ES2618254T3

ES2618254T3 - Técnica para el tratamiento multi-pulsos fotodisruptivo de un material

Info

Publication number: ES2618254T3
Application number: ES14721882.0T
Authority: ES
Inventors: Klaus Vogler; Christof Donitzky
Original assignee: Wavelight GmbH
Current assignee: Wavelight GmbH
Priority date: 2014-05-07
Filing date: 2014-05-07
Publication date: 2017-06-21
Anticipated expiration: 2034-05-07
Also published as: BR112016023575A2; RU2661728C2; JP6431092B2; PT2953596T; EP2953596A1; CA2940302C; CN106163466A; AU2014393063A1; MX359984B; MX2016014560A; KR20160145662A; AU2014393063B2; CA2940302A1; PL2953596T3; KR101865652B1; JP2017514602A; US10159602B2; US20160166431A1; EP2953596B1; DK2953596T3

Abstract

Un aparato para procesar por láser un material, comprendiendo el aparato: una fuente de láser (14) configurada para proporcionar un haz (30) limitado en difracción de radiación láser pulsada; un dispositivo de difracción (18) configurado para difractar el haz limitado en difracción para generar un haz difractado (30diff) de radiación láser pulsada; un dispositivo de enfoque (22) configurado para enfocar el haz difractado sobre el material; y un controlador (24), configurado para controlar el haz difractado en el tiempo y el espacio para irradiar el material en una posición diana con radiación procedente de un conjunto de pulsos de radiación del haz difractado, de modo que cada uno de los pulsos de radiación procedente del conjunto de pulsos de radiación es incidente en la posición diana con una porción en sección transversal del haz difractado, incluyendo la porción en sección transversal un máximo de intensidad local del haz difractado, en donde las porciones en sección transversal del haz de al menos un subconjunto de los pulsos del conjunto incluyen en cada caso un máximo de intensidad local diferente, en donde al menos un subconjunto de máximos de intensidad local del haz difractado se distribuye a lo largo de una línea, y en donde el controlador está configurado para controlar el haz difractado para mover el haz a lo largo de la posición diana en la dirección de la línea.

Description

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DESCRIPCION

Tecnica para el tratamiento multi-pulsos fotodisruptivo de un material

La presente descripcion concierne a una tecnica para el tratamiento fotodisruptivo de un material utilizando radia- cion laser pulsada y enfocada. Mas espedficamente, la presente descripcion pertenece a un esquema multi- pulsos para generar una foto-disrupcion en un material. En determinadas realizaciones, el material es un material biologico que incluye, pero no se limita a tejido ocular humano. En otras realizaciones, el material es un material no biologico.

La foto-disrupcion se refiere a un tipo espedfico de interaccion entre un material y radiacion laser incidente en el material. La foto-disrupcion procede de un fenomeno ffsico denominado descomposicion optica inducida por laser (abreviada LIOB) y esta asociada con efectos mecanicos que incluyen, pro no se limitan a cavitacion que resulta de la formacion de plasma en el material que esta siendo irradiado con radiacion laser. La foto-disrupcion ha demostrado ser un efecto de lesion util para crear incisiones en un material transparente (es decir, transparente a la radiacion laser). Mientras que la LIOB por si misma puede estar confinada sustancialmente a la zona focal de la radiacion laser, burbujas de cavitacion inducidas por LIOB pueden expandir la zona de lesion mas alla del volu- men focal, corrompiendo las incisiones hechas en el material.

La foto-disrupcion puede verse como un proceso impulsado por la intensidad, en el que la radiacion laser incidente deberia exceder de un umbral de intensidad espedfico para provocar una foto-disrupcion en el material. El umbral de la foto-disrupcion puede depender de factores tales como el tipo de material y la longitud de onda y la anchura del pulso de la radiacion laser. La cantidad total de energia necesaria para desencadenar una foto- disrupcion se puede aplicar al material como un solo paquete o pulso de radiacion (es decir, aplicacion de un solo pulso) o a traves de una serie temporal de paquetes separados, o pulsos, de radiacion (es decir, aplicacion multi- pulso). La serie puede consistir en cualquier numero de pulsos mas de uno, y los pulsos de la serie pueden tener energias iguales o diferentes. Se ha observado que para una aplicacion multi-pulso, la energia de cada uno de los pulsos de la serie puede ser menor que la energia umbral aplicable para una aplicacion de un solo pulso (dado el mismo material, longitud de onda, anchura de pulso y dimensiones del foco), sin embargo el efecto acumulativo de la serie de pulsos puede provocar, no obstante, una foto-disrupcion. Se ha observado tambien que la dimension lesiva de la cavitacion puede ser menor para una aplicacion multi-pulso que para una aplicacion de un solo pulso, minimizando asi la zona de la lesion y potenciando la precision de corte.

Una aplicacion de doble pulso convencional comprende la generacion de una foto-disrupcion en cada uno de una pluralidad de sitios de procesamiento en un material biologico, en donde solo uno de los sitios de procesamiento es irradiado con radiacion laser poco a poco. Cada uno de los sitios de procesamiento es irradiado con un pre- pulso de energia relativamente baja y un subsiguiente pulso principal de energia relativamente mayor, en donde el pulso principal provoca que se produzca la foto-disrupcion en el sitio de procesamiento que esta siendo irradiado. Despues de la creacion de una foto-disrupcion en uno de los sitios de procesamiento, un escaner mueve un punto focal de la radiacion laser a un siguiente sitio de procesamiento para aplicar otro par de un pre-pulso y uno principal. El controlador que se da a conocer en el documento WO 99/53992 A2 no esta configurado para mover el haz a lo largo de la posicion diana en la direccion de la llnea constituida por los maximos de intensidad local del haz difracta- do.

De acuerdo con realizaciones de la presente invencion, la reivindicacion 15 comprende un metodo para procesar por laser un material no biologico.

