BR112020013852A2

BR112020013852A2 - aparelho de corte de tecido humano ou animal

Info

Publication number: BR112020013852A2
Application number: BR112020013852-5A
Authority: BR
Inventors: Sylvie Nadolny; Emmanuel BAUBEAU
Original assignee: Keranova
Priority date: 2018-01-25
Filing date: 2019-01-25
Publication date: 2020-12-01
Also published as: RU2020128153A; EP3743025A1; ES2934467T3; FR3076995B1; FR3076995A1; IL275888A; CA3089446A1; JP2021511121A; HUE060668T2; RU2020128153A3; CN111770741A; WO2019145484A1; US20210038429A1; JP7450542B2; PL3743025T3; IL275888B1; US20240225897A1; IL275888B2; EP3743025B1

Abstract

A presente invenção refere-se a um aparelho de corte incluindo - um laser de femtossegundos (1), - um sistema de modelagem (2) a jusante do laser de femtossegundos (1), para formar um feixe laser modulado em fase, - um digitalizador óptico (4) a jusante do sistema de modelagem (2), - um sistema de focalização óptica (5) a jusante do digitalizador óptico (4), - uma unidade de controle (6) para controlar o sistema de modelagem (2), o digitalizador óptico (4) e o sistema de focalização óptica (5), caracterizado pelo aparelho compreender ainda um acoplador óptico (3) entre o laser de femtossegundos (1) e o sistema de modelagem (2), o acoplador óptico (3) incluindo uma fibra óptica de cristal fotônico para filtrar o feixe laser modulado em fase (21) proveniente do sistema de modelagem (2).

Description

“APARELHO DE CORTE DE TECIDO HUMANO OU ANIMAL” CAMPO TÉCNICO

[001] A presente invenção refere-se ao campo técnico do tratamento de patologias oculares realizado usando um laser de femtossegundos e, mais particularmente, da cirurgia oftalmológica, em particular para aplicações de corte de córneas ou cristalinos.

[002] A invenção refere-se a um dispositivo para cortar um tecido humano ou animal, tal como uma córnea ou um cristalino, por meio de um laser de femtossegundos.

[003] Por laser de femtossegundos, entende-se uma fonte de luz capaz de emitir um feixe LASER na forma de pulsos ultra-curtos, cuja duração está compreendida entre 1 femtossegundo e 100 picossegundos, de preferência entre 1 e 1000 femtossegundos, em particular da ordem de cem femtossegundos.

ESTADO DA TÉCNICA

[004] Já foi proposto realizar operações cirúrgicas no olho por meio de um laser de femtossegundos, tais como operações de corte de córneas ou cristalinos.

[005] O documento FR 3 049 847 descreve um aparelho de corte de tecido humano ou animal, tal como uma córnea ou um cristalino. Este aparelho inclui: - um laser de femtossegundos para gerar um feixe LASER, - um sistema de modelagem posicionado na trajetória do referido feixe, para modular a fase da frente de onda do feixe LASER, de modo a obter um feixe LASER modulado em fase com base em uma instrução de modulação calculada para distribuir a energia do feixe LASER em pelo menos dois pontos de impacto que formam um padrão no seu plano focal correspondente a um plano de corte,

- um digitalizador óptico disposto a jusante do sistema de modelagem para mover o padrão no plano de corte para uma pluralidade de posições ao longo de uma direção de movimento, - um conjunto óptico que inclui espelhos refletivos e lentes entre o sistema de modelagem e o digitalizador óptico para a transmissão do feixe LASER modulado em direção ao digitalizador, - um sistema de focalização óptica para focalizar o feixe LASER em um plano de corte.

[006] O uso de um sistema de modelagem permite reduzir o tempo de corte do tecido biológico, gerando vários pontos de impacto simultaneamente.

[007] Além disso, o uso do sistema de modelagem permite obter pontos de impacto substancialmente iguais (a forma, a posição e o diâmetro de cada ponto são monitorados dinamicamente por uma máscara de fase calculada e exibida no sistema de modelagem).

[008] Assim, as bolhas de gás - geradas pelos pontos de impacto e - que dilaceram os tecidos biológicos cortados são de tamanhos aproximadamente iguais.

[009] Isso permite melhorar a qualidade do resultado obtido, com um plano de corte homogêneo, no qual as pontes de tecido residuais (entre pontos de impacto adjacentes) possuem, todas, substancialmente o mesmo tamanho. Esta homogeneidade no tamanho das pontes de tecido permite a dissecção pelo profissional de uma qualidade aceitável no que diz respeito à importância da qualidade da condição da superfície do tecido cortado quando é, por exemplo, uma córnea.

[010] No entanto, para facilitar a operação de dissecção pelo profissional, é preferível reduzir o tamanho das pontes de tecido residuais entre pontos de impacto adjacentes.

[011] Como esse tamanho das pontes de tecidos depende da homogeneidade dos diferentes pontos de impacto, um objetivo da presente invenção é propor uma solução técnica que permita melhorar a homogeneidade da distribuição de energia entre os diferentes pontos de impacto gerados simultaneamente, graças ao sistema de modelagem.

[012] Outro objetivo da presente invenção é propor uma solução técnica que permita melhorar o aparelho descrito no documento FR 3 049 847, a fim de reduzir o tamanho das pontes de tecido residuais entre pontos de impacto adjacentes.

