飛秒激光

概述

激光曾被視為神秘之光，并已被人類廣泛使用。近年來，科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)了一種更為奇特的光－－飛秒激光，飛秒激光是人類目前在實(shí)驗(yàn)室條件下所能獲得最短脈沖的技術(shù)手段。它在瞬間發(fā)出的巨大功率比全世界發(fā)電總功率還大?？茖W(xué)家預(yù)測飛秒激光將為下世紀(jì)新能源的產(chǎn)生發(fā)揮重要作用。激光的歷史還不到40年，是目前人類觀察發(fā)現(xiàn)微觀世界，揭示超快運(yùn)動過程的重要手段。而且眾多科學(xué)技術(shù)的研究因此獲得了突破性發(fā)展?！?nbsp;

飛秒激光是一種以脈沖形式運(yùn)轉(zhuǎn)的激光，持續(xù)時間非常短，只有幾個飛秒，一飛秒就是10的負(fù)15次方秒，也就是1／1000萬億秒，它比利用電子學(xué)方法所獲得的最短脈沖要短幾千倍，是人類目前在實(shí)驗(yàn)條件下所能獲得的最短脈沖。這是飛秒激光的第一個特點(diǎn)。飛秒激光的第二個特點(diǎn)是具有非常高的瞬時功率，可達(dá)到百萬億瓦，比目前全世界發(fā)電總功率還要多出百倍。飛秒激光的第三個特點(diǎn)是，它能聚焦到比頭發(fā)的直徑還要小的空間區(qū)域，使電磁場的強(qiáng)度比原子核對其周圍電子的作用力還要高數(shù)倍?！?/p>

飛秒激光的這些特性是如何實(shí)現(xiàn)的呢？高功率飛秒激光系統(tǒng)由四部分組成：振蕩器、展寬器、放大器和壓縮器。在振蕩器內(nèi)，利用一種特殊技術(shù)獲得飛秒激光脈沖。展寬器將這個飛秒種子脈沖按不同波長在時間上拉開。放大器使這一展寬的脈沖獲得充分能量。壓縮器把放大后的不同成分的光譜再會聚到一起，恢復(fù)到飛秒寬度，從而形成具有極高瞬時功率的飛秒激光脈沖。

 飛秒激光有什么用途呢？眾所周知，物質(zhì)是由分子和原子組成的，但是它們不是靜止的，都在快速地運(yùn)動著，這是微觀物質(zhì)的一個非常重要的基本屬性。飛秒激光的出現(xiàn)使人類第一次在原子和電子的層面上觀察到這一超快運(yùn)動過程。基于這些科學(xué)上的發(fā)現(xiàn)，飛秒激光在物理學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)控制反應(yīng)、光通訊等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。特別值得提出的是，由于飛秒激光具有快速和高分辨率特性，它在病變早期診斷、醫(yī)學(xué)成象和生物活體檢測、外科醫(yī)療及超小型衛(wèi)星的制造上都有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和不可替代的作用。

物質(zhì)在高強(qiáng)度飛秒激光的作用下會出現(xiàn)非常奇特的現(xiàn)象：氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)的物質(zhì)瞬息間變成了等離子體。這種等離子體可以輻射出各種波長的射線的激光。高功率飛秒激光與電子束碰撞能夠產(chǎn)生硬X射線飛秒激光，產(chǎn)生β射線激光，產(chǎn)生正負(fù)電子對。　

高功率飛秒激光在醫(yī)學(xué)、超精細(xì)微加工、高密度信息儲存和記錄方面都有著很好的發(fā)展前景。高功率飛秒激光還可以將大氣擊穿，從而制造放電通道，實(shí)現(xiàn)人工引雷，避免飛機(jī)、火箭、發(fā)電廠因天然雷擊而造成的災(zāi)難性破壞。利用飛秒激光能夠非常有效地加速電子，使加速器的規(guī)模得到上千倍的壓縮。高功率飛秒激光與物質(zhì)相互作用，能夠產(chǎn)生足夠數(shù)量的中子，實(shí)現(xiàn)激光受控核聚變的快速點(diǎn)火。從而為人類實(shí)現(xiàn)新一代能源開辟一條嶄新的途徑。

目前在國內(nèi)已有幾家醫(yī)院引入這種設(shè)備與技術(shù)，愛爾眼科醫(yī)院集團(tuán)旗下就有6家子醫(yī)院可以做飛秒激光治療近視的手術(shù)，值得信賴的。

飛秒激光的特點(diǎn)

1、飛秒激光是我們?nèi)祟惸壳霸趯?shí)驗(yàn)條件下能夠獲得的最短脈沖，它的精確度是± 5 微米;
 

2、飛秒激光有非常高的瞬間功率，它的瞬間功率可達(dá)百萬億瓦，比目前全世界的發(fā)電總功率還要多出上百倍;

3、物質(zhì)在飛秒激光的作用下會產(chǎn)生非常奇特的現(xiàn)象，氣態(tài)的物質(zhì)、液態(tài)的物質(zhì)、固態(tài)的物質(zhì)瞬間都會變成等離子體;

