Безопасность лазера в офтальмологии

Ключевые моменты с первого взгляда

Лазерный свет монохроматичен, параллелен и когерентен, и он особенно опасен, потому что может быть сфокусирован на глаз.
Классификация FDA (от I до IV) определяет уровни опасности, а медицинские лазеры относятся к классу IV.
Основные симптомы лазерного повреждения — вспышки света, снижение зрения, тёмные пятна, искажённое зрение и нарушения цветоощущения.
Стандартизированного протокола лечения лазерного повреждения сетчатки не существует.
Отражённый свет является самой частой причиной случайного воздействия, а роговичный рефлекс при моргании значительно ослабевает под наркозом.
Для профилактики осложнений медицинских лазеров необходимо правильно настраивать длину волны, размер пятна, время воздействия и мощность.
Более безопасные новые технологии, такие как pattern scan lasers и методы микропульса, уже используются на практике.

1. Что такое безопасность лазера в офтальмологии

LASER — это сокращение от Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (усиление света за счёт вынужденного испускания излучения). Его история началась с медицинского использования солнечного света в древних цивилизациях и привела к современной точной лазерной терапии.

Лазерный свет обладает тремя следующими свойствами.

Монохроматичность (monochromatic): состоит только из света одной длины волны.
Коллимированность (collimated): луч не расходится и идёт параллельно.
Когерентность (coherent): фазы световых волн согласованы и усиливают друг друга.

Благодаря этим свойствам излучательная яркость лазера в миллионы раз выше, чем у солнца. Поскольку глаз фокусирует лазер на небольшом участке сетчатки более чем в 100 раз, в офтальмологии особенно важен контроль безопасности¹.

Биологические эффекты лазера в целом делят на пять типов: деструкция, фотоабляция, коагуляция, гипертермия и фотохимическая реакция.

К пигментам (chromophore) в глазу, которые поглощают лазерный свет, относятся следующие.

Меланин в пигментном эпителии сетчатки (RPE)
Оксигемоглобин и дезоксигемоглобин в кровеносных сосудах
Меланин в сосудистой оболочке глаза
Ксантофилл в макулярном пигменте
Вода

Лазер используется почти во всех областях медицины. По мере его широкого распространения легко возникает чувство беспечности, и важно всегда помнить, что лазерная операция — это тоже медицинская процедура, связанная с рисками.

Основные лазеры, используемые в офтальмологии, показаны по диапазону длины волны.

Диапазон длины волны	Типичный лазер	Основные применения
Ультрафиолетовый диапазон (193 нм)	Эксимерный (ArF)	Рефракционная коррекция (LASIK), лечение помутнения роговицы
Ближний ультрафиолет — ближний инфракрасный	Фемтосекундный	Лоскут LASIK, помощь при операции по поводу катаракты
Видимый свет (от зелёного до красного)	Аргон, криптон, диод	Фотокоагуляция сетчатки, иридотомия, трабекулопластика
Ближний инфракрасный (810 нм)	Полупроводниковый (диод)	Транссклеральная циклофотокоагуляция, транссклеральная фотокоагуляция сетчатки
Инфракрасный (1 064 нм)	Nd:YAG	Задняя капсулотомия, транссклеральная циклофотокоагуляция
дальний инфракрасный диапазон (10,3 мкм)	углекислый газ (CO₂)	разрез кожи века

Q Чем лазерный свет отличается от обычного света?

Обычный свет содержит много длин волн и распространяется во все стороны, а лазерный свет обладает тремя свойствами: одной длиной волны, параллельностью и когерентностью. Поэтому он не рассеивается и сохраняет высокую яркость на большом расстоянии; при фокусировке в глазу он передаёт концентрированную энергию сетчатке.

2. Основные симптомы и клинические признаки

Субъективные симптомы

При остром воздействии лазера высокой плотности сначала видна яркая вспышка, затем из-за фототоксичности возникает снижение зрения. Основные субъективные симптомы перечислены ниже.