[013] Ainda outro objetivo da presente invenção é melhorar a segurança do aparelho descrito no documento FR 3 049 847 incorporando nele um elemento de segurança que permite interromper a transmissão do feixe laser até o tecido a ser tratado se o referido feixe laser for desviado (por exemplo, no caso de um impacto no aparelho).

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[014] Para este fim, a invenção propõe um aparelho de corte de tecido humano ou animal, tal como uma córnea ou um cristalino, em que o referido aparelho inclui: - um laser de femtossegundos para emitir um feixe LASER inicial na forma de pulsos, - um sistema de modelagem – tal como um Modulador Espacial de Luz (SLM) – posicionado a jusante do laser de femtossegundos, para transformar o feixe LASER inicial em feixe LASER modulado em fase, sendo o sistema de modelagem capaz de modular a fase da frente de onda do feixe LASER inicial de acordo com uma instrução de modulação calculada para distribuir a energia do feixe LASER em pelo menos dois pontos de impacto, formando um padrão em um plano de focalização, - um digitalizador óptico, posicionado a jusante do sistema de modelagem, para mover o padrão ao longo de uma trajetória de movimento predefinida no plano de focalização, - um sistema de focalização óptica, posicionado a jusante do digitalizador óptico, para mover o plano de focalização do feixe LASER modulado em um plano de corte desejado do tecido, - uma unidade de controle que permite pilotar o sistema de modelagem, o digitalizador óptico e o sistema de focalização óptica, notável pelo aparelho compreender ainda um acoplador óptico entre o laser de femtossegundos e o sistema de modelagem, o acoplador óptico incluindo uma fibra óptica de cristal fotônico para a filtragem do feixe LASER derivado do laser de femtossegundos.

[015] Dentro do contexto da presente invenção, entende-se por “ponto de impacto” uma área do feixe LASER compreendida em seu plano focal em que a intensidade do referido feixe LASER é suficiente para gerar uma bolha de gás em um tecido.

[016] Dentro do contexto da presente invenção, entende-se por “pontos de impacto adjacentes” dois pontos de impacto dispostos um de frente para o outro e não separados por outro ponto de impacto. Entende-se por “pontos de impacto vizinhos” dois pontos em um grupo de pontos adjacentes entre os quais a distância é mínima.

[017] Dentro do contexto da presente invenção, entende-se por “padrão” uma pluralidade de pontos de impacto LASER gerados simultaneamente em um plano de focalização de um feixe LASER moldado - isto é, modulado em fase - para distribuir sua energia em vários pontos distintos no plano de focalização correspondente ao plano de corte do dispositivo.

[018] Assim, a invenção torna possível modificar o perfil de intensidade do feixe LASER no plano de corte, de modo a ser capaz de melhorar a qualidade ou velocidade do corte de acordo com o perfil escolhido.

Essa modificação do perfil de intensidade é obtida pela modulação da fase do feixe LASER.

[019] A modulação de fase óptica é realizada por meio de uma máscara de fase. A energia do feixe LASER incidente é preservada após a modulação e a modelagem do feixe é realizada agindo em sua frente de onda.

A fase de uma onda eletromagnética representa a situação instantânea da amplitude de uma onda eletromagnética. A fase depende do tempo e do espaço. No caso da modelagem espacial de um feixe LASER, apenas as variações no espaço da fase são consideradas.

[020] A frente de onda é definida como a superfície dos pontos de um feixe com uma fase equivalente (isto é, a superfície composta de pontos cujos tempos de percurso da fonte que emitiu o feixe são iguais). A modificação da fase espacial de um feixe envolve, portanto, a modificação de sua frente de onda.

[021] Essa técnica permite realizar a operação de corte de maneira mais rápida e eficaz, porque implementa vários pontos LASER, cada um executando um recorte e de acordo com um perfil monitorado.

[022] O fato de posicionar o acoplador óptico, incluindo a fibra óptica de cristal fotônico entre o laser de femtossegundos e o sistema de modelagem (em vez de entre o sistema de modelagem e o digitalizador óptico) permite anular qualquer perturbação na modelagem do feixe laser realizada pelo sistema de modelagem. De fato, a introdução de um acoplador óptico, incluindo uma fibra de cristal fotônico entre o sistema de modelagem e o digitalizador óptico, induziria uma filtragem do feixe laser modulado (proveniente do sistema de modelagem) que tende a degradar sua modelagem e diminuir sua potência.

