ES2347928T3

ES2347928T3 - Procedimiento y dispositivo para preparar una pieza a trabajar.

Info

Publication number: ES2347928T3
Application number: ES06023778T
Authority: ES
Inventors: Holger Dr. Lubatschowski
Original assignee: Rowiak GmbH
Current assignee: Rowiak GmbH
Priority date: 2005-11-29
Filing date: 2006-11-16
Publication date: 2010-11-25
Anticipated expiration: 2026-11-16
Also published as: DE502006007523D1; DE102005056958A1; US20070123845A1; CA2568591A1; EP1790383B1; EP1790383A1; ATE475454T1

Abstract

Procedimiento para la preparación de una pieza a trabajar (2) transparente en al menos una franja del espectro, que absorbe líquido 5 al menos parcialmente, y que comprende probetas extraídas o creadas artificialmente de un material biológico u orgánico, plantas o materiales plásticos adecuados, siendo la pieza a trabajar (2) expuesta a una radiación láser (12) pulsada y focalizada, presentando el espectro de la radiación láser (12) como mínimo una longitud de onda (λ 0) en la franja 10 transparente del espectro de la pieza a trabajar (2) y estando el foco (16) de la radiación láser (12) situado sobre o dentro de la pieza a trabajar (2), aplicándose, además, antes y/o durante la exposición a la radiación un fotosensibilizador líquido (5) sobre la pieza a trabajar (2) y penetrando éste en dicha pieza a trabajar (2), caracterizado porque el 15 fotosensibilizador (5) presenta un máximo de absorción que corresponde a la mitad o cerca de la mitad de la longitud de onda de la radiación láser (12) y provoca un endurecimiento de la pieza a trabajar (2) durante la radiación.

Description

La presente invención se refiere a un procedimiento para la preparación de una pieza a trabajar, de acuerdo con la parte introductoria de la reivindicación 1, así como a un dispositivo que se puede utilizar a tal efecto.

Un procedimiento del mismo género y un dispositivo correspondiente se conocen por el documento WO 2005/074848 A1 y por el artículo “Riboflavin/Ultraviolet-A-induced Collagen Crosslinking for the Treatment of Keratoconus” ("Enlaces cruzados del colágeno inducidos por riboflavina/ultravioleta A para el tratamiento del queratocono"), G. Wollensak y otros, American Journal of Ophthalmology ("Revista americana de oftalmología"), Mayo de 2003, p.620. En este caso, el procedimiento y el dispositivo se utilizan para el tratamiento del queratocono. El queratocono es una enfermedad del ojo, en la que la córnea se vuelve muy delgada y pierde resistencia. Bajo los efectos de la presión intraocular, el debilitamiento de la córnea provoca el abombamiento de ésta hacia fuera lo que, a su vez, provoca defectos de la visión en el ojo en cuestión. Dado que el queratocono es una enfermedad progresiva, hay mucho peligro de que se agraven los defectos de la visión si no se trata la enfermedad.

En los documentos citados anteriormente se propone un procedimiento y un dispositivo para el tratamiento del queratocono. Ello está basado en la idea de aumentar la resistencia de la córnea mediante el enlazamiento de las fibrillas de colágeno de la córnea, el denominado “crosslinking” o enlaces cruzados, de manera que ésta pueda resistir mejor a la presión intraocular. A tal efecto, se aplica primero un fotosensibilizador sobre el ojo, en especial, riboflavina o una solución de riboflavina. Un fotosensibilizador es, de forma general, una sustancia capaz, debido a la acción de los fotones, de interactuar químicamente con el material que la absorbe o provocar una modificación química en dicho material, por ejemplo, el enlazamiento de moléculas y/o un endurecimiento del material. Una vez que la riboflavina sensible a la luz UV ha sido absorbida por el ojo, éste es sometido a una radiación con rayos UV. Como fuente de luz UV pueden servir una lámpara de rayos UV grande o un campo de fuentes de luz más pequeñas. En todo caso, el objetivo expreso es la aplicación homogénea de radiación a la cara delantera de toda la córnea para reforzar a la misma también de forma homogénea. Debido a la acción de la radiación UV, el fotosensibilizador provoca la formación de enlaces cruzados entre las fibrillas de colágeno, lo cual aumenta la resistencia biomecánica de la córnea, de manera que ésta se deforma menos bajo la acción de la presión intraocular.

Este procedimiento no está exento de riesgos para el paciente. En el artículo mencionado anteriormente “Riboflavin/Ultraviolet-A-induced Collagen Crosslinking for the Treatment of Keratoconus” de G. Wollensak y otros se señala que un exceso de radiación UV sobre la lente del ojo o la retina puede provocar daños en el ojo. Dado que los rayos UV penetran en la córnea desde su superficie, en el procedimiento conocido todo el grosor de la córnea está disponible para absorber la radiación UV. Por lo tanto, se presupone que la luz UV es atenuada suficientemente antes de que incida sobre las partes interiores o traseras del ojo.

