ES2871539T3 - Dispositivo láser para caracterización de tejidos - Google Patents

Abstract

Dispositivo láser (100) con una fuente láser de ablación (401) adaptada para proporcionar un rayo láser de ablación (402; 402i) para realizar la ablación de un tejido diana (120) caracterizado por que comprende una disposición de análisis de penacho (250) adaptada para identificar y/o cuantificar por lo menos una sustancia que es un biomarcador del tejido diana sometido a ablación (120) en los residuos de un penacho (110) generados por el rayo láser de ablación (402; 402i) que realiza la ablación del tejido diana (120).

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo láser para caracterización de tejidos

Campo técnico

La presente invención se refiere a un dispositivo láser según el preámbulo de la reivindicación independiente 1 para llevar a cabo un método de caracterización de tejidos.

Dichos dispositivos láser que comprenden una fuente láser de ablación adaptada para proporcionar un rayo láser de ablación para la ablación de un tejido diana pueden utilizarse en muchas aplicaciones tales como en aplicaciones médicas o quirúrgicas donde un tejido humano o animal va a cortarse o a someter a ablación de otra forma.

Técnica anterior

Para cortar y perforar tejido blando o duro humano o animal, tal como huesos, cartílagos o similares, se utilizan comúnmente desde hace mucho tiempo diversas herramientas diferentes tales como sierras, cinceles o taladros. En los últimos años, también el corte y la perforación con rayo láser está volviéndose cada vez más popular. Por ejemplo, en algunas cirugías asistidas por ordenador, se conoce la utilización de rayos láser como instrumentos de corte. Más particularmente, por ejemplo, en el documento WO 2011/035792 A1 se describe un dispositivo médico osteotómico láser asistido por ordenador y guiado por robot que permite una perforación y corte precisos y suaves de huesos y otro tejido humano o animal duro y también blando mediante un mecanismo de acción que evita que el calor local alcance las superficies cortadas haciendo que la cicatrización sea más rápida y más fuerte.

Además, con el fin de adquirir información sobre la salud de los tejidos humanos o animales, es convencional utilizar biopsias. Las biopsias son pruebas que normalmente realiza un cirujano, un radiólogo intervencionista o un cardiólogo intervencionista para determinar la presencia o extensión de una enfermedad. Las biopsias habitualmente implican la extracción de algunas células o pequeñas cantidades de tejidos para su posterior examen, normalmente bajo un microscopio por un patólogo utilizando reactivos específicos. El tejido también puede analizarse o caracterizarse por métodos químicos. En los últimos años, con la creciente automatización en aplicaciones médicas y de investigación, las biopsias ópticas se generalizaron cada vez más para reducir el riesgo o, por ejemplo, la recurrencia en el caso de los tumores.

Por ejemplo, el reconocimiento de los tumores y la detección precisa de los márgenes del tumor representan un desafío central durante una intervención quirúrgica, tal como la extirpación de un tumor en el hueso. El cirujano necesita saber si el tejido que está cortando alrededor del tumor está sano o si también presenta células cancerosas. Típicamente, para esta tarea, el análisis por biopsia es demasiado lento y el cirujano opta por cortar tejido adicional para aumentar la certeza de que se extirpa el tejido carcinógeno. De hecho, y a pesar de los recientes avances tecnológicos, las biopsias siguen siendo procedimientos que requieren mucho tiempo y bastante engorrosos. Además, se realizan biopsias convencionales después de la operación; dependiendo de los resultados de la biopsia, podría ser necesario proceder a una posterior intervención quirúrgica. En otras palabras, dichos procesos no permiten reaccionar durante la intervención dependiendo del resultado de la biopsia tal como desean los cirujanos y pacientes.

Por tanto, existe la necesidad de un dispositivo o método que permita la caracterización del tejido de la forma más rápida y precisa posible y, en particular, dentro del tiempo de una intervención quirúrgica.

Divulgación de la invención

Según la invención, esta necesidad se resuelve mediante un dispositivo láser tal como se define mediante las características de la reivindicación independiente 1. Las formas de realización preferidas son el sujeto de las reivindicaciones dependientes.

En particular, la invención trata de un dispositivo láser que presenta una fuente láser de ablación adaptada para proporcionar un rayo láser de ablación para la ablación de un tejido diana. El dispositivo láser comprende una disposición de análisis de penacho adaptada para identificar y/o cuantificar al menos una sustancia en los residuos del penacho generados por el rayo láser que realiza la ablación el tejido diana, en el que la sustancia es un biomarcador del tejido diana sometido a ablación.

El término “dispositivo láser” se refiere en general a un dispositivo que está dispuesto para generar un rayo láser o que emite luz a través de un proceso de amplificación óptica basado en la emisión estimulada de radiación electromagnética. Láser es un acrónimo de “amplificación de luz mediante emisión estimulada de radiación, light amplification by stimulated emission of radiation’’. Un láser puede diferir de otras fuentes de luz en que emite luz de manera coherente. Dicha coherencia espacial puede permitir que un láser se enfoque en un punto estrecho que aporta una potencia comparativamente alta de una manera variable a una superficie o al tejido diana, lo que hace posible aplicaciones, tales como el corte o la litografía.

El tejido diana puede ser, en particular, un tejido blando o duro natural humano o animal. En particular, el dispositivo láser puede estar abierto a todo tipo de tejidos, es decir, puede ser capaz de discriminar diversos o cualquier tejido en un ser humano o animal. De ese modo, el término “tejido duro” puede referirse a tejido de uña, cartílago y, en particular, a tejido óseo. Por tanto, el dispositivo láser puede estar diseñado particularmente para o ser capaz de cortar huesos. Por ser adecuado para la ablación de tejido duro y, en particular, de tejido óseo, el rayo láser de ablación puede presentar una longitud de onda apropiada para evaporar agua, es decir, aproximadamente 2,940 nanómetros (nm). En particular, puede ser un rayo láser pulsado. De ese modo, el término “pulso láser” puede referirse a un rayo láser de duración comparablemente corta, preferentemente de una longitud de onda dada que presenta una anchura, forma y potencia temporales específicas.

El término “penacho”, tal como se utiliza en la presente memoria, puede referirse a un producto de un proceso de combustión o carbonización y puede comprender moléculas olorosas, humo, aerosoles y similares denominados residuos. Más específicamente, en el contexto de la ablación con láser, el penacho puede integrar o comprender cualquier sustancia expulsada por el rayo láser cuando incide en el tejido diana como residuos. En consecuencia, en relación con el penacho, el término “residuos” puede referirse a cualquier molécula resultante de la ablación del tejido diana, tales como pequeñas fracciones sólidas volátiles del tejido diana, humo, aerosoles, moléculas olorosas y similares.

El término “sustancia”, tal como se utiliza en la presente memoria, puede referirse a una sola sustancia, una mezcla de varias sustancias o un patrón de un número dado de masas o moléculas, cualquier patrón espectroscópico o similar.

El principio del dispositivo láser es que el rayo láser de ablación proporcionado por la fuente láser de ablación crea un penacho de residuos. Este penacho habitualmente se contrapropaga más o menos aproximadamente a lo largo de la dirección del rayo láser de ablación después de que cada pulso de láser del rayo láser de ablación haya golpeado el tejido. Dichos residuos comprenden moléculas, átomos, fragmentos de células, así como iones y electrones en forma de residuos. La composición de los residuos es indicativa del tejido que está sometiéndose a ablación. Por tanto, puede ser una característica, o una “firma”, del tejido sometido a ablación.

Al identificar y cuantificar las concentraciones relativas de los residuos, o las razones entre la intensidad de biomarcadores o fragmentos celulares asociados con tejido sano y, por ejemplo, canceroso en el penacho, es posible decidir rápidamente ampliar el volumen para extraer un tumor si se observó que se ve afectado con células cancerosas, o continuar con la operación planificada, si el tejido sometido a ablación no muestra información asociada con células cancerosas. En particular, al analizar los residuos del penacho, la identificación puede ser comparativamente rápida y más precisa en comparación con cualquier otro método en el que se analiza la superficie del propio tejido diana. Esto permite un análisis preciso en tiempo real del tejido diana que, por ejemplo, puede integrarse en un proceso quirúrgico.

