ES2934467T3 - Aparato de corte de un tejido humano o animal que comprende un acoplador óptico - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un aparato de corte que incluye - un láser de femtosegundo (1), - un sistema de conformación (2) aguas abajo del láser de femtosegundos (1), para formar un haz láser de fase modulada, - un escáner óptico (4) aguas abajo de el sistema de conformación (2), - un sistema de enfoque óptico (5) aguas abajo del escáner óptico (4), - una unidad de control (6) para controlar el sistema de conformación (2), el escáner óptico (4) y el enfoque óptico (5), caracterizado porque el aparato comprende además un acoplador óptico (3) entre el láser de femtosegundo (1) y el sistema de conformación (2), incluyendo el acoplador óptico (3) una fibra óptica de cristal fotónico para filtrar la fase- rayo láser modulado (21) procedente del sistema de conformación (2). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Aparato de corte de un tejido humano o animal que comprende un acoplador óptico

Ámbito técnico

La presente invención concierne al ámbito técnico del tratamiento de patologías oculares realizado utilizando un láser de femtosegundo, y más concretamente al de la cirugía oftalmológica especialmente para aplicaciones de corte de córneas o de cristalinos.

La invención concierne a un dispositivo de corte de un tejido humano o animal, como una córnea o un cristalino, por medio de un láser de femtosegundo.

Por láser de femtosegundo se entiende una fuente luminosa, apta para emitir un haz LÁSER en forma de pulsos ultracortos, cuya duración está comprendida entre 1 femtosegundo y 100 picosegundos, preferentemente comprendida entre 1 femtosegundo y 1000 femtosegundos, en particular del orden de cien femtosegundos.

Técnica anterior

Se ha propuesto ya realizar operaciones quirúrgicas en el ojo por medio de un láser de femtosegundo, tales como operaciones de corte de córneas o de cristalinos.

El documento FR 3 049 847 describe un aparato de corte de un tejido humano o animal, como una córnea o un cristalino. Este aparato comprende:

- un láser de femtosegundo para generar un haz LÁSER,

- un sistema de conformado situado en la trayectoria del citado haz, para modular la fase del frente de onda del haz LÁSER de modo que se obtenga un haz LÁSER modulado en fase según una consigna de modulación calculada para distribuir la energía del haz LÁSER en al menos dos puntos de impacto que forman un motivo en su plano focal correspondiente a un plano de corte,

- un escáner óptico de barrido dispuesto aguas abajo del sistema de conformado para desplazar el motivo en el plano de corte en una pluralidad de posiciones según una dirección de desplazamiento,

- un montaje óptico que incluyê espejos reflectantes y lentes entre el sistema de conformado y el escáner óptico para la transmisión del haz LÁSER modulado al escáner,

- un sistema óptico de focalización para focalizar el haz LASER en un plano de corte.

La utilización de un sistema de conformado permite disminuir el tiempo de corte del tejido biológico al generar varios puntos de impacto simultáneamente.

Por otra parte, la utilización del sistema de conformado permite obtener puntos de impacto sensiblemente iguales (siendo la forma, la posición y el diámetro de cada punto controlados dinámicamente por una máscara de fase calculada y visualizada en el sistema de conformado).

Así, las burbujas de gas - generadas por los puntos de impacto y - que desgarran los tejidos biológicos cortados son de tamaños sensiblemente iguales.

Esto permite mejorar la calidad del resultado obtenido, con un plano de corte homogéneo, en el cual los puentes tisulares residuales (entre puntos de impacto adyacentes) tienen todos sensiblemente el mismo tamaño. Esta homogeneidad en el tamaño de los puentes tisulares permite una disección por el médico de una calidad aceptable con respecto a la importancia de la calidad del estado superficial del tejido cortado cuando se trata por ejemplo de una córnea.

Sin embargo, para facilitar la operación de disección por el médico, es preferible reducir el tamaño de los puentes tisulares residuales entre puntos de impacto adyacentes.

Dependiendo este tamaño de los puentes tisulares de la homogeneidad de los diferentes puntos de impacto, un objetivo de la presente invención es proponer una solución técnica que permita mejorar la homogeneidad de la distribución de energía entre los diferentes puntos de impacto generados simultáneamente gracias al sistema de conformado.

Otro objetivo de la presente invención es proponer una solución técnica que permita mejorar el aparato descrito en el documento FR 3049847 con el fin de reducir el tamaño de los puentes tisulares residuales entre puntos de impacto adyacentes.

Otro objetivo más de la presente invención es mejorar la seguridad del aparato descrito en el documento FR 3049 847 incorporando en el mismo un elemento de seguridad que permita interrumpir la transmisión del haz láser al tejido que haya que tratar si el citado haz láser se descentra (por ejemplo, en caso de choque del aparato).

