ES2838223T3 - Aparato para trepanación láser por patrones mediada por plasma de la cápsula del cristalino y facosegmentación tridimensional - Google Patents

Abstract

Sistema quirúrgico oftálmico para crear cortes quirúrgicos en un ojo que tiene una cápsula del cristalino y un núcleo del cristalino dentro de la cápsula del cristalino; comprendiendo el sistema: una fuente (10, LS) de láser configurada para suministrar un haz (11) de láser que comprende una pluralidad de impulsos de láser; un dispositivo de tomografía de coherencia óptica (OCT) configurado para generar una imagen del tejido ocular a partir de la cual puede identificarse la cápsula del cristalino y el núcleo del cristalino del tejido ocular; un sistema de suministro para enfocar el haz (11) de láser sobre el tejido ocular, incluyendo el sistema de suministro uno o más elementos ópticos móviles, pudiendo funcionar el sistema de suministro para enfocar el haz de láser en un punto focal dentro del ojo y controlar la ubicación del punto focal para crear cortes dentro de la corteza del cristalino y el núcleo del cristalino; y un controlador (12, CPU) acoplado operativamente con el dispositivo de tomografía de coherencia óptica (OCT), la fuente de láser y el sistema de suministro y configurado para determinar parámetros incluyendo los límites axiales superior e inferior de los planos focales para cortar la cápsula del cristalino y la segmentación de la corteza del cristalino y el núcleo del cristalino basándose en la imagen generada del tejido ocular y para controlar el sistema de suministro para escanear el haz de láser de manera que el punto focal del haz de láser se escanea en un patrón a múltiples profundidades dentro de la corteza del cristalino y el núcleo del cristalino para segmentar la corteza del cristalino y el núcleo del cristalino en fragmentos.

Description

DESCRIPCIÓN

Aparato para trepanación láser por patrones mediada por plasma de la cápsula del cristalino y facosegmentación tridimensional

Campo de la invención

La presente invención se refiere a sistemas quirúrgicos oftálmicos.

Antecedentes de la invención

La extracción de cataratas es uno de los procedimientos quirúrgicos realizados con más frecuencia en el mundo, con estimaciones de 2,5 millones de casos que se realizan anualmente en los Estados Unidos y 9,1 millones de casos en todo el mundo. Se espera que aumente hasta aproximadamente 13,3 millones de casos para el 2006 en todo el mundo. Este mercado está compuesto por diversos segmentos que incluyen lentes intraoculares para implantación, polímeros viscoelásticos para facilitar las maniobras quirúrgicas, instrumental desechable que incluye puntas de facoemulsificación ultrasónica, tubos y diversas cuchillas y pinzas. La cirugía de cataratas actual se realiza normalmente usando una técnica denominada facoemulsificación, en la que se usa una punta ultrasónica con una corriente de agua asociada con fines de enfriamiento para esculpir el núcleo relativamente duro del cristalino después de realizar una abertura en la cápsula anterior del cristalino, denominada capsulotomía anterior o más recientemente capsulorrexis. Siguiendo estas etapas, así como la extracción de la corteza del cristalino más blanda residual mediante métodos de aspiración sin fragmentación, se inserta una lente intraocular (LIO) sintética plegable en el ojo a través de una pequeña incisión. Esta técnica está asociada con una tasa muy alta de éxito anatómico y visual superior al 95% en la mayoría de los casos y una rápida rehabilitación visual.

Uno de las primeras y más críticas etapas del procedimiento es la realización de capsulorrexis. Esta etapa se desarrolló a partir de una técnica anterior denominada capsulotomía en abrelatas en la que se usaba una aguja afilada para perforar la cápsula anterior del cristalino en forma circular, seguido por la extracción de un fragmento circular de la cápsula del cristalino normalmente en el intervalo de 5-8 mm de diámetro. Esto facilitó la siguiente etapa de esculpido nuclear mediante facoemulsificación. Debido a una variedad de complicaciones asociadas con la técnica inicial de abrelatas, los principales expertos en el campo intentaron desarrollar una técnica mejor para la extracción de la cápsula anterior del cristalino que precede a la etapa de emulsificación. Se promovieron por Neuhann y Gimbel y se destacaron en una publicación en 1991 (Gimbel, Neuhann, Development Advantages and Methods of the Continuous Curvilinear Capsulorhexis. Journal of Cataract and Refractive Surgery 1991; 17: 110-111). El concepto de capsulorrexis es proporcionar una abertura circular suave y continua a través de la cual no solo puede realizarse la facoemulsificación del núcleo de forma segura y fácil, sino también para facilitar la inserción de la lente intraocular. Proporciona un acceso central claro para la inserción, una abertura permanente para la transmisión de la imagen a la retina por parte del paciente y también un soporte de la LIO dentro de la cápsula restante que limitaría la posibilidad de dislocación.

Usando la técnica más antigua de capsulotomía en abrelatas, o incluso con la capsulorrexis continua, pueden surgir problemas relacionados con la incapacidad del cirujano para visualizar adecuadamente la cápsula debido a la falta de reflejo rojo, para agarrarla con suficiente seguridad, para rasgar una abertura circular lisa del tamaño adecuado sin desgarros radiales y extensiones o dificultades técnicas relacionadas con el mantenimiento de la profundidad de la cámara anterior después de la abertura inicial, el pequeño tamaño de la pupila o la ausencia de un reflejo rojo debido a la opacidad del cristalino. Algunos de los problemas con la visualización se han minimizado mediante el uso de colorantes como el azul de metileno o el verde de indocianina. Surgen complicaciones adicionales en pacientes con zónulas débiles (normalmente pacientes ancianos) y niños muy pequeños que tienen cápsulas muy blandas y elásticas, que son muy difíciles de romper mecánicamente.

Finalmente, durante el procedimiento quirúrgico intraoperatorio, y tras la etapa de capsulorrexis curvilínea continua anterior, que normalmente oscila entre 5 y 7 mm de diámetro, y antes de la inserción de la LIO, se realizan las etapas de hidrodisección, hidrodelineación y facoemulsificación. Estas están destinadas a identificar y ablandar el núcleo con el fin de extraerlo del ojo. Estas son las etapas más largas y se cree que las más peligrosas en el procedimiento debido al uso de impulsos de ultrasonido que pueden conducir a roturas inadvertidas de la cápsula posterior del cristalino, dislocación posterior de fragmentos del cristalino y posible daño en la parte anterior del endotelio corneal y/o iris y otras estructuras intraoculares delicadas. El núcleo central del cristalino, que sufre la mayor opacificación y, por tanto, la mayor deficiencia visual, es estructuralmente el más duro y requiere técnicas especiales. Se han desarrollado una variedad de maniobras quirúrgicas que emplean fragmentación ultrasónica y que también requieren una destreza técnica considerable por parte del cirujano, incluyendo esculpir en el cristalino, la denominada “técnica de divide y vencerás” y una gran cantidad de técnicas con nombres creativos similares, como faco chop, etc. Todas ellas están sujetas a las complicaciones habituales asociadas con las delicadas maniobras intraoculares (Gimbel. Capítulo 15: Principles of Nuclear PhacoEmulsification. In Cataract Surgery Techniques Complications and Management. 2a ed. Editado por Steinert et al. 2004: 153 - 181).

Después de la cirugía de cataratas, una de las principales fuentes de morbilidad visual es el lento desarrollo de opacidades en la cápsula posterior del cristalino, que generalmente se deja intacta durante la cirugía de cataratas como método de soporte del cristalino, para proporcionar un buen centrado de la LIO y también como un medio para prevenir la subluxación posterior en la cavidad vítrea. Se ha estimado que la complicación de la opacificación de la cápsula posterior del cristalino se produce en aproximadamente el 28 - 50% de los pacientes (Steinert y Richter. Capítulo 44. In Cataract Surgery Techniques Complications and Management. 2a ed. Editado por Steinert et al. 2004: págs. 531-544). Como resultado de este problema, que se cree que se produce como resultado de la metaplasia epitelial y fibrosa a lo largo de la cápsula posterior del cristalino, de manera central, de pequeñas islas de células epiteliales residuales que se dejan en su lugar cerca del ecuador del cristalino, inicialmente se desarrollaron técnicas utilizando disección quirúrgica y, más recientemente, el láser de neodimio-YAG para realizar aberturas de manera central de manera no invasiva. Sin embargo, la mayoría de estas técnicas todavía pueden considerarse relativamente primitivas y requieren un alto grado de destreza manual por parte del cirujano y la creación de una serie de impulsos de alta energía en el intervalo de 1 a 10 mJ marcados manualmente en la cápsula posterior del cristalino, haciendo grandes esfuerzos para evitar dañar la lente intraocular. La naturaleza del curso de la abertura resultante se ilustra claramente en la figura 44-10, pág. 537 de Steinert y Richter, Capítulo 44 de In Cataract Surgery Techniques Complications and Management. 2a ed. (véase cita completa anteriormente).

