BR112019011420A2

BR112019011420A2 - dispositivo de tratamento de tecido à base de luz e sistema de tratamento

Info

Publication number: BR112019011420A2
Application number: BR112019011420A
Authority: BR
Inventors: Varghese Babu; Verhagen Rieko
Original assignee: Koninklijke Philips Nv
Priority date: 2016-12-12
Filing date: 2017-12-05
Publication date: 2019-10-22
Also published as: RU2727588C1; JP6651680B2; EP3551112A1; EP3551112B1; JP2020500647A; CN110049738A; CN110049738B; US11129677B2; WO2018108637A1; US20210212765A1

Abstract

trata-se de um dispositivo de tratamento à base de luz que compreende uma disposição óptica em uma extremidade de saída de luz de uma fibra óptica. a disposição óptica inclui um sistema de oscilador - amplificador de potência mestre com base em um amplificador laser óptico de semicondutor e um amplificador óptico de cristal. dessa maneira, a potência de pico fornecida ao longo da fibra óptica pode ser reduzida para evitar danos à fibra óptica, ao mesmo tempo em que possibilita que um nível de energia pulsada suficientemente alto seja aplicado para o tratamento do tecido.

Description

DISPOSITIVO DE TRATAMENTO DE TECIDO À BASE DE LUZ E SISTEMA DE TRATAMENTO

Campo da invenção [001] A invenção se refere a dispositivos de tratamento de tecido à base de luz. Em tais dispositivos, a fonte de luz serve para fornecer um feixe de luz incidente para tratar um tecido mediante a criação de lesões ou outros danos ao tecido. Um exemplo é a ruptura óptica induzida por laser (LIOB, laser induced optical breakdown) que é usada, por exemplo, no tratamento de tecido cutâneo ou na remoção de pelos. A invenção refere-se, em particular, a sistemas à base de fibra, como sistemas à base de cateter.

Antecedentes da invenção [002] São conhecidos sistemas a laser à base de cateter, com o uso de fibras ópticas, para aplicações intraarteriais e cardíacas in vivo. Um sistema à base de fibras pode também ser usado quando há necessidade de uma fonte de laser pulsada de alta intensidade acoplada por fibra, como em aplicações para tratamento de pele a laser. Isso pode ser usado onde uma fibra de estação de base acoplada a uma peça de mão é favorecida em relação aos sistemas envolvendo braços articulados para guiar a luz laser.

[003] Os dispositivos de tratamento de pele à base de luz são usados, por exemplo, para o tratamento de rugas e corte de pelos ou cabelo. Em tratamentos de rugas à base de luz, o dispositivo cria um ponto focal em uma camada da derme da pele a ser tratada. A potência e a duração de pulso do laser e a dimensão do ponto focal são selecionados de modo que um fenômeno de ruptura óptica induzida por laser (LIOB, Laser Induced Optical Breakdown) afete a pele para estimular o

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2/20 crescimento de tecido cutâneo e, com isso, reduzir as rugas. Em cortes de pelos à base de luz, o feixe de luz incidente é focalizado no interior do pelo e o fenômeno de LIOB faz com que o pelo seja cortado.

[004] Por exemplo, o pedido de patente internacional publicado como W02005/011510 descreve um dispositivo para encurtar pelos que compreende uma fonte de laser para gerar um feixe de laser durante um tempo de pulso predeterminado, um sistema óptico para focalizar o feixe de laser em um ponto focal e um manipulador de feixe de laser para posicionar o ponto focal em uma posição-alvo. Uma dimensão do ponto focal e uma potência do feixe de laser gerado se dão de forma que, no ponto focal, o feixe de laser tenha uma densidade de potência que está acima de um valor limite característico para o tecido de pelo acima do qual, para o tempo de pulso pré-determinado, um fenômeno de ruptura óptica induzida por laser (LIOB) ocorre no tecido do pelo.

[005] Em geral, a ruptura óptica induzida por laser (LIOB) ocorre em meios, os quais são transparentes ou semi-transparentes para o comprimento de onda do feixe de laser, quando a densidade de potência (W/cm²) do feixe de laser no ponto focal excede um valor-limite que é característico para o meio específico. Abaixo do valor-limite, o meio específico tem propriedades de absorção linear relativamente baixas para o comprimento de onda específico do feixe de laser. Acima do valor-limite, o meio tem propriedades de absorção do feixe de laser fortemente não lineares para o comprimento de onda em particular, que são o resultado de ionização do meio e a formação de plasma. Esse fenômeno de LIOB resulta em inúmeros efeitos mecânicos, como cavitação e a geração de ondas

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3/20 de choque, que danificam o meio em posições que circundam a posição do fenômeno de LIOB.

