Лазерная гидроакустическая обработка хрусталика глаза микросекундными импульсами излучения лазера на иттербий-эрбиевом стекле тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.03, кандидат наук Смирнов, Сергей Николаевич

• Смирнов, Сергей Николаевич
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Смирнов, Сергей Николаевич

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ КАТАРАКТАЛЬНОГО ХРУСТАЛИКА ГЛАЗА

1.1 Строение и свойства хрусталика глаза человека

1.1.1 Анатомия и строение хрусталика глаза человека в норме и при катаракте

1.1.2 Механические и теплофизические и свойства хрусталика глаза человека в норме и при катаракте

1.1.3 Оптические свойства хрусталика глаза человека и животных

1.2 Нелазерные методы хирургии катаракты

1.3 Лазерные методы обработки катарактальных хрусталиков

1.3.1 Механизмы деструкции биотканей под действием излучения лазеров ближней и средней инфракрасной области

1.3.2 Лазеры для транскорнеальной обработки хрусталика глаза

1.3.3 Лазеры для эндохирургии катаракты

Выводы к главе 1

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МИКРОСЕКУНДНОГО ЛАЗЕРА НА ИТТЕРБИЙ-ЭРБИЕВОМ СТЕКЛЕ ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ ГИДРОАКУСТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ХРУСТАЛИКА ГЛАЗА

2.1 Моделирование динамики генерации лазерного излучателя

2.2 Макетирование лазера на иттербий-эрбиевом стекле с диодной накачкой

2.3 Влияние формы электрического управляющего импульса на модуляционную характеристику НПВО-затвора и временную структуру импульсов генерации

лазера на иттербий-эрбиевом стекле

Вводы к главе 2

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ИНТЕНСИВНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С БИОЛОГИЧЕСКИМИ ТКАНЯМИ И ЖИДКОСТЯМИ

3.1 Гидроакустические процессы, индуцируемые микросекундными импульсами излучения лазера на иттербий-эрбиевом стекле в свободном объёме жидкости68

3.2 Влияние временной структуры импульсов излучения лазера на иттербий-эрбиевом стекле на порог, форму и размеры парогазовых полостей в свободном объёме жидкости

3.3 Влияние временной структуры импульса излучения лазера на иттербий-эрбиевом стекле на акустический сигнал, возникающий при лазерном воздействии в свободном объёме жидкости

3.4 Формирование парогазовых полостей импульсами излучения лазера на иттербий-эрбиевом стекле в жидкости вблизи твёрдой границы

3.5 Динамики пропускания жидкости вблизи твёрдой границы на длине волны генерации лазера на иттербий-эрбиевом стекле при формировании парогазовой полости

3.6 Формирование парогазовых полостей импульсами излучения лазера на иттербий-эрбиевом стекле при in vitro лазерной гидроакустической обработке хрусталика глаза человека

3.7 Деформация фантома биоткани при коллапсе парогазовой полости вблизи его

поверхности

Вводы к главе 3

ГЛАВА 4. ОБРАБОТКА КАТАРАКТАЛЬНОГО ХРУСТАЛИКА ГЛАЗА ЧЕЛОВЕКА МИКРОСЕКУНДНЫМИ ИМПУЛЬСАМИ ИЗЛУЧЕНИЯ ЛАЗЕРА НА ИТТЕРБИЙ-ЭРБИЕВОМ СТЕКЛЕ

4.1 In vitro спектроскопическое исследование хрусталика глаза человека при катаракте

4.2 In vitro разрушение капсулы хрусталика глаза человека под действием микросекундных импульсов излучения лазера на иттербий-эрбиевом стекле

4.3 In vitro разрушение катарактального хрусталика глаза человека под действием микросекундных импульсов излучения лазера на иттербий-эрбиевом стекле

4.3.1 Разрушение катарактального хрусталика глаза человека пакетами лазерных импульсов

4.3.2 Разрушение хрусталика глаза человека на воздухе и в жидкости

4.3.3 Порог разрушения хрусталика глаза человека на воздухе и в жидкости

4.3.4 Влияние энергии лазерного импульса и расстояния между торцом оптического волокна и поверхностью хрусталика глаза человека на эффективность его удаления в жидкости

4.3.5 Влияние количества лазерных импульсов, доставленных в одну точку, на эффективность удаления хрусталика глаза человека в жидкости

4.3.6 Влияние степени созревания катаракты на эффективность удаления катарактального хрусталика глаза человека

4.3.7 Методика лазерной экстракции катаракты с использованием микросекундных импульсов излучения лазера на иттербий-эрбиевом стекле

Вводы к главе 4

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы

132

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Лазерная гидроакустическая обработка хрусталика глаза микросекундными импульсами излучения лазера на иттербий-эрбиевом стекле»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования

К настоящему моменту лазеры нашли широкое применение в науке, технике и медицине. Перспективность использования лазеров для биомедицинских приложений связана с локальностью, высокой селективностью и эффективностью лазерного воздействия на биоткани. Обработка биотканей лазерным излучением при корректном подборе его параметров характеризуется малой инвазивностью, что позволяет сохранить интактность близлежащих тканей.

Лазерная гидроакустическая обработка биотканей представляет собой лазерную обработку биотканей в жидкости, которая сопровождается возбуждением акустических волн и гидродинамическими процессами. Подобные явления могут увеличивать эффективность удаления патологической биоткани за счёт непосредственного деструктивного воздействия акустических волн, очищения лазерного кратера от продуктов лазерного разрушения, эффективной передачи излучения через парогазовую полость и т.д.

Вышеперечисленные достоинства позволяют с успехом использовать лазерную гидроакустическую обработку в такой области медицины, как офтальмология. Одной из современных малоинвазивных технологий микрохирургии глаза является лазерная экстракция катаракты (ЛЭК), основанная на фрагментации хрусталика в передней камере глаза под действием импульсов свободной генерации Кё:УЛО лазера с длиной волны X = 1.44 мкм, попадающей в область локального пика поглощения воды. Основным достоинством ЛЭК является возможность полного удаления катарактальных хрусталиков любой плотности с высокой производительностью и без повреждения близлежащих биотканей при использовании только энергии лазерного излучения. В отличие от иных современных методов хирургии катаракты, при ЛЭК отсутствует необходимость предварительного размягчения хрусталика и не требуется применение ультразвуковых факоэмульсификаторов.

Современные тенденции в области проектирования медицинского оборудования обуславливают необходимость создания новых мобильных, малогабаритных и энергетически эффективных систем. В связи с этим дальнейшее развитие технологии ЛЭК может быть связано с внедрением нового компактного излучателя с диодной накачкой. Перспективными для ЛЭК с точки зрения реализации диодной накачки являются лазеры на иттербий-эрбиевом стекле. Длина волны генерации этих лазеров составляет X = 1.54 мкм и также, как и X = 1.44 мкм, попадет в область локального пика поглощения воды. Микросекундный диапазон длительностей импульсов излучения этого лазера практически не применяется в биомедицинских технологиях, а для ЛЭК не используется. Также известно, что характер лазерно-индуцированных гидроакустических эффектов зависит не только от интенсивности и объёмной плотности поглощённой энергии лазерного излучения, но и от временной структуры импульсов. Таким образом, актуальным является исследование взаимодействия микросекундных импульсов излучения лазера на иттербий-эрбиевом стекле различной энергии и временной структуры с катарактальным хрусталиком глаза человека.

Цель и задачи диссертационной работы

Целью диссертационной работы является изучение влияния лазерно-индуцированных гидроакустических эффектов на процесс фрагментации катарактального хрусталика глаза человека микросекундными импульсами излучения лазера на иттербий-эрбиевом стекле и эффективность удаления хрусталика такими импульсами.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: 1. Разработать экспериментальные макеты микросекундного лазера на иттербий-эрбиевом стекле с ламповой и диодной накачкой для лазерной гидроакустической обработки катарактальных хрусталиков с возможностью управления временной структурой микросекундного импульса излучения;

2. исследовать гидроакустические эффекты в свободном объёме жидкости при воздействии микросекундными импульсами излучения лазера на иттербий-эрбиевом стекле с различной энергией и временной структурой;

3. исследовать динамику формы и размеров парогазовых полостей в жидкости при их формировании вблизи твёрдой и эластичной границ, а также вблизи поверхности катарактального хрусталика глаза человека;

4. исследовать эффективность удаления катарактальных хрусталиков глаза человека на воздухе и в жидкости: выявить зависимость эффективности его удаления от положения дистального торца оптического волокна относительно поверхности хрусталика, от энергии в лазерном импульсе, от количества импульсов, доставленных в одну точку и от степени катаракты.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые:

1. Получены пакеты импульсов генерации лазера на иттербий-эрбиевом стекле с диодной накачкой, следующие друг за другом с максимальной частотой 15 Гц, длительностью 0.2^2 мс состоящие из 2^4 лазерных импульсов с энергией 120 ± 20 мДж в каждом импульсе и длительностью 0.1^3 мкс, генерируемые за счёт многократного срабатывания НПВО-затвора за один импульс накачки, при этом эффективная частота повторения импульсов достигает 30^60 Гц и ограничивается термомеханической стойкостью активного элемента.

