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Laser que faz microbolhas na sua córnea usando Plasma?

O laser de femtossegundo corta a córnea sem encostar nela: cada pulso dura 10⁻¹⁵ segundos e gera um plasma microscópico que vira microbolhas, e as microbolhas em fila formam o plano de corte. Entenda a física do plasma óptico, a origem na Universidade da Califórnia em Irvine e por que o femto e o excimer hoje trabalham juntos.

Laser de femtossegundo na cirurgia refrativa: cortar a córnea por plasma óptico, sem contato mecânico.
Cirurgia refrativa com laser de femtossegundo: corte intraestromal por plasma óptico e microbolhas

No artigo anterior dessa série eu expliquei como o laser excimer corrige seu grau quebrando ligações químicas do colágeno sem aquecer o olho. Mas o LASIK moderno tem dois lasers diferentes trabalhando em sequência: o segundo, o laser de femtossegundo, é o que cria o flap fino de córnea que precisa ser levantado antes da ablação refrativa. Esse laser funciona por uma física completamente diferente do excimer, e a história dele é tão curiosa quanto.

Quando um paciente me pergunta como o flap é feito hoje, a explicação mais honesta é meio surreal: a gente foca um pulso de luz tão curto e tão intenso dentro da própria córnea que os átomos no ponto de foco viram plasma, o mesmo estado da matéria que existe dentro do sol ou num raio. Esse plasma microscópico só dura uma fração de segundo, mas o que ele deixa pra trás é uma microbolha. E quando o laser faz milhares dessas microbolhas em fila, elas se conectam num plano de corte limpo dentro do tecido. Nada de lâmina, nada de bisturi, nada de contato mecânico com o olho.

Por que esse laser corta sem encostar na córnea

Antes do femtossegundo, criar o flap de córnea pro LASIK exigia um microcerátomo: uma lâmina mecânica oscilante que desliza pela superfície e fatia o disco de tecido com espessura controlada. Funciona bem, mas é uma lâmina passando no seu olho. A espessura do flap dependia da consistência do tecido, da pressão do sucção, da velocidade da lâmina. Tudo isso introduz variabilidade.

O femtossegundo resolveu isso por um princípio físico bonito: se você focar um pulso de laser num ponto dentro da córnea, num plano de profundidade exato, e a intensidade desse pulso for alta o bastante, só naquele ponto microscópico o tecido se ioniza e forma plasma. O tecido acima e abaixo do foco recebe luz, mas não recebe energia suficiente pra ser afetado. É como se você conseguisse acender uma vela só no meio de um livro fechado, sem queimar nenhuma página.

Esse é o pulo do gato. O corte acontece dentro da córnea, na profundidade que o cirurgião programou, sem precisar atravessar nenhuma camada mecanicamente. O femto cria o plano de clivagem; depois o cirurgião só precisa levantar o flap, que já está naturalmente solto na profundidade escolhida.

O que é o laser de femtossegundo

Um femtossegundo é 10⁻¹⁵ segundos, um quadrilhonésimo de segundo. Pra ter uma referência: nesse intervalo de tempo, a luz percorre apenas 300 nanômetros, menos do que o diâmetro médio de uma bactéria. Pulsos reais usados em cirurgia ocular costumam durar entre 100 e 1000 femtossegundos.

A vantagem dessa duração absurdamente curta não é só estética. Quando um pulso de laser deposita energia num tecido, parte dessa energia vira calor. O calor leva um tempo pra se difundir pros tecidos vizinhos: na córnea, essa escala é de microssegundos a milissegundos. Se o pulso terminar antes que o calor tenha tempo de se difundir, a energia fica confinada num volume minúsculo. O tecido em volta não esquenta.

Pulsos de femtossegundo são pelo menos mil vezes mais curtos que o tempo de difusão térmica do tecido. Em termos práticos: o efeito do laser fica confinado num volume menor que um micrômetro cúbico, e o tecido adjacente literalmente não sente nada.