Por lo tanto, el metodo implementa una aplicacion multi-pulsos en que la posicion diana es irradiada con radiacion procedente de una pluralidad de pulsos temporalmente compensados del haz laser. Debido a la difraccion del haz, la distribucion de la intensidad transversal de cada uno de los pulsos exhibe una pluralidad (es decir, dos o mas) de maximos locales. Una foto-disrupcion se genera irradiando el material de una manera solapante en el espacio con una pluralidad de segmentos de pulsos transversales , perteneciendo cada uno de ellos a un pulso temporalmente diferente de la radiacion laser e incluyendo cada uno solo uno de una pluralidad de maximos de intensidad locales del haz difractado. Al segmento transversal tambien se le alude en esta memoria como una porcion en seccion transversal del haz difractado. Para al menos un subconjunto del conjunto de pulsos requeri- dos para lograr una foto-disrupcion, el haz debe ser desplazado transversalmente, es decir, perpendicularmente a la direccion de propagacion del haz entre pulsos sucesivos del subconjunto. Al desplazar (o escanear) de esta manera el haz difractado en una direccion transversal, cada uno de los pulsos de al menos el subconjunto irradia la posicion diana con una porcion en seccion transversal del haz que incluye un maximo de intensidad local diferente respectivo. En determinadas realizaciones, el haz es escaneado transversalmente entre todos los pulsos del conjunto, de manera que un maximo de intensidad local abarcado por uno de los segmentos transversales no es abarcado por el otro de los segmentos transversales.

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En virtud de difractar un haz inicialmente limitado en la difraccion, se puede crear una pluralidad de haces parcia- les, estando cada uno asociado con un maximo de intensidad local diferente de la pluralidad de maximos de intensidad local del haz difractado. En determinadas realizaciones, los haces parciales pueden tener focos situa- dos en un plano x-y comun en un sistema de coordenadas x-y-z, en donde z se refiere a la direccion de propaga- cion del haz difractado y x-y se refiere a direcciones ortogonales a la direccion z. En este caso, el escaneo transversal del haz difractado permite crear una incision extendida bidimensionalmente que tiene un plano de corte que es paralelo con respecto a un plano x-y. En otras realizaciones, al menos algunos de los haces parciales pueden tener focos situados en diferentes planos x-y, es decir, tienen diferentes localizaciones z. Mas especi- ficamente, determinadas realizaciones pueden proporcionar una distribucion bidimensional en filas y columnas de los focos de los haces parciales, en donde la posicion z de los focos varia cuando se observa en una direccion de la fila de la distribucion, pero permanece constante o sustancialmente constante cuando se observa en una direccion de la columna de la distribucion. El escaneo del haz difractado transversalmente en la direccion de la columna permite crear entonces una incision extendida bidimensionalmente que tiene un plano de corte que esta inclinado con respecto a un plano x-y.

Debido al haz difractado, se puede irradiar poco a poco una pluralidad de posiciones diana con segmentos de pulsos respectivos transversales, en donde cada uno de los segmentos de pulsos transversales incluye un maximo de intensidad local diferente del haz. De esta manera, el material se puede procesar simultaneamente en una pluralidad de posiciones diana (o sitios de procesamiento) de una manera temporalmente solapante. Esto permite una reduccion del tiempo de procesamiento global, necesario para la complecion del tratamiento deseado del material, sin incrementar la velocidad del escaneo transversal del haz laser.

En determinadas realizaciones, las porciones en seccion transversal del haz de al menos el subconjunto son distintas (es decir, no solapantes) cuando se proyectan sobre un plano transversal (es decir, transversal a la direccion de propagacion del haz laser). En otras realizaciones, al menos un par de porciones en seccion transversal del haz de al menos el subconjunto son parcialmente solapantes cuando se proyectan sobre un plano transversal.

En realizaciones preferidas, el haz difractado tiene una distribucion puntual de maximos de intensidad local en una zona focal del haz. La distribucion puntual puede ser una distribucion unidimensional o una distribucion bidimensional. La distribucion unidimensional es una de una distribucion regular e irregular a lo largo de una curva, en donde la curva tiene una de curvatura cero y curvatura no cero. A una zona de curvatura cero tambien se la puede aludir como una lmea recta, mientras que una curva de curvatura no cero no es recta, es decir, esta curvada. Curvas a modo de ejemplo de curvatura no cero son una espiral y un drculo. En una distribucion regular, maximos de intensidad local adyacentes tienen una distancia sustancialmente igual uno de otro, mientras que en una distribucion irregular la distancia no es igual para todos los maximos de intensidad local de la distribucion. La distribucion bidimensional puede ser una de una distribucion de matriz y una distribucion basada en cfrculos concentricos. En determinadas realizaciones, la distribucion de la matriz es regular, es decir, los maximos de intensidad local tienen una distancia mutua sustancialmente igual en direcciones de filas y columnas de la matriz. En otras realizaciones, la distribucion de la matriz es irregular, es decir, la distancia entre maximos de intensidad local adyacentes, ya sea en la direccion de las filas o en la direccion de las columnas, no es igual en todas las partes de la matriz.

De acuerdo con la invencion, al menos un subconjunto de los maximos de intensidad local del haz difractado se distribuye a lo largo de una lmea, en donde el metodo comprende mover el haz difractado a lo largo de la posicion diana en la direccion de la lmea. La lmea puede ser una lmea recta o puede ser una lmea curvada, p. ej., una lmea curvada circularmente o una lmea curvada en espiral. Una lmea curvada puede ser util, p. ej., para la crea- cion de una incision anular o parcialmente anular (tal como, p. ej., un corte lateral en un tratamiento LASIK, en donde el corte lateral se extiende desde un corte del lecho del estroma a la superficie anterior de la cornea). En una realizacion, los maximos de intensidad local del haz difractado estan todos distribuidos a lo largo de una sola lmea. En una realizacion alternativa, el patron de distribucion de los maximos de intensidad local del haz difractado define una pluralidad de lmeas mutuamente paralelas, p. ej., en una forma de matriz o en forma de una pluralidad de cfrculos concentricos, en donde cada una de las lmeas comprende un subconjunto de maximos de intensidad local, en donde cada uno de los subconjuntos puede incluir el mismo numero o un numero diferente de maximos de intensidad local.

