ES2945232T3

ES2945232T3 - Escáner óptico de barrido de un aparato de corte que incluye un sistema de conformado

Info

Publication number: ES2945232T3
Application number: ES21180952T
Authority: ES
Inventors: Fabrizio Romano; Aurélien Bernard; Cyril Mauclair; Emmanuel Baubeau
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Universite Jean Monnet Saint Etienne; Keranova SA
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Universite Jean Monnet Saint Etienne; Keranova SA
Priority date: 2016-04-06
Filing date: 2017-04-06
Publication date: 2023-06-29
Anticipated expiration: 2037-04-06
Also published as: US11234864B2; EP3439593A1; PL3439593T3; EP3909552A1; RU2736102C2; US11717445B2; US20220104970A1; HUE061958T2; PL3909552T3; JP2019513517A; RU2018138614A3; IL262053B; PL3439594T3; ES2945230T3; PL3909553T3; EP3909553B1; IL262053A; RU2736181C2; RU2018138614A; CA3020002A1

Abstract

La invención se refiere a un aparato de corte que incluye un dispositivo para procesar un haz LÁSER generado por un láser de femtosegundo (1), y dispuesto aguas abajo de dicho láser de femtosegundo, el dispositivo de procesamiento que comprende: - Un sistema de conformación (3) posicionado en la trayectoria de dicho láser de femtosegundo. haz, para modular la fase del frente de onda del haz LÁSER de acuerdo con un punto de ajuste de modulación, - Un sistema de enfoque óptico (5) aguas abajo del sistema de conformación, el sistema de enfoque óptico que comprende un módulo concentrador para enfocar el haz LÁSER modulado en fase en un plano focal y un módulo de posicionamiento de profundidad para mover el plano focal en una pluralidad de planos de corte, - un escáner de exploración óptica (4) para mover el patrón en el plano de corte en una pluralidad de posiciones. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Escáner óptico de barrido de un aparato de corte que incluye un sistema de conformado

Ámbito técnico

La presente invención concierne al ámbito técnico de las operaciones quirúrgicas realizadas con láser de femtosegundo, y más particularmente a la cirugía oftalmológica especialmente para aplicaciones de cortes de córneas, o de cristalinos.

La invención concierne a un dispositivo de corte de un tejido humano o animal, tal 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 L.A.S.E.R. en forma de pulsos ultracortos, cuya duración está comprendida entre 1 femtosegundo y 100 picosegundos, preferentemente comprendida entre 1 femtosegundo y 1000 femtosegundos, especialmente del orden del centenar de femtosegundos.

Técnica anterior

En el estado de la técnica se conoce realizar operaciones quirúrgicas del ojo por medio de un láser de femtosegundo, tales como operaciones de cortes de córneas o de cristalinos.

El láser de femtosegundo es un instrumento apto para realizar por ejemplo un corte de un tejido córneo, focalizando un haz L.A.S.E.R. en el estroma de la córnea, y realizando una sucesión de pequeñas burbujas de cavitación adyacentes, que forman después una línea de corte.

Más concretamente, durante la focalización del haz L.A.S.E.R. en la córnea, se genera un plasma por ionización no lineal cuando la intensidad del láser sobrepasa un valor umbral, denominado umbral de distensión óptica. Se forma entonces una burbuja de cavitación, que genera una disrupción muy localizada de los tejidos circundantes. Así, el volumen realmente extirpado por el láser es muy pequeño en comparación con la zona afectada.

La zona cortada por el láser en cada pulso es muy pequeña, del orden de la micra o de la decena de micras según la potencia y la focalización del haz. Así un corte laminar de la córnea solamente puede ser obtenido realizando una serie de impactos contiguos sobre toda la superficie de la zona que haya que cortar.

El desplazamiento del haz puede realizarse entonces por un dispositivo de barrido, compuesto por espejos galvanométricos controlables, y/o pletinas que permitan el desplazamiento de elementos ópticos, tales como espejos o lentes. Este dispositivo de barrido permite desplazar el haz según una trayectoria en vaivén a lo largo de una sucesión de segmentos que forman un camino de desplazamiento del haz.

Para cortar una córnea en una superficie de 1 mm2, hay que realizar aproximadamente 20000 impactos muy próximos uno a otro. Actualmente estos impactos son realizados uno a uno a una velocidad media de 300000 impactos/segundo. Para cortar una córnea en una superficie de aproximadamente 65 mm2, teniendo en cuenta los tiempos durante los cuales el láser detiene la producción de los pulsos al final del segmento para permitir a los espejos situarse sobre el segmento siguiente, se necesitan como media 15 segundos. La operación quirúrgica de corte es por tanto lenta.

Para optimizar el tiempo de corte, se conoce aumentar la frecuencia del láser. Sin embargo, el aumento de la frecuencia implica igualmente un aumento de la velocidad de desplazamiento del haz, por medio de pletinas o de escáneres adaptados. Se conoce igualmente aumentar el espaciamiento entre los impactos del láser sobre el tejido que haya que cortar, pero generalmente en detrimento de la calidad del corte.

La mayoría de los láseres de femtosegundo para el corte de la córnea utilizan así altas frecuencias de trabajo, especialmente superiores a 100 kHz, asociadas a sistemas de desplazamiento del haz que combinan escáneres y pletinas de desplazamiento, lo que grava el coste total de la instalación, y por tanto de la operación quirúrgica facturada.

Para remediar este problema de rapidez del corte con L.A.S.E.R, se conoce también utilizar espejos galvanométricos para aumentar la cadencia, la velocidad, y el trayecto de deflexión del haz L.A.S.E.R.

Sin embargo esta técnica no es completamente satisfactoria en términos de resultados.

Otra solución para disminuir el tiempo de corte consiste en generar varias burbujas de cavitación simultáneamente. Los documentos US 2010/133246, EP 1790 383 y US 2016/067095 describen dispositivos de corte basados en la técnica de subdivisión de un haz L.A.S.E.R. primario único en una pluralidad de haces L.A.S.E.R. secundarios. Estos dispositivos comprenden generalmente un sistema óptico -ta l como uno o varios separadores de haz- para producir haces L.A.S.E.R secundarios que permitan generar, cada uno, una respectiva burbuja de cavitación.

El hecho de generar simultáneamente «n» burbujas de cavitación permite disminuir la duración total del corte en un factor «n».

La desmultiplicación de un haz en varios haces, con el objetivo de acelerar el procedimiento, ha sido ya descrita pero siempre por medio de soluciones puramente ópticas, ya sea por difracción, o bien por reflexiones múltiples. El resultado no ha sido nunca explotable en clínica, principalmente porque los diferentes haces no eran de tamaño homogéneo.

Por otra parte, la técnica de subdivisión induce un aumento del diámetro de la pluralidad de haces L.A.S.E.R. secundarios con respecto al diámetro del haz L.A.S.E.R. primario único producido por el láser de femtosegundo. En efecto, los haces L.A.S.E.R. secundarios corresponden a «porciones» del haz L.A.S.E.R. primario único separadas espacialmente. Debido a la distancia no nula entre los diferentes haces L.A.S.E.R. secundarios, el diámetro del conjunto que forman la pluralidad de haces L.A.S.E.R. secundarios es superior al diámetro del haz L.A.S.E.R. primario.

Este aumento de diámetro puede ser un inconveniente, especialmente en el caso en que el dispositivo de corte comprenda un sistema de barrido -ta l como un escáner óptico- para desplazar la pluralidad de haces L.A.S.E.R. secundarios en el plano de corte. En efecto, el diámetro de entrada de un sistema de barrido es generalmente del orden del diámetro del haz L.A.S.E.R. primario único de modo que ciertos haces secundarios no penetran en el sistema de barrido.

Un objetivo de la presente invención es proponer un aparato de corte que permita paliar al menos uno de los inconvenientes antes citados. Especialmente un objetivo de la presente invención es proponer un aparato de corte que permita producir un plano de corte más rápidamente que con los sistemas existentes y cuya calidad de corte sea mejor.

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 apto para emitir un haz L.A.S.E.R. en forma de pulsos y un dispositivo de tratamiento del haz L.A.S.E.R. generado por el láser de femtosegundo, estando el dispositivo de tratamiento dispuesto aguas abajo del citado láser de femtosegundo, caracterizado por que el dispositivo de tratamiento comprende:

- un sistema de conformado situado en la trayectoria del citado haz, el sistema de conformado incluye un modulador espacial de luz programado con la ayuda de al menos una máscara de fase para modular la fase del frente de onda del haz L.A.S.E.R., de modo que se obtiene un haz L.A.S.E.R. modulado,

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

- un sistema óptico de focalización aguas abajo del sistema óptico de barrido, el sistema óptico de focalización comprende un módulo concentrador para focalizar el haz L.A.S.E.R. modulado en fase en un plano de focalización y un módulo de posicionamiento en profundidad para desplazar el plano de focalización en una pluralidad de planos de corte.

Aspectos preferidos pero no limitativos del aparato de corte son los siguientes:

- el aparato puede comprender además una unidad de control del escáner óptico para controlar el desplazamiento del motivo a lo largo de un camino de desplazamiento que comprende al menos un segmento en el plano de corte;

- la unidad de control puede ser programada para controlar la activación del láser de femtosegundo de modo que la distancia entre dos posiciones diferentes del motivo a lo largo de un segmento del camino de desplazamiento pueda ser superior o igual al diámetro de un punto de impacto del motivo,

- la unidad de control puede ser adaptada para controlar el desplazamiento del motivo a lo largo de un camino de desplazamiento, puede comprender una pluralidad de segmentos, siendo la distancia entre dos segmentos adyacentes del camino de desplazamiento superior a la dimensión del motivo según una perpendicular a la dirección de desplazamiento del motivo;

- la unidad de control puede ser programada para controlar el desplazamiento del motivo a lo largo de un camino de desplazamiento, puede comprender una pluralidad de segmentos paralelos, siendo la distancia entre dos segmentos vecinos del camino de desplazamiento constante e inferior o igual a 3N veces el diámetro de un punto de impacto, donde N corresponde al número de puntos de impacto del motivo;

- la unidad de control puede ser programada para controlar el desplazamiento del motivo a lo largo de un camino de desplazamiento, puede comprender una pluralidad de segmentos paralelos, siendo la distancia entre al menos dos segmentos vecinos diferente de la distancia entre al menos otros dos segmentos vecinos;

- la unidad de control puede ser apta para controlar el desplazamiento del motivo según un camino de desplazamiento en forma de almena en el plano de corte;

- la unidad de control puede ser apta para controlar el desplazamiento del motivo según un camino de desplazamiento en forma de espiral en el plano de corte;

- el escáner óptico de barrido puede comprender al menos un espejo óptico giratorio alrededor de al menos dos ejes, controlando la unidad de control del escáner óptico el giro del espejo de modo que se desplace el motivo según el camino de desplazamiento;

- el aparato puede comprender además al menos un prisma de Dove situado entre el sistema de conformado y el escáner óptico de barrido;

- la unidad de control puede además estar programada para controlar la activación del láser de femtosegundo, activando la unidad de control el láser de femtosegundo cuando la velocidad de barrido del escáner óptico tenga un valor superior a un valor umbral;

- cada máscara de fase puede ser una imagen bidimensional en la que cada punto está asociado a un píxel respectivo del modulador espacial de luz, dicha imagen bidimensional determina la repartición final de energía del haz L.A.S.E.R. modulado en el plano de focalización,

- dicha al menos una máscara de fase se puede calcular para repartir la energía del haz L.A.S.E.R. modulado en al menos dos puntos de impacto que forman el motivo en el plano defocalización,

- dicha al menos una máscara de fase se puede calcular para modificar la forma geométrica de un punto de impacto del haz L.A.S.E.R. modulado en el plano de focalización,

- dicha al menos una máscara de fase se puede calcular utilizando un algoritmo iterativo de modo que se obtenga un único haz L.A.S.E.R. modulado.