Las publicaciones WO 94/09849 A y US 4538608 describen procedimientos de extracción de cataratas usando luz láser. El documento EP 0697611 A da a conocer un aparato quirúrgico asistido por una tomografía de coherencia óptica.

Lo que se necesita son métodos, técnicas y aparatos oftálmicos para avanzar en el tratamiento habitual de cataratas y otras patologías oftálmicas.

Sumario de la invención

La invención se define por las reivindicaciones.

El sistema dado a conocer en el presente documento proporciona muchas ventajas. Específicamente, las aberturas rápidas y precisas en la cápsula del cristalino y la fragmentación del núcleo y la corteza del cristalino se hacen posibles usando un corte con láser por patrones tridimensionales. La duración del procedimiento y el riesgo asociado con la abertura de la cápsula y la fragmentación del núcleo duro se reducen, al tiempo que aumenta la precisión del procedimiento. La extracción de un cristalino diseccionado en pequeños segmentos se realiza usando un escaneo láser por patrones y solo una aguja de aspiración fina. La extracción de un cristalino diseccionado en pequeños segmentos se realiza usando escaneo láser por patrones y usando un emulsionante ultrasónico con una técnica de facoemulsificación convencional o una técnica modificada para reconocer que un cristalino segmentado probablemente se extraerá más fácilmente (es decir, que requiere menos precisión o destreza quirúrgica) y/o al menos con una marcada reducción en el poder de emulsificación ultrasónica, la precisión y/o la duración. Existen enfoques quirúrgicos que permiten la formación de aberturas(s) muy pequeñas y geométricamente precisas en ubicaciones precisas en la cápsula del cristalino, donde las aberturas en la cápsula del cristalino serían muy difíciles, si no imposibles, de formar usando técnicas convencionales puramente manuales. Las aberturas permiten una mayor precisión o modificaciones a los procedimientos oftálmicos convencionales, además de permitir nuevos procedimientos. Por ejemplo, las técnicas descritas en el presente documento pueden usarse para facilitar la extracción de la parte anterior y/o posterior del cristalino, la implantación de LIO inyectables o pequeñas plegables así como la inyección de compuestos o estructuras adecuadas para la formación de LIO acomodativas.

Otro procedimiento permitido por las técnicas descritas en el presente documento proporciona la formación controlada de un colgajo semicircular o curvilíneo en la superficie anterior del cristalino. Contrasta con los procedimientos convencionales que requieren un círculo completo o un corte circular casi completo. Las aberturas formadas usando técnicas convencionales de capsulorrexis manual se basan principalmente en las propiedades mecánicas de cizallamiento del tejido de la cápsula del cristalino y en los desgarros incontrolables de la cápsula del cristalino para formar aberturas. Estas técnicas convencionales se limitan a la parte central del cristalino o a las áreas accesibles usando instrumentos de corte mecánicos y, en grados limitados variables, utilizan mediciones anatómicas precisas durante la formación de los desgarros. En cambio, las técnicas de láser por patrones, controlables, descritas en el presente documento pueden usarse para crear un colgajo capsular semicircular prácticamente en cualquier posición sobre la superficie anterior del cristalino y prácticamente de cualquier forma. Es posible que puedan sellarse espontáneamente o con un adhesivo tisular autólogo o sintético u otro método. Además, las técnicas de láser por patrones, controlables, descritas en el presente documento también tienen disponible y/o utilizan el tamaño preciso de la cápsula del cristalino, la medición y otra información dimensional precisa que permite la formación del colgajo o la abertura, a la vez que se minimiza el impacto sobre el tejido circundante. El colgajo no se limita solo a la forma semicircular, sino que puede tener cualquier forma que sea propicia para seguir procedimientos tales como, por ejemplo, la inyección o formación de dispositivos de LIO complejos o avanzados o las denominadas LIO poliméricas inyectables o de acomodativas fijas.

Las técnicas dadas a conocer en el presente documento pueden usarse durante la cirugía de cataratas para extraer la totalidad o una parte de la cápsula anterior, y pueden usarse en situaciones en las que puede ser necesario extraer la cápsula posterior de manera intraoperatoria, por ejemplo, en circunstancias especiales tales como en niños, o cuando hay una opacidad capsular posterior densa que puede retirarse mediante succión una vez que de que se ha extraído el núcleo. En el primer, segundo y tercer año después de la cirugía de cataratas, es común la opacificación secundaria de la cápsula posterior del cristalino y se beneficia de una capsulotomía posterior que puede realizarse o mejorarse utilizando aspectos de las técnicas dadas a conocer en el presente documento.

Debido a la precisión y la naturaleza atraumática de las incisiones formadas usando las técnicas en el presente documento, se cree que se le da un nuevo significado a la cirugía oftálmica mínimamente invasiva y a las incisiones de cristalino que pueden ser de resolución espontánea.

Se describe un sistema quirúrgico oftálmico para tratar tejido ocular que incluye una fuente de luz para generar un haz de luz, un sistema de suministro para enfocar el haz sobre el tejido ocular, un controlador para controlar la fuente de luz y el sistema de suministro de manera que el haz de luz se enfoca en múltiples puntos focales en el tejido ocular a múltiples profundidades dentro del tejido ocular.

Otros objetos y características de la presente invención resultarán evidentes mediante una revisión de la memoria descriptiva, las reivindicaciones y las figuras adjuntas.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es un diagrama en planta de un sistema que proyecta o escanea un haz óptico en el ojo de un paciente. La figura 2 es un diagrama de la cámara anterior del ojo y el plasma que produce el haz de láser en el punto focal sobre la cápsula del cristalino.

La figura 3 es una vista en planta del iris y el cristalino con un patrón circular para la capsulotomía anterior (capsulorrexis).

La figura 4 es un diagrama del patrón de líneas aplicado a través del cristalino para la medición mediante OCT del perfil axial de la cámara anterior.

La figura 5 es un diagrama de la cámara anterior del ojo y el patrón láser tridimensional aplicado a través de la cápsula del cristalino.

La figura 6 es una columna de plasma alargada axialmente producida en la zona focal por la aplicación secuencial de una ráfaga de impulsos (1,2, y 3) con un retardo más corto que el tiempo de vida del plasma.

Las figuras 7A-7B son cristalinos multisegmentados para enfocar el haz de láser en 3 puntos a lo largo del mismo eje. Las figuras 7C-7D son cristalinos multisegmentados con segmentos coaxiales y no axiales que tienen puntos focales a lo largo del mismo eje, pero diferentes distancias focales F1, F2, F3.

La figura 8 es una matriz axial de fibras (1, 2, 3) enfocadas con un conjunto de cristalinos en múltiples puntos (1, 2, 3) y que por tanto producen plasma a diferentes profundidades dentro del tejido (1, 2, 3).

La figura 9 es un diagrama que ilustra ejemplos de los patrones que pueden aplicarse para la segmentación del núcleo. La figura 10A-C es una vista en planta de algunos de los patrones combinados para la capsulotomía segmentada y la facofragmentación.

La figura 11 es un diagrama en planta de una realización de sistema que proyecta o escanea un haz óptico en el ojo de un paciente.

La figura 12 es un diagrama en planta de otra realización de sistema que proyecta o escanea un haz óptico en el ojo de un paciente.

