Introduction
In questo lavoro presentiamo un approccio originale alla cheratoplastica endoteliale, basato sull'uso di un laser a femtosecondi per preparare tessuto donatore e un quasi diodo laser infrarosso per saldare sul letto destinatario. Misurazione intraoperatoria della cornea del donatore è necessario progettare correttamente le dimensioni del tessuto donatore. Cheratoplastica endoteliale è stato proposto negli ultimi anni per sostituire cheratoplastica perforante nel trattamento endoteliale 1,2 malattia. Il vantaggio principale di questa tecnica è un veloce recupero visivo, rispetto al cheratoplastica perforante, anestesia ridotta durante l'intervento chirurgico, un ridotto rischio di rigetto del trapianto e la preservazione dell'integrità dell'occhio. Il fattore di rischio principale è postoperatorio lenticule donatore lussazione. La tecnica standard viene eseguita inserendo l'endotelio donatore nella sua posizione finale in cui viene mantenuta mediante iniezione di una bolla d'aria: suture vengono utilizzati a causa del Chara meccanica, biofisica e dimensionalicteristics dell'endotelio. Inoltre, il recupero acuità visiva può essere limitato soprattutto a causa di una mancata corrispondenza tra tessuti donatore e ricevente a causa di un tessuto spesso trapiantato.
Qui vi presentiamo una procedura nello svolgimento cheratoplastica endoteliale in grado di superare questi problemi principali. L'endotelio donatore può essere assicurata nella sua posizione finale mediante l'uso della tecnica di saldatura laser. Questo è un processo fototermico controllata e localizzata: può essere indotta all'interfaccia donatore / ricevente. E 'stata studiata negli ultimi dieci anni e proposto in cheratoplastica perforante e nel trapianto di endotelio 3-5. Il vicino luce infrarossa (lunghezza d'onda: 810 nm) emessa da un laser a bassa potenza diodo è consegnato verso il tessuto biologico al sito della ferita. La cornea è naturalmente trasparente a questa lunghezza d'onda: per rendere questo tessuto di assorbire la luce laser, è necessario macchiare con un cromoforo. Il colorante è proposto un saturate sterilesoluzione acquosa d di indocianina verde (ICG). Abbiamo dimostrato che quando il tessuto corneale è correttamente macchiata di questa preparazione ICG, mostra un picco di assorbimento a 810 nm 6. Inoltre, ICG è ampiamente usato in diagnostica clinica e la sua sicurezza è stata già dimostrata in soggetti umani. La cornea colorato assorbe l'energia luminosa laser a diodi e l'effetto risultante principale è un aumento di temperatura controllata al sito di saldatura. Nessun effetti termici sono indotte nei tessuti non marcate. Il miglioramento della temperatura induce denaturazione termica reversibile nel collagene stromale, con una closuring immediata delle pareti della ferita sul raffreddamento. Questo effetto di saldatura laser è stato in primo luogo dimostrato nella chirurgia della cataratta 7,8 e cheratoplastica penetrante 9,10. Un approccio ottimizzato che presentiamo in questo articolo è stato studiato per l'applicazione in cheratoplastica endoteliale.
Nella chirurgia proposto, spot laser singoli (decine durata di msec) are consegnato al tessuto, con conseguente effetto fototermico localizzata nella dimensione spot (alcune centinaia di micron di diametro): l'effetto indotto è una saldatura laser disco, costituito da una fotocoagulazione del collagene confinato all'interfaccia donatore / host. Il risultato della denaturazione collagene nel sito saldato è una forte adesione tra i tessuti donatore e ospite, fornendo così un effetto di sutura che è impossibile ottenere con tecniche standard (punti). Il tessuto riacquista il suo aspetto naturale in un breve follow-up (1 mese) e l'adesione tra i tessuti del donatore / ospite è migliorata dalla saldatura previsto nella fase iniziale della fase di guarigione.
Per evitare l'altro rischio principale della cheratoplastica endoteliale, cioè il trapianto di un tessuto donatore spessa, intrachirurgica coerenza ottica tomografia (OCT) è utilizzato: un dispositivo commerciale misura lo spessore della cornea del donatore, in modo che un profilo corretto del taglio può essere progettato con illaser femtosec. La proposta di "tutto laser" trapianto endoteliale sembra quindi migliorare i risultati clinici di questo tipo di chirurgia mini-invasiva.