2. Установлено, что в режиме модуляции полезных потерь трёхзеркального "глухого" Т-образного резонатора лазера на иттербий-эрбиевом стекле возможна регулировка пиковой мощности "лидирующего" пичка микросекундного импульса излучения в широких пределах с сохранением интегральной энергии импульса путём изменения длительности электрического управляющего импульса, подаваемого на пьезоэлементы НПВО-затвора, в диапазоне 8^12 мкс, длительности его фронта и спада - в диапазоне 0.4^3 мкс, при максимальном пропускании НПВО-затвора 80^90 %.

3. Установлено, что для микросекундных импульсов излучения лазера на иттербий-эрбиевом стекле с "лидирующим" пичком, пиковая мощность

которого в 3^4 раза превышает пиковую мощность следующих за ним пичков, время формирования цельной парогазовой полости гладкой сферической формы в свободном объёме жидкости меньше, порог формирования ниже, чем для импульсов с той же энергией, но вдвое меньшей пиковой мощностью "лидирующего" пичка, а максимальный объём полости для таких импульсов больше.

4. Показано, что при лазерной гидроакустической обработке с применением микросекундных импульсов лазера на иттербий-эрбиевом стекле при приближении торца оптического волокна к поверхности катарактального хрусталика глаза на расстояние 0.2 < И < 1.0 мм формируемая в жидкости парогазовая полость деформируется и приобретает гладкую полусферическую форму. При коллапсе такой полости происходит деформация поверхности мягких биотканей, что в случае хрусталика глаза, приводит к росту эффективности его удаления.

Практическая значимость и реализация результатов работы

1. Разработан экспериментальный макет компактного лазера на иттербий-эрбиевом стекле с диодной накачкой офтальмологической системы для лазерной экстракции катаракты (подтверждено актом внедрения).

2. Разработана методика и аппаратура для комплексного исследования лазерно-индуцированных гидроакустических процессов в жидкости при помощи стробоскопической фотографии и измерения параметров акустического сигнала (экспериментальный стенд используется в учебном процессе при подготовке бакалавров по направлению 12.03.05 "Лазерная техника и лазерные технологии" и магистров по направлению 12.04.05 "Лазерная техника и лазерные технологии").

3. Предложен новый метод лазерной экстракции катаракты с использованием микросекундных импульсов излучения лазера на иттербий-эрбиевом стекле.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. В лазере на иттербий-эрбиевом стекле с "глухим" Т-образным трёхзеркальным резонатором и выводом излучения через подключенный в режиме "на растяжение" НПВО-затвор пиковая мощность "лидирующего" пичка микросекундного импульса излучения может регулироваться в широких пределах за счёт управления формой электрического импульса, подаваемого на пьезоэлементы затвора, что позволяет генерировать лазерные импульсы, имеющие выраженный высокоинтенсивный "лидирующий" пичок и обеспечивающие эффективную лазерную экстракцию катаракты.

2. Пиковая мощность "лидирующего" пичка в микросекундном импульсе излучения лазера на иттербий-эрбиевом стекле оказывает существенное влияние на порог формирования и максимальный объём парогазовой полости, а её увеличение в 2.5^3 раза приводит к 5^7ми кратному увеличению удалённого объёма катарактального хрусталика, связанному с генерацией более мощных акустических волн.

3. Коллапс полусферических парогазовых полостей, формируемых в жидкости вблизи поверхности хрусталика глаза под действием микросекундных импульсов излучения лазера на иттербий-эрбиевом стекле, приводит к повышению эффективности лазерной гидроакустической обработки катарактальных хрусталиков глаза по отношению к эффективности при контактной обработке и при коллапсе сферических парогазовых полостей.

4. При лазерной гидроакустической обработке хрусталика глаза человека микросекундными импульсами излучения лазера на иттербий-эрбиевом стекле эффективность удаления хрусталика нелинейно зависит от расстояния между дистальным торцом оптического волокна и поверхностью хрусталика, и при плотности мощности "лидирующего" пичка ~ 100 МВт/см2 максимальна при расстоянии 0.5 ± 0.1 мм.

Апробация результатов работы и публикации

Результаты, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались на

следующих международных и российских конференциях:

• XLIV, XLV и XLVI Научная и учебно-методическая конференция Университета ИТМО (Санкт-Петербург, 2015, 2016, 2018);

• IV, VI и VII Всероссийский конгресс молодых ученых (Санкт-Петербург, 2015, 2017, 2018);

• International Symposium "Fundamentals of Laser Assisted Micro- and Nanotechnologies" (Санкт-Петербург (г. Пушкин), 2016);

• Saratov Fall Meeting: International symposium "Optics and biophotonics - IV, V" (Саратов, 2016, 2017);

• XXIX Международная конференция "Лазеры в науке, технике, медицине" (Москва, 2018).

Доклад соискателя "Лазер на иттербий-эрбиевом стекле с диодной накачкой для применения в офтальмологии" был отмечен дипломом "за лучший доклад" на IV Всероссийском конгрессе молодых ученых (7-10 апреля 2015 г.). Доклад "Исследование фотоакустического сигнала при лазерной гидроакустической обработке биоткани в жидкости микросекундными импульсами излучения лазера на иттербий-эрбиевом стекле" был отмечен дипломом "за лучший доклад" на VII Всероссийском конгрессе молодых ученых (17-20 апреля 2018 г.).

Работа была поддержана следующими грантами: РФФИ (мол_нр, проект № 16-32-50164, 2016); премия Правительства Санкт-Петербурга победителям конкурса грантов для студентов вузов, расположенных на территории Санкт-Петербурга, аспирантов вузов, отраслевых и академических институтов, расположенных на территории Санкт-Петербурга (2017).

Результаты диссертации опубликованы в 12 печатных работах, в том числе 7 - в изданиях, входящих в перечень российских и международных рецензируемых научных журналов, и 3 - в изданиях, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук (список ВАК).

Степень достоверности результатов и методы исследования Достоверность результатов работы и выводов обеспечивается за счёт использования современных методов и приборов для измерения параметров

лазерного излучения, корректных и одобренных специалистами методов подготовки биологических образцов, современных методов статистического анализа полученных экспериментальных результатов. Экспериментальные исследования проведены при помощи высокоскоростной видеосъёмки, оптического зондирования, регистрации акустического сигнала калиброванным гидрофоном, стробоскопического фотографирования, оптической микроскопии, а также спектрофотометрических измерений с использованием современного прецизионного оборудования и обработкой их результатов при помощи общепринятых методов.

Личный вклад автора

Постановка цели и задач диссертационной работы проведены совместно с научным руководителем. Все экспериментальные исследования выполнены лично соискателем, либо при его непосредственном участии. Обработка результатов экспериментов выполнена лично автором, обсуждение и анализ полученных результатов проводились совместно с научным руководителем и соавторами.

Автор выражает благодарность своим соавторам - сотрудникам кафедры лазерных технологий и систем Университета ИТМО кандидату физико-математических наук С.В. Гагарскому и кандидату технических наук А.Н. Сергееву за постоянный интерес к работе, помощь в подготовке экспериментов и полезные обсуждения их результатов, а также кандидату медицинских наук, доктору экономических наук, заместителю директора по лечебной работе Санкт-Петербургского филиала МНТК "Микрохирургия глаза" им. академика С.Н. Фёдорова А.М. Загорулько за предоставленные образцы биоткани и полезные обсуждения.

Структура и объём диссертации

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка цитируемой литературы. Материал диссертации изложен на 147 страницах, содержит 63 рисунка, 12 таблиц и список цитируемой литературы из 150 наименований.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность выбранной темы исследования, введено понятие лазерной гидроакустической обработки биоткани. Сформулированы цель работы и задачи, которые необходимо решить для её достижения. Представлены выносимые на защиту основные научные положения, приведены сведения об апробации работы и определена структура диссертации.

В первой главе приведены сведения о строении и свойствах хрусталика глаза в норме и при катаракте. Представлен аналитический обзор нелазерных и лазерных методов хирургии катаракты. Рассмотрены механизмы лазерной деструкции биоткани и выполнен анализ перспективных лазерных излучателей для лазерной гидроакустической обработки хрусталика глаза.