[023] Os aspectos preferenciais, mas não limitativos, do aparelho de corte são os seguintes: - A fibra pode ser uma fibra de cristal fotônico de núcleo oco, a referida fibra incluindo um núcleo oco e pelo menos um revestimento ao redor do núcleo oco; - O acoplador óptico pode ainda compreender: • uma primeira célula de conexão para ligar o acoplador óptico ao sistema de modelagem, por um lado, e • uma segunda célula de conexão para ligar o acoplador óptico ao digitalizador óptico, por outro lado; - Cada célula de conexão pode ser montada de maneira vedada em uma extremidade respectiva da fibra de cristal fotônico; - Cada célula de conexão pode compreender: • um invólucro externo, • um canal de transmissão alojado no invólucro, o canal de transmissão permitindo a passagem do feixe LASER no interior do invólucro, • uma janela transparente à radiação LASER em uma extremidade do canal de transmissão, a janela sendo destinada a estar voltada para o laser de femtossegundos ou o sistema de modelagem; - O aparelho pode ainda compreender pelo menos uma bomba de vácuo, cada célula de conexão compreendendo pelo menos um terminal de conexão que se abre em direção ao exterior do invólucro e sendo destinado a ser ligado à bomba de vácuo; - A unidade de controle pode compreender meios capazes de pilotar a ativação da bomba de vácuo para aspirar os gases contidos no núcleo oco da fibra óptica de cristal fotônico.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[024] Outras características e vantagens da invenção emergirão claramente a partir da descrição que é feita abaixo, para indicação e sem limitação, com referência às figuras anexas, em que: - A Figura 1 é uma representação esquemática de um conjunto incluindo o aparelho de corte de acordo com a invenção; - A Figura 2 ilustra uma distribuição da intensidade de um feixe LASER em seu plano focal; - A Figura 3 ilustra um exemplo de um acoplador óptico do aparelho de corte ilustrado na Figura 1; - A Figura 4 ilustra uma trajetória de movimento de um padrão de corte; - A Figura 5 ilustra planos de corte de um volume de tecido a ser destruído; - A Figura 6 ilustra um aparelho de terapia incluindo um braço articulado.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[025] A invenção refere-se a um aparelho de corte de tecido humano ou animal por meio de um laser de femtossegundos. Na descrição a seguir, a invenção será descrita, a título de exemplo, para o corte de uma córnea de um olho humano ou animal.

1. APARELHO DE CORTE

[026] Com referência à Figura 1, é ilustrada uma forma de realização do aparelho de corte de acordo com a invenção. Pode ser disposto a montante de um alvo a ser tratado (7). O alvo (7) é, por exemplo, um tecido humano ou animal a ser cortado, tal como uma córnea ou um cristalino.

[027] O aparelho de corte compreende: - um laser de femtossegundos (1), - um sistema de modelagem (2) posicionado a jusante do laser de femtossegundos (1), - um acoplador óptico (3) entre o laser de femtossegundos (1) e o sistema de modelagem (2), - um digitalizador óptico (4) a jusante do sistema de modelagem (2), - um sistema de focalização óptica (5) a jusante do digitalizador óptico (4), - uma unidade de controle (6) que permite pilotar o laser de femtossegundos (1), o sistema de modelagem (2), o digitalizador óptico (4) e o sistema de focalização óptica (5).

[028] O laser de femtossegundos (1) é capaz de emitir um feixe LASER inicial na forma de pulsos. Por exemplo, o laser (1) emite uma luz com um comprimento de onda de 1030 nm, na forma de pulsos de 400 femtossegundos. O laser (1) tem uma potência compreendida entre 2 e 20 W e, de preferência, da ordem de 8 W e uma frequência compreendida entre 100 e 500 kHz.

[029] O acoplador óptico (3) permite transmitir o feixe LASER (11) derivado do laser de femtossegundos (1) em direção ao sistema de modelagem (2).

[030] O sistema de modelagem (2) se estende ao longo da trajetória do feixe LASER inicial (11) derivado do laser de femtossegundos (1).

Permite transformar o feixe LASER inicial (11) em um feixe LASER modulado (21). Mais especificamente, o sistema de modelagem (2) permite modular a fase do feixe LASER (11) para distribuir a energia do feixe LASER em uma pluralidade de pontos de impacto em seu plano focal, em que essa pluralidade de pontos de impacto define um padrão (8).

[031] O digitalizador óptico (4) permite orientar o feixe LASER modulado (21) para mover o padrão (8) ao longo de uma trajetória de movimento predefinida pelo usuário em um plano de focalização (71).

[032] O sistema de focalização óptica (5) permite mover o plano de focalização (71) - correspondente ao plano de corte - do feixe LASER desviado (41) proveniente do digitalizador óptico (4).

[033] Portanto: - o acoplador óptico (3) permite propagar o feixe LASER (11) entre o laser de femtossegundos e o sistema de modelagem (2), - o sistema de modelagem (2) permite gerar simultaneamente vários pontos de impacto (81) que definem um padrão (8), - o digitalizador óptico (4) permite mover esse padrão (8) no plano de focalização (71), e - o sistema de focalização óptica (5) permite mover o plano de focalização (71) em profundidade, de modo a gerar recortes em planos sucessivos que definem um volume.

[034] Os vários elementos que constituem o aparelho de corte serão agora descritos em mais detalhes com referência às figuras.

2. ELEMENTOS DO APARELHO DE CORTE

2.1. SISTEMA DE MODELAGEM

[035] O sistema de modelagem espacial (2) permite variar a superfície da onda do feixe LASER inicial (11) para obter pontos de impacto (8) separados um do outro no plano de focalização (71).

[036] Mais especificamente, o sistema de modelagem (2) permite modular a fase do feixe LASER inicial (11) derivado do laser de femtossegundos (1) para formar picos de intensidade no plano de focalização (71), cada pico de intensidade produzindo um respectivo ponto de impacto no plano focal correspondente ao plano de corte. O sistema de modelagem (2) é, de acordo com a forma de realização ilustrada, um Modulador Espacial de Luz de cristal líquido, conhecido pela sigla SLM.