Lo que resulta desventajoso en el procedimiento conocido es, entre otros, el efecto citotóxico de la radiación UV que daña las células. Para el paciente resulta, además, desagradable que la radiación UV haya de durar aproximadamente media hora en cada ojo.

Otro procedimiento que presumiblemente también conlleva un largo tiempo de tratamiento para el paciente se da a conocer por la patente US 2005/0149006 A1. A diferencia de la WO 2005/074848 A1, en este caso se “cuece” primero la córnea del ojo hasta que esté “blanda”, calentándola y destruyendo material en el interior de la córnea mediante la luz focalizada del láser. Se puede presuponer que estas destrucciones mermarán la capacidad visual del paciente. A continuación del ablandamiento de la córnea, ésta es conformada según la forma deseada, dotada de un fotosensibilizador y, tal como se conoce por el documento WO 2005/074848 A1, expuesta a radiación UV de gran superficie mediante una lámpara UV desde el lado delantero, a efectos de anular otra vez el ablandamiento anterior de la córnea. Los puntos destruidos permanecen en la córnea.

Por el documento JP 2004113322 A se da a conocer, además, un equipo de tratamiento y diagnóstico en el que se utiliza una incitación de 2 fotones para obtener imágenes del fondo del ojo.

El objetivo de la presente invención es mejorar el procedimiento conocido por el documento WO 2005/074848 A1 en el sentido de que pueda llevarse a cabo de forma más rápida y más segura. Asimismo, también se proporcionará un dispositivo para llevar a cabo dicho procedimiento.

Este objetivo se consigue mediante un procedimiento con las características indicadas en la reivindicación 1 y con la ayuda de un dispositivo con las características indicadas en la reivindicación 13. Desarrollos ventajosos de la invención están indicados en las reivindicaciones dependientes.

De acuerdo con la presente invención, se aplica un fotosensibilizador líquido sobre una pieza a trabajar transparente que absorbe líquido, al menos parcialmente, de manera que dicho fotosensibilizador puede penetrar en la pieza antes de que se exponga la misma a una radiación por láser pulsada y focalizada. Los términos “que absorbe líquido al menos parcialmente” significan que la pieza a trabajar puede presentar también zonas que no pueden absorber líquido o sólo muy poco. Los rayos láser y el fotosensibilizador están ajustados entre sí de tal manera que una longitud de onda del láser corresponde aproximadamente a la doble longitud de onda del máximo de absorción del fotosensibilizador, por ejemplo, con una desviación de +/-10% del doble del máximo de absorción. También sería concebible una variante de la invención en la que una longitud de onda del láser correspondiese, dentro de las desviaciones correspondientes, a tres, cuatro o n veces la longitud de onda del máximo de absorción del fotosensibilizador.

Según la invención, debido a la pulsación de los rayos láser en combinación con la focalización espacial, incluso con dosis muy bajas que no dañan a la pieza o con potencias medianas del láser, se genera una intensidad tan alta que se incrementa fuertemente la probabilidad de que se produzcan procesos de dos, tres o múltiples fotones en el foco. Debido a estos procesos, se activa el fotosensibilizador provocando éste una modificación de las propiedades de material de la pieza a trabajar, en especial, su consolidación.

Una ventaja de la invención consiste en el hecho de que, comparado con el máximo de absorción del fotosensibilizador, la pieza a trabajar es expuesta a la radiación de una luz de onda larga que no provoca modificación alguna en la pieza, en especial, no causa daños. La modificación del material queda limitada exclusivamente al foco del láser. Fuera del volumen del foco la intensidad disminuye tanto que ya no se produce o, como mínimo, apenas se produce una activación del fotosensibilizador. Otra ventaja consiste en el hecho de que, a través de la selección de los parámetros de la radiación láser y de la focalización, se puede ajustar y modificar el tamaño del volumen del foco. De este modo, se puede variar el volumen dentro del cual no se modifican las propiedades de material de la pieza.

El procedimiento, según la invención, se puede aplicar a probetas extraídas o creadas artificialmente de material biológico u orgánico, a plantas o también a materiales plásticos adecuados. De esta manera, las plantas o probetas de material biológico pueden ser solidificadas, por ejemplo, de forma dirigida en zonas determinadas para poderlas examinar mejor o para mejorar su crecimiento. Naturalmente el procedimiento estará protegido solamente en la medida en que no esté afectado por la exclusión de la protección por procedimientos terapéuticos o quirúrgicos.

