ES2318315T3 - Dispositivo para la generacion de superficies de corte en un material transparente. - Google Patents

Abstract

Dispositivo para la generación de superficies de corte (9) en un material transparente, en particular en la córnea (5) del ojo, con una fuente de radiación láser (S) que concentra la radiación láser (3) en el material y produce en él descomposiciones ópticas (8), en el que están previstos un dispositivo explorador (6, 10) que ajusta el punto focal (7) y un dispositivo de control (2) que dirige el dispositivo explorador (6, 10) para formar la superficie de corte (9) mediante una disposición de tipo rejilla bidimensional (F) de descomposiciones ópticas (8) yuxtapuestas en el material (5), y en el que el dispositivo de control (2) ajusta el punto focal (7) a lo largo de una trayectoria y genera de forma no directamente sucesiva descomposiciones ópticas (8) adyacentes a lo largo de la trayectoria, estando la disposición de tipo rejilla bidimensional (F) de las descomposiciones ópticas (8) compuesta por al menos dos rejillas parciales (G1, G2, G3) y realizando el dispositivo de control (2) el ajuste del foco de tal manera que las rejillas parciales (G1, G2, G3) se procesen sucesivamente respecto a sus descomposiciones ópticas (8) asociadas, y concentrándose la radiación láser (3) en el interior del material (5) de manera que cada descomposición óptica (8) produzca una burbuja de plasma que separa capas de material previamente unidas.

Description

Dispositivo para la generación de superficies de corte en un material transparente.

La invención se refiere a un dispositivo para la generación de superficies de corte en un material transparente, en particular en la córnea del ojo, con una fuente de radiación láser que concentra la radiación láser en el material y produce en él descomposiciones ópticas, en el que están previstos un dispositivo explorador que ajusta el punto focal y un dispositivo de control que dirige el dispositivo explorador para formar la superficie de corte mediante una disposición de tipo rejilla bidimensional de descomposiciones ópticas yuxtapuestas en el material, y en el que el dispositivo de control ajusta el punto focal a lo largo de una trayectoria y genera de forma no directamente sucesiva descomposiciones ópticas adyacentes a lo largo de la trayectoria.

El documento US 62104011 describe un dispositivo para corregir la ametropía por ablación corneal. La superficie de la córnea se irradia con radiación láser pulsada siguiendo un dibujo, y el dibujo se desplaza varias veces.

Especialmente en procedimientos quirúrgicos con láser, y en particular en intervenciones quirúrgicas oculares, se generan superficies de corte curvadas en un material transparente. En estos procesos, la radiación láser de tratamiento se concentra en el tejido, es decir, debajo de la superficie del tejido, de tal manera que se produzcan descomposiciones ópticas en el tejido.

En el tejido transcurren sucesivamente varios procesos iniciados por la radiación láser. Si la densidad de potencia de la radiación supera un valor umbral, se produce una descomposición óptica que genera una burbuja de plasma en el material. Una vez generada la descomposición óptica, esta burbuja de plasma crece por la expansión de gases. Si la descomposición óptica no se mantiene, el gas generado en la burbuja de plasma es absorbido por el material circundante y la burbuja vuelve a desaparecer. Este proceso, sin embargo, dura mucho más que la generación de la burbuja misma. Si se genera un plasma en una interfase de material, que por supuesto también se puede encontrar dentro de una estructura de material, se produce un desgaste de material en la interfase. En este caso se habla de fotoablación. En el caso de una burbuja de plasma que separa capas de material previamente unidas se habla habitualmente de fotodisociación. Para simplificar, todos estos procesos se resumen en la presente memoria bajo la expresión descomposición óptica, es decir que esta expresión no sólo incluye la descomposición óptica propiamente dicha sino también los efectos que se producen como resultado de ella en el material.

Para que un procedimiento quirúrgico con láser sea preciso es indispensable garantizar una buena localización del efecto de los rayos láser y evitar, en la medida de lo posible, daños colaterales en el tejido adyacente. Por este motivo es habitual en el estado de la técnica aplicar la radiación láser de forma pulsada, de manera que el valor umbral para la densidad de potencia necesario para iniciar una descomposición óptica sólo se sobrepasa en los pulsos individuales. El documento US 5.984.916 muestra a este respecto claramente que la dimensión espacial de la descomposición óptica (en este caso de la interacción generada) depende fuertemente de la duración del pulso. Por lo tanto, una alta concentración del rayo láser en combinación con unos pulsos muy cortos permite aplicar la descomposición óptica en un punto muy concreto de un material.

