BRPI0900200A2 - uso de excimer laser e espelho piezoelétrico móvel para ablar lentes de contato personalizadas - Google Patents

Abstract

USO DE EXCIMER LASER E ESPELHO PIEZOELéTRICO MóVEL PARA ABLAR LENTES DE CONTATO PERSONALIZADAS. Refere-se a presente patente de invenção ao uso de um excimer laser e espelho piezoelétrico para ablar lentes de contato personalizadas, com a finalidade de corrigir aberrações ópticas de alta ordem. O instrumento, objeto desta patente, trata-se de um processo óptico que permite moldar lentes com geometria mais complexa e de forma mais precisa do que com o processo mecânico existente.

Description

USO DE EXCIMER LASER E ESPELHO PIEZOELÉTRICO MÓVELPARA ABLAR LENTES DE CONTATO PERSONALIZADAS.

A presente patente de invenção refere-se ao uso de um excimer laser eespelho piezoelétrico para ablar lentes de contato personalizadas, com afinalidade de corrigir aberrações ópticas de alta ordem. O instrumento, objetodesta patente, trata-se de um processo óptico que permite moldar lentes comgeometria mais complexa e de forma mais precisa do que com o processomecânico existente.

O avanço dos instrumentos para diagnóstico oftálmico da acuidadevisual (Carvalho, L.A.; Castro, J.C-; Chasuonr W; Schor, Ρ. A new wavefrontsensor with polar symmetiy: ClUantitaiive comparisons wilh a Shaek-Hartmann wavefront sensor. JRefraet Surg. 2G06; 22(9): 954-8) e (Carvalho,L.A; Castro, J.C; Carvalho, L.A. Measuring Higher Order OptiealAberrations of the Human Eye: Techv.ques and Applications. Braz J MedBiol Res. 2002; 35(11): 1395-406) proporcionou novas informações sobredistorções visuais que até então não er::in possíveis. Com isso, surgiu tambéma necessidade de novas técnicas para corrigi-las.

Atualmente e comumente se Utiiiza o sensor Hartmann-Shack paraanalisar aberrações ópticas de ordem mais alta do que a miopia, hipermetropiae astigmatismo, isso tem proporcionado melhorias significantes no que tangeas cirurgias refrativas.

A Ceratotomia Radial (RK, sigla em inglês) foi uma das primeirastécnicas utilizadas para a realização de cirurgias refrativas na córnea e, apartir do uso do laser outras lécnicas foram desenvolvidas, como aCeratectomia Fotorrefrativa (PRK, d.^la em inglês). Com o objetivo de evitaras complicações relacionadas com a cicatrização pós-PRK e reduzir odesconforto pós-operatório, criou-a técnica chamada de Laser in SituKeratomileusis (LASIK, sigla em inglês) (Sakimoto, T.; Rosenblat, M. andAzar, D. Laser eye surgery for refractive errors. The lancet. 2000; 367: 1432-47). A RK5 hoje em desuso, era baseada nas aplicações de incisões radiaispara aplainar a córnea central, e era realizada em tratamento de baixo grau demiopia e astigmatismo. A PRK faz a correção de ametropias como miopia,hipermetropia e astigmatismo e a LASIK pode tratar hipermetropia e grausmais altos de miopia e astigmatismo.

Apesar da melhoria introduzida por estas técnicas, muitos pacientes nãopodem ser operados devido a doenças oculares, grau elevado, instabilidade darefração e córneas inadequadas. As lentes de contato disponíveis no mercadobrasileiro são destinadas à correção de aberrações de segunda ordem (miopia,astigmatismo e hipermetropia), apresentando limitações no caso de portadoresde aberrações de alta ordem.

Como alternativa para esses pacientes, em que jaté mesmo os óculos ouas lentes de contato convencionais não são capazes de lhes proporcionar boaacuidade visual, surge então a possibilidade da utilização de lentes de contatopersonalizadas (Sabevan, R.; Jeong, T. M.; Carvalho, L.A; Cox, /.; Williams,D.R. ;Yoon, G. . Vision Improvement by Correcting Higher OrderAberrations with Customized Soft Contact Lenses in Keratoconic Eyes. OptLett. 2007; 32:1000-02).

