Avantages et inconvénients du microkératome laser femtoseconde

REVUE GÉNÉRALE

J Fr. Ophtalmol., 2005; 28, 5, 535-546 © Masson, Paris, 2005.

Avantages et inconvénients du microkératome laser femtoseconde

F M C

D. Touboul (2), F. Salin (1), B. Mortemousque (2), P. Chabassier (3), E. Mottay (4), F. Léger (2), J. Colin (2) (1) Centre des Lasers Intenses et Applications (CELIA), Université Bordeaux 1, France. (2) Service d’ophtalmologie du CHU de Bordeaux, Université Bordeaux 2, France. (3) Novalase ®, Pessac, France. (4) Amplitude Systèmes ®, Talence, France. Présenté dans le cadre de la table ronde : « Les lasers en Ophtalmologie » au 110e congrès annuel de la Société Française d’Ophtalmologie en mai 2004. Pas d’intérêt financier des auteurs. Correspondance : D. Touboul, CHU de Bordeaux, Service d’ophtalmologie, Place Amélie Raba-Léon, 33076 Bordeaux Cedex. E-mail : [email protected] Reçu le 5 mai 2004. Accepté le 26 août 2004. Advantages and disadvantages of the femtosecond laser microkeratome D. Touboul, F. Salin, B. Mortemousque, P. Chabassier, E. Mottay, F. Léger, J. Colin J. Fr. Ophtalmol., 2005; 28, 5: 535-546 Laser in situ keratomileusis (LASIK) complications are mainly attributable to imperfect cutting with the mechanical microkeratome. The femtosecond laser is an important challenger because it can provide extremely precise cutting beginning at any corneal point. We analyze the potential of this new tool from the results reported in the literature. The optomechanical control of the impact position provides freer and more effective intrastromal cutting than the blade. The best cutting matrix is obtained with the postage stamp method. If the plasma quality is not perfectly under control, side effects such as tissue streaks and secondary ultraviolet radiations can be observed. For LASIK surgery, femtolaser cutting can offer greater safety, reproducibility, predictability and flexibility. The risk of incomplete or irregular cutting and the free cap risk are reduced. Striae, epithelial defects and interface deposits should be minimized. A better flap congruence can limit the risk of secondary displacement and epithelial ingrowth. The results of making thinner flaps should be more predictable. Other than the high cost of the procedure, laser cutting has very few disadvantages. In 1999, Intralase® Corporation introduced the first femtolaser microkeratome on the American market. Approximately 120,000 intra-LASIK procedures have been carried out with fewer cutting complications than with the mechanic blade.

Key-words: Refractive surgery, femtosecond laser, cornea, plasma, photodisruption, microkeratome. Avantages et inconvénients du microkératome laser femtoseconde Les complications du laser in situ kératomileusis (LASIK) sont en majorité imputables à l’imperfection de la découpe du microkératome mécanique. Le laser femtoseconde est une alternative innovante car il permet des incisions extrêmement circonscrites et débutant en tout point de l’épaisseur cornéenne. Nous analyserons, à partir des résultats de la littérature, les possibilités de ce nouvel outil. Il sera démontré que la maîtrise opto-mécanique des impacts du laser permet des découpes intrastromales plus libres et plus performantes qu’avec une lame. Les meilleures dissections sont obtenues avec la méthode de découpe en timbre poste. Si la qualité des plasmas n’est pas parfaitement maîtrisée, nous observons l’apparition d’effets collatéraux potentiellement délétères tels que des stries tissulaires et l’émission secondaire d’ultraviolets. Pour le LASIK, la technologie femtoseconde apporte un gain de sécurité, de reproductibilité, de prédictibilité et de flexibilité des découpes. Les risques de capots incomplets, irréguliers ou libres sont réduits. L’incidence des stries, des érosions épithéliales et des dépôts de l’interface est minimisée. L’amélioration de la congruence des berges diminue les risques de déplacement secondaire et d’invasion épithéliale. La réalisation de capots fins devient sécurisée. Hormis le coût élevé de la procédure, la découpe laser présente peu d’inconvénients. Depuis 1999, la

INTRODUCTION Avec l’arrivée imminente sur le marché européen du microkératome femtolaser fabriqué par la firme Intralase®, la technologie femtoseconde va certainement soulever de nombreuses interrogations. Pour l’instant, le nombre déclaré de femto-LASIK pratiqués aux USA entre la date de l’homologation du laser par la Federal Drug Administration en décembre 1999 et la fin de l’année 2003 est d’environ 120 000. Au regard de cette volumineuse cohorte, peu de résultats ont été publiés à ce jour [1-4]. Cependant, les communications officielles des principaux centres expérimentateurs rapportent, sur d’assez grandes séries (non publiées), des résultats au moins égaux à ceux de la technique de référence et surtout l’absence quasi totale de complications liées à la découpe [5-7]. Cependant, les résultats sont à pondérer par l’absence de véritable étude comparative prospective, randomisée et par les besoins marketing du développement de la société Intralase®. À Bordeaux, nous développons depuis 2001 un savoir-faire et un programme pour la mise en place d’une station expérimentale de laser femtoseconde à vocation ophtalmologique. Dans le cadre de ce développement, nous proposons ce

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firme Intralase® a introduit le premier microkératome femto-laser sur le marché américain. Il aurait permis plus de 120 000 femto-LASIK avec un taux de complications liées à la découpe beaucoup plus faible que son homologue mécanique.

Mots-clés : Chirurgie réfractive, laser femtoseconde, cornée, plasma, photodisruption, microkératome.

travail de synthèse qui a été réalisé en collaboration avec des spécialistes de la chirurgie réfractive, des lasers femtosecondes, de l’optomécanique et de l’industrie du microkératome..