La presente invención es diametralmente opuesta a los criterios descritos en el estado de la técnica indicado anteriormente, en especial, al requisito de una radiación lo más homogénea posible de la córnea y de una radiación sólo en una superficie de la pieza a trabajar, en este caso el ojo. Debido a la transparencia de la pieza a trabajar para los rayos láser utilizados, la luz de láser no puede actuar solamente en la superficie, sino también en cualquier otro lugar dentro de la pieza a trabajar. De esta manera se consigue que el procedimiento de la invención sea muy flexible en su utilización, ya que la situación del foco y, por lo tanto, el lugar donde se prepara el material puede ser adaptado a las propiedades específicas de la respectiva pieza a trabajar. Al contrario de una radiación homogénea de gran superficie, la preparación según la invención se realiza primero sólo en un punto muy limitado en el espacio. Además, la irradiación del material se lleva a cabo de forma muy eficiente porque, debido a la transparencia de la pieza y debido a la falta de absorción de la luz láser delante del foco, la radiación llega casi sin pérdidas al foco y, por lo tanto, al lugar de preparación. Debido a este aumento de eficacia, la preparación también puede llevarse a cabo de forma más rápida.

Es concebible utilizar el procedimiento también para piezas no totalmente transparentes. En este caso, una preparación eficaz sólo podrá realizarse, sin embargo, sobre la superficie de la pieza o cerca de la misma.

Otras ventajas pueden conseguirse con el procedimiento, según la invención, cuando la posición del foco del rayo láser dentro o encima de la pieza se modifica durante la preparación. A tal efecto, la pieza puede ser desplazada en relación con el foco y/o el lugar del foco puede ser desplazado en relación con la pieza. Resulta oportuno que este desplazamiento relativo se lleve a cabo entre dos pulsaciones de láser consecutivas. Debido a esta modificación de la posición del foco, la preparación o la consolidación de la pieza a trabajar no se limitan al tamaño del volumen del foco, sino que se pueden preparar cualesquiera áreas de la pieza.

Por ejemplo, el foco del rayo láser puede estar guiado de tal manera que escanea en su conjunto áreas de radiación uni-, bi-y/o tridimensionales sobre y/o dentro de la pieza a trabajar. Estas áreas de radiación, donde las piezas se fortalecen, por ejemplo, pueden estar dispuestas de cualquier forma en la pieza a trabajar. Al contrario del procedimiento conocido, el procedimiento de la invención es selectivo en la preparación. Por esto se pueden excluir, entre otras, áreas sensibles de la pieza o aquellas donde, debido al tipo de material, no puede tener lugar ninguna compactación, lo cual hace más eficaz el procedimiento. Un área de radiación está compuesta de múltiples volúmenes de foco situados uno al lado de otro e irradiados por separado, es decir, que no es homogéneo desde un punto de vista microscópico.

Según una variante del procedimiento, el foco del rayo láser es conducido encima y/o dentro de la pieza a trabajar sobre trayectorias lineales, cruzándose como mínimo dos de estas trayectorias de radiación. De esta manera se genera en la pieza a trabajar una red de trayectorias conformada a discreción, donde la pieza a trabajar está reforzada. Con esta forma de red de las áreas de radiación se puede conseguir, eventualmente, una mayor resistencia que con una radiación homogénea y regular.

El procedimiento se vuelve más rápido y eficaz todavía, cuando la radiación por láser es focalizada en más de un lugar simultáneamente. La focalización debería realizarse, a tal efecto, en la medida de lo posible de tal manera que en todos los focos reinan las mismas condiciones, en especial aproximadamente las mismas intensidades.

Preferentemente, la radiación láser proviene de la región espectral roja y/o infrarroja, por ejemplo, con longitudes de onda de 600 nm hasta 1200 nm. Precisamente en piezas a trabajar de material biológico esta región del espectro resulta ventajosa, porque la radiación no muestra ningún efecto que dañe a las células.

Para el procedimiento resulta oportuno que el láser sea un láser de pulso corto o ultracorto, ya que de esta manera se pueden conseguir intensidades suficientemente altas en el foco, incluso con energías de pulso muy bajas, juntamente con efectos secundarios correspondientemente poco dañinos.

Los pulsos de láser pueden ser pulsos de nanosegundos (con una duración de 1 ns hasta 1 μs), pulsos de picosegundos (con una duración de 1 ps hasta 1 ns), pulsos de femtosegundos (con una duración de 1 fs hasta 1 ps) o pulsos de attosegundos (con una duración de hasta 1 fs). El mejor compromiso entre pulsos suficientemente cortos y un sistema de láser no demasiado costoso en lo que se refiere al precio y al mantenimiento, parece que se consigue mediante un sistema láser de femtosegundos o picosegundos, por ejemplo con un láser de femtosegundos de titanio:zafiro o de fibras.

Cuando la energía de un pulso de láser oscila entre 1 pJ y varios 100 nJ, se podrán conseguir resultados de preparación desde buenos hasta excelentes en función de la pieza.

En principio, el procedimiento puede llevarse a cabo ciertamente con cualquier tasa de repetición, es decir, cualquier tasa de repetición de pulso del láser. Sin embargo, para favorecer la rapidez del procedimiento resulta oportuno que la tasa de repetición del láser oscile entre unos 100 Hz y varios 100 MHz. Para que se pueda modificar, en su caso, la posición del foco en la pieza entre dos pulsos, las tasas de repetición ideales se sitúan en algunos MHz.