Atualmente as lentes de contato são fabricadas por processo mecânico,um exemplo são os tornos de Controle Numérico Computadorizado (CNC)(Customized Vision Correction Laboratory [Online]. Rochester, NY:University of Rochester, 2008. [Citado em 05 Julho 2008]. Disponível em:http://wwvi.cvs.rochester.edu/yoonlab) e (Carvalho, L.A.; Yoon, G.;Medidndo o poder refrativo de lentes de contato gelatinosas personalizadas,Arq. Eras. Oftalmol., 2007; 70(1): 67-72). Mas mesmo com es inovaçõestecnológicas contribuindo no melhoramento da precisão, o método ainda estálimitado às algumas formas geométricas que descrevem as correções dosdefeitos visuais.

Com isso, buscou-se desenvolver um instrumento à base de excimerlaser e espelho piezoelétrico que é um método óptico e mais preciso paraablar lentes de contato personalizadas, objeto da presente patente,proporcionando correções das aberrações de alta ordem (geometrias maiscomplexas).

Há uma grande diferença no uso das lentes convencionais para aquelespacientes que sofrem de aberrações de alta ordem e para os pacientes (com osmesmos distúrbios visuais) que fazem uso de lentes de contatopersonalizadas.

No primeiro cascx apenas as aberrações de baixa ordem (miopia ouhipermetropia e astigmatismo) são corrigidas e no segundo, as aberrações sãocompensadas pela superfície irregular moldada nas lentes.

Os dados necessários para definir essas espessuras são extraídos dosexames realizados çom o instrumento que utiliza o sensor Hartmann-Shack(Carvalho, L.A., Castro, J.C., Preliminary (Results of Instrument forMeasuring the Optical Aberrations of the Human Eye, Braz J Phys. 2003,33(1):140-147). Este é o método existente e mais usual para analisardistorções visuais de alta ordem. Ele utiliza o princípio da diferença decaminho óptico (produto da distância geométrica pelo índice de retração), queeqüivale aos erros das frentes de onda causados por todos os componentes doolho (humor vítreo, lente ou cristalino, humor aquoso e córnea).

Na presente patente, o uso do Laser e do espelho piezoelétrico móvelpermite moldar lentes de contato com variação na espessura da lente. Dessamaneija, a lente será mais fina onde a frente de onda tem maior atraso e maisespessa onde tem menor atraso ou está avançada.

Ás aberrações ópticas são representadas matematicamente por amaãinção W(p,0) que descreve a aberração total do olho examinado:<formula>formula see original document page 5</formula>

em que Ci são os coeficientes dos polinômios, Zi (ρ, Θ) são os polinômios deZernike, ρ é a componente radial variando de 0 a 1 e θ é a componenteazimutal variando de 0 a 2π em coordenadas polares (Thibos, L.N., Applegate,R.A., Schwiegerling, J.T., Webb, R., et. al., Standards for Reporting theOptical Aberrations of Eyes, J Refract Surg 2002; 18.S652-S660). Estespolinômios são os mais indicados para descrever aberrações de frentes deondas de sistema óptico, pois são ortogonais em um círculo unitário einvariante sob rotação,

O material escolhido da lente é o polimetil metacrilato (PMMA), pois háestudos (Nicolson, P. C.; Vogt, X; Soft eontact lerís polymers: an evolution.Biohtaterials v. 22 p. 3273-3283, 2001; Fuxbruner, A.; Herno, /.; Lewis, A.;Zauberman, H.; Blau, D and Polotsky, D.; Controlled Iens formation withunapertured excimer lasers: use with organic polymers and cornei tissues,Ápplied Optics- í , 29, n. 36, 1990; DorronsOro, C., Cano, D., Merayo-Lloves,J., Marcos, S., Experiments on PMMA models to predict the impact of cornealrefractive surgéry on corneal shape, Opjtical Society of America, 2006;14(13):6142-6156; Kitai, M.S., Popkov, Lí:V., Semchishen, V.A. & Kharizov,A., The Physics of UV Laser Cornea Ablation, IEEE J Quantum Electronics,1991, 27Çí): 302-307) que demonstram a viabilidade de ablação com lasernesse tipo de material. Nestes estudos, foi avaliada a interação entre € excimerlaser (ArF, Argon Fluoride com X= 193nm) e o PMMA e mostrou- se que épossível ablá-los com pouco aquecimento e pouca deposição de materid.

