ES2870448T3 - Dispositivo para el corte de una córnea o de un cristalino - Google Patents

Dispositivo para el corte de una córnea o de un cristalino Download PDF

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Abstract

Dispositivo de corte (1) de tejido humano o de animal, tal como una córnea (3), o un cristalino, incluyendo dicho dispositivo (1), un láser de femtosegundo (2) que puede emitir un haz L.A.S.E.R. (4) en forma de pulsos, y medios que pueden dirigir y enfocar dicho haz L.A.S.E.R. (4) sobre o en el tejido para su corte como tal, comprendiendo dicho dispositivo (1) medios de conformación (9) dispuestos en la trayectoria de dicho haz L.A.S.E.R. (4) para modular la fase del frente de onda del haz L.A.S.E.R. (4), según una instrucción de modulación calculada para distribuir la energía del haz L.A.S.E.R. entre dos puntos de impacto al menos en su plano focal, correspondientes al plano del corte, dicho dispositivo que se caracteriza por que dichos medios de conformación comprenden un modulador espacial de luz con cristales líquidos y en que el haz L.A.S.E.R. es un único haz aguas arriba y aguas abajo de dicho modulador de luz espacial.

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo para el corte de una córnea o de un cristalino
Campo técnico
La invención presente se refiere al campo técnico de las operaciones quirúrgicas realizadas con láser de femtosegundo, y más particularmente al de la cirugía oftalmológica especialmente para las aplicaciones de cortes de córnea, o de cristalinos.
La invención se refiere a un dispositivo de corte de un tejido humano o el de un animal, tal como una córnea, o un cristalino por medio de un láser de femtosegundo.
La invención tiene una aplicación ventajosa, pero no limitadora, en el corte de injertos de córneas conservadas en los bancos de córneas, y en el corte de córnea directamente sobre el paciente para operaciones de injerto de córnea, tales como las trepanaciones verticales de diferentes perfiles, o cortes laminares paralelos a la superficie.
Por láser de femtosegundo se entiende una fuente luminosa, apta para emitir un haz L.A.S.E.R. en forma de impulsos ultracortos, en los que su duración está comprendida entre 1 y 100 femtosegundos, de preferencia comprendida entre 1 y 1000 femtosegundos, principalmente del orden de la centena de femtosegundos.
Técnica anterior
Es conocido el estado de la técnica de realizar operaciones quirúrgicas del ojo por medio de un láser de femtosegundo, en las operaciones de corte de córnea, o del cristalino.
El láser de femtosegundo es por tanto un instrumento que puede realizar una disección del tejido de la córnea, por ejemplo, focalizando un haz L.A.S.E.R en el estroma de la córnea y realizando una sucesión de pequeñas burbujas de cavitación adyacentes, que forman a continuación una línea de corte.
Con mayor precisión, después de la localización del haz L.A.S.E.R en la córnea, es generado un plasma por ionización no lineal cuando la intensidad del láser sobrepasa un valor umbral, denominado umbral de ruptura óptica. Entonces se forma una burbuja de cavitación, causando una interrupción muy localizada de los tejidos circundantes Por tanto, el volumen realmente extirpado por el láser es muy pequeño en comparación con la zona afectada.
La zona cortada por el láser en cada pulso es muy pequeña, del orden de la micra o de la decena de micras dependiendo de la potencia y del enfoque del haz. Por lo que un corte lamelar de la córnea sólo se puede obtener mediante la realización de una serie de impactos contiguos en toda la superficie de la zona a ser cortada.
A continuación, el haz puede ser desplazado por un dispositivo de barrido, que consiste en espejos galvanométricos controlables y/o pletinas que permiten el movimiento de elementos ópticos, tales como espejos o lentillas. Otra solución, reservada para el corte de injertos, es no desplazar el haz L.A.S.E.R., sino el propio injerto utilizando pletinas móviles automatizadas.
Estas operaciones de desplazamiento del haz L.A.S.E.R, o del propio injerto, son largas y tediosas. Por tanto, la cirugía de corte es lenta y más difícil dado el largo tiempo durante el cual el paciente puede tener movimientos oculares.
De hecho, el tiempo medio para cortar una lámina de 8 mm de diámetro de una córnea humana por un láser de femtosegundo de 5 kHz, con impactos separados 2 pm, es de unos cuarenta minutos.
Para optimizar el tiempo de corte, es conocido aumentar la frecuencia del láser. Sin embargo, el aumento de la frecuencia implica también un aumento en la velocidad de desplazamiento del haz, utilizando pletinas o escáneres adecuados. También se sabe que aumenta la separación entre los impactos del láser sobre el tejido a cortar, pero es generalmente en detrimento de la calidad del corte.
La mayoría de los láseres de femtosegundo para corte de la córnea utilizan frecuencias de trabajo altas, incluyendo más de 100 kHz, combinadas con sistemas de desplazamiento del haz que combinan escáneres y pletinas de desplazamiento, lo que afecta al costo total de instalación, y por tanto al funcionamiento quirúrgico facturado.
