτερο σκέλος, εξετάστηκε η αλληλεπίδραση της ακτινοβολίας του Nd:YAG laser με την επιφάνεια κερατοειδικών ιστών. Σκοπός των πειραμάτων ήταν να εξεταστεί η χρήση του συγκεκριμένου laser ως εναλλακτική του laser ArF στη φωτοδιαθλαστική χειρουργική. Στα πειράματα ακτινοβόλησης χρησιμοποιήθηκαν ως δείγματα κερατοειδικοί κρημνοί χοίρου, που είχαν παραχθεί από Femtosecond laser μικροκερατόμο. Επιπλέον στόχος ήταν η αξιολόγηση της μικροσκοπίας ατομικών δυνάμεων (AFM), ως τεχνικής απεικόνισης της μορφολογίας του κερατοειδούς, καθώς πρόκειται για μία πολλά υποσχόμενη τεχνική, για την οποία όμως μέχρι στιγμής έχουν δημοσιευθεί ελάχιστες έρευνες, κύρια όσον αφορά στη μελέτη της επιφάνειας του κερατοειδούς με αυτή.

The present thesis studies the interaction of the 5th harmonic of the Nd:YAG laser (λ=213 nm) with intraocular lenses (IOLs) and corneal tissues. The experiments carried out in the context of this thesis were divided accordingly into two distinct parts: experiments regarding IOL’s samples and experiments regarding corneal tissue. In the first part, the purpose of these experiments was to examine the possibility of using laser radiation, as a high quality shaping tool of the IOL’s surface. The shaping of the IOL’s surface by a laser system, could provide the IOL with the ideal optical properties in order to better match the specific needs of each patient. With this goal in mind, ablation experiments on several IOL samples were performed. They were followed by a quantitative and qualitative study on the irradiation effects, in order to determine the suitable parameters of the laser beam for optimal surface shaping. The ablation rates were also mathematically simulated, based on a theoretical model, in order to correlate IOL’s parameters with the technical characteristics of the laser beam and also for depicting the possible laser ablation mechanisms. In the second part, the interaction of the Nd:YAG laser radiation with the corneal tissue surface was examined. The purpose of these experiments was to evaluate the use of this particular laser type as an alternative to the ArF laser in photorefractive surgery. The irradiation experiments were performed on porcine corneal flaps, that were initially made by a femtosecond laser microkeratome. A further aim was the evaluation of the Atomic Force Microscopy (AFM) as an imaging technique of the cornea’s morphology. AFM is a very promising technique on which few studies have been published regarding the imaging of the corneal surface.