4、飛秒激光具有精確的靶向聚焦定位特點(diǎn)，能夠聚焦到比頭發(fā)的直徑還要小的多的超細(xì)微空間區(qū)域;

5、用飛秒激光進(jìn)行手術(shù)，沒有熱效應(yīng)和沖擊波，在整個光程中都不會有組織損傷。

飛秒激光的醫(yī)療應(yīng)用

——飛秒激光治療近視的優(yōu)點(diǎn)

優(yōu)勢一：大幅降低手術(shù)風(fēng)險 在傳統(tǒng)板層刀手術(shù)中，如果刀片旋轉(zhuǎn)過程中發(fā)生負(fù)壓環(huán)松脫等意外，角膜瓣的制作將徹底失敗，手術(shù)只能等三個月以后再做，給患者和醫(yī)生帶來極大的心理壓力。而“飛秒激光”手術(shù)如出現(xiàn)類似意外的情況，醫(yī)生只需將負(fù)壓環(huán)再次戴上，立即補(bǔ)充激光即可，不需中斷手術(shù)。因?yàn)轱w秒激光在制作角膜瓣時，只產(chǎn)生一些水和氣泡推開角膜組織，對組織無損傷，可對同一患處進(jìn)行多次手術(shù)，安全性大大提高。

優(yōu)勢二：嵌入式角膜瓣，復(fù)位更準(zhǔn)確 板層刀是水平切削的，而眼球表面是一個球體，所以制作的角膜瓣剖面呈“杯蓋”型，與眼球基體的固著性不夠好；而飛秒激光制作的角膜瓣與眼球基體呈“地下井蓋”型嵌入式咬合，復(fù)位輕松咬合緊密，不會錯位，更不會出現(xiàn)碎瓣、紐扣瓣等并發(fā)癥。同時，它的激光光源也避免了因使用板層刀可能導(dǎo)致的金屬碎屑?xì)埩簟?/p>

優(yōu)勢三：避免醫(yī)源性感染 許多小型激光眼科機(jī)構(gòu)在實(shí)施LASIK手術(shù)時，為降低手術(shù)成本，并未嚴(yán)格實(shí)施“一人一刀片”的原則，將一次性手術(shù)刀片反復(fù)使用，大大增加了交叉感染等醫(yī)療隱患，“飛秒激光”使人類第一次在角膜手術(shù)上離開了板層刀，手術(shù)過程中發(fā)生交叉感染的情況就成為了歷史。  

優(yōu)勢四：術(shù)后視覺質(zhì)量更完美 “飛秒激光”可以精確地打開眼部組織分子鏈，制作出更均勻更完美的角膜瓣，有效避免了板層刀制瓣可能出現(xiàn)的醫(yī)源性像差等，避免了霧天、下雨天以及夜晚開車等視物條件下出現(xiàn)的眩光、模糊等情況，讓近視者獲得趨于完美的視覺質(zhì)量。

 優(yōu)勢五：“全激光”手術(shù)，精確度提高百倍 “飛秒激光”能把角膜瓣制作的精確度控制在10－15微米以內(nèi)，其精確度是板層刀的100多倍，這是板層刀望塵莫及的，對任何患者來說都是更安全的。

優(yōu)勢六：不受角膜曲率影響，矯治范圍更廣泛 過去受角膜厚度影響，有近10%的患者因近視太深、角膜太薄，基本無法接受傳統(tǒng)的LASIK等激光手術(shù)。而飛秒激光手術(shù)不受角膜曲率的影響，對角膜偏薄、角膜曲率變異大的近視患者來說是一大福音

飛秒激光治近視術(shù)前仔細(xì)查

“手術(shù)10分鐘，檢查卻要3、4小時，是否本末倒置？”很多準(zhǔn)備近視激光手術(shù)的患者很驚訝術(shù)前檢查的繁瑣，其實(shí)不然。一項(xiàng)完美的近視手術(shù)，標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、系統(tǒng)的術(shù)前檢查是非常重要的，不僅可以幫助醫(yī)生設(shè)計最適合個人的手術(shù)方案，為良好的術(shù)后效果奠定了基礎(chǔ)，而且還能夠發(fā)現(xiàn)您是否真正適合進(jìn)行激光矯正手術(shù)，預(yù)計術(shù)后療效，以避免不必要的遺憾。規(guī)范的術(shù)前檢查包括視力、驗(yàn)光、眼前段檢查、眼底檢查、眼壓、角膜形態(tài)、瞳孔直徑、角膜厚度、眼軸等，其中驗(yàn)光、角膜形態(tài)、角膜厚度、瞳孔直徑對手術(shù)方案的設(shè)計起決定性作用。

1.視力：包括遠(yuǎn)、近裸眼視力和最佳矯正視力。

2.驗(yàn)光：一般眼鏡店的驗(yàn)光通常采用的就是電腦驗(yàn)光加插片的方法，其實(shí)這得出的結(jié)果很粗糙的。所以必須進(jìn)行醫(yī)學(xué)驗(yàn)光，獲得最佳的屈光度數(shù)，達(dá)到視力最佳且注視持久而舒適的境界。

