ES2539104T3 - Corte inducido electromagnéticamente con partículas de fluido pulverizadas para aplicaciones dermatológicas - Google Patents

Abstract

Un aparato para impartir fuerzas destructivas o perturbadoras sobre una superficie objetivo (57), que comprende: una primera salida construida para poner fluido por encima de una superficie objetivo; y una segunda salida construida para escanear una energía electromagnética por encima de la superficie objetivo; en que la primera salida comprende una salida de humidificación (71) construida para poner una capa de humedad en forma de partículas de fluido y/o de niebla por encima de una pluralidad de puntos de la superficie objetivo de manera que diferentes partes de la capa de humedad estén simultáneamente dispuestas sobre puntos diferentes de la pluralidad de puntos; y la segunda salida comprende un escáner (51, 53, 55) construido para escanear la energía electromagnética, por lo que la energía electromagnética es escaneada sobre las diferentes partes de la capa de humedad, siendo absorbida la energía electromagnética procedente del escáner por encima de la pluralidad de puntos por las diferentes partes de la capa de humedad, haciendo la absorción de la energía electromagnética por la capa de humedad que la capa de humedad se expanda por vaporización explosiva en que fuerzas destructivas son impartidas sobre la superficie objetivo, caracterizado por que el escáner (51, 53, 55) tiene un alojamiento de escaneado y (i) comprende un conjunto motor para escanear una fibra óptica de la segunda salida o (ii) comprende un motor para controlar un conjunto reflector y un conjunto de focalización o deflectores dinámicamente controlados para escanear la energía electromagnética colimada o no colimada, en que la salida de humedad está fijada al alojamiento de escaneado y el escáner está construido para escanear automáticamente la energía electromagnética dentro del alojamiento de escaneado con relación a la salida de humedad.

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

E00303475

10-06-2015

DESCRIPCIÓN

Corte inducido electromagnéticamente con partículas de fluido pulverizadas para aplicaciones dermatológicas

ANTECEDENTES DEL INVENTO

1.

Campo del Invento

El presente invento se refiere generalmente a un aparato médico y, más particularmente, a un aparato para cortar y retirar o eliminar tejido y otros materiales de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

2.

Descripción de la Técnica Relacionada

Volviendo a la fig. 1, el cortador óptico de la técnica anterior incluye un tubo 5 de guía de fibra, una tubería de agua 7, una tubería de aire 9, y una tubería de cuchilla de aire 11 para suministrar aire presurizado. Un capuchón 15 se ajusta sobre el aparato portátil 13 y es asegurado mediante roscas 17. El tubo 5 de guía de fibra hace tope dentro de una pieza metálica cilíndrica 19. Otra pieza metálica cilíndrica 21 es una parte del capuchón 15. El aire presurizado procedente de la tubería de cuchilla de aire 11 rodea y enfría el láser cuando el láser puentea el espacio entre los dos objetos metálicos cilíndricos 19 y 21. El aire procedente de la tubería de cuchilla de aire 11 fluye fuera de los dos escapes 25 y 27 después de enfriar la interfaz entre elementos 19 y 21.

La energía del láser de Nd:YAG sale del tubo 23 de guía de fibra y es aplicada a una superficie objetivo del paciente. El agua procedente de la tubería de agua 7 y el aire presurizado procedente de la tubería de aire 9 son forzados a la cámara de mezclado 29. La mezcla del aire y del agua es muy turbulenta en la cámara de mezclado 29, y sale de esta cámara a través de un tamiz de malla con pequeños agujeros 31. La mezcla de aire y de agua se desplaza a lo largo del exterior del tubo 23 de guía de fibra, y a continuación deja el tubo y hace contacto con el área de cirugía.

Otros dispositivos de la técnica anterior incluyen sistemas de corte óptico que utilizan la expansión de agua para destruir y retirar material dental, tal como se ha descrito en la patente Norteamericana nº 5.199.870 de Steiner y col. Esta aproximación de la técnica anterior requiere una película del líquido que tiene un grosor de entre 10 y 200 [micro]m. La patente Norteamericana nº 5,267,856 de Wolbarsht y col., describe un aparato de corte que requiere que se inserte agua en los poros de un material y a continuación sea irradiada con energía láser. En ambas patentes la precisión y exactitud del corte dependen mucho de la precisión y exactitud de la película de agua sobre el material o del agua dentro de los poros.

Un aparato genérico está además descrito en el documento WO 97/07928 A2 que describe un mecanismo de corte inducido electromagnéticamente en el que un pulverizador genera una combinación de partículas de fluido pulverizadas y en el que la energía electromagnética focalizada desde una fuente de energía electromagnética es absorbida por las partículas de fluido.

RESUMEN DEL INVENTO

El presente invento describe un mecanismo de corte mecánico inducido electromagnéticamente, que puede proporcionar operaciones de corte precisas en tejidos duros y blandos, y otros materiales también. Tejidos blandos pueden incluir grasa, piel, mucosa, encías, músculo, corazón, hígado, riñón, cerebro, ojo, y vasos, y el tejido duro puede incluir esmalte de dientes, dentina de diente, cemento de diente, caries dental, amalgama, materiales compuestos, sarro y cálculos, hueso y cartílago.

El cortador inducido electromagnéticamente es capaz de proporcionar incisiones extremadamente finas y lisas, independientemente de la superficie de corte. Adicionalmente, una combinación programable por un usuario de partículas pulverizadas o de una composición de aire húmedo permite el control por el usuario de distintos parámetros de corte. Los distintos parámetros de corte pueden ser controlados también cambiando las boquillas de pulverización y los parámetros de fuente de energía electromagnética. El presente invento no requiere además ninguna película de agua o ninguna superficie particularmente porosa para obtener un corte muy exacto y controlado. Como el calentamiento térmico no es utilizado como mecanismo de corte en una realización, el daño térmico puede ser atenuado o eliminado. Al tejido adyacente se le puede evitar el daño sustancial térmico.

El cortador mecánico inducido electromagnéticamente del presente invento incluye una fuente de energía electromagnética, que focaliza la energía electromagnética en un volumen de aire adyacente a una superficie objetivo. La superficie objetivo puede comprender piel, por ejemplo. Un dispositivo de entrada por el usuario puede especificar un tipo de corte que ha de ser realizado, y un pulverizador (o dispositivo de generación de aire húmedo) que responde al dispositivo de entrada por el usuario sitúa el aire húmedo y/o una combinación de partículas de fluido pulverizado en el volumen de aire. La energía electromagnética es focalizada en el volumen de aire, y la longitud de onda de la energía electromagnética es seleccionada para ser absorbida sustancialmente por la humedad en el aire y/o las partículas de fluido pulverizado en el volumen de aire. Al producirse la absorción de la energía electromagnética la humedad y/o las partículas de fluido pulverizado imparten fuerzas de corte mecánico sobre la superficie objetivo.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

E00303475

10-06-2015

El invento, junto con características y ventajas adicionales del mismo puede ser mejor comprendido por referencia a la siguiente descripción tomada en conexión con los dibujos ilustrativos adjuntos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La fig. 1 es un aparato cortador óptico convencional;

La fig. 2 es un diagrama de bloques esquemático que ilustra el cortador mecánico inducido electromagnéticamente del presente invento;

La fig. 3 ilustra una realización del cortador mecánico inducido electromagnéticamente;

Las figs. 4a y 4b ilustran una realización preferida del cortador mecánico inducido electromagnéticamente;

La fig. 5 ilustra un panel de control para programar la combinación de partículas de fluido pulverizado;

La fig. 6 es un gráfico de tamaño de partícula en función de la presión de fluido;

La fig. 7 es un gráfico de velocidad de partícula en función de la presión de fluido;

La fig. 8 es un diagrama esquemático que ilustra una partícula de fluido, una fuente de energía electromagnética, y una superficie objetivo; y

Las figs. 1a-11a ilustran distintas configuraciones de aparatos para impartir fuerzas mecánicas disruptivas electromagnéticamente inducidas sobre una superficie objetivo.

DESCRIPCIÓN DE LAS REALIZACIONES ACTUALMENTE PREFERIDAS

La fig. 2 es un diagrama de bloques que ilustra cortador mecánico inducido electromagnéticamente de acuerdo con el presente invento. Una fuente 51 de energía electromagnética es acoplada tanto a un controlador 53 como a un sistema de entrega 55. El sistema de entrega 55 imparte fuerzas mecánicas sobre la superficie objetivo 57. Como es actualmente realizado, el sistema de entrega 55 comprende una guía de fibra óptica para encaminar el láser 51 en una zona de interacción 59, situada por encima de la superficie objetivo 57. El sistema de entrega 55 comprende además un pulverizador para entregar combinaciones especificadas por el usuario de partículas de fluido pulverizado en la zona de interacción 59. El controlador 53 controla distintos parámetros operativos del láser 51, y controla además, características especificas de la combinación especificada por el usuario de partículas de fluido pulverizado emitidas desde el sistema de entrega 55.