En determinadas realizaciones, los maximos de intensidad local distribuidos en lmea, es decir, los maximos de intensidad local que estan distribuidos a lo largo de una y la misma lmea, estan dispuestos con el fin de aumentar el valor de la intensidad, en donde un maximo de intensidad local mas pequeno es incidente en la posicion diana en un primer instante y un maximo de intensidad local mayor es incidente en la posicion diana en un segundo instante que es despues del primer instante. De esta manera, la posicion diana es irradiada con una serie tempo

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ral de paquetes de radiacion, en donde la intensidad de los paquetes de radiacion aumenta a medida que los paquetes de radiacion de la serie llegan uno tras otro.

De acuerdo con realizaciones, los maximos de intensidad local distribuidos en lmea son todos de diferentes valores de intensidad, de manera que en la serie temporal de paquetes de irradiacion que son incidentes en la posicion diana, la intensidad aumenta de paquete a paquete.

De acuerdo con otras realizaciones, los maximos de intensidad local distribuidos en lmea incluyen dos o mas maximos de un valor de intensidad sustancialmente igual. En determinadas realizaciones, los maximos de intensidad local distribuidos a lo largo de una y la misma lmea del patron de distribucion son todos de un valor de intensidad sustancialmente igual.

Independientemente de la distribucion de intensidad particular entre los maximos de intensidad local que estan dispuestos a lo largo de una lmea del patron de distribucion, la radiacion de un pulso ultimo en el tiempo en el conjunto de pulsos de radiacion provoca en determinadas realizaciones que se sobrepase un umbral para el deterioro fotodisruptivo del material. En otras palabras, el que la posicion diana sea irradiada con un conjunto de pulsos de radiacion de intensidades mutuamente diferentes o que sea irradiada con un conjunto de pulsos de radiacion de intensidad sustancialmente igual, el pulso ultimo en el tiempo del conjunto tiene en este tipo de realizaciones el efecto de que se sobrepasa un umbral multi-pulsos para la creacion de una foto-disrupcion en el material.

Se ha indicado antes que el umbral de intensidad de un solo pulso para lograr el deterioro a traves de la foto- disrupcion puede ser diferente para diferentes materiales. De acuerdo con realizaciones de la presente invencion, cada uno de los maximos de intensidad local del haz difractado se encuentra por debajo de un umbral de intensidad de un solo pulso para una descomposicion optica inducida por laser en tejido ocular humano. El umbral de intensidad de un solo pulso es un umbral aplicable para la generacion de una LIOB y una foto-disrupcion resultan- te en tejido ocular humano a traves de un solo pulso de radiacion laser. El tejido ocular humano incluye, pero no se limita a uno de tejido de la cornea, tejido de la lente y tejido retinal.

De acuerdo con realizaciones, el metodo de la presente invencion comprende: mover el haz difractado a traves del material transversalmente con respecto a una direccion de propagacion del haz de acuerdo con un patron de disparo predeterminado para suministrar un pulso de radiacion laser al material en relacion con cada una de las posiciones de disparo, en donde una distancia entre posiciones de disparo adyacentes se corresponde con una distancia entre maximos de intensidad local adyacentes de la distribucion puntual.

En determinadas realizaciones, la radiacion de un pulso ultimo en el tiempo en el conjunto de pulsos de radiacion tiene la intensidad mas alta entre el conjunto. Espeaficamente, la radiacion de un pulso ultimo en el tiempo en el conjunto puede comprender un maximo de intensidad global del haz difractado.

El conjunto de pulsos de radiacion utilizado para irradiar el material para generar una foto-disrupcion en la posicion diana puede consistir en cualquier numero de pulsos mayor que uno. Por ejemplo, el conjunto puede consistir en dos, tres, cuatro o cinco pulsos. En otras realizaciones, el conjunto puede comprender un numero de pulsos sustancialmente mayor. Por ejemplo, el numero de pulsos puede estar en el intervalo de dos digitos o tres digitos.

Los pulsos de la radiacion laser pueden tener una anchura de pulso dentro del intervalo de attosegundos, femto- segundos, picosegundos o nanosegundos.

En determinadas realizaciones, maximos de intensidad local adyacentes en el espacio del haz difractado tienen una distancia de no mas de 20 pm o 15 pm o 10 pm u 8 pm o 6 pm o 5 pm o 4 pm o 3 pm o 2 pm en una zona focal del haz.

En otro aspecto, realizaciones de la presente invencion proporcionan un aparato para el procesamiento por laser de un material, tal como se indica en la reivindicacion 1.

El dispositivo de difraccion puede incluir una rejilla optica para difractar el haz de laser. Adicional o alternativa- mente, el dispositivo de difraccion puede incluir una o mas de otras estructuras de difraccion que incluyen, pero no se limitan a una abertura, un bisturi, un modulador acustico optico y un holograma (p. ej., un holograma bidimensional o tridimensional). En determinadas realizaciones, el dispositivo de difraccion incluye un DOE (Elemento Optico Difractivo) que tiene una superficie micro-estructurada para su funcion optica.

Todavia otro aspecto de la presente descripcion proporciona un producto de programa de ordenador que comprende instrucciones que, cuando son ejecutadas por un controlador de un aparato laser, determinan que se lleve a cabo el metodo anterior.

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Aun otro aspecto de la presente invencion proporciona un medio de almacenamiento de informacion (tal como un disco, una tarjeta de almacenamiento o una tarjeta de memoria) en el que se almacena el producto de programa de ordenador anterior.

La invencion se explicara con mayor detalle en lo que sigue con referencia a los dibujos que se acompanan, en los que:

La Fig. 1 ilustra esquematicamente componentes de un aparato para el tratamiento quirurgico por laser de un material diana de acuerdo con una realizacion; y

La Fig. 2 ilustra esquematicamente relaciones a modo de ejemplo entre posiciones diana para la irradiacion por laser y una distribucion de la intensidad transversal de un haz laser enfocado emitido por el aparato de la Fig. 1.