INTERACTIONS ÉLÉMENTAIRES DU LASER FEMTOSECONDE AVEC LA CORNÉE : RAPPEL

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Les lasers femtosecondes à vocation ophtalmologique sont des lasers à milieux d’amplification solides dont la bande d’émission se situe dans le proche infrarouge (longueur d’onde comprise entre 800 et 1 100 nm). Leur pénétration est donc possible en tout point de la cornée. Ce sont des lasers dits intenses car, grâce à une durée d’impulsion ultracourte, de l’ordre de 150 à 500 femtosecondes (une femtoseconde = 10– 15 seconde), leur puissance crête est de l’ordre du Giga Watt (10+9 W). Par ailleurs, il s’agit de lasers à photodisruption, au même titre que les

lasers Nd:YAG (Cristal Yittrium Aluminium Garnet dopé au Néodyme), couramment utilisés pour leur effet de cavitation intra-oculaire qui, depuis 1980, permettent les capsulotomies [8]. La photodisruption est le principal mode d’interaction de ces lasers avec la matière. Cette dernière apparaît uniquement au-dessus d’un seuil de fluence (densité d’énergie) spécifique. Ainsi, cette absorption est dite non linéaire et s’accompagne de la formation d’un plasma. Le plasma est le résultat de l’ionisation de la matière décomposée sous la forme d’un nuage gazeux constitué d’ions et d’électrons libres. Il correspond au quatrième état de la matière [9]. L’ionisation résulte de l’arrachement des électrons et s’accompagne de la libération d’une onde de pression (expansion du plasma) qui, dans l’air, induit un phénomène acoustique à l’origine du terme de claquage optique (CO) (fig. 1). Lors de la photodisruption du tissu cornéen, plus les impulsions sont courtes, plus le seuil de CO est diminué, plus l’ef-

fet de cavitation est limité et plus le déterminisme d’absorption est grand. Les lasers Nd:YAG fonctionnent généralement en régime nanoseconde (ns) (une nanoseconde = 10 – 9 seconde), ce qui induit un seuil de CO élevé et un effet de cavitation trop important pour les applications cornéennes (fig. 2). En régime femtoseconde, le seuil de CO s’abaisse et devient déterministe [10]. Pour bien comprendre les capacités de ces lasers en chirurgie oculaire, il est utile de décomposer les étapes morphologiques de la photodisruption cornéenne. Si nous définissons le défaut tissulaire comme le résultat morphologique de l’interaction élémentaire entre une impulsion du laser femtoseconde et le stroma cornéen, sa formation peut se décomposer en trois temps successifs (fig. 3) : – l’ionisation de la matière concernée par la formation d’un plasma gazeux ; – l’expansion du plasma entraînant une onde de choc et l’effet de cavitation [11] ;

REGIME NON INTENSE REGIME INTENSE

Nanoseconde (10

1 2

-9 s)

-15

Femtoseconde (10

s)

Ex: Capsulotomies Nd:YAG

Ex: femto-LASIK

Volume d’Expansion du Plasma est TRES SUPERIEUR au Volume d’Ionisation

Volume d’Expansion du Plasma est PROCHE du Volume d’Ionisation

DÉTERMINISTE + + +

Figure 1 : Formation du plasma au point de focalisation. Image obtenue à partir d’un laser Nd:YAG. Figure 2 : Comparaison de l’effet de cavitation lors de la photodisruption du stroma cornéen en fonction du régime et de la durée impulsionnelle du laser.

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Effet CHIRURGICAL: Le BISTOURI LASER

CORNEE

FOCALISATION

Découpe en timbre poste

Formation du Plasma

Ionisation

CAVITATION

Dilacération

Expansion du plasma Effet Disruptif

COLLAPSUS Effet Soustractif

Défaut tissulaire

Ablation de matière par Diffusion du gaz

La Maîtrise de la FORME et de la POSITION des DÉFAUTS Permet une Découpe en Profondeur SANS Ouverture en Surface

Puis Cicatrisation …

3 4

Gx20

Figure 3 : Décomposition en trois périodes élémentaires de l’interaction du rayonnement laser femtoseconde avec le stroma cornéen. Figure 4 : Description de l’effet bistouri obtenu grâce à l’utilisation du laser femtoseconde. Principe de la découpe en timbre poste. L’histologie cornéenne (HES) reportée en bas et à droite montre le résultat du passage d’un microkératome femto-laser (flèches).

– l’oscillation du défaut tissulaire puis collapsus plus ou mois complet par diffusion intrastromale du gaz jusqu’à une situation d’équilibre. Le volume du défaut tissulaire final dépend de la diffusion de la matière vaporisée dans le stroma et du degré de collapsus de la bulle de cavitation. C’est la maîtrise de la forme et de la position des impacts dans le tissu cornéen qui aboutit, par leur juxtaposition judicieuse, à l’effet de bistouri laser recherché. Le mode de découpe le plus efficace est celui du timbreposte car il limite les conflits entre les multiples rangées d’impacts. Il permet un pré-découpage des interfaces qui doivent ensuite être mécaniquement, mais facilement clivées par l’opérateur (fig. 4).

