Lo sviluppo della fotodisciplina e la sua applicazione in oftalmologia possono essere classificati in fasi in base alla durata dell’ampiezza dell’impulso utilizzato per eseguire l’alterazione del tessuto sotto la superficie. Per la prima volta negli anni ’70, gli oftalmologi sono stati in grado di utilizzare l’assorbimento non lineare per trattare il glaucoma ad angolo aperto con un laser a rubino Q-switched.1 Un decennio dopo, i chirurghi hanno iniziato a utilizzare l’ablazione non lineare con un laser Nd:YAG Q-switched per tagliare la capsula posteriore del cristallino dopo l’opacizzazione capsulare posteriore2,3 inducendo l’assorbimento multifotonico.

All’incirca nello stesso periodo, Josef Bille, PhD, e Stuart Brown, MD, hanno scoperto che potevano creare alta intensità a energie di impulso notevolmente inferiori accorciando la durata dell’impulso di una piattaforma laser, portando a una maggiore precisione nel trattamento del tessuto. Con Tibor Juhasz, PhD, come Chief Scientist, questo team della start-up Intelligent Surgical Lasers ha progettato un prototipo di laser che operava a una lunghezza d’onda di 1.053μm ed emetteva impulsi di diverse decine di picosecondi di durata e diversi millijoule di energia d’impulso.4,5 Sebbene questo laser non abbia raggiunto il suo obiettivo – ablazioni intrastromali riproducibili – è servito come pietra miliare per la progettazione del primo laser a femtosecondi.

Da quando il laser a femtosecondi IntraLase (ora Abbott Medical Optics Inc.) è stato introdotto per la creazione di lembi, altri quattro laser a femtosecondi per la chirurgia refrattiva si sono fatti strada sul mercato: il Femtec (Technolas Perfect Vision), il Femto LDV (Ziemer Ophthalmic Systems AG), l’FS200 (Alcon Laboratories, Inc.), e il VisuMax (Carl Zeiss Meditec).

I laser oftalmici a femtosecondi promuovono una chirurgia sicura e tempi di guarigione rapidi perché possono lavorare i tessuti e altri materiali all’interno di un volume 3-D senza alterarne la superficie. Il successo di questa piattaforma nella chirurgia refrattiva e, più recentemente, nella chirurgia della cataratta si basa su due caratteristiche uniche: (1) il processo di assorbimento non lineare e (2) una precisione estremamente elevata e bassi effetti collaterali derivanti dal basso livello di energia necessario per la fotodisciplina. Con il processo di assorbimento non lineare del laser, il chirurgo può lavorare il tessuto in tre dimensioni senza essere limitato da alcuna superficie. (Questo differisce dall’assorbimento lineare, come nel rimodellamento corneale con laser ad eccimeri, che avviene direttamente sulla superficie del tessuto assorbente ed è determinato dalla lunghezza d’onda e dalle caratteristiche di assorbimento del tessuto). I laser a femtosecondi hanno molte applicazioni oftalmiche, che sono discusse di seguito.

CARATTERISTICHE UNICHE

Immagini. I laser a femtosecondi oftalmici utilizzano una procedura di scansione 3-D per il taglio dei tessuti. La stessa consegna del fascio 3-D usata per interrompere il tessuto può anche essere usata per visualizzare il processo di taglio prima, durante e dopo l’intervento. Il tessuto bersaglio può essere scansionato per l’imaging senza l’aggiunta di specchi o lenti di scansione. La prima generazione di chirurgia della cataratta con laser a femtosecondi fa già uso di questa caratteristica unica facendo passare un fascio di tomografia a coerenza ottica (OCT) lungo il percorso del fascio laser per ottenere immagini del tessuto bersaglio. Questo può essere fatto prima dell’intervento per navigare gli impulsi laser.

Questa stessa caratteristica non è ancora in uso nei laser a femtosecondi per la chirurgia refrattiva corneale, ma sarà senza dubbio introdotta quando la tecnologia OCT diventerà più accessibile. Attualmente, solo una piattaforma chirurgica corneale con laser a femtosecondi include una funzione di imaging, il CorneaSurgeon (Rowiak GmbH), che prepara il tessuto corneale donatore per la cheratoplastica.

I laser a semiconduttori possono anche essere utilizzati per eseguire l’imaging di seconda armonica e l’imaging a fluorescenza multifotone per fornire immagini ad alta risoluzione,6-8 con la capacità di fornire informazioni sull’anatomia e sulle condizioni metaboliche del tessuto.

Tessuto torbido. Il tessuto corneale torbido induce uno scattering molto forte. Fortunatamente, con lunghe lunghezze d’onda infrarosse, lo scattering è molto basso, permettendo al tessuto torbido di essere processato alla sua superficie, negli strati più profondi, e persino nei cristallini sclerotici e nel tessuto sclerale.9-11 In futuro, gli oftalmologi potrebbero essere in grado di usare questa funzione del laser a femtosecondi per trattare il glaucoma con nuove procedure chirurgiche.

Velocità di elaborazione. Oggi, i laser a femtosecondi oftalmici possono fornire velocità di ripetizione nell’intervallo di kilohertz con energie di impulso sufficientemente alte. In futuro, potrebbe essere possibile utilizzare tassi di ripetizione di consegna del laser nella gamma dei megahertz, riducendo ulteriormente i tempi di trattamento.

