Er_YAG激光在眼科中的应用

综述与编译

Er∶YAG激光在眼科中的应用

上海医科大学附属眼耳鼻喉科医院

金怡萍　综述 陆国生　褚仁远　审校

摘　要:中等红外激光Er∶Y AG激光具有在水中高吸收率,对眼组织切割效率高的特点,可用于多种眼科手术,被认为是一种新型眼科手术工具。本文从Er∶YA G激光的生物学效应及其临床应用价值两大方面,综述了近年来各国对Er∶Y A G激光的研究状况及发展前景。

眼科是应用激光最早、最成熟的学科。激光治疗已是眼病治疗的一个不可分割的组成部分,涉及眼底病、青光眼、白内障、屈光不正等眼病的治疗。应用的激光波段有红外光、可见光和紫外光。本文所介绍的Er∶YAG激光是波长为2.94 m的中等红外线激光。铒钇铝石激光(Er∶YAG激光)发射时,铒原子释放光子,通过传导系统将能量传递到石英探头上,以接触或非接触方式作用于靶组织[1]。其最显著的特点是波长最接近于水的2.9 m的吸收峰值。由于水的吸收峰值的范围很窄[2]。故Er∶YAG 激光在水中被吸收的时间比其它红外激光要明显缩短,穿越深度仅1 m,所以热损伤范围最小。用于切割含水量较高的组织时可精确到微米。同时由于能量集中,切割效率高,因此可望成为眼科手术中新型的切割工具。

一、Er∶YAG激光生物学效应

激光的生物学效应实际是指激光的损伤效应,是激光治疗眼病的基础。主要有热效应、机械作用及光化学效应,光化学效应是较短波长的可见光和紫外光的主要作用机制。中等红外激光的Er∶YAG激光主要通过热效应和机械效应起作用[3]。

(一)热效应

热效应是指激光照射眼内组织时,在含有色素的组织如视网膜、虹膜中的吸光色素摄取激光束中的光子。而在含水量高的组织如角膜、晶体、小梁网、玻璃体中以水作为显色团吸收光子。在一定曝光时间内,其能量使组织内的分子平均运动和撞击增加。组织温度升高,并向周围组织扩散。当温度升高足以发生治疗性组织改变时称为热效应。当组织温度升高10℃～20℃时,组织中蛋白质及其它大分子发生凝固、坏死称为热凝固。当能量足够大时,可使局部温度升高至沸点,使细胞内外水分变为水蒸汽,甚至发生微小爆炸,称为热汽化。在组织表面产生一个空穴,在空穴与正常组织之间可见一圈凝固组织带[4,5]。热效应受激光波长、能量、曝光时间、组织成分等因素的影响。其中最重要的是激光能量为组织吸收的情况,这直接关系到激光能量在组织中穿越深度、作用范围和周围组织损伤程度。由于Er∶YAG激光能为水高效的吸收,在水中穿越深度仅1 m,作用精确有效[2]。

(二)机械作用

高能脉冲激光释放时,高浓度的光子作用于靶组织,使组织中部分分子离子化,形成等离子体。其中少量释放的电子为激光加速后,与其它分子撞击,并使之电离。分子产生高速运动,使等离子体中心温度急剧升高,并迅速膨胀。于极短的时间内发射微小的爆炸,形成强度的冲击波,并以声波的形式扩散,同时发生声响,这一现象称为光爆破。电离效应是由非组织吸收光子引起,可作用于组织任何部位,且不必与组织接触,在空气或水中爆炸。当爆炸后,局部温

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国外医学眼科学分册　1998年 第22卷,第6期:321～326

