laser excimer : principe et systèmes de fonctionnement
DESCRIPTION
Professeur JL ARNE CHU Toulouse DIU de Chirurgie Réfractive 2010TRANSCRIPT
![Page 1: Laser Excimer : principe et systèmes de fonctionnement](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081421/55923d7d1a28abc3778b47e1/html5/thumbnails/1.jpg)
LASERS EXCIMER PRINCIPES ET SYSTEMES DE FONCTIONNEMENT
![Page 2: Laser Excimer : principe et systèmes de fonctionnement](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081421/55923d7d1a28abc3778b47e1/html5/thumbnails/2.jpg)
HISTORIQUE DU LASER EXCIMER
• 1975 VELAZCO: capacité de certains gaz rares de former avec les halogènes un composé instable qui en se dissociant émet un photon dans la longueur d’onde des UV (application : industrie des plastiques)
• 1981 TABADOA 1ere étude expérimentale sur cornée de lapin
![Page 3: Laser Excimer : principe et systèmes de fonctionnement](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081421/55923d7d1a28abc3778b47e1/html5/thumbnails/3.jpg)
• 1983 - TROKEL, SRINIVASAN, BRAREN : 1ere évocation de l’application à la chirurgie réfractive cornéenne• 1985 - SEILER : 1ere utilisation en
expérimentation animale et humaine
![Page 4: Laser Excimer : principe et systèmes de fonctionnement](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081421/55923d7d1a28abc3778b47e1/html5/thumbnails/4.jpg)
• 1988 - MUNNERLYN : - démontre que l’ablation superficielle modifie la courbure antérieure sans changer la postérieure - définit les relations entre quantité de tissus enlevé et modification du pouvoir réfractif cornéen
• 1988 - FDA autorise 9 yeux en cécité légale - Mc DONALD : 1ere PRK sur œil voyant
![Page 5: Laser Excimer : principe et systèmes de fonctionnement](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081421/55923d7d1a28abc3778b47e1/html5/thumbnails/5.jpg)
EVOLUTIONS TECHNIQUES
photoablation sphérique ZO 3mmproblèmes centrage et fibroserégressions
ZO plus larges 5 à 6 mm
pour réduire profondeur d’ablation et incidence des régressions
traitements multizones; zones transitions > 9mm
ablations customisées selon aberrations
![Page 6: Laser Excimer : principe et systèmes de fonctionnement](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081421/55923d7d1a28abc3778b47e1/html5/thumbnails/6.jpg)
BASES PHYSIQUES DU LASER EXCIMER
• Emission spontanée
Un électron passe spontanément à un
niveau d’énergie inférieur
• Emission stimulée
Un photon incident provoque le passage
de l électron sur niveau inférieur
![Page 7: Laser Excimer : principe et systèmes de fonctionnement](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081421/55923d7d1a28abc3778b47e1/html5/thumbnails/7.jpg)
PRINCIPES DES LASERS EXCIMER
Gaz rare + halogène composé excitable donc instable = dimere. Une stimulation à haute tension (30 kv toutes les 18 nsec)
le transforme en composé excité = excited dimer qui se dissocie pour revenir à son état initial en émettant un photon fortement énergétique de longueur d’onde UV (190 à 390 nm)
argon - fluor : 193 nm krypton - chlore : 222 nm krypton – fluor : 248 nm xénon – chlore : 308 nm xénon – fluor : 351 nm-
![Page 8: Laser Excimer : principe et systèmes de fonctionnement](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081421/55923d7d1a28abc3778b47e1/html5/thumbnails/8.jpg)
Propriétés communes à tout rayonnements laser
- unidirectionnel - intensité élevée - monochromatique
![Page 9: Laser Excimer : principe et systèmes de fonctionnement](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081421/55923d7d1a28abc3778b47e1/html5/thumbnails/9.jpg)
Pourquoi le choix de Argon - fluor pour la cornée?
