ES2893109T3

ES2893109T3 - Sistemas para pulsar y dirigir un haz láser pulsado para tratar tejido dental

Info

Publication number: ES2893109T3
Application number: ES17723618T
Authority: ES
Inventors: Roni Cantor-Balan; William Groves; Charles Dresser; Nathan Monty
Original assignee: Convergent Dental Inc
Current assignee: Convergent Dental Inc
Priority date: 2016-05-06
Filing date: 2017-05-05
Publication date: 2022-02-08
Anticipated expiration: 2037-05-05
Also published as: US20240081907A1; KR102219629B1; JP7304050B2; EP3451965A1; EP3451965B1; JP2019514585A; CA3022541A1; US20200337768A1; KR20190004766A; US10631929B2; US11744641B2; US20170319277A1; WO2017192934A1; JP2022036195A

Abstract

Un sistema de láser dental para eliminar una región de tejido dental, el sistema que comprende: una fuente de láser para generar una pluralidad de ráfagas de pulso de láser de un haz de láser; un sistema de guiado de haz y un controlador adaptado para controlar la fuente de láser y el sistema de guiado de haz de manera que el sistema de guiado de haz: dirige una primera ráfaga de pulsos de láser a una primera ubicación de tejido (202) en un patrón de ubicaciones de tejido dentro de la región de tejido dental; dirige al menos una ráfaga de pulsos de láser adicional a al menos una ubicación de tejido no adyacente (210, 212, 214) adicional en el patrón; dirige una siguiente ráfaga de pulsos de láser a una ubicación de tejido en el patrón (208) adyacente a la primera ubicación de tejido (202) o en la primera ubicación de tejido, en donde se determina una cantidad de ubicaciones de tejido no adyacentes adicionales en base, al menos en parte, a (i) un tiempo de relajación térmica que corresponde a la fusión del tejido dental y (ii) una propiedad de los pulsos de láser, y en donde el número (k) de ráfagas de pulsos de láser adicionales multiplicado por un periodo de cada ráfaga de pulsos de láser adicional es mayor que un múltiplo seleccionado del tiempo de relajación térmica del material a ser extirpado.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistemas para pulsar y dirigir un haz láser pulsado para tratar tejido dental

Campo técnico

Esta descripción se refiere de manera general a técnicas de tratamiento dental basadas en láser y, más particularmente, a patrones descritos espacial y/o temporalmente para tratar tejido dental escaneando un haz de láser pulsado a través de una región de tratamiento según los patrones.

Antecedentes

Se sabe que los láseres son útiles en una multitud de procedimientos dentales de tejido duro y blando, incluyendo: eliminar caries, cortar, perforar o formar tejido duro y eliminar o cortar tejido blando. Un diente tiene tres capas. La capa más exterior es el esmalte que es la más dura y forma una capa protectora para el resto del diente. El medio y el volumen del diente está hecho de la dentina y la capa más interior es la pulpa. El esmalte y la dentina son similares en composición y son aproximadamente al menos un 70 % mineral en peso, que es hidroxiapatita carbonada, mientras que la pulpa contiene vasos y nervios. Los láseres a una longitud de onda en un intervalo de 9,3-9,6 micrómetros se absorben bien por la hidroxiapatita que es un componente significativo del diente y hueso, haciendo que tales láseres sean eficientes en la eliminación de tejido duro. En general, el crecimiento de aplicaciones de láser de CO2 en la odontología ha aumentado sustancialmente, con las bandas de longitud de onda de láser de CO2 que oscilan entre 9,3 y 10,6 micrómetros. Entre 9,6 y 10,6 micrómetros, la absorción de fosfato cae significativamente y de este modo los láseres dentales optimizados para la eliminación de tejido duro se operan generalmente en el intervalo de longitud de onda de 9,3-9,6 micrómetros.

Se ha descubierto que los láseres son útiles en la eliminación de material dental sin la misma necesidad de anestesia local que se requiere cuando se realiza un procedimiento similar con un torno. Además, los láseres no hacen los ruidos y vibraciones que se asocian con los tornos dentales. Al menos por estas razones, ha sido la esperanza de muchos en la industria dental que los láseres puedan sustituir al torno y eliminar o al menos reducir gran parte de la incomodidad, ansiedad y miedo al tratamiento dental. El documento US 2014/363784 A1 describe un sistema de láser dental para el tratamiento de tejido duro y/o blando.

Compendio de la invención

La incorporación de escaneado por haz de láser, a través del uso de un sistema de guiado por haz, permite que el haz de láser se dirija a diferentes áreas en la zona de tratamiento de una manera controlada. Se describen ejemplos del sistema de guiado de haz en la Publicación de Solicitud de Patente de EE.UU. N° 2013-0059264A1. El escaneado por haz de láser permite que se traten áreas más grandes por el láser de lo que es posible con un único punto enfocado. Se puede usar un patrón para definir parámetros asociados con el escaneado, por ejemplo, el intervalo de salto (tiempo entre un punto y otro en un patrón de láser), el tiempo de permanencia (tiempo pasado en un único punto en el patrón), la geometría (ubicaciones de todos los puntos en un patrón) y la secuencia de puntos. Se describen en detalle parámetros asociados con el uso de un láser pulsado con un sistema de guiado de haz en la Publicación de Solicitud de Patente de EE.UU. N° 2014-0363784A1.

Un sistema de láser pulsado que no tiene ningún sistema de guiado de haz o capacidades de escaneado puede pulsar el láser a través del uso solamente de dos parámetros, ancho de pulso y velocidad de repetición. Estudios previos realizados en la Universidad de California San Francisco y otros lugares han mostrado que el tejido duro dental que se trata por un láser de 9,3 micras tiene un tiempo de relajación térmica de alrededor de 2 ps. Este valor sirve para ayudar a definir los límites deseables para el parámetro de ancho de pulso. No obstante, se ha hecho poco para definir intervalos adecuados para parámetros asociados con el guiado de haz (por ejemplo, escaneado del haz de láser) durante el tratamiento de tejido duro dental.

Puede ser ventajoso que un láser dental se use sin anestesia y que se corte el diente sin formar refundido, asperezas, fusión significativa o carbonización. Se ha descubierto que los parámetros asociados con el guiado de haz pueden lograr estos objetivos. Además, puede permitirse que un dispositivo de láser dental se adopte ampliamente, si el dispositivo es tan simple de usar para un dentista como un torno convencional. Por lo tanto, hay una necesidad de un sistema y método de láser dental que controle automáticamente ciertos parámetros asociados con el guiado de haz y pulsado de láser, con el fin de proporcionar resultados clínicos de alta calidad con una intervención mínima del dentista.

En general, en un aspecto, las realizaciones de la descripción presentan un método de eliminación de una región de tejido dental. El método puede incluir el paso de dirigir una pluralidad de ráfagas de pulsos de láser de un haz de láser a las respectivas ubicaciones de tejido en un patrón dentro de la región de tejido dental para formar una pluralidad de cráteres colindantes. Este patrón puede ser una función de tamaño de cráter, que se determina en base al menos en parte a un ancho de haz de láser, una energía por pulso del haz de láser y una característica del tejido. Los cráteres colindantes pueden incluir un par de cráteres parcialmente superpuestos, un par de cráteres tangentes y/o un par de cráteres espaciados separados hasta una distancia máxima especificada.

En diversas realizaciones, al menos una ráfaga de pulsos de láser de la pluralidad de ráfagas de pulsos de láser consiste en un único pulso de láser. En otras realizaciones, al menos una ráfaga de pulsos de láser de la pluralidad de ráfagas de pulsos de láser incluye una pluralidad de pulsos de láser. En algunos casos, el patrón es una función de una suavidad deseada de la pluralidad de cráteres colindantes. Por ejemplo, una cantidad de superposición entre cráteres parcialmente superpuestos y/o la distancia máxima especificada puede ser una función de la suavidad deseada de la pluralidad de cráteres colindantes.

En algunas ocasiones, el paso de dirigir una pluralidad de ráfagas de pulsos de láser puede incluir dirigir una primera ráfaga de pulsos de láser a una primera ubicación de tejido para formar un primer cráter y dirigir una siguiente ráfaga de pulsos de láser a una segunda ubicación de tejido para formar un segundo cráter que no es colindante con el primer cráter. En tales casos, el paso de dirigir una pluralidad de ráfagas de pulsos de láser incluye además dirigir ráfagas de pulsos de láser adicionales a las respectivas ubicaciones de tejido adicionales para formar los respectivos cráteres adicionales, donde no se dirigen dos ráfagas de pulsos de láser consecutivas a ubicaciones de tejido que formen cráteres colindantes. En algunos casos en los que ráfagas de pulsos de láser adicionales se dirigen a las respectivas ubicaciones de tejido adicionales para formar los respectivos cráteres adicionales, una distancia entre cualquier par de ubicaciones de tejido adicionales consecutivas está dentro de un ±25 por ciento de una distancia entre la primera y la segunda ubicaciones de tejido. Los cráteres colindantes pueden incluir (i) tres cráteres parcialmente superpuestos, (ii) tres cráteres tangentes y/o (iii) tres cráteres espaciados separados hasta una distancia máxima especificada.

En algunos casos, el tamaño de cráter es una función de una eficiencia de ablación deseada (por ejemplo, al menos un 50 por ciento de una eficiencia de ablación máxima teórica). La eficiencia de ablación puede ser una función de un volumen de la pluralidad de cráteres colindantes y una energía total de la pluralidad de ráfagas de pulsos de láser.

En general, en otro aspecto, las realizaciones de la descripción presentan un sistema de láser dental para eliminar una región de tejido dental. El sistema puede incluir una fuente de láser para generar una pluralidad de ráfagas de pulsos de láser de un haz de láser; un sistema de guiado de haz adaptado para dirigir la pluralidad de ráfagas de pulsos de láser a las respectivas ubicaciones de tejido en un patrón dentro de la región de tejido dental para formar una pluralidad de cráteres colindantes, donde los cráteres colindantes incluyen (i) un par de cráteres parcialmente superpuestos, (ii) un par de cráteres tangentes y/o (iii) un par de cráteres espaciados separados hasta una distancia máxima especificada; y un controlador adaptado para controlar la fuente de láser y el sistema de guiado de haz de manera que el patrón sea una función del tamaño de cráter determinado al menos en parte por un ancho del haz de láser, la energía por pulso del haz de láser y una característica del tejido.

En algunos casos, el sistema de guiado de haz está adaptado además para dirigir una primera ráfaga de pulsos de láser a una primera ubicación de tejido para formar un primer cráter y dirigir una siguiente ráfaga de pulsos de láser a una segunda ubicación de tejido para formar un segundo cráter que no es colindante con el primer cráter. En tales casos, el sistema de guiado de haz se puede adaptar además para dirigir ráfagas de pulsos de láser adicionales a las respectivas ubicaciones de tejido adicionales para formar los respectivos cráteres adicionales, donde no se dirigen dos ráfagas de pulsos de láser consecutivas a ubicaciones de tejido que formen cráteres colindantes. En algunos casos, en los que el sistema de guiado de haz está adaptado para dirigir ráfagas de pulsos de láser adicionales a las respectivas ubicaciones de tejido adicionales para formar los respectivos cráteres adicionales, una distancia entre cualquier par de ubicaciones de tejido adicionales consecutivas está dentro de un ±25 por ciento de la distancia entre la primera y la segunda ubicaciones de tejido. Los cráteres colindantes pueden incluir (i) tres cráteres parcialmente superpuestos, (ii) tres cráteres tangentes y/o (iii) tres cráteres espaciados separados hasta una distancia máxima especificada.