En función de la pieza a trabajar y del fotosensibilizador, se aplican los rayos láser preferentemente de tal manera que en un punto encima o dentro de la pieza a trabajar se aplica una densidad de energía de 0,1 kJ/cm2 hasta varios 100 kJ/cm2, preferentemente entre 10 kJ/cm2 t 150 kJ/cm2. Esta densidad de energía no ha de ser aplicada mediante un único pulso de láser. Por lo contrario, también es posible aplicar varios pulsos de láser sucesivamente en un único lugar hasta que se haya aplicado la densidad de energía deseada.

Si se ha de preparar, por ejemplo, un material biológico con el procedimiento de la invención, se podrá utilizar un fotosensibilizador con un máximo de absorción en la zona del espectro UV, en especial riboflavina (también lactoflavina o vitamina B2). Debido a su máximo de absorción en la zona del espectro UV, riboflavina puede ser activada en el procedimiento de la invención mediante radiación roja o infrarroja focalizada, que no altera o daña el material biológico fuera del foco.

En algunas aplicaciones puede resultar ventajoso conformar la pieza mientras está expuesta a radiación según una forma predeterminada mediante un conformador. Si la pieza se endurece debido a la radiación, podrá permanecer a continuación en esta forma predeterminada, incluso sin la ayuda de un conformador.

Sería muy favorable para la estabilización de la pieza a trabajar en la forma predeterminada que el conformador fuera transparente para los rayos láser y que los rayos láser llegaran hasta la pieza o dentro de la misma atravesando el conformador. El conformador podría ser, en este caso, una especie de lente de contacto que se coloca sobre la pieza y confiere a esta, mientras está expuesta a la radiación, la forma deseada.

La invención también queda reflejada en el cálculo de la posición de un foco o varios focos para un procedimiento tal como se ha descrito anteriormente. Para este cálculo se mide o se analiza primero la forma actual de la pieza a trabajar, y se detecta una forma deseada que difiere de ésta. El cálculo tiene en cuenta, además, las propiedades de material de la pieza y del fotosensibilizador, así como, en su caso, la modificación del volumen de la pieza debido a la absorción del fotosensibilizador, antes de calcular los parámetros ideales del láser (por ejemplo, la potencia media del láser), la duración de la radiación y el patrón de radiación (es decir, la posición y secuencia de cada uno de los focos).

Además del procedimiento de preparación, la invención también pone a disposición un dispositivo para la preparación de la pieza a trabajar. El mismo comprende un láser de pulso corto o ultracorto, un sistema de guiado de los rayos con un elemento de focalización, así como un dispositivo para suministrar un fotosensibilizador a la pieza a trabajar. Tal como ya se ha explicado, el láser puede ser un láser de nanosegundos, picosegundos, femtosegundos o attosegundos, siendo preferentes los de femtosegundos y picosegundos. El sistema de guiado de los rayos debería estar realizado de tal manera que el foco de la radiación láser esté localizado sobre o dentro de la pieza a trabajar. El dispositivo de alimentación del fotosensibilizador puede presentar uno o varios orificios, a través de los que se puede aplicar el fotosensibilizador sobre la pieza a trabajar. También sería concebible que el dispositivo de alimentación presentara una bomba, por ejemplo, una bomba accionada eléctricamente.

El dispositivo de la invención puede estar dotado, además, de un dispositivo de posicionamiento para posicionar la pieza a trabajar tal como, por ejemplo, un soporte adecuado, en su caso, con elementos fijadores adecuados para la fijación segura de la pieza. Esto resulta ventajoso para posicionar el foco de forma precisa en los puntos deseados dentro del material. Si el dispositivo de posicionamiento está realizado de forma desplazable, se podrá conseguir también un desplazamiento relativo entre la pieza y el foco.

Resulta ventajoso que el sistema de guiado de los rayos presente una óptica de focalización regulable mediante la cual se puede regular la posición del foco de la radiación láser, en especial, la profundidad del foco dentro de la pieza. Mediante una óptica de este tipo, el foco puede desplazarse más rápidamente dentro de la pieza que si se desplaza la pieza a trabajar. La regulación de la profundidad del foco dentro de la pieza puede realizarse, por ejemplo, mediante un sistema mecánico para desplazar la lente de focalización. Para la regulación de la profundidad también se puede disponer un distanciador que fija la distancia entre la óptica de focalización y la pieza a trabajar, así como sensores de distancia que vigilan que esta distancia se mantenga. A efectos de poder desviar el foco lateralmente con respecto al eje óptico, el sistema de guiado de los rayos puede estar dotado de un sistema de escaneado que comprende generalmente dos espejos giratorios con ejes de giro perpendiculares entre sí.