Para remediar este problema de la velocidad de corte L.A.S.E.R., también se sabe que utilizan espejos galvanométricos para aumentar la cadencia, velocidad y trayectoria de desviación del haz L.A.S.E.R.
Sin embargo, esta técnica no da plena satisfacción en términos de resultados. La velocidad de corte puede ser aumentada aún más.
Otra solución para reducir el tiempo de corte es generar varias burbujas de cavitación simultáneamente. Los documentos de patente US 2010/0133246, EP 1 279 386 y DE 10 2007 019 812 describen dispositivos de corte basados en la técnica de subdivisión de un solo haz L.A.S.E.R. en una pluralidad de haces L.A.S.E.R. secundarios.
Estos dispositivos suelen comprender un sistema óptico, como uno (o más) separadores de haz para producir haces L.A.S.E.R. secundarios para que genere cada uno una burbuja de cavitación respectiva.
Al mismo tiempo, la generación de burbujas de cavitación "n" reduce el tiempo total que se tarda en cortar por un factor "n".
Sin embargo, un inconveniente importante de estos dispositivos es que es muy difícil homogeneizar la energía contenida en cada uno de los haces L.A.S.E.R. secundarios De hecho, es necesario modificar elementos del sistema óptico (por ejemplo, la modificación de la posición u orientación de un separador de haz, eliminación/sustitución/adición de una lentilla, etc.) para "ajustar" el sistema óptico para generar haces secundarios homogéneos L.A.S.E.R. Esto impide homogeneizar las dimensiones de las burbujas de cavitación obtenidas con estos haces L.A.S.E.R. secundarios y controlar la posición de las diferentes burbujas de cavitación respecto a las demás.
Además, la técnica de subdivisión induce un aumento en el diámetro de la pluralidad de haces L.A.S.E.R. secundarios respecto al diámetro del haz L.A.S.E.R. primario único producido por el láser de femtosegundo. De hecho, los haces L.A.S.E.R. secundarios corresponden a "porciones" separadas espacialmente del haz L.A.S.E.R. primario único. Debido a la existencia de una distancia no nula entre las diferentes haces L.A.S.E.R. secundarios, el diámetro del conjunto de haces L.A.S.E.R. secundarios es mayor que el diámetro del haz L.A.S.E.R. primario.
Este aumento de diámetro puede ser un inconveniente, especialmente si el dispositivo de corte incluye un sistema de barrido, tal como un escáner óptico, para mover la pluralidad de haces L.A.S.E.R. secundarios en un plano de corte. De hecho, el diámetro de entrada de un sistema de barrido suele ser del orden del diámetro del haz primario único L.A.S.E.R. para que algunos haces secundarios no penetren en el sistema de barrido.
Uno de los propósitos de esta invención es proponer un dispositivo de corte para compensar al menos una de las desventajas antes mencionadas.
Descripción de la invención
La invención está definida en las reivindicaciones anexas.
Por tanto, la invención tiende a proponer un dispositivo para cortar un tejido humano o animal, tal como una córnea, o un cristalino, que permite realizar operaciones de cortes rápidos y viables.
Otro objetivo de la invención es proporcionar un dispositivo de este tipo que sea de diseño simple y poco oneroso.
Para resolver los problemas antes mencionados, se ha desarrollado, un dispositivo de corte que comprende, de manera conocida, un láser de femtosegundo que puede emitir un rayo L.A.S.E.R. en forma de pulsos, y medios para dirigir y enfocar dicho haz sobre el tejido para ser cortado como tal.
Según la invención, el dispositivo incluye además medios de conformación para modular la fase del frente de onda del haz L.A.S.E.R., situado en la trayectoria de dicho haz, y medios de control para controlar los medios de configuración mediante la aplicación de una instrucción específica con el fin de modular la distribución de energía del haz L.A.S.E.R. al menos en dos puntos de impacto distintos en su plano focal, correspondientes al plano del corte.
Los métodos de control incluyen, por ejemplo, un ordenador(es), un procesador(es), un microcontrolador(es), un microordenador(es), un autómata(as) programable(s), un circuito(s) de aplicación integrado(s) específico(s), otro(s) circuito(s) programable(s) u otros dispositivos que incluyen un ordenador como estación de trabajo.
En el contexto de esta invención, se define como un "punto de impacto" una zona del haz L.A.S.E.R. incluida en su plano focal en la que la intensidad del haz L.A.S.E.R. es suficiente para generar una burbuja de cavitación en un tejido.
Así, la invención permite modificar el perfil de intensidad del haz L.A.S.E.R. en el plano de corte, de forma que puede mejorar la calidad o velocidad del corte según el perfil elegido. Esta modificación del perfil de intensidad se obtiene modulando la fase del haz L.A.S.E.R.
El propósito de la conformación es modular la distribución final de energía en el haz, por ejemplo, para optimizar un corte de láser.