[006] Descobriu-se que o fenômeno de LIOB pode ser usado para romper e encurtar os pelos que crescem da pele. O tecido do pelo é transparente ou semi-transparente para comprimentos de onda entre aproximadamente 500 nm e 2.000 nm. Para cada valor do comprimento de onda dentro dessa faixa, fenômenos de LIOB ocorrem no tecido capilar no local do ponto focal quando a densidade de potência (W/cm²) do feixe de laser no ponto focal excede um valor limite que é característico do tecido do pelo. O dito valor-limite é bastante próximo ao valor-limite que é característico de meios aquosos e tecido e depende do tempo de pulso do feixe de laser. Em particular, o valor-limite da densidade de potência necessária diminui quando o tempo de pulso aumenta.

[007] A fim de se obter efeitos mecânicos como resultado do fenômeno de LIOB que sejam suficientemente eficazes para causar danos significativos, isto é, ao menos a ruptura inicial de um pelo, um tempo de pulso na ordem de, por exemplo, 10 ns é suficiente. Para esse valor do tempo de pulso, o valor-limite da densidade de potência do feixe de laser no ponto focal é da ordem de 2*10¹⁰ W/cm². Com o tempo de pulso descrito e com uma dimensão suficientemente pequena do ponto focal obtida, por exemplo por meio de uma lente que tem uma abertura numérica suficientemente grande, esse valor-limite pode ser obtido com uma energia de pulso total de apenas alguns décimos de mili Joule.

[008] Em adição ao tratamento de pele e à remoção de pelos, os sistemas à base de laser usados no corpo também são bem conhecidos por muitos procedimentos médicos

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4/20 minimamente invasivos. Esses procedimentos envolvem tipicamente o uso de energia laser para criar lesões dentro de uma área de tecido específica no interior do corpo, por exemplo, dentro do coração de um paciente.

[009] Um desafio particular nesses tipos de lesões é que as camadas endoteliais dentro do coração preferencialmente não devem ser muito afetadas a fim de evitar a coagulação do sangue e o risco de embolias. Tratamentos convencionais à base de energia, por exemplo, para arritmias, tipicamente envolvem afetar o tecido cardíaco para destruir ou isolar os nós sinusais específicos mas, preferencialmente, para evitar cicatrizes no tecido endotelial. Como a maioria desses dispositivos aplica a energia através do tecido endotelial, há uma alta probabilidade de que o mesmo seja afetado.

[010] Também foram relatados tratamentos intraarteriais ou venosos por meio de ruptura óptica induzida por laser (LIOB) nos quais é explorado o benefício de que o tecido endotelial não é afetado durante o tratamento. No entanto, persiste um desafio específico de assegurar que a energia seja liberada eficazmente dentro do tecido. Eficácia, neste contexto, implica que é obtida uma intensidade suficiente dentro do tecido na posição em que a lesão deve ser criada.

[011] Um desafio específico é que, se a energia é aplicada a um cateter de uma maneira que seria eficaz na criação de lesão no interior do tecido, isso tipicamente também destruiría o cateter. Isto é bastante óbvio se considerarmos que o processo de LIOB é tipicamente mais eficaz em meios (semi)transparentes, sendo a fibra óptica um deles.

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5/20 [012] Por exemplo, caso seja fornecido um pulso de luz com intensidade suficiente para gerar a LIOB dentro do tecido (usando um sistema de oscilador - amplificador de potência, ΜΟΡΑ (master oscillator power amplifier) , ou diretamente através de um laser bombeado por lâmpada de flash), esse pulso seria suficientemente intenso para destruir qualquer qualidade de feixe preservando a fibra através da ocorrência de LIOB dentro da fibra. Um design de ΜΟΡΑ à base de fibra usa tipicamente um laser semente e uma fibra dopada (por exemplo, com Yb+ ou outros dopantes) para amplificar o laser semente. No entanto, tão logo a amplificação esteja perto o bastante de gerar LIOB dentro do tecido, o amplificador de fibra será destruído.