Según una variante del dispositivo de la invención, el sistema de guiado de los rayos presenta una óptica de focalización que genera simultáneamente más de un foco. A tal efecto, se puede utilizar, por ejemplo, un array o conjunto de lentes generando cada lente su propio foco. Los focos pueden estar dispuestos, por ejemplo, sobre un plano recto o curvado. Esta variante de la invención presenta la ventaja de que se pueden preparar simultáneamente varios puntos dentro de la pieza, de manera que la preparación puede llevarse a cabo de forma más rápida. También sería concebible que una óptica multifocal de este tipo pueda ser regulada de manera que los focos puedan ser ajustados conjuntamente para poder realizar el barrido de las áreas de radiación deseadas en la pieza.

La potencia media del láser es preferentemente de 0,5 a 1000 mW, en función del grado de focalización y de la tasa de repetición ajustada. A efectos de poder preparar estructuras muy finas sobre o dentro de la pieza, la focalización debería realizarse con la mayor apertura numérica (NA) posible. En función de la distancia de trabajo y el campo de preparación, se podría focalizar con una NA de 0,3 a 1,4.

Para disponer siempre de una cantidad suficiente de fotosensibilizador, resulta oportuno que el dispositivo esté dotado de un depósito para dicho fotosensibilizador que puede comunicar además con el dispositivo de alimentación.

Asimismo, sería oportuno que el dispositivo de alimentación del fotosensibilizador presente un dosificador para el mismo, mediante el cual se puede controlar la dosificación del fotosensibilizador. El dosificador podría encargarse, por ejemplo, de que se entreguen más cantidades de fotosensibilizador a la pieza a trabajar en intervalos de tiempo regulares.

Una automatización y, conjuntamente con ésta, otro aumento de eficacia se podrán conseguir si el dispositivo presenta una unidad de control para controlar el láser, los elementos del sistema de guiado de los rayos y/o el dispositivo de alimentación del fotosensibilizador. Mediante la unidad de control que puede comprender un procesador programable, las componentes del dispositivo se pueden coordinar entre sí de forma óptima.

La invención se refiere también a un láser de pulso corto o ultracorto para el tratamiento del queratocono. Este dispositivo podría servir para la preparación de la córnea, es decir, la “pieza a trabajar” sería, en este caso, la córnea de un paciente. El rayo láser podría estar guiado a la córnea del ojo a través de un aparato parecido a la lámpara de hendidura. En este caso resultaría oportuno que el dispositivo estuviese dotado de un dispositivo para estabilizar la posición del ojo, por ejemplo, un anillo de succión para colocar sobre el ojo. Además, una tumbona podría aumentar la sensación de confort para el paciente.

Además, la invención se refiere a un láser de pulso corto o ultracorto para el tratamiento de los defectos de la visión antes mencionados. En este caso, la “pieza a trabajar” asimismo sería la córnea del paciente y también en este caso el rayo láser podría estar guiado a la córnea a través de un aparato parecido a una lámpara de hendidura. Este dispositivo se podría utilizar de forma preferente conjuntamente con un conformador para el ojo, por ejemplo, una lente de contacto, a efectos de conferir al ojo una forma que no origina defectos de la visión, para poder endurecer la córnea con esta forma.

A continuación, se explicará con más detalle un ejemplo de realización preferente de la invención en relación con los dibujos. Éstos muestran en detalle:

En la figura 1, un dispositivo, según la invención en una vista esquemática;

En la figura 2, parte de un dispositivo modificado en una vista esquemática; y

En la figura 3, una pieza preparada mediante un procedimiento según la invención, en una vista en perspectiva.

Las mismas partes están designadas en todas las figuras con las mismas referencias.

En la figura 1 se muestra una vista esquemática de un dispositivo (1), según la invención, para la preparación de una pieza a trabajar (2) que absorbe líquido al menos parcialmente. La pieza a trabajar (2) está sujetada en un dispositivo de posicionamiento (3) realizado como soporte y, en su caso, también fijada por medios no mostrados. El dispositivo de posicionamiento (3) puede ser desplazado en distintas direcciones espaciales, una de estas posibilidades de desplazamiento está señalada en el dibujo.

El dispositivo (1) dispone de un depósito (4) para recibir y almacenar un fotosensibilizador (5), por ejemplo, una solución de riboflavina (en adelante, sólo: riboflavina). Desde este depósito (4) el fotosensibilizador (5) puede fluir a través de un conducto (6) hasta un dispositivo de alimentación (7). El dispositivo de alimentación (7) sirve para aplicar el fotosensibilizador (5) de modo adecuado sobre la superficie (8) de la pieza a trabajar (2). A tal efecto, el dispositivo de alimentación (7) presenta uno o varios orificios de alimentación (9) por los que sale el fotosensibilizador (5) y desde donde puede llegar hasta la superficie (8) de la pieza a trabajar (2) en forma de gotitas, en forma de neblina o en forma de película. En el dispositivo (1) de la figura 1 los orificios de alimentación (9) están realizados como toberas de pulverización.