El uso de radiación láser pulsada se ha impuesto en los últimos tiempos especialmente en la oftalmología para la corrección quirúrgica con láser de la ametropía. Las ametropías del ojo con frecuencia se deben a que las propiedades refractarias de la córnea y de la lente no producen una focalización óptima sobre la retina.

El documento US 5.984.916 mencionado, así como el documento US 6.110.166, describen procedimientos para la generación de cortes por medio de una generación adecuada de descomposiciones ópticas, de manera que al final se influye selectivamente en las propiedades refractarias de la cornea. Se yuxtaponen numerosas descomposiciones ópticas de tal manera que en la córnea del ojo se aísle un volumen parcial en forma de lente. El volumen parcial en forma de lente separado del resto del tejido corneal se extrae después de la córnea a través de un corte abierto lateralmente. La configuración del volumen parcial se elige de manera que, tras la extracción, la forma y, con ello, las propiedades refractarias de la córnea estén modificadas de tal manera que se obtenga la corrección deseada de la ametropía. Las superficies de corte que se requieren en este caso están curvadas, lo que hace que sea necesario ajustar el foco en tres dimensiones. Por esta razón se combina una desviación bidimensional de la radiación láser con un ajuste simultáneo del foco en una tercera dirección espacial.

Cuando se realiza un corte por yuxtaposición de descomposiciones ópticas en el material, la generación de una descomposición óptica transcurre bastante más rápidamente de lo que tarda un plasma generado por ella en volver a ser absorbido en el tejido. Por la publicación de A. Heisterkamp y col., Der Ophthalmologe, 2001, 98:623-628, se sabe que después de generar una descomposición óptica en la córnea ocular crece, en el punto focal en el que se generó la descomposición óptica, una burbuja de plasma que al cabo de unos \mus alcanza un tamaño máximo y a continuación vuelve a colapsarse prácticamente por completo. Después, sólo quedan pequeñas burbujas residuales. La publicación declara que la unión de burbujas de plasma en crecimiento reduce la calidad del corte. Por lo tanto, se propone en ella un procedimiento genérico en el que las burbujas de plasma individuales no se generan de forma directamente adyacente. En lugar de ello, entre las descomposiciones ópticas generadas sucesivamente a lo largo de una trayectoria en espiral se deja un espacio que es rellenado durante un segundo recorrido por la espiral con descomposiciones ópticas y burbujas de plasma resultantes de ellas. De este modo debe evitarse la unión de burbujas de plasma adyacentes y mejorarse la calidad del corte. En la espiral descrita por Heisterkamp y col., la distancia entre las descomposiciones ópticas generadas aumenta inevitablemente con cada vuelta de la espiral.

Como alternativa al procedimiento descrito en la publicación citada, también sería concebible configurar el intervalo temporal entre las descomposiciones ópticas generadas sucesivamente tan amplio que la burbuja de plasma de una descomposición óptica se haya colapsado ya antes de generarse la siguiente descomposición óptica. Sin embargo, esto ralentizaría considerablemente la generación de superficies de corte.

No debe pretenderse una generación rápida de superficies de corte sólo por el deseo de comodidad o de ahorrar tiempo; dado que durante las operaciones oftalmológicas se producen inevitablemente movimientos del ojo, una generación rápida de superficies de corte mejora también la calidad óptica del resultado obtenido y/o reduce los requisitos para eventuales seguimientos de movimientos oculares.

Por lo tanto, la invención se propone el objetivo de configurar un procedimiento y un dispositivo del tipo mencionado al principio de tal manera que para generar una superficie de corte de buena calidad se requiera el menor tiempo posible.

El objetivo se alcanza con un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la disposición de tipo rejilla bidimensional de las descomposiciones ópticas se compone de al menos dos rejillas parciales y el dispositivo de control produce el ajuste focal de tal manera que las rejillas parciales se procesen sucesivamente respecto a sus descomposiciones ópticas asociadas.