Mas o efeito mais importante dessa brevidade não é a contenção térmica. É a potência de pico. A potência instantânea de um pulso é a energia dividida pela duração. Se você concentrar 1 microjoule de energia (uma quantidade pequena) em 100 femtossegundos, a potência de pico naquele instante é de 10 gigawatts. Dez bilhões de watts. Focados numa mancha de poucos micrômetros, isso cria um campo elétrico tão forte que arranca elétrons dos átomos da córnea, e é assim que o plasma se forma.1

De onde veio: Tibor Juhasz e a IntraLase

O laser de femtossegundo cirúrgico não nasceu na oftalmologia. Nasceu na física do estado sólido. Tibor Juhasz é um físico húngaro-americano que se formou na Universidade de Szeged em 1982, fez doutorado lá em 1986 e veio fazer pós-doutorado na Universidade da Califórnia em Irvine entre 1987 e 1990. O tema do pós-doc era exatamente isso: como pulsos de laser ultracurtos interagem com diferentes tipos de matéria.

Em 1996, Juhasz publicou um paper que mudou o jogo. Apontou um laser de femtossegundo pra um pedaço de córnea bovina, e com uma câmera de altíssima velocidade, registrou pela primeira vez o que acontece no ponto de foco: uma onda de choque expandindo rapidamente, seguida de uma bolha minúscula que cresce, encolhe e desaparece em frações de segundo, deixando atrás de si uma lacuna limpa no tecido. As ondas de choque eram muito menores que as geradas por lasers de picossegundos ou nanossegundos. Era a primeira evidência direta de que dava pra usar femtossegundo em tecido ocular vivo com dano colateral mínimo.1

O passo seguinte foi clínico. Em 1997, Juhasz fundou a IntraLase Corporation em Irvine, Califórnia, em parceria com o oftalmologista Ronald Kurtz, pra comercializar a aplicação na cirurgia refrativa. O sistema usava um laser de neodímio-vidro (Nd:glass) operando a 1.053 nanômetros, no infravermelho próximo, com pulsos de 600 a 800 femtossegundos. Em 2002, o FDA aprovou o IntraLase pra criação de flap de LASIK, abrindo caminho pra FemtoLASIK nos Estados Unidos.2

Em 2007, a IntraLase foi comprada pela Advanced Medical Optics por 808 milhões de dólares, uma avaliação que dá uma ideia do quanto a indústria refrativa apostou nessa tecnologia. Hoje, depois de uma série de aquisições, a linha pertence à Johnson & Johnson Vision. Em paralelo, a Carl Zeiss Meditec desenvolveu sua própria plataforma, o VisuMax, lançado por volta de 2007 com uma diferença conceitual importante: docking de baixa pressão, com elevação menor da pressão intraocular durante o procedimento.

Plasma, microbolhas e o plano de corte

A sequência microscópica do que acontece em cada pulso é a mesma todas as vezes. Primeiro, o campo elétrico do laser focado excede o limiar que mantém os elétrons presos aos átomos do colágeno corneano. Os elétrons são arrancados num processo de ionização por avalanche e tunelamento quântico: uma vez que o primeiro elétron escapa, ele acelera no campo, colide com outros átomos, libera mais elétrons, e em poucos femtossegundos o ponto de foco vira um plasma.

Segundo, esse plasma é um gás de partículas carregadas, elétrons e íons, com temperatura altíssima no instante da formação. Ele ocupa um volume de alguns micrômetros cúbicos e dura nanossegundos antes de se recombinar.

Terceiro, quando o plasma se desfaz, o que sobra no ponto de foco é uma mistura de vapor d'água e fragmentos do colágeno dissociado. Esse gás forma uma microbolha sob pressão dentro do tecido sólido. A bolha se expande contra as lamelas de colágeno em volta, abrindo uma microfissura, e depois colapsa em microssegundos a milissegundos.

