Комплексне удосконалення функціональних характеристик інтраокулярних лінз

Ескіз

Файли

Polishchuk_dys.pdf (13.22 MB)

Дата

2022

Автори

Науковий керівник

Козяр, Василь Васильович

Назва журналу

Номер ISSN

Назва тому

Видавець

КПІ ім. Ігоря Сікорського

Анотація

Поліщук О.С. Комплексне удосконалення і розробка інтраокулярних лінз. — Кваліфікована наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 163 – «Біомедична інженерія». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», МОН України, м. Київ, 2022. Робота виконувалася на кафедрі біомедичної інженерії факультету Біомедичної інженерії Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» Міністерства освіти і науки України. Дисертація присвячена вирішенню актуальної науково-прикладної проблеми – створенню нових моделей інтраокулярних лінз (ІОЛ) з покращеними властивостями. В роботі теоретично обгрунтовані та експериментально підтверджені методи підвищення оптичних характеристик ІОЛ та запропановані технічні рішення для попередження ускладнень імплантації ІОЛ для усунення катаракти. Проведений огляд та аналіз існуючих на цей час літературних джерел дає підставу вважати, що ІОЛ, представлені на сучасному ринку, мають ряд технічних і медичних недосконалостей, що призводить до появи після операції різних небажаних оптичних ефектів, які не задовольняють вимогам, як пацієнта, так і хірурга. Встановлено, що для усунення катаракти в багатьох випадках використовують лінзи товщиною менше 1 мм. При цьому відмічено, що тонкі ІОЛ збільшують глибину передньої камери ока, а також викликають розрідження скловидного тіла і, як наслідок, відшарування сітківки. Також, в 0,2 - 2,8% випадків трапляється зміна положення імплантованої ІОЛ. Дислокація пов’язана з багатьма факторами, серед яких - недосконалість гаптичних елементів та порушення контакту гаптик з капсулою кришталика з-за невідповідності розмірів ІОЛ та капсули. Розвиток вторинної катаракти після імплантації ІОЛ внаслідок міграції та розмноження залишкових епітеліальних клітин після факоемульсифікації має місце у 45-78% пацієнтів. Використовувані у даний час моделі ІОЛ недостатньо захищають задню стінку капсули кришталика та передню поверхню лінзи від осідання на них епітеліальних клітин. При падінні світла під певним кутом виникає залишкове Френелівське відбиття від поверхонь ІОЛ, яке дає різні негативні фотичні ефекти та викликає спотворення передачі оптичної інформації, що підсилюється абераціями нижчих та вищих порядків, в тому числі сферичною. Крім того, акомодаційні можливості штучних кришталиків обмежені порівняно із нативним кришталиком. На основі проведеного аналізу можна зробити висновок, що існуючі моделі ІОЛ не повною мірою замінюють функції природнього кришталика людини і викликають ряд ускладнень. Тому актуальною задачею є розробка ІОЛ нового дизайну, яка не має вище згаданих недоліків. Для вирішення поставлених задач при виконанні дисертаційної роботи проведені дослідження і запропоновано фундаментально нову модель ІОЛ, яка базується на об’ємозамінності нативного кришталика та нанесенні на оптичні поверхні основи шару політетрафторетилену (ПТФЕ). Розроблена ІОЛ має в собі низку технічних рішень, які дозволяють покращити оптичні параметри та позбутись інтра- та післяопераційних ускладнень. Об’ємозамінна ІОЛ компенсує об’єм вмістимого кришталика людини, що був видалений при проведенні катарактальної хірургії, та займає фізіологічне положення. Це, в свою чергу, забезпечує рівномірний розподіл навантаження на цинові зв’язки та зберігає контакт капсула-гіалоїдна мембрана. За рахунок того, що ІОЛ не містить гаптик, а є об’ємозамінною, ризик децентрації та дислокації мінімізується. Основний зміст дисертаційного дослідження викладений у чотирьох розділах, які присвячені: (і) встановленню інтра- та післяопераційних проблем, пов’язаних з дизайном інтраокулярних лінз; (іі) визначенню фізико-механічних недоліків, які спричиняють дислокації та розвиток вторинної катаракти; (ііі) оптичним розрахункам та дослідженням, розробці методів усунення оптичних паразитних явищ; (іііі) розробці ІОЛ з покращеними оптичними характеристиками і технічними особливостями, які не викликають інтра- та післяопераційні ускладнення, притаманні ІОЛ традиційного дизайну. У першому розділі даної дисертаційної роботи «Аналітичний огляд літератури» представлені результати літературного пошуку та аналізу наукових джерел, що розкривають проблематику основних порушуваних у дисертації задач. Наведені статистичні данні поширеності катаракти в світі, розглянуто еволюцію хірургічних методів боротьби із цим захворюванням. Проаналізовано конструкційні особливості сучасних ІОЛ, в тому числі їх матеріали. Приведений перелік та аналіз частоти інтра- та післяопераційних ускладнень в відсотковому співвідношенні