Breve descripción de los dibujos

Otras características y ventajas de la invención se pondrán de manifiesto claramente de la descripción que de la misma se hace en lo que sigue, a modo ilustrativo y en modo alguno limitativo, en 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 repartición de intensidad de un haz L.A.S.E.R. en su plano focal;

- la figura 3 ilustra un camino de desplazamiento de un motivo de corte;

- la figura 4 ilustra planos de corte de un volumen de tejido que haya que destruir;

- las figuras 5 a 9, 11 a 18, y 20 a 22, 24 y 28 ilustran diferentes ejemplos de motivo de corte,

- las figuras 10, 19, 23 y 25 a 27 ilustran matrices de burbujas de cavitación.

Exposición detallada de la invención

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

1. Aparato de corte

En referencia a la figura 1, se ha ilustrado un modo de realización del aparato de corte según la invención. El mismo puede estar dispuesto entre un láser de femtosegundo 1 y un objetivo que haya que tratar 2.

El láser de femtosegundo 1 es apto para emitir un haz L.A.S.E.R. 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 de 20 W y una frecuencia de 500 kHz.

El objetivo 2 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 sistema de conformado 3 situado en la trayectoria del haz L.A.S.E.R. 11 procedente del láser de femtosegundo 1,

- un escáner óptico de barrido 4 aguas abajo del sistema de conformado 3,

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

El aparato de corte comprende igualmente una unidad de control 6 que permite controlar el sistema de conformado 3, el escáner óptico de barrido 4 y el sistema óptico de focalización 5.

El sistema de conformado 3 permite modular la fase del haz L.A.S.E.R. 11 procedente del láser de femtosegundo 1 para repartir la energía del haz L.A.S.E.R. en una pluralidad de puntos de impacto en su plano focal, definiendo esta pluralidad de puntos de impacto generados simultáneamente un motivo.

El escáner óptico de barrido 4 permite orientar el haz L.A.S.E.R. modulado en fase 31 procedente del sistema de conformado 3 para desplazar el motivo de corte a lo largo de un camino de desplazamiento definido por el usuario en el plano de focalización 21.

El sistema óptico de focalización 5 permite desplazar el plano de focalización 21 -correspondiente al plano de cortedel haz L.A.S.E.R. modulado y desviado 41.

Así, el sistema de conformado 3 permite generar simultáneamente varios puntos de impacto que definen un motivo, el escáner óptico de barrido 4 permite desplazar este motivo en el plano de focalización 21, y el sistema óptico de focalización 5 permite desplazar el plano de focalización 21 en profundidad de modo que se generen cortes en planos sucesivos que definen un volumen.

En referencia a las figuras, se van a describir ahora más en detalle los diferentes elementos que constituyen el aparato de corte.

2. Elementos del aparato de corte

2.1 Sistema de conformado

El sistema de conformado espacial 3 del haz L.A.S.E.R. permite hacer variar la superficie de onda del haz L.A.S.E.R. para obtener puntos de impacto separados uno de otro en el plano focal. Más concretamente, el sistema de conformado 3 permite modular la fase del haz L.A.S.E.R. 11 procedente del láser de femtosegundo 1 de modo que se obtenga un único haz L.A.S.E.R. modulado en fase según una consigna de modulación calculada para formar picos de intensidad en el plano focal del haz, produciendo cada pico de intensidad un respectivo punto de impacto en el plano focal correspondiente al plano de corte.

El hecho de disponer de un único haz L.A.S.E.R. modulado facilita la integración de un sistema de barrido -ta l como un escáner óptico- para desplazar la pluralidad de haces L.A.S.E.R. secundarios hacia un plano de corte. En efecto, siendo el diámetro de entrada de un sistema de barrido del orden de diámetro del haz L.A.S.E.R. inicial, la utilización de un único haz L.A.S.E.R. modulado (cuyo diámetro es sensiblemente igual al diámetro del haz L.A.S.E.R. inicial) limita los riesgos de aberración que pueden producirse con la técnica de subdivisión de haz tal como la descrita en el documento US 2010/0 133246.

El sistema de conformado 3, según el modo de realización ilustrado, es un modulador espacial de luz de cristales líquidos, conocido con la sigla SLM, del acrónimo inglés «Spatial Light Modulator». Los inventores han descubierto en efecto que la utilización de un SLM era ventajosa a pesar de que las enseñanzas de la técnica anterior disuadían al experto en la materia a utilizar tal dispositivo (véase especialmente el párrafo [0024] del documento US 2015/0 164689).

El SLM permite modular la repartición final de energía del haz L.A.S.E.R. especialmente en el plano focal 21 correspondiente al plano de corte del tejido 2. Más concretamente, el SLM está adaptado para modificar el perfil espacial del frente de onda del haz L.A.S.E.R. primario 11 procedente del láser de femtosegundo 1 para distribuir la energía del haz L.A.S.E.R. en diferentes puntos de focalización en el plano de focalización. Este dispositivo permite limitar los costes asociados a la modulación de la fase del frente de onda y resuelve así las problemáticas asociadas a la industrialización de la solución propuesta. La modulación en fase del frente de onda puede ser vista como un fenómeno de interferencias en dos dimensiones. Cada porción del haz L.A.S.E.R. inicial procedente de la fuente es retardada o avanzada 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 tiene lugar en un solo plano (es decir el plano de focalización) y no a lo largo de todo el camino de propagación del haz L.A.S.E.R. modulado. Así, la observación del haz L.A.S.E.R. modulado antes o después del plano de focalización no permite identificar una redistribución de la energía en una pluralidad de puntos de impacto distintos, debido a este fenómeno que se puede asimilar a interferencias constructivas (las cuales solo tienen lugar en un plano y no a lo largo de toda la propagación como en el caso de la separación de un haz L.A.S.E.R. inicial en una pluralidad de haces L.A.S.E.R secundarios)

Para comprender mejor este fenómeno de modulación de fase del frente de onda, en la figura 2 se han ilustrado esquemáticamente perfiles de intensidad 32a-32e obtenidos para tres ejemplos de montajes ópticos distintos. Como está representado en la figura 2, un haz L.A.S.E.R. 11 emitido por una fuente láser 1 produce un pico de intensidad 32a de forma gaussiana en un punto de impacto 33a en un plano de focalización 21. La inserción de un separador de haz 7 entre la fuente 1 y el plano de focalización 21 induce la generación de una pluralidad de haces L.A.S.E.R. secundarios 71, produciendo cada haz L.A.S.E.R. secundario 71 un respectivo punto de impacto 33b, 33c en el plano de focalización 21 de los haces L.A.S.E.R. secundarios 71. Finalmente, la inserción entre la fuente 1 y el plano de focalización 21 de un SLM 3 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 L.A.S.E.R. 11 procedente de la fuente 1. El haz L.A.S.E.R.

31 cuya fase del frente de onda ha sido modulada permite inducir la producción de varios picos de intensidad 32d, 33e separados espacialmente en el plano focal 21 del haz L.A.S.E.R., correspondiendo cada pico 32d, 32e a un respectivo punto de impacto 33d, 33e que realiza un corte. La técnica de modulación de la fase del frente de onda permite generar varias burbujas de cavitación simultáneas sin desmultiplicación del haz L.A.S.E.R. inicial producido por el láser de femtosegundo 1.

El SLM es un dispositivo constituido por una capa de cristales líquidos de orientación controlada que permite modular de manera dinámica el frente de onda, y por tanto la fase del haz L.A.S.E.R. La capa de cristales líquidos de un SLM está organizada como una rejilla (o matriz) de pixeles. El espesor óptico de cada pixel es controlado eléctricamente por orientación de las moléculas de cristal líquido que pertenecen a la superficie correspondiente al pixel. El SLM (9) 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 L.A.S.E.R. (4).

De manera conocida, el SLM implementa una máscara de fase, es decir un mapa que determina cómo debe ser modificada la fase del haz para obtener una repartición de amplitud dada en su plano de focalización. La máscara de fase es una imagen bidimensional en la que cada punto está asociado a un respectivo pixel 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 tanto del negro al lanco)- en un valor de control -representado en una fase comprendida entre 0 y 2n. Así, la máscara de fase es una consigna de modulación visualizada en el SLM para provocar en reflexión un desfase espacial desigual del haz L.A.S.E.R. (4) que ilumina el SLM. Naturalmente, el experto en la materia apreciará que el rango de nivel de gris puede variar en función del modelo de SLM utilizado. Por ejemplo en ciertos casos, el rango 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, tal como un algoritmo de tipo «IFTA», acrónimo de la expresión anglosajona «Iterative Fourrier Transform Algorithm» o por

- diversos algoritmos de optimización, tales como algoritmos genéticos, o el recocido simulado.

Esto permite controlar la homogeneidad, la intensidad, la calidad y la forma de los diferentes puntos de impacto generados en el plano de corte.

Al SLM pueden aplicarse diferentes máscaras de fase en función del número y de la posición de los puntos de impacto deseados en el plano focal del haz L.A.S.E.R. 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 L.A.S.E.R. en diferentes puntos de focalización en el plano de focal.

El SLM permite por tanto, a partir de un haz L.A.S.E.R. gaussiano que genera un único punto de impacto y por medio de la máscara de fase, repartir 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 L.A.S.E.R. 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 la fase del haz L.A.S.E.R. según la invención permite otras mejoras, tales como una mejor calidad de superficie después del corte o una disminución de la mortalidad endotelial. Los diferentes puntos de impacto del motivo pueden estar espaciados por ejemplo regularmente en las dos dimensiones del plano focal del haz L.A.S.E.R., de manera que formen una cuadrícula de puntos de L.A.S.E.R.

Así, el sistema de conformado 3 permite realizar una operación de corte quirúrgico de una manera rápida y eficaz. El SLM permite modelar de manera dinámica el frente de onda del haz L.A.S.E.R. puesto que es configurable numéricamente. Esta modulación permite el conformado de haz L.A.S.E.R. de una manera dinámica y reconfigurable.