Exposición de la invención

A tal efecto, la invención propone un aparato de corte de un tejido humano o animal, tal como una córnea o un cristalino, incluyendo el citado aparato

- un láser de femtosegundo para emitir un haz LÁSER inicial en forma de pulsos,

- un sistema de conformado - tal como un modulador de luz espacial^ (SLM) - colocado aguas abajo del láser de femtosegundo, para transformar el haz LÁSER inicial en un haz LÁSER modulado en fase, siendo el sistema de conformado apto para modular la fase del frente de onda del haz LÁSER inicial según una consigna de modulación calculada para distribuir la energía del haz LÁSER en al menos dos puntos de impacto que forman un motivo en un plano de focalización,

- un escáner óptico de barrido, colocado aguas abajo del sistema de conformado, para desplazar el motivo a lo largo de una trayectoria de desplazamiento predefinida en el plano de focalización,

- un sistema óptico de focalización, situado aguas abajo del escáner óptico de barrido, para desplazar el plano de focalización del haz LÁSER modulado a un plano de corte del tejido deseado,

- una unidad de control para controlar el sistema de conformado, el escáner óptico de barrido y el sistema óptico de focalización,

caracterizado por que el aparato comprende además un acoplador óptico entre el láser de femtosegundo y el sistema de conformado, incluyendo el acoplador óptico una fibra óptica de cristal fotónico para el filtrado del haz LÁSER procedente del láser de femtosegundo.

En el contexto de la presente invención, se entiende por «punto de impacto» una zona del haz LÁSER comprendida en su plano focal en la cual la intensidad del citado haz LÁSER es suficiente para generar una burbuja de gas en un tejido. En el contexto de la presente invención, se entiende por «puntos de impacto adyacentes», dos puntos de impacto dispuestos uno enfrente del otro y no separados por otro punto de impacto. Se entiende por «puntos de impacto vecinos» dos puntos de un grupo de puntos adyacentes entre los cuales la distancia es mínima.

En el contexto de la presente invención, se entiende por «motivo» una pluralidad de puntos de impacto LÁSER generados simultáneamente en un plano de focalización de un haz LÁSER conformado - es decir modulado en fase para distribuir su energía en varios puntos distintos en el plano de focalización correspondiente al plano de corte del dispositivo. Así, la invención permite modificar el perfil de intensidad del haz LÁSER en el plano del corte, de forma que se pueda mejorar la calidad o bien la velocidad del corte en función del perfil elegido. Esta modificación de perfil de intensidad se obtiene por modulación de la fase del haz LÁSER

La modulación óptica de fase se realiza por medio de una máscara de fase. La energía del haz LÁSER incidente se conserva después de la modulación, y el conformado del haz se realiza actuando sobre su frente de onda. La fase de una onda electromagnética representa la situación instantánea de la amplitud de una onda electromagnética. La fase depende tanto del tiempo como del espacio. En el caso del conformado espacial de un haz LÁSER, solo se consideran las variaciones en el espacio de la fase.

El frente de onda se define como la superficie de los puntos de un haz que tienen una fase equivalente (es decir, la superficie constituida por los puntos cuyos tiempos de recorrido desde la fuente que emite el haz son iguales). La modificación de la fase espacial de un haz pasa por tanto por la modificación de su frente de onda.

Esta técnica permite realizar la operación de corte de una forma más rápida y más eficaz porque implementa varios puntos LÁSER realizando cada uno un corte y según un perfil controlado.

El hecho de colocar el acoplador óptico que incluye la fibra óptica de cristal fotónico entre el láser de femtosegundo y el sistema de conformado (en lugar de entre el sistema de conformado y el escáner óptico de barrido) permite evitar cualquier perturbación en el conformado del haz láser realizado por el sistema de conformado. En efecto, la introducción de un acoplador óptico que incluya una fibra de cristal fotónico entre el sistema de conformado y el escáner óptico de barrido induciría un filtrado del haz láser modulado (procedente del sistema de conformado) que tendería a degradar su conformado y a disminuir su potencia.

La fibra es una fibra de cristal fotónico de núcleo hueco, incluyendo la citada fibra un núcleo hueco, y al menos una funda que rodea al núcleo hueco;

- el acoplador óptico comprende además:

• una primera celda de enlace para la conexión del acoplador óptico al sistema de conformado por una parte, y

• una segunda celda de enlace para la conexión del acoplador óptico al escáner óptico de barrido; - cada celda de enlace puede ser montada de manera estanca en un extremo respectivo de la fibra de cristal fotónico;

- cada celda de enlace puede comprender:

• una envoltura externa,

• un canal de transmisión alojado en la envoltura, permitiendo el canal de transmisión el paso del haz LÁSER al interior de la envoltura,

• una ventanilla transparente a la radiación LÁSER en un extremo del canal de transmisión, estando destinada la ventanilla estar enfrente del láser de femtosegundo o del sistema de conformado;

- el aparato comprende al menos una bomba de vacío, comprendiendo cada celda de enlace al menos un terminal de conexión que desemboca en el exterior de la envoltura y que está destinado a ser conectado a la bomba de vacío;

- la unidad de control puede comprender medios aptos para controlar la activación de la bomba de vacío para aspirar los gases contenidos en el núcleo hueco de la fibra óptica de cristal fotónico.