Во второй главе приведены результаты моделирования динамики генерации лазера на иттербий-эрбиевом стекле с поперечной диодной накачкой, слэб-геометрией активного элемента и модуляцией полезных потерь трёхзеркального "глухого" резонатора НПВО-затвором на основе точечной модели одномодового лазера в прикладном программном пакете "LasKin 5.0" (DDC Technologies, Inc., США). Представлено описание экспериментального макета лазерного малогабаритного излучателя офтальмологической системы для лазерной экстракции катаракты. Лазер на иттербий-эрбиевом стекле (X = 1.54 мкм) с поперечной диодной накачкой на длине волны X = 940 нм и слэб-геометрией активного элемента генерировал пакеты микросекундных импульсов путём многократного включения НПВО-затвора за один импульс диодной накачки. На экспериментальном макете был достигнут субджоульный уровень выходной энергии лазерного излучения: в течение одного импульса накачки длительностью tpump = 3.7 мс при мощности накачки Ppump ~ 2.2 кВт лазер генерировал пакет из пяти импульсов с суммарной энергией E^ ~ 490 мДж. При этом частота повторения импульсов накачки составляла fpump = 10 Гц, а эффективная частота повторения импульсов генерации с энергией ~100 мДж - ff = 50 Гц. Максимальная средняя мощность лазерного излучения (~ 7 Вт) была получена для режима генерации пакетов из четырёх импульсов генерации при частоте повторения импульсов

накачки ртр = 15 Гц и была ограничена сверху термомеханическим разрушением активного элемента.

Представлены результаты исследования влияния модуляционной характеристики НПВО-затвора, включённого в режиме "на растяжение" и осуществляющего вывод излучения из трёхзеркального Т-образного "глухого" резонатора в режиме модуляции полезных потерь, на временную структуру импульсов генерации лазера на иттербий-эрбиевом стекле. В таком режиме включения затвора на фронте электрического импульса происходит сжатие пьезоэлемента, что приводит к увеличению воздушного зазора между призмами и уменьшению пропускания затвора, после чего зазор инерционно смыкается, и затвор открывается. Установлено, что изменение формы управляющего импульса, подаваемого на пьезоэлементы затвора, позволяет получать однопичковые и многопичковые импульсы многомодовой генерации с эквивалентной интегральной энергией. Установлена возможность регулировки в широких пределах пиковой мощности "лидирующего" пичка микросекундного лазерного импульса с сохранением интегральной энергии импульса путём изменения формы управляющего электрического импульса, подаваемого на пьезоэлементы НПВО-затвора. Пиковая мощность "лидирующего" пичка может в разы превышать пиковую мощность следующих за ним пичков.

В третьей главе приведены результаты исследования возбуждаемых в жидкости микросекундными импульсами излучения лазера на иттербий-эрбиевом стекле гидроакустических эффектов. Разработанный экспериментальный стенд позволял регистрировать изображения сформированной под действием импульса лазерного излучения парогазовой полости в жидкости метод стробоскопической фотографии с минимальным шагом по времени 1 мкс при минимальной необходимой длительности светодиодной подсветки 3 мкс.

Из-за многомодового характера генерации и наличия "горячих" точек для микросекундных импульсов излучения лазера на иттербий-эрбиевом стекле с "лидирующим" пичком, пиковая мощность которого в 3^4 раза превышает пиковую мощность следующих за ним пичков, энергия на выходе оптического

волокна с диаметром сердцевины 470 ± 10 мкм была ограничена сверху лучевой прочностью его входного торца на уровне 120 ± 10 Дж. В этой связи во всех экспериментах энергия в лазерном импульсе на выходе волокна не превышала 105 ± 10 мДж во избежание разрушения его входного торца.

Рассмотрено влияние временной структуры импульса на порог формирования полости и динамику её объёма. Установлено, что для микросекундных импульсов излучения лазера на иттербий эрбиевом стекле, состоящих из нескольких пичков и содержащих "лидирующий" пичок с пиковой мощностью (~150 кВт), в 3^4 раза превышающей пиковую мощность остальных пичков, порог формирования парогазовой полости в 1.5 раза ниже, чем для импульсов с той же энергией, но с вдвое меньшей пиковой мощностью "лидирующего" пичка, и составляет порядка 20 мДж, а максимальный объём формируемой в свободном объёме воды сферической полости для таких импульсов в 1.5^3 раза больше.

Исследование акустического сигнала, сопровождающего взаимодействие лазерного излучения с жидкостью (дистиллированная вода), показало, что увеличение пиковой мощности "лидирующего" пичка приводит к увеличению мощности акустических волн, генерируемых как в момент действия импульса, так и в фазе "коллапс-возобновление" парогазовых полостей. В связи с этим пиковая мощность "лидирующего" пичка может оказывать существенное влияние на эффективность удаления катарактальных хрусталиков.

Рассмотрены особенности формирования парогазовой полости вблизи твёрдой и эластичной границ, а также вблизи границы биоткани. Установлено, что при расстоянии между торцом оптического волокна и поверхностью (твёрдой границы, эластичной границы или биоткани) менее 1 мм происходит формирование полусферической парогазовой полости. Коллапс сформированной под действием микросекундного импульса излучения лазера на иттербий-эрбиевом стекле полусферической парогазовой полости вблизи поверхности фантома биоткани может вызывать её деформацию.

Выявлено, что через парогазовую полость, сформированную в жидкости вблизи твёрдой границы под действием микросекундного импульса излучения лазера на иттербий-эрбиевом стекле с энергией E ~ 100 мДж при h = 0.5 мм, возможна передача энергии излучения с максимальной эффективностью не менее 80 %. При этом, пропускание слоя жидкости релаксирует до уровня невозмущённого состояния на 450-ой мкс после начала воздействия лазерного импульса.

Четвёртая глава посвящена исследованию оптических свойств и эффективности удаления катарактальных хрусталиков глаза человека микросекундными импульсами излучения лазера на иттербий-эрбиевом стекле в жидкости (воде).

Обсуждаются измеренные спектры поглощения (в диапазоне 400^2300 нм), рассеяния и фактора анизотропии рассеяния (в диапазоне 400^1800 нм) для центральной части катарактальных хрусталиков. Спектральные зависимости коэффициента поглощения (цa) и транспортного коэффициента рассеяния (цs)

были получены в результате спектрофотометрического исследования образцов с последующей обработкой полученных данных - коэффициентов диффузного отражения и полного пропускания - в программе "IAD" [https://omlc.org/soflware/iad/]. Программа реализует итерационный инверсный метод "добавления-удвоения" для решения обратной задачи переноса излучения. На следующем этапе производился расчёт спектров коэффициента рассеяния (ц s) и спектральных зависимостей фактора анизотропии рассеяния (g) образцов на основе закона Бугера-Ламберта-Бера, измеренных коэффициентов коллимированного пропускания, а также полученных на предыдущем этапе коэффициентов цa и ц^. Установлено, что по сравнению с хрусталиками в норме,

для катарактальных хрусталиков характерно большее значение коэффициентов поглощения и рассеяния в видимой области спектра и большее значение коэффициентов рассеяния в ближней ИК области.

При изменении типа катаракты от "soft" к "hard", а также при смещении от периферии к центральной области экваториальной части хрусталика было отмечено значительное увеличение коэффициента поглощения в видимой области; в видимой области спектра наблюдалось увеличение транспортного коэффициента рассеяния; в ближней ИК области зависимость спектра транспортного коэффициента рассеяния от стадии катаракты была нелинейна. На длине волны излучения лазера на иттербий-эрбиевом стекле коэффициент поглощения центральной части катарактальных хрусталиков составляет порядка 5 см-1 (4.8 ± 0.1 см-1 для "soft", 5.4 ± 0.2 см-1 для "medium" и 5.1 ± 0.2 см-1 для "hard"), коэффициент рассеяния находится в диапазоне 20^35 см-1 (32.0 ± 1.0 см-1 для "soft", 32.8 ± 1.7 см-1 для "medium" и 20.7 ± 1.1 см-1 для "hard"), а фактор анизотропии рассеяния - в диапазоне 0.65^0.8 (0.78 ± 0.01 для "soft", 0.75 ± 0.01 для "medium" и 0.67 ± 0.01 для "hard"). Таким образом, при изменении типа катаракты существенному изменению подвергаются рассеивающие свойства хрусталика.

