ES2252144T3

ES2252144T3 - Sistema de emision de haz y de deteccion del movimiento del ojo.

Info

Publication number: ES2252144T3
Application number: ES01200934T
Authority: ES
Inventors: Rudolph W. Frey; James H. Burkhalter; Gary P. Gray; George R. Downes, Jr.; John E. Mcwhirter; Neil Zepkin
Original assignee: Alcon RefractiveHorizons LLC
Current assignee: Alcon RefractiveHorizons LLC
Priority date: 1994-04-25
Filing date: 1995-04-18
Publication date: 2006-05-16
Anticipated expiration: 2015-04-18
Also published as: US6626896B2; IL113356A; US6626897B2; US6302879B1; CA2188040A1; JP3623233B2; US20010016734A1; WO1995028989A1; EP0757579A4; US5980513A; ATE308292T1; EP1147753A3; US6626894B2; US6626898B2; US6626893B2; EP1147753A2; ZA953143B; US6626895B2; IL113356A0; US6451008B1

Abstract

Sistema (5) de emisión de haz y de detección del movimiento del ojo que comprende un láser de tratamiento (500) para generar luz láser a lo largo de una trayectoria de haz (502) a un nivel de energía apropiado para erosionar una superficie del ojo (10); un sensor (100) para detectar el movimiento de la superficie del ojo y para generar una señal de control indicativa del movimiento; una óptica (300) de ajuste del ángulo de haz sensible a la señal de control del sensor (100) para modificar la trayectoria (502) del haz en respuesta al movimiento de la superficie del ojo; y un medio (520) de ajuste de la trayectoria del haz que puede operar dentro de la trayectoria (502) del haz para desplazar lateralmente la trayectoria (502) del haz de su trayectoria original (502) sobre una trayectoria diferente (528b), siendo sensible la cantidad de desplazamiento lateral (X, Y) a un patrón específico, patrón que proporciona un cambio de forma deseado en la superficie; caracterizado porque el medio de ajuste de la trayectoria del haz mantiene una dirección de propagación paralela a la de la trayectoria original (502).

Description

Sistema de emisión de haz y de detección del movimiento del ojo.

La presente solicitud de Patente está pendiente de resolución junto con la solicitud de Patente relacionada, con el título "Sistema y Procedimiento de Esculpir con Láser" (WO 9528890) solicitada en la misma fecha y titularidad de un común cesionario como sujeto de la solicitud de Patente.

Campo de la invención

La invención se refiere en general al campo de los sistemas láser, y más concretamente a un sistema láser utilizado para erosionar una superficie en movimiento como por ejemplo el tejido de la córnea de un ojo.

Antecedentes de la invención

En la técnica es conocido el empleo de láseres para erosionar todo o una porción de una superficie de una pieza de trabajo. En el campo de la medicina oftalmológica, la queratectomía fotorreactiva (PRK) es un procedimiento para la corrección de las deficiencias de enfoque del ojo mediante la modificación de la curvatura de la córnea. El procedimiento PRK es diferente del empleo de los dispositivos basados en láser con fines quirúrgicos oftalmológicos más tradicionales, como por ejemplo el corte de tejido o la coagulación térmica. El procedimiento PRK se lleva normalmente a cabo mediante el empleo de un haz de láser de excímeros con una longitud de onda de 193 nanómetros que extirpa la pieza de trabajo, esto es, el tejido corneal, en un proceso de fotodescomposición. La mayoría del trabajo clínico en este sentido se ha llevado a cabo con un láser operativo a un nivel de fluencia de 120-195 mJ/cm^{2} y una cadencia de repetición de impulsos de aproximadamente 5-10 Hz. El procedimiento ha sido designado como "esculturado corneal".

Antes de que tenga lugar el esculturado de la córnea, el epitelio o la cara exterior de la córnea es mecánicamente retirada para dejar al descubierto la membrana de Bowman sobre la superficie anterior del estroma. En este punto, puede comenzar la extirpación por láser en la capa de Bowman. En este procedimiento es preferente un haz de láser de excímeros. El haz puede estar enmascarado de diversas formas durante la extirpación para retirar el tejido corneal a profundidades variables según lo necesario para contornear el estroma anterior. Después de ello, el epitelio rápidamente recrece y recubre el área contorneada, obteniéndose una córnea ópticamente correcta (o mucho más próxima a dicha corrección óptica). En algunos casos, un colgajo de la córnea es replegado lateralmente y la superficie al descubierto del estroma de la córnea es extirpada en la forma superficial deseada reemplazándose entonces el colgajo superficial.

La queractectomía fototerapéutica (PTK) es un procedimiento que implica un instrumental funcionalmente idéntico al instrumental requerido para la PRK. El procedimiento PTK difiere del procedimiento PRK en que más que remodelar la córnea, el PTK utiliza el láser de excímeros mencionado para tratar las distrofias corneales superficiales, las cuales podrían en otro caso requerir transplantes corneales.