La Fig. 1 muestra un aparato laser para procesar un material diana utilizando radiacion laser enfocada y pulsada, designandose el aparato generalmente con 10. En una situacion a modo de ejemplo, que se ilustra en la Fig. 1, el aparato 10 se utiliza para realizar una cirugia por laser de un ojo humano 12 como puede ser necesario en el caso de una vision defectuosa o una enfermedad del ojo 12. Por ejemplo, el aparato 10 puede utilizarse para crear una o mas incisiones en tejido de la cornea, tejido de la lente, bandas vftreas o tejido retinal del ojo 12. Incisiones de este tipo pueden ser necesarias como parte de una operacion destinada a mejorar la vision de un paciente a traves de una correccion refractiva. Un ejemplo de un tipo de cirugia ocular refractiva es LASIK (quera- tomileusis in-situ por laser). Huelga decir que la aplicabilidad del aparato 10 no esta limitada a generar incisiones en el ojo 12 en el curso de una operacion de LASIK. Utilizando el aparato 10 se pueden realizar igualmente otros tipos de operacion quirurgica del ojo que requieren la creacion de una o mas incisiones en el ojo 12, incluyendo estos otros tipos de operacion, pero no limitados a extraccion de la lentfcula intracorneal, queratoplastia (lamelar o penetrante), cirugia de cataratas, etc. Ademas de ello, el aparato 10 puede ser util para el procesamiento por laser de un material no vivo tal como en una aplicacion foto-litografica.

El aparato 10 puede ser particularmente util para aplicaciones que requieren una o mas secuencias de foto- disrupciones yuxtapuestas a generar en el material diana en cada uno de uno o mas planos x-y en un sistema de coordenadas x-y-z del aparato de laser 10. Tal como se utiliza en esta memoria, z se refiere a la direccion longitudinal del haz y x-y se refiere a un plano transversal con respecto a la direccion de propagacion del haz. La se- cuencia puede ser una secuencia rectilmea o una secuencia curvada. Una secuencia rectilmea de foto- disrupciones se puede crear cada vez que el foco del haz se mueve a lo largo de una porcion de trayectoria rectilmea de una trayectoria de escaneo sinuosa que incluye una pluralidad de porciones de trayectoria rectilmea que se extienden en paralelo entre si, en donde las adyacentes de las porciones de trayectoria rectilmeas estan conectadas terminalmente por una porcion de trayectoria inversa. Un patron de escaneo sinuoso puede ser util para generar una incision que se extiende bidimensionalmente en un plano x-y, p. ej., un corte de lecho para un colgajo de LASIK, en donde el corte del lecho define un lecho estromal del colgajo. A la inversa, una secuencia curvada de foto-disrupciones se puede crear a medida que el foco del haz es movido en un plano x-y a lo largo de una lmea curvada, p. ej., una lmea circular, segun sea necesario para generar en una operacion de LASIK una incision lateral que se extiende desde un borde periferico del corte del lecho a la superficie anterior de la cornea.

El aparato 10 comprende una fuente de laser 14, un expansor 16 del haz, un dispositivo de difraccion 18, un escaner 20, un objetivo de enfoque 22, una unidad de control 24, una memoria 26 y un programa de control 28 almacenado en la memoria 26 para controlar el funcionamiento de la unidad de control 24.

La superficie del laser genera un haz de laser 30 limitado en la difraccion, constituido por un tren regular (es decir, periodico) de pulsos 32 de radiacion laser. Como se puede ver por la ilustracion esquematica de varios de los pulsos de laser 32, en la Fig. 1 la distribucion de la intensidad espacial (es decir, transversal) de los pulsos de laser 32 es gaussiana o proxima a gaussiana e incluye un solo maximo de intensidad. La longitud de onda de la radiacion laser generada por la fuente de laser 14 se selecciona adecuadamente para asegurar que la radiacion emitida por el aparato 10 pueda penetrar lo suficientemente en el tejido diana del ojo 12 (o, mas en general, el material diana) para alcanzar una LIOB y una foto-disrupcion resultante a traves de una aplicacion multi-pulsos. Para el tratamiento del ojo humano, por ejemplo, la longitud de onda del laser puede estar en un intervalo infrarro- jo entre aproximadamente 700 nm y aproximadamente 1900 nm, o puede estar en un intervalo ultravioleta por encima de aproximadamente 300 nm. Otras longitudes de onda pueden ser adecuadas para el tratamiento de otros materiales. La anchura de pulso de los pulsos generados por la fuente de laser 14 puede estar en cualquier punto entre attosegundos y nanosegundos y, por ejemplo, en un intervalo de femtosegundos de dos digitos o tres digitos.

El expansor 16 del haz expande el haz de laser 30 de una manera generalmente conocida per se, utilizando, p. ej., un telescopio de Galilei que comprende una lente divergente y una lente convergente dispuestas aguas abajo

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de la lente divergente con respecto a la direccion de propagacion del haz de laser 30. La salida del haz de laser

expandido procedente del expansor 16 del haz se designa con 30exp en la Fig. 1 y esta comprendida por tren

periodico de pulsos de laser 32exp. Tal como se ilustra esquematicamente en la Fig. 1, los pulsos de laser 32exp del haz de laser expandido 30exp tienen un area en seccion transversal mayor, pero una intensidad maxima menor

que los pulsos de laser 32 del haz de laser 30 limitado en difraccion.

El dispositivo de difraccion 18 es eficaz para difractar el haz de laser expandido 30exp para generar un haz de laser difractado 30diff. El haz de laser difractado 30diff esta compuesto por un tren regular de pulsos de laser difrac- tados 32diff. Tal como se ilustra esquematicamente en la Fig. 1, los pulsos de laser difractados 32diff tienen cada uno una distribucion de la intensidad en el espacio (es decir, transversal) que muestra una pluralidad de maximos de intensidad local 36i (adoptando el indice i valores de 1 a N, en donde N indica el numero total de maximos de intensidad local del pulso de laser difractado 32diff). El patron de difraccion, es decir, la distribucion de la intensidad transversal, es el mismo para todos los pulsos difractados 32diff del tren. Como es facil entender, un par de maximos de intensidad local espacialmente adyacentes estara separado por un mmimo de intensidad local (no designado especficamente en los dibujos).

En el caso a modo de ejemplo mostrado en la Fig. 1, los pulsos difractados 32diff tienen cada uno un total de dos maximos de intensidad local 361, 362. Ha de entenderse que el aparato 10 no pretende quedar limitado a generar pulsos de laser difractados que tengan exactamente dos maximos de intensidad. En su lugar, el dispositivo de difraccion 18 puede estar configurado para generar pulsos de laser difractados que tengan cualquier numero de maximos de intensidad local mayor que dos, p. ej., tres, cuatro, cinco o seis maximos de intensidad. Estos maxi- mos pueden tener un patron de difraccion unidimensional tal como, p. ej., a lo largo de una lmea recta, o un patron de distribucion bidimensional tal como, p. ej., un patron de matriz.