Эффективность удаления катарактального хрусталика глаза человека микросекундными импульсами излучения лазера на иттербий-эрбиевом стекле с энергией около 100 мДж (WE ~ 58 Дж/см2) в жидкости (воде) оказалась на порядок выше, чем на воздухе. Максимальная эффективность удаления хрусталиков наблюдалась для первых ста лазерных импульсов с энергией 100 мДж при расстоянии между торцом оптического волокна и поверхностью биоткани, равном 0.5 мм, вследствие оптимальности вклада в разрушение как лазерного, так и гидроакустического эффектов.

Эффективность удаления хрусталиков уменьшалась с увеличением степени катаракты, что связано с увеличением их твёрдости, приводящим к повышению порога механического разрушения и ослаблению вклада гидроакустических эффектов, а также с ростом рассеяния, ослабляющего вклад лазерного эффекта. При h = 0.5 мм эффективность удаления хрусталика микросекундными импульсами лазера на иттербий--эрбиевом стекле в диапазоне энергий 90-100 мДж увеличивается со скоростью 0.03 мм3/мДж, в диапазоне энергий 80-90 мДж -0.01 мм3/мДж, а в диапазоне 70-80 мДж - 0.002 мм3/мДж. Увеличение

эффективности удаления при увеличении энергии в лазерном импульсе может быть связана как с ростом превышения энергии лазерного излучения над порогом разрушения хрусталика, так и со значительным увеличением мощности возбуждаемых в жидкости акустических волн.

Предложена методика лазерной экстракции катаракты с использованием микросекундных импульсов излучения лазера на иттербий-эрбиевом стекле. В отличие от традиционной процедуры ЛЭК с использованием импульсов свободной генерации Кё:УЛО лазера с длиной волны X = 1.44 мкм при гидроакустической обработке микросекундными импульсами лазера на иттербий-эрбиевом стекле с длиной волны X = 1.54 мкм лазерное воздействие осуществляется бесконтактно при расстоянии между дистальным торцом рабочего лазерного наконечника и поверхностью хрусталика, близком к 0.5 мм. Лазерный импульс имеет "лидирующий" пичок, пиковая плотность мощности которого на выходе рабочего наконечника достигает 100 МВт/см2, а импульсная плотность энергии ~ 100 Дж/см2. Пауза между импульсами выбрана таким образом, чтобы к моменту прихода следующего импульса, пропускание в области воздействия было минимально, т.е. пауза не должна быть меньше 450 мкс.

Исследована возможность вскрытия капсулы хрусталика глаза импульсным излучением лазера на иттербий-эрбиевом стекле. Показано, что при контактной обработке тридцатью микросекундными лазерными импульсами, доставляемыми по 200 мкм кварц-полимерному оптическому волокну (ЫЛ = 0.39), локальное разрушение капсулы хрусталика глаза человека возможно при плотности энергии до 25 Дж/см2, а превышение этого значения приводит к разрыву капсулы.

В заключении диссертационной работы сформулированы основные результаты исследований.

ГЛАВА 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ КАТАРАКТАЛЬНОГО ХРУСТАЛИКА ГЛАЗА

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Смирнов, Сергей Николаевич, 2018 год

Список литературы

1. Юшканцева, С.И. Гистология, цитология и эмбриология. Краткий атлас: Учебное пособие. 2-е изд., перераб. и доп. / С.И. Юшканцева, В.Л. Быков. -СПб.: Изд-во «П-2», 2007.- 120 с.

2. Jeon, K. International review of cell and molecular biology, Volume 296. Academic Press. - 2012, ISBN: 9780123943071.

3. Danysh, B.P. The lens capsule / B.P. Danysh, M.K. Duncan // Exp Eye Res. -2009. - Vol. 88. - Iss. 2.- pp. 151-164.

4. Вит, В.В. Строение зрительной системы человека. - Одесса: Изд-во Астропринт, 2003.- 664 с.

5. Егоров, Е.А. Клинические лекции по офтальмологии - Учебное пособие. / Е.А. Егоров, С.Н. Басинский. - ГЭОТАР-Медиа, 2007. - 288 c.

6. Fisher, R.F. The elastic constants of the human lens // J. Physiol. - 1971. -Vol. 212. - pp. 147-180.

7. Тишкова, А.С. Исследование структуры и механических свойств капсулы и ядра хрусталика у больных возрастной и диабетической катарактами / А.С. Тишкова, В.А. Галанжа, А.Ф. Ципящук, А.Б. Бучарская, Г.Н. Маслякова, А.М. Буров, А.В. Скрипаль // Офтальмология. - 2013. - Т. 10. -№ 3. - С. 2632.

8. Кокова, А.А. Определение упругих характеристик катарактально измененных хрусталиков в эксперименте // Бюллетень сибирской медицины. - 2008. -№ 2. - С. 52-55.

9. Emery, J.M. Phacoemulsification and Aspiration of Cataracts; Surgical Techniques, Complications, and Results / J.M. Emery, J.H. Little. - Mosby, 1979. - 342 p.

10. Buratto, L. Phacoemulsification: Principles and Techniques, 2nd ed. / L. Buratto, L. Werner.,D.J. Apple, M. Zanini. - SLACK Incorporated, 2003. - 754 p.

11. Duck, F.A. Physical properties of tissues: a comprehensive reference book. -Academic press, 2013. - 346 p.

12. Maher, E.F. Transmission and absorption coefficients for ocular media of the rhesus monkey // USAF School of Aerospace Med Brooks AF Base, TX, Report SAM-TR-78-32.

13. Sardar, D.K. Optical Properties of Ocular Tissues in the Near Infrared Region: Report / D.K. Sardar, R.M. Yow, G.-Y. Swanland // September 2005. [Электронный ресурс]. URL: http://www.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a441061.pdf

14. Yust, B.G. Optical absorption and scattering of bovine cornea, lens, and retina in the near-infrared region / B. G. Yust, L.C. Mimun, D.K. Sardar // Lasers Med Sci. -2012. - Vol. 27. - Iss. 2. - pp. 413-422.

15. Sardar, D.K. Optical absorption and scattering of bovine cornea, lens and retina in the visible region / D.K. Sardar, B.G. Yust, F.J. Barrera, L.C. Mimun, A.T.C. Tsin // Lasers Med Sci. - 2009. - Vol. 24. - Iss. 6. - pp. 839-847.

16. Dillon, J. New trends in photobiology: the photophysics and photobiology of the eye // J. Photochem. Photobiol. B: Biol. -1991. - Vol. 10. - Iss. 1-2. - pp. 23-40.

17. Gaillard, E.R. Age-Related Changes in the Absorption Characteristics of the Primate Lens / E.R. Gaillard, L. Zheng, J.C. Merriam, J. Dillon // Investigative Ophthalmology & Visual Science. - 2000. - Vol. 41. - No. 6. - pp. 1454-1459.

18. Глазные болезни: Учебник / Под ред. В.Г. Копаевой. - М.: Медицина, 2002. -560 с.

19. Копаев, С.Ю. Клинико-экспериментальное обоснование комбинированного использования неодимового ИАГ 1.44 мкм и гелий-неонового 0.63 мкм лазеров в хирургии катаракты: дис. ... док. мед. наук: 14.01.07, 14.00.16 / Копаев Сергей Юрьевич.- Москва, 2014

20. Kelman, C.D. Phaco-emulsification and aspiration; a new technique of cataract removal, a preliminary report // Am. J. Opthtalmol. - 1967. - Vol. 64. - pp. 23-25

21. Zacharias, J. Role of cavitation in the phacoemulsification process // J Cataract Refract Surg. - 2008. - Vol. 34. - pp. 846-852.

22. Копаева, В.Г. Использование лазерной энергии в хирургии катаракты / В.Г. Копаева, С.Ю. Копаев, А.А. Гиноян, В.У. Алборова // Вестник Российской Академии Естественных Наук. - 2012. - № 1. - C. 77-80.

23. Bayraktar §, Atlan T., Ku?uksumer Y., Yilmaz O. Capsular tension ring implantation after capsulorhexis in phacoemulsification of cataract associated with pseudoexfoliation syndrome // J. Cataract Refract. Surg.- 2001. Vol. 27. P. 16201628

24. Тахчиди, Х.П. Температурные характеристики работающих наконечников в процессе энергетической хирургии катаракты / Х.П. Тахчиди, С.Ю. Копаев, В.Г. Копаева, М.И. Щербаков // Офтальмология. - 2009. - №1. - С. 47-51.

25. Davis, P.L. Mechanism of phacoemulsification (letter) // J. Cataract. Refract. Surg. - 1994. - Vol. 20. - pp. 672-673.

26. Paltauf, G., Model study to investigate the contribution of spallation to pulsed laser ablation of tissue / G. Paltauf, H. Schmidt-Kloiber // Lasers in surgery and medicine. - 1995. - Vol. 16. - Iss. 3. - pp. 277-287.