El dispositivo láser según la invención permite analizar con precisión el tejido durante una intervención médica y particularmente quirúrgica de una manera comparablemente rápida y precisa y, ventajosamente, dentro del tiempo de la intervención quirúrgica o en el tiempo de ejecución. El dispositivo propuesto, cuando se utiliza para el diagnóstico de cáncer in vivo, puede eliminar la necesidad de una biopsia posoperatoria que requiere mucho tiempo mediante una biopsia óptica y, por tanto, posiblemente evitar una segunda intervención.

En combinación con un sistema guiado por robot tal como se mencionó anteriormente, pueden recogerse datos medidos según la invención de cualquier dispositivo de identificación y/o cuantificación de sustancias, tal como un dispositivo espectroscópico, junto con su posición x, y y z específica para generar mapas de caracterización de tejidos. Tal como se describe con más detalle a continuación, también en combinación con imágenes ópticas, pueden generarse superposiciones de imágenes o visualizaciones de realidad aumentada.

En comparación con la obtención de imágenes por espectrometría de masas (IMS) conocida, en donde en general se proporciona un sistema de detección de posición fija y se mueve una sonda, el láser con su detector o sistema de identificación de sustancias puede moverse en las direcciones Y, Z y Z. De esta forma, pueden escanearse superficies tridimensionales así como analizarse el interior de orificios perforados con láser.

En combinación con datos de MRI, PET y MRT, el dispositivo láser según la invención puede añadir datos de superficie tridimensionales de áreas específicas y puede visualizarlos en todo tipo de vistas superpuestas o imágenes aumentadas. Por ejemplo, durante una cirugía, pueden visualizarse y controlarse situaciones o imágenes completas, por ejemplo, para ayudar al cirujano en su disección. El dispositivo según la invención también permite tomar biopsias con posiciones muy precisas y, por tanto, también es factible la obtención de imágenes o el mapeo de tumores preciso. Los datos analíticos, junto con la localización exacta, también pueden utilizarse para cálculos adicionales, interpolación entre puntos de datos y para algoritmos adicionales, por ejemplo, mediante redes neuronales, para desarrollar mejores habilidades de visualización y para estrategias automatizadas para la extracción de tumores.

La detección o el análisis de penacho pueden combinarse con métodos de análisis estadístico. De manera similar a los denominados métodos de aprendizaje supervisado, el dispositivo según la invención presenta el potencial de realizar predicciones con base estadística. En primer lugar, antes del mapeo, el sistema puede entrenarse dentro del paciente apoyado por una base de datos. En la pantalla, los diferentes tejidos sobre un área analizada dada pueden visualizarse con su precisión estadística específica.

La unidad de análisis de penacho puede estar completa o parcialmente integrada de manera que el dispositivo láser puede ser una única unidad física. También puede estar integrada en otro sistema tal como un sistema de guiado robótico de manera que el dispositivo láser consiste en varias unidades físicas. Además, también puede realizarse como una unidad diferenciada. También son posibles combinaciones de estas implementaciones de la unidad de análisis de penacho.

Preferentemente, la disposición de análisis de penacho comprende un espectroscopio láser. Un espectroscopio láser de este tipo permite identificar y cuantificar de manera precisa sustancias en los residuos del penacho. Dicho espectroscopio también permite sondear el penacho originado en tiempo real con un rayo láser específico. Por tanto, permite un análisis comparablemente rápido de manera que las sustancias pueden identificarse más o menos en tiempo real o, al menos, dentro del tiempo de la intervención. El término “tiempo real” en este sentido puede referirse a un funcionamiento del dispositivo láser en el que el rayo láser de ablación pulsado se proporciona sin ninguna restricción y la evaluación del penacho se realiza durante la operación. Se evita un retraso esencial y, en particular, una interrupción en el funcionamiento del dispositivo láser.

El dispositivo láser que presenta un espectroscopio láser puede utilizarse también para determinar o analizar el tejido que queda en la superficie de la región recién sometida a ablación en lugar de los residuos eyectados en el penacho. En formas de realización específicas de un dispositivo láser de este tipo, sería incluso posible que la disposición de análisis de penacho sea solo capaz de analizar el tejido que queda y que las sustancias en los residuos del penacho generados por el rayo láser que somete a ablación el tejido diana no se identifiquen o no se identifiquen apropiadamente.

Preferentemente, el dispositivo láser comprende una estructura de mezclado de rayos, en la que la disposición de análisis de penacho presenta una fuente láser de análisis adaptada para proporcionar un rayo láser de análisis, y la estructura de mezclado de rayos está adaptada para redirigir el rayo láser de ablación de la fuente láser de ablación y/o el rayo láser de análisis de la fuente láser de análisis de manera que un eje óptico del rayo láser de ablación sea paralelo a un eje óptico del rayo láser de análisis.

El término “paralelo”, en relación con el eje óptico con los rayos láser de ablación y análisis, puede referirse a una disposición paralela geométrica, a una orientación esencialmente paralela, es decir, que incluye desviaciones menores en la alineación, y particularmente a una orientación esencial o precisamente coaxial de los rayos láser.

La estructura de mezclado de rayos puede ser una estructura optomecánica. Una estructura optomecánica de este tipo puede comprender óptica de conformación de rayos para colimar cada rayo láser individual, espejos de deflexión en la trayectoria del rayo diferente para permitir una alineación paralela apropiada de los rayos láser y/o espejos dicroicos. En algunas formas de realización, puede resultar favorable disponer del rayo láser de análisis en transmisión para la estructura de mezclado de rayos. Para proteger los elementos ópticos de las impurezas, la estructura de mezclado de rayos puede comprender una ventaja de acoplamiento externo después del espejo de escáner.

Cuando los rayos se mezclan coaxialmente o en paralelo y considerando que, en la mayoría de los casos, los rayos están constituidos por pulsos, los diferentes rayos pulsados habitualmente no se propagan en el mismo espacio al mismo tiempo. En este sentido, el concepto de coaxial o paralelo puede referirse a dos rayos pulsados que se propagan a través del mismo espacio pero en períodos de tiempo ligeramente diferentes. O bien, un láser puede ser continuo mientras que el otro está pulsado de manera que no se producen dichos periodos de tiempo diferentes.

Para enfocar el rayo láser compuesto, el dispositivo de ablación láser puede estar equipado con un elemento de enfoque del rayo que puede estar compuesto por el espejo de escáner. El elemento de enfoque del rayo puede ser un sistema de lentes, óptica reflectante o una combinación de ambos.

Preferentemente, el dispositivo láser presenta un espejo de escáner móvil en el que el espejo de escáner está dispuesto para dirigir el rayo láser de análisis y el rayo láser de ablación cuando presentan ejes ópticos paralelos. El término “móvil” en relación con el espejo de escáner se refiere a que puede desplazarse y/o reorientarse en particular. Por ejemplo, el espejo de escáner puede girarse, reubicarse, inclinarse, doblarse o similar con el fin de poder moverse. Dicho espejo de escáner móvil permite dirigir y/o enfocar con precisión los rayos láser o el rayo láser compuesto.

El término “posicionado después de la estructura de mezclado de rayos” en relación con el espejo de escáner móvil, se refiere, en particular, a una disposición o posicionamiento con respecto a una dirección de propagación del rayo láser. En particular, el espejo de escáner está situado de manera que los rayos láser se propagan, en primer lugar, a través de la estructura de mezclado de rayos y después de eso alcanzan el espejo de escáner. De este modo, puede lograrse que los rayos láser mezclados o un rayo láser compuesto se redirijan por el espejo de escáner.