DESCRIPTION DE LA PROCÉDURE CHIRURGICALE DU FEMTO-LASIK PROPOSÉE PAR INTRALASE® La programmation du diamètre du capot, de la forme des berges, de la position de la charnière et de l’épaisseur du capot est saisie sur le

logiciel de commande. Le premier temps chirurgical est la fixation de l’aplanation qui sert de position de référence pour la focalisation du laser (fig. 5). La tête du laser présente une petite fenêtre d’aplanation en verre, portée à l’extrémité d’un cône métallique qui a pour but d’aplanir la surface cornéenne pendant la découpe (usage unique). Celle-ci est clipée à un anneau de succion limbique (30 à 40 mmHg) qui assure la position et la solidarité de l’œil avec la machine. La tête du laser est ensuite lentement abaissée pour obtenir un ménisque d’aplanation suffisant. L’œil est donc légèrement enfoncé dans l’orbite. Le laser découpe en premier le plan profond du capot grâce à un scanner qui balaye une matrice d’impacts. Le futur lit stromal est ainsi pré-découpé. Les berges du capot sont ouvertes par le trajet hélicoïdal du scanner qui remonte du plan profond jusqu’à l’interface d’aplanation. Une charnière est respectée. Le dispositif de succion et d’aplanation est ensuite levé. La durée de la découpe est d’environ 60 secondes pour une cadence de tir de 14 kHz. Il faut attendre quelques minutes avant de soulever le capot. Il est préférable d’attendre que la majorité du gaz accumulé dans le stroma

se dissipe afin de soulever ensuite le capot à l’aide d’une spatule à bout mousse. Le patient est pour cette étape installé sous le laser excimer. La procédure de photoablation est la même que pour un LASIK classique.

RÉSULTATS EXPÉRIMENTAUX ET CLINIQUES : HISTORIQUE ET ÉTAT DE L’ART Les premières tentatives de découpes intrastromales de la cornée par un laser photodisrupteur sont apparues après l’avènement, en 1980, du laser Nd:YAG en ophtalmologie [7]. En 1992, aux débuts du LASIK, l’équipe du physicien allemand Joseph Bille [12] propose la première étude d’ablation intrastromale à visée réfractive réalisée grâce à un nouveau laser infrarouge de type Nd:YLF (Cristal Yittrium Lithium Fluoride dopé au Néodyme) dont le régime picoseconde est innovant. Il collabore en 1993 avec le physicien Tibor Juhasz [13], pour préciser le seuil d’ablation intrastromal de la cornée humaine en régime picoseconde (ps) (une picoseconde = 10-12 seconde). La détermination du seuil d’ablation cornéen en fonction de la durée des impulsions a en-

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Figure 5 : Découpe du capot par laser femtoseconde vue par l’opérateur. La flèche verticale montre le sens de l’observation. (Photographies fournies par l’aimable contribution d’Intralase® Corporation).

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suite démontré l’intérêt du raccourcissement de la durée des impulsions pour abaisser ce seuil. En 1996, l’équipe de Juhasz montre qu’audessous de 100 à 200 fs, le seuil de claquage optique de la cornée reste quasi-constant [14, 15]. Il n’y a donc pas d’intérêt à utiliser une plus grande brièveté d’impulsion. Pour cette limite, la quantité d’énergie moyenne, restreinte à quelques microjoules par impulsion, permet une grande sécurité d’interaction en dehors du volume de formation du plasma. Des études ex vivo approfondies sur l’effet de cavitation intrastromal sont menées en 1996 [16] et 1997 [17]. Par rapport au régime picoseconde, le régime femtoseconde réduit d’un facteur 10 le seuil de CO et la taille des cavités intrastromales. Ce facteur est de 1 000 entre les impulsions femtoseconde et nanoseconde. En 1998, Ron Kurtz [18], ophtalmologue et chercheur à Ann Arbor, publie une étude qui rationalise les paramètres optimums de découpe lamellaire cornéenne par laser picoseconde. Il propose ainsi une alternative au microkératome mécanique. C’est au cours de l’année 1999 que le microkératome laser Nd:Verre (Cristal de verre dopé au Néodyme) femtoseconde (1 060 nm) fait son entrée en Ophtalmologie. Sletten et Kurtz [19]

publient les premières études expérimentales in vivo sur modèle lapin. Ils ne notent pas d’effet cicatriciel important. Ils affirment la supériorité du laser femtoseconde sur le laser picoseconde pour la découpe des capots du LASIK. La société Intralase® est fondée à Irvine, en Californie, en novembre 1997, par Tibor Juhasz et Ron Kurtz pour assurer le développement du microkératome femto-laser. En Hongrie, en 2001, l’ophtalmologue Imola Ratkay [20], réalise ainsi avec leur laser les 43 premiers femto-LASIK sur des yeux malvoyants. Les résultats montrent que la qualité de la découpe est comparable à celle du LASIK traditionnel avec, en plus, une bonne prédictibilité et donc d’avantage de sécurité pour prévoir l’épaisseur des capots. Les deux premières séries cliniques menées sur des yeux normaux paraissent en 2003. L’ophtalmologue Lee Nordan [1] a menée une étude aux États-Unis de juin à novembre 2000 sur un effectif de 208 LASIK consécutifs, avec un suivi de 6 mois. Il ne constatait aucune complication liée à la découpe du capot. Imola Ratkay [2] a rapporté des résultats réfractifs stables et prévisibles sur 46 yeux opérés par femto-LASIK. Perry Binder [3] a démontré le gain de prédictibilité de la géométrie des découpes de 103

femto-LASIK. Ainsi, plusieurs chirurgiens, essentiellement californiens, ont introduit le microkératome femto-laser dans leur pratique courante du LASIK [3-7]. Fin 2003, selon les communications orales aux congrès internationaux et après trois années d’exploitations, le nombre total de patients traités par femto-LASIK (Intra-LASIK ™) dépasserait les 120 000 procédures. L’étude clinique la plus récente a été publiée par Kezirian et al. [4] au mois d’avril 2004. Il s’agit d’une étude comparative rétrospective portant sur 106 femto-LASIK. L’argumentation principale du changement de technologie repose sur l’optimisation de la sécurité et de la qualité des soins. Malgré le surcoût important des procédures et de lourdes contraintes de financement, la société Intralase® estime représenter près de 7 % des 1,3 millions des actes de chirurgies réfractives cornéennes réalisés aux États-Unis en 2003.