27. Кочубей, В.И. Спектроскопия рассеивающих сред / В.И. Кочубей, А.Н. Башкатов. - Саратов: Новый ветер, 2014. - 91 с.

28. McKenzie, A.L. Physics of thermal processes in laser-tissue interaction // Physics in Medicine & Biology. - 1990. - Vol. 35. - No. 9. - pp. 1175-1209.

29. Furzikov, N. Different lasers for angioplasty: thermooptical comparison // IEEE Journal of Quantum Electronics. - 1987. - Vol. 23. - Iss. 10. - pp. 1751-1755.

30. Welch, A.J. Optical-thermal response of laser-irradiated tissue, 2nd edition / Ashley J.Welch, Martin J.C. van Gemert (Eds.). - Springer Science & Business Media, 2011. - 951 p.

31. Amurthur, B.S. Acoustic cavitation events during microsecond irradiation of aqueous solutions / B.S. Amurthur, J.A. Viator, S.A. Prahl // Proc. of SPIE. -1997. - Vol. 2970. - pp. 4-9.

32. Frenz, M. Laser-generated cavitation in absorbing liquid induced by acoustic diffraction / M. Frenz, G. Paltauf, H. Schmidt-Kloiber // Physical review letters. -1996. - Vol. 76. - No. 19. - pp. 3546-3549.

33. Paltauf, G. Photoacoustic waves excited in liquids by fiber-transmitted laser pulses / G. Paltauf, H. Schmidt-Kloiber, M. Frenz // J. Acoust. Soc. Am. - 1998. -Vol. 104. - Iss. 2 (Pt. 1). - pp. 890-897.

34. Лямшев, Л.М. Лазеры в акустике // Успехи физических наук. - 1987. -Т. 151. - С. 479-527.

35. Vogel, A. Energy balance of optical breakdown in water at nanosecond to femtosecond time scales / A. Vogel, J. Noack, K. Nahen, D. Theisen, S. Busch, U. Parlitz, D.X. Hammer, G.D. Noojin, B.A. Rockwell, R. Birngruber // Appl. Phys. B. - 1999. - Vol. 68. - pp. 271-280.

36. Oraevsky, AA. Plasma Mediated Ablation of Biological Tissues with Nanosecond-to-Femtosecond Laser Pulses: Relative Role of Linear and Nonlinear Absorption / A.A. Oraevsky, L.B. Da Silva, A.M. Rubenchik, M.D. Feit, M.E. Glinsky, M.D. Perry, B.M. Mammini, W. Small, B.C. Stuart // IEEE Journal of selected topics in quantum electronics. - 1996. - Vol. 2. - No. 4. - pp. 801-809.

37. Aron-Rosa, D.S. Use of a pulsed neodymium-YAG laser for capsulotomy before extracapsular cataract extraction // J. Am. Intraocul. Implant Soc. - 1981. -Vol. 7. -pp. 332-333.

38. Chambles, W.S. Neodymium: YAG laser phacofracture: an aid to phacoemulsification // J. Cataract Refract. Surg. -1988. - Vol. 14. - pp. 180-181.

39. Vogel, A. Intraocular Photodisruption With Picosecond and Nanosecond Laser Pulses: Tissue Effects in Cornea, Lens, and Retina / A. Vogel, M.R.C. Capon, M.N. Asiyo-Vogel, R. Birngruber // Investigative Ophthalmology & Visual Science. - 1994. - Vol. 35. - Iss. 7. - pp. 3032-3044.

40. Vogel, A. Mechanisms of lntraocular Photodisruption With Picosecond and Nanosecond Laser Pulses / A. Vogel, S. Busch, K. Jungnickel, R. Birngruber // Lasers in Surgery and Medicine. - 1994. - Vol. 15. - pp, 32-43.

41. Трубилин, А.В. Сравнительная клинико-морфологическая оценка капсулорексиса при проведении факоэмульсификации катаракты на основе фемтолазерной и механических технологий: дис. ...канд. мед. наук: 14.01.07 / Трубилин Александр Владимирович. - Москва, 2015

42. Анисимова, С.Ю. Сравнение механического и фемтосекундного капсулорексиса при факоэмульсификации катаракты / С.Ю. Анисимова,

B.Н. Трубилин, А.В. Трубилин, С.И. Анисимов // Катарактальная и рефракционная хирургия. - 2012. - Т. 12. - № 4, С. 16-18.

43. Nagy, Z.Z. Advanced technology IOLs in cataract surgery: pearls for successful femtosecond cataract surgery // International Ophthalmology Clinics. - 2012. -Vol. 52. - No 2. - pp. 103-114.

44. Serrao, S. Analysis of Femtosecond Laser Assisted Capsulotomy Cutting Edges and Manual Capsulorhexis Using Environmental Scanning Electron Microscopy / S. Serrao, G. Lombardo, G. Desiderio, L. Buratto, D. Schiano-Lomoriello, M. Pileri, M. Lombardo H. Publishing // Corporation Journal of Ophthalmology Volume. - 2014. - Vol. 2014. - pp. 520713.

45. Friedman, N.J. Femtosecond laser capsulotomy / N.J. Friedman, D.V. Palanker, G. Schuele, D. Andersen, G. Marcellino, B.S. Seibel, J. Batlle, R. Feliz, J.H. Talamo, M.S. Blumenkranz, W.W. Culbertson // Journal of Cataract and Refractive Surgery. - 2011. - Vol. 37. - No 7. - pp. 1189-1198.

46. Krranitz, K. Femtosecond laser capsulotomy and manual continuous curvilinear capsulorrhexis parameters and their effects on intraocular lens centration / K. Krranitz, A. Takacs, K. Mihraltz, I. Kovracs, M.C. Knorz, Z.Z. Nagy // Journal of Refractive Surgery. - 2011. - Vol. 27. - Iss. 8. - pp.558-563.

47.Donaldson, K.E. Femtosecond laser-assisted cataract surgery / K.E. Donaldson, R. Braga-Mele, F. Cabot, R. Davidson, D.K. Dhaliwal, R. Hamilton, M. Jackson, L. Patterson, K. Stonecipher, S.H. Yoo // J Cataract Refract Surg. - 2013. -Vol. 39. - pp. 1753-1763.

48. Анисимова, С.Ю. Факоэмульсификация катаракты с фемтолазерным сопровождением. Первый отечественный опыт / С.Ю. Анисимова,

C.И. Анисимов, В.Н. Трубилин, И.В. Новак // Катарактальная и рефракционная хирургия. - 2012. - Т. 12. - № 3. - С. 7-10.

49. Nagy, Z.Z. New technology update: femtosecond laser in cataract surgery // Clinical Ophthalmology. - 2014. - Vol. 8. - pp. 1157-1167.

50. He, L. Femtosecond laser-assisted cataract surgery / L. He, K. Sheehy, W. Culbertson // Curr Opin Ophthalmol. - 2011. - Vol. 22. - pp. 1-10.

51. Palanker, D.V. Femtosecond Laser-Assisted Cataract Surgery with Integrated Optical Coherence Tomography / D.V. Palanker, M.S. Blumenkranz, D. Andersen, M. Wiltberger, G. Marcellino, P. Gooding, D. Angeley, G. Schuele, B. Woodley, M. Simoneau, N.J. Friedman, B. Seibel, J. Batlle, R. Feliz, J. Talamo, W. Culbertson // Sci Transl Med. - 2010. - Vol. 2. - Iss. 58. - pp. 1-9.

52. Reddy, K.P. Effectiveness and safety of femtosecond laser-assisted lens fragmentation and anterior capsulotomy versus the manual technique in cataract surgery / K.P. Reddy, J. Kandulla, G.U. Auffarth // J. Cataract Refract Surg.-2013. - Vol. 39. - No. 9. - pp. 1297-1306.

53. Krueger, R.R. Textbook of Refractive Laser ssisted Cataract Surgery (ReLACS) / R.R. Krueger, J.H. Talamo, R.L. Lindstrom (Eds.). - NY, Springer, 2013. - 298 p.

54. Dick, H.B., Gerste R. D., Schultz T. Femtosecond Laser Surgery in Ophthalmology / H.B. Dick, R.D. Gerste, T. Schultz. - Thieme, 2018. - 262 p.

55. Nagy, Z.Z. The role of femtolaser in cataract surgery // European Ophthalmic Review. - 2012. - Vol. 6. - No. 5. - pp. 286-289.

56. Chen, H. Femtosecond laser combined with non-chopping rotation phacoemulsification technique for soft-nucleus cataract surgery: a prospective study / H. Chen, H. Lin, W. Chen, B. Zhang, W. Xiang, J. Li, W. Chen, Y. Liu // Sci Rep. - 2016. - Vol. 6. - Iss. 18684. - pp. 1-8.

