Cheratoplastica perforante con Laser a Femtosecondi: tecnica a cielo coperto

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1 Cheratoplastica perforante con Laser a Femtosecondi: tecnica a cielo coperto Penetrating Keratoplasty with Femtosecond Laser: covered sky method G. Perone, F. Incarbone Riassunto Il laser a femtosecondi o laser intrastromale è uno strumento chirurgico in grado di produrre resezioni corneali. Ricevette l approvazione dall FDA americana nel Può essere impiegato con successo ed elevata precisione nelle procedure che hanno finora richiesto l utilizzo di strumenti taglienti come bisturi, trapani e microcheratomi. La IEK (IntraLase Enabled Keratoplasty TM ), è una procedura che impiega il laser a femtosecondi per creare lembi da donatore e ricevente. In questo lavoro viene descritta una Cheratoplastica Perforante condotta in anestesia locale topica, mediante l allestimento di un bottone con margine a zig-zag-shaped sia nel donatore che nel ricevente con l ausilio del laser a femtosecondi. Con la procedura IEK è, almeno in teoria, possibile creare lembi dal profile assolutamente customizzato, una collimazione perfetta tra lembo del donatore e letto del ricevente, migliore cicatrizzazione, minor traumatismo chirurgico, rimozione precoce delle suture e minore astigmatismo indotto. Istituto Clinico Villa Aprica, Como. Centro Oculistico di Diagnosi, Chirurgia e Microchirurgia Laser, Saronno, Varese Parole chiave: cheratoplastica perforante, laser a femtosecondi, laser intrastromale, lembo corneale Summary The femtosecond laser (intrastromal laser) is a surgical device for corneal resections in ophthalmology. It was approved in 1999 by the FDA. It can be used, with very high accuracy and repeatability, as an alternative procedures requiring blades (knives, trephine, microkeratomes). IEK 1 (IntraLase Enabled Keratoplasty TM ), is a keratoplasty procedure that uses a femtosecond laser to create grafts, both from the donor and from the recipient. We describe a penetrating keratoplasty, performed in topical anesthesia, preparing a zig-zag shaped graft both in the recipient and donor with a femtolaser. In this report, the results at one month are shown. With IEK it is theoretically possible to obtain customized grafts, accurate matching between donor s grafts and host bed, better scarring, less surgical trauma, earlier suture removal and less induced astigmatism. Key words: corneal graft, femtosecond laser, intrastromal laser, penetrating keratoplasty Indirizzo per la corrispondenza: Dott. G. Perone, Poliambulatorio ALSO Viale Europa, 20, Saronno (Varese) Tel giuseppe.perone@tin.it Disclosure Each author certifies that he has no commercial associations that might pose a conflict of interest in connection with the submitted article. 45

2 G. Perone, et al. Introduzione Il laser a femtosecondi Il laser a femtosecondi è un laser chirurgico per uso oftalmico in grado di produrre resezioni corneali. Le caratteristiche tecniche sono elencate nella Tabella I. Tab. I. Caratteristiche tecniche. Laser Spot Diameter Repetition Rate Spot duration Avg. Pulse Power Wavelength Voltage Operating temperature Mode-Locked, diode-pumped Nd:glass 3 micron 10 khz femtoseconds 100 mw 1053 nm 120V 60 Hz 10 Amps 65 to 75 F La denominazione è legata al fatto che la durata dell impulso è dell ordine dei femtosecondi (1 femtosecondo = 1 15 sec). Per avere un termine di paragone, si può ricordare che la luce impiega 1 secondo per compiere il giro del mondo 7,5 volte, mentre in 100 femtosecondi attraversa lo spessore di un capello. Ricordando la formula che lega Potenza, Energia e Tempo (potenza = energia/tempo), grazie ad una durata dell impulso così breve, è possibile ottenere elevate potenze in cornea impiegando livelli di energia relativamente bassi. Il laser a femtosecondi viene detto anche intrastromale, poiché è in grado di agire nello spessore dello stroma corneale, esclusivamente nel piano di focalizzazione, lasciando intatto il tessuto corneale attraversato. Ciò si spiega grazie al suo meccanismo di azione: il raggio laser, di lunghezza nell infrarosso, è in grado di sezionare il tessuto mediante un azione nota come photodisruption, termine che potrebbe essere appropriatamente tradotto in italiano con foto-disgregazione. Il laser viene focalizzato alla profondità desiderata nello stroma corneale in uno spot di diametro pari a 2-3 micron. Il raggio attraversa gli strati corneali sovrastanti per raggiungere il piano di