High-speed recording of thermal load during laser trans-epithelial corneal refractive surgery using a 750Hz ablation system

J Optom. Apr-Jun 2019;12(2):84-91. doi: 10.1016/j.optom.2018.05.002. Epub 2018 Jul 20.

Abstract

Purpose: To evaluate the temperature rise of human cornea during trans-epithelial photorefractive keratectomy (trans-PRK) with a 750Hz excimer laser employing Intelligent Thermal Effect Control (ITEC) software.

Methods: In this observational case series, trans-PRK ablation was performed on 5 eyes of 3 patients using an aspheric profile of a 750Hz excimer laser system. A high-resolution infrared camera with a frame-rate of 350 images per second was used to determine the corneal surface temperature. Images were taken sequentially, starting a few seconds prior to and ending a few seconds after the ablation. The maximum temperature of any pixel of a given image were recorded and graphed against time.

Results: The baseline ocular surface temperature, immediately prior to the beginning of excimer laser, ranged from 32 to 34.9°C. The maximum ocular surface temperature until the epithelium was ablated ranged from 35.2 to 39.7°C. The maximum ocular surface temperature during stromal ablation with high and low fluence laser ranged from 32.9 to 36.5 and from 34.4 to 37.7°C respectively.

Conclusion: The ITEC software is effective in controlling the maximum temperature rise during laser ablation in the extremely challenging situation of trans-PRK involving high ablation volumes of almost 6000nl, potentially improving the outcomes. The ITEC system limited the maximum temperature to 39.7°C in the epithelium, and 37.7°C in the stroma. The epithelial temperature was always higher than stromal temperature (regardless of high or low fluence irradiation). Safety limit of 40°C found in the literature was never reached.

Objetivo: Evaluar el aumento de temperatura de la córnea humana durante la queratectomía transepitelial fotorrefractiva (trans-PRK) con láser excimer de 750 Hz, utilizando software para el control inteligente del efecto térmico (ITEC).

Métodos: En esta serie de casos observacional, se practicó ablación Trans-PRK en 5 ojos de 3 pacientes, utilizando un perfil asférico de un sistema láser excimer de 750 Hz. Se utilizó una cámara de infrarrojos de alta resolución con 350 fotogramas por segundo para determinar la temperatura de la superficie corneal. Las imágenes se tomaron de forma secuencial, iniciándose unos pocos segundos antes de la ablación y finalizando unos pocos segundos tras la misma. Se registró la temperatura máxima de cada pixel de una imagen dada, realizándose un gráfico con respecto al tiempo.

Resultados: La temperatura basal de la superficie ocular, inmediatamente antes del comienzo de la aplicación del láser excimer, osciló entre 32 °C y 34,9 °C. La temperatura máxima de la superficie ocular, hasta la ablación del epitelio, osciló entre 35,2 °C y 39,7 °C. La temperatura máxima de la superficie ocular durante la ablación del estroma con láser de alta y baja fluencia osciló entre 32,9 °C y 36,5 °C y entre 34,4 °C y 37,7 °C, respectivamente.

Conclusión: El software ITEC es efectivo para controlar el aumento de la temperatura máxima durante la ablación por láser en la compleja situación que acontece durante el procedimiento de trans-PRK, implicando volúmenes de alta ablación de cerca de 6000 nl, y mejorando potencialmente los resultados. El sistema ITEC limitó la temperatura máxima a 39,7 °C en el epitelio, y a 37,7 °C en el estroma. La temperatura epitelial fue siempre superior a la temperatura estromal (independientemente de la irradiación de alta o baja fluencia). No se alcanzó nunca el límite de de seguridad de 40 °C descrito en la literatura.

Keywords: Carga térmica; Control inteligente del efecto térmico; High speed excimer laser; ITEC; Intelligent Thermal Effect Control; Láser excimer de alta velocidad; Ocular surface temperature; Temperatura de la superficie ocular; Thermal load.

Publication types

  • Observational Study

MeSH terms

  • Adult
  • Body Temperature / physiology*
  • Cornea / physiology*
  • Female
  • Humans
  • Laser Therapy / adverse effects
  • Laser Therapy / methods*
  • Lasers, Excimer / adverse effects
  • Lasers, Excimer / therapeutic use*
  • Male
  • Middle Aged
  • Myopia / therapy*
  • Photorefractive Keratectomy / methods*
  • Thermography / methods*