En ambos procedimientos, los errores quirúrgicos debidos a la aplicación del tratamiento por láser durante el movimiento involuntario del ojo puede degradar el resultado refractivo de la intervención quirúrgica. El movimiento del ojo o el posicionamiento del ojo es crítico ya que el tratamiento por láser se centra en el eje geométrico visual teórico del paciente el cual, hablando en términos prácticos, es aproximadamente el centro de la pupila del paciente. Sin embargo, este eje visual es difícil de determinar debido en parte al movimiento residual del ojo y al movimiento involuntario del ojo conocido como movimiento de sacudida ocular. El movimiento de sacudida ocular es un movimiento de alta velocidad (esto es, de muy corta duración, de 10 a 20 milisegundos, y típicamente hasta 1º de rotación ocular) inherente a la visión humana y se utiliza para proporcionar escenario dinámico a la retina. El movimiento de sacudida ocular del ojo, aunque pequeño de amplitud, varía en gran medida de paciente a paciente debido a efectos psicológicos, a la bioquímica corporal, a las condiciones de iluminación quirúrgica, etc. Así, aún cuando un cirujano pueda advertir cierto movimiento ocular y pueda normalmente detener o reiniciar un láser de tratamiento mediante el accionamiento de un conmutador manual, el periodo de tiempo para la reacción del cirujano no es lo suficientemente rápido para desplazar el láser de tratamiento en correspondencia con el movimiento del ojo.

El documento WO-A-9316631 divulga un sistema de escaneo y detección para una cirugía de láser corneal como en la primera parte de la reivindicación 1.

Sumario de la invención

De acuerdo con ello, es un objeto de la presente invención proporcionar un sistema de haz láser y de detección del movimiento del ojo que se utilice en conjunción con un sistema láser capaz de erosionar una superficie.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un sistema para emitir un láser de tratamiento para que incida sobre una superficie y para redirigir automáticamente el láser de tratamiento para compensar el movimiento de la superficie.

Otro objeto adicional de la presente invención es proporcionar un sistema para emitir un haz láser de extirpación corneal para que incida sobre la superficie de ojo a base de un patrón determinado alrededor del centro óptico del ojo, y para redirigir automáticamente el haz de láser de extirpación corneal para compensar el movimiento del ojo de forma que el patrón de extirpación resultante sea el mismo con independencia del movimiento del ojo.

Otro objeto adicional de la presente invención es proporcionar un sistema de emisión de haz y de detección del movimiento del ojo para su uso en un láser de tratamiento oftálmico en el que la operación de detección detecta el movimiento del ojo de una forma no intrusiva.

Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar un sistema de emisión de haz y de detección del movimiento del ojo para emitir y mantener un haz láser de extirpación corneal con respecto al centro geométrico de la pupila de un ojo o una desviación definida por el doctor respecto del centro de la pupila del ojo.

Otros objetos y ventajas de la presente invención se pondrán de manifiesto de forma más sensible, a continuación en la memoria descriptiva y los dibujos.

De acuerdo con la presente invención, se proporciona un sistema de haz y de detección del movimiento del ojo de acuerdo con la reivindicación 1. Un láser de tratamiento y su óptica de proyección genera una luz láser a lo largo de una trayectoria del haz original (esto es, el eje óptico del sistema) a un nivel de energía apropiado para el tratamiento del ojo. Un trasladador óptico cambia la trayectoria del haz original de acuerdo con un patrón de escaneo específico de forma que el haz original es desviado sobre una trayectoria resultante del haz que es paralela a la trayectoria original del haz. Un ajustador angular óptico cambia el ángulo de la trayectoria resultante del haz respecto de la trayectoria original del haz, de forma que la luz láser incida sobre el ojo.

Un sensor del movimiento del ojo detecta las cantidades mensurables del movimiento del ojo con respecto al eje óptico del sistema y a continuación genera unas señales de control de errores indicativas del movimiento. El sensor del movimiento del ojo incluye: 1) una fuente de luz para generar una energía de luz que no sea dañina para el ojo, 2) una disposición de emisión óptica para emitir la energía de luz en una trayectoria de emisión de luz hasta el ajustador angular óptico en una relación paralela con la trayectoria del haz resultante del láser de tratamiento, y 3) una disposición de recepción óptica. La relación paralela entre la trayectoria de emisión de luz del sensor del movimiento del ojo y la trayectoria del haz resultante del láser de tratamiento se mantiene mediante el ajustador angular óptico. De esta forma, la luz del láser de tratamiento y la energía de la luz del sensor del movimiento del ojo son incidentes sobre el ojo en su relación paralela.

