Dezvoltarea fotodisrupției și aplicarea acesteia în oftalmologie poate fi clasificată în etape în funcție de durata lățimii impulsului utilizat pentru a efectua alterarea țesutului subsuprafață. Pentru prima dată în anii 1970, oftalmologii au reușit să utilizeze absorbția neliniară pentru a trata glaucomul cu unghi deschis cu ajutorul unui laser cu rubin Q-comutat.1 Un deceniu mai târziu, chirurgii au început să utilizeze ablația neliniară cu un laser Nd:YAG Q-switched pentru a tăia capsula posterioară a cristalinului după opacifierea capsulară posterioară2,3 prin inducerea absorbției multifotonice.

În aceeași perioadă, Josef Bille, PhD, și Stuart Brown, MD, au descoperit că pot crea intensitate ridicată la energii de impulsuri considerabil mai mici prin scurtarea duratei impulsurilor unei platforme laser, ceea ce duce la o precizie mai mare în prelucrarea țesuturilor. Cu Tibor Juhasz, PhD, în calitate de cercetător șef, această echipă de la compania nou înființată Intelligent Surgical Lasers a proiectat un prototip de laser care funcționa la o lungime de undă de 1.053 μm și emitea impulsuri cu o durată de câteva zeci de picosecunde și o energie a impulsurilor de câțiva milijouli.4,5 Deși acest laser nu și-a atins scopul propus – ablații intrastromale reproductibile – a servit drept piatră de temelie pentru proiectarea primului laser femtosecundar.

De la lansarea laserului femtosecundar IntraLase (acum Abbott Medical Optics Inc.) a fost introdus pentru crearea de lambouri, alte patru lasere femtosecunde pentru chirurgie refractivă și-au făcut loc pe piață: Femtec (Technolas Perfect Vision), Femto LDV (Ziemer Ophthalmic Systems AG), FS200 (Alcon Laboratories, Inc.) și VisuMax (Carl Zeiss Meditec).

Laserele femtosecunde oftalmologice promovează o intervenție chirurgicală sigură și timpi de vindecare rapizi, deoarece pot prelucra țesuturi și alte materiale în interiorul unui volum tridimensional, fără a modifica suprafața acestuia. Succesul acestei platforme în chirurgia refractivă și, mai recent, în chirurgia cataractei se bazează pe două caracteristici unice: (1) procesul de absorbție neliniară și (2) precizia extrem de ridicată și efectele secundare reduse, rezultate din nivelul scăzut de energie necesar pentru fotodistrugere. Datorită procesului de absorbție neliniară a laserului, chirurgul poate prelucra țesutul în trei dimensiuni, fără a fi limitat de nicio suprafață. (Acest lucru diferă de absorbția liniară, cum ar fi în remodelarea corneei cu laser excimer, care are loc direct la suprafața țesutului absorbant și este determinată de lungimea de undă și de caracteristicile de absorbție ale țesutului). Laserele cu femtosecundă au multe aplicații oftalmologice, care sunt discutate mai jos.

CARACTERISTICI UNICE

Imagistică. Laserele oftalmologice cu femtosecunde utilizează o procedură de scanare 3-D pentru tăierea țesuturilor. Aceeași livrare a fasciculului 3-D folosită pentru a întrerupe țesutul poate fi utilizată și pentru a imagina procesul de tăiere înainte, în timpul și după operație. Țesutul țintă poate fi scanat pentru imagistică fără adăugarea de oglinzi sau lentile de scanare. Prima generație de operații de cataractă cu laser cu femtosecundă utilizează deja această caracteristică unică prin trecerea unui fascicul de tomografie în coerență optică (OCT) de-a lungul traiectoriei fasciculului laser pentru a vizualiza țesutul țintă. Acest lucru se poate face înainte de operație pentru a dirija impulsurile laserului.

