Vývoj fotodisrupce a její aplikace v oftalmologii lze rozdělit do etap podle délky trvání šířky pulzu, který se používá k provedení podpovrchových změn tkáně. Poprvé v 70. letech 20. století mohli oftalmologové použít nelineární absorpci k léčbě glaukomu s otevřeným úhlem pomocí rubínového laseru s přepínáním Q1. O deset let později začali chirurgové používat nelineární ablaci pomocí Q-spínaného Nd:YAG laseru k řezání zadního pouzdra krystalické čočky po zadní kapsulární opacifikaci2,3 vyvoláním multifotonové absorpce.

Přibližně ve stejné době zjistili doktor Josef Bille a doktor Stuart Brown, že zkrácením délky pulzu laserové platformy mohou vytvořit vysokou intenzitu při podstatně nižších energiích pulzu, což vede k vyšší přesnosti zpracování tkáně. Tento tým, jehož hlavním vědeckým pracovníkem byl doktor Tibor Juhasz, sestrojil v nově založené společnosti Intelligent Surgical Lasers prototyp laseru, který pracoval na vlnové délce 1,053 μm a vysílal pulzy o délce několika desítek pikosekund a energii několika milijoulů.4,5 Přestože tento laser nedosáhl zamýšleného cíle – reprodukovatelných intrastromálních ablací – posloužil jako odrazový můstek pro konstrukci prvního femtosekundového laseru.

Od doby, kdy femtosekundový laser IntraLase (nyní Abbott Medical Optics Inc.) pro tvorbu laloků se na trh dostaly čtyři další refrakční chirurgické femtosekundové lasery: Femtec (Technolas Perfect Vision), Femto LDV (Ziemer Ophthalmic Systems AG), FS200 (Alcon Laboratories, Inc.) a VisuMax (Carl Zeiss Meditec).

Oftalmologické femtosekundové lasery podporují bezpečné operace a rychlé hojení, protože mohou zpracovávat tkáně a další materiály v trojrozměrném objemu, aniž by měnily jeho povrch. Úspěch této platformy v refrakční a nově i kataraktové chirurgii je založen na dvou jedinečných vlastnostech: (1) nelineární absorpční proces a (2) extrémně vysoká přesnost a nízké vedlejší účinky vyplývající z nízké úrovně energie potřebné pro fotodisrupci. Díky nelineárnímu absorpčnímu procesu laseru může chirurg zpracovávat tkáň trojrozměrně, aniž by byl omezen jakýmkoli povrchem. (Tím se liší od lineární absorpce, například při remodelaci rohovky excimerovým laserem, která probíhá přímo na povrchu absorbující tkáně a je dána vlnovou délkou a absorpčními vlastnostmi tkáně). Femtosekundové lasery mají mnoho oftalmologických aplikací, které jsou popsány níže.

JEDNODUCHÉ VLASTNOSTI

Zobrazování. Oftalmologické femtosekundové lasery používají k řezání tkání postup trojrozměrného skenování. Stejný 3-D přenos paprsku, který se používá k narušení tkáně, lze použít také k zobrazení procesu řezání před operací, během ní a po ní. Cílovou tkáň lze pro zobrazování skenovat bez přidání skenovacích zrcadel nebo čoček. První generace femtosekundové laserové operace katarakty již tuto jedinečnou vlastnost využívá tím, že podél dráhy laserového paprsku prochází paprsek optické koherenční tomografie (OCT) pro zobrazení cílové tkáně. To lze provést před operací, aby bylo možné navigovat laserové pulzy.

Stejná funkce se zatím nepoužívá u femtosekundových laserů pro refrakční operace rohovky, ale nepochybně bude zavedena, jakmile se technologie OCT stane dostupnější. V současné době obsahuje zobrazovací funkci pouze jedna platforma pro operace rohovky femtosekundovým laserem, a to CorneaSurgeon (Rowiak GmbH), která připravuje dárcovskou tkáň rohovky pro keratoplastiku.

Femtosekundové lasery lze také použít k zobrazování druhou harmonickou a multifotonovému fluorescenčnímu zobrazování, které poskytují snímky s vysokým rozlišením,6-8 se schopností poskytnout informace o anatomii i metabolických podmínkách tkáně.

Turbidní tkáň. Zakalená rohovková tkáň vyvolává velmi silný rozptyl. Naštěstí při dlouhých infračervených vlnových délkách je rozptyl velmi nízký, což umožňuje zpracovávat zakalenou tkáň na jejím povrchu, v hlubších vrstvách a dokonce i ve sklerotických krystalických čočkách a sklerální tkáni.9-11 V budoucnu mohou oftalmologové tuto funkci femtosekundového laseru využít k léčbě glaukomu pomocí nových chirurgických postupů.