[013] As abordagens conhecidas para reduzir a potência de um pulso transmitido incluem espalhar um pulso de laser no espaço ou no tempo para reduzir a intensidade na fibra. No entanto, para um sistema de liberação de pulso miniaturizado à base de fibras, essas abordagens não são práticas. Em uma abordagem de espalhamento espacial, é muito difícil, senão impossível, recuperar a intensidade posteriormente devido à deterioração da qualidade do feixe durante a propagação da fibra. Em uma abordagem de espalhamento temporal, não é prático recombinar o pulso na ponta da fibra devido ao tamanho do hardware necessário.

[014] Existe, portanto, a necessidade de uma solução para obter uma intensidade suficientemente alta em uma posição específica no interior de um tecido com o uso de uma fibra óptica (conforme fornecida por um cateter) com base em uma abordagem que preserve, ao mesmo tempo, a integridade da fibra. Existe, também, o desejo de reduzir os requisitos de

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6/20 fibra de modo que possam ser usadas fibras multimodo com índice gradual simples ou fibras similares, em vez de fibras de cristal fotônico que, de outro modo, seriam necessárias para o transporte de luz laser pulsada de alta intensidade.

Sumário da invenção [015] A invenção é definida pelas reivindicações.

[016] Exemplos, de acordo com um primeiro aspecto da invenção, fornecem um dispositivo de tratamento de tecido à base de luz que compreende:

[017] uma guia de luz de fibra óptica para receber um feixe de luz incidente pulsada;

[018] uma disposição óptica em uma extremidade de saída de luz da fibra óptica, que compreende:

[019] uma lente de focalização que tem uma região central alinhada com o feixe de luz incidente;

[020] uma lente com índice de refração gradual a jusante da região central;

[021] um oscilador laser de microcircuito que recebe como luz de bombeamento de entrada, a saída da lente com índice de refração gradual;

[022] um amplificador óptico para amplificar a saída do oscilador laser e para fornecer uma saída de tratamento a laser pulsado; e [023] um refletor para refletir a luz que passa através da lente de focalização ao redor da região central para o amplificador óptico de modo a formar a luz de bombeamento do amplificador.

[024] Essa disposição fornece um sistema oscilador - amplificador de potência mestre, ΜΟΡΑ, na ponta de

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7/20 uma fibra óptica. Dessa maneira, a potência de pico fornecida ao longo da fibra óptica pode ser reduzida para evitar danos à fibra óptica, ao mesmo tempo em que possibilita que um nível de energia pulsada suficientemente alto seja aplicado para o tratamento do tecido. O oscilador laser é combinado com um amplificador óptico para reforçar a potência de saída. O oscilador laser compreende um oscilador laser de microcircuito (por exemplo, à base de Nd:Cr:YAG) e o amplificador óptico compreende um amplificador de cristal (por exemplo, à base de Nd:YAG). Dessa forma, não são usados componentes de fibra óptica para conduzir os pulsos de alta intensidade óptica. Dessa forma, pode ser fornecida intensidade suficiente na extremidade da fibra sem causar ruptura da própria fibra.

[025] O oscilador laser de microcircuito compreende, de preferência, um oscilador laser de microcircuito de cristal e o amplificador óptico compreende um amplificador de cristal. Nesse design, a geração dos pulsos de alta potência óptica é obtida com o uso de componentes de cristal. O uso de luz central a partir da fibra óptica como entrada de bombeamento para o laser e o uso de luz periférica como bombeamento para o amplificador óptico fornecem uma disposição compacta que pode ser fornecida em um volume pequeno na extremidade da fibra óptica.

[026] Nesse dispositivo, a intensidade de pulso é gerada, dessa forma, apenas na ponta extrema do dispositivo e não é transportada ao longo do comprimento de uma fibra. As limitações de espaço resultantes são superadas, em particular, pelo fornecimento de um refletor na ponta da fibra, o que garante que a luz de bombeamento forme o foco necessário, como um foco em linha, dentro do amplificador óptico de modo que o

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8/20 perfil de ganho do amplificador se sobreponha ao modo de transmissão (TEM00) central do oscilador laser de microcircuito. O oscilador laser funciona como um oscilador semente.

[027] A dopagem de cristal do amplificador pode variar radialmente para assegurar uma boa sobreposição modal do sinal do oscilador laser com o ganho de cristal do amplificador.

[028] O feixe de luz incidente que é carregado pela fibra é usado como luz de bombeamento para o oscilador laser de microcircuito (que funciona como laser semente para o amplificador) e funciona também como luz de bombeamento para o amplificador óptico.