AVANTAGES DU MICROKÉRATOME FEMTO-LASER Le tableau I résume les caractéristiques du microkératome femtolaser et les compare à celles du microkératome mécanique.

Avantages pré-opératoires Liberté géométrique du profil des découpes D’un point de vue mécanique, la congruence des interfaces lors du repositionnement du capot est un élément décisif pour le succès du LASIK. Celle-ci dépend intimement de la netteté et de la géométrie du profil de la découpe. Les résultats des études montrent qu’au niveau des berges et du lit stromal, le tranchant de la découpe par le laser femtoseconde est au moins aussi bon qu’avec les microkératomes mécaniques (μKM). Avec le μKM, l’angle de raccordement est

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Profil de découpe

Angle d’attaque Découpe Mécanique

20 - 30°

Découpe Laser

Découpe Mécanique

Découpe Laser

30 - 90°

Imposé

Modulable

Variable selon les méridiens et les latitudes

Homogène Forte Congruence

Zone optique Découpe Mécanique

Découpe Laser 6 7 8

Limité

Optimisé ZD

ZO ZT

ZO ZT

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ZD

Figure 6 : Comparaison de l’angle d’attaque du microkératome femtoseconde versus mécanique. Figure 7 : Comparaison du profil de découpe du microkératome femtoseconde versus mécanique. Figure 8 : Comparaison de la zone optique dégagée par le microkératome femtoseconde versus mécanique. Pour un même diamètre de découpe, la zone de dégagement (ZD) est plus grande avec le microkératome mécanique qu’avec le femto-laser. Il y a ainsi, avec le femto-laser, un gain de surface utile, soit pour augmenter la zone optique (ZO), soit pour étendre la zone de transition (ZT).

limité par l’angle d’attaque de la lame qui est borné entre 20 à 30° (fig. 6). Si l’on se représente le capot en coupe sagittale, son bord est effilé, son épaisseur est variable selon la kératométrie locale, son profil est donc irrégulier et pseudo-lenticulaire (un amincissement central est fréquent) (fig. 7). Ces caractéristiques peuvent favoriser l’instabilité du capot et entraîner l’apparition de stries ou de plis tissulaires délétères pour la congruence des découpes. Avec le laser femtoseconde, l’interface de découpe est constamment parallèle à la surface. Vu en coupe sagittale, le capot a un profil rectangulaire ou faiblement losangique.

De plus, par simple programmation du scanner, l’angle de raccordement des berges du capot est modulable entre 30 et 90°. Cette liberté tectonique pourrait permettre de diminuer les risques d’instabilité du capot. Comme le souligne Perry Binder [3], le diamètre du capot, la localisation et la largeur de la charnière sont des paramètres plus prévisibles avec le laser. Ce point est d’importance capitale pour la sécurité mais aussi pour le choix du profil optimum d’ablation. Dans ces conditions, il est possible de prévoir la réalisation de grands capots pour la confection de zones optiques et/ou de transitions plus larges. Ainsi, les aberra-

tions optiques induites par les modifications de l’asphéricité cornéenne peuvent être minimisées.

Augmentation de la surface utile d’ablation En raison de la régularité du lit stromal jusqu’en périphérie et de l’angulation du raccordement des berges, la surface utile à la photoablation est optimisée. En effet, pour ces raisons purement géométriques, à même diamètre de capot, la surface offerte à la photoablation est plus grande après la découpe laser qu’après celle d’un μKM. Ceci est un argument supplémentaire pour la réalisation

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Tableau I Comparaison des caractéristiques des procédures LASIK mécaniques et femto-laser. Caractéristiques des microkeratomes Indications classiques

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Mécanique Myopie < 8 D Hypermétropie < 4 D Astigmatisme < 3 D

Femtoseconde Possibilités de plus larges indications si des capots plus larges et fins sont possibles

Taux de complications liées à la découpe

0,4 à 19,8 % selon les séries

Très Faible

Réversibilité des découpes Reprises des découpes

Non Plus de risques

Oui, en partie facilitées

Anxiété péri-opératoire

Plus grande qu’en PKR

Diminuée

Influence Kératométrie et Diamètre cornéen

Importante

Nulle

Durée découpe + succion Durée du LASIK

< 10 à 20 secondes 10 à 15 min

> 60 secondes (14 kHz) 20 min à 30 min

Force de succion

70 à 80 mmHg

30 à 40 mmHg

Douleur per-opératoire

Possible

Possible

Visualisation pendant la découpe

Faible ou nulle

Permanente

Lésion du capot

Redoutée

Improbable

Lâchage de succion

Parfois grave

Sans conséquence

Capots fins

Peu prédictibles

Prédictibles

Précision de l’épaisseur de la découpe

30 à 60 μm

10 à 20 μm

Précision du diamètre de la découpe

Légèrement variable

Légèrement variable, modulable

Position de la charnière dépendante de l’Orbite

Souvent

Indifférente

Homogénéité de découpe

Aléatoire

Meilleure

Congruence des berges

Aléatoire

Bonne et modulable

Rugosité du lit stromal

Faible, aléatoire

Faible, modulable

Érosions épithéliales

Frottements Plateau/Lame

Aplanation sans frottement

Invasions épithéliales

Érosions dépendantes

Diminuées

Dépôts dans l’interface

Aléatoires

Théoriquement diminués

Risque infectieux

Rare

Théoriquement diminué

Réhabilitation visuelle

1 à 2 jours

< 4 jours

Kératoplasties

Impossible

Possible

Cavitations intrastromales

Impossible

Possible

Kératite neurotrophique secondaire

Constante, transitoire

Théoriquement moindre

Risque rétinien

Rare, mais grave

Plus improbable ?