Rychlost zpracování. V současné době mohou oftalmologické femtosekundové lasery poskytovat opakovací frekvence v řádu kilohertzů s dostatečně vysokými energiemi pulzů. V budoucnu bude možná možné používat opakovací frekvence laserů v rozsahu megahertzů, což dále zkrátí dobu ošetření.

NOVÉ APLIKACE

Laserová operace katarakty. Jedná se o nejnovější oftalmologickou aplikaci femtosekundového laseru, přičemž cestu v této oblasti razí čtyři společnosti: OptiMedica Corp. s laserem Catalys Precision, LensAR s laserovou platformou LensAR, Alcon Laboratories, Inc. s laserovou platformou LenSx a Bausch + Lomb s laserem Victus. Výrobce laseru Victus uvedl, že tento laser je schopen provádět kataraktové i rohovkové refrakční aplikace.

Léčba trakčních sklivcových nástavců. V blízké budoucnosti mohou ultrakrátké laserové pulzy nahradit zadní vitrektomii při léčbě trakčních sklivcových úponů. Tato neinvazivní strategie vyžaduje určitý vývoj, než bude možná, protože laserové pulzy dodané sklivcem jsou zkreslené. To vyžaduje vyšší energii, což způsobuje akustické rázové vlny a tepelné poškození. Pokud se však podaří do dodávky paprsku úspěšně začlenit adaptivní optiku, lze tyto optické aberace eliminovat, a dosáhnout tak dobře zaostřeného, vysoce rozlišeného laserového bodu (obrázek 1).12

Zvrácení presbyopie. Další slibnou aplikací femtosekundového laseru je zvrácení presbyopie obnovením pružnosti krystalické čočky. Nadějí je, že femtosekundový laser bude možné použít k vytvoření mikrořezů uvnitř čočky bez chirurgického otevření oka (obrázek 2). Tyto mikrokanálky by mohly snížit vnitřní tření tkáně čočky a působit jako kluzné roviny. Při aplikaci do králičích očí tyto laserové řezy nezpůsobily růst katarakty ani abnormality v hojení ran. 13-15 Při aplikaci na lidské pitevní oči bylo pozorováno průměrné zvýšení předozadní tloušťky čočky o 100 μm, což odpovídá zvýšení akomodační amplitudy o 2,00 až 3,00 D (obr. 3).

Tvarování indexu lomu. Pokud intenzita femtosekundového laseru zůstane těsně pod prahem optického průrazu, je možné vytvořit plazmu s nízkou hustotou, která umožní interakci volných elektronů s okolní tkání. Tyto chemické reakce by mohly vést k mírným změnám indexu lomu optických médií a tento jev by mohl být využit k naprogramování difrakčních čoček do rohovky nebo krystalické čočky. Ve studiích na zvířatech bylo prokázáno, že tvarování indexu lomu je stabilní po dobu několika týdnů nebo měsíců;16 tento princip by bylo možné využít také k úpravě síly IOL in situ.17

Síťování kolagenu v rohovce (CXL). Pomocí dvoufotonové absorpce je možné aplikovat ultrakrátké laserové pulzy na zadní část rohovky nebo na sklerální tkáň. Chirurgové by proto mohli u pacientů s keratokonem aplikovat CXL na hlubší oblasti oka a dosáhnout tak dalších příznivých účinků.

Vrácení katarakty. Foto bělení neboli použití multifotonové absorpce k fotochemickému zničení absorbujících, fluoreskujících a rozptylujících proteinových agregátů uvnitř jádra může odstranit zežloutnutí krystalické čočky. V jednom experimentu bylo 18 lidských dárcovských čoček ošetřeno infračerveným femtosekundovým laserem o vlnové délce 800 nm. Po ošetření vyšetřovatelé zjistili, že se snížilo žluté zabarvení čočky související s věkem a zvýšila se propustnost světla. A konečně, pomocí koherentního řízení, což je metoda založená na kvantově mechanickém řízení dynamických světelných procesů, by mohlo být možné selektivně vybělit krystalickou čočku.19

ZÁVĚR

Femtosekundové lasery umožňují vysokou úroveň chirurgické přesnosti a oftalmologové již tuto technologii dobře využívají, původně v refrakční chirurgii a nyní také v chirurgii šedého zákalu. Hranice chirurgie sítnice a glaukomu nejsou daleko.

POSLÁNÍ PRO DOMÁCÍ

• Femtosekundové lasery podporují bezpečné operace a rychlé hojení, protože mohou zpracovávat tkáně a další materiály v trojrozměrném objemu, aniž by měnily jeho povrch.
• Mezi užitečné vlastnosti femtosekundových laserů patří schopnost zobrazování, dlouhé infračervené vlnové délky a vysoká rychlost reptání.
• Potenciální aplikace zahrnují laserovou operaci katarakty, léčbu trakčních sklivcových nástavců, zvrácení presbyopie, tvarování indexu lomu, CXL a zvrácení katarakty.

