Analyser la photodisruption par laser femtoseconde sur des cristallins de porcs ex vivo et étudier les paramètres optimums de réglage laser pour l’interaction.

Nous utilisons une source laser femtoseconde expérimentale émettant à une longueur d’onde de 1030nm pour une durée d’impact de 400fs avec une ouverture numérique de 0,13. Un logiciel spécifique permet de régler les différents paramètres laser et de créer des patterns de traitements. Les cristallins sont placés dans un support surmonté d’une lame de verre et baignent dans du liquide physiologique (BSS^®) pour leur usinage par le laser. Les cristallins sont étudiés sous une loupe binoculaire associée à une camera numérique et un logiciel de métrologie. Une étude en microscopie électronique à transmission (MET) permet d’étudier l’interaction laser dans le cristallin. Les paramètres optimums sont définis en termes de seuil minimal d’interaction (seuil de claquage optique) et de distance minimale devant séparer les impacts afin d’avoir une découpe efficace. Plus de 150 cristallins de porc fraîchement énucléés sont utilisés.

Dans notre étude, le seuil d’interaction minimal visible est obtenu pour des puissances variant selon les cristallins entre 3 et 7,6μJ (moyenne 5,1μJ). Selon la profondeur des impacts, un surcroît de puissance pouvant aller jusqu’à 1μJ était nécessaire pour les impacts les plus profonds. Une découpe efficace nécessite des impacts se chevauchant ce qui réduit la puissance laser nécessaire pour l’interaction avec les cristallins : les paramètres optimums de découpes retenus sont une puissance de 4μJ, une séparation des impacts tous les 2μm dans le plan x,y et tous les 60μm selon l’axe z. Les bulles de coalescence créées par la formation de plasma disparaissent toujours en moins de 24heures. La MET montre l’absence d’effet thermique et le respect de l’architecture des fibres cristallines après laser femtoseconde.

La photodisruption du cristallin par le laser femtoseconde apparait comme une technique novatrice utilisable dans la découpe ultra précise du cristallin. Des études expérimentales in vivo sont nécessaires afin d’en définir les applications (chirurgie de la cataracte et de la presbytie) et les limites notamment dans la cinétique et le transfert des bulles de cavitations.

The aim of this study was to analyze the interactions during femtosecond (fs) laser photodisruption in ex vivo porcine crystalline lenses and to study the parameters for laser interaction optimization.

An experimental femtosecond laser was used. The laser characteristics were: 1030nm wavelength; pulse duration, 400fs; and numerical aperture, 0.13. Specific software was created to custom and monitor any type of photoablation pattern for treatment purposes. Porcine crystalline lenses were placed in an open sky holder filled with physiological liquid (BSS^®) covered by a glass plate. A numerical camera was associated with metrological software in order to magnify and quantify the results. Transmission electron microscopy (TEM) was performed on some samples to identify the microscopic plasma interactions with the lens. The optimization of parameters was investigated in terms of the optical breakdown threshold, the sizing of interactions, and the best pattern for alignments. More than 150 crystalline lenses of freshly enucleated pigs were treated.

The optical breakdown threshold (OBT) was defined as the minimal energy level per pulse necessary to observe a physical interaction. In our study, the OBT varied according to the following parameters: the crystalline lens itself, varying from 4.2 to 7.6μJ (mean, 5.1μJ), and the depth of laser focus, varying up to 1μJ, increasing in the depth of the tissue. Analyzing the distance between impacts, we observed that the closer the impacts were the less power was needed to create a clear well-drawn defect pattern (lines), i.e., with a 4-μJ optimized OBT, when the impacts were placed every 2μm for the x,y directions and 60μm for the z direction. Coalescent bubbles created by plasma formation always disappeared in less than 24h. The nonthermal effect of plasma and the innocuousness on surrounding tissues were proven by the TEM results.

The crystalline lens photodisruption by the femtosecond laser seems an innovative technique usable in the ultra precise crystalline lens cutting. Experimental studies in vivo are necessary in order to define of them the applications (surgery of the cataract and presbyopia) and limits in the cavitations bubbles kinetic and transfer.