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Desenvolvimento de equipamento de varredura e microposicionamento laser para aplicações oftalmológicas

Processo: 10/51483-3
Linha de fomento:Auxílio à Pesquisa - Pesquisa Inovativa em Pequenas Empresas - PIPE
Vigência: 01 de setembro de 2011 - 31 de agosto de 2014
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
Pesquisador responsável:José Elizeu Benigno Ramos
Beneficiário:José Elizeu Benigno Ramos
Empresa:Opto Eletrônica S/A
Município: São Carlos
Assunto(s):Laser  Lâmpada de fenda  Retina  Oftalmologia 

Resumo

A Opto Eletrônica tem produzido laser oftalmológico infravermelho com adaptação para Lâmpada de Fenda e Oftalmoscópio Indireto utilizado na aplicação da técnica de fotocoagulação a laser há mais de oito anos, colocando no mercado um produto altamente competitivo nacional e internacionalmente. O Fotocoagulador a laser infravermelho é constituído por uma cavidade óptica, cuja função é realizar o perfeito acoplamento da saída do laser de diodo semicondutor (810 nm) à entrada da fibra óptica, que conduz a luz laser propriamente dita as suas aplicações. Intracavidade estão à lente anesférica colimadora, um conjunto de lentes que corrige a divergência, o astigmatismo e a assimetria do feixe de luz característica dos lasers de diodo e dois refletores tratados com coating específicos, que delimitam a cavidade laser e aumentam a eficiência da luz laser. Extracavidade está o laser de diodo vermelho utilizado como referência (mira) para aplicação do laser infravermelho e um sistema óptico acoplador de feixes da mira e laser infravermelho, cuja função é focalizar o feixe permitindo a máxima inserção de luz à fibra óptica. A disposição geométrica dos elementos ópticos é ajustada de modo a minimizar a perda de energia no processo de inserção da luz laser à fibra óptica. Há três anos a Opto vem desenvolvendo o Laser DPSS Verde para a aplicação da técnica de fotocoagulação oftalmológica com o incentivo do programa PIPE/FAPESP (vigência: 01/02/2006 a 30/04/2007). Desta parceria OPTO - PIPE/FAPESP resultou um novo produto comercializado por esta empresa: Hyalus Green Laser. Este laser verde consiste em usar a técnica do laser de estado sólido bombeado por um diodo semicondutor (Diode Pumped Solid State Laser - DPSSL). O diodo operando na região de 807 nm bombeia um cristal laser dopado (meio ativo para emissão laser: Nd:YAG), resultando na emissão em 1064 nm. A emissão visível é obtida ao colocar um cristal dobrador de frequência não linear KTP (Potassium Titanium Oxide Phosphate - KTiOP04) dentro da cavidade laser próximo ao meio ativo laser gerando a emissão verde em 532 nm. A cavidade é delimitada por dois refletores de alta qualidade óptica e um semi-refletor de saída, que é responsável pela reflexão da emissão infravermelha (promovendo a emissão estimulada) e pela transmissão do laser verde gerado pelo cristal KTP. A cavidade é do tipo side pump folded, em forma de V, que é uma cavidade inovadora altamente estável. Também em parceria com o programa PIPE/FAPESP (vigência: 01/08/2009 a 31/07/2011) a Opto Eletrônica S.A. vem desenvolvendo mais um Laser DPSS, desta vez operante na região amarela do espectro eletromagnético. Este projeto vem dando origem a um novo produto o qual contém uma cavidade laser de estado sólido bombeado por diodo (OPSSL). Nesta cavidade um diodo operando em 880nm bombeia o cristal Nd:GdV04, que absorve esta radiação e emite em 1173nm. Esta linha de emissão é gerada pelo deslocamento Stokes na linha fundamental do íon Nd+3. A este fenômeno é denominado de Efeito Raman. Esta cavidade é dita self-Raman, uma vez que o próprio meio ativo funciona como deslocador Raman. Esta radiação sofre então uma Geração de Segundo Harmônico (GSH) intracavidade ao atravessar um cristal de LBO (Lithium Triborate) produzindo finalmente radiação laser em 586.5nm. A experiência adquirida ao longo destes anos na fabricação dos Fotocoaguladores, Laser Infravermelho e Laser DPSS Verde e o sucesso que vem sendo obtido no desenvolvimento do Fotocoagulador a Laser DPSS Amarelo nos permitem submeter este projeto diretamente a 28 Fase (PIPE 11). Devido a estes conhecimentos adquiridos, temos suporte científico e técnico e ainda a infra-estrutura necessária, que nos garante o sucesso na realização deste projeto. O objetivo deste projeto de pesquisa é desenvolver um equipamento de varredura e microposicionamento para o Laser DPSS