Breve descripción de los dibujos

Otras características y ventajas de la invención se desprenderán claramente de la descripción que de la misma se hace a continuación, a título indicativo y no limitativo, con referencia a las figuras anejas, en las cuales:

- la figura 1 es una representación esquemática de un montaje que incluye el aparato de corte según la invención; - la figura 2 ilustra una distribución de intensidad de un haz LÁSER en su plano focal;

- la figura 3 ilustra un ejemplo de un acoplador óptico del aparato de corte ilustrado en la figura 1;

- la figura 4 ilustra un camino de desplazamiento de un motivo de corte;

- la figura 5 ilustra planos de corte de un volumen de tejido que haya que destruir;

- la figura 6 ilustra un aparato de terapia que incluye un brazo articulado.

Exposición detallada de la invención

La invención concierne a un aparato de corte de un tejido humano o animal por medio de un láser de femtosegundo. En lo que sigue de la descripción, se describirá la invención, a modo de ejemplo, para el corte de una córnea de un ojo humano o animal.

1. Aparato de corte

Con referencia a la figura 1, se ha ilustrado un modo de realización del aparato de corte según la invención. Este puede estar dispuesto aguas arriba de un objetivo que haya que tratar 7. El objetivo 7 es, por ejemplo, un tejido humano o animal que haya que cortar, tal como una córnea o un cristalino.

El aparato de corte comprende:

- un láser de femtosegundo 1,

- un sistema de conformado 2 colocado aguas abajo del láser de femtosegundo 1,

- un acoplador óptico 3 entre el láser de femtosegundo 1 y el sistema de conformado 2,

- un escáner óptico de barrido 4 aguas abajo del sistema de conformado 2,

- un sistema óptico de focalización 5 aguas abajo del escáner óptico de barrido 4,

- una unidad de control 6 que permite controlar el láser de femtosegundo 1, el sistema de conformado 2, el escáner óptico de barrido 4 y el sistema óptico de focalización 5.

El láser de femtosegundo 1 es apto para emitir un haz LÁSER inicial en forma de pulsos. A modo de ejemplo, el láser 1 emite una luz de 1030 nm de longitud de onda, en forma de pulsos de 400 femtosegundos. El láser 1 tiene una potencia comprendida entre 2 W y 20 W y preferentemente del orden de 8 W y una frecuencia comprendida entre 100 kHz y 500 kHz.

El acoplador óptico 3 permite transmitir el haz LÁSER 11 procedente del láser de femtosegundo 1 al sistema de conformado 2.

El sistema de conformado 2 se extiende en la trayectoria del haz LÁSER inicial 11 procedente del láser de femtosegundo 1. El mismo permite transformar el haz LÁSER inicial 11 en un haz LÁSER modulado 21. Más concretamente, el sistema de conformado 2 permite modular la fase del haz LÁSER 11 para distribuir la energía del haz LÁSER en una pluralidad de puntos de impacto en su plano focal, definiendo esta pluralidad de puntos de impacto un motivo 8.

El escáner óptico de barrido 4 permite orientar el haz LÁSER modulado 21 para desplazar el motivo 8 a lo largo de un camino de desplazamiento predefinido por el usuario en un plano de focalización 71.

El sistema óptico de focalización 5 permite desplazar el plano de focalización 71 - correspondiente al plano de corte -del haz LÁSER 41 desviado procedente del escáner óptico de barrido 4.

De este modo:

- el acoplador óptico 3 permite propagar el haz LÁSER 11 entre el láser de femtosegundo y el sistema de conformado 2,

- el sistema de conformado 2 permite generar simultáneamente varios puntos de impacto 81 que definen un motivo 8,

- el escáner óptico de barrido 4 permite desplazar este motivo 8 en el plano de focalización 71, y

- el sistema óptico de focalización 5 permite desplazar en profundidad el plano de focalización 71 de modo que se generen cortes en planos sucesivos que definen un volumen.

Los diferentes elementos que constituyen el aparato de corte se describirán ahora con más detalle con referencia a las figuras.

2. Elementos del aparato de corte.

2.1. Sistema de conformado

El sistema de conformado espacial 2 permite hacer variar la superficie de onda del haz LÁSER inicial 11 para obtener puntos de impacto 8 separados uno de otro en el plano de focalización 71.

Más concretamente, el sistema de conformado 2 permite modular la fase del haz LÁSER inicial 11 procedente del láser de femtosegundo 1 para formar picos de intensidad en el plano de focalización 71, produciendo cada pico de intensidad un respectivo punto de impacto en el plano focal correspondiente al plano de corte. El sistema de conformado 2 es, según el modo de realización ilustrado, un modulador espacial de luz de cristales líquidos, conocido por las siglas SLM, del acrónimo inglés «Spatial Light Modulator».

El SLM permite modular la distribución de energía final del haz LÁSER, en particular en el plano de focalización 71 correspondiente al plano de corte del tejido 7. Más concretamente, el SLM está adaptado para modificar el perfil espacial del frente de onda del haz LÁSER primario 11 procedente del láser de femtosegundo 1 para distribuir la energía del haz LÁSER en diferentes puntos de focalización en el plano de focalización 71.

