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

आंख के गहरे हिस्से में, लेंस के पीछे और रेटिना के सामने, एक स्पष्ट, जेली जैसा पदार्थ होता है जिसे विट्रियस ह्यूमर (vitreous humor) कहा जाता है। यह नेत्रगोलक के स्थान को भरता है, इसका आकार बनाए रखता है और प्रकाश को आंख के पिछले हिस्से तक जाने देता है जहाँ दृष्टि की शुरुआत होती है। कभी-कभी, यह स्पष्ट जेल सूक्ष्म धागों या गुच्छों के साथ धुंधला हो जाता है जो रेटिना पर छाया डालते हैं, जिससे वे 'फ्लोटर्स' (floaters) के रूप में दिखाई देते हैं जो व्यक्ति के दृष्टि क्षेत्र में तैरते हुए प्रतीत होते हैं। हालांकि ये फ्लोटर्स अक्सर हानिरहित होते हैं, लेकिन जो बहुत नाजुक रेटिना के करीब स्थित होते हैं, वे दृष्टि को गंभीर रूप से बाधित कर सकते हैं। इनका उपचार करना कठिन है क्योंकि इन्हें तोड़ने के लिए उपयोग किए जाने वाले उपकरण अक्सर आसपास के स्वस्थ ऊतकों को नुकसान पहुँचाने का जोखिम उठाते हैं। दशकों से, सर्जन उन लेजरों पर निर्भर रहे हैं जो एक अरबवें सेकंड तक चलने वाले पल्स (pulses) उत्सर्जित करते हैं, लेकिन ये पल्स इतने लंबे होते हैं कि वे गर्मी और शॉकवेव्स उत्पन्न करते हैं जो फैल सकते हैं, जिससे डॉक्टरों को मोतियाबिंद या अन्य चोटों से बचने के लिए रेटिना से दूर रहना पड़ता है। एक नया दृष्टिकोण अल्ट्रा-शॉर्ट पल्स का उपयोग करता है जो केवल कुछ सौ क्वाड्रिलियनवें सेकंड तक चलते हैं। क्योंकि ये पल्स इतने संक्षिप्त होते हैं, वे ऊर्जा इतनी तेजी से जमा करते हैं कि ऊतक को गर्म होने या हिलने का समय नहीं मिलता; इसके बजाय, प्रकाश ऊर्जा ऊतक में मौजूद पानी को तुरंत गैस के एक छोटे, फैलते हुए बुलबुले में बदल देती है, जो फिर ढह जाता है। 'कैविटेशन' (cavitation) के रूप में जानी जाने वाली यह प्रक्रिया, फ्लोटर्स को अत्यधिक सटीकता के साथ तोड़ सकती है, लेकिन केवल तभी जब लेजर को आंख के भीतर गहराई में बिना अपनी शक्ति खोए या अवांछित दुष्प्रभाव पैदा किए केंद्रित किया जा सके।

पॉलिटेक्निक मॉन्ट्रियल के शोधकर्ताओं ने यह समझने के लिए काम शुरू किया कि ये अल्ट्रा-शॉर्ट लेजर पल्स विट्रियस ह्यूमर के माध्यम से यात्रा करते समय वास्तव में कैसे व्यवहार करते हैं, विशेष रूप से इस बात पर ध्यान दिया कि जैसे-जैसे लेजर आंख में गहरा जाता है, उसका फोकस कैसे बदलता है। ऐसा करने के लिए, उन्हें एक ऐसे पदार्थ की आवश्यकता थी जो असली चीज़ की तरह काम करे लेकिन जिसे संभालना आसान हो। उन्होंने पानी, खाद्य पदार्थों में पाए जाने वाले एक सामान्य गाढ़ा करने वाले एजेंट और मानव जोड़ों में प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले एक पदार्थ के मिश्रण का उपयोग करके आंख के जेल का एक कृत्रिम संस्करण बनाया। उन्होंने सूअर की आंखों से लिए गए वास्तविक विट्रियस ह्यूमर का भी परीक्षण किया, जो मानव संस्करण के बहुत करीब है। इन सामग्रियों पर लेजर प्रकाश के एकल पल्स को दागकर, वे देख सके कि जब प्रकाश लक्ष्य से टकराता है तो क्या होता है। उन्होंने पाया कि बहुत कम ऊर्जा ले जाने वाले प्रकाश के एक एकल पल्स के साथ ये छोटे बुलबुले बनाना संभव था, जो पुराने लेजर सिस्टम की तुलना में बहुत कम है। यह कम ऊर्जा महत्वपूर्ण है क्योंकि इसका अर्थ है कि लेजर के आंख के माध्यम से यात्रा करते समय आसपास के ऊतकों को नुकसान पहुँचाने की संभावना कम है।