En algunos casos, el tamaño de cráter es una función de una eficiencia de ablación deseada (por ejemplo, al menos un 50 por ciento de una eficiencia de ablación máxima teórica). La eficiencia de ablación puede ser una función de un volumen de la pluralidad de cráteres colindantes y una energía total de la pluralidad de ráfagas de pulsos de láser. En algunos casos, el sistema de guiado de haz incluye un galvanómetro.

En general, en otro aspecto, las realizaciones de la descripción presentan otro método para eliminar una región de tejido dental. El método puede incluir los pasos de dirigir una primera ráfaga de pulsos de láser a una primera ubicación de tejido en un patrón de ubicaciones de tejido dentro de la región de tejido dental, dirigiendo al menos una ráfaga de pulsos de láser adicional a al menos una ubicación de tejido no adyacente adicional en el patrón y dirigiendo una siguiente ráfaga de pulsos de láser a una ubicación de tejido en el patrón adyacente a la primera ubicación de tejido, donde se determina una cantidad de ubicaciones de tejido no adyacentes adicionales en base a, al menos en parte, (i) un tiempo de relajación térmica correspondiente a la fusión del tejido dental y (ii) una propiedad de los pulsos de láser.

En diversas realizaciones, la propiedad de la primera ráfaga de pulsos de láser es un periodo de pulso de láser, una duración de ENCENDIDO de un pulso de láser, una frecuencia de ráfaga y/o una duración de ENCENDIDO de ráfaga. La cantidad de ubicaciones de tejido no adyacentes adicionales puede ser de hasta 10 (o más), por ejemplo, una. En algunos casos, la primera ráfaga de pulsos de láser y/o la siguiente ráfaga de pulsos de láser consiste en un único pulso de láser. En otros casos, la primera ráfaga de pulsos de láser y/o la siguiente ráfaga de pulsos de láser incluye una pluralidad de pulsos de láser. El tiempo total de la al menos una ráfaga de pulsos de láser adicional puede ser aproximadamente igual al tiempo de relajación térmica.

Según la presente invención se proporciona un sistema de láser dental para eliminar una región de tejido dental, el sistema que comprende:

una fuente de láser para generar una pluralidad de ráfagas de pulsos de láser de un haz de láser;

un sistema de guiado de haz y

un controlador adaptado para controlar la fuente de láser y el sistema de guiado de haz de manera que el sistema de guiado de haz:

- dirija una primera ráfaga de pulsos de láser a una primera ubicación de tejido en un patrón de ubicaciones de tejido dentro de la región de tejido dental;

- dirija al menos una ráfaga de pulsos de láser adicional a al menos una ubicación de tejido adicional no adyacente en el patrón; y

- dirija una siguiente ráfaga de pulsos de láser a una ubicación de tejido en el patrón adyacente a la primera ubicación de tejido o en la primera ubicación de tejido, en donde se determina una cantidad de ubicaciones de tejido no adyacentes adicionales en base a, al menos en parte, (i) un tiempo de relajación térmica correspondiente a la fusión del tejido dental y (ii) una propiedad de los pulsos de láser y en donde el número (k) de ráfagas de pulsos de láser adicionales multiplicado por un periodo de cada ráfaga de pulsos de láser adicional es mayor que un múltiplo seleccionado del tiempo de relajación térmica del material a ser extirpado. En diversas realizaciones, la propiedad de la primera ráfaga de pulsos de láser es un periodo de pulso de láser, una duración de ENCENDIDO de un pulso de láser, una frecuencia de ráfaga y/o una duración de ENCENDIDO de ráfaga. La cantidad de ubicaciones de tejido no adyacentes adicionales puede ser de hasta 10 (o más), por ejemplo, una. En algunos casos, la primera ráfaga de pulsos de láser y/o la siguiente ráfaga de pulsos de láser consiste en un único pulso de láser. En otros casos, la primera ráfaga de pulsos de láser y/o la siguiente ráfaga de pulsos de láser incluye una pluralidad de pulsos de láser. El tiempo total de la al menos una ráfaga de pulsos de láser adicional puede ser aproximadamente igual al tiempo de relajación térmica. En algunos casos, el sistema de guiado de haz incluye un galvanómetro.

Breve descripción de los dibujos

Diversos aspectos de esta descripción serán más evidentes en vista de los dibujos adjuntos y la descripción detallada que se acompaña. En los dibujos, los caracteres de referencia iguales se refieren de manera general a las mismas partes en todas las diferentes vistas. Además, los dibujos no están necesariamente a escala, en su lugar se pone énfasis de manera general en ilustrar los principios de la invención.

La FIG. 1 es un gráfico que muestra datos de ejemplo del diámetro de un punto extirpado en función del ancho de pulso, para diversos materiales;

Las FIGS. 2A-2E muestran patrones de ablación de ejemplo, según las diversas realizaciones que ilustran la presente invención;

La FIG. 3A es un gráfico que muestra datos de ejemplo del volumen promedio eliminado en función del espaciado de patrón, para diversos materiales;

La FIG. 3B es un gráfico que muestra datos de ejemplo de la relación entre material duro eliminado y material blando eliminado en función del espaciado de patrón, para diversos materiales;

La FIG. 3C es un gráfico que muestra datos de ejemplo del volumen promedio eliminado por energía total en función del espaciado de patrón, para diversos materiales;

La FIG. 4A es un gráfico que muestra datos de ejemplo del rendimiento de eliminación volumétrica para un patrón de ejemplo desarrollado para cortar tejido cariado y un patrón de ejemplo desarrollado para cortar tejido dental sano; La FIG. 4B muestra parámetros de operación de ejemplo para un láser usado para emitir los patrones descritos en el gráfico mostrado en la FIG. 4A;

Las FIGS. 5A-5B muestran una geometría de ejemplo y parámetros de operación de láser de ejemplo para un patrón de 1,25 mm, según diversas realizaciones, que no son parte de la presente invención;

Las FIGS. 6A-6B muestran una geometría de ejemplo y parámetros de operación de láser de ejemplo para un patrón de 1,00 mm, según diversas realizaciones, que no son parte de la presente invención;

Las FIGS. 7A-7B muestran una geometría de ejemplo y parámetros de operación de láser de ejemplo para un patrón de 0,75 mm, según las diversas realizaciones, que no son parte de la presente invención;

Las FIGS. 8A-8B muestran una geometría de ejemplo y parámetros de operación de láser de ejemplo para un patrón de 0,50 mm, según las diversas realizaciones, que no son parte de la presente invención;

Las FIGS. 9A-9B muestran una geometría de ejemplo y parámetros de operación de láser de ejemplo para un patrón de 0,25 mm, según las diversas realizaciones, que no son parte de la presente invención;

La FIG. 10 es un gráfico que muestra datos de ejemplo del volumen eliminado por unidad de energía en función del ancho de pulso, para esmalte humano;

La FIG. 11 es un gráfico que muestra datos de ejemplo del ancho de pulso y la energía por pulso para un sistema de láser dental de ejemplo, según diversas realizaciones;

La FIG. 12 muestra imágenes de microscopio confocal de esmalte dental tratado con diversos patrones, según diversas realizaciones;

La FIG. 13 es una tabla que muestra parámetros de operación de ejemplo y variables relacionadas con patrones de pulso único, según diversas realizaciones;

Las FIGS. 14A-14B son tablas que enumeran datos de rugosidad de superficie de ejemplo para superficies tratadas con diversos patrones, según diversas realizaciones;

Las FIGS. 15A-15B son gráficos que muestran datos de rugosidad de superficie de escala fractal de ejemplo para superficies tratadas con diversos patrones, según diversas realizaciones;

La FIG. 16 es un gráfico que muestra datos de ejemplo de una velocidad de eliminación masiva de material de tejido de esmalte para diversos patrones, según diversas realizaciones;

La FIG. 17 es un gráfico que muestra datos de ejemplo que indican cuándo aparece fusión visible en una muestra en función del Tiempo de Apagado de Láser, para diversos Tiempos de Encendido de Láser;

Las FIGS. 18A-18C son imágenes de microscopio confocal de cráteres formados por diversos números de pulsos de láser, en diversos Tiempos de Apagado de Láser, según diversas realizaciones;

Las FIGS. 19A-19B son gráficos que muestran datos de ejemplo del volumen eliminado por unidad de energía en función del tiempo de apagado de láser, según diversas realizaciones;

La FIG. 20 representa un patrón de ejemplo usado para ilustrar un efecto de espaciado en el intervalo de enfriamiento, según diversas realizaciones, que no son parte de la presente invención;

La FIG. 21A es un gráfico que muestra datos de ejemplo de una velocidad de repetición máxima que no produce fusión refundida en función del Tiempo de Encendido de Láser, para diversos espaciados de patrón; y

La FIG. 21B es un gráfico que muestra datos de ejemplo de un intervalo mínimo que no produce fusión refundida en función del Tiempo de Encendido de Láser, para diversos espaciados de patrón.

Descripción detallada

En diversas realizaciones, esta descripción se refiere a un sistema de tratamiento dental basado en láser que entrega pulsos de láser en patrones únicos y ventajosos. Se pueden usar pulsos de láser para eliminar o extirpar tejido, por ejemplo, tejido dental. Cuando el haz de láser tiene una longitud de onda que se acopla bien al material que se extirpa (por ejemplo, aproximadamente 3,0, 9,3 o 9,6 micras para esmalte y dentina), así como suficiente fluencia de pulso (por ejemplo, mayor que 2 J/cm2 para un haz de 9,3 micras), un único pulso del haz de láser puede extirpar con éxito algo de material. La ablación de pulso único forma en general un cráter en el material que se trata. Típicamente, con el fin de extirpar completamente una región de tejido seleccionada, se deben formar varios cráteres.

La FIG. 1 es un gráfico, 102, que representa una relación de ejemplo entre el ancho de pulso (microsegundos), 104, y un diámetro de un cráter (micras), 106, que resulta de la ablación causada por un único pulso para diversos materiales, cuando se usa un haz de láser de longitud de onda de 9,3 mieras. Los materiales representados en el gráfico incluyen: esmalte humano, 108, caries duras en esmalte humano, 110, dentina humana, 112, esmalte bovino, 114, dentina bovina, 116, disco de hidroxiapatita, 118, y material compuesto dental, 120. Un ejemplo de una fuente de láser de dióxido de carbono isotópico capaz de generar un haz de longitud de onda de 9,3 micras a niveles de potencia adecuados es un láser Coherent E-150i (Coherent Inc., Santa Clara, CA). Durante la ablación de pulso único, se usó un flujo de niebla a una velocidad de flujo volumétrica nominal de 15 ml/min. Esta velocidad se eligió en la medida que es alrededor de la velocidad de flujo de niebla de algunas realizaciones comerciales del sistema de láser dental Solea® (Convergent Dental, Natick, MA). La niebla puede atenuar la energía de láser que alcanza la región de tratamiento y, al menos en algunos casos, la niebla tiene un efecto en el tamaño de los cráteres formados por un único pulso. El tamaño de cráter se define con más detalle a continuación. Se puede ver a partir de la FIG. 1 que en algunos casos el diámetro de cráter de ablación, 106, aumenta de manera general con el ancho de pulso, 104, y que materiales típicamente más blandos producen diámetros de cráter más grandes para el mismo ancho de pulso. Como se usa en este caso, el ancho de pulso y la duración de pulso indican el tiempo de ENCENDIDO de un pulso y no el periodo de pulso total, que incluye tanto el tiempo de ENCENDIDO de pulso como el tiempo de APAGADO de pulso de un único pulso, que se puede repetir a una frecuencia que es la recíproca del periodo de pulso.