El espejo de escáner como óptica de reflexión puede adaptarse para enfocar el rayo láser de corte y el rayo láser de análisis. De ese modo, el espejo de escáner puede ser un espejo cóncavo o parabólico montado en una unidad de escaneo móvil que puede simplificar la alineación y el control. Un diseño de óptica de reflexión de este tipo presenta además la ventaja de pérdidas más pequeñas y de ausencia de aberraciones cromáticas cuando se utilizan diferentes longitudes de onda. Así, es posible un funcionamiento especialmente eficaz del dispositivo láser.

Preferentemente, el espectroscopio láser comprende un espectroscopio de fluorescencia inducida por láser (LIF), un espectroscopio de dispersión Raman anti-Stokes coherente (CARS), un espectroscopio fotoacústico láser (LPAS), un espectroscopio de ruptura inducida por láser (LIBS), un espectroscopio de emisión atómica (AES), un AES/LIBS, un espectroscopio de ionización multifotónica mejorada por resonancia (REMPI), un espectroscopio de masas (MS), un sistema en donde las moléculas están separadas por su sección transversal de colisión, tal como un espectroscopio de movilidad iónica (IMS), o un espectroscopio de dispersión elástica (ES). La elección de un espectroscopio láser, en particular, puede depender del problema específico en cuestión. Además, en algunas aplicaciones, podría ser ventajoso combinar varios de estos espectroscopios láser en un solo dispositivo láser. Por ejemplo, una combinación de tomografía de coherencia óptica (OCT), LIBS y espectrometría de masas (MS) puede ser particularmente beneficiosa.

A continuación, se describen posibles formas de realización de los espectroscopios mencionados o las técnicas subyacentes a esos espectroscopios:

Fluorescencia inducida por láser (LIF): LIF es un método establecido para identificar y cuantificar la concentración de moléculas o átomos en la fase gaseosa y, por lo tanto, más apropiado para el propósito en cuestión. Ya se aplica con éxito para la medición cuantitativa de concentraciones en campos como combustión, plasma, pulverización y fenómenos de flujo. Pueden registrarse dos tipos diferentes de espectros con una realización de este tipo del dispositivo láser, espectros dispersos y espectros de excitación.

Los espectros dispersos se obtienen con una longitud de onda de excitación fija, mientras que el espectro de emisión de fluorescencia se analiza con, por ejemplo, un monocromador. O bien, la luz de interés se selecciona por medio de un filtro óptico. La excitación con una longitud de onda fija también podría lograrse mediante excitación multifotónica, tal como la excitación de dos fotones, que requiere habitualmente pulsos de luz muy cortos. En ambos casos, el acoplamiento de la luz en un solo haz coaxial es idéntico.

Los espectros de excitación, por otro lado, se obtienen recogiendo luz fluorescente a una longitud de onda de emisión fija o intervalo de longitudes de onda mientras que la longitud de onda del láser de excitación cambia utilizando un láser sintonizable para la excitación. Este modo de funcionamiento podría utilizarse para seleccionar las regiones espectrales interesantes para un biomarcador dado y, una vez que se han encontrado los parámetros espectrales óptimos, el dispositivo se hace funcionar en el modo de excitación dispersa.

Espectroscopía Raman anti-Stokes coherente (CARS): CARS básicamente identifica resonancias moleculares tal como la información de vibración en las moléculas. Es una forma mejorada de espectroscopía Raman también sensible a las firmas de vibración de las moléculas, y puede ser adecuada para el fin de, por ejemplo, identificar y cuantificar células cancerosas. Puede utilizarse CARS para microscopía selectiva de especie y diagnósticos de combustión. Más recientemente, se ha utilizado CARS como método para la obtención de imágenes no invasivas de lípidos en muestras biológicas, tanto in vivo como in vitro.

El principio general de CARS es que se utilizan múltiples fotones para excitar las vibraciones moleculares y producir una señal coherente. CARS es un proceso óptico no lineal de tercer orden que implica tres rayos láser: un rayo de bombeo de frecuencia o p, un rayo de Stokes de frecuencia os y un rayo de sonda a la frecuencia Opr. Estos rayos interaccionan con la muestra y generan una señal óptica coherente a la frecuencia anti-Stokes (oPr+ op-os). Esta última se potencia de manera resonante cuando la diferencia de frecuencia entre los rayos de bombeo y de Stokes (op-os) coincide con la frecuencia de una resonancia de vibración de Raman.

Con CARS, no solo pueden analizarse los componentes de los residuos en el penacho, sino también la muestra seleccionada como diana o el tejido diana entre los pulsos posteriores del rayo láser de ablación, y la utilización de un escáner puede permitir reconstruir una imagen de la estructura celular en el plazo de segundos a medida que tiene lugar la intervención quirúrgica, es decir, en tiempo real.

Espectroscopía fotoacústica láser (LPAS): LPAS se basa en la detección de una señal acústica generada por un láser cuando realiza la ablación de un tejido. La energía absorbida a partir de la luz láser de excitación, que en el presente dispositivo de ablación por láser puede inducir calentamiento local seguido de una explosión debido a la expansión térmica, puede generar una onda de presión que se propaga en el tejido cercano y una onda de sonido que se propaga en el espacio abierto. En cualquier caso, la presión o las frecuencias de las ondas acústicas, la amplitud y las características de desintegración, pueden ser indicativas del tejido que está sometiéndose a ablación. Cuando el rayo láser de ablación golpea el tejido evaporándolo, la señal acústica de la explosión puede ser comparablemente fuerte y característica para el tejido que está sometiéndose a ablación. En particular, si el tejido en cuestión es hueso, la señal acústica presenta normalmente una señal diferente que cuando el tejido que está sometiéndose a ablación es tejido blando u otro tejido duro porque la impedancia acústica es diferente en diferentes tejidos.

Podría utilizarse también LPAS para analizar el contenido del penacho utilizando un láser separado que funciona a una longitud de onda que podría absorberse por un biomarcador en los residuos del penacho. La configuración para traer la luz de excitación de LPAS podría ser por medio de una fibra óptica que se colima y se mezcla coaxialmente con el láser de ablación. La detección de la señal de LPAS cuando se muestrea el penacho puede detectar por medio de un micrófono y puede haber unos pocos modos para detectar y analizar la señal.

Espectroscopía de ruptura inducida por láser (LIBS): LIBS es un tipo de espectroscopía de emisión atómica que utiliza un pulso de láser de alta potencia como fuente de excitación. El láser normalmente se enfoca para formar plasma, que atomiza y excita las muestras. La formación del plasma solo comienza cuando el láser enfocado alcanza un cierto umbral de descomposición óptica, que generalmente depende del entorno y del material diana. En principio, LIBS puede analizar cualquier materia independientemente de su estado físico, ya sea sólido, líquido o gaseoso, porque todos los elementos emiten luz de frecuencias características cuando se excitan hasta temperaturas suficientemente altas. Cuando se conocen los componentes de un material que va a analizarse, puede utilizarse LIBS para evaluar la abundancia relativa de cada elemento constituyente, o para monitorizar la presencia de impurezas. En la práctica, los límites de detección son una función de a) la temperatura de excitación del plasma, b) la ventana de recogida de luz y c) la resistencia en línea de la transición visualizada.

Generalmente, LIBS es una técnica espectroscópica de emisión atómica que utiliza un pulso de láser de alta energía como fuente de excitación. Funciona enfocando el láser sobre un área comparablemente pequeña en la superficie de la muestra; cuando se descarga el láser, realiza la ablación de una cantidad muy pequeña de material, en el intervalo de nanogramos a picogramos, lo que genera un plasma con temperaturas superiores a una temperatura específica tal como 700 K o 100000 K dependiendo del tipo de átomos o moléculas. Durante la recogida de datos, normalmente tras establecerse un equilibrio termodinámico local, las temperaturas del plasma oscilan entre 1000 K y 20000 K. A las altas temperaturas durante el plasma temprano, el material sometido a ablación se disocia (se descompone) en especies iónicas y atómicas excitadas. Durante este tiempo, el plasma emite un continuo de radiación que no contiene ninguna información útil sobre las especies presentes, pero en el plazo de un período de tiempo muy pequeño, el plasma se expande a velocidades supersónicas y se enfría. En este punto, pueden observarse las líneas de emisión atómica características de los elementos. El retardo entre la emisión de radiación continua y la radiación característica es del orden de 10 |is, por eso es necesario cerrar temporalmente el detector.