Amarelo. O equipamento será composto por um refinado sistema opto-eletrônico, que será inteiramente desenvolvido pela Opto Eletrônica S.A .e integrado ao corpo de uma lâmpada de fenda comercial. A lâmpada de fenda é um instrumento oftalmológico composto de um estereomicroscópio, uma lâmpada de alto brilho e uma fenda estreita. Através deste instrumento o oftalmologista é capaz de examinar as principais estruturas do olho humano e em particular a retina. O sistema opto-eletrônico que será desenvolvido pela Opto Eletrônica S.A. integrará a uma lâmpada de fenda toda uma óptica e eletrônica de controle, conferindo à mesma a propriedade de equipamento cirúrgico e não mais de simples observação e diagnóstico. Este sistema opto-eletrônico será responsável por receber a radiação do Laser DPSS Amarelo projetando-a no olho do paciente, permitindo assim a realização de cirurgias de fotocoagulação de retina e glaucoma. O projeto óptico possui características principais de magnificação e suporte à varredura. Estas propriedades intrínsecas são fundamentais ao desenvolvimento. O sistema é, fundamentalmente, um sistema magnificador. Uma fibra óptica acoplada à saída da cavidade do Laser DPSS Amarelo será conectada a entrada do sistema óptico. A ponta da fibra, objeto do sistema óptico, será então magnificada e projetada no olho do paciente. Esta magnificação é variável e tem por objetivo permitir ao médico produzir spots entre 50 e 500 mícrons de diâmetro que serão projetados no olho do paciente. Um sistema de galvanômetros inserido no caminho óptico habilitará o sistema a produzir uma varredura planar da radiação laser. Deste modo, a imagem da ponta da fibra não será necessariamente um ponto magnificado no olho do paciente, mas diversos pontos formando as chamadas máscaras de tratamento como ilustrado na Figura 1. Como podemos observar da Figura 1 estas máscaras se constituem basicamente de padrões quadrados, triangulares, circulares e arcos. Devido a este sistema de varredura o sistema óptico deve possuir uma distorção de projeto do tipo F-Teta. Desta maneira, uma varredura linear do ângulo dos espelhos do galvanômetro produzirá uma varredura também linear no plano da imagem. Esta característica facilita enormemente o controle eletrônico do sistema. Todo o sistema opto-mecânico terá que ser projetada para a correta fixação e posicionamento dos sistemas óptico e eletrônico. Este projeto mecânico deverá ser conduzido com muito cuidado uma vez que as tolerâncias em posicionamento, tilt e decentragem de componentes ópticos é extremamente crítica e crucial ao bom desempenho do equipamento. Este projeto difere dos sistemas ópticos tradicionais, que projetam um spot único do laser no olho do paciente. O grande diferencial deste sistema reside no fato de que um mecanismo de varredura microposicionado será capaz de produzir máscaras com diversos spots no olho do paciente. Este mecanismo apresenta diversas vantagens clínicas como, por exemplo, uma redução significativa na dor sofrida pelo paciente já que o tempo de tratamento e o tempo de exposição ao laser são radicalmente reduzidos, e a redução drástica do tempo total da cirurgia. Como os equipamentos tradicionais de cirurgia a laser possuem apenas um feixe de emissão laser, e uma aplicação clínica pode chegar a mais de 1000 disparos por olho, o tempo de duração de uma cirurgia é grande. Com o sistema de Varredura e Microposicionamento Laser descrito acima, o usuário poderá aplicar até 64 disparos laser em menos de 1 segundo, o que reduz drasticamente o tempo de uma cirurgia. Estudos comprovando a maior eficácia clínica deste tipo de tratamento também estão sendo realizados em vários países do mundo. Com esse projeto a Opto Eletrônica S.A. será pioneira em todo o hemisfério sul a deter este tipo de tecnologia e produzir este tipo de equipamento. Para o Brasil esse desenvolvimento é de fundamental importância para continuarmos a nos firmar no plano internacional como referência em Oftalmologia. Toda a metodologia de desenvolvimento está baseada na experiência da Opto Eletrônica S.A. em casos similares. A metodologia se baseia em modelos progressivos, onde gradativamente são cumpridos os requisitos técnicos, normativos e comerciais do produto. A presente solicitação de financiamento, Fase 11 - PIPE/FAPESP procura consolidar a estratégia de desenvolvimento técnico e comercial do produto. (AU)

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