DISPOSITIVO PARA EL MECANIZADO PRECISO DE MATERIAL.

Dispositivo para el mecanizado preciso de material, en particular tejido orgánico,

con - un láser pulsado, en el que el láser proporciona longitudes de pulso entre 50 fs y 1 ps y una frecuencia de pulsos de 100 kHz a 1 MHz, si bien no de 100 kHz, teniendo un valor la energía de los pulsos de rayo láser individuales de 100 nJ a 5 μJ, - dispositivos de sujeción para el posicionamiento y/o la fijación del material que se ha de mecanizar y - un dispositivo de enfoque del rayo, que enfoca los pulsos de rayo láser en el interior del material, - en el que el láser pulsado y el dispositivo de enfoque del rayo están conformados de tal manera que los pulsos del rayo láser provocan en el foco dispuesto en el interior del material una fotodisrupción

La invención se refiere a un dispositivo para el mecanizado preciso de material y tejido, en particular un dispositivo láser para el mecanizado preciso, con precisión de micrómetros, de material orgánico, preferentemente un ojo.

En una valiosa contribución al estado de la técnica, en el documento de patente DE 197 46 483 de la solicitante se describe cómo, con precisión de micrómetros, en el mecanizado de amplia superficie de materiales con láser con gran diámetro de haz (mm – cm) se ablacionan, evaporan o funden cantidades de material macroscópicas (láser CO2, Nd:YAG, Excimer…).

En otra valiosa contribución al estado de la técnica, en el documento de patente DE 197 27 573 de la solicitante se describe un algoritmo de cómo un rayo láser puede ser desviado para conseguir un mecanizado lo mejor posible y los más preciso posible de material.

En el documento US 5, 656, 186 se describe un procedimiento para el mecanizado de material evitando al mismo tiempo o minimizando efectos secundarios dañinos (bordes fundidos, daño térmico, ondas de choque acústicas, conformación de grietas) por medio de la elección de una duración de pulsos especial dependiendo del material.

La acción de mecanizado del material del láser está limitada en este caso a la pequeña región espacial del foco del láser (típicamente algunos m3), en la que la intensidad de la luz es suficientemente alta para sobrepasar el umbral de rotura óptica. De modo localizado en este volumen de foco se destruye la cohesión del material, y se genera una burbuja de cavitación. Si se desvía el foco del láser para cada pulso del láser a una nueva posición, se pueden generar patrones de corte lineales, planos o tridimensionales. La distancia entre burbujas de cavitación contiguas se ha de corresponder al final del mecanizado aproximadamente con su diámetro, para que el material se pueda desprender mecánicamente de modo sencillo a lo largo de los cortes.

Los dispositivos láser existentes para el mecanizado de material con pulsos de láser de femtosegundos usan amplificadores regenerativos con tasas de repetición de hasta 15 kHz, con los que se amplifican pulsos individuales de un oscilador de femtosegundos. Mientras que el propio oscilador sólo proporciona energía de pulsos en el intervalo de nanojulios, los pulsos con un amplificador regenerativo pueden ser amplificados hasta una energía de pulso de algunos milijulios. Mientras que estas fuentes láser están indicadas para aplicaciones con tasas de erosión elevada por pulso de láser, no son óptimas para la aplicación descrita anteriormente para cortes de precisión.

Se conoce el hecho de usar este tipo de láser para cirugía refractiva de córnea. Las energías de pulso convencionales tienen un valor de 5 J a 10 J. Gracias a ello se generan burbujas de cavitación, cuyo diámetro tiene un valor de 10 m a 30 m. Por medio de estos tamaños de burbuja se ocasiona una microrugosidad del corte generado en el mismo orden de magnitud. Por otro lado se conocer que una microrugosidad en este orden de magnitud sólo permite resultados refractivos insatisfactorios.

En el documento US 5 993 438 se describe un procedimiento para el mecanizado de tejidos oculares. Los pulsos de rayo láser tienen una longitud de pulso entre 100 fs y 10 ns y una frecuencia de pulso de 0,1 kHz a 0,1 MHz, teniendo la energía un valor de 200 GW/cm2 con una longitud de pulso de 50 ps y un diámetro de foco de 10 micrómetros.

En el documento WO 01/54853 se describe un procedimiento y un dispositivo para el mecanizado de material. Los pulsos de rayo láser que presentan características similares a la de la reivindicación 1, se describen ahora conjuntamente con un mecanizado de la superficie.

En K. König et al., Optics Letters Vol. 26, Nº 11 (2011) se ha descrito cómo también con pulsos de nanojulios desde un oscilador de femtosegundos se pueden realizar cortes en el tejido. Puesto que en este caso, sin embargo, un único pulso láser no lleva a la conformación de una burbuja de cavitación, sino que son necesarios varios pulsos dispuestos en el mismo lugar para conseguir un efecto de corte, este procedimiento es adecuado sólo para figuras de corte muy finas en escala de micrómetros. Para el empleo industrial o médico no está indicada esta fuente láser.

El objetivo de la presente invención, así pues, es proporcionar un dispositivo para el mecanizado preciso de material, con el que se eviten las desventajas del estado de la técnica.

