【摘要】：背景和目的:“過(guò)渡區(qū)”近紅外激光指波長(zhǎng)在1.3~1.4μm范圍內(nèi)的激光,在該波段內(nèi),眼損傷靶部位隨著波長(zhǎng)的增大由視網(wǎng)膜逐漸變?yōu)榻悄�。該波段在大氣和光纖中傳輸能力強(qiáng),不但具有重要的國(guó)防和軍事戰(zhàn)略價(jià)值,而且在工業(yè)、醫(yī)療、光通訊等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景,大量相關(guān)職業(yè)人員將因此面臨巨大的眼損傷風(fēng)險(xiǎn)。該波段激光眼損傷效應(yīng)具有多靶性、延遲性、損傷閾值高和影響因素多等特點(diǎn),眼損傷閾值匱乏,眼損傷隨照射時(shí)間、入射光斑等照射條件的定量變化規(guī)律及主要影響因素、損傷特點(diǎn)和損傷修復(fù)過(guò)程尚未闡明。為此,本研究以1319 nm和1338 nm激光典型光源,以“非線性依賴時(shí)段”(1 ms-10 s)為重點(diǎn),通過(guò)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究和理論模擬來(lái)闡明該激光眼(角膜和視網(wǎng)膜)損傷閾值隨照射時(shí)間的定量變化規(guī)律和眼損傷效應(yīng)的組織病理特點(diǎn)及其時(shí)相變化,為該波段激光安全標(biāo)準(zhǔn)的制訂提供堅(jiān)實(shí)的理論支撐和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。方法與結(jié)果:1.“過(guò)渡區(qū)”近紅外激光角膜損傷效應(yīng)及規(guī)律研究:以新西蘭白兔為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物,研究不同入射光斑直徑1338 nm激光角膜損傷閾值和不同照射時(shí)間1319 nm激光角膜損傷閾值。在特定波長(zhǎng)、入射光斑直徑和照射時(shí)間條件下,以不同劑量的激光照射新西蘭白兔角膜,于照后1h~24h觀察角膜損傷情況,統(tǒng)計(jì)損傷發(fā)生率,采用加權(quán)概率單位法或中值法計(jì)算損傷發(fā)生率為50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的激光劑量,即損傷閾值ED50。照后不同時(shí)間點(diǎn)觀察1338 nm激光不同入射光斑和照射劑量下角膜損傷形態(tài)。結(jié)果:(1)波長(zhǎng)為1338 nm,照射時(shí)間為5 ms,角膜光斑直徑為0.14 mm、0.3 mm、1.0 mm、2.0mm和3.7 mm條件下的角膜損傷閾值分別為277.3 J/cm~2、61.2 J/cm~2、31.5 J/cm~2、27.0 J/cm~2和27.9 J/cm~2。(2)波長(zhǎng)為1319 nm,角膜光斑直徑為2 mm,照射時(shí)間為75 ms、0.35 s、2 s和10 s條件的角膜損傷閾值分別為51.5 J/cm~2、87.2 J/cm~2、156.3 J/cm~2和311.1 J/cm~2。利用“作用光譜”理論,波長(zhǎng)為1338nm、角膜光斑直徑2 mm、照射時(shí)間為5 ms的角膜損傷閾值(27.0J/cm~2)轉(zhuǎn)換為相同條件下1319 nm損傷閾值為39.4 J/cm~2。經(jīng)過(guò)回歸分析,角膜損傷閾值在75 ms~10 s范圍內(nèi)與照射時(shí)間的依賴關(guān)系在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)下為ED50=128.9t0.36(R=0.997)。(3)1338 nm角膜損傷累及全層。裂隙燈下,1.5倍閾值水平的角膜損傷斑厚度的增大在照后6h最為明顯,照后3d角膜厚度基本恢復(fù)后又逐漸減小,至180d仍未恢復(fù)正常水平。光鏡下,角膜損傷修復(fù)開(kāi)始于照后3d~7d,表現(xiàn)為角膜上皮細(xì)胞的旺盛分裂和層數(shù)增多,角膜基質(zhì)內(nèi)空泡化嚴(yán)重且厚度縮小。照后14d~60損傷修復(fù)速度較快,照后90d~270d,損傷修復(fù)速度變慢,上皮層細(xì)胞層數(shù)逐漸減少,趨向正常水平,基質(zhì)層的空泡化減輕,厚度逐漸增大。閾值劑量損傷在照后30d~60d基本修復(fù),超閾值劑量損傷至照后270損傷仍未完全修復(fù)。2.“過(guò)渡區(qū)”近紅外激光視網(wǎng)膜損傷效應(yīng)及規(guī)律研究:確定并比較不同眼軸長(zhǎng)度、不同眼底色素含量動(dòng)物的視網(wǎng)膜損傷閾值,在特定入射光斑直徑和照射時(shí)間條件下,以不同劑量的激光照射新西蘭白兔和青紫蘭灰兔視網(wǎng)膜,于照后1h~24h觀察角膜損傷情況,統(tǒng)計(jì)損傷發(fā)生率,采用加權(quán)概率單位法計(jì)算損傷發(fā)生率為50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的激光眼內(nèi)入射總能量(TIE)作為損傷閾值ED50。