LIBS es técnicamente muy similar a varias otras técnicas analíticas basadas en láser, compartiendo gran parte del mismo hardware. Estas técnicas son la técnica espectroscópica de vibración de la espectroscopía Raman y la fluorescencia inducida por láser (LIF). De hecho, ahora están fabricándose dispositivos que combinan estas técnicas en un solo instrumento, lo que permite la caracterización de una muestra. Un sistema de LIBS típico puede comprender un láser de estado sólido de Nd:YAG y un espectrómetro con un amplio intervalo espectral y una alta sensibilidad, una velocidad de respuesta rápida y un detector activado por tiempo. Con una longitud de onda de 1,064 nm y una duración del pulso de alrededor de 10 ns, puede generarse una densidad de potencia superior a 1 GW ■ cm-2 en el punto focal. Esto puede acoplarse a un ordenador para procesar e interpretar los datos adquiridos. Como tal, LIBS es una de las técnicas analíticas espectroscópicas más simples desde el punto de vista experimental, lo que la convierte en una de las más baratas de adquirir y hacer funcionar. Debido a que se consume una cantidad tan pequeña de material durante el proceso de LIBS, la técnica se considera esencialmente no destructiva o mínimamente destructiva, y con una potencia promedio total de menos de un vatio en la diana, casi no hay calentamiento alrededor del sitio de ablación. LIBS también es una técnica muy rápida que da resultados en el plazo de segundos, lo que la hace particularmente útil para el propósito en cuestión, es decir, en tiempo real. LIBS es una técnica totalmente óptica, por tanto, solo requiere acceso óptico a la muestra. Y al ser una técnica óptica, no es invasiva, no requiere contacto y puede integrarse fácilmente en un dispositivo quirúrgico basado en láser.

Espectroscopía de ionización multifotónica mejorada por resonancia (REMPI): REMPI se genera habitualmente mediante un rayo láser sintonizable de frecuencia enfocada para formar un plasma de pequeño volumen. En REMPI, los primeros m fotones se absorben simultáneamente por un átomo o molécula en la muestra para llevarla a un estado excitado. Otros n fotones se absorben posteriormente para generar un par de electrón e ion. El denominado REMPI m n es un proceso óptico no lineal, que solo puede producirse dentro del foco del rayo láser. Se forma un plasma de volumen comparablemente pequeño cerca de la región focal del láser. Si la energía de m fotones no coincide con ningún estado, puede producirse una transición fuera de resonancia con un defecto de energía AE, sin embargo, es muy poco probable que el electrón permanezca en ese estado. Para grandes desintonizaciones, reside allí solo durante el tiempo At.

Preferentemente, la disposición de análisis de penacho comprende un espectrómetro de masas. El espectrómetro de masas puede ser capaz de analizar muestras a presión atmosférica. Puede ser un dispositivo comparablemente compacto que, ventajosamente, es capaz de integrarse convenientemente en el dispositivo láser. El espectrómetro de masas puede proporcionarse en el dispositivo láser además de un espectroscopio o una combinación de espectroscopios.

Generalmente, los métodos o técnicas de espectrometría de masas miden la razón masa/carga de moléculas, fragmentos de moléculas y partículas utilizando campos eléctricos y magnéticos para separarlas y detectarlas con un detector adecuado. Cuando se utiliza un método de espectrometría de masas para analizar el penacho generado por el láser durante, por ejemplo, una intervención osteotómica, es por tanto posible, por ejemplo, diferenciar el cáncer del hueso normal o el hueso canceloso, es decir, trabecular o esponjoso, del hueso cortical mediante la identificación de biomarcadores o fragmentos asociados con sus respectivos tejidos. Hay varios tipos adecuados de espectrómetros de masas basados principalmente en su principio de funcionamiento y resolución de masas requerida.

Para el propósito en cuestión, la identificación del tejido que está sometiéndose a ablación durante una intervención en tiempo real para evitar, por ejemplo, una biopsia que requiere mucho más tiempo, los denominados espectrómetros de movilidad iónica por aspiración (AIMS) o también espectrómetros de masas (MS) puede ser beneficiosos. Por ejemplo, tales dispositivos funcionan normalmente sin o con un vacío muy pequeño, de manera que no hay necesidad de bombas de vacío comparablemente voluminosas o similares. Esto permite que los dispositivos sean comparablemente robustos y adecuados para un entorno clínico. Los espectrómetros de movilidad iónica separan las moléculas por su sección transversal de colisión (tamaño geométrico), pero habitualmente presentan una sensibilidad relativamente alta. Dichos espectrómetros de masas pueden ser comparablemente compactos, lo que facilita su integración. Pueden analizar muestras a presión atmosférica o inferior, tal como a 100 mbar o incluso menos, y requieren muy poca o incluso ninguna preparación de la muestra. Tales dispositivos se utilizan para separar e identificar moléculas ionizadas en la fase gaseosa basándose en su movilidad en un gas tampón portador. Los dispositivos de AIMS se utilizan ampliamente en los aeropuertos con fines de seguridad para detectar drogas y explosivos aspirando muestras a presión atmosférica muy rápidamente.

La disposición de análisis de penacho comprende preferentemente una unidad de recogida de residuos dispuesta para recoger residuos del penacho generados por el rayo láser de ablación cuando realiza la ablación del tejido diana en el que la unidad de recogida de residuos está conectada al espectrómetro de masas. Tal unidad de recogida de residuos puede permitir el envío eficiente de los residuos al espectrómetro de masas u otro espectrómetro de manera que pueda lograrse un análisis rápido y preciso.

De ese modo, la unidad de recogida de residuos de la disposición de análisis de penacho comprende preferentemente una boquilla de aspiración. Mediante la boquilla de aspiración, los residuos del penacho pueden recogerse y dirigirse al espectrómetro de masas, un cromatógrafo o cualquier otro detector adecuado. Además, es posible una combinación de ambos en donde los componentes de la muestra recogida se separan mediante cromatografía y se analizan adicionalmente mediante espectrometría de masas. Cuando se utiliza este enfoque de aspiración o succión, el resultado puede retrasarse ligeramente en relación con la ablación, pero ciertamente dentro de una escala de tiempo útil para el operario de, por ejemplo, menos de unos pocos minutos, tal como algunos milisegundos o similar.

La unidad de recogida de residuos de la disposición de análisis de penacho comprende preferentemente una unidad de bomba adaptada para enviar los residuos al espectrómetro de masas. Una unidad de bomba de este tipo permite enviar de manera eficiente los residuos al espectrómetro de masas. Como alternativa a la unidad de bomba, puede proporcionarse una unidad de vacío con el fin de enviar los residuos. Además, las unidades de bomba y vacío pueden combinarse. Las unidades de bomba o de vacío pueden integrarse además en las disposiciones de análisis de penacho. Por ejemplo, algunas disposiciones de análisis de penacho tales como, por ejemplo, muchos espectrómetros de masas, presentan unidades de bomba o de vacío que pueden utilizarse para enviar los residuos.

Además, la unidad de recogida de residuos de la disposición de análisis de penacho comprende preferentemente un generador de campo eléctrico para recoger los residuos del penacho. Tal generador de campo permite enviar de manera eficiente los residuos basándose en fuerzas electrostáticas.

Preferentemente, el dispositivo láser comprende una unidad de procesamiento adaptada para identificar un movimiento del tejido diana en relación con la fuente láser en la imagen captada y para corregir una posición de la fuente láser según el movimiento identificado del tejido diana. Dicha forma de realización permite reconocer los movimientos del tejido diana o del paciente. De esta forma, es posible detener el rayo láser cuando no alcanza la posición definida correcta en el tejido diana. Para reconocer cualquier movimiento del paciente, pueden fijarse sistemas reflectores al paciente o al tejido diana cerca del área de operación.

