Flap Creation in Laser-Assisted in Situ Keratomileusis: From microkeratome to femtosecond laser

Abstract

Nykymuotoinen taittovirhekirurgia on kehittynyt 20 viimeisen vuoden aikana silmän sarveiskalvon pintaan tehdystä PRK:sta robottimaisella femtosekuntilaserilla tehtävään FemtoLasik -tekniikkaan.

PRK:ssa silmän sarveikalvon pintakerros poistettiin ja varsinainen taittovirheen muotoilu/poistaminen tehtiin excimerlaserilla. 1991-92 maailmalla siirryttiin mikrokeratomilla eli -höylällä tehtävään ns läppäleikkaukseen kreikkalaisen Ionnis Pallikariksen toimesta. Vastaavat leikkaukset aloitetiin täällä Tampereella jo 1995 ensimäisinä Pohjoismaissa.

Femtosekuntilaser korvasi mekaanisen läpän tekemisen kokonaan vuonna 2007.

Tässä väitöskirjatyössä tarkastellaan neljässä ensimäisessä osajulkaisuisussa mikrohöylällä tehtyjä sarveiskalvoläppiä; läpän laajutta, halkaisijaa sekä ns kannan suuruutta, mutta erikoisesti läpän paksuuteen liittyviä ominaisuuksia.

Höylällä tehty läppä tehtiin käsin eli silmäkirurgin taidoilla oli suuri merkitys, millainen läppä saatiin aikaiseksi. Ensimäisissä tässä työssä tehdyissä leikkauksissa sarveiskalvoläpän paksuus vaihteli valtavasti. Tavoitteena oli tehdä 160 mikrometriä paksu läppä, mutta keskiarvo jäi selvästi alle odotusarvon ollen 153,3 mikrometriä. Läppien välinen hajonta oli 19,0 mikrometriä ja vaihteluväli 77 - 209 mikrometriä. Tulokset olivat kuitenkin maailmanlaajuisessa vertailussa tavallista paremmat.

Mikrokeratomit kuitenkin kehittyivät, tosin myös kirurgin taidot ja viimeisessä höylätyössämme vastaavat luvut olivat 115,4 +/- 12,5 mikrometriä (tavoite 120 ym). Hajonta oli myös pienentynyt ollen 73 -147 ym. Sivuvaikutuksena ole kuitenkin edelleen oikean ja vaseman silmän läppien välinen ero, joka vaihteli niin tässä työssä kuin myös muissa maailmalla tehdyissä töissä niin, että vasen oli usein yli 10 mikrometriä ohuempi kuin oikea.

Tavoiteeksi oli muodostunut mahdollisimman ohuen läpän tekeminen, jotta koskematonta sarveiskalvoa jäisi mahdollisimman paljon. Liian ohut sarveiskalvo on nimittäin riskialtis hankalille sivuvaikutuksille kuten sarveiskalvon pullistumataudille, joka pahimmillaan vaatii jopa sarveiskalvon siirron. Siirtyessämme käyttämään Femtosekuntilaseria (tässä tapauksessa Ziemer Crystaline LDV) pääsimme vihdoin merkittävästi tarkempiin, ohuempiin, toistettavaimpiin ja ennen kaikkea turvallisiin sarveiskalvoläpän paksuuksiin.

Kahdessa viimeisessä osatyössä tarkastellaan näitä femtosekuntilaserilla tehtyjä läppiä. Paksuuskeskiarvo oli vain 90,0 +/- 5,5 mikrometriä(hajonta 67 -107 ym).Oikean ja vasemman silmän välillä ei ollut enää lainkaan eroa. Läpän tekemisestä oli tullut erittäin turvallinen ja alkuaikojen läpän paksuuksiin olimme pystyneet säästämään yli 60 mikrometriä sarveiskalvokudosta ja siten pystymme tänään leikkaamaan turvallisesti myös tosi suuria taittovirheitä kuten yli -10,0 D tai +6.0 D.

Väittelijä on yli 20 vuoden aikana ja liki 30 000 taittovirhekirurgista leikkausta tehneenä saanut olla kehittämässä tätä kiinnostavaa silmän mikrokirurgiaa aivan alusta alkaen ollen useimman taittovirhe-kirurgian ensimäisiä tekijöitä koko maailmassa.

Laser-assisted in situ keratomileusis (LASIK) is the most commonly used refractive surgery technique for the correction of myopia, hyperopia, and astigmatism. The first phase of LASIK, the creation of a corneal flap, is the most critical step of LASIK and affects the visual outcome of the whole procedure. The flap creation is followed by excimer laser ablation of the exposed stroma, after which the flap is repositioned. The technological evolution of flap creation has emerged from mechanical manually guided microkeratomes to automated microkeratomes, and single-use microkeratomes and, most recently, to femtosecond laser technology.

In the present study, accuracy, predictability, complications and factors that influence the dimensions of LASIK corneal flap were evaluated when the corneal flap was created with different automated microkeratomes, a single-use microkeratome or a femtosecond laser and in reoperations performed with a femtosecond laser after previous LASIK procedure.