[029] O refletor, por exemplo, compreende um refletor cônico para criar um foco em linha dentro do estágio do amplificador óptico. Esse foco em linha funciona como luz de bombeamento para o amplificador de cristal.

[030] O oscilador laser de cristal compreende, por exemplo, um oscilador laser de microcircuito passivamente chaveado q.

[031] O oscilador laser de cristal pode compreender um circuito integrado absorvedor saturável de Cr:YAG para receber luz de bombeamento e um circuito integrado de oscilador laser de Nd:YAG para criar a saída de tratamento a laser. A luz de bombeamento é o feixe de luz incidente pulsada conforme focalizada pelas lentes com índice de refração gradual.

[032] O circuito integrado absorvedor saturável, por exemplo, tem uma superfície de saída com um revestimento de alta reflexão para o comprimento de onda da luz de

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9/20 bombeamento. Isso fornece uma passagem dupla de luz de bombeamento através do circuito integrado absorvedor.

[033] O oscilador laser de microcircuito tem, por exemplo, uma superfície de entrada de luz de bombeamento com um revestimento anti-reflexo para o comprimento de onda da luz de bombeamento e um revestimento de alta reflexão para o comprimento de onda da saída do tratamento a laser. Dessa maneira, a saída do tratamento a laser só pode escapar do oscilador laser no lado de saída.

[034] O feixe de luz incidente pulsada, por exemplo, tem um comprimento de onda de 808 nm e a saída do tratamento a laser tem um comprimento de onda de 1.064 nm.

[035] O amplificador de cristal pode compreender uma haste de YAG dopado.

[036] A disposição óptica pode compreender um corpo de safira que define a lente de focalização e o refletor. Dessa forma, o refletor pode ser um refletor de reflexão interna total, mantendo, assim, o tamanho a um mínimo e possibilitando o contato direto com o tecido a ser tratado.

[037] A disposição óptica compreende, de preferência, uma lente de saída na saída do estágio do amplificador óptico. Isso é usado para a formação de um ponto focal no tecido a ser tratado.

[038] A invenção também apresenta um sistema de tratamento que compreende:

uma fonte óptica para fornecer o feixe de luz incidente pulsada; e o dispositivo, conforme definido acima, para receber o feixe de luz incidente e gerar a saída do tratamento a laser pulsado.

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10/20 [039] Em um exemplo, a guia de luz de fibra óptica pode compreender um cateter. Assim, o sistema é adequado para o tratamento de tecido interno.

[040] Em um outro exemplo, a fonte óptica faz parte de uma unidade de base, e o dispositivo faz parte de uma unidade de mão para aplicação contra a pele.

Breve descrição dos desenhos [041] Exemplos da invenção serão agora descritos em detalhes com referência aos desenhos anexos, nos quais:

[042] a Figura 1 mostra esquematicamente um dispositivo de tratamento de pele por LIOB conhecido;

[043] a Figura 2 mostra um dispositivo de tratamento à base de luz; e [044] a Figura 3 mostra os componentes ópticos do dispositivo da Figura 2 em mais detalhes.

Descrição detalhada da invenção [045] A invenção fornece um dispositivo de tratamento à base de luz que compreende uma disposição óptica em uma extremidade de saída de luz de uma fibra óptica. A disposição óptica inclui um sistema de oscilador - amplificador de potência mestre com base em um amplificador laser óptico de semicondutor e um amplificador óptico de cristal. Dessa maneira, a potência de pico fornecida ao longo da fibra óptica pode ser reduzida para evitar danos à fibra óptica, ao mesmo tempo em que possibilita que um nível de energia pulsada suficientemente alto seja aplicado para o tratamento do tecido. O alto nível de energia pulsada é gerado fora da fibra óptica e não é transportado por uma fibra óptica.

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11/20 [046] Antes de descrever a invenção em detalhes, será fornecido um resumo de um exemplo do tipo de dispositivo ao qual a invenção se refere.

[047] A Figura 1 mostra um sistema 1 para tratamento de uma pele 3 que tem uma superfície 5.

[048] O sistema 1 compreende uma fonte de luz 9 para gerar um feixe de laser 11 durante ao menos um tempo de pulso predeterminado e compreende um sistema óptico 13 para focalizar o feixe de laser 11 em um ponto focal 15 e para posicionar o ponto focal 15 em uma posição específica dentro da pele 3, que é ao menos parcialmente transparente à luz da fonte de luz 9.