[037] O SLM permite modular a distribuição final de energia do feixe LASER, em particular no plano de focalização (71) correspondente ao plano de corte do tecido (7). Mais especificamente, o SLM é adaptado para modificar o perfil espacial da frente de onda do feixe LASER primário (11) derivado do laser de femtossegundos (1) para distribuir a energia do feixe LASER em diferentes pontos de focalização no plano de focalização (71).

[038] A modulação de fase da frente de onda pode ser vista como um fenômeno de interferência bidimensional. Cada porção do feixe LASER inicial (11) derivado da fonte (1) é atrasada ou avançada em relação à frente de onda inicial, de modo que cada uma dessas porções é redirecionada de modo a produzir interferência construtiva em N pontos distintos no plano focal de uma lente. Esta redistribuição de energia para uma pluralidade de pontos de impacto (81) ocorre apenas em um único plano (isto é, o plano de focalização (71)) e não ao longo da trajetória de propagação do feixe LASER modulado. Assim, a observação do feixe LASER modulado antes ou depois do plano de focalização não permite identificar uma redistribuição da energia em uma pluralidade de pontos de impacto distintos (81), devido a esse fenômeno que pode ser assimilado a interferências construtivas (que ocorrem apenas em um plano e não durante toda a propagação, como no caso da divisão de um feixe LASER inicial em uma pluralidade de feixes LASER secundários).

[039] Para entender melhor esse fenômeno de modulação de fase da frente de onda, perfis de intensidade (72a-72e) obtidos para três exemplos de conjuntos ópticos distintos foram esquematicamente ilustrados na Figura 2. Como representado na Figura 2, um feixe LASER inicial (11) emitido por uma fonte de laser (1) produz um pico de intensidade em forma Gaussiana (72a) em um ponto de impacto (73a) em um plano de focalização (71). A inserção de um divisor de feixe (9) entre a fonte (1) e o plano de focalização (71) induz a geração de uma pluralidade de feixes LASER secundários (91), cada feixe LASER secundário (91) produzindo um respectivo ponto de impacto (73b, 73c) no plano de focalização (71) dos feixes LASER secundários (91).

Finalmente, a inserção entre a fonte (1) e o plano de focalização (71) de um SLM (2) programado usando uma máscara de fase formando uma instrução de modulação induz a modulação da fase da frente de onda do feixe LASER inicial (11) derivado da fonte (1). O feixe LASER (21) cuja fase da frente de onda foi modulada permite induzir a produção de vários picos de intensidade (73d, 73e) espacialmente separados no plano de focalização (71), cada pico (72d, 72e) correspondendo a um respectivo ponto de impacto (73d, 73e) realizando um recorte. A técnica de modulação de fase da frente de onda permite gerar no tecido alvo várias bolhas de gás simultâneas sem multiplicação do feixe LASER inicial (11) produzido pelo laser de femtossegundos (1).

[040] O SLM é um dispositivo composto por uma camada de cristais líquidos com orientação monitorada, possibilitando moldar dinamicamente a frente de onda e, portanto, a fase do feixe LASER. A camada de cristais líquidos de um SLM é organizada como uma grade (ou matriz) de pixels. A espessura óptica de cada pixel é monitorada eletricamente pela orientação das moléculas de cristal líquido pertencentes à superfície correspondente ao pixel. O SLM explora o princípio da anisotropia dos cristais líquidos, ou seja, a modificação do índice de cristais líquidos, de acordo com sua orientação espacial. A orientação dos cristais líquidos pode ser alcançada usando um campo elétrico. Assim, a modificação do índice dos cristais líquidos modifica a frente de onda do feixe LASER.

[041] De uma maneira conhecida, o SLM implementa uma máscara de fase, ou seja, um mapa que determina como a fase do feixe deve ser modificada para obter uma distribuição de amplitude dada em seu plano de focalização (71). A máscara de fase é uma imagem bidimensional, cada ponto da qual está associado a um pixel respectivo do SLM. Essa máscara de fase permite pilotar o índice de cada cristal líquido do SLM convertendo o valor associado a cada ponto da máscara - representado em níveis de cinza compreendidos entre 0 e 255 (portanto, de preto a branco) - em um valor de controle - representado em uma fase compreendida entre 0 e 2π. Assim, a máscara de fase é uma instrução de modulação exibida no SLM para causar na reflexão uma mudança de fase espacial desigual do feixe LASER que ilumina o SLM. Obviamente, os técnicos no assunto apreciarão que a faixa de nível de cinza pode variar de acordo com o modelo SLM usado. Por exemplo, em alguns casos, a faixa de nível de cinza pode estar compreendida entre 0 e

220. A máscara de fase é geralmente calculada por um algoritmo iterativo baseado na transformada de Fourier ou em vários algoritmos de otimização, tais como algoritmos genéticos ou o recozimento simulado. Máscaras de fase diferentes podem ser aplicadas aos SLMs, dependendo do número e posição dos pontos de impacto desejados no plano focal do feixe LASER. Em todos os casos, os técnicos no assunto sabem como calcular um valor em cada ponto da máscara de fase para distribuir a energia do feixe LASER em diferentes pontos de focalização no plano focal.

[042] O SLM permite, portanto, a partir de um feixe LASER gaussiano que gera um único ponto de impacto e por meio da máscara de fase, distribuir sua energia por modulação de fase, de modo a gerar simultaneamente vários pontos de impacto em seu plano de focalização a partir de um único feixe LASER formado por modulação de fase (um feixe único a montante e a jusante do SLM).