Un patrón, como se usa el término en la presente memoria, define ciertos parámetros espaciales y/o temporales asociados con el escaneado o movimiento de un haz de láser pulsado en una región de tejido a ser extirpado. La FIG. 2A muestra un patrón de ablación de ejemplo con un espaciado de patrón de 0,231 mm, que tiene un ancho de patrón general de alrededor de 1,43 mm y un alto o largo de alrededor de alrededor de 1,38 mm. El espaciado de patrón significa de manera general el espaciado entre ubicaciones adyacentes a las que se dirige el haz de láser de modo que se formarían cráteres alrededor de esas ubicaciones. El espaciado entre cráteres adyacentes, llamado espaciado de cráter resultante, dependería de los diámetros de los cráteres, como se trata a continuación.

En esta ilustración de ejemplo, el centro de cada círculo representa una ubicación a la que se dirige un pulso de láser (o una ráfaga de pulsos de láser) para crear un cráter de ablación alrededor del centro (representado por el punto de mira). El círculo en sí mismo representa el área de sección transversal completa del cráter extirpado, donde el diámetro del cráter es aproximadamente (por ejemplo, dentro de una tolerancia de un ±1 %, ±5 %, ±10 %, ±20 %, etc.) igual al espaciado de patrón (0,231 mm). Como se muestra, el patrón de ablación incluye círculos dispuestos de una forma empaquetada o anidada de manera ajustada. La FIG. 2B muestra el mismo patrón de ejemplo que la FIG. 2A y etiqueta el orden en que se escanean los 26 cráteres, lo que se puede repetir (en algunos casos, con una posición desplazada). Variando el espaciado entre las ubicaciones objetivo secuencialmente en el patrón, se descubrió que se pueden extirpar diferentes materiales de manera más o menos eficiente.

En diversas realizaciones, el haz de láser se escanea en un patrón por un sistema de guiado de haz, que puede presentar al menos un galvanómetro. El pulsado y control de láser del sistema de guiado de haz se puede lograr a través de un controlador, tal como un controlador de marcado de láser. Un ejemplo de un controlador de escaneado adecuado es el controlador de escaneado embebido basado en Ethernet LEC-1 (Lanmark Controls Inc., Acton, MA).

Las FIGS. 2C-2E ilustran el patrón de ablación de ejemplo de la FIG. 2A, con cada FIG. 2C-2E ilustrando los patrones de cráter resultantes de ejemplo que tienen cráteres de un tamaño diferente. Como se usa en el contexto de las FIGS. 2A-2E, el mismo espaciado de patrón significa que se elige el mismo espaciado entre las ubicaciones a las que se dirige el haz de láser para formar cráteres alrededor de esas ubicaciones; el tamaño de cráter, no obstante, puede ser diferente y, como tal, el espaciado de cráter resultante puede ser diferente. El espaciado de cráter resultante se puede describir como la mínima distancia entre los dos cráteres más cercanos después de que se formen todos los cráteres según patrón seleccionado. En la FIG. 2A, los cráteres formados son tangenciales y, como tal, el espaciado de cráter resultante es aproximadamente 0 mm (con una tolerancia de un ±1 %, ±2 %, ±5 %, ±20 %, etc.). Como muestra la FIG. 2A, incluso aunque el espaciado de cráter resultante es aproximadamente 0 mm, hay huecos, es decir, regiones no tratadas, tales como el hueco 200, en la región de tratamiento general.

La FIG. 2C muestra el patrón de ejemplo donde una ráfaga de pulsos da como resultado un cráter que tiene un diámetro de 0,3 mm y un patrón con un ancho general de alrededor de 1,5 mm y una longitud de alrededor de 1,45 mm. En general, una ráfaga de pulsos incluye varios pulsos (por ejemplo, 10, 20, 50, 200, etc.), pero una ráfaga de pulsos puede incluir solamente un único pulso. La FIG. 2D muestra el patrón de ejemplo, donde una ráfaga de pulsos da como resultado un cráter que tiene un diámetro de 0,4 mm y un patrón con un ancho general de alrededor de 1,6 mm y una longitud de alrededor de 1,55 mm. La FIG. 2E muestra el patrón de ejemplo, donde una ráfaga de pulsos da como resultado un cráter que tiene un diámetro de 0,5 mm y un patrón con un ancho general de alrededor de alrededor de 1,7 mm y una longitud de alrededor de 1,65 mm. Como se indica en las dimensiones en las figuras, cráteres más grandes hacen que el tamaño efectivo del patrón, es decir, el tamaño total de la región que se extirpa, aumente, dependiendo del espaciado de patrón, el espaciado de cráter resultante y la superposición. Los cráteres mostrados en las FIGS. 2C-2E están superpuestos. Como tal, el espaciado de cráter resultante en estos ejemplos es negativo. La distancia mínima entre los dos cráteres más cercanos después de que se formen todos los cráteres según un patrón seleccionado, es decir, el espaciado de cráter resultante, puede ser un número mayor que cero, no obstante. En este caso, los dos cráteres más cercanos ni se superponen ni son tangenciales.

Como se usa en la presente memoria, el tamaño de un cráter se refiere a un área de superficie o un ancho de sección transversal (es decir, un diámetro) del cráter en la superficie de tratamiento, y no la profundidad o el volumen del cráter aunque, en algunos casos, el tamaño (es decir, el área de superficie y/o el diámetro) y el volumen están relacionados. Por ejemplo, los cráteres en la FIG. 2E que tienen un diámetro de 0,5 mm tienen un tamaño más grande que los cráteres en la FIG. 2D que tienen un diámetro de 0,4 mm, que tienen un tamaño más grande que los cráteres en la FIG. 2C que tienen un diámetro de 0,3 mm (obsérvese que el área de superficie es una función del diámetro). En general, los cráteres no son perfectamente circulares. Por lo tanto, un diámetro de cráter puede ser el diámetro de un círculo que se aproxima al cráter, donde el área de sección transversal del circulo es un más menos 0,1 %, 0,5 %, 1 %, 2 %, 5 %,10 %, 20 %, etc., del área de sección transversal del cráter en la superficie del tejido. En tales casos, el tamaño de cráter sigue siendo una medida del área de superficie del cráter en la superficie de tratamiento. El tamaño de cráter típicamente depende de una serie de factores (por ejemplo, uno o más parámetros de láser tales como el ancho de pulso, el periodo de pulso, un número de pulsos en una ráfaga dirigida a un único punto, la energía por pulso, la frecuencia de ráfaga, el perfil de pulso, el tamaño de punto, etc., y/o una o más propiedades del material a ser tratado). En diversas realizaciones de un sistema de tratamiento dental descrito en la presente memoria, el espaciado de patrón y el espaciado de puntos/ubicaciones objetivo secuencialmente (tratados a continuación) se pueden preseleccionar y/o controlar, por ejemplo, ajustando el paso de espejo de galvocontrolador. El diámetro de cráter se puede controlar ajustando uno o más parámetros de láser, por ejemplo, el ancho de haz. El parámetro de espaciado de cráter resultante se puede controlar seleccionando un espaciado de patrón adecuado y parámetros de láser (que controlarían el diámetro de cráter). Como se trata a continuación, la suavidad de una superficie tratada puede depender de manera general del espaciado de cráter resultante.

Con el fin de cuantificar la velocidad de eliminación de material volumétrica de diferentes patrones de ablación, se uso un medidor y procedimiento de velocidad de ablación. El medidor de velocidad permite que un operario coloque un material (por ejemplo, molar humano, esmalte bovino, bloque de material compuesto) en un dispositivo de sujeción, una un sistema de láser dental y luego extirpe el material en una cantidad de tiempo y potencia establecida, mientras que se mantienen constantes otros diversos parámetros de láser (por ejemplo, ancho de pulso, periodo de pulso, número de pulsos en una ráfaga, etc.). La ablación de tejidos duros dentales con láseres dentales pulsados requiere típicamente el uso de una niebla de refrigeración. El medidor de velocidad de ablación también permite que el operario use niebla a una velocidad de flujo de refrigerante establecida para los experimentos.

En diversos experimentos, se observó que la cantidad volumétrica de material eliminado por un patrón de ablación (por ejemplo, mostrado en las FIGS. 2A-2E) depende del espaciado entre los centros de los cráteres, cuando se mantienen constantes todas las demás variables y parámetros de tratamiento (incluyendo la potencia de láser, el ancho de pulso, etc.). Como se usa en la presente memoria, el espaciado entre centros de cráter es una distancia entre dos puntos adyacentes a cada uno de los cuales se dirige uno o más pulsos de láser para formar respectivos cráteres alrededor de esos puntos. Se hace referencia algunas veces en la presente memoria a esta distancia como espaciado de cráter o espaciado de patrón.

La FIG. 3A proporciona datos de ejemplo del volumen promedio eliminado en función del espaciado de patrón, para diversos materiales. Se puede observar a partir de la FIG. 3A que para la dentina bovina y materiales compuestos, la velocidad de eliminación volumétrica alcanza un máximo cuando el espaciado de cráter es 0,231 mm y la velocidad disminuye cuando se reduce el espaciado (por ejemplo, a 0,173 mm) o se aumenta (por ejemplo, a 0,346 mm). Para un molar humano, la velocidad de eliminación volumétrica es máxima cuando el espaciado de cráter es 0,173 mm y la velocidad disminuye monótonamente a medida que se aumenta el espaciado.

En general, durante el tratamiento del tejido dental, la capa de esmalte duro más exterior puede necesitar ser extirpada antes de que se pueda eliminar la capa de dentina interior relativamente más blanda, que puede estar infectada y/o cariada. Dependiendo de la profundidad a la que se sitúa la dentina, más blanda, cariada y/o el volumen de tal dentina que necesita ser eliminada, el proceso de ablación puede eliminar inevitablemente algo de esmalte duro sano circundante. Si el tamaño de cráter (por ejemplo, el diámetro) es pequeño, puede ser posible minimizar la ablación del esmalte duro sano, pero la velocidad de eliminación volumétrica del tejido más blando cariado puede ser baja, requiriendo un tiempo de tratamiento más largo. Por otra parte, el formar cráteres grandes puede dar como resultado una eliminación rápida del tejido cariado, pero también puede aumentar el volumen eliminado del tejido duro sano circundante.

En diversas realizaciones, es deseable maximizar el volumen del tejido blando o cariado que se extirpa y elimina al tiempo que se minimiza el volumen del tejido duro sano que se extirpa y elimina también. Como tal, se realizó un experimento para identificar un espaciado de cráter optimizado que maximice la eliminación relativa de materiales más blandos y proporcione la diferencia más grande de velocidad de eliminación de material volumétrica de materiales más blandos y la velocidad de eliminación de material volumétrica de materiales más duros. La FIG. 3B representa los datos de ejemplo de la relación entre el volumen de material más duro (por ejemplo, esmalte) eliminado y el volumen de material más blando (por ejemplo, material compuesto o dentina bovina) eliminado en función del espaciado de cráter, para dos materiales más blandos, esto es, dentina bovina y material compuesto. Los datos de cada material muestran que la relación se minimiza cuando el espaciado de cráter es alrededor de 0,28 mm. En este espaciado, en este experimento, la velocidad de eliminación volumétrica para el tejido cariado más blando (por ejemplo, material compuesto) es al menos tres veces más grande qua la velocidad de eliminación volumétrica para el tejido duro (por ejemplo, esmalte sano). Este experimento muestra que cuando se seleccionan diversos parámetros de haz de láser, tales como energía por pulso, ancho de pulso, periodo de pulso, número de pulsos en una ráfaga dirigida a un punto, número de ráfagas dirigidas a un punto, etc., el espaciado de patrón se puede ajustar de manera que el tejido cariado se elimine mucho más rápidamente que el tejido sano, para preparaciones dentales mínimamente invasivas.

