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RÉSUMÉ
Dès leur invention, les lasers sont apparus comme des sources de lumière potentiellement intéressantes pour la médecine. Grâce à la possibilité d'obtenir une longueur d'onde spécifique et une émission continue ou impulsionnelle, différents mode d'action sur les tissus biologiques peuvent être obtenus. Sont distingués usuellement quatre effets : photomécanique, photoablatif, thermique et photodynamique. En recherche de ces effets, de nombreuses disciplines médicales ont ainsi recours aux lasers.
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Serge MORDON : Directeur de recherche INSERM U703
INTRODUCTION
La médecine a connu de nombreux progrès notamment grâce à l'utilisation de nouvelles méthodes et de nouveaux outils. Le laser est en fait à lui seul une méthode et un outil qui a permis une véritable révolution dans de nombreux domaines notamment le domaine médical. Le mot LASER est un acronyme de « Light Amplification by Simulated Emission of Radiation » ce qui signifie en fait « amplification de la lumière par émission stimulée de radiations ». Le laser produit un rayon lumineux collimaté cohérent par le processus d'émission stimulée. Grâce à la possibilité d'obtenir une longueur d'onde spécifique et une émission continue ou impulsionnelle, différents modes d'action sur les tissus biologiques peuvent être obtenus ; on distingue usuellement quatre effets : photomécanique, photoablatif, thermique et photodynamique. La compréhension et la maîtrise de l'effet thérapeutique en un endroit donné du tissu nécessitent de connaître la quantité d'énergie qui y est déposée par le faisceau laser. Or celle-ci dépend des paramètres d'irradiation caractérisant la source laser (puissance, diamètre du faisceau, longueur d'onde, taux de répétition et énergie par impulsion pour un laser impulsionnel), qui sont connus et contrôlés, mais également des propriétés optiques du tissu biologique. Aujourd'hui, de nombreuses disciplines médicales ont recours aux lasers. Une fois définis les mécanismes optiques dans les tissus biologiques, cet article se propose de décrire chacun des effets et de les illustrer par quelques applications médicales.
Dès leur invention en 1960, les lasers sont apparus comme des sources de lumière potentiellement intéressantes pour la médecine car ils possèdent trois caractéristiques qui les distinguent des sources conventionnelles : la directivité, la possibilité de fonctionner en mode impulsionnel avec des durées très courtes et la monochromaticité. Cette dernière propriété est sans doute la moins utile en médecine car les molécules biologiques ont un spectre d'absorption étendu et leur activation ne nécessite pas une source spectralement très étroite.
Très rapidement des applications médicales vont être trouvées à ce nouvel instrument. Le laser à rubis a été utilisé dès 1961 par Campbell en ophtalmologie et en 1963 par Goldman en dermatologie. Puis, le laser à argon ionisé (488-514 nm) est rapidement devenu le laser de choix pour le traitement du décollement de la rétine. Le laser à dioxyde de carbone (CO2), introduit par Polanyi et Kaplan en 1965 et 1967, fut tout d'abord proposé aux chirurgiens avec le concept d'un bistouri « optique ». Il a depuis été mis en œuvre dans de très nombreuses indications, en dermatologie tout particulièrement. Le recours aux fibres optiques dans le courant des années 1970 a ouvert le champ des applications lasers à l'endocavitaire grâce à la possibilité d'introduire la fibre dans le canal opérateur d'un endoscope. Là encore, le laser à argon (Dwyer en 1975), mais surtout le laser Nd :YAG (Kiefhaber en 1975), ont été utilisés en gastroentérologie, en pneumologie, etc. En 1976, Hofstetter a employé le laser pour la première fois en urologie. Grâce au laser à colorant, la fin des années 1970 a vu l'essor de la thérapie photodynamique (Dougherty, 1976).
Depuis le début des années 1980, les applications se sont particulièrement développées. Devenu un outil incontournable en ophtalmologie, le laser a conquis d'autres disciplines et le domaine ne cesse d'évoluer, certaines indications disparaissant au profit d'autres techniques alors que de nouvelles applications émergent régulièrement.
