Femtosekuntilaserit silmälääketieteessä

Femtosekuntilaserin monipuolisuus, ennustettavuus ja ainutlaatuiset ominaisuudet ovat mahdollistaneet sen soveltamisen useilla etusegmentin kirurgian osa-alueilla. Femtosekuntilaserit tuottavat ultralyhyitä pulsseja, joissa käytetään pieniä energiamääriä ja minimoidaan ympäröivien kudosten vaurioituminen.

Femtosekuntilaserin monipuolisuus, ennustettavuus ja ainutlaatuiset ominaisuudet ovat mahdollistaneet sen soveltamisen useilla etusegmentin kirurgian osa-alueilla. Femtosekuntilaserit tuottavat ultralyhyitä pulsseja, joissa käytetään pieniä energiamääriä ja minimoidaan ympäröivien kudosten vaurioituminen.

Tässä artikkelissa esitetään yhteenveto kirurgisista tekniikoista, joita on kehitetty silmäkirurgiassa femtosekuntilasereita hyödyntäen sen jälkeen, kun Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkevirasto FDA (Food and Drug Administration) hyväksyi ne vuonna 2001. Femtosekuntilaser otettiin alun perin käyttöön sarveiskalvon läppien luomiseksi laser in situ keratomileusis (LASIK) -leikkausta varten. Sittemmin femtosekuntilaserien käyttö on laajentunut muihin sarveiskalvoleikkauksiin ja viime aikoina myös kaihileikkauksiin.

Femtosekuntilaserin periaatteet
Femtosekuntilaser on infrapunalaser (aallonpituus: 1 053 nm), jonka pulssin kesto on erittäin lyhyt (10-15 s). Lyhyen pulssin keston ansiosta femtosekuntilaserilla on kyky antaa laser-energiaa siten, että viereiselle kudokselle aiheutuu mahdollisimman vähän liitännäisvaurioita. Sarveiskalvon viereisen kudoksen lämpövaurioiden on mitattu olevan 1 μm:n luokkaa.1 Kudosvuorovaikutus, jota tämä laser käyttää, tunnetaan nimellä valohäviö, prosessi, jossa pienet kudosmäärät höyrystyvät, mikä johtaa kavitaatiokaasukuplien (hiilidioksidi ja vesi) muodostumiseen.2

Femtosekuntilaser on lisäksi ainutlaatuinen siinä mielessä, että se voidaan keskittää minne tahansa sarveiskalvon sisällä tai takana, ja se pystyy jossain määrin läpäisemään optisesti sumean väliaineen, kuten turvotetun sarveiskalvon. Laseria voidaan käyttää useilla geometrisilla kuvioilla, kuten pysty-, spiraali- tai siksak-leikkauksilla.

Femtosekuntilaserjärjestelmä
Kaupallisesti saatavilla on useita femtosekuntilasereita:

• Intralase FS™ (Abbott Medical Optics, Abbott Park, Illinois);
• Femtec®(20/10 Perfect Vision, heidelberg, Saksa);
• VisuMax Femtosecond System® (Carl Zeiss Meditec, Jena, Saksa);
• Femto LDV™ (Ziemer Group, Port, Sveitsi); ja
• Wavelight FS200® (Alcon, Fort Worth, Texas).

Erityisesti kaihileikkauksiin suunniteltuja järjestelmiä ovat:

• LenSx (Alcon, Fort Worth, Texas);
• Catalys (OptiMedica®, Sunnyvale, Kalifornia);
• LensAR (LensAR Inc., Orlando, Florida); ja
• VICTUS (Technolas ja Bausch and Lomb).

Varhaiset femtosekuntilaserjärjestelmät toimivat matalalla toistotaajuudella (15 KhZ) ja tarvitsivat siten enemmän energiaa toimiakseen. Uusissa laitteissa on suurempi toistotaajuus (jopa 150 Khz), mikä johtaa pienempään energian käyttöön ja lyhyempään toimenpiteen kestoon. Lisäksi laitteet eroavat toisistaan ohjelmoitujen ja mukautettavien geometristen leikkauskuvioidensa osalta. Jokaisella laserjärjestelmällä on erityispiirteitä, joiden ansiosta sitä voidaan suosia käytettäväksi tietyissä toimenpiteissä.