57. Ross, B.S. Erbium-YAG and Holmium-YAG Laser Ablation of the Lens / B.S. Ross, C.A. Puliafito // Lasers in Surgery and Medicine. - 1994. - Vol. 15. -Iss. 1. - pp. 74-82.

58. Dick, H.B. Phakoemulsifikation und Vitrektomie mit dem Erbium: YAG-Laser sowie Phakoemulsifikation mit dem Neodymium: YAG-Laser / H.B. Dick, S. Kaskel, H. Höh, A.J. Augustin, W. Wehner // Der Ophthalmologe. - 2001. -Vol. 98. - Iss. 9. - pp. 892-899.

59. Duran, S. Erbium: YAG laser emulsification of the cataractous lens / S. Duran, M. Zato //Journal of Cataract & Refractive Surgery. - 2001. - Vol. 27. - Iss. 7. -pp. 1025-1032.

60. Hale G. M., Querry M. R. Optical Constants of Water in the 200-nm to 200-^m Wavelength Region / G.M. Hale, M.R. Querry // Appl. Opt. - 1973. - Vol. 12. -No 3. - pp. 555-563.

61. Franchini, A. The use of the erbium YAG laser in cataract extraction and other applications in ophthalmic surgery / A. Franchini, B.Z. Gallarati, S. Matteini, E. Vaccari // Proc. of SPIE. - 2001. - Vol. 4903. - pp. 62-67.

62. High power, diode-pumped Er:YAG laser for Ophthalmology: Рекламный проспект фирмы Pantec Medical Laser, Ltd [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.pantec.com/XooWebKit/bin/download.php/bb65_ba8acc785 9/2014.01.10_Application+Sheet_0phthalmology.pdf, свободный. Яз. рус. (дата обращения 01.07.2018)

63. Messner, M. High brightness diode pumped Er:YAG laser system at 2.94 цт with nearly 1kW peak power / M. Messner, A. Heinrich, C. Hagen, K. Unterrainer // Solid State Lasers XXV: Technology and Devices. - 2016. - Vol. 9726. -pp. 972602.

64. Hausladen, F. Basic studies on laser-assisted phacoemulsification using diode-pumped Er:YAG laser / F. Hausladen, H. Wurm, K. Stock // Ophthalmic Technologies XXVI. - 2016. - Vol. 9693. - pp. 96931Y

65. Oakey, Z. Porcine lens nuclei as a model for comparison of 3 ultrasound modalities regarding efficiency and chatter / Z. Oakey, J. Jensen, B. Zaugg, B. Radmall, J. Pettey, R. Olson // Journal of Cataract and Refractive Surgery. - 2013. -Vol. 39. - Iss. 8. - pp. 1248-1253.

66. Dodick, J.M. Laser phacolysis of the human cataractous lens // Dev Ophthalmol. -1991. - Vol. 22. - pp. 58-64.

67. Dodick, J.M. Neodymium-YAG laser phacolysis of the human cataractous lens / J.M. Dodick, L.T.D. Sperber, J.M. Lally, M. Kazlas // Arch Ophthalmol. - 1993. -Vol. 111. - pp. 903-904.

68. Dodick, J.M. Experimental studies on the development and propagation of shock waves created by the interaction of short Nd: YAG laser pulses with a titanium target; possible implications for Nd:YAG laser phacolysis of the cataractous human lens /

J.M. Dodick, J. Christiansen // J Cataract Refract Surg. - 1991. - Vol. 17. - pp.794797.

69. Dodick, J.M. Pahlavi, I.A. Lasers in small-incision cataract surgery // F. Fankhauser, S. Kwasniewska (Eds.) Lasers in ophthalmology: basic, diagnostic, and surgical aspects: a review. The Hague, Netherlands: Kugler; 2003. -pp. 395402.

70. Kanellopoulos, A.J. All-laser bladeless cataract surgery, combining femtosecond and nanosecond lasers: a novel surgical technique // Clin Ophthalmol. - 2013. -Vol. 7. - pp. 1791-1795.

71. Алампиев, М.В., Кожухов, А.А., Комарова, М.Г., Ляшенко, А.И., Швом, Е.М. Офтальмологическая хирургическая лазерная установка // Патент РФ № 2209054, 2001.

72. Федоров, С.Н. Техника лазерной экстракции катаракты / С.Н. Федоров,

B.Г. Копаева, Ю.В. Андреев, Э.Г. Богдалова, А.В. Беликов // Офтальмохирургия. - 1999. - № 1. - C. 3-12.

73. Федоров, С.Н. Лазерное излучение - принципиально новый вид энергии для хирургии хрусталика / С.Н. Федоров, В.Г. Копаева, Ю.В. Андреев // Клиническая офтальмология. - 2000. - Т. 1. - № 2. - C. 43-47.

74. Копаева, В.Г. Лазерная экстракция катаракты / В.Г. Копаева, Ю.В. Андреев; под ред. Х.П. Тахчиди. - М.: Офтальмология, 2011. - 262 с.

75. Копаев, С.Ю. Состояние заднего эпителия роговицы после лазерной и ультразвуковой факофрагментации. Электронно-микроскопическое исследование в эксперименте. Сообщение 3 / С.Ю. Копаев, В.Г. Копаева,

C.А. Борзенок, В.У. Алборова // Офтальмохирургия. - 2014. - № 2. - С. 6-9.

76. Копаев, С.Ю. Состояние эпителия цилиарного тела после лазерной и ультразвуковой факофрагментации. Электронно-микроскопическое исследование в эксперименте. Сообщение 2 / С.Ю. Копаев, В.Г. Копаева, С.А. Борзенок, В.У. Алборова // Офтальмохирургия. - 2014.- № 1. - С. 15-18.

77. Копаев, С.Ю. Состояние пигментного эпителия сетчатки после лазерной и ультразвуковой факофрагментации. Электронно-микроскопическое

исследование в эксперименте. Сообщение 1 / С.Ю. Копаев, В.Г. Копаева, С.А. Борзенок, В.У. Алборова // Офтальмохирургия. - 2013. - № 4. - С. 1619.

78. Hodgson, N. Efficient 100-W Nd:YAG laser operating at a wavelength of 1.444 ^m / N. Hodgson, W.L. Nighan, D.J. Golding, D. Eisel // Optics letters. -1994. - Vol. 19. - No 17. - pp. 1328-1330.

79. Комплекс для лазерной экстракции катаракт РАКОТ-6М [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://ucmg.ru/kompleks-dlya-lazernoy-ekstraktsii-katarakt-rakot-6m.html#more-206, свободный. Яз. рус. (дата обращения 01.07.2018)

80. Laporta, P. Erbium-ytterbium microlasers: optical properties and lasing characteristics / P. Laporta, S. Taccheo, S. Longhi, O. Svelto, C. Svelto // Optical Materials. - 1999. - Vol. 11. - Iss. 2-3. - pp. 269-288.

81. Гречин, С.Г. Квантроны твердотельных лазеров с поперечной полупроводниковой накачкой / С.Г. Гречин, П.П. Николаев // Квантовая электроника. - 2009. - Т. 39. - № 1. - С. 1-17.

82. Gagarskii, S.V. Diode-pumped ytterbium-erbium glass microlasers with optical Q-switching based on frustrated total internal reflection / S.V. Gagarskii, B.I. Galagan, B.I. Denker, A.A. Korchagin, V.V. Osiko, K.V. Prikhod'ko, S.E. Sverchkov // Quantum Electronics. - 2000. - Vol. 30. - No 1. - pp. 10-12.

83. Губин, А.Б. Управление временными параметрами импульса генерации лазера на Yb-Er-стекле с затвором на эффекте нарушения полного внутреннего отражения / А.Б. Губин, Ю.Б. Пирожков, Е.С. Сергеев //Оптический журнал. -2009. - Т. 76. - № 10. - С. 99-104.

84. Georgiou, E. 50 mJ/30 ns FTIR Q-switched diode-pumped Er:Yb:glass 1.54 ^m laser / E. Georgiou, O. Musset, J.P. Boquillon, B. Denker, S.E. Sverchkov / Optics communications. - 2001 - Vol. 198. - Iss. 1-3. - pp. 147-153.

85. Bufetova, G.A. Long pulse lasing with Q-switching by FTIR shutter / G.A. Bufetova, D.A. Nikolaev, V.F. Seregin, I.A. Shcherbakov, V.B. Tsvetkov // Laser Physics. - 1999. - Vol. 9. - No 1. - pp. 314-318.