Una porción de la energía de luz del sensor del movimiento del ojo es reflejada desde el ojo como energía reflejada que se desplaza a lo largo de una trayectoria de luz reflejada de retorno a través del ajustador angular óptico. La disposición de recepción óptica detecta la energía reflejada y genera las señales de control de errores en base a la energía reflejada. El ajustador angular óptico es sensible a las señales de control de errores para cambiar la trayectoria del haz resultante del láser de tratamiento y de la trayectoria de luz del sensor del movimiento del ojo en mutua correspondencia. De esta forma, el haz que se origina desde el láser de tratamiento y la energía de luz que se origina a partir del sensor del movimiento del ojo siguen el mismo curso del movimiento del ojo.

Al desarrollar esta técnica, el patrón determina los emplazamientos de superposición, pero no coaxiales, de extirpación, retirando con cada impulso un microvolumen de material mediante extirpación o erosión. Para diferentes profundidades, se repite un patrón sobre aquellas áreas donde se necesita una extirpación incrementada. Los impulsos láser normalmente se producen a una determinada cadencia de repetición de los impulsos. Los impulsos subsecuentes en una secuencia están separados al menos por una anchura de haz de un impulso respecto del impulso anterior y a una distancia en la que las partículas extirpadas no interfieran sustancialmente con el impulso subsecuente. Con el fin de potenciar al máximo la velocidad de la extirpación, el impulso subsecuente tiene una separación lo suficientemente próxima para permitir que el haz sea desplazado hasta el emplazamiento sucesivo dentro del tiempo de la repetición del impulso. La extirpación se desarrolla sobre un objeto hasta que se obtiene una forma específica deseada.

Esta técnica es fundamentalmente nueva y puede ser utilizada sobre objetos distintos de las córneas.

Breve descripción de los dibujos

La Fig. 1 es un diagrama de bloques de un sistema de emisión de haz y de detección del movimiento del ojo de acuerdo con la presente invención como se utilizaría en conjunción con un láser de tratamiento oftálmico;

la Fig. 2 es una vista en sección de la óptica de proyección utilizada con la forma de realización del láser de tratamiento oftálmico de la porción de emisión de láser de la presente invención;

la Fig. 3 ilustra de forma diagramática una disposición óptica de espejos utilizada para producir los cambios traslacionales del haz de luz a lo largo de un eje geométrico;

la Fig. 4 es un diagrama de bloques de la circuitería del accionador del servorregulador/motor utilizadas en la forma de realización del láser de tratamiento oftálmico de la presente invención; y

la Fig. 5 es un diagrama de bloques de un sensor del movimiento del ojo de una forma de realización preferente utilizado en la forma de realización del láser de tratamiento oftálmico de la presente invención.

Descripción detallada de la invención

Con referencia a los dibujos, y más concretamente a la Fig. 1, en ella se muestra un diagrama de bloques de un sistema de emisión de haz y de detección del movimiento del ojo designado genéricamente mediante la referencia numeral 5. La porción de emisión de haz láser del sistema 5 incluye una fuente de láser de tratamiento 500 una óptica de proyección 510, una óptica 500 de espejos de traslación X-Y, un controlador 530 de traslación del haz, un divisor dicroico 200 del haz, y una óptica 300 de espejos de ajuste angular del haz. A modo de ejemplo, se presumirá que el láser de tratamiento 500 es un láser de excímeros con una longitud de onda de 193 nanómetros utilizado en un procedimiento oftálmico PRK (o PTK) llevado a cabo sobre una pieza de trabajo amovible, por ejemplo, el ojo 10. Sin embargo, debe entenderse que el procedimiento y el sistema de la presente invención se aplicarán igualmente también en piezas de trabajo amovibles distintas de un ojo, y también en láseres de tratamiento superficial o de erosión superficial con distintas longitudes de onda. Los impulsos láser son distribuidos en forma de ráfagas sobre el área que va a extirparse o a erosionarse, preferentemente en una secuencia distribuida. Un impulso láser único de suficiente potencia para provocar la extirpación crea una micronube de partículas extirpadas que interfiere con el siguiente impulso láser si se sitúa en el mismo o inmediato punto. Para impedir esta interferencia el impulso láser siguiente se distribuye espacialmente hasta un segundo punto de erosión o extirpación que esté situado a la suficiente distancia para evitar la nube de partículas extirpadas. Una vez que la nube se ha disipado, se efectúa otro impulso láser adyacente al área anterior erosionada de forma que después de que el patrón de ráfagas se ha completado las ráfagas acumuladas llenan y completan dicho patrón de forma que se obtiene la forma deseada del objeto o córnea.