messa a fuoco. Un sistema ottico, finemente controllato da computer, consente di portare in rapida sequenza migliaia di impulsi l uno vicino all altro; naturalmente, gli spot sono portati sulla cornea secondo una strategia ed un disegno programmato in modo da creare precise geometrie di taglio. In questo modo è possibile creare una lamella 1, un tunnel, un taglio e combinazioni di questi con una precisione ed una ripetibilità elevatissima 2 3. Il laser intrastromale ha ricevuto l approvazione dalla FDA (Food & Drug Administration, l organo di controllo federale degli Stati Uniti) nel Dicembre 1999 ed è stato presentato per la prima volta all American Academy of Ophthalmology nel meeting annuale dell Ottobre È dunque possibile pensare al laser a femtosecondi come ad un alternativa alle procedure che impiegano una lama 4 5, quali il bisturi, il trapano, il microcheratomo. Ad esempio, nel caso di una LASIK, il laser a femtosecondi si sostituisce al microcheratomo, nel caso dell impianto di INTACS al delaminatore corneale, nel caso della Cheratoplastica Perforante o Lamellare, si sostituisce al trapano corneale, al punch o al tagliente utilizzato per slamellare la cornea 6-8. L evoluzione nel tempo ha portato oggi al Laser a Femtosecondi di IV generazione 9 (Tab. II). Una delle promesse uniche di questo strumento è stata quella di offrire la possibilità di personalizzare il taglio; grazie al software di controllo del sistema al chirurgo viene data la possibilità di effettuare linee e piani di incisioni precisi e corrispondenti al desiderato, creando geometrie di taglio personalizzate, in base alle caratteristiche della cornea del paziente o alle preferenze del chirurgo; ciò con evidenti benefici sui tempi di recupero e sulla qualità del risultato ottenuto. Tab. II. Evoluzione dei laser a femtosecondi. II generation (introduced in 2001) Slow Procedure (+65 seconds)* Problems of Diffuse Lamellar Keratitis and Microstriae III generation (introduced in 2003) Less Slow Procedure (+35 seconds)* Reduced problems of Diffuse Lamellar Keratitis and Microstriae IV generation (introduced in 2006) Quick procedure (20 seconds)* No description of complications * for flap creation in LASIK. IntraLase Enabled Keratoplasty TM La IEK 10 (IntraLase Enabled Keratoplasty TM, Irvine, CA, USA), è una cheratoplastica con taglio effettuato con laser a femtosecondi, e rappresenta la più avanzata metodica di impiego del laser a femtosecondi; la IEK ha ricevuto l approvazione dell FDA nel Luglio 46

3 Fig. 1. Dispositivo per il mantenimento della pressione nella camera anteriore artificiale Device for maintaining pressure in the artificial anterior chamber e la prima procedura su un occhio umano fu eseguita ad Indianapolis dal chirurgo Frank Price. Attualmente sono disponibili tre differenti modalità di creazione del lembo 11 : Top-Hat (a cappello a cilindro), Mushroom (a fungo) e Zig-Zag (Fig. 1). I vantaggi della procedura IEK sono rappresentati dalla possibilità, teoricamente infinita, di creare lembi personalizzati, dalla precisione nella collimazione tra lembo del donatore e letto del ricevente, dalla migliore cicatrizzazione, secondaria ad una più precisa e fine apposizione e collimazione dei lembi, da un minore traumatismo chirurgico, da una più precoce rimozione della sutura e, dal punto di vista rifrattivo, da una minor induzione di astigmatismo con conseguente ridotte problematiche di gestione dell astigmatismo nel postoperatorio. I primi risultati italiani sono stati resi noti da Lucio Buratto ed Elisabetta Bohm all ESCRS Meeting di Londra del Settembre 2006 e pubblicati nel Maggio 2007 sull American Journal of Ophthalmology 12. Egli presentò una casistica di 7 pazienti di età compresa tra i 27 ed i 69 anni, 5 affetti da cheratocono e 2 da cheratopatia bollosa; tutti i pazienti furono sottoposti a cheratoplastica perforante usando il laser a femtosecondi e praticando incisioni a fungo (diametro anteriore 9 mm e posteriore 7 mm) o a fungo rovesciato (diametro anteriore 7 mm e posteriore 9 mm). I risultati a 3 mesi non segnalavano reazioni flogistiche a carico del lembo, con buona adesione e corrispondenza tra ospite e donatore. L astigmatismo era compreso tra 1 e 4 diottrie, con valori minori negli occhi che avevano ricevuto una combinazione di suture singole e continua. a tollerare ed a migliorare l acuità visiva, anche con lenti a contatto; il visus era pari alla conta delle dita non migliorabili ulteriormente. L indicazione alla