La figura 13 es un diagrama en planta de aún otra realización de sistema que proyecta o escanea un haz óptico en el ojo de un paciente.

La figura 14 es un diagrama de flujo que muestra las etapas utilizadas en un enfoque de “seguimiento y tratamiento” para la extracción de material.

La figura 15 es un diagrama de flujo que muestra las etapas utilizadas en un enfoque de “seguimiento y tratamiento” para la extracción de material que emplea entrada de usuario.

La figura 16 es una vista en perspectiva de una zona focal transversal creada por un esquema óptico anamórfico. Las figuras 17A-17C son vistas en perspectiva de una configuración de telescopio anamórfico para construir un telescopio kepleriano invertido.

La figura 18 es una vista lateral de prismas usados para extender el haz a lo largo de un solo meridiano.

La figura 19 es una vista desde arriba que ilustra la posición y el movimiento de un volumen focal transversal en el cristalino.

La figura 20 ilustra patrones de fragmentación de un cristalino.

La figura 21 ilustra incisiones circulares de un cristalino.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

La presente invención puede implementarse mediante un sistema que proyecta o escanea un haz óptico en el ojo 1 de un paciente, tal como el sistema mostrado en la figura 1. El sistema incluye una fuente 10 de luz (por ejemplo láser, diodo láser, etc.), que puede controlarse mediante electrónica 12 de control, a través de un dispositivo 14 de entrada y salida, para crear el haz 11 óptico (o bien cw o bien pulsado). La electrónica 12 de control puede ser un ordenador, microcontrolador, etc. El escaneo puede lograrse usando uno o más elementos ópticos móviles (por ejemplo, lentes, rejillas, o tal como se muestra en la figura 1, un/unos espejo(s) 16) que también pueden controlarse mediante electrónica 12 de control, a través del dispositivo 14 de entrada y salida. El espejo 16 puede inclinarse para desviar el haz 11 óptico tal como se muestra en la figura 1, y dirigir el haz 11 hacia el ojo 1 del paciente. Puede usarse una lente 18 oftálmica opcional para enfocar el haz 11 óptico en el ojo 1 del paciente. El posicionamiento y el carácter del haz 11 óptico y/o el patrón de escaneo que forma en el ojo pueden controlarse adicionalmente mediante el uso de un dispositivo 20 de entrada, tal como un joystick, o cualquier otro dispositivo de entrada de usuario apropiado.

Las técnicas en el presente documento incluyen la utilización de una fuente 10 de luz tal como un láser quirúrgico configurado para proporcionar uno o más de los siguientes parámetros:

1) energía de impulso hasta 1 J tasa de repetición hasta 1 MHz, duración del impulso < 1 ps

2) energía de impulso hasta 10 J tasa de repetición hasta 100 kHz, duración del impulso <1 ps.

3) energía de impulso hasta 1000 J tasa de repetición hasta 1 kHz, duración del impulso < 3 ps.

Adicionalmente, el láser puede usar longitudes de onda en una variedad de intervalos, incluyendo en el intervalo del infrarrojo cercano: 800 - 1100 nm. En un aspecto, se seleccionan longitudes de onda del infrarrojo cercano porque se reduce la absorción y dispersión tisulares. Adicionalmente, puede configurarse un láser para proporcionar impulsos ultracortos de baja energía de radiación de infrarrojo cercano con duraciones de impulso por debajo de 10 ps o por debajo de 1 ps, solo o en combinación con una energía de impulso que no supere los 100 J a una alta tasa de repetición, incluyendo tasas superiores a 1 kHz y por encima de 10 kHz.

La luz láser pulsada corta enfocada en el tejido 2 ocular producirá una ruptura dieléctrica en el punto focal, rompiendo el tejido 2 en la proximidad del plasma fotoinducido (véase la figura 2). El diámetro d del punto focal viene dado por d = XF/Db, donde F es la longitud focal del último elemento de enfoque, Db es el diámetro del haz en la última lente y X es la longitud de onda. Para una distancia focal F = 160 mm, diámetro del haz en la última lente Db = 10 mm, y longitud de onda X = 1,04 um, el diámetro del punto focal será d » X/(2 ■ NA) » XP/Db = 15 |im, donde la apertura numérica de la óptica de enfoque, NA» Db/(2F).

Para proporcionar un corte continuo, los puntos láser no deben estar separados en más de un ancho del cráter producido por el impulso de láser en el tejido. Suponiendo que la zona de rotura sea R = 15 |im (a bajas energías, podría producirse ionización en el centro del punto láser y no expandirse al tamaño completo del punto), y suponiendo que el diámetro máximo del círculo de capsulotomía es de Dc= 8 mm, el número de impulsos requeridos será: N = tcDc/R = 1675 para proporcionar una línea 22 de corte circular alrededor de la circunferencia del cristalino 3 tal como se ilustra en la figura 3. Para diámetros más pequeños que oscilan entre 5-7 mm, el número requerido de impulsos será menor. Si la zona de rotura fuera más grande (por ejemplo, 50 |im), el número de impulsos descendería hasta N = 503.

Para producir un corte circular exacto, estos impulsos deben suministrarse al tejido a lo largo de un tiempo de fijación ocular corto. Suponiendo que el tiempo de fijación t = 0,2 s, la tasa de repetición del láser debería ser: r = N/t = 8,4 kHz. Si el tiempo de fijación fuera más prolongado, por ejemplo 0,5 s, la tasa de repetición requerida podría reducirse hasta 3,4 kHz. Con una zona de rotura de 50 |im la tasa de repetición podría disminuir aún más hasta 1 kHz.

La exposición radiante umbral de la ruptura dieléctrica con impulsos de 4 ns es de aproximadamente O = 100J/cm2. Con un diámetro de punto focal d = 15 |im, la energía del impulso umbral será Eth = O * rcd2/4 = 176 J Para un funcionamiento estable y reproducible, la energía del impulso debe superar el umbral en al menos un factor de 2, por lo que la energía del impulso del objetivo debe ser E = 352 pJ. La creación de una burbuja de cavitación puede requerir hasta un 10% de la energía del impulso, es decir, Eb= 35 pJ. Esto corresponde a un diámetro de burbuja

jitm.

El nivel de energía puede ajustarse para evitar daños en el endotelio corneal. Como tal, la energía umbral de la ruptura dieléctrica podría minimizarse reduciendo la duración del impulso, por ejemplo, en el intervalo de aproximadamente 0,1 -1 ps. La exposición radiante umbral, O, para la ruptura dieléctrica durante 100 fs es aproximadamente O = 2J/cm2; para 1 ps es O = 2,5 J/cm2 Usando las duraciones de impulso anteriores y un diámetro de punto focal d = 15 pm, las energías de impulso de umbral serán Eth = O*nd2/4 = 3,5 y 4,4 pJ para impulsos de 100 fs y 1 ps, respectivamente. En cambio, la energía del impulso podría seleccionarse para ser un múltiplo de la energía umbral, por ejemplo, al menos un factor de 2. Si se usa un factor de 2, las energías de impulso en el objetivo serían Eth = 7 y 9 pJ, respectivamente. Estos son solo dos ejemplos. Son posibles otros tiempos de duración de energía de impulso, tamaños de punto focal y niveles de energía umbral y están dentro del alcance de la presente invención.

Puede utilizarse una alta tasa de repetición y una baja energía de impulso para un enfoque más preciso del haz de láser. En un ejemplo específico, se usa una distancia focal de F = 50 mm mientras que el diámetro del haz sigue siendo Db = 10 mm, para proporcionar un enfoque en un punto de aproximadamente 4 pm de diámetro. También puede utilizarse una óptica asférica. Puede completarse una abertura de 8 mm de diámetro en un tiempo de 0,2 s usando una tasa de repetición de aproximadamente 32 kHz.