[049] O exemplo do sistema óptico 13 esquematicamente indicado na Figura 1 compreende um sistema de reflexão de feixe 17, um sistema de conformação de feixe 19, um sistema de varredura de feixe 21 e um sistema de focalização 23, sendo que os sistemas podem compreender um ou mais espelhos, prismas, divisores de feixe, polarizadores, fibras ópticas, lentes, aberturas, obturadores etc. Por exemplo, o sistema de varredura compreende prismas de varredura. O sistema de reflexão de feixe 17 é um divisor de feixe dicroico. A reflexão do feixe e a conformação do feixe fornecem expansão ou compressão e a introdução de convergência ou divergência adicional ao feixe.

[050] O sistema de focalização tem seleção de profundidade de focalização, conformação e focalização de feixe e uma janela de contato/saída. Há um contorno após a suspensão para manter o contato da janela de contato/saída.

[051] Pelo menos parte do sistema óptico 13 e/ou da trajetória de feixe do feixe de laser 11 pode estar contida

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12/20 em um invólucro, por exemplo para a segurança ocular, por exemplo que compreende tubos opacos e/ou uma ou mais fibras ópticas.

[052] A fonte de luz 9 é configurada para emitir um número predeterminado de pulsos de laser em um comprimento de onda predeterminado e com duração de pulso e taxa de repetição predeterminadas. O sistema 1 pode ser configurado de modo que a posição-alvo do ponto focal 15 esteja abaixo da superfície da pele. A dimensão do ponto focal 15 e a potência do feixe de laser gerado são tais que, no ponto focal 15, o feixe de laser 11 tem uma densidade de potência, que está acima do valor limite característico para o tecido cutâneo, acima do qual, para o tempo de pulso predeterminado, ocorre um evento de ruptura óptica induzida por laser.

[053] Pode haver um braço articulável entre a fonte de laser 9 e o divisor de feixe dicroico 17. O sistema de reflexão de feixe 17 e os componentes subsequentes formam parte de uma peça de mão. Devido a erros de alinhamento nos espelhos do braço articulado, o feixe pode ser expandido antes de entrar no braço articulado e, então, compactado adiante, antes da correção de aberração e direcionamento do feixe.

[054] A pele 3 compreende múltiplas camadas com propriedades ópticas diferentes. A epiderme é composta pelas camadas mais externas e forma uma barreira protetora à prova d'água. A camada mais externa da epiderme é o estrato córneo que, devido às suas flutuações microscópicas de aspereza, impede o acoplamento de luz entre o dispositivo 1 e a pele 3. Por essa razão, um acoplamento fluido é preferencialmente fornecido entre o sistema de focalização e a pele, com um

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13/20 índice de refração que tem por objetivo corresponder àquele da pele e/ou uma lente de saída do sistema de focalização.

[055] A derme está situada sob a epiderme. A derme compreende as fibras de colágeno que o tratamento de pele tem como alvo.

[056] O propósito do tratamento de pele é criar o foco 15 do feixe de laser pulsado 11 no colágeno da derme a fim de criar lesões microscópicas que levam à formação de novo colágeno.

[057] A fonte de luz 9 é controlável com um controlador opcional 25, que pode fornecer uma interface de usuário. Além disso, uma ou mais partes do sistema óptico 13 podem ser controláveis com um controlador opcional (não mostrado), que pode ser integrado ao controlador de fonte de luz 25 para controlar uma ou mais propriedades da posição específica e/ou do ponto focal.

[058] Os parâmetros de focalização de feixe de laser podem ser determinados pela configuração apropriada de modelagem de feixe e/ou um sistema de focalização, por exemplo, por meio do ajuste da abertura numérica do sistema de focalização. Os valores adequados para a abertura numérica NA do sistema de focalização podem ser escolhidos a partir de uma faixa de 0,05<NA<nm, sendo que nm é o índice de refração do meio para o comprimento de onda do laser, durante o funcionamento.

[059] Uma fonte de luz adequada compreende um laser de Nd:YAG chaveado Q que emite pulsos de laser em um comprimento de onda de cerca de 1.0 64 nm com uma duração de pulso de cerca de 5 a 10 ns, embora outros lasers, por exemplo um laser de Nd:CR:YAG de 3 níveis e/ou lasers de diodo, possam

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14/20 ser usados também. Pulsos mais curtos também podem ser usados, por exemplo, pulsos de subnanossegundos, por exemplo, até dezenas ou centenas de picossegundos, como lOOps. O tamanho pequeno do laser de microcircuito torna isso possivel.

