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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 photoablatif
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3. Effet photomécanique
Lorsqu'une impulsion laser très courte (nanoseconde et en dessous) est focalisée sur une cible tissulaire, créant ainsi des irradiances élevées (de l'ordre de 1010 à 1012 W/cm2), il est possible d'obtenir localement des champs électriques élevés (106 à 107 V/m) comparables aux champs atomiques ou intramoléculaires. De tels champs induisent un claquage électrique du matériau de la cible ayant pour résultat la formation d'un plasma. L'onde de choc associée à l'expansion plasma engendre des ondes de pression extrêmement importantes et par conséquent une rupture mécanique de la structure tissulaire. Cet effet photomécanique est généralement obtenu avec des lasers Nd:YAG fonctionnant en mode déclenché (ns) ou en mode de verrouillage de phase (ps). En médecine, cet effet est utilisé en ophtalmologie pour détruire des membranules de l'œil.
Le laser femtoseconde fonctionnant sur ce principe est maintenant utilisé à la place des ultrasons pour la réalisation de la fragmentation du noyau du cristallin opacifié (cataracte). L'énergie laser est plus focalisée et moins dispersive que les vibrations mécaniques engendrées par les têtes de phacoémulsification vibrant à la fréquence des ultrasons. De plus, le laser femtoseconde peut être utilisé pour les étapes de découpes : capsule antérieure (capsulorhexis) et incision(s) cornéenne(s). Ces incisions cornéennes peuvent être à visée pénétrante (passage des instruments) ou réfractive (incisions limbiques). Le laser femtoseconde permet aussi la création d'un volet cornéen d'épaisseur très précise, découpé parfaitement à la profondeur programmée lors de la technique LASIK (§ 4).
En dermatologie, on a recours aussi à des lasers fonctionnant en mode déclenché (Rubis : 694 nm, Alexandrite : 755 nm, Nd:YAG : 1 064 nm ou 532 nm par doublage de fréquence) pour le traitement de lésions pigmentées ou le détatouage (figure ...
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Effet photomécanique
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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(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
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