Le Laser instrument chirurgical

Le Laser instrument chirurgical

L’acronyme LASER évoque un procédé d’amplification de la lumière par le phénomène d’émission stimulée décrit par Einstein en 1917.

Les caractéristiques bien particulières de ce type de rayonnement ainsi que ses interactions avec les tissus en ont fait un outil précieux en médecine et en chirurgie.

Il existe une grande diversité de lasers, avec des effets variés et donc des indications différentes. Aussi, leur utilisation requiert une connaissance pointue des principes physiques et optiques régissant leur fonctionnement, d’être conscient de leur dangerosité potentielle et de respecter les règles de sécurité nécessaires.

Les lasers chirurgicaux offrent de nouvelles perspectives dans de nombreuses spécialités : Chirurgie des tissus mous, ophtalmologie, chirurgies mini-invasives et endoscopiques, oncologie …

Rappels physiques et énergie laser

La lumière désigne les ondes électromagnétiques visibles par l’oeil humain, c’est-à-dire comprises dans des longueurs d’onde de 380 nm (violet) à 780 nm (rouge);

Newton présente un cercle des couleurs chromatiques basé sur la décomposition de la lumière blanche par un prisme.

Outre la lumière visible, on s’intéressera aux longueurs d’onde situées dans les domaines infrarouge (> 800 nm) et ultraviolet (< 400 nm).

      spectre laser instrument chirurgical

La lumière laser

Les sources lumineuses classiques comme une ampoule électrique ou un rayon de soleil sont composées de multiples longueurs d’onde, étendues sur les spectres de lumière visible et invisible. Les photons n’ont ni la même direction, ni la même phase, ni la même polarisation.

Caractéristiques de la lumière laser

a. Monochromaticité

Le laser n’émet que dans une seule longueur d’onde, ou raie d’émission. On parle de pureté spectrale. En fait, certains lasers peuvent émettre dans plusieurs couleurs séparées les unes des autres (lasers à colorant par exemple).

b. Quasi-parallélisme

Du fait de la conception technique des lasers, le faisceau est très peu divergent. Ceci permet de le focaliser de façon très précise pour apporter une grande énergie par unité de surface.

c. Cohérence

Elle est à la fois temporelle et spatiale, c’est-à-dire qu’elle est organisée et très directive. La cohérence temporelle est liée au milieu et à la cavité laser. Ceci correspond au fait que les photons ont même longueur d’onde, même direction, même amplitude et même phase.

d. Durée d’impulsion ultracourte

Par exemple pour un laser Nd : YAG ophtalmologique, la durée d’impulsion est de 5 nanosecondes, c’est-à-dire que pour une durée de vie de 5 ans d’un tel laser, il délivrera au total 2 s de lumière. Sa puissance moyenne est de 0,15 Watts mais sa puissance instantanée est de 3000 Watts !!! C’est parce qu’elle est pulsée que la lumière laser peut être si puissante.

La lumière laser est donc :

– monochromatique : une longueur d’onde

– cohérente : photons en phase, dans le temps et l’espace

– monodirectionnelle : faible angle de divergence des photons

– puissante : énergie cumulée énorme grâce à des photons synchronisés et une énergie pulsée.

schema laser instrument chirurgical

Les différents types de laser et leurs longueur d’onde

differents types laser instrument chirurgical

Modes de distribution du faisceau

Différents modes de distribution du faisceau laser sont proposés par les lasers actuels. Ces modes peuvent permettre d’obtenir un effet sur les tissus plus efficace avec une meilleure vaporisation tout en limitant les effets néfastes sur les tissus.

a. Mode continu

Quand un laser est utilisé en mode continu, l’énergie laser est délivrée sans

interruption. Le mode peut être haché, c’est un mode continu interrompu.

b. Mode pulsé et super pulsé

Le faisceau laser est alors émis en une série d’impulsions. Les pics des impulsions peuvent atteindre des puissances de 109 Watts. Les durées des impulsions peuvent être extrêmement courtes (picosecondes).

Le laser Nd : YAG peut-être pulsé avec des impulsions de l’ordre de la Nanoseconde ou de la Picoseconde, en ophtalmologie. C’est le mode « Q-Switched » ou mode pulsé déclenché.