Mediante la división de la superficie de corte en varias rejillas parciales, la invención logra, por una parte, que al yuxtaponer las descomposiciones ópticas no exista el riesgo de generar descomposiciones ópticas directamente adyacentes también de forma directamente sucesiva. Por otra parte, se logra rellenar por completo y/o uniformemente la superficie de corte con descomposiciones ópticas.

La superficie de corte que se ha de generar por yuxtaposición de descomposiciones ópticas generalmente está curvada. Sobre la superficie curvada se define ahora una rejilla bidimensional uniforme de tal manera que se obtenga una acumulación homogénea y preferentemente densa de zonas en las que se producen descomposiciones ópticas. Preferentemente se presta atención a que la distancia esférica entre los centros de dos descomposiciones ópticas (denominada también línea geodésica) sólo sea como máximo un 10% mayor que la distancia entre los lugares de las descomposiciones ópticas en el espacio. Con estas condiciones previas, una región pequeña de la superficie de corte puede considerarse, como buena aproximación, un segmento superficial plano. Por "disposición de tipo rejilla bidimensional" se entiende, por lo tanto, la disposición regular de los lugares en los que se inician las descomposiciones ópticas por concentración de la radiación láser en el espacio tridimensional respecto a la superficie de corte, pudiéndose partir en el marco de la aproximación antes mencionada, al menos por segmentos, de un elemento superficial plano.

Mediante una división adecuada de la disposición planiforme de las burbujas de plasma en rejillas parciales y un procesamiento secuencial de las rejillas parciales, es decir, que se generan primero las descomposiciones de una rejilla parcial antes de iniciarse las descomposiciones de la siguiente rejilla parcial, se logra que entre dos descomposiciones generadas de forma directamente sucesiva se encuentre siempre una distancia espacial. Se evita el problema de la unión de burbujas de plasma de descomposiciones generadas de forma directamente sucesiva. Las rejillas parciales individuales no tienen que procesarse de forma completa.

A medida que aumenta la velocidad a la que se generan las descomposiciones ópticas, también puede producirse una unión de burbujas de plasma de descomposiciones ópticas que se encuentran adyacentes debido a la yuxtaposición de diferentes segmentos de la trayectoria en curva. La división de acuerdo con la invención de la disposición de tipo rejilla bidimensional en al menos dos rejillas parciales permite evitar estos problemas, puesto que mediante la selección adecuada de las rejillas parciales se puede tratar de no generar descomposiciones ópticas próximas dentro de una misma rejilla parcial. Una selección adecuada de las rejillas parciales permite además rellenar uniformemente la superficie. En una forma de realización preferida de la invención está previsto que las rejillas parciales se seleccionen de tal manera que en la disposición de tipo rejilla bidimensional, en al menos una rejilla parcial para al menos una descomposición óptica todas las descomposiciones ópticas adyacentes pertenezcan a una o varias de las otras rejillas parciales. Este planteamiento se realizará convenientemente de manera que para todas las rejillas parciales, las descomposiciones ópticas no presenten una descomposición óptica directamente adyacente perteneciente a la misma rejilla. Mediante esta variante, la velocidad a la que se generan sucesivamente las descomposiciones ya sólo está limitada, en cuanto al problema de la unión de burbujas de plasma, por el intervalo temporal entre dos rejillas parciales. Basándose en los valores publicados por Heisterkamp y col. para el crecimiento y la desaparición de una burbuja de plasma, deberían transcurrir entre las rejillas parciales sucesivas que siguen a las primeras burbujas de plasma al menos aproximadamente 2 a 5 \mus o incluso algunos milisegundos o segundos.

El número de rejillas parciales en principio no está limitado. Sin embargo, se ha observado que en el caso de dos rejillas parciales en ocasiones no se puede evitar por completo que se encuentren adyacentes dos burbujas de plasma pertenecientes a la misma rejilla parcial. Por lo tanto, resulta ventajosa una división en tres rejillas parciales. Una disposición de tipo rejilla bidimensional especialmente ventajosa la constituye la rejilla trigonal o hexagonal (para mayor claridad se usan los términos habituales para la rejilla bidimensional plana), en la que no sólo se puede alcanzar una compacidad superficial muy elevada, de más del 90%, sino que también se asegura de manera sencilla que una descomposición óptica perteneciente a una rejilla parcial sólo presente vecinos directos de las otras dos rejillas parciales.