En el conducto (6) está dispuesto un dosificador (10) entre el depósito (4) y el dispositivo de alimentación (7). En este caso de puede tratar, por ejemplo, de un grifo o de una válvula controlable eléctricamente. El dosificador (10) puede hallarse también directamente en el dispositivo de alimentación (7). Sirve para regular el suministro de fotosensibilizador (5) a los orificios de alimentación (9) y, por lo tanto, a la pieza a trabajar (2). Por ejemplo, el dosificador (10) puede regular el suministro de tal manera que el fotosensibilizador (5) se aplica en intervalos de tiempo regulares sobre la pieza a trabajar (2).

Además, el dispositivo (1) comprende un láser (11) que emite una radiación láser pulsada (12). El ejemplo de realización preferente es un láser de pulso ultracorto, en especial un láser de femtosegundos (11) con una duración de pulso en el rango de unos femtosegundos (fs) hasta varios 100 fs. A efectos de mantener los costes de mantenimiento lo más bajo posible, resultan muy oportunos, por ejemplo, los osciladores de fibra. Debido a la brevedad de los pulsos de láser, la radiación de láser (12) tiene un espectro comparativamente ancho. Este espectro está seleccionado o ajustado de tal manera que, como mínimo con una longitud de onda mediaλ 0 del láser (11), pero preferentemente a través de todo el espectro del láser (11), la pieza a trabajar (2) es prácticamente transparente. Además, el espectro del láser está seleccionado de tal manera que se sitúa con una desviación de +/-el 10% en la doble longitud de onda de un máximo de absorción del fotosensibilizador (5). En función del fotosensibilizador (5) utilizado, el espectro del láser (11) puede situarse, por ejemplo, en el rango de entre 600 nm y 1200 nm, es decir en la franja roja o cercana al infrarrojo del espectro.

El láser (11) tiene una tasa de repetición de algunos MHz, oscilando la energía de cada uno de los pulsos de láser entre el rango de los picojoules (pJ) hasta los nanojoules (nJ). En especial, la energía del pulso debería poder ajustarse de forma variable. Dado que la invención ya está trabajando con estas energías de pulso tan ínfimas, un refuerzo subsiguiente de los pulsos de láser no es necesario, aunque sí se podría prever.

La radiación (12) del láser (11) es guiada a través de un sistema de guiado de los rayo (13) hasta la pieza a trabajar (2). Dicho sistema de guiado de los rayos (13) comprende, a tal efecto, un dispositivo de escaneado (14) con dos espejos de escaneado giratorios. A través del movimiento de giro de los espejos de escaneado el rayo láser (12) puede ser desviado lateralmente. Además, el sistema de guiado de los rayos (13) comprende una óptica de focalización (15) que está representada aquí de forma esquemática como lente de focalización. La óptica de focalización (15) concentra el rayo láser

(12) en un foco (16). En función del posicionamiento de la óptica de focalización (15) y de la pieza a trabajar (2) entre sí, el foco (16) puede estar situado en la superficie (8) de la pieza (2) o bien, tal como se muestra, en el interior de la pieza a trabajar (2). La profundidad del foco (16) dentro de la pieza (2), es decir, la distancia del foco (16) a la superficie (8), puede modificarse mediante el desplazamiento del dispositivo de posicionamiento (3) y/o mediante el desplazamiento de la óptica de focalización (15). La óptica de focalización (15) puede ser regulada en lo que se refiere a sus propiedades de focalización, en especial, en lo que se refiere a la posición del foco y la fuerza de la focalización, por lo tanto, al tamaño del volumen del foco. Mediante la óptica de focalización (15) y el dispositivo de escaneado (14) se puede modificar de forma tridimensional la posición del foco (16) del láser (11), de manera que dicho foco (16) puede ser posicionado en un punto cualquiera sobre la pieza a trabajar (2) o dentro de la misma.

Finalmente, el dispositivo (1) comprende también una unidad de control (17), por ejemplo, un microprocesador programable. A través de líneas de datos (18), que comunican la unidad de control (17) con el láser (11), con el dispositivo de escaneado (14), con la óptica de focalización (15), con el dispositivo de posicionamiento (3) y con el dosificador (10), la unidad de control (17) puede controlar todos estos elementos de manera que el dispositivo (1) puede, en su caso, ser accionado de forma automática. Puede controlar, por ejemplo, los elementos (14, 15) del sistema de guiado de los rayos de tal manera que éstos modifican la posición del foco (16) sólo entre dos pulsos de láser consecutivos. Además, puede proporcionar un suministro regular de fotosensibilizador (5) a la pieza a trabajar mediante un control adecuado del dosificador (10).