[043] Além de uma redução do tempo de corte da córnea, a técnica de modulação da fase de feixe LASER permite outras melhorias, tais como melhor qualidade da superfície após o corte ou uma redução da mortalidade endotelial. Os diferentes pontos de impacto do padrão podem, por exemplo, ser espaçados uniformemente nas duas dimensões do plano focal do feixe LASER, de modo a formar uma grade de pontos LASER.

[044] Assim, o sistema de modelagem (2) permite realizar uma operação de corte cirúrgico de forma rápida e eficaz. O SLM permite moldar dinamicamente a frente de onda do feixe LASER, pois é parametrizável digitalmente. Essa modulação permite a modelagem do feixe LASER de forma dinâmica e reconfigurável.

[045] O SLM pode ser configurado para modelar a frente de onda do feixe LASER de qualquer outra maneira. Por exemplo, cada ponto de impacto pode ter qualquer forma geométrica, além da circular (por exemplo, elíptica, etc.). Isso pode ter algumas vantagens, dependendo da aplicação considerada, tais como um aumento na velocidade e/ou na qualidade do recorte.

2.2. ACOPLADOR ÓPTICO

[046] O acoplador óptico (3) permite a transmissão do feixe LASER (11) entre o laser de femtossegundos (1) e o sistema de modelagem (2).

[047] Com referência à Figura 3, o acoplador óptico (3) compreende vantajosamente uma fibra óptica (31). Isso permite que o acoplador óptico (3) constitua um “fusível óptico”. De fato, se a direção do feixe LASER (11) (ou seja, seu ponto de visualização) for subitamente modificada - por exemplo, no caso de um impacto no dispositivo de corte – então o feixe LASER (11) não penetrará mais na fibra, o que limita os riscos de erro ao tratar um paciente. Isso não é possível com um conjunto óptico, incluindo espelhos refletivos e lentes para a transmissão do feixe LASER derivado do laser de femtossegundos.

[048] Vantajosamente, a fibra óptica (31) pode ser uma fibra de cristal fotônico. Uma fibra de cristal fotônico ou “PCF” são guias de ondas formados por uma rede periódica em duas dimensões de inclusões, que se estendem por todo o comprimento da fibra. A transmissão de um feixe LASER através dessa fibra é baseada nas propriedades dos cristais fotônicos. Graças às suas estruturas, essas fibras garantem o confinamento das ondas eletromagnéticas no núcleo da fibra. Essas fibras de cristal fotônico oferecem uma ampla variedade de possibilidades para a orientação, ajustando seus parâmetros opto-geométricos, como, por exemplo, o diâmetro das inclusões, a distribuição das inclusões, a periodicidade (não entre duas inclusões), o número de camadas, o índice dos materiais usados.

[049] De preferência, a fibra óptica (31) é uma fibra de cristal fotônico de núcleo oco. Uma fibra de cristal fotônico de núcleo oco é uma fibra óptica que guia a luz essencialmente dentro de uma região oca (o núcleo da fibra), de modo que apenas uma parte menor da energia óptica se propague no material de fibra sólido (normalmente sílica). De acordo com o mecanismo físico padrão para guiar a luz em uma fibra, isso não deve ser possível: normalmente, o índice de refração do núcleo da fibra deve ser maior que o do material de revestimento circundante e não há meios para obter um índice de refração de vidro abaixo daquele do ar ou do vácuo, pelo menos na região óptica. No entanto, um mecanismo de guia diferente pode ser usado, com base em um intervalo de energia fotônico, como pode ser feito em uma fibra de cristal fotônico. Essas fibras também são chamadas de fibras de intervalo de energia fotônico. Os pedidos para as fibras de cristal fotônico de núcleo oco são principalmente que a orientação primária na região oca minimize os efeitos não lineares do feixe LASER (11) e permita um alto limiar de dano.

[050] A título de exemplo, o documento FR 3 006 774 descreve um guia de ondas na forma de uma fibra de cristal fotônico de núcleo oco compreendendo um revestimento, a ausência de capilar na parte central formando o núcleo oco. O uso de uma fibra de cristal fotônico de núcleo oco permite filtrar o feixe LASER (11) derivado do laser de femtossegundos (1) para facilitar sua modelagem pelo sistema de modelagem (2). Mais especificamente, o uso de uma fibra de cristal fotônico de núcleo oco permite limitar a divergência do feixe LASER (11) (ou seja, perfil espalhado) melhorando sua diretividade (o que torna o feixe LASER (11) mais limpo, limitando a difusão de seu perfil). De fato, uma fibra de cristal fotônico de núcleo oco permite confinar a luz com mais eficiência do que uma fibra de núcleo sólido convencional. A fibra de cristal fotônico de núcleo oco compreende: - um núcleo oco (311), - um revestimento interno (312) à base de sílica que circunda o núcleo oco, o revestimento interno possuindo um índice de refração n1 < nc, em que nc é o índice de refração efetivo do núcleo oco, - um revestimento externo (313) que circunda o revestimento interno (312).

[051] Vantajosamente, a região oca (311) da fibra de cristal fotônico de núcleo oco pode ser colocada sob vácuo para limitar as perdas de propagação do feixe LASER (11) derivado do laser de femtossegundos (1).

