Femtosecond Lasers in Ophthalmology

De veelzijdigheid, voorspelbaarheid en unieke eigenschappen van de femtosecond laser hebben het mogelijk gemaakt dat deze wordt toegepast op meerdere gebieden van chirurgie van het voorste segment. Femtosecond lasers genereren ultrakorte pulsen waarbij kleine hoeveelheden energie worden gebruikt en de schade aan de omringende weefsels tot een minimum wordt beperkt.

De veelzijdigheid, voorspelbaarheid en unieke eigenschappen van de femtosecond laser hebben ervoor gezorgd dat deze laser op verschillende gebieden van chirurgie van het voorste segment kan worden toegepast. Femtosecond lasers genereren ultrakorte pulsen die kleine hoeveelheden energie gebruiken en de schade aan de omringende weefsels minimaliseren.

In dit artikel vatten we de chirurgische technieken samen die zijn ontwikkeld in de oogchirurgie met behulp van de femtosecond laser sinds de goedkeuring door de US Food and Drug Administration (FDA) in 2001. De femtosecond laser werd aanvankelijk geïntroduceerd voor het maken van hoornvliesflappen voor laser in situ keratomileusis (LASIK). Sindsdien is het gebruik van femtosecond lasers uitgebreid naar andere corneale operaties en, meer recentelijk, naar cataractchirurgie.

Femtosecond Laser Principes
De femtosecond laser is een infrarode laser (golflengte: 1.053 nm) met ultrakorte pulsduur (10-15 s). Gezien de korte pulsduur, heeft de femtosecond laser de mogelijkheid om laserenergie te leveren met minimale nevenschade aan het aangrenzende weefsel. Thermische schade aan naburig weefsel in het hoornvlies is gemeten in de orde van 1 μm.1 De weefselinteractie die deze laser gebruikt is bekend als foto-ontregeling, een proces waarin kleine volumes van weefsel worden verdampt resulterend in de vorming van cavitatie gas (kooldioxide en water) bubbels.2

Daarenboven is de femtosecond laser uniek in die zin dat hij overal binnen of achter het hoornvlies kan worden gericht en tot op zekere hoogte in staat is om door optisch wazige media te gaan, zoals een oedemateus hoornvlies. De laser kan in veelvoudige geometrische patronen met inbegrip van verticale, spiraal, of zig-zag besnoeiingen worden toegepast.

Femtosecond Laser System
Er zijn meerdere commercieel verkrijgbare femtosecond lasermodellen:

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

Systemen die speciaal zijn ontworpen voor cataractchirurgie zijn onder meer:

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

De eerste femtosecond lasersystemen werkten met een laag herhalingssnelheid (15 KhZ) en hadden dus meer energie nodig om te kunnen werken. De nieuwe apparaten hebben een hogere herhalingsfrequentie (tot 150 Khz), waardoor minder energie wordt verbruikt en de procedure korter duurt. Bovendien verschillen de apparaten in hun geprogrammeerde en aanpasbare geometrische snijpatronen. Elk lasersysteem heeft onderscheidende kenmerken waardoor het kan worden gepopulariseerd voor gebruik in specifieke procedures.

Refractieve chirurgie
Laser In Situ Keratomileusis Flaps
In de oogchirurgie werd de femtosecond laser voor het eerst gepopulariseerd als een alternatief voor de mechanische microkeratoom voor het maken van LASIK flaps. De femtosecond laser wordt toegepast op het stroma van het hoornvlies op een vooraf berekende diepte. Het maken van de flap met behulp van de femtosecond laser is vergeleken met het maken met behulp van het mechanische microkeratoom. Rapporten hebben aangetoond dat er minder aberraties van hogere orde zijn3 en dat de dikte van de flap beter voorspelbaar is.4 Bovendien biedt de femtosecond laser meer mogelijkheden wat betreft de dikte van de flap, de hoek van de zijsnede, de scharnierspecificaties en de afvuurpatronen.