- Production de photons très énergétiques : 6.4 eV
- pénétration réduite dans tissus adjacents- faible effet thermique- régularité de la surface des impacts- absence de mutagénicité- forte absorption hydrique
Energie de liaison des chaînes organiques du tissu cornéen = approximativement 3,5 eV
![Page 10: Laser Excimer : principe et systèmes de fonctionnement](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081421/55923d7d1a28abc3778b47e1/html5/thumbnails/10.jpg)
• Création du rayonnement excimer• Homogénéisation du faisceau• Système de délivrance cornéen
CONSTITUTION D’ UN LASER EXCIMER POUR CHIRURGIE CORNEENNE
![Page 11: Laser Excimer : principe et systèmes de fonctionnement](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081421/55923d7d1a28abc3778b47e1/html5/thumbnails/11.jpg)
- Milieu actif : cavité laser remplie de 3 types de gaz 0.5% à 12 % de gaz rare ( argon) 0.5 % halogène ( fluorine) 88 à 99% gaz tampon
- Stimulateur électrique : excitation discontinue du milieu actif émission pulsée :
Ar + F ArF (excitable) ArF + décharge électrique ArF excité ArF excité (instable) Ar + F + photons Le mode pulsé augmente puissance / continu
CREATION DU RAYON EXCIMER
![Page 12: Laser Excimer : principe et systèmes de fonctionnement](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081421/55923d7d1a28abc3778b47e1/html5/thumbnails/12.jpg)
La cavité de résonance augmente la densité des photonspermettant une émission stimulée plus importante
Oscillation des photons collision avec d’autres molécules gazeuses du milieu actif qui excités à leur tour photons
- Cet effet est amplifié car il est produit dans une cavité susceptible de résonance
![Page 13: Laser Excimer : principe et systèmes de fonctionnement](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081421/55923d7d1a28abc3778b47e1/html5/thumbnails/13.jpg)
Le système d’homogénéisation va permettre de sélectionner la partie centrale du faisceau de type Gaussien
HOMOGENEISATION DU FAISCEAU par intégrateurs spatiaux prismatiques et masques
![Page 14: Laser Excimer : principe et systèmes de fonctionnement](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081421/55923d7d1a28abc3778b47e1/html5/thumbnails/14.jpg)
3 grandes familles de lasers
PLEIN FAISCEAU
BALAYAGE
par fente
par point (scanning / flying spot)
![Page 15: Laser Excimer : principe et systèmes de fonctionnement](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081421/55923d7d1a28abc3778b47e1/html5/thumbnails/15.jpg)
FAISCEAUX PLEINS - simple ( à profil Gaussien = profil ablation myopique)
- à modelage optique par système lentille
- à modelage physique par diaphragmes, fentes ou masques érodibles
l
![Page 16: Laser Excimer : principe et systèmes de fonctionnement](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081421/55923d7d1a28abc3778b47e1/html5/thumbnails/16.jpg)
Balayage par fente
Balayage par points (scanning / flying spot)
SYSTÈME À BALAYAGE
![Page 17: Laser Excimer : principe et systèmes de fonctionnement](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081421/55923d7d1a28abc3778b47e1/html5/thumbnails/17.jpg)
Seul le centre du faisceau du spot est utilisé ; les impactssont adjacents permettant une ablation régulièreRépartition « fractale »
Flying spots : délivrance gérées par des miroirs
miroirs
![Page 18: Laser Excimer : principe et systèmes de fonctionnement](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081421/55923d7d1a28abc3778b47e1/html5/thumbnails/18.jpg)
• L’utilisation de spots de petite taille - impose un traitement plus long pour une
même ablation - implique l’utilisation d’ un système
d’asservissement aux mouvements oculaires
- l’augmentation de fréquence est difficile avec un excimer car la production de photons prend du temps (lasers solides?)
![Page 19: Laser Excimer : principe et systèmes de fonctionnement](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081421/55923d7d1a28abc3778b47e1/html5/thumbnails/19.jpg)
• Zone optique > 5 mm pour réduire régression et altération qualité vision• Zone de transition (parfois imposée) toujours > diamètre pupillaire scotopique• Profondeur d’ablation < 130 µ pour réduire phénomènes
cicatriciels et modification excessive de l’asphéricité
LA ZONE D’ABLATION
![Page 20: Laser Excimer : principe et systèmes de fonctionnement](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081421/55923d7d1a28abc3778b47e1/html5/thumbnails/20.jpg)
• Le remodelage cornéen par photoablation est régi par une équation (Munnerlyn 1988) reliant amétropie sphérique , profondeur et diamètre de la zone d’ablation
![Page 21: Laser Excimer : principe et systèmes de fonctionnement](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081421/55923d7d1a28abc3778b47e1/html5/thumbnails/21.jpg)
Choix diamètre de photoablation : Formule Munnerlyn
