CONTROL DE COMPUTADORA PARA ALTERACION BIOMECANICA DE LA CORNEA
Campo de la Invención La presente invención se refiere, de manera general, a sistemas y métodos para la reconfiguración de un material transparente que está siendo sometido a un diferencial de presión transversal. De manera más particular, la presente invención se refiere a sistemas y métodos para la realización de cortes en superficies predeterminadas en el interior del material, con lo cual, se debilita el material y se permite que sea reconfigurado en respuesta al diferencial de presión. La presente invención es útil, de manera particular aunque no exclusiva, para sistemas y métodos que corrigen la visión de los pacientes mediante el debilitamiento del tejido del estroma en la córnea de un ojo, permitiendo que la presión intraocular en el ojo reconfigure la córnea bajo la influencia de fuerzas biomecánicas. Antecedentes de la Invención La córnea de un ojo tiene cinco (5) diferentes capas de tejido susceptibles de ser identificadas. Continuando en la dirección posterior a partir de la superficie anterior de la córnea, estas capas son: el epitelio; la cápsula de Bowman (membrana); el estroma; la membrana de Descemet; y el endotelio. Por detrás de la córnea se encuentra un espacio de REF. 212456
contención del humor acuoso que es llamado la cámara anterior. De manera importante, la presión del humor acuoso en la cámara anterior actúa sobre la córnea con consecuencias biomecánicas. De manera específica, el humor acuoso en la cámara anterior del ojo ejerce una presión intraocular contra la córnea. Esto crea esfuerzos y deformaciones que colocan la córnea bajo tensión. De manera estructural, la córnea del ojo tiene un espesor (T) que se extiende entre el epitelio y el endotelio. Normalmente, el espesor "T" es aproximadamente de quinientos micrómetros (T = 500 µp?) . A partir de una perspectiva biomecánica, la cápsula de Bowman y el estroma son las capas más importantes de la córnea. Dentro de la córnea, la cápsula de Bowman es una capa relativamente delgada (por ejemplo, de 20 a 30 um) que se localiza por debajo del epitelio, dentro del anterior de 100 µt? de la córnea. Entonces, el estroma comprende casi todos los 400 um restantes en la córnea. Además, el tejido de la cápsula de Bowman crea una membrana elástica relativamente. fuerte que resiste, de manera efectiva, las fuerzas en tensión. Por otro lado, el estroma comprende un tejido conectivo relativamente débil. En forma biomecánica, ambos de la cápsula de Bowman y el estroma son influenciados, de manera significativa, por la presión intraocular que es ejercida contra la córnea por el humor acuoso en la cámara anterior. En particular, esta
presión es transferida de la cámara anterior, y a través del estroma, a la membrana de Bowman. Se conoce que puesto que estas fuerzas son transmitidas a través del estroma afectarán la forma de la córnea. De esta manera, mediante la perturbación de fuerzas entre el tejido interconectivo en el estroma, la distribución total de fuerza en la córnea puede ser alterada. En consecuencia, esta distribución alterada de la fuerza actuará entonces contra la cápsula de Bowman. En respuesta, la forma de la cápsula de Bowman es cambiada, y debido a la elasticidad y resistencia de la cápsula de Bowman, este cambio influirá, de manera directa, la forma de la córnea. Con esto en mente, y como se pretende por la presente invención, la cirugía refractiva es conseguida realizando cortes sobre superficies predeterminadas en el estroma para inducir la redistribución de las fuerzas biomecánicas que van a reconfigurar la córnea. Es bien conocido que todos los tejidos diferentes de la córnea son susceptibles al Rompimiento Óptico Inducido por Láser (LIOB) . Además, se conoce que diferentes tejidos responderán, de manera diferente, a un haz de láser, y que la orientación del tejido que está siendo sometido al LIOB también podría afectar la forma cómo reacciona al LIOB. Con esto en mente, el estroma necesita ser considerado, de manera específica . De manera esencial, el estroma comprende muchas
