SECCIÓN I. EL LÁSER DE FEMTOSEGUNDO EN LA CIRUGÍA DEL CRISTALINO Capítulo 2 El láser de Femtosegundo. Bases y aplicaciones en oftalmología Joaquín Fernández, Emeterio Orduña, Almudena Valera, Fco. Javier Martínez, Irene Bautista INTRODUCCIÓN Y REVISIÓN HISTÓRICA Desde su desarrollo inicial en los años 60, se utilizaron distintos láseres como novedosa fuente de radiación en muchos y variados ámbitos de la vida cotidiana. Su potencial y propiedades en numerosas aplicaciones, permitieron a los láseres una rápida conquista en el campo de las aplicaciones médicas comparado con las tradicionales fuentes de radiación. Una vez, dominado el principio del láser, fue posible generar radiación desde diferentes medios gaseosos y sólidos. Aumentaron las diferentes longitudes de onda de las radiaciones, así como la energía liberada por cada radiación, lo cual se consiguió variando la longitud del pulso generador de energía. Así se logró generar pulsos de nanosegundo (1ns = 10-9 s), después pulsos de picosegundo (1ps=10-12 s), hasta alcanzar la barrera de los pulsos de femtosegundo (1fs = 10-15 s). Estos intervalos de tiempo, a veces son difíciles de contextualizar, por lo que un sencillo ejemplo nos permitirá entender mejor la tecnología de la que estamos hablando y la complejidad de los equipos que permiten controlar y medir estos rangos de tiempo y energía: En el tiempo que dura un segundo, la luz es capaz de recorrer, aproximadamente, la distancia que separa la Tierra de la luna. En una fracción de 100 fs (10-13s) la luz apenas recorrería el ancho de un cabello humano (30 micras). El láser de femtosegundo actúa mediante la emisión de pulsos infrarrojos ultracortos separando el tejido a nivel molecular, demasiado rápido para causar efectos térmicos o impactos al tejido circundante. El láser corta el tejido esencialmente vaporizándolo. Al enfocar el haz de láser en un punto, se crea un plasma y después una burbuja de cavitación que, al expandirse, colapsa y separa el tejido, creando ablaciones inducidas por plasma, de tan sólo unas micras y cortes tridimensionales de alta precisión. Femtosecond technology and ophthalmic solutions Surgical fentosecond laser Switching processes in fast computers fs ps ns µs ms s Time, seconds Light pulse propagates 0.3 µm Vibrations of molecules Strobe photography Visual perception Movements of electrons Fig. 1. Fig. 2.
26 2. El láser de femtosegundo. Bases y aplicaciones en oftalmología Debido a que la longitud de onda de la radiación se encuentra en la franja de la luz infrarroja, el láser de femtosegundo puede cortar a través de un medio transparente como la córnea. El haz de luz láser de femtosegundo, actúa allí donde está enfocado; si no es así, no puede crear el plasma, por lo que puede pasar a través de los medios transparentes sin afectarlos. Como la longitud de onda infrarroja del láser no es absorbida por el tejido ópticamente transparente, el haz láser se puede enfocar exactamente a la profundidad de la cámara anterior que se desee (1). Los láseres de fotocoagulación (argón), fotoablación (excímer) y fotodisrupción (Nd:YAG) utilizan pulsos de 10-9 s, pero el láser de femtosegundo utiliza tiempos mucho más cortos, de 10-15 s, lo que permite que la energía aplicada sea mucho menor y, por tanto, los daños a las estructuras oculares sean también menores (1). La tecnología láser de femtosegundo incorpora en su realización un dispositivo OCT, el cual permite visualizar el segmento anterior del ojo, así como programar de una manera precisa la posición, forma y tamaño de las incisiones que se van a realizar, lo que incrementa significativamente la precisión y reproducibilidad de la cirugía. Este sistema permite la localización exacta de los patrones de corte en el tejido ocular consiguiendo una precisión difícil de obtener mediante cirugía convencional (4). APLICACIONES EN OFTALMOLOGÍA Disección de Flaps para Lasik con femtosegundo. Corrección refractiva intraestromal. Incisiones en túnel para el implante de anillos intraestromales. Queratoplastia perforante. Queratoplastia penetrante. Queratoplastia lamelar anterior. Queratoplastia lamelar posterior o injerto endotelial. Cirugía de Cataratas: Incisiones corneales (3). Capsulotomía anterior (4). Fragmentación del núcleo (5). corneal, paso que se venía realizando con un microqueratomo, proceso