Preferentemente, la disposición de análisis de penacho comprende una unidad de procesamiento adaptada para evaluar los datos de medición de la al menos una sustancia en los residuos del penacho generados por el rayo láser que realiza la ablación del tejido diana. Dicha evaluación puede comprender, por ejemplo, un análisis estadístico en tiempo real, que puede incluir todo tipo de métodos de predicción y aprendizaje estadístico. Por ejemplo, pueden aplicarse técnicas y principios de aprendizaje supervisado (PCA). Además, puede implementarse una comparación estadística con una base de datos de tejidos para la identificación y evaluación de riesgos.

De ese modo, la unidad de procesamiento puede equiparse y proporcionarse con la estructura necesaria, tal como conexiones a una fuente de alimentación, una unidad de procesamiento central (CPU), una memoria y similares. Además, ella misma o su estructura puede ajustarse, adaptarse o programarse para realizar las funciones necesarias.

La unidad de procesamiento puede implementarse de cualquier manera adecuada para lograr su función o propósito. Ventajosamente, es un sistema empotrado integrado en la electrónica del dispositivo láser. Por ejemplo, puede integrarse, por ejemplo, como un circuito específico, en la placa de circuito que controla la fuente láser. Así, es posible una evaluación rápida particular de la luz de emisión.

La unidad de procesamiento puede comprender varias interfaces para componentes internos y externos tales como una boquilla, una cámara de temperatura, las fuentes láser y similares. Ventajosamente, presenta una interfaz de usuario externa para definir geometrías de corte, configurar parámetros y visualizar el progreso y estado del sistema. El dispositivo láser puede combinarse con dispositivos de actuación adicionales para aumentar el intervalo de trabajo y dispositivos de seguimiento para seguir el movimiento del intervalo de trabajo y/o el dispositivo de actuación. Esto puede requerir interfaces adicionales en la unidad de control para estos dispositivos. La unidad de procesamiento permite evaluar automáticamente la información recopilada por la disposición de análisis de penacho. De ese modo, como resultado de esta evaluación, la unidad de procesamiento puede tomar automáticamente cualquier medida. Por ejemplo, la intensidad del rayo láser puede ajustarse en relación con el tipo de análisis o modo de corte. O bien, puede escanearse una superficie del tejido diana con un rayo láser de energía comparablemente baja para determinar los límites de un tipo específico de tejido, tal como tejido canceroso. O bien, la unidad de procesamiento puede calcular la siguiente posición, por ejemplo, en las coordenadas x, y, z, para tomar el siguiente punto de análisis de tejido y los datos analíticos se visualizan en la pantalla.

Un aspecto adicional de la presente divulgación se refiere a un método de caracterización de tejidos que comprende las etapas siguientes: proporcionar un rayo láser de ablación a un tejido diana en el que el rayo láser de ablación realiza la ablación del tejido diana de manera que se genera un penacho que comprende residuos del tejido diana; e identificar y/o cuantificar al menos una sustancia en los residuos del penacho generados por la ablación por el rayo láser del tejido diana.

Un método de este tipo y sus formas de realización preferidas permiten lograr de manera eficiente los efectos y beneficios mencionados anteriormente en relación con el dispositivo láser según la invención y sus formas de realización preferidas.

Dentro del método de caracterización y/o cuantificación de tejidos, dicha por lo menos una sustancia en los residuos del penacho generados por el rayo láser que realiza la ablación del tejido diana se identifica preferentemente mediante un espectroscopio láser.

Preferentemente, el método de caracterización de tejidos comprende la etapa de proporcionar un rayo láser de análisis y redirigir el rayo láser de ablación y/o el rayo láser de análisis de manera que un eje óptico del rayo láser de ablación es paralelo a un eje óptico del rayo láser de análisis.

De ese modo, comprende preferentemente además la etapa de dirigir el rayo láser de análisis y el rayo láser de ablación cuando presentan ejes ópticos paralelos.

Preferentemente, el espectroscopio láser es un espectroscopio de fluorescencia inducida por láser, un espectroscopio de dispersión Raman anti-Stokes coherente, un espectroscopio fotoacústico láser, un espectroscopio de ruptura inducida por láser, un espectroscopio de ionización multifotónica mejorada por resonancia o un espectroscopio de dispersión elástica.

Preferentemente, dicha por lo menos una sustancia en los residuos del penacho generados por el rayo láser que realiza la ablación del tejido diana se identifica mediante un espectrómetro de masas. De ese modo, el método de caracterización de tejidos comprende preferentemente la etapa de recoger los residuos del penacho generados por el rayo láser de ablación cuando realiza la ablación del tejido diana y enviar los residuos recogidos al espectrómetro de masas. De ese modo, los residuos recogidos se bombean preferentemente al espectrómetro de masas para enviar los residuos recogidos al espectrómetro de masas.

Preferentemente, el método de caracterización de tejidos comprende la etapa de evaluar los datos de medición de dicha por lo menos una sustancia en los residuos del penacho generados por el rayo láser que realiza la ablación del tejido diana.

Preferentemente, el método de caracterización de tejidos no es un método para el tratamiento del cuerpo humano o animal mediante cirugía o terapia, ni un método de diagnóstico practicado en el cuerpo humano o animal. Un método de este tipo puede ser, por ejemplo, un método de análisis de un tejido extraído del cuerpo humano o animal. O bien puede ser un método para analizar un cultivo celular o similar.

Preferentemente, el dispositivo láser comprende una cámara adaptada para captar una imagen del tejido diana. La imagen puede ser una sola imagen o toma. O puede ser una serie de imágenes obtenidas consecutivamente de manera que, por ejemplo, puede generarse un vídeo o una película del tejido diana. Una cámara de este tipo puede implementarse en diversas funciones del dispositivo láser. Por ejemplo, puede utilizarse para observar la aplicación correcta del dispositivo y el posicionamiento correcto del tejido diana.

Preferentemente, la disposición de análisis de penacho está adaptada para localizar tridimensionalmente el origen del penacho. En particular, el dispositivo láser puede ajustarse para determinar con precisión dónde está produciéndose la ablación del tejido diana. Por ejemplo, esto puede definirse ajustando la potencia, la dirección y el origen del rayo láser.

En particular, la disposición de análisis de penacho está adaptada preferentemente para aumentar la imagen captada por la cámara con información derivada de la sustancia en los residuos del penacho. Así, la información sobre la sustancia puede asociarse con la imagen del tejido diana. Por ejemplo, el tipo de la sustancia o la propia sustancia puede visualizarse tridimensionalmente en la imagen. En particular, dicha visualización puede realizarse más o menos en el tiempo de ejecución de manera que un médico conozca de manera continua qué tipo de tejido está sometiendo a ablación por el rayo láser. Esto, por ejemplo, permite conocer con precisión cuándo se realiza la ablación de un tejido canceroso y cuándo se alcanza el final del tejido canceroso.

Preferentemente, la fuente láser de ablación puede moverse en tres dimensiones, en particular, en relación con el tejido diana. Más específicamente, la fuente láser de ablación puede moverse a lo largo y/o alrededor de un eje x, un eje y y un eje z. Por ejemplo, los ejes x e y pueden estar en un plano más o menos paralelo a una superficie del tejido diana y el eje y puede estar dirigido hacia el tejido diana (profundidad). Así, el rayo láser puede dirigirse a y colocarse con precisión en cualquier ubicación adecuada del tejido diana. Esto permite que el tejido diana esté fijo o estacionario y que el rayo láser se mueva a lo largo del tejido diana de manera que pueda inducirse de manera eficaz la ablación en cualquier ubicación deseada del tejido diana.

En particular, la fuente láser de ablación puede montarse en un brazo robótico o similar, tal como el brazo de un osteótomo láser robótico de ablación en frío (CARLO) tal como se describe en el documento WO 2011/035792 A1. Tal brazo robótico permite un movimiento tridimensional preciso de la fuente láser de ablación de manera que puedan compensarse los movimientos naturales del tejido diana o de un paciente, por ejemplo, debido a la respiración. El sistema láser de CARLO puede permanecer permanentemente en cualquier posición de la superficie tridimensional del paciente, incluso durante cirugías dentro del cuerpo.

