Raziskovalni projekti so (so)financirani s strani Javne agencije za raziskovalno dejavnost
- Članica UL: UL Fakulteta za strojništvo
- Šifra projekta: L2-9254
- Naslov: Prostorsko in časovno oblikovanje laserske svetlobe za minimalno invazivne oftalmološke posege
- Trajanje: 01.07.2018 – 30.06.2021
- Letni obseg: 1,34
- Vodja: viš. znan. sod. dr. Tomaž Požar
- Veda: Tehniške vede
- Sodelujoče RO: Povezava
- Sestava projektne skupine: Povezava
- Bibliografske reference: Povezava
Vsebinski opis projekta
Aplikativni raziskovalni projekt z naslovom Prostorsko in časovno oblikovanje laserske svetlobe za minimalno invazivne oftalmološke posege bo raziskal nove pristope pri uporabi laserske svetlobe za zdravljenje človeških oči z namenom zmanjšanja neželenih učinkov tovrstnih posegov ter izboljšanja terapevtskih rezultatov. Osredotočili se bodo tako na prepoznavanje fizikalnih procesov, ki spremljajo fotoionizacijo in fototermalno interakcijo, kot tudi na pripravo ustrezne laserske svetlobe za izbrani poseg. Prvi mehanizem se izkorišča za lasersko zdravljenje očesnih motnjav (laserska vitreoliza), posteriorno kapsulotomijo in iridotomijo, drugi pa pri laserskih posegih na mrežnici kot so: zdravljenje edema rumene pege, starostne degeneracije rumene pege in odstopa mrežnice. Glavna sklopa raziskav sta tako (i) razvoj novih detekcijskih metod za oftalmologijo in (ii) vpeljava novih tehnologij in novih tipov laserskih virov v oftalmološke laserske sisteme z namenom doseganja prostorskega in časovnega oblikovanja laserske svetlobe.
Za objektivno določitev terapevtskih in stranskih učinkov bomo preizkusili nove neinvazivne fotoakustične detekcijske metode, pri katerih z analizo izsevanih mehanskih valov lahko izluščimo informacijo o interakciji posameznega laserskega bliska globoko v očesnih tkivih. Možno jih je vgraditi v obstoječe oftalmološke leče, ki jih zdravnik že sedaj uporablja izvajanju zdravljenja, pacienta ne motijo, lahko pa jih uporabimo tudi kot vir informacije za povratno zanko v procesu zaporednih aplikacij laserskih bliskov. S tem oftalmološki laserski sistem zdravniku predlaga optimalno izbiro nastavitev procesnih parametrov, mu poroča o tem, če se morebiti nahaja preblizu občutljivih tkiv, če je mesto zdravljenja doseglo previsoko temperaturo in če je v očesu prišlo do sekundarne kavitacije na mestih, kjer lahko pride do trajnih poškodb. Uporabljali bomo tudi naprednejše optične metode, ki temeljijo na nelinearnih optičnih pojavih (kombinacija dvofotonskega vzbujanja in superločljive mikrospektroskopije/mikroskopije), saj imajo za razliko od linearnih boljši kontrast. Fotoakustične in napredne optične metode nameravamo sklopiti v hibridne detekcijske sisteme, kar je v svetovnem merilu popolnoma nov pristop k reševanju sodobnih oftalmoloških problemov. Z izvirnimi metodami na osnovi optoakustičnih in nelinearnih pojavov za spremljanje, karakterizacijo, optimizacijo in adaptivno vodenje laserskih medicinskih posegov bomo lahko raziskali možnosti za implementacijo programabilnega prostorskega modulatorja svetlobe (SLM) in novih tipov laserskih virov v oftalmološke laserske sisteme. Pričakujemo, da bomo lahko z bolj fleksibilnimi laserskimi sistemi, ki omogočajo nadzor in oblikovanje časovnega in prostorskega profila laserskega bliska, pripravili terapiji primerno lasersko svetlobo, katere rezultat bodo bolj učinkoviti in minimalno invazivni laserski posegi. Raziskave močno podpira industrijski partner, ki bo tudi sodeloval pri raziskavah. Tako bo zagotovljen prenos znanja in novih tehnologij neposredno iz raziskovalnih inštitucij (TRL 1-6) na proizvajalca oftalmoloških laserskih naprav (TRL 7-9). Poleg znanstvenih doprinosov so končni cilji opisanih raziskav hitrejši, bolj učinkoviti in varnejši laserski oftalmološki posegi z jasnejšim in objektivnim kontrastom med terapevtskimi in neželenimi učinki interakcije svetloba-tkivo ter s tem izboljšanje kvalitete pacientovega življenja.