Вспышка: сразу после воздействия виден яркий свет.
Снижение зрения: из-за фототоксичности или повреждения сетчатки.
Скотома: дефект поля зрения, соответствующий области повреждения.
Светобоязнь: повышенная чувствительность к свету.
Метаморфопсия: предметы выглядят искажёнными.
Дисхроматопсия: нарушение цветоощущения.
Временная боль в глазу и головная боль: отмечается в острой фазе.

Симптомы часто бывают в одном глазу или в обоих глазах, но несимметрично. Хроническая боль, покраснение и ощущение раздражения не вызваны лазерным повреждением и указывают на другую причину.

Клинические признаки (признаки, которые врач подтверждает при осмотре)

При осмотре глазного дна с расширенным зрачком подтверждают кровоизлияние в ткани, перфорацию и рубцевание. К методам визуализации относятся AOSLO, FA, аутофлуоресценция глазного дна и ОКТ. Место повреждения и признаки различаются в зависимости от диапазона длины волны.

Диапазон длины волны	Типичный лазер	Основные глазные признаки
450–480 нм (синий)	Синий лазер	Дефект наружной сетчатки, сквозное макулярное отверстие, макулярный отёк
520–536 нм (зелёный)	аргоновый зелёный	Дефекты наружной сетчатки, разрушение и рубцевание RPE
630–670 нм (красный)	He-Ne, красный диод	Поражения RPE, разрушение и атрофия
1 064 нм (ближний инфракрасный)	Nd:YAG	Повреждение роговичного эпителия, макулярное кровоизлияние, полнослойный макулярный разрыв

Повреждение сетчатки лазером Nd:YAG требует особой осторожности. Поскольку длина волны 1 064 нм невидима, несчастные случаи возникают легко, а случайные срабатывания в лаборатории при отсутствии защитных очков случаются часто. Это может привести к повреждению фовеа доминантного глаза с образованием помутневших очагов сетчатки, субретинального кровоизлияния и макулярного разрыва. В сообщенных случаях даже лечение стероидами в острой фазе не улучшало зрительный прогноз, а при длительном наблюдении сообщались формирование эпиретинальной мембраны и остаточная острота зрения 20/100².

Ниже приведены особенности различных методов визуализации.

OCT: выявляет аномалии на уровне внутренней и наружной сетчатки, RPE и сосудистой оболочки на микронном уровне. Подтверждает макулярные разрывы и усиление отражения у основания.
FA: Наблюдают линейные, полосовидные изменения и динамику перехода от гипофлюоресценции к гиперфлуоресцентному дефекту окна ПЭС.
таблица Амслера: полезна для выявления метаморфопсии и центральных и парацентральных скотом.
периметрия Humphrey 10-2: обладает высокой чувствительностью к выявлению очаговых центральных скотом.

Q Какие зрительные нарушения возникают при лазерной травме?

При остром воздействии высокоплотного лазера вспышке предшествует снижение зрения. Затем могут сохраняться скотома, метаморфопсия и нарушение цветоощущения, соответствующие зоне повреждения. Хроническая боль или покраснение указывают на причину, отличную от лазерной травмы, поэтому нужна дифференциальная диагностика.

3. Причины и факторы риска

Воздействие медицинских лазеров

Медицинские лазеры контролируются оператором с помощью ножной педали и подаются через оптоволокно. Они могут быть оснащены прицельным лучом (прицельным лазером). К устройствам подачи относятся щелевая лампа, хирургический микроскоп, внутриглазной зонд и непрямой офтальмоскоп. Системы подачи подразделяются на четыре типа: трансзрачковые, транссклеральные, внутриглазные и поверхностное облучение.

Воздействие немедицинских лазеров

Бытовая среда (лазерные указки, сканеры, проекторы): Мощность обычно низкая и кратковременная, но сообщалось, что мощные ручные лазеры, доступные через интернет-покупки, могут вызывать повреждение фоторецепторов, макулярные разрывы и кровоизлияния в сетчатку³⁴.
Лаборатория и промышленность (резка, сварка): Высокая интенсивность. Возникает при несоблюдении инструкций по эксплуатации оборудования.
Военные лазеры: Используются в охране, тактике и связи. Лазерное оружие, вызывающее слепоту, запрещено Женевскими конвенциями и Протоколом ООН 1995 года.
Облучение самолетов лазером: в США это незаконно. Основные проблемы — отвлечение внимания и временное нарушение зрения, а прямое повреждение глаз встречается редко.