En la figura 2 se muestra un detalle de una variante del dispositivo (1). Al contrario del dispositivo (1) descrito anteriormente, en este caso se utiliza sólo una óptica multifocal como óptica de focalización (15), es decir, una óptica de focalización (15) que genera simultáneamente más de un foco (16). A tal efecto, se puede utilizar un conjunto de lentes (19) del que, en este caso, se muestran tres lentes a título de ejemplo. Cada una de las lentes genera su propio foco (16), de manera que con un único pulso de la radiación láser (12) se generan tres focos (16) y la pieza a trabajar es preparada simultáneamente en tres puntos. De esta manera, se puede aumentar enormemente la velocidad de trabajo.

Al desplazar el dispositivo de posicionamiento (3) de la figura 2 en la dirección señalada por la flecha (P) se genera el próximo pulso de láser con tres nuevos focos (16’). Estos focos (16’) se muestran aquí separados espacialmente de los focos iniciales (16); sin embargo, también pueden estar dispuestos directamente adyacentes a los focos iniciales (16) o solaparse con éstos.

Otra diferencia con respecto al dispositivo mostrado en la figura 1 consiste en el hecho de que en la variante mostrada en la figura 2, se ha colocado un conformador (23) sobre la pieza a trabajar. Mediante el conformador (23) se consigue que la superficie (8) de la pieza a trabajar (2) adopte una forma convexa. Conjuntamente con el dispositivo de posicionamiento (3) se fuerza la pieza a trabajar (2), de esta manera, a adoptar una forma predeterminada y mantenerla de forma estable mientras está expuesta a la radiación. El conformador (23), por ejemplo, una lente de contacto dura es transparente para la radiación láser (12), de manera que los rayos láser (12) pueden incidir sobre la pieza a trabajar (2) y penetrar dentro de la misma sin pérdidas.

El procedimiento de la invención puede realizarse de tal manera con el dispositivo (1) que primero se posiciona y, en su caso, se fija, la pieza a trabajar (2) en el dispositivo de posicionamiento (3). A continuación, se aplica el fotosensibilizador (5) sobre la pieza a trabajar (2) mediante el dispositivo de alimentación (7), por ejemplo, en forma de gotas. El fotosensibilizador (5) es absorbido por la pieza a trabajar (2), penetrando también en capas más profundas de la pieza a trabajar (2). Al cabo de un tiempo de espera determinado, durante el cual el fotosensibilizador (5) es absorbido por la pieza a trabajar (2), se comienza a exponer dicha pieza (2) a la radiación mediante el láser (11). Mediante la focalización de los pulsos de láser cortos, en el lugar del foco (16) la intensidad de la radiación (12) se vuelve tan alta que el fotosensibilizador (5) es activado allí. En función de las propiedades químicas que se han seleccionado para el sensibilizador, éste puede provocar la formación de enlaces, la compactación o el endurecimiento de la pieza a trabajar (2) en el foco (16), de manera que la pieza (2) se vuelve más estable en este punto.

Mientras dura la radiación, preferentemente entre dos pulsos de láser consecutivos, se puede modificar la posición del foco (16) en la pieza a trabajar (2) mediante la modificación de la óptica de focalización (15) y/o mediante el reajuste del dispositivo de posicionamiento (3). Poco a poco el foco (16) del láser (o los focos (16’) generados simultáneamente) escanean áreas de radiación enteras (20). En la figura 3 se muestran ejemplos para estas áreas de radiación (20).

A la izquierda tres superficies planas de radiación (21) están dispuestas una encima de la otra, de manera que en su conjunto vuelven a formar, a su vez, un área de radiación tridimensional (20). Cada una de las superficies de radiación (21) se compone, a su vez, de múltiples zonas focales expuestas a radiación. A la derecha de la pieza a trabajar (2) se hallan tres trayectorias de radiación lineales (22) que asimismo están compuestas de múltiples zonas focales irradiadas, respectivamente. Las trayectorias de radiación (22) se entrecruzan o se solapan de dos en dos y forman de esta manera en su conjunto otra área de radiación (20). Entre las trayectorias (22) se encuentran áreas no irradiadas o no preparadas de la pieza a trabajar (2). Las trayectorias de radiación (22) pueden estar dispuestas de cualquier manera encima o dentro de la pieza a trabajar (2). Por ejemplo, se pueden entrecruzar de tal manera que en su conjunto forman una disposición reticular de trayectorias de radiación (22).

Al no limitar la radiación de la pieza a trabajar (2) a una única zona focal (16), sino realizándola en un área de radiación (20) uni-, bi-o tridimensional, se consigue la compactación de la pieza a trabajar (2) en amplias áreas de manera que, finalmente, también se aumenta claramente la resistencia de la pieza a trabajar (2) en su totalidad.