Las diferentes rejillas parciales se pueden generar convenientemente a partir de una rejilla parcial básica que se desplaza adecuadamente en función del número de rejillas parciales para lograr la disposición de tipo rejilla bidimensional. Este planteamiento presenta además la ventaja de que el dispositivo de control puede efectuar el ajuste focal conforme a un esquema fijo asignado a la rejilla parcial básica, por ejemplo en forma de una trayectoria de exploración determinada y/o de un modo de barrido determinado, y sólo tiene que considerar para las rejillas parciales individuales una transformación de coordenadas relativamente sencilla, por ejemplo en forma de un desplazamiento.

Para el dispositivo de acuerdo con la invención se considera cualquier unidad de control adecuada que realice el procedimiento explicado, por ejemplo un microprocesador u ordenador programado adecuadamente que dirija adecuadamente los subgrupos del dispositivo.

La invención se explica a continuación con más detalle y a modo de ejemplo haciendo referencia al dibujo. En el dibujo muestran:

La figura 1 una representación en perspectiva de un paciente durante un tratamiento quirúrgico de láser con un instrumento de cirugía láser,

la figura 2 la concentración de un haz de rayos en el ojo del paciente con el instrumento de la figura 1,

la figura 3 una representación esquemática para ilustrar una superficie de corte generada durante el tratamiento quirúrgico de láser con el instrumento de la figura 1,

la figura 4 un dispositivo de desviación del instrumento de cirugía láser de la figura 1,

la figura 5 tres figuras parciales 5a, 5b y 5c para la formación de la superficie de corte de la figura 3 a partir de varias rejillas parciales.

En la figura 1 se muestra un instrumento de cirugía láser para el tratamiento de un ojo 1 de un paciente, sirviendo el instrumento de cirugía láser 2 para la realización de una corrección refractiva. El instrumento 2 emite un rayo láser 3 de tratamiento hacia el ojo del paciente 1, cuya cabeza está fijada en un sujetacabezas 4. El instrumento de cirugía láser 2 es capaz de generar un rayo láser 3 pulsado, de manera que se puede realizar el procedimiento descrito en el documento US 6.110.166. Los subgrupos del instrumento 2 son controlados por una unidad de control integrada en el ejemplo de realización.

Para ello, el instrumento de cirugía láser 2 presenta, como se muestra esquemáticamente en la figura 2, una fuente de radiación S cuya radiación se concentra en la córnea 5 del ojo 1. Con el instrumento de cirugía láser 2 se trata una ametropía del ojo 1 del paciente retirando material de la córnea 5 de tal manera que las propiedades refractarias de la córnea se modifiquen en la medida deseada. El material se extrae del estroma de la córnea, que se encuentra debajo del epitelio y de la membrana de Bowman y encima de la membrana de Descemet y del endotelio.

La eliminación de material se lleva a cabo separando capas de tejido en la córnea por concentración, mediante un telescopio 6 ajustable, del rayo láser 3 pulsado de alta energía en un foco 7 situado en la córnea 5. Cada pulso de la radiación láser 3 pulsada genera una descomposición óptica en el tejido, la cual inicia una burbuja de plasma 8. De este modo la separación de capas de tejido comprende una región mayor que el foco 7 de la radiación láser 3. Mediante una desviación adecuada del rayo láser 3 se generan muchas burbujas de plasma 8 durante el tratamiento. Estas burbujas de plasma 8 forman después una superficie de corte 9 que delimita un volumen parcial T del estroma, a saber, el material de la córnea 5 que se ha de eliminar.

Debido a la radiación láser 3, el instrumento de cirugía láser 2 actúa como un bisturí quirúrgico que separa directamente las capas de material en el interior de la córnea 5 sin dañar la superficie de la córnea 5. Si el corte se continúa hasta la superficie de la córnea 5 mediante la generación adicional de burbujas de plasma 8, se puede extraer lateralmente, y con ello eliminar, un material de la córnea 5 aislado por la superficie de corte 9.