La fig. 3 muestra una realización simple del cortador mecánico inducido electromagnéticamente, en que una guía 61 de fibra óptica, un tubo de aire 63, y un tubo de agua 65 están situados dentro de un alojamiento portátil 67. El tubo de agua 65 es operado bajo una presión relativamente baja, y el tubo de aire 63 es operado bajo una presión relativamente elevada. La energía del láser procedente de la guía 61 de fibra óptica se focaliza sobre una combinación de aire y agua, procedente del tubo de aire 63 y del tubo de agua 65, en la zona de interacción 59. Las partículas de fluido pulverizado en la mezcla de aire y agua absorben energía procedente de la energía láser del tubo de fibra óptica 61, y explotan. Las fuerzas explosivas de estas partículas de fluido pulverizado imparten fuerzas de corte mecánico sobre la superficie objetivo 57.

Volviendo otra vez a la fig. 1, el cortador óptico mostrado focaliza la energía del láser sobre una superficie objetivo en un área A, por ejemplo, y el cortador mecánico inducido electromagnéticamente del presente invento focaliza la energía del láser en una zona de interacción B, por ejemplo. El cortador óptico mostrado utilizar la energía láser directamente para cortar tejido, y el cortador mecánico inducido electromagnéticamente del presente invento utiliza la energía láser para expandir partículas de fluido pulverizado para impartir así fuerzas de corte mecánico sobre la superficie objetivo. El cortador óptico mostrado debe utilizar una gran cantidad de energía láser para cortar el área de interés, y también debe utilizar una gran cantidad de agua tanto para enfriar este área de interés como para retirar tejido cortado.

En contraste, el cortador mecánico inducido electromagnéticamente del presente invento utiliza una cantidad relativamente pequeña de agua y, además, utiliza solamente una pequeña cantidad de energía láser para expandir partículas de fluido pulverizado generadas desde el agua. De acuerdo con el cortador mecánico inducido electromagnéticamente del presente invento, no es necesaria agua para enfriar el área de cirugía, ya que las partículas de fluido atomizadas explotadas son enfriadas por reacciones exotérmicas antes de que contacten con la superficie objetivo. Así, de acuerdo con el presente invento las partículas de fluido pulverizado son calentadas, expandidas, y enfriadas antes de contactar con la superficie objetivo. El cortador mecánico inducido electromagnéticamente del presente invento es así capaz de cortar sin carbonización o decoloración.

La fig. 4a ilustra la realización actualmente preferida del cortador mecánico inducido electromagnéticamente. El pulverizador para generar partículas de fluido pulverizado comprende una boquilla 71, que puede ser intercambiada con otras boquillas (no mostradas) para obtener distintas distribuciones espaciales de las partículas de fluido pulverizado, de

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

E00303475

10-06-2015

acuerdo con el tipo de corte deseado. Se puede utilizar también una segunda boquilla 72, mostrada en líneas de trazos. La energía de corte del cortador mecánico inducido electromagnéticamente es controlada además por un control de usuario 75 (fig. 4b). En una realización simple, el control de usuario 75 controla la presión de aire y de agua que entran en la boquilla 71. La boquilla 71 es así capaz de generar muchas combinaciones diferentes especificadas por el usuario de partículas de fluido pulverizado y pulverizaciones por aerosol.

Una energía intensa es emitida desde la guía 23 de fibra óptica. La energía intensa es generada preferiblemente desde una fuente coherente, tal como un láser. En la realización actualmente preferida, el láser comprende cualquiera de un láser de estado sólido de erbio, cromo, ytrio, escandio, granate de galio (Er,Cr:YSGG), que genera energía electromagnética que tiene una longitud de onda en un rango de 2,70 a 2,80 micrones, o un láser de estado sólido de erbio, ytrio, granate de aluminio (Er:YAG), que genera energía electromagnética que tiene una longitud de onda de 2,94 micrones. Como es actualmente preferidos, el láser de estado sólido de Er, Cr:YSGG tiene una longitud de onda de aproximadamente 2,78 micrones y el láser de estado sólido de Er:YAG tiene una longitud de onda de aproximadamente 2,94 micrones.

Aunque el fluido emitido desde la boquilla 71 comprende preferiblemente agua, pueden ser utilizados otros fluidos y pueden ser seleccionadas longitudes de onda apropiadas de la fuente de energía electromagnética para permitir una absorción elevada por el fluido. Otros posibles sistemas láser incluyen un láser de estado sólido de erbio, ytrio, escandio, granate de galio (Er:YSGG), que genera energía electromagnética que tiene una longitud de onda en un rango de 2,70 a 2,80 micrones; un láser de estado sólido de erbio, ytrio, granate de aluminio (Er:YAG), que genera energía electromagnética que tiene una longitud de onda de 2,94 micrones; el láser de estado sólido de cromo, tulio, erbio, ytrio, granate de aluminio (CTE:YAG), que genera energía electromagnética que tiene una longitud de onda de 2,69 micrones; el láser de estado sólido de erbio, ytrio, ortoaluminio (Er:YALO3) que genera energía electromagnética que tiene una longitud de onda en un rango de 2,71 a 2,86 micrones; el láser de estado sólido de holmio, ytrio, granate de aluminio (Ho:YAG) que genera energía electromagnética que tiene una longitud de onda de 2,10 micrones; el láser de estado sólido de neodimio cuádruple, ytrio, granate de aluminio (Nd cuádruple:YAG), que genera energía electromagnética que tiene una longitud de onda de 266 nanómetros; el láser excimer o de excímeros de fluoruro de argón (ArF) que genera energía electromagnética que tiene una longitud de onda de 193 nanómetros; el láser excimer de cloruro de xenón (XeCI), que genera energía electromagnética que tiene una longitud de onda de 308 nanómetros, el láser excimer de fluoruro de criptón (KrF) que genera energía electromagnética que tiene una longitud de onda de 248 nanómetros; y el de dióxido de carbono (CO2) que genera energía electromagnética que tiene una longitud de onda en un rango de 9,0 a 10,6 micrones. El agua es elegida como el fluido preferido debido a su biocompatibilidad, abundancia, y bajo coste. El fluido real utilizado puede variar siempre que haga coincidir apropiadamente (lo que significa que es muy absorbido) a la longitud de onda de la fuente de energía electromagnética seleccionada (es decir láser).

La fuente de energía electromagnética puede ser configurada con una tasa de repetición mayor de 1 Hz, el rango de duración del impulso entre 1 picosegundo y 1000 microsegundos, y la energía mayor de 1 miliJulio por impulso. De acuerdo con un modo operativo del presente invento, la fuente de energía electromagnética tiene una longitud de onda de aproximadamente 2,78 micrones, una tasa de repetición de 20 Hz, una duración de impulso de 140 µs, y una energía de entre 1 y 300 miliJulios por impulso.

En una realización preferida la fuente de energía electromagnética tiene una duración de impulso del orden de nanosegundos, que es obtenida por conmutación en Q de la fuente de energía electromagnética, y en otra realización preferida la fuente de energía electromagnética tiene una duración de impulso del orden de picosegundos, que es obtenida por el modo de bloqueo de la fuente de energía electromagnética. La conmutación en Q es un modo convencional de operación láser que es empleada de forma extensiva para la generación de energía de impulso elevada. El libro de texto, Ingeniería Láser de Estado Sólido, Cuarta Edición Revisada Extensamente y Actualizada, por Walter Koechner y publicado en 1996, describe la teoría láser de conmutación en Q y distintos dispositivos de conmutación en

Q. Los dispositivos de conmutación en Q inhiben generalmente la acción láser durante el ciclo de bombeo por cualquier bloqueo del trayecto de luz, provocando una desalineación de espejo, o reduciendo la reflectividad de uno de los espejos resonadores. Cerca del extremo del impulso de la lámpara de destello, cuando la energía máxima sido almacenada en la varilla láser, una condición Q elevada es establecida y un impulso gigante es emitido desde el láser. Obturadores ópticos muy rápidos electrónicamente controlados pueden ser hechos utilizando el efecto electro-óptico en cristales o líquidos. Un conmutador en Q acústico-óptico lanza una onda ultrasónica a un bloque de material óptico transparente, usualmente sílice fundido. El capítulo ocho del libro de texto, Ingeniería Láser de Estado Sólido, Cuarta Edición Revisada Extensamente y Actualizada, describe lo anteriormente mencionado y otros distintos dispositivos de conmutación en Q. El modo de bloqueo es un procedimiento convencional que bloquea en fase los modos longitudinales del láser y que utiliza una anchura de impulso que está inversamente relacionada al ancho de banda de la emisión láser. El modo de bloqueo es descrito en las páginas 500-561 del libro de texto antes mencionado titulado, Ingeniería Láser de Estado Sólido, Cuarta Edición Revisada Extensamente y Actualizada.

