MECHANICAL PHACOASPIRATOR FOR DESTRUCTION AND ASPIRATION OF CRYSTALLINE LENS IN CATARACT

Иванова Е.В.

ORCID: 0000-0003-0125-6449, Аспирант,

Сибирский государственный медицинский университет, г. Томск

МЕХАНИЧЕСКИЙ ФАКОАСПИРАТОР ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ И АСПИРАЦИИ ХРУСТАЛИКА ПРИ КАТАРАКТЕ

Аннотация

В эксперименте проведено испытание устройства для механического разрушения хрусталика, которое содержит разрушающий механизм с реверсивным движением дистального конца режущей иголки в трехосной системе координат, микро-электродвигатель и аспирационную систему. Проведены испытания на 28 кадаверных свиных глазах, катаракта смоделирована при помощи СВЧ-излучения. Полученный в ходе эксперимента материал гистологически обработан. Выявлено, что время факоэмульсификации и факоаспирации одного хрусталика в эксперименте сопоставимо со временем ультразвуковой факоэмульсификации. Результаты гистологического исследования роговицы, сетчатки говорят о минимальном травматическом воздействии на ткани глаза. Механический факоаспиратор для удаления хрусталика глаза в сравнении с существующими аналогами и ультразвуковой факоэмульсификацией  позволяет за одинаковое время провести удаление катарактально измененного хрусталика с минимальными повреждающими воздействиями на структуры глаза.

Ключевые слова: факоэмульсификация, механический факоаспиратор, катаракта.

Ivanova E.V.

ORCID: 0000-0003-0125-6449, Postgraduate student,

Siberian State Medical University, Tomsk

MECHANICAL PHACOASPIRATOR FOR DESTRUCTION AND ASPIRATION OF CRYSTALLINE LENS IN CATARACT

Abstract

The device for mechanical lens fracture was tested in the experiment, it contains a destructive mechanism with reversible movement of the distal end of the cutting needle in a triaxial coordinate system, a micro-electric motor and an aspiration system. Tests were carried out on 28 cadaveric pig eyes, cataracts were modeled with microwave radiation. The material obtained during the experiment was histologically processed. It was found that the time of phacoemulsification and phacoaspiration of one lens in the experiment is comparable with the time of ultrasonic phacoemulsification. The results of a histological examination of the cornea and retina indicate a minimal traumatic effect on the eye tissue. The mechanical phacoaspirator for removal the lens of the eye in comparison with existing analogues and ultrasonic phacoemulsification allows for the same time to remove the cataractally altered lens with minimal damaging effects on the structure of the eye.

Keywords: phacoemulsification, mechanical phacoaspirator, cataract.

Единственным на сегодняшний день эффективным методом лечения катаракты является хирургическое лечение – экстракция катаракты. При этом «золотым стандартом» в лечении катаракты в современной офтальмологии признана ультразвуковая факоэмульсификация с единовременной имплантацией интраокулярной линзы. Со времени своего появления данная методика непрерывно дорабатывается и совершенствуется офтальмологами во всем мире. Основной целью является минимизация повреждающегося воздействия хирургической манипуляции на ткани глаза и повышение эффективности операции с достижением максимально возможного оптического и функционального результата.

Впервые G. Baum описал температурный эффект ультразвука, вплоть до развития ожога тканей глаза, еще в 1956 г.: воздействие ультразвуковой энергии вызывает вследствие кавитационного эффекта отек всех слоев роговицы, отек радужки, индуцированный роговичный астигматизм, неполную герметизацию операционных разрезов [9]. При этом прослеживается зависимость теплового воздействия ультразвука при нагревании различных тканей с наиболее выраженным эффектом нагревания на границе сред с различной плотностью (в частности, роговица – внутриглазная жидкость) [9].

Помимо этого, повреждающее и активирующее процесс воспаления воздействие на ткани глаза оказывает и отраженная энергия ультразвука, используемого для факофрагментации и факоаспирации хрусталиковых масс (с данным эффектом, в частности, связано развитие послеоперационного синдрома Ирвина-Гасса) [7], [8].

Также при ультразвуковой факоэмульсификации в течение всего вмешательства необходимо поддерживать стабильное давление в передней камере глаза, препятствующее ее спадению и повреждению эндотелия роговицы. В случае же закупорки аспирационной магистрали факоаспиратора плотными фрагментами ядра и последующем разрешении окклюзии происходит резкое снижение давления в передней камере и ее коллапс – так называемый «сердж». Кроме того, коллапс способствует повышенному риску травматизации тканей глаза за счет аспирации ткани радужки и капсулы хрусталика [3].

Таким образом, необходимость усовершенствования хирургической техники ультразвуковой факоэмульсификации очевидна. При этом, наряду с совершенствованием методики ультразвуковой факоэмульсификации, уже длительное время ведется поиск альтернативных методик с применением других видов энергии и уменьшением травматического воздействия на ткани глаза [3], [9], [10]. Одним из направлений совершенствования техники оперативного лечения катаракты является использование механической энергии для проведения факоэмульсификации и факоаспирации катарактально измененного хрусталика.

