Способ заготовки ультратонких донорских роговичных трансплантатов для задней послойной кератопластики с эндотелиального доступа с помощью высокоэнергетического фемтосекундного лазера
METHOD OF PREPARING ULTRAFINE DONOR CORNEA TRANSPLANTS FOR POSTERIOR LAYER KERATOPLASTY FROM ENDOTHELIAL APPROACH USING HIGH-ENERGY FEMTOSECOND LASER

Изобретение относится к медицине, а более конкретно - к офтальмологии, и предназначено для формирования ультратонкого роговичного диска равномерной толщины для задней послойной кератопластики с помощью высокоэнергетического фемтосекундного лазера.
Автоматизированная задняя послойная кератопластика, также известная как DSAEK (Descemet's Stripping Automated Endotelial Keratoplasty) - «Золотой стандарт» лечения ЭЭД, однако, наиболее высокие зрительные функции можно получить лишь при использовании так называемого ультратонкого трансплантата, характеризующегося центральной толщиной, не превышающей 100 мкм. Изготовление трансплантата такого рода общепринятым методом с помощью механического микрокератома, сопряжено с большим количеством технических сложностей, вследствие чего эффективность данной процедуры, как правило, не превышает 50%. В остальных случаях трансплантат получается более толстым, что отрицательно сказывается на зрительных функциях пациента, либо происходит перфорация и роговица выбраковывается, что совершенно не допустимо в современных условиях дефицита донорского материала.
Альтернативным методом заготовки трансплантата является применение для его выкраивания фемтосекундного лазера. Данная методика является более точной и предсказуемой, однако, при формировании трансплантата с передней поверхности роговицы имеет ряд тех же недостатков, что и традиционная с применением микрокератома: большая толщина периферической части трансплантата по сравнению с центральной, что приводит к гиперметропическому сдвигу рефракции пациента; слабая предсказуемость итоговой толщины трансплантата, связанная с тем, что используемые ультразвуковые и оптические методы исследования толщины донорской роговицы имеют достаточно большую погрешность, связанную с сильной гидратацией донорского материала при хранении в консервационной среде (Борзенка-Мороз).
Решением проблемы является формирование трансплантата с эндотелиальной стороны роговицы. Имеется описание такой методики для фемтосекундного лазера Ziess Visumax 500 кГц (Jesper Hjortdal, Esben Nielsen, Anders Vestergaard, . Inverse Cutting of Posterior Lamellar Corneal Grafts by a Femtosecond Laser // The Open Ophthalmology Journal. 2012 - №6. P. 19-22).
Однако у данного метода имеются недостатки: применение лазерной установки с изогнутым аппланационным интерфейсом и высокой плотностью энергии. Авторы отмечают что средняя острота зрения пациентов после операции составила 0,3, а максимальная не превысила 0,5, и связывают это с наличием «хейза» в области интерфейса «донор-реципиент». Такого рода пролиферативный ответ кератоцитов характерен для их активации избыточным энергетическим воздействием. Также изогнутая форма лазерного интерфейса может иметь значение.
Задачей изобретения является разработка безопасного, прогнозируемого и эффективного способа формирования ультратонких донорских роговичных трансплантатов равномерной толщины с помощью фемтосекундного лазера для задней послойной кератопластики с целью повышения качества заготавливаемого роговичного диска, уменьшения выбраковки материала и улучшения клинико-функциональных результатов операции.
Техническим результатом изобретения является возможность формирования ультратонкого равномерного по толщине трансплантата в 130 мкм, строго заданного диаметра, исходя из параметров роговицы реципиента, - от 6,0 до 9,5 мм. Толщина в 130 мкм является оптимальной для применяемой хирургической техники. В результате операции, после дегидратации трансплантата, его итоговая толщина составляет около 80 мкм, что полностью соответствует критериям ультратонкого и обеспечивает максимальное качество зрительных функций реципиента. Толщина трансплантата при данном подходе является легко прогнозируемой и не зависит от исходной толщины донорской роговицы.
2
В работе используется высокоэнергетическая фемтолазерная установка с регулируемой мощностью и расстоянием между импульсами немецкого производства с плоским аппланационным интерфейсом, обеспечивающим равномерное уплощение роговицы (Alcon Wevelight FS 200). Данная система позволяет менять мощность импульсов и расстояние между ними индивидуально в зависимости от глубины реза и конкретных задач, что позволяет подобрать параметры таким образом, чтобы минимизировать плотность энергии на площадь поверхности роговицы (мкДж/мм). Машина работает на частоте 200 кГц с энергией импульса 0,5-2,0 мкДж. Расстояние между импульсами варьируется от 4 до 12 мкм.