Las partículas de fluido pulverizado proporcionan las fuerzas de corte mecánico cuando absorben la energía electromagnética dentro de la zona de interacción. Estas partículas de fluido pulverizado, sin embargo, proporcionan una segunda función de limpieza y enfriamiento de la guía de fibra óptica desde la cual es emitida la energía electromagnética. El sistema de entrega 55 (fig. 2) para entregar la energía electromagnética incluye una guía de energía

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

E00303475

10-06-2015

de fibra óptica o equivalente que se une al sistema láser y se desplaza al lugar de trabajo deseado. Las fibras ópticas o guías de onda son típicamente largas, delgadas y ligeras, y son fácilmente manipuladas. Las fibras ópticas pueden estar hechas de fluoruro de calcio (CaF), óxido de calcio (CaO2), óxido de circonio (ZrO2), fluoruro de circonio (ZrF), zafiro, guía de onda hueca, núcleo líquido, vidrio TeX, sílice de cuarzo, sulfuro de germanio, sulfuro de arsénico, óxido de germanio (GeO2), y otros materiales. Otros sistemas de entrega incluyen dispositivos que comprenden espejos, lentes y otros componentes ópticos donde la energía se desplaza a través de una cavidad, es dirigida por distintos espejos, y es focalizada sobre el sitio de corte objetivo con lentes específicas. La realización preferida de entrega ligera para aplicaciones médicas del presente invento es a través de un conductor de fibra óptica, a causa de su peso ligero, bajo coste y capacidad para ser empaquetado dentro de una pieza de mano de tamaño y peso familiar para el cirujano, dentista, o clínico. En la aplicación industrial y en otras aplicaciones, pueden ser utilizados sistemas que no son de fibra óptica.

La boquilla 71 es empleada para crear una combinación de ingeniería de pequeñas partículas del fluido elegido. La boquilla 71 puede comprender varios diseños diferentes que incluye solamente líquido, chorro de aire, asistencia por aire, torbellinos o remolinos, cono sólido, etc. Cuando el fluido sale de la boquilla 71 a una presión y caudal dados, es transformado en partículas de tamaño, velocidades y distribuciones espaciales controlables por el usuario. La boquilla puede tener aberturas de forma esférica, ovalada u otras de cualquiera de una variedad de diferentes tamaños, de acuerdo con los parámetros de diseño.

La fig. 5 ilustra un panel de control 77 para permitir la programación por el usuario de las partículas de fluido pulverizado. Cambiando la presión y los caudales del fluido, por ejemplo, el usuario puede controlar las características de la partícula de fluido pulverizado. Estas características determinan la eficiencia de absorción de la energía láser, y la subsiguiente efectividad de corte del cortador mecánico inducido electromagnéticamente. Este panel de control puede comprender, por ejemplo, un control 78 de tamaño de partícula de fluido, un control 79 de velocidad de partícula de fluido, un control 80 de ángulo de cono, un control 81 de energía promedio, una tasa de repetición 82 y un selector de fibra 83.

El ángulo de cono puede ser controlado, por ejemplo, cambiando la estructura física de la boquilla 71. Pueden ser colocadas de forma intercambiable distintas boquillas 71 sobre el cortador mecánico inducido electromagnéticamente. Alternativamente, se puede cambiar la estructura física de una única boquilla 71.

La fig. 6 ilustra un gráfico 85 de partículas de fluido medio en función de la presión. De acuerdo con esta figura, cuando es aumentada la presión a través de la boquilla 71, el tamaño de la partícula de fluido medio de las partículas de fluido pulverizado disminuye. El gráfico 87 de la fig. 7 muestra que la velocidad de partícula de fluido media de estas partículas de fluido pulverizado aumenta con el incremento de presión.

Con el aparato de acuerdo con el presente invento, los materiales puede ser retirados en una realización de una superficie objetivo por fuerzas de corte mecánico, en vez de por fuerzas de corte térmico convencionales. En otra realización, el aparato del presente invento puede ser utilizado para impartir energía térmica sobre el tejido subsiguiente al corte o ablación no térmico, para inducir coagulación, por ejemplo. Por ejemplo, un primer escaneado o exploración puede inducir un corte no térmico o térmico reducido, y un escaneado subsiguiente puede ser utilizado para aplicar energía térmica a la superficie para inducir coagulación. Aún en otra realización, una cantidad reducida de partículas de fluido pulverizado (o humedad) debe ser utilizada para impartir simultáneamente una combinación de corte mecánico (a partir de la humedad de expansión) y corte térmico (procedente del láser para impartir coagulación, por ejemplo). La energía láser es utilizada solamente para inducir fuerzas mecánicas sobre el material objetivo. Así, las partículas de fluido pulverizado actúan como el medio para transformar la energía electromagnética del láser en la energía mecánica requerida para conseguir el efecto de corte mecánico. La energía láser en sí misma no es directamente absorbida por el material objetivo. La interacción mecánica con el aparato es más segura, más rápida y puede al menos eliminar parcialmente efectos laterales térmicos negativos típicamente asociados con sistemas de corte láser convencional.

La guía 23 de fibra óptica (fig. 4a) puede estar situada en estrecha proximidad de la superficie objetivo. Esta guía 23 de fibra óptica, sin embargo, no contacta realmente con la superficie objetivo. Como las partículas de fluido pulverizado procedentes de la boquilla 71 están situadas en la zona de interacción 59, el propósito de la guía 23 de fibra óptica es colocar la energía láser en esta zona de interacción, también. La guía 23 de fibra óptica puede estar formada de zafiro recto o doblado. Independientemente de la composición de la guía 23 de fibra óptica, sin embargo, otra característica es el efecto de limpieza del aire y del agua, desde la boquilla 71, sobre la guía 23 de fibra óptica.

Los presentes autores del invento han encontrado que este efecto de limpieza es óptimo cuando la boquilla 71 está apuntando algo directamente en la superficie objetivo. Por ejemplo, los residuos del corte mecánico son retirados por la pulverización desde la boquilla 71.

Adicionalmente, los presentes autores del invento han encontrado que esta orientación de la boquilla 71, apuntando hacia la superficie objetivo, mejora la eficiencia de corte del presente invento. Cada partícula de fluido pulverizado contiene una pequeña cantidad de energía cinética inicial en la dirección de la superficie objetivo. Cuando la energía electromagnética procedente de la guía 23 de fibra óptica hace contacto con una partícula de fluido pulverizado, la superficie exterior de la partícula de fluido actúa como una lente de focalización para focalizar la energía en el interior de la partícula de agua. Como se ha mostrado en la fig. 8, la partícula de agua 101 tiene un lado iluminado 103, un lado en

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

E00303475

10-06-2015

sombras 105, y una velocidad de partícula 106. La energía electromagnética focalizada es absorbida por la partícula de agua 101, haciendo que el interior de la partícula de agua se caliente y explote rápidamente. Está explosión exotérmica enfría las partes restantes de la partícula de agua 101 explotada. Las partículas de fluido pulverizado que lo rodean mejoran además el enfriamiento de las partes de la partícula de agua 101 explotada. Una onda de presión es generada a partir de esta explosión. Esta onda de presión, y las partes de la partícula de agua 101 explotada de energía cinética aumentada, son dirigidas hacia la superficie objetivo 107. Las partes incidentes de la partícula de agua 101 explotada original, que están ahora desplazándose a velocidades elevadas con energías cinéticas elevadas, y la onda de presión, imparten fuerzas mecánicas fuertes, concentradas, sobre la superficie objetivo 107.

Estas fuerzas mecánicas hacen que la superficie objetivo 107 se rompa y separe de la superficie de material a través de una acción de "descascarillado o desconchado". La superficie objetivo 107 no sufre vaporización, desintegración o carbonización. El proceso de descascarillado puede ser repetido con el aparato hasta que se ha retirado la cantidad deseada de material de la superficie objetivo 107. A diferencia de algunos sistemas de la técnica anterior, el presente invento no requiere una capa de fluido delgada. De hecho, se prefiere que una capa delgada de fluido no cubra la superficie objetivo, ya que ésta capa de aislamiento interferiría con el proceso de interacción antes descrito.