En diversas realizaciones, el tamaño y/o espaciado de cráter se puede basar en una eficiencia de ablación deseada, a diferencia de una velocidad de ablación diferencial en diversos materiales (como se ha descrito anteriormente). Se dirigió un experimento para demostrar esta capacidad. Con referencia a la FIG. 3C, se proporcionan datos de ejemplo del volumen promedio eliminado por energía total emitida por ráfagas en función del espaciado de cráter, para diversos materiales. Para los materiales compuestos y de dentina bovina, se muestra una eficiencia de ablación máxima, curvas 301 y 303, respectivamente. Las eficiencias de ablación máximas coinciden con el máximo local de las ecuaciones polinómicas de mejor ajuste que se ajustan a los datos observados. Se debería observar que en el intervalo de espaciado mostrado en la FIG. 3C no hay un máximo local para el material de molar humano. Esto es debido a que la eficiencia de ablación máxima para el molar humano ocurre a un espaciado más estrecho que una distancia de centro a centro de 0,173 mm (que es el espaciado más estrecho mostrado en la FIG. 3C).

En algunas realizaciones, se ajustan uno o más parámetros del haz de láser para maximizar la velocidad de eliminación volumétrica, además de o como alternativa a ajustar el espaciado de cráter. La FIG. 4A, por ejemplo, es un gráfico, 502, que muestra el volumen de material eliminado a lo largo de un eje vertical (microlitros), 404. El gráfico, 402, muestra el volumen eliminado para material compuesto, 406, y molar humano 408, después de ser modificados por dos patrones de ablación diferentes que operan durante 233 segundos a una potencia de láser constante promedio de 11,2 W. Un primer patrón de ablación, 410, (etiquetado CARIES-006) tiene una geometría y secuencia de ubicaciones descritas en las FIGS. 2A-2B. El primer patrón de ablación, 410, se desarrolla para cortar materiales más blandos, tal como caries o material compuesto a una velocidad más rápida que los materiales duros, tales como esmalte sano. El volumen eliminado, 404, de un segundo patrón de ablación, 412, (etiquetado SP125) se muestra en comparación con el volumen eliminado, 404, para el primer patrón de ablación, 410. El segundo patrón de ablación (SP125), 412, se desarrolla para cortar tejido duro dental sano y tiene una geometría y secuencia de ubicaciones descritas a continuación en referencia a la FIG. 5A.

Los resultados representados en la FIG. 4A se obtuvieron operando cada patrón de ablación 9 veces, en una cuadrícula de 3x3, en cada material. La cantidad total de energía emitida por cada patrón de ablación se mantuvo constante, en la medida que tanto el tiempo de corte como la potencia promedio se mantuvieron constantes para cada patrón de ablación. El tiempo de corte siendo 233 segundos; y la potencia promedio siendo 11,2 W. Con el fin de lograr un tiempo de corte y potencia promedio constantes, se usaron diferentes parámetros de guiado de láser y de haz para CARIES-006 y SP125. Estos parámetros se resumen en la FIG. 4B. Con referencia a la FIG. 4B, CARIES-006 requirió una duración de pulso de láser de 60 microsegundos, un retraso de velocidad de salto de guiado de haz de 1 ms y 589 pasadas. SP125 requirió una duración de pulso de láser de 32,5 microsegundos, un retraso de salto de guiado de haz de 0,5 ms y 652 pasadas.

En diversas realizaciones, el tamaño de cráter y/o el espaciado se pueden basar en una suavidad deseada de una región extirpada. Como se usa en la presente memoria, las regiones extirpadas se refieren a la parte restante de una superficie de tejido después de que el tejido se haya extirpado por el láser. Definido de otra forma, la región extirpada es el vacío creado por todos los cráteres formados durante la entrega de los pulsos de láser. Como ejemplo, la región extirpada puede ser el vacío creado cuando se elimina una parte cariada de un diente (por ejemplo, dentro del cual se puede insertar un material de relleno). Una comparación de las FIGS. 2B y 2C ilustra como una relación entre el tamaño de cráter y el espaciado de patrón puede afectar a la suavidad de la región de ablación. Específicamente, aunque el espaciado de patrón, es decir, el espaciado entre las ubicaciones objetivo para formar cráteres, es el mismo (que en las FIGS. 2A-2E), el parámetro o parámetros de láser se pueden seleccionar de manera que los tamaños de cráter sean diferentes. Como tal, el espaciado entre cráteres después de la formación de los mismos, es decir, el espaciado de cráter resultante, puede ser diferente. En la FIG. 2A, el espaciado de cráter resultante es de manera que se dejan pequeños huecos entre los cráteres de ablación (un hueco de ejemplo, 200, está etiquetado en la FIG. 2A). Estos huecos representan material que no se elimina, al menos en algunos casos. Por el contrario, en la FIG. 2C el espaciado de cráter resultante es diferente, de manera que los huecos no existen en general. De este modo, siendo todo lo demás igual, el mismo patrón de ablación produce un espaciado de cráter resultante mostrado en la FIG. 2A y otro espaciado de cráter resultante mostrado en la FIG. 2C. El espaciado de cráter resultante mostrado en la FIG. 2A deja detrás más material que el espaciado de cráter resultante mostrado en la FIG. 2C y, por lo tanto, los cráteres de ablación formados como se muestra en la FIG. 2A son menos homogéneos, menos planos y menos suaves que los cráteres de ablación mostrados en la FIG.

2C.

En general, si los cráteres no se superponen y son tangenciales o si los respectivos límites de cráter cuando están más cercanos entre sí están separados, hay poca o nada de ablación repetida en una región que ya se ha extirpado una vez. Esto puede minimizar la velocidad de tratamiento. Cuanto más grande es el espaciado de cráter resultante, no obstante, más grande es el área de los huecos entre tales cráteres no superpuestos. Esto puede dejar una serie de áreas sin tratar dentro de la región general a ser tratada, dando como resultado una región tratada que tiene una superficie más rugosa. Tal rugosidad de superficie se puede reducir disminuyendo el tamaño de cráter y/o reduciendo el espaciado de patrón (por ejemplo, para mantener los cráteres tangenciales), que puede aumentar el número de cráteres dentro de la región a ser tratada y, como tal, el tiempo de tratamiento total. Si se tratan secuencialmente cráteres adyacentes, el intercambio de calor inducido en el tejido mientras se extirpa el siguiente punto adyacente puede causar una calcinación y/o fusión del esmalte no deseadas en el punto previamente extirpado.

Una forma de asegurar que toda la región a ser tratada se extirpa realmente es formar cráteres superpuestos. En este caso de nuevo, algunas partes del tejido se pueden tratar varias veces, por ejemplo, tres o más, mientras que algunas partes de tejido se pueden tratar solamente una o dos veces. De este modo, los cráteres superpuestos también pueden dar como resultado una superficie de tejido rugosa después del tratamiento. Además, si se forman cráteres superpuestos dirigiendo pulsos de láser a puntos adyacentes en sucesión, el intercambio de calor inducido en el tejido mientras que se extirpa un punto al punto adyacente puede causar una calcinación y/o fusión de esmalte no deseadas. En general, se pueden optimizar una o más características de tratamiento seleccionando un adecuado espaciado de patrón, tamaño de cráter, espaciado de cráter y/o una secuencia en la que se extirpan los puntos seleccionados, formando cráteres alrededor de esos puntos. Las características de tratamiento pueden incluir suavidad de la superficie tratada, calcinación y/o fusión de esmalte, tiempo de tratamiento general, sensación del paciente, eficiencia de tratamiento en términos de velocidad de eliminación volumétrica en función de la energía total entregada a la región de tratamiento, etc.

Se contemplan otros diversos patrones que tienen un espaciado de patrón correspondiente para conseguir un objetivo de rendimiento particular. Por ejemplo, las FIGS. 5A-5B definen un patrón desarrollado para cortar tejido duro dental, al que se hace referencia en la presente memoria como el patrón SP125. La FIG. 5A representa la secuencia en la que se crean 53 cráteres a medida que el láser se escanea por el sistema de guiado de haz. Se seleccionan diversos parámetros de pulso de manera que el tamaño nominal de los cráteres, 500, formados (descrito en términos del diámetro de cráter) sea 0,25 mm dentro de una tolerancia de un ±20 %. El espaciado de patrón nominal entre puntos objetivo, 502, adyacentes para el patrón SP125 es 0,13 mm dentro de una tolerancia de un ±20 %. El espaciado nominal entre puntos objetivo adyacentes (es decir, la distancia entre dos ubicaciones objetivo seleccionadas consecutivamente), 503, para el patrón SP125 es 0,25 mm dentro de una tolerancia de un ±20 %. Como muestra la FIG. 5A, los puntos/ubicaciones objetivo adyacentes no son necesariamente objetivos secuencialmente. Para ilustrar, el cráter 27 se superpone con (y está más cercano a) el cráter 1. Después de la ubicación alrededor de la que se forma el cráter 1, no obstante, la ubicación inmediatamente siguiente a la que se dirige el haz de láser no es el centro del cráter 27; en su lugar, es el centro del cráter 2. El cráter 27 se forma más tarde, después de formar otros diversos cráteres en otras ubicaciones. En este ejemplo, el diámetro nominal, 504, de la región de tratamiento que está cubierta por el patrón es 1,25 mm dentro de una tolerancia de un ±20 %. La FIG.

5B incluye las Tablas 1-3 que proporcionan los parámetros de operación de láser para el patrón SP125.

Las FIGS. 6A-6B definen otro patrón desarrollado para cortar tejido duro dental, al que se hace referencia en la presente memoria como el patrón SP100. La FIG. 6A representa la secuencia en la que se crean 24 cráteres a medida que el láser se escanea por el sistema de guiado de haz. En este caso de nuevo, se seleccionan diversos parámetros de pulso de manera que el tamaño nominal de los cráteres, 600, formados (descrito en términos del diámetro de cráter) sea 0,25 mm dentro de una tolerancia de un ±20 %. El espaciado de patrón nominal entre puntos objetivo, 602, adyacentes para el patrón SP100 es 0,13 mm dentro de una tolerancia de un ±20 %. Para algunos puntos objetivo consecutivos, 603, el espaciado nominal es 0,25 mm dentro de una tolerancia de un ±20 %. El diámetro nominal, 604, de la región de tratamiento que está cubierta por el patrón es 1,00 mm. La FIG. 6B incluye las Tablas 1-3 que proporcionan los parámetros de operación de láser para el patrón SP100.

Las FIGS. 7A-7B definen otro patrón desarrollado para cortar tejido duro dental, al que se hace referencia en la presente memoria como el patrón SP075. La FIG. 7A representa la secuencia en la que se crean 25 cráteres a medida que el láser se escanea por el sistema de guiado de haz. Se seleccionan diversos parámetros de pulso de manera que el tamaño nominal, 700, de los cráteres formados (descrito en términos del diámetro de cráter) sea 0,25 mm dentro de una tolerancia de un ±20 %. El espaciado de patrón nominal entre puntos objetivo, 702, adyacentes para el patrón SP075 es 0,10 mm dentro de una tolerancia de un ±20 %. El espaciado nominal entre puntos objetivo, 703, secuencialmente para el patrón SP075 es 0,19 mm dentro de una tolerancia de un ±20 %. Y, el diámetro nominal, 704, de la región de tratamiento que está cubierta por el patrón es 0,75 mm dentro de una tolerancia de un ±20 %. Como se muestra en la FIG. 7A, el patrón SP075 incluye las áreas de intersección definidas por la intersección de dos o más cráteres. Un área de intersección, 706, de ejemplo se etiqueta en la FIG. 7A. La FIG. 7B incluye las Tablas 1-3 que proporcionan los parámetros de operación de láser para el patrón SP075.