que, al ser manual, implicaba un porcentaje de complicaciones, que conllevaban, por ejemplo, una recuperación visual más lenta. Si el grosor del flap no resultaba el deseado, la precisión en el cálculo del lecho corneal se veía limitada, sobre todo en córneas con espesor corneal cerca del límite (6). Sin embargo, con el láser de femtosegundo, se puede crear un flap de espesor predeterminado, reproducible, más estable que el realizado con el microqueratomo, causando un menor daño al tejido y menor inflamación. Así, la AV postoperatoria que se consigue es mejor. Otra de las ventajas de la realización del flap con el láser de femtosegundo es que tiene una muy baja incidencia de complicaciones intraoperatorias (8). El proceso de creación del flap comienza con la aplicación de un haz de láser en un punto a una profundidad determinada en la córnea y en la posición previamente programada. Se forman las burbujas y, una vez que se han colapsado, la córnea se aclara. Los puentes de tejido corneal entre las burbujas colapsadas se puede separar con una espátula de disección. Se consigue de esta manera un espesor del flap uniforme y predecible, menos aberraciones de alto orden inducidas y una mejor agudeza visual. La córnea permanece más estable en cuanto a la biomecánica después de la técnica de LASIK con femtosegundo que con microqueratomo (10). Con la tecnología láser de femtosegundo, el cirujano puede controlar el diámetro y el espesor del flap, la longitud y la posición de la zona de unión, la geometría de la incisión, por lo que la cirugía refractiva puede alcanzar un alto grado de personalización, ampliando mucho más el rango de pacientes aptos para ella. Los flaps creados con láseres de femtosegundo, son, por tanto, más reproducibles, uniformes, con un DISECCIÓN DE FLAPS PARA LÁSIK CON FEMTOSEGUNDO Uno de los pasos críticos durante la cirugía LASIK (Laser In Situ Keratomileusis) es la realización del flap Fig. 3.
2. El láser de femtosegundo. Bases y aplicaciones en oftalmología 27 espesor y centrado más precisos, y la técnica de realización es más segura que con microqueratomo (1). CORRECCIÓN REFRACTIVA INTRAESTROMAL El láser de femtosegundo tiene también una aplicación como corrector de la presbicia en pacientes con hipermetropía baja. El método consiste en una técnica completamente intraestromal, que, sin hacer ninguna incisión en el epitelio o la membrana de Bowman, produce una foto disrupción del tejido, provocando un cambio mecánico en él. Se realizan incisiones cilíndricas en forma de anillo que resultan en un cambio central en la curvatura de la córnea y en la potencia refractiva. Las complicaciones tales como infecciones están virtualmente excluidas ya que la superficie corneal no se ve expuesta. INCISIONES EN TÚNEL PARA EL IMPLANTE DE ANILLOS INTRAESTROMALES Los anillos intraestromales se implantan en el estroma corneal para evitar el avance del queratocono y para producir una mejora de la calidad visual, reduciendo las aberraciones de alto orden (coma). Para implantar dichos anillos en el estroma corneal la paquimetría debe de ser superior a 400 µm en la zona de implante. Las incisiones corneales en túnel se realizaban con instrumental específico manual, lo que conlleva un riesgo elevado de perforación si el espesor de la córnea estaba por debajo del mínimo en algún punto. La fisonomía del instrumental quirúrgico no permitía la variación del diámetro de las incisiones y la profundidad de éstas podía variar si se sometía a la córnea a un estrés excesivo, consiguiendo que el implante se realizara a una profundidad mayor de la deseada. Fig. 5: Una hora postop. El láser de femtosegundo puede realizar las incisiones para los anillos en áreas donde no sería posible usar instrumentos mecánicos de corte. Se puede realizar incluso en pacientes con un espesor corneal por debajo de las 400 µm. El procedimiento con láser de femtosegundo, nos permite personalizar la arquitectura del tunel intraestromal, pudiendo variar la profundidad, anchura y diámetro total del túnel, en función del tipo de anillo y la posición de implante. Todo ello permite que los resultados sean, como mínimo, tan buenos como los obtenidos con la cirugía convencional. QUERATOPLASTIA PERFORANTE Los láseres de femtosegundo son los únicos instrumentos de corte que son capaces de hacer incisio- Fig. 4. Fig. 6.