3.角膜形態(tài)檢查：準(zhǔn)分子激光治療近視是應(yīng)用準(zhǔn)分子激光切削角膜前表面，改變角膜的屈光力，而達(dá)到矯正的效果，因此，角膜形態(tài)的測定可篩選術(shù)前病人、選擇手術(shù)方式、確保手術(shù)療效。

4.角膜厚度的測量：角膜厚度對于手術(shù)的選擇及切削量大小的設(shè)計等均有決定性的作用。

5.瞳孔直徑的測定：瞳孔直徑較大者術(shù)后易出現(xiàn)眩光和夜間開車?yán)щy，給患者的生活帶來了不必要的麻煩。做此測定能盡量避免此類并發(fā)癥的出現(xiàn)。

6.眼前段健康檢查：可排除結(jié)膜炎、角膜炎等疾病。

7.眼底檢查：術(shù)前必須散瞳查眼底，全面了解眼底情況，排除其他眼底疾病，便于患者理解手術(shù)和近視本身的并發(fā)性改變，還可發(fā)現(xiàn)潛在的危險，指導(dǎo)預(yù)防性治療。

8.眼壓檢查：以排除高眼壓和青光眼的可能性。9.眼軸測定：協(xié)助確定近視類別，監(jiān)測眼軸有無增長。10.對于30歲以上平時看近不戴眼鏡或40歲以上的老花患者，還應(yīng)測量其眼睛的調(diào)節(jié)功能，以便術(shù)后能舒服地使用雙眼進(jìn)行日常工作與生活。

9ORBSCAN Ⅱ：國際上最先進(jìn)的LASIK術(shù)前檢查系統(tǒng)之一，它采用的是裂隙燈掃描技術(shù)與先進(jìn)的Placido盤相結(jié)合，可以使醫(yī)生得到屈光手術(shù)所需的最全面、最精確的數(shù)據(jù)，可以診斷每一個病人的具體問題，尤其適用于對LASIK手術(shù)禁忌癥，如圓錐角膜、早期圓錐角膜、超薄角膜等的篩查。有了Orb瞫canⅡ的全方位檢查數(shù)據(jù)，可以讓LASIK手術(shù)術(shù)前篩查更加萬無一失；術(shù)前手術(shù)方案制定也更為“個性化”，手術(shù)效果更為理想。

飛秒激光應(yīng)用于醫(yī)療的原理

“飛秒激光”用于眼科近視手術(shù)的原理：

1、飛秒激光有著相當(dāng)?shù)木_定向性和定位性;

“飛秒激光”手術(shù)的原理有兩個，一個是光傳輸原理，一個是光爆破原理。

首先，我們來看它的的光傳輸原理：手術(shù)前，醫(yī)生將患者的基本信息和手術(shù)數(shù)據(jù)輸入電腦。手術(shù)中醫(yī)生操作“飛秒激光”機(jī)，用壓平錐鏡將角膜壓平，保持激光頭到角膜組織中激光聚焦點(diǎn)的精確距離。飛秒激光機(jī)按照醫(yī)生設(shè)定的模式傳輸激光脈沖,在眼角膜上進(jìn)行各種靶向切削。

2、飛秒激光刀制作角膜瓣更平整更精確;

飛秒激光的光爆破原理：激光脈沖聚焦到角膜組織中，產(chǎn)生光爆破;每一個脈沖的光爆破，產(chǎn)生一個微離子;每一個微離子，蒸發(fā)大約1微米的眼角膜組織;蒸發(fā)眼角膜組織產(chǎn)生擴(kuò)展的水泡和CO2氣泡，水泡和氣泡被眼角膜組織吸收，眼角膜組織因此被分離。值得注意的是，早期美國intralase飛秒激光產(chǎn)生的氣泡很難被吸收，因此手術(shù)人員需要等待大概15—20分鐘后才能進(jìn)行準(zhǔn)分子激光切削；最近幾年被廣泛應(yīng)用的瑞士達(dá)芬奇飛秒激光這種情況就要好的多，氣泡的吸收較快，手術(shù)中不用等待，危險系數(shù)相對更小。

電腦控制的光學(xué)傳輸系統(tǒng)產(chǎn)生成千上萬的飛秒激光脈沖, 這些脈沖按照密集的等寬度等間距的籬笆墻式的光柵模式，在同一深度聚焦產(chǎn)生光爆破，在眼角膜組織中形成一層微小直徑的氣泡，使眼角膜組織分離，形成飛秒激光的切削面。LASIK(激光近視)手術(shù)中制作眼角膜瓣就是運(yùn)用的這種切削模式形成水平的分離面和垂直面。

飛秒激光脈沖還可以在角膜組織中進(jìn)行任何角度和任何范圍的堆砌聚焦，形成角度不同，范圍不同的組織分離，所以，飛秒激光可以在角膜移植手術(shù)和lasik手術(shù)中對眼角膜進(jìn)行片狀切削，制作精美的植片和角膜瓣。