láminas que se extienden sustancialmente en paralelo a la superficie anterior del ojo. En el estroma, las láminas son unidas juntas a través de un tejido de forma de encolado que es inherentemente más débil que las láminas por sí mismas. En consecuencia, el LIOB sobre las capas paralelas a las láminas puede ser realizado con menos energía (por ejemplo, 0.8 iJ) que la energía requerida para el LIOB sobre los cortes que son orientados perpendiculares a las láminas (por ejemplo, 1.2 iJ) . No obstante, será apreciado por la persona experta en la técnica que estos niveles de energía son sólo de ejemplo. Si pudieran utilizarse dispositivos ópticos de enfoque más precisos, los niveles requeridos de energía serían adecuadamente más bajos. En cualquier caso, en función del resultado deseado, podría ser deseable realizar sólo cortes en el estroma. Por otro lado, para algunos procedimientos podría ser más deseable realizar una combinación de cortes y capas. Como será apreciado por la persona experta en la técnica, materiales transparentes que pueden ser alterados por el LIOB son susceptibles a ser debilitados por el proceso. Además, si el material fuera formado como una lámina (es decir, este es en esencia una capa de material) y si el material .fuera sometido a un diferencial de presión transversal, la lámina podría ser reconfigurada cuando sea debilitada por el LIOB. En particular, la lámina será
influenciada por el cambio en la distribución de fuerza que se origina a partir de la alteración del diferencial de presión transversal que es provocado por el LIOB selectivo. Bajo esta influencia, la lámina es reconfigurada . De esta manera, en un modo similar a la situación descrita con anterioridad para la reconfiguración de la córnea, una lámina, o capa de material transparente puede ser reconfigurada, en forma similar. A la luz de lo anterior, un objetivo de la presente invención es proporcionar sistemas y métodos para la reconfiguración de una capa de material transparente cuando el material esté siendo sometido a un diferencial de presión transversal. Otro objetivo de la presente invención es proporcionar métodos controlados por computadora para realizar procedimientos de láser en material transparente que requieren una destrucción mínima del material. Todavía otro objetivo de la presente invención es proporcionar métodos controlados por computadora que alteran la forma de la lámina del material transparente, los cuales son relativamente fáciles de implementar y comparativamente efectivos de costo. Sumario de la Invención De acuerdo con la presente invención, un sistema y método que alteran la forma de una lámina transparente (por ejemplo, la córnea de un ojo) requiere una unidad de láser controlada por computadora. De manera más específica, la
reconfiguración de la lámina es conseguida provocando el Rompimiento Óptico Inducido por Láser (LIOB) sobre superficies predeterminadas dentro del material, mientras que la lámina está siendo sometida a un diferencial de presión transversal. En respuesta a este debilitamiento, el reacomodo consecuente de la distribución de fuerza dentro del material reconfigurará entonces la lámina. En el caso específico de la cirugía oftálmica de láser en la córnea, el diferencial de presión transversal es creado por la presión intraocular del humor acuoso en la cámara anterior del ojo. Para una modalidad preferida de la presente invención, una computadora es conectada, en forma electrónica, con una unidad de láser. Con esta conexión, el sistema primero identifica un eje que es sustancialmente perpendicular a la lámina. Para la cirugía oftálmica de láser, este eje será el eje visual del ojo. En cualquier caso, la identificación del eje es importante con el propósito de establecer un dato de referencia que puede ser utilizado para dirigir el haz de láser que es generado por la unidad de láser a lo largo de vías o trayectorias predeterminadas en el material transparente (córnea) . En operación, el haz de láser es enfocado en un sitio focal en la lámina, y el sitio focal es entonces movido de acuerdo con un programa predeterminado de computadora . Aquí, el propósito es realizar el Rompimiento Óptico Inducido
por Láser (LIOB) sobre una superficie definida en el interior del material. Para un tipo de operación, la superficie será orientada sustancialmente paralela al eje. Para otro tipo de operación, la superficie será creada sustancialmente perpendicular al eje. En el caso anterior, (es decir, cuando la superficie es paralela al eje) los cortes que se originan a partir del LIOB podrían ser realizados ya sea sobre una superficie cilindrica curveada (es decir, cortes cilindricos) o sobre una superficie radial plana (es decir, cortes radiales) . Por supuesto, la naturaleza y alcance exacto de estos cortes estará en función de los parámetros particulares de corte que son entrados en la computadora. En el último caso (es decir, cuando la superficie es perpendicular al eje) el LIOB creará los así llamados "cortes de capa" . De esta manera en un panorama general, la presente invención considera cortes cilindricos, cortes radiales y cortes de capa. Para los cortes cilindricos (circulares u ovalados) y los cortes radiales, los parámetros de corte que son entrados a la computadora incluyen una ubicación un extremo distante de la superficie (ZdiStant)n- En la notación * (Zdistant) n* la letra "n" representa un número de 1 a "n" que identifica la superficie particular. Además de ( distant) m los parámetros de corte también incluyen una ubicación para un extremo próximo de la superficie (Zproximai) n, un radio "rn"