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Protocol
Lo studio è stato condotto con l'prospetticamente approvazione del comitato etico dell'ospedale; il consenso informato è stato ottenuto. Lo studio è stato in adesione ai principi della Dichiarazione di Helsinki.
1. donatori Endotelio Preparazione
- Utilizzare una cornea del donatore, come predisposto dalla banca degli occhi locale a temperatura ambiente.
- In sala operatoria, estrarre la cornea del donatore dal suo contenitore consegna e messo a parte la soluzione per la conservazione dei tessuti e la nutrizione che viene utilizzato per il trasporto della cornea.
- Posizionare il donatore corneo-sclerale bordo su una camera anteriore artificiale, in cui un liquido può fluire e creare una pressione variabile; coprire la cornea con la testa di fissaggio del tessuto.
- Collegare camera anteriore artificiale (AAC) attraverso un connettore a 3 vie per una siringa riempita con la conservazione cornea e nutrizione liquido.
- Utilizzare l'anello di compressione per tenere il fermo saldamente in posizione.
- Utilizzare il syringe collegato alla AAC di mantenere la pressione intracameral: riempire la camera anteriore con la soluzione di conservazione del tessuto fino a raggiungere la pressione ottimale (vedi 1.7). Chiudere il connettore.
- Testare la pressione all'interno della camera anteriore con un dito. Modificare la pressione all'interno fino a raggiungere la pressione interna destra (nell'intervallo 60-70 mmHg). Chiudere il connettore a 3 vie.
- Misurare lo spessore della cornea del donatore con Optical Coherence Thomography (OCT). Mantenere la camera anteriore con quella cornea in posizione fissa davanti ottiche dello strumento e poi prendere una acquisizione completa spessore-OCT.
2. laser a femtosecondi Preparazione di donatori Endotelio
- Eseguire applanazione della cornea del donatore con il dispositivo laser a femtosecondi. Utilizzare il laser femtosec per tagliare il tessuto del donatore con tre successivi tagli: taglio laterale posteriore, pieno lamellare e anteriore taglio laterale. Impostare i seguenti parametri per le tre tagli.
- Per il taglio completo lamellare (modello raster, iniziare), impostare la profondità di taglio corrispondente al punto più sottile della cornea del donatore (misurata con il OCT come descritto in 1.8), sempre sottraendo 95 micron. Impostare l'energia dell'impulso nell'intervallo 0,8-0,9 μJ (a seconda della profondità di lavoro). Impostare il diametro a 8,7 mm. Impostare la separazione posto tangenziale al 2 micron. Impostare la separazione posto radiale a 2 micron.
- Per il taglio laterale anteriore, impostare la profondità posteriore 30 micron più profonda della precedente completo taglio lamellare. Impostare l'energia dell'impulso a 2.10 μJ; il diametro a 8,6 mm, la separazione posto a 3 micron, mentre la separazione strato a 3 micron.
- Per il taglio laterale posteriore, individuare la profondità anteriore del lato posteriore tagliato 30 micron anteriormente a pieno taglio lamellare. Impostare la profondità posteriore al 900 micron. Impostare l'energia dell'impulso a 2.10 μJ; il diametro a 8,3 mm, la separazione posto a 2 micron; la separazione dello strato di 2 micron.
3. Destinatario Preparazione Eye
- Preparare il paziente per un intervento chirurgico. Effettuare uno 4,00 millimetri incisione corneale alle ore 12 con un 4,0 millimetri precalibrati lama. Eseguire una paracentesi limbari con una lama pretarata 1,2 mm, posta a 02:00. Fare un altro paracentesi limbari a ore 6 con un coltello pugnalata di 30 °.
- Inserire un mantenitore camera anteriore nella camera anteriore del paziente, attraverso le 2 paracentesi o'clock.
- Effettuare una diametro 8,2 millimetri descemetorexis circolare con il gancio dedicato.
- Striscia la membrana Descemet ed endotelio dallo stroma posteriore e rimuovere i tessuti con un gancio Descemet.
4. Chromophore Preparazione
- Mettere 1 mg di indocianina Polvere verde in una provetta da 1,5 ml microcentrifuga.