結(jié)果:(1)對(duì)于1319 nm,激光眼軸長(zhǎng)度分別為15.97±0.30 mm和17.25±0.22 mm的兩組青紫蘭灰兔,視網(wǎng)膜損傷閾值(TIE)分別為1.05 J和1.72 J。(2)眼軸長(zhǎng)度分別為17.06±0.29 mm和16.95±0.22 mm的青紫蘭灰兔和新西蘭白兔,視網(wǎng)膜損傷閾值(TIE)分別為3.6 J和4.4 J。(3)照射時(shí)間分別0.1 s、1 s和10 s條件下青紫蘭灰兔視網(wǎng)膜損傷閾值分別為1.36 J,6.33 J和28.6 J,經(jīng)過(guò)回歸分析,1319 nm激光視網(wǎng)膜損傷閾值在0.1~10 s與照射時(shí)間的依賴關(guān)系在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)下為ED50=6.31t0.66(R=0.9999)。3.“過(guò)渡區(qū)”近紅外激光在眼內(nèi)傳輸?shù)睦碚撚?jì)算。方法:建立人、猴和兔眼的四折面模型,采用矩陣光學(xué)方法,計(jì)算“過(guò)渡區(qū)”近紅外激光能量、光斑和劑量在眼軸方向的變化規(guī)律,根據(jù)“等劑量-等效應(yīng)”原則將兔眼視網(wǎng)膜損傷閾值向人外推。結(jié)果:(1)對(duì)于1318 nm激光,1 mrad發(fā)散度、5 mm光斑直徑條件下,高斯光束在人、猴、兔模型眼內(nèi)的視網(wǎng)膜光斑直徑分別為173.4μm、106.2μm和57.2μm,屈光系統(tǒng)的透過(guò)率分別是1.4%、3.2%和6.7%。(2)角膜入射劑量為1 J/cm~2的條件下,人、猴、兔眼視網(wǎng)膜處的照射劑量分別為11.7 J/cm~2、70.4 J/cm~2和5.1×102 J/cm~2。(3)1319 nm激光損傷人眼視網(wǎng)膜需要的眼內(nèi)入射總能量是兔眼的3.9倍。結(jié)論:(1)1338 nm激光照射時(shí)間為5 ms的條件下,當(dāng)入射光斑直徑小于1 mm時(shí),角膜損傷閾值隨入射光斑的增大迅速減小;當(dāng)入射光斑直徑大于1 mm時(shí),角膜損傷閾值隨入射光斑直徑的增大不再明顯變化。兔眼最易損傷組織隨入射光斑的增大逐漸從角膜變?yōu)橐暰W(wǎng)膜,即當(dāng)入射光斑直徑小于2 mm時(shí)更易損傷角膜,而當(dāng)入射光斑直徑大于2 mm時(shí)則更易損傷視網(wǎng)膜。(2)在75 ms~10s范圍內(nèi),1319 nm激光兔眼角膜損傷閾值隨照射時(shí)間的變化規(guī)律服從ED50=128.9t0.36(R=0.997),角膜損傷閾值時(shí)間依賴性(回歸直線的斜率)略小于其他中遠(yuǎn)紅外光。(3)“過(guò)渡區(qū)”近紅外激光角膜損傷累及全層,損傷修復(fù)的主要特征是角膜上皮細(xì)胞的層數(shù)增多、基質(zhì)空泡化和內(nèi)皮細(xì)胞的分裂增生。閾值水平的損傷7d~30d基本修復(fù),超閾值水平損傷照后270d仍未完全修復(fù)。(4)對(duì)于“過(guò)渡區(qū)”近紅外激光,眼軸長(zhǎng)度對(duì)視網(wǎng)膜損傷閾值(TIE)的影響很大,而眼底色素含量的影響則較小。視網(wǎng)膜損傷閾值隨眼軸長(zhǎng)度的增大而增大。(5)在0.1~10 s范圍內(nèi),1319 nm激光視網(wǎng)膜損傷閾值(TIE)隨照射時(shí)間的變化規(guī)律服從ED50=6.31t0.66(R=0.9999)�！盁嵬哥R”效應(yīng)對(duì)兔眼視網(wǎng)膜損傷閾值隨照射時(shí)間的變化規(guī)律影響不明顯。(6)對(duì)于兔眼,照射時(shí)間為0.1 s~10s的1319 nm激光在大光斑條件下,角膜損傷閾值恒小于視網(wǎng)膜損傷閾值,即最易損傷靶組織是視網(wǎng)膜;對(duì)于人眼,在大光斑入射條件下,照射時(shí)間小于1 s時(shí)最容易損傷視網(wǎng)膜,而當(dāng)照射時(shí)間大于1 s時(shí)則最容易損傷角膜�，F(xiàn)有的激光安全標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于“過(guò)渡區(qū)”近紅外激光照射限制的規(guī)定具有充足的安全空間。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：R779.1

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本文編號(hào)：2300004