Chirurgie par laser femtosecondereseau-femto.cnrs.fr/IMG/pdf/Je1-5_Nuzzo.pdfBowman, 12 µm Stroma, 500 µm Membrane de Descemet, 4 µm Endothélium, 5 µm Animation C. Dalys Valeria

Valeria Nuzzo, JPU2009

Chirurgie par laser femtosecondeValeria Nuzzo*

K.Plamann, D.Peyrot, F.DeloisonLaboratoire d'Optique Appliquée, ENSTA - École Polyt echnique -CNRS UMR 7639, Palaiseau

Laboratoire Biotechnologie et Œil, Hôpital Hôtel Di eu, Université Paris Descartes

F.Aptel, M.Savoldelli, J.-M.Legeais

* Department of Physics, School of Engineering and Ap plied Sciences, Harvard University

E.Mazur


Introduction – Plan

usinage

matériau transparent

photodisruption : microchirurgie

tissu biologique

“ablation” : nanochirurgie

Chirurgie de la myopie

Greffe de cornée

http://www2.vhi.ie www.sciencemuseum.org.uk


Nanochirurgie

S. Chung, E. Mazur, SEAS Harvard

I. Maxwell, E. Mazur, SEAS Harvard

M.Schomaker, A.Heisterkamp, LZH


Chirurgie du fuseau mitotique

Adopted from www.biologycorner.com

Division cellulaire

Modified from Ryoma Ohi

~10 µµµµm

Fuseau mitotique, metaphase

laser

Etudier la dynamique de réorganisation des

microtubules

BUT DE L’ETUDE


Plan

usinage

matériau transparent

photodisruption : microchirurgie

tissu biologique

“ablation” : nanochirurgie

Chirurgie de la myopie

Greffe de cornée

http://www2.vhi.ie www.sciencemuseum.org.uk


Cornée

M. Savoldelli, Hôtel Dieu, Paris

Épithélium, 50 µm

Membrane de Bowman, 12 µm

Stroma, 500 µm

Membrane de Descemet, 4 µm

Endothélium, 5 µm Animation C. Dalys


Interaction laser fs - cornée

1013 W/cm2

106 W/cm2

109 W/cm2

GSH

Effets chimiques

Disruption du tissu

Laboratoire d’Optique et Biosciences, EP/CNRS/INSERM

50 µm


Applications cliniques : chirurgie réfractive

www.ophtalis.tm.fr/lasik.htm

Correction de la myopie : LASIK (laser in situ kera tomileusis)

Par microkeratomewww.wolfeeyeclinic.com

Par laser excimer

Laser femtoseconde

Précision de découpe

Risque opératoire


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

chapeau

champignon

Z

http://www.avclinic.comhttp://diuf.unifr.ch/

Précision

• Correspondance donneur-receveur

lamellaire

Flexibilité

• Préservation des tissus

• Réduction de l’astigmatisme


Systèmes cliniques

Technologie Laser pompé par diode délivrant des impulsions dans le proche infra-rouge avec des durées comprises entre 400 et 800 fs

Taux de répétition

60 KHz ~ MHz 40 kHz 120 kHz

Énergie de l’impulsion

≤ 3 µJ ≤ 40 nJ ≤ 4 µJ ≤ 1 µJ

Option greffe

oui non oui non

H Lubatschowski, J Refractive Surgery, 2008 Jan


Problématique

LASIK Cornée transparente

kératoplastie Cornée opaque

Systèmes cliniques de greffe : évolution des systèm es pour le LASIK

Dans les systèmes cliniques le choix des paramètres est qualitatif !