L’effet obtenu est alors un effet d’onde de choc mécanique.

c, Le mode « Scan » ou « Scanner »

C’est un accessoire disponible sur certains lasers CO2. Un système de balayage qui permet, lors de traitement de moyennes ou grandes surfaces, de répartir de manière homogène l’énergie laser sur le tissu cible. L’usage le plus répandu est le traitement des angiomes ou le photo-ablation dans les applications esthétiques. Depuis peu, il a été introduit des scanners sur les lasers à diode, l’effet n’est plus ablatif. Des micro-perforations effectuées sur la surface stimulent le processus de régénération tissulaire ayant des actions sur la montée de collagène. Une utilisation qui trouve son application dans la médecine anti-âge.

L’absorption dans les tissus.

L’absorption est caractéristique d’un milieu. Elle se caractérise par μa, le coefficient d’absorption. Pour chaque milieu, le coefficient μa est fonction de la longueur d’onde,Plus le coefficient d’absorption est grand, plus vite le rayonnement sera absorbé et converti en chaleur par les tissus et donc moins la profondeur de pénétration sera grande,

Spectre d’absorption de l’eau et des principaux pigments

spectre absorption laser instrument chirurgicalspectre absorption 2 laser instrument chirurgical

Effets de la lumière laser sur les tissus

Comme vu précédemment les différents lasers produisent des faisceaux de longueur d’onde et de puissance différentes. La composition des tissus et la longueur d’onde du laser déterminent les effets tissulaires de l’exposition lumineuse.

La lumière laser touchant un tissu cible peut engendrer différents phénomènes optiques à l’interface laser/tissu : la lumière peut être réfléchie, absorbée, réfractée, transmise ou diffusée.

La lumière laser est transformée en d’autres formes d’énergie quand elle est absorbée par le tissu cible. Ces interactions lumière/tissu peuvent être de différents types.

Dans un ordre croissant de magnitude, ces effets peuvent être photochimiques, photo-thermiques ou photo-spasmolytiques, en fonction que la lumière absorbée est transformée en énergie chimique, thermique ou mécanique/acoustique,

Profondeur de pénétration de différents lasers dans un tissu pigmenté

spectre penetration  laser instrument chirurgical

Connaître et contrôler les effets de la lumière laser

Le contrôle de l’effet photo-thermique sur les tissus cibles et la limitation des blessures thermiques périphériques sont les enjeux clés d’une bonne évolution clinique suite à un traitement au laser.

– Lorsque la température est entre 37 et 60°, les tissus commencent à se rétracter et à changer de conformation. Il y a vasodilatation et atteinte endothéliale. L’hyperthermie contracte les tissus et les vaisseaux voire détruit les vaisseaux entraînant une hypoxie tissulaire et une mort cellulaire.

– Avec une température entre 60 et 90°, il y a dénaturation des protéines et coagulation des vaisseaux. Le collagène se contracte, il y a déshydratation cellulaire, les tissus sont endommagés de manière irréversible. La dénaturation du collagène et du protocollagène vers 75°C entraîne la formation d’une sorte de « colle » : la fibronectine, par contraction et fusion des fibres de collagène. C’est l’effet utilisé pour les techniques d’anastomoses digestives par laser.

– Entre 90 et 100°, la carbonisation des tissus commence.

– Au-delà de 100°, les tissus sont vaporisés. Ce phénomène est dû à une ébullition quasi instantanée de l’eau intracellulaire, les tissus sont convertis en vapeur gazeuse et en fumée. Les autres composants des tissus sont carbonisés. Ces tissus carbonisés ne peuvent plus être vaporisés car ils ne contiennent plus d’eau. Par contre ils ont la faculté d’absorber la lumière laser à n’importe quelle longueur d’onde.

Continuer à exercer la lumière laser sur ces résidus a comme unique effet une accumulation de chaleur dans les tissus périphériques contribuant aux lésions thermiques. Ces résidus carbonisés doivent donc être enlevés du site opératoire à l’aide d’une compresse humide avant de poursuivre le traitement laser. Ces résidus, si on ne les retire pas, agissent par la suite comme des corps étrangers. Ils maintiennent une inflammation et peuvent servir de support à une prolifération bactérienne. L’association des dommages thermiques collatéraux et des résidus carbonisés peut entraîner des retards de cicatrisation voire des nécroses tissulaires.