La boquilla 71 está configurada preferiblemente para producir pulverizaciones atomizadas con un rango de tamaños de partícula de fluido estrechamente distribuidos alrededor de un valor medio. El dispositivo de entrada por el usuario para controlar la eficiencia de corte puede comprender un simple medidor 75 de presión y caudal (fig. 4b) o puede comprender un panel de control como se ha mostrado en la fig. 5, por ejemplo. Al producirse una entrada de usuario para un corte de alta resolución, se generan partículas de fluido relativamente pequeñas por la boquilla 71. Las partículas de fluido relativamente grandes son generadas para una entrada por el usuario que especifica un corte de baja resolución. Una entrada por el usuario que especifica un corte de penetración profunda hace que la boquilla 71 genere una distribución de densidad relativamente baja de partículas de fluido, y una entrada por el usuario que especifica un corte de penetración somera o poco profunda hace que la boquilla 71 genere una distribución de densidad relativamente elevada de partículas de fluido. Si el dispositivo de entrada por el usuario comprende el simple medidor 75 de presión y de caudal de la fig. 4b, entonces puede ser generada una distribución de densidad relativamente baja de partículas de fluido relativamente pequeñas en respuesta a una entrada por el usuario que especifica una eficiencia de corte elevada. De manera similar, una distribución de densidad relativamente elevada de partículas de fluido relativamente grandes puede ser generada en respuesta a una entrada por el usuario que especifica una eficiencia de corte baja.

Los tejidos blandos pueden incluir grasa, piel, mucosa, encías, músculo, corazón, hígado, riñón, cerebro, ojo, y vasos, y el tejido duro puede incluir esmalte de diente, dentina del diente, cemento de diente, caries dental, amalgama, materiales compuestos, sarro y cálculos, hueso y cartílago. El término "grasa" se refiere a tejido animal que consiste de células distendidas con material graso o aceitoso. Otros tejidos blandos tales como tejido mamario, linfagiomas, y hemangiomas son también considerados. Los tejidos duro y blando pueden comprender tejido humano u otro tejido animal. Otros materiales pueden incluir vidrio y superficies de chips semiconductor, por ejemplo. El mecanismo de corte mecánico inducido electromagnéticamente puede ser utilizado además para cortar o para la ablación de otros materiales biológicos, cerámicos, cementos, polímeros, porcelana, y materiales que se pueden implantar y dispositivos que incluyen comidas, cerámicas y polímeros. El mecanismo de corte inducido electromagnéticamente puede ser utilizado también para cortar o para la ablación de superficies de metales, plásticos, polímeros, caucho, vidrio, y materiales cristalinos, hormigón, madera, tela, papel, cuero, plantas y otros materiales fabricados por el hombre y materiales que existen naturalmente. Los materiales biológicos pueden incluir placas, sarro, una capa o película biológica de consistencia orgánica, una capa de barro dental o material biológico adherido, una capa de polisacáridos, y una capa de placa. Una capa de barro dental puede comprender material biológico fragmentado, incluyendo proteínas, y puede incluir elementos vivos o con caries, o combinaciones de los mismos. Una capa de polisacárido comprenderá a menudo una suspensión coloidal de residuos de comida y saliva. La placa se refiere a una película que incluye a alimento y saliva, que a menudo atrapa y alberga bacterias en ella. Estas capas o películas pueden ser dispuestas sobre dientes, otras superficies biológicas, y superficies no biológicas. Los metales pueden incluir, por ejemplo aluminio, cobre y hierro.

Estos distintos parámetros pueden ser ajustados de acuerdo con el tipo de corte y el tipo de superficie objetivo. Los tejidos duros incluyen esmalte dental, dentina de diente, cemento de diente, hueso y cartílago. Los tejidos blandos, a los que el cortador mecánico inducido electromagnéticamente del presente invento está adaptado también para cortar, incluyen piel, mucosa, encías, músculo, corazón, hígado, riñón, cerebro, ojo, y vasos. Otros materiales pueden incluir vidrio o materiales cristalinos y superficies de chips semiconductores, por ejemplo. En el caso de los tejidos óseos, por ejemplo, una parte de hueso afectado por el cáncer puede ser retirada por el cortador mecánico inducido electromagnéticamente del presente invento. El cortador mecánico inducido electromagnéticamente del presente invento proporciona un corte limpio, y de alta precisión con contaminación cruzada minimizada, y permite así una retirada precisa de hueso afectado por el cáncer. Después de que el hueso es cortado, tiende a crecer otra vez con una tasa de éxito incrementada y con una reducción en la probabilidad de contaminación cruzada.

Un usuario puede ajustar la combinación de partículas de fluido pulverizado que salen de la boquilla 71 para implementar de manera eficaz el enfriamiento y limpieza de la guía 23 de fibra óptica (fig. 4a), también. De acuerdo con el presente invento, la combinación de partículas de fluido pulverizado puede comprender una distribución, velocidad y diámetro medio para enfriar efectivamente la guía 23 de fibra óptica, mientras que mantiene simultáneamente la guía 23 de fibra

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

E00303475

10-06-2015

óptica limpia de residuo particular que puede ser introducido e n ella por el lugar quirúrgico.

Mirando de nuevo a la fig. 8, la energía electromagnética contacta con cada partícula de fluido pulverizado 101 sobre su lado iluminado 103 y penetra en la partícula de fluido pulverizado a una cierta profundidad. La energía electromagnética focalizada es absorbida por el fluido, induciendo la vaporización explosiva de la partícula de fluido pulverizada 101.

Los diámetros de las partículas de fluido pulverizado pueden ser menores que, casi iguales a, o mayores que la longitud de onda de la energía electromagnética incidente. En cada uno de estos tres casos, ocurre una interacción diferente entre la energía electromagnética y la partícula de fluido pulverizado. Cuando el diámetro de la partícula de fluido pulverizado es menor que la longitud de onda de la energía electromagnética (d<[lambda]), el volumen completo de fluido dentro de la partícula de fluido 101 absorbe la energía láser, induciendo la vaporización explosiva. La partícula de fluido 101 explota, expulsando su contenido radialmente. Como resultado de esta interacción, son creadas ondas de presión radiales a partir de la explosión y son proyectadas en la dirección de propagación. Las partes resultantes de la explosión de la partícula de agua 101, y la onda de presión, producen el efecto de "descascarillado" de corte y retirada de materiales desde la superficie objetivo 107. Cuando la partícula de fluido 101 tiene un diámetro, que es aproximadamente igual a la longitud de onda de la energía electromagnética (d=[lambda]), la energía láser se desplaza a través de la partícula de fluido 101 antes de resultar absorbida por el fluido en ella. Una vez absorbida, el lado distal (lado de salida de la energía láser) de la partícula de fluido se calienta, y ocurre la vaporización explosiva. En este caso, el fluido de partícula interno es expulsado violentamente a través del lado distal de la partícula de fluido, y se mueve rápidamente con la onda de presión explosiva hacia la superficie objetivo. La energía láser es capaz de penetrar en la partícula de fluido 101 y ha de ser absorbida dentro de una profundidad próxima al tamaño del diámetro de partícula. Cuando el diámetro de la partícula de fluido es mayor que la longitud de onda de la energía electromagnética (d>[lambda]), la energía láser penetra en la partícula de fluido 101 solamente en una pequeña distancia a través de la superficie iluminada 103 y hace que está superficie iluminada 103 se vaporice. La vaporización de la superficie iluminada 103 tiende a propulsar la parte restante de la partícula de fluido 101 hacia la superficie de material objetivo 107. Así, una parte de la masa de la partícula de fluido inicial 101 es convertida en energía cinética, para propulsar por ello la parte restante de la partícula de fluido 101 hacia la superficie objetivo con una energía cinética elevada. Esta energía cinética elevada es aditiva a la energía cinética inicial de la partícula de fluido 101. Los efectos pueden ser visualizados como un micro-hidro cohete con una cola de chorro, que ayuda a propulsar la partícula con velocidad elevada hacia la superficie objetivo 107. El cortador mecánico inducido electromagnéticamente del presente invento puede generar un corte de alta resolución. El corte conseguido por el aparato es limpio y preciso. Entre otras ventajas, este corte proporciona una superficie de unión ideal, es exacto, y no somete a tensión a los materiales restantes que rodean el corte.

Las figs. 1a-11a ilustran distintas configuraciones de aparatos para impartir fuerzas mecánicas disruptivas electromagnéticamente inducidas no térmicas, y/o fuerzas de corte térmicas, sobre una superficie objetivo, tal como la piel.

Un propósito principal del presente invento es colocar la energía electromagnética, desde un láser Er:YSGG, por ejemplo, en una distribución pulverizada de partículas de fluido, por encima de la superficie objetivo. La energía procedente del láser es absorbida por las partículas de fluido pulverizado, haciendo que las partículas de fluido pulverizado se expandan e impartan fuerzas mecánicas disruptivas sobre la superficie objetivo. Una característica clave del presente invento es la absorción de la radiación electromagnética por las partículas de fluido en la zona de interacción, y el subsiguiente corte mecánico impartido a la superficie objetivo. El término "corte" está destinado a abarcar ablación y otros tipos de fuerzas mecánicas disruptivas que pueden ser impartidas sobre una superficie objetivo.