El SLM puede ser configurado para conformar el frente de onda del haz L.A.S.E.R. de cualquier otra manera. Por ejemplo, cada punto de impacto puede presentar una forma geométrica cualquiera, otra que circular (por ejemplo de elipse, etc.). Esto puede presentar ciertas ventajas en función de la aplicación considerada, como un aumento de la velocidad y/o de la calidad del corte.

2.2 Escáner óptico de barrido

El escáner óptico de barrido 4 permite desviar el haz L.A.S.E.R. modulado en fase 31 de modo que el motivo 8 se desplace en una pluralidad de posiciones 43a-43c en el plano de focalización 21 correspondiente al plano de corte.

El escáner óptico de barrido 4 comprende:

- un orificio de entrada para recibir el haz L.A.S.E.R. modulado en fase 31 procedente de la unidad de conformado 3,

- uno o varios espejos ópticos que giran alrededor de al menos dos ejes para desviar el haz L.A.S.E.R. modulado en fase 31, y

- un orificio de salida para enviar el haz L.A.S.E.R. modulado desviado 41 hacia el sistema óptico de focalización 5.

El escáner óptico 4 utilizado es por ejemplo un cabezal de barrido IntelliScan III de la sociedad SCANLAB AG.

Los orificios de entrada y de salida de tal 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.

El espejo o los espejos están conectados a uno o a unos motores para permitir su giro. Estos motores para el giro del espejo o de los espejos son ventajosamente controlados por la unidad de control 6, la cual se describirá más en detalle en lo que sigue.

La unidad de control 6 está programada para controlar el escáner óptico de barrido 4 de modo que se desplace el motivo 8 a lo largo de un camino de desplazamiento 42 contenido en el plano de focalización 21. 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 presentar una forma de almena. En este caso, si el escáner óptico 4 inicia un primer segmento de corte 42a por la izquierda, el mismo iniciará el segundo segmento de corte 42b por la derecha, después el tercer segmento de corte 42c por la izquierda, después el siguiente segmento por la derecha y así sucesivamente en todo el camino de desplazamiento 42 del motivo 8. Esto permite acelerar el corte del tejido evitando la necesidad de que el escáner óptico 4 reposicione el motivo 8 al inicio de cada segmento de corte 42a-42c sucesivo.

Para acelerar todavía la operación de corte en el plano de focalización 21, el camino de desplazamiento 42 puede ventajosamente presentar una forma de espiral. Esto permite mantener constante la velocidad de barrido del escáner óptico 4 en todo el plano de corte. En efecto, en el caso de un camino de desplazamiento 42 en forma de almena, el escáner óptico 4 debe detenerse al final de cada segmento de corte 42a para desplazarse sobre el segmento de corte siguiente 42b, lo que lleva tiempo.

El barrido del haz tiene una influencia sobre 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.

Preferentemente, el paso de barrido -correspondiente a la distancia «dist» entre dos posiciones adyacentes 43a, 43b del motivo 8 a lo largo de un segmento del camino de desplazamiento 42- es elegido superior o igual al diámetro de un punto de impacto 81 del motivo 8. Esto permite limitar los riesgos de superposición de los puntos de impacto durante los disparos sucesivos.

Igualmente, cuando el camino de desplazamiento 42 presenta una forma de almena, la distancia «éc» entre dos segmentos adyacentes 42a, 42b del camino de desplazamiento 42 es elegida preferentemente superior a la dimensión del motivo 8 según una perpendicular a su dirección de desplazamiento. Esto permite también limitar los riesgos de superposición de los puntos de impacto 81 durante los disparos sucesivos.

Finalmente, para limitar la duración de la operación de corte en el plano de corte, al tiempo que se garantice una cierta calidad del corte, la distancia entre dos segmentos adyacentes 42a, 42b del camino de desplazamiento 42 puede ser elegida igual a un máximo (y preferentemente inferior) de 3N veces el diámetro de un punto de impacto 81, donde N es el número de puntos de impacto del motivo 8.

En un modo de realización, el aparato de corte comprende además un prisma de Dove. Este está situado ventajosamente entre el sistema de conformado 3 y el escáner óptico de barrido 4. El prisma de 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 estar programada para activar el láser de femtosegundo 1 cuando la velocidad de barrido del escáner óptico 4 sea superior a un valor umbral.

Esto permite sincronizar la emisión del haz L.A.S.E.R. 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 espejo o de los espejos del escáner óptico 4 es constante. Esto permite mejorar la calidad de corte por la realización de un aplanado homogéneo del plano de corte.

2.3 Sistema óptico de focalización

El sistema óptico de focalización 5 permite desplazar el plano de focalización 21 del haz L.A.S.E.R. modulado y desviado 41 hacia un plano de corte del tejido 2 deseado por el usuario.

El sistema óptico de focalización 5 comprende:

- un orificio de entrada para recibir el haz L.A.S.E.R. modulado en fase y desviado procedente del escáner óptico de barrido.

- una o varias lentes motorizadas para permitir su desplazamiento en traslación a lo largo del camino óptico del haz L.A.S.E.R. modulado en fase y desviado, y

- un orificio de salida para enviar el haz L.A.S.E.R. focalizado hacia el tejido que haya que tratar.

La lente o las lentes utilizadas con el sistema óptico de focalización 5 pueden ser lentes f-theta o lentes telecéntricas. Las lentes f-theta y telecéntricas permiten obtener un plano de focalización en todo el campo XY, contrariamente a las lentes estándar para las cuales el mismo es curvo. Esto permite garantizar un tamaño de haz focalizado constante en todo el campo. Para las lentes f-theta, la posición del haz es directamente proporcional al ángulo aplicado por el escáner mientras que el haz es siempre normal a la muestra para las lentes telecéntricas.

La unidad de control 6 está programada para controlar el desplazamiento de la lente o las lentes del sistema óptico de focalización 5 a lo largo de un camino óptico del haz L.A.S.E.R. de modo que se desplace el plano de focalización 21 en al menos tres planos de corte respectivos 22a-22e de modo que se forme un apilamiento de planos de corte del tejido 2. Esto permite efectuar un corte en un volumen 23, por ejemplo en el marco 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 21 entre una primera posición extrema 22a y una segunda posición extrema 22e, en este orden. Ventajosamente, la segunda posición extrema 22e está más próxima al láser de femtosegundo 1 que la primera posición extrema 22a.

Así, los planos de corte 22a-22e se forman empezando por el plano de corte más profundo 22a en el tejido y apilando los planos de corte sucesivos hasta el plano de corte más superficial 22e en el tejido 2. Se evitan así los problemas asociados a la penetración del haz L.A.S.E.R. en el tejido 2. En efecto, las burbujas de cavitación 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 L.A.S.E.R. debajo de las mismas. Es por tanto preferible empezar por generar en prioridad las burbujas de cavitación más profundas con el fin de mejorar la eficacia del aparato de corte.

Preferentemente, la longitud del camino óptico entre el sistema de conformado 3 y el sistema óptico de focalización 5 es inferior a 2 metros, y todavía más preferentemente inferior a 1 metro. Esto permite limitar las pérdidas de potencia debidas a la energía dispersada en el camino óptico. En efecto, cuanto mayor es la distancia entre el sistema de conformado 3 y el sistema óptico de focalización 5 mayor es la pérdida de potencia en el trayecto.

Ventajosamente, la unidad de control 6 puede estar programada para hacer variar la forma del motivo 8 entre dos planos de corte 22a-22b (o 22b-22c, o 22c-22d, o 22d-22e) sucesivos. En efecto durante el corte en un volumen 23, puede ser preferible aumentar la precisión del corte en los planos de corte periféricos 22a, 22e y aumentar la velocidad de corte en los planos de corte intermedios 22b, 22c, 22d situados entre los planos de corte periféricos 22a, 22e. Por ejemplo, en el caso del corte de un volumen 23 compuesto por un apilamiento de cinco planos de corte 22a-22e, la unidad de control 6 puede controlar el sistema de conformado 3 transmitiéndole:

- una primera máscara de fase correspondiente al primer motivo que permita aumentar la precisión del corte cuando el plano de focalización corresponda al primero y al quinto planos de corte 22a y 22e,

- una segunda máscara de fase cuando el plano de focalización corresponda a los segundo, tercero y cuarto planos de corte 22b-22d.

Asimismo, la unidad de control 6 puede estar programada para hacer variar el paso «dist» del escáner óptico de barrido 4 y/o la forma de la zona cortada (modificando el camino de desplazamiento del motivo) entre dos planos de corte respectivos. Esto permite igualmente aumentar la precisión del corte, o bien la velocidad de corte de un plano de corte a otro.

Finalmente, la unidad de control 6 puede estar programada para controlar el sistema óptico de barrido 4 de modo que se haga variar el área cortada en el plano de focalización 21 entre dos planos de corte sucesivos 22d-22e. Esto permite hacer variar la forma del volumen 23 finalmente cortado en función de la aplicación prevista.

Preferentemente, la distancia entre dos planos de corte sucesivos está comprendida entre 2 μm y 500 μm, y especialmente:

- entre 2 μm y 20 μm para tratar un volumen que necesite una gran precisión, por ejemplo en cirugía refractiva, preferentemente con un espaciamiento comprendido entre 5 μm y 10 μm, o

- entre 20 μm y 500 μm para tratar un volumen que no necesite una gran precisión, como por ejemplo para destruir la parte central de un núcleo cristalino, preferentemente con un espaciamiento comprendido entre 50 μm y 200 μm.

Naturalmente, esta distancia puede variar en un volumen 23 compuesto por un apilamiento de planos de corte 22a-22e.

2.4 Filtro

El aparato de corte puede igualmente comprender un filtro dispuesto aguas abajo del sistema de conformado 3.

El filtro permite por una parte bloquear la energía «parásita» generada en el centro del sistema de conformado 3 (fenómeno conocido con la denominación «orden cero»). En efecto, durante la modulación en fase del haz L.A.S.E.R. con el sistema de conformado, una parte del haz L.A.S.E.R. procedente de la fuente de láser 1 no es modulada (debido al espacio existente entre los pixeles de los cristales líquidos del SLM). Esta parte del haz L.A.S.E.R. no modulada puede inducir la generación de un pico de energía que se forma en el centro del SLM.

El filtro permite por otra parte limitar los riesgos de lesiones por L.A.S.E.R. inopinadas para el paciente en caso de fallo de funcionamiento del sistema de conformado 3. En efecto, si el sistema de conformado 3 está defectuoso, el haz L.A.S.E.R. no es modulado, lo que induce a la formación de un pico de energía muy fuerte en el centro del sistema de conformado 3. Al bloquear este pico de energía muy fuerte, el filtro permite evitar la generación intempestiva de burbujas de cavitación.