La modulación óptica de fase es realizada utilizando una máscara de fase. La energía del haz incidente L.A.S.E.R. es conservada después de la modulación, y la forma del haz se logra actuando sobre el frente de onda. La fase de una onda electromagnética representa la situación instantánea de la amplitud de una onda electromagnética. La fase depende tanto del tiempo como del espacio. En el caso del modelado espacial de un haz L.A.S.E.R., solo se consideran las variaciones en el espacio de la fase.
El frente de onda se define como la superficie de los puntos de un haz con una fase equivalente (es decir, la superficie de los puntos cuyos tiempos de desplazamiento desde la fuente que ha emitido el haz son iguales). Por tanto, la modificación de la fase espacial de un haz requiere la modificación de su frente de onda.
Según la invención, los medios de conformación se presentan en forma de un modulador espacial de luz de cristal líquido.
Dicho modulador, comúnmente conocido como SLM, del acrónimo inglés "Spatial Light Modulator", consiste en una capa de cristales líquidos de orientación controlada que permite dar forma dinámica al frente de onda y, por tanto, a la fase del haz L.A.S.E.R.
Más precisamente, un SLM es un dispositivo de modulación de luz que modula la fase de un haz electromagnético utilizando cristales líquidos. Este sistema se basa en el principio de anisotropía de los cristales líquidos, es decir, la modificación del índice de los cristales líquidos, según su orientación espacial.
La orientación de los cristales líquidos puede ser realizada utilizando un campo eléctrico Por lo que, modificando localmente el índice del cristal líquido, es posible modificar el frente de onda del rayo láser. Este sistema puede tener una resolución muy alta, compatible con un modelado de haces complejo.
La máscara de fase, es decir, el mapa de cómo es necesario modificar la fase del haz para lograr un reparto de amplitud determinada, suele calcularse mediante un algoritmo iterativo basado en la transformada de Fourier, o en varios algoritmos de optimización, tales como algoritmos genéticos, o de recocido simulado.
El SLM permite así dar forma al frente de onda del haz L.A.S.E.R. de una manera dinámica, ya que es ajustable digitalmente. Esta modulación permite que el haz de corte sea formado de una manera dinámica y reconfigurable.
Según una forma particular de realización, la energía del haz L.A.S.E.R. es distribuida de manera que genera una pluralidad de puntos de impacto L.A.S.E.R. en un plano de enfoque del haz L.A.S.E.R.
Los dispositivos que utilizan un SLM ya han sido propuestos (véase la patente US 2012/271286). Sin embargo, en estos dispositivos, el SLM está configurado para corregir aberraciones del haz electromagnético de la fuente de radiación (no para distribuir la energía de un haz L.A.S.E.R. al menos en dos puntos de impacto distintos en su plano focal mediante la modulación del frente de onda del citado haz L.A.S.E.R.).
Dentro del alcance de la invención presente, la conformación permite, a partir de un haz único gaussiano, repartir su energía entre varios puntos, limitados en tamaño y número por la resolución de los medios de conformación, y por la potencia del haz. De esta manera, el número de puntos hace que disminuya el tiempo necesario de la operación de corte quirúrgico. Además de una reducción del tiempo de corte, esta invención permite otras mejoras, tales como una mejor calidad de la superficie después del corte o una disminución de la mortalidad endotelial. Resultará evidente que la invención presente puede ser combinada con técnicas actuales de movimiento rápido del haz, y una alta frecuencia de corte para aumentar aún más la velocidad de corte.
Por tanto, la modulación reconfigurable del frente de onda del L.A.S.E.R. de femtosegundo permite generar múltiples puntos de corte simultáneos formando un motivo, cada punto del motivo tiene una posición controlada sobre una superficie o en un volumen de la córnea.
Se entiende por "motivo" o pauta dentro del contexto de esta invención, una pluralidad de puntos de impacto L.A.S.E.R. generados simultáneamente sobre un plano de enfoque de un haz L.A.S.E.R. conformado, es decir modulado en fase para distribuir su energía sobre varios puntos distintos del plano de enfoque correspondiente al plano de corte del dispositivo.
Esta técnica permite realizar la operación de corte de una manera más rápida y eficiente porque implementa varios puntos L.A.S.E.R. realizando cada uno un corte y según un perfil controlado.
De preferencia, la forma de cada punto es también flexible. Esta técnica se combina perfectamente con las técnicas existentes de escáneres y/o de desplazamiento de las pletinas.
De preferencia, los diferentes puntos del motivo están separados regularmente en las dos dimensiones del plano focal para formar una cuadrícula de puntos L.A.S.E.R.
Por tanto, un solo barrido del haz L.A.S.E.R. conformado para generar simultáneamente una pluralidad de puntos de impacto reemplaza una multitud de barridos de un haz "no conformado" que genera un único punto de impacto.
La descripción está también enfocada a proporcionar un procedimiento para cortar tejido humano o animal, tal como una córnea, o un cristalino, por medio de un láser de femtosegundo que puede emitir un haz L.A.S.E.R. en forma de pulsos, enfocado a cortar el tejido como tal.