Como uma variante, um gás pode ser injetado na região oca para explorar a alta intensidade óptica na fibra - por exemplo, para uma geração harmônica alta do feixe LASER (11) derivado do laser de femtossegundos (1). Para esse propósito, o acoplador óptico (3) compreende primeira e segunda células de conexão (32, 33) montadas de maneira vedada em cada extremidade da fibra de cristal fotônico de núcleo oco.

[052] Cada célula de conexão (32, 33) compreende: - um invólucro externo (321, 331), - um canal de transmissão (322, 332) alojado no invólucro (321, 331), o canal de transmissão (322, 332) permitindo a passagem do feixe LASER (11) no interior do invólucro (321, 331), - uma janela (323, 333) transparente à radiação LASER em uma extremidade do canal de transmissão (322, 332) para a entrada (ou a saída) do feixe LASER (11),

- um conector (não representado) na outra extremidade do canal de transmissão, o conector estando conectado de maneira vedada a uma extremidade da fibra óptica (31), - um terminal de conexão (324, 334) que se abre em direção ao exterior do invólucro (321, 331) e sendo destinado a ser conectado a uma bomba de vácuo (P).

[053] A ativação da bomba de vácuo (P) permite colocar o núcleo oco (311) da fibra óptica (31) sob vácuo bombeando nas células de conexão (32, 33) localizadas em ambas as extremidades da fibra óptica (31). O fato de realizar um bombeamento a vácuo em cada extremidade da fibra óptica (31) facilita colocar sob vácuo o núcleo oco por todo o comprimento da fibra óptica (31).

2.3. DIGITALIZADOR ÓPTICO

[054] O digitalizador óptico (4) permite desviar o feixe LASER modulado em fase (21), de modo a mover o padrão (8) para uma pluralidade de posições (43a) a (43c) no plano de focalização (71) correspondente ao plano de corte.

[055] O digitalizador óptico (4) compreende: - um orifício de entrada ligado ao acoplador óptico (3) para receber o feixe LASER modulado em fase (21) proveniente da unidade de modelagem (2), - um (ou mais) espelho(s) óptico(s) girando em torno de pelo menos dois eixos para desviar o feixe LASER modulado em fase (21), e - um orifício de saída para enviar o feixe LASER modulado desviado (41) em direção ao sistema de focalização óptica (5).

[056] O digitalizador óptico (4) usado é, por exemplo, um cabeçote de varredura IntelliScan III da empresa SCANLAB AG. Os orifícios de entrada e saída desse digitalizador óptico (4) têm um diâmetro da ordem de 10 a 20 milímetros, e as velocidades de varredura alcançáveis são da ordem de 1 m/s a 10 m/s, dependendo da distância focal da óptica usava.

[057] O(s) espelho(s) está/estão conectado(s) a um (ou mais) motor(es) para permitir sua articulação. Este(s) motor(es) para articulação do(s) espelho(s) é/ são vantajosamente pilotado(s) pela unidade da unidade de controle (6) que será descrita em mais detalhes abaixo.

[058] A unidade de controle (6) é programada para pilotar o digitalizador óptico (4), de modo a mover o padrão (8) ao longo de uma trajetória de movimento (42) contida no plano de focalização (71). Em algumas formas de realização, a trajetória de movimento (42) compreende uma pluralidade de segmentos de corte (42a) a (42c). A trajetória de movimento (42) pode vantajosamente ter uma fenda ou uma forma espiral, etc.

[059] A varredura do feixe é de grande importância para o resultado do recorte obtido. De fato, a velocidade de varredura usada e o passo de varredura são parâmetros que influenciam a qualidade do recorte.

[060] O uso de um acoplador óptico que inclui uma fibra óptica (31) do tipo cristal de corpo oco (em vez de um conjunto óptico composto por espelhos para guiar o feixe LASER (11)) torna possível, ao usar uma modelagem multiponto (81), melhorar a homogeneidade da distribuição de energia entre os pontos no caso limítrofe de pontos de impacto muito próximos (espaçamento centro a centro entre dois pontos modelados menor que o diâmetro de um ponto).

[061] Em uma forma de realização, o aparelho de corte compreende ainda um prisma Dove. É posicionado vantajosamente entre a cor óptica (3) e o digitalizador óptico (4). O prisma Dove permite implementar uma rotação do padrão (8) que pode ser útil em algumas aplicações ou limitar o tamanho da área de iniciação de cada segmento de corte (42a) a (42c).

[062] Vantajosamente, a unidade de controle (6) pode ser programada para ativar o laser de femtossegundos (1) quando a velocidade de varredura do digitalizador óptico (4) for maior que um valor limiar. Isso permite sincronizar a emissão do feixe LASER (11) com a varredura do digitalizador óptico (4). Mais especificamente, a unidade de controle (6) ativa o laser de femtossegundos (1) quando a velocidade de rotação do(s) espelho(s) do digitalizador óptico (4) é constante. Isso permite melhorar a qualidade do corte, realizando uma superfície homogênea do plano de corte.

2.4. SISTEMA DE FOCALIZAÇÃO ÓPTICA

[063] O sistema de focalização óptica (5) permite mover o plano de focalização (71) do feixe LASER modulado e desviado (41) em um plano de corte do tecido (7) desejado pelo usuário.

