Præcision i anvendelsen af AQUARIUZ-lasersystemet til refraktiv kirurgi - en ingeniørmæssig analyse
Hurtige svar
Hvad er AQUARIUZ?
AQUARIUZ er et faststofbaseret UV-lasersystem udviklet til refraktiv kirurgi. Systemet opererer ved 205–215 nm og anvender avanceret eye-tracking til præcis levering af laserpulser.
Hvordan adskiller AQUARIUZ sig fra traditionelle excimerlasere?
I modsætning til konventionelle ArF-excimerlasere, der anvender en gasblanding til at generere 193 nm UV-stråling, er AQUARIUZ et faststof-lasersystem, der arbejder ved længere UV-bølgelængder.
Hvorfor er laserenergien vigtig ved refraktiv kirurgi?
Den leverede laserenergi bestemmer i høj grad, hvor meget hornhindevæv der fjernes. Stabil og præcis energilevering er derfor afgørende for, at den faktiske ablation svarer til den programmerede behandling.
Hvad undersøger specialeprojektet?
Projektet undersøger sammenhængen mellem laserens energiparametre, behandlingsdata og de kliniske resultater. Blandt andet analyseres energistabilitet, behandlingspræcision, ændringer i hornhindens geometri og den optiske kvalitet efter behandlingen.
Hvilke kliniske data indgår i analysen?
Datasættet omfatter blandt andet refraktion, synsstyrke, hornhindekrumning, pachymetri og bølgefrontsaberrationer. Disse målinger gør det muligt at sammenholde laserbehandlingen med de efterfølgende ændringer i hornhinden og synets optiske kvalitet.
Hvad kan projektet bidrage med?
Projektet kan give en mere kvantitativ forståelse af, hvordan stabiliteten og præcisionen af laserenergien påvirker den faktiske behandling. Resultaterne kan på længere sigt bidrage til bedre monitorering, kalibrering og optimering af UV-laserbehandlinger inden for refraktiv kirurgi.
Nøjagtigheden ved refraktiv laserkirurgi afhænger af evnen til at omsætte en ønsket optisk korrektion til en præcist kontrolleret ændring af hornhindens profil. Dette kræver en nøjagtig spatial levering af laserpulser og, afgørende, stabil kontrol af den optiske energi, der leveres til vævet.
Et specialeprojekt ved Copenhagen Eye Institute, i samarbejde med Danmarks Tekniske Universitet (DTU), vil undersøge ydeevnen af det faste UV-lasersystem AQUARIUZ med særligt fokus på laserenergi, behandlingsparametre og deres sammenhæng med målte kliniske resultater.
Projektet udføres af MSc-studerende i Biomedical Engineering Fanny Boldrin under vejledning af Dr. Javier Cabrerizo ved Copenhagen Eye Institute, Associate Professor Torben Anker Lenau ved DTU Construct – Institut for Byggeri og Maskinteknik samt Senior Researcher Ole Bjarlin Jensen ved DTU Electro – Institut for Elektrisk og Fotonteknologi.
Solid-state UV-laserablation
AQUARIUZ, udviklet af Ziemer Ophthalmic Systems, adskiller sig fra konventionelle ArF-excimerlasersystemer, der anvendes til fotoablation af hornhinden. I stedet for at generere 193 nm-stråling fra en excimer-gasblanding er AQUARIUZ en faststof-laserplatform, der opererer ved 205–215 nm med en repetitionsfrekvens på op til 500 Hz.
Laserleveringen styres af et seksdimensionelt eye-tracking-system, der opererer ved 1000 Hz. Dette gør det muligt kontinuerligt at tilpasse ablationsmønstret til øjets bevægelser under behandlingen.
Ved disse bølgelængder er vandets absorptionskoefficient betydeligt lavere end ved 193 nm, mens absorptionen i de organiske komponenter i hornhindens stroma fortsat er betydelig. Dette gør det muligt at holde stromas overflade hydreret under behandlingen og muliggør det såkaldte wet-ablation-princip, som anvendes af AQUARIUZ.
Den resulterende vævsablation afhænger ikke alene af bølgelængden, men af den optiske energi, der leveres af systemet. Forholdet mellem fluens og vævsfjernelse er derfor et centralt aspekt af behandlingens ydeevne.
Variationer i pulsenergi, stråleareal eller den spatiale fordeling af pulserne kan ændre den lokale optiske dosis og potentielt medføre forskelle mellem den programmerede og den faktisk opnåede ablationsprofil.
Dette giver to primære fordele sammenlignet med tidligere excimerlasere: højere præcision og et mindre inflammatorisk respons. Disse to egenskaber placerer teknologien i front inden for laserkorrektion af synet.
Fra laserenergi til kliniske resultater
En central del af projektet vil være en kvantitativ undersøgelse af laserens energiniveauer og energistabilitet under kliniske behandlinger.
De præcise laserparametre, der er tilgængelige for analyse, vil afhænge af adgangen til systemets data, men potentielt relevante variable omfatter pulsenergi, variation i energi fra puls til puls, pulslængde, repetitionsfrekvens, spotstørrelse og den spatiale stråleprofil.
Der kan desuden være adgang til behandlingsinformation såsom antallet og den spatiale fordeling af leverede pulser, den programmerede ablationsdybde og den optiske zone.
Disse ingeniørmæssige parametre vil blive kombineret med et longitudinelt klinisk datasæt indeholdende præoperative og postoperative målinger.
De tilgængelige data omfatter sfære, cylinder og akse, ukorrigeret og korrigeret synsstyrke på afstand (UDVA og CDVA), hornhindekeratometri, pachymetri samt bølgefrontsaberrationer over en analyse-diameter på 6 mm.
Sidstnævnte omfatter RMS-værdier for aberrationer af lavere og højere orden samt sfærisk aberration, astigmatisme, defokus, koma, trefoil- og quatrefoil-komponenter.
Dette gør det muligt at undersøge hele behandlingsforløbet og forbinde den leverede laserenergi med ablationen af hornhindevæv, de efterfølgende ændringer i hornhindens geometri og deres effekt på det endelige optiske resultat.
Ændringer i pachymetri og hornhindens krumning kan give kvantitative indikatorer for den fysiske ændring af hornhinden, mens den postoperative refraktion og bølgefrontsaberrationerne beskriver den resulterende optiske ydeevne.
Ved at sammenholde disse variable med behandlings- og laserparametre kan det undersøges, om variationer i den leverede energi er forbundet med forskelle i den opnåede refraktive korrektion eller den optiske kvalitet.
Computational analyse i Python og/eller MATLAB vil blive anvendt til at kvantificere systemets funktion, identificere korrelationer og udvikle statistiske eller analytiske modeller, der forbinder laserparametre med de målte resultater.
Der vil være særligt fokus på energistabilitet, behandlingspræcision og systematiske kilder til variation. Hvor der foreligger tilstrækkelige laserdata, kan analysen også undersøge sammenhængen mellem energi og vævsfjernelse samt sammenligne programmerede og målte behandlingseffekter.
Et samlet billede af laserbehandlingen
Ved at kombinere laserfysik, ingeniørmæssige data og longitudinelle kliniske målinger har projektet til formål at etablere en kvantitativ forståelse af, hvor konsistent AQUARIUZ-platformen omsætter en kontrolleret levering af UV-energi til de tilsigtede ændringer i hornhinden og den refraktive styrke.
Resultaterne kan i sidste ende bidrage til forbedret monitorering af systemets ydeevne, kalibrering og optimering af behandlinger med faste UV-lasere inden for refraktiv kirurgi.