Complicaties bij het gebruik van de femtosecond laser voor het maken van LASIK-lapjes zijn zeldzaam. De ondoorzichtige bellenlaag (OBL) vormt zich langs het snijvlak en kan het vermogen van de chirurg of de excimer laser eye tracker beperken om de pupil te lokaliseren voor centrering. Dit kan gebeuren wanneer cavitatiebelletjes ontsnappen in het diepe stroma van het hoornvlies, hoewel de meeste spontaan verdwijnen. Voorbijgaand lichtgevoeligheidssyndroom (TLSS) wordt gekenmerkt door fotofobie en pijn die dagen tot weken na LASIK met femtosecond laser flap creatie kunnen optreden.5 Het verdwijnt meestal na een agressieve behandeling met topische steroïden.

Intracorneale ringsegmenten
Intracorneale ringsegmenten (INTACS) zijn dunne halfronde inzetstukken gemaakt van polymethylmethacrylaat die in het hoornvliesstroma worden geïmplanteerd om de booglengte van het centrale hoornvliesoppervlak te verkorten en resulteren in een afvlakking van het hoornvliesoppervlak. Intracorneale ringsegmenten werden gebruikt om corneale ectatische aandoeningen zoals keratoconus en post-LASIK ectasie, alsook bijziendheid te behandelen. De femtosecond laser kan geprogrammeerd worden om tunnels te creëren voor INTACS implantatie. Het is aangetoond dat deze techniek vergelijkbaar is met manuele tunnel dissectie in termen van visuele en refractieve resultaten.6,7 De consistentie van de diepte, uniformiteit van de snede, en het minimale trauma dat wordt veroorzaakt bij het creëren van de kanalen met behulp van de femtosecond laser kan het inbrengen van de INTACS vergemakkelijken en de duur van de procedure minimaliseren.7

Astigmatische keratotomie
Femtosecond laser-ondersteunde astigmatische keratotomie is voornamelijk beschreven voor de behandeling van hoog astigmatisme na penetrerende keratoplastiek.8,9 Aangezien de femtosecond laser in staat is om incisies te maken met een hoge precisie en reproduceerbaarheid, kan het worden gebruikt om de gewenste lengte, vorm en diepte van de incisies voor astigmatische keratotomie te controleren. Meerdere studies hebben een betere voorspelbaarheid en minder complicaties, zoals microperforatie en decentratie, gerapporteerd bij astigmatische keratotomie met femtosecond laser in vergelijking met manuele technieken.10,11 Axiale topografische kaarten worden gebruikt om de steile meridianen te identificeren en een gestandaardiseerd nomogram wordt gebruikt om een chirurgisch plan met gepaarde incisies voor elke patiënt te genereren.

Femtosecond Laser-assisted Lenticule Extraction
Femtosecond laser-assisted lenticule extraction (ook bekend als FLEx) wordt gebruikt om bijziendheid te corrigeren. De techniek bestaat uit het maken van twee lamellaire sneden in het hoornvlies die elkaar in de periferie snijden, waardoor een lenticule ontstaat die wordt verwijderd. De lenticule wordt verwijderd door middel van een traditionele, met femtosecond laser gecreëerde hoornvlies flap. De verwijdering van de lenticule vermindert de kromming van het hoornvlies, waardoor de bijziendheid afneemt. In een studie van Blum et al., toonden de resultaten na zes maanden aan dat FLEx zowel een veilige als veelbelovende procedure is voor de behandeling van bijziendheid.12

Small Incision Lenticule Extraction
Deze techniek is gelijkaardig aan femtosecond laser-ondersteunde lenticule extractie in die zin dat een corneale lenticule wordt geëxtraheerd om bijziendheid te corrigeren. echter, de lenticule wordt verwijderd door een kleine femtosecond laser-created zijsnede in plaats van een flap. Aangezien bij deze procedure geen flapje wordt gemaakt, kan dit leiden tot een lagere incidentie van droge ogen en ectasie, en het elimineert ook de mogelijkheid van flapgerelateerde complicaties. Rapporten tonen veelbelovende resultaten in het corrigeren van bijziendheid na zes maanden.13,14