El láser 10 y el controlador 12 pueden configurarse para ubicar la superficie de la cápsula y garantizar que el haz se enfocará en la cápsula del cristalino en todos los puntos de la abertura deseada. Pueden usarse modalidades y técnicas de obtención de imágenes descritas en el presente documento, tales como por ejemplo la tomografía de coherencia óptica (OCT) o ultrasonidos, para determinar la ubicación y medir el grosor del cristalino y la cápsula del cristalino para proporcionar una mayor precisión a los métodos de enfoque de láser, incluyendo formación de patrones 2D y 3D. El enfoque de láser también puede lograrse usando uno o más métodos, incluyendo la observación directa de un haz de direccionamiento, tomografía de coherencia óptica (OCT), ultrasonidos u otras modalidades de obtención de imágenes médicas u oftálmicas conocidas y combinaciones de las mismas.

Tal como se muestra en la figura 4, la obtención de imágenes mediante OCT de la cámara anterior puede realizarse a lo largo de un escaneo 14 lineal simple a través del cristalino usando el mismo láser y/o el mismo escáner usado para producir los patrones de corte. Este escaneo proporcionará información sobre la ubicación axial de la cápsula anterior y posterior del cristalino, los límites del núcleo de la catarata, así como la profundidad de la cámara anterior. Esta información puede cargarse luego en el sistema de escaneo láser 3-D y usarse para programar y controlar el procedimiento quirúrgico asistido por láser posterior. La información puede usarse para determinar una amplia variedad de parámetros relacionados con el procedimiento, tales como por ejemplo, los límites axiales superior e inferior de los planos focales para cortar la cápsula del cristalino y la segmentación de la corteza y el núcleo del cristalino, el grosor del cápsula del cristalino entre otros. Los datos de obtención de imágenes pueden promediarse en un patrón de 3 líneas, tal como se muestra en la figura 9.

En la figura 20 se muestra un ejemplo de los resultados de un sistema de este tipo en un cristalino humana real. Un haz de impulsos de 10 pJ, 1 ps suministrados a una tasa de repetición de impulsos de 50 kHz desde un láser que operaba a una longitud de onda de 1045 nm, se enfocó a NA = 0,05 y se escaneó de abajo hacia arriba en un patrón de 4 círculos en 8 etapas axiales. Esto produjo el patrón de fragmentación en la lente ocular mostrado en la figura 20. La figura 21 muestra en detalle las incisiones circulares resultantes, que midieron ~10 pm de diámetro y 100 pm de longitud.

La figura 2 ilustra una ilustración a modo de ejemplo de la delineación disponible usando las técnicas descritas en el presente documento para definir anatómicamente el cristalino. Tal como puede observarse en la figura 2, pueden determinarse los límites y el grosor de la cápsula, la corteza, el epinúcleo y el núcleo. Se cree que puede usarse la obtención de imágenes mediante OCT para definir los límites del núcleo, la corteza y otras estructuras en el cristalino, incluyendo, por ejemplo, el grosor de la cápsula del cristalino que incluye la totalidad o una parte de la cápsula anterior o posterior. En el sentido más general, un aspecto de la presente invención es el uso de datos de obtención de imágenes oculares obtenidos tal como se describe en el presente documento como entrada en un algoritmo o técnica de escaneo láser y/o tratamiento por patrones que se usa como guía en la aplicación de energía de láser en procedimientos oftálmicos asistidos por láser novedosos. De hecho, la obtención de imágenes y el tratamiento pueden realizarse usando el mismo láser y el mismo escáner. Aunque se describe para su uso con láseres, también pueden utilizarse otras modalidades de energía.

Debe apreciarse que se produce formación de plasma en la cintura del haz. La extensión axial de la zona de corte está determinada por la mitad de la longitud L de la cintura del haz de láser, que puede expresarse como: L ~ }J(4 ■ NA2) = dF/Db. Por tanto, cuanto más baja sea la NA de la óptica de enfoque, mayor es la cintura del haz enfocado y, por tanto, puede producirse una zona de fragmentación más larga. Para F = 160 mm, un diámetro del haz en la última lente Db = 10 mm y un diámetro del punto focal d = 15 |im, la mitad de la longitud L de la cintura del haz de láser sería 240 |im.

Con referencia a la figura 5, puede aplicarse una aplicación tridimensional de energía 26 de láser a través de la cápsula a lo largo del patrón producido por la ruptura dieléctrica inducida por láser de varios modos tales como por ejemplo:

1) Producir varios escaneos circulares o de otro patrón consecutivamente a diferentes profundidades con un escalón igual a la longitud axial de la zona de rotura. Por tanto, la profundidad del punto focal (cintura) en el tejido aumenta o disminuye con cada escaneo consecutivo. Los impulsos de láser se aplican secuencialmente al mismo patrón lateral a diferentes profundidades de tejido usando, por ejemplo, escaneo axial de los elementos de enfoque o ajustando la potencia óptica del elemento de enfoque mientras que, opcionalmente, se escanea de manera simultánea o secuencial el patrón lateral. El resultado adverso de la dispersión del haz de láser en burbujas, grietas y/o fragmentos de tejido antes de alcanzar el punto focal puede evitarse produciendo primero el patrón/enfocando sobre la profundidad máxima requerida en el tejido y luego, en pasadas posteriores, enfocando sobre espacios tisulares menos profundos. Esta técnica de tratamiento “de abajo hacia arriba” no sólo reduce la atenuación del haz no deseado en el tejido por encima de la capa de tejido objetivo, sino que también ayuda a proteger el tejido debajo de la capa de tejido objetivo. Al dispersar la radiación láser transmitida más allá del punto focal en burbujas de gas, grietas y/o fragmentos de tejido que se produjeron por los escaneos anteriores, estos defectos ayudan a proteger la retina subyacente. De manera similar, cuando se segmenta un cristalino, el láser puede enfocarse sobre la parte más posterior del cristalino y luego moverse de manera más anterior a medida que continúa el procedimiento.

2) Producir zonas de rotura alargadas axialmente en puntos fijos mediante:

a) El uso de una secuencia de 2-3 impulsos en cada punto separados por algunos ps. Cada impulso se absorberá por el plasma 28 producido por el impulso anterior y por tanto extenderá el plasma 28 hacia arriba a lo largo del haz tal como se ilustra en la figura 6A. En este enfoque, la energía del láser será 2 ó 3 veces mayor, es decir, de 20 - 30 |iJ. El retraso entre los impulsos consecutivos debe ser mayor que el tiempo de formación de plasma (del orden de 0,1 ps) pero no debe superar el tiempo de recombinación de plasma (del orden de nanosegundos).

b) La producción de una secuencia axial de impulsos con puntos de enfoque ligeramente diferentes usando múltiples haces coaxiales con diferentes elementos ópticos de enfoque previo o multifocales. Esto puede lograrse mediante el uso de elementos ópticos multifocales (lentes, espejos, óptica difractiva, etc.). Por ejemplo, puede usarse una lente 30 multisegmentada para enfocar el haz en múltiples puntos (por ejemplo, tres puntos separados) a lo largo del mismo eje, usando por ejemplo segmentos coaxiales (véanse las figuras 7A-7C) o no coaxiales (véase la figura 7D) para producir distancias focales variables (por ejemplo, F¹, F², F³). El elemento 30 multifocal puede ser coaxial, segmentado fuera del eje o difractivo. Los elementos coaxiales pueden tener puntos focales más simétricos axialmente, pero tendrán diferentes tamaños debido a las diferencias en los diámetros del haz en cada segmento. Los elementos no axiales pueden tener puntos focales menos simétricos, pero todos los elementos pueden producir focos del mismo tamaño.

c) La producción de una columna de enfoque alargada (a diferencia de sólo un número diferenciado de puntos focales) usando: (1) óptica no esférica (asférica), o (2) utilizando aberraciones esféricas en una lente con un número de F alto, o (3) elemento óptico difractivo (holograma).

d) La producción de una zona alargada de ionización usando múltiples fibras ópticas. Por ejemplo, puede obtenerse una imagen de una matriz de fibras 32 ópticas de diferentes longitudes con un conjunto de lentes 34 en múltiples puntos focales a diferentes profundidades dentro del tejido tal como se muestra en la figura 8.