medido a partir del eje, y un ángulo azimutal "T" metido alrededor del eje a partir de una línea de base. Utilizando los parámetros de corte, los cortes radiales se originan del caso específico en donde el ángulo azimutal "T" es constante. Entonces, el radio "rn" puede ser variado a través de un intervalo aproximadamente de tres milímetros. Por otro lado, para los cortes cilindricos, el radio "rn" puede ser constante (para crear cortes cilindricos circulares) o variado a lo largo de una trayectoria elíptica (para crear cortes cilindricos ovalados) . De manera importante, con ambos de los cortes cilindricos y los cortes radiales, podría especificarse una pluralidad de superficies. Además, es muy importante que cada superficie cilindrica sea centrada en el eje, con las respectivas superficies cilindricas, de preferencia, separadas entre sí aproximadamente por 200 µ??. Para ambos de los cortes cilindricos y los cortes radiales, se prefiere que cada corte tenga un espesor aproximadamente de 2 µp\. Como se indicó con anterioridad, la presente invención también considera la creación de cortes de capa que son orientados sustancialmente perpendiculares al eje. Del mismo modo que los cortes cilindricos y radiales, los cortes de capa son creados al mover, de manera selectiva, el sitio focal de acuerdo con el programa predeterminado de computadora. Como es realizado para los parámetros de corte,
los parámetros de capa que definen porciones de la capa para LIOB necesitan ser entrados a la computadora. Para los cortes de capa, los parámetros de capa incluyen una ubicación axial para cada capa Zm, en donde "m" identifica la capa particular. Los parámetros de capa también incluyen un diámetro interior (di)m, y un diámetro exterior (d0)m, y un ángulo azimutal T medido alrededor del eje a partir de la línea de base. El resultado en este caso es el LIOB de material sobre una pluralidad de capas de forma anular con la lámina (córnea) . Nota: cuando el diámetro interior es cero (es decir, (di)m = 0) el corte de capa en realidad será de forma de disco. De manera importante, del mismo modo que los cortes cilindricos, cada capa es centrada sobre el eje. En forma similar a los cortes cilindricos y radiales, el LIOB del material para los cortes de capa origina una capa que tiene un espesor aproximadamente de 2 µp?. No obstante, a diferencia de los -cortes cilindricos, cuando es creada" una pluralidad de capas, las capas adyacentes sólo se encuentran aproximadamente a 10 µt? de distancia entre sí. Cuando el sistema y métodos de la presente invención son utilizados para la cirugía oftálmica de láser, es importante que los cortes cilindricos, los cortes radiales y los cortes de láser, si fueran realizados, necesitarían estar confinados dentro de un volumen operacional. De manera
específica, este volumen operacional es confinado dentro del estroma y se extiende justo por debajo de la cápsula de Bowman (por ejemplo, aproximadamente 80 µp\ por debajo de la cápsula de Bowman) hasta una profundidad igual aproximadamente al 90% de la - córnea (por ejemplo, aproximadamente 450 \im por debajo de la superficie anterior del ojo) . Además, el volumen operacional se extiende en el estroma a través de una distancia radial aproximadamente de cuatro milímetros. Será apreciado que los límites actuales del volumen operacional podrían variar, en forma ligera. Sin embargo, de manera importante, el LIOB no debe ocurrir en la cápsula de Bowman, ni el LIOB tiene que extenderse hacia la cámara anterior del .ojo. Breve Descripción de las Figuras Las nuevas características de esta invención, así como también la invención por sí misma, tanto en su estructura como en su operación, serán mejor entendidas a partir de las figuras que la acompañan, tomadas en conjunto con la descripción que la acompañan, en la cual los caracteres similares de referencia se refieren a partes similares, y en las cuales: La Figura 1 es una presentación esquemática del sistema de la presente invención mostrado en relación con la córnea de un ojo; La Figura 2 es una vista en corte transversal de la
