Trattamento laser per patologie della retina: simulazione numerica e validazione sperimentale preliminare

La corioretinopatia sierosa centrale è una malattia oculare che affligge principalmente soggetti in età adulta. Si tratta della quarta retinopatia più diffusa ed è caratterizzata dal distacco della neuroretina in seguito all’accumulo di fluido sottoretinico. Attualmente, è possibile trattare questa patologia mediante un approccio farmacologico oppure, quando la condizione non si risolve, con terapia chirurgica laser. Tra le varie opzioni chirurgiche, in alternativa alla fotocoagulazione classica e alla terapia fotodinamica, si sta affermando la fotocoagulazione laser micropulsata sotto-soglia. Questa tecnica prevede l’impiego di un laser micropulsato e dovrebbe risultare più sicura per il paziente, in quanto si produce un innalzamento di temperatura minore nelle cellule dell’epitelio pigmentato retinico, evitando in questo modo la distruzione del tessuto. Per svolgere questo tipo di operazione esistono diverse apparecchiature, dotate di laser a diversa lunghezza d’onda. In questo lavoro di tesi si è analizzato il trattamento micropulsato con laser giallo a 577 nm effettuato con lo strumento Easyret di Quantel Medical®. L’impiego di questa particolare lunghezza d’onda dovrebbe favorire un recupero più rapido da parte del paziente, garantendone la sicurezza. Purtroppo, in alcuni casi il trattamento è risultato del tutto inefficace, mentre in altri i tessuti sono stati danneggiati in modo permanente. Le cause si possono ricondurre alle poche conoscenze riguardanti gli effetti termici del laser a 577 nm sui tessuti oculari in presenza di accumulo di liquido e ad un errato settaggio dei parametri dell’apparecchiatura, spesso mutuati da tecnologie che implementano differenti lunghezze d’onda e che di conseguenza producono una differente risposta del tessuto. Il presente lavoro, svolto presso il gruppo di ricerca CompMech del Dipartimento di Ingegneria Civile e Architettura, in collaborazione con il centro oculistico Humanitas Castelli di Bergamo, si è focalizzato sulla messa a punto di una simulazione del trattamento per riuscire a comprendere come i parametri del macchinario influenzino l’innalzamento di temperatura all’interno dell’occhio. La simulazione è stata implementata in COMSOL Multiphysics® sfruttando il modulo Ray Optics, per modellizzare il laser e calcolarne la traiettoria all’interno dell’occhio, il modulo Heat Transfer per il calcolo della temperatura nei vari tessuti, e l’interfaccia di accoppiamento multifisico Ray Heating che unisce i due moduli. Sono state effettuate considerando un modello semplificato dell’occhio, contenente tutte le strutture anatomiche principali ricavando i parametri, ottici e termici, dalla letteratura disponibile. Per confermare la correttezza della strategia implementata si è sviluppato un setup semplificato per la validazione sperimentale comprensivo di una sonda che misura la temperatura di una sostanza colpita dal laser a 577 nm emesso da Easyret e mantenuto all’interno di un contenitore progettato ad hoc. La stessa condizione è stata, quindi, simulata in COMSOL e i risultati confrontati con quelli sperimentali. A conclusione del lavoro, è stato simulato l’utilizzo del laser su un modello semplificato di occhio umano. In particolare, si è confrontata una condizione di occhio sano con quella patologica, in cui la geometria è stata opportunamente modificata per includere la presenza di liquido sottoretinico. Il seguente lavoro si pone l’obiettivo di gettare le basi per la messa a punto di uno strumento atto a fornire un quadro realistico dell’impatto del trattamento laser sui tessuti oculari, al variare dei parametri del trattamento e della specifica condizione clinica del paziente, evidenziando la necessità di valutare le impostazioni dello strumento tenendo conto sia degli aspetti geometrici che fisiopatologici del paziente, abbandonando approcci basati su parametri standard.