El filtro puede estar colocado entre dos lentes convergentes dispuestas aguas abajo del sistema de conformado 3. En efecto, el orden 0 solo puede ser eliminado en un plano de Fourier (es decir en el foco de una lente), allí donde se produce el conformado del haz.

El filtro consiste por ejemplo en una placa transparente a la radiación L.A.S.E.R. en toda su superficie con excepción de una región central de la placa que es opaca a la radiación L.A.S.E.R. Para hacer la región central de la placa opaca a la radiación L.A.S.E.R., el filtro puede comprender una pastilla opaca dispuesta en el centro de la superficie, teniendo la pastilla un diámetro superior o igual al diámetro de un haz L.A.S.E.R.

Este filtro se sitúa entonces de modo que una recta normal al sistema de conformado 3, y que pase por el centro del citado sistema de conformado 3 pase igualmente por la región central opaca a la radiación L.A.S.E.R.

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 3, el escáner óptico de barrido 4 y el sistema óptico de focalización 5.

La unidad de control 6 está conectada a estos diferentes elementos por intermedio de uno (o varios) buses 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 femtosegundo,

• 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 mediciones 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 una o varias estaciones de trabajo, y/o uno o varios ordenadores 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 (tal como un IPAD®), un asistente personal (o «PDA», sigla de la expresión anglosajona «Personal Digital Assistant»), 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 3, del escáner óptico de barrido 4, del sistema óptico de focalización 5, etc.

2.6 Motivo

La modulación reconfigurable del frente de onda del haz L.A.S.E.R. permite generar múltiples puntos de impacto 81 simultáneos que tienen, cada uno, un tamaño y una posición controlada en el plano de focalización 21.

Estos diferentes puntos de impacto 81 forman un motivo 8 en el plano focal 21 del haz L.A.S.E.R. modulado.

El número de puntos de impacto 81 del motivo 8 disminuye otras tantas veces el tiempo necesario para la operación de corte quirúrgico.

Sin embargo, la dimensión del motivo 8, el número de puntos de impacto 81 que el mismo comprende y sus posiciones respectivas con respecto a la dirección de desplazamiento son características técnicas elegidas adecuadamente para responder a limitaciones técnicas asociadas al corte del tejido, como se pondrá de manifiesto en lo que sigue.

2.6.1 Limitaciones y soluciones elegidas

2.6.1.1 Número máximo de puntos de impacto por motivo

Con el fin de acelerar el corte del tejido 2, es preferible disponer de un motivo 8 que incluya un número máximo de puntos de impacto 81. En los sistemas láser oftálmicos actuales, la energía por pulso y por punto necesarias para el corte de la córnea es del orden de 1 gJ. Así, con un láser de femtosegundo -ta l como una fuente láser Satsuma (Comercializado por Amplitude Systeme)- que facilita una potencia de 20 W a una cadencia de 500 kHz, o sea como máximo una energía de 40 gJ/pulso, es teóricamente posible crear un motivo 8 compuesto por 40 puntos de impacto 81 idénticos.

Sin embargo, en cualquier sistema láser, operan pérdidas a lo largo del trayecto óptico. Así, en un prototipo probado por la Solicitante, la potencia que llega a la córnea era solamente de 12 W para conformar seis puntos de impacto 81 de tamaño global (30 gm * 22 gm). El diámetro de haz focalizado era de 8 gm de diámetro contra aproximadamente 4 gm como máximo para los láseres oftálmicos actuales. En el marco de un prototipo probado por la Solicitante, una energía 4 veces mayor por punto ha sido necesaria con respecto a los láseres oftálmicos actuales, o sea 4 gJ. Así, para este prototipo, se ha elegido utilizar un motivo compuesto por seis puntos de impacto 81 (como máximo). Naturalmente, si la potencia del láser de femtosegundo 1 es superior, el motivo 8 puede comprender un número de puntos de impacto 81 superior a seis.

2.6.1.2 Distribución de los puntos de impacto en el motivo.

Los seis puntos de impacto 81 del motivo 8 pueden estar repartidos según diferentes configuraciones.

Por ejemplo los seis puntos de impacto 81 pueden estar repartidos a lo largo de una línea única. La longitud total del motivo 8 es entonces igual a la suma entre el diámetro de un punto de impacto 81 y la distancia de centro a centro entre los puntos de impacto 81 extremos del motivo 8. La anchura del motivo 8 es a su vez igual al diámetro de un punto de impacto 81.

Como se indicó anteriormente, el conformado del haz L.A.S.E.R. implica una pérdida de potencia, debida a la energía dispersada en el camino óptico. El tamaño global del conformado (y por tanto del motivo 8) forma parte de los factores que influyen en esta pérdida de energía.

Cuanto mayor es el tamaño (en longitud o en anchura) del motivo 8, mayor es la pérdida de potencia. Una repartición de seis puntos de impacto 81 en una línea única induce por tanto a una pérdida de potencia importante.

A modo indicativo:

- un motivo 8 de tamaño 30 gm * 22 gm que comprende seis puntos de impacto 81 provoca una pérdida de potencia de aproximadamente un 10%, mientras que

- un motivo 8 de tamaño 84 gm * 20 gm que cómpreda cinco puntos de impacto 81 provoca una pérdida de potencia de aproximadamente un 25%.

Así, para un número dado de puntos de impacto 81, los motivos «compactos» (relación entre los tamaños en longitud y en anchura próxima a 1) provocan una pérdida de potencia más pequeña.

Esta es la razón por la cual los puntos de impacto 81 del motivo 8 están preferentemente comprendidos en una superficie en la que la relación entre la longitud y la anchura está comprendida entre 1 y 4, preferentemente entre 1 y 2, y todavía más preferentemente entre 1 y 1, 5.

Por ejemplo, los seis puntos de impacto 81 a-81f del motivo pueden estar repartidos en una primera y una segunda líneas 82, 83 paralelas:

- la primera línea 82 que pasa por tres puntos de impacto 81a-81c formando un primer triplete, y

- la segunda línea 83 que pasa por tres puntos de impacto 81 d-81 f formando un segundo triplete distinto del primer triplete.

Un motivo correspondiente a esa distribución está ilustrado en la figura 5. Ventajosamente, los puntos de impacto 81 a-81f del motivo pueden estar desplazados de una línea a la otra según la dirección de desplazamiento D. Más concretamente, los puntos de impacto 81a-81c del primer triplete pueden estar desplazados una distancia no nula (según la dirección de desplazamiento D) con respecto a los puntos de impacto 81 d-81f del segundo triplete. Esto permite evitar la superposición de burbujas de cavitación en el plano de corte durante el desplazamiento del motivo 8 por el escáner óptico de barrido 4.

2.6.1.3 Distancia mínima entre puntos de impacto del motivo

Además de la distribución de los puntos de impacto 81 del motivo 8, otro parámetro del motivo concierne a la distancia entre los puntos de impacto adyacentes.

Esta distancia está definida por limitaciones asociadas al sistema de conformado.

Durante la operación de conformado del haz L.A.S.E.R. procedente del láser de femtosegundo, los puntos de impacto «demasiado próximos» interfieren entre sí debido a la coherencia espacial de la fuente. Estas interferencias degradan la forma de los puntos de impacto y hacen imposible el control del nivel de intensidad láser en cada punto de impacto. Es por tanto preferible que la distancia entre los puntos de impacto adyacentes del motivo sea suficiente para limitar este fenómeno de interferencia entre puntos de impacto muy próximos.

Esta «distancia suficiente» depende de la focalización del haz. Cuanto más focalizado esté el haz, menor será esta distancia. A la inversa, cuanto menos focalizado esté el haz, mayor será esta distancia.

Teniendo en cuenta las limitaciones de distancia de trabajo asociadas a las aplicaciones de cirugía del segmento anterior del ojo, de reproductibilidad del conformado así como las aberraciones del sistema óptico que degradan la coherencia espacial del haz, el límite de separación de dos puntos se sitúa aproximadamente en 10 μm.

Por esta razón la «la distancia suficiente» de centro a centro entre dos puntos de impacto adyacentes es superior a 5 μm, preferentemente superior a 10 μm y todavía más referentemente comprendida entre 10 μm y 20 μm, especialmente entre 10 μm y 15 μm.

2.6.1.4. Orientación del motivo con respecto a la dirección de desplazamiento

La forma de base ilustrada en la figura 5 puede estar orientada de diferentes modos en la red.

La orientación más evidente de esta forma de base para el experto en la materia está ilustrada en la figura 6. Esta orientación consiste en desplazar el motivo según una dirección de desplazamiento D perpendicular a las dos líneas 82, 83 definidas por los primero y segundo tripletes de puntos de impacto 81a-81c y 81d-81f.

Sin embargo, varias limitaciones asociadas al sistema de conformado y a la dirección de desplazamiento del motivo impiden la utilización de tal orientación.

Como se describió anteriormente, la distancia entre dos puntos de impacto adyacentes 81a, 81b del motivo es preferentemente superior a 10 μm. Desplazando el motivo según una dirección de desplazamiento perpendicular a las dos líneas 82, 83 definidas por los primero y segundo tripletes de puntos de impacto 81a-81c, 81d-81f, la distancia entre las burbujas de cavitación generadas en segmentos adyacentes 42a, 42b paralelos a la dirección de desplazamiento del motivo será del orden de 15 μm.

Ahora bien, una distancia «clásica» entre burbujas de cavitación adyacentes para el corte de una córnea es del orden de 2 μm a 7 μm, especialmente igual a 5 μm.

Es por tanto necesario «inclinar» el motivo 8 de modo que las burbujas de cavitación vecinas generadas en segmentos 42a, 42b adyacentes paralelos a la dirección de desplazamiento D del motivo 8 estén espaciadas una distancia sensiblemente igual a 5 μm en la dirección de desplazamiento.

Se observará que en un mismo segmento 42a, la distancia de 5 μm entre dos burbujas de cavitación adyacentes puede ser obtenida regulando el paso de desplazamiento del escáner óptico de barrido 4.

2.6.2 Ejemplos de motivos retenidos

En referencia a las figuras 7 a 9, se han ilustrado diferentes ejemplos de motivo utilizable con el aparato de corte según la invención.

En el modo de realización ilustrado en la figura 7, el motivo comprende tres puntos de impacto 81a-81c que se extienden a lo largo de la línea 82 del motivo 8. Los puntos de impacto están espaciados una distancia «d» según la dirección de desplazamiento D. La línea del motivo está inclinada un ángulo «a» con respecto a la dirección de desplazamiento D del escáner óptico de barrido 4 de modo que las burbujas de cavitación según una recta perpendicular a la dirección de desplazamiento D están espaciadas una distancia «e» en el plano de corte. Se tiene entonces la relación siguiente entre diferentes distancias «d» y «e», y el ángulo de inclinación «a»:

Preferentemente, el ángulo de inclinación «a» del motivo está comprendido entre 10° y 80°.