Four hundred fifty-four eyes were operated with the Moria M2 automated head 130 microkeratome with the attempted flap thickness of 160 µm. The achieved flap thickness was 153.3±19.0 µm (mean ± standard deviation) (range 77 to 209 µm). Complications were reported in 60 (13.2%) eyes. Increasing flap thickness was associated with increasing corneal thickness, younger patient age, and flatter keratometric K1 value.

Ninety-eight eyes were operated with the Moria M2 microkeratome so that one eye was treated with the metallic head 130 and the other with plastic single-use head, both designed to create a 160 µm flap. With the head 130, mean thickness was 153.3±13.3 µm (range 102 to 179 µm). With the single-use head, mean thickness was 148.0±9.8 µm (range 120 to 170 µm). Complications occurred in 2 (2.0%) eyes with both head types. Flap thickness correlated to preoperative corneal thickness in both head types, especially in myopic eyes. The thicker the cornea, the thicker the flap.

Three hundred eyes were treated with the Moria M2 single-use head 90 microkeratome with the attempted flap thickness of 120 µm. Mean corneal thickness was 115.4±12.5 µm (range 73 to 147 µm). Complications were observed in 3 (1.0%) eyes. Patient age showed negative correlation with flap thickness. Flap thickness was positively correlated with preoperative corneal thickness. In myopic eyes, flap thickness was not correlated with keratometric power K1, but in hyperopic eyes increasing flap thickness was associated with flatter keratometric power K1. In clinical practice, single-use heads were easier to use, because they do not need any assembly. The translucent plastic single-use head provided a better observation view for the surgeon on the operated eye than the metallic head. The plastic head also worked more evenly than the metallic head.

One hundred eyes underwent flap creation with the Moria M2 head 130 microkeratome (intended to create 160-µm corneal flap) adjusted with the single-use Med-Logics calibrated LASIK blade Minus 20 (ML -20 cohort), designed to create a flap of thickness 140 µm. The other 100 eyes were treated with the Moria M2 head 130 microkeratome adjusted with the Med-Logics calibrated LASIK blade Minus 30 (ML -30 cohort), designed to create a flap of thickness 130 µm. In ML -20-treated right eyes, mean corneal flap thickness was 129.1±15.6 µm (range 104 to 165 µm). In ML -20-treated left eyes, mean flap thickness 111.5±14.5 µm (range 78 to 144 µm). In ML -30-treated right eyes, mean flap thickness was 127.1±16.6 µm (range 90 to 168 µm). In ML -30-treated left eyes, mean flap thickness was 109.9±16.8 µm (range 72 to 149 µm). There was no clinically relevant difference in flap thickness between ML -20 and ML -30. For both cohorts, the difference between the first and second cut was significant. The first flap was significantly thicker. There were no flap-related complications. Corneal flap thickness in ML -30 treated eyes correlated with corneal thickness, but not in ML -20-treated eyes. Flap thickness did not correlate significantly with age. Flap thickness was associated with keratometric power K1 in ML -30-treated eyes in both myopic and hyperopic eyes, but not in myopic ML -20-treated eyes. Moria M2 single-use head 90 microkeratome is recommended for the making of thin flaps instead of the Moria M2 with Med-Logics calibrated LASIK blades.

Seven hundred eighty-seven eyes were treated with the FEMTO LDV femtosecond laser with the attempted flap thickness of 110 µm. The achieved flap thickness was 90.0±5.5 µm (range 67 to 107 µm) in right eyes, and in left eyes 90.1±4.6 µm (range 77 to 106 µm). The difference between right and left eye was not significant. The most common complication was bleeding from the limbal vessels (12.7%). Other complications occurred in 8.4% of the eyes, but none prevented further laser ablation. Increasing flap thickness was correlated to increasing corneal thickness in right eyes and flatter keratometric K1 value in left eyes.

Eighty-five previously LASIK-treated eyes were reoperated with the FEMTO LDV for flap creation. With the intended flap thickness of 90 µm, flap thickness averaged 90.2±6.6 µm (range 80 to 122 µm). Complications were reported in 12 (14.1%) eyes. Flap thickness correlated positively with patient age and hinge length in myopic eyes. In LASIK revisions, when the flap is still readily noticeable and not too tightly adhered, flap relifting remains the recommended choice. If the primary flap has a small diameter or the old flap is tightly adhered, flap recutting is the method of choice. In LASIK revision, it is recommended the new flap should be made in a different position than the primary flap. In the cases of a primary free cap, the use of a microkeratome is recommended. In LASIK revision with femtosecond laser, surgical skill is required and special attention should be paid on the technical specificities to avoid complications in the demanding cases.

Other flap-related characteristics in these studies were as follows: Average horizontal flap diameter varied from 9.1 to 9.2 mm, and average hinge length varied from 4.0 to 4.6 mm. White-to white distance of the eyes averaged from 11.4 to 11.8 mm. In flap creation, undercutting (i.e. thinner flap than intended) was the most common feature in microkeratomes. Femtosecond laser created more predictable flaps, which made thin flaps possible. The advantage of making thin flaps is that more corneal tissue is saved to avoid possible iatrogenic keratoectasia. Thin flaps also increase reoperation possibilities if needed.