O desenvolvimento da fotodisrupção e sua aplicação em oftalmologia pode ser categorizado em etapas pela duração da largura do pulso utilizado para realizar a alteração do tecido subsuperficial. Pela primeira vez nos anos 70, os oftalmologistas foram capazes de usar absorção não-linear para tratar glaucoma de ângulo aberto com um laser de rubi Q-switched.1 Uma década depois, os cirurgiões começaram a usar ablação não linear com um laser Q-switched Nd:YAG para cortar a cápsula posterior da lente cristalina após a opacificação capsular posterior2,3, induzindo a absorção de multifótons.

Ao mesmo tempo, Josef Bille, PhD, e Stuart Brown, MD, descobriram que eles poderiam criar alta intensidade com energias de pulso consideravelmente mais baixas, encurtando a duração do pulso de uma plataforma laser, levando a uma maior precisão no processamento do tecido. Com Tibor Juhasz, PhD, como cientista chefe, esta equipe da empresa start-up Intelligent Surgical Lasers projetou um protótipo de laser que operava em um comprimento de onda de 1.053-μm e emitia pulsos de várias dezenas de picossegundos de duração e vários millijoules de energia de pulso.4,5 Embora este laser não tenha atingido a meta pretendida – ablações intrastromais reprodutíveis – serviu como um trampolim para o design do primeiro laser de femtossegundo.

Desde o laser de femtossegundo IntraLase (agora Abbott Medical Optics Inc.).) foi introduzido para a criação de flap, quatro outros lasers refrativos de femtossegundo cirúrgico chegaram ao mercado: o Femtec (Technolas Perfect Vision), o Femto LDV (Ziemer Ophthalmic Systems AG), o FS200 (Alcon Laboratories, Inc.), e o VisuMax (Carl Zeiss Meditec).

Ophthalmic femtosecond lasers promovem uma cirurgia segura e tempos de cicatrização rápidos porque podem processar tecidos e outros materiais dentro de um volume 3-D sem alterar a sua superfície. O sucesso desta plataforma na cirurgia refractiva e, mais recentemente, da catarata baseia-se em duas características únicas: (1) o processo de absorção não-linear e (2) precisão extremamente alta e baixos efeitos secundários resultantes do baixo nível de energia necessária para a fotodisrupção. Com o processo de absorção não-linear do laser, o cirurgião pode processar o tecido tridimensionalmente sem ser limitado por nenhuma superfície. (Isto difere da absorção linear, como na remodelação da córnea do laser excimer, que ocorre diretamente na superfície do tecido absorvente e é determinada pelo comprimento de onda e pelas características de absorção do tecido). Os lasers Femtosecond têm muitas aplicações oftálmicas, que são discutidas abaixo.

UNIQUE FEATURES

Imaging. Os lasers oftálmicos de femtossegundo utilizam um procedimento de varredura em 3-D para o corte de tecidos. O mesmo feixe 3-D utilizado para interromper o tecido também pode ser utilizado para a imagem do processo de corte antes, durante e após a cirurgia. O tecido alvo pode ser digitalizado para a obtenção de imagens sem a adição de espelhos ou lentes de varredura. A primeira geração de cirurgia de catarata a laser de femtosegundo já faz uso deste recurso único, passando um feixe de tomografia de coerência óptica (OCT) ao longo do trajeto do feixe laser para a imagem do tecido alvo. Isto pode ser feito antes da cirurgia para navegar nos pulsos do laser.

Este mesmo recurso ainda não está em uso na cirurgia refrativa de córnea laser de femtossegundo, mas sem dúvida será introduzido à medida que a tecnologia OCT se tornar mais acessível. Atualmente, apenas uma plataforma cirúrgica de femtosegundo a laser de córnea inclui uma função de imagem, o CorneaSurgeon (Rowiak GmbH), que prepara o tecido doador de córnea para a queratoplastia.

Lasers de femtossegundo também podem ser usados para realizar imagens de segunda harmônica e fluorescência multifóton para fornecer imagens de alta resolução,6-8 com a capacidade de fornecer informações sobre a anatomia e as condições metabólicas do tecido.

Turbideo. O tecido corneal turvo induz uma dispersão muito forte. Felizmente, com comprimentos de onda infravermelhos longos, a dispersão é muito baixa, permitindo que o tecido turvo seja processado na sua superfície, em camadas mais profundas, e mesmo em lentes cristalinas escleróticas e tecido escleral.9-11 No futuro, os oftalmologistas podem ser capazes de usar esta função do laser femtossegundo para tratar glaucoma com novos procedimentos cirúrgicos.

Velocidades de processamento. Hoje, os lasers oftálmicos de femtossegundo podem fornecer taxas de repetição na faixa de kilohertz com energias de pulso suficientemente altas. No futuro, poderá ser possível utilizar taxas de repetição de entrega do laser na faixa de megahertz, reduzindo ainda mais os tempos de tratamento.

NOVAS APLICAÇÕES

Cirurgia de catarata laser. Esta é a mais recente aplicação oftálmica do laser femtossegundo, com quatro empresas a pavimentarem o caminho nesta área: OptiMedica Corp., com a sua Catalys Precision Laser; LensAR, com a plataforma laser LensAR; Alcon Laboratories, Inc., com a sua plataforma laser LenSx; e Bausch + Lomb, com a Victus. O fabricante do Victus declarou que o laser tem a capacidade de realizar aplicações de cataratas e refração de córnea.