Effets tissulaires collatéraux

Aucun

Théoriquement possibles

Recul clinique

12 ans

2 ans

Coût par procédure

Concurrentiel

Majoré de 30 %

Nombre de microkératomes homologués (fin 2003)

> 10

1

de zones de transition plus larges (fig. 8).

Précision des indications Par gain de prédictibilité des découpes, il est possible de mieux fixer et

comprendre la limite des amplitudes de corrections optiques pour le LASIK. Cette notion n’est vérifiable qu’après l’analyse de grandes séries en comparaison avec la méthode de découpe classique.

Avantages per-opératoires Confort du patient et du chirurgien Avec le microkératome laser, la succion est faible (moins de

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40 mmHg pendant moins d’une minute), indolore, ce qui augmente le confort du patient et probablement l’aspect esthétique de l’œil en postopératoire immédiat. Il n’y a aucun mouvement mécanique au-dessus du globe donc moins de problèmes liés à la stabilité de la succion ou à l’exposition du globe comme les conflits avec le blépharostat, les cils ou le rebord orbitaire. La programmation informatique est indifférente aux caractéristiques anatomiques de l’orbite et de l’œil (sauf pour le choix de l’épaisseur du capot qui dépend de la pachymétrie centrale et du niveau d’ablation tissulaire requis). La visualisation de la découpe est instantanée par la fenêtre d’aplanation. Ce monitorage est rassurant, contrairement à celui de la plupart des procédures de découpes par μKM qui se pratiquent sans aucune visualisation pendant l’avancée de la lame. L’incidence des complications per-opératoires liées au μKM peut varier entre 0,4 et 19,8 % selon les études et les opérateurs [21-27]. Avec le laser, l’anxiété du chirurgien est considérablement limitée par le faible risque de complication. La courbe d’apprentissage est très courte.

Indépendance des découpes vis-à-vis des contraintes bio-mécaniques de la cornée La nature de l’interaction entre le laser et la cornée est théoriquement invariable en tout point du capot. Cette propriété assure une grande homogénéité des découpes et, grâce à l’aplanation, une indifférence totale vis-à-vis du rayon de courbure ou du diamètre cornéen. Il n’en est pas de même pour le μKM dont la qualité de la découpe est reliée à de nombreuses contraintes. Des forces de frottement, de cisaillement et de compression sont mises en jeux de façon plus ou moins marquée aux différentes latitudes et longitudes du capot. La force de succion, la pachymétrie centrale, la kératométrie, le diamètre cornéen et l’astig-

Avantages et inconvénients du microkératome laser femtoseconde

matisme sont autant de facteurs qui déterminent le module d’élasticité au moment des découpes par le μKM. Les dimensions de l’anneau, la hauteur de la jupe, la position de la charnière, la vitesse d’oscillation et de translation de la lame sont des paramètres de réglages empiriques ajustés par les recommandations des constructeurs pour diminuer l’aléa des résultats. Le laser femtoseconde est indépendant de ces considérations, il est probablement même très peu sensible aux variations du taux d’hydratation jusqu’à un certain degré de transparence cornéenne. La seule contrainte mécanique pendant la découpe est une compression relative et axiale du stroma qui s’exerce à cause de la succion de l’anneau limbique et de l’aplanation. Toutefois, la rigidité tissulaire n’est pas un facteur important pour la découpe du laser. La qualité de découpe du laser n’est pas non plus dépendante de sa vitesse de progression. Ce dernier paramètre est en général imposé par l’adéquation entre la surface de découpe, la densité des impacts, la cadence du laser et la vitesse angulaire du scanner. Pour le μKM, l’accélération de la lame et la synchronisation avec son oscillation introduisent des paramètres supplémentaires peu compatibles avec un profil de découpe parfaitement homogène [28] (tableau II).

Amélioration de la prédictibilité de la profondeur des découpes C’est là un des avantages principaux de la femto-chirurgie et c’est aussi le point noir des μKM actuels. Une partie de l’incertitude dans l’épaisseur du capot est liée aux moyens de mesures (pachymètres à ultrasons), mais l’autre partie est directement liée à la multiplicité des facteurs influençant la prédictibilité de la coupe par le μKM [2930]. Dans ces conditions la déviation standard se situe entre 20 et 60 μm [31] (amplitude de 120 μm). Avec le laser femtoseconde, l’épaisseur du capot est

calibrée avec une prédictibilité retrouvée dans les études comprises entre 2 et 28 μm autour de la position cible avec une déviation standard de 12 à 18 μm [3, 4], soit de manière au moins deux fois plus précise qu’avec les meilleures lames (fig. 9). La limite théorique de cette précision dans le positionnement des découpes du laser est probablement de l’ordre de grandeur des dimensions élémentaires du défaut tissulaire et en particulier de son élongation (proche de 10 μm). En cas d’incident technique, comme l’arrêt du laser ou le lâchage de la succion, tant que les berges du capot n’ont pas été découpées, la reprise immédiate de la même découpe est sans conséquence. Ce gain de prédictibilité et de sécurité permet d’envisager la découpe de capots fins permettant de réaliser sans risque des corrections d’amplitudes jugées limites et de diminuer le risque d’ectasie post-LASIK. Des découpes fines ont déjà été réalisées avec des μKM sans plus de complication secondaire [32].