Este objetivo se consigue por medio del dispositivo de acuerdo con la reivindicación independiente. Otras configuraciones ventajosas están indicadas en las reivindicaciones dependientes.

En particular, el objetivo se consigue por medio de un dispositivo para el mecanizado preciso de material, en particular material orgánico, en el que este dispositivo genera en el material que se ha de mecanizar burbujas de cavitación cuyo diámetro es menos de 10 m. Para conseguir esto, se enfoca un rayo láser pulsado con una energía de menos de 5 J en un diámetro de foco de pocos m. Preferentemente, el diámetro del foco tiene un valor de aproximadamente 3 m, y la energía de pulso tiene un valor de 1 J. Además, el dispositivo se caracteriza porque por medio del uso de una tasa de repetición de pulso de más de 50 kHz se permite un mecanizado my rápido. Esto representa una gran ventaja, en particular, para la cirugía de córnea, ya que con ello se consigue un tiempo de operación de pocos segundos hasta aproximadamente 1 minuto.

El objetivo se consigue, además, por medio de un dispositivo para el mecanizado preciso de material, en particular material orgánico, que comprende un sistema láser pulsado con los parámetros descritos anteriormente como fuente de rayo, en el que por medio de un dispositivo de radiación con al menos un medio para la desviación de rayos se puede aplicar un rayo de trabajo de la fuente de rayos sobre el material, estando correlada la emisión de pulsos con la desviación de rayos, y comprendiendo el medio para el desvío de rayos medios para la liberación de pulsos láser. Por liberación se entiende en este caso que el láser se libera para un impulso láser, y el impulso láser se dispara tan pronto como el láser de modo correspondiente a su tasa de repetición máxima puede entregar de nuevo un impulso láser. Por correlación de la emisión de pulsos con la desviación del rayo se entiende, en particular, que la emisión de pulsos se puede realizar cuando el rayo se desvía en un punto determinado, es decir, la emisión de pulsos se controla, así pues, dependiendo de la desviación de rayos.

En una configuración especial, el objetivo mencionado previamente se consigue por medio de un dispositivo para el mecanizado preciso de material, en particular material orgánico, que comprende un sistema láser pulsado como fuente de rayos, teniendo la energía de la radiación un valor aproximadamente de 100 nJ a 10 J, preferentemente de 500 nJ a 5 J. La tasa de repetición de la radiación tiene en este caso un valor, preferentemente, de 50 khz a 1 MHz, prefiriéndose especialmente de 100 khz a 500 khz. El diámetro de foco de la radiación tiene un valor, en este caso, preferentemente, aproximadamente de 500 nm a 10 m, prefiriéndose especialmente de 3 m a 5 m. La duración del pulso de la radicación tiene un valor, preferentemente, aproximadamente de 100 fs a 1 ps, prefiriéndose especialmente de 200 fs a 500 fs.

Los medios para la conformación del rayo y/o para la desviación del rayo o bien, formulado de modo general, los sistemas de conformación y desviación del rayo pueden comprender microópticas de difracción o de refracción, u ópticas adaptativas o sistemas ópticos clásicos. Con elementos de difracción o de refracción, en este caso, se pueden reemplazar varios elementos ópticos clásicos o convencionales.

El dispositivo mencionado para el mecanizado preciso de material se emplea preferentemente para el tratamiento oftalmológico de ojos, en particular para la corrección de la ametropía de un ojo. El dispositivo se puede usar para el corte de un corte corneal o dentículo en la córnea para la corrección de la ametropía. Además de un corte del dentículo, con el dispositivo conforme a la invención se pueden generar en córnea estructuras de refracción, por ejemplo en forma de spots dispuestos uno junto a otro o una nube de puntos.

Del mismo modo se... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo para el mecanizado preciso de material, en particular tejido orgánico, con

- un láser pulsado, en el que el láser proporciona longitudes de pulso entre 50 fs y 1 ps y una frecuencia de pulsos de 100 kHz a 1 MHz, si bien no de 100 kHz, teniendo un valor la energía de los pulsos de rayo láser individuales de 100 nJ a 5 J,

- dispositivos de sujeción para el posicionamiento y/o la fijación del material que se ha de mecanizar y

- un dispositivo de enfoque del rayo, que enfoca los pulsos de rayo láser en el interior del material,

- en el que el láser pulsado y el dispositivo de enfoque del rayo están conformados de tal manera que los pulsos del rayo láser provocan en el foco dispuesto en el interior del material una fotodisrupción.

2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que están previstos otros dispositivos de rayos para la conformación de rayos y/o el guiado de rayos y/o el desvío de rayos.

3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 2, en el que los dispositivos de rayos se pueden programar.

4. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 3, en el que por medio de los dispositivos de rayos se pueden aplicar los pulsos de rayos láser en formas que se pueden predeterminar geométricamente en el transcurso temporal que se puede predeterminar en el material.

5. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 4, en el que los pulsos del rayo láser se pueden aplicar por medio del dispositivo de desvío de rayos sobre el material, y durante eso se puede modificar la frecuencia del pulso.

6. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el láser es un láser de fibras.

7. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el láser es un láser de disco.

8. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el láser es una combinación de oscilador de láser de fibras y amplificador de láser de disco.