Tratamento de acessórios vítreos tracionais. Num futuro próximo, os pulsos de laser ultrassorte podem substituir a vitrectomia posterior para o tratamento de acessórios vítreos tracionais. Esta estratégia não invasiva requer algum desenvolvimento antes de ser possível, uma vez que os pulsos de laser entregues através do vítreo são distorcidos. Isto requer maior energia, causando ondas de choque acústico e danos térmicos. Contudo, se a óptica adaptativa puder ser incorporada com sucesso no fornecimento do feixe, estas aberrações ópticas podem ser eliminadas, conseguindo-se assim um ponto de laser bem focado e altamente resolvido (Figura 1).12

Prébiopia de revisão. Outra aplicação promissora do laser femtossegundo é a inversão da presbiopia através do restabelecimento da flexibilidade da lente cristalina. A esperança é que o laser de femtossegundo possa ser usado para criar microincisões dentro da lente sem abrir cirurgicamente o olho (Figura 2). Estes microcanais podem reduzir o atrito interno do tecido da lente, actuando como planos deslizantes. Quando entregues a olhos de coelho, estas incisões a laser não causaram o crescimento de cataratas ou anormalidades de cicatrização de feridas. 13-15 Quando aplicado em olhos humanos de autópsia, foi observado um aumento médio de 100 μm na espessura da lente anteroposterior, correspondendo a um ganho de 2,00 a 3,00 D em amplitude acomodativa (Figura 3).

Formação do índice de refração. Se a intensidade do laser femtossegundo permanece logo abaixo do limiar de quebra óptica, é possível criar plasma de baixa densidade, o que permitirá que os elétrons livres interajam com o tecido circundante. Estas reacções químicas podem resultar em ligeiras alterações no índice de refracção do meio óptico, e este fenómeno pode ser usado para programar lentes difractivas na córnea ou lentes cristalinas. Em estudos com animais, a formação do índice de refração mostrou-se estável durante várias semanas ou meses;16 este princípio também poderia ser usado para ajustar a potência de uma LIO in situ.17

Corneal colagen crosslinking (CXL). Pulsos laser ultra-rápidos aplicados à córnea posterior ou ao tecido escleral podem ser possíveis usando a absorção de dois fótons. Portanto, os cirurgiões poderiam aplicar CXL em áreas mais profundas do olho para efeitos benéficos adicionais em pacientes com queratocono.

Reversão de catarata. O clareamento fotográfico, ou usando a absorção multifóton para destruir fotoquimicamente os agregados proteicos absorventes, fluorescentes e dispersos dentro do núcleo, pode remover o amarelamento da lente cristalina. Em uma experiência,18 lentes doadoras humanas foram tratadas com um laser pulsado de infravermelho de 800 nm de femtosegundo. Após o tratamento, os investigadores descobriram que a descoloração amarela da lente relacionada com a idade foi reduzida e a transmissão da luz aumentada. Finalmente, utilizando um controle coerente, um método de base mecânica quântica para controlar os processos dinâmicos da luz, pode ser possível alvejar seletivamente a lente cristalina.19

CONCLUSÃO

Níveis elevados de precisão cirúrgica são possíveis com lasers de femtossegundo, e os oftalmologistas já fizeram bom uso desta tecnologia, originalmente em cirurgia refrativa e agora também em cirurgia de catarata. As fronteiras da cirurgia da retina e glaucoma não estão muito longe.

TAKE-HOME MESSAGE

• LASERES DE Femtossegundo promovem uma cirurgia segura e tempos de cicatrização rápidos porque podem processar tecidos e outros materiais dentro de um volume 3-D sem alterar a sua superfície.
• As características úteis dos lasers de femtossegundo incluem capacidade de imagem, comprimento de onda de infravermelho longo e altas taxas de reptição.
• As aplicações potenciais incluem cirurgia de catarata a laser, tratamento de acessórios vítreos tracionais, reversão da presbiopia, moldagem do índice de refração, CXL e reversão da catarata.

Holger Lubatschowski, PhD, é CEO da Rowiak GmbH, Alemanha. O Professor Lubaschowski afirma que tem interesse financeiro no campo da cirurgia assistida por laser femtosegundo, e é acionista da Rowiak GmbH. Ele pode ser contatado por e-mail: [email protected].

1. Krasnov M.Laser puncture of anterior chamber angle in glaucoma (um relatório preliminar).Vestn Oftalmol. 1972;3:27-31.
2. Aron-Rosa D,Aron JJ,Griesemann JC,Thyzel R. Uso do laser de neodímio-YAG para abrir a cápsula posterior após cirurgia de implante de lentes:um relatório preliminar.J Am Intraocul Implant Soc.1980;6(4):352-354.
3. Fankhauser F,Roussel P,Steffen J,Van der Zypen E,Chrenkova A.Estudos clínicos sobre a eficiência da radiação laser de alta potência em algumas estruturas do segmento anterior do olho.Primeiras experiências do tratamento de algumas condições patológicas do segmento anterior do olho humano por meio de um laser Q-switched.Int Ophthalmol. 1981;3(3):129-139.
4. Remmel R,Dardenne C,Bille J.Intrastromal tissue removal using an infraared 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.Intrastromal ablations for refractive corneal surgery using picosecond infrared laser pulses.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.Suburface 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 femtosecond laser sub-superfície tratamento escleral em olhos de coelho.Lasers Surg Med.201042(7):647-651.
11. Plamann K,Aptel F,Arnold CL,et al. Ultrashort pulse laser surgery of the cornea and the sclera. J Óptica. 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;22 January 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.Femtosecond laser induziu mudança de flexibilidade das lentes doadoras humanas.Vision Res.2009;49(14):1853-1859.
15. Lubatschowski H,Schumacher S,Fromm M,et al.Femtosecond lentotomy:gerando planos deslizantes dentro da lente cristalina para recuperar a capacidade de acomodação.J Biofotonics.20103(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.200849(12):5332-5339.
17. Bille JF.Generation and in situ modification of custom 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 the 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;23 January 23,2011; San Francisco.