Лазерные травмы могут быть недостаточно зарегистрированы во всех условиях.

Уровень опасности и классификация FDA

Отраженный свет — наиболее частая причина случайного воздействия. Проблему представляют отражения от хирургических инструментов, контактных линз и роговицы. Следует помнить, что отраженный свет в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах невидим. Кроме того, под наркозом мигательный рефлекс значительно ослаблен или отсутствует.

Класс I

Неопасно: при обычном использовании нет опасности для глаз.

Лазерные принтеры, CD/DVD-плееры и т. д.

Класс II

Низкая опасность: только видимый свет. Защищает мигательный рефлекс.

Сканеры штрихкодов и т. д.

Класс III

Осторожно: прямой взгляд представляет серьезную опасность.

Лазерные указки и т. п.

Класс IV

Высокий риск: серьёзная опасность для глаз и кожи. Отражённый свет тоже опасен.

Исследовательские и медицинские лазеры. Есть также риск возгорания.

NHZ (номинальная опасная зона) — это область, где расхождение лазерного луча ограничено, поэтому лазер остаётся сфокусированным и опасным даже на большом расстоянии. Лазеры класса IV и их отражённый свет также могут поджечь хирургические простыни.

Чем меньше размер пятна и чем короче время облучения, тем выше вероятность осложнений.

Q Могут ли обычные лазерные указки тоже повредить глаза?

Лазерные указки соответствуют классу III FDA, и смотреть на них прямо очень опасно. При обычном использовании и кратком воздействии тяжесть обычно невысока, но есть сообщения о необратимом повреждении сетчатки при высокомощных моделях свыше 5 мВт, доступных в интернет-магазинах. Особенно высокий риск самоповреждения у детей с поведенческими, учебными или психическими проблемами, а исследование в Великобритании показало, что 85% пациентов были мужчинами и 80% были младше 20 лет⁴⁵.

4. Диагностика и обследование

При подозрении на лазерное повреждение необходимо подробно выяснить длину волны, мощность и режим излучения использованного лазера. Осмотр глазного дна в условиях расширенного зрачка является базовым.

Основные методы обследования приведены ниже.

OCT: выявляет на микронном уровне аномалии внутренних и наружных слоёв сетчатки, RPE и сосудистой оболочки. Оценивает макулярные отверстия, приподнятость и усиление отражения в основании.
ФА (флюоресцеиновая ангиография глазного дна): наблюдают линейные или полосовидные изменения и временную динамику дефекта окна RPE — от гипофлуоресценции к гиперфлуоресценции.
аутофлуоресценция глазного дна (FAF): оценивает дисфункцию RPE.
AOSLO (адаптивно-оптическая сканирующая лазерная офтальмоскопия): используется для высокоразрешающей визуализации и документирования повреждения тканей.
ОКТ-ангиография: неинвазивно оценивает ретинохориоидальную циркуляцию. Ее можно проводить и у пациентов с аллергией на контрастное вещество.
тест Амслера: используется для выявления метаморфопсии и парацентральных скотом.
периметрия Humphrey 10-2: обладает высокой чувствительностью для выявления локализованных центральных скотом.

5. Стандартные методы лечения

Для лазер-индуцированного повреждения сетчатки не существует стандартизованного протокола лечения.

Стероиды (внутривенно или внутрь): предлагаются для уменьшения вредной клеточной воспалительной реакции (например, макулярного отека). Есть сообщения об улучшении зрения при приеме преднизолона внутрь 0.5 мг/кг/сут в сочетании с лютеином⁶, но у них есть побочные эффекты, а их эффективность при повреждении лазером Nd:YAG остается неясной².
Ингибиторы VEGF: применяются для лечения хориоидальной неоваскуляризации, связанной с лазерным повреждением.
Фотодинамическая терапия (PDT): может использоваться при хориоидальной неоваскуляризации.
Хирургическое лечение: обычно не показано. При неразрешившихся осложнениях (макулярное отверстие, эпиретинальная мембрана) может выполняться хирургическое удаление рубцовой ткани или кровоизлияния.