Лазерный кератом такого же образца с аналогичными характеристиками работает в лазере американского производства Intralase FS150, что позволяет рекомендовать указанные ниже настройки и для линейки Intralase, которая является наиболее распространенной в мире.
Технический результат достигается тем, что в способе заготовки ультратонких донорских роговичных трансплантатов для задней послойной кератопластики с эндотелиального доступа при помощи высокоэнергетического фемтосекундного лазера с плоским аппланационным интерфейсом, работающего на частоте 200 кГц, энергии в импульсе 0,8 мкДж, расстоянием между импульсами/рядами - 8 мкм удается минимизировать плотность энергии на площадь поверхности роговицы и время контакта лазерного интерфейса с эндотелием при сохранении высокого качества реза.
В способе формирования донорского роговичного диска, согласно изобретению, фемтосекундным лазером формируют запрограммированные интрастромальные разрезы. При этом донорский консервированный корнеосклеральный диск помещают под лазерную установку эндотелием кверху. Первый срез проводят в ламеллярной плоскости на глубине 130 мкм, второй - в вертикальном направлении с глубины 150 мкм кверху (в сторону эндотелия) строго заданного диаметра, исходя из параметров роговицы реципиента, - от 6,0 до 9,5 мм. После выполнения вертикального разреза, производят срез (соответственно вертикальный разрез на 20 мкм перекрывает плоскость ламеллярного разреза). Таким образом, лазер программируют так, чтобы вертикальный и ламеллярный разрезы частично перекрывали друг друга. Это необходимо для достижения высокого качества отделения трансплантата по краям среза. С целью минимизации энергии, израсходованной на единицу площади поверхности роговицы при формировании ламеллярного среза, оптимальными выявлены следующие параметры работы фемтосекундного лазера: расстояние между точками - 8 мкм, между рядами - 8 мкм, энергия 0,8 мкДж. Растровый паттерн. Время формирования ламеллярного среза (контакт с эндотелием) - 15 сек (Alcon Wevelight FS 200) или 20 сек (Intralase FS150).
Расчет проводили по формуле:
а
W=1000000/×b×E
2
2
2
а
где W - плотность энергии на площадь поверхности, мкДж/мм;  - расстояние между импульсами, мкм; b - расстояние между рядами, мкм; Е - энергия, мкДж; 1000000 - количество мкм в 1 мм.
2
2
Таким образом, при применении параметров такого типа плотность энергии составила 12500 мкДж/мм, что в 2,5 раза меньше, чем этот параметр при использовании более низкой энерегии импульса в 0,5 мкДж, что приводит к необходимости уменьшать расстояние между точками и рядами до 4 мкм, и соотвественно, увеличивает энергетическую нагрузку до 31250 мкДж/мм и удлиняет время контакта лазерного интерфейса с эндотелием в 3-4 раза.
Отделение трансплантата от донорской роговицы производилось одинаково легко. Мы не отмечали наличия остаточных тканевых перемычек. Использование шпателя для полного формирования вертикального разреза не требовалось. Горизонтальный срез был сформирован в одной плоскости, поверхность стромы выглядела лишь слегка шероховатой, при этом можно было рассмотреть рисунок в виде ее параллельной исчерченности. Снижение уровня энерегии на площадь поверхности позволяет минимизировать активизацию кератоцитов и вероятность развития «хейза» в интерфейсе донор-реципиент, а также свести к минимуму травму эндотелия при сохранении высокого качества реза. В лазерах описанного типа в аппланационном интерфейсе имеется датчик давления, вмонтированный для контроля качества аппланации. Минимальным уровнем давления, в ПК, достаточным для срабатывания датчика и выполнения процедуры, при этом безопасном для эндотелия является 20 см водного столба.