Использование механической энергии позволяет исключить энергетическое воздействие ультразвуковой энергии на интраокулярные структуры. Оборудование для механической факоэмульсификации обладает более простым устройством с высокой степенью надежности и устойчивости к факторам внешней среды и потенциально позволяет сократить время проведения манипуляций. Кроме того, применение механической энергии для факофрагментации может вызывать намного более слабый термический и провоспалительный эффект, что позволяет использовать меньшие объемы ирригации и уменьшить ирригационную травму, а также уменьшить риск послеоперационного воспаления.

Цель

Испытание в эксперименте разработанного механического факоаспиратора для разрушения и аспирации хрусталика при катаракте.

Материалы и методы

В литературе описано устройство, являющее наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату - ротационный факофрагментатор для удаления ядра хрусталика  (патент РФ 54508, опубликован 2006.07.10, авторы Запускалов И.В., Черкасов А.И., Кокова А.А., Гаврилин А.Н.) Данный механизм принят нами за прототип изобретения. Приведенная модель обладает режущим механизмом разрушения ядра хрусталика за счет возвратно-поступательного движения вложенных одна в другую режущих игл, при этом положительными сторонами устройства являются экономичность, уменьшение энергетической нагрузки на интраокулярные структуры, а к основным недостаткам можно отнести сложность конструкции и возможность травматизации структур глаза фрагментами ядра в случае отталкивания их разрушающим механизмом.

Предложенное нами устройство для механической факоэмульсификации и аспирации хрусталика выполнено в едином корпусе, содержащем разрушающий механизм с реверсивным движением  дистального конца режущей иголки в трехосной системе координат, микро-электродвигатель без редуктора и аспирационную систему.

Внутри корпуса ручки размещен микро-электродвигатель, на валу микро-электродвигателя закреплен эксцентрик вызывающий биение проксимальной части аспирационной трубки. Для обеспечения герметичности штуцера канала аспирации последний соединен эластичным силиконовым патрубком  с подвижным проксимальным концом аспирационной трубки. Дистальный участок подвижной аспирационной трубки закреплен в дистальной части рукоятки посредством эластичной втулки.  Режущая иголка одноразового использования соединяется с дистальным концом аспирационной трубки посредством эластичного патрубка из силиконовой трубки. Режущая иголка одноразового использования  с  эластичным патрубком в совокупности с роговицей глаза представляет собой   рычаг первого рода. Нулевая точка вращения (точка покоя) этого рычага расположена в средней части роговицы.

Все детали устройства выполнены из биологически нейтральных материалов и могут подвергаться стерилизации в автоклаве. Помимо этого, рассматривается концепция использования одноразовых элементов для устройства (игл, аспирационной системы), более простых в обращении и, в перспективе, экономически более выгодных.

Проведены испытания действия факоаспиратора на 28 кадаверных свиных глазах. Катаракту моделировали при помощи сверхвысокочастотного излучения (СВЧ-излучения). Проведение двухплоскостного тоннельного разреза длиной 2,4 мм проводили на 11 часах, два парацентеза в 1,2 мм на 3 и 9 часах условного циферблата, капсулорексис по стандартной методике при помощи капсульного пинцета. Средний диаметр капсулорексиса был равен 5±1 мм. Гидродиссекцию и гидроделинеацию выполняли 0,9% физиологическим раствором с использованием стандартной плоской канюли (45 градусов). Иглу факоаспиратора (угол среза иглы 45 градусов) вводили через тоннельный разрез, а через парацентез на 3 часах вводили фако-чоппер. Для удаления смоделированной катаракты использовалась техника «stop-and-chop». Хрусталик фиксировался при помощи набора вакуума, достигались значения вакуума 200-300 мм рт.ст.,  использована помпа Вентури, метод контроля вакуума линейный. Проводилось формирование 4 или 5 сегментов при помощи техники вертикального чопа и дальнейшая факофрагментация и факоаспирация хрусталиковых масс. Частота колебания иглы – от 500 до 700 в секунду в непрерывном режиме. Объем использованной ирригации достигал 200 мл на один глаз.

Полученный в ходе эксперимента материал (ткань роговицы, сетчатки) был гистологически обработан стандартными методами с окраской материала гематоксилином-эозином (рис. 1, 2).

Рис. 1 – Гистологический материал роговицы, окраска гематоксилин-эозин: 1 – эпителий, 2 – строма, 3 – десцеметова мембрана, 4 – эндотелий

Рис. 2 – Гистологический материал сетчатки: 1 – слой ганглионарных клеток, 2 – внутренний сетчатый слой, 3 – внутренний ядерный слой, 4 – наружный сетчатый слой, 5 – наружный ядерный слой, 6 – слой фоторецепторов, 7 – хориоидея

 

Результаты

Среднее время проведения факоэмульсификации и факоаспирации одного катарактально измененного хрусталика в эксперименте при помощи описанного факоаспиратора уменьшилось по сравнению с описанными в литературе аналогами на 10 % (в качестве аналога принят «Ротационный факофрагментатор для удаления ядра хрусталика», патент РФ 54508, опубликован 2006.07.10, авторы Запускалов И.В., Черкасов А.И., Кокова А.А., Гаврилин А.Н.) и  сопоставимо с временными затратами на ультразвуковую факоэмульсификацию.