- Aggiungi 9 mg di acqua sterile (la soluzione di acqua ICG è del 10% w / w).
- Mescolare manualmente la polvere ICG e l'acqua con un agitatore di metallo.
5. La colorazione di donatori Endotelio
- Mettere l'endotelio donatore sulla parte più larga di una Busin iniettore, con il lato interno a contatto con la superficie dell'iniettore.
- Macchiare il lato interno di endotelio donatore con la soluzione cromoforo, nella sua parte periferica, utilizzando una spatola. Il tessuto tinto corretto ha un colore verdastro omogenea. Attendere 3 minuti prima di iniziare la fase 5.3.
- Tirare l'endotelio dei donatori sulla parte anteriore del Busin iniettore, laminati.
6. Inserimento della Endotelio Donor
- Afferrare e inserire l'endotelio donatore piegato utilizzando un atraumatica pinza coassiali per endoteliale lenticule.
- Rimuovere il manutentore camera anteriore.
- Suturare l'incisione corneale e la paracentesi (eseguita al passo 3.1) con un unico stich Nylon 10.0.
- Iniettare una bolla d'aria per aprire il tessuto donatore e premerlo contro la cornea ricevente. La bolla d'aria deve completely riempire lo spazio camera anteriore.
7. saldatura laser
- Posizionare il lenticule donatore nel centro della cornea ricevente, dall'interno di un gancio o movimentazione dell'aria bolla dall'esterno della cornea con una spatola.
- Utilizzare un diodo laser che emette a 810 nm, dotato di un diametro di 300 micron nucleo della fibra ottica sterile, con 0,22 come apertura numerica (NA).
- Tenere la punta della fibra di fuori del bulbo oculare, e fornire la luce laser verso l'endotelio macchiato, attraverso il tessuto corneale trasparente. La punta della fibra è in configurazione senza contatto.
- Utilizzare le seguenti impostazioni per il laser: modalità di emissione di singolo punto, 70-80 durata dell'impulso msec, 35-40 mJ per impulso. He-Ne puntamento del fascio su.
- Invia spot laser singoli alla periferia macchiato dell'endotelio donatore. Fornire i punti in sequenza: l'aspetto finale è un anello di punti in periferia del lenticule donatore. La distanza tra due AdjaCentro spot cent è il doppio di un diametro dello spot.
- Applicare una lente a contatto sull'occhio del paziente, insieme a 0,3% e 0,1% tobramicina desametasone sospensione oftalmica.
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Representative Results
Il "tutto laser" intervento chirurgico viene proposto di effettuare il trapianto di cornea mini-invasiva. La procedura è facile da eseguire (vedi Figura 1): rispetto ad un trapianto endoteliale normale solo le fasi di misurare lo spessore corneale, la colorazione del tessuto donatore e fornire la luce laser vengono aggiunti. I vantaggi ottenuti compensano ampiamente un aumentato tempo chirurgico di pochi minuti. L'uso di intraoperatoria Office per misurare lo spessore cornea del donatore e il laser a femtosecondi utilizzato per personalizzare le dimensioni lenticule donatore consente di migliorare l'adesione interfaccia donatore / host (vedere Figura 2). In tal modo, l'intervento è stato progettato secondo le esigenze e le caratteristiche morfologiche del singolo paziente. La procedura di saldatura laser fornisce una chiusura immediata delle interfacce donatore / ospitanti 4. In una tecnica standard, non è possibile suturare il tessuto donatore in alcun modo, perché of sue caratteristiche biomeccaniche e posizione. Il rischio postoperatorio comune è la lussazione lenticule donatore. Nella nostra esperienza, endotelio donatore dislocazione non si è verificato in nessuno dei 15 pazienti trattati. Per raggiungere questo obiettivo, è importante fornire un anello completo di punti, che copre il diametro esterno dell'interfaccia donatore / ricevente. All'inizio delle prove cliniche, abbiamo effettuato una traiettoria semicircolare saldatura in pazienti selezionati. In uno di questi pazienti affetti da distrofia di Fuch con deficit corneale, è stata osservata una dislocazione parziale del lenticule (vedere Figura 3): interfaccia adesione era evidente solo nel sito saldato. Per questo motivo, abbiamo sperimentato la procedura fornendo un anello completo di punti, con risultati ottimizzati.