Las FIGS. 8A-8B definen otro patrón desarrollado para cortar tejido duro dental, al que se hace referencia en la presente memoria como el patrón SP050. La FIG. 8A representa la secuencia en la que se crean 10 cráteres a medida que el láser se escanea por el sistema de guiado de haz. Se seleccionan diversos parámetros de pulso de manera que el tamaño nominal, 800, de los cráteres formados (descrito en términos del diámetro de cráter) sea 0,25 mm dentro de una tolerancia de un ±20 %. El espaciado de patrón nominal entre puntos objetivo, 802, adyacentes para el patrón SP050 es 0,08 mm dentro de una tolerancia de un ±20 %. El espaciado nominal entre puntos objetivo, 803, secuencialmente para el patrón SP050 es 0,15 mm dentro de una tolerancia de un ±20 %. Y, el diámetro nominal, 804, de la región de tratamiento que está cubierta por el patrón es 0,50 mm dentro de una tolerancia de un ±20 %. Como se muestra en la FIG. 8A, el patrón SP050 incluye las áreas de intersección definidas por la intersección de dos ubicaciones de pulso de láser. Un área de intersección, 806, de ejemplo se etiqueta en la FIG.

8A. El espaciado típico entre puntos objetivo adyacentes para el patrón SP050 es más corto que para el patrón SP075, pero el tamaño de cráter nominal en ambos patrones es más o menos el mismo (0,25 mm), dando como resultado áreas de intersección más grandes en el patrón SP050. La FIG. 8B incluye las Tablas 1-3 que proporcionan los parámetros de operación de láser para el patrón SP050.

Las FIGS. 9A-9B definen otro patrón desarrollado para cortar tejido duro dental, al que se hace referencia en la presente memoria como el patrón SP025. La FIG. 9A representa la secuencia en la que se crean los cráteres a medida que el láser se escanea por el sistema de guiado de haz. Se seleccionan diversos parámetros de pulso de manera que el tamaño nominal de los cráteres formados (descrito en términos del diámetro de cráter), 900, sea 0,25 mm dentro de una tolerancia de un ±20 %. El espaciado de patrón nominal entre puntos objetivo adyacentes para el patrón SP025 es 0 mm dentro de una tolerancia de un ±20 %, es decir, de manera efectiva solamente hay una ubicación de punto en el patrón. El diámetro nominal del patrón es 0,25 mm dentro de una tolerancia de un ±20 %. Como solamente hay una ubicación de pulso en el patrón SP025, toda el área de la ubicación de pulso se considera un área de intersección, 900. La FIG. 9b incluye las Tablas 1-3 que proporcionan los parámetros de operación de láser para el patrón SP025.

Aunque las FIGS. 5A, 6A, 7A, 8A y 9A representan una región de tratamiento generalmente circular cubierta por los respectivos patrones, se debería entender que esto es solamente ilustrativo y que en general la región de tratamiento cubierta por un patrón puede tener cualquier forma regular (por ejemplo, cuadrado, rectángulo, óvalo, hexágono, etc.) o puede tener una forma irregular definida por el usuario limitada por segmentos de línea recta y/o curvas.

Volviendo a la FIG. 1, se muestra que el tamaño de cráter es una función del ancho de pulso en algunos casos. Las FIGS. 5A, 6A, 7A, 8A y 9A muestran cráteres que son circulares y de 0,25 mm de diámetro dentro de una tolerancia de un ±20 %. Como se ha indicado anteriormente, esto es un tamaño de cráter nominal (diámetro) usado solamente para demonstración. En la práctica, el tamaño (diámetro) del cráter se puede variar según una serie de parámetros de láser, por ejemplo: el ancho de pulso, la energía por pulso, el número de pulsos en una ráfaga dirigidos a una ubicación, la cantidad de flujo de niebla y el material que se extirpa. Además, para un patrón dado, definido de manera general, al menos en parte, por el espaciado de patrón seleccionado, las áreas de intersección pueden aumentar con un mayor tamaño de cráter. En general, unos anchos de pulso más largos, materiales más blandos y/o energías de pulso mayores contribuyen a tamaños de área de intersección más grandes, dada una geometría de patrón de ablación y espaciado de cráter particulares.

En diversas realizaciones, la temporización de la creación de los cráteres de ablación puede contribuir también al rendimiento de ablación, o bien independientemente de o bien además del espaciado entre los cráteres. Específicamente, en algunos casos, se puede definir un patrón, al menos en parte, mediante una cantidad mínima de tiempo que debería transcurrir entre el final de una ráfaga de pulsos (que puede incluir uno o más pulsos) en una ubicación y el inicio de otra ráfaga de pulsos en una ubicación adyacente, donde los cráteres formados en las dos ubicaciones son colindantes. Como se usa en la presente memoria, las ubicaciones colindantes se refieren a ubicaciones en las que los cráteres formados se superponen entre sí, son tangenciales entre sí o los puntos más cercanos en los límites de cráter están separados por una distancia máxima especificada. En general, dirigir energía de láser a una ubicación tiene un efecto térmico en una ubicación adyacente, especialmente si los cráteres formados en las dos ubicaciones adyacentes son cráteres colindantes. Específicamente, el calor inducido en el tejido en una ubicación puede fluir para afectar al tejido en la ubicación adyacente.

Cuando se extirpa esmalte, si la cantidad de tiempo entre el final de una ráfaga de pulsos de láser (que tiene uno o más pulsos de láser) y el inicio de otra ráfaga de pulsos de láser dirigida a la misma ubicación o una ubicación adyacente es menor que una cantidad de tiempo mínima umbral, la otra ráfaga de pulsos de láser puede causar refundido (la reformación de material extirpado alrededor de la región de tratamiento), una fusión de moderada a grave del tejido no extirpado y/o asperezas. Cuando se extirpa dentina, tales efectos negativos pueden incluir la calcinación o carbonización de la dentina. Estos efectos negativos, en algunos casos, son el resultado de una acumulación de calor no intencionada en el tejido no extirpado.

Se describen intentos anteriores para lograr parámetros clínicamente viables para un sistema de láser dental que incorpora un sistema de guiado de haz en la Publicación de Solicitud de Patente de EE.UU. N° 2014-0363784A1. Estos intentos anteriores describen el uso de una ráfaga de múltiples pulsos de láser en una única ubicación, seguida de un retraso largo (por ejemplo, > 1 ms) y una segunda ráfaga de múltiples pulsos en la misma ubicación o una segunda ubicación adyacente. Típicamente estas ráfagas se ejecutan a altas velocidades, por ejemplo, mayores que 1 kHz, y en algunos casos mayores que 5 kHz. Este modo de ráfaga permitió que energías por pulso más bajas, por ejemplo, alrededor de 10 mJ con anchos de pulso de alrededor de 40 ps, lograsen la ablación a velocidades clínicamente viables.

La FIG. 10 es un gráfico, 1000, que muestra datos de ejemplo de la eficiencia de eliminación de material de esmalte humano en función del ancho de pulso. Los datos mostrados en la FIG. 10 se recopilaron manteniendo constantes la potencia promedio, el tiempo de ablación y el flujo de niebla de un sistema de láser que tiene una longitud de onda de 9,3 micras y una potencia pico de alrededor de 400 W. El gráfico, 1000, tiene un eje vertical, 1002, que representa el volumen eliminado por energía (microlitros por Julio) y un eje horizontal, 1004, que representa el ancho de pulso (microsegundos). La FIG. 10 muestra que el material se elimina más eficientemente (es decir, más masa eliminada por energía de láser), para anchos de pulso más largos. La energía de pulso está relacionada típicamente con el ancho de pulso en una relación casi lineal, así que se puede apreciar a partir de la FIG. 10 que mayores energías de pulso producen en general mayor eficiencia de eliminación de material. La FIG. 11 muestra datos de ejemplo que indican la relación entre el ancho de pulso y la energía de pulso para un sistema de láser comparable al usado en la FIG. 10. En general, el calentamiento periférico ocurre en anchos de pulso más largos, donde el ancho de pulso es significativamente más largo, por ejemplo, diez o veinte veces más largo, que el tiempo de relajación térmica del material objetivo. El tiempo de relajación térmica para un pulso de láser de 9,3 pm en esmalte es de alrededor de 2 ps. Por lo tanto, anchos de pulso más largos (por ejemplo, de alrededor de 100 ps), aunque son más eficientes en la eliminación de material, puede calentar también el tejido no extirpado más que anchos de pulso más cortos (por ejemplo, entre 5-50 ps), donde el ancho de pulso es hasta 10 veces, hasta 20 veces, hasta 50 veces, etc., el tiempo de relajación térmica del material a ser extirpado.

En diversas realizaciones, la energía de láser se entrega de manera que el ancho de pulso sea lo suficiente largo para extirpar tejido con un único pulso de láser, que puede dar como resultado un corte eficiente. No obstante, con el fin de evitar la fusión u otros efectos negativos, la cantidad de tiempo entre pulsos sucesivos en una ubicación particular o en ubicaciones adyacentes se puede aumentar más allá de la que se usa en la técnica de pulso de ráfaga descrita en la Publicación de Solicitud de Patente de EE.UU. N° 2014-0363784A1. Por ejemplo, el patrón SP1.25 es un patrón que tiene un ancho de pulso lo suficiente largo para extirpar tejido con un único pulso de láser (“SP” es una abreviatura de pulso único, y todos los patrones de SP a los que se hace referencia en la presente memoria tienen esta característica). La cantidad de tiempo mínima entre ablaciones para cualquier área de intersección dada para el patrón SP1.25 es de alrededor de 0,8 ms. La cantidad de tiempo mínima entre ablaciones sucesivas de la misma ubicación en sucesivas capas de ablación en una ablación de capa por capa, usando un único pulso para cada punto para el patrón SP1.25 es igual a la cantidad de tiempo que lleva repetir el patrón, que para el SP1.25 es de alrededor de 52 ms. Se debería entender que estos tiempos son solamente ilustrativos y que estos tiempos, en general, pueden depender de uno o más de entre el espaciado de patrón seleccionado, el diámetro de cráter, el espaciado de cráter resultante, el espaciado entre puntos/ubicaciones objetivo secuencialmente y uno o más parámetros de pulso de láser. Estos tiempos son mucho más largos que la cantidad de tiempo entre pulsos individuales de una ráfaga usada en un patrón de ráfaga de láser. Una tabla que muestra variables de temporización de ejemplo relacionadas con los diversos patrones de SP se muestra en la FIG. 13.

La FIG. 12 muestra imágenes de microscopio confocal tomadas de paredes de preparación de una muestra de esmalte después de la ablación con cuatro patrones de láser diferentes. Se hace referencia a los patrones en la presente memoria con las siguientes etiquetas: 1.25 XC, 1202, 1.25 M, 1204, Dentina 1.00, 1206 y SP1.00, 1208. Tres de estos patrones de láser (1.25 x C, 1202, 1.25 M, 1204 y Dentina 1.00, 1206) se crean con un método de pulso de ráfaga e impactan en una única área de intersección o una única ubicación de pulso con múltiples pulsos de láser en una sucesión rápida (por ejemplo, menos de 0,4 ms y típicamente menos de 0,2 ms). El cuarto patrón, SP1.00, 1208, se crea con un método de un único pulso por ubicación. La pared de preparación para el SP 1.00, 1208, es más uniforme, homogénea y plana que los otros tres, 1202, 1204 y 1206. Una pared de preparación recta es convencionalmente deseable para restauraciones, en la medida que permite un mejor sellado entre la restauración y el tejido dental.