A palavra Excimer é um acrônimo que deriva das palavras em inglêsesícited dimmer. O excimer laser é uma combinação de dois gases, um gásnobre e um gás halogênio. Ambos residem em um estado de baixa energia,mas quando combinados de maneira adequada, produzem descarga elétrica dealta voltagem na cavidade que contém os gases, liberando grande quantidadede energia {Pedrotti, Leno S., Pedrotti, Frank L. Optics and Vision. EditoraPrentice-Hall do Brasil, Ltda., Rio de Janeiro, 1998). Esta energia éamplificada obtendo como resultado pulsos de laser de alta energia. Ocomprimento de onda (λ) obtido depende dos gases utilizados.

Assim, com o intuito de solucionar os problemas existentes e de superá-los, desenvolveu-se a presente patente, que consiste no uso de um excimerlaser e espelho piezoelétrico para ablar lentes de contato personalizadas, comformas geométricas mais complexas e precisas.

A invenção poderá ser bem mais compreendida através das figuras e adescrição das mesmas, onde:

A Figura 1 representa o instrumento à base de excimer laser e espelhopiezoelétrico.

A Figura 2 representa o mapa residual utilizando o processo óptico,objeto da presente patente.

A Figura 3 representa o mapa residual utilizando processo mecânicocom o torno CNC, já existente.

O uso do Excimer Laser para ablar lentes de contato personalizadassubstitui o processo existente que utiliza método mecânico moldando lentesem torno de Controle Numérico Computadorizado (CNC), pelo métodoóptico.

O instrumento óptico/mecânico (Fig.l), objeto da presente patente,utilizado para fotoablação nas lentes de contato é constituído de: um ExcimerLaser (1) funcionando de modo pulsado ("flying-spot") que emite radiaçãoem λ= 193 nm (ArF, Argon Fluoride) com a distribuição de energiagaussiana, diâmetro de lmm, e potência de 200 mJ/cm2; um espelho móvelpiezoelétrico (2) de alta precisão para defletir a direção de propagação dolaser conectado a um "driver" (3); um divisor de feixes (4) ("beam splitter");um suporte para lente de contato (5); uma câmera CCD monocromática (6) ecom alta sensibilidade; um monitor (TV ou computador com placa de capturapara acompanhamento visual da ablação (7); um PC (8) para processamentodos dados e guiagem da automatização e uma caixa escura (9) que envolve oexperimento para proteção do sistema óptico de qualquer iluminação externaindesejável.

O seu funcionamento consiste em incidir feixes do excimer laser noespelho móvel e deste para a lente, de forma que os disparos dos feixesobedeçam a um mapa de correção (definido por simulações matemáticas), dodistúrbio visual de uma cómea, previamente determinado.

O excimer laser utilizado no presente instrumento para ablar as lentes éum excimer laser industrial, disponível comercialmente. Esse tipo de laserrealiza fotoablação em materiais como os das lentes de contato e não oexcimer laser utilizado em clínicas de oftalmologia para cirurgias refrativascom a finalidade de fotoablar tecido corneano. J

O espelho móvel piezoelétrico utilizado já vem acompanhado de um"software" com fanções "default" para realizar seus movimentos -automatização do espelho móvel, que permite? distância angular de 3o eresolução angulai' de aproximadamente 2 μrad, o que permite uma maiorprecisão nos pontos a serem ablados.

O objetivo do espelho móvel é fazer com que ele direcione os feixes dolaser, permitindo que a lente seja "esculpida" de forma a construir a superfíciedeterminada pela simulação matemática na lente a ser ablada.