Prof abl (µm) = D (Dioptries à corriger) x ZO2
3
Plus on est large plus on est profond…
![Page 22: Laser Excimer : principe et systèmes de fonctionnement](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081421/55923d7d1a28abc3778b47e1/html5/thumbnails/22.jpg)
Ablation customisée
• Lasers dernière génération : transfert, analyse et traduction des informations collectées par topographes cornéens et analyseurs de front d’onde afin de guider la distribution des impacts sur la cornée
• Seuls les systèmes de délivrance par spots autorisent
un couplage aux topographes
et analyseurs de front d’onde
![Page 23: Laser Excimer : principe et systèmes de fonctionnement](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081421/55923d7d1a28abc3778b47e1/html5/thumbnails/23.jpg)
Buts
• Améliorer la qualité de vision en optimisant le profil d’ablation
• Personnaliser l’ablation
/ aberrations/ topographie
![Page 24: Laser Excimer : principe et systèmes de fonctionnement](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081421/55923d7d1a28abc3778b47e1/html5/thumbnails/24.jpg)
Basé sur l’aberrométrie
![Page 25: Laser Excimer : principe et systèmes de fonctionnement](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081421/55923d7d1a28abc3778b47e1/html5/thumbnails/25.jpg)
Eblouissementset halos ont disparu
Profil d’ablation
Eblouissementset halos nocturnes,Lettres « bavent »
Basées sur la topographie
![Page 26: Laser Excimer : principe et systèmes de fonctionnement](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081421/55923d7d1a28abc3778b47e1/html5/thumbnails/26.jpg)
Les algorithmes actuels de correction permettent
• D’optimiser le profil de transition pour réduire la profondeur d’ablation (tissue saving)
• De personnaliser l’ablation (custom ablation)• D’ajouter une addition « presby » centrée ou
décalée ( eventuellement basée sur une modification de l’asphéricité)
![Page 27: Laser Excimer : principe et systèmes de fonctionnement](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081421/55923d7d1a28abc3778b47e1/html5/thumbnails/27.jpg)
Centrage asservissement du faisceau par l’eye tracker
Système de détection des mouvements oculaires passif ou actif ,essentiel notamment en traitement customisé
![Page 28: Laser Excimer : principe et systèmes de fonctionnement](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081421/55923d7d1a28abc3778b47e1/html5/thumbnails/28.jpg)
Principe d’un système d’asservissement aux mouvements oculaires
• Repérage statique préopératoire par caméra CCD infrarouge repères de référence
• Détection peropératoire des mouvements oculaires: caméra CCD IR contrôle position des repères à
fréquence variable 40 à 4000 Hz• Mouvement détecté transmis au logiciel d’analyse de
l’ordinateur réponse - active : suivi des mouvements par jeu de miroirs
d’orientation du faisceau émergent - passive : suspension de la délivrance
Performances variables
![Page 29: Laser Excimer : principe et systèmes de fonctionnement](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081421/55923d7d1a28abc3778b47e1/html5/thumbnails/29.jpg)
Cyclotorsion lors du décubitus++ pour astigmatisme et customisé
repérer par rapport au limbe des structures de l ’iris pour repositionner l ’axe
Marquer 3 H et 9 H .
![Page 30: Laser Excimer : principe et systèmes de fonctionnement](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081421/55923d7d1a28abc3778b47e1/html5/thumbnails/30.jpg)
EFFETS DU LASER EXCIMER
• Sa courte longueur d’onde (193 nm) en fait un laser très énergétique ayant une action très superficielle car les photons à haute énergie sont absorbés par les tissus
![Page 31: Laser Excimer : principe et systèmes de fonctionnement](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081421/55923d7d1a28abc3778b47e1/html5/thumbnails/31.jpg)
EFFETS DU LASER EXCIMER
Effets physiques
- photoablation
- effet thermique
- effet mutagène ?
Effets tissulaire
![Page 32: Laser Excimer : principe et systèmes de fonctionnement](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081421/55923d7d1a28abc3778b47e1/html5/thumbnails/32.jpg)
Energie de liaison deschaînes organiques dutissu cornéen = 3,5 eV
Photon d'énergie6,4 eV
Explosion sans transfert de chaleur au tissu adjacent
Tissu cornéen
Processus d'ablation « à froid »
Ablation 0,25 µm par tir
La photodécomposition ablative : se produit au niveau moléculaire
Photon
Effets physiques
![Page 33: Laser Excimer : principe et systèmes de fonctionnement](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081421/55923d7d1a28abc3778b47e1/html5/thumbnails/33.jpg)
• À puissance correcte, la radiation excimer produit une « décomposition ablative » des polypeptides organiques par rupture des liaisons moléculaires avec production de fragments plus petits, volatiles sans échauffement du tissus voisin.