28 2. El láser de femtosegundo. Bases y aplicaciones en oftalmología nes desde el endotelio hacia el epitelio bajo control visual completo. El amplio rango de posibilidades de variación en términos de ángulo de incisión, diámetro y geometría para el trasplante de córnea, así como las condiciones de seguridad y precisión, hacen del láser de femtosegundo una tecnología de primera elección en lugar de las técnicas mecánicas. El ajuste exacto de la forma de la incisión y la mejor adaptación posible del donante y el receptor de la córnea, normalmente resulta en una curación más rápida asociada con una rehabilitación visual mejor y más rápida. QUERATOPLASTIA PENETRANTE La técnica de láser de femtosegundo permite nuevos métodos de queratoplastia penetrante con perfiles específicos en el injerto y en la córnea receptora. Los perfiles más comunes son los de sombrero de copa y de seta. El perfil permite un cierre auto sellante de la incisión intraoperatoriamente, lo cual acelera el proceso de cicatrización consiguiendo una eliminación más temprana de la sutura. QUERATOPLASTIA LAMELAR ANTERIOR Y POSTERIOR Fig. 7. Fig. 8. Fig. 9. El uso del láser de fs en la queratoplastia lamelar anterior es una buena alternativa a la cirugía mecánica debido a las posibilidades de personalización y por la manipulación del tejido mucho más precisa. Para cada patología se puede diseñar a medida la profundidad, ángulo, geometría y diámetro de la incisión. En la queratoplastia lamelar posterior o injerto endotelial, en contraste con el trasplante endotelial mecánico, debido al ángulo de 90º de incisión que se puede realizar, cabría esperar un menor descentramiento en la fase de cicatrización postoperatoria. CIRUGÍA DE CATARATAS: INCISIONES CORNEALES Hasta la aparición del láser de femtosegundo, las incisiones corneales para la cirugía de cataratas, se han realizado con bisturí, lo que deja a la pericia del cirujano la consecución de una incisión de longitud y forma adecuadas. Con el láser de femtosegundo, se consiguen incisiones corneales en túnel, en la posición de la córnea que se desee, con la longitud requerida, y con una arquitectura predefinida, pudiendo elegir la forma cuadrada, que se ha demostrado (3) es más resistente a la deformación y a la fuga. Al incorporar un dispositivo OCT, la técnica láser de femtosegundo, permite visualizar todo el segmento anterior del globo ocular, pudiendo diseñar los cortes corneales, tanto las incisiones principales como las incisiones de puerto lateral. Las incisiones corneales más pequeñas tienen grandes ventajas durante la cirugía de cataratas: la cirugía es menos invasiva, se protege la biomecánica de la córnea, es más fácil que la córnea conserve su forma prolata y se produce menos inflamación. Al ser menor el tamaño de la incisión, cura más rápidamente y se produce menor trauma para el ojo y menores complicaciones intraoperatorias. Se produce menor entrada y salida de fluido, lo que induce menor riesgo de endoftalmitis, y que se pierda un menor número de células endoteliales.