En la figura 3 se representa esquemáticamente la generación de la superficie de corte 9 mediante el instrumento de cirugía láser 2. La superficie de corte 9 se forma por yuxtaposición de las burbujas de plasma 8 como consecuencia del constante desplazamiento del foco 7 del rayo láser 3 pulsado concentrado.

En una forma de realización, el desplazamiento del foco se lleva a cabo, por una parte, mediante la unidad de desviación 10 representada esquemáticamente en la figura 4, que desvía alrededor de dos ejes perpendiculares entre sí el rayo láser 3 que incide en el ojo 1 a lo largo de un eje de incidencia principal H. La unidad de desviación 10 usa para ello un espejo de líneas 11 así como un espejo de imágenes 12, lo que tiene como resultado dos ejes de desviación dispuestos uno detrás de otro en el espacio. El punto de cruzamiento entre el eje de radiación principal H y el eje de desviación es entonces el punto de desviación correspondiente. Por otra parte, para el desplazamiento del foco se ajusta adecuadamente el telescopio 6. De este modo, el foco 7 se puede ajustar a lo largo de tres ejes ortogonales según el sistema de coordenadas x/y/z representado esquemáticamente en la figura 4. La unidad de desviación 10 ajusta el foco en el plano x/y, permitiendo el espejo de líneas ajustar el foco en la dirección x y el espejo de imágenes, en la dirección y. El telescopio 6, en cambio, actúa en la coordenada z del foco 7.

Debido a la curvatura de la córnea, que asciende a entre 7 y 10 mm, el volumen parcial T también está curvado de forma correspondiente. La curvatura de la córnea se manifiesta, pues, en forma de una curvatura del campo visual. Ésta se tiene en cuenta mediante un direccionamiento adecuado de la unidad de desviación 10 y del telescopio 6.

Si una superficie de corte, como la que se muestra en la figura 3, está curvada en la misma dirección que la superficie de la córnea, ésta se puede lograr con una óptica cuya curvatura del campo visual sea similar a la curvatura de la córnea, sin que esto tenga que considerarse a la hora de guiar el foco 7.

La superficie de corte 9 curvada se genera por yuxtaposición de burbujas de plasma 8, ajustando adecuadamente el foco 7 y dirigiendo la fuente de radiación S. En este caso puede llevarse a cabo, por ejemplo, un barrido de la superficie de corte 9. Sin embargo, el dispositivo de control del instrumento 2 dirige el dispositivo de desviación 10 y la óptica de exploración 6 de tal manera que dentro de una determinada ventana temporal no se produzcan descomposiciones en proximidad directa. La disposición de las burbujas de plasma 8 que forman la superficie de corte 9 puede considerarse una disposición (curvada) de tipo rejilla bidimensional F. Con fines de ilustración se ha elegido en la figura 5 una representación plana para la disposición de tipo rejilla bidimensional F, aunque en realidad las burbujas de plasma 8 individuales naturalmente están dispuestas en una superficie curvada en el espacio para aislar el volumen parcial T. Ahora bien, la disposición de tipo rejilla bidimensional F definida de este modo sobre la superficie de corte 9 curvada no se genera por un procesamiento secuencial directo de las burbujas de plasma 8 contenidas en ella, sino que la unidad de control del instrumento 2 subdivide la disposición de tipo rejilla bidimensional F en tres rejillas parciales G1, G2 y G3, mostradas en las figuras 5a a 5c. Las rejillas parciales G1, G2 y G3 se han obtenido a partir de una rejilla básica común que en cada caso se ha desplazado a lo largo de un eje de la rejilla una distancia correspondiente a la existente entre dos burbujas de plasma 8.

El dispositivo de control explora ahora a modo de trama los puntos individuales de la disposición de tipo rejilla bidimensional F de tal manera que primero se procesen los puntos de la rejilla parcial G1. Una vez generada una burbuja de plasma 8 en cada punto de la rejilla parcial G1, la unidad de control efectúa un desplazamiento de coordenadas respecto al dibujo de trama de la rejilla parcial G1 y genera descomposiciones ópticas conforme a la rejilla parcial G2. Si bien las descomposiciones ópticas 8 de la rejilla parcial G2 se encuentran directamente adyacentes a las descomposiciones ópticas de la rejilla parcial G1, no poseen vecinos directos dentro de la rejilla parcial G2. Si se seleccionan adecuadamente las rejillas parciales G1 y G2, la superficie de corte 9 está terminada. En la división mostrada en la figura está prevista, en cambio, una tercera rejilla parcial G3.