La modulación en fase del frente de onda puede verse como un fenómeno de interferencia en dos dimensiones. Cada porción del haz LÁSER inicial 11 procedente de la fuente 1 se retrasa o avanza con respecto al frente de onda inicial con el fin de que cada una de estas porciones sea redirigida de modo que realice una interferencia constructiva en N puntos distintos en el plano focal de una lente. Esta redistribución de energía en una pluralidad de puntos de impacto 81 solamente tiene lugar en un solo plano (es decir, el plano de focalización 71) y no a lo largo del camino de propagación del haz LÁSER modulado. Así, la observación del haz LÁSER modulado antes o después del plano de focalización no permite identificar una redistribución de la energía en una pluralidad de puntos de impacto 81 distintos, debido a este fenómeno que puede asimilarse a interferencias constructivas (que tiene lugar solamente en un plano y no a lo largo de la propagación como en el caso de la separación de un haz LÁSER inicial en una pluralidad de haces LÁSER secundarios).

Para comprender mejor este fenómeno de modulación de fase del frente de onda, en la figura 2 se han ilustrado esquemáticamente perfiles de intensidad 72a-72e obtenidos para tres ejemplos de montajes ópticos distintos. Como se representa en la figura 2, un haz LÁSER inicial 11 emitido por una fuente láser 1 produce un pico de intensidad 72a de forma gaussiana en un punto de impacto 73a en un plano de focalización 71. La inserción de un separador de haz 9 entre la fuente 1 y el planô de focalización 71 induce la generación de una pluralidad de haces LÁSER secundarios 91, produciendo cada haz LÁSER secundario 91 un respectivo punto de impacto 73b, 73c en el plano de focalización 71 de los haces LÁSER secundarios 91. Finalmente, la inserción entre la fuente 1 y el plano de focalización 71 de un SLM 2 programado con la ayuda de una máscara de fase que forma consigna de modulación induce la modulación de la fase del frente de onda del haz LÁSER inicial 11 procedente de la fuente 1. El haz LÁSER 21 cuya fase del frente de onda ha sido modulada permite inducir la producción de varios picos de intensidad 73d, 73e separados espacialmente en el plano de focalización 71, correspondiendo cada pico 72d, 72e a un punto de impacto 73d, 73e respectivo que realiza un corte. La técnica de modulación de la fase del frente de onda permite generar varias burbujas de gas simultáneas en el tejido objetivo sin desmultiplicación del haz LÁSER 11 inicial producido por el láser de femtosegundo 1.

El SLM es un dispositivo constituido por una capa de cristales líquidos con orientación controlada que permite conformar de una manera dinámica el frente de onda, y por tanto la fase del haz LÁSER. La capa de cristales líquidos de un SLM está organizada como una cuadrícula (o matriz) de píxeles. El grosor óptico de cada píxel es controlado eléctricamente por orientación de las moléculas de cristal líquido que pertenecen a la superficie correspondiente al píxel. El SLM explota el principio de anisotropía de los cristales líquidos, es decir, la modificación del índice de los cristales líquidos, en función de su orientación espacial. La orientación de los cristales líquidos puede ser realizada con la ayuda de un campo eléctrico. Así, la modificación del índice de los cristales líquidos modifica el frente de onda del haz LÁSER.

De manera conocida, el SLM implementa una máscara de fase, es decir, una tarjeta que determina cómo debe modificarse la fase del haz para obtener una distribución de amplitud dada en su plano de focalización 71. La máscara de fase es una imagen bidimensional en la que cada punto está asociado a un píxel respectivo del SLM. Esta máscara de fase permite controlar el índice de cada cristal líquido del SLM convirtiendo el valor asociado a cada punto de la máscara - representado en niveles de gris comprendidos entre 0 y 255 (por lo tanto del negro al blanco) - en un valor de control - representado en una fase comprendida entre 0 y 2n. De esta manera, la máscara de fase es una consigna de modulación visualizada en el SLM para provocar en reflexión un desfase espacial desigual del haz LÁSER que ilumina el SLM. Naturalmente, los expertos en la materia apreciarán que el intervalo de nivel de gris puede variar en función del modelo de SLM utilizado. Por ejemplo, en ciertos casos, el intervalo de nivel de gris puede estar comprendido entre 0 y 220. La máscara de fase se calcula generalmente por un algoritmo iterativo basado en la transformada de Fourier. o en diversos algoritmos de optimización, tales como algoritmos genéticos o el recocido simulado. Se pueden aplicar diferentes máscaras de fase a los SLM en función del número y de la posición de los puntos de impacto deseados en el plano focal del haz LÁSER. En todos los casos, el experto en la materia sabe calcular un valor en cada punto de la máscara de fase para distribuir la energía del haz LÁSER en diferentes puntos de focalización en el plano focal.

El SLM permite por tanto, a partir de un haz LÁSER gaussiano que genera un único punto de impacto, y por medio de la máscara de fase, distribuir su energía por modulación de fase de modo que se generen simultáneamente varios puntos de impacto en su plano de focalización a partir de un único haz LÁSER conformado por modulación de fase (un solo haz aguas arriba y aguas abajo del SLM).