NUOVE APPLICAZIONI

Chirurgia laser della cataratta. Questa è la più recente applicazione oftalmica del laser a femtosecondi, con quattro aziende che aprono la strada in questo campo: OptiMedica Corp. con il suo Catalys Precision Laser; LensAR, con la piattaforma laser LensAR; Alcon Laboratories, Inc. con la sua piattaforma laser LenSx; e Bausch + Lomb, con il Victus. Il produttore del Victus ha dichiarato che il laser ha la capacità di eseguire la cataratta così come le applicazioni refrattive corneali.

Trattamento degli attacchi vitreali trazionali. Nel prossimo futuro, gli impulsi laser ultracorti potrebbero sostituire la vitrectomia posteriore per il trattamento degli attacchi vitreali trazionali. Questa strategia non invasiva richiede un certo sviluppo prima che sia possibile, poiché gli impulsi laser consegnati attraverso il vitreo sono distorti. Ciò richiede una maggiore energia, causando onde d’urto acustiche e danni termici. Tuttavia, se l’ottica adattiva può essere incorporata con successo nella consegna del fascio, queste aberrazioni ottiche possono essere eliminate, ottenendo così uno spot laser ben focalizzato e altamente risolto (Figura 1).12

Inversione della presbiopia. Un’altra applicazione promettente del laser a femtosecondi è l’inversione della presbiopia ripristinando la flessibilità del cristallino. La speranza è che il laser a femtosecondi possa essere usato per creare microincisioni all’interno della lente senza aprire chirurgicamente l’occhio (Figura 2). Questi microcanali potrebbero ridurre l’attrito interno del tessuto della lente, agendo come piani di scorrimento. Quando sono stati applicati agli occhi dei conigli, queste incisioni laser non hanno causato la crescita della cataratta o anomalie di guarigione della ferita. 13-15 Quando applicato agli occhi umani autoptici, è stato visto un aumento medio di 100 μm nello spessore anteroposteriore della lente, corrispondente a un guadagno da 2,00 a 3,00 D nell’ampiezza accomodativa (Figura 3).

Modellamento dell’indice di rifrazione. Se l’intensità del laser a femtosecondi rimane appena sotto la soglia della rottura ottica, è possibile creare un plasma a bassa densità, che permetterà agli elettroni liberi di interagire con il tessuto circostante. Queste reazioni chimiche potrebbero portare a lievi cambiamenti nell’indice di rifrazione dei mezzi ottici, e questo fenomeno potrebbe essere usato per programmare lenti diffrattive nella cornea o nel cristallino. Negli studi sugli animali, la modellazione dell’indice di rifrazione ha dimostrato di essere stabile per diverse settimane o mesi;16 questo principio potrebbe anche essere usato per regolare il potere di una IOL in situ.17

Corneal collagen crosslinking (CXL). Impulsi laser ultracorti applicati alla cornea posteriore o al tessuto sclerale potrebbero essere possibili utilizzando l’assorbimento a due fotoni. Pertanto, i chirurghi potrebbero applicare CXL ad aree più profonde dell’occhio per ulteriori effetti benefici nei pazienti con cheratocono.

Inversione della cataratta. Lo sbiancamento fotografico, o l’utilizzo dell’assorbimento multifotonico per distruggere fotochimicamente gli aggregati proteici assorbenti, fluorescenti e di dispersione all’interno del nucleo, può rimuovere l’ingiallimento del cristallino. In un esperimento, 18 lenti donatrici umane sono state trattate con un laser pulsato a 800-nm a infrarossi a femtosecondi. Dopo il trattamento, gli investigatori hanno trovato che lo scolorimento giallo della lente dovuto all’età era ridotto e la trasmissione della luce aumentava. Infine, usando il controllo coerente, un metodo basato sulla meccanica quantistica per controllare i processi dinamici della luce, potrebbe essere possibile sbiancare selettivamente il cristallino.19

CONCLUSIONE

Alti livelli di precisione chirurgica sono possibili con i laser a femtosecondi, e gli oftalmologi hanno già fatto buon uso di questa tecnologia, inizialmente nella chirurgia refrattiva e ora anche nella chirurgia della cataratta. Le frontiere della chirurgia della retina e del glaucoma non sono molto lontane.

TAKE-HOME MESSAGE

• I laser a femtosecondi favoriscono una chirurgia sicura e tempi di guarigione rapidi perché possono elaborare tessuti e altri materiali all’interno di un volume 3-D senza alterarne la superficie.
• Le caratteristiche utili dei laser a femtosecondi includono la capacità di imaging, lunghe lunghezze d’onda infrarosse e alti tassi di rettifica.
• Le potenziali applicazioni includono la chirurgia laser della cataratta, il trattamento degli attacchi vitreali trazionali, l’inversione della presbiopia, la modellazione dell’indice refrattivo, il CXL e l’inversione della cataratta.

Holger Lubatschowski, PhD, è CEO di Rowiak GmbH, Germania. Il professor Lubaschowski dichiara di avere un interesse finanziario nel campo della chirurgia assistita da laser a femtosecondi, ed è un azionista di Rowiak GmbH. Può essere raggiunto all’indirizzo e-mail: [email protected].

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