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驗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。　 

飛秒激光是一種以脈沖形式運轉(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，是人類目前在實驗條件下所能獲得的最短脈沖。這是飛秒激光的第一個特點。飛秒激光的第二個特點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，使電磁場的強度比原子核對其周圍電子的作用力還要高數(shù)倍。　

飛秒激光的這些特性是如何實現(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動過程?；谶@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特的優(yōu)點和不可替代的作用。

物質(zhì)在高強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?！?/p>

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，實現(xiàn)人工引雷，避免飛機、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，實現(xiàn)激光受控核聚變的快速點火。從而為人類實現(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

1、飛秒激光是我們?nèi)祟惸壳霸趯嶒灄l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，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

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，立即補充激光即可，不需中斷手術(shù)。因為飛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構(gòu)在實施LASIK手術(shù)時，為降低手術(shù)成本，并未嚴(yán)格實施“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，其實不然。一項完美的近視手術(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.驗光：一般眼鏡店的驗光通常采用的就是電腦驗光加插片的方法，其實這得出的結(jié)果很粗糙的。所以必須進(jìn)行醫(yī)學(xué)驗光，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，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的精確距離。飛秒激光機按照醫(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。