Figura 1: trapianto endoteliale. (A) L'endotelio donatore viene messa sul campo di iniettori e la sua superficie interna è macchiata di una soluzione acquosa di indocianina verde. (B) L'endotelio è inserito all'interno dell'occhio del paziente e posizionato nella sua posizione finale e corretta. (C e D) di saldatura laser è fornita dall'esterno, fornendo singoli punti con una fibra ottica 300 micron di diametro nucleo, montata su un manipolo.
Figura 2: risultati postoperatori immagine lampada (A) fessura di un occhio trapiantato, 1 settimana dopo l'intervento.. Nessun residuo ICG è presente, danni fototermica all'interfaccia donatore / host non è evidente. (B) ottobre immagine di un endotelio trapiantato con la proposta di tecnica "tutto laser" e senza eseguire donatore misurazione dello spessore corneale (1settimana dopo l'intervento). L'endotelio trapiantato è spessa, con scarsa adesione alla periferia. (C) ottobre immagine di un endotelio trapiantato con la tecnica proposta "tutto laser" e ottobre misurazione dello spessore corneale del donatore (1 settimana dopo l'intervento chirurgico). Il lenticule spessore è regolare e l'aderenza è buona.
Figura 3: Laser efficienza saldatura ottobre immagine di un endotelio parzialmente saldato in un paziente con la distrofia di Fuch, 1 giorno dopo l'intervento.. In questo paziente, solo una parte dell'endotelio stato saldato stroma del destinatario: donatore lenticule dislocazione è stato osservato il primo giorno dopo l'intervento; Questa immagine mostra la prova che l'effetto collante era presente solo nei siti di saldatura (freccia bianca).
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Discussion
Il "tutto laser" trapianto endoteliale è un approccio originale per il trapianto di cornea mini-invasiva.
Tutte le procedure descritte nel protocollo sono state eseguite in sala operatoria, osservando la procedura igienica e sterilizzazione che sono pratiche comuni durante interventi chirurgici, come l'uso di sterilizzato guanti, camice, maschera e cappello. La soluzione è stata preparata ICG in sala operatoria, appena prima della sua applicazione nella colorazione endotelio donatore. La polvere ICG, l'acqua e tutti gli strumenti utilizzati per preparare la soluzione colorante erano sterili e disponibili in commercio per la somministrazione in soggetti umani. La fibra ottica laser è stato sterilizzato ed è stato montato su un particolare manipolo, in modo che potesse essere utilizzato sotto il microscopio operatorio.
Nell'approccio proposto, l'uso di un PTOM intraoperatoria fornisce una corretta misurazione dello spessore del tessuto donatore. Queste informazioni vengono utilizzate per design un profilo tagliato personalizzato, con spessore lenticule donatore desiderato e ridotta, mediante l'uso di un laser a femtosecondi per tagliare il tessuto donatore. Procedimento di saldatura laser è fornita, stabilizzando così la posizione lenticule donatore nel letto ricevente. Questa tecnica consente di ridurre il tessuto del donatore rischio lussazione: al meglio delle nostre conoscenze, è l'unico modo per suturare l'endotelio donatore al letto ricevente.
Un aspetto critico di questa procedura è che la soluzione ICG deve essere preparata in sala operatoria, poco prima dell'uso. Ciò è dovuto alle proprietà ottiche del ICG che degrada rapidamente. Un miglioramento potrebbe essere la realizzazione di un kit pronti all'uso. Un altro aspetto importante è che la procedura di colorazione introduce una difficoltà nella procedura di trapianto endoteliale, perché il chirurgo deve macchiare il lato interno del lenticule donatore. Inoltre, il procedimento di saldatura laser non può essere eseguita in tessuto donatore che è più sottile di 50 micron. Tuttavia, i risultati postoperatori sono incoraggianti la diffusione della procedura e un ulteriore sfruttamento in altri settori chirurgici. In quanto fornisce un metodo per suturare tessuti sottili che si trovano in siti inaccessibili, una possibile applicazione della stessa procedura è in anastomosi microvascolare o in closuring della borsa capsula del cristallino. Per raggiungere questi obiettivi, il passo successivo alle attività di ricerca sarà la standardizzazione della procedura, la progettazione di una piattaforma di integrazione di un sistema di visione e di un sistema di erogazione automatico per la luce laser per saldare il tessuto che può essere adattato a diverse scene chirurgiche e di destinazione tissue.