En el modo de realización ilustrado en la figura 8, el motivo comprende cuatro puntos de impacto 81a-81d que se extienden a lo largo de dos líneas paralelas 82, 83 del motivo 8:

- un primer par de puntos de impacto 81 a, 81 b se extiende a lo largo de una primera línea 82 del motivo, - un segundo par de puntos de impacto 81c, 81d se extiende a lo largo de una segunda línea 83 del motivo. Este motivo presenta una forma de cuadrado inclinado un ángulo de inclinación «a» con respecto a la dirección de desplazamiento del escáner óptico de barrido. Se tiene la relación siguiente:

con:

- «a» el ángulo de inclinación de cada línea del motivo con respecto a la dirección de desplazamiento, - «d» correspondiente a la distancia entre dos puntos de impacto adyacentes, y

- «e» correspondiente a la distancia entre dos puntos de impacto adyacentes según una dirección perpendicular a la dirección de desplazamiento del motivo.

En el modo de realización ilustrado en la figura 9, el motivo comprende seis puntos de impacto 81 a-81f que se extienden a lo largo de dos líneas paralelas del motivo 8:

- un primer triplete de puntos de impacto se extiende a lo largo de una primera línea del motivo,

- un segundo triplete de puntos de impacto se extiende a lo largo de una segunda línea del motivo.

Este motivo presenta una forma de rectángulo inclinado un ángulo «a» con respecto a la dirección de desplazamiento del escáner óptico de barrido. Se tiene la relación siguiente:

con:

- «a» el ángulo de inclinación de cada línea del motivo con respecto a la dirección de desplazamiento, - «d» correspondiente a la distancia entre dos puntos de impacto adyacentes, y «e» correspondiente a la distancia entre dos puntos de impacto adyacentes según una dirección perpendicular a la dirección de desplazamiento del motivo.

2. 6.3 Teoría relativa a la determinación de motivos

En lo que sigue, se va a describir un método implementado por la Solicitante para determinar formas posibles de los motivos de puntos de impacto que permitan obtener al final una disposición de las burbujas de cavitación compuesta por una matriz regular repetitiva.

- sea en cuadrado,

- o bien en triángulo equilátero,

al tiempo que se respete el espaciamiento mínimo entre puntos de impacto adyacentes para limitar el fenómeno de interferencia anteriormente descrito.

Existe una variedad de motivos posibles para obtener por proyección durante su desplazamiento una matriz homogénea y repetitiva de burbujas de cavitación distantes 5 gm una de otra, en toda la superficie tratada. Pero existe también una matriz «ideal» cuyos puntos de impacto estén suficientemente alejados para evitar las interferencias, y suficientemente próximos para que la superficie total del motivo sea pequeña y se inscriba en un campo restringido, lo que es preferible debido al tamaño limitado de las ópticas y de los espejos que se encuentran en el trayecto del haz L.A.S.E.R.

Se ha procedido simplemente por la observación de una disposición de puntos, ya sea con una matriz cuadrada, o bien con una matriz en triángulo equilátero, y se han determinado los motivos posibles para obtener esta disposición, una vez puesto en movimiento el motivo por el escáner óptico de barrido.

2.6.3.I. Búsqueda de un motivo para obtener una disposición de burbujas de cavitación en matriz en triángulo equilátero.

En la figura 10 que ilustra un plano cortado que incluye una pluralidad de burbujas de cavitación 100, se puede observar una disposición de burbujas de cavitación en triángulo equilátero formando matriz 101

La observación, conduce a identificar varios motivos posibles, que se inscriban en esta matriz, como está ilustrado en las figuras 11a a 11c.

En la práctica ninguna de las tres matrices presentadas anteriormente es utilizable. En efecto, si la distancia que separa 2 burbujas de la superficie cortada es D, o 5 gm, es necesario también para evitar las interferencias que la distancia mínima entre 2 puntos de impacto del motivo sea igual a 10 gm, o sea como mínimo 2D.

Ahora bien, en los tres ejemplos de motivos ilustrados en las figuras 11a a 11c, hay siempre al menos dos puntos de impacto del motivo muy próximos uno a otro (distancia = D * (cos(302) * 2) = 1,73 * D. O sea para D = 5 gm una distancia de 8,65 gm (véase la figura 12).

Estas observaciones conducen por tanto a definir un motivo cuyos puntos de impacto estén como mínimo distantes uno de otro 2 * D y que permite obtener la disposición en motivo en triángulo equilátero.

Un primer ejemplo de motivo está ilustrado en las figuras 13 a 15, en el cual todos los puntos están distantes uno de otro como mínimo 2 * D, o sea para las distancias A y B si D = 5 gm:

•

•

Por otra parte, la distancia entre los dos puntos más espaciados de la matriz es de

Finalmente, en esta matriz, una agulación precisa (véase la figura 15) permite reproducir el motivo regular en triángulo equilátero, y los ángulos con respecto a la horizontal y a la vertical son:

Un segundo ejemplo de motivo está ilustrado en las figuras 16 a 18, en el cual todos los puntos están distantes uno de otro como mínimo 2 * D, o sea para las distancias A si D = 5 gm:

Finalmente, en este motivo, una angulación precisa permite reproducir la matriz en triángulo equilátero, y los ángulos con respecto a la horizontal y a la vertical son:

De lo que precede, se va a demostrar que dos motivos diferentes podían ser utilizados para obtener después de puesta en movimiento, una disposición de burbujas regulares dispuestas según una matriz en triángulo equilátero.

La elección entre el primer y el segundo motivo iría más bien en favor del primero, porque el espaciamiento máximo entre los 2 puntos más distantes es de 31,22 gm en lugar de 35 gm, por tanto una forma más compacta.

Otro interés de estos motivos, es que el número de puntos puede ser aumentado a más de 6 (2 x 3 puntos) por adición de nuevas filas de puntos, respetando las mismas distancias y angulaciones y pasando a motivos de 9 puntos (3 x 3) o 12 puntos (3 x 4) o más.

2.6.3.2. Búsqueda de un motivo para obtener una disposición de burbujas de cavitación en matriz cuadrada

En la figura 19 que ilustra un plano cortado que incluye una pluralidad de burbujas de cavitación 100, se puede observar una disposición de burbujas en cuadrado formando matriz 101.

La observación, conduce a identificar un motivo posible, que se inscriba en esta matriz, y que respete el espaciamiento mínimo entre 2 puntos igual a 2 veces la distancia D:

Por otra parte, la distancia entre los dos puntos más espaciados del motivo es de.

Finalmente, en esta matriz, una angulación precisa permite reproducir el motivo regular en cuadrado, y el ángulo con respecto a la horizontal es a = 26,562'

2.6.3.3. Caso particular de motivos entrelazados

Se ha descrito el principio de la utilización de motivos de puntos láser para obtener una disposición homogénea de burbujas de cavitación en el tejido tratado. Estos motivos presentan una disposición particular de los puntos láser, en la que la disposición de uno con respecto a otro, y las distancias que les separan, permiten respetar las limitaciones expuestas anteriormente, y especialmente la distancia mínima entre cada punto para evitar las interferencias, y la distancia máxima entre cada punto de impacto para obtener una calidad de corte del tejido satisfactoria. Los motivos presentados hasta ahora tienen, todos, la particularidad de permitir cuando se les aplica un movimiento por el barrido imprimido por el escáner, recubrir uniformemente y de manera regular una superficie de burbujas de cavitación equidistantes, sin dejar zonas no tratadas. Al final de un segmento que presente una disposición regular de puntos de impacto, como se indica en la figura 23, el escáner controla el desplazamiento de la matriz de un paso 106 igual a la distancia entre las filas de impactos más alejados 104, aumentada en la distancia entre dos líneas contiguas 105.

Una variante del motivo presentada en la figura 24, permite imaginar dejar una zona no tratada ZNT como se presenta en la figura 25, pudiendo ser tratada esta zona ZNT por el barrido siguiente con una disposición de puntos de impacto entrelazados. Para esto el paso imprimido por el escáner entre dos segmentos sucesivos no es constante y será una vez cada dos igual a dos veces la distancia entre dos filas de impactos contiguas 107, y una vez cada dos igual a la distancia entre las filas de impactos más alejadas 108, amentada en la distancia entre dos líneas contiguas 105.

2.6.3.4. Caso particular de un motivo con punto de impacto central

En referencia a la figura 28 se ha ilustrado otro ejemplo de motivo que puede ser utilizado para cortar un tejido. Este motivo comprende una pluralidad (es decir al menos tres) de puntos de impacto periféricos 81P, y un punto de impacto central 81B situado en el baricentro del motivo. Especialmente en el ejemplo ilustrado en la figura 28, a nivel de la intersección entre ejes diagonales que pasan por puntos de impacto periféricos opuestos.

La presencia de este punto de impacto central permite aprovechar los fenómenos de generación de una energía en el centro del motivo (fenómeno conocido con la denominación «orden cero»). En efecto, durante la modulación en fase del haz L.A.S.E.R. 11 con el sistema de conformado 3, una parte del haz L.A.S.E.R. procedente del láser de femtosegundo no es modulada (debido al espacio existente entre los pixeles de los cristales líquidos del SLM). Esta parte del haz L.A.S.E.R., no modulada puede inducir la generación de un pico de energía que se forma en el centro del SLM.

Cuando el motivo no comprende punto de impacto a nivel de este baricentro, es necesario limitar este pico de energía de orden cero para evitar la generación inesperada de burbujas de cavitación durante el desplazamiento del motivo en el plano de corte.

2.6.3.5. Observaciones

Se ha descrito cómo disponer los puntos de impacto de un haz láser multipunto, para que las burbujas de cavitación generadas presenten una disposición homogénea y regular en la superficie de corte del tejido. Entre una infinidad de disposiciones no regulares, que pueden ser igualmente utilizadas, se ha demostrado que para obtener una disposición regular en triángulo equilátero, existían dos tipos de motivos preferidos y que para obtener una disposición regular en cuadrado, existía un motivo preferido. En todas las matrices preferidas, se han calculado los espaciamientos y ángulos entre cada punto de la matriz.

Evidentemente, la invención se refiere igualmente a cualquier tipo de motivo cuyos puntos de impacto estén suficientemente espaciados uno de otro para evitar las interferencias y cuyo movimiento permita obtener por proyección una cobertura relativamente homogénea de la superficie que haya que cortar, incluso sin repetición regular de una matriz geométrica, aunque las matrices presentadas den mejores resultados.

El inconveniente de este tipo de formas de motivo es la introducción de una «zona de inicio» 102 en la periferia de una zona regular 103. En esta zona de inicio 102 el corte es incompleto, como se ilustra en la figura 22. Aunque el tamaño de esta zona de inicio 102 sea muy pequeño con respecto al tamaño global del corte (menos del 0,5% de un diámetro de capa córnea de 8 mm en los ejemplos presentados), esta zona de inicio 102 deberá ser preferentemente lo más corta posible.

