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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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Effet photomécanique
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2. Mécanismes optiques
Avant de détailler les différents effets obtenus, cet article se propose de décrire les phénomènes optiques mis en jeu dans l'interaction lumière-tissu biologique car ceux-ci conditionnent l'action finale. En effet, les tissus biologiques sont des milieux complexes, très hétérogènes, composés de structures et d'organites diffusants et absorbants. Leurs propriétés optiques varient non seulement d'un tissu à un autre mais peuvent également varier à l'intérieur d'un même tissu en raison des inhomogénéités locales. Comme pour tout milieu matériel, l'interaction lumière-tissu met en jeu trois phénomènes différents : la réflexion, l'absorption et la diffusion .
2.1 Réflexion
La réflexion et la réfraction sont régies par les lois de Fresnel. Lorsqu'un faisceau de lumière passe d'un milieu à un autre, d'indice différent (comme l'air et la peau), une partie de ce faisceau est réfléchie au niveau de la frontière entre les deux milieux (phénomène de réflexion) alors qu'une seconde partie traverse cette frontière et pénètre l'autre milieu (phénomène de réfraction). Dans les milieux opaques, comme la peau, la réfraction est négligée face aux phénomènes d'absorption et de diffusion. La connaissance précise de la réflexion de la lumière par les tissus est une nécessité afin d'évaluer la quantité exacte d'énergie qui sera soit absorbée, soit diffusée dans le tissu.
Au niveau de la peau, l'approche la plus globale consiste à ne considérer que les phénomènes de réflexion présents au niveau des deux principales frontières qui matérialisent un fort changement de structure : air-épiderme et épiderme-derme.
L'interface air-épiderme est matérialisée par le stratum corneum. Celui-ci étant formé par l'entassement de cellules kératinisées, aplaties et dépourvues d'organites, la surface formée présente de fortes irrégularités ce qui a comme conséquence d'induire une réflexion diffuse et anisotrope de la lumière.
L'interface...
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Mécanismes optiques
BIBLIOGRAPHIE
-
(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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(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
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