Les fragments moléculaires sont éjectés à vitesse supersonique sous forme de « plumes »- ceci « purge »l’énergie en excès préserve les tissus contigus- provoque une onde de choc ( clac sonore)- peut expliquer les îlots centraux
![Page 34: Laser Excimer : principe et systèmes de fonctionnement](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081421/55923d7d1a28abc3778b47e1/html5/thumbnails/34.jpg)
Effets physiques: effet thermique du laser
le mélange gazeux est à 1000° mais instantanémentdissipé ; - élévation de T° < 45° dans zone traitée, < 10° sur les bords . - diminuée par le refroidissement de la cornée et l’utilisation de laser flying-spot
Des lésions cornéennes ne se produisent que pour T° >40°
Néanmoins formation pseudomembrane d’épaisseur 0.005 µ à 0.2 µ , dense aux électrons serait la conséquence de la dénaturation du collagène sous l’effet de la température
![Page 35: Laser Excimer : principe et systèmes de fonctionnement](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081421/55923d7d1a28abc3778b47e1/html5/thumbnails/35.jpg)
Pose le problème de l’effet mutagène éventuel des rayonnements secondaires- nul pour 193 ( bien qu’aient été rapportées des dommages des altérations du métabolisme de protéines de l’HA)- La lumière UV entre 248 et 358 nm est absorbée par l’ADN- la 310 nm sans danger pour le patient (faible pénétration ) peut être potentiellementdangereuse pour le chirurgien par la répétition des expositions
Il existe une émission secondaire après exposition deaux UV 193 nm et un faisceau re émis de 310 nm
Effets physiques: effet mutagène ?
![Page 36: Laser Excimer : principe et systèmes de fonctionnement](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081421/55923d7d1a28abc3778b47e1/html5/thumbnails/36.jpg)
Variables du laser influençant l’interaction sur cornée
• durée du pulse : + brefs , - d’effet thermique
• fréquence des pulses :Elle doit être + élevée avec les spots de petite taille pour diminuer la durée du traitement.Or l’effet thermique augmente avec la fréquence : - pour faisceaux pleins on ne pouvait dépasser 10 à 50 Hz maximum - on peut aller jusqu’à 200 Hz si balayage (les impacts successifs ne touchent pas la même zone : l’effet thermique a le temps de se dissiper)
![Page 37: Laser Excimer : principe et systèmes de fonctionnement](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081421/55923d7d1a28abc3778b47e1/html5/thumbnails/37.jpg)
• fluence : densité d’énergie par unité de surface (mJ/cm2) correspond à la quantité du tissus « ablaté »
par pulse - moyenne : 50mJ/cm2 (0.25 µ /pulse) - varie avec - la couche : épithélium > stroma > Bowman - l’hydratation - les tissus humides ou oedémateux sont moins « ablatés » que les tissus déshydratés ou en état
de déturgescence - une humidification pendant le traitement peut
faire varier l’efficacité
![Page 38: Laser Excimer : principe et systèmes de fonctionnement](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081421/55923d7d1a28abc3778b47e1/html5/thumbnails/38.jpg)
Effets tissulaires cornéens du laser excimer
Différent suivant que delivré en surface ou intrastromal
![Page 39: Laser Excimer : principe et systèmes de fonctionnement](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081421/55923d7d1a28abc3778b47e1/html5/thumbnails/39.jpg)
Avec le 193 nm, le faisceau incident
- n’est pas transmis par la cornée aux structures oculaires sous-jacentes- disperse très peu l’énergie au tissu contigu- n’est que faiblement réfléchi par les interfaces antérieures et postérieures de la cornée- Est très fortement absorbé par la cornée
4 interactions à considérer entre laser et cornée :
• Transmission• Dispersion• Réflexion• Absorption
![Page 40: Laser Excimer : principe et systèmes de fonctionnement](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081421/55923d7d1a28abc3778b47e1/html5/thumbnails/40.jpg)
Nouveau laser solide : les possibilités d’un laser excimer sans les inconvénients ?
laser pulsé solide émettant à la longueur d’onde 210 nm, plus proche du pic d’absorption du collagène de la cornée,- ne nécessitant pas l’utilisation de gaz toxique,- de bonne stabilité car ne dépendant pas d’un mélange de
gaz,- non absorbé par l’air et l’eau, donc moins sensible aux
conditions d’environnement, et aux conditions d’hydratation du stroma cornéen pendant l’intervention,
- relié à un système de délivrance du faisceau qui permet de reproduire tous les profils d’ablation, avec un mini spot à balayage (0.20 mm pour le LaserSoft Katana),
- guidé par un système d’asservissement du faisceau. L’attente est longue …
PROGRES A ATTENDRE DES LASERS EXCIMER
![Page 41: Laser Excimer : principe et systèmes de fonctionnement](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081421/55923d7d1a28abc3778b47e1/html5/thumbnails/41.jpg)
sauf si un laser Femtoseconde devient vraiment apte à réaliser aussi la découpe réfractive ..