En funcionamiento, la porción de emisión del haz del sistema 5, la fuente láser 500 produce un haz láser 502 que incide sobre la óptica de proyección 510. La óptica de proyección 510 ajusta el diámetro y la distancia para el enfoque del haz 502 dependiendo de las exigencias del concreto procedimiento que se está llevando a cabo. En el ejemplo ilustrativo de un láser de excímeros utilizado en el procedimiento PRK o PTK, la óptica de proyección 510 incluye una lente cóncava plana 512 y unas lentes de enfoque fijas 512 y 516 como se muestra en la vista en sección de la Fig. 2. Las lentes 512 y 514 actúan conjuntamente para constituir un telescopio focal-A que expande el diámetro del haz 502. La lente 510 de foco fijo enfoca el haz expandido 502 en la pieza de trabajo, esto es, el ojo 10, y proporciona la suficiente profundidad indicada mediante la flecha 518 en el plano del foco de la lente 516. Esto proporciona flexibilidad en el emplazamiento de la óptica de proyección 510 con respecto a la superficie de la pieza de trabajo. Una realización alternativa es eliminar la lente 514 cuando puede tolerarse una menor flexibilidad.

Después de salir de la óptica de proyección 510, el haz 502 incide sobre la óptica 520 de espejos de traslación X-Y donde el haz 502 es trasladado o desviado independientemente a lo largo de cada uno de los dos ejes de traslación ortogonales bajo el mando del controlador 530 de traslación del haz. El controlador 530 es típicamente un procesador programado con una serie predeterminada de traslaciones o desviaciones de dos dimensiones del haz 502 dependiendo del concreto procedimiento oftálmico que se está llevando a cabo. Para el ejemplo ilustrativo del láser de excímeros utilizable en un procedimiento PRK o PTK, el controlador 530 puede ser programado de acuerdo con la solicitud de Patente pendiente con la actual, anteriormente mencionada WO 9528890. Las desviaciones programadas del haz 502 son ejecutadas por la óptica 520 de espejos de traslación X-Y.

Cada eje X e Y de traslación es independientemente controlado por un espejo de traslación. Como se muestra de forma diagramática en la Fig. 3, el funcionamiento del eje de traslación Y de la óptica 520 de espejos de traslación X-Y se ejecuta utilizando el espejo de traslación 522. El espejo de traslación 522 es amovible entre la posición mostrada y la posición indicada mediante la línea de puntos 526. El desplazamiento del eje de traslación 522 es tal que el ángulo del haz de salida con respecto al haz de entrada permanece constante. Dicho movimiento se consigue mediante el accionamiento del medio motor y de control 525 de los espejos de traslación mediante las entradas recibidas procedentes del controlador 530 de traslación del haz. A modo de ejemplo, el medio motor y de accionamiento del medio motor y de control 525 puede llevarse a cabo con un motor de Trilogy Systems Corporation (por ejemplo el modelo TO50) y un tablero de control de Delta Tau Systems (por ejemplo, el modelo 400-602276 PMAC).

Con el espejo de traslación 522 situado según lo mostrado, el haz 502 recorre la trayectoria trazada por la línea 528a. Con el espejo de traslación 522 situado a lo largo de la línea de puntos 526, el haz 502 recorre la trayectoria trazada por la línea de puntos 528b. Un espejo de traslación similar (no mostrado) se utilizaría para el funcionamiento de la traslación del eje X. Funcionamiento de la traslación del eje X se lleva a cabo de la misma forma pero es ortogonal a la traslación del eje Y. La traslación X puede llevarse a cabo antes o subsecuentemente a la operación de traslación de Y.

La porción de detección del ojo del sistema 5 incluye un sensor 100 del movimiento del ojo, un divisor dicroico 200 del haz y una óptica 300 de espejos de ajuste angular del haz. El sensor 100 determina la cantidad de movimiento del ojo y utiliza la misma para ajustar los espejos 310 y 320 para la detección siguiendo la trayectoria de dicho movimiento del ojo. Para hacer esto, el sensor 100 primeramente transmite la energía de luz 101-T que ha sido seleccionada para transmitir a través del divisor dicroico 200 del haz. Al mismo tiempo, después de experimentar la traslación del haz de acuerdo con el concreto procedimiento de tratamiento, el haz 502 incide sobre el divisor dicroico 200 del haz que ha sido seleccionado para reflejar el haz 502 (por ejemplo un haz láser con una longitud de onda de 193 nanómetros) a la óptica 300 de espejos de ajuste angular del haz.

La energía de luz 101-T se alinea de forma que sea paralela al haz 502 cuando incide sobre la óptica 300 de espejos de ajuste del ángulo del haz. Debe entenderse que el término "paralelo", tal como se utiliza en la presente memoria, incluye la posibilidad de que la energía de luz 101-T y el haz 502 puedan ser coincidentes o colineares. Tanto la energía de luz 101-T como el haz 502 están ajustados en correspondencia mutua mediante la óptica 300. En consecuencia la energía de luz 101-T y el haz 502 retienen su relación paralela cuando inciden sobre el ojo 10. Debido a que la óptica 520 de los espejos de traslación X-Y desvía la posición del haz 502 en traslación independientemente de la óptica 300, la relación paralela entre el haz 502 y la energía de luz 101-T se mantiene a lo largo del concreto procedimiento oftálmico.