O laser não dispara um pulso só. Ele aplica os pulsos num padrão de varredura, em espiral ou raster, com cada ponto separado por poucos micrômetros do anterior. Quando a densidade de pontos é suficiente, as microbolhas adjacentes se conectam e suas microfissuras coalescem num plano de clivagem contínuo. O resultado macroscópico é um corte laminar de geometria precisa, na profundidade exata programada, sem que nenhum instrumento mecânico tenha entrado em contato com o estroma.

A precisão é o ganho real. Um microcerátomo mecânico produz flaps com variação de espessura na casa das dezenas de micrômetros. O femto produz flaps com variação na casa de poucos micrômetros. Pra córneas finas ou em casos com geometria borderline, essa diferença vira margem de segurança.

Onde o femtossegundo está hoje

O femtossegundo aparece em três contextos principais hoje em oftalmologia. Em todos eles, o mecanismo por trás é o mesmo plasma microscópico que descrevi acima, mudando só onde e em que padrão os pulsos são aplicados:

  • FemtoLASIK: o femtossegundo cria o flap fino de córnea que era criado antes pelo microcerátomo mecânico. Depois, o excimer atua no estroma exposto e corrige o grau. Esses dois lasers operam em sequência, e a maioria dos centros que faz LASIK moderno tem os dois equipamentos.
  • SMILE (Small Incision Lenticule Extraction): o femtossegundo trabalha sozinho. Em vez de criar um flap, ele recorta dois planos dentro da córnea delimitando um lentículo, um disco fino de tecido em formato de lente. O cirurgião faz uma incisão pequena na superfície (2 a 4 mm), insere um instrumento e extrai o lentículo manualmente. Sem flap, sem excimer, sem ablação de superfície. Toda a correção refrativa vem da geometria do lentículo removido.3
  • FLACS (Cirurgia de Catarata Assistida por Femtossegundo): o femto cria as incisões de precisão na cápsula do cristalino (capsulotomia) e pré-fragmenta o núcleo cataratoso, reduzindo a energia necessária pra facoemulsificação que vem em seguida. Não substitui a cirurgia de catarata convencional pra todos os pacientes, mas oferece precisão maior na capsulotomia.

O SMILE merece uma nota especial pela história. Em 2008, Walter Sekundo, Kathleen Kunert e Christoph Russmann, na Alemanha, publicaram o primeiro estudo clínico de extração de lentículo por femtossegundo (FLEx), ainda com flap: 10 olhos, seguimento de 6 meses. A evolução sem flap, com incisão pequena de 2 a 4 mm, é o que hoje chamamos de SMILE: descrita por Sekundo, Kunert e Marcus Blum em estudo prospectivo de 91 olhos publicado no *British Journal of Ophthalmology* em 2011. O SMILE ganhou aprovação do FDA em 2016 e hoje está disponível em centros de referência no Brasil que operam com o VisuMax.4

Pra quem gosta dos detalhes: os principais parâmetros físicos do laser de femtossegundo cirúrgico, com contexto pra dar escala.