Como se ha descrito anteriormente, el espaciado de cráter puede tener un efecto en la suavidad de la región de ablación. Específicamente, cráteres superpuestos o cráteres colindantes que tienen un tamaño (diámetro) pequeño pueden aumentar la suavidad de la superficie tratada. Formar cráteres colindantes (es decir, cráteres superpuestos, tangenciales o estrechamente espaciados) en sucesión, no obstante, puede causar efectos secundarios no deseados, tal como la fusión del esmalte o calcinado de la dentina. Esto se puede evitar como se describe a continuación seleccionando una secuencia para formar un patrón de cráter donde los cráteres colindantes no se forman generalmente en sucesión.

Las FIGS. 14A-14B cuantifican la suavidad de las regiones de ablación cortadas con diferentes patrones, proporcionando datos de ejemplo de la rugosidad de superficie en una región de ablación cortada con tres patrones de pulso único (SP0.75, SP1.00 y SP1.25) y tres patrones de pulsos de ráfaga (XC0.75, XC1.00 y XC1.25). En particular, las FIGS. 14A-14B son tablas que muestran mediciones de datos de las dimensiones de características de superficie dentro de las regiones de ablación cortadas por cada uno de estos patrones. Como se muestra, los parámetros de altura para cada uno de los patrones de pulso únicos son más pequeños que los parámetros de altura de los correspondientes patrones de pulsos de ráfaga, lo que indica que los patrones de pulso único proporcionan una región de ablación más suave que los patrones de pulsos de ráfaga. La FIG. 14A muestra las características de superficie medidas en esmalte bovino y la FIG. 14B muestra las características de superficie medidas en dentina bovina. Se proporcionan gráficos de análisis a escala fractal de las muestras de las FIGS. 14A-14B en la FIG. 15A y la FIG. 15B, respectivamente. El análisis a escala fractal se describe en la Patente de EE.UU. N° 5.307.292. Brevemente, en un análisis de superficie a escala fractal una superficie medida se tesela con triángulos de área común y se encuentra una relación de una suma total de todas las áreas de los triángulos dividida entre un área proyectada de la superficie medida. La relación se calcula para numerosos tamaños de triángulo o escalas. Con referencia a las FIGS. 15A, un gráfico, 1500, que ilustra la rugosidad de superficie en esmalte bovino tiene un eje vertical, 1502, que representa la relación (sin unidades) y un eje horizontal, 1504, que representa la escala (mieras cuadradas). En general, cuanto mayor sea la relación, más rugosa es la superficie medida. El gráfico, 1500, muestra un análisis de superficies de esmalte bovino que resultan de preparaciones usando una serie de patrones diferentes. Los patrones diferentes son los mismos que se documentan en la FIG. 14A e incluyen patrones de un único pulso por ubicación: SP 0.75, 1506, SP 1.00, 1508 y SP 1.25, 1510; así como patrones que tienen múltiples pulsos por ubicación: XC 0.75, 1512, XC 1.00, 1514 y XC 1.25, 1516. Se debería apreciar que los patrones de pulso único producen una relación más baja en esmalte bovino a todas las escalas cuando se compara con los patrones de múltiples pulsos por ubicación.

Con referencia ahora a la FIG. 15B, un gráfico, 1520, que ilustra la rugosidad de superficie en dentina bovina tiene un eje vertical, 1522, que representa la relación (sin unidades) y un eje horizontal, 1524, que representa la escala (micras cuadradas). El gráfico, 1520, muestra un análisis de las superficies de dentina bovina que resultan de preparaciones usando una serie de patrones diferentes. Los patrones diferentes son los mismos que se documentan en la FIG. 14B e incluyen patrones de un único pulso por ubicación: SP 0.75, 1526A, SP 0.75 con grabado por ácido, 1526B, SP 1.00, 1528a , Sp 1.00 con grabado por ácido, 1528B, SP 1.25, 1530A y SP 1.25 con grabado por ácido, 1530B; así como patrones que tienen múltiples pulsos por ubicación: Dentina 0.75, 1532A, Dentina 0.75 con grabado por ácido, 1532B, Dentina 1.00, 1534a y Dentina 1.00 con grabado por ácido, 1534B. Se debería apreciar que los patrones de pulso único producen una relación más baja en dentina bovina a todas las escalas cuando se comparan con los patrones de múltiples pulsos por ubicación.

Además, en diversas realizaciones, los patrones de pulso único logran una velocidad de eliminación de material más rápida que los patrones de pulsos de ráfaga. Por ejemplo, la FIG. 16 es un gráfico, 1699, que muestra datos de ejemplo de la velocidad de eliminación de masa, para diversos patrones, que incluyen patrones que tienen un único pulso por ubicación, 1602, y patrones que tienen múltiples pulsos (una única ráfaga) por ubicación, 1604. La gráfica, 1600, tiene un eje vertical, 1606, que representa la velocidad de eliminación de masa (miligramos por segundo). Estos datos se generaron recopilando mediciones de tiempo y peso mientras que cada patrón cortaba una muestra de diente de esmalte que tenía dimensiones de aproximadamente 2x2x4 mm. En la FIG. 16, las etiquetas 1.00M (SUAVE), 1.25M (SuAv E), 1.00XC y 1.25XC se refieren a diferentes geometrías/espaciados de patrón. La geometría/patrón 1.25M (SUAVE) se usó para cortar una región a ser tratada en un caso usando una ráfaga de pulsos, donde cada ráfaga aplicó 12 pulsos por ubicación y, en otro caso, usando un único pulso por ubicación. De manera similar, la geometría/patrón 1.00M (SUAVE) se usó para cortar una región a ser tratada en un caso usando una ráfaga de pulsos donde cada ráfaga aplicó 6 pulsos por ubicación y, en otro caso, se usó un único pulso por ubicación. Los resultados, como se muestran en la FIG. 16, indican que para cada patrón la ablación de pulso único logró una velocidad de eliminación de material mayor que dos veces la velocidad lograda usando el mismo patrón usando ablación de modo de ráfaga de múltiples pulsos. Durante la ablación de esmalte, se forma a menudo una pluma de láser, que comprende un plasma y materiales extirpados, por encima del cráter. En algunas realizaciones, el patrón de pulso único evita con éxito la pluma de láser con pulsos sucesivos, que no están dirigidos a la misma ubicación. El patrón de ráfaga puede no lograr evitar la pluma, haciendo que el haz de láser se atenúe por la pluma y que la eficiencia de eliminación de material baje.

Como se ha tratado anteriormente, el modo de ablación de pulso único usa en general anchos de pulso más largos (por ejemplo, mayores de 100 js ) que los anchos de pulso usados en la ablación de modo de ráfaga, que son típicamente más cortos que 90 js (por ejemplo, 40-90 js, 20-40 js, 2-20 js). Aunque un único pulso puede extirpar y eliminar una parte del tejido, un único pulso a menudo no elimina suficiente material para alcanzar una profundidad y/o área de sección transversal deseada. Un único pulso puede eliminar material hasta una profundidad más pequeña que una profundidad deseada. Por ejemplo, según algunas realizaciones una profundidad de eliminación de material de un único pulso es de entre 1 y 100 micras. Con el fin de lograr la profundidad deseada (por ejemplo, 0,2 mm, 0,5 mm, 1 mm o más), es necesario en algunos casos enviar uno o más pulsos adicionales al mismo punto. Con el fin de formar un cráter más ancho y/o más profundo de lo que se puede formar usando un único pulso, en algunos casos es necesario entregar uno o más pulsos adicionales en puntos adyacentes. Repetir la entrega de pulsos únicos al mismo punto o puntos adyacentes es diferente de la entrega de pulsos en modo de ráfaga, porque en el modo de ráfaga cada pulso individual no está diseñado para causar ablación; en su lugar, una serie de pulsos causan colectivamente una ablación. En el modo de pulso único, no obstante, si se repiten o no los pulsos, cada pulso está diseñado para extirpar al menos algo de material de tejido.

En diversos casos, es más probable que los pacientes sientan una sensación negativa cuando se usa el modo de ráfaga con anchos de pulso mayores que 40 js. En comparación, los mismos pacientes que sintieron incomodidad durante el tratamiento usando el modo de ráfaga fueron capaces de haber hecho todos los procedimientos, en general sin ninguna incomodidad y sin anestesia, usando el modo de pulso único que tiene anchos de pulso de 90 js o más largos.

Como se ha descrito anteriormente, en diversas realizaciones, el intervalo de tiempo entre pulsos de láser o ráfagas dirigidos al mismo punto o puntos adyacentes puede afectar al rendimiento. Estos efectos se pueden describir además examinando un patrón de láser que tenga solamente una ubicación. La FIG. 17 ilustra el rendimiento de un patrón de láser de ubicación única que contiene 1000 impactos consecutivos en una superficie de esmalte humano. El Tiempo de Encendido de Láser se muestra a lo largo del eje horizontal. El Tiempo de Encendido de Láser como se usa en la presente memoria se refiere a una cantidad de tiempo en que se ordena que se dispare el láser. Comúnmente, el láser tendrá un retraso que evita que el Tiempo de Encendido de Láser sea exactamente igual a la duración del tiempo de ENCENDIDO del pulso óptico correspondiente. Por ejemplo, para una velocidad de repetición de 1 kHz o menos, el láser E-150i tiene un retraso de alrededor de 7,4 |js. Por lo tanto, un Tiempo de Encendido de Láser de 100 js corresponde de manera general a una duración de ENCENDIDO de pulso óptico de 92,6 js.

En la FIG. 17, los Tiempos de Encendido de Láser de 100, 80, 60 y 40 js se muestra que extirpan el esmalte dando como resultado una superficie significativamente fundida cuando un Tiempo de Apagado de Láser es menor que un intervalo transitorio, que es dependiente del Tiempo de Encendido de Láser. El intervalo transitorio se define como un intervalo de los Tiempos de Apagado de Láser en el que está presente poco o nada de fundido visible durante un tratamiento prolongado (por ejemplo, > 5 segundos) bajo aumento de 40X, y cualquier fundido que esté presente es superficial. Los tratamientos que tienen Tiempos de Apagado de Láser mayores que el intervalo de transición en general no presentan fundido en aumento de 40X. A partir de la FIG. 17 se puede ver que, en algunos casos, un Tiempo de Apagado de Láser requerido para evitar el fundido es dependiente, al menos en parte, del Tiempo de Encendido de Láser (que puede ser una medida del ancho de pulso y/o energía de pulso). Por ejemplo, el Tiempo de Apagado de Láser requerido necesario para evitar la fusión es más corto para Tiempos de Encendido de Láser más cortos.

Un pulso individual que puede extirpar algo de material de tejido puede calentar algo de tejido circundante, aunque tal material de tejido circundante no se extirpe. Si se entrega otro pulso al mismo punto o uno adyacente (por ejemplo, para profundizar y/o ensanchar el corte) antes de que el material de tejido circundante se haya enfriado suficientemente, el otro pulso puede calentar aún más el tejido circundante, causando la fusión o calcinación del mismo. Este efecto adverso se puede evitar o minimizar si hay un retraso de tiempo suficiente entre pulsos sucesivos entregados al mismo punto o puntos adyacentes. Un retraso de tiempo que es un múltiplo (por ejemplo, 2, 5, 10, 20 veces, etc.) del tiempo de relajación térmica del material de tejido puede ser un retraso de tiempo suficiente. Otro ejemplo del retraso de tiempo suficiente es el Tiempo de Apagado de Láser requerido para evitar fusión cuando se pulsa en una única ubicación. En algunas realizaciones, se introduce un retraso de tiempo suficiente entre ráfagas sucesivas entregadas al el mismo punto o puntos adyacentes.