La óptica de espejos de ajuste del ángulo del haz consiste en unos espejos 310 y 320 que rotan independientemente. El espejo 310 puede rotar alrededor del eje 312 como se indica mediante la flecha 314 y mientras que el espejo 320 puede rotar alrededor del eje 322 como se indica mediante la flecha 324. Los ejes 312 y 322 son ortogonales entre sí. De esta forma, el espejo 310 es capaz de barrer la energía de luz 101- T y el haz 502 en un primer plano (por ejemplo de elevación) mientras que el espejo 320 es capaz de barrer independientemente la energía de luz 101-T y el haz 502 en un segundo plano (por ejemplo, el azimut) que sea perpendicular al primer plano. Tras salir de la óptica 300 de espejos de ajuste del ángulo del haz, la energía de luz 101-T y el haz 502 inciden sobre el ojo 10.

El desplazamiento de los espejos 310 y 320 se lleva típicamente a cabo con unos accionadores 316 y 326, respectivamente del servorregulador/motor. La Fig. 4 es un diagrama de bloques de una forma de realización preferente de un accionador del servorregulador/motor utilizado para el ejemplo de tratamiento ilustrativo PRK/PTK. (la misma estructura se utiliza para el accionador del servorregulador/motor). En general, los accionadores 316 y 326 deben ser capaces de reaccionar rápidamente cuando el error medido por el sensor de movimiento del ojo 100 es grande, y así mismo debe proporcionar una muy alta ganancia a partir de frecuencias muy bajas (cc) hasta aproximadamente 100 radianes por segundo para eliminar virtualmente el error de estado estable y el error de estado transitorio.

Más concretamente, el sensor 100 del movimiento del ojo proporciona una medida del error entre el centro de la pupila (o una desviación desde el centro de la pupila que el doctor haya seleccionado) y la posición donde el ojo 310 esté apuntado. El sensor de posición 3166 se dispone para medir directamente la posición del eje motriz (no mostrado) del motor 3164 del galvanómetro. La salida del sensor de posición 3166 es diferenciada en el del diferenciador 3168 para proporcionar la velocidad del eje motriz del motor 3164. Esta velocidad es sumada con el error del sensor 100 del movimiento del ojo. La suma es integrada en el integrador 3160 e introducida en el amplificador de corriente 3162 para accionar el motor 3164 de galvanómetro. Cuando el eje motriz del motor 3164 hace girar el espejo 310, el error que el sensor 100 del movimiento del ojo mide decrece hasta una cantidad despreciable. El retroceso de velocidad a través del sensor de posición 3166 y del diferenciador 3168 proporciona al accionador del servorregulador/motor 3116 la capacidad de reaccionar rápidamente cuando el error del sensor medido es grande.

La energía de luz reflejada por el ojo 10, según designa mediante la referencia numeral 101-R, se desplaza retrocediendo a través de la óptica 310 y del divisor 200 del haz para su detección en el sensor 100. El sensor 100 determina la cantidad de movimiento del ojo en base a los cambios de la energía de la reflexión 101-R. Las señales de control del error indicativas de la cantidad de movimiento del ojo vuelven a pasar por el sensor 100 hasta la óptica 300 de espejos de ajuste del ángulo del haz. Las señales de control del error gobiernan el movimiento o realineación de los espejos 310 y 320 en un esfuerzo para accionar las señales del error hasta 0. Al hacerlo, la energía de luz 101-T y el haz 502 son desplazados en correspondencia con el movimiento del ojo mientras que la posición real del haz 502 con respecto al centro de la pupila es controlada por la óptica 320 de espejos de traslación X-Y.

Con el fin de aprovechar las propiedades del divisor 200 del haz, la energía de luz 101-T debe tener una longitud de onda diferente del haz 502 del láser de tratamiento. La energía de luz debe preferentemente situarse fuera del espectro visible para no interferir u obstruir la visión del ojo 100 por parte del cirujano. Así mismo si la presente invención va a utilizarse en procedimientos quirúrgicos oftálmicos, la energía de luz 101-T debe ser "de ojo seguro", como se define por el Instituto Americano de Estándares Nacionales [American National Standars Institute] (ANSI). Aunque una diversidad de longitudes de onda luminosas satisfacen los anteriores requisitos, a modo de ejemplo, la energía de luz 101-T es una energía de luz infrarroja en la región de longitud de ondas de 900 nanómetros. La luz de esta región se ajusta a los criterios anteriormente expuestos y así mismo puede disponerse de ellos en fuentes fácilmente disponibles, económicamente suministrables. Una fuente de luz del tipo indicado es un láser con un cadencia de repetición de altos impulsos GaAs de 905 nanómetros que opera a 4 kHz el cual produce un impulso de seguridad ocular definido por el ANSI de 10 nanojulios en un impulso de 50 nanosegundos.