Cuando puede moverse en tres dimensiones, por ejemplo, mediante el sistema robótico o el brazo robótico, el dispositivo láser puede utilizarse para escanear o trazar un mapa de cualquier superficie, es decir, el tejido diana, del paciente. Cuando se implementa en un CARLO, el sistema láser incorporado que comprende la fuente láser de ablación puede proporcionar coordenadas X, Y y Z precisas. El tejido diana o el paciente pueden estar fijos o estacionarios y solo se mueve el robot o la fuente láser de ablación. La ventaja es que, de este modo, puede lograrse una posición local muy precisa de un tejido diana tridimensional, por ejemplo, un paciente.

La fuente láser de ablación puede controlarse de un modo que puede utilizarse para cortar huesos y tejidos, así como para sondear o escanear. Para sondear y escanear, el pulso o rayo láser bombea energía a la superficie del tejido diana a una energía comparablemente baja. De ese modo, las moléculas de superficie tales como proteínas, moléculas lipídicas pequeñas y fragmentos de las mismas, pueden excitarse de una u otra forma. La disposición de análisis de penacho, adecuadamente sensible, puede entonces analizar estas moléculas de superficie y crear un mapa o imagen de la superficie.

La utilización de un CARLO permite adaptar la intensidad del láser desde una energía comparablemente alta para cortar huesos hasta una intensidad comparablemente baja suficiente para analizar puntos en la superficie mediante un pulso de láser dado, pero sin dañar la superficie. Durante el corte de un hueso y también durante el análisis de la superficie, el pulso de láser puede crear un penacho que comprende los residuos. Dependiendo de la intensidad del láser, la extensión del penacho y la generación de residuos varía, dando como resultado diferentes estampados o características que puede considerar la disposición de análisis de penacho en la evaluación de los residuos. Específicamente, estos tipos de penacho y residuos pueden analizarse con metodologías analíticas conocidas como instrumentos de movilidad iónica o espectrométricos de masas que succionan partes de los residuos o instrumentos espectroscópicos ópticos que analizan la luz creada del penacho o los residuos, como espectroscopía de emisión atómica, LIBS y otros efectos de fluorescencia.

Una ventaja importante del dispositivo láser según la invención, particularmente cuando se incorpora en un CARLO, es la posibilidad de crear imágenes bidimensionales o tridimensionales de cualquier área dada del tejido diana o del cuerpo del paciente. Esto puede ser útil durante las cirugías para proporcionar suficiente información sobre los límites del tumor o cualquier otra diferencia de tejido, como nervios, huesos, colágeno, etc., dentro de períodos de tiempo comparativamente cortos. Esto permite un análisis en línea, por ejemplo, en milisegundos a minutos, y puede incluir métodos estadísticos de análisis de espectros o comparación con bases de datos para la correcta identificación de los diferentes tipos de tejidos.

Todos estos datos pueden visualizarse gráficamente en una pantalla de ordenador por su posición y, x y z correcta, ya que la posición exacta de cada punto de recogido recopilados puede derivarse del ajuste de la fuente láser de ablación. Junto con una imagen óptica, por ejemplo, obtenida por una cámara, de un área de superficie de un paciente dado, es decir, el tejido diana o el área de cirugía, y puede crearse una superposición con uno o más conjuntos de datos recogidos de métodos analíticos combinados.

Las diferencias de tejido tanto analíticas como biológicas, en particular dentro de un tumor, pueden ser muy pequeñas. Sin embargo, es muy importante que el dispositivo analítico proporcione suficiente información para separar el tumor del tejido sano. Además, puede ser difícil identificar un tejido dado mediante un único biomarcador. Solo un conjunto de biomarcadores o un patrón espectroscópico dado pueden proporcionar la información necesaria. También puede ser posible que se combinen diferentes métodos analíticos para lograr suficiente información para la separación estadística o identificación de los diferentes tejidos.

Otro aspecto de la presente divulgación se refiere a un método de corte de un tejido diana humano o animal, natural o artificial, duro o blando (método de corte) que comprende las etapas siguientes: (a) proporcionar un rayo láser de ablación para la ablación del tejido diana; y (b) identificar y/o cuantificar al menos una sustancia en los residuos del penacho generados por el rayo láser de ablación cuando se realiza la ablación del tejido diana. En particular, la al menos una sustancia puede ser un biomarcador del tejido diana sometido a ablación.

El método de corte permite lograr de manera eficiente los efectos y beneficios descritos anteriormente en una aplicación médica o quirúrgica. También puede realizarse con las características descritas anteriormente con el fin de lograr efectos y beneficios adicionales.

En particular, en el método de corte, dicha por lo menos una sustancia se identifica preferentemente mediante un espectroscopio láser, un espectrómetro de masas o un aparato similar de una disposición de análisis de penacho. preferentemente, el método de corte comprende además evaluar los datos de medición de la al menos una sustancia en los residuos del penacho generados por el rayo láser que realiza la ablación del tejido diana.

Breve descripción de los dibujos

El dispositivo láser según la invención se describe en más detalle a continuación en la presente memoria por medio de formas de realización a título de ejemplo y haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

la figura 1 muestra una configuración de una primera forma de realización de un dispositivo láser según la invención adecuado para realizar un método de caracterización de tejidos según la divulgación;

la figura 2 muestra un espectroscopio láser del dispositivo láser de la figura 1;

la figura 3 muestra una estructura de mezclado de rayos del dispositivo láser de la figura 1;

la figura 4 muestra un sistema láser robótico que comprende el dispositivo láser de la figura 1 en funcionamiento donde el sistema láser robótico puede alcanzar cualquier posición en una superficie tridimensional de un paciente dentro de un ángulo correcto (superficie y distancia del láser); y

la figura 5 muestra una estructura de mezclado de rayos de una segunda forma de realización de un dispositivo láser según la invención.

Descripción de formas de realización

En la siguiente descripción, se utilizan ciertos términos por motivos de conveniencia y no pretenden limitar la invención. Los términos “derecha”, “ izquierda”, “arriba”, “abajo”, “debajo” y “encima” se refieren a direcciones en las figuras. La terminología comprende los términos mencionados explícitamente, así como sus derivaciones y términos con un significado similar. Además, términos espacialmente relativos, tales como “debajo”, “por debajo”, “inferior”, “por encima”, “superior”, “proximal”, “distal” y similares, pueden utilizarse para describir la relación de un elemento o característica con otro elemento o característica tal como se ilustra en las figuras. Estos términos espacialmente relativos pretenden abarcar diferentes posiciones y orientaciones de los dispositivos en utilización o funcionamiento además de la posición y orientación mostradas en las figuras. Por ejemplo, si a un dispositivo en las figuras se le da la vuelta, los elementos descritos como “debajo” o “por debajo” de otros elementos o características estarían entonces “por encima” o “sobre” los otros elementos o características. Por tanto, el término a modo de ejemplo “por debajo” puede abarcar tanto las posiciones como las orientaciones de por encima y por debajo. Los dispositivos pueden estar orientados de otra manera (girados 90 grados o en otras orientaciones), y los descriptores espacialmente relativos utilizados en la presente memoria pueden interpretarse en consecuencia. Asimismo, las descripciones del movimiento a lo largo y alrededor de varios ejes incluyen diversas posiciones y orientaciones especiales del dispositivo.