Según la descripción, y según lo anterior, el procedimiento consiste en:
aplicar una instrucción de modulación de fase a los medios para conformar el haz L.A.S.E.R., situados en la trayectoria del citado haz,
modular la fase del frente de onda del haz L.A.S.E.R. con los medios de conformación, calculando la instrucción de modulación para distribuir la energía del haz L.A.S.E.R. al menos entre dos puntos de impacto en su plano focal, correspondientes al plano del corte.
Por tanto, el procedimiento permite un corte rápido y viable.
Descripción breve de los dibujos
Otras características y ventajas de la invención resultarán claras a partir de la siguiente descripción, de manera indicativa y de ninguna manera limitadora, haciendo referencia a las Figuras anexas, en las que:
La Figura 1 es una representación esquemática de un montaje del dispositivo de corte según la invención;
La Figura 2 es una representación esquemática de un posible modelado del haz L.A.S.E.R. del dispositivo de corte según la invención;
La Figura 3 es una representación que ilustra una máscara de fase para obtener la distribución de energía tal como aparece en la Figura 2;
La Figura 4 es una representación de un injerto de la córnea antes de la operación de corte;
La Figura 5 es una representación similar a la de la Figura 4, con el injerto de la córnea representado después de haber sido aplanada;
La Figura 6 es una representación similar a la Figura 5, que ilustra el injerto de la córnea después de haber efectuado un primer corte de láser;
La Figura 7 ilustra una distribución de intensidad de un haz L.A.S.E.R. en su plano focal;
La Figura 8 ilustra la distribución de intensidad lograda modulando la fase del frente de un haz L.A.S.E.R utilizando un modulador de luz espacial
Exposición detallada de la invención
La invención se refiere a un dispositivo de corte (1) de un tejido humano por medio de un láser de femtosegundo (2). En el resto de la descripción, la invención se describe, como ejemplo, para el corte de una córnea (3) de un ojo humano o de un animal.
Haciendo referencia a la Figura 1 que ilustra el montaje de dicho dispositivo de corte (1), éste incluye un láser de femtosegundo (2) que puede emitir un rayo L.A.S.E.R. en forma de pulsos. Por ejemplo, el láser emite una luz de 780 nm en longitud de onda, en forma de pulsos de 150 femtosegundos. El láser tiene una potencia de 2W y una frecuencia de 5 kHz.
El haz L.A.S.E.R. (4) emitido por el láser (2) está dirigido y enfocado hacia la córnea para ser cortado a través de una pluralidad de elementos ópticos. Más precisamente, un primer espejo (5) refleja el haz L.A.S.E.R. (4) que sale directamente del láser (2), y lo reenvía a una bien conocida lámina de media longitud de onda (6) del estado de la técnica con el fin de crear un desfase de 180 grados, es decir, un retardo de media longitud de onda. La onda de salida de dicha lámina (6) presenta una polarización simétrica de la onda entrante respecto al eje óptico.
El haz L.A.S.E.R. (4) que sale de la lámina de media onda (6) pasa a través de un cubo de polarización (7)también conocido del estado de la técnica, separando la polarización aleatoria del haz L.A.S.E.R. (4) en dos componentes de polarización ortogonales y lineales. Una componente es reflejada 90 grados, mientras que la otra componente es transmitida. A continuación, la componente de polarización transmitida es reflejada ahora por un segundo espejo (8) a la conformación (9) del haz L.A.S.E.R. (4).
Los medios de conformación espacial del haz L.A.S.E.R. (4) en el plano focal permiten que varíe la superficie de onda del haz L.A.S.E.R. (4) para obtener puntos de impacto separados entre sí en el plano focal.
Con mayor precisión, los medios de conformación permiten modular la fase del haz L.A.S.E.R. (4) que sale del láser de femtosegundo para formar picos de intensidad en el plano focal del haz, cada pico de intensidad produce un punto de impacto respectivo en el plano focal que se corresponde con el plano de corte.
Los medios de conformación son, según el método ilustrado de realización, un modulador espacial de luz con cristales líquidos, conocido por la sigla SLM, del acrónimo inglés "Spacial Light Modulator".
El SLM (9) permite modular la distribución final de energía del haz L.A.S.E.R. (4), particularmente en el plano focal correspondiente al plano de corte de la córnea.
Más precisamente, el SLM está adaptado para modificar el perfil espacial del frente de onda del haz L.A.S.E.R. (4) primario que sale del láser de femtosegundo (4) para distribuir la energía del haz L.A.S.E.R. (4) en diferentes puntos de enfoque del plano de enfoque.
El SLM (9) es un dispositivo bien conocido en la técnica actual, y comprende una capa de cristales líquidos con orientación controlada para dar forma dinámica al frente de onda, y por tanto a la fase del haz L.A.S.E.R. (4). La capa de cristales líquidos de un SLM está organizada como una cuadrícula (o matriz) de píxeles. El espesor óptico de cada píxel es controlado eléctricamente por la orientación de las moléculas de cristal líquido pertenecientes a la superficie correspondiente al píxel.
