Femtosecond pulse induced cavitation and bubble generation in porcine and synthetic vitreous humor: The impact of focusing

في أعماق العين، خلف العدسة وأمام الشبكية، تقع مادة هلامية شفعة تُسمى الجسم الزجاجي. وهي تملأ مساحة مقلة العين، وتحافظ على شكلها وتسمح للضوء بالمرور إلى الجزء الخلفي من العين حيث يبدأ الإبصار. وأحياناً، يصبح هذا الهلام الشفاف عكراً بسبب خيوط أو كتل صغيرة تلقي بظلالها على الشبكية، فتظهر على شكل "عوامات" مزعجة تسبح عبر مجال رؤية الشخص. وبينما تكون هذه العوامات غالباً غير ضارة، فإن تلك الموجودة بالقرب جداً من الشبكية الحساسة يمكن أن تضعف البصر بشكل خطير. ويعد علاجها أمراً صعباً لأن الأدوات المستخدمة لتفتيتها غالباً ما تخاطر بإتلاف الأنسجة السليمة المحيطة بها. ولعقود من الزمن، اعتمد الجراحون على ليزرات تطلق نبضات تستمر لجزء من مليار من الثانية، لكن هذه النبضات طويلة جداً لدرجة أنها تولد حرارة وموجات صدمية يمكن أن تنتشر، مما يجبر الأطباء على البقاء بعيداً عن الشبكية لتجنب التسبب في إعتام عدسة العين (الماء الأبيض) أو إصابات أخرى. ويستخدم نهج أحدث نبضات ضوئية فائقة القصر تستمر لعدة مئات من كوادريليون من الثانية فقط. ولأن هذه النبضات قصيرة جداً، فإنها تفرغ الطاقة بسرعة كبيرة لدرجة أن الأنسجة لا تجد وقتاً لتسخن أو تتحرك؛ وبدلاً من ذلك، تحول طاقة الضوء الماء الموجود في الأنسجة فورياً إلى فقاعة غاز صغيرة متوسعة، والتي تنكمش بعد ذلك. هذه العملية، المعروفة باسم "التكهف"، يمكنها تفتيت العوامات بدقة متناهية، ولكن فقط إذا تم تركيز الليزر في عمق العين دون فقدان قوته أو إحداث آثار جانبية غير مرغوب فيها.

وقد سعى الباحثون في جامعة بوليتكنيك مونتريال إلى فهم كيفية سلوك هذه النبضات الليزرية فائقة القصر بدقة عند انتقالها عبر الجسم الزجاجي، وبالتحديد مراقبة كيفية تغير تركيز الليزر كلما تعمق في العين. وللقيام بذلك، احتاجوا إلى مادة تعمل مثل الحقيقية ولكنها أسهل في التعامل معها. فقاموا بإنشاء نسخة اصطناعية من هلام العين باستخدام خليط من الماء، وعامل تثخين شائع يوجد في الأطعمة، ومادة توجد طبيعياً في مفاصل الإنسان. كما اختبروا أيضاً جسماً زجاجياً حقيقياً مأخوذ من عيون الخنازير، والذي يشبه إلى حد كبير النسخة البشرية. ومن خلال إطلاق نبضات منفردة من ضوء الليزر على هذه المواد، استطاعوا مراقبة ما يحدث عندما يصطدم الضوء بالهدف. ووجدوا أنه من الممكن إنشاء هذه الفقاعات بنبضة ضوئية واحدة تحمل طاقة ضئيلة جداً، وهي أقل بكثير مما تتطلبه أنظمة الليزر القديمة. وهذه الطاقة المنخفضة أمر بالغ الأهمية لأنها تعني أن الليزر أقل عرضة لإتلاف الأنسجة المحيطة أثناء مروره عبر العين.

اكتشف الفريق أن العمق الذي يحاولون فيه إنشاء الفقاعة كان مهماً بشكل كبير. فعندما ركزوا الليزر في عمق أكبر داخل المادة، لم تدم الفقاعة لفترة طويلة، وأصبح من الصعب إنشاؤها على الإطلاق. حدث هذا لأن شعاع الليزر، الذي يبدأ كنقطة ضيقة ومركزة، يميل إلى التمدد والتحول إلى شكل ضبابي كلما انتقل عبر الطبقات المنحنية للعين. واختبر الباحثون عدستين لتركيز الضوء: إحداهما تخلق تركيزاً ضيقاً وحاداً، والأخرى تخلق تركيزاً أوسع وأكثر نعومة. ووجدوا أن العدسة ذات التركيز الأضيق، والتي تُفضل عادةً من أجل الدقة، تعاني أكثر بكثير من تأثير التمدد هذا مع زيادة العمق. فالفقاعات التي تم إنشاؤها بهذا التركيز الضيق اختفت بشكل أسرع بكثير كلما تعمق الليزر، مما يشير إلى أن الطاقة كانت تتشتت وتصبح ضعيفة جداً بحيث لا تكفي لاستمرار الفقاعة. وفي المقابل، حافظت العدسة ذات التركيز الأوسع على قدرتها على إنشاء الفقاعات بشكل أكثر استمرارية عند الأعماق الكبيرة، رغم أن الفقاعات كانت أكبر قليلاً.

كما قارنت الدراسة سلوك الهلام الاصطناعي مقابل نسيج عين الخنزير الحقيقي. وبينما دامت الفقاعات في النسيج الحقيقي لفترة أطول قليلاً، ربما لأن البنية الطبيعية لهلام العين تمسك الماء بقوة أكبر، إلا أن الطريقة التي تصرفت بها الفقاعات مع تعمق الليزر كانت متشابهة بشكل ملحو Mack في كلا المادتين. وهذا يشير إلى أن الخليط الاصطناعي يعد بديلاً موثوقاً لاختبار تقنيات الليزر الجديدة قبل تجربتها على المرضى. كما بحث الباحثون فيما إذا كان إطلاق سلسلة سريعة من النبضات بدلاً من إطلاق نبضة واحدة سيساعد. ووجدوا أنه بينما يمكن للسلسلة السريعة أن تنشئ فقاعات، إلا أنها تتطلب طاقة إجمالية أكبر وتجعل النتائج أقل قابلية للتنبؤ، حيث تدوم الفقاعات لفترة أطول وتتفاوت أحجامها بشكل أكبر. وهذا التباين قد يكون خطيراً في بيئة جراحية، حيث تعد الاستمرارية أمراً أساسياً.

في نهاية المطاف، يسلط هذا العمل الضوء على تحدٍ جوهري في استخدام هذه الليزرات المتقدمة في جراحة العين العميقة: فكلما زاد العمق الذي يحتاج الجراح للوصول إليه، تغير شكل شعاع الليزر أكثر، مما يجعل من الصعب تقديم دفعة الطاقة الدقيقة اللازمة لتنقية العوامة دون إلحاق الضرر بالشبكية. وتشير النتائج إلى أنه بينما تمتلك هذه التكنولوجيا وعداً كبيراً لعلاج العوامات التي تعتبر حالياً خطرة للمس، فإن اختيار العدسة وفهم كيفية انكسار الضوء عبر العين أمران حاسمان. ومن خلال إظهار أن النبضات ذات الطاقة المنخفضة يمكن أن تعمل بفعالية وأن النماذج الاصطناعية يمكن أن تحاكي العين الحقيقية بدقة، توفر الدراسة مساراً أوضح نحو تطوير علاجات أكثر أماناً ودقة يمكن أن تستعيد يوماً ما الرؤية لأولئك الذين يعانون من العوامات بالقرب من الشبكية.