Contrôle de la rugosité des interfaces La rugosité des interfaces obtenues par laser est proche de celles obtenues par la lame. Cependant, le principe de découpe est différent et la méthode laser est théoriquement plus reproductible. La lame dilacère les lamelles stromales grâce à une force tangentielle de cisaillement liée au couplage des forces d’oscillation et de propulsion du moteur. Le résultat est identique sur les deux versants de la découpe, il comporte des aspérités dont la fréquence et l’amplitude sont difficilement prévisibles car fortement dépendantes des contraintes d’émoussement de la lame et d’élasticité locale des lamelles. Elles sont plus irrégulières au niveau des berges [28]. Avec le laser, le principe d’ouverture repose sur la méthode de découpe en timbre poste. Elle impose l’intervention d’une force de traction supplémentaire et

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Tableau II Comparaison des caractéristiques des découpes entre un microkératome femtoseconde et un microkératome mécanique. Caractéristiques

Découpe Mécanique

Paramètres « cornéodépendants »

Découpe Laser – Transparence cornéenne – Seuil de claquage optique

– Kératométrie cornéenne – Diamètre cornéen – Pachymétrie cornéenne – Rigidité cornéenne (PIO, âge) – Morphologie de l’orbite – Qualité de l’épithélium cornéen

Peu cornéo-dépendantes : – Aplanation cornéenne – Cavitation gazeuse – Clivage manuel du capot

Forces mises en jeux pendant la découpe

Fortement cornéo-dépendantes : – Niveau de succion – Frottements (Lame/Plateau) – Propulsion :V1 – Oscillation : V2 – Synchronisation V1 et V2

Liberté et flexibilité de la programmation des découpes

– Épaisseur du capot – Diamètre du capot – Position de la charnière : parfois Mais : Restrictions importantes des combinaisons en fonctions des abaques du constructeur.

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extérieure appliquée par l’opérateur lorsqu’il doit soulever le capot et donc cliver manuellement les microponts tissulaires disposés entre les micro-bulles de cavitations. Le résul-

– Épaisseur du capot – Diamètre du capot – Géométrie des berges – Position de la charnière – Fluence du laser (modifications de la rugosité et de la clivabilité des capots)

tat de ce clivage détermine la rugosité de l’interface. Celle-ci n’est pas obligatoirement similaire sur les deux versants de la découpe, mais est homogène du centre à la périphérie [3].

Prédictibilité de l’épaisseur des découpes Découpe Mécanique 80 à 220 μm 520 μm

μm

40 à 190 μm 260 μm

Découpe Laser 140 à 180 μm 80 à 120 μm 260 μm

Capot théorique de 160 μm Zone cible

Zone de sécurité

Avantages post-opératoires Diminution du risque d’invasion épithéliale Le risque d’invasion épithéliale est spontanément diminué du simple fait de la diminution du risque d’érosions épithéliales. Il n’y a pas de frottement entre l’épithélium et le matériel de découpe ; les découpes des berges sont nettes. De plus, diminuant encore davantage ce risque, le laser permet la réalisation de berges dont la géométrie est défavorable à l’insinuation des cellules épithéliales. Ainsi, s’il semble assez naturel pour l’épithélium de faire une « fausse route » sous un capot découpé par un μKM raccordé en pente douce avec la périphérie, il est probablement plus difficile pour lui de passer par un chemin construit en profil de baïonnette par le laser et donc bien plus abrupt (fig. 7).

Les dépôts dans l’interface Le passage de la lame du μKM favorise la présence de dépôts dans l’interface. Des débris métalliques peuvent provenir d’un certain degré d’émoussement de la lame. Des débris organiques ou textiles provenant de la surface oculaire et du champ opératoire sont entraînés par le mouvement. Le passage est facilité par le fluide d’irrigation qui a pour but de réduire les frottements. Avec le laser femtoseconde, aucun élément exogène n’est apporté pendant la découpe. Celle-ci peut être qualifiée de découpe « sèche ». Les risques inflammatoires et infectieux de l’interface devraient donc diminuer. Perry Binder [3] a cependant observé quelques cas de kératite lamellaire diffuse qu’il attribue au passage des larmes dans la gouttière (gap) de la découpe des berges. En réduisant l’intensité des impulsions pour la découpe des berges ce problème disparaît car l’on réduit la largeur des plasmas.

Réduction de l’incidence des sécheresses oculaires postopératoires Figure 9 : Comparaison schématique de la prédictibilité de l’épaisseur des découpes des capots réalisées avec un microkératome femtoseconde et un microkératome mécanique.

La découpe laser pourrait abaisser l’incidence et la durée des kératites

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neurotrophiques postopératoires car plusieurs facteurs anatomofonctionnels lui sont favorables : – Quelle que soit la morphologie orbitaire, la charnière du capot est toujours positionnable en nasal pour épargner le méridien nerveux horizontal le plus physiologiquement actif [33]. – Le risque d’érosions épithéliales postopératoires est diminué alors que ces dernières sont souvent responsables d’une inflammation cornéenne chronique autoentretenue. – La réalisation systématique de capots plus fins pourrait diminuer l’incidence et la durée des kératites neurotrophiques après LASIK.

Cicatrisation et solidité du capot Si l’on compare la production de néo-collagène suite aux incisions des kératotomies radiaires (KR) avec celles du LASIK, celle-ci est importante aux limites des incisions radiaires, mais elle est très limitée au niveau des interfaces des capots et prédomine uniquement à proximité des berges [34]. La cicatrisation tissulaire cornéenne semble donc plus active pour une incision perpendiculaire aux lamelles (KR) que pour une découpe parallèle (lit des capots). On postule ainsi qu’au moyen du laser femtoseconde, la cicatrisation des berges du capot est facilitée par une zone de raccordement plus angulée qu’avec le μKM. À long terme, la découpe par laser pourrait donc assurer une plus grande solidité de la surface oculaire.