cheratoplastica lamellare 13 14, era venuta meno a causa delle profonde alterazioni a carico dello stroma e della Descemet in zona ottica. Tipologia di taglio Si è scelto di creare un lembo a tutto spessore secondo la modalità a zig-zag. Il laser ha agito in tre fasi (Fig. 2). Taglio laterale posteriore (dalla camera anteriore verso lo stroma): diametro 8,9 mm, inclinazione 45, fino a 320 micron di spessore. Taglio lamellare a decorso orizzontale (parallelo alle superfici corneali): a 350 micron di profondità (media dello spessore corneale a 6-7 mm) da 7,4 a 9 mm. Taglio laterale anteriore (dallo stroma fino alla superficie corneale): diametro 8,1 mm, inclinazione 45. Tale procedura è stata impiegata sia per la creazione del lembo dal donatore, ricavato da un anello sclerocorneale su una Anterior Chamber di Barron, che Descrizione del caso Caratteristiche del paziente La paziente, di 26 anni, di sesso femminile era affetta da cheratocono in IV stadio, con impossibilità Fig. 2. Aspetto intraoperatorio prima dell asportazione del limbo nativo dal ricevente Intraoperative condition before graft extraction. 47

4 G. Perone, et al. sul ricevente. Infatti, una delle peculiarità offerte dal laser intrastromale è proprio quella di ottenere lembi il più possibili simili tra loro; lo scopo finale è di creare un letto ricevente che sia il più possibile complementare al lembo del donatore e che quest ultimo si adatti in modo ottimale al primo. Preparazione del lembo (donatore) Il lembo sclerocorneale è stato preparato dalla Banca degli Occhi di Monza (Tab. III). Tab. III. Caratteristiche del lembo del donatore (Banca degli occhi di Monza, Italia). Diameter 9 Endothelium 2600 cell/mm 2 Morphological evaluation Microbiological evaluation of preserving fluid Rating 66 Qualification Minor polymorphism; no gutta or folds Negative PK1 Fig. 3. Aspetto alla lampada a fessura ad 1 mese Postoperative aspect by slit lamp at 1 month. Dopo averlo tolto dal liquido di conservazione ed irrigato con BSS, è stato inserito su di una camera anteriore artificiale, in modo che il lato endoteliale appoggiasse su una bolla di BSS. Una delle due cannule di uscita è stata chiusa; l altra collegata ad un dispositivo da noi ideato (Fig. 3) con lo scopo di mantenere una pressione adeguata all interno della camera di prova. Tale dispositivo è costituito da un alloggiamento per una siringa da 5 cc, collegata al tubo di infusione che si collega alla camera di prova. Lo stantuffo della siringa è pressato da una vite; la rotazione di questa vite aumenta la spinta sullo stantuffo e, quindi, la pressione nella camera di prova; la pressione viene mantenuta dalla posizione dello stantuffo, bloccato dalla vite. Il lembo, così preparato, è stato posto sotto l apertura del laser intrastromale, assicurando la massima stabilità alla camera di prova, fermamente appoggiata su di un apposito tavolino. È stata quindi effettuata l applanazione, senza anello di suzione, la centratura ed il taglio secondo le modalità sopra esposte. Al termine della procedura, sospesa l applanazione, il lembo sclerocorneale è stato lasciato sulla camera anteriore artificiale, protetto da sostanza viscoelastica sul versante epiteliale. Preparazione del letto (ricevente) La paziente è stata preparata con lidocaina collirio 4%, ofloxacina 0,3% collirio, acido jaluronico 0,4% collirio somministrati per 5 volte, ogni 5 a partire da 30 prima dell intervento. Si è scelto di non effettuare una anestesia generale, nonostante l ottimo stato di salute del paziente, per evitarne le conseguenze su una persona di giovane età. Soprattutto, si è scelto di evitare una anestesia locale per infiltrazione perché l imbibizione dei tessuti molli avrebbe, prima della creazione del lembo con laser a femtosecondi, costituito un potenziale ostacolo alla suzione (centratura e mantenimento in sede dell anello; possibile occlusione dei fori di aspirazione con conseguente perdita di suzione) e, dopo la creazione del lembo, avrebbe aggiunto una importante e deleteria spinta sul bulbo (possibile deiscenza dei piani corneali di taglio con conseguenze sulla integrità della camera anteriore e, quindi, del bulbo). La compliance della paziente e la presenza costante dell Anestesista durante tutte le fasi della procedura ci hanno, ovviamente, consentito di svolgere l intervento con questo tipo di anestesia 15. Preparato il campo operatorio e applicato il blefarostato, è stato apposto l anello di suzione sull occhio del paziente, effettuando l opportuna centratura; mediante una siringa, che fa parte del set denominato Patient Interface e che ha lo scopo di mantenere solidale il laser con l occhio del paziente è stato creato il vuoto necessario a mantenere la suzione. Per creare un adeguato valore di vuoto, il pistone si deve arrestare a 3,2-3,4 cc della scala di taratura della siringa. Questo valore corrisponde, nell occhio del paziente, a circa mmhg. Si è eseguita, quindi, la fase di applanazione e il perfezionamento della centratura del lembo. La procedura di taglio ha avuto una durata di 140. Al termine è stata rilasciata la suzione. Questa fase 48