Para evitar la repetición en las figuras y las descripciones de los diversos aspectos y realizaciones ilustrativas, debe entenderse que muchas características son comunes a muchos aspectos y realizaciones. La omisión de un aspecto de una descripción o figura no implica que el aspecto falte en las realizaciones que incorporan ese aspecto. En su lugar, es posible que se haya omitido el aspecto para mayor claridad y para evitar una descripción prolija. En este contexto, lo siguiente se aplica al resto de esta descripción: Si, con el fin de aclarar los dibujos, una figura contiene signos de referencia que no se explican en la parte directamente asociada de la descripción, entonces se remite a las secciones de descripción anterior o siguiente. Además, por motivos de lucidez, si en un dibujo no todas las características de una parte están provistas de signos de referencia, se remite a otros dibujos que muestran la misma parte. Números iguales en dos o más figuras representan elementos iguales o similares.

La figura 1 muestra una primera forma de realización de un dispositivo láser 100 según la invención, por ejemplo, empotrado en un osteótomo láser robótico de ablación en frío (CARLO). El dispositivo láser 100 comprende una fuente láser de ablación 401 adaptada para proporcionar un rayo láser de ablación 402 para someter a ablación un hueso 120 como tejido diana. Está equipado además con una estructura de mezclado de rayos 470 y una fuente láser de análisis 403 dispuesta para proporcionar un rayo láser de análisis 404 a una longitud de onda más o menos única para registrar los espectros dispersos a una longitud de onda sintonizada para registrar los espectros de excitación. La estructura de mezclado de rayos 470 está realizada para mezclar el rayo láser de ablación 402 y el rayo láser de análisis 404 para dar un rayo láser compuesto 400 tal como se describe en más detalle a continuación en relación con la figura 3.

El dispositivo láser 100 comprende además una disposición de análisis de penacho 250 con un espectrómetro de masas 300, una unidad de recogida de residuos 350, un micrófono 310 y un espectroscopio láser 200. La disposición de análisis de penacho 250 está realizada para identificar y cuantificar sustancias en los residuos de un penacho 110 generados por el rayo láser compuesto 400 que realiza la ablación del hueso 120 a lo largo de una línea osteotómica predefinida 130 tras enfocarse mediante una óptica de enfoque de rayos 420.

En la utilización del dispositivo láser 100, el rayo láser de ablación 402 mezclado junto con el rayo láser de análisis 404 para dar el rayo láser compuesto 400 pasa por un espejo dicromático 410 de la disposición de análisis de penacho 250 y se proporciona al hueso 120 por medio de la óptica de enfoque de rayos 420. De ese modo, se genera el penacho 110 que comprende residuos del tejido óseo sometido a ablación. Una parte específica del rayo láser de análisis 404 contenido en el rayo láser compuesto 400 se refleja por los residuos del penacho 110. Esta luz reflejada 450 se desplaza más o menos en una dirección opuesta al rayo láser compuesto 400 alejándose del hueso 120. De ese modo, incide en el espejo dicromático 410 que redirige la luz reflejada 450 hacia el espectroscopio láser 200. Allí, se identifican las sustancias de los residuos del penacho 110 y/o por lo menos se registran los espectros.

Simultáneamente, los residuos del penacho 110 generados por el rayo láser compuesto 400 se recogen o se aspiran mediante una boquilla de aspiración 351 de la unidad de recogida de residuos 350 y se envían al espectrómetro de masas 300 por medio de una bomba. Allí, los residuos se analizan utilizando señales acústicas detectadas por el micrófono 310. Así, se identifican las sustancias de los residuos.

Además, una unidad de procesamiento 500 equipada con interfaces adecuadas está conectada a los diversos componentes del dispositivo láser 100. La unidad de procesamiento 500 ajusta las fuentes láser 401, 403 y evalúa los resultados de medición del micrófono 310, el espectrómetro de masas 300 y el espectroscopio láser 200.

Tal como se muestra en la figura 2, el espectroscopio láser 200 comprende una óptica de enfoque de luz 421 que enfoca la luz reflejada 450 redirigida por el espejo dicromático 410. La luz reflejada enfocada se proporciona a un monocromador 210 que está asociado con un detector de luz 230 que puede ser un fotomultiplicador, un fotodiodo, un dispositivo de carga acoplada o un dispositivo similar.

El rayo láser de análisis 404 está adaptado para inducir reflexión o emisión tal como fluorescencia o fosforescencia a partir de los residuos del penacho 110. Dicha emisión o reflexión se propaga ventajosamente de manera coaxial o paralela al rayo láser compuesto 400. De ese modo, la luz reflejada 450 o el rayo láser de excitación puede proceder de una onda continua (continuous wave, cw) o de un láser pulsado. Si el rayo láser de excitación es de un rayo láser de cw, la emisión podría estar activada por tiempo para seleccionar la luz justo después de que el pulso de láser de ablación haya alcanzado el hueso 120. Si el rayo láser de excitación 450 es de una fuente láser pulsado, podría estar sincronizado en el tiempo de un modo tal que llega después de un corto intervalo de tiempo para facilitar la discriminación de la emisión en el espectrómetro láser 200. Cuando se está interesado en la emisión de la superficie seleccionada como diana de la línea osteotómica 130 o la trayectoria de ablación quirúrgica, la emisión del rayo láser de excitación 450 debe detectarse utilizando métodos de activación por tiempo justo antes de que el láser de ablación alcance la diana cuando se utiliza un láser de cw o cuando se utiliza una fuente láser pulsada su pulso debe llegar antes que el pulso de la fuente láser de ablación 401.

La figura 3 muestra la estructura de mezclado de rayos 470 del dispositivo láser 100 en más detalle. Está equipado con un espejo dicromático 415 adicional que es transparente para el rayo láser de ablación 402 y reflectante para rayo láser de análisis 404. El espejo dicromático 415 adicional redirige el rayo láser de análisis 404 en la misma dirección que el rayo láser de ablación 402. Los dos rayos láser 402, 404 presentan ahora ejes ópticos paralelos o coaxiales y se genera el rayo láser compuesto 400.

En la figura 4, el dispositivo láser 100 se muestra ahora implementado en un sistema láser robótico tal como un CARLO. El dispositivo láser 100 y, particularmente, su fuente láser de ablación 401 y/o elementos ópticos 410, 420 están montados en una estructura robótica tal como un brazo robótico. La estructura robótica puede proporcionar movimientos en seis grados de libertad en un sistema de coordenadas de movimiento 530. En particular, la estructura robótica puede permitir un movimiento a lo largo de y alrededor cada uno de los ejes x, y y z.

El dispositivo láser 100 comprende dos cámaras 540 adaptadas para captar una imagen del tejido diana 120 utilizada para el posicionamiento correcto y el control de la posición del rayo láser durante el movimiento del paciente o tejido diana 120 tal como la respiración. Para ser capaz de reconocer los movimientos más pequeños como la respiración, se utilizan dos cámaras 540. Todos los movimientos reconocidos se corrigen mediante un movimiento correspondiente del dispositivo láser 100. El tejido diana 120 forma parte de un paciente 510 que está colocado de manera estacionaria sobre un banco quirúrgico 520. La unidad de procesamiento 500 de la disposición de análisis de penacho 250 está adaptada para evaluar datos de medición obtenidos de los residuos del penacho 110 que se genera mediante el rayo láser de ablación 402 que realiza la ablación del tejido diana 120 del paciente 510. De ese modo, la disposición de análisis de penacho 250 está adaptada para localizar tridimensionalmente el origen del penacho 110 y para aumentar las imágenes captadas por las cámaras 540 con información derivada de los residuos del penacho 110.

La figura 5 muestra una sección de una segunda realización de un dispositivo láser según la invención. Este dispositivo láser presenta una configuración esencialmente idéntica a la del dispositivo láser 100 descrito anteriormente. En contraste con la primera realización del dispositivo láser 100, el segundo dispositivo láser está realizado para CARS.

CARS requiere dos pulsos de láser comparablemente rápidos sincronizados a dos longitudes de onda diferentes para generar la respuesta de Raman. En el segundo dispositivo láser, la luz de excitación a dos longitudes de onda 404i de un láser rápido de estado sólido compacto se acopla con una fibra óptica 240i y se lleva al segundo dispositivo láser mediante la misma fibra para su fácil integración tras una colimación apropiada con un colimador 422i y se añade al rayo láser de ablación 402i por medio de un espejo 416i y un espejo dicromático 415i adicional para formar un rayo láser compuesto 400i. La emisión de los residuos en un penacho se capta y se analiza preferentemente mediante la misma disposición tal como se describió anteriormente o por medio de una fibra óptica cercana al penacho en la región de la excitación y dirigida a un detector de luz.