El SLM (9) utiliza el principio de anisotropía de los cristales líquidos, es decir, la modificación del índice de los cristales líquidos, según su orientación espacial. La orientación de los cristales líquidos puede ser realizada utilizando un campo eléctrico. Por tanto, la modificación del índice de los cristales líquidos modifica el frente de onda del haz L.A.S.E.R. (4).
De una manera bien conocida, el SLM (9) aplica una máscara de fase (10), es decir, un mapa que determina cómo se debe modificar la fase del haz (4) para obtener una distribución de amplificación determinada en su plano de enfoque.
La máscara de fase es una imagen bidimensional en la que cada punto está asociado a un píxel respectivo del SLM. Esta máscara de fase permite controlar el índice de cada cristal líquido del SLM convirtiendo el valor asociado a cada punto de la máscara, representado en niveles de grises comprendidos entre 0 y 255 (del blanco al negro) — en un valor de control — representado en una fase comprendida entre 0 y 2n. Así, la máscara de fase es una instrucción de modulación mostrada en el SLM para causar en la reflexión un desplazamiento espacial desigual del haz L.A.S.E.R. (4) que ilumina el SLM. Por supuesto, el experto en la materia apreciará que el intervalo de nivel de grises puede variar dependiendo del modelo de SLM utilizado. Por ejemplo, en algunos casos, el intervalo de nivel de grises puede estar comprendido entre 0 y 220.
La máscara de fase (10) es generalmente calculada mediante un algoritmo iterativo basado en la transformada de Fourier, o en varios algoritmos de optimización, como los algoritmos genéticos, o el del recocido simulado. Se pueden aplicar diferentes máscaras de fase a los SLM dependiendo del número y de la posición de los puntos de impacto deseados en el plano focal del haz L.A.S.E.R. (4). En cualquier caso, el experto en la materia sabe cómo calcular un valor en cada punto de la máscara de fase para distribuir la energía del haz L.A.S.E.R. (4) en diferentes puntos de enfoque en el plano focal.
El SLM (9) permite así conformar de manera dinámica el frente de onda del haz L.A.S.E.R. (4). Esta modulación permite la conformación del haz (4) de corte de una manera dinámica y reconfigurable.
El SLM (9) permite, a partir de un haz L.A.S.E.R. (4) gaussiano que genera un único punto de impacto, y mediante la máscara de fase (10) tal como se muestra en la Figura 3, distribuir su energía por modulación de fase para generar simultáneamente varios puntos de impacto en su plano de enfoque.
Así, la invención propone generar una pluralidad de puntos de impacto a partir de un único haz L.A.S.E.R. conformado por modulación de fase (un solo haz aguas arriba y aguas abajo del SLM), contrariamente a los dispositivos US 2010/0133246, EP 1279 386 y DE 10 2007 019 812 en los que se obtiene la pluralidad de los puntos de impacto L.A.S.E.R. subdividiendo un haz primario en una pluralidad de haces secundarios (un solo haz aguas arriba de un separador de haces y varios haces aguas abajo del separador), cada haz secundario genera un punto de impacto respectivo.
El haz L.A.S.E.R. (4) conformado por modulación de fase es dirigido a continuación hacia una sucesión de espejos (11) y de lentillas ópticas (12), dispuestos para dirigir y enfocar el dicho haz conformado por modulación de fase (4) sobre la superficie de la córnea (3) a ser cortada. Una pluralidad de puntos L.A.S.E.R. (13) está entonces enfocada sobre la córnea (3), pudiendo realizar cada punto (13) una operación de corte de la córnea (3).
Haciendo referencia a la Figura 2, los diversos puntos L.A.S.E.R. (13) obtenidos están, por ejemplo, espaciados regularmente en las dos dimensiones del plano focal del haz L.A.S.E.R. (4), a fin de formar una cuadrícula de puntos L.A.S.E.R. (13). Por ejemplo, la conformación del haz L.A.S.E.R. (4) por modulación de fase obtenida con la máscara de fase (10) puede permitir la formación de un motivo compuesto de tres líneas de 7 puntos (13), separados uno de otro 45 pm dependiendo de las dos dimensiones del citado plano focal correspondientes al plano del corte.
Por tanto, el número de puntos del motivo disminuye tantas veces el tiempo necesario para la operación de corte quirúrgico. Además de una disminución del tiempo de corte de la córnea (3), la invención presente permite otras mejoras, tales como una mejor calidad de la superficie después del corte o una disminución de la mortalidad endotelial. Resultará evidente que la invención presente puede ser combinada con las técnicas actuales de movimiento rápido de los haces (4), y una alta frecuencia de corte para aumentar aún más la velocidad de corte.
La modulación reconfigurable del frente de onda del L.A.S.E.R. de femtosegundo permite generar múltiples puntos de corte simultáneos cada uno con una posición controlada sobre una superficie o en un volumen de la córnea (3).
Así, de lo anterior se desprende que la invención permite realizar un corte quirúrgico de una córnea, de forma rápida y eficiente porque aplica varios puntos L.A.S.E.R. (13) realizando cada uno un corte y según un perfil controlado.