2. El láser de femtosegundo. Bases y aplicaciones en oftalmología 29 Haciendo incisiones cada vez más pequeñas, se puede llegar a realizar la cirugía a través de incisiones de 1 mm, como es el caso de la cirugía de cataratas por micro incisión (MICS) biaxial, que realiza toda la cirugía, excepto el implante de la LIO, a través de dos incisiones por debajo de 1 mm, haciendo que la intervención sea mínimamente invasiva. Al ser las incisiones tan pequeñas, la cicatrización es más rápida y las ventajas a la hora del astigmatismo inducido quirúrgicamente son muchas, ya que con el láser de fs, las incisiones se pueden programar en el lugar de la córnea más conveniente en función del astigmatismo corneal previo del paciente, consiguiendo así una cirugía de cataratas lo más «refractiva» posible, minimizando también las aberraciones de alto orden, derivadas de la cirugía. Otra de las ventajas de hacer incisiones tan pequeñas, es realizar la MICS biaxial, que, al utilizar instrumentos de irrigación y facoemulsificación separados, consigue una dinámica de fluidos mucho más respetuosa con la córnea y el endotelio: hay menor turbulencia y, al usar las dos manos, se incrementa la eficiencia del facoemulsificador, por lo que se reduce el tiempo de ultrasonidos. Todas las ventajas de realizar incisiones por debajo de 1 mm, se pueden ver ensombrecidas por la reducida maniobrabilidad a la hora de realizar los procesos de capsulotomía y prechopped, sin embargo, gracias a la tecnología láser de femtosegundo, estos dos pasos, se realizan sin ningún estrés para las incisiones y, más aún, de una manera precisa y totalmente reproducible. o capsulorhexis, el cual se realiza accediendo a la cámara anterior por las incisiones corneales previamente realizadas y, mediante unas pinzas, traccionando de la cápsula anterior, separándola del resto de la cápsula, intentando conseguir que el tejido extirpado tenga una forma lo más circular posible y la apertura realizada quede lo más centrada posible. Este procedimiento, que se realiza a pulso, es sumamente complejo de realizar de una manera exacta y, sobre todo, reproducible. Esto tiene una serie de consecuencias, principalmente a la hora del resultado visual final con la lente intraocular (LIO), ya que éstas están diseñadas para una posición exacta con respecto a la cápsula y al eje visual, y si esa posición varía, el resultado refractivo puede variar en gran medida. Este efecto es aún más evidente para las LIOs denominadas «Premium»: tóricas, multifocales, acomodativas, etc. Por tanto, lo que interesa en este paso es conseguir la mayor precisión y exactitud posibles. Para conseguirlo, el láser de femtosegundo nos brinda la posibi- CIRUGÍA DE CATARATAS: CAPSULOTOMÍA ANTERIOR Uno de los pasos más complejos de la cirugía manual de cataratas, es el proceso de capsulotomía Fig. 10: Femtosecond Laser Platform Graphic User Interface. Fig. 11: Capsulorhexis con fs (Izda.) versus manual (Dcha.).
30 2. El láser de femtosegundo. Bases y aplicaciones en oftalmología lidad de realizar capsulotomías circulares, regulares, centradas en la posición deseada, y conseguir una apertura capsular de idénticas características, con un borde definido, rectilíneo, lo que aumenta su resistencia y la seguridad a la hora de realizar la fragmentación del núcleo y la inserción de la LIO (4), además el conseguir que el diámetro capsular pueda ser de menos de 0,5 mm de la óptica de la LIO, nos garantizará la menor migración de células epiteliales de la cápsula anterior hacia la posterior, siendo esperable una disminución de la tasa de opacificación de la cápsula posterior (PCO). Esta técnica realiza la capsulotomía sin ni siquiera entrar en el interior del ojo, simplemente, pasando a través de la córnea sin afectarla y enfocándose en el punto exacto donde el corte ha sido programado, sin añadir calor o daños a los tejidos por los que pasa. Gracias a que la tecnología láser de femtosegundo incorpora un dispositivo OCT que captura todo el segmento anterior, el cirujano puede visualizar