Una nueva transformación de coordenadas de la unidad de control del instrumento 2 se encarga de que en un tercer recorrido se generen en los puntos de la rejilla parcial G3 descomposiciones ópticas que rellenen en cada caso los huecos que quedan entre las burbujas de plasma 8 de las rejillas parciales G1 y G2. Al final, la disposición de tipo rejilla bidimensional F está completamente rellena de burbujas de plasma 8, de manera que la superficie de corte está terminada.

El uso de una rejilla parcial para el procesamiento de los puntos en los que se han de iniciar burbujas de plasma 8 para la superficie de corte 9 presenta la ventaja de que la unidad de control del instrumento 2 puede trabajar según un esquema de desviación fijo que únicamente ha de ser sometido a una transformación de coordenadas fija para el procesamiento de las rejillas parciales G1, G2 y G3. Al mismo tiempo se asegura que ningún punto de la disposición de tipo rejilla bidimensional F se queda sin burbuja de plasma 8.

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Documentos citados en la descripción Esta lista de documentos citados por el solicitante se ha incorporado exclusivamente para información del lector y no forma parte del documento de patente europeo. Se ha elaborado con el máximo esmero; no obstante, la OEP no se hace responsable de posibles errores u omisiones. Documentos de patente citados en la descripción

\bullet US 62104011 B [0002]

\bullet US 6110166 A [0007] [0021]

\bullet US 5984916 A [0005] [0007]

Bibliografía distinta de patentes citada en la descripción

\bullet A. HEISTERKAMP y col. Der Ophthalmologe, 2001, vol. 98, 623-628 [0008]

Claims (5)

1. Dispositivo para la generación de superficies de corte (9) en un material transparente, en particular en la córnea (5) del ojo, con una fuente de radiación láser (S) que concentra la radiación láser (3) en el material y produce en él descomposiciones ópticas (8), en el que están previstos un dispositivo explorador (6, 10) que ajusta el punto focal (7) y un dispositivo de control (2) que dirige el dispositivo explorador (6, 10) para formar la superficie de corte (9) mediante una disposición de tipo rejilla bidimensional (F) de descomposiciones ópticas (8) yuxtapuestas en el material (5), y en el que el dispositivo de control (2) ajusta el punto focal (7) a lo largo de una trayectoria y genera de forma no directamente sucesiva descomposiciones ópticas (8) adyacentes a lo largo de la trayectoria, estando la disposición de tipo rejilla bidimensional (F) de las descomposiciones ópticas (8) compuesta por al menos dos rejillas parciales (G1, G2, G3) y realizando el dispositivo de control (2) el ajuste del foco de tal manera que las rejillas parciales (G1, G2, G3) se procesen sucesivamente respecto a sus descomposiciones ópticas (8) asociadas, y concentrándose la radiación láser (3) en el interior del material (5) de manera que cada descomposición óptica (8) produzca una burbuja de plasma que separa capas de material previamente unidas.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo de control (2) elige tres rejillas parciales (G1, G2, G3) de tal manera que en al menos una rejilla parcial (G1, G2, G3) para al menos una descomposición óptica (8), todas las descomposiciones ópticas (8) adyacentes pertenezcan a otras rejillas parciales (G1, G2, G3).

3. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque para todas las rejillas parciales (G1, G2, G3), las descomposiciones ópticas (8) no presentan una descomposición óptica (8) directamente adyacente perteneciente a la misma rejilla parcial (G1, G2, G3).

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1, 2 ó 3, caracterizado porque el dispositivo de control (2) genera la superficie de corte (9) mediante una disposición de tipo rejilla bidimensional en forma de una rejilla trigonal y genera las tres rejillas parciales (G1, G2, G3) a partir de una rejilla básica mediante tres desplazamientos diferentes a lo largo de un eje de la rejilla parcial básica.

5. Procedimiento o dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque al menos una rejilla parcial (G1, G2, G3) no se procesa por completo con descomposiciones ópticas (8).