Patrones de escaneo:

Para la capsulotomía anterior y posterior, los patrones de escaneo pueden ser circulares y en espiral, con un escalón vertical similar a la longitud de la zona de rotura. Para la segmentación del cristalino 3, los patrones pueden ser lineales, planos, radiales, segmentos radiales, circulares, en espiral, curvilíneos y combinaciones de los mismos que incluyen formación de patrones en dos y/o tres dimensiones. Los escaneos pueden ser líneas continuas rectas o curvas, o uno o más puntos y/o segmentos de línea superpuestos o separados. En las figuras 9A y 9B se ilustran varios patrones 36 de escaneo, y en las figuras 10A - 10C se ilustran combinaciones de patrones 38 de escaneo. El escaneo del haz con los sistemas de formación de patrones y/o enfoque multifocal es particularmente ventajoso para una segmentación satisfactoria del cristalino, ya que el grosor del cristalino es mucho mayor que la longitud del eje de la cintura del haz. Además, estos y otros patrones 2D y 3D pueden usarse en combinación con OCT para obtener imágenes adicionales, estructura anatómica o composición (es decir, densidad tisular) u otra información dimensional sobre el ojo, incluyendo pero sin limitarse a, el cristalino, la córnea, la retina, así como otras partes del ojo.

Los patrones a modo de ejemplo permiten la disección de la corteza y el núcleo del cristalino en fragmentos de dimensiones tales que pueden extraerse simplemente con una aguja de aspiración y pueden usarse solos para realizar capsulotomía. Alternativamente, puede usarse formación de patrones por láser para fragmentar previamente o segmentar el núcleo para una facoemulsificación ultrasónica convencional posterior. Sin embargo, en este caso, la facoemulsificación convencional sería menor que una facoemulsificación típica realizada en ausencia de las técnicas de segmentación inventivas, porque se ha segmentado el cristalino. Como tal, el procedimiento de facoemulsificación probablemente requeriría que se aplicara menos energía ultrasónica al ojo, permitiendo un procedimiento más corto o que requeriría menos destreza quirúrgica.

Las complicaciones debidas a los movimientos oculares durante la cirugía pueden reducirse o eliminarse realizando el corte con láser por patrones muy rápidamente (por ejemplo, en el plazo de un período de tiempo menor que el tiempo de fijación ocular natural). Dependiendo de la potencia del láser y de la tasa de repetición, el corte por patrones puede completarse entre 5 y 0,5 segundos (o incluso menos), usando una tasa de repetición del láser que supera a 1 kHz.

Las técnicas descritas en el presente documento pueden usarse para realizar nuevos procedimientos oftálmicos o para mejorar procedimientos existentes, incluyendo capsulotomía anterior y posterior, fragmentación y ablandamiento del cristalino, disección de tejido en el polo posterior (moscas volantes, membranas, retina), así como incisiones en otras zonas del ojo tales como, pero sin limitarse a, la esclerótica y el iris.

El daño a una LIO durante la capsulotomía posterior puede reducirse o minimizarse utilizando ventajosamente un patrón láser enfocado inicialmente más allá del polo posterior y movido luego gradualmente hacia delante bajo control visual por el cirujano solo o en combinación con datos de obtención de imágenes adquiridos usando las técnicas descritas en el presente documento.

Para una alineación adecuada del patrón del haz de tratamiento, primero puede proyectarse un haz y/o patrón de alineación sobre el tejido objetivo con luz visible (que indica dónde se proyectará el patrón de tratamiento). Esto permite que el cirujano ajuste el tamaño, la ubicación y la forma del patrón de tratamiento. A continuación, el patrón de tratamiento puede aplicarse rápidamente al tejido objetivo usando un generador automático de patrones tridimensionales (en la electrónica 12 de control) mediante un láser de corte pulsado corto que tiene una alta tasa de repetición.

Además, y en particular para la capsulotomía y la fragmentación nuclear, puede usarse un método automatizado que emplee una modalidad de obtención de imágenes, tal como por ejemplo, electroóptica, OCT, acústica, ultrasonidos u otra medición, para determinar primero las profundidades máxima y mínima de corte, así como el tamaño y la densidad óptica del núcleo de la catarata. Estas técnicas permiten que el cirujano tenga en cuenta las diferencias individuales en el grosor y la dureza del cristalino, y ayudan a determinar los contornos de corte óptimos en los pacientes. El sistema para medir las dimensiones de la cámara anterior usando OCT a lo largo de una línea y/o patrón (2D o 3D u otros tal como se describe en el presente documento) puede ser íntegramente el mismo que el sistema de escaneo usado para controlar el láser durante el procedimiento. Como tal, los datos que incluyen, por ejemplo, los límites superior e inferior del corte, así como el tamaño y la ubicación del núcleo, pueden cargarse en el sistema de escaneo para determinar automáticamente los parámetros del patrón de corte (es decir, segmentar o fractura). Adicionalmente, la medición automática (usando un dispositivo óptico, electroóptico, acústico u OCT, o alguna combinación de los anteriores) de las posiciones y/o dimensiones absolutas y relativas de una estructura en el ojo (por ejemplo, las cápsulas anterior y posterior del cristalino, el núcleo intermedio y la corteza del cristalino) para cortar, segmentar o fracturar con precisión sólo los tejidos deseados (por ejemplo, núcleo del cristalino, tejido que contiene cataratas, etc.) a la vez que se minimiza o se evita el daño al tejido circundante puede realizarse para procedimientos quirúrgicos actuales y/o futuros. Además, puede usarse el mismo láser pulsado ultracorto para obtener imágenes con una energía de impulso baja y luego para cirugía con una energía de impulso alta.

El uso de un dispositivo de formación de imágenes para guiar el haz de tratamiento puede lograrse de muchos modos, tales como los mencionados anteriormente, así como los ejemplos adicionales explicados a continuación (que funcionan todos ellos para caracterizar el tejido y continuar procesándolo hasta que se extrae el objetivo). Por ejemplo, en la figura 11, una fuente de láser LS y una fuente de haz de direccionamiento AIM (opcional) tienen salidas que se combinan usando el espejo DM1 (por ejemplo, espejo dicroico). En esta configuración, la fuente de láser LS puede usarse tanto para tratamientos como para diagnóstico. Esto se logra por medio del espejo M1 que sirve para proporcionar tanto la entrada de referencia R como la entrada de muestra S a un interferómetro de OCT dividiendo el haz de luz B (se muestran las líneas centrales) de la fuente láser LS. Debido a la sensibilidad inherente de los interferómetros de OCT, el espejo M1 puede realizarse para reflejar sólo una pequeña parte de la luz suministrada. Alternativamente, puede usarse un esquema que emplee espejos de captación sensibles a la polarización conjuntamente con una placa de cuarto de onda (no mostrada) para aumentar la eficiencia óptica global del sistema. La lente L1 puede ser un solo elemento o un grupo de elementos usados para ajustar el tamaño o la ubicación final a lo largo del eje z del haz B dispuesto hacia el objetivo en el punto P. Cuando se usa conjuntamente con el escaneo en los ejes X e Y, esta configuración permite el escaneo tridimensional y/o diámetros de punto variables (es decir, moviendo el punto focal de la luz a lo largo del eje z).

En este ejemplo, se logra escaneo transversal (XY) usando un par de espejos galvanométricos ortogonales G1 y G2 que pueden proporcionar un escaneo bidimensional de acceso aleatorio del objetivo. Cabe señalar que el escaneo puede lograrse de diversas formas, tal como mediante un espejo móvil M2, polígonos giratorios, espejos curvos o lentes de traslación, cuñas giratorias, etc., y que el uso de escáneres galvanométricos no limita el alcance del diseño general. Después de salir del escáner, la luz se encuentra con la lente L2 que sirve para enfocar la luz sobre el objetivo en el punto P dentro del OJO del paciente. Puede usarse una lente oftálmica OL opcional para ayudar a enfocar la luz. La lente oftálmica OL puede ser una lente de contacto y además servir para amortiguar cualquier movimiento del OJO, lo que permite un tratamiento más estable. Puede hacerse que la lente L2 se mueva a lo largo del eje z en coordinación con el resto del sistema óptico para proporcionar un escaneo tridimensional, tanto para terapia como para diagnóstico. En la configuración mostrada, la lente L2 se mueve idealmente junto con el escáner G1 y G2 para mantener la telecentricidad. Teniendo esto en cuenta, puede moverse todo el conjunto ópti

del eje z. Si se usa con la lente oftálmica OL, la distancia de trabajo puede mantenerse con precisión. Puede usarse un dispositivo tal como el motor paso a paso de precisión Thorlabs EAS504 para proporcionar tanto la longitud del desplazamiento como la exactitud y precisión necesarias para obtener imágenes y tratar de manera fiable a resoluciones clínicamente significativas. Tal como se muestra, crea un escaneo telecéntrico, pero no se limita necesariamente a un diseño de este tipo.