Поскольку эффективное лечение не установлено, самое важное — профилактика, например строгое использование защитных очков.

Профилактика осложнений при использовании медицинского лазера

Основная причина осложнений — чрезмерная коагуляция. При фотокоагуляции параметры коагуляции устанавливают в следующем порядке: длина волны → диаметр пятна → время экспозиции → мощность.

Настройка диаметра пятна: как правило, 50–200 мкм вблизи фовеа и внутри сосудистой аркады, а на периферии 200–500 мкм.
Настройка времени экспозиции: вблизи фовеа 0,02–0,1 секунды, на периферии обычно 0,2 секунды, а для аномальных сосудов — до 0,5 секунды.
Настройка мощности: если не удается получить подходящий коагуляционный очаг, не следует просто повышать мощность; нужно рассмотреть хирургическое лечение.

Основные осложнения фотокоагуляции перечислены ниже.

Повреждение слоя нервных волокон → дефекты поля зрения
Кровоизлияния в сетчатку, под сетчатку и под RPE; кровоизлияние в сосудистую оболочку
Образование эпиретинальной мембраны → тракционная отслойка сетчатки
Сокращение стекловидного тела → кровоизлияние в стекловидное тело и ухудшение тракционной отслойки сетчатки
Недостаточность хориоидального кровообращения → макулярный отек, цилиохориоидальная отслойка и экссудативная отслойка сетчатки
Хориоидальная неоваскуляризация, катаракта
Случайное облучение центральной ямки и радужки → атрофия радужки
Нарушение аккомодации с мидриазом

При фотокоагуляции также сообщались такие осложнения, как помутнение роговицы, кровоизлияние в переднюю камеру, атрофия радужки, задние синехии радужки и катаракта.

Q Есть ли лечение, если глаз повреждён лазером?

Стандартизированного протокола лечения нет. В зависимости от ситуации могут рассматриваться стероиды, ингибиторы VEGF, PDT и хирургия, но эффективное лечение не всегда установлено. Особенно при повреждении Nd:YAG-лазером эффект стероидной терапии неясен. Профилактика наиболее важна, и ношение защитных очков является основой.

6. Патофизиология и подробный механизм развития

Лазерный свет — это высоконаправленный, высокомощный когерентный монохроматический свет, и в живых тканях он действует через механизмы, зависящие от длины волны.

Разрушение (Disruption)

Лазер Nd:YAG (импульсный) — типичный пример. Он механически разрезает ткань за счёт образования плазмы. Используется для задней капсулотомии и кожного разреза.

Фотоабляция

Эксимерный лазер (ArF 193 нм) —典ичный пример. Импульсным излучением он разрывает межмолекулярные связи и разрушает ткань без рубцов. Используется для абляции роговицы при LASIK.

Коагуляция

Лазеры видимого света (зелёный, жёлтый, красный) —典ичные примеры. Они поглощаются меланином и гемоглобином, вызывая тепловую коагуляцию. Используются для фотокоагуляции сетчатки и иридотомии.

Фотохимическая реакция

ФДТ (фотодинамическая терапия) —典ичный пример. Фотосенсибилизирующее вещество поглощает свет и образует активные формы кислорода, которые повреждают ткань. Используется для лечения хориоидальной неоваскуляризации.

Характеристики поглощения в видимом диапазоне по длине волны следующие.