El SLM (9) puede estar configurado también para dar forma al frente de onda del haz L.A.S.E.R. (4) de cualquier otra manera. Por ejemplo, el punto L.A.S.E.R. obtenido para cortar la córnea puede presentar algún tipo de forma geométrica, aparte de la circular. Esto puede tener algunas ventajas dependiendo de la aplicación considerada, como un aumento en la velocidad y/o en la calidad del corte.
Ventajosamente, y haciendo referencia a las Figuras 4 y 5, la superficie de la córnea (3) a ser cortada es aplanada por medio de una lámina de aplanamiento (14) bien conocida en la técnica actual. Esta lámina (14) permite un aplanamiento de la curvatura de la córnea, que simplifica la trayectoria de corte de los puntos L.A.S.E.R. (13) y mejora de esta manera la velocidad de corte. La lámina (14) sirve también como referencia para el posicionamiento del eje Z de los puntos L.A.S.E.R. (13), es decir, en un eje ortogonal al plano de corte. De esta manera, la lámina de aplanamiento (14) permite una mejor precisión de corte de los injertos. Cada punto (13) tiene un impacto sobre la córnea, que vaporiza el tejido de dicha córnea para formar un punto de corte (23).
Por último, con el fin de permitir un posicionamiento preciso de la córnea (3) a ser cortada, la instalación comprende un conjunto de visualización confocal (15). Este conjunto (15) permite obtener una precisión de posicionamiento cercana al micrómetro de la córnea según el eje Z. Este montaje (15) comprende, haciendo referencia a la Figura 1, un espejo dicroico (16) y una lentilla de enfoque (24) que puede reflejar, dirigir y enfocar una parte de la intensidad del haz (4) conformado por modulación de fase, a saber, el haz (4) del SLM (9), hacia la cara de la córnea (3) a ser cortada. La otra parte de la intensidad del haz conformada (4) es dirigida hacia una disposición que comprende espejos (17), una lentilla (18) y un segundo espejo dicroico (19), dispuestos, por una parte, para dirigir una parte de la intensidad del haz (4) salido del espejo dicroico (16) a un sensor CCD (20) y, por otra parte, para dirigir un segundo haz L.A.S.E.R. (21), salido de una segunda fuente de luz (22) al espejo dicroico (16) y a la superficie de la córnea (3) a ser cortada. Este montaje (15) no forma parte de la invención y no se describe con más detalle.
La invención propone un método original basado en una modulación del frente de onda de un haz L.A.S.E.R. para redistribuir la energía del haz L.A.S.E.R. entre una pluralidad de puntos de impacto distintos del dicho haz L.A.S.E.R. Esto genera varios puntos de impacto de un solo haz L.A.S.E.R. modulado.
Este fenómeno puede ser considerado como un fenómeno de interferencia en dos dimensiones. Cada porción del haz L.A.S.E.R. inicial que sale de la fuente es retardada o avanzada desde el frente de onda inicial para que cada una de estas porciones sea redirigida para lograr una interferencia constructiva en N puntos distintos del plano focal de una lentilla. Esta redistribución de la energía entre una pluralidad de puntos de impacto no es realzada más que en un solo plano (es decir, en el plano de enfoque) y no a lo largo del camino de propagación del haz L.A.S.E.R. modulado. Por tanto, la observación del haz L.A.S.E.R. modulado antes o después del plano de enfoque no identifica una redistribución de la energía en una pluralidad de puntos de impacto distintos, debido a este fenómeno que puede equipararse a las interferencias constructivas (que son realizadas sólo en un plano y no a lo largo de la propagación como en el caso de la separación de un haz L.A.S.E.R. inicial en una pluralidad de haces L.A.S.E.R. secundarios).
Para entender mejor este fenómeno de modulación de la fase del frente de onda, se han ilustrado esquemáticamente en la Figura 7 los perfiles de intensidad 36a - 36e obtenidos en tres ejemplos de montajes ópticos distintos.
Según se muestra en la Figura 7, un haz L.A.S.E.R. 32 emitido por una fuente de láser 31 produce un pico de 36a de intensidad gaussiana en un punto de impacto 35a en un plano de enfoque 34.
La inserción de un separador de haz 37 entre la fuente 31 y el plano de enfoque 34 induce la generación de una pluralidad de haces L.A.S.E.R. secundarios 32', cada haz L.A.S.E.R. secundario 32' produce un punto de impacto 35b, 35c respectivo en el plano de enfoque 34 de los haces L.A.S.E.R. secundarios 32'.
Por último, la inserción entre la fuente 31 y el plano de enfoque 34 de un SLM 38 programado mediante una máscara de fase que forma la instrucción de modulación induce la modulación del frente de onda del haz L.A.S.E.R. 32 salido de la fuente 31. El haz L.A.S.E.R. 32", cuya fase del frente de onda ha sido modulada, permite inducir la producción de varios picos de intensidad 36d, 36e espacialmente separados en el plano focal 34 del haz L.A.S.E.R., cada pico 36d, 36e se corresponde con un punto de impacto 35d, 35e respectivo y realiza un corte.