5 è ad elevato rischio e richiede grande delicatezza. Il rilascio della suzione deve essere effettuato contemporaneamente al sollevamento del cono di applanazione; infatti, se si rilascia prima la suzione c è il rischio che il cono di applanazione penetri in camera anteriore, se si solleva prima l applanazione c è il rischio che il bulbo si svuoti verso l esterno. Delle due possibilità, la prima è la più reale dato che non è possibile sollevare il dispositivo di applanazione senza avere rilasciato la suzione. È stato quindi posto un tampone ed un guscio protettivo sull occhio del paziente e lo si è accompagnato in sala operatoria. Sostituzione del lembo Dopo la consueta preparazione del campo operatorio, l apposizione del blefarostato e l esposizione del bulbo, si è proceduto allo scollamento del lembo con la seguente sequenza. Scollamento del taglio anteriore allo scopo di verificarne presenza e qualità utilizzando la spatola per dissecazione dell epitelio (Storz E9071), normalmente impiegata nella tecnica LASIK per lo scollamento del lembo lamellare. Scollamento più profondo in corrispondenza dei quattro punti cardinali (ore XII, III, VI, IX) Ancoraggio del lembo del donatore con quattro punti staccati in seta vergine 10.0, senza asportare la cornea del ricevente; quest ultima viene lasciata a scopo tettonico. Poiché la sua faccia epiteliale è destinata a venire a contatto con l endotelio del lembo donatore, essa viene ricoperta di sostanza viscoelastica, con lo scopo di evitare un effetto traumatico endoteliale. Dopo avere stretto i quattro punti, il bulbo del paziente è chiuso dalla cornea nativa, ancora in sede grazie ai ponti tessutali lasciati dal taglio con laser intrastromale a livello della porzione posteriore del taglio; sopra ad essa, con l interposizione della sostanza viscoelastica, si trova la cornea del donatore, ancorata dai punti di sutura. A questo punto, si esegue la dissecazione completa della cornea a livello del taglio posteriore, per tutto lo spessore, fino a raggiungere la camera anteriore. Si può utilizzare la stessa spatola per dissecazione dell epitelio. Con una pinza si afferra il lembo nativo ed, esercitando una lieve contropressione sul lembo del donatore in sede, lo si estrae con una manovra di rotazione. La camera anteriore, così esposta, rimane protetta dalla presenza del lembo del donatore, già in sede. La procedura è proseguita con l apposizione di una sutura continua in Nylon 10.0 e si è conclusa con l applicazione di una lente a contatto terapeutica, la rimozione dei punti staccati in seta vergine e la medicazione con atropina 1% collirio, desametasone 1% collirio ed ofloxacina 0,3% collirio. Decorso postoperatorio Al controllo in prima giornata, il lembo era in sede, presentava pieghe superficiali; la camera era poco profonda, la pupilla in midriasi farmacologia; il tono era digitalmente buono; nei primi quattro giorni successivi nessun cambiamento si è verificato a carico del lembo, mentre la camera si è andata vieppiù approfondendo e si è potuto rimuovere la lente a contatto. In quinta giornata si è notato un sostanziale cambiamento nelle caratteristiche del lembo, che si presentava trasparente e disteso. Al controllo dopo un mese, il bulbo si è mantenuto in quiete, la cornea è trasparente, priva di pieghe, riepitelizzata, la camera è di profondità conservata. La pupilla è centrata e reagente, il tono è normale. L acuità visiva è 5/10 con 3 sf = 3 Cil ad asse 30. All esame alla lampada a fessura, risulta ben visibile il pattern di taglio a zig-zag e le superfici di sovrapposizione tra il letto ed il lembo appaiono perfettamente complementari e giustapposte La tomografia con Orbscan mostra una netta riduzione e regolarizzazione dei valori di curvatura ed il raggiungimento di un valore pachimetrico uniforme su tutto il letto. Ancora più interessante è la