Cuando se utiliza CARS para obtener una imagen de emisión de CARS microscópica bidimensional de la superficie del tejido sometido a ablación, la luz de excitación se escanea ventajosamente sobre la región de interés entre los pulsos de los pulsos de láser de ablación preferentemente por medio de un escáner o por medio del montaje del dispositivo de ablación de láser completo en, por ejemplo, un robot o un escáner lineal xyz. La frecuencia de los pulsos de láser de ablación 402i y las de los pulsos de láser de CARS 404i no son necesariamente las mismas. En la forma de realización mostrada, la frecuencia del láser de CARS es mucho más alta, lo que implica que entre dos pulsos posteriores de los pulsos de láser de ablación habrá varios pulsos de excitación de CARS que se utilizan para mejorar la razón de señal/ruido en el caso de que el láser de CARS esté sondeando las partículas en el penacho o para realizar escaneos bidimensionales si se está interesado en registrar la emisión de la superficie para reconstruir una imagen.

Esta descripción y los dibujos adjuntos que ilustran aspectos y formas de realización de la presente invención no deben tomarse como limitativos de las reivindicaciones que definen la invención protegida. En otras palabras, aunque la invención se ha ilustrado y descrito en detalle en los dibujos y la descripción anterior, tal ilustración y descripción deben considerarse ilustrativas o a modo de ejemplo y no restrictivas. Pueden realizarse diversos cambios mecánicos, de composición, estructurales, eléctricos y operativos sin apartarse del alcance de esta descripción y las reivindicaciones. En algunos casos, los circuitos, estructuras y técnicas bien conocidos no se han mostrado en detalle para no oscurecer la invención. Por tanto, se entenderá que los expertos ordinarios en la materia pueden realizar cambios y modificaciones dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones. En particular, la presente invención cubre realizaciones adicionales con cualquier combinación de características de diferentes realizaciones descritas anteriormente y a continuación.

La divulgación también cubre todas las características adicionales mostradas en las figuras individualmente, aunque puede que no se hayan descrito en la descripción anterior o siguiente. Además, las alternativas individuales de las realizaciones descritas en las figuras y la descripción y las alternativas individuales de las características de las mismas pueden descartarse de la materia de la invención o de la materia divulgada. La divulgación comprende la materia que consiste en las características definidas en las reivindicaciones o las formas de realización a modo de ejemplo, así como la materia que comprende dichas características.

Además, en las reivindicaciones, la palabra “que comprende” no excluye otros elementos o etapas, y el artículo indefinido “un” o “una” no excluye una pluralidad. Una sola unidad o paso puede cumplir las funciones de varias características mencionadas en las reivindicaciones. El mero hecho de que se mencionen determinadas medidas en reivindicaciones dependientes mutuamente diferentes no indica que una combinación de estas medidas no pueda utilizarse ventajosamente. Los términos “esencialmente”, “aproximadamente”, “de manera aproximada” y similares en relación con un atributo o un valor en particular también definen exactamente el atributo o exactamente el valor, respectivamente. El término “aproximadamente” en el contexto de un valor numérico o intervalo dado se refiere a un valor o intervalo que está, por ejemplo, dentro del 20%, dentro del 10%, dentro del 5% o dentro del 2% del valor o intervalo dado. Los componentes descritos como acoplados o conectados pueden estar acoplados eléctrica o mecánicamente de manera directa, o pueden estar acoplados indirectamente por medio de uno o más componentes intermedios. Cualquier signo de referencia en las reivindicaciones no debe interpretarse como una limitación del alcance.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo láser (100) con una fuente láser de ablación (401) adaptada para proporcionar un rayo láser de ablación (402; 402i) para realizar la ablación de un tejido diana (120) caracterizado por que comprende una disposición de análisis de penacho (250) adaptada para identificar y/o cuantificar por lo menos una sustancia que es un biomarcador del tejido diana sometido a ablación (120) en los residuos de un penacho (110) generados por el rayo láser de ablación (402; 402i) que realiza la ablación del tejido diana (120).

2. Dispositivo láser (100) según la reivindicación 1, en el que la disposición de análisis de penacho (250) comprende un espectroscopio láser (200).

3. Dispositivo láser (100) según la reivindicación 2, que comprende una estructura de mezclado de rayos, en el que la disposición de análisis de penacho (250) presenta una fuente láser de análisis (403) adaptada para proporcionar un rayo láser de análisis (404; 404i), y la estructura de mezclado de rayos (470; 470i) está adaptada para redirigir el rayo láser de ablación (402; 402i) de la fuente láser de ablación (401) y/o el rayo láser de análisis (404; 404i) de la fuente láser de análisis (403) de manera que un eje óptico del rayo láser de ablación (402; 402i) sea paralelo a un eje óptico del rayo láser de análisis (404; 404i).

4. Dispositivo láser (100) según la reivindicación 3, que comprende un espejo de escáner móvil posicionado después de la estructura de mezclado de rayos (470; 470i), en el que el espejo de escáner está dispuesto para dirigir el rayo láser de análisis (404; 404i) y el rayo láser de ablación (402; 402i) cuando presentan ejes ópticos paralelos.

5. Dispositivo láser (100) según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, en el que el espectroscopio láser (200) comprende un espectroscopio de fluorescencia inducida por láser, un espectroscopio de dispersión Raman anti-Stokes coherente, un espectroscopio fotoacústico láser, un espectroscopio de descomposición inducida por láser, un espectroscopio de ionización multifotónica mejorada por resonancia o un espectroscopio de dispersión elástica.

6. Dispositivo láser (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la disposición de análisis de penacho (250) comprende un espectrómetro de masas (300) o un espectrómetro de movilidad iónica por aspiración.

7. Dispositivo láser (100) según la reivindicación 6, en el que la disposición de análisis de penacho (250) comprende una unidad de recogida de residuos (350) dispuesta para recoger residuos del penacho (110) generados por el rayo láser de ablación (402; 402i) cuando realiza la ablación del tejido diana (120) en el que la unidad de recogida de residuos (350) está conectada al espectrómetro de masas (300) o al espectrómetro de movilidad iónica por aspiración.

8. Dispositivo láser (100) según la reivindicación 7, en el que la unidad de recogida de residuos (350) de la disposición de análisis de penacho (250) comprende

una boquilla de aspiración (351), y/o

una unidad de bomba adaptada para enviar los residuos al espectrómetro de masas (300) o al espectrómetro de movilidad iónica por aspiración, y/o

un generador de campo eléctrico para recoger los residuos del penacho (110).

9. Dispositivo láser (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la disposición de análisis de penacho (250) comprende una unidad de procesamiento (500) adaptada para evaluar los datos de medición de dicha por lo menos una sustancia en los residuos del penacho (110) generados por el rayo láser de ablación (402) que realiza la ablación del tejido diana (120).

10. Dispositivo láser (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una cámara (540) adaptada para captar una imagen del tejido diana (120).

11. Dispositivo láser (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la disposición de análisis de penacho está adaptada para localizar tridimensionalmente el origen del penacho (110).

12. Dispositivo láser(100) según las reivindicaciones 10 y 11, en el que la disposición de análisis de penacho (250) está adaptada para aumentar la imagen captada por la cámara (540) con información derivada de la sustancia en los residuos del penacho (110).

13. Dispositivo láser (100) según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, que comprende una unidad de procesamiento (500) adaptada para identificar un movimiento del tejido diana (120) en relación con la fuente láser (401) en la imagen captada y corregir una posición de la fuente láser (401) según el movimiento identificado del tejido diana (120).

14. Dispositivo láser (100) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la fuente láser de ablación (401) puede moverse tridimensionalmente, en particular, en relación con el tejido diana (120).