Giới thiệu công nghệ Femtosecond Laser

Lịch sử và quá trình phát triển của femtosecond laser. 

Năm 1990 Trường đại học Y khoa Michigan Kellogg thành lập trung tâm nghiên cứu khoa học quang học siêu tốc (gọi tắt là CUOS) với sự bảo trợ của Quĩ Khoa học Quốc gia và Quĩ của tiểu bang Michigan. Tại trung tâm này, các khoa học gia hàng đầu bao gồm Tibor Juhasz, Xinbing Liu, và Ron Kurtz đã thiết kế những nguyên mẫu đầu tiên về femtosecond laser tại phòng thí nghiệm này. Các thí nghiệm này được BS Ron Kurtz, BS Victor Elner đánh giá tính ứng dụng trong lâm sàng, tính an toàn và đăng ký các bản quyền sử dụng. Năm 1996, BS Ron Kurtz và các nhà nghiên cứu tại trung tâm CUOS đã chính thức sử dụng các ứng dụng của laser xung siêu ngắn trong phẫu thuật mắt và các phẫu thuật khác. Tới năm 2000, ca phẫu thuật tật khúc xạ đầu tiên ứng dụng femtosecond laser trong cắt vạt giác mạc được chính thức thực hiện thành công trên bệnh nhân bởi các bác sỹ David Schanzlin, Ron Kurtz và Imola Ratkay-Traub ( Budapest). Từ đó tới nay, femtosecond laser được coi là công nghệ ứng dụng hàng đầu trong điều trị tật khúc xạ với độ dày vạt giác mạc có tính chính xác cao, loại hoàn toàn các biến chứng thường gặp trong cắt vạt cơ năng, năng lượng sử dụng thấp, tăng tính an toàn trong phẫu thuật. Ngoài ra một số ứng dụng femtosecond kỹ thuật cao, tiềm năng trong tương lai, đã được phát triển trên thiết bị của một số hãng như phẫu thuật khúc xạ toàn phần bằng Femtosecond Laser qua đường mổ nhỏ không lật vạt giác mạc (SMILE® - Super Minimal Incision Lenticula Extraction), ghép giác mạc, một số bước trong phẫu thuật thủy tinh thể. Hiện nay, Femtosecond laser đã trở thành phổ biến tại các trung tâm mắt hàng đầu trên thế giới và trong khu vực. Nguyên lý cơ bản của Femtosecond Laser

Công nghệ femtosecond laser (tia laser với tốc độ trong phạm vi femto-giây, tức 10-15 giây) được áp dụng phổ biến để tạo vạt giác mạc trong quy trình mổ LASIK, thay thế cho công nghệ cũ sử dụng dao microkeratome. Quy trình mổ LASIK với công nghệ femtosecond laser bao gồm ba bước chính: tạo vạt giác mạc bằng femtosecond laser, chỉnh sửa nền giác mạc bằng excimer laser, và đặt vạt giác mạc trở lại vị trí ban đầu. Hai bước sau hoàn toàn tương tự như trong quy trình mổ LASIK truyền thống.

Nguyên lý tương tác với mô của femtosecond laser khác với excimer laser. Excimer laser dùng ánh sáng tử ngoại với bước sóng cực ngắn, năng lượng cao để tách bỏ [photoablation] mô bề mặt tại mặt phẳng tiêu điểm. Ngược lại, femtosecond laser dùng ánh sáng hồng ngoại với bước sóng dài hơn, năng lượng thấp để phá vỡ cấu trúc mô [disruption] tại tiêu điểm cận dưới bề mặt (precise sub-surface effects).

Khi xung femtosecond laser với nhịp cực ngắn được chiếu lên giác mạc, năng lượng từ các xung này được chuyển vào mô giác mạc do có sự hấp thụ chùm photon trong phạm vi chiếu. Lúc này bên trong mô giác mạc hình thành một thể plasma điện tử tự do. Khi mật độ thể plasma này vượt quá một ngưỡng nhất định sẽ dẫn đến hiện tượng mô giác mạc bị phá hủy. Quá trình này được gọi là quá trình phá hủy mô bởi ánh sáng (optical breakdown / photodisruption). Quá trình giãn nhiệt nội mô hình thành nên một bong bóng lớn với các lỗ khí [a cavitation bubble] ngay trước khi thể plasma nguội đi và biến mất. Bong bóng này vỡ đi dẫn đến hiện tượng kết cấu vùng mô này bị phá vỡ. Thể plasma mất đi tạo nên bóng khí [gas bubble] nhỏ chứa nước và khí carbonic trong lớp nhu mô. Mỗi xung femtosecond laser sẽ tạo nên một bóng khí. Bóng khí xen trong các lớp mô giác mạc và có tác dụng tách các lớp mô này. Khi chiếu tập trung hàng nghìn xung femtosecond laser liên tục, các bóng khí nhỏ nối tiếp nhau sẽ được tạo ra. Vì hiện tượng phá hủy mô bởi ánh sáng chỉ xảy ra tại tiêu điểm, nên các bóng khí nhỏ nối tiếp nhau sẽ tách lớp mô theo một vạt liên tục. Từ đó vạt giác mạc được tạo ra và dễ dàng lật lên bằng dụng cụ lật vạt giác mạc thông dụng.

Các thế hệ femtosecond laser cũ có những nhược điểm là tần số xung thấp, thời gian phẫu thuật lâu, năng lượng của một xung lớn dễ làm kích hoạt phản ứng tế bào nhu mô giác mạc dẫn đến viêm mặt cắt vạt giác mạc sau phẫu thuật. Những thế hệ máy hiện nay đã có những cải tiến đáng kể nhằm hạn chế các nhược điểm trên.