Un procedimiento preferente para determinar la cantidad de movimiento del ojo, así como el sensor 100 del movimiento del ojo para llevar a cabo dicho procedimiento, se describe con detalle en la solicitud indicada. Sin embargo, a los fines de una descripción completa, el sensor 100 se describirá brevemente con la ayuda del diagrama de bloques mostrado en la Fig. 2. El sensor 100 puede estar dividido en una porción de emisión y una porción de recepción. Esencialmente, la porción de emisión proyecta una energía de luz 101-T en forma de ráfagas de luz 21, 22, 23 y 24 sobre un límite (por ejemplo el límite 14 iris/pupila) sobre la superficie del ojo 10. La porción de recepción controla la energía de luz 101-R en forma de reflejos ocasionados por las ráfagas de luz 21, 22, 23 y 24.

En el momento de su emisión las ráfagas 21 y 23 están enfocadas y situadas sobre el eje 25 mientras que las ráfagas 22 y 24 están enfocadas y situadas sobre el eje 26 de acuerdo con lo mostrado. Los ejes 25 y 26 son ortogonales entre sí. Las ráfagas 21, 22, 23 y 24 están enfocadas para incidir y situarse separadas uniformemente alrededor del límite 14 iris/pupila. Las cuatro ráfagas 21, 22, 23 y 24 son de una energía equivalente y están separadas uniformemente alrededor y sobre el límite 14 iris/pupila. Este emplazamiento proporciona una detección del movimiento de dos ejes del siguiente modo: cada ráfaga de luz 21, 22, 23 y 24 provoca una cierta cantidad de reflexión al nivel de su posición sobre el límite 14 del iris/pupila. Dado que el límite 14 se desplaza de forma coincidente con el movimiento del ojo, la cantidad de reflexión derivada de las ráfagas de luz 21, 22, 23 y 24 cambia de acuerdo con el movimiento del ojo. Mediante la separación de cuatro ráfagas uniformes alrededor de la geometría limítrofe circular, el movimiento del ojo horizontal o vertical es detectado mediante cambios en la cantidad de reflexión procedente de pares de ráfagas adyacentes. Por ejemplo, el movimiento horizontal del ojo es controlado comparando la reflexión combinada derivada de las ráfagas de luz 21 y 24 con la reflexión combinada derivada de las ráfagas de luz 22 y 23. De forma similar, el movimiento vertical del ojo es controlado comparando la reflexión combinada derivada de las ráfagas de luz 21 y 22 con la reflexión combinada derivada de las ráfagas de luz 23 y 24. Más concretamente, la porción de emisión incluye un láser 102 de diodo pulsado de 905 nanómetros que transmite luz mediante una fibra óptica 104 hasta un montaje de fibra óptica 105 que divide y retarda cada impulso procedente del láser 102 en preferentemente cuatro impulsos de igual energía. El montaje 105 incluye un divisor óptico 106 de uno a cuatro que emite una señal de salida de cuatro impulsos de igual energía hacia el interior de las fibras ópticas 108, 110, 112, 114. Con el fin de utilizar un único procesador para procesar las reflexiones ocasionadas por cada impulso transmitido por las fibras 108, 110, 112, y 114, cada impulso es retardado de forma singular mediante una línea de retardo óptico 109, 111, 113, y 115 de cada fibra respectiva. Por ejemplo, la línea de retardo 109 ocasiona un retardo de 0, esto es, RETARDO=Ox donde x es el incremento de retardo; la línea de retardo 111 provoca un retardo de x, esto es, RETARDO=1x; etc.

La frecuencia de repetición de impulsos y el incremento de retardo x son elegidos de forma que la cadencia de datos del sensor 100 sea mayor que la velocidad del movimiento que interesa. En términos de movimiento de sacudida ocular, la cadencia de datos del sensor 10 debe situarse dentro del orden de al menos varios cientos de hertzios. Por ejemplo, una cadencia de datos del sensor de aproximadamente 4 kHz se obtiene mediante 1) seleccionar un valor pequeño pero suficiente de x para posibilitar que el procesador 160 maneje los datos (por ejemplo, 160 nanosegundos), y 2) seleccionar que el tiempo entre impulsos procedentes del láser 102 sea de 250 microsegundos (esto es, el láser 102 es pulsado a una cadencia de 4 kHz).