valutazione morfologica e quantitativa dell endotelio 16. Il numero di cellule è sceso a 2043 cell/mm 2 (con una perdita del 21,5%); si tratta di cellule perlopiù esagonali (38%), con diametro medio pari a 489 m. Discussione La cheratoplastica perforante ha subito, nel corso degli ultimi anni, continui perfezionamenti che hanno riguardato sia la gestione del lembo del donatore, che la tecnica chirurgica, che il comportamento nel postoperatorio allo scopo di ottenere i migliori risultati funzionali. L introduzione del laser a femtosecondi si inserisce in questo percorso poiché rappresenta uno strumento potenzialmente in grado di migliorare la tecnica chirurgica. In modo particolare, la IEK consente di pianificare geometrie di taglio con una puntuale ripetibilità del taglio sia sul donatore che sul ricevente e, quindi, una complementarietà tra innesto e letto ricevente, 49

6 G. Perone, et al. una maggiore stabilità del lembo sul letto del donatore, una maggiore prevedibilità dell assetto del lembo trapiantato, una maggiore uniformità dei fenomeni cicatriziali e, in definitiva, migliori risultati funzionali. Nel caso presentato, a nostro parere, le particolarità sono rappresentate dall anestesia topica, dalla ripetibilità e complementarietà dei lembi preparati con il laser a femtosecondi, dalla tecnica a cielo coperto che si è dimostrata, in grado di mantenere la camera durante la prima fase di sutura del nuovo lembo e, almeno per il breve follow-up fin qui possibile, di salvaguardare l integrità dello strato endoteliale, fatto di assoluto rilievo per conservare il lembo nel tempo, scongiurando il pericolo dello scompenso tardivo. Introduction Femtosecond laser The femtosecond laser is a surgical device used for corneal resections in ophthalmology applications. The specifications are shown in Table I. Tab. I. Specifications. Laser Spot Diameter Repetition Rate Spot duration Avg. Pulse Power Wavelength Voltage Operating temperature Mode-Locked, diode-pumped Nd:glass 3 micron 10 khz femtoseconds 100 mw 1053 nm 120V 60 Hz 10 Amps 65 to 75 F In December 1999, the intrastromal laser was approved by US Food & Drug Administration, and in October 2000 it was first introduced to the American Academy of Ophthalmology at the annual meeting. Its name comes from the pulse duration, which is calculated in femtoseconds (1 Femtosecond = 1-15 sec). It maybe helpful to compare this with the speed of light, which takes 1 second to travel 7.5 times around the world, while it takes 100 femtoseconds to pass through a hair s breadth. Keeping in mind the formula which binds power, energy, and time (Power = Energy/Time), it is possible to achieve high level power in the cornea, using relatively low energy levels, thanks to the short pulse duration. The femtosecond laser is also known as a intrastromal laser, since it penetrates the corneal stroma thickness with effect on the focus plane only leaving the corneal tissue it passes through undamaged. This can be explained by its acting mechanism: the laser beam, the wavelength of which lies in the infrared range, resects the tissue by photodisruption. The laser is focused into the corneal stroma to the desired depth, within a spot that is 2 to 3 microns in diameter. The beam passes through the outer corneal layers, and then reaches the focus plane. An optical computer controlled device provides several thousand pulses in fast sequence, one close to the other; of course, spots are provided on the basis of both programmed strategy and pattern, in order to achieve precise cutting patterns. In this way, it is possible to create 1 a flap, a tunnel, a cut, and combinations of them, with very high accuracy and repeatability 2 3. It is possible to think of the femtosecond laser surgery as an alternative to those procedures that require blades 4 5, (i.e.: knives, trephine, microkeratomes). For example, the femtosecond laser may supersede the microkeratome in case of LASIK. It may also substitute a corneal delaminator in INTACS implants; in case of penetrating or lamellar keratoplasty, it may take the place of corneal trephine, punches or cutters used to delaminate the cornea 6-8. Current technology has now arrived at a 4 th generation femtosecond laser 9 (Tab. II). One of the unique promises of this instrument is that of providing cut customization; the system control software allows the surgeon to make cutting as accurate as needed, thus creating cutting shapes that are customized on the basis of the