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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
Valeria Nuzzo, JPU2009
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
Valeria Nuzzo, JPU2009
Nanochirurgie
S. Chung, E. Mazur, SEAS Harvard
I. Maxwell, E. Mazur, SEAS Harvard
M.Schomaker, A.Heisterkamp, LZH
Valeria Nuzzo, JPU2009
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
Valeria Nuzzo, JPU2009
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
Valeria Nuzzo, JPU2009
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
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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
Valeria Nuzzo, JPU2009
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
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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
Valeria Nuzzo, JPU2009
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
Valeria Nuzzo, JPU2009
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
Valeria Nuzzo, JPU2009
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
Valeria Nuzzo, JPU2009
Matériel et méthodes
Cornées de la Banque Française des Yeux à
but scientifique
~700 µm~ 3 µm
ou
Systèmes clinique HD
Valeria Nuzzo, JPU2009
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
Valeria Nuzzo, JPU2009
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)
Valeria Nuzzo, JPU2009
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?
Valeria Nuzzo, JPU2009
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
Valeria Nuzzo, JPU2009
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)
Valeria Nuzzo, JPU2009
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
Valeria Nuzzo, JPU2009
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
Valeria Nuzzo, JPU2009
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
Valeria Nuzzo, JPU2009
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
Valeria Nuzzo, JPU2009
GRAZIE