[060] O sistema de reflexão de feixe 17 compreende um divisor de feixe dicroico que reflete a luz laser mas deixa passar a luz de comprimento de onda visível. Dessa forma, a luz de comprimento de onda visível recebida da pele 3 é capturada pelo sistema óptico e é fornecida como um sinal de retroinf ormação 11' que pode ser usado para controlar o sistema manualmente ou automaticamente.

[061] A invenção se refere a um sistema no qual a parte de tratamento do dispositivo é conectada, em vez disso, à fonte de laser por uma fibra óptica. Desse modo, a parte de tratamento pode estar na extremidade de um cateter, possibilitando, assim, o tratamento interno, ou pode ser um dispositivo portátil de mão, evitando, assim, a necessidade de braços de articulação grandes e volumosos.

[062] O sistema da invenção faz uso de uma abordagem de duas etapas, através das quais um sistema oscilador - amplificador de potência mestre completo e um sistema óptico são integrados em uma ponta de fibra sob a forma de uma disposição, assim chamada, de sistema oscilador amplificador de potência mestre (ΜΟΡΑ). A fibra em si é usada para guiar luz laser de bombeamento desde fora do corpo até a ponta onde a luz de bombeamento é convertida em pulsos de laser intensos curtos por uma combinação de vários cristais do oscilador e um sistema óptico que consiste em lentes e espelhos. Embora a potência óptica média que entra na fibra seja significativamente maior, a potência de pico pode ser

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15/20 menor em 6 a 7 ordens de grandeza, assegurando que a fibra possa suportar eficazmente a luz sem causar ruptura imediata.

[063] A Figura 2 mostra um exemplo de uma implementação do sistema.

[064] O sistema compreende um cateter 30 contendo uma guia de luz 32 que guia a luz laser de bombeamento a partir de uma fonte de laser de diodo 35, por exemplo, a 808 nm.

[065] A luz laser diverge da ponta da fibra e, então, é incidente sobre uma superfície da lente 34 de um elemento óptico 36.

[066] O elemento óptico 36 é formado como um corpo sólido, que, no lado de entrada de luz, tem uma superfície de lente asférica 34 e, na superfície de saída, tem um refletor cônico 38. A superfície da lente tem uma região central 40 e uma região externa radialmente fora da região central. A região central pode ser um furo passante 40. A jusante da região central, está uma lente de índice de refração gradual (GRIN, graded refractive index) 42, um oscilador de laser de microcircuito chaveado q 44 e um amplificador óptico de cristal 46.

[067] O elemento óptico pode compreender um corpo com um furo passante central no qual a lente 42, o oscilador 44 e o amplificador 46 são formados. A extremidade frontal do furo passante forma, então, a região central e a extremidade frontal do corpo sólido ao redor do furo passante forma a superfície da lente. Pode haver, em vez disso, um elemento de lente separado no corpo que pode, então, ter uma superfície frontal plana.

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16/20 [068] A luz laser gerada emerge do elemento óptico 36 e é focalizada por uma lente asférica 48 para formar um ponto limitado dentro do tecido. Este ponto é usado para criar lesões ou fornecer LIOB.

[069] Para gerar os pulsos de laser, a parte central da luz de bombeamento incidente é coletada e focalizada pela lente GRIN 42 no circuito integrado do oscilador laser 44 .

[070] A parte periférica da luz de bombeamento incidente é inicialmente colimada pela superfície da lente 34 e é, então, defletida pela superfície cônica do refletor 38 para formar um foco em linha centralizado dentro do amplificador óptico de cristal 46.

[071] O foco em linha dentro do amplificador de cristal assegura que o perfil de ganho do amplificador se sobreponha ao modo de transmissão central (TEM00) do oscilador laser de microcircuito. A dopagem de cristal do amplificador pode variar radialmente para assegurar uma boa sobreposição modal do sinal do oscilador laser com o ganho de cristal do amplificador.

[072] A Figura 3 mostra os componentes com mais detalhes.

[073] O circuito integrado do oscilador laser 44 consiste em uma pilha dupla de um circuito integrado absorvedor saturável de Cr:YAG 50 e um circuito integrado do oscilador laser de Nd:YAG 52 fundidos juntos.

[074] A superfície de entrada do feixe de bombeamento 54 do circuito integrado do oscilador 52 é polida e dotada de um revestimento anti-reflexo para o feixe de

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17/20 bombeamento de 808 nm e tem um revestimento de alta reflexão para o feixe de laser de 1.064 nm.