[064] O sistema de focalização óptica (5) compreende: - um orifício de entrada para receber o feixe LASER modulado em fase e desviado derivado do digitalizador óptico (4), - uma (ou mais) lente(s) motorizada(s) para permitir seu movimento em translação ao longo da trajetória óptica do feixe LASER modulado em fase e desviado, e - um orifício de saída para enviar o feixe LASER focalizado em direção ao tecido a ser tratado.

[065] A(s) lente(s) usada(s) com o sistema de focalização óptica (5) podem ser lentes de campo plano. As lentes de campo plano permitem obter um plano de focalização sobre todo o campo XY, diferentemente das lentes padrão para as quais é côncavo. Isso permite garantir um tamanho constante de feixe focalizado em todo o campo.

[066] A unidade de controle (6) é programada para pilotar o movimento da(s) lente(s) do sistema de focalização óptica (5) ao longo de uma trajetória óptica do feixe LASER, de modo a mover o plano de focalização (71) em pelo menos três planos de corte respectivos (72a) a (72e), de modo a formar uma pilha de planos de corte (7) do tecido. Isso permite realizar um recorte em um volume (74), por exemplo, dentro do contexto de uma cirurgia refrativa.

[067] A unidade de controle (6) é capaz de pilotar o movimento do sistema de focalização óptica (5) para mover o plano de focalização (71) entre uma primeira posição extrema (72a) e uma segunda posição extrema (72e), nesta ordem. Vantajosamente, a segunda posição extrema (72e) está mais próxima do laser de femtossegundos (1) do que a primeira posição extrema (72a).

[068] Assim, os planos de corte (72a) a (2e) são formados começando com o plano de corte mais profundo (72a) no tecido e empilhando os planos de corte sucessivos até o plano de corte mais superficial (72e) no tecido (7). Assim, isso evita os problemas associados à penetração do feixe LASER no tecido (7). De fato, as bolhas de gás formam uma camada opaca de bolhas (conhecida como OBL) impedindo a propagação da energia derivada do feixe LASER sob elas. Portanto, é preferível começar gerando as bolhas de gás mais profundas primeiro, a fim de melhorar a eficácia do aparelho de corte.

[069] Vantajosamente, o uso de um acoplador óptico que inclui uma fibra óptica (31) do tipo cristal fotônico de núcleo oco (em vez de um conjunto óptico composto por espelhos para guiar o feixe LASER (11)) permite filtrar o sinal LASER (11) derivado do laser de femtossegundo removendo suas possíveis anomalias. Portanto, é possível reduzir a distância entre dois planos de corte sucessivos (distância entre planos de corte sucessivos menor que o diâmetro de um ponto de impacto) para obter um recorte de alta precisão em um volume (74).

2.5. UNIDADE DE CONTROLE

[070] Como indicado acima, a unidade de controle (6) permite monitorar os vários elementos que constituem o aparelho de corte, ou seja, o laser de femtossegundos (1), o sistema de modelagem (2), o digitalizador óptico (4) e o sistema de focalização óptica (5).

[071] A unidade de controle (6) é conectada a esses vários elementos por meio de um (ou mais) barramento(s) de comunicação, permitindo: - A transmissão de sinais de controle, tais como: • a máscara de fase para o sistema de modelagem, • o sinal de ativação para o laser de femtossegundos e os pontos de ajuste de potência, • a velocidade de varredura para o digitalizador óptico, • a posição do digitalizador óptico ao longo da trajetória de movimento, • a profundidade de corte para o sistema de focalização óptica; - A recepção de dados de medição derivados de vários elementos do sistema, tais como: • a velocidade de varredura alcançada pelo digitalizador óptico, ou • a posição do sistema de focalização óptica, etc.

[072] A unidade de controle (6) pode ser composta por uma (ou mais) estação(s) de trabalho e/ou um (ou mais) computador(es) ou pode ser de qualquer outro tipo conhecido pelos técnicos no assunto. A unidade de controle (6) pode, por exemplo, compreender um telefone celular, um tablet eletrônico (tal como um IPAD®), um Assistente Digital Pessoal (ou “PDA”), etc. Em todos os casos, a unidade de controle (6) compreende um processador programado para permitir a pilotagem do laser de femtossegundos (1), do sistema de modelagem (2), do digitalizador óptico (4), do sistema de focalização óptica (5), etc.

2.6. BRAÇO ARTICULADO

[073] Graças ao uso de um acoplador óptico (3) incluindo uma fibra óptica de cristal fotônico (31), o aparelho de corte descrito acima pode ser montado em um aparelho de terapia incluindo um braço articulado (200), como ilustrado na Figura 6.

[074] O braço (200) compreende vários segmentos de braço (201) a (204) conectados por articulações motorizadas (205) a (207) (conexões de articulação - pivô ou esfera) para permitir o movimento automático em rotação dos diferentes segmentos (201) a (204) um em relação ao outro.

Particularmente, o braço é articulado para permitir o movimento da extremidade livre do braço ao longo de três eixos ortogonais X, Y e Z: • o eixo X, definindo uma direção longitudinal horizontal, • o eixo Y, definindo uma direção transversal horizontal, que com o eixo X define um plano horizontal XY, • o eixo Z, definindo uma direção vertical, perpendicular ao plano horizontal XY.