टीम ने पाया कि जिस गहराई पर वे बुलबुला बनाने की कोशिश कर रहे थे, वह काफी मायने रखता था। जब उन्होंने सामग्री में लेजर को गहरा केंद्रित किया, तो बुलबुला उतना लंबे समय तक नहीं रहा, और एक बुलबुला बनाना और भी कठिन हो गया। ऐसा इसलिए हुआ क्योंकि लेजर बीम, जो एक संकीकर, केंद्रित बिंदु के रूप में शुरू होती है, आंख की घुमावदार परतों के माध्यम से यात्रा करते समय फैलने और धुंधली होने लगती है। शोधकर्ताओं ने प्रकाश को केंद्रित करने के लिए दो अलग-अलग लेंसों का परीक्षण किया: एक जो बहुत ही सटीक, तीक्ष्ण फोकस बनाता है और दूसरा जो व्यापक, नरम फोकस बनाता है। उन्होंने पाया कि टाइट फोकस वाला लेंस, जिसे आमतौर पर सटीकता के लिए पसंद किया जाता है, गहराई बढ़ने के साथ इस फैलने वाले प्रभाव से बहुत अधिक प्रभावित होता है। गहरा जाने पर टाइट फोकस के साथ बने बुलबुले बहुत तेजी से गायब हो गए, जो यह दर्शाता है कि ऊर्जा फैल रही थी और बुलबुले को बनाए रखने के लिए बहुत कमजोर हो गई थी। इसके विपरीत, वाइडर फोकस वाले लेंस ने अधिक गहराई पर भी बुलबुले बनाने की अपनी क्षमता को अधिक निरंतर बनाए रखा, भले ही बुलबुले थोड़े बड़े थे।

अध्ययन ने कृत्रिम जेल बनाम वास्तविक सूअर के ऊतक के व्यवहार की भी तुलना की। जबकि वास्तविक ऊतक में बुलबुले थोड़े अधिक समय तक रहे, संभवतः इसलिए क्योंकि आंख के जेल की प्राकृतिक संरचना पानी को अधिक मजबूती से थामे रखती है, लेकिन लेजर के गहरा जाने पर बुलबुलों का व्यवहार दोनों सामग्रियों में उल्लेखनीय रूप से समान था। यह सुझाव देता है कि कृत्रिम मिश्रण नए लेजर तकनीकों के परीक्षण के लिए एक विश्वसनीय विकल्प है, इससे पहले कि उन्हें रोगियों पर आजमाया जाए। शोधकर्ताओं ने यह भी देखा कि क्या एकल शॉट के बजाय पल्स की एक तीव्र श्रृंखला चलाने से मदद मिलेगी। उन्होंने पाया कि जबकि एक तीव्र श्रृंखला बुलबुले बना सकती है, इसके लिए कुल ऊर्जा अधिक आवश्यक थी और इसने परिणामों को कम अनुमानित बना दिया, जिसमें बुलबुले बहुत लंबे समय तक रहे और उनके आकार में भिन्नता देखी गई। यह परिवर्तनशीलता एक सर्जिकल सेटिंग में खतरनाक हो सकती है, जहाँ निरंतरता महत्वपूर्ण है।

अंततः, यह कार्य इन उन्नत लेजरों का उपयोग करके गहरी नेत्र सर्जरी में एक मौलिक चुनौती को उजागर करता है: सर्जन को जितनी गहराई तक जाने की आवश्यकता होती है, लेजर बीम का आकार उतना ही अधिक बदलता है, जिससे रेटिना को नुकसान पहुँचाए बिना फ्लोटर को साफ करने के लिए आवश्यक ऊर्जा का सटीक विस्फोट पहुंचाना कठिन हो जाता है। निष्कर्ष बताते हैं कि हालांकि यह तकनीक फ्लोटर्स के इलाज के लिए बहुत आशाजनक है जो वर्तमान में छूने के लिए बहुत जोखिम भरे हैं, लेकिन लेंस का चुनाव और प्रकाश आंख के माध्यम से कैसे मुड़ता है, इसकी समझ महत्वपूर्ण है। यह दिखाकर कि कम-ऊर्जा वाले पल्स प्रभावी ढंग से काम कर सकते हैं और कृत्रिम मॉडल वास्तविक आंख की सटीक नकल कर सकते हैं, यह अध्ययन उन लोगों के लिए सुरक्षित, अधिक सटीक उपचार विकसित करने के लिए एक स्पष्ट मार्ग प्रदान करता है जो एक दिन उन फ्लोटर्स के कारण दृष्टि बहाल कर सकते हैं जो रेटिना के पास स्थित हैं।