patient s individual corneal characteristics or the surgeon s needs, with faster recovery time and better functional results. Tab. II. Evolution of femtosecond lasers. II generation (introduced in 2001) Slow Procedure (+65 seconds)* Problems of Diffuse Lamellar Keratitis and Microstriae III generation (introduced in 2003) Less Slow Procedure (+35 seconds)* Reduced problems of Diffuse Lamellar Keratitis and Microstriae IV generation (introduced in 2006) Quick procedure (20 seconds)* No description of complications * for flap creation in LASIK. IntraLase Enabled Keratoplasty TM IEK 10 (IntraLase Enabled Keratoplasty TM, Irvine, CA, USA), is a keratoplasty procedure using a femtosecond laser. It 50

7 represents the most advanced method of femtosecond laser application. In July 2005, IEK received approval from the FDA, and surgeon Frank Price executed the first procedure on a human eye in Indianapolis, IN (USA). Today there are three different ways of creating grafts 11 : Top- Hat, Mushroom and Zig-Zag shapes. The advantages of IEK are the theoretically endless possibilities to obtain customized grafts, accurate matching between donor s grafts and host bed, better scarring (secondary to a more accurate and fine edge apposition and collimation), minor surgical trauma, earlier suture removal, and from a refractive point of view, less induced astigmatism, thus producing reduced issues in managing astigmatism in the post-operative stage. In September 2006, the first Italian results came from Lucio Buratto and Elisabetta Bohm, which were presented at the ESCRS meeting in London, and their study was published in May 2007 in the American Journal of Ophthalmology 12. Seven patients aged between 27 and 69 years were studied; 5 were affected by keratoconus and 2 with bullous keratopathy. All patients underwent penetrating keratoplasty using a femtosecond laser, with either mushroom shaped cuts (front diameter 9 mm and rear diameter 7 mm) or upside-down mushroom shapes (front diameter 7 mm and rear diameter 9 mm). The results at 3 months follow up did not show phlogistic reactions of grafts, and demonstrated good adherence and matching between the host and donor. Astigmatism was 1 to 4 diopters, with lower values in those eyes that received a combination of single and continuous sutures. Case description Patient characteristics Our patient is a 26-year-old female, affected by stage IV keratoconus. She could neither tolerate nor improve visual acuity with contact lenses; visual acuity was countfingers. There was no indication for lamellar keratoplasty 13 14, due to deep alteration of the stroma and Descemet s membrane in the optical zone. Cutting patterns We planned to create whole thickness zig-zag shaped grafts. The laser operated in three stages: Posterior Side Cut (anterior chamber to stroma): 8.9 mm diameter, 45 inclination, up to 30 microns in thickness. Lamellar horizontal cut (parallel to corneal surfaces): 350 microns deep (average corneal thickness at 6-7 mm), 7.4 to 9 mm. Anterior side cut (stroma to corneal surface): 8.1 mm diameter, 45 inclination This procedure was applied to create the grafts, both from the donor (as obtained from a sclerocorneal ring on a Barron artificial anterior chamber) and from the recipient. Actually, one of the unique features provided by the intrastromal laser is that it is possible to obtain many grafts that are as similar as possible. The final goal is to create a host bed that is highly complementary to the donor s graft and must perfectly fit to it. Preparing the grafts (donor) Sclerocorneal grafts were prepared by the Eye Bank of Monza (Tab. III). Tab. III. Characteristics of donor graft (Eye Bank of Monza, Italy). Diameter 9 Endothelium 2600 cell/mm 2 Morphological evaluation Microbiological evaluation of preserving fluid Rating 66 Qualification Minor polymorphism; no gutta or folds Negative PK1 After removing the graft from the preservative fluid, it was irrigated with BSS and inserted into an artificial anterior chamber, such that it laid on the endothelial side on a BSS bubble. One of the two exit cannula was closed, while the other was connected to a device we designed ourselves (Fig. 1) that maintains adequate pressure inside the test chamber. The device is composed of a 5 cc syringe housing connected to the infusion tubing that is connected to the test chamber. The syringe plunger is pushed down by a screw: its rotation increases the force on the plunger, thus increasing the pressure