2.6.4 Dispositivo de corte relativo al motivo y procedimiento asociado

En resumen de los párrafos precedentes concernientes a las diferentes características relativas al motivo, los inventores han propuesto un aparato de corte de un tejido humano o animal, tal como una córnea, o un cristalino, incluyendo el aparato un láser de femtosegundo apto para emitir un haz L.A.S.E.R. en forma de pulsos, y un dispositivo de tratamiento dispuesto aguas abajo del láser de femtosegundo para tratar el haz L.A.S.E.R. generado por el láser de femtosegundo, comprendiendo el dispositivo de tratamiento:

- un sistema de conformado 3 situado en la trayectoria del citado haz, para modular la fase del frente de onda del haz L.A.S.E.R. de modo que se obtenga un haz L.A.S.E.R. modulado en fase según una consigna de modulación calculada para repartir la energía del haz L.A.S.E.R. en al menos dos puntos de impacto 81 que forman un motivo 8 en su plano focal 21 correspondiente a un plano de corte, realizando cada punto de impacto un corte,

- un escáner óptico de barrido 4 dispuesto aguas abajo del sistema de conformado para desplazar el motivo en el plano de corte en una pluralidad de posiciones 43 según una dirección de desplazamiento D,

- una unidad de control que incluye un procesador programado para permitir el control del láser de femtosegundo, del sistema de conformado y del escáner óptico de barrido con el fin de inclinar el motivo con respecto a la dirección de desplazamiento de modo que al menos dos puntos de impacto del motivo estén espaciados:

- una distancia no nula según un primer eje paralelo a la dirección de desplazamiento, por una parte, y

- una distancia no nula según un segundo eje perpendicular a la dirección de desplazamiento, por otra parte.

Ventajosamente, el motivo puede comprender al menos dos (especialmente tres) puntos de impacto adyacentes que se extienden a lo largo de una línea del motivo, estando comprendido el ángulo entre la citada línea del motivo y la dirección de desplazamiento entre 10° y 80°, preferentemente comprendido entre 15° y 40°, y todavía más preferentemente entre 19° y 30°. Por otra parte, el motivo puede comprender:

- un primer conjunto de al menos dos (especialmente tres) puntos de impacto dispuestos a lo largo de una primera línea del motivo, y

- un segundo conjunto de al menos otros dos (especialmente tres) puntos de impacto dispuestos a lo largo de una segunda línea del motivo paralela a la primera línea,

El motivo puede comprender además al menos otro conjunto de puntos de impacto dispuestos a lo largo de al menos otra línea del motivo, paralela a las primera y segunda líneas. Los puntos de impacto del segundo conjunto pueden estar desplazados una distancia no nula con respecto a los puntos de impacto del primer conjunto. En variante, cada punto de impacto del segundo conjunto puede estar alineado con un respectivo punto de impacto del primer conjunto según una recta perpendicular a la dirección de desplazamiento. Ventajosamente, la distancia entre dos puntos de impacto adyacentes del motivo puede ser superior a 5 μm, preferentemente superior a 10 μm y todavía más preferentemente comprendida entre 10 μm y 15 μm. El motivo puede estar igualmente inscrito en una superficie en la que la relación entre la longitud y la anchura esté comprendida entre 1 y 4, preferentemente entre 1 y 2, y todavía más preferentemente entre 1 y 1,5. Finalmente el motivo puede comprender un punto de impacto central situado en el baricentro del motivo.

Los inventores han propuesto igualmente un procedimiento de control de un aparato de corte que incluye un láser de femtosegundo apto para emitir un haz L.A.S.E.R. en forma de pulsos, y un dispositivo de tratamiento aguas abajo del láser de femtosegundo para tratar el haz L.A.S.E.R., comprendiendo el dispositivo de tratamiento un sistema de conformado y un escáner óptico de barrido, comprendiendo el procedimiento las etapas consistentes en:

- modular, utilizando el sistema de conformado, la fase del frente de onda del haz L.A.S.E.R. de modo que se obtenga un haz L.A.S.E.R. modulado en fase según una consigna de modulación calculada para repartir la energía del haz L.A.S.E.R. en al menos dos puntos de impacto 81 que forman un motivo en su plano focal correspondiente a un plano de corte, realizando cada punto de impacto un corte,

- desplazar, utilizando el escáner óptico de barrido, el motivo en el plano de corte en una pluralidad de posiciones según una dirección de desplazamiento D,

- inclinar el motivo con respecto a la dirección de desplazamiento de modo que al menos dos puntos de impacto del motivo estén espaciados:

Ventajosamente, la etapa consistente en modular puede comprender la formación de un motivo que comprenda al menos dos (especialmente tres) puntos de impacto adyacentes que se extienden a lo largo de una línea del motivo, estando comprendido el ángulo entre la citada línea del motivo y la dirección de desplazamiento entre 10° y 80°, preferentemente comprendido entre 15° y 40°, y todavía más preferentemente entre 19° y 30°. Por otra parte, la etapa consistente en modular puede comprender la formación de un motivo que tenga:

- un segundo conjunto de al menos otros dos (especialmente tres) puntos de impacto dispuestos a lo largo de una segunda línea del motivo paralela a la primera línea.

La etapa consistente en modular puede igualmente comprender la formación de un motivo que tenga al menos otro conjunto de puntos de impacto dispuestos a lo largo de al menos otra línea del motivo, paralela a las primera y segunda líneas. La etapa consistente en modular puede comprender además la formación de un motivo en el cual los puntos de impacto del segundo conjunto están desplazados una distancia no nula con respecto a los puntos de impacto del primer conjunto. En variante, la etapa consistente en modular puede comprender la formación de un motivo en el cual cada punto de impacto del segundo conjunto este alineado con un respectivo punto de impacto del primer conjunto según una recta perpendicular a la dirección de desplazamiento.

Ventajosamente, la etapa consistente en modular puede comprender la formación de un motivo en el cual la distancia entre dos puntos de impacto adyacentes sea superior a 5 μm, preferentemente superior a 10 μm y todavía más preferentemente comprendida entre 10 μm y 15 μm.

La etapa consistente en modular puede comprender la formación de un motivo inscrito en una superficie en la que la relación entre la longitud y la anchura esté comprendida entre 1 y 4, preferentemente entre 1 y 2, y todavía más preferentemente entre 1 y 1,5. Finalmente, la etapa consistente en modular puede igualmente comprender la formación de un motivo que tenga un punto de impacto central situado en el baricentro del motivo.

3. Principio de funcionamiento

Se va a describir ahora el principio de funcionamiento del aparato de corte ilustrado en la figura 1 en referencia a la destrucción de un cristalino en el marco de una operación de la catarata. Es evidente que la presente invención no se limita a la operación de una catarata.

En una primera etapa, la unidad de control 6:

- transmite al sistema de conformado 3 una primera máscara de fase asociada a un primer motivo de tratamiento,

- emite una señal de control al sistema óptico de focalización 5 para desplazar el plano de focalización a nivel de un primer plano de corte profundo en el ojo,

- activa el desplazamiento del escáner óptico de barrido 4 hasta una posición inicial de corte. Haciéndose el barrido en X, Y, el escáner está equipado con un espejo X, que permite el barrido a lo largo de cada segmento del camino de desplazamiento del motivo, y otro espejo Y, que permite, una vez completado un segmento, cambiar de segmento. Los espejos X e Y funcionan por tanto alternativamente uno y el otro.

Cuando el sistema de focalización 5 y el escáner óptico 4 están en posición y la máscara de fase está cargada en el sistema de conformado 3, la unidad de control 6 activa el láser de femtosegundo 1. Este genera un haz L.A.S.E.R. 11 que atraviesa el sistema de conformado 3. El sistema de conformado 3 modula la fase del haz L.A.S.E.R. El haz L.A.S.E.R. modulado en fase 31 sale del sistema de conformado 3 y entra en el escáner óptico 4 el cual desvía el haz L.A.S.E.R. modulado 31. El haz L.A.S.E.R. modulado y desviado 41 entra en el sistema óptico de focalización 5 el cual focaliza el haz en el primer plano de corte.

Cada punto de impacto 81 del motivo 8 produce una burbuja de cavitación. El láser de femtosegundo 1 continúa emitiendo otros pulsos en forma de haz L.A.S.E.R. a una cadencia determinada. Entre cada pulso el espejo X ha girado un cierto ángulo, lo que tiene como consecuencia desplazar el motivo 8 y producir nuevas burbujas de cavitación desplazadas con respecto a las precedentes, hasta formar una línea. Se forma, así, una primera pluralidad de burbujas de cavitación que constituyen una línea en el plano de corte, estando dispuestas estas burbujas en conformidad con el motivo de corte 8. Haciendo variar la velocidad de desplazamiento del espejo y/o la cadencia de generación de los pulsos por el láser de femtosegundo, es posible hacer variar la distancia entre dos motivos sucesivos,

Una vez que esta pluralidad de burbujas forma una línea completa, la unidad de control 6 desactiva la fuente L.A.S.E.R.

1, controla la parada del giro del espejo X y controla el giro del espejo Y del escáner óptico 4 hasta la posición siguiente de corte en función del paso de barrido del escáner óptico 4, y después controla de nuevo el rearranque del giro del espejo X en el sentido inverso. Cuando el escáner óptico 4 está en posición y el espejo X ha alcanzado su velocidad de consigna constante, la unidad de control 6 activa de nuevo el láser de femtosegundo 1. El haz L.A.S.E.R. 11 atraviesa el sistema de conformado 3, el escáner óptico 4 y el sistema de focalización 5. Una segunda sucesión de una pluralidad de burbujas de cavitación se forma en el primer plano de corte formando una nueva línea paralela a la precedente y yuxtapuesta.

Estas operaciones se repiten en todo el primer plano de corte.

Cuando el escáner óptico 4 haya barrido toda la superficie del primer plano de corte, se genera una primera zona de corte (cuyas forma y dimensiones son controladas por la unidad de control 6).

La unidad de control 6 desactiva el láser de femtosegundo 1 y controla:

- el desplazamiento en traslación de la lente o de las lentes del sistema óptico de focalización 5 para desplazar el plano de focalización 21 hacia un segundo plano de corte,

- el desplazamiento en rotación del espejo o de los espejos del escáner óptico 4 hacia una posición inicial de corte del segundo plano de corte,

- la carga eventual por el sistema de conformado 3 de otra máscara de fase para modificar la disposición y/o el tamaño de los puntos de impacto del motivo, etc.

La unidad de control 6 repite las operaciones de control del láser de femtosegundo 1, del sistema de conformado 3, del escáner óptico de barrido 4 y del sistema de focalización 5 en el segundo plano de corte, y más generalmente en los planos de corte suesivos.

Al final de estas diferentes etpaas, se obtiene un apilamiento de planos de corte correspondiente al volumen que haya que destruir 23.

