Noninvasive Monitoring of Excimer Laser Ablation by Time-Resolved Reflectometry
Authors: Ediger Marwood N , Pettit George H , Weiblinger Richard P 
Published: April 2021

ABSTRACT

BACKGROUND: Current excimer laser photorefractive procedures use empiric etch rates to determine specific changes in corneal shape. A real-time analytic method for monitoring the tissue ablation process may be useful in tailoring energy delivery to a specific patient and in detecting detrimental phenomena such as corneal desiccation.

METHODS: We monitored excimer laser ablation by studying the amplitude and temporal characteristics of ArF laser pulses reflected from the ablation site. Two target materials were used: polymethylmethacrylate (PMMA, a synthetic polymer that undergoes an incubation phase where no ablation occurs for an initial finite number of laser pulses), and bovine cornea. Observed reflectivity changes during irradiation of PMMA were compared to profilometric ablation depth measurements. Corneal ablation was performed both with and without nitrogen gas flow at the ablation site to study the effect of tissue desiccation.

RESULTS: For ablation of PMMA at 160 mJ/cm
p 2
, the incubation phase included the initial eight laser pulses. For corneal tissue ablation at a fluence of 125 mJ/cm
p 2
, flowing nitrogen gas caused significant shortening and amplitude reduction in the reflected laser signals.

CONCLUSIONS: Noninvasive time-resolved reflectometry provided real-time information about target ablation. This technique may have diagnostic utility during laser corneal surgical procedures. (Refract Corneal Surg 1993;9:268-275.)

RÉSUMÉ

INTRODUCTION: La chirurgie photorefractive au laser excimer d'aujourd'hui utilise une fréquence des pulsations empirique afin de changer la forme coméene. Une méthode d'analyse en temps réel destinée à surveiller l'évolution de l'ablation cornéene pourrait être très utile soit pour individualiser la chirurgie à chaque patient, soit pour découvrir les effets secondaires, comme le dessèchement corneen.

MÉTHODES: Nous avons suivi de près l'ablation cornéenne au laser excimer en étudiant l'amplitude et les caractéristiques temporelles des pulsations du laser à l'argon fluoride réfléchi sur la zone d'ablation. Deux matériaux cibles furent utilisés, le PMMA et la cornée bovine. (Le PMMA subit une période d'incubation durant un nombre fini de pulsations pendant laquelle aucune ablation ne se produit.) Les changements de caractère réfléchi pendant l'irradiation du PMMA furent comparés avec les mesures de profondeur d'ablation profilométrique. L'ablation cornéenne fut réalisée avec et sans l'addition de gaz azoté afin d'étudier l'effet du dessèchement.

RÉSULTATS: Pour l'ablation du PMMA à 160 mJ/ cm2 la période d'incubation comprenait les premières 8 pulsations du laser. Pour l'ablation cornéenne à 125 mJ/cm2 l'adjonction de gaz azoté a entraîné un raccourcissement et une réduction d'amplitude significative dans les signaux réfléchis.

CONCLUSION: Les mesures de l'extérieur du réfléchissement en temps réel (noninvasive timeresolved reflectometry) nous renseignent en temps réel sur l'ablation cible. Cette technique pourrait être utile d'un point de vue diagnostique pendant la chirurgie refractive au laser. (Translated by Rob Mack, MD, Iowa City, la.)