in the test chamber. Pressure is maintained by the position of the plunger, held in place by the screw. Grafts prepared in this way were put under the aperture of the intrastromal laser, assuring maximum stability of the test chamber, firmly laid on a suitable table. Next, applanation was achieved without a suction ring, together with centering and cutting, following the above-described procedures. Once the procedure was finished and applanation interrupted, the sclerocorneal graft was left on the artificial anterior chamber, protected by a viscoelastic substance on the epithelial side. Preparing the bed (recipient) Our patient was prepared using eye drops (lidocaine 4%, ofloxacin 0.3%, hyaluronic acid 0.4%) administered 5 times, every 5 from 30 before surgery. General anaesthesia was not chosen in order to minimize consequences on a young patient, even if in good health. We mainly avoided local anaesthesia by infiltration. The reason was that imbibition of soft tissues, before creating a graft using the femtosecond laser, would represent a potential obstacle to suction (centering and holding the ring in place; possible occlusion of suction holes, with consequent loss of suction), while it would achieve a major 51

8 G. Perone, et al. and harmful pressure on the bulb after creating the graft (possible dehiscence of corneal cutting plane, with consequences on the integrity of the anterior chamber, thus of the bulb itself). Patient compliance and consistent presence of anaesthetist during all stages of the procedure allowed us to carry out the entire procedure using such this anaesthesia 15. After preparing the operating field and positioning the speculum, a suction ring was applied onto the patient s eye, taking care to center it; the vacuum required to maintain suction was created by a syringe that is included in the set named Patient Interface and used to keep the laser coupled with the patient s eye. To achieve an adequate vacuum value, the plunger must stop at cc on syringe calibration scale. This value corresponds to about mmhg in patient s eye. Applanation and optimized graft centering were achieved using the computer control panel. The cutting procedure took 140 seconds. At the end of the procedure, suction was released. This stage is highly hazardous and requires extreme care. Release of suction must occur together with lifting applanation cone. Should suction release come first, the applanation cone may penetrate into the anterior chamber. Should applanation be lifted first, the bulb may empty out. The first case is more likely as it is not possible to lift the applanation device without releasing suction. An ocular pad and a protecting shell were then applied onto the eye and the patient was moved to the operating room. Grafts replacement After the usual preparation of the operating field, application of the speculum and bulb exposure, detachment of the graft was provided according to the sequence below. Detachment of anterior cut in order to check its presence and quality, using the epithelium dissection spatula (Storz E9071), normally used in LASIK technique for detaching lamellar flaps. Deeper detachment in correspondence with the four cardinal points (12, 3, 6, and 9 o clock positions). Anchorage of the donor s graft with four separate 10.0 silk sutures, without removal of receiver s cornea; this is left in place for tectonic purposes. Since its epithelial surface will get in contact with donor s graft endothelium, it is covered with an ophthalmic viscosurgical device (OVD) to prevent endothelial traumatic effects. After tensioning the four suture stitches, the patient s bulb is closed by native cornea. This is still in situ thanks to tissue bridges left by the cut provided by the intrastromal laser at a deeper cut level. The donor s cornea is above it, anchored by the suture with interposition of OVD (Fig. 2). At this point, a complete dissection of the cornea is provided at deeper cut level, through the whole thickness, to the anterior chamber. The same epithelium dissection spatula can be used. The native graft is grabbed using forceps and, by applying a slight back pressure on the donor s graft in situ, it is removed with a rotating movement. Protection of the exposed anterior chamber is granted by the presence of the donor s graft, already in situ. The procedure is continued by applying a continuous 10.0 nylon suture and it is concluded when a therapeutic contact lens is applied, the separated