飞秒激光

夏威夷海边风光飞秒激光FemtosecondLaser的原理在眼科的应用前景-----2006年终学术讲座陈辉副主任医师四川省人民医院眼科美国DeanAMcGee眼科研究所博士后飞秒激光FemtosecondLaser在眼科的应用前景飞秒要想了解飞秒激光，首先要知道什么是飞秒。飞秒是一个时间的测量单位。1飞秒＝10－15秒，也就是1飞秒等于1秒钟的1000万亿分之一，一秒钟激光即可以绕地球7.5圈。飞秒是非常非常短暂的一刹那。飞秒激光（Intralase）是一种近红外光，它的波长是1053nm，由于它神奇的特性，又被叫做“神秘之光”。一、飞秒激光是我们人类目前在实验条件下能够获得的最短脉冲，它的精确度是±5微米；二、飞秒激光有非常高的瞬间功率，它的瞬间功率可达百万亿瓦，比目前全世界的发电总功率还要多出上百倍；三、飞秒激光具有精确的靶向聚焦定位特点，能够聚焦到比头发的直径还要小的多的超细微空间区域；四、物质在飞秒激光的作用下会产生非常奇特的现象，气态的物质、液态的物质、固态的物质瞬间都会变成等离子体；五、用飞秒激光进行手术，没有热效应和冲击波，在整个光程中都不会有组织损伤。飞秒激光的用途非常广泛，比如：飞秒激光可以击穿大气层，制造放电通道，用于人工引雷，避免飞机、火箭、发电厂遭受天然雷击。又比如：飞秒激光与物质相互作用能够产生足够数量的中子，实现激光受控核裂变的快速点火，为人类新的能源开辟崭新的途径。由于飞秒激光具有超高速的特性和高分辩率的特性，因此，它在物理学、生物学、化学控制反应、光通讯和医学等领域都有不可替代的作用。飞秒激光的主要用途是：1、人体病变的早期诊断；2、医学成像；3、外科手术；4、生物活体检测；5、超小型卫星；6、超精细加工；7、高密度信息记录和储存。飞秒激光（FemtosecondLaser）在眼科领域的应用飞秒激光在眼科中的应用，目前主要体现在眼角膜的手术方面：一、在Lasik手术中用飞秒激光制作角膜瓣；二、在角膜移植手术中用飞秒激光切削角膜制作植片；三、在角膜基质环植入手术中用飞秒激光制作角膜隧道切口。一、飞秒激光及其组织切割工作原理一台高功率的飞秒激光器由四部分组成，即振荡器、展宽器、放大器和压缩器。在振荡器内，利用一种特殊技术获得飞秒激光脉冲。展宽器将这个飞秒种子脉冲按不同波长在时间上拉开。放大器使这一展宽的脉冲获得充分能量。压缩器把放大后的不同成分的光谱再会聚到一起，恢复到飞秒宽度，从而形成具有极高瞬时功率的飞秒激光脉冲。飞秒激光能在非常短的时间里聚焦于组织内极狭小的空间，使组织电离，并形成等离子体，由于等离子体产生的电磁场的强度比原子核对其周围电子的作用力还大数倍，最终使组织通过光裂解爆破产生含CO2和水的微小气泡，成千上万紧密相连的激光脉冲产生数以万计的小气泡连在一起，结果达到极其精密的组织切割效应二、飞秒激光在LASIK手术中的应用飞秒激光在眼科领域中最重要的应用就是用于角膜屈光性手术，包括：准分子激光角膜原位磨镶术（LASIK）中制作板层角膜瓣和各种类类型的角膜移植手术。飞秒激光制作角膜瓣时完全按照预先设置的参数在计算机程序的精确控制下完成的。可以根据手术医生的要求预先设置板层角膜瓣的厚度、直径大小、角膜瓣蒂的位置以及边缘切口的角度。1、飞秒激光制作板层角膜瓣的优点与机械性微型角膜扳层刀制作扳层角膜瓣相比，飞秒激光具有很多优点，具体表现为以下几方面。（1）、飞秒激光制作的角膜瓣厚度具有很高的均一性、精确性和一致性。“均一性”指的是,用飞秒激光制作的角膜瓣厚度各处相同。而机械性微型角膜板层刀制作的角膜瓣一般都存在周边部稍厚，中央部较薄的情况，很难做到中央部与周边部厚度一样的板层角膜瓣；“精确性”指的是，用飞秒激光制作的角膜瓣其实际得到的厚度与我们预先设定的角膜厚度非常接近；而“一致性”指的是，假如预先设定要制作的板层角膜瓣厚度相同，则每次实际得到的角膜瓣厚度均非常接近，波动幅度很小,重复性很好。