[075] O lado de saida 56 do circuito integrado absorvedor saturável 50 tem um revestimento de alta reflexão a 808 nm para explorar uma passagem dupla da luz de bombeamento 58 através do circuito integrado. A refletividade a 1.064 nm pode ser projetada para possibilitar a duração de pulso e as propriedades de intensidade ideais da luz gerada 60.

[076] O amplificador de cristal 46 é bombeado pela parte periférica da luz emitida pela fibra que é colimada pela superfície da lente 34 e defletida pela superfície do espelho cônico 38. O espelho cônico pode ser revestido para assegurar a reflexão da luz laser de bombeamento a 808 nm ou podería explorar o princípio de reflexão interna total, dependendo da diferença do índice de refração entre o meio do elemento óptico 36 e o meio circundante.

[077] Se o elemento óptico 36 for feito de safira (índice de refração n = 1,76), é possível usar a ponta em contato direto com o sangue e o tecido sem quaisquer revestimentos, apenas contando com o princípio de reflexão interna total para defletir a luz.

[078] O cristal do amplificador em si podería ser uma haste de YAG dopado com baixo teor de neodímio. A dopagem pode ser homogênea ou, alternativamente, pode empregar concentrações de dopagem variando tanto radialmente quanto longitudinalmente. Em particular, as distribuições radiais poderíam ser empregadas para confinar o ganho ao centro do cristal para assegurar uma boa sobreposição da luz de bombeamento com a área dopada do cristal e para assegurar a sobreposição de modo adequada da luz de bombeamento e laser.

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As várias superfícies da haste podem ser revestidas para fornecer perdas mínimas ao bombeamento e ao comprimento de onda do laser, onde adequado.

[079] A razão entre a quantidade de luz periférica e a quantidade de luz de bombeamento central pode ser facilmente ajustada mediante a variação da distância entre o elemento óptico 36 e a fibra 30. Opcionalmente, as superfícies das lentes 34 e 48 podem ser implementadas diretamente no elemento óptico 36 ou podem ser fabricadas separadamente e fundidas/coladas ao corpo durante a fabricação.

[080] O design pode ser facilmente miniaturizado e é muito fácil de alinhar e é termicamente estável devido à sua simetria. Além disso, o uso de safira como corpo principal do gerador de laser assegura que ele será facilmente resfriado pelo fluxo sanguíneo circundante. Os diâmetros típicos do elemento óptico 4 serão menores que 1 cm.

[081] O design de laser ΜΟΡΑ montado na ponta da fibra pode ser empregado de maneira eficaz para gerar pulsos de laser de subnanossegundos com energias de pulso de várias dezenas de microjoules até alguns milijoules por pulso, para um pulso de laser único até várias centenas de pulsos por segundo.

[082] A simetria circular e o design térmico otimizado possibilitam uma boa qualidade do feixe, que é essencial para a obtenção de focalização precisa que é necessária para a criação de um evento de LIOB no tecido.

[083] A invenção pode ser aplicada em qualquer lugar onde exista uma necessidade de pulsos de laser de alta potência de pico e de alta intensidade em áreas que só podem

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19/20 ser acessadas através de endoscópios de fibra óptica e/ou guias de luz à base de fibra. Isso podería estar relacionado a aplicações endoscópicas in vivo, por exemplo. Na área de dispositivos de mão, a invenção pode possibilitar o uso de um diodo laser acoplado à fibra em uma estação-base que é conectada por meio da fibra a uma peça de mão leve que abriga os cristais de laser e a óptica de focalização. Dessa forma, é possível evitar o uso de braços articulados pouco práticos e caros para guiar os pulsos de laser de alta intensidade.

[084] O exemplo acima tem por base um circuito integrado absorvedor saturável de cristal de Cr:YAG 50 e um circuito integrado do oscilador de laser de Nd:YAG. No entanto, outros lasers à base de microcircuito e outros absorvedores saturáveis podem ser usados. Absorvedores saturáveis de semicondutores também podem ser usados.

[085] O exemplo acima tem por base uma haste de YAG dopado com neodímio como amplificador de cristal. Outros exemplos são Yb:YAG, Nd:Yb:YAG e Yb:Cr:YAB.

[086] Os exemplos descritos acima fazem uso de um oscilador e amplificador de laser de cristal, em particular, para obter a energia de pulso desejada. Entretanto, os osciladores laser de microcircuito semicondutor (e os amplificadores ópticos semicondutores correspondentes) podem ser usados, em vez disso, se designs atuais ou futuros tiverem um desempenho adequado.