todo el proceso, y programar el diámetro y posición de la capsulotomía, permitiéndole centrar el ojo, alcanzando unos altísimos niveles de precisión y reproducibilidad. CIRUGÍA DE CATARATAS: FRAGMENTACIÓN O LICUEFACCIÓN DEL NÚCLEO En el caso de la cirugía convencional, para cataratas más duras, se realiza un «prechopped» de la lente, utilizando instrumental para separar el núcleo, de manera que éste quede separado en fragmentos Fig. 13: Patrones de fragmentación circulares y cuadrados. lo más pequeños posible, para posteriormente pueda ser absorbido más fácilmente por el facoemulsificador. En cataratas de gran dureza, esta maniobra supone un gran estrés para el globo ocular, así como para las incisiones corneales, ya que hay que realizar una tracción importante sobre las estructuras oculares, aplicando fuerza sobre el núcleo y, como consecuencia, es necesario un mayor tiempo de ultrasonidos durante la facoemulsificación. En el caso de la cirugía de cataratas con láser de femtosegundo, es el láser quien hace el prechopped de la lente, antes incluso de entrar en el globo ocular, realizando en el cristalino el patrón de corte que más interese según el tipo de catarata de que se trate: si es una catarata blanda, se puede elegir un patrón de licuefacción, cortando en círculos concéntricos, y si es un núcleo más duro, se puede optar por un patrón en retícula, en porciones, en porciones con círculos concéntricos, etc, para que el cirujano sólo tenga que separar un poco los fragmentos y realizar una facoemulsificación muy sencilla (7). Así, la cirugía es más rápida, y más segura, al emplear menos tiempo de ultrasonidos y menor energía total. El sistema OCT permite programar el patrón de corte del cristalino, modificando los parámetros de localización, forma, número y distancia a la cápsula posterior y anterior, consiguiendo así, una fragmentación previa del núcleo, totalmente personalizada para cada paciente. Fig. 12: Centrado de capsulotomía realizada con láser de femtosegundo. Fig. 14: Facoemulsificación.
2. El láser de femtosegundo. Bases y aplicaciones en oftalmología 31 La realización de la capsulorhexis, así como la fragmentación del núcleo, se realizan de una manera automatizada, permitiendo de esta manera, reducir la energía total que se necesita para eliminar la catarata, lo cual repercute en la recuperación visual del paciente. Por todo ello, el láser de femtosegundo aplicado a la catarata, produce una incisión superior, una capsulotomía más circular y más consistente, con una reducción en la energía y el tiempo de facoemulsificación, comparada con la técnica manual convencional, consiguiendo mayor seguridad y precisión en los resultados. BIBLIOGRAFÍA 1. Lingmin He, Femtosecond laser-assisted cataract surgery. Current Opinion in Ophthalmology 2011, 22: 43-52. 2. H. Kaz Soong Perspective Femtosecond Lasers in Ophthalmology Am J Ophthalmol 2009; 147: 189-197. 3. Samuel Masket, Femtosecond laser-assisted cataract incisions: Architectural stability and reproducibility J Cataract Refract Surg 2010; 36: 6, 1048-1049. 4. Neil J. Friedman, Femtosecond laser capsulotomy J Cataract Refract Surg 2011; 37: 1189-1198. 5. Shveta Jindal Bali Early Experience with the femtosecond Laser for Cataract Surgery. Ophthalmology 2012; 119: 891-899. 6. Isabel Mayo, Láser de Femtosegundo: El futuro de la cirugía corneal Revista: Laboratorios Thea. 7. Zoltan Z. Nagy, Advanced Technology IOLs in Cataract Surgery: pearls for Successful Femtosecond Cataract Surgery International Ophthalmology Clinics Volume 52, Number 2, 103-114. 8. Gonzalo Muñoz, Long-term comparison of corneal aberration changes after laser in situ keratomileusis: Mechanical microkeratome versus femtosecond laser flap creation J Cataract Refract Surg 2010; 36: 1934-1944. 9. Mark Tomalla, Femtosecond Laser-Principles and Application in Ophthalmology. Uni-Med Science 2010. 10. Ella G. Faktorovich, «Femtodynamics. A Guide to Laser Settings and Procedure Techniques to Optimize Outcomes with Femtosecond Lasers» 2009 Slack Incorporated.