86. Батов, Ю.Н., Малинин, С.М., Симин, С.А., Шапиро, Л.Л. Способ управления модулятором оптического излучения // Патент РФ № 2022433, 1994.

87. Денкер, Б.И. Высокоэффективные лазеры на эрбиевом стекле с модуляцией добротности затвором на основе нарушенного полного внутреннего отражения / Б.И. Денкер, В.В. Осико, С.Е. Сверчков, Ю.Е. Сверчков, А.П. Фефелов, С.И. Хоменко // Квантовая электроника. - 1992. - Т. 19. -№ 6.- С. 544-547.

88. Zhu, S. Frustrated total internal reflection: A demonstration and review / S. Zhu, A.W. Yu, D. Hawley, R. Roy // Am. J. Phys. - 1986. - Vol. 54. - Iss. 7. - pp. 601607.

89. Court, I.N. Frustrated Total Internal Reflection and Application of Its Principle to Laser Cavity Design / I.N. Court, F.K. von Willisen / Appl. Opt. - 1964. - Vol. 3. -Iss. 6. - pp. 719-726.

90. Гусев, В.Э. Лазерная оптоакустика / В.Э. Гусев, А.А. Карабутов. - М : Наука, 1991. - 304 c.

91. Asshauer, T. Acoustic transient generation by holmium-laser-induced cavitation bubbles / T. Asshauer, K. Rink, G. Delacretaz // Journal of Applied Physics. -1994. -Vol. 76. - Iss. 9. - pp. 5007-5013.

92. Siano, S. Acoustic focusing associated with excimer laser ablation of the cornea / S. Siano, R. Pini, F. Rossi, R. Salimbeni, P.G. Gobbi // Applied Physics Letters. -1998. - Vol. 72. - No 6. - pp. 647-649.

93. Vogel, A. Minimization of cavitation effects in pulsed laser ablation illustrated on laser angioplasty / A. Vogel, R. Engelhardt, U. Behnle, U. Parlitz // Appl. Phys. B. - 1996. - Vol. 62. - Iss. 2. - pp. 173-182.

94. Vogel, A. Minimization of thermo-mechanical side effects in IR ablation by use of Q-switched double pulses / A. Vogel, P. Schmidt, B. Flucke // Proc. of SPIE. -2001. - Vol. 4257A. - pp. 1-8.

95. Vogel, A. Minimization of thermo-mechanical side effects and increase of ablation efficiency in IR ablation by use of multiply Q-switched laser pulses / A. Vogel, P. Schmidt, B. Flucke // Proc. of SPIE - 2002. - Vol. 4617. - pp. 105-111.

96. Zhong, P. Transient cavitation and acoustic emission produced by different laser lithotripters / P. Zhong, H.L. Tong, F.H. Cocks, M.S. Pearle, G.M. Preminger // J Endourol. - 1998. - Vol. 12. -Iss. 4. - pp. 371-378.

97. Bower, P., Pareek, G. History of Laser Lithotripsy // The History of Technologic Advancements in Urology. - Springer, Cham, 2018. - p. 87-96.

98. Bach, T. Thulium:yttrium-aluminium-garnet laser prostatectomy in men with refractory urinary retention / T. Bach, T. R. W. Herrmann, A. Haecker, M.S. Michel, A. Gross // BJU International. - 2009. - Vol. 104. - Iss. 3. - pp. 361364.

99. Lu, T. Cavitation effect of holmium laser pulse applied to ablation of hard tissue underwater / T. Lu, Q. Xiao, D. Xia, K. Ruan, Z. Li // J. of Biomedical Optics. -2010. - Vol. 15. - Iss. 4. - pp. 048002.

100. Zhang, X. In vitro investigation on Ho:YAG laser-assisted bone ablation underwater / X. Zhang, C. Chen, F. Chen, Z. Zhan, S. Xie, Q. Ye // Lasers Med Sci. - 2016. - Vol. 1. - Iss. 5. - pp. 891-898.

101. Brujan, E.-A. Dynamics of laser-induced cavitation bubbles near an elastic boundary / E.-A. Brujan, K. Nahen K, P, Schmidt, A. Vogel // J. Fluid Mech. -2001. - Vol. 433. - pp. 251-281.

102. Brujan, E.-A. Dynamics of laser-induced cavitation bubbles near elastic boundaries: influence of the elastic modulus / E.-A. Brujan, K. Nahen K, P, Schmidt, A. Vogel // J. Fluid Mech. - 2001. - Vol. 433. - pp. 283-314.

103. GregorciC, P. In vitro study of the erbium:yttrium aluminum garnet laser cleaning of root canal by the use of shadow photography / P. Gregorcic, N. Lukac, J. Mozina, M. Jezersek // Journal of Biomedical Optics. - 2016. - Vol. 21. - Iss. 1. -pp. 015008.

104. Asshauer, T. Acoustic transients in pulsed holmium laser ablation: effects of pulse duration / T. Asshauer, G. Delacretaz, E.D. Jansen, A.J. Welch, M. Frenz // Proc. SPIE. 1995. Vol. 2323. P. 117-129.

105. Jansen, E. D. Effect of pulse duration on bubble formation and laser-induced pressure waves during holmium laser ablation / E.D. Jansen, T. Asshauer, M. Frenz,

M. Motamedi, G. Delacretaz, A.J. Welch // Lasers in Surgery and Medicine. -1996. - Vol. 18. - pp. 278-293.

106. Frenz, M. Comparison of the effects of absorption coefficient and pulse duration of 2.12-um and 2.79-um radiation on laser ablation of tissue / M. Frenz, H. Pratisto, F. Konz, E.D. Jansen, A.J. Welch, H.P. Weber // IEEE Journal of Quantum Electronics. - 1996. - Vol. 32. - Iss. 12. - pp. 2025-2036.

107. Gregorcic, P. Optodynamic energy-conversion efficiency during an Er:YAG-laser-pulse delivery into a liquid through different fiber-tip geometries / P. Gregorcic, M. Jezersek, J. Mozina // Journal of Biomedical Optics. - 2012. - Vol. 17. - Iss. 7. -pp. 075006.

108. Blanken, J. Laser Induced Explosive Vapor and Cavitation Resulting in Effective Irrigation of the Root Canal. Part 1: A Visualization Study / J. Blanken, R.J. De Moor, M. Meire, R. Verdaasdonk // Lasers in Surgery and Medicine. -2009. - Vol. 41. - Iss. 7. - pp. 514-519.

109. Sugimoto, Y. Measurement of Bubble Behavior and Impact on Solid Wall Induced by Fiber-Holmium:YAG Laser / Y. Sugimoto, Y. Yamanishi, K. Sato, M. Moriyama // Journal of Flow Control, Measurement & Visualization. - 2015. -Vol. 3. - No 4. - pp. 135-143.

110. Vogel, A. Optical and acoustic investigations of the dynamics of laser-produced cavitation bubbles near a solid boundary / A. Vogel, W. Lauterborn, R. Timm // J. Fluid Mech. - 1989. - Vol. 206. - pp. 299-338.

111. Petkovsek, R. Optodynamic characterization of shock waves after laser-induced breakdown in water / R. Petkovsek, J. Mozina, G. Mocnik // Opt. Express. -2005. - Vol. 13. - Iss. 11. - pp. 4107-4112.

112. Petkovsek, R. A beam-deflection probe as a method for optodynamic measurements of cavitation bubble oscillations / R. Petkovsek, P. Gregorcic, J. Mozina // Meas. Sci. Technol. - 2007. - Vol. 18. - Iss. 9. - pp. 2972-2978.

113. Petkovseka, R. A laser probe measurement of cavitation bubble dynamics improved by shock wave detection and compared to shadow photography / R. Petkovseka, P. Gregorcic // J. Appl. Phys. - 2007. - Vol. 102. - Iss. 4. - pp. 044909-044909-9.

114. Isselin, J.-C. On laser induced single bubble near a solid boundary: Contribution to the understanding of erosion phenomena / J.-C. Isselin, A.-P. Alloncle, M. Autric // J. Appl. Phys. 1998. - Vol. 84. - Iss. 10. - pp. 5766.

115. Shaw, S.J. The interaction of a laser-generated cavity with a solid boundary / S.J. Shaw, W.P. Schiffers, T.P. Gentry, T.P. Emmony // J. Acoust. Soc. Am. -2000. - Vol. 107. - Iss. 6. - pp. 3065-3072.

116. Yang, Y. X. Dynamic features of a laser-induced cavitation bubble near a solid boundary / Y.X. Yang, Q.X. Wang, T.S. Keat // Ultrasonics Sonochemistry. -2013. - Vol. 20. - Iss. 4. - pp. 1098-1103.