Способ операции осуществляется следующим образом. Донорскую роговицу, законсервированную в среде Борзенка-Мороз, выворачивают эндотелием кверху и монтируют на искусственную переднюю камеру, которую подключают к инфузионной системе, внутри которой создают давление внутри системы 20 см вод. ст., что важно для создания правильной и полной аппланации. Эндотелиальная поверхность роговицы увлажняется консервационной средой Борзенка-Мороз для минимизации потери эндотелиальных клеток в момент аппланации. Готовую для работы роговицу в ИПК помещают под аппланационную линзу, соединенную с высокоэнергетическим фемтосекундным лазером Wevelight FS 200 или Intralase FS 150. После обеспечения центровки и полной аппланации роговицы, под контролем компьютерной программы производят срез роговицы заданного профиля. Первый срез проводят в ламеллярной плоскости на глубине 130 мкм, второй - в вертикальном направлении с глубины 150 мкм кверху (в сторону эндотелия) строго заданного диаметра, исходя из параметров роговицы реципиента, - от 6,0 до 9,5 мм. После выполнения вертикального разреза, производят срез (соответственно вертикальный разрез на 20 мкм перекрывает плоскость ламеллярного разреза). Таким образом, лазер программируют так, чтобы вертикальный и ламеллярный разрезы частично перекрывали друг друга. Это необходимо для достижения высокого качества отделения трансплантата по краям среза. Используются следующие энергетические параметры работы фемтосекундного лазера: расстояние между точками - 8 мкм, между рядами - 8 мкм, энергия 0,8 мкДж. Растровый паттерн. Время формирования ламеллярного среза (контакт с эндотелием) - 15-20 сек.
После окончания работы фемтосекундного лазера корнеосклеральное кольцо в ИПК помещают под операционный микроскоп. Тонким шпателем проходят по окружности вертикального разреза и в горизонтальной плоскости на наличие оставшихся коллагеновых перемычек. Таким образом, использование предлагаемой нами методики формирования роговичного трансплантата позволяет создавать ультратонкие равномерные роговичные диски с прогнозируемой толщиной, не зависящей от исходной толщины донорской роговицы. При этом полностью отсутствует риск перфорации и выбраковки материала, коллагеновых перемычек так же обнаружено не было. Следующим этапом на роговице реципиента с височной стороны выполняют туннельный разрез длиной 1,5 мм и шириной 4,5 мм, с носовой стороны - парацентез. При помощи крючка выполняют десцеметорексис диаметром от 6,0 до 9,5 мм. Затем трансплантат помещают в воронку глайда по Бузину эндотелием кверху. Наконечник глайда вводится в переднюю камеру через туннельный роговичный разрез. При помощи пинцета с зубчатыми кончиками, введенного через парацентез роговицы с носовой стороны, трансплантат выводится в переднюю камеру реципиента. Под трансплантат вводится воздух для лучшей адгезии к ложу реципиента, затем выполняют центрацию трансплантата в ложе. Накладывают узловой шов нейлоном 10-0 на туннельный разрез роговицы.
Выбор параметров лазерного воздействия подтвержден следующими исследованиями на донорских роговицах: для изучения степени неравномерности полученного таким методом среза использовалась атомно-силовая микроскопия поверхности, а для изучения потери клеток эндотелия - окраска донорской роговицы витальными красителями.
2
Атомно-силовая микроскопия продемонстрировала высокое качество поверхности трансплантата. Шероховатость поверхности на мм, мкм (Aver.RMS, μm) при использовании микрокератома (Moria SLK-3) составила 22.3±18.3, фемтосекундного лазера Wevelight FS 200 - 18.72±12.0, р=0.28.
Окраска витальными красителями продемонстрировала безопасность указанных настроек и метода для эндотелия донора. Потеря эндотелия in vitro Wevelight FS 200 составила 6,5%. Соотношение живых/мертвых клеток в опытной группе составило 90,5/9,5%, в то время как в контрольной группе (корнео-склеральный диск того же донора) - 97/3%, было выполнено 10 снимков для каждого образца (2592*1944 пикселей, 1036*777,6 мкм).
Практическая значимость исследования и отработанных параметров заключается в том, что указанный прибор создан на основе лазера Intralase FS 150 и имеет точно такие же энергетические параметры и настройки. Фемтолазеры Intralase, в свою очередь, занимают более половины всего мирового рынка. То есть параметры (расстояние между импульсами/рядами - 8 мкм, энергия 0,8 мкДж) являются оптимальными для заготовки ультратонкого трансплантата для задней послойной кератопластики для большинства фемтолазерных систем в мире.
Предлагаемый способ поясняется следующими клиническими примерами.
0
D
0
D
Пример 1. Пациент П., 65 лет, с диагнозом: эпителиально-эндотелиальная дистрофия роговицы правого глаза, артифакия. Острота зрения 0,07 н/к. Кератометрия ах 73 46,60 ах 70 43,45. Пахиметрия по центру 695 мкм. По данным Confoscan 4 эндотелий измененной формы, подсчет клеток не удается.