Taittumiskirurgia
Laser In Situ Keratomileusis Flaps
Silmäkirurgiassa femtosekuntilaser popularisoitiin ensimmäisen kerran vaihtoehtona mekaaniselle mikrokeratomille LASIK-läppien luomiseksi. Femtosekuntilaser kohdistetaan sarveiskalvon stroomaan ennalta laskettuun syvyyteen. Läpän luomista femtosekuntilaserilla on verrattu mekaanisella mikrokeratomilla tehtyyn luomiseen. Raporttien mukaan korkeamman asteen aberraatiot ovat vähentyneet3 ja läpän paksuuden ennustettavuus on parantunut.4 Lisäksi femtosekuntilaser tarjoaa enemmän vaihtoehtoja läpän paksuuden, sivuleikkauskulman, saranaspesifikaatioiden ja laukaisumallien suhteen.

Femtosekuntilaserilla LASIK-läpän luontiin liittyvät komplikaatiot ovat harvinaisia. Läpinäkymätön kuplakerros (OBL, opaque bubble layer) muodostuu leikkaustason varrelle ja saattaa rajoittaa kirurgin tai excimer-laserin silmänseurantalaitteen kykyä paikantaa pupilli keskittämistä varten. Tämä voi tapahtua, kun kavitaatiokuplat karkaavat syvälle sarveiskalvon stroomaan, vaikka useimmat häviävät spontaanisti. Ohimenevälle valoyliherkkyysoireyhtymälle (TLSS) on ominaista valonarkuus ja kipu, jotka voivat ilmaantua päivistä viikkoihin LASIK:n jälkeen, kun femtosekuntilaserilla on luotu läppä.5 Se häviää tyypillisesti aggressiivisen hoidon jälkeen ajankohtaisilla steroideilla.

Intrakorneaaliset rengassegmentit
Intrakorneaaliset rengassegmentit (INTACS) ovat ohuita puoliympyränmuotoisia, polymetyylimetakrylaatista valmistettuja inserttejä, jotka istutetaan sarveiskalvon stroomaan sarveiskalvon keskeisen pinnan kaaren pituuden lyhentämiseksi ja sarveiskalvon pinnan litistämisen aikaansaamiseksi. Sarveiskalvon sisäisiä rengassegmenttejä on käytetty sarveiskalvon ektaattisten sairauksien, kuten keratokonuksen ja LASIK-korjauksen jälkeisen ektaasian sekä likinäköisyyden hoitoon. Femtosekuntilaser voidaan ohjelmoida luomaan tunneleita INTACS-istutusta varten. Tämän tekniikan on osoitettu olevan verrattavissa manuaaliseen tunneleiden leikkaamiseen visuaalisten ja taittovoimaisten tulosten suhteen.6,7 Syvyyden johdonmukaisuus, leikkauksen yhdenmukaisuus ja minimaalinen trauma, joka aiheutuu kanavien luomisesta femtosekuntilaserilla, voivat helpottaa INTACS:n asettamista ja minimoida toimenpiteen keston.7

Astigmaattinen keratotomia
Femtosekuntilaser-avusteinen astigmaattinen keratotomia on kuvattu ensisijaisesti penetroivan keratoplastian jälkeisen suuren astigmatismin hoitoon.8,9 Koska femtosekuntilaserilla voidaan luoda viiltoja erittäin tarkasti ja toistettavasti, sitä voidaan käyttää halutun pituisten, muodoltaan ja syvyydeltään suurten viiltojen kontrolloimiseen astigmaattista keratotomiaa varten. Useissa tutkimuksissa on raportoitu, että femtosekuntilaser-avusteisessa astigmaattisessa keratotomiassa ennustettavuus on parantunut ja komplikaatioiden, kuten mikroperforaation ja desentraation, määrä on vähentynyt manuaalisiin tekniikoihin verrattuna10,11 . Aksiaalisia topografisia karttoja käytetään jyrkkien meridiaanien tunnistamiseen, ja standardoidun nomogrammin avulla luodaan leikkaussuunnitelma, jossa on parittaiset viillot kullekin potilaalle.

Femtosekuntilaser-avusteinen linssinpoisto
Femtosekuntilaser-avusteista linssinpoistoa (tunnetaan myös nimellä FLEx) käytetään myopian korjaamiseen. Tekniikassa sarveiskalvoon tehdään kaksi lamellileikkausta, jotka leikkautuvat periferiassa, jolloin syntyy linssi, joka poistetaan. Linssi poistetaan perinteisen, femtosekuntilaserilla luodun sarveiskalvon läpän kautta. Linssin poisto vähentää sarveiskalvon kaarevuutta, mikä vähentää myopiaa. Blumin ja muiden tekemässä tutkimuksessa kuuden kuukauden tulokset osoittivat, että FLEx on sekä turvallinen että lupaava toimenpide myopian hoidossa.12