ParâmetroValorO que isso significa
Duração de cada pulso100 a 1000 fsUm femtossegundo é 10⁻¹⁵ segundos. Mil vezes mais curto que um picossegundo, um milhão de vezes mais curto que um nanossegundo. Nesse intervalo, a luz percorre menos do que o diâmetro de uma bactéria. É essa brevidade que confina toda a interação num volume microscópico, sem dar tempo do calor escapar.
Comprimento de onda1030 a 1053 nmInfravermelho próximo, invisível ao olho humano. A córnea é transparente nesse comprimento de onda, o que permite ao laser atravessar a superfície sem afetá-la e ser focado em profundidade dentro do estroma. É o oposto do excimer: ali a córnea absorve quase tudo no primeiro micrômetro; aqui ela deixa passar até o ponto de foco.
Potência de pico no foco~10 gigawattsDez bilhões de watts num único pulso. Parece muito, mas a energia total por pulso é pequena (microjoules): é a divisão por uma duração ultracurta que gera essa potência instantânea absurda. Essa potência é o que arranca os elétrons dos átomos da córnea e gera o plasma.
Tamanho do plasma formadoalguns µm³O plasma fica confinado num volume microscópico no ponto de foco, com poucos micrômetros cúbicos. Dura nanossegundos antes de se recombinar. Esse confinamento é o que permite cortar com precisão sub-micrométrica sem afetar o tecido em volta.
Tamanho da microbolha2 a 5 µmCada plasma deixa uma microbolha desse tamanho atrás de si, sob pressão no tecido sólido. A bolha se expande contra as lamelas de colágeno em volta e depois colapsa em microssegundos a milissegundos. É a expansão delas que abre o plano de clivagem.
Frequência de pulso500 kHz a 2 MHzQuantos disparos por segundo. As plataformas antigas como o IntraLase original operavam a 60 kHz; o VisuMax 800 da Zeiss chega a 2 MHz. Frequências maiores significam tempo total do procedimento mais curto: o lentículo do SMILE Pro hoje é criado em menos de 10 segundos por olho.
Precisão de profundidade< 10 µm de desvioPlataformas modernas conseguem criar um plano de corte na profundidade programada com desvio padrão de poucos micrômetros. Um microcerátomo mecânico tem variação na casa das dezenas de micrômetros. Essa diferença é o que vira margem de segurança em córneas finas.
Os números que tornam o femtossegundo único: cortes intraestromais por plasma confinado em volume sub-micrométrico, sem contato mecânico nem aquecimento do tecido em volta.

Onde o femtossegundo está hoje na Ortolan

Na nossa rotina, a grande maioria dos pacientes refrativos faz FemtoLASIK: o femtossegundo cria o flap, o excimer corrige o grau. Os dois lasers trabalham em sequência no mesmo procedimento. Pacientes com indicação clínica específica (córnea fina, perfil de risco de olho seco crônico, geometria borderline) podem se beneficiar do SMILE, e essa avaliação faz parte da consulta refrativa pré-operatória.

Uma revisão Cochrane de 2020 com 11 ensaios e 943 adultos (1.691 olhos) comparou diretamente o LASIK feito com microcerátomo mecânico versus o LASIK feito com femtossegundo. Pros desfechos visuais finais a diferença foi pequena, mas o perfil de complicações é diferente: o femto produz flaps mais uniformes em espessura e tem incidência um pouco maior de queratite lamelar difusa transitória (uma inflamação na interface do flap, 209 por 1.000 olhos com femto versus 56 por 1.000 com microcerátomo); o microcerátomo, em troca, tende a deixar mais olho seco no pós-operatório.5

Pra córneas finas ou pacientes com geometria de risco, o controle preciso de espessura que o femto oferece é uma vantagem genuína. Pra pacientes com predisposição a olho seco, o perfil de inervação preservada do femtossegundo também favorece a escolha. A decisão entre técnicas é individualizada e depende de topografia, paquimetria, biometria, perfil do filme lacrimal e do grau a corrigir.6

Conteúdo da rede do autor: pra um aprofundamento jornalístico completo da física do plasma óptico, da história do Juhasz e da evolução do SMILE com fontes primárias do PubMed citadas, escrevi a versão deep-tech de cerca de 4.000 palavras em sossego.health/robotica-em-saude/laser-femtossegundo-optical-breakdown-plasma.

Fontes e referências

Fontes institucionais consultadas: AAO EyeWiki — LASIK e SMILE, AAO Preferred Practice Pattern — Refractive Errors and Refractive Surgery, Cochrane Database of Systematic Reviews.

