Femtosecond pulse induced cavitation and bubble generation in porcine and synthetic vitreous humor: The impact of focusing

Au plus profond de l'œil, derrière le cristallin et devant la rétine, se trouve une substance claire et gélatineuse appelée humeur vitrée. Elle remplit l'espace du globe oculaire, maintenant sa forme et permettant à la lumière de passer vers l'arrière de l'œil où la vision commence. Parfois, ce gel transparent devient trouble avec de minuscules filaments ou amas qui projettent des ombres sur la rétine, apparaissant comme des corps flottants agaçants qui dérivent à travers le champ de vision d'une personne. Bien que ces corps flottants soient souvent inoffensifs, ceux situés très près de la délicate rétine peuvent gravement altérer la vue. Les traiter est difficile car les outils utilisés pour les briser risquent souvent d'endommager les tissus sains environnants. Pendant des décennies, les chirurgiens se sont appuyés sur des lasers qui émettent des impulsions d'un milliardième de seconde, mais ces impulsions sont si longues qu'elles génèrent de la chaleur et des ondes de choc qui peuvent se propager, forçant les médecins à rester loin de la rétine pour éviter de causer des cataractes ou d'autres blessures. Une approche plus récente utilise des impulsions de lumière ultra-courtes qui ne durent que quelques centaines de quadrillionièmes de seconde. Parce que ces impulsions sont si brèves, elles déposent l'énergie si rapidement que le tissu n'a pas le temps de chauffer ou de bouger ; au lieu de cela, l'énergie lumineuse transforme instantanément l'eau du tissu en une minuscule bulle de gaz en expansion, qui s'effondre ensuite. Ce processus, connu sous le nom de cavitation, peut briser les corps flottants avec une extrême précision, mais seulement si le laser peut être focalisé profondément à l'intérieur de l'œil sans perdre sa puissance ou créer des effets secondaires indésirables.

Des chercheurs de Polytechnique Montréal se sont donné pour mission de comprendre exactement comment ces impulsions laser ultra-courtes se comportent lorsqu'elles voyagent à travers l'humeur vitrée, en examinant spécifiquement comment le foyer du laser change à mesure qu'il s'enfonce dans l'œil. Pour ce faire, ils avaient besoin d'un matériau qui agisse comme le véritable organe mais qui soit plus facile à manipuler. Ils ont créé une version synthétique du gel de l'œil en utilisant un mélange d'eau, d'un agent épaississant courant trouvé dans la nourriture, et d'une substance naturellement présente dans les articulations humaines. Ils ont également testé de la véritable humeur vitrée prélevée sur des yeux de porc, qui ressemble étroitement à la version humaine. En tirant des impulsions uniques de lumière laser sur ces matériaux, ils pouvaient observer ce qui se passait lorsque la lumière frappait la cible. Ils ont découvert qu'il était possible de créer ces minuscules bulles avec une seule impulsion de lumière transportant très peu d'énergie, bien moins que ce que les anciens systèmes laser nécessitaient. Cette faible énergie est cruciale car elle signifie que le laser est moins susceptible d'endommager les tissus environnants lors de son passage à travers l'œil.

L'équipe a découvert que la profondeur à laquelle ils tentaient de créer la bulle importait considérablement. Lorsqu'ils focalisaient le laser plus profondément dans le matériau, la bulle ne durait pas aussi longtemps et il devenait plus difficile d'en créer une. Cela se produisait parce que le faisceau laser, qui commence comme un point serré et concentré, a tendance à s'étirer et à devenir flou à mesure qu'il voyage à travers les couches courbes de l'œil. Les chercheurs ont testé deux lentilles différentes pour focaliser la lumière : une qui créait un foyer très serré et net, et une autre qui créait un foyer plus large et plus doux. Ils ont constaté que la lentille avec le foyer le plus serré, qui est habituellement préférée pour la précision, souffrait beaucoup plus de cet effet d'étirement à mesure que la profondeur augmentait. Les bulles créées avec ce foyer serré disparaissaient beaucoup plus vite à mesure que le laser s'enfonçait, indiquant que l'énergie se dispersait et devenait trop faible pour maintenir la bulle. En revanche, la lentille avec le foyer plus large maintenait sa capacité à créer des bulles de manière plus constante à des profondeurs plus grandes, même si les bulles étaient légèrement plus grosses.

L'étude a également comparé le comportement du gel synthétique par rapport au tissu réel de l'œil de porc. Bien que les bulles dans le tissu réel duraient un peu plus longtemps, probablement parce que la structure naturelle du gel de l'œil retient l'eau plus étroitement, la façon dont les bulles se comportaient à mesure que le laser s'enfonçait était remarquablement similaire dans les deux matériaux. Cela suggère que le mélange synthétique est un substitut fiable pour tester de nouvelles techniques laser avant qu'elles ne soient essayées sur des patients. Les chercheurs ont également examiné si le fait de tirer une série rapide d'impulsions au lieu d'un coup unique aiderait. Ils ont découvert que, bien qu'une série rapide puisse créer des bulles, elle nécessitait plus d'énergie totale et rendait les résultats moins prévisibles, les bulles durant beaucoup plus longtemps et variant davantage en taille. Cette variabilité pourrait être dangereuse dans un cadre chirurgical, où la cohérence est la clé.

En fin de compte, ce travail met en évidence un défi fondamental lié à l'utilisation de ces lasers avancés pour la chirurgie oculaire profonde : plus le chirurgien doit aller profondément, plus la forme du faisceau laser change, ce qui rend plus difficile la délivrance de la salve d'énergie précise nécessaire pour éliminer un corps flottant sans endommager la rétine. Les conclusions suggèrent que, bien que la technologie soit très prometteuse pour traiter les corps flottants qui sont actuellement trop risqués à toucher, le choix de la lentille et la compréhension de la façon dont la lumière se courbe à travers l'œil sont critiques. En démontant que des impulsions à plus faible énergie peuvent fonctionner efficacement et que des modèles synthétiques peuvent imiter avec précision le véritable œil, l'étude offre une voie plus claire pour le développement de traitements plus sûrs et plus précis qui pourraient un jour restaurer la vision de ceux qui souffrent de corps flottants proches de la rétine.