El montaje 105 de salida de cuatro impulsos de igual energía a través de las fibras ópticas 116,118, 120, y 122 está configurado como un manojo 123 de fibras ópticas. El manojo 123 dispone las fibras ópticas de forma que el centro de cada fibra forma la esquina de un cuadrado. La luz procedente del montaje 105 es pasada a través de un polarizador óptico 124 que emite haces de luz horizontalmente polarizados como se indica mediante la flecha 126. Los haces de luz 126 horizontalmente polarizados pasan a la óptica de enfoque 130 donde la separación entre los haces 126 se ajusta en base al límite de que interesa. Adicionalmente, un dispositivo de zoom (no mostrado) puede incorporarse para posibilitar el ajuste del tamaño del patrón conformado por las ráfagas 21, 22, 23 y 24. Este dispositivo posibilita que el sensor 100 se adapte a los diferentes pacientes, límites etc.

Un cubo de polarización 140 separador de haces recibe unos haces 126 de luz horizontalmente polarizados procedentes de la óptica de enfoque 130. El cubo 140 está configurado para transmitir una polarización horizontal y una polarización de reflejo vertical. De acuerdo con ello, el cubo 140 transmite únicamente unos haces de luz 126 horizontalmente polarizados, como se indica mediante la flecha 142. Así, es únicamente una luz horizontalmente polarizada la que incide sobre el ojo 10 en forma de ráfagas 21, 22, 23 y 24. Tras la reflexión procedente del ojo 10, la energía de luz es despolarizada (esto es, tiene tanto componentes horizontales como verticales de polarización) como se indica mediante las flechas cruzadas 150.

La primera porción de recepción dirige el componente vertical de la luz reflejada como se indica mediante la flecha 152. Asi, el cubo 140 sirve para separar la energía de luz transmitida procedente de la energía de luz reflejada para su medición precisa. La porción verticalmente polarizada de la reflexión procedente de las ráfagas 21, 22, 23 y 24 , es pasada a través de la lente convergente 154 para su representación en imagen sobre un detector 156 de rayos infrarrojos. El detector 156 pasa su señal al circuito 158 de detección de los valores máximos de transmisión simultánea que es esencialmente una pluralidad de circuitos de muestra y retención de valores máximos, varios de los cuales son bien conocidos en la técnica. El circuito 158 está configurado para enviar muestras (y retener los valores máximos desde) al detector 156 de acuerdo con la frecuencia de repetición de impulsos del láser 102 y del retardo x. Por ejemplo, si la frecuencia de repetición de impulsos del láser 102 es 4 kHz, el circuito 158 reúne las reflexiones procedentes de las ráfagas 21, 22, 23 y 24 cada 250 microsegundos.

Los valores asociados con la energía reflejada para cada grupo de cuatro ráfagas, (esto es cada impulso del láser 102) son pasados a un procesador 160 donde son determinados los componentes horizontales y verticales del movimiento del ojo. Por ejemplo, supóngase que R_{21}, R_{22}, R_{23}, y R_{24}, representan la cantidad detectada de reflexión procedente de un grupo de ráfagas 21, 22, 23, y 24 respectivamente. Una magnitud cuantitativa de movimiento horizontal se determina directamente a partir de la relación normalizada:

\vskip1.000000\baselineskip

(1)\frac{(R_{2} + R _{24}) - (R_{22} + R _{23})}{R_{21} + R _{22} + R_{23} + R _{24}}

\newpage

mientras que una magnitud cuantitativa del movimiento vertical se determina directamente a partir de la relación normalizada

(2)\frac{(R_{21} + R _{22}) - (R_{23} + R _{24})}{R_{21} + R_{22} + R_{23} + R _{24}}

Nótese que la normalización (esto es, la división por R_{21} + R _{22} + R_{23} + R_{24}) reduce los efectos de las variaciones respecto de la resistencia de la señal. Una vez determinadas las magnitudes medidas del movimiento del ojo son enviadas a una óptica 300 de espejos de ajuste del ángulo del haz.

Las ventajas de la presente invención son numerosas. El movimiento del ojo es medido cuantitavamente y utilizado para redirigir automáticamente tanto la emisión de láser y las porciones de detección del movimiento del ojo del sistema independientemente del mecanismo de posicionamiento del láser. El sistema opera sin interferir con el concreto láser de tratamiento o con el desarrollo por parte del cirujano del tratamiento del ojo.

Aunque la invención ha sido descrita con respecto a una forma de realización específica de la misma existen numerosas variaciones y modificaciones que resultarán fácilmente asequibles para los expertos en la materia a la luz de las enseñanzas expuestas. Debe, por consiguiente, entenderse que dentro del ámbito de las reivindicaciones adjuntas, la invención puede llevarse a la práctica de forma distinta de la específicamente descrita.