En el caso a modo de ejemplo mostrado en la Fig. 1, los maximos de intensidad local 361, 362 de cada uno de los pulsos difractados 32dm tienen diferentes intensidades. Ha de entenderse que en otras realizaciones, los maximos de intensidad local 361, 362 pueden ser de una intensidad sustancialmente igual. En general, e independientemen- te del numero total de maximos de intensidad local, el haz difractado 30diff puede tener una distribucion de la intensidad en seccion transversal que exhiba dos o mas maximos de intensidad local de magnitud sustancialmen- te igual y, alternativa o adicionalmente, dos o mas maximos de intensidad local de magnitudes desiguales.

El dispositivo de difraccion 18 incluye al menos un miembro de difraccion que tiene un efecto difractivo para la radiacion laser a medida que la radiacion atraviesa el miembro de difraccion. Un miembro de difraccion a modo de ejemplo que se puede utilizar en el dispositivo de difraccion 18 es un elemento optico difractivo (DOE) que se entiende comunmente como un elemento optico que tiene un sustrato transparente (p. ej., un sustrato de vidrio) que ha sido disenado a traves de un proceso foto-litografico para que tenga una o mas estructuras de micro-rejilla que son eficaces para convertir un patron de haz original en un patron de haz diferente. Por ejemplo, el dispositivo de difraccion 18 se puede configurar para convertir el patron de haz transversal (es decir, x-y) del haz de laser 30exp en un patron de lmea de puntos o en un patron de matriz de puntos del haz difractado 30diff, en donde cada uno de los puntos de los patrones de difraccion incluye un maximo de intensidad local del haz difractado 30diff. Un elemento optico holografico (HOE) es otro ejemplo de un miembro de difraccion que es util para lograr el efecto de difraccion deseado para la radiacion laser.

En realizaciones no mostradas espedficamente en esta memoria, el dispositivo de difraccion 18 puede estar dispuesto aguas arriba del expansor 16 del haz.

El objetivo de enfoque 22 enfoca el haz difractado 30diff, resultando un haz de laser enfocado 30foc (esquematicamente indicado por las lmeas de puntos en la Fig. 1). El objetivo de enfoque 22 puede ser, p. ej., de un tipo F- Theta y puede ser un objetivo de una sola lente o un objetivo multi-lentes. El haz de laser enfocado 30foc esta constituido por un tren periodico de pulsos de laser enfocados 32foc, uno de los cuales se muestra esquematicamente para fines de ilustracion en la Fig. 1. La tasa de repeticion de los pulsos de laser enfocados 32foc emitidos por el aparato 10 esta en el intervalo de kHz, MHz o GHz y, por ejemplo, en un intervalo de 50 kHz a 5 MHz o de 5 MHz a 50 MHz o de 50 MHz a 100 MHz o de 100 MHz a 500 MHz o hasta un intervalo de 1 GHz o mayor.

El aparato 10 esta equipado con una estructura de escaneo adecuada para permitir el ajuste longitudinal de la posicion del foco del haz laser enfocado 30foc en la direccion z (es decir, en la direccion de la propagacion del haz) y para permitir el ajuste transversal de la posicion del foco en un plano x-y. Para el escaneo x-y del foco del haz, el escaner 20 puede incluir, de una manera generalmente conocida per se en la tecnica, un par de espejos de escaneo 37 que estan dispuestos para poder ser inclinados en torno a ejes de inclinacion mutuamente ortogona- les, tal como se indica esquematicamente en la Fig. 1, dentro del recuadro que representa el escaner 20. Para el escaneo z del foco del haz, el expansor 16 del haz puede incluir un elemento optico (no mostrado en los dibujos), configurado para ser ajustable de manera adecuada, con el fin de imponer un grado variable de divergencia al haz

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de laser expandido 30exp. Un elemento optico de este tipo puede estar constituido, p. ej., por una lente de poder refractario variable o una lente dispuesta para ser ajustable posicionalmente en la direccion de propagacion del haz. En diferentes realizaciones, otras partes del aparato 10 tales como, por ejemplo, el escaner 20 o el objetivo de enfoque 22 pueden estar equipadas con una capacidad de escaneo z.

La unidad de control 24 controla el funcionamiento global del aparato 10 bajo el control del programa de control 28, y particularmente controla el funcionamiento de la fuente de laser 14 y la estructura de escaneo del aparato 10, incluyendo el escaner 20. El programa de control 28 define un patron de disparo que consiste en una plurali- dad de posiciones de disparo, representada cada una por un conjunto de valores de coordenadas x, y y z en el sistema de coordenadas x-y-z del aparato 10, en donde el patron de disparo esta disenado de manera que resulte una incision de una geometria deseada en el ojo 12. Cada una de las posiciones de disparo corresponde a la emision de un disparo laser (es decir, un pulso enfocado 32foc) por parte del aparato 10.

A medida que el foco del haz enfocado 30foc se mueve en la direccion transversal (es decir, en un plano x-y) a traves de una region diana del ojo 12 (region diana que puede estar en una superficie exterior del ojo 12 o dentro del ojo 12) de acuerdo con el patron de disparo, la misma ubicacion sobre o en el ojo 12 es sucesivamente irra- diada con radiacion procedente de una pluralidad de pulsos enfocados 32foc, y se genera una foto-disrupcion en el tejido del ojo en la ubicacion como un efecto acumulativo de la deposicion de energia procedente del compuesto de pulsos del sub-umbral en el tejido. Esto se explica con mayor detalle a continuacion con referencia adicional a la Fig. 2.