Small Incision Lenticule Extraction
Tämä tekniikka on samankaltainen kuin femtosekuntilaser-avusteinen linssinpoisto siinä mielessä, että sarveiskalvon linssinpoisto tehdään myopian korjaamiseksi. linssinpoisto tehdään kuitenkin pienen femtosekuntilaser-avusteisella laserilla luodun pienen sivuleikkauksen kautta läpän sijasta. Koska tähän toimenpiteeseen ei liity läpän luomista, kuivasilmäisyyden ja ektasian esiintyvyys voi olla vähäisempää, ja läpän aiheuttamat komplikaatiot ovat myös poissuljettuja. Raportit osoittavat lupaavia tuloksia myopian korjaamisessa kuuden kuukauden kuluttua.13,14

Sarveiskalvonsiirto
Femtosekuntilaseravusteinen keratoplastia
Femtosekuntilaser hyväksyttiin vuonna 2005 sarveiskalvon täydellisen ja osittaisen paksuuden viiltojen tekemiseen keratoplastiaa varten. Ennen keratoplastiakirurgiaa haluttu viiltokuvio tehdään ensin luovuttajan sarveiskalvoon ja sitten vastaava kuvio vastaanottajan sarveiskalvoon femtosekuntilaserilla. Vastaanottajan viillot jätetään keskeneräisiksi, jotta potilaan siirtäminen leikkaussaliin olisi helpompaa. Leikkaamaton silta leikataan sitten leikkaussalissa ja keratoplastia saatetaan loppuun samalla tavalla kuin perinteinen keratoplastiakirurgia (ks. kuva 1).

Femtosekuntilaseravusteisen keratoplastian (FLAK) suorittamisella on muutamia etuja perinteiseen läpäisevään keratoplastiaan verrattuna. Trepinaatioleikkauksissa voidaan käyttää erilaisia malleja, kuten top-hat-, zig-zag- tai mushroom-muotoja. Näiden muotojen ansiosta siirteen ja isännän kosketuspinta-ala on suurempi, mikä lyhentää paranemisaikaa ja nopeuttaa ompeleiden poistamista.15-17 Mushroom-muotoilu voi olla edullinen keratokonuksessa, koska se tarjoaa suuremman etummaisen taittopinnan, kun taas top-hat-muotoilu voi olla suositeltavampi endoteelisairaudessa, jotta voidaan korvata enemmän endoteelisoluja.
Anteriorinen lamellaarinen keratoplastia
Anteriorinen lamellaarinen keratoplastia koostuu sarveiskalvon etukerroksen siirrosta silloin, kun vain etulamelli on sairastunut, kuten sarveiskalvon etuosan arvet, degeneraatiot tai dystrofiat. Anteriorisen lamellaarisen keratoplastian etuja ovat sen vähemmän invasiivinen luonne ja pienempi hylkimisriski. Tarkka manuaalinen lamellin poisto on kuitenkin haastavaa. Yoon ja muiden tekemässä tutkimuksessa sarveiskalvon etuosan patologian syvyys määritettiin etusegmentin optisen koherenssitomografian avulla, ja femtosekuntilaserilla valmisteltiin luovuttajakudos ja vastaanottajasilmä, jotta femtosekuntilaser-avusteinen etummainen lamellaarinen keratoplastia voitiin suorittaa onnistuneesti.18 Ainoat raportoidut komplikaatiot olivat kuivasilmäisyys; muutoin ei raportoitu siirteen hyljintää, infektiota tai epiteelin sisäänkasvua. Femtosekuntilaserilla tehdyn anteriorisen lamellaarisen keratoplastian tuloksia on arvioitava tarkemmin, jotta voidaan määrittää edut verrattuna tavanomaiseen anterioriseen lamellaariseen keratoplastiaan.

Endoteelikeratoplastia
Descemet’s stripping endoteelikeratoplastiasta on tullut vakiomenetelmä, kun kyseessä on yksittäinen posteriorinen patologia, kuten Fuchin endoteelidystrofia ja pseudofakinen bulloosi keratopatia. Femtosekuntilaseria on käytetty kokeellisesti luovuttajakudoksen valmisteluun endoteelikeratoplastiaa varten sekä elävillä kaniineilla.19,20 Ensimmäiset raportit osoittivat, että luovuttajasarveiskalvon valmistelu femtosekuntilaserin avulla on turvallista.21 . Cheng ja muut raportoivat sittemmin ensimmäisestä femtosekuntilaser-avusteisesta endoteelikeratoplastiasta potilaalla, jolla oli pseudofakinen bulloosi keratopatia.22 Neljä kuukautta leikkauksen jälkeen sarveiskalvon takaosan levy oli kirkas, mikä osoitti sarveiskalvon endoteelikerroksen toimivan. Femtosekuntilaser-avusteisen keratoplastian mahdollisia rajoituksia ovat endoteelisolujen häviäminen, luovuttajakudoksen käsittelyyn liittyvät vaikeudet ja karkea siirteen ja isännän rajapinta. Suurempia tutkimuksia tarvitaan tämän menettelyn tarkentamiseksi.