2
На первом этапе операции из донорской роговицы с ПЭК 2860 кл/мм получен трансплантат для выполнения задней послойной кератопластики. Для этого донорскую роговицу, законсервированную в среде Борзенка-Мороз, эндотелием кверху монтировали на искусственную переднюю камеру, которую подключали к инфузионной системе, внутри которой создавали давление внутри системы 20 см вод. ст., что важно для создания правильной и полной аппланации. Эндотелиальную поверхность роговицы увлажняли консервационной средой Борзенка-Мороз для минимизации потери эндотелиальных клеток в момент аппланации. Затем готовую для работы роговицу в ИПК помещали под аппланационную линзу, соединенную с высокочастотным фемтосекундным лазером «Wevelight FS 200». После обеспечения центровки и полной аппланации роговицы, под контролем компьютерной программы выкраивали ультратонкий трансплантат диаметром 8,0 мм и толщиной 130 мкм. Использовали следующие энергетические параметры работы фемтосекундного лазера: расстояние между точками - 8 мкм, между рядами - 8 мкм, энергия 0,8 мкДж. Растровый паттерн. Время формирования ламеллярного среза (контакт с эндотелием) - 15 сек.
0
D
D
2
0
0
2
2
0
D
D
После окончания работы фемтосекундного лазера корнеосклеральное кольцо в ИПК помещали под операционный микроскоп. Тонким шпателем проходили по окружности вертикального разреза и в горизонтальной плоскости на наличие оставшихся коллагеновых перемычек. Коллагеновых перемычек обнаружено не было. Следующим этапом на роговице реципиента с височной стороны выполняй туннельный разрез длиной 1,5 мм и шириной 4,5 мм, с носовой стороны - парацентез. При помощи крючка выполнили десцеметорексис диаметром от 8,0 мм. Затем трансплантат поместили в воронку глайда по Бузину эндотелием кверху. Наконечник глайда вводили в переднюю камеру через туннельный роговичный разрез. При помощи пинцета с зубчатыми кончиками, введенного через парацентез роговицы с носовой стороны, трансплантат выводили в переднюю камеру реципиента. Под трансплантат вводили воздух для лучшей адгезии к ложу реципиента, затем выполняли центрацию трансплантата в ложе. Последним этапом накладывали узловой шов нейлоном 10-0 на туннельный разрез роговицы. На следующий день после операции трансплантат прозрачный, роговица несколько отечная, в передней камере 1/2 пузырь воздуха, адаптация трансплантата полная. Острота зрения 0,1 н/к. Кератометрия ах 83 46,35 44,55. На шестой день трансплантат прозрачный, сохраняется отек роговицы, острота зрения 0,2 н/к, пахиметрия в центре роговицы 624 мкм, по данным ОСТ толщина трансплантата в центральной зоне - 112 мкм. ПЭК - 2350 кл/мм. Через 3 месяца зрение 0,7 н/к, трансплантат прозрачный, кератометрия ах 78 44,32 D 43,10. ПЭК - 2150 кл/мм, сфероэквивалент рефракции +0,5 Дптр. Через 1 год трансплантата прозрачный, КОЗ 0,8 н/к. ПЭК - 2030 кл/мм, кератометрия ах 74 44,15 43,25, сфероэквивалент рефракции +0,5 Дптр, по даным ОСТ минимальная толщина трансплантата в центральной зоне - 77 мкм, на периферии - 99 мкм, «хейза» нет.
D
D
0
D
D
Пример 2. Пацинет И., 72 года, с диагнозом: эпителиально-эндотелиальная дистрофия роговицы левого глаза, артифакия. Острота зрения 0,03 sph -1,00 cyl -1,5 ax 83°=0,06. Кератометрия ax 173 47,35 45,30. Пахиметрия по центру 834 мкм. По данным эндотелиальной микроскопии ПЭК не определяется, по данным Confoscan 4 эндотелий измененной формы, подсчет клеток не удается.