córnea de un ojo; La Figura 3 es una gráfica lógica que muestra la relación de las etapas en la metodología para uso con la presente invención; La Figura 4 es una presentación esquemática de un volumen operacional de acuerdo con la presente invención que muestra parámetros para la creación descortés cilindricos; La Figura 5 es una presentación esquemática que muestra parámetros para la creación de cortes radiales; y La Figura 6 es una presentación esquemática de un volumen operacional de acuerdo con la presente invención que muestra parámetros para la creación de capas. Descripción Detallada de la Invención Con referencia inicial a la Figura 1, se muestra un sistema oftálmico de láser de acuerdo con la presente invención, y es designado, de manera general, con el número 10. Como se muestra, el sistema 10 incluye una computadora 12 que es conectada, en forma electrónica, con una unidad de láser 14. Para la presente invención, se pretende que la unidad de' láser 14 dirija un haz de láser a lo largo de una trayectoria de haz 16, para el enfoque del haz de láser en los puntos focales en el interior de la córnea 18 de un ojo de un paciente (no se muestra) . Se considera que el haz de láser será el así llamado láser "femtosecond" , y que la unidad de láser 14 será capaz de generar una secuencia de
impulsos de láser, en donde cada impulso en la secuencia tiene una duración que es menor aproximadamente de un picosegundo. Además, se considera que la unidad de láser 14 incluye dispositivos ópticos que enfocarán el láser "femtosecond" a los sitios focales en la córnea 18 para el Rompimiento Óptico Inducido por Láser (LIOB) del tejido en la córnea 18. De acuerdo con la presente invención, la computadora 12 es utilizada para controlar la operación de la unidad de láser 14, y esta operación será consistente con los parámetros específicos de entrada 20. Con referencia a la Figura 2, se muestra un corte transversal de una córnea 18 con un eje visual representativo 22. Aunque el eje visual 22 será único para cada córnea 18, no obstante, este puede ser identificado de manera precisa. De manera importante, para la cirugía oftálmica de láser, la operación del sistema 10 tiene que ser conducida con referencia eje visual 22. Por otro lado, para una lámina de material transparente (es decir, el material que no es la córnea 18) un eje similar al eje visual 22 puede ser identificado y definido con propósitos de operación. Como se muestra en la Figura 2, la presente invención contempla la identificación de un volumen operacional 24 que es completamente localizado dentro del estroma 26 de la córnea 18. En general, el volumen operacional 24 se extiende desde una distancia predeterminada
por debajo de la cápsula de Bowman 28 (por ejemplo, 8 milímetros) hasta una profundidad en el estroma 26 que es aproximadamente el 90% de la distancia entre la superficie anterior 30 y la superficie posterior 32 de la córnea 18 (por ejemplo, aproximadamente 450 milímetros) . Además, el volumen operacional 24 se extiende a través de una distancia radial 34 a partir del eje visual 22 que es igual aproximadamente a 400 milímetros. Como se indicó con anterioridad, es importante para propósitos de la cirugía oftálmica de láser que el volumen operacional 24 sea confinado al tejido dentro del estroma 26. Como será apreciado por la persona experta, el volumen operacional 24 en la córnea 18 es influenciado por la presión ejercida contra la córnea 18 por el fluido acuoso en la cámara anterior 36. OPERACIÓN Para la operación del sistema 10 de la presente invención, el bloque de acción 38 en la Figura 3 indica que la primera tarea que será realizada es la ubicación del eje 22. De manera específica, en el caso de la cirugía oftálmica de láser, el eje 22 será un eje visual. Por otro lado, para una lámina de material transparente (es decir, no el tejido), el eje 22 puede ser definido según se requiera. No obstante, normalmente el eje 22 será generalmente perpendicular a la lámina, y por lo tanto, similar a la orientación del eje visual 22 con relación a la córnea 18.
Una vez que la ubicación del eje 22 haya sido verificada por el sistema 10 (véase la consulta 40 en la Figura 3) , es necesario que la computadora 12 determine si los "cortes" o "capas" serán creados por el LIOB. Si la consulta 42 indicara que los "cortes" serán realizados, la computadora 12 recuperaría los parámetros adecuados de entrada 20 de acuerdo con el bloque de acción 44. En este caso, los parámetros de entrada 20 incluirán (Zdistant)n, (Zproximai) n el radio "rn" y un ángulo azimutal T. De manera específica, (Zdistant)n y (Zproximai)n son establecidos en diferentes distancias a partir de un mismo dato (véase la Figura 4) . Y el radio "rn" es seleccionado en una distancia a partir del eje 22, mientras que el ángulo azimutal T es medido alrededor del eje 22. Con estos parámetros de entrada 20, el sistema 10 puede realizar entonces el LIOB ya sea sobre los cortes cilindricos 46 (véase la Figura 4) o los cortes radiales 48 (véase la Figura 5) . En la Figura 4, los cortes cilindricos 46a y 46b son sólo de ejemplo. Para estos cortes cilindricos 46a y 46b, del mismo modo que con otros, cada uno tendrá su propia (Zdigtant)n y su propia (Zpr0Ximai) n · Como se indicó aquí, puede existir un número "n" de cortes cilindricos 46,. aunque todos deben estar centrados sobre el eje visual 22. De esta manera, los cortes 46 serán paralelos entre sí y también serán paralelos al eje 22. Si el radio "rn" fuera constante, los cortes cilindricos