при видаленні катаракти. Показано, що на сучасному етапі розвитку боротьби з катарактою, побічні явища, які супроводжують імплантацію ІОЛ, проявляються у вигляді нових ускладнень та недостатньому рефракційному ефекті. Другий розділ «Об’ємозамінна інтраокулярна лінза з покращеними технічними властивостями» присвячений аналізу міцності гаптичних елементів існуючих ІОЛ та їх удосконаленню з наступною розробкою власного варіанту гаптики ІОЛ. Проведено дослідження переміщення лінзи після імплантації з представленням інфографічних рисунків напруження, деформації, запасу міцності. Проведено симуляцію розвитку вторинної катаракти при імплантації існуючих ІОЛ та розробленої моделі лінзи з конструктивним рішенням протидії розвитку вторинної катаракти. Із залученням розробленого приладу проведено експеримент, який імітував вплив циліарного м’яза на ІОЛ. Проведено експеримент щодо дослідження руху епітеліальних клітин при імплантації ІОЛ власної конструкції. Показані наочні та числові результати моделювання та експериментів. Третій розділ «Поліпшення оптичних характеристик інтраокулярної лінзи» присвячений оптичним розрахункам та моделюванню параметрів, якими повинна відповідати ІОЛ задля зменшення фотичних феноменів, фонового засвічення сітківки, підвищення контрастності зору та зниженням поздовжньої сферичної аберації. Запропоновано та обґрунтовано методи зменшення оптичних паразитних явищ. Приведені розрахунки та оптичне моделювання в програмних середовищах Zemax та Aber. Програмне забезпечення Aber Lite 1.05 (Україна) використано для оцінки модульно-передатної функції (МПФ) інтраокулярної лінзи. Процес нанесення шару ПТФЕ різної товщини на розроблену ІОЛ за допомогою установки вакуумного напилення УВН-74. Вимірювання товщини шару ПТФЕ виконувалось чотирьохканальним вимірювачем SQM–242 (Sigma Instruments, Inc., США) із залученням спектрофотометра модель ЕРР2000 (StellarNet, Inc., США), ВЧ генератора Cesar 0403 (Dressler AE. Inc., США), вакуумметра модель CMR365 (Pfeiffer vacuum GmbH, Австрія). Після напорошення ПТФЕ на ІОЛ за допомогою зондового мікроскопа NanoScope IIIa Dimension 3000TM та конфокального лазерного скануючого мікроскопа LSM 500 META ZEISS проведено аналіз морфології зразків з плівкою, отриманою із газової фази (C2F4)n. Перед розрізанням ІОЛ з напиленням мікротомом - кріостатом CM 1100 (Leica Biosystems, GmbH, Німеччина), проводилась їx оцінка на мікроскопі BX41 (Olympus Iberia, slr., Іспанія). Підтверджено, що шари напилення мають завдану рівномірну товщину при високій якості поверхні. Проаналізовано величину поздовжньої сферичної аберації ІОЛ методом візуальних фокусувань Лінника на оптичній лаві ОСК-2. Після нанесення шару ПТФЕ встановлено суттєве зменшення поздовжньої сферичної аберації ІОЛ, порівняно із лінзами без напилення. Встановлено також, що з поміж напилень ПТФЕ товщинами 50 нм, 100 нм та 150 нм, найкраще задовольняє висунутим вимогам шар товщиною 100 нм. Крім того, ІОЛ без напилення і після нанасення шару ПТФЕ, досліджені на універсальному проекційному апараті з оптичною лавою ФОС-115. Визначено, що розміри фокусних плям ІОЛ з напиленням вірогідно менші, ніж розміри фокусних плям ІОЛ без напилення, що свідчить про кращі оптичні властивості перших. Четвертий розділ «Розробка псевдоакомодуючої інтраокулярної лінзи» присвячений підбору матеріалу, який по своїм параметрам максимально відповідав би висунутим фізико-механічним вимогам, був би подібний до нативного кришталика. Запропоновано оригінальну модель об’ємозамінної ІОЛ “NVision Optics”. Здійснено дослідження розробленої ІОЛ на акомодаційну здатність за допомогою ліцензійних програмних середовищ Comsol та SolidWorks. Показано, що лінза має можливість змінювати фокусну відстань за рахунок фізичного переміщення оптичної частини на відстань до 1,4 мм в напрямку рогівки. Осьове зміщення оптики призводить до скорочення/збільшення відстанів від лінзи до райдужки, забезпечуючи достатнє заломлення для зору на близьку та далеку відстані. Робота містить 97 рисунків, 10 таблиць, 215 літературних джерел та 4 додатки.

Опис

Ключові слова

інтраокулярна лінза, штучний кришталик, гаптика, поздовжня сферична аберація, негативні фотичні феномени, політетрафторетилен, катаракта, вторинна катаракта, розрідження скловидного тіла, іридодонез, intraocular lens, artificial lens, haptic, longitudinal spherical aberration, negative photonic phenomena, polytetrafluoroethylene, cataract, secondary cataract, vitreous thinning, iridodones

Бібліографічний опис

Поліщук, О. С. Комплексне удосконалення і розробка інтраокулярних лінз : дис. … д-ра філософії : 163 Біомедична інженерія / Поліщук Олександр Сергійович. – Київ, 2022. – 213 с.

URI

https://ela.kpi.ua/handle/123456789/54094

DOI

Зібрання

Дисертації (БМІ)
Дисертації (вільний доступ)