pure silk stitches are removed and eye drops are applied (atropine 1%, dexamethasone 1%, and ofloxacin 0.3%). Postoperative course On the first postoperative day, the graft was in situ, with anterior folds. The chamber was not deep and the pupil showed pharmacological mydriasis. The intraocular pressure was good upon finger touch. During the following four days, no changes were seen on the graft, while the chamber went deeper, thus allowing removal of contact lens. On day 5, a substantial change was seen in the graft, and it appeared clear and unstrained. At one month, the bulb showed no irritation, the cornea was clear and re-epithelialized, with no folds. The chamber maintained its depth. The pupil was centered and reactive, and the intraocular pressure was normal. Visual acuity was 5/10 with -3 sf = -3 Cil at 30. Upon slit lamp examination (Fig. 3), the zig-zag shaped pattern was well visible and overlapping surfaces between bed and graft were perfectly complementary and juxtaposed. Orbscan tomography shows a neat reduction and regularization of curvature values and even the pachimetry value was reached on whole bed. Morphological and quantitative assessment of endothelium proved to be interesting 16. The number of cells has lowered to 2,043 cell/mm 2 (21.5% loss). They were mostly hexagonal cells (38%), with average diameter of 489 mm. Discussion During the last years, penetrating keratoplasty has undergone several enhancements regarding handling of the donor s graft, surgical method, and postoperative behaviour, in order to obtain the best functional results. The introduction of the femtosecond laser is part of this evolution as it is a device that is potentially capable of enhancing surgical techniques. In particular, IEK helps planning cutting shapes with accurate repeatability, both on the donor and recipient. This means there is a better complementarity between the graft and recipient bed, increased stability of the graft on donor s bed, enhanced predictability of the transplanted graft arrangement, more even scarring, and better functional results. In our opinion, the most relevant characteristics of the present case are the use of topical anaesthesia, repeatability and complementarity of the graft using the femtosecond laser, closed sky method, which showed a 52

9 good capability in maintaining the chamber during the first phase of suturing the new graft and, at least during the short time follow, in preserving the integrity of the endothelial layer, which is of absolute importance to preserve the graft over time, avoiding the risk of delayed decompensation. References 1 Juhasz T, Loesel F, Kurtz RM, Horvath C, Mourou G. Femtosecond laser refractive corneal surgery. IEEE Journal of Special Topics in Quantum Electronics 1999;5: Krueger RR, Marchi V, Gualano A, Juhasz T, Speaker M, Suárez C. Clinical analysis of the neodymium: YLF picosecond laser as a microkeratome for laser in situ keratomileusis. Partially Sighted Eye Study. J Cataract Refract Surg 1998;24: Ratkay-Traub I, Ferincz IE, Juhasz T, Kurtz RM, Krueger RR. First clinical results with the femtosecond neodynium-glass laser in refractive surgery. J Refract Surg 2003;19: Perone G. Il laser a femtosecondi Parte prima. La Voce AICCER 2007;1: Perone G. Il laser a femtosecondi Parte seconda. La Voce AICCER 2007;2: Slade SG. Application for the femtosecond laser in corneal surgery. Curr Opin Ophthalmol 2007;18: Sikder S, Snyder RW. Femtosecond laser preparation of donor tissue from the endothelial side. Cornea 2006;25: Hoffart L, Proust H, Matonti F, Catanèse M, Conrath J, Ridings B. Femtosecond-assisted anterior lamellar keratoplasty. J Fr Ophtalmol 2007;30: Knorz M. First European Experience with the 4 th Generation IntraLase FS Laser. ESCRS Meeting, 2006, 9-12 September. 10 Buratto L. Use of femtosecond laser in therapeutic corneal treatments. ESCRS Meeting, 2006, 9-12 September. 11 Culbertson W. Bascom Palmer experience in IEK. ESCRS Meeting, 2006, 9-12 September. 12 Buratto L, Böhm E. The use of femtosecond laser in penetrating keratoplasty. Am J Ophthal 2007:143: Trimarchi F, Poppi E, Klersy C. Deep lamellar keratoplasty. J Fr Ophtalmol 2002;25: Trimarchi F, Poppi E, Klersy C, Piacentini C. Deep lamellar keratoplasty: Ophthalmologica. 2001;215: Rapisarda A, Savarino F, Rapisarda L. Anestesia nel trapianto di cornea. In: Il Cheratocono. Edizioni SOI 2004; Albert DM, Jakobiec FA. Principi e pratica di Oftalmologia. Vol. 1. Verduci Editore 1995;