度迅速下降,电子重新结合,此时等离子体的速度减慢为亚声速[3,6]。整个过程又称为电离效应。

激光作用于组织后产生的相互作用是复杂的。除电离效应起到机械作用外,还可由于热效应,组织热膨胀后形成热弹力波;激光能量聚焦处高能电子场的效应;热汽化时产生爆破作用,都可对组织产生机械作用[7]。另外,重要的是由于电离效应及热汽化作用可在局部产生气泡,气泡又可传递能量,尤其是在多峰式激光时,可产生多叶状气泡,每一叶均产生于前一个气泡末端。高能时,甚至形成锥形,使能量范围大大扩大。同时气泡在塌陷前出现多次膨胀、收缩的摆动现象,引起机械振动。而在塌陷时周围成分的填充又对组织产生一个瞬间的压力[8]。这些作用时激光对组织机械作用大大增加。

虽然Er∶YAG激光通过水的吸收,穿越深度仅1 m,但由于复杂的机械效应,尤为气泡的产生,使其作用范围大大扩大,且变得不稳定。因此,必须了解机械效应,特别是气泡的形态、大小的影响因素及其关系,才能更好地应用激光能量,控制作用范围,避免不必要的损害。目前研究认为影响因素有:(1)脉冲能量。当能量为1mJ时,即可产生直径为1m m的气泡,并随着能量增大气泡直径增大[9]。另外,能量增加时,气泡塌陷瞬间产生的压力也增加[9];(2)脉冲宽度(曝光时间)。当脉冲能量稳定时,脉冲宽度越小,峰值能量越高,产生的气泡越大,产生的振动也越大;(3)脉冲频率。由于气泡回声在激光释放后1毫秒内就完成,故即使频率增加到1000H z时,每个脉冲仍产生独立的声学机械效应。故高频率只加快组织切割而不改变激光与组织间基本的相互作用[10];(4)探头直径。当单位面积能量稳定时,激光产生的汽化泡的大小与探头的直径成正比。当探头直径从75 m增大到600 m时,最大气泡直径也可由0.2mm增加到0.7m m[11];(5)介质。激光可穿越盐水、气体(如所接触组织附近的空气)和玻璃体的替代物(如Perfluoro-N-o ctome),在后两者中,由于激光不被吸收,只有在碰到靶组织后才产生气泡并反弹回激光源。而作用于生理盐水中的组织时,可迅速产生由盐水和组织衍生的气泡。根据以上多种影响因素有作者提出使用小直径的探头、高频率和低脉冲能量的设置可在保持有效切割作用时,减少气泡的大小和压力而减小作用范围[10]。而关于脉冲宽度的设置,由于增加脉冲宽度可加大热效应的范围,而减低脉冲宽度时产生的高峰值能量可增加机械效应且对光导纤维的损害明显,故应根据需要选择[12]。另外,探头的几何形态和传递介质在气泡形态、动力学方面的影响有待进一步研究。

二、Er∶YAG激光对眼组织的生物学效

应

由于眼部组织含水量较高,Er∶YA G激光能较好的被吸收,故其对角膜、晶体、巩膜、小梁网、玻璃体和视网膜均能有效切割。但不同组织对较高的能量、频率和脉冲宽度要求不同,且切割效应及其对周围组织损伤的程度均不同。

(一)角膜

由于角膜可有效地吸收3.0 m波长的光线,故Er∶YAG激光可作用于角膜,并可产生类似氩激光或氪氟激光的切割效应[13]。实验发现,Er∶YAG激光作用于角膜时,随着单位面积能量的增加,组织损伤由角膜表面的凝固性坏死发展到伴有周围角膜基质不规则损伤的组织缺损[14]。在相同能量时,不同的脉冲宽度造成的损伤情况相似[15]。但由于当脉冲时间低于能量穿越组织的释放时间时,作用范围较集中,所以当脉冲宽度低时,如Q-开关式,切割能量阈值低,损伤范围明显减少。故有人认为Q-开关Er∶YAG激光适用于角膜手术[16]。另外,与属紫外光的准分子激光不同,Er∶YAG激光无光化学效应,不影响DNA结构,对角膜内皮细胞无损害[17]。

(二)晶体

已证实当输出能量为15m J、频率为10Hz 或总能量为0.15W时,可有效地切开晶体前囊膜,而无向周边的放射状撕裂,热损伤的范围约5 m[18]。

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