4. Conclusiones

Así, la invención permite disponer de una herramienta de corte eficaz. Siendo las dimensiones de los puntos de impacto del motivo sensiblemente iguales (la forma, posición y diámetro de cada punto son controlados dinámicamente por la máscara de fase calculada y visualizada en el SLM y que puede corregir las irregularidades), las burbujas de cavitación que laceran los tejidos biológicos cortados serán sensiblemente iguales. Esto permite mejorar la calidad del resultado obtenido, con un plano de corte homogéneo, en el cual los puentes tisulares residuales tienen todos sensiblemente el mismo tamaño y que permiten una disección por el médico de una calidad aceptable frente a la importancia de la calidad del estado de superficie del tejido cortado cuando se trata por ejemplo de una córnea.

La invención se ha descrito para operaciones de cortes de una córnea en el ámbito de la cirugía oftalmológica, pero es evidente que la misma puede ser utilizada en cualquier otro tipo de operación quirúrgica oftalmológica sin salirse del marco de la invención. Por ejemplo, la invención encuentra una aplicación en la cirugía refractiva de la córnea, tal como el tratamiento de las ametropías, especialmente miopía, hipermetropía, astigmatismo, en el tratamiento de la parte de acomodación, especialmente la presbicia.

La invención encuentra igualmente una aplicación en el tratamiento de la catarata con incisión de la córnea, corte de la cápsula anterior del cristalino, y fragmentación del cristalino. Finalmente, de una manera más general, la invención concierne a todas las aplicaciones clínicas o experimentales en la córnea o el cristalino de un ojo humano o animal.

De manera todavía más general, la invención concierne al ámbito amplio de la cirugía con L.A.S.E.R. y encuentra una aplicación ventajosa cuando se trata de cortar y más particularmente de vaporizar tejidos blandos humanos o animales, con elevado contenido de agua.

El lector habrá comprendido que a la invención anteriormente descrita pueden ser aportadas numerosas modificaciones sin salirse materialmente de las nuevas enseñanzas y ventajas descritas aquí.

Por ejemplo, en los diferentes modos de realización anteriormente descritos, el sistema óptico de focalización dispuesto aguas abajo del escáner óptico de barrido era descrito como comprendiendo un módulo único que permite:

- por una parte focalizar el haz L.A.S.E.R. modulado y desviado, y

- por otra desplazar el plano de focalización en diferentes planos de corte.

En una variante, el sistema óptico de focalización puede estar compuesto por dos módulos distintos que aseguren, cada uno, una de estas funciones:

- un primer módulo -denominado «módulo de posicionamiento en profundidad»- dispuesto aguas arriba del escáner óptico de barrido y que permite desplazar el plano de focalización en diferentes planos de corte.

- un segundo módulo -denominado «módulo concentrador» dispuesto aguas abajo del escáner óptico de barrido y que permite focalizar el haz L.A.S.E.R. modulado y desviado.

Igualmente en los diferentes modos de realización anteriormente descritos, el sistema de conformado descrito era un SLM. En variante, el sistema de conformado podría estar compuesto por una pluralidad de máscaras de fase, actuando cada máscara de fase sobre la fase del haz L.A.S.E.R. para repartir la energía del haz L.A.S.E.R. por modulación de fase según un motivo distinto. Cada máscara de fase puede estar constituida por ejemplo por una placa (transparente al haz L.A.S.E.R.) de espesor varia ble obtenida por grabado.

En este caso, las máscaras de fase pueden estar fijadas a un dispositivo de encaminamiento que permita desplazar cada máscara de fase entre:

- una posición activa en la cual la máscara de fase corta el camino óptico del haz L.A.S.E.R.,

- una posición inactiva en la cual la máscara de fase no se extiende sobre el camino óptico del haz L.A.S.E.R.

El dispositivo de encaminamiento está constituido por ejemplo por un soporte móvil en rotación alrededor de un eje de rotación paralelo al camino óptico del haz L.A.S.E.R., estando dispuesto el soporte móvil de modo que permita el posicionamiento de una máscara de fase respectiva en el camino óptico del haz L.A.S.E.R., con el fin de modular la fase del mismo. Sin embargo, esta solución necesita la introducción de elementos mecánicos en el aparato (dispositivo de encaminamiento) y por tanto no constituye una solución preferida.

Además, en la descripción que precede, la unidad de control emitía una señal de control al sistema de conformado (tal como una máscara de fase en el caso en que el sistema de conformado sea un modulador espacial de luz) para repartir la energía del haz L.A.S.E.R. (por modulación de fase) en al menos dos puntos de impacto que forman un motivo en su plano focal. En variante, la unidad de control puede estar programada para emitir varias señales de control distintas que permitan generar motivos diferentes uno de otro. Esto permite modificar el perfil de intensidad del haz L.A.S.E.R. según diferentes motivos en el plano del corte, por ejemplo para mejorar la calidad del corte a nivel de los contornos de la superficie cortada en el plano de corte.

Por consiguiente, todas las modificaciones de este tipo están destinadas a ser incorporadas en el marco de las reivindicaciones adjuntas.

Esta solicitud de patente europea es una solicitud divisional de la solicitud de patente europea número EP 17714829.3 que reivindicaba un aparato para cortar tejido humano o animal, tal como una córnea, o un cristalino, incluyendo dicho aparato un láser de femtosegundo capaz de emitir un haz L.A.S.E.R. en forma de pulsos y un dispositivo para procesar el haz L.A.S.E.R. generado por el láser de femtosegundo, estando dispuesto el dispositivo de procesamiento aguas abajo de dicho láser de femtosegundo, destacando que el dispositivo de procesamiento comprende: un sistema de conformación situado en la trayectoria de dicho haz, para modular la fase del frente de onda del haz L.A.S.E.R. de forma que se obtiene un único haz L.A.S.E.R. modulado en fase según una consigna de modulación calculada para distribuir la energía del haz L.A.S.E.R. en al menos dos puntos de impacto que forman un motivo en su plano focal, un sistema óptico de focalización aguas abajo del sistema de conformación, el sistema óptico de focalización que comprende un módulo concentrador para focalizar el haz L.A.S.E.R. modulado en fase en un plano de focalización y un módulo de posicionamiento en profundidad para desplazar el plano de focalización en una pluralidad de planos de corte, un escáner óptico de barrido dispuesto entre el módulo concentrador y el módulo de posicionamiento de profundidad para desplazar el motivo en el plano de corte en una pluralidad de posiciones.

En el marco de la presente invención, se entiende por «puntos de impacto» una zona del haz L.A.S.E.R. comprendida en su plano focal en la cual la intensidad de dicho haz L.A.S.E.R. es suficiente para generar una burbuja de cavitación en un tejido

En el marco 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 marco de la presente invención se entiende por «motivo» una pluralidad de puntos de impacto L.A.S.E.R. generados simultáneamente en un plano de focalización de un haz L.A.S.E.R. conformado -es decir modulado en fase para repartir 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 L.A.S.E.R. en el plano de corte, de una manera 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 L.A.S.E.R.

La modulación óptica en fase se realiza por medio de una máscara de fase. La energía del haz L.A.S.E.R. incidente se conserva tras 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 L.A.S.E.R., solo se consideran las variaciones en el espacio de la fase.

El frente de onda se define como la superficie de los puntos de un haz que tengan una fase equivalente (es decir, la superficie constituida por los puntos cuyos tiempos de recorrido desde la fuente que haya emitido 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 manera más rápida y más eficaz porque la misma implementa varios puntos de L.A.S.E.R. que realizan, cada uno, un corte y según un perfil controlado.

En el marco de la presente invención, la modulación de fase del frente de onda permite generar un único haz L.A.S.E.R. modulado que forma varios puntos de impacto solamente en el plano de corte. Así, el haz L.A.S.E.R. modulado es único a lo largo de todo el camino de propagación. La modulación de fase del frente de onda permite retardar o avanzar la fase de los diferentes puntos de la superficie del haz con respecto al frente de onda inicial con el fin de que cada uno de estos puntos realicen 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 tiene lugar en un solo plano (es decir el plano de focalización) y no a lo largo de todo el camino de propagación del haz L.A.S.E.R. modulado. Por el contrario, el documento US 2010/0 133246 propone utilizar un sistema óptico basado en la fase y que permita subdividir un haz primario en una pluralidad de haces secundarios que tengan ángulos de propagación diferentes.

La técnica de modulación según la invención (por generación de un único haz L.A.S.E.R. modulado) permite limitar los riesgos de degradación de la calidad de la superficie cortada. En efecto, si una porción del único haz L.A.S.E.R. modulado se pierde a lo largo del camino de propagación del haz, las intensidades de todos los puntos de impacto del motivo se atenuarán al mismo tiempo (conservación de la homogeneidad entre los diferentes puntos de impacto del motivo) pero ningún punto de impacto desaparecerá en el plano de corte. Por el contrario con la técnica de subdivisión de haz propuesta en el documento US 2010/0 133246, si una porción de la pluralidad de haces secundarios se pierde a lo largo del camino de propagación, entonces ciertos puntos de impacto del motivo (correspondientes a los puntos de impacto generados por los haces secundarios perdidos) estarán ausentes en el plano de corte, lo que degrada sensiblemente la calidad del corte efectuado.

Aspectos preferidos pero no limitativos del aparato de corte de acuerdo con EP 17714 829.3 fueron los siguientes:

- el aparato puede comprender además una unidad de control de escáner óptico para controlar el desplazamiento del motivo a lo largo de una trayectoria de desplazamiento que comprende al menos un segmento en el plano de corte;

- la unidad de control se puede programar para controlar la activación del láser de femtosegundo de modo que la distancia entre dos posiciones adyacentes del motivo a lo largo de un segmento de la trayectoria de desplazamiento pueda ser mayor o igual que el diámetro de un punto de impacto del motivo;

- la unidad de control se puede adaptar para controlar el desplazamiento del motivo a lo largo de una trayectoria de desplazamiento puede comprender una pluralidad de segmentos, la distancia entre dos segmentos adyacentes de la trayectoria de desplazamiento es mayor que la dimensión del motivo a lo largo de una perpendicular a la dirección de desplazamiento del motivo;

- la unidad de control se puede programar para controlar el desplazamiento del motivo a lo largo de una trayectoria de desplazamiento puede comprender una pluralidad de segmentos paralelos, la distancia entre dos segmentos vecinos de la trayectoria de desplazamiento es constante e inferior o igual a 3N veces el diámetro de un punto de impacto, donde N es el número de puntos de impacto del motivo;

- la unidad de control se puede programar para controlar el desplazamiento del motivo a lo largo de una trayectoria de desplazamiento que puede incluir una pluralidad de segmentos paralelos, la distancia entre al menos dos segmentos vecinos es diferente de la distancia entre al menos otros dos segmentos vecinos;

- la unidad de control puede ser capaz de controlar el desplazamiento del motivo a lo largo de una trayectoria de desplazamiento en forma de ranura en el plano de corte;

- la unidad de control puede ser capaz de controlar el desplazamiento del motivo a lo largo de una trayectoria de desplazamiento en forma de espiral en el plano de corte;

- el escáner de barrido óptico puede incluir al menos un espejo óptico que gira alrededor de al menos dos ejes, la unidad de control del escáner óptico controla el giro del espejo para mover el motivo a lo largo de la trayectoria de desplazamiento;

- el aparato puede comprender además al menos un prisma Dove situado entre el sistema de conformación y el escáner óptico de barrido;

- la unidad de control también se puede programar para controlar la activación del láser de femtosegundo, la unidad de control activa el láser de femtosegundo cuando la velocidad de barrido del escáner óptico es superior a un valor umbral,

- el aparato puede comprender un filtro dispuesto aguas abajo del sistema de conformado para bloquear una energía parásita generada en el centro del sistema de conformado,

- el filtro puede comprender una placa que incluya una zona opaca a la radiación L.A.S.E.R. dispuesta en el centro de la placa, y una zona transparente a la radiación L.A.S.E.R. que se extienda en la periferia de la zona opaca,

- el sistema de conformado puede consistir en un conjunto de máscaras de fase, cada máscara de fase actúa sobre la fase del haz L.A.S.E.R. para repartir la energía del haz L.A.S.E.R. por modulación de fase según un motivo distinto, las máscaras están fijadas a un dispositivo de encaminamiento, la unidad de control se programa para controlar el dispositivo de encaminamiento (por emisión de una o varias señales de control) con el fin de desplazar cada máscara entre:

o una posición activa en la cual la máscara corta el camino óptico del haz L.A.S.E.R., y

o una posición inactiva en la cual la máscara no se extiende sobre el camino óptico del haz L.A.S.E.R.