La Fig. 2 muestra., a modo de un ejemplo no limitante, un boceto de un corte del lecho 38 en un plano x-y. El corte del lecho 38 es una incision que se extiende bidimensionalmente en un plano x-y, y puede servir para definir un lecho del estroma para un colgajo de la cornea que se crea en la cornea del ojo 12 en el curso de un proceso LASIK. 38a designa una lmea de bisagra a lo largo de la cual el colgajo permanece conectado con el tejido corneal circundante, de manera que el colgajo se puede plegar a un lado para dejar al descubierto el tejido corneal subyacente para la subsiguiente separacion de un volumen predefinido de tejido utilizando radiacion laser UV (p. ej., radiacion laser de excimeros). Para generar el corte del lecho 38, se ha de efectuar una foto-disrupcion en cada uno de una pluralidad de sitios de lesion yuxtapuestos en un plano x-y, de modo que la lesion del tejido asociada con la pluralidad de foto-disrupciones resulta en la creacion del corte del lecho 38.

Una parte del patron de disparo del haz para crear el corte del lecho 38 se visualiza esquematicamente en la Fig. 2 en el lado de la derecha del corte del lecho 38 e incluye posiciones de disparo 40 dispuestas en un estilo de matriz en filas y columnas. La Fig. 2 muestra esquematicamente, ademas, cuatro patrones de puntos 42a, 42b, 42c, 42d a modo de ejemplo del haz enfocado 30foc. Los patrones de puntos 42a, 42b, 42c, 42d son una herra- mienta grafica para representar la distribucion de la energia x-y (y, por lo tanto, el patron del haz x-y) del haz enfocado 30foc en la zona del foco del haz , la mayor parte, si no toda, la energia esta concentrada en las regiones representadas por los puntos (“regiones de puntos”) y una poca, si no toda, la energia de radiacion se encuentra fuera de estas regiones. Cada uno de los patrones de puntos 42a, 42b, 42c, 42d corresponde a una configura- cion diferente del dispositivo de difraccion 18 del aparato 10. Cada uno de los puntos de un patron de puntos representa un segmento en seccion transversal (es decir, x-y) distinto del haz enfocado 30foc y puede indicar un maximo de intensidad local 36i respectivo del haz enfocado 30foc. En el ejemplo ilustrado, diferentes colores de los puntos de un patron de puntos representan diferentes intensidades de los maximos de intensidad local 36i de las regiones de puntos y/o pueden representar diferentes energias de las regiones de puntos. Mas especficamen- te, en los casos del ejemplo ilustrados de la Fig. 2 un punto negro representa un maximo de intensidad local 36i de intensidad mayor y/o una mayor energia que un punto gris, y un punto gris representa un maximo de intensidad local 36i de intensidad mayor y/o una mayor energia que un punto blanco.

Los patrones de puntos 42a, 42b estan configurados cada uno como un patron de lmea de puntos, es decir, sus puntos estan distribuidos a lo largo de una sola lmea, que es una lmea recta en los casos de ejemplo ilustrados. Para los patrones de puntos 42a, 42b el haz enfocado 30foc incluye en cada caso un total de tres maximos de intensidad local 36i, resultando un total de tres puntos para cada uno de los patrones 42a, 42b. En el patron de puntos 42a, los puntos representan maximos de intensidad local 36i de diferentes intensidades, tal como se indica por los diferentes colores de los puntos del patron de puntos 42a. Una distribucion 44a de la intensidad transversal a modo de ejemplo asociada se representa en la Fig. 2 en el lado de la derecha del patron de puntos 42a. Como se puede ver, la distribucion 44a de la intensidad exhibe maximos de intensidad local 361, 362, 363 de diferentes intensidades.

A la inversa, en el patron de puntos 42b, los puntos representan maximos de intensidad local 36i de la misma, o sustancialmente la misma intensidad, tal como se indica por los mismos colores para todos los puntos del patron de puntos 42b. Una distribucion 44b de la intensidad transversal a modo de ejemplo asociada se representa en la

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Fig. 2 en el lado de la derecha del patron de puntos 42b. Como se puede ver, la distribucion 44b de la intensidad exhibe maximos de intensidad local 36i, 362, 363 de igual intensidad.

Los patrones de puntos 42c, 42d estan configurados cada uno como un patron de matriz de puntos, es decir, sus puntos estan dispuestos en una matriz m x n que tiene un numero m de filas y un numero n de columnas (en donde m y n son numeros enteros mayores que 1). Espedficamente, el patron de puntos 42c es una matriz 3 x 5 de puntos, y el patron de puntos 42d es una matriz 3 x 3 de puntos. Dentro de una fila de la matriz, el haz enfo- cado 30foc puede tener maximos de intensidad local de igual intensidad (como en el caso del diseno de puntos 42c) o de diferentes intensidades (como en el caso del patron de puntos 42d). Sin embargo, cada una de las filas representa la misma, o sustancialmente la misma distribucion de intensidades que cualquier otra fila de la matriz.

En determinadas realizaciones, la seccion transversal x-y del haz enfocado 30foc en la zona focal del mismo exhibe una concentracion de energia a segmentos circulares tal como se ilustra por la forma circular de los puntos mostrados en la Fig. 2. No obstante, debe senalarse que el alcance de la presente descripcion no pretende en modo alguno quedar limitado a estas realizaciones y que el haz enfocado 30foc puede exhibir en su zona focal cualquier distribucion de energia x-y adecuada que venga con una pluralidad de maximos de intensidad local dispersados en el espacio. El concepto de un patron de puntos del haz enfocado 30foc se utiliza solo en esta memoria con el fin de facilitar la comprension de la invencion, y particularmente el concepto de crear una foto- disrupcion en un material diana al superponer en el espacio la radiacion procedente de segmentos transversales al menos parcialmente no solapantes de pulsos temporalmente sucesivos de una haz laser difractado.

El diametro de cada una de las regiones de puntos puede estar entre 1 pm y 10 pm o entre 2 pm y 8 pm o entre 3 pm y 6 pm, y puede ser sustancialmente igual al diametro del foco de un haz no difractado que puede ser genera- do por el aparato 10 despues de la separacion del dispositivo de difraccion 18.