El método original según la invención basado en una modulación de la fase del frente de onda permite generar varias burbujas de cavitación simultáneas sin multiplicación del haz L.A.S.E.R. inicial producido por la fuente L.A.S.E.R. de femtosegundo, contrariamente a los sistemas y procedimientos propuestos en la técnica anterior que utilizan dispositivos ópticos que utilizan dispositivos ópticos de duplicación del haz, tales como los separadores de haces (véanse las patentes US 2010/0133246, EP 1279 386 y DE 102007 019 812).
Para comprender mejor este fenómeno de modulación, se considera una onda que se propaga a través de un sistema óptico que se asimila a una lentilla delgada de distancia focal f. Los campos eléctricos objeto:
Figure imgf000008_0001
e imagen:
Figure imgf000008_0002
situados respectivamente en los planos focales objeto e imagen de una lentilla están relacionados por la ecuación siguiente:
Figure imgf000008_0003
Por otra parte, el campo eléctrico de una solución de la onda electromagnética de la ecuación de la propagación puede expresarse en forma de:
Figure imgf000008_0004
donde:
Figure imgf000008_0005
es llamada fase espacial. Experimentalmente, se comprueba que la influencia de la fase espacial sobre el campo objeto tiene una influencia preponderante sobre la distribución de la amplitud en el plano de imagen. A continuación, es posible, mediante una elección inteligente de la fase espacial en el campo objeto, obtener una distribución arbitraria de la amplitud en el campo imagen (en este caso, en el foco de la lentilla). Las mismas consideraciones se aplican cuando los campos objeto e imagen no coinciden con los planos focales. A continuación, se debe tener en cuenta la propagación de la onda en el cálculo de la fase (cálculo no detallado en esta memoria).
El direccionamiento digital del SLM permite facilitar su programación. Es también posible un ajuste fino del SLM para obtener los puntos de impacto homogeneizados 35d, 35e en el plano de enfoque 34, lo que no ha sido posible con la técnica de separación del haz con la que las dimensiones y posiciones de los puntos de impacto 35b, 35c obtenidos pueden ser muy heterogéneos y para los que, en este caso, no es posible corregir dinámicamente estos defectos, las técnicas de separación del haz se basan en elementos ópticos rígidos.
El ajuste fino de la SLM es realizado variando la máscara de fase utilizada para conducirla.
El ajuste del SLM puede ser realizado disponiendo un analizador de haz (como una cámara CCD) en el plano de enfoque y proyectando el haz L.A.S.E.R. modulado sobre el analizador de haz. Se hacen variar los valores de la máscara de fase hasta que los picos de intensidad de dimensiones homogéneas estén uniformemente distribuidos. Una vez que la máscara de fase ha sido calculada con precisión, puede ser utilizada en todos los dispositivos de corte fabricados. Se graba como una instrucción de modulación en las memorias de los medios de control para controlar sus respectivos SLM utilizando dicha máscara de fase. Por tanto, una vez calculada, la máscara de fase es congelada y no se modifica según las propiedades (es decir, el frente de onda) del haz L.A.S.E.R. al que está asociado el SLM.
En este sentido, la máscara de fase es calculada independientemente del frente de onda del haz L.A.S.E.R. antes de la modulación, a diferencia de la máscara de fase de los SLM utilizada para corregir aberraciones según se propuso en la técnica anterior.
Como ejemplo, la modulación de fase ha permitido realizar experimentalmente una matriz de puntos de láser 35f - 35k de tal uniformidad que cada punto 35f, 35g, 35h, 35i, 35j, 35k presenta la misma cresta de fluencia a menos del 5%, con una medida hecha con un sensor CCD, según se ilustra en la Figura 8.
La generación simultánea de varios puntos de impacto por duplicación de haz no permite controlar con la misma facilidad y precisión la posición y las dimensiones en sección de los diferentes haces secundarios.
Por tanto, la invención permite disponer de una herramienta de corte eficaz, ya que los impactos L.A.S.E.R. han sido obtenidos con puntos de energía sustancialmente iguales, las burbujas de cavitación que dilataron los tejidos biológicos cortados son de un tamaño sustancialmente igual. Esto permite mejorar la calidad del resultado obtenido, con un plano de corte homogéneo, en el que los puentes de tejidos residuales son todos aproximadamente del mismo tamaño y permiten una disección por parte del personal sanitario de una calidad aceptable dada la importancia de la calidad del estado superficial del tejido cortado cuando es tratado, por ejemplo, el de una córnea. Los sistemas y procedimientos propuestos en la técnica anterior que utilizan dispositivos ópticos de duplicación de haz, tales como los separadores de haces (véanse las patentes US 2010/0133246, EP 1 279 386 y DE 10 2007 019 812) no proporcionan un plano de corte homogéneo debido a la imposibilidad de controlar con precisión la posición de cada haz y la distribución de energía en cada haz, lo que conduce a un corte de tejido no homogéneo, con puentes tisulares de tamaño diferente, y una disección que a veces es fácil, a veces es difícil, lo que no garantiza una condición superficial aceptable del tejido cortado.