Corneatransplantatie
Femtosecond Laser Assisted Keratoplasty
De femtosecond laser werd in 2005 goedgekeurd voor het maken van volledige en gedeeltelijke-dikte hoornvliesincisies voor keratoplastie. Voorafgaand aan de keratoplastie-operatie, wordt het gewenste incisiepatroon eerst aangebracht op het donorhoornvlies en vervolgens wordt een overeenkomstig patroon aangebracht op het recipiënte hoornvlies met behulp van de femtosecond laser. De ontvangende incisies worden incompleet gelaten om de transfer van de patiënt naar de operatiekamer te vergemakkelijken. De ongesneden brug wordt dan ontleed in de operatiekamer en de keratoplastie wordt voltooid op dezelfde manier als traditionele keratoplastie chirurgie (zie figuur 1).

Het uitvoeren van femtosecond laser-geassisteerde keratoplastie (FLAK) heeft een paar voordelen ten opzichte van traditionele penetrerende keratoplastie. Verschillende patronen van trephination sneden kunnen worden toegepast, zoals top-hat, zig-zag, of paddestoel vormen. Deze configuraties resulteren in een groter contactoppervlak tussen transplantaat en gastheer, wat zich vertaalt in een kortere genezingstijd en een snellere verwijdering van de hechtdraad.15-17 De paddenstoelconfiguratie kan voordelig zijn voor keratoconus door een groter anterieur refractief oppervlak te bieden, terwijl een top-hoedpatroon de voorkeur kan hebben bij endotheelziekte om meer endotheelcellen te vervangen.
Anterior lamellaire keratoplastie
Anterior lamellaire keratoplastie bestaat uit transplantatie van de voorste laag van het hoornvlies wanneer alleen de voorste lamel ziek is, zoals anterior hoornvlieslittekens, degeneraties, of dystrofieën. Voordelen van anterior lamellaire keratoplastie zijn de minder invasieve aard en het verminderde risico op afstoting. Nauwkeurige handmatige lamellaire dissectie is echter een uitdaging. In een studie van Yoo et al. werd de diepte van de anterieure corneale pathologie bepaald met behulp van optische coherentietomografie van het voorste segment, en de femtosecond laser werd gebruikt om het donorweefsel en het ontvangende oog voor te bereiden om met succes een femtosecond laser-geassisteerde anterieure lamellaire keratoplastie uit te voeren.18 De enige gemelde complicaties waren droge ogen; verder werden geen gevallen van afstoting van het transplantaat, infectie, of epitheliale ingroei gemeld. De resultaten met femtosecond-laser anterieure lamellaire keratoplastiek moeten verder worden geëvalueerd om de voordelen ten opzichte van standaard anterieure lamellaire keratoplastiek te bepalen.

Endotheliale Keratoplastiek
Descemet’s stripping endotheliale keratoplastiek is de standaardprocedure geworden voor geïsoleerde posterieure pathologie zoals Fuch’s endotheliale dystrofie en pseudofakische bulleuze keratopathie. De femtosecond laser is experimenteel gebruikt bij de voorbereiding van donorweefsel voor endotheliale keratoplastie en in vivorabbit modellen.19,20 Eerste rapporten aangetoond voorbereiding van een donor hoornvlies met behulp van de femtosecond laser is veilig.21 Cheng et al. meldden vervolgens de eerste femtosecond laser-geassisteerde endotheliale keratoplastie bij een patiënt met pseudophakic bullous keratopathy.22 Vier maanden postoperatief was de posterieure corneaschijf helder, wat een functionele corneale endotheliale laag aantoonde. Mogelijke beperkingen van femtosecond laser-geassisteerde keratoplastie omvatten verlies van endotheelcellen, moeilijkheden met het hanteren van donorweefsel, en een ruwe graft-gastheer interface. Grotere studies zijn nodig om deze procedure te verfijnen.