Avantages économiques et commerciaux Le développement d’une technologie concurrentielle à l’échelle industrielle dépend de ses arguments positifs d’insertion dans le marché, plusieurs sont en faveur du laser femtoseconde : – les indications opératoires peuvent potentiellement être élargies ;

Avantages et inconvénients du microkératome laser femtoseconde

– le laser femtoseconde diminue le stress psychologique et mécanique lié à la découpe ; – le laser femtoseconde diminue le taux des complications per et post-opératoires ; – le confort et les prédictibilités des découpes sont améliorés ; – la courbe d’apprentissage est réduite, le fonctionnement est convivial ; – les résultats réfractifs sont au moins comparables à la méthode de référence ; – l’attractivité liée à la fiabilité de la technologie laser pourrait compenser le surcoût financier ; – le laser femtoseconde est présenté comme compatible avec l’ablation laser dite « customisée » ; – enfin, le laser femtoseconde présente des possibilités intéressantes pour d’autres applications de chirurgie réfractive. Les greffes de cornées, d’endothélium, le positionnement d’INTACS ou de lentilles intra-cornéennes ont déjà été tentées et suggérées.

INCONVÉNIENTS DU MICROKÉRATOME FEMTO-LASER Risques de mauvaise utilisation du rayonnement Défocalisation du rayonnement Le seul risque théorique d’accident de découpe grave est lié à la défocalisation imprévue du rayonnement. Cette éventualité n’est possible qu’en cas de translation improbable d’une lentille ou d’un problème évident de programmation.

Transparence cornéenne Contrairement au laser Nd:YAG, du fait des impulsions ultra-courtes, le régime de claquage optique du laser femtoseconde est parfaitement déterministe. Ce dernier est uniquement conditionné par la

nature du matériau et surtout sa densité en électrons absorbants. Les variations locales de l’hydratation et de la densité du stroma sont d’un ordre de grandeur insuffisant pour modifier le seuil CO. La diminution de la transparence cornéenne peut en revanche entraîner une dispersion de l’intensité du rayonnement en amont du point de focalisation et inhiber la formation du plasma au point de focalisation.

Risques biologiques liés à la formation du plasma Stress acoustique Le stress acoustique lié à l’onde de choc est probablement bien moindre que celui imposé par le laser excimer. Cependant, vis-à-vis des kératocytes et des cellules endothéliales, il s’ajoute à ce dernier. Le retentissement sur l’activation ou l’apoptose des kératocytes n’a pas été évalué à long terme. Dans les premières études histologiques et cliniques, il n’a pas été constaté de majoration du haze (infra-clinique) par rapport au LASIK traditionnel.

Effets thermiques Les effets thermiques du laser sont théoriquement minimes du fait de la brièveté des impulsions. Une pseudo membrane basophile en histologie matérialise la zone de découpe comme pourrait le monter une interface remodelée par le laser excimer [35, 36]. Cette pseudo membrane correspond à l’intrication d’une possible coagulation très localisée, d’un tassement mécanique et ultérieurement, d’un remaniement cicatriciel tissulaire. Les images obtenues au microscopie électronique à balayage et au microscopie électronique à transmission sont peu en faveur d’une coagulation thermique du tissu [37, 38].

Production intrastromale de gaz et de radicaux libres Heisterkamp [39] a analysé en chromatographie gazeuse et spectromé-

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trie de masse le contenu gazeux des cavités cornéennes photo-disrompues avec des impulsions femtosecondes. Il retrouve d’une part, un mélange de H2 et O2 attribué à la dissociation moléculaire de l’eau et d’autre part, un mélange de CO, CO2, N2, CH3, CH4 attribué à la dissociation des macro-molécules du stroma. Ces éléments disparaissent des cavités par ordre de diffusabilité : H2, puis O2, puis N2, puis CH4, puis CO. Heisterkamp évoque la production en faible quantité de radicaux libres et s’interroge sur leur éventuelle fonction pro-apoptotique dans le tissu vivant.

Risques biologiques liés aux effets collatéraux de l’absorption non linéaire Stries tissulaires

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Elles sont peu mentionnées dans la littérature mais ont été décrites par l’équipe de Heisterkamp [39] et retrouvées dans notre étude expérimentale, menée à Bordeaux [40]. Elles correspondent à un effet d’optique non linéaire du rayonnement femtoseconde appelé auto-focalisation [41]. Ce phénomène est comparable à celui de filamentation, couramment observé en physique des plasmas. Par optimisation des paramètres du laser, les stries disparaissent totalement, leur répercussion fonctionnelle n’a jamais été observée in vivo.

Émission de rayonnement secondaire au point de focalisation Heisterkamp [39] a objectivé l’émission d’un rayonnement ultraviolet au point de focalisation. Il s’agit pour lui d’un effet non linéaire supplémentaire, observable uniquement en régime femtoseconde intense. L’auteur fait référence à l’effet laser dit de « création d’harmoniques » [41]. En optique non linéaire, la focalisation monochromatique peut induire l’émission secondaire de

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photons dont l’énergie est égale à la somme de deux ou plusieurs des photons de la source initiale. La longueur d’onde des photons incidents est ainsi divisée par le nombre de photons fusionnés. Il se forme une ou plusieurs harmoniques différentes au point de focalisation. Heisterkamp constate uniquement la formation d’une troisième harmonique. Un rayonnement de 260 nm (UV) est détectable après focalisation d’un rayonnement de 780 nm dans des cornées porcines. Aucune lésion tissulaire supplémentaire n’a pu être attribuée à ce rayonnement.