46 serían cortes cilindricos circulares 46. Por otro lado, si el radio "rn" fuera variado a lo largo de una trayectoria ovalada, los cortes cilindricos 46 serían cortes cilindricos elípticos 46. Además, el ángulo azimutal T puede extenderse a través de un arco completo de 360° o puede ser dividido en segmentos deseados. Como se pretende para el sistema 10 de la presente invención, el ángulo azimutal T es medido a partir de una línea de base común 50 (véase la Figura 5) . Con referencia a la Figura 5, será apreciado que cuando un ángulo azimutal T constante es seleccionado y mantenido, mientras se permite que el radio "rn" cambie a través de un intervalo preseleccionado entre un radio interior "ri" y un radio exterior "rQ" , los cortes radiales 48 pueden ser creados. De manera específica, como se muestra en la Figura 5, el corte radial 48a es realizado en un ángulo azimutal ?2, y el corte radial 48b es realizado en un ángulo azimutal ?? . Regresando a la Figura 3 , la creación de los cortes cilindricos 46 y los cortes radiales 48 es conseguida de manera individual como se indica por el bloque de acción 52. Sin embargo, después de la creación de cada corte 46 ó 48, el sistema 10 determina si serán realizados los cortes adicionales 46 ó 48. Para hacer esto, la consulta 54 cuestiona, de manera específica, si todos los "n" cortes 46 ó 48 han sido realizados. Si no fuera así, el bloque de acción
56 disminuiría "n" y los bloques de acción 44 y 52 crearían un corte adicional 46 ó 48 de acuerdo con los parámetros restantes adecuados de entrada 20. De preferencia, en el caso de los cortes cilindricos 46, existirá una distancia de separación aproximadamente de 200 µp? entre los cortes adyacentes 46. Después que hayan sido realizados todos los cortes cilindricos 46 o los cortes radiales 48 deseados, la consulta 58 cuestiona si el sistema 10 requiere la creación de las capas 60 (véase la Figura 6) . Si no fuera así, la operación del sistema 10 sería finalizada. Por otro lado, si las capas 60 fueran a ser creadas, la operación del sistema 10 continuaría al bloque de acción 62 en donde parámetros adicionales de entrada 20 son entrados a la computadora 12. En este punto, se observará que si la consulta 42 hubiera indicado que no fueron realizados cortes cilindricos 46 o cortes radiales 48, la operación del sistema 10 tendría que haber continuado de manera directa hacia el bloque de acción 62 en este momento. En cualquier caso, los parámetros de entrada 20 para uso en la creación de las capas 60 incluyen una profundidad en el volumen operacional 24 "Zm", un diámetro interior (di)m, un diámetro exterior (d0)m, y una vez más, un ángulo azimutal T. En la Figura 6 , puede observarse que un "m" número de capas 60 puede ser creado. De manera específica, con una
profundidad "Zm" seleccionada, de manera individual, para cada capa 60, los diámetros -(di) m, y (d0)m también pueden ser seleccionados para crear la capa 60 como un anillo (es decir, di > 0) o como un disco (es decir, di = 0) . Después de la creación de cada capa 60, el sistema 10 determina si serán realizados capas adicionales 60. Para hacer esto, la consulta 66 cuestiona, de manera específica, si todas las "m" capas 60 han sido realizadas. Si no fuera así, el bloque de acción 68 disminuiría "n" y los bloques de acción 62 y 64 crearían una capa adicional 60 de acuerdo con los parámetros restantes adecuados de entrada 20. Además, del mismo modo que con los cortes 46 y 48 discutidos con anterioridad, el ángulo azimutal T para las capas 60 puede ser un arco completo de 360°, o podría estar en segmentos. De preferencia, la distancia de separación entre las capas adyacentes 60 será aproximadamente de 10 pm. Una vez que hayan sido creados todos los cortes cilindricos 46, los cortes radiales 48 y las capas 60 como se indicó para la presente invención, la operación del sistema 10 es finalizada. Mientras que el Control de Computadora para la Alteración Biomecánica de la. Córnea como se muestra y se describe en detalle en la presente es capaz de obtener por completo los objetivos y proporcionar las ventajas en la presente que son señaladas con anterioridad, se entenderá que
éste simplemente es ilustrativo de las modalidades actualmente preferidas de la invención y que no se pretende limitaciones a los detalles de interpretación o diseño en la presente que se muestran diferentes de los descritos en las reivindicaciones adjuntas. Se hace constar que con relación a esta fecha el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.