Partiendo del ejemplo de realización mostrado, la invención puede tener

5 múltiples variantes. En principio, se puede utilizar, por ejemplo, cualquier láser pulsado (11), con o sin amplificación del pulso. Sería concebible utilizar un láser adaptable en su espectro, a efectos de ajustar el láser (11) a la longitud de onda que resulte muy eficaz para la activación del fotosensibilizador (5). Además, podría estar dispuesta una serie de sensores para vigilar el

10 procedimiento, por ejemplo, sensores para medir las propiedades del láser, del dosificador o la posición del foco. Sería oportuno que estos sensores estuviesen conectados con la unidad de control (17) a efectos de poder influir en el control del procedimiento.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para la preparación de una pieza a trabajar (2) transparente en al menos una franja del espectro, que absorbe líquido 5 al menos parcialmente, y que comprende probetas extraídas o creadas artificialmente de un material biológico u orgánico, plantas o materiales plásticos adecuados, siendo la pieza a trabajar (2) expuesta a una radiación láser (12) pulsada y focalizada, presentando el espectro de la radiación láser (12) como mínimo una longitud de onda (λ 0) en la franja

10 transparente del espectro de la pieza a trabajar (2) y estando el foco

(16) de la radiación láser (12) situado sobre o dentro de la pieza a trabajar (2), aplicándose, además, antes y/o durante la exposición a la radiación un fotosensibilizador líquido (5) sobre la pieza a trabajar (2) y penetrando éste en dicha pieza a trabajar (2), caracterizado porque el

15 fotosensibilizador (5) presenta un máximo de absorción que corresponde a la mitad o cerca de la mitad de la longitud de onda de la radiación láser (12) y provoca un endurecimiento de la pieza a trabajar

(2) durante la radiación.
2. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque los

20 parámetros de la radiación láser (12) y de la focalización están ajustados de tal manera que la activación del fotosensibilizador (5) queda limitada al foco (16) de la radiación láser (12).
3. Procedimiento, según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque

la posición del foco (16) del rayo láser (12) sobre o dentro de la pieza a 25 trabajar (2) es modificada durante el proceso.
4. Procedimiento, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el foco (16) del rayo láser (12) está guiado de tal manera que escanea en su totalidad áreas de radiación uni-, bi-y/o tridimensionales (20, 21, 22) sobre y/o dentro de la pieza a trabajar (2).

30 5. Procedimiento, según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el foco (16) del rayo láser (12) es guiado sobre trayectorias de radiación lineales (22) sobre y/o dentro de la pieza a trabajar (2) y porque, como mínimo, dos de estas trayectorias de radiación (22) se encuentran.
6.

Procedimiento, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la radiación láser (12) es focalizada en más de un punto (16) simultáneamente.
7.

Procedimiento, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los pulsos de láser son pulsos de nano-, pico-, femto-o attosegundos.
8.

Procedimiento, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la energía de un pulso de láser oscila entre 1 pJ y varios 100 nJ.
9.

Procedimiento, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la tasa de repetición del láser (11) oscila entre algunos 100 Hz y varios 100 MHz.
10.

Procedimiento, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la radiación láser (12) se aplica de tal manera que en un punto sobre o dentro de la pieza a trabajar (2) se aplica una densidad de energía de 0,1 kJ/cm2 hasta varios 100 kJ/cm2, preferentemente entre 10 kJ/cm2 y 150 kJ/cm2.
11.

Procedimiento, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se utiliza un fotosensibilizador (5) con un máximo de absorción en la franja ultravioleta, en especial, riboflavina.
12.

Procedimiento, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la pieza a trabajar (2) durante la radiación es conformada a una forma predeterminada mediante un conformador (23).
13.

Dispositivo (1) para la preparación de una pieza a trabajar (2), en especial, para llevar a cabo un procedimiento, según una de las

reivindicaciones anteriores, con un láser de pulso corto o ultracorto (11), un sistema de guiado de los rayos (13) que comprende un elemento de focalización (15), así como un dispositivo (7) para suministrar un fotosensibilizador (5) a la pieza a trabajar (2), caracterizado porque la energía del pulso de láser oscila entre 1 pJ y varios 100 nJ.
14.

Dispositivo, según la reivindicación 13, caracterizado porque el sistema de guiado de los rayos (13) presenta una óptica de focalización regulable (15), mediante la cual se puede regular la posición del foco

(16) de la radiación láser (12), en especial, la profundidad del foco (16) dentro de la pieza a trabajar (2).
15.

Dispositivo, según una de las reivindicaciones 13 ó 14, caracterizado porque el sistema de guiado de los rayos (13) comprende una óptica de focalización (15) que genera más de un foco simultáneamente.
16.

Dispositivo, según una de las reivindicaciones 13 a 15, caracterizado porque la potencia media del láser oscila entre 0,5 y 1000 mW.
17.

Dispositivo, según una de las reivindicaciones 13 a 16, caracterizado porque el dispositivo (7) de alimentación del fotosensibilizador (5) presenta un dosificador (10) para dicho fotosensibilizador (5).
18.

Dispositivo, según una de las reivindicaciones 13 a 17, caracterizado porque presenta un conformador (23) transparente para la radiación láser (13), a efectos de conformar la pieza a trabajar (2) mientras está expuesta a la radiación para que adopte una forma determinada.