- el sistema de conformado consiste en un modulador espacial de luz, la unidad de control está programada para controlar el modulador espacial de luz por emisión de al menos una señal de control, cada señal de control induce la visualización en el modulador espacial de luz de una máscara de fase que forma consigna de modulación;

- la unidad de control puede estar programada para controlar el sistema de conformado, estando la citada unidad de control adaptada para emitir al menos una primera y una segunda señales de control (entre dos planos de corte respectivos o en un mismo plano de corte):

o la primera señal de control que induce la modulación de la fase del frente de onda del haz L.A.S.E.R. según una primera consigna de modulación calculada para repartir la energía del haz L.A.S.E.R. en una pluralidad de primeros puntos de impacto en el plano focal del sistema de conformado, los primeros puntos de impacto constituyen un primer motivo,

o la segunda señal de control que induce la modulación de la fase del frente de onda del haz L.A.S.E.R. según una segunda consigna de modulación calculada para repartir la energía del haz L.A.S.E.R. en una pluralidad de segundos puntos de impacto en el plano focal del sistema de conformado, los segundos puntos de impacto constituyen un segundo motivo diferente del primer motivo.

El objetivo del documento EP 17714 829.3 concierne igualmente a un procedimiento de control de un aparato para cortar tejido humano o animal, como una córnea o un cristalino, el citado aparato incluye un láser de femtosegundo apto para emitir un haz L.A.S.E.R. en forma de pulsos y un dispositivo de tratamiento del haz L.A.S.E.R. generado por el láser de femtosegundo, el dispositivo de tratamiento está dispuesto aguas abajo del citado láser de femtosegundo, el procedimiento comprende:

- el conformado del haz L.A.S.E.R. para modular la fase del frente de onda del haz L.A.S.E.R. de modo que se obtenga un único haz L.A.S.E.R. modulado en fase según una consigna de modulación calculada para repartir la energía del haz L.A.S.E.R. en al menos dos puntos de impacto que forman un motivo en su plano focal,

- la focalización del haz L.A.S.E.R. modulado para focalizar el haz L.A.S.E.R. modulado en fase en un plano de focalización,

- el desplazamiento del motivo en el plano de corte en una pluralidad de posiciones.

Aspectos preferidos pero no limitativos del procedimiento según el documento EP 17714 829.3 son los siguientes:

- la etapa de desplazamiento puede consistir en desplazar el motivo a lo largo de un camino de desplazamiento que comprende al menos un segmento en el plano de corte,

- el procedimiento puede comprender además una etapa de activación del láser de femtosegundo de modo que la distancia entre dos posiciones adyacentes del motivo a lo largo de un segmento del camino de desplazamiento sea superior o igual al diámetro de un punto de impacto del motivo,

- la etapa de desplazamiento puede consistir en desplazar el motivo a lo largo de un camino de desplazamiento que comprende una pluralidad de segmentos, la distancia entre dos segmentos adyacentes del camino de desplazamiento es superior a la dimensión del motivo según una perpendicular a la dirección de desplazamiento del motivo,

- la etapa de desplazamiento puede consistir en desplazar el motivo a lo largo de un camino de desplazamiento que comprende una pluralidad de segmentos paralelos, la distancia entre dos segmentos vecinos del camino de desplazamiento es constante e inferior o igual a 3N veces el diámetro de un punto de impacto, donde N corresponde al número de puntos de impacto del motivo,

- la etapa de desplazamiento puede consistir en desplazar el motivo a lo largo de un camino de desplazamiento que comprende una pluralidad de segmentos paralelos, la distancia entre al menos dos segmentos vecinos es diferente de la distancia entre al menos dos segmentos vecinos diferentes,

- la etapa de desplazamiento puede consistir en desplazar el motivo según un camino de desplazamiento en forma de almena en el plano de corte,

- la etapa de desplazamiento puede consistir en desplazar el motivo según un camino de desplazamiento en forma de espiral en el plano de corte,

- el procedimiento puede comprender además una etapa de activación del láser de femtosegundo, la unidad de control activa el láser de femtosegundo cuando la velocidad de barrido del escáner óptico sea superior a un valor umbral,

- el procedimiento puede comprender además una etapa de filtrado del haz L.A.S.E.R. modulado para bloquear una energía parásita generada en el centro de un sistema de conformado,

- la etapa de conformado puede comprender las subetapas que consisten en: modular la fase del frente de onda del haz L.A.S.E.R. según una primera consigna de modulación calculada para repartir la energía del haz L.A.S.E.R. en una pluralidad de primeros puntos de impacto en el plano focal del sistema de conformado, los primeros puntos de impacto constituyen un primer motivo, y en modular la fase del frente de onda del haz L.A.S.E.R. según una segunda consigna de modulación calculada para repartir la energía del haz L.A.S.E.R. en una pluralidad de segundos puntos de impacto en el plano focal del sistema de conformado, los segundos puntos de impacto constituyen un segundo motivo diferente del primer motivo,

- la consigna de modulación puede ser una máscara de fase calculada utilizando un algoritmo iterativo basado en una transformada de Fourier.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Aparato de corte de un tejido humano o animal, tal como una córnea, o un cristalino, dicho aparato incluye un láser de femtosegundo (1) apto para emitir un haz L.A.S.E.R. en forma de pulsos, y un dispositivo de tratamiento del haz L.A.S.E.R. generado por el láser de femtosegundo (1), el dispositivo de tratamiento está dispuesto aguas abajo de dicho láser de femtosegundo, el dispositivo de tratamiento comprende:

- un sistema de conformado (3) situado en la trayectoria del citado haz, el sistema de conformado incluye un modulador espacial de luz (SLM) programado con la ayuda de al menos una máscara de fase para modular la fase del frente de onda del haz L.A.S.E.R. de modo que se obtiene un haz L.A.S.E.R. modulado,

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

- un sistema óptico de focalización (5) aguas abajo del sistema óptico de barrido, el sistema óptico de focalización comprende un módulo concentrador para focalizar el haz L.A.S.E.R. modulado en fase en un plano de focalización y un módulo de posicionamiento en profundidad para desplazar el plano de focalización en una pluralidad de planos de corte.

2. Aparato según la reivindicación 1, el cual comprende además una unidad de control del escáner óptico para controlar el desplazamiento del motivo a lo largo de un camino de desplazamiento que comprende al menos un segmento en el plano de corte.

3. Aparato según la reivindicación 2, en el cual la unidad de control está programada para controlar la activación del láser de femtosegundo de modo que la distancia entre dos posiciones adyacentes del motivo a lo largo de un segmento del camino de desplazamiento sea superior o igual al diámetro de un punto de impacto del motivo.

4. Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 2 o 3, en el cual la unidad de control está adaptada para controlar el desplazamiento del motivo a lo largo de un camino de desplazamiento que comprende una pluralidad de segmentos, la distancia entre dos segmentos adyacentes del camino de desplazamiento es superior a la dimensión del motivo según una perpendicular a la dirección de desplazamiento del motivo.

5. Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, en el cual la unidad de control está programada para controlar el desplazamiento del motivo a lo largo de un camino de desplazamiento que comprende una pluralidad de segmentos paralelos, la distancia entre dos segmentos vecinos del camino de desplazamiento es constante e inferior o igual a 3N veces el diámetro de un punto de impacto, donde N corresponde al número de puntos de impacto del motivo.

6. Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, en el cual la unidad de control está programada para controlar el desplazamiento del motivo a lo largo de un camino de desplazamiento que comprende una pluralidad de segmentos paralelos, la distancia entre al menos dos segmentos vecinos es diferente de la distancia entre al menos otros dos segmentos vecinos.

7. Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6, en el cual la unidad de control es apta para controlar el desplazamiento del motivo según un camino de desplazamiento en forma de almena en el plano de corte.

8. Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 2 o 3, en el cual la unidad de control es apta para controlar el desplazamiento del motivo según un camino de desplazamiento en forma de espiral en el plano de corte.

9. Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 8, en el cual el escáner óptico de barrido comprende al menos un espejo óptico que gira alrededor de al menos dos ejes, la unidad de control del escáner óptico controla el giro del espejo de modo que desplaza el motivo según el camino de desplazamiento.

10. Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, el cual comprende además al menos un prisma de Dove situado entre el sistema de conformado y el escáner óptico de barrido.

11. Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 10, en el cual la unidad de control está programada para controlar la activación del láser de femtosegundo, la unidad de control activa el láser de femtosegundo cuando la velocidad de barrido del escáner óptico es superior a un valor umbral.

12. Aparato de corte según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que cada máscara de fase es una imagen bidimensional en la que cada punto está asociado a un píxel respectivo del modulador espacial de luz (SLM), dicha imagen bidimensional determina la repartición final de energía del haz L.A.S.E.R. modulado en el plano de focalización.

13. Aparato de corte según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el cual dicha al menos una máscara de fase se calcula para repartir la energía del haz L.A.S.E.R. modulado en al menos dos puntos de impacto que forman el motivo en el plano de focalización.

14. Aparato de corte según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el cual dicha al menos una máscara de fase se calcula para modificar la forma geométrica de un punto de impacto del haz L.A.S.E.R. modulado en el plano de focalización.

15. Aparato de corte según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en el cual dicha al menos una máscara de fase se calcula utilizando un algoritmo iterativo basado en la transformada de Fourier, de forma que se obtiene un único haz L.A.S.E.R. modulado.