Los solicitantes han encontrado que la distribución de partículas impartidas sobre o directamente enfrente de una punta de fibra óptica puede formar una zona de interacción enfrente de la punta. La fibra óptica sirve para transportar la energía electromagnética concentrada a través de partículas de fluido extrañas o extraviadas y a las que los solicitantes se refieren como una zona de interacción, donde ocurre subsiguientemente una elevada absorción de la energía electromagnética cerca del objetivo. Los solicitantes han observado que la radiación actualmente realizada, que es muy absorbida por el fluido especificado, y la combinación de esta radiación electromagnética con en la punta de una fibra óptica, limitarán la penetración de la radiación electromagnética a través de la niebla a una profundidad predeterminada. Después de esta profundidad cualquier radiación electromagnética que continúa a través de la niebla es indetectable o despreciable, con relación a la aplicación particular a mano. Como la radiación electromagnética pasa más y más a la zona de interacción, su energía es absorbida cada vez más por las partículas de fluido, hasta que casi ninguna, y eventualmente ninguna, radiación electromagnética permanece. Hay un punto, o zona, en que las fuerzas de corte térmicos son reducidas sustancialmente o eliminadas, y en que las fuerzas de corte desde la absorción de la radiación electromagnética por las partículas de fluido, es óptima.

La elevada absorción de la energía electromagnética por las partículas de fluido, que dan como resultado la expansión de las partículas de fluido, es un elemento clave del presente invento. Un objetivo debe ser colocado dentro o cerca de esta zona de interacción con el fin de que las fuerzas mecánicas disruptivas, procedentes de la absorción de la radiación electromagnética por las partículas de fluido, sean impartidas de forma óptima sobre la superficie objetivo.

Con el aparato del presente invento, es posible mantener una capa limitada de partículas de fluido, que no es demasiado gruesa y que no es demasiado delgada. La capa limitada de partículas de fluido debe ser de una densidad relativamente 7 10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

E00303475

10-06-2015

elevada con el fin de optimizar la absorción de energía electromagnética en la capa y asegurar que las fuerzas de corte térmico procedentes de la energía electromagnética son atenuadas y de forma sustancial preferiblemente eliminadas, siendo transformada en partículas de fluido en su lugar, de manera que la expansión de las partículas de fluido realiza el corte de la superficie objetivo. Una distribución relativamente de baja densidad de las partículas de fluido, que abarca una distancia relativamente grande, absorbería la radiación electromagnética incidente, dando como resultado en partículas de fluido que se expanden bien por encima de la superficie objetivo. Cualquier radiación restante en la distribución de partícula de fluido cerca de la superficie objetivo sería demasiado débil para inducir la elevada absorción requerida y las fuerzas de corte mecánico resultantes.

Además de estar limitada para habilitar la entrega de energía electromagnética concentrada a la capa de partículas de fluido, la capa debe ser limitada para facilitar el posicionamiento muy próximo de la superficie objetivo a la radiación electromagnética incidente. Más particularmente, la superficie objetivo debe ser colocada en el límite o dentro de la zona de interacción, de manera que las fuerzas mecánicas disruptivas que resultan de la expansión de las partículas de fluido ocurren cerca del objetivo y no necesitan desplazarse lejos antes de ser impartidas sobre el objetivo. Así, puede verse que una punta de fibra óptica colocada en una distribución de partículas de fluido y, adicionalmente, situada en estrecha proximidad (2-3 mm, por ejemplo) de una superficie objetivo, crea una capa delgada de partículas de fluido entre la energía electromagnética incidente, concentrada y la superficie objetivo. Son posibles otras distancias, dependiendo, por ejemplo, de la intensidad y de la longitud de onda del láser seleccionado, del fluido seleccionado, y de la distribución seleccionada de partículas de fluido pulverizado. Las siguientes realizaciones exploran otros medios para crear una capa limitada de partículas de fluido entre la energía electromagnética incidente, concentrada y la superficie objetivo.

Volviendo a la fig. 1a, se ha ilustrado un cortador mecánico inducido electromagnéticamente que comprende un láser, microprocesador e interfaz de usuario. El cortador mecánico inducido electromagnéticamente comprende además una fuente de aire y/o de agua para suministrar una o más boquillas de pulverización con aire y/o agua. Un alojamiento de escaneado está conectado entre el motor y el suministro de aire y/o agua. El alojamiento de escaneado introduce energía óptica procedente del láser, e introduce además aire y/o agua desde el suministro de aire y/o de agua. Tanto el motor como el láser son controlados preferiblemente por el microprocesador de acuerdo con una o más entradas del usuario desde la interfaz de usuario. El motor está adaptado para escanear tanto la fibra óptica del láser como al menos una boquilla de pulverización conectada al suministro de aire y/o de agua, para conseguir los diseños de escaneado predeterminados sobre la superficie objetivo.

En la realización ilustrada, el alojamiento de escaneado está colocado directamente sobre o soportado por encima del objetivo, tal como la piel del paciente, y el motor mueve tanto la fibra óptica como las boquillas de pulverización fijadas, para conseguir los diseños de escaneado predeterminados sobre el objetivo. En la realización ilustrada, las dos boquillas de pulverización están fijadas a un acoplador de fibra óptica mediante brazos, y las tuberías de aire y de agua conectadas a la boquilla de pulverización son flexibles. Adicionalmente, en una realización preferida, la fibra óptica procedente del láser dentro del alojamiento de escaneado es flexible para permitir la desviación por el motor. La patente Norteamericana nº 5.474.549 y la patente Norteamericana nº 5.336.217 describen fibras que son desviadas para conseguir diseños de escaneado sobre una superficie objetivo. Estas dos patentes ilustran estructuras que pueden ser implementadas por el presente invento para conseguir, por ejemplo, un escaneado.

El aparato permite suministrar una distribución pulverizada de partículas de fluido en el trayecto de un haz de escaneado para conseguir el corte mecánico inducido electromagnéticamente. En la realización ilustrada de la fig. 1a, la punta de salida de la fibra óptica es preferiblemente mantenida a unos pocos milímetros del objetivo. En la realización de la fig. 1a, toda la superficie inferior del alojamiento de escaneado está abierta. Otras realizaciones pueden comprender aberturas menores que son solamente lo bastante grandes para permitir que la energía procedente de la fibra óptica escaneada salga del alojamiento de escaneado. En realizaciones modificadas, un miembro transparente puede estar previsto sobre la superficie inferior del alojamiento de escaneado o la abertura menor para proteger los componentes internos del alojamiento de escaneado.

La fig. 2a ilustra una realización en que el alojamiento de escaneado comprende el motor. En la realización de la fig. 2a, existe una pequeña abertura, que como se ha ilustrado comprende generalmente un diámetro igual a la distancia entre las dos boquillas de pulverización. El tamaño de esta abertura puede ser configurado durante el diseño y fabricación de la misma para acomodar los diseños de escaneado deseados que se pueden conseguir por la combinación de motor y fibra óptica. En la fig. 2a, un anillo está fijado en la parte inferior del alojamiento de escaneado. En ausencia del anillo, en un evento en una realización en la que el alojamiento de escaneado está colocado sobre la superficie objetivo, tal como la piel, aunque tal colocación no es requerida, la punta de fibra óptica está próxima o toca la superficie objetivo. El anillo de la fig. 2a puede proporcionar así una separación exacta entre la punta de la fibra óptica (para radiación saliente) y la superficie objetivo, contactando con la superficie objetivo o con una superficie perimetral del objetivo.

El anillo puede ser configurado para comprender un disco de niebla, como se ha descrito en conexión con las figs. 3a-8b a continuación. En las realizaciones de las figs. 1a y 2a, así como en las siguientes realizaciones, el microprocesador puede ser programado para variar las velocidades de las partículas de fluido pulverizado, los tamaños de las partículas de fluido pulverizado, las distribuciones de las partículas pulverizadas, así como otros parámetros de las partículas de fluido pulverizado, de acuerdo con cortes deseados que han de ser conseguidos. Adicionalmente, estos parámetros de las partículas de fluido pulverizado pueden ser variados de acuerdo con la superficie que es interrumpida (por ejemplo, el 8 10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

E00303475

10-06-2015

tipo particular o condición de piel u otro tipo de tejido blando) por el cortador mecánico inducido electromagnéticamente. En las realizaciones de las figs. 1a y 2a, así como en las realizaciones adicionales ilustradas en las siguientes figuras, un formador de imagen/generador de perfil de superficie puede ser implementado para proporcionar un modelo generado por ordenador de una superficie que es escaneada, como se ha descrito en la patente Norteamericana Nº 5.588.428. Un haz visible, por ejemplo, puede ser utilizado para recoger información de perfil de la superficie objetivo de piel. La energía electromagnética procedente de la punta de fibra óptica puede ser escaneada por consiguiente en las realizaciones de las figs. 1a y 2a, y especialmente en las realizaciones de las figs. 3a-5a donde un haz colimado no es necesariamente utilizado. Adicionalmente, la cantidad y propiedades de las partículas de fluido pulverizado pueden ser variadas de acuerdo con diferentes áreas y/o fuerzas disruptivas deseadas que han de ser impartidas sobre la superficie modelada o diferentes áreas de la superficie modelada.