Holger Lubatschowski, PhD, je generálním ředitelem společnosti Rowiak GmbH, Německo. Profesor Lubaschowski uvádí, že je finančně zainteresován v oblasti femtosekundové laserem asistované chirurgie a je akcionářem společnosti Rowiak GmbH. Je k zastižení na e-mailové adrese:

1. Krasnov M.Laserová punkce předního komorového úhlu u glaukomu (předběžná zpráva).Vestn Oftalmol. 1972;3:27-31.
2. Aron-Rosa D,Aron JJ,Griesemann JC,Thyzel R.Use of neodymium-YAG laser to open the posterior capsule after lens implant surgery:a preliminary report.J Am Intraocul Implant Soc.1980 (Použití neodym-YAG laseru k otevření zadního pouzdra po operaci implantátu čočky).;6(4):352-354.
3. Fankhauser F,Roussel P,Steffen J,Van der Zypen E,Chrenkova A.Clinical studies on the efficiency of high power laser radiation upon some structures of the anterior segment of the eye.First experiences of the treatment of some pathological conditions of the anterior segment of the human eye by means of a Q-switched laser.Int Ophthalmol. 1981;3(3):129-139.
4. Remmel R,Dardenne C,Bille J.Intrastromal tissue removal using an infrared picosecond Nd:YLF ophthalmic laser operating at 1053 nm.Laser Light Ophthalmol.1992.;4(3/4):169-173.
5. Niemz MH,Hoppeler TP,Juhasz T,Bille J.Intrastromální ablace pro refrakční operace rohovky pomocí pikosekundových infračervených laserových pulzů.Laser Light Ophthalmol.1993;5(3):149-155.
6. Gibson EA,Masihzadeh O,Lei TC,Ammar DA,Kahook MY.Multiphoton microscopy for ophthalmic imaging. J Ophthalmol.2011.doi:10.1155/2011/87079.
7. Zipfel WR,Williams RM,Webb WW.Nonlinear magic:multiphoton microscopy in the biosciences.Nat Biotechnol. 2003;21(11):1369-1377.
8. Helmchen F,Denk W.Deep tissue two photon microscopy.Nat Methods.2005;2(12):932-940.
9. Sacks ZS,Kurtz RM,Juhasz T,Spooner G,Mouroua GA.Subsurface photodisruption in human sclera:wavelength dependence.Ophthalmic Surg Lasers Imaging.2003.;34(2):104-113.
10. Chai D,Chaudhary G,Mikula E,Sun H,Kurtz R,Juhasz T.In vivo femtosekundový laser subsurface scleral treatment in rabbit eyes.Lasers Surg Med.2010;42(7):647-651.
11. Plamann K,Aptel F,Arnold CL,et al.Ultrashort pulse laser surgery of the cornea and the sclera. J Optic. 2011;12(8).doi:10.1088/2040-8978/12/8/084002.
12. Hansen A,Ripken T,Krueger RR,Lubatschowski H.Lowering threshold energy for femtosecond laser pulse photodisruption through turbid media using adaptive optics.Paper presented at:Ophthalmic Technologies XXI;January 22,2011;San Francisco.
13. Krueger RR,Kuszak J,Lubatschowski H,Myers RI,Ripken T,Heisterkamp A.First safety study of femtosecond laser photodisruption in animal lenses:tissue morphology and cataractogenesis.J Cataract Refract Surg.2005.;31(12):2386-2394.
14. .Schumacher S,Oberheide U,Fromm M,et al.Femtosekundovým laserem indukovaná změna flexibility lidských dárcovských čoček.Vision Res.2009;49(14):1853-1859.
15. Lubatschowski H,Schumacher S,Fromm M,et al.Femtosekundová lentotomie:generování kluzných rovin uvnitř krystalické čočky pro obnovení akomodační schopnosti.J Biophotonics.2010;3(5-6):265-268.
16. Ding L,Knox WH,Bühren,Nagy LJ,Huxlin KR.Intratissue refractive index shaping (IRIS) of the cornea and lens using a low-pulse-energy femtosecond laser oscillator.Invest Ophthalmol Vis Sci.2008.;49(12):5332-5339.
17. Bille JF.Generation and in situ modification of customized IOLs.Paper presented at:the ASCRS Symposium of Cataract,IOL and Refractive Surgery;March 28,2011;San Diego.
18. Kessel L,Eskildsen L,van der Poel M,Larsen M.Non-invasive bleaching of human lens by femtosecond laser photolysis.PLoS ONE.2011.;5(3):e9711.
19. König K,Uchugonova A,Straub M,et al.Sub-100nm material processing with sub-15 femtosecond picojoule near infrared laser pulses.Paper presented at:Multiphoton Microscopy in the Biomedical Sciences XI;January 23,2011; San Francisco.

.