•Holzer等用飞秒激光给45只新鲜猪眼制作角膜瓣，预先设置的角膜瓣切割深度分别为120um、140um和180um，角膜瓣直径大小从8.0mm到9.5mm，角膜瓣边缘切口角度从60°到90°。结果显示，所有角膜瓣制作均完好无并发症，上述三种预设值最终取得的厚度分别为110.5um、142.5um和180um，取得的角膜瓣直径为8.0mm到9.5mm，波动范围仅/-0.4um，显示出极高的精确度和一致性。•Binder曾分别报道过103只眼和1000只眼接受飞秒激光角膜瓣制作后的情况。用超声测量仪测量飞秒激光制作角膜瓣前、后角膜的厚度，弯脚器测量其直径，手术后实际取得的角膜厚度与手术前预期值之间相差9.4~34.3um，而标准差则为10.2~21.7um。他们还观察了预设值为90um时，双眼实际角膜瓣厚度的差异，结果两眼之差仅为/-10。实际角膜直径与预期值之间仅相差0.03um。（2）、由于飞秒激光与机械性微型角膜板层刀制作板层角膜瓣的原理完全不同：飞秒激光制作角膜瓣时使用压平锥镜，首先将具有一定曲度的角膜压平，使之完全呈水平面状态，根据预先设计的要制作的角膜板层厚度，将飞秒激光聚焦在角膜表面与锥状压平镜接触处下方相应深度的角膜基质内，通过扫描切割精确制作出所需要各种不同参数的板层角膜瓣。与机械性角膜板层刀不同，飞秒激光制作板层角膜瓣完全不受角膜曲率的影响，无论角膜曲率高低，均能安全、精确地完成角膜瓣的制作（2）、由于飞秒激光制作角膜瓣是在计算机的精确控制下完成的，而且还有压力感应安全自动保护装置，既能极精确地制作角膜瓣，又具有极高的安全性。不少文献报道，飞秒激光制作板层角膜角膜瓣几乎不会发生与角膜瓣相关的严重并发症，例如，游离角膜瓣、扭扣瓣、碎瓣、破裂瓣、过厚或过薄瓣等[2]；更少发生角膜上皮的损伤[9]。对角膜表层神经神经丛的破坏较小[10]，因而，能减少手术后干眼症状的发生。2、飞秒激光制作角膜瓣对LASIK手术效果的影响Lim[10]等结果发现，手术后高阶波前像差，除了球差，机械性板层角膜刀组较飞秒激光组大以外，其它高阶波前像差，两组间均无显著差异。另外，手术后3个月，飞秒激光组的对比敏感度有显著提高。Tran[11]等的结果观察到，单纯制作角膜瓣后，两组低阶像差（离焦）均有显著改变；Hansatome机械刀组角膜瓣制作后出现远视漂移的屈光度变化，但飞秒激光组没有出现屈光度的改变。角膜瓣制后总的高阶波前像差，Hansatome机械刀组有变化，而飞秒激光组未见改变。揭开角膜瓣并施以准分子切削后，再检查波前像差，则发现Hansatome机械刀组Coma（慧差）明显增大，但LASIK手术后屈光结果没有差别。他们的观察认为，机械性板层角膜刀制作角膜瓣本身会引起光学特性、低阶、高阶波前像差改变，而飞秒激光制作角膜瓣本身则不会造成这些影响。飞秒激光ASIK的并发症尽管用飞秒激光制作角膜瓣几乎不出现像机械性板层角膜刀那样的严重角膜瓣相关并发症，如碎瓣、游离瓣、不全瓣、纽扣瓣等，但是也会出现一些其它并发症：飞秒激光组手术早期的炎症明显比机械刀组强，但手术后晚期的愈合附着力也明显更强。建议飞秒激光早期使用更强的抗炎药。角膜瓣皱折：瓣对位欠佳，切削的光学区过小或切削过深，手术后病人过度挤眼、揉眼或外伤均可以造成手术后角膜瓣皱折前房气泡飞秒激光在角膜移植的应用前景在Fuch’s角膜（内皮）营养不良，角膜内皮失代偿的患者角膜移植中的应用Fuch’s角膜营养不良人工晶体术后角膜移植角膜大泡病变患者角膜移植在圆锥角膜患者角膜移植的应用