Cataractchirurgie
De femtosecondlaser wordt momenteel geëvalueerd op zijn vermogen om verschillende stappen van cataractchirurgie te verbeteren. In 2009 heeft de FDA de femtosecondlaser goedgekeurd voor het uitvoeren van anterieure capsulotomie voor cataractextractie. Voor torische en multifocale intraoculaire lenzen is centrering van de capsulorhexis bijzonder belangrijk omdat decentrering, kanteling of rotatie van deze lenzen visuele aberraties zoals halo’s of aanzienlijke afwijkingen van de verwachte refractieve resultaten kunnen veroorzaken. De mogelijkheid van de femtosecond laser om voorspelbare, consistente en perfect cirkelvormige anterieure capsulotomieën te produceren, zou betere resultaten met hoogwaardige intraoculaire lenzen mogelijk kunnen maken.

Femtosecond lasers kunnen ook worden gebruikt om de lenskern te fragmenteren. Verschillende snijpatronen kunnen op de kern worden toegepast om deze te helpen “verzachten”, wat uiteindelijk resulteert in verminderde hoeveelheden ultrageluidsenergie die nodig zijn tijdens de facoemulsificatiestap van cataractchirurgie.Heldere incisies in het hoornvlies zijn de meest gebruikte methode om toegang te krijgen tot de voorste kamer tijdens cataractchirurgie. De femtosecond laser kan worden gebruikt om deze incisies in het hoornvlies te maken. In een proefstudie waren incisies in het hoornvlies die gemaakt waren met de femtosecond laser stabieler dan incisies die gemaakt waren met een keratoom.23 De hypothese is dat de echte multiplanaire configuratie van de wond die gemaakt is met de laser, de weerstand tegen vervorming en lekkage verhoogt. Voor de behandeling van astigmatisme kunnen incisies in het hoornvlies van gedeeltelijke dikte, gemaakt met de femtosecond laser op het moment van cataractchirurgie, de nauwkeurigheid en reproduceerbaarheid van de correctie verbeteren.24
In een prospectieve studie van 200 ogen onderging 74,5% laser capsulotomie, lensfragmentatie en incisies in het hoornvlies met de femtosecond laser. Complicaties omvatten kleine voorste kapsel tags (10,5 %), voorste radiale scheuren (4 %), achterste kapsel ruptuur (3,5 %), en drop nucleus (2 %).25 De auteurs meldden een steile leercurve geassocieerd met het aanvankelijke gebruik van de femtosecond laser voor cataractchirurgie, gevolgd door een uiteindelijke toename in gemak en voorspelbaarheid zodra deze nieuwe techniek onder de knie was. Verdere grote studies moeten worden uitgevoerd om de veiligheid en de doeltreffendheid van deze nieuwe procedure te bevestigen.

Femtosecond Laser Beperkingen
Ondanks het succesvolle en wijdverspreide gebruik van de femtosecond laser in oogheelkundige chirurgie, moeten enkele beperkingen worden erkend. Voor vele oftalmologen en patiënten over de hele wereld, is de toegang tot deze dure lasers een uitdagende beperking. Het gebruik van de laser in procedures die ook een operatiekamer vereisen, zoals keratoplastie of cataractchirurgie, kan een verder logistiek probleem opleveren als het lasersysteem en de operatiekamer niet in elkaars nabijheid zijn. Met de toegenomen chirurgische efficiëntie en de verbeterde resultaten voor de patiënt, wordt verwacht dat deze technologie in de loop van de tijd toegankelijker kan worden.

Conclusie
De femtosecond laser is in staat om nauwkeurige incisies te maken en heeft een reeks van diverse toepassingen in de voorste segment chirurgie. Het wordt in eerste instantie en het meest gebruikt voor het maken van LASIK flaps, en de nauwkeurigheid, voorspelbaarheid en veiligheid van de femtosecond laser hebben de toepassing ervan in andere operaties, waaronder keratoplastie en cataractchirurgie, mogelijk gemaakt. Evaluaties van verbeterde patiëntresultaten en verhoogde efficiëntie van de chirurg zullen de waarde en de toekomstige belofte van de femtosecond laser in de oogheelkunde bevestigen.