Chirurgie par laser femtoseconde

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1 Chirurgie par laser femtoseconde Valeria Nuzzo* K.Plamann, D.Peyrot, F.Deloison Laboratoire d'optique Appliquée, ENSTA - École Polytechnique - CNRS UMR 7639, Palaiseau F.Aptel, M.Savoldelli, J.-M.Legeais Laboratoire Biotechnologie et Œil, Hôpital Hôtel Dieu, Université Paris Descartes E.Mazur * Department of Physics, School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University

2 Introduction Plan matériau transparent tissu biologique usinage photodisruption : microchirurgie ablation : nanochirurgie Chirurgie de la myopie Greffe de cornée

3 Nanochirurgie S. Chung, E. Mazur, SEAS Harvard M.Schomaker, A.Heisterkamp, LZH I. Maxwell, E. Mazur, SEAS Harvard

4 Chirurgie du fuseau mitotique Division cellulaire Fuseau mitotique, metaphase Modified from Ryoma Ohi laser ~10 µm BUT DE L ETUDE Adopted from Etudier la dynamique de réorganisation des microtubules

5 Plan matériau transparent tissu biologique usinage photodisruption : microchirurgie ablation : nanochirurgie Chirurgie de la myopie Greffe de cornée

6 Cornée Épithélium, 50 µm Membrane de Bowman, 12 µm Stroma, 500 µm Membrane de Descemet, 4 µm Endothélium, 5 µm M. Savoldelli, Hôtel Dieu, Paris Animation C. Dalys

7 Interaction laser fs - cornée Disruption du tissu W/cm 2 Effets chimiques 10 9 W/cm 2 GSH 10 6 W/cm 2 50 µm Laboratoire d Optique et Biosciences, EP/CNRS/INSERM

8 Applications cliniques : chirurgie réfractive Correction de la myopie : LASIK (laser in situ keratomileusis) Par microkeratome Par laser excimer Précision de découpe Laser femtoseconde Risque opératoire

9 Applications cliniques : greffe de cornée Kératoplastie : transfixiante ou partielle Remplacement d un tissu cornéen pathologique d un patient par un tissu cornéen sain d un donneur Précision Flexibilité Correspondance donneur-receveur Réduction de l astigmatisme Préservation des tissus chapeau champignon Z lamellaire

10 Systèmes cliniques Technologie Taux de répétition Énergie de l impulsion Option greffe Laser pompé par diode délivrant des impulsions dans le proche infra-rouge avec des durées comprises entre 400 et 800 fs 60 KHz ~ MHz 40 khz 120 khz 3 µj 40 nj 4 µj 1 µj oui non oui non H Lubatschowski, J Refractive Surgery, 2008 Jan

11 Problématique Systèmes cliniques de greffe : évolution des systèmes pour le LASIK LASIK Cornée transparente transmission kératoplastie Cornée opaque diffusion, aberration? Dans les systèmes cliniques le choix des paramètres est qualitatif!

12 But de l étude / Groupe OPS du LOA Stratégies d optimisation des paramètres laser pour la greffe de cornée pathologique Optique et Physique du Solide Chirurgie de la cornée 1 partenaire Budget labo : Hotel Dieu de Paris 2005 Optique Photonique Santé partenaires Financements ANR :

13 Matériel et méthodes Cornées de la Banque Française des Yeux à but scientifique ou Systèmes clinique HD ~700 µm ~ 3 µm

14 Effet I Incision transfixiante Electron Energy Loss Spectroscopy (EELS) (Université de Poitiers) EELS I/I max EELS I/I max énergie (ev) énergie (ev) SiO 2 Cône d applanation

15 Effet I Avant kératoplastie Reconstruction 3D (Unité de Mécanique, ENSTA) Profile d usinage Après kératoplastie profondeur (µm) largeur (µm) 8 Dans les systèmes cliniques : Arrêter la procédure à l interface V. Nuzzo et al., Deposit of glass fragments during femtosecond laser keratoplasty. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol Sep 23

16 Effet II Incision lamellaire, énergie constante > seuil λ=1,06 µm ON=0,5 0,5 λ=800nm chimique période (µm) 0,3 0 ON=0,3 A. Couairon and A. Mysyrowicz, Phys. Rep. 441:47(2007) 0,1 disruption Filamentation? cornée Puissance : 3,2 MW < Pexp < 14 MW

17 Effet III Incision postérieur-antérieur, énergie constante Débris de collagène Membrane fine Découpe hétérogène Atténuation de la fluence laser V. Nuzzo et al., Histological and ultrastructural characterization of corneal femtosecond laser trephination. Cornea, in press

18 Quantification de l atténuation 10-3 Signal se SH [u.a.] fit profondeur [µm] + Signal SH (mv) Profondeur [µm] Nombre de mesures V. Nuzzo et al., In situ monitoring of second-harmonic generation in human corneas to compensate for femtosecond laser pulse attenuation in keratoplasty. J. Biomed. Opt. 12, , 2007 (aussi sélectionné par le Virtual Journal of Ultrafast Science, Dec. 2007)

19 Quantification de l aberration sphérique Rapport de Strehl 1 0,5 Contribution ZEMAX simulation ON =0,15 0,3 0,5 0,6 0,75 Correction ON=0,6 ON=0,4 Profondeur de correction (µm) ,5 1 Profondeur dans la cornée (mm) Aberration non négligeables à des grandes ON Longueur d incision limitée par la diffusion

20 Conclusions La diffusion et l aberration sont des facteurs limitants pour la chirurgie fs des cornées pathologiques Réduire la diffusion : Corriger les aberration : Longueur d onde laser > 1,06 µm Au LOA Optique adaptative GRECO (greffe de cornée) LBO, Hôtel Dieu Paris LOA-OPS NOUGAT (opération du glaucome avec OCT in situ) UFR biomédicale Equipe 17-Cordeliers Institut Langevin LOB

21 Projet GRECO GREffe de COrnée automatisée par laser femtoseconde Détecteur du front d onde Miroirs de balayage Laser fibré à 1,6 µm laser cornée Détecteur SHG Miroir déformable Optique adaptative

22 Projet NOUGAT Nouvel OUtil pour la chirurgie du Glaucome Assistée par laser femtoseconde et Tomographie par cohérence optique 2 ème cause de cécité dans le monde, en France 1 à 2% de la population touchée Traitements actuels : suivi thérapeutique lourd ou échec Laser + OCT combined laser + imaging unit interface ordinateur PC patient s eye interface / control unit

23 GRAZIE