В результате проведения гистологического исследования участка роговицы в области тоннельного разреза и участков сетчатки (макулярной и парамакулярной сетчатки) показано, что анатомическая структура исследуемых тканей во всех 28 препаратах сохранена. Средняя толщина роговицы в области тоннельного разреза составила 280±78 мкм. Все слои роговицы сохранили свою прозрачность. Отмечался умеренный отек эндотелия и извитый ход эластических и коллагеновых волокон внутренней трети стромы в радиусе 1 мм от тоннельного разреза. Форма краев разреза была сопоставима, что говорит об адаптации краев роговичного разреза. Лишь в одном препарате в области тоннельного разреза выявлена локальная отслойка десцеметовой оболочки протяженностью до 70 мкм. Гистологическое строение и архитектоника слоев сетчатки в исследуемых препаратах во всех отделах были сохранены. Отмечалась умеренная извитость слоя волокон ганглионарных клеток на всей площади сетчатки, более выраженная у зубчатой линии, локальные участки разрежения нейронов, преимущественно в наружном ядерном слое, связанные с проведением гистологического исследования и не вызванные непосредственно воздействием факоаспиратора. Данные проведенного гистологического исследования роговицы и сетчатки использованного материала позволяют говорить о достаточно малотравматичном воздействии предложенной модели факоаспиратора на ткани глаза.

Заключение

Механический факоаспиратор для удаления хрусталика глаза (приоритетная заявка № 2018104886 от 09.02.2018 г.) при сопоставлении с существующими аналогами позволяет сократить время вмешательства на 10%; в сравнении же с ультразвуковой факоэмульсификацией  позволяет за одинаковое время провести удаление катарактально измененного хрусталика с меньшим повреждающим воздействием на структуры глаза. Предложенный механический факоаспиратор может быть рекомендован для проведения дальнейших исследований с целью доработки на животных моделях, проведения клинических испытаний и последующего внедрения в клиническую практику.

Список литературы / References

1. Lin C.-P. Cataract extraction surgery in patients with uveitis in Taiwan: risk factors and outcomes / C.-P. Lin, P.-T. Yeh, P.-F. Chen, C.M. Yang and others // Journal of the Formosan Medical Association. – 2014. – Vol. 113. – P. 377-384.
2. Vidovič-Valentinčič N. Intermediate uveitis: long-term course and visual outcome / N. Vidovič-Valentinčič, A. Kraut, M. Hawlina, S. Stunf and others // Br.J.Ophthalmol. - - Vol.93. – P. 477-480.
3. Sharif-Kashani P. Comparison of occlusion break responses and vacuum rise times of phacoemulsification systems / P. Sharif-Kashani, D. Fanney, V. Injev // BMC ophthalmology. – 2014. – Vol. 14. - №1. – Р. 1.
4. Chaudhary C. Study of cystoid macular edema by optical coherent tomography following uneventful cataract surgery / C. Chaudhary, H. Bahadhur, N. Gupta // International ophthalmology. – 2015. – Vol. 35. - № 5. – Р. 685-691.
5. Chang M.A. The surgical management of cataract: barriers, best practices and outcomes / M. A. Chang, N.G. Congdon , S.K. Baker and others // International ophthalmology. – 2008. – Vol. 28. - № 4. – Р. 247-260.
6. Chen X. Comparison of clear corneal incision injuries between torsional and conventional phacoemulsification / X. Chen, Y. Ji, Y. Lu // Graefe's Archive for Clinical and Experimental Ophthalmology. – 2013. – Vol. 251. - № 9. – Р. 2147-2154.
7. Li Y.J. Early changes in corneal edema following torsional phacoemulsification using anterior segment optical coherence tomography and Scheimpflug photography / Y. J. Li, H. J. Kim, C. K. Joo // Japanese journal of ophthalmology. – 2011. – Vol. 55. - № 3. – Р.196-204.
8. Vasavada A.R. NeoSoniX ultrasound versus ultrasound alone for phacoemulsification: randomized clinical trial / A. R. Vasavada, S. M. Raj, Y. C. Lee // Journal of Cataract & Refractive Surgery. – 2004. – Vol. 30. - №11. – P. 2332-2335.
9. Ngo W.K. Heat profiling of phacoemulsification tip using a thermal scanning camera / W. K. Ngo, L.W. Lim, C.S. Tan and others // International ophthalmology. – 2013. – Vol. 33. - № 6. – Р. 645-649.
10. Saeed A. Uncorrected visual acuity in the immediate postoperative period following uncomplicated cataract surgery: bimanual microincision cataract surgery versus standard coaxial phacoemulsification / A. Saeed, J. O’Connor, G. Cunnife, J. Stack and others // International ophthalmology. – 2009. – Vol. 29. - № 5. – Р. 393-400.