Faze projekta in njihova realizacija
- DS1 Razvoj in adaptacija novih optodinamskih metod za spremljanje interakcije svetloba-snov – realizirano
- DS2 Razvoj novih hibridnih detekcijskih konceptov za raziskave in nadzor interakcije svetloba-tkivo – realizirano
- DS3 Modeliranje mehanskih odzivov pri interakciji svetloba-snov – realizirano
- DS4 Modularni sistem za spremljanje, nadzor ter analizo terapevtskih in stranskih učinkov pri laserskem zdravljenju očesnih motnjav in mrežnice – realizirano
- DS5 Oblikovanje časovnega poteka laserskih bliskov za oftalmologijo – realizirano
- DS6 Oblikovanje prostorskega poteka laserskih bliskov za oftalmologijo – realizirano
Bibliografske reference, ki izhajajo neposredno iz izvajanja projekta
[1] DULAR, Matevž, POŽAR, Tomaž, ZEVNIK, Jure, PETKOVŠEK, Rok. High speed observation of damage created by a collapse of a single cavitation bubble. Wear, Jan. 2019, vol. 418/419, str. 13-23 [COBISS.SI-ID 16342555], Objavljeno: 8. 11. 2018
[2] POŽAR, Tomaž, HORVAT, Darja, STARMAN, Bojan, HALILOVIČ, Miroslav, PETKOVŠEK, Rok. Pressure wave propagation effects in the eye after photoablation. Journal of applied physics, May 2019, vol. 125, iss. 20, str. 1-9 [COBISS.SI-ID 16628763], Objavljeno: 22. 5. 2019
[3] PETKOVŠEK, Rok, AGREŽ, Vid, PETELIN, Jaka, ČERNE, Luka, BÜNTING, Udo, PODOBNIK, Boštjan. Pulses on demand in fibre and hybrid lasers. Strojniški vestnik, Nov./Dec. 2019, vol. 65, no. 11/12, str. 680-689 [COBISS.SI-ID 16944411], Objavljeno: 15. 11. 2019
[4] POŽAR, Tomaž, PETKOVŠEK, Rok. Cavitation induced by shock wave focusing in eye-like experimental configurations. Biomedical optics express, Jan. 2020, vol. 11, no. 1, str. 432-447 [COBISS.SI-ID 16998683], Objavljeno: 23. 12. 2019
[5] AGREŽ, Vid, POŽAR, Tomaž, PETKOVŠEK, Rok. High-speed photography of shock waves with an adaptive illumination. Optics letters, Mar. 2020, vol. 45, iss. 6, str. 1547-1550 [COBISS.SI-ID 17080347], Objavljeno: 18. 2. 2020
[6] PODLIPEC, Rok, MUR, Jaka, PETELIN, Jaka, ŠTRANCAR, Janez, PETKOVŠEK, Rok. Two-photon retinal theranostics by adaptive compact laser source. Applied physics. A, Materials science & processing, 2020, vol. 126, iss. 6, str. 1-9 [COBISS.SI-ID 14993923], Objavljeno: 11. 5. 2020
[7] HORVAT, Darja, POŽAR, Tomaž, STARMAN, Bojan, HALILOVIČ, Miroslav, PETKOVŠEK, Rok. Pressure wave focusing effects following laser medical procedures in human eyes. Applied physics. A, Materials science & processing, Jun. 2020, vol. 126, iss. 6, str. 1-9 [COBISS.SI-ID 15652611], Objavljeno: 8. 9. 2020
[8] POŽAR, Tomaž, AGREŽ, Vid, PETKOVŠEK, Rok. Laser-induced cavitation bubbles and shock waves in water near a concave surface. Ultrasonics Sonochemistry, May 2021, vol. 73, str. 1-11 [COBISS.SI-ID 45742083], Objavljeno: 4. 1. 2021
[9] PODLIPEC, Rok, MUR, Jaka, PETELIN, Jaka, ŠTRANCAR, Janez, PETKOVŠEK, Rok. Method for controlled tissue theranostics using a single tunable laser source. Biomedical optics express. 2021, vol. 12, no. 9, str. 5881-5893 [COBISS.SI-ID 75069699], Objavljeno: 30. 8. 2021
[10] PETELIN, Jaka, LOKAR, Žiga, HORVAT, Darja, PETKOVŠEK, Rok. Localized measurement of a sub-nanosecond shockwave pressure rise time. IEEE transactions on ultrasonics, ferroelectrics, and frequency control. [Print ed.]. Jan. 2022, vol. 69, no. 1, str. 369-376 [COBISS.SI-ID 78110211], Objavljeno: 24. 9. 2021