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Acknowledgments
Gli autori desiderano ringraziare FORTE Progetto, finanziato dalla Regione Toscana (POR CReO FESR 2007-2013, Bando Unico R & S 2012), il 7 ° PQ ECHORD UE ++ Experiment LA-ROSES che parzialmente supportate le attività di ricerca, e il 7 ° PQ BiophotonicPlus Progetto "LITE" concesso dalla Regione Toscana.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Indocyanine Green | Pulsion Medical Systems, Germany | ICG-PULSION (http://www.pulsion.com/international-english/perfusion/icg-pulsion/) | Alternative product: IC-GREEN, Akorn Inc., Lake Forest, Illinois- US (http://www.icginjection.com/) |
| Femtosecond Laser | Abbott Medical Optics, Abbott Laboratories Inc. Abbott Park, Illinois, USA | iFS150 (http://www.abbottmedicaloptics.com/products/refractive/ilasik/ifs-advanced-femtosecond-laser) | |
| Optical Coherence Tomography (OCT) | Carl-Zeiss Meditec, Dublin, California- US (http://www.zeiss.com/meditec/en_de/home.html) | Visante | |
| Diode Laser | E.l.En. Group s.pa., Calenzano-FI, Italy (http://www.elengroup.com/en/divisions/medical) | Mod. WELD 800 | |
| Artificial Anterior Chamber | CORONET, corneal graft products. Network Medical Products Ltd. Coronet House, Kearsley Road, Ripon, North Yorkshire, HG4 2SG, UK | Artificial Anterior Chamber (A.A.C.) with large and small tissue-retaining heads. Code 51-935 (http://www.networkmedical.co.uk/ophthalmic_artificial_ anterior_chamber.html) |
|
| Solution for tissue preservation and nutrition | AL.CHI.MI.A. Srl, Viale Austria 14, 35020 - Ponte S. Nicolò - PD ITALY |
Carry-C media for corneal deturgescence and transport at room temperature - 12 x 50 ml (http://www.alchimiasrl.com/en/organ-culture-at-31°-c-eb/carry-c-eb) |
References
- Tan, D. T., Dart, J. K., Holland, E. J., Kinoshita, S.
- El Husseiny, M. A., Manero, F., Gris, O., Elies, D. Historical Review and Update of Surgical Treatment for Corneal Endothelial Diseases. Ophthalmol Ther. , (2014).
- Rossi, F., et al. Laser tissue welding in ophthalmic surgery. J Biophotonics. 1 (4), 331-342 (2008).
- Pini, R., et al. Combining femtosecond laser ablation and diode laser welding in lamellar and endothelial corneal transplants. Proc. SPIE Ophthalmic Technologies XVIII. 6 (844), 684411-1-684411-7 (2008).
- Rossi, F., et al. All-laser' endothelial corneal transplant in human patients. Proc. SPIE Ophthalmic Technologies XXII. 8209, 82091O-1-82091O-3 (2012).
- Rossi, F., Pini, R., Menabuoni, L. Experimental and model analysis on the temperature dynamics during diode laser welding of the cornea. J Biomed Opt. 12 (1), 014031-1-014031-7 (2007).
- Menabuoni, L., et al. Laser-assisted corneal welding in cataract surgery: retrospective study. J Cataract Refract Surg. 33 (9), 1608-1612 (2007).
- Buzzonetti, L., et al. Laser Welding in Penetrating Keratoplasty and Cataract Surgery in Pediatric Patients. Early Results. J Cataract Refract Surg. 39 (12), 1829-1834 (2013).
- Menabuoni, L., et al. The 'anvil' profile in femtosecond laser-assistedpenetrating keratoplasty. Acta Ophthalmol. 91 (6), e494-e495 (2013).
- Canovetti, A., et al. Laser-assisted penetrating keratoplasty: one year’s results in patients, using a laser-welded “anvil”-profiled graft. Am J Ophthalmol. 158 (4), 664-670 (2014).