La distancia mutua de posiciones de disparo 40 adyacentes del patron de disparo en un plano x-y se designa con d1 en la Fig. 2 y esta, p. ej., en un intervalo entre 1 pm y 10 pm o entre 2 pm y 8 pm o entre 3 pm y 6 pm. La distancia mutua de maximos de intensidad local 36i adyacentes del haz enfocado 30foc (en la zona del foco del haz) en un plano x-y se designa con d2 en la Fig. 2 y es sustancialmente igual a la distancia d1. Una trayectoria de escaneo x-y del haz enfocado 30foc se puede definir como una trayectoria de escaneo sinuosa tal como se representa esquematicamente en 46 en la Fig. 2, en donde la trayectoria de escaneo sinuosa 46 incluye partes 46a de trayectoria rectilmea mutuamente paralelas conectadas por partes 46b de trayectoria inversa.

Por consiguiente, a medida que el haz enfocado 30foc se mueve a traves de las posiciones de disparo 40 en un plano x-y de acuerdo con una trayectoria de escaneo pre-definida tal como, p. ej., la trayectoria de escaneo sinuosa 46, la misma ubicacion sobre o en el ojo 12 es irradiada sucesivamente con radiacion procedente de diferentes partes en seccion transversal del haz procedente de un conjunto de pulsos del haz enfocado 30foc. Por ejemplo, considerando un patron de difraccion del haz enfocado 30foc correspondiente al patron 42a de la lmea de puntos, un primer pulso del haz enfocado 30foc irradia el ojo 12 en una ubicacion espedfica asociada con una de las posiciones de disparo 40 con radiacion procedente de uno de los puntos, p. ej., el punto blanco de la izquierda que representa la intensidad de pico mas baja entre los puntos del patron de puntos 42a. A medida que el haz enfocado 30foc se mueve la distancia d1 entre pulsos sucesivos de acuerdo con la trayectoria de escaneo pre- definida, un subsiguiente segundo pulso del haz enfocado 30foc aplica radiacion de otro punto del haz enfocado 30foc, p. ej., el punto gris del medio que representa la intensidad del pico, a la misma ubicacion, es decir, la misma posicion de disparo 40. Dado que el haz enfocado 30foc es movido despues de ello todavia otra vez en la distancia d1 de acuerdo con la trayectoria de escaneo pre-definida, un tercer pulso del haz enfocado 30foc aplica radiacion desde un tercer punto, p. ej., el punto negro de la derecha que representa la intensidad de pico mas alta, a la misma ubicacion del ojo 12 y finalmente provoca una foto-disrupcion en el tejido del ojo en la posicion de disparo 40 correspondiente. Se aplican consideraciones similares cuando el haz enfocado 30foc tiene una distribucion energia/intensidad correspondiente al patron de puntos 42b.

De este modo, se puede implementar una aplicacion multi-pulsos utilizando el haz enfocado 30foc difractado. La foto-disrupcion resulta de la deposicion de energia procedente de diferentes porciones en seccion transversal del haz enfocado 30foc en el material irradiado a lo largo de una serie de pulsos del haz. El umbral necesario para provocar la foto-disrupcion se puede alcanzar utilizando porciones en seccion transversal del haz de diferente intensidad/energia del pico (como en el caso, p. ej., del patron de puntos 42a) o porciones en seccion transversal del haz de intensidad/energia del pico sustancialmente igual (como en el caso, p. ej., del patron de puntos 42b). En realizaciones preferidas, el ultimo pulso de la serie de pulsos que inciden en una ubicacion espedfica del material irradiado desencadena finalmente la foto-disrupcion en el material. En otras palabras, el umbral aplicable para la foto-disrupcion solo se sobrepasa en realizaciones con la llegada del ultimo pulso de la serie.

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Debido al hecho de que el haz enfocado 30foc es un haz difractado que tiene su ene^a esparcida por una zona que cubre una pluralidad de posiciones de disparo 40, y debido adicionalmente al hecho de que el haz enfocado 30foc es movido en un plano x-y entre pulsos sucesivos en solo la distancia d1, una pluralidad de posiciones de disparo 40 puede ser irradiada poco a poco con radiacion procedente del haz enfocado 30foc. Para una tasa de repeticion de pulsos dada del haz enfocado 30foc y una velocidad de escaneo x-y del haz dada, esto permite reducir el tiempo global necesario para generar una incision deseada (p. ej., el corte del lecho 38 o un corte posterior o anterior para una lentfcula intra-corneal (no mostrado)), en comparacion con una aplicacion multi- pulsos convencional que utiliza un haz laser limitado en la difraccion para colocar una pluralidad de pulsos sucesi- vos en la misma posicion de disparo antes de escanear el haz a una posicion de disparo adyacente.

Una reduccion adicional del tiempo de procesamiento global se puede conseguir difractando el haz laser para generar un patron de puntos de la matriz tal como el patron 42c o el patron 42d. Un patron de puntos bidimensional tal como el patron 42c o el patron 42d permite alcanzar una irradiacion del material diana simultaneamente en las posiciones de disparo 40 en una pluralidad de lineas paralelas, de modo que la altura (distancia) entre porcio- nes 46a de trayectoria rectilinea adyacentes de la trayectoria de escaneo sinuosa 40 puede aumentar de manera correspondiente al numero de lmeas de las posiciones de disparo 40 cubiertas por el patron de puntos de la matriz. Se puede generar un patron de puntos bidimensional tal como el patron 42c o 42d, p. ej., utilizando una rejilla optica bidimensional o un holograma.

En los patrones de puntos 42c, 42d, cada una de las regiones de puntos puede representar un haz parcial del haz difractado, en donde cada uno de los haces parciales tiene un foco asociado. De acuerdo con determinadas realizaciones, los focos de los haces parciales tienen todos la misma, o sustancialmente la misma posicion z. De acuerdo con otras realizaciones, los focos de los haces parciales no estan todos en el mismo plano x-y. Por ejemplo, en el patron de puntos 42d la posicion del foco puede ser constante en la direccion z cuando uno se mueve de haz parcial a haz parcial en una direccion de la fila de la matriz (es decir, horizontalmente en el dibujo), mientras que la posicion del foco puede variar en la direccion z cuando uno se mueve de haz parcial a haz parcial en una direccion de la columna de la matriz (es decir, verticalmente en el dibujo). Asi, mientras que los haces parciales asociados con un triplete de puntos blancos, grises y negros procedente de la misma fila de la matriz pueden tener sus focos localizados en la misma posicion z, los haces parciales asociados con los tres puntos negros pueden tener diferentes posiciones z de sus focos (y similarmente para los haces parciales asociados con los tres puntos grises y los haces parciales asociados con los tres puntos blancos).