Además de una disminución del tiempo de corte de la córnea, la técnica de modulación de fase del haz LÁSER permite otras mejoras, tales como una mejor calidad superficial tras el corte o una disminución de la mortalidad endotelial. Los diferentes puntos de impacto del motivo pueden, por ejemplo, ser espaciados regularmente en las dos dimensiones del plano focal del haz LÁSER, de manera que formen una cuadrícula de puntos LÁSER.

Así, el sistema de conformado 2 permite realizar una operación de corte quirúrgico de manera rápida y eficaz. El SLM permite conformar de manera dinámica el frente de onda del haz LÁSER ya que es configurable digitalmente. Esta modulación permite el conformado del haz LÁSER de una manera dinámica y reconfigurable.

El SLM puede ser configurado para dar forma al frente de onda del haz LÁSER de cualquier otra manera. Por ejemplo, cada punto de impacto puede presentar una forma geométrica cualquiera, que no sea circular (por ejemplo en elipse, etc.). Esto puede presentar ciertas ventajas en función de la aplicación considerada, como un aumento en la velocidad y/o la calidad del corte.

2.2. Acoplador óptico

El acoplador óptico 3 permite la transmisión del haz LÁSER 11 entre el láser de femtosegundo 1 y el sistema de conformado 2.

Con referencia a la figura 3, el acoplador óptico 3 comprende una fibra óptica 31. Esto permite que el acoplador óptico 3 constituya un «fusible óptico». En efecto, si la dirección del haz LÁSER 11 (es decir, su punto de mira) se modifica bruscamente - por ejemplo, en caso de hoque del dispositivo de corte - entonces el haz LÁSER 11 ya no penetra en la fibra, lo que limita los riesgos de error durante el tratamiento de un paciente. Esto no es posible con un montaje óptico que incluya espejos reflectantes y lentes para la transmisión del haz LÁSER procedente del láser de femtosegundo.

La fibra óptica 31 es una fibra de cristal fotónico.

Una fibra de cristal fotónico, o «PCF» (sigla de la expresión anglosajona «Photonic-Crystal Fiber») son guías de onda formadas por una red periódica en dos dimensiones de inclusiones que se extienden en toda la longitud de la fibra. La transmisión de un haz LÁSER a través de una fibra de este tipo se basa en las propiedades de los cristales fotónicos. Gracias a sus estructuras, estas fibras aseguran el confinamiento de las ondas electromagnéticas en el núcleo de la fibra. Estas fibras de cristales fotónicos ofrecen una amplia variedad de posibilidades para el guiado ajustando sus parámetros optogeométricos como por ejemplo el diámetro de las inclusiones, la distribución de las inclusiones, la periodicidad (paso entre dos inclusiones), el número de capas, el índice de materiales utilizados.

La fibra óptica 31 es una fibra de cristal fotónico de núcleo hueco. Una fibra de cristal fotónico de núcleo hueco es una fibra óptica que esencialmente guía la luz dentro de una zona hueca (el núcleo de la fibra), de modo que solo una pequeña parte de la potencia óptica se propaga por el material de fibra sólido (típicamente sílice). Según el mecanismo físico estándar para guiar la luz en una fibra, esto no debería ser posible: normalmente, el índice de refracción del núcleo de fibra debe ser más elevado que el del material de revestimiento circundante, y no hay forma de obtener un índice de refracción de vidrio por debajo del aire o del vacío, al menos en la zona óptica. Sin embargo, se puede utilizar un mecanismo de guía diferente, basado en una banda fotónica prohibida, como se puede realizar en una fibra de cristal fotónico. Tales fibras se denominan igualmente fibras de banda fotónica prohibida. Los atractivos de las fibras de cristal fotónico de núcleo hueco son principalmente que la guía primaria en la zona hueca minimiza los efectos no lineales del haz LÁSER 11 y permite un umbral de daño elevado.

A modo de ejemplo, el documento FR 3006774 describe una guía de ondas en forma de fibra de cristales fotónicos de núcleo hueco que comprende una funda, formando la ausencia de capilar en la parte central el núcleo hueco. La utilización de una fibra de cristal fotónico de núcleo hueco permite filtrar el haz LÁSER 11 procedente del láser de femtosegundo 1 con el fin de facilitar su conformado por el sistema de conformado 2. Más concretamente, la utilización de una fibra de cristal fotónico de núcleo hueco permite limitar la divergencia del haz LÁSER 11 (es decir, perfil extendido) mejorando su directividad (lo que hace el haz LÁSER 11 más limpio al limitar la extensión de su perfil). En efecto, una fibra de cristal fotónico de núcleo hueco permite confinar la luz de forma más eficaz que una fibra clásica de núcleo sólido. La fibra de cristal fotónico de núcleo hueco comprende:

- un núcleo hueco 311,

- una funda interior 312 a base de sílice que rodea al núcleo hueco, teniendo la funda interior un índice de refracción n1<nc, donde nc es el índice de refracción eficaz del núcleo hueco,

- una funda exterior 313 que rodea a la funda interior 312.

