飞秒激光及其手术应用

飞秒相对于纳秒和皮秒级的激光更适合角膜屈光手术
Corneal refractive surgery with femtosecond lasers Juhasz, T. Loesel, F.H. Kurtz, R.M. Horvath, C. Bille, J.F. Mourou, G. Center for Ultrafst Opt. Sci., Michigan Univ., Ann Arbor, MI; This paper appears in: Selected Topics in Quantum Electronics, IEEE Journal of Publication Date: Jul/Aug 1999 作者认为, 飞秒激光器相对于纳秒级和皮秒级的激光器而言, 能够减 少角膜切削中产生的冲击波, 同时生成更小的气泡腔室, 在动物眼睛 上面实现了精确的切削, 结论认为, 飞秒激光比较机械式和其它相对 脉宽较大的激光而言都更加适用于高精度的多样化的角膜屈光手术.

——Sugar A, Ultrafast ( femtosecond ) laser refractive surgery. Curr Opin Ophthalmol , 2002, 13:246-249
销量
目前，全国销售100台 手术量占全国总手术量的2/3，超过了50万粒
10-3 10 -12 10 -9 10 -6 10 -3 0 10 10 3
Interaction time [s]
飞秒激光在LASIK手术中的应用
基本作用原理：光致分解作用－光致化学损伤时，角膜组织迅速电离
，形成等离子区。其内部电子吸收激光脉冲的大部分能量，将其自身加 热，导致相互作用区域内的物质被气化，形成切削。
用二次谐波成像技术研究经飞秒激光切削后角膜变化 王艳艳[1] 韩蒙[2] 孙辉[2] JOSEFBille[2] 任秋实[1] [1]上海交通大学激光与光子生物医学研究所,中国上海 《激光生物学报》2005年第14卷第5期



Second Harmonic Generation SHG成像技术能在不破坏角膜的情况下获得高对比度的角膜层析图像,分辨率为 500 nm. 实验中采用猪眼,半导体激光泵浦的锁模钕玻璃飞秒激光,波长1.06μm,脉宽800fs,频率1000Hz,单脉冲 能量5 μ J,聚焦后的光斑直径5 μm. 激光手术中,红外飞秒激光聚焦到待切削角膜的一定深度后,焦点处高的能量密度会引起分子的多光子吸收, 产生 一系列自由载流子, 之后引发的雪崩效应更使载流子急剧增加,导致了光致破裂LIOB和等离子体现象的出现,快 速向外扩张的等离子体和冲击波在有效地离解了角膜组织后,产生了一系列小气泡,气泡中的气体很快就会通过 扩散和细胞的新陈代谢作用而排出,塌陷后的气泡就是激光切削的最终效果.由于出现LIOB的阈值的平方与激光 的脉冲宽度成正比,所以聚焦飞秒激光用很低的能量就可切削角膜,大大减少了角膜的热损伤,减少术后并发症的 发生机率. 从红外飞秒激光与角膜相互作用原理可以看出,最终影响角膜切削效果的是由等离子扩散和冲击波导致的气泡的 大小,以及周围胶原纤维受影响而变形的程度, 同时气化组织的多少和形状也会影响最后角膜的曲率,飞秒激光的 精确切削和手术的效果也就完全依赖于是否可以有效地控制这些作用过程.
1飞秒是什么概念,能发生什么事, 以光传输为例:

为什么选择飞秒
Laser Tissue Interaction
10 12
photodisruption photoablation
Intensity [W/cm2]
109
10
6
vaporisation
10
3
coagulation
1wk.baidu.com 0
photo chemistry
左图为单个脉冲形成的空腔,右 图为脉冲累积效应-条状切削线, 在临床上,角膜瓣也就是由一系 列的切削线组成,图中切削线两 边的边界非常清晰,周围的胶原 纤维没有受激光切削的影响,这 样的切削效果对病人的术后恢 复和术后效果稳定都是非常有 好处的.
补充说明
飞秒级激光脉冲在切削角膜过程中, 伴随着冲击波、空穴和气泡 的形成。由于飞秒激光脉冲达到光致分解效应所要求的功率密度 所需激光能量很小（<1 μ J）, 随着脉冲持续时间的减少, 损伤的 流量(能量/面积)阈值也随之减小, 因此所产生的冲击波和空穴效应 等副作用都很小。超短脉冲激光应用于角膜组织的研究已经表明 最优脉冲持续时间在几百个飞秒内, 因为对于较短的脉冲, 光学损 伤阈值也相应较小
LDV飞秒激光
什么是飞秒
简介几个相关的时间计量单位(以秒为参照点)


时=3600秒 分=60秒 秒 毫秒=0.001秒 微秒=0.000 001秒 纳秒=0.000 000 001秒 皮秒=0.000 000 000 001秒 飞秒=0.000 000 000 000 001秒 在1飞秒内, 光只能传输----0.0003毫米(真空中)