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Un aparato para procesar por laser un material, comprendiendo el aparato:

una fuente de laser (14) configurada para proporcionar un haz (30) limitado en difraccion de radiacion laser pulsa- da;

un dispositivo de difraccion (18) configurado para difractar el haz limitado en difraccion para generar un haz difractado (30diff) de radiacion laser pulsada;

un dispositivo de enfoque (22) configurado para enfocar el haz difractado sobre el material; y

un controlador (24), configurado para controlar el haz difractado en el tiempo y el espacio para irradiar el material en una posicion diana con radiacion procedente de un conjunto de pulsos de radiacion del haz difractado, de modo que cada uno de los pulsos de radiacion procedente del conjunto de pulsos de radiacion es incidente en la posicion diana con una porcion en seccion transversal del haz difractado,

incluyendo la porcion en seccion transversal un maximo de intensidad local del haz difractado, en donde las porciones en seccion transversal del haz de al menos un subconjunto de los pulsos del conjunto incluyen en cada caso un maximo de intensidad local diferente, en donde al menos un subconjunto de maximos de intensidad local del haz difractado se distribuye a lo largo de una lmea, y en donde el controlador esta configurado para controlar el haz difractado para mover el haz a lo largo de la posicion diana en la direccion de la lmea.
2. El aparato de la reivindicacion 1, en el que las porciones en seccion transversal del haz de al menos el subconjunto son distintas cuando se proyectan sobre un plano transversal o al menos un par de las porciones en seccion transversal del haz de al menos el subconjunto son parcialmente solapantes cuando se proyectan sobre un plano transversal.
3. El aparato de una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en el que el haz difractado tiene una distribucion puntual de maximos de intensidad local en una zona focal del haz.
4. El aparato de la reivindicacion 3, en el que la distribucion puntual es una distribucion unidimensional, en donde, en particular, la distribucion unidimensional es una de una distribucion regular e irregular a lo largo de una curva, en donde la curva tiene una de curvatura cero y curvatura no cero.
5. El aparato de la reivindicacion 3, en el que la distribucion puntual es una distribucion bidimensional, en donde, en particular, la distribucion bidimensional es una de una distribucion de matriz y una distribucion basada en drculos concentricos.
6. El aparato de la reivindicacion 1, en el que los maximos de intensidad local distribuidos a lo largo de la lmea incluyen dos o mas maximos de diferentes valores de intensidad.
7. El aparato de la reivindicacion 6, en el que los maximos de intensidad local distribuidos a lo largo de la lmea estan dispuestos con el fin de aumentar el valor de la intensidad, en donde un maximo del valor de intensidad mas pequeno es incidente en la posicion diana en un primer instante y un maximo de valor de intensidad mayor es incidente en la posicion diana en un segundo instante que es despues del primer instante, y/o

en el que los maximos de intensidad local distribuidos a lo largo de la lmea incluyen dos o mas maximos de valores de intensidad sustancialmente iguales.
8. El aparato de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que cada uno de los maximos de intensi- dad local del haz difractado se encuentra por debajo de un umbral de intensidad de un solo pulso para una des- composicion optica inducida por laser en tejido ocular humano.
9. El aparato de una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 8, en el que el controlador esta configurado para controlar el haz difractado para mover el haz a traves del material, transversalmente con respecto a una direccion de propagacion del haz de acuerdo con un patron de disparo predeterminado para generar una foto-disrupcion en cada una de una pluralidad de posiciones de disparo definidas por el patron de disparo,

en el que una distancia entre posiciones de disparo adyacentes corresponde a una distancia entre maximos de intensidad local adyacentes de la distribucion puntual.
10. El aparato de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que la radiacion de un pulso ultimo en el tiempo en el conjunto de pulsos de radiacion tiene la intensidad mas alta entre el conjunto, en donde, en particu

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lar, la radiacion del pulso ultimo en el tiempo en el conjunto comprende un maximo de intensidad global del haz difractado.
11. El aparato de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que el conjunto consiste en dos o mas pulsos de radiacion, y/o en donde el dispositivo de difraccion incluye al menos una abertura, un bisturi, un modu- lador acustico optico, un elemento optico difractivo, una rejilla optica y una rejilla holografica.
12. El aparato de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que la radiacion laser tiene una dura- cion del pulso en el intervalo de attosegundos, femtosegundos, picosegundos o nanosegundos, y/o en el que maximos de intensidad local adyacentes del haz difractado tienen una distancia menor que 20 pm o 15 pm o 10 pm u 8 pm o 6 pm o 5 pm o 4 pm o 3 pm o 2 pm en una zona focal del haz.
13. Un producto de programa de ordenador que comprende instrucciones que, cuando son ejecutadas por un controlador de un aparato de laser, determinan que se lleve a cabo un metodo tal como se define en la reivindicacion 15.
14. Un medio de almacenamiento de information que almacena un producto de programa de ordenador tal como se define en la reivindicacion 13.
15. Un metodo de procesamiento por laser de un material no biologico, comprendiendo el metodo: proporcionar un haz limitado en la difraccion de radiacion laser pulsada;

difractar el haz limitado en la difraccion para generar un haz difractado (30diff) de radiacion laser pulsada; y enfocar el haz difractado sobre el material; caracterizado por

controlar el haz difractado en el tiempo y el espacio para irradiar el material en una position diana con radiacion proce- dente de un conjunto de pulsos de radiacion del haz difractado, de modo que cada uno de los pulsos de radiacion procedente del conjunto de pulsos de radiacion es incidente en la posicion diana con una portion en section transversal del haz difractado,

incluyendo la porcion en seccion transversal un maximo de intensidad local del haz difractado, en donde las porciones en seccion transversal del haz de al menos un subconjunto de los pulsos del conjunto incluyen en cada caso un maximo de intensidad local diferente, en el que al menos un subconjunto de los maximos de intensidad local del haz difractado se distribuye a lo largo de una lmea, en donde controlar el haz difractado incluye mover el haz a lo largo de la posicion diana en la direction de la hnea.