Поглощение меланином: чем длиннее длина волны, тем ниже коэффициент поглощения.
Поглощение гемоглобином: максимально на жёлтых длинах волн, снижается на красных.
Проникновение в ткани: чем длиннее длина волны, тем выше. Жёлтый свет широко используют, потому что у него высокая эффективность теплового преобразования.
Красные длины волн: низкое поглощение гемоглобином и хорошая проникающая способность. Подходят для очагов под кровоизлиянием и случаев с помутнением прозрачных сред глаза.
Синие длины волн (450–480 нм): сильно поглощаются макулярным пигментом ксантофиллом. Для лечения макулы не подходят.
Диодный лазер (810 нм): он обладает высокой проникающей способностью в ткани и используется для трансклеральной фотокоагуляции цилиарного тела и трансклеральной фотокоагуляции сетчатки. Он также соответствует пику поглощения ICG.
Лазер на углекислом газе (10.3 мкм): он поглощается водой и вызывает испарение. Его используют в импульсном режиме для разрезов кожи век.

Фемтосекундный лазер (импульсы порядка 10^-15 секунды) использует разрушение ткани за счёт образования плазмы. Он применяется в рефракционной хирургии (создание лоскута LASIK) и в хирургии катаракты (разрезы роговицы, передняя капсулотомия, фрагментация ядра).

7. Новейшие исследования и перспективы на будущее (отчёты на стадии исследований)

Паттерн-сканирующий лазер

Это технология, которая автоматически выполняет несколько коагуляционных точек по заданному рисунку за одно воздействие. Время воздействия на одну точку очень короткое, около 0.02 секунды, поэтому повреждение внутренних слоёв сетчатки и хориоидеи ограничивается, а коагуляционные точки формируются только в наружном слое. Это позволяет значительно сократить время лечения.

Короткоимпульсная фотокоагуляция

Это метод лечения, при котором время воздействия составляет примерно 1/10 от обычного (0.01–0.02 секунды), а мощность — примерно в 3 раза выше. Повреждение внутренних слоёв сетчатки меньше, а боль во время лечения уменьшается. Также считается, что долгосрочное увеличение коагуляционных очагов происходит реже.

Микроимпульсная фотокоагуляция

Это лечение ниже порога, при котором выборочно коагулируется только пигментный эпителий сетчатки. Ожидается, что можно будет добиться лечебного эффекта при минимальном повреждении слоя нервных волокон сетчатки.

Навигационный лазер

Это система доставки типа камеры глазного дна с функциями автоматического облучения и отслеживания. Ее можно совмещать с ангиографическими снимками, что обеспечивает высокую точность облучения.

Применение OCT-ангиографии

Это неинвазивный метод, позволяющий оценивать ретинохориоидальную циркуляцию, и его можно проводить даже у пациентов с аллергией на контрастное вещество. Он все шире распространяется как новый вариант обследования перед лазерной фотокоагуляцией.

8. Литература

Bhavsar KV, Michel Z, Greenwald M, Cunningham ET Jr, Freund KB. Retinal injury from handheld lasers: a review. Surv Ophthalmol. 2021;66(2):231-260. PMID: 32628946. ↩
Park DH, Kim IT. A case of accidental macular injury by Nd:YAG laser and subsequent 6 year follow-up. Korean J Ophthalmol. 2009;23(3):207-209. PMID: 19794950. ↩ ↩²
Birtel J, Harmening WM, Krohne TU, Holz FG, Charbel Issa P, Herrmann P. Retinal Injury Following Laser Pointer Exposure. Dtsch Arztebl Int. 2017;114(49):831-837. PMID: 29271340. ↩
Linton E, Walkden A, Steeples LR, Bhargava A, Williams C, Bailey C, Quhill FM, Kelly SP. Retinal burns from laser pointers: a risk in children with behavioural problems. Eye (Lond). 2019;33(3):492-504. PMID: 30546136. ↩ ↩²
Farassat N, Boehringer D, Luebke J, Ness T, Agostini H, Reinhard T, Lagrèze WA, Reich M. Incidence and long-term outcome of laser pointer maculopathy in children. Int Ophthalmol. 2023;43(7):2397-2405. PMID: 36670265. ↩
Marinescu AI, Hall CM. Laser-Induced Maculopathy and Outcomes After Treatment With Corticosteroids and Lutein. Cureus. 2021;13(9):e18268. PMID: 34692258. ↩