[转发]准分子激光的原理、结构及发展动态

郭召平
(解放军第303医院
张祖进
南宁市530021)
摘要 介绍准分子激光器的原理、基本构成、传输途径和激光工作频率高低、能量大小对角膜的影响等．以及准分子激
光的发展动态。
关键词 准分子激光：基本构成：进展
中图分类号：TH773 文献标识码：C 文章编号：1003—8868(2006)10—0059—02
Principle，basic structure and development of excimer laser
GUO Zhao-ping．ZHANG Zu-jin
(The 303rd Hospital of PLAj Nanning 530021，China)
Abstract This paper introduces the principle，basic structure，tansmittlng route of excimer laser，and the influence on
cornea by performing frequency and power of laser,as well as the development of excimer laser．
Keywords excimer laser；basic structure；development
1 准分子激光的产生原理
准分子激光是指受激二聚体所产生的激光。当惰性气体和卤素气体按一定比例和压力混合在一起时，在激励源的作用下使气体原子从基态跃迁到激发态，甚至被电离 处于激发态的原子或离子很容易结合成分子，这种分子的寿命仅有几十个纳秒。当激发态的分子数远多于基态准分子数，就形成离子数反转。准分子从激发态跃迁回基态时，释放出光子，经谐振腔振荡发射出激光。同时稀有气体和卤素气体从准分子状态迅速解离成2个原子。这些光子所释放出的光子能量非常大，它们作用于生物组织时发生光化学效应，使细胞组织汽化、分解，从而达到切削组织的目的，但对周围组织不产生影响，因此被认为是一种“冷激光”。
2 准分子激光机的基本构成和性能
准分子激光机的主要构成是其激光传输系统。此系统是由谐振腔发出的激光束，经过一系列透镜组、滤光器、驱动器、计算机系统、探测器等复杂的传输系统达到角膜，这些部分组装在一起构成了完整的激光机的输出系统。准分子激光器的激发方式有电子束激励和快速放电激励等。基态的电子迅速排空造成激光下能级总是空的，这样有利于离子数反转的形成，即使在超短脉冲下运转，也能保持四能级的特性，从而可以获得较高的输出率。准分子激光器的能量转换效率一般为l％～5％ ，激光脉冲宽度约几十到几百纳秒。光束发散角约2毫弧度．每一个脉冲切除0．251xm~深度。目前多数为气体激光机，利用高压电能作为激励源激发激光腔内的工作物质(ArF等)．从而实现粒子的反转，在激光腔内形成激光振荡，向外输出激光。因为高压电可达到几千伏特，故必须在外层用金属板进行严密屏蔽以防电流的外漏导致危险。激光头由泵浦源、工作介质和谐振腔激光腔和激光电极等组成，是激光机的心脏。
激光机上再连接手术显微镜和眼球跟踪系统，便于精细的手术操作和术中眼位的监测控制。
决定激光能量输出的2个重要冈素为激光腔内电压和工作气体。气体随着激光脉冲的产生而逐渐消耗。随着能量密度的降低，激光腔内的电压会逐渐升高，而当电压达到最高值时就需要在激光腔内充填新的工作物质— — 气体交换，所以每次手术前要检测激光机的能量和进行换气操作。所谓能量密度是指作用于切削区单位面积上的激光能量的大小， 目前常用的准分子激光机的能量密度为100～250mJ／cm 。通过了解能量密度的大小，可对任何屈光矫正量通过计算而获得所需的激光脉冲数，掌握每一脉冲输出的精确能量值。从而可预测手术的治疗效果。当能量密度降低至50mJ／cm2时，切削效果很小，手术效果很差，术后复退现象严重；而当能量密度达l20rnJ／cm2时，切削的效果才开始比较稳定。激光能量密度逐渐增加，脉冲间的稳定性随之增加，光束的质量亦得到了提高。但是也不能盲目地增加能量密度，否则伴随而来的是激光能量的热效应增加、光能损失的增加和有声响冲击波的增加。