O divisor de feixes ("beam splitter") é construído de um substrato deFluoreto de Cálcio, devido a alta potência (média de 10 W por pulso) dofeixe àb excimer laser de Fluoreto de Argônio.

Apenas como exemplo para efeito de comparação prática, tem-se nasFiguras 2 e 3 os mapas residuais para duas lentes de contato gelatinosas de ummesmo fabricante. Ambas são do mesmo material e foram adquiridas comraios de curvatura anterior e posterior, além da espessura, idênticas. Noentanto, para uma delas (Figura 2) foi utilizado o método objeto da presentepatente e para a outra (Figura 3) foi utilizado o método convencional usandotorno CNC.

Os gráficos mostrados nas Figuras 2 e 3 são os resíduos entre a ablaçãoplanejada e a alcançada - o que permite avaliar a qualidade da ablaçãorealizada pelos dois métodos: o primeiro (Fig. 2) realizado pelo métodoóptico, o objeto da presente patente, e o segundo (Fig. 3), pelo processomecânico com o torno CNC, respectivamente, para uma lente de contatogelatinosa usada como controle.

Percebe-se nitidamente a melhor precisão da técnica com excimer laser eespelho piezoelétrico quando comparada à lente moldada com torno CNC.

Claims (7)

1.) PROCESSO PARA ABLAR LENTES DE CONTATOPERSONALIZADAS caracterizado por utilizar em Excimer Laser e emespelho piezoelétrico móvel, permitindo moldar lentes com geometrias maiscomplexas de forma mais precisa.

2.) PROCESSO PARA ABLAR LENTES DE CONTATOPERSONALIZADAS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado porpermitir moldar lentes de contato com variação na espessura da lente; Dessamaneira, a lente será mais fina onde a frente de onda tem maior atraso e maisespessa onde tem menor atraso ou está avançada.

3.) PROCESSO PARA ABLAR LENTES DE CONTATOPERSONALIZADAS caracterizado por ser constituído de: um Excimer Laser(1) fmdfcmmâo de modo pulsado ("flying-spof') que emite radiação em λ =193 um (ArF, Argon Fluoridé) com a distribuição de energia gaussiana,diâmetro de lmm, e potência de 200 mJ/cm ; um espelho móvel piezoelétrico(2) de alta precisão para defletir a direção de propagação do laser conectado aem "driver" (3); em divisor de feixes (4) ("beam splitter"); mm suporte paralente de contato (5); uma câmera CCD monocromática (6) e com altasensibilidade; um monitor (TV ou computador com placa de captura paraacompanhamento visual da ablação (7); um PC (S) para processamento dosdados e guiagem da automatização e uma caixa escura (9) que envolve oexperimento para proteção do sistema óptico de qualquer iluminação externaindesejável.

4.) PROCESSO PARA ABLAR LENTES DE CONTATOPERSONALIZADAS de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelosistema consistir em incidir feixes do excimer laser no espelho móvel e destepara a lente, de forma qee os disparos dos feixes obedeçam a em mapa decorreção (definido por simulações matemáticas), do distúrbio visual de umacórnea, previamente determinado.

5.) PROCESSO PARA ABLAR LENTES DE CONTATOPERSONALIZADAS de acordo com a reivindicação 3 e 4, caracterizado peloespelho móvel direcionar os feixes do laser, permitindo que a lente seja"esculpida" de forma a construir a superfície determinada pela simulaçãomatemática na lente a ser ablada.

6.) PROCESSO PARA ABLAR LENTES DE CONTATOPERSONALIZADAS de acordo com as reivindicações 3, 4 e 5, caracterizadopelo divisor de feixes ("beam splitter") ser construído de um substrato deFluoreto de Cálcio, devido a alta potência (média de 10 W por pulso) dofeixe do excimer laser de Fluoreto de Argônio.

7.) PROCESSO PARA ABLAR LENTES DE CONTATOPERSONALIZADAS caracterizado pelo excimer laser utilizado no presenteinstrumento ser do tipo industrial, e não o excimer laser utilizado em clínicasde oftalmologia para cirurgias refrativas com a finalidade de fotoablar tecidocomeano.