Claims

1. Sistema (5) de emisión de haz y de detección del movimiento del ojo que comprende un láser de tratamiento (500) para generar luz láser a lo largo de una trayectoria de haz (502) a un nivel de energía apropiado para erosionar una superficie del ojo (10);

un sensor (100) para detectar el movimiento de la superficie del ojo y para generar una señal de control indicativa del movimiento;

una óptica (300) de ajuste del ángulo de haz sensible a la señal de control del sensor (100) para modificar la trayectoria (502) del haz en respuesta al movimiento de la superficie del ojo; y

un medio (520) de ajuste de la trayectoria del haz que puede operar dentro de la trayectoria (502) del haz para desplazar lateralmente la trayectoria (502) del haz de su trayectoria original (502) sobre una trayectoria diferente (528b), siendo sensible la cantidad de desplazamiento lateral (X,Y) a un patrón específico, patrón que proporciona un cambio de forma deseado en la superficie;

caracterizado porque el medio de ajuste de la trayectoria del haz mantiene una dirección de propagación paralela a la de la trayectoria original (502).

2. Sistema (5) de acuerdo con la reivindicación 1 comprendiendo adicionalmente el láser de tratamiento (500) que tiene una salida de haz láser pulsada que proporciona una pluralidad de ráfagas de haz láser, y un controlador (530) que puede operar con el medio (520) de ajuste de la trayectoria del haz para proporcionar un patrón predeterminado de ráfagas, dando como resultado el patrón de ráfagas predeterminado la erosión de la superficie del ojo (10) para proporcionar el cambio de forma deseado, y en el que el controlador (530) suministra instrucciones para aplicar una pluralidad de ráfagas del haz láser dentro de un patrón espacialmente distribuido que se extiende sobre la superficie que va a erosionarse, de forma que cada ráfaga de haz láser de la pluralidad de ráfagas de haz láser esté separada secuencialmente (X, Y) de una ráfaga anterior a una distancia suficiente para permitir que el material erosionado de la ráfaga anterior se disipe sustancialmente antes de que se forme una ráfaga adyacente subsecuente, y en el que las ráfagas cumulativas llenan y completan el patrón de ráfagas predeterminado para obtener la forma desea-
da.

3. Sistema (5) de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, en el que la luz láser tiene una longitud de onda de aproximadamente 193 nanómetros y la superficie es la superficie de la córnea.

4. Sistema (5) de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que el medio (520) de ajuste de la trayectoria del haz, comprende un medio regulador (528) del ángulo óptico que incluye al menos dos espejos (522,524) capaces de movimiento independiente para modificar la trayectoria (502) del haz a lo largo de los ejes (X,Y) que son ortogonales entre sí.

5. Sistema (5) de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que el sensor (100) comprende:

una fuente de luz para generar energía luminosa que no sea erosiva con respecto a la superficie, desplazándose la energía luminosa sobre una trayectoria de emisión (101-T);

incluyendo la óptica (300) de ajuste del ángulo del haz una disposición de emisión óptica que incluye un regulador (310,320) del ángulo óptico para suministrar energía luminosa sobre la trayectoria (502) de luz de emisión al controlador del ángulo óptico, cambiando el ángulo de la trayectoria de luz de emisión en respuesta al dispositivo de ajuste del ángulo óptico, en el que la energía luminosa es incidente sobre la superficie y en el que una porción de la energía luminosa es reflejada desde la superficie como energía reflejada que se desplaza sobre una trayectoria luminosa reflejada (101-R) para volver a pasar a través del regulador (310,320) del ángulo óptico; y

una disposición de recepción óptica para detectar la energía reflejada procedente del dispositivo de ajuste del ángulo óptico para generar la señal de control en base a la energía reflejada.

6. Sistema de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, comprendiendo adicionalmente una disposición de emisión óptica que incluye:

un divisor óptico (106) para convertir la energía luminosa en una pluralidad de ráfagas luminosas (21 a 24); y

una óptica (130) de enfoque para enfocar dicha pluralidad de ráfagas luminosas a través de dicho medio de ajuste de la trayectoria del haz para dirigir dicha pluralidad de ráfagas luminosas incidentes sobre una pluralidad correspondiente de posiciones situadas sobre un límite (14) cuyo movimiento es coincidente con el de dicho movimiento de dicha superficie, estando definido dicho límite (14) por dos superficies adyacentes que tienen coeficientes diferentes de reflexión, en el que la porción de dicha energía reflejada es reflejada desde cada una de dicha pluralidad de
posiciones.

7. Sistema de acuerdo con la reivindicación 6, en el que dicho límite (14) es circular y dicha pluralidad de ráfagas luminosas comprende cuatro ráfagas luminosas (21 a 24), incluyendo dicha óptica (130) de enfoque unos medios para separar dichas cuatro ráfagas luminosas de manera aproximadamente uniforme alrededor de dicho límite circular (14).

8. Sistema de acuerdo con la reivindicación 7, en el que cada dicha pluralidad de ráfagas luminosas (21 a 24) está fuera del espectro visible.