En 2010, l'ASLMS (American Society for Laser in Medicine and Surgery) et la SFLM (Société Francophone des Lasers Médicaux) ont fêté leurs 30 ans d'existence, témoins du dynamisme d'une discipline en croissance continue, tant sur le plan de la diversification des applications que du nombre de patients traités.
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6. Effet photochimique ou photodynamique
La thérapie photodynamique, communément désignée par le sigle PDT relatif à « PhotoDynamic Therapy », vise la destruction de tissus pathologiques par une réaction photochimique. Le principe consiste à marquer un tissu pathologique avec un agent chimique exogène (photosensibilisant), puis à l'illuminer avec une lumière de longueur d'onde appropriée afin d'induire une cascade de réactions photochimiques conduisant à la destruction de la lésion traitée. La méthode repose sur une démarche en deux temps : (i) d'abord l'application ou l'injection d'un photosensibilisant ou bien d'une substance induisant la production de ce photosensibilisant permet d'obtenir une accumulation de celui-ci au niveau de la zone à traiter (ii) puis l'éclairage de cette zone est réalisé avec une lumière dont la longueur d'onde est absorbée par le photosensibilisant. L'effet thérapeutique est obtenu grâce à une illumination de faible irradiance (quelques dizaines de mW/cm2) et de longue durée (jusqu'à la dizaine de minutes), sans effet thermique, permettant l'activation du photosensibilisant et la production de composés cytotoxiques en présence d'oxygène. On parle d'effet photodynamique (figure 17).
Le principe de l'effet photodynamique est le suivant : en absorbant de la lumière dans le domaine spectral correspondant à son spectre d'absorption, la molécule est portée dans différents états vibrationnels des états électroniques excités S1 ou S2 et acquiert ainsi un excès d'énergie par rapport à l'état fondamental. La molécule se désexcite très rapidement (≍ 10–12 s) par relaxation non radiative vers le niveau vibrationnel inférieur de l'état singulet excité de plus basse énergie S1 . Ce dernier état, plus stable que les précédents mais dont la durée de vie est de l'ordre de la nanoseconde, peut perdre son énergie selon trois processus schématisés (figure 18) ...
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Effet photochimique ou photodynamique
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - MORDON (S.) - Actions thermiques des lasers. - In : SFLM, Éd. Encyclopédie des Lasers en médecine et en chirurgie, Padoue, Piccin Nuova Libraria SpA., Italie, p. 199-214 (1995).
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(2) - SLINEY (D.), WORLBARSH (M.) - Safety with lasers and other optics sources : a comprehensive handbook. - Plenum Press (1980).
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(3) - JACQUES (S.L.) - Skin optics. - Oregon Medical Laser Center News (1998).
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(4) - WELCH (A.J.), TORRES (J.H.), CHEONG (W.F.) - Laser physics and laser-tissue interaction. - Texas Heart Institute Journal, Physics, System design, Experimental applications, 16, p. 141-149 (1989).
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(5) - van GEMERT (M.J.), LUCASSEN (G.W.), WELCH (A.J.) - Time constants in thermal laser medicine : II. Distributions of time constants and thermal relaxation of tissue. - Phys. Med. Biol., 41(8), p. 1381-1399 (1996).
-
(6) - BRAULT (D.) - Effets...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Société Francophone des Lasers Médicaux http://www.sflm.org
American Society for Laser Medicine & Surgery, Inc.
Groupe Laser de la Société Française de Dermatologie
European Laser Association
International Photodynamic Association
European Platform for Photodynamic Medicine
GDR Photomed
Sociedad Española de Láser Médico Quirúrgico (SELMQ)
Deutsche Gesellschaft für Lasermedizin e V (DGLM)
British Medical Laser Association (BMLA)
HAUT DE PAGE
Congrès annuel de l'ASLMS, USA
Congrès annuel de la SFLM, France
Risques et prévention :
HAUT DE PAGE
Les lasers médicaux sont homologués suivant la directive MDD 93-42 http://www.ec.europa.eu/enterprise/policies/european-standards/harmonised-standards/medical-devices/index_en.htm
En...
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