Aceeași caracteristică nu este încă utilizată la laserele femtosecunde pentru chirurgia refractivă a corneei, dar, fără îndoială, va fi introdusă pe măsură ce tehnologia OCT va deveni mai accesibilă. În prezent, doar o singură platformă de chirurgie corneană cu laser cu femtosecundă include o funcție de imagistică, CorneaSurgeon (Rowiak GmbH), care pregătește țesutul cornean donator pentru keratoplastie.

Laserele femtosecunde pot fi, de asemenea, utilizate pentru a realiza imagistica armonică secundară și imagistica prin fluorescență multifotonică pentru a furniza imagini de înaltă rezoluție,6-8 cu capacitatea de a furniza informații despre anatomia, precum și despre condițiile metabolice ale țesutului.

Tesut turbid. Țesutul cornean tulbure induce o dispersie foarte puternică. Din fericire, cu lungimi de undă lungi în infraroșu, împrăștierea este foarte scăzută, permițând ca țesutul turbid să fie procesat la suprafața sa, în straturile mai profunde și chiar în cristalinul sclerotic și în țesutul scleral.9-11 În viitor, oftalmologii ar putea utiliza această funcție a laserului cu femtosecundă pentru a trata glaucomul prin proceduri chirurgicale noi.

Viteza de procesare. În prezent, laserele oftalmologice cu femtosecunde pot furniza rate de repetiție în intervalul kilohertz cu energii de impulsuri suficient de mari. În viitor, ar putea fi posibil să se utilizeze rate de repetiție de livrare a laserului în intervalul megahertz, reducând și mai mult timpii de tratament.

APLICAȚII NOI

Chirurgia cu laser a cataractei. Aceasta este cea mai nouă aplicație oftalmologică a laserului femtosecundar, patru companii deschizând calea în acest domeniu: OptiMedica Corp, cu Catalys Precision Laser; LensAR, cu platforma laser LensAR; Alcon Laboratories, Inc. cu platforma laser LenSx; și Bausch + Lomb, cu Victus. Producătorul Victus a declarat că laserul are capacitatea de a efectua atât aplicații de refracție a cataractei, cât și aplicații de refracție a corneei.

Tratamentul atașamentelor tracționale ale vitreului. În viitorul apropiat, impulsurile laser ultrascurte ar putea înlocui vitrectomia posterioară pentru tratamentul atașamentelor tracționale ale vitrosului. Această strategie neinvazivă necesită o anumită dezvoltare înainte de a fi posibilă, deoarece impulsurile laser transmise prin vitros sunt distorsionate. Acest lucru necesită o energie mai mare, provocând unde de șoc acustice și daune termice. Cu toate acestea, dacă optica adaptivă poate fi încorporată cu succes în livrarea fasciculului, aceste aberații optice pot fi eliminate, obținându-se astfel un spot laser bine focalizat și foarte bine rezolvat (figura 1).12

Reversia presbiopiei. O altă aplicație promițătoare a laserului cu femtosecunde este inversarea presbiopiei prin restabilirea flexibilității cristalinului. Se speră că laserul cu femtosecundă poate fi utilizat pentru a crea microincizii în interiorul cristalinului fără a deschide ochiul chirurgical (figura 2). Aceste microcanale ar putea reduce frecarea internă a țesutului cristalinului, acționând ca planuri de alunecare. Atunci când au fost administrate în ochi de iepure, aceste incizii laser nu au provocat creșterea cataractei sau anomalii de vindecare a rănilor. 13-15 Atunci când au fost aplicate pe ochi umani autopsiați, s-a observat o creștere medie de 100 μm în grosimea anteroposterioară a cristalinului, ceea ce corespunde unui câștig de 2,00 până la 3,00 D în amplitudinea acomodativă (figura 3).