[087] Deve-se notar que as modalidades mencionadas acima ilustram a invenção ao invés de limitá-la, e que os versados na técnica serão capazes de projetar muitas modalidades alternativas, sem se afastarem do escopo das reivindicações anexas. Nas reivindicações, quaisquer sinais de

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20/20 referência colocados entre parênteses não devem ser interpretados como limitadores da reivindicação. O uso do verbo compreender e suas conjugações não exclui a presença de elementos ou etapas além daquelas mencionadas em uma reivindicação. O artigo indefinido um ou uma que precede um elemento não exclui a presença de uma pluralidade desses elementos. A invenção pode ser implementada por meio de hardware que compreende vários elementos distintos, e por meio de um computador programado adequadamente. Na reivindicação de dispositivo que enumera vários meios, vários desses meios podem ser incorporados por um único item de hardware. O simples fato de certas medidas serem mencionadas em reivindicações dependentes mutuamente diferentes não indica que uma combinação dessas medidas não possa ser usada com vantagem.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. DISPOSITIVO DE TRATAMENTO DE TECIDO À BASE DE LUZ, caracterizado por compreender:

uma guia de luz de fibra óptica (30) para receber um feixe de luz incidente pulsada;

uma disposição óptica (36) em uma extremidade de saída de luz da fibra óptica, que compreende:

uma lente de focalização (34) que tem uma região central (40) alinhada com o feixe de luz incidente;

uma lente com índice de refração gradual (42) a jusante da região central;

um oscilador laser de microcircuito (44) que recebe, como luz de bombeamento de entrada, a saída da lente com índice de refração gradual;

um amplificador óptico (46) para amplificar a saída do oscilador laser de microcircuito e para fornecer uma saída de tratamento a laser pulsado; e um refletor (38) para refletir a luz que passa através da lente de focalização ao redor da região central para o amplificador óptico, a fim de formar a luz de bombeamento do amplificador.
2. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo oscilador laser de microcircuito compreender um oscilador laser de cristal e o amplificador óptico compreender um amplificador de cristal.
3. DISPOSITIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo refletor (38) compreender um refletor cônico para criar um foco em linha dentro do amplificador óptico (46).

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4. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo perfil de ganho do amplificador óptico se sobrepor ao modo de transmissão central do oscilador laser de microcircuito.
5. DISPOSITIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo oscilador laser de microcircuito (44) compreender um oscilador laser de microcircuito passivamente chaveado Q.
6. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo oscilador laser compreender um circuito integrado absorvedor saturável de Cr:YAG (50) para receber luz de bombeamento e um circuito integrado de oscilador laser Nd:YAG (52) para criar a saida de tratamento com laser.
7. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo circuito integrado absorvedor saturável (50) ter uma superfície de saída (56) com um revestimento de alta reflexão para o comprimento de onda da luz de bombeamento (58) .
8. DISPOSITIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 ou 7, caracterizado pelo oscilador laser de microcircuito (52) ter uma superfície de entrada de luz de bombeamento (54) com um revestimento anti-reflexo para o comprimento de onda da luz de bombeamento (58) e um revestimento de alta reflexão para o comprimento de onda da saída do tratamento a laser (60).
9. DISPOSITIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo feixe de luz incidente pulsada ter um comprimento de onda de 808 nm e a saída de tratamento com laser (60) ter um comprimento de onda de 1.064 nm.

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10. DISPOSITIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo amplificador óptico (46) compreender uma haste de YAG dopado.
11. DISPOSITIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pela disposição óptica (36) compreender um corpo de safira que define a lente de focalização e o refletor.
12. DISPOSITIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pela disposição óptica (36) compreender uma lente de saída (48) na saída do amplificador óptico de cristal (46).
13. DISPOSITIVO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pela região central compreender uma abertura.
14. SISTEMA DE TRATAMENTO, caracterizado por compreender:

uma fonte óptica (35) para fornecer o feixe de luz incidente pulsada; e o dispositivo (30,36), conforme definido em qualquer uma das reivindicações anteriores, para receber o feixe de luz incidente e gerar a saída do tratamento a laser pulsado.
15. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por:

a guia de luz de fibra óptica (30) compreender um cateter; ou a fonte óptica (35) fazer parte de uma unidade de base, e o dispositivo fazer parte de uma unidade de mão para aplicação contra a pele.