Introducir un retraso de tiempo suficiente entre pulsos individuales sucesivos o entre ráfagas sucesivas, aunque sea beneficioso en términos de evitar o minimizar la fusión o calcinación de tejido no deseadas, puede aumentar el tiempo de tratamiento total. Esto puede disminuir también la eficiencia del sistema, porque la fuente de láser puede necesitar cargarse o alimentarse, aunque no se emitan pulsos de láser. En algunas realizaciones, ambos tipos de efectos negativos, es decir, la fusión/calcinación no deseada y el mayor tiempo de tratamiento/menor eficiencia del sistema, se evitan o al menos minimizan atravesando los puntos objetivo correspondientes a un patrón seleccionado (tal como los patrones mostrados en las FIGS. 2C-2E, 5a , 6A, 7A, 8A y 9A) según una secuencia particular (tal como la mostrada en la FIG. 2B).

En las secuencias seleccionadas, los pulsos individuales o ráfagas consecutivos no se dirigen a puntos adyacentes, donde se forman cráteres colindantes (es decir, superpuestos, tangentes o espaciados). Por ejemplo, con referencia a la FIG. 2B, si un pulso individual o una ráfaga, denotado pulso/ráfaga “1”, se dirige a un punto para formar el cráter 202, los siguientes siete pulsos individuales o ráfagas se dirigen a puntos que no sean el mismo o puntos adyacentes donde se forman los cráteres 204, 206, 208. El pulso individual o ráfaga que sigue a esos siete pulsos/ráfagas adicionales se denota pulso/ráfaga “9” y se dirige a un punto adyacente, donde se forma el cráter 208. De manera similar, después de que el pulso/ráfaga “2” se dirija a un punto donde se forma el cráter 210, el siguiente pulso/ráfaga “3” no se dirige al mismo punto o un punto adyacente y, en su lugar, se dirige a un punto no adyacente donde se forma el cráter 212. A partir de entonces, el pulso/ráfaga “4”, que sigue al pulso/ráfaga “3”, se dirige a un punto adyacente al cráter 210, donde se forma el cráter 214.

De este modo, si un par de dos pulsos/ráfagas se dirige al mismo punto o puntos adyacentes, al menos un pulso/ráfaga intermedio entre los dos pulsos/ráfagas se dirige a un punto no adyacente. En diversas realizaciones, el periodo de pulso/ráfaga es mayor que un múltiplo seleccionado del tiempo de relajación térmica del material a ser extirpado. En algunas realizaciones, al menos k pulsos/ráfagas se dirigen a puntos no adyacentes donde k es mayor que uno. Por ejemplo, k puede ser dos, cinco, siete, diez, etc. En estas realizaciones, k por el periodo de pulso/ráfaga es mayor que un múltiplo seleccionado del tiempo de relajación térmica del material a ser extirpado. Por lo tanto, estas secuencias de atravesar los puntos objetivo permiten un enfriamiento suficiente del tejido circundante a un cráter, lo que puede minimizar o evitar la calcinación y fusión no deseadas del tejido. Los uno o más pulsos/ráfagas intermedios se dirigen a otras ubicaciones en la región a ser tratada, formando cráteres en esas otras ubicaciones y según un patrón seleccionado. Por lo tanto, el tiempo de tratamiento total puede no aumentar sustancialmente (por ejemplo, en más de un 1 %, 2 %, 5 %, 10 %, 20 %, etc.) con relación a dirigir pulsos/ráfagas consecutivos al mismo punto y/o puntos adyacentes. Esto puede minimizar o evitar también una disminución de la eficiencia de tratamiento.

En diversas realizaciones, se pueden entregar pulsos de láser individuales/ráfagas en una secuencia particular, para mantener un intervalo mínimo entre un par de pulsos individuales/ráfagas entregadas a la misma ubicación o ubicaciones adyacentes, con el fin de aumentar la eficiencia de sistema, por ejemplo, maximizando la velocidad de eliminación volumétrica del sistema, al tiempo que se evita/minimiza la calcinación/fusión no deseada. Con referencia de nuevo a la FIG. 2B, en una realización, el Tiempo de Encendido de Láser es de aproximadamente 40 |js (es decir, 40 |js con una tolerancia del 1 %, 2 %, 5 %, 10 %, 20 %, etc.). Por consiguiente, el umbral mínimo entre pulsos individuales/ráfagas dirigidos al mismo punto o puntos adyacentes es de 3,0 ms, con una tolerancia del 1 %, 3 %, 8 %, 10 %, 20 %, etc. con el fin de evitar o minimizar la fusión. Por lo tanto, una secuencia que tiene ocho pulsos individuales/ráfagas en un periodo de tiempo de 3,0 ms, donde cada pulso/ráfaga se dirige a puntos mutuamente no adyacentes, puede prevenir o minimizar la fusión del esmalte dental, al tiempo que se logra una velocidad de ráfaga o de repetición de pulsos total de aproximadamente 2,7 kHz, es decir, 2,7 kHz con una tolerancia del 1 %, 2 %, 5 %, 10 %, 20 %, etc.

En algunas realizaciones, el láser produce un promedio de 12 mJ por pulso de Tiempo de Encendido de 40 js y, como tal, la potencia promedio máxima del láser que opera a aproximadamente 2,7 kHz es de aproximadamente 32 W. En general, la velocidad de eliminación volumétrica estimada es aproximadamente igual a la potencia de láser promedio (W) multiplicada por el volumen de esmalte eliminado por Julio (jL*10-6/J). En la FIG. 19A se proporcionan datos de ejemplo del volumen eliminado por energía de láser en función del Tiempo de Apagado de Láser.

Usar la ecuación con los datos del ejemplo anterior produce: 32 (W) * 8,1 (jL*10-3/J) “ 0,260 (jL/s). Debido a que el intervalo umbral entre pulsos que se cruzan es 3,0 ms, este patrón de ejemplo no producirá una fusión significativa del esmalte. Como se usa en la presente memoria, fusión significativa significa una fusión de más del 0,5 %, 1 %, 5 %, 10 %, 12 %, 20 %, etc., del volumen de esmalte dentro de una distancia especificada del punto al que se dirige el haz de láser. La distancia especificada puede ser del orden del radio de un cráter, por ejemplo, 0,1 mm, 0,15 mm, 0,2 mm, 0,23 mm, 0,25 mm, 0,3 mm, etc. En general, en diversas realizaciones, se puede usar cualquier número de ubicaciones de pulsos/ráfagas intermedios (por ejemplo, en un intervalo de 1-10, en un intervalo de 10-20, en un intervalo de 20-50, en un intervalo de 50-100, etc.). En algunas realizaciones, el número de ubicaciones de pulsos/ráfagas intermedios está relacionado con un número de ubicaciones de pulso dentro del patrón. Por ejemplo, un patrón que tiene alrededor de 50 ubicaciones de pulso típicamente no tendrá más de 8-12 pulsos intermedios entre cada ubicación de pulso adyacente en el patrón. Un patrón que tiene alrededor de 25 ubicaciones de pulso típicamente no tendrá más de 4-6 pulsos intermedios entre cada ubicación de pulso adyacente en el patrón. Y, un patrón que tiene alrededor de 12 ubicaciones de pulso típicamente no tendrá más de 2-3 pulsos intermedios entre cada ubicación de pulso adyacente en el patrón. En algunas realizaciones, el número de ubicaciones objetivo no adyacentes se selecciona de manera que se maximice el tiempo entre todos los pares de dos ubicaciones adyacentes. En algunos casos, se maximiza el tiempo promedio entre todos los pares de dos ubicaciones adyacentes.

La FIG. 18A representa imágenes de molares humanos tomadas por un microscopio confocal que muestra nueve cráteres, cada uno formado dirigiendo 10 pulsos de láser a una única ubicación. La FIG. 18^bmuestra nueve cráteres, cada uno formado dirigiendo 20 pulsos a una única ubicación y la FIG. 18C muestra nueve cráteres, cada uno formado dirigiendo 30 pulsos a una única ubicación. En cada uno de los 27 casos, la duración de ENCENDIDO de cada pulso de láser es 40 js. Para cada cráter en la FIG. 18A, la tabla en la FIG 18A muestra el respectivo Tiempo de Apagado de Láser. Cada una de las FIGS. 18B y 18C incluye una tabla que muestra los Tiempos de Apagado de Láser de los diferentes cráteres representados en las respectivas figuras. Los molares humanos mostrados en las FIGS. 18A-C estaban planos y paralelos al plano de imagen. Está presente muy poco o nada de fundido en cualquiera de los cráteres de 10 pulsos en la FIG. 18A. El fundido es visible en Tiempos de Apagado de Láser de 500, 1500 y 2000 js en los cráteres de 20 y 30 pulsos en las FIGS. 18B-C. Como se ha descrito anteriormente y representado en la FIG. 17, el fundido era ligeramente visible en un Tiempo de Apagado de Láser de 2500 js durante irradiación prolongada (por ejemplo, 1000 o más pulsos consecutivos de 40 js).

Las mediciones de volumen de los cráteres de 30 pulsos mostrados en la FIG. 18C se derivaron de imágenes de microscopio confocal de cada cráter. En las FIGS. 19A-B se muestran gráficos que muestran el volumen de esmalte eliminado en función del Tiempo de Apagado de Láser. El volumen eliminado por Julio puede proporcionar una medición de la eficiencia de ablación y, para una energía por pulso dada y una duración de ENCENDIDO de pulso dada, se puede variar la energía de láser total entregada al material a ser tratado en una cantidad de tiempo unitaria variando el Tiempo de Apagado de Láser.

En algunos casos, algo de calor residual en el tejido a ser extirpado en realidad puede ayudar a la ablación del mismo, si el siguiente pulso se entrega antes de que el material se enfríe completamente. Si esto es correcto, un tiempo de APAGADO más corto puede requerir menos pulsos, es decir, menos energía, para extirpar una cierta cantidad de material con relación a un tiempo de APAGADO más largo. En ese caso, la relación de volumen/energía aumentaría a medida que disminuye el tiempo de APAGADO. Esto comenzaría a cambiar cuando el calor residual en el tejido circundante comienza a causar fusión. Por ejemplo, con referencia a la FIG. 19A, hay fusión en un tiempo de APAGADO de 1,5 ms y no hay fusión en 2,0 ms. Pero, en un tiempo de APAGADO de 2,0 ms se requerirían menos pulsos (y, por lo tanto, menos energía) para extirpar j mL de material que el número de pulsos (y energía) requeridos para extirpar la misma cantidad cuando el tiempo de APAGADO es 2,5 ms, 3 ms, etc.

Con referencia a la FIG. 19A, Tiempos de APAGADO de Láser más cortos dan como resultado de manera general en mayor volumen eliminado por unidad de energía. En algunos casos, el Tiempo de APAGADO de Láser que da como resultado la mayor relación de volumen eliminado por unidad de energía también corresponde a la mayor cantidad de fusión de tejido circundante al cráter extirpado. Por lo tanto, el Tiempo de APAGADO de Láser se puede seleccionar para maximizar la eficiencia de ablación al tiempo que se minimiza o evita la fusión no deseada de algo de material. Como ejemplo, la FIG. 19B muestra que los Tiempos de APAGADO de Láser esperados para no producir ninguna fusión significativa durante una irradiación de láser prolongada en una única ubicación (por ejemplo, > 2,5 ms) corresponden a aproximadamente el 60 % de un volumen máximo eliminado por unidad de energía para el mismo Tiempo de ENCENDIDO de Láser.