Modelarea indicelui de refracție. Dacă intensitatea laserului cu femtosecundă rămâne chiar sub pragul de ruptură optică, este posibilă crearea unei plasme cu densitate scăzută, care va permite electronilor liberi să interacționeze cu țesutul înconjurător. Aceste reacții chimice ar putea duce la ușoare modificări ale indicelui de refracție al mediilor optice, iar acest fenomen ar putea fi folosit pentru a programa lentile difractive în cornee sau în cristalin. În studiile pe animale, s-a demonstrat că modelarea indicelui de refracție este stabilă timp de mai multe săptămâni sau luni;16 acest principiu ar putea fi, de asemenea, utilizat pentru a regla puterea unei LIO in situ.17

Reticulația colagenului corneal (CXL). Impulsurile laser ultrascurte aplicate pe corneea posterioară sau pe țesutul scleral pot fi posibile cu ajutorul absorbției cu doi fotoni. Prin urmare, chirurgii ar putea aplica CXL în zonele mai profunde ale ochiului pentru efecte benefice suplimentare la pacienții cu keratoconus.

Reversia cataractei. Fotoalbirea, sau utilizarea absorbției multifotonice pentru a distruge fotochimic agregatele proteice absorbante, fluorescente și dispersante din interiorul nucleului, poate elimina îngălbenirea cristalinului. În cadrul unui experiment,18 lentile donatoare umane au fost tratate cu un laser pulsat în infraroșu de 800 nm cu femtosecunde. După tratament, cercetătorii au constatat că decolorarea galbenă a cristalinului legată de vârstă a fost redusă, iar transmiterea luminii a crescut. În cele din urmă, folosind controlul coerent, o metodă bazată pe mecanica cuantică pentru controlul proceselor dinamice ale luminii, ar putea fi posibilă decolorarea selectivă a cristalinului.19

CONCLUZIE

Nivelurile ridicate de precizie chirurgicală sunt posibile cu laserele femtosecunde, iar oftalmologii au folosit deja bine această tehnologie, inițial în chirurgia refractivă, iar acum și în chirurgia cataractei. Frontierele chirurgiei retinei și a glaucomului nu sunt departe.

MESAJ DE REȚINUT

• Laserele femtosecunde promovează o intervenție chirurgicală sigură și timpi de vindecare rapizi, deoarece pot prelucra țesuturi și alte materiale în interiorul unui volum tridimensional, fără a modifica suprafața acestuia.
• Caracteristicile utile ale laserelor femtosecunde includ capacitatea de imagistică, lungimi de undă lungi în infraroșu și rate de reptiție ridicate.
• Aplicațiile potențiale includ chirurgia cu laser a cataractei, tratamentul atașamentelor tracționale ale vitrosului, inversarea presbiopiei, modelarea indicelui de refracție, CXL și inversarea cataractei.

Holger Lubatschowski, PhD, este CEO la Rowiak GmbH, Germania. Profesorul Lubaschowski declară că are un interes financiar în domeniul chirurgiei asistate de laserul cu femtosecundă și este acționar la Rowiak GmbH. El poate fi contactat la adresa de e-mail: [email protected].

1. Krasnov M.Puncția cu laser a unghiului camerei anterioare în glaucom (un raport preliminar).Vestn Oftalmol. 1972;3:27-31.
2. Aron-Rosa D,Aron JJ,Griesemann JC,Thyzel R.Use of the neodymium-YAG laser to open the posterior capsule after lens implant surgery:a preliminary report.J Am Intraocul Implant Soc.1980.;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.Îndepărtarea țesutului intrastromal cu ajutorul unui laser oftalmologic Nd:YLF în infraroșu de picosecunde care funcționează la 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.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 femtosecond laser subsurface scleral treatment in ochi de iepure.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:10.1088/2040-8978/12/8/08/084002.
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.Femtosecond laser induced flexibility change of human donor lenses.Vision Res.2009;49(14):1853-1859.
15. Lubatschowski H,Schumacher S,Fromm M,et al.Femtosecond lentotomy:generating gliding planes inside the crystalline lens to regain accommodation ability.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 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;January 23,2011; San Francisco.

.