2
На первом этапе операции из донорской роговицы с ПЭК 2735 кл/мм получен трансплантат для выполнения задней послойной кератопластики. Для этого донорскую роговицу, законсервированную в среде Борзенка-Мороз, эндотелием кверху монтировали на искусственную переднюю камеру, которую подключали к инфузионной системе, внутри которой создавали давление внутри системы 20 см вод. ст., что важно для создания правильной и полной аппланации. Эндотелиальную поверхность роговицы увлажняли консервационной средой Борзенка-Мороз для минимизации потери эндотелиальных клеток в момент аппланации. Затем готовую для работы роговицу в ИПК помещали под аппланационную линзу, соединенную с высокочастотным фемтосекундным лазером «Wevelight FS 200». После обеспечения центровки и полной аппланации роговицы, под контролем компьютерной программы выкраивали ультратонкий трансплантат диаметром 8,0 мм и толщиной 130 мкм. Использовали следующие энергетические параметры работы фемтосекундного лазера: расстояние между точками - 8 мкм, между рядами - 8 мкм, энергия 0,8 мкДж. Растровый паттерн. Время формирования ламеллярного среза (контакт с эндотелием) - 15 сек.
0
D
D
2
D
D
0
D
D
2
D
D
0
D
D
2
После окончания работы фемтосекундного лазера корнеосклеральное кольцо в ИПК помещали под операционный микроскоп. Тонким шпателем проходили по окружности вертикального разреза и в горизонтальной плоскости на наличие оставшихся коллагеновых перемычек. Коллагеновых перемычек обнаружено не было. Следующим этапом на роговице реципиента с височной стороны выполняй туннельный разрез длиной 1,5 мм и шириной 4,5 мм, с носовой стороны - парацентез. При помощи крючка выполнили десцеметорексис диаметром от 8,0 мм. Затем трансплантат поместили в воронку глайда по Бузину эндотелием кверху. Наконечник глайда вводили в переднюю камеру через туннельный роговичный разрез. При помощи пинцета с зубчатыми кончиками, введенного через парацентез роговицы с носовой стороны, трансплантат выводили в переднюю камеру реципиента. Под трансплантат вводили воздух для лучшей адгезии к ложу реципиента, затем выполняли центрацию трансплантата в ложе. Последним этапом накладывали узловой шов нейлоном 10-0 на туннельный разрез роговицы. На следующий день после операции трансплантат прозрачный, роговица отечная, в передней камере 2/3 пузырь воздуха, трансплантат полностью адаптирован. Острота зрения 0,05 н/к. Кератометрия ах 175 47,10 45,63. Через 1 неделю после операции трансплантат прозрачный, отек роговицы сохраняется. Острота зрения 0,1 н/к, пахиметрия в центре роговицы 635 мкм, по данным ОСТ толщина трансплантата в центральной зоне - 108 мкм. ПЭК - 2234 кл/мм. Через 3 месяца острота зрения 0,4 sph -0,5 cyl -1,25 ах 73°=0,8, трансплантат прозрачный, кератометрия ах 73 45,35 44,20. ПЭК - 2088 кл/мм, сфероэквивалент рефракции -1,0 Дптр. По данным ОСТ минимальная толщина трансплантата в центральной зоне - 98 мкм, на периферии - 105 мкм. Через год острота зрения 0,5 sph -0,5 cyl -1,25 ах 74°=0,8, трансплантат прозрачный, кератометрия ах 73 45,25 44,10. ПЭК - 1986 кл/мм, сфероэквивалент рефракции -1,0 Дптр. По данным ОСТ минимальная толщина трансплантата в центральной зоне - 104 мкм, на периферии - 124 мкм, «хейза» нет.
Во всех случаях достигнуто прозрачное приживление трансплантата, его полная адаптация в послеоперационном периоде, точное моделирование роговичных профилей по заданным параметрам, отсутствует «хейз» на границе трансплантата с роговицей реципиента, достигнута высокая острота зрения.
Способ заготовки ультратонких донорских роговичных трансплантатов для задней послойной кератопластики с эндотелиального доступа с помощью высокоэнергетического фемтосекундного лазера обеспечивает:
- быструю зрительную реабилитацию (высокая адгезия трансплантата к роговице реципиента, низкий риск послеоперационной дезадаптации трансплантата, быстрое уменьшение послеоперационного отека роговицы и трансплантата, отсутствие «хейза» в зоне соприкосновения трансплантата с роговицей реципиента, высокая НКОЗ после операции за счет того, что гиперметропический сдвиг рефракции после операции не более +0,5 Дптр.),
- получение качественного, равномерного по толщине ультратонкого роговичного трансплантата,
- безопасность заготовки трансплантата с исключением риска перфорации и выбраковки донорской роговицы