En las realizaciones de las figs. 1a y 2a, la fibra óptica real es escaneada utilizando un conjunto motor. Aunque la fibra óptica puede ser escaneada utilizando un conjunto motor en las figs. 3a y 4aa, una realización de estas figuras puede comprender el escaneado de la energía electromagnética no colimada utilizando reflectores y lentes de focalización, como es conocido en la técnica, la patente Norteamericana Nº 5.624.434, y las patentes y referencias citadas en ella, describen aparatos que escanean un haz no colimado utilizando deflectores dinámicamente controlados. En otras realizaciones, puede ser incorporada tecnología similar en piezas de uso manual, en que unas pocas o sustancialmente todas las partes en ella están fijas y no se mueven, y en que las pieza de uso manual es movida en su lugar. En la fig. 3a, una fibra óptica alimenta una cabeza de escaneado con la energía láser procedente de un láser y subsiguientemente, la energía láser sale de la fibra óptica y es desviada con espejos controlados por motor u otros medios y es hecha pasar a través de lentes de focalización. El haz focalizado pasa a continuación a través de un disco de niebla antes de incidir sobre la superficie objetivo. El disco de niebla está configurado preferiblemente para generar una capa delgada de partículas de fluido pulverizado justo sobre el objetivo. El disco de niebla puede estar configurado para tener forma circular u otras formas geométricas. En la realización ejemplar ilustrada, el disco de niebla genera una capa de partículas de fluido pulverizado que es aproximadamente de 2 a 3 mm de grueso. Capas más delgadas y más gruesas son posibles en realizaciones sustancialmente modificadas. Las propias partículas de fluido pulverizado se prefiere generalmente que sean del orden de micrones de diámetro. En una realización preferida, las partículas de fluido pulverizado tienen diámetros dentro de un rango de aproximadamente 40 a 60 micrones. En otras realizaciones, las partículas de fluido pulverizado tienen diámetros de aproximadamente 200 micrones. Otros diámetros son también posibles de acuerdo con el presente invento, tan grandes como el corte mecánico inducido electromagnéticamente es maximizado y los efectos térmicos, preferiblemente, son atenuados o eliminados durante la implementación de operaciones de corte no térmico. Como la energía electromagnética procedente del láser es de preferencia muy absorbida por las partículas de fluido pulverizado, la capa de partículas de fluido pulverizado justo por encima del objetivo debe ser relativamente delgada en la realización actualmente preferida. En realizaciones alternativas, la capa de partículas de fluido pulverizado puede ser mayor de 2 a 3 mm, pero la cantidad de energía láser y/o características de la distribución de partículas de fluido pulverizado debe ser ajustada consiguientemente de manera que el corte sea maximizado y los efectos térmicos son atenuados o eliminados durante la implementación de operaciones de corte no térmico. Por ejemplo, para una capa sustancialmente más gruesa de partículas de fluido pulverizado debe ser introducida una concentración de energía láser sustancialmente mayor para penetrar el mayor espesor de la capa de partículas de fluido pulverizado y para generar los efectos de corte mecánico apropiados sobre la superficie. La desviación dinámica y el sistema de focalización pueden comprender, por ejemplo, uno o más motores que controlan una o más lentes de desviación, y/o una o más ópticas de focalización, para focalizar la energía electromagnética desviada por encima de la superficie objetivo justo por encima o dentro del disco de niebla. Cada motor puede comprender un motor galvánico o un motor paso a paso, o ejemplo.

La fig. 4aa ilustra un ejemplo esquemático donde un motor controla un conjunto reflector, y un conjunto de focalización está dispuesto entre el conjunto reflector y el disco de niebla. Un obturador puede ser utilizado, como se ha mostrado en líneas de trazos en la fig. 4aa, para bloquear la energía electromagnética durante posiciones intermedias entre desviaciones, como es conocido en la técnica. De acuerdo con el presente invento, un disco de niebla es colocado entre la superficie objetivo y la energía electromagnética incidente para proporcionar la capa delgada de partículas de fluido pulverizado. La fig. 5a ilustra un disco de niebla muy delgado, para proporcionar una distribución incluso más delgada de partículas de fluido pulverizado entre la energía electromagnética incidente y el objetivo. En la fig. 5a, se utiliza un motor para escanear una fibra óptica. El posicionamiento del conector de acoplamiento más lejos de la punta de salida de la fibra óptica da como resultado pequeños movimientos del conector de acoplamiento para escanear la punta de salida de la fibra óptica. En la realización actualmente preferida, la fibra óptica es flexible en una región entre donde la fibra óptica entra en el alojamiento de escaneado y donde la fibra óptica es controlada por el motor. La fibra óptica, sin embargo, es preferiblemente rígida o robusta en una región entre el acoplamiento de la fibra óptica por el motor y la punta de salida de la fibra óptica.

Las figs. 6a-8b ilustran tres realizaciones ejemplares de discos de niebla de acuerdo con el presente invento. La fig. 6a es una vista en alzado lateral de un disco de niebla, y la fig. 6b es una vista en planta inferior de un disco de niebla. Aunque se han descrito e ilustrado los discos de niebla, puede ser implementado cualquier conjunto para proporcionar una capa delgada de partículas de fluido pulverizado justo por encima de la superficie objetivo, siempre que la energía láser pueda ser concentrada en las capas de partículas. Por ejemplo, una única boquilla (sin un disco de niebla) puede ser colocada justo adyacente a una fibra óptica para proporcionar una distribución pulverizada de partículas de fluido a la

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

E00303475

10-06-2015

fibra óptica u otros medios para introducir radiación electromagnética, y la radiación electromagnética puede ser escaneada o no. Adicionalmente, una o más boquillas pueden ser colocadas en unión con la fibra óptica justo por encima de la superficie objetivo que es escaneada. Una boquilla o boquillas pueden ser escaneadas, en sí mismas, como se ilustrado en las figs. 9a-11a. En las figs. 6a y 6b, dos boquillas para emitir partículas de fluido pulverizado son colocadas dentro del disco a 180 grados entre sí. Las dos boquillas son suministradas con aire y/o agua para generar una capa delgada de partículas de fluido pulverizado. La capa delgada de partículas de fluido pulverizado es consistente preferiblemente sobre el diseño de escaneado de la energía electromagnética que incide sobre la superficie objetivo. Además de las dos boquillas, se puede implementar un número mayor de boquillas, como se ha mostrado en líneas de trazos en la fig. 6b. El número de boquillas de pulverización puede ser ajustado de acuerdo con los parámetros de diseño. Las figs. 7a y 7b ilustran una realización donde distintas salidas de boquilla fina son colocadas a lo largo de la altura del disco de niebla. En la fig. 7b, un número relativamente grande de boquillas de salida están distribuidas también a lo largo de una circunferencia interior del disco de niebla. El número de boquillas a lo largo de la altura y a lo largo de la circunferencia del disco de niebla puede ser ajustado de acuerdo con los parámetros de diseño. Las flechas de doble punta mostradas en las figs. 6a y 7a muestran que, en realizaciones alternativas, las boquillas dentro de los discos pueden ser movidas a lo largo de los ejes de las flechas. En la realización actualmente preferida, los discos de niebla son desmontables del alojamiento de escaneado, y son todos intercambiables, para acomodar por ello una gran variedad de diferentes diseños de distribución pulverizada que pueden ser colocados por encima de la superficie objetivo. Las figs. 8a y 8b ilustran otra realización donde una sustancia de nebulización, tal como un tejido o un tamiz muy delgado, u otra sustancia, es colocada entre las tuberías/fuentes de suministro de aire y/o de agua situadas radialmente hacia fuera. La fig. 8a ilustra una pluralidad de boquillas de salida que están posicionadas radialmente hacia fuera del material, pero en realizaciones alternativas solamente una única boquilla de salida puede ser suministrada a lo largo de la altura en el disco de niebla.

La fig. 9a ilustra un alojamiento de escaneado donde un motor escanea una fibra óptica, y donde un único suministro de aire es dirigido en una dirección por encima de la superficie objetivo básicamente paralelo a la superficie que es escaneada por la fibra óptica. Un suministro de fluido es posicionado entre la fibra óptica escaneada y el suministro de aire presurizado, para dirigir el fluido, tal como agua, en un trayecto de salida presurizado del suministro de aire. La combinación resultante de la tubería de aire presurizado y de la tubería de fluido es para crear una distribución pulverizada de partículas de fluido entre la punta de fibra escaneada y la superficie objetivo.