El espejo M2 sirve para dirigir la luz sobre el objetivo y puede usarse de diversas formas. El espejo M2 podría ser un elemento dicroico a través del cual el usuario mira para visualizar el objetivo directamente o usando una cámara, o puede hacerse lo más pequeño posible para dar una oportunidad para que el usuario vea a su alrededor, tal vez con un microscopio binocular. Si se usa un elemento dicroico, puede hacerse que sea fotópicamente neutro para evitar obstaculizar la vista del usuario. Un aparato para visualizar el tejido objetivo se muestra esquemáticamente como elemento V, y es preferiblemente una cámara con una fuente de luz opcional para crear una imagen del tejido objetivo. El haz de direccionamiento opcional AIM puede proporcionar entonces al usuario una vista de la disposición del haz de tratamiento, o la ubicación de los objetivos identificados. Para mostrar sólo el objetivo, puede pulsarse el AIM cuando el escáner lo haya colocado sobre un área considerada como objetivo. La salida del aparato de visualización V puede devolverse al sistema a través del dispositivo de entrada/salida IO y mostrarse en una pantalla, tal como una interfaz gráfica de usuario GUI. En este ejemplo, todo el sistema está controlado por la CPU del controlador y los datos se mueven a través del dispositivo de entrada/salida IO. La interfaz gráfica de usuario GUI puede usarse para procesar la entrada de usuario y mostrar las imágenes recopiladas tanto por el aparato de visualización V como por el interferómetro de OCT. Hay muchas posibilidades para la configuración del interferómetro OCT, incluyendo enfoques en el dominio de tiempo y frecuencia, métodos de haz individual y doble, etc., tal como se describe en las patentes estadounidenses n.os 5.748.898; 5.748.352; 5.459.570; 6.111.645; y 6.053.613.

La información sobre la extensión lateral y axial de la catarata y la localización de los límites de la cápsula del cristalino se usará entonces para la determinación del patrón de escaneo óptimo, el esquema de enfoque y los parámetros del láser para el procedimiento de fragmentación. Mucha, si no toda, de esta información puede obtenerse a partir de la visualización del tejido objetivo. Por ejemplo, la extensión axial de la zona de fragmentación de un solo impulso no debe superar la distancia entre (a) la catarata y la cápsula posterior, y (b) la cápsula anterior y el endotelio corneal. En los casos de una cámara anterior poco profunda y/o una catarata grande, debe seleccionarse una zona de fragmentación más corta y, por tanto, se requerirán más planos de escaneo. A la inversa, para una cámara anterior profunda y/o una separación mayor entre la catarata y la cápsula posterior puede usarse una zona de fragmentación más larga y, por tanto, se requerirán menos planos de escaneo. Para este fin, se seleccionará un elemento de enfoque apropiado de un conjunto disponible. La selección del elemento óptico determinará la anchura de la zona de fragmentación, que a su vez determinará la separación entre los impulsos consecutivos. Esto, a su vez, determinará la razón entre la tasa de escaneo y la tasa de repetición de los impulsos de láser. Además, la forma de la catarata determinará los límites de la zona de fragmentación y, por tanto, el patrón óptimo del escáner, incluyendo la extensión axial y lateral de la zona de fragmentación, la forma final de la escaneo, el número de planos de escaneo, etc.

La figura 12 muestra una realización alternativa en la que las fuentes de obtención de imágenes y tratamiento son diferentes. Se ha añadido un espejo dicroico DM2a la configuración de la figura 11 para combinar la luz de obtención de imágenes y tratamiento, y el espejo M1 se ha reemplazado por un divisor de haz BS que es altamente transmisivo en la longitud de onda de tratamiento, pero separa eficazmente la luz de la fuente de imagen SLD para su uso en el interferómetro OCT. La fuente de obtención de imágenes SLD puede ser un diodo superluminiscente que tiene una salida espectral de 50 nm de ancho nominal y centrada en o alrededor de 835 nm, tal como el SuperLum SLD-37. Dicha fuente de luz se adapta bien a la aplicación clínica y es suficientemente distinta desde el punto de vista espectral de la fuente de tratamiento, permitiendo por tanto que los elementos DM y BS se fabriquen de manera fiable sin los revestimientos ópticos necesariamente complicados y caros que se requerirían si las fuentes de obtención de imágenes y tratamiento estuvieran más cerca en longitud de onda.

La figura 13 muestra una realización alternativa que incorpora un microscopio confocal CM para su uso como sistema de obtención de imágenes. En esta configuración, el espejo M1 refleja una parte de la luz retrodispersada desde el haz B hacia la lente L3. La lente L3 sirve para enfocar esta luz a través de la abertura A (que sirve como filtro espacial) y finalmente sobre el detector D. Como tal, la abertura A y el punto P se conjugan ópticamente, y la señal recibida por el detector D es bastante específica cuando la abertura A se hace lo suficientemente pequeña como para rechazar sustancialmente toda la señal de fondo. Por tanto, esta señal puede usarse para la obtención de imágenes, tal como se conoce en la técnica. Además, puede introducirse un fluoróforo en el objetivo para permitir el marcado específico del objetivo o del tejido sano. En este enfoque, puede usarse el láser ultrarrápido para bombear la banda de absorción del fluoróforo mediante un proceso multifotónico o podría usarse una fuente alternativa (no mostrada) de manera similar a la de la figura 12.

La figura 14 es un diagrama de flujo que explica resumidamente las etapas utilizadas en un enfoque de “seguimiento y tratamiento” para la extracción de material. En primer lugar, se crea una imagen escaneando de un punto a otro y se identifican los posibles objetivos. Cuando el haz de tratamiento se dispone sobre un objetivo, el sistema puede transmitir el haz de tratamiento y comenzar la terapia. El sistema puede moverse constantemente tratando a medida que avanza, o permanecer en una ubicación específica hasta que el objetivo se trate completamente antes de pasar al siguiente punto.

El funcionamiento del sistema de la figura 14 podría modificarse para incorporar la entrada del usuario. Tal como se muestra en la figura 15, se muestra al usuario una imagen completa, lo que le permite identificar el/los objetivo(s). Una vez identificado, el sistema puede registrar imágenes posteriores, rastreando así el/los objetivo(s) definido(s) por el usuario. Un esquema de registro de este tipo puede implementarse de muchas formas diferentes, tal como mediante el uso de los esquemas de detección de bordes de Sobel o Canny bien conocidos y eficaces desde el punto de vista computacional. Alternativamente, puede realizarse en el tejido objetivo una o más marcas fácilmente discernibles usando el láser de tratamiento para crear una referencia fiduciaria sin riesgo para el paciente (ya que el tejido objetivo está destinado a extraerse).

A diferencia de las técnicas láser convencionales, las técnicas anteriores proporcionan (a) aplicación de energía láser en un patrón, (b) una alta tasa de repetición para completar el patrón dentro del tiempo de fijación ocular natural, (c) aplicación de impulsos de sub-ps para reducir la energía umbral, y (d) la capacidad de integrar obtención de imágenes y tratamiento para un procedimiento automatizado.

Sistema de suministro de láser

El sistema de suministro de láser de la figura 1 puede variarse de varias formas. Por ejemplo, la fuente de láser podría proporcionarse en un microscopio quirúrgico, y el cirujano podría usar la óptica del microscopio para aplicar la luz láser, quizás mediante el uso de una consola proporcionada. Alternativamente, el láser y el sistema de suministro podrían estar separados del microscopio quirúrgico y tendrían un sistema óptico para alinear el haz de direccionamiento para el corte. Un sistema de este tipo podría oscilar hacia su posición usando un brazo articulado unido a una consola que contiene el láser al comienzo de la cirugía, y luego oscilar hacia afuera permitiendo que el microscopio quirúrgico oscile hacia su posición.