[075] A extremidade livre do braço (2) pode incluir um elemento de imobilização equipado com um anel de sucção capaz de aspirar um tecido ocular a ser tratado e mantê-lo firmemente em posição.

[076] O braço (2) é, por exemplo, um TX260L comercializado pela empresa STAUBLI. Vantajosamente, o sistema de modelagem (2), o digitalizador óptico (4) e o sistema de focalização óptica (5) podem ser montados no segmento de extremidade (204) do braço (200), enquanto o laser de femtossegundos (1) pode ser integrado a uma caixa móvel (210) do aparelho de terapia, em que o acoplador óptico (3) se estende entre a caixa (210) e o segmento de extremidade (204) para propagar o feixe LASER (11) derivado do laser de femtossegundos (1) em direção ao sistema de modelagem (2).

3. CONCLUSÕES

[077] Assim, a invenção permite dispor de uma ferramenta de corte eficaz e precisa. A modulação reconfigurável da frente de onda do feixe LASER permite gerar vários pontos de impacto simultâneos (81), cada um com um tamanho e uma posição monitorada no plano de focalização (71). Esses diferentes pontos de impacto (81) formam um padrão (8) no plano focal (71) do feixe LASER modulado.

[078] O uso de um acoplador óptico (3) incluindo uma fibra de cristal fotônico (31) de núcleo oco (311) permite reduzir a distância entre os diferentes pontos de impacto que formam o padrão. De fato, ao limitar o fenômeno de espalhamento do espectro da luz, o acoplador óptico, incluindo uma fibra de cristal fotônico de núcleo oco, permite tornar o feixe LASER modulado em fase mais limpo.

[079] O leitor entenderá que muitas modificações podem ser feitas na invenção descrita acima sem se afastar fisicamente dos novos ensinamentos e vantagens aqui descritos. Portanto, todas as modificações deste tipo se destinam a ser incorporadas no escopo das reivindicações anexas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. APARELHO DE CORTE DE TECIDO HUMANO OU ANIMAL, tal como uma córnea ou um cristalino, caracterizado pelo referido aparelho incluir: - um laser de femtossegundos (1) para emitir um feixe LASER inicial na forma de pulsos, - um sistema de modelagem (2) – tal como um Modulador Espacial de Luz (SLM) – posicionado a jusante do laser de femtossegundos (1), para transformar o feixe LASER inicial em feixe LASER modulado em fase, sendo o sistema de modelagem capaz de modular a fase da frente de onda do feixe LASER inicial de acordo com uma instrução de modulação calculada para distribuir a energia do feixe LASER em pelo menos dois pontos de impacto (81), formando um padrão (8) em um plano de focalização (71), - um digitalizador óptico (4), posicionado a jusante do sistema de modelagem (2), para mover o padrão (8) ao longo de uma trajetória de movimento predefinida no plano de focalização (71), - um sistema de focalização óptica (5), posicionado a jusante do digitalizador óptico (4), para mover o plano de focalização (71) do feixe LASER modulado em um plano de corte desejado do tecido (7), - uma unidade de controle (6) que permite pilotar o sistema de modelagem (2), o digitalizador óptico (4) e o sistema de focalização óptica (5), em que o aparelho compreende ainda um acoplador óptico (3) entre o laser de femtossegundos (1) e o sistema de modelagem (2), o acoplador óptico (3) incluindo uma fibra óptica de cristal fotônico (31) para a filtragem do feixe LASER (11) derivado do laser de femtossegundos (1).

2. APARELHO DE CORTE, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela fibra ser uma fibra de cristal fotônico de núcleo oco, a referida fibra incluindo um núcleo oco (311) e pelo menos um revestimento

(312, 313) ao redor do núcleo oco (311).

3. APARELHO DE CORTE, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo acoplador óptico (3) compreender ainda: - uma primeira célula de conexão (32) para ligar o acoplador óptico (3) ao laser de femtossegundos (1), e - uma segunda célula de conexão (33) para ligar o acoplador óptico (3) ao sistema de modelagem (2).

4. APARELHO DE CORTE, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por cada célula de conexão (32, 33) ser montada de maneira vedada em uma extremidade respectiva da fibra de cristal fotônico (31).

5. APARELHO DE CORTE, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 4, caracterizado por cada célula de conexão (32, 33) compreender: - um invólucro externo (321, 331), - um canal de transmissão (322, 332) alojado no invólucro (321, 331), o canal de transmissão (322, 332) permitindo a passagem do feixe LASER (11) no interior do invólucro (321, 331), - uma janela (323, 333) transparente à radiação LASER em uma extremidade do canal de transmissão (322, 332), a janela sendo destinada a estar voltada para o laser de femtossegundos (1) ou o sistema de modelagem (2).

6. APARELHO DE CORTE, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 5, caracterizado por compreende ainda pelo menos uma bomba de vácuo (P), cada célula de conexão (32, 33) compreendendo pelo menos um terminal de conexão (324, 334) que se abre em direção ao exterior do invólucro (321, 331) e sendo destinado a ser ligado à bomba de vácuo (P).

7. APARELHO DE CORTE, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pela unidade de controle compreender meios capazes de pilotar a ativação da bomba de vácuo para aspirar os gases contidos no núcleo oco da fibra óptica de cristal fotônico (31).