La zona hueca 311 de la fibra de cristal fotónico de núcleo hueco es puesta al vacío para limitar las pérdidas de propagación del haz LÁSER 11 procedente del láser de femtosegundo 1. Como variante, se puede inyectar un gas en la zona hueca para aprovechar la intensidad óptica elevada en la fibra - por ejemplo para una elevada generación de armónicos del haz LÁSER 11 procedente del láser de femtosegundo 1. A tal efecto, el acoplador óptico 3 comprende una primera y un segunda celdas de enlace 32, 33 montadas de manera estanca en cada extremo de la fibra de cristal fotónico de núcleo hueco.

Cada celda de enlace 32, 33 comprende:

- una envoltura externa 321, 331,

- un canal de transmisión 322, 332 alojado en la envoltura 321, 331, permitiendo el canal de transmisión 322, 332 el paso del haz LÁSER 11 en el interior de la envoltura 321,331,

- una ventanilla 323, 333 transparente a la radiación LASER en un extremo del canal de transmisión 322, 332 para la entrada (o la salida) del haz LASER 11,

- un conector (no representado) en el otro extremo del canal de transmisión, estando conectado el conector de manera estanca a un extremo de la fibra óptica 31,

- un terminal de conexión 324, 334 que desemboca en el exterior de la envoltura 321,331 y que está destinado a conectarse a una bomba de vacío P.

La activación de la bomba de vacío P permite poner al vacío el núcleo hueco 311 de la fibra óptica 31 por un bombeo a nivel de las celdas de enlace 32, 33 situadas en los dos extremos de la fibra óptica 31. El hecho de realizar un bombeo de vacío en cada extremo de la fibra óptica 31 permite facilitar la puesta en vacío del núcleo hueco en toda la longitud de la fibra óptica 31.

2.3. Escáner óptico de barrido

El escáner óptico de barrido 4 permite desviar el haz LÁSER modulado en fase 21 de modo que desplace el motivo 8 a una pluralidad de posiciones 43a-43c en el plano de focalización 71 correspondiente al plano de corte.

El escáner óptico de barrido 4 comprende:

- un orificio de entrada conectado al acoplador óptico 3 para recibir el haz LÁSER modulado en fase 21 procedente de la unidad de conformado 2,

- uno (o varios) espejo(s) óptico(s) que pivotan alrededor de al menos dos ejes para desviar el haz LÁSER modulado en fase 21, y

- un orificio de salida para enviar el haz LÁSER modulado desviado 41 al sistema óptico de focalización 5.

El escáner óptico 4 utilizado es, por ejemplo, un cabezal de barrido IntelliScan III de SCANLAB AG. Los orificios de entrada y de salida del citado escáner óptico 4 presentan un diámetro del orden de 10 milímetros a 20 milímetros, y las velocidades de barrido alcanzables son del orden de 1 m/s a 10 m/s según la longitud focal de la óptica utilizada.

El (o los) espejo(s) está(n) conectado(s) a un (o a unos) motor(es) para permitir su giro. Este (estos) motor (es) para el giro del (o de los) espejo(s) es(son) controlado(s) ventajosamente por la unidad de la unidad de control 6 que se describirá con más detalle en lo que sigue.

La unidad de control 6 está programada para controlar el escáner óptico de barrido 4 para desplazar el motivo 8 a lo largo de un camino de desplazamiento 42 contenido en el plano de focalización 71. En ciertos modos de realización, el camino de desplazamiento 42 comprende una pluralidad de segmentos de corte 42a-42c. El camino de desplazamiento 42 puede ventajosamente tener una forma de almena, o de espiral, etc.

El barrido del haz tiene una gran importancia para el resultado del corte obtenido. En efecto, la velocidad de barrido utilizada, así como el paso del barrido, son parámetros que influyen en la calidad del corte.

La utilización de un acoplador óptico que incluye una fibra óptica 31 de tipo de cristal de cuerpo hueco (en lugar de un montaje óptico compuesto por espejos para guiar el haz LÁSER 11) permite, durante la utilización de un conformado multipunto 81, mejorar la homogeneidad de la distribución de energía entre los puntos en el caso límite de puntos de impacto muy próximos (espaciado de centro a centro entre dos puntos conformados inferior al diámetro de un punto).

En un modo de realización, el aparato de corte comprende además un prisma de Dove. Este se coloca ventajosamente entre el acoplador óptico 3 y el escáner óptico de barrido 4. El prisma Dove permite implementar una rotación del motivo 8 que puede ser útil en ciertas aplicaciones o para limitar el tamaño de la zona de inicio de cada segmento de corte 42a-42c.

Ventajosamente, la unidad de control 6 puede ser programada para activar el láser de femtosegundo 1 cuando la velocidad de barrido del escáner óptico 4 es superior a un valor umbral. Esto permite sincronizar la emisión del haz LÁSER 11 con el barrido del escáner óptico de barrido 4. Más concretamente, la unidad de control 6 activa el láser de femtosegundo 1 cuando la velocidad de giro del (o de los) espejo(s) del escáner óptico 4 es constante Esto permite mejorar la calidad del corte al producir un acabado superficial homogéneo del plano de corte.