Además, en muchos puntos de impacto idénticos, el diámetro en sección de una pluralidad de haces duplicados es mayor que el diámetro de la sección de un haz L.A.S.E.R. modulado en fase según la invención. Esto es debido al hecho de que los haces duplicados deben estar espaciados con suficiente distancia para limitar el riesgo de interferencias.
Por tanto, para generar una pluralidad de puntos de impacto, es más fácil asociar un haz L.A.S.E.R. modulado en fase según la invención a un elemento óptico que tiene una entrada de dimensiones limitadas en lugar de a una pluralidad de haces L.A.S.E.R. secundarios.
Por ejemplo, el haz L.A.S.E.R. modulado en fase según la invención es compatible con el uso de un escáner de barrido que tiene uno (o más) espejo(s) óptico(s) que gira(n) alrededor de dos ejes al menos.
La integración de dicho escáner óptico en el dispositivo de corte según la invención permite desplazar el motivo de puntos de impacto (formado por el haz L.A.S.E.R. modulado en fase para distribuir la energía del haz L.A.S.E.R. al menos en dos puntos de impacto distintos) en el plano de corte en una pluralidad de posiciones distintas. Un sistema de desplazamiento así puede ser controlado por los medios de control del dispositivo de corte.
La invención ha sido descrita para operaciones de corte de la córnea (3) en el campo de la cirugía oftalmológica, pero resultará evidente que puede ser utilizada para otro tipo de operación de cirugía oftalmológica sin apartarse del alcance de la invención. Por ejemplo, la invención encuentra aplicación en la cirugía refractiva de la córnea, como el tratamiento de ametropías, incluyendo miopía, hipermetropía, astigmatismo, en el tratamiento de la pérdida de acomodación, incluida la presbicia. La invención encuentra también aplicación en el tratamiento de cataratas con incisión de la córnea (3), corte de la cápsula anterior del cristalino y la fragmentación del cristalino. Por último, en términos más generales, la invención se refiere a todas las aplicaciones clínicas o experimentales sobre la córnea (3) o el cristalino de un ojo humano o de un animal.
Aún más generalmente, la invención se refiere al amplio campo de la cirugía con L.A.S.E.R. y presenta una aplicación ventajosa para cortar y especialmente vaporizar tejidos blandos de humanos o de animales, con un alto contenido de agua.

Claims (8)

REIVINDICACIONES
1. Dispositivo de corte (1) de tejido humano o de animal, tal como una córnea (3), o un cristalino, incluyendo dicho dispositivo (1), un láser de femtosegundo (2) que puede emitir un haz L.A.S.E.R. (4) en forma de pulsos, y medios que pueden dirigir y enfocar dicho haz L.A.S.E.R. (4) sobre o en el tejido para su corte como tal, comprendiendo dicho dispositivo (1) medios de conformación (9) dispuestos en la trayectoria de dicho haz L.A.S.E.R. (4) para modular la fase del frente de onda del haz L.A.S.E.R. (4), según una instrucción de modulación calculada para distribuir la energía del haz L.A.S.E.R. entre dos puntos de impacto al menos en su plano focal, correspondientes al plano del corte, dicho dispositivo que se caracteriza por que dichos medios de conformación comprenden un modulador espacial de luz con cristales líquidos y en que el haz L.A.S.E.R. es un único haz aguas arriba y aguas abajo de dicho modulador de luz espacial.
2. Dispositivo de corte (1) según la reivindicación 1, comprendiendo también medios de control para controlar los medios de configuración (9) utilizando la instrucción de modulación.
3. Dispositivo de corte (1) según la reivindicación 1, en donde la instrucción de modulación es una imagen bidimensional que se muestra en el modulador de luz espacial para causar mediante reflexión un desplazamiento espacial desigual del haz L.A.S.E.R. (4) induciendo la distribución de energía del haz L.A.S.E.R. (4) en dos puntos de impacto al menos en su plano focal.
4. Dispositivo de corte (1) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la instrucción de modulación es una imagen bidimensional con niveles de grises compuesta por una forma periódica repetida varias veces en la imagen.
5. Dispositivo de corte (1) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde se calcula la instrucción de modulación independientemente de la forma del frente de onda del haz L.A.S.E.R. (4) antes de la modulación.
6. Dispositivo de corte (1) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde la energía del haz L.A.S.E.R. (4) está distribuida en el plano focal entre una pluralidad de puntos de impacto L.A.S.E.R. (4) distintos que forman un motivo, cada punto puede realizar un corte del tejido.
7. Dispositivo de corte (1) según la reivindicación 6, en donde los puntos de impacto L.A.S.E.R. del motivo están espaciados regularmente en ambas dimensiones del plano focal para formar una cuadrícula de puntos L.A.S.E.R. (13).
8. Dispositivo de corte (1) según una cualquiera de las reivindicaciones 6 o 7, incluyendo también un sistema de espejo óptico que gira alrededor de dos ejes al menos para desplazar el motivo en el plano de corte en una pluralidad de posiciones distintas.
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