El patrón que va a aplicarse puede seleccionarse de una colección de patrones en la electrónica 12 de control, puede producirse por el haz de direccionamiento visible, luego alinearse por el cirujano sobre el tejido objetivo, y los parámetros del patrón (incluyendo, por ejemplo, tamaño, número de elementos planos o axiales, etc.) pueden ajustarse según sea necesario para el tamaño del campo quirúrgico del paciente en particular (nivel de dilatación de la pupila, tamaño del ojo, etc.). A continuación, el sistema calcula el número de impulsos que deben aplicarse basándose en el tamaño del patrón. Cuando se completan los cálculos del patrón, el usuario puede iniciar el tratamiento con láser (es decir, presionar un pedal) para una aplicación rápida del patrón con un láser quirúrgico.

El sistema de láser puede calcular automáticamente el número de impulsos necesarios para producir un patrón determinado basándose en el tamaño lateral real del patrón seleccionado por el cirujano. Esto puede realizarse con el entendimiento de que la zona de rotura por el impulso individual es fija (determinada por la energía del impulso y la configuración de la óptica de enfoque), por lo que el número de impulsos necesarios para cortar un determinado segmento se determina como la longitud de ese segmento dividido entre la anchura de la zona de rotura por cada impulso. La tasa de escaneo puede estar relacionada con la tasa de repetición del láser para proporcionar una separación de impulsos en el tejido determinada por la distancia deseada. La etapa axial del patrón de escaneo estará determinada por la longitud de la zona de rotura, que se establece mediante la energía del impulso y la configuración de la óptica de enfoque.

Consideraciones de fijación

Los métodos y sistemas descritos en el presente documento pueden usarse solos o en combinación con una lente aplanática (tal como se describe, por ejemplo, en la patente 6.254.595), u otro dispositivo para configurar la forma de la córnea para ayudar en los métodos láser descritos en el presente documento. Puede usarse un anillo, pinzas u otros medios de sujeción para fijar el ojo cuando el procedimiento supera el tiempo de fijación ocular normal. Independientemente de si se usa un dispositivo de fijación ocular, los métodos de formación de patrones y segmentación descritos en el presente documento pueden subdividirse adicionalmente en periodos de una duración que puede realizarse dentro del tiempo de fijación ocular natural.

Otra posible complicación asociada con un patrón de corte denso de la corteza del cristalino es la duración del tratamiento: si se segmenta un volumen de 6x6x4 mm = 144 mm3 de cristalino, se requerirá N = 722.000 impulsos. Si se suministra a 50 kHz, llevará 15 segundos, y si se suministra a 10 kHz, llevará 72 segundos. Esto es mucho más prolongado que el tiempo de fijación ocular natural y puede requerir algunos medios de fijación para el ojo. Por tanto, solo puede elegirse el núcleo endurecido para su segmentación para facilitar su extracción. La determinación de sus límites con los diagnósticos mediante OCT ayudará a minimizar el tamaño de la zona segmentada y, por tanto, el número de impulsos, el nivel de calentamiento acumulativo y el tiempo de tratamiento. Si el componente de segmentación de la duración del procedimiento supera el tiempo de fijación natural, entonces el ojo puede estabilizarse usando un dispositivo de fijación ocular convencional.

Consideraciones térmicas

En los casos en los que se necesitan o se desean patrones de corte muy densos, la acumulación excesiva de calor en el cristalino puede dañar el tejido circundante. Para estimar el calentamiento máximo, supóngase que la mayor parte del cristalino se corta en trozos cúbicos de 1 mm de tamaño. Si el tejido se diseca con impulsos de Ei= 10 uJ que fragmentan un volumen de 15 um de diámetro y 200 um de longitud por impulso, entonces se aplicarán impulsos cada 15 um. Por tanto, un plano de 1x1 mm requerirá 66x66 = 4356 impulsos. Las 2 paredes laterales requerirán 2x66x5 = 660 impulsos, por lo que se requerirá un total de N = 5016 impulsos por mm cúbico de tejido. Dado que toda la energía del láser depositada durante el corte se transformará finalmente en calor, la elevación de temperatura será DT = (Ei* N)/pcV = 50,16 mJ/(4,19 mJ / K) = 12 K. Esto conducirá a una temperatura máxima T = 37 12°C = 49°C. Este calor se disipará en aproximadamente un minuto debido a la difusión del calor. Dado que las áreas periféricas del cristalino no se segmentarán (para evitar dañar la cápsula del cristalino), la temperatura promedio en los límites del cristalino será en realidad más baja. Por ejemplo, si sólo se fragmenta la mitad del volumen del cristalino, la elevación de temperatura promedio en los límites del cristalino no superará los 6°C (T = 43°C) y en la retina no superará los 0,1°C. Las células y tejidos tolerarán bien una elevación de temperatura de este tipo. Sin embargo, temperaturas mucho más altas pueden ser peligrosas y deben evitarse.

Para reducir el calentamiento, puede formarse un patrón de la misma anchura pero de mayor longitud axial, por lo que estos trozos todavía pueden extraerse por succión a través de una aguja. Por ejemplo, si el cristalino se corta en trozos de 1x1x4 mm de tamaño, se requerirá un total de N = 6996 impulsos por 4 mm cúbicos de tejido. La elevación de temperatura será DT = (Ei*N)/pcV = 69,96 mJ/(4,19 mJ/K)/4 = 1,04 K. Tal elevación de temperatura puede tolerarse bien por las células y los tejidos.

Una solución alternativa a las limitaciones térmicas puede ser la reducción de la energía total requerida para la segmentación mediante un enfoque más estrecho del haz de láser. En este régimen, puede usarse una tasa de repetición más alta y una energía de impulso baja. Por ejemplo, una distancia focal de F = 50 mm y un diámetro de haz de Db = 10 mm permitiría enfocar en un punto de aproximadamente 4 |im de diámetro. En este ejemplo específico, la tasa de repetición de aproximadamente 32 kHz proporciona un círculo de 8 mm de diámetro en aproximadamente 0,2 s.

Para evitar daños en la retina debido a la vaporización explosiva de los melanosomas después de la absorción del impulso de láser corto, la exposición radiante al láser en el RPE no debe superar los 100 mJ/cm2. Por tanto, la NA de la óptica de enfoque debe ajustarse de manera que la exposición radiante al láser en la retina no supere este límite de seguridad. Con una energía de impulso de 10 J el tamaño de punto en la retina debe ser mayor de 0,1 mm de diámetro y con un impulso de 1 mJ no debe ser menor de 1 mm. Suponiendo una distancia de 20 mm entre el cristalino y la retina, estos valores corresponden a aperturas numéricas mínimas de 0,0025 y 0,025, respectivamente.

Para evitar daños térmicos en la retina debido a la acumulación de calor durante la fragmentación del cristalino, la irradiación láser sobre la retina no debe superar el límite de seguridad térmica para la radiación de infrarrojo cercano, del orden de 0,6 W/cm2. Con una zona retiniana de aproximadamente 10 mm de diámetro (tamaño de patrón de 8 mm en una lente 1 mm en los bordes debido a la divergencia), corresponde a una potencia total de 0,5 W en la retina.

Volumen focal transversal

También es posible crear un volumen 50 focal transversal en lugar de un volumen focal axial descrito anteriormente. Puede usarse un esquema óptico anamórfico para producir una zona 39 focal que sea una “línea” en lugar de un solo punto, como es típico con elementos esféricamente simétricos (véase la figura 16). Como es convencional en el campo del diseño óptico, el término “anamórfico” pretende describir en el presente documento cualquier sistema que tenga diferentes distancias focales equivalentes en cada meridiano. Cabe señalar que cualquier punto focal tiene una profundidad de campo diferenciada. Sin embargo, para haces estrechamente enfocados, tales como los requeridos para lograr la intensidad del campo eléctrico suficiente para alterar el material biológico con impulsos ultracortos (definidos como timpulso< 10 ps), la profundidad de enfoque es proporcionalmente corta.