正因为目前气体脉冲式激光的相对不稳定性，手术前操作技师的首要任务是将机器调到最佳状态(包括能量测试和中心位置)，同时术中也要动态地检测机器的能量状态、稳定性和光斑的均匀程度，从而保证手术的完美质量。角膜组织中基质层占角膜总厚度的90％ ，主要由胶原纤维构成， 它对210rim以下的远紫外光几乎全部吸收。新鲜角膜含水率很高，约76％。水对3lxm 左右的中红外光吸收峰很高，因此，试用于角膜切削或成形的激光主要包括中远红外激光和远紫外激光2类 二氧化碳激光波长是10．6lxm的远红外激光，可被角膜中的水分大量吸收，通过汽化作用实现切割组织的目的。
3 准分子激光对眼组织的切削作用的生物学特点
3．1 穿透力微弱
准分子激光的光束仅被表面组织所吸收，穿透力极微弱。
一个脉冲切削组织的深度约为0．251xm，其光切削阈值为10mJ／cm 。准分子激光切削组织，切口整齐，毗邻组织损伤小，对眼内组织影响极小。临床观察发现，PRK术后平均角膜内皮细胞密度、内皮细胞大小平均变异系数与术前相比无显著差异。
3．2 对邻近组织损伤极小
准分子激光的切削作用主要依赖于高能量的光子束。波长越短．光子能量就越高，所伴随的切口周围热损伤就越小；反之．波长越长，光子能量越低，所伴随的切口周同热损伤的范围越大。波长在193nm的ArF准分子激光最接近190nm的角
膜及巩膜组织的最大吸收峰，激光照射到角膜和巩膜组织中，绝大部分在小于5 LLm的极小距离内被吸收，几乎不引起热损伤。故193nm的较短波长的准分子激光较其它类型较长波长激光的热损伤明显减轻，热损伤微乎其微。
3．3 光束均匀。切削面光滑
准分子激光切削精度高、可预测性强。早期研制的激光机由于大直径的光束传播不规则、光束能量密度分布不均匀，创口愈合后表面不光滑，常常造成角膜的术后不规则散光。近年来通过改进激光机 采用小光斑飞点扫描切削模式，光束为高斯分布，大大提高了激光光束能量密度的均匀性和切削平面的平整和光滑度，增加了术后的准确性和预测性，使激光手术更加安全可靠。
3．4 可控制切削组织的形状和类型
根据不同的切削原理和目的，可使准分子激光的释放系统按不同能量模式切削角膜组织，便可达到预期的矫正效果。
如治疗近视．中央角膜切削最深，越往周边越浅，使得角膜中央区变平：若矫正远视，则是从角膜光学中心到周边部切削渐深，使角膜中央区变陡；当切削面呈椭圆形，则可矫正散光。
目前认为，在所有的7伟分子激光中，波长193nm的氟化氩准分子激光最适合在临床做角膜切削。在能量适当时，它不存在其它波长紫外激光所具有的、可能使DNA诱变的情况。正是它不引起组织细胞中DNA的基因突变，切削阈值低，用小功率激光器即叮进行治疗：切削边缘整齐，对邻近组织损伤极小的优点使其在临床上得以普遍应用。
准分子激光除了工作物质是气体外，还有固体激光器，如Nd：YLF激光，它是以掺钕四氟化钇锂(Nd：LiYF )晶体为工作物质的固体激光器，发射波长为1 053nm的近红外激光。这种激光器输出的主要特点是：脉冲宽度极窄(60ps)、重复频率很高(可达1000Hz)、单脉冲能量低(25 )。角膜中的水分和胶原纤维对这种波长的激光吸收甚少，它是依靠激光束焦点处微等离子体形成的光爆破作用切割组织，即所谓的等离子体介导切除，所以切削区热损伤极小 Fh于Nd：YLF激光的切割作用仅发生在光束焦点处极小的范围内，因而它可以在不损伤角膜上皮和前弹力层的条件下直接切削角膜基质层，在这一点上，其它激光无法比拟。目前．临床上正在应用该激光的此项特点进行准分子激光角膜板层瓣的制作及角膜组织的切割。此激光冈重复频率很高、脉冲宽度极窄、单脉冲能量低，故又称为飞秒激光。
参考文献
1 陆文秀．准分子激光屈光性角膜手术学．北京：科学技术文献出版社．2000．57～66

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