Las tuberías de aire y de agua pueden ser colocadas más próximas a la fibra óptica en realizaciones alternativas y pueden estar configuradas en distintas orientaciones una con relación a la otra, mientras las partículas de fluido son generadas en una distribución que comprende una capa delgada sobre la superficie objetivo. Una tubería de suministro de aire y agua adicional está ilustrada en líneas de trazos en la fig. 9a, y tuberías de aire y de agua adicionales pueden ser añadidas de acuerdo con los parámetros de diseño.

La fig. 10a ilustra una realización donde un motor escanea una fibra óptica y donde, adicionalmente, un motor escanea una tubería de aire y/o de agua. Los dos motores están preferiblemente diseñados para trabajar juntos para optimizar una colocación de partículas de fluido pulverizado en la salida de la fibra óptica escaneada, para conseguir por ello resultados consistentes sobre la superficie objetivo. La fig. 11a ilustra una realización adicional donde un segundo motor es utilizado para escanear un suministro de aire y/o de agua para colocar dinámicamente una capa consistente de partículas de fluido pulverizado enfrente de la extremidad de salida de la fibra óptica móvil. Los dos motores pueden trabajar juntos, basándose en la información obtenida por un modelo de superficie del objetivo que es escaneado, por ejemplo, siendo predeterminado o generado por ordenador el modelo de superficie de acuerdo con la tecnología conocida, tal como se ha descrito en la patente Norteamericana Nº 5.588.428.

Además de los alojamientos de escaneado y/o discos de niebla ilustrados en las figs. 1a-11a, los brazos de separación u otros medios de separación pueden estar conectados al alojamiento de escaneado para proporcionar una separación entre el alojamiento de escaneado y la superficie objetivo. Estos medios de separación pueden comprender una o más patas, por ejemplo. En una realización los medios de separación pueden ser de alrededor de 3 mm. Otros tamaños sustancialmente diferentes pueden ser utilizados en otras realizaciones siempre y cuando unas fuerzas mecánicas disruptivas resultantes, preferiblemente sin efectos térmicos en una configuración, sean impartidas sobre la superficie objetivo. El tamaño de los medios de separación puede oscilar, por ejemplo, de acuerdo con el objetivo, láser, tipo y distribución de aire y de partículas de fluido seleccionadas. Un haz colimado, por ejemplo, puede facilitar dimensiones mayores en los medios de separación. Un único brazo de separación conectado a un alojamiento de escaneado puede ser incorporado, por ejemplo. Tal brazo de separación puede ser implementado de acuerdo con el presente invento, siempre y cuando el brazo de separación sea corto y, preferiblemente, del orden de 2 a 3 mm. La patente Norteamericana Nº 5.611.795 describe distintos medios de escanear energía electromagnética sobre una superficie objetivo. En las realizaciones modificadas, pueden ser implementadas salidas de fluido de una sola boquilla orientadas a emitir distribuciones de partículas de fluido preferiblemente en direcciones sustancialmente perpendiculares a direcciones de incidencia de la radiación electromagnética. Además, se puede utilizar un pulverizador piezoeléctrico para generar una pulverización fina. Además, pueden ser utilizadas distintas configuraciones para implementar inyectores de fluido, que tienen estructuras similares a inyectores de combustible de motores de combustión interna, por ejemplo, para generar distribuciones pulverizadas de partículas de fluido.

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

E00303475

10-06-2015

En realizaciones modificadas, solamente una única tubería, como distinción de tuberías de agua separada y de aire separado, es utilizada para entregar aire húmedo. El aire húmedo puede comprender una suspensión coloidal de gotitas de agua, aire muy húmedo (alrededor del 100% de humedad), vapor refrigerado o frío como procedente de un humidificador frío, o vapor de agua procedente de hielo seco. Una válvula pulsatoria puede ser incorporada para controlar la entrega de fluido. En otra realización, un mono-dispersor de gotitas de agua puede ser utilizado para suministrar gotitas únicas o gotitas en número relativamente pequeño, a la zona de interacción.

Se pueden utilizar pulverizadores que son alimentados solamente por agua sin ninguna asistencia de una tubería de aire. Se puede implementar un nebulizador, que utiliza presión de aire y agua para emitir partículas de fluido pulverizado a través de un orificio pequeño. El nebulizador puede comprender un dispositivo ultrasónico o sónico, y las partículas de fluido pulverizado pueden comprender gotitas de agua que tienen diámetros del orden de aproximadamente 5 a aproximadamente 20 micrones.

Las partículas de fluido colocadas por encima de la superficie objetivo pueden comprender materiales distintos del agua,

o además de agua. El fluido puede comprender, por ejemplo, una sustancia medicinal, una sustancia esterilizada, o un anestésico. La patente Norteamericana Nº 5.785.521 describe, por ejemplo, distintos medios y tipos de fluidos acondicionados que pueden ser utilizados en unión con una fuente de energía electromagnética.

El aparato de acuerdo con el presente invento que permite la implementación de corte mecánico inducido electromagnéticamente para cortar, retirar, o impartir de otra manera fuerzas mecánicas disruptivas sobre las áreas de superficie relativamente grandes de una epidermis, puede ser utilizado sobre otras superficies objetivo también. El uso del aparato del invento no está destinado a estar limitado a operar sobre la piel o incluso tejido. Una aplicación preferida, sin embargo, implica retirar tejido de áreas relativamente grandes de la epidermis para propósitos cosméticos. Por ejemplo, la cirugía cosmética puede ser implementada utilizando el presente dispositivo sobre la cara de un paciente. Otros medios convencionales para escanear un haz colimado o no colimado, que no están descritos anteriormente, pueden ser implementados para conseguir este propósito. El aparato del presente invento, sin embargo, difiere de alguna técnica anterior en la implementación de la distribución pulverizada de partículas de fluido entre la energía electromagnética incidente y la superficie objetivo. Se prefiere, una fuente láser particular, como se ha descrito en la solicitud de patente Norteamericana de Número de Serie 08/903.187.

En cirugía cosmética sobre la epidermis de un paciente, las partículas de fluido o aire húmedo pueden comprender al menos una anestesia y/o medicación. Las medicaciones pueden incluir fármacos para aliviar el dolor (analgésicos), tales como Acetaminofeno; fármacos para causar una pérdida de sensación general (anestésicos) tal como lidocaína o una combinación de lidocaína y epinefrina; y sustancias capaces de matar o inhibir el crecimiento de ciertos microorganismos (antibióticos), tal como penicilina o tetraciclina.

Cuando múltiples pasadas del cortador mecánico inducido electromagnéticamente son llevadas a cabo sobre la superficie en la que se realiza la ablación, la medicación y/o anestesia dentro de las partículas de fluido pulverizado es entregada continuamente sobre el tejido, para por ello hidratar, relajar, medicar, y/o tratar o medicar de otra manera el tejido. La niebla puede ser aplicada solamente sobre la segunda de dos pasadas sobre la superficie. Esta niebla puede ser aplicada en instantes seleccionados durante una única pasada, y/o puede ser aplicada durante pasadas seleccionadas del láser sobre la superficie. De forma similar, el tipo de acondicionamiento del fluido puede ser aplicado de forma selectiva.

Los láseres de la técnica anterior típicamente no aplican ningún medio de medicación durante la pasada del láser sobre la piel, provocando por ello que la piel resulte irritada y enrojecida.

En contraste con los láseres de la técnica anterior que imparten típicamente fuerzas de corte térmico sobre la piel, el cortador mecánico inducido electromagnéticamente del presente invento cuando es operado en un modo de corte no térmico no entrega preferiblemente ninguna cantidad sustancial de calor al tejido. Como se ha mencionado antes, las partículas de fluido pulverizadas explotadas son enfriadas por reacciones exotérmicas antes de que contacten con la superficie objetivo. Así, de acuerdo con un aspecto del presente invento, mediante el aparato las partículas de fluido pulverizado son calentadas, expandidas, y enfriadas antes de contactar con la superficie objetivo. Los dispositivos de la técnica anterior, que operan térmicamente sobre la piel, pueden tener efectos negativos laterales asociados con ellos en conexión con el procedimiento médico y la subsiguiente curación del tejido. Con el aparato del presente invento, adicionalmente, se permite realizar la ablación de capas extremadamente delgadas de tejido, con relación a dispositivos existentes de cirugía de piel con láser.