  1. AAO EyeWiki. Laser in situ keratomileusis (LASIK). n.d.
  2. AAO EyeWiki. Small incision lenticule extraction (SMILE). n.d.
  3. American Academy of Ophthalmology. Refractive errors and refractive surgery preferred practice pattern. 2022.
  4. Juhasz T, Kastis GA, Suárez C, Bor Z, Bron WE. Time-resolved observations of shock waves and cavitation bubbles generated by femtosecond laser pulses in corneal tissue and water. Lasers Surg Med. 1996;19(1):23-31.
  5. Sugar A. Ultrafast (femtosecond) laser refractive surgery. Curr Opin Ophthalmol. 2002;13(4):246-249.
  6. Kahuam-López N, Navas A, Castillo-Salgado C, Graue-Hernández EO, Jiménez-Corona A, Ibarra-Núñez RJ. Laser-assisted in-situ keratomileusis (LASIK) with a mechanical microkeratome compared to LASIK with a femtosecond laser for LASIK in adults with myopia or myopic astigmatism. Cochrane Database Syst Rev. 2020;4(4):CD012946.
  7. Sekundo W, Kunert KS, Blum M. Small incision corneal refractive surgery using the small incision lenticule extraction (SMILE) procedure for the correction of myopia and myopic astigmatism: results of a 6 month prospective study. Br J Ophthalmol. 2011;95(3):335-339.
  8. Reinstein DZ, Archer TJ, Gobbe M. Small incision lenticule extraction (SMILE) history, fundamentals of a new refractive surgery technique and clinical outcomes. Eye Vis (Lond). 2014;1:3.
  9. Kanellopoulos AJ, Asimellis G. Long-term bladeless LASIK outcomes with the FS200 femtosecond and EX500 excimer laser workstation: the Refractive Suite. Clin Ophthalmol. 2013;7:261-269.

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Perguntas frequentes

Dúvidas comuns sobre este tema

O femtossegundo pode aquecer o meu olho?

Não. Cada pulso dura entre 100 e 1000 femtossegundos, e o tempo de difusão térmica do tecido corneano é de microssegundos a milissegundos. Em termos práticos, o pulso termina muito antes do calor ter tempo de se difundir, e o efeito fica confinado num volume sub-micrométrico no ponto de foco. O tecido em volta literalmente não sente.

FemtoLASIK e SMILE usam o mesmo laser?

Ambos usam um laser de femtossegundo, mas em padrões diferentes. No FemtoLASIK, o femto cria um flap fino e o excimer corrige o grau no estroma exposto. No SMILE, o femto trabalha sozinho: recorta dois planos delimitando um lentículo de tecido, que é extraído por uma incisão pequena. Sem flap, sem excimer.

Por que existe diferença de incidência de queratite lamelar entre microcerátomo e femto?

A queratite lamelar difusa (DLK) é uma resposta inflamatória estéril na interface do flap, geralmente transitória e responsiva a corticoide tópico. O femtossegundo gera microbolhas e ondas de choque microscópicas que podem deixar mais resíduo inflamatório na interface do que o corte mecânico do microcerátomo. A revisão Cochrane de 2020 reportou DLK em 209 por 1.000 olhos com femto vs 56 por 1.000 com microcerátomo, mas sem diferença significativa no resultado visual final.

O VisuMax 800 e o SMILE Pro são a mesma coisa?

O VisuMax 800 é a plataforma de femtossegundo da Carl Zeiss Meditec com frequência de repetição de pulso de 2 MHz (versus 500 kHz da versão anterior). O SMILE Pro é o protocolo otimizado de extração de lentículo rodando sobre o VisuMax 800. A frequência mais alta reduz o tempo de criação do lentículo de cerca de 25 segundos pra menos de 10 segundos por olho.

Este artigo substitui uma consulta com oftalmologista?

Não. O conteúdo é educativo sobre a física do laser de femtossegundo. A indicação pra cirurgia refrativa depende de avaliação presencial completa: topografia e tomografia corneana, paquimetria, biometria, avaliação do filme lacrimal, estabilidade do grau e critérios individuais.

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