2.4. Sistema óptico de focalización

El sistema óptico de focalización 5 permite desplazar el plano de focalización 71 del haz LASER modulado y desviado 41 a un plano de corte de tejido 7 deseado por el usuario.

El sistema óptico de focalización 5 comprende:

- un orificio de entrada para recibir el haz LASER modulado en fase y desviado procedente del escáner óptico de barrido 4,

- una (o varias) lente(s) motorizada(s) para permitir su desplazamiento en traslación a lo largo de la trayectoria óptica del haz LÁSER modulado en fase y desviado, y

- un orificio de salida para enviar el haz LÁSER focalizado al tejido que haya que tratar.

La (o las) lentes utilizadas con el sistema óptico de focalización 5 pueden ser lentes de campo plano. Las lentes de campo plano permiten obtener un plano de focalización en todo el campo XY, a diferencia de las lentes estándar para las cuales el mismo es cóncavo. Esto permite garantizar un tamaño de haz focalizado constante en todo el campo.

La unidad de control 6 está programada para controlar el desplazamiento de la (o de las) lente(s) del sistema óptico de focalización 5 a lo largo de un camino óptico del haz LÁSER de modo que desplace el plano de focalización 71 en al menos tres planos de corte respectivos 72a-72e de modo que formen un apilamiento de planos de corte del tejido 7. Esto permite efectuar un corte en un volumen 74, por ejemplo en el contexto de la cirugía refractiva.

La unidad de control 6 es apta para controlar el desplazamiento del sistema óptico de focalización 5 para desplazar el plano de focalización 71 entre una primera posición extrema 72a y una segunda posición extrema 72e, en este orden. Ventajosamente, la segunda posición extrema 72e está más cerca del láser de femtosegundo 1 que la primera posición extrema 72a.

Así, los planos de corte 72a-72e se forman comenzando por el plano de corte más profundo 72a en el tejido y apilando los sucesivos planos de corte hasta el plano de corte más superficial 72e en el tejido 7. Se evitan así los problemas asociados con la penetración del haz LÁSER en el tejido 7. En efecto, las burbujas de gas forman una barrera de burbujas opaca (conocida con el nombre de "OBL", sigla de la expresión inglesa «Opaque Bubble Layer») que impide la propagación de la energía procedente del haz LÁSER por debajo las mismas. Por lo tanto, es preferible comenzar generando primero las burbujas de gas más profundas para mejorar la eficiencia del aparato de corte.

Ventajosamente, la utilización de un acoplador óptico que comprende una fibra óptica 31 de tipo de cristal fotónico de núcleo hueco (en lugar de un montaje óptico compuesto por espejos para guiar el haz LÁSER 11) permite filtrar la señal LÁSER 11 procedente del láser de femtosegundo suprimiendo sus eventuales aberraciones. Es así posible reducir la distancia entre dos planos de corte sucesivos (distancia entre planos de corte sucesivos inferior al diámetro de un punto de impacto) para realizar un corte de gran precisión en un volumen 74.

2.5. Unidad de control

Como se indicó anteriormente, la unidad de control 6 permite controlar los diferentes elementos que constituyen el aparato de corte, a saber, el láser de femtosegundo 1, el sistema de conformado 2, el escáner óptico de barrido 4 y el sistema óptico de focalización 5.

La unidad de control 6 está conectada a estos diferentes elementos a través de un (o varios) bus(es) de comunicación que permiten:

- la transmisión de señales de control tales como

• la máscara de fase al sistema de conformado,

• la señal de activación al láser de femtosegundos y las consignas de potencia,

• la velocidad de barrido al escáner óptico de barrido,

• la posición del escáner óptico de barrido a lo largo del camino de desplazamiento,

• la profundidad de corte al sistema óptico de focalización.

- la recepción de datos de medición procedentes de los diferentes elementos del sistema, tales como

• la velocidad de barrido alcanzada por el escáner óptico, o

• la posición del sistema óptico de focalización, etc.

La unidad de control 6 puede estar compuesta por uno (o varios) puesto(s) de trabajo, y/o uno (o varios) ordenador(es) o puede ser de cualquier otro tipo conocido por el experto en la materia. La unidad de control 6 puede comprender, por ejemplo, un teléfono móvil, una tableta electrónica (como un IPAD®), un asistente personal (o «PDA», sigla de la expresión anglosajona «Personal Digital Asistant»^, etc. En todos los casos, la unidad de control 6 comprende un procesador programado para permitir el control del láser de femtosegundo 1, del sistema de conformado 2, del escáner óptico de barrido 4, del sistema óptico de focalización 5, etc.

2.6. Brazo articulado

Gracias a la utilización de un acoplador óptico (3) que incluye una fibra óptica de cristal fotónico (31), el aparato de corte descrito anteriormente puede ser montado en un aparato de terapia que incluye un brazo articulado 200 como se ilustra en la figura 6.