L’incision des tissus est obtenue par volatilisation sur une bande étroite.

Idéalement, le clinicien doit pouvoir s’arrêter quand il le souhaite à un de ces stades pour obtenir exactement l’effet tissulaire recherché.

En résumé, 2 effets principaux

  • Effet photo-pyrolytique => coagulation tissulaire

C’est un effet dérivé de l’effet thermique. Cette interaction entre tissu et lumière entraîne la coagulation des tissus. Cet effet est obtenu lorsque la température du tissu cible atteint des valeurs comprises entre 60 et 100°C. Cette coagulation au laser est classiquement celle observée en mode contact avec les lasers diode ou Nd : YAG. La lumière laser est convertie en chaleur au niveau de la fibre et appliquée directement par contact sur les tissus à coaguler (à l’image d’un bistouri électrique). Cet effet peut aussi être atteint avec un laser à CO2 en éloignant les tissus du point de convergence des rayons focalisés.

  • Effet photo-vaporolytique=> vaporisation tissulaire

C’est un autre dérivé de l’effet thermique.

Le but est ici d’atteindre rapidement une température supérieure à 100° de manière à vaporiser le tissu cible rapidement et ainsi limiter au maximum la diffusion de la chaleur dans les tissus environnants (moins de 0.1% de l’énergie absorbée). L’eau est ici vaporisée instantanément.

Les lasers les plus utilisés pour obtenir un tel effet sont les lasers à CO2 et les lasers Er : YAG car leurs longueurs d’onde sont massivement absorbées par l’eau intracellulaire.

Les lasers diode en mode contact peuvent aussi obtenir cet effet sur des tissus pigmentés mais seulement pour des puissances de tir élevées.

Effet de la température sur les constituants tissulaires

temperature laser instrument chirurgical

Les lasers en chirurgie ORL

Les lasers utilisés sont les lasers CO2 (10600 nm), les lasers Nd :YAG et Nd :YAG doublés ainsi que les lasers diode (940-980 nm).

Les indications sont :

– Microchirurgie laryngée : La dissection grâce au laser est exsangue et précise. Sont traités polypes, nodules, papillomes, angiomes, leucoplasies des cordes vocales, aryténoïdectomies, cordectomies, granulomes, kystes laryngés…

Pour les tumeurs malignes, le laser apporte une alternative à la chirurgie conventionnelle et à la radiothérapie. Il évite l’œdème que l’on a lors de radiothérapie et est moins invasif que la microchirurgie conventionnelle. Lors de sténose laryngée, la plastie des aryténoïdes est réalisée au laser,

– Gestion chirurgicale de la pathologie amygdalienne : ouverture des cryptes sous anesthésie locale. Très bonne indication du laser,

– Ronchopathie : découpe de la luette et du voile du palais,

– Otochirurgie : dissection fine de structures nerveuses (nerf facial, nerf vestibulocochléaire, dissection des osselets lors d’otospongiose, labyrinthectomie…), traitement de tumeurs difficiles (neurinomes de l’acoustique, tumeur de l’angle pontocérébelleux…), traitement d’otites externes, micro-perforations tympaniques …,

– Pathologie naso-sinusienne : sinusite chronique, imperforation choanale,

turbinectomie, septoplastie, gestion de certains épistaxis par télangiectasie, granulome, polypose nasale…La chirurgie des cornets nasaux lors de sinusite chronique pour rétablir la filière nasale est à ce jour la plus grosse indication des lasers en chirurgie ORL.

– Traitement des aphtes, des lésions herpétiques,

– Frénectomie et frénotomie,

– Lichen-plan de la face interne des joues,

– Traitement de la maladie parodontale,

– Traitement des racines en endodontie,

– Odontologie : surfaçage radiculaire, gingivectomie, gingivoplastie, implantologie, désenfouissement de canines incluses, traitement des pigmentations gingivales, remodelage muqueux pré-prothétique…

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