دستاوردهای جدید لیزرهای فمتوثانیه در چشم پزشکی

دستاوردهای جدید لیزرهای فمتوثانیه در چشم پزشکی

امروزه با استفاده از میکروماشین کاری لیزرهای فوق سریع می‏توان با تغییر ضریب شکست بافت چشم از طریق فعل و انفعال های غیر خطی، بینایی را اصلاح کرد.

از اواسط دهه ۱۲۰۰ که برای نخستین بار از عینک به منظور تصحیح بینایی استفاده شد، دانشمندان همواره به دنبال روشی بهتر برای اصلاح بینایی بودند. با اختراع لیزر دریافتند که نور لیزر قادر به تخریب مواد است. حوزه های میکروماشین کاری لیزری و اپتیک غیرخطی نیز پس از این اکتشافات در اوایل دهه ۱۹۶۰ پدیدار شدند.  

تأثیر پالس کوتاه لیزر می تواند سبب ایجاد حوزه جدیدی در تحقیق و توسعه شود. از جمله موارد جالب توجه انجمن چشم پزشکی، میکروماشین کاری با لیزر فمتوثانیه در مواد شفاف است. مطالعات تأثیر پهنای زمانی پالس و دیگر خصوصیات لیزر بر روی شیشه های سیلیس، سبب شد میکروماشین کاری با لیزر فمتوثانیه به یک ابزار مفید تبدیل شود.

اگرچه مقالات برجسته زیادی درباره فیزیک میکروماشین کاری فمتوثانیه در مواد مختلف نوشته شده است، اما هدف این مقاله تبیین کاربرد این فرآیند در مواد چشمی بخصوص برای تغییر ضریب شکست موضعی است. تغییر ضریب شکست موضعی در سه بعد، از طبیعت غیرخطی جذب چند فوتونی که هنگام استفاده از لیزرهای فمتوثانیه و در ناحیه شفاف این مواد اتفاق می افتد، نتیجه می شود. با کالیبراسیون دقیق، کنترل برانگیختگی و فرآیند حک[۱]، روش های جدیدی برای اصلاح بینایی انسان نتیجه شده است.

در سال ۱۹۹۹ نشان داده شد که با متمرکز کردن پالس های یک لیزر فمتوثانیه با انرژی ۲ تا ۴ میکرو ژول می توان منطقه استروما[۲] قرنیه را لایه برداری کرد. اصلاح ساختاری قرنیه یا با استفاده از برش لایه فلپ[۳] با تبخیر بافت توسط لیزر اگزایمر (فرآیندی که لیزیک نام دارد)[۴] انجام می شود و یا با ایجاد یک بخش عدسی گونه در فرآیندی تحت عنوان [۵]SMILE، انجام می شود. بنا به تشخیص جامعه چشم پزشکان، دقت و کنترل بالاتر برش فمتوثانیه ای سبب شد که این روش به سرعت جایگزین روش تیغه مکانیکی سابق یا میکروکراتوم[۶] شود.

علیرغم موفقیت چشمگیر لیزیک، تاکنون فقط ۲% از افرادی که نیازمند اصلاح ضریب شکست بودند از روش لیزیک استفاده کرده اند. بنابراین به نظر می رسد که بازارهای دیگری برای روش های غیر از جراحی و بدون برش بافت وجود دارد.

درحالیکه میکروماشین کاری فمتوثانیه ای به طور معمول به سمت برش کاری، سوراخ کاری، تبخیر کردن و یا ایجاد تغییرات ساختاری مهم سوق پیدا کرده است ولی با استفاده از برخی روش ها، می تواند در کمتر از آستانه تخریب مواد خاص نیز استفاده شود تا به جای تخریب، ضریب شکست موضعی را تغییر دهد. به عنوان مثال، می توان موجبرها را با تغییرات کوچک و دقیق ضریب شکست داخل بلوک های شیشه ای بوجود آورد. این تغییر ضریب شکست فقط توسط اسیلاتور لیزری با انرژی پالس نانو ژول ایجاد می شود.

با این پیش زمینه، در سال ۲۰۰۳ بررسی این موضوع آغاز شد که چگونه اسیلاتورهای لیزر فمتوثانیه می توانند تغییرات ضریب شکست زیرآستانه تخریب ماده را در انواع مختلف مواد چشم ایجاد کنند. در هیدروژل[۷] های چشمی که معمولاً در ساخت لنزهای داخل چشمی و تماسی استفاده می شوند، می توان اصلاحات ضریب شکست بزرگی (تا ۰.۰۶ ±) در شرایط مختلف لیزری ایجاد کرد که در حال حاضر سبب ایجاد سه حوزه کاربردی مهم برای اصلاح بینایی شده است.

لنزهای تماسی

این صنعت همواره به دنبال روش هایی جدید برای تولید لنزهای تماسی ارزان قیمت، چند منظوره و با ویژگی های جدید برای عرضه به بازار بوده است. برای توسعه و ساخت دقیق لنزهای تماسی، سازندگان باید بیش از ۲۰۰۰۰ لنز مختلف را به صورت آماده در اختیار داشته باشند (ترکیب مختلفی از قدرت کروی، قدرت آستیگماتیسم و محور استوانه ای) که هر یک نیازمند شکل دهی خاص و چرخه طراحی طولانی است. با اعمال اصلاحات ضریب شکست نوع فرنل پیچش فازی[۸] در هیدروژل های مورد استفاده در لنزهای تماسی متداول و تجاری، می توان اصلاحات بینایی با کیفیت بالایی ایجاد کرد.

به عنوان مثال برای یک چنین ساختار لنز تماسی با نام تجاری Acuvue2 از شرکتJohnson & Johnson  آمریکا، تغییر ضریب شکست القا شده، به اندازه کافی بزرگ است که ساختار فرنلی پیچش فازی π۲ کامل ایجاد کند. البته بازتابش ایجاد شده از این ساختار آنقدر کوچک است که به سختی دیده و یا تصویربرداری می شود (شکل ۱). این لنز فرنل وقتی بر روی یک لنز تماسی تخت (بدون توان) حک ­شود، دارای توان اندازه گیری شده ۲+ دیوپتر (D2+) می شود. همچنین نشان داده شده است که می توان چنین ساختاری را در محدوده ۹.۵- تا ۵+ دیوپتر در مواد هیدروژل حک کرد.