Risques réfractifs liés à la formation du plasma Ablation intra-stromale obligatoire lors de la découpe Lors de la photodisruption du capot, une petite quantité de matière est sublimée et diffuse dans l’épaisseur du stroma. Il existe donc un amincissement tissulaire minimal obligatoire d’une épaisseur de 2 à 5 μm pouvant induire une myopisation d’amplitude probablement inférieure à une demidioptrie (calculé pour 5 mm de zone optique). Cette propriété pourrait favoriser les sur-corrections (myopie) et faire ajuster les nomogrammes du laser excimer. Cependant, ce paramètre ne semble pas cliniquement jouer sur les résultats réfractifs observés [4-7]. On peut supposer que son effet est compensé par la modulation concomitante de plusieurs paramètres bio-tectoniques comme : l’hyperplasie épithéliale, le haze infra-clinique ou la propulsion antérieure de la cornée sous l’effet de la pression intra-oculaire.

Transfert de gaz perméable dans le stroma Il entraîne un retard de réhabilitation visuelle et un allongement de la durée totale de la procédure. Il induit une perte de transparence

et un œdème transitoire du capot. Celui-ci conduit à deux attitudes : soit le capot est immédiatement soulevé pour l’évacuation du gaz puis repositionné en attente de l’ablation par le laser excimer ; soit on décide d’attendre quelques minutes la résorption spontanée du gaz puis l’on soulève le capot et l’on réalise le traitement par laser excimer. La première attitude minimise le risque d’œdème du capot, mais augmente les risques liés aux manipulations d’ouverture et fermeture d’une interface initialement opaque. La deuxième attitude prend plus de temps, l’œdème du capot peut induire une récupération visuelle fonctionnelle plus lente mais permet une ouverture plus rassurante et un transfert plus sécurisé du patient d’un laser à l’autre.

Risques réfractifs liés au mode de délivrance des impulsions Limite d’optimisation de la rugosité des interfaces La limite d’optimisation de la rugosité des interfaces dépend de paramètres multiples et intriqués. D’après notre expérience et les données de la littérature [18], l’idéal est d’obtenir un plan d’impacts homogènes de la périphérie au centre, de taille la plus petite possible et de forme la plus sphérique possible [40]. Il faut bien considérer que cet objectif est difficile, qu’un compromis entre l’amélioration de la découpe et la perfection de celle-ci est à définir.

Dépôt de corps étrangers dans l’interface La possibilité de dépôts de débris de verre provenant de la lamelle d’aplanation est théoriquement possible au moment où le laser ressort de la cornée et usine légèrement la lamelle. Aucune observation n’a été communiquée à ce sujet.

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Aplanation de la cornée Le principe de contact entre la tête du laser et la cornée (avec ou sans aplanation) s’est imposé comme le gage de la reproductibilité optique des découpes. Cependant, l’aplanation entraîne une distorsion des dimensions planimétriques de la cornée. Lorsqu’elle est importante, des plis de la face postérieure du stroma peuvent apparaître. Leur amplitude peut perturber la qualité des découpes, d’autant plus que celles-ci ont lieu en profondeur et au centre de la cornée.

Compatibilité avec l’ablation du laser Excimer C’est un paramètre clé pour la synergie de travail entre les deux lasers. Les bons résultats réfractifs obtenus en femto-LASIK prouvent cette compatibilité. Il n’est pas nécessaire d’ajuster les nomogrammes du laser excimer. Le caractère « sec » des découpes pourrait être un argument de stabilité du taux d’ablation par rapport aux fluctuations de l’hydratation du stroma pendant le LASIK traditionnel. Dans la mesure où la qualité globale des interfaces du capot est optimisée, l’ablation par laser Excimer de type « customisée » semble compatible.

Inconvénients économiques et commerciaux Ils ne sont pas négligeables et peu mis en relief dans les études. Le coût du matériel correspond à l’investissement d’un deuxième laser en plus du laser excimer. Il représente en conséquence un surcoût à la facturation de la procédure qui par ailleurs est justifié par une augmentation des frais de fonctionnement et de consommable (environ 150 dollars pour deux yeux). Ce dernier est évalué entre 300 et 600 dollars par œil selon le nombre de procédures réalisées chaque année. Le prix de l’achat d’un laser d’Intralase®

Avantages et inconvénients du microkératome laser femtoseconde

n’est officiellement connu que depuis peu de temps (environ 375 000 dollars) car les modèles commercialisés ont longtemps été placés en location exclusive. La rentabilité économique du laser femtoseconde n’est pas prouvée à ce jour et représente une prise de risque que la société Intralase® avait initialement contourné en proposant un contrat de location à l’acte imposant au chirurgien un nombre annuel minimal de procédures. Cette position poussait insidieusement le praticien à changer de technologie pour des raisons non médicales. Le poids économique des industries du μKM, des lentilles de contact et des lunettes va probablement s’opposer à l’essor de la technologie. Enfin, les résultats de la chirurgie réfractive par implantation intraoculaire pourraient priver le laser femtoseconde de sa principale fonction.

CONCLUSION Le microkératome laser femtoseconde est un outil innovant et prometteur qui pourrait avantageusement remplacer son homologue mécanique. Une étude prospective, comparative, multicentrique, randomisée et autonome devrait être lancée pour le confirmer. Les années à venir seront déterminantes pour la bascule de la technologie femtoseconde du bon ou mauvais coté du marché de la chirurgie réfractive.

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