Se debería entender que el tiempo de APAGADO es una medida conveniente cuando se entregan pulsos individuales o ráfagas solamente a un punto. Por lo tanto, se hace referencia a este tiempo de APAGADO en la presente memoria como tiempo de APAGADO de ubicación única. En algunas realizaciones, después de entregar un pulso/ráfaga a un punto seleccionado, se entregan uno o más pulsos o ráfagas intermedios a uno o más puntos que no son adyacentes al punto seleccionado, antes de entregar otro pulso/ráfaga al punto seleccionado. En estas realizaciones, el tiempo de APAGADO de un pulso o una ráfaga puede ser menor que el tiempo de APAGADO de ubicación única. En su lugar, en estas realizaciones, la duración del uno o más pulsos/ráfagas intermedios debería ser al menos igual al tiempo de APAGADO de ubicación única.

Como se ha descrito anteriormente, el tejido en y alrededor del cráter se calienta después de que se entrega un pulso de láser. Con el fin de evitar la fusión de refundido y otros efectos de superficie no deseados, es importante esperar un intervalo de tiempo antes de extirpar la misma ubicación de nuevo. Las áreas circundantes al cráter también se calentarán y requerirán un intervalo de enfriamiento antes de la ablación de una ubicación adyacente, con el fin de evitar la modificación de superficie. Un patrón de ejemplo mostrado en la FIG. 20 se usa para ilustrar los efectos del espaciado en el intervalo de enfriamiento. La FIG. 20 muestra un patrón de siete puntos dispuestos en una disposición de empaquetamiento de círculo hexagonal. El espaciado entre puntos colindantes se muestra que es 0,1 mm; no obstante, este parámetro se puede variar (como se describe a continuación). La línea de puntos en la FIG. 20 ilustra el camino que toma el sistema de guiado de haz a medida que el láser atraviesa estas siete ubicaciones. La secuencia de los puntos en este patrón ilustrativo de ejemplo es de manera que cada pulso de láser se dirige a una ubicación que es adyacente a la ubicación anterior.

El patrón mostrado en la FIG. 20 se usó para extirpar un molar humano extraído. El espaciado entre ubicaciones de pulso colindantes se varió de 0,1 mm a 0,3 mm y el Tiempo de ENCENDIDO de Láser se varió de 40 ps a 120 ps. El patrón se repitió alrededor de 1000 veces durante la ablación. En cada combinación de espaciado y Tiempo de ENCENDIDO de Láser, se modificó la cantidad de tiempo entre pulsos colindantes hasta que ocurrió la ablación sin fundido visiblemente presente. Los resultados se muestran en las FIGS. 21A-21B.

Con referencia a la FIG. 21A, el intervalo entre la dirección de pulsos de láser/ráfagas a ubicaciones adyacentes que se determinó para evitar la fusión se muestra que es una función tanto del espaciado entre las ubicaciones como el Tiempo de ENCENDIDO de Láser. En general, las ubicaciones objetivo de pulso más separadas requieren menos tiempo entre pulsos/ráfagas sucesivos, mientras que las ubicaciones adyacentes que están más cercanas entre sí requieren más tiempo entre pulsos/ráfagas sucesivos. Se puede ver que un mayor espaciado permite que el láser dispare a velocidades de repetición más altas sin causar fusión. La FIG. 21B ilustra los mismos resultados que la FIG. 21A, pero en lugar de mostrar la velocidad de repetición de pulsos de láser máxima, los datos muestran el intervalo mínimo entre pulsos que se puede lograr, sin fundido visiblemente presente. Tanto la FIG.21A como la FIG.

21B muestran que Tiempos de ENCENDIDO de Láser más largos requieren mayores intervalos entre pulsos que actúan en ubicaciones colindantes, con el fin de evitar la fusión. Además de afectar al umbral de fusión, modificar la geometría y secuencia de patrón según la presente descripción afectó positivamente a la sensación sentida por los pacientes durante el tratamiento.

Como se ha hecho referencia anteriormente, un beneficio del tratamiento dental por láser es que para muchos procedimientos no se requiere anestesia local. Se descubrió que aumentar el tiempo y distancia entre ubicaciones de pulsos secuenciales y adyacentes también ayuda a reducir la sensación en pacientes. Para la sensación de tratamiento por láser dental, se usa una escala de incomodidad de 0-10, donde: 0 = Ninguna sensación, 1-3 = Sensación de frío o de aire soplado, 3-5 = Ligera incomodidad, 6-8 = Incomodidad y 8-10 = Doloroso. Se encontró un valor de base de línea de 2,17 en promedio con patrones que tienen secuencias similares a las descritas en las FIGS. 5A, 6A, 7A, 8A y 9A. Cuando se emplearon patrones que tenían una secuencia más parecida a la descrita en la FIG. 2B el valor de sensación promedio bajó a 0,92. Se encontró por lo tanto que la secuencia afectó a la sensación del paciente positivamente cuando se modifica para aumentar la cantidad de tiempo entre ubicaciones de pulso cercanas. La selección de parámetros de láser según esta descripción por lo tanto ayudará a abordar el dolor y miedo, que han sido durante años un concomitante natural de las visitas dentales.

Se debería entender que el tiempo de APAGADO es una medición conveniente cuando se entregan pulsos individuales o ráfagas solamente a un punto. Por lo tanto, se hace referencia a este tiempo de APAGADO en la presente memoria como tiempo de APAGADO de ubicación única. En algunas realizaciones, después de entregar un pulso/ráfaga a un puerto seleccionado se entregan uno o más pulsos o ráfagas intermedios a uno o más puntos que no son adyacentes al punto seleccionado, antes de entregar otro pulso/ráfaga al punto seleccionado. En estas realizaciones, el tiempo de APAGADO de un pulso o una ráfaga puede ser menor que el tiempo de APAGADO de ubicación única. En su lugar, en estas realizaciones, la duración del uno o más pulsos/ráfagas intermedios debería ser al menos igual al tiempo de APAGADO de ubicación única.

Un beneficio de los patrones de pulso único en comparación con patrones convencionales es que se elimina un parámetro, la frecuencia de pulso de ráfaga. En patrones de pulso único, ya no se necesita establecer o controlar la velocidad de repetición de pulsos dentro de la ráfaga de láser por el operario (por ejemplo, el dentista). Además, una vez se define el tiempo umbral mínimo entre pulsos intermedios, este parámetro se puede codificar o hacer inaccesible, dado que el operario no necesita establecer o modificar este parámetro durante su uso. De este modo, un patrón de láser de pulso único se puede controlar por el operario simplemente modulando un parámetro (por ejemplo, ancho de pulso). En algunas realizaciones, la modulación de ancho de pulso se puede hacer a través de un dispositivo de entrada variable (por ejemplo, un pedal de pie) que proporciona una experiencia de usuario intuitiva y eficaz.

En diversas realizaciones, los haces de láser que entregan los patrones descritos en la presente memoria se pueden definir, al menos en parte, por su fluencia. La fluencia es una medida útil de la densidad de energía y se puede definir como la cantidad de energía por pulso dividida por el área de sección transversal del haz de láser en cuestión. En situaciones de múltiples pulsos, se usa a menudo una energía de pulso promedio. La energía de pulso promedio se puede medir directamente por un medidor de energía de láser. Además, es ventajoso en algunas situaciones derivar energía de pulso promedio de la potencia de láser promedio y la velocidad de repetición de láser promedio. La energía por pulso promedio es igual a la potencia de láser promedio dividida por la velocidad de repetición promedio. El área de un haz de láser en cuestión es dependiente del ancho de haz del haz de láser en cuestión (o talla). Los haces de láser tienen un perfil de energía que describe la cantidad de energía a través de la sección transversal del haz de láser. Algunos perfiles de energía, tales como un perfil de sombrero de copa, tienen caídas de energía muy pronunciadas en los bordes del haz de láser, que proporcionan una clara demarcación para las mediciones de ancho de haz. No obstante, la mayoría de haces de láser tienen un perfil de energía con una forma gaussiana o casi gaussiana. Para medir el ancho de haz en haces que no son de sombrero de copa, se usan diversas técnicas o estándares por consistencia. Estas técnicas incluyen: anchura a media altura (FWHM), anchura 1/e2, anchura de segundo momento o D4a, anchura de borde de cuchillo tal como 90/10 y anchura D86, todas las cuales son técnicas conocidas por los expertos en la técnica.

En algunas ocasiones, los experimentos y patrones descritos en la presente memoria usaron un tamaño de punto enfocado único. Para algunos de los experimentos y patrones, el tamaño del punto enfocado se midió para que fuera de alrededor de 0,25 mm usando el método de borde de cuchillo de 90/10. Suponiendo que el tamaño de punto enfocado era gaussiano, se puede decir que estos puntos tienen una anchura 1/e2 de alrededor de 0,39 mm.

El alcance de la presente invención se define por las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de láser dental para eliminar una región de tejido dental, el sistema que comprende:

una fuente de láser para generar una pluralidad de ráfagas de pulso de láser de un haz de láser;

un sistema de guiado de haz y

dirige una primera ráfaga de pulsos de láser a una primera ubicación de tejido (202) en un patrón de ubicaciones de tejido dentro de la región de tejido dental;

dirige al menos una ráfaga de pulsos de láser adicional a al menos una ubicación de tejido no adyacente (210, 212, 214) adicional en el patrón;

dirige una siguiente ráfaga de pulsos de láser a una ubicación de tejido en el patrón (208) adyacente a la primera ubicación de tejido (202) o en la primera ubicación de tejido,

en donde se determina una cantidad de ubicaciones de tejido no adyacentes adicionales en base, al menos en parte, a (i) un tiempo de relajación térmica que corresponde a la fusión del tejido dental y (ii) una propiedad de los pulsos de láser, y en donde el número (k) de ráfagas de pulsos de láser adicionales multiplicado por un periodo de cada ráfaga de pulsos de láser adicional es mayor que un múltiplo seleccionado del tiempo de relajación térmica del material a ser extirpado.

2. El sistema de la reivindicación 1, en donde la propiedad de la primera ráfaga de pulsos de láser se selecciona del grupo que consiste en: (i) un periodo de pulso de láser, (ii) una duración de ENCENDIDO de un pulso de láser, (iii) una frecuencia de ráfaga y (iv) una duración de ENCENDIDO de ráfaga.

3. El sistema de la reivindicación 1, en donde la cantidad de ubicaciones de tejido no adyacentes adicionales es una.

4. El sistema de la reivindicación 1, en donde la cantidad de ubicaciones de tejido no adyacentes adicionales es hasta 10.

5. El sistema de la reivindicación 1, en donde al menos una de la primera ráfaga de pulsos de láser y la siguiente ráfaga de pulsos de láser consiste en un único pulso de láser.

6. El sistema de la reivindicación 1, en donde al menos una de la primera ráfaga de pulsos de láser y la siguiente ráfaga de pulsos de láser comprende una pluralidad de pulsos de láser.

7. El sistema de la reivindicación 1, en donde un tiempo total de una ráfaga de pulsos de láser adicional es aproximadamente igual al tiempo de relajación térmica, si el número (k) de ráfagas de pulsos de láser adicionales es mayor que 1.

8. El sistema de la reivindicación 1, en donde el sistema de guiado de haz comprende un galvanómetro.