Un enfoque unidimensional de este tipo puede crearse usando lentes cilíndricas y/o espejos. También puede usarse una óptica adaptativa, tal como un espejo MEMS o una matriz en fase. Sin embargo, cuando se usa una matriz en fase, debe prestarse especial atención a los efectos cromáticos de tal dispositivo difractivo. Las figuras 17A-17C ilustran una configuración de telescopio anamórfico, donde la óptica 40a/b cilíndrica y la lente 42 esférica se usan para construir un telescopio kepleriano invertido a lo largo de un solo meridiano (véase la figura 17A) proporcionando así un volumen focal alargado transversal al eje óptico (véase la figura 17C). Pueden usarse lentes compuestas para permitir que las dimensiones finales del haz sean ajustables.

La figura 18 muestra el uso de un par de prismas 46a/b para extender el haz a lo largo de un único meridiano, mostrado como CA. En este ejemplo, CA se reduce en lugar de agrandarse para crear un volumen focal lineal.

El foco también puede escanearse para producir finalmente patrones. Para efectuar cambios axiales, puede hacerse que la lente final se mueva a lo largo del eje z del sistema para trasladar el enfoque al tejido. Asimismo, la lente final puede estar compuesta y fabricada para que sea ajustable. El foco unidimensional también puede hacerse rotar, lo que permite alinearlo para producir una variedad de patrones, tal como los mostrados en las figuras 9 y 10. La rotación puede lograrse haciendo rotar el propio elemento cilíndrico. Por supuesto, puede usarse más de un elemento. El enfoque también puede hacerse rotar usando un elemento adicional, como un prisma Dove (no mostrado). Si se usa una óptica adaptativa, la rotación puede lograrse reescribiendo el dispositivo, simplificando así el diseño del sistema al eliminar una parte móvil.

El uso de un enfoque en línea transversal permite disecar un cristalino con cataratas mediante ablación desde la parte posterior hasta la anterior del cristalino, aplanándolo de ese modo. Además, el enfoque lineal también puede usarse para abrir rápidamente la cápsula del cristalino, preparándola para la extracción. También puede usarse para cualquier otra incisión ocular, como de la conjuntiva, etc. (véase la figura 19).

Extracción de cataratas usando un enfoque de seguimiento y tratamiento

Un enfoque de “seguimiento y tratamiento” es aquel que integra el aspecto de obtención de imágenes y tratamiento de la cirugía ocular óptica, para proporcionar un enfoque automatizado para la extracción de desechos tales como y material celular y de cataratas antes de la inserción de una LIO. Se usa un láser ultrarrápido para fragmentar el cristalino en trozos lo suficientemente pequeños como para ser extraerse usando una sonda de irrigación/aspiración de tamaño mínimo sin necesariamente romper la cápsula del cristalino. Puede usarse un enfoque como este que usa pequeñas incisiones autosellantes para proporcionar una cápsula para rellenar con un gel o LIO elastomérica. A diferencia de las LIO duras tradicionales que requieren grandes incisiones, puede usarse un gel o líquido para llenar toda la cápsula, haciendo así un mejor uso de los propios procesos de acomodación del cuerpo. Como tal, este enfoque no sólo aborda las cataratas, sino también la presbicia.

Alternativamente, la cápsula del cristalino puede permanecer intacta, realizándose incisiones bilaterales para las puntas de aspiración, puntas de irrigación y puntas de ultrasonidos para extraer la mayor parte del cristalino. A continuación, el contenido completo de la bolsa/cápsula puede enjuagarse/lavarse satisfactoriamente, lo que expulsará los residuos que pueden conducir a cataratas secundarias. Entonces, con la cápsula del cristalino intacta, se practica una incisión mínima para una LIO plegable o se inyecta un gel ópticamente transparente a través de la incisión para llenar la bolsa/cápsula. El gel actuaría como el cristalino natural con un intervalo de adaptación mayor.

Debe entenderse que la presente invención no se limita a la(s) realización/realizaciones descritas anteriormente e ilustradas en el presente documento, sino que abarca todas y cada una de las variaciones que se encuentran dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas. Por ejemplo, los materiales, procedimientos y ejemplos numéricos descritos anteriormente son sólo a modo de ejemplo y no debe considerarse que limitan las reivindicaciones. La lente 30 multisegmentada puede usarse para enfocar el haz simultáneamente en múltiples puntos que no se superponen axialmente (es decir, enfocar el haz en múltiples enfoques ubicados en diferentes ubicaciones laterales en el tejido objetivo).

Claims (8)

1. REIVINDICACIONES

   i. Sistema quirúrgico oftálmico para crear cortes quirúrgicos en un ojo que tiene una cápsula del cristalino y un núcleo del cristalino dentro de la cápsula del cristalino; comprendiendo el sistema:

   una fuente (10, LS) de láser configurada para suministrar un haz (11) de láser que comprende una pluralidad de impulsos de láser;

   un dispositivo de tomografía de coherencia óptica (OCT) configurado para generar una imagen del tejido ocular a partir de la cual puede identificarse la cápsula del cristalino y el núcleo del cristalino del tejido ocular; un sistema de suministro para enfocar el haz (11) de láser sobre el tejido ocular, incluyendo el sistema de suministro uno o más elementos ópticos móviles, pudiendo funcionar el sistema de suministro para enfocar el haz de láser en un punto focal dentro del ojo y controlar la ubicación del punto focal para crear cortes dentro de la corteza del cristalino y el núcleo del cristalino; y

   un controlador (12, CPU) acoplado operativamente con el dispositivo de tomografía de coherencia óptica (OCT), la fuente de láser y el sistema de suministro y configurado para determinar parámetros incluyendo los límites axiales superior e inferior de los planos focales para cortar la cápsula del cristalino y la segmentación de la corteza del cristalino y el núcleo del cristalino basándose en la imagen generada del tejido ocular y para controlar el sistema de suministro para escanear el haz de láser de manera que el punto focal del haz de láser se escanea en un patrón a múltiples profundidades dentro de la corteza del cristalino y el núcleo del cristalino para segmentar la corteza del cristalino y el núcleo del cristalino en fragmentos.
2. 2. Sistema según la reivindicación 1, en el que el controlador está configurado para controlar el sistema de suministro para segmentar la corteza del cristalino y el núcleo del cristalino en fragmentos mediante el escaneo del punto focal dentro del núcleo del cristalino en uno o más patrones de escaneo para crear cortes que separan los fragmentos.
3. 3. Sistema según la reivindicación 2, en el que el uno o más patrones de escaneo incluyen segmentos de línea superpuestos.
4. 4. Sistema según la reivindicación 2, en el que el uno o más patrones de escaneo incluyen al menos uno de uno o más patrones de escaneo bidimensionales o uno o más patrones de escaneo tridimensionales.
5. 5. Sistema según la reivindicación 2, en el que el uno o más patrones de escaneo incluyen al menos uno de un patrón lineal, un patrón plano, un patrón radial, un patrón circular, un patrón en espiral, o un patrón curvilíneo.
6. 6. Sistema según la reivindicación 2, en el que:

   escanear el haz de láser dentro del núcleo del cristalino en uno o más patrones de escaneo comprende aplicar secuencialmente impulsos de láser al mismo patrón lateral a diferentes profundidades dentro del núcleo del cristalino; y

   los impulsos de láser se aplican en primer lugar al mismo patrón lateral a una profundidad máxima dentro del núcleo del cristalino y luego se aplican a profundidades secuencialmente menores dentro del núcleo del cristalino.
7. 7. Sistema según la reivindicación 1, en el que los fragmentos están dimensionados para su extracción mediante una aguja de aspiración.
8. 8. Sistema según la reivindicación 1, en el que el sistema de suministro comprende una o más lentes (LI) que pueden funcionar para ajustar la ubicación del punto focal a lo largo de un eje z del haz de láser y un par de espejos (G1, G2) galvanométricos ortogonales que pueden funcionar para ajustar la ubicación del punto focal transversal al eje z.