El brazo 200 comprende varios segmentos de brazo 201-204 unidos por articulaciones 205-207 (uniones pivote o rótula) motorizadas para permitir el desplazamiento automático en rotación de los diferentes segmentos 201-204 uno con respecto a otro. En particular, el brazo está articulado para permitir el desplazamiento del extremo libre del brazo según tres ejes ortogonales X, Y y Z:

• el eje X, que define una dirección longitudinal, horizontal,

• el eje Y, que define una dirección transversal, horizontal, que con el eje X define un plano XY horizontal,

• el eje Z, que define una dirección vertical, perpendicular al plano XY horizontal.

El extremo libre del brazo 2 puede comprender un elemento de inmovilización provisto de un anillo de succión capaz de succionar un tejido ocular que haya que tratar y mantenerlo firmemente en su posición.

El brazo 2 es por ejemplo un TX260L comercializado por la empresa STAUBLI. Ventajosamente, el sistema de conformado 2, el escáner óptico de barrido 4 y el sistema óptico de focalización 5 pueden estar montados en el segmento final 204 del brazo 200, mientras que el láser de femtosegundo 1 puede estar integrado en una caja móvil 210 del aparato de terapia, extendiéndose el acoplador óptico 3 entre la caja 210 y el segmento final 204 para propagar el haz LÁSER 11 procedente del láser de femtosegundo 1 hacia el sistema de conformado 2.

3. Conclusiones

Así, la invención permite disponer de una herramienta de corte eficaz y precisa. La modulación reconfigurable del frente de onda del haz LÁSER permite generar múltiples puntos de impacto simultáneos 81 cada uno con un tamaño y una posición controlada en el plano de focalización 71. Estos diferentes puntos de impacto 81 forman un motivo 8 en el plano focal 71 del haz LASER modulado.

La utilización de un acoplador óptico 3 que incluye una fibra de cristal fotónico 31 de un núcleo hueco 311 permite reducir la distancia entre los diferentes puntos de impacto que forman el motivo. En efecto, al limitar el fenómeno de extensión del espectro luminoso, el acoplador óptico que incluye una fibra de cristal fotónico de núcleo hueco permite hacer más limpio el haz LÁSER modulado en fase.

La invención se define en las reivindicaciones siguientes.

Claims (4)

REIVINDICACIONES

1. Aparato de corte de un tejido humano o animal, como una córnea o un cristalino, incluyendo el citado aparato: - un láser de femtosegundo (1) que emite un haz LÁSER inicial en forma de pulsos,

- un sistema de conformado (2) - tal como un modulador de luz espacial (SLM) - situado aguas abajo del láser de femtosegundo (1), para transformar el haz LÁSER inicial en un haz LÁSER modulado en fase, siendo el sistema de conformado apto para modular la fase del frente de onda del haz LÁSER inicial según una consigna de modulación calculada para distribuir la energía del haz LÁSER en al menos dos puntos de impacto (81) que forman un motivo (8) en un plano de focalización (71),

- un escáner óptico de barrido (4), situado aguas abajo del sistema de conformado (2), para desplazar el motivo (8) a lo largo de un camino de desplazamiento predefinido en el plano de focalización (71),

- un sistema óptico de focalización (5), situado aguas abajo del escáner óptico (4), para desplazar el plano de focalización (71) del haz LÁSER modulado en un plano de corte deseado del tejido (7),

- una unidad de control (6) que permite controlar el sistema de conformado (2), el escáner óptico (4) y el sistema óptico de focalización (5),

caracterizado por que el aparato comprende además un acoplador óptico (3) entre el láser de femtosegundo (1) y el sistema de conformado (2), incluyendo el acoplador óptico (3):

- una fibra óptica de cristal fotónico (31) de núcleo hueco para el filtrado del haz LÁSER (11) procedente del láser de femtosegundo (1), incluyendo la citada fibra un núcleo hueco (311), y al menos una funda (312, 313) que rodea al núcleo hueco (311),

- una primera celda de enlace (32) para la conexión del acoplador óptico (3) al láser de femtosegundo (1), y - una segunda celda de enlace (33) para la conexión del acoplador óptico (3) al sistema de conformado (2), comprendiendo además el aparato al menos una bomba de vacío (P), comprendiendo cada celda de enlace (32, 33) al menos un terminal de conexión (324, 334) que desemboca en el exterior de la envoltura (321, 331) y que está destinado a ser conectado a la bomba de vacío (P).

2. Aparato de corte según la reivindicación 1, en el cual cada celda de enlace (32, 33) está montada de manera estanca en un extremo respectivo de la fibra de cristal fotónico (31).

3. Aparato de corte según una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en el cual cada celda de enlace (32, 33) comprende:

- una envoltura externa (321, 331),

- un canal de transmisión (322, 332) alojado en la envoltura (321,331), permitiendo el canal de transmisión (322, 332) el paso del haz Lá Se R (11) al interior de la envoltura (321,331),

- una ventanilla (323, 333) transparente a la radiación LASER en un extremo del canal de transmisión (322, 332), estando destinada la ventanilla a estar enfrente del láser de femtosegundo (1) o del sistema de conformado (2).

4. Aparato de corte según la reivindicación 1, en el cual la unidad de control comprende medios aptos para controlar la activación de la bomba de vacío para aspirar los gases contenidos en el núcleo hueco de la fibra óptica de cristal fotónico (31).