117. Chan, E.K. Effects of compression on soft tissue optical properties / E.K. Chan, B. Sorg, D. Protsenko, M. O'Neil, M. Motamedi, A.J. Welch // IEEE J. Sel. Top. Quant. Electron. - 1996. - Vol. 2. - Iss. 4. - pp. 943-950.

118. S. A. Prahl, M.J.C. Van Gemert, and A. J. Welch, "Determining the optical properties of turbid media by using the adding-doubling method," Appl. Opt. 32, 559-568 (1993).

119. Bashkatov, A.N. Optical properties of human skin, subcutaneous and mucous tissues in the wavelength range from 400 to 2000 nm / A.N. Bashkatov, E.A. Genina, V.I. Kochubey, V.V. Tuchin // J. Phys. D: Appl. Phys. - 2005. - Vol. 38, pp. 25432555.

120. Bashkatov, A.N. Optical properties of human sclera in spectral range 370-2500 nm / A.N. Bashkatov, E.A. Genina, V.I. Kochubey, V.V. Tuchin // Optics and Spectroscopy. - 2010. - Vol. 109. - No 2. - pp. 197-204.

121. Bashkatov, A.N. Optical properties of peritoneal biological tissues in the spectral range of 350-2500 nm / A.N. Bashkatov, E.A. Genina, M.D. Kozintseva, V.I. Kochubei, S.Yu. Gorodkov, V.V. Tuchin // Optics and Spectroscopy. - 2016. -Vol. 120. -No 1. - pp. 1-8.

122. Tuchin, V.V. Tissue Optics: Light scattering methods and instruments for medical diagnosis. - SPIE Press, 2007. - 882 p.

123. Pickering, J.W. Double-integrating-sphere system for measuring the optical properties of tissue / J.W. Pickering, S.A. Prahl, N. van Wieringen, J.F. Beek,

H.J. C. M. Sterenborg, M.J.C. van Gemert // Appl. Opt. - 1993. - Vol. 32. -Iss. 4. -pp. 399-410.

124. Simunovic, M.P. On Seeing Yellow. The case for, and against, short-wavelength light-absorbing intraocular lenses // Arch Ophthalmol. - 2012. - Vol. 130. - Iss. 7. -pp. 919-926.

125. Lerman, S. An experimental and clinical evaluation of lens transparency and aging // Journal of Gerontology. -1983. - Vol. 38. - Iss. 3. - pp. 293-301.

126. Sen, A.C. Studies on human lens: I. Origin and development of fluorescent pigments / A.C. Sen, N. Ueno, B. Chakrabarti // Photochemistry and Photobiology. - 1992. - Vol. 55. - Iss. 5. - pp. 753-764.

127. Heys, K.R. Changes to stiffness and water in the human lens with aging and cataract. Doctor of Philosophy thesis. - University of Wollongong, 2010. - 133 p.

128. Pescosolido, N. Age-related changes in the kinetics of human lenses: prevention of the cataract / N. Pescosolido, A. Barbato, R. Giannotti, C. Komaiha, F. Lenarduzzi // Int J Ophthalmol. - 2016. - Vol. 9. - Iss. 10. - pp. 1506-1517.

129. Heys, K.R. Massive increase in the stiffness of the human lens nucleus with age: the basis for presbyopia? / K.R. Heys, S.L. Cram, R.J. Truscott // Molecular Vision. -2004. - Vol. 16. - Iss. 10. - pp. 956-963.

130. Tabandeh, H. Lens hardness in mature cataracts / H. Tabandeh, G.M. Thompson, P. Heyworth // Eye. - 1994. - Vol. 8 (Part 4). - pp. 453-455.

131. Bashkatov, A.N. Optical properties of human colon tissues in the 350-2500 nm spectral range / A.N. Bashkatov, E.A. Genina, V.I. Kochubey, V.S. Rubtsov, E.A. Kolesnikova, V.V. Tuchin // Quantum Electronics. - 2014. - Vol. 44. -No 8. - pp. 779-784.

132. Palanker, D. Dynamics of ArF excimer laser-induced cavitation bubbles in gel surrounded by a liquid medium / D. Palanker, I. Turovets, A. Lewis // Lasers in Surgery and Medicine. - 1997. - Vol. 21. - Iss. 3. - pp. 294-300.

133. Vogel, A. Interaction of laser-produced cavitation bubbles with an elastic tissue model / A. Vogel, E.-A. Brujan, P. Schmidt, K. Nahen // Proc. of SPIE. - 2001. -Vol. 4257. - pp. 167-177.

134. Srinivasan, R. Self-developing photoetching of poly (ethylene terephthalate) films by far-ultraviolet excimer laser radiation / R. Srinivasan, V. Mayne-Banton // Applied Physics Letters. - 1982. - Vol. 41. - Iss. 6. - pp. 576-578.

135. Andrew, J.E. Direct etching of polymeric materials using a XeCl laser / J.E. Andrew, P.E. Dyer, D. Forster, P.H. Key // Applied Physics Letters. - 1983. -Vol. 43. - Iss. 8. - pp. 717-719.

136. Deutsch, T.F. Self-developing UV photoresist using excimer laser exposure / T.F. Deutsch, M.W. Geis // Journal of applied physics. - 1983. - V. 54, Iss. 12. -pp. 7201-7204.

137. Vogel, A. Mechanisms of pulsed laser ablation of biological tissues / A. Vogel, V. Venugopalan // Chemical Reviews. - 2003. - Vol. 103. - Iss. 2. - pp. 577-644.

138. Александров А. А., Григорьев Б. А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара: справочник / А.А. Александров, Б.А. Григорьев. - М.: Изд-во МЭИ, 1999. - 168 с.

139. Aranda-Lara, L. Biological tissue modeling with agar gel phantom for radiation dosimetry of 99mTc / L. Aranda-Lara, E. Torres-Garda, R. Oros-Pantoja // Open Journal of Radiology. - 2014 - Vol. 4. - pp. 44-52.

140. Haemmerich, D. Measurement of temperaturedependent specific heat of biological tissues / D. Haemmerich, J. Schutt, Icaro dos Santos, J.G. Webster, D.M. Mahvi // Physiol. Meas. -2005. - Vol. 26. - pp. 59-67.

141. Hrozek, J. Thermal conductivity and heat capacity measurement of biological tissues / J. Hrozek, D. Nespor, K. Bartusek // Progress in Electromagnetics Research Symposium Proceedings. - 2013. - pp. 1681-1683.

142. Tissue properties database, http://www.itis.ethz.ch/virtual-population/tissue-properties/downloads/ (02.09.2016).

143. Heys, K.R. Free and bound water in normal and cataractous human lenses / K.R. Heys, M.G. Friedrich, R.J.W. Truscott // Investigative ophthalmology & visual science. - 2008. - Vol. 49. - Iss 5. - pp. 1991-1997.

144. Бышевская-Конопко, Л.О. Оптимизация параметров накачки импульсно-периодического эрбиевого лазера / Л.О. Бышевская-Конопко, И.Л. Воробьев,

А.А. Изынеев, П.И. Садовский , С.Н. Сергеев // Квантовая электроника. -2001. - № 31. - С. 861-863.

145. Бышевская-Конопко, Л.О. Тепловыделение в эрбиевом активном элементе при ламповой накачке / Л.О. Бышевская-Конопко, И.Л. Воробьев,

A.А. Изынеев, П.И. Садовский // Оптический журнал. - 2013. - Т. 80. -№ 10. - С. 14-23.

146. Turangan, C.K. Experimental and numerical study of transient bubble-elastic membrane interaction / C.K. Turangan, G.P. Ong, E. Klaseboer, B.C. Khoo // Journal of applied physics. - 2006. - Vol. 100. - Iss. 5. - pp. 054910.

147. Turangan, C.K. Transient bubble oscillations near an elastic membrane in water / C.K. Turangan, B.C. Khoo // Journal of Physics: Conference Series. - 2015. -Vol. 656. - Iss. 1. - pp. 012040.

148. Klaseboer, E., Dynamic behaviour of a bubble near an elastic infinite interface / E. Klaseboer, C.K. Turangan, B.C. Khoo // International Journal of Multiphase Flow. - 2006. - Vol. 32. - Iss. 9. - pp. 1110-1122.

149. Klaseboer, E. An oscillating bubble near an elastic material / E. Klaseboer,

B.C. Khoo // Journal of applied physics. - 2004. - Vol. 96. - Iss. 10. - pp. 58085818.

150. Brujan, E.A. Cavitation in Non-Newtonian Fluids. - Springer, Berlin, Heidelberg, 2011. - 281 p.