??

transmission

diffusion, aberration


But de l’étude / Groupe “OPS” du LOA

Optique et Physique du Solide

2005

Budget labo : 10 000 €1 partenaire

Financements ANR : 750 000 €

2008

Hotel Dieu de Paris

10 partenaires

Optique – Photonique – Santé

Chirurgie de la cornée

Stratégies d’optimisation des paramètres laser pour l a greffe de cornée pathologique


Matériel et méthodes

Cornées de la Banque Française des Yeux à

but scientifique

~700 µm~ 3 µm

ou

Systèmes clinique HD


Effet I

EE

LS

I/I m

ax

énergie (eV)

SiO2

EE

LS

I/I m

ax

énergie (eV)

(Université de Poitiers)Electron Energy Loss Spectroscopy (EELS)

Cône d’applanation

www.birkacre.freeserve.co.uk

Incision transfixiante


Effet I

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. 2008 Sep 23

Avant kératoplastie

Après kératoplastie

Reconstruction 3D

largeur (µm)

prof

onde

ur (

µm

)

0-4-8 4 8

0

-4

Profile d’usinage(Unité de Mécanique, ENSTA)


Effet II

chimique

disruption

A. Couairon and A. Mysyrowicz, Phys. Rep. 441:47(2007)

cornée1 52 3 4

pério

de(µ

m)

0,1

0,3

λ=1,06 µmON=0,5

λ=800nm0,5

0ON=0,3

3,2 MW < Pexp < 14 MWPuissance :

Incision lamellaire, énergie constante > seuil

Filamentation?


Effet III

V. Nuzzo et al., Histological and ultrastructural characterization of corneal femtosecond laser trephination. Cornea, in press

• Découpe hétérogène• Atténuation de la fluence laser

Membrane fine

Débris de collagène

Incision postérieur-antérieur, énergie constante


Quantification de l’atténuation

profondeur [µm]

+

Sig

nal s

e S

H [u

.a.]

fit

400Profondeur [µm]Nombre de mesures

Sig

nal S

H (

mV

)

800

0

1

10-6

10-3

35

7

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, 064032, 2007 (aussi sélectionné par le Virtual Journal of Ultrafast Science, Dec. 2007)


Quantification de l’aberration sphérique

Profondeur de correction (µm)

CorrectionON=0,4ON=0,6

• Longueur d’incision limitée par la diffusion

0 300 450 6000 300 450 600

0 0,5 1Profondeur dans la cornée (mm)

Rap

port

de

Str

ehl

0,5

1

Contribution

ZEMAX simulation

0,75

0,6

0,50,3

ON =0,15

• Aberration non négligeables à des grandes ON


Conclusions

Optique adaptativeLongueur d’onde laser > 1,06 µmRéduire la diffusion : Corriger les aberration :

La diffusion et l’aberration sont des facteurs limitants pour la chirurgie fs des cornées pathologiques

LBO, Hôtel Dieu Paris

GRECO(greffe de cornée)

NOUGAT(opération du glaucome

avec OCT in situ)

UFR biomédicaleEquipe 17-Cordeliers

Institut Langevin LOB

LOA-OPS

Au LOA


Projet GRECO

Optique adaptative

Détecteur

SHG

Miroirs de

balayage

Miroir

déformable

Détecteur du

front

d’onde

Détecteur du

front

d’onde

cornéelaser

Laser fibré à 1,6 µm

GREffe de COrnée automatisée par laser femtoseconde


Projet NOUGAT

Nouvel OUtil pour la chirurgie du Glaucome Assistée par laser femtoseconde et Tomographie par cohérence optique

• Traitements actuels : suivi thérapeutique lourd ou échec

• 2ème cause de cécité dans le monde, en France 1 à 2% de la population touchée

PCcombined laser + imaging unit

patient’s eye interface / control unit

PCcombined laser + imaging unit

patient’s eye interface / control unit

Laser +

OCT

interface ordinateur


GRAZIE

Documents

Chirurgie par laser femtosecondereseau-femto.cnrs.fr/IMG/pdf/Je1-5_Nuzzo.pdfBowman, 12 µm Stroma, 500 µm Membrane de Descemet, 4 µm Endothélium, 5 µm Animation C. Dalys Valeria