Kataraktakirurgia
Femtosekuntilaserilla arvioidaan parhaillaan sen kykyä parantaa useita kaihileikkauksen vaiheita. Vuonna 2009 FDA hyväksyi femtosekuntilaserin etukapsulotomian suorittamiseen kaihinpoistoa varten. Toristen ja multifokaalisten silmänsisäisten linssien kohdalla kapselikorkeuden keskittäminen on erityisen tärkeää, sillä näiden linssien keskittäminen, kallistaminen tai kiertäminen voi aiheuttaa näköpoikkeamia, kuten haloja, tai merkittäviä poikkeamia odotetusta taittovoimasta. Femtosekuntilaserin kyky tuottaa ennustettavia, johdonmukaisia ja täydellisen pyöreitä etukapsulotomioita saattaa mahdollistaa paremmat tulokset korkealaatuisilla silmänsisäisillä linsseillä.

Femtosekuntilasereita voidaan käyttää myös linssin ytimen pirstomiseen. Ytimeen voidaan soveltaa erilaisia leikkauskuvioita, jotka auttavat ”pehmentämään”, mikä lopulta johtaa pienempään ultraäänienergiamäärään, jota tarvitaan kaihileikkauksen fakoemulsifikaatiovaiheessa.Selkeät sarveiskalvon viillot ovat yleisimmin käytetty tapa päästä etukammioon kaihileikkauksessa. Femtosekuntilaseria voidaan käyttää näiden sarveiskalvon viiltojen tekemiseen. Pilottitutkimuksessa femtosekuntilaserilla luodut sarveiskalvon viillot olivat vakaampia kuin keratomilla luodut viillot.23 On oletettu, että laserilla luodun haavan todellinen monitasoinen konfiguraatio lisää sen kestävyyttä muodonmuutoksia ja vuotoja vastaan. Lisäksi astigmatismin hoidossa femtosekuntilaserilla luodut osittaisen paksuuden sarveiskalvon viillot kaihileikkauksen yhteydessä voivat parantaa korjauksen tarkkuutta ja toistettavuutta.24
200 silmää käsittäneessä prospektiivisessa tutkimuksessa 74,5 %:lle silmistä tehtiin laserkapsulotomia, linssin pirstominen ja sarveiskalvon viillot femtosekuntilaserilla. Komplikaatioihin kuuluivat pienet etukapselin tunnisteet (10,5 %), etummaiset säteittäiset repeämät (4 %), kapselin takarepeämä (3,5 %) ja pudonnut ydin (2 %).25 Kirjoittajat raportoivat, että femtosekuntilaserilla suoritettuun kaihileikkaukseen liittyi aluksi jyrkkä oppimiskäyrä, jota seurasi helppouden ja ennustettavuuden lisääntyminen, kun uusi tekniikka oli hallussa. Tämän uuden toimenpiteen turvallisuuden ja tehokkuuden vahvistamiseksi on tehtävä lisää laajoja tutkimuksia.

Femtosekuntilaserin rajoitukset
Femtosekuntilaserin menestyksekkäästä ja laajalle levinneestä käytöstä silmäkirurgiassa huolimatta on tunnustettava joitakin rajoituksia. Monille silmälääkäreille ja potilaille eri puolilla maailmaa näiden kalliiden laserien saatavuus on haastava rajoitus. Laserin käyttö toimenpiteissä, jotka vaativat myös leikkaussalin, kuten keratoplastia tai kaihileikkaus, voi aiheuttaa lisää logistisia ongelmia, jos laserjärjestelmä ja leikkaussali eivät ole lähellä toisiaan. Kirurgisen tehokkuuden lisääntyessä ja potilastulosten parantuessa on odotettavissa, että tämän tekniikan käyttömahdollisuudet lisääntyvät ajan myötä.

Johtopäätökset
Femtosekuntilaserilla voidaan tehdä tarkkoja viiltoja, ja sillä on monenlaisia sovelluksia etusegmentin kirurgiassa. Sitä käytetään aluksi ja yleisimmin LASIK-läppien luomiseen, ja femtosekuntilaserin tarkkuus, ennustettavuus ja turvallisuus ovat mahdollistaneet sen käytön muissa leikkauksissa, kuten keratoplastiassa ja kaihileikkauksessa. Arvioinnit parantuneista potilastuloksista ja lisääntyneestä kirurgin tehokkuudesta vahvistavat femtosekuntilaserin arvon ja tulevaisuuden lupaukset silmälääketieteessä.