El corte sustancialmente no térmico o el corte térmico reducido sólo, o en combinación con las partículas de fluido pulverizado medicadas, puede servir para reducir el eritema (enrojecimiento de la piel) y reducir edemas (hinchazón). Además, el aparato del presente invento puede ser utilizado para reducir el daño térmico indeseado a un tejido adyacente. Por ejemplo, melanocitos directos y/o adyacentes pueden no ser sustancialmente dañados térmicamente por el aparato del presente invento, atenuando así los efectos de hipo o hiper-pigmentación, que pueden ocurrir con procedimientos de exfoliación química de la técnica anterior, de abrasión dérmica (uso de cepillo de alambre), y de láser de corte térmico. El aparato del presente invento puede ser utilizado además para reducir el dolor y malestar post e intraoperativo. Por ejemplo, pueden ser atenuados la sensación de ardor y los efectos experimentados por el paciente.

E00303475

10-06-2015

Áreas relativamente pequeñas o grosores pequeños, de la piel pueden ser tratados en modos de potencia baja, en que una potencia es configurada desde aproximadamente medio a aproximadamente 1 vatio. Adicionalmente, puede ser utilizada una cantidad relativamente pequeña de fluido. Alternativamente, la energía electromagnética puede ser aplicada en un modo desfocalizado, para una disminución neta en densidad de energía sobre la superficie objetivo.

5 La entrega antes mencionada de las partículas de fluido pulverizado, que pueden comprender medicación y/o anestesia, sobre la piel durante o cerca en el tiempo a la operación de corte o ablación sirve para hidratar, relajar, medicar, y/o tratar

o medicar de otra manera el tejido. Las partículas de fluido pulverizado pueden ser entregadas en la interacción contemporáneamente con cada impulso de radiación electromagnética o, alternativamente, pueden ser entregadas continuamente a la zona de interacción.

10 Aunque la hidratación del tejido blando es beneficiosa, demasiada agua puede interferir con la ejecución óptima del procedimiento médico. Un porcentaje de las partículas de fluido pulverizado que no están dentro del trayecto de la radiación electromagnética se acumularán sobre la superficie de la superficie objetivo. Se puede utilizar succión para retirar el líquido en exceso o indeseado de la superficie objetivo o de áreas adyacentes. El tejido cortado puede ser llevado por el agua en exceso y retirado por succión. La superficie objetivo puede estar orientada de manera que la

15 gravedad drene el líquido indeseado. La succión puede adicional, o alternativamente, ser utilizada para retirar partículas atmosféricas de fluido pulverizado que no están en la zona de interacción. Uno o más canales de succión pueden estar situados en un disco de niebla, por ejemplo, para retirar partículas atmosféricas de fluido pulverizado indeseadas que no están dentro del trayecto de la energía electromagnética. Los canales de succión pueden estar situados entre los canales de salida de fluido a la misma altura, o a diferentes alturas en cuyo caso los canales de succión pueden estar situados

20 también directamente por encima o por debajo de los canales de salida de fluido. La utilización de aire húmedo antes mencionado, sólo o en combinación con partículas de fluido pulverizado, puede ayudar a atenuar una cantidad de exceso de fluido que se acumula sobre la superficie objetivo.

Aunque se han mostrado y descrito realizaciones ejemplares del invento, pueden hacerse muchos cambios, modificaciones y sustituciones por algún experto ordinario en la técnica sin salir necesariamente del marco de este

25 invento.

Claims (17)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   REIVINDICACIONES

   1. Un aparato para impartir fuerzas destructivas o perturbadoras sobre una superficie objetivo (57), que comprende:

   una primera salida construida para poner fluido por encima de una superficie objetivo; y

   una segunda salida construida para escanear una energía electromagnética por encima de la superficie objetivo;

   en que la primera salida comprende una salida de humidificación (71)

   construida para poner una capa de humedad en forma de partículas de fluido y/o de niebla por encima de una pluralidad de puntos de la superficie objetivo de manera que diferentes partes de la capa de humedad estén simultáneamente dispuestas sobre puntos diferentes de la pluralidad de puntos; y la segunda salida comprende un escáner (51, 53, 55) construido para escanear

   la energía electromagnética, por lo que la energía electromagnética es escaneada sobre las diferentes partes de la capa de humedad,

   siendo absorbida la energía electromagnética procedente del escáner por encima de la pluralidad de puntos por las diferentes partes de la capa de humedad, haciendo la absorción de la energía electromagnética por la capa de humedad que la capa de humedad se expanda por vaporización explosiva en que fuerzas destructivas son impartidas sobre la superficie objetivo, caracterizado por que el escáner (51, 53, 55) tiene un alojamiento de escaneado y

   (i)

   comprende un conjunto motor para escanear una fibra óptica de la segunda salida o

   (ii)

   comprende un motor para controlar un conjunto reflector y un conjunto de focalización o deflectores dinámicamente controlados para escanear la energía electromagnética colimada o no colimada, en que la salida de humedad está fijada al alojamiento de escaneado y el escáner está construido para escanear automáticamente la energía electromagnética dentro del alojamiento de escaneado con relación a la salida de humedad.

2. 2.

   El aparato según la reivindicación 1, en el que el escáner está construido para escanear energía electromagnética por encima de uno diferente de cada uno de las pluralidades de puntos en un momento diferente en el tiempo.

3. 3.

   El aparato según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que el escáner está construido para entregar una concentración de pico de energía electromagnética por encima de cada una de la pluralidad de puntos, siendo cada concentración de pico de energía electromagnética mayor que una concentración de energía electromagnética entregada sobre la superficie objetivo.

4. 4.

   El aparato según la reivindicación 3, en el que el escáner está construido para entregar, independientemente de si la humedad es situada por encima de la pluralidad de puntos, una concentración de pico de energía electromagnética por encima de cada uno de la pluralidad de puntos que es mayor que una concentración de energía electromagnética entregada sobre la superficie objetivo por encima de cada uno de la pluralidad de puntos.

5. 5.

   El aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 en el que:

   el escáner comprende una fibra óptica (23) que tiene una extremidad de salida; y

   la salida de humedad (71) está construida para emitir humedad sobre la extremidad de salida de la fibra óptica.
6. 6. El aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que:

   el escáner está construido para emitir energía electromagnética a lo largo de los trayectos de propagación que se extienden distalmente lejos del aparato; y

   la salida de humedad está adaptada para dirigir la humedad en direcciones que son perpendiculares a los trayectos de propagación.

7. 7.

   El aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la energía electromagnética comprende energía láser de uno de un láser de estado sólido Er, Cr:YSGG que tiene una longitud de onda de 2,78 micrones y un láser de estado sólido Er:YAG que tiene una longitud de onda de 2,94 micrones.

8. 8.

   El aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la humedad comprende uno de entre una suspensión coloidal de gotitas de agua, aire muy húmedo, vapor enfriado o frío, y vapor de agua procedente de hielo seco.

9. 9.

   El aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la humedad comprende partículas de fluido pulverizado.

10. 10.

    El aparato según la reivindicación 9, en el que la salida de humedad comprende un nebulizador. 13

11. 11.

    El aparato según la reivindicación 9, en el que la salida de humedad comprende un elemento piezoeléctrico.

12. 12.

    El aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que la salida de humedad comprende al menos un canal de succión construido para retirar al menos una parte de las partículas de fluido pulverizado emitidas por la salida de humedad.

    5 13. El aparato según la reivindicación 12, en el que el canal de succión está construido para eliminar humedad atmosférica.
13. 14. El aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que el escáner está adaptado para actuar en un primer modo en el que la salida de humedad coloca una capa de humedad por encima de una pluralidad de puntos de la superficie objetivo de manera que diferentes partes de la capa de humedad son simultáneamente dispuestas sobre

    10 puntos diferentes de la pluralidad de puntos, y está adaptado además para actuar en un segundo modo en el que la salida de humedad no pone humedad por encima de la pluralidad de puntos.
14. 15. El aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que el escáner está adaptado para actuar en un primer modo en el que la salida de humedad coloca una capa de húmeda por encima de una pluralidad de puntos de la superficie objetivo de manera que diferentes partes de la capa de humedad son simultáneamente dispuestas sobre

    15 puntos diferentes de la pluralidad de puntos, y está adaptado además para actuar en un segundo modo en el que la salida de humedad pone una cantidad reducida de humedad por encima de la pluralidad de puntos, con relación a una cantidad de humedad colocada por encima de la pluralidad de puntos por la salida de humedad en el primer modo.
15. 16. El aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, en el que la energía electromagnética comprende una longitud de onda dentro de un rango de 2,70 a 2,80 micrones.

    20 17. El aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, en el que la energía electromagnética es generada por un láser Er:YAG, un láser Er:YSGG, un láser Er,Cr:YSGG o un láser CTE:YAG.

16. 18.

    El aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, en el que la humedad comprende agua.

17. 19.

    El aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, en el que la salida de humedad comprende un pulverizador.

    25

    14