解读：飞秒激光那些不为人知的特性
文章来源：时间：2015-05-21 09:33:47
核心提示： 飞秒激光是一种飞秒量级的近红外激光，属于超快激光范畴，“飞秒”为时间单位，一飞秒等于一千万亿分之一秒。很多医生与患者对于飞秒激光的了解也仅仅局限于上述内容，大家对飞秒激
解读：飞秒激光那些不为人知的特性 飞秒激光是一种飞秒量级的近红外激光，属于超快激光范畴，“飞秒”为时间单位，一飞秒等于一千万亿分之一秒。很多医生与患者对于飞秒激光的了解也仅仅局限于上述内容，大家对飞秒激光在角膜屈光手术中的优势，基本都能说出个一二三，但是属于飞秒激光的一些基本属性，能够说得很清楚的却不多，本文将会对飞秒激光的相关特性进行介绍。
1）飞秒激光的波长
飞秒激光的波长从几百到几千纳米（nm）不等，而用于近视手术的飞秒激光波长为1030-1064nm范围，为不可见的近红外线激光，此类波长的激光可以精确地聚焦于透明或者半透明生物组织（角膜），且聚焦强度较大，对角膜组织实施光爆破作用，将角膜组织分离出一个光滑的平面。
飞秒激光在聚焦点之前所经过的角膜组织，不会吸收飞秒激光的能量，所以飞秒激光在角膜的某一个聚焦层间发生作用时，聚焦点之前经过的角膜部分不会被飞秒激光的光能量损伤。
2）脉宽（pulse width）
全称：脉冲宽度，是指某一个激光脉冲在时间尺度上的长度。比如：某个激光的脉冲宽度是400飞秒，也就是说这个激光脉冲的作用时间持续了400飞秒。所以“脉冲宽度”又称为“脉冲延续时间”。
脉宽一般用毫秒、纳秒、飞秒、皮秒等表示。脉冲宽度的数值越小，激光能量对角膜组织产生持续作用的时间越短，对角膜胶原的影响也越小，组织损伤也越轻微。但是对角膜层间气泡（OBL）产生数量的多少没有直接影响。
飞秒激光的脉宽极短，缩短了“脉冲持续时间”的飞秒激光可以明显降低引发激光裂解作用的阈值能量，减少相关副作用，特别是热效应。一般来讲，大于1μs的脉宽常常伴有热效应，小于1μs的脉宽热效应则很小，可以被忽略，称为1μs法则。纳秒、皮秒、以及飞秒激光的脉宽均小于1μs，特别是飞秒，几乎没有热效应。
3）光斑大小（spot size）
是指激光在正常聚焦状态下的照射范围，不同的激光系统可以形成不同的光斑形状和大小，比如：某品牌飞秒激光的光斑小于3μm（微米），另外一个品牌飞秒激光的光斑为2μm（微米），激光的光斑越大，越容易在角膜层间产生大的气泡，气泡越大，角膜瓣越难以揭开，气泡吸收时间也越长，患者手术中等待的时间也会越久。此外，同样的飞秒激光仪器，在发射光斑的大小不变的情况下，可以因为聚焦部位的角膜弧度不同，光斑大小与形状也不一样。
如果光斑在聚焦时呈圆形，光斑的大小由光斑直径来决定。
4）脉冲重复率（pulse repetition rate）
也称为脉冲频率，是激光脉冲反复发射的频率，是脉冲持续时间（脉宽）的倒数，即每秒脉冲的次数。例如：我正在使用的Intralase iFS 150飞秒激光的脉冲重复率是150Khz（千赫兹）。而我另外一台蔡司VisuMax飞秒激光的脉冲重复率是500KHz(千赫兹）.
不同品牌飞秒激光的脉冲重复率差异较大，是由仪器各自的特性决定，与设备的品质优劣无关，也不会对制瓣的时间与效果产生太大差异。脉冲重复率高的品牌并不意味着比脉冲重复率低的品牌制作角膜瓣的速度更快，脉冲重复率与激光光斑大小直接相关，小光斑飞秒激光的脉冲重复率高，大光斑设备的脉冲重复率稍低，这是因为小光斑设备要想与大光斑设备在相同时间，甚至更短时间内，完成相同面积大小的角膜瓣制作，必须提高激光发射的频率。
不过，当某一个品牌的飞秒激光将自身的脉冲重复率提升的时候，制作角膜瓣的时间一定会缩短，例如：Intralase iFS 150（150KHz）飞秒激光制瓣的时间是10秒左右，而它的前一代Intralase FS 60（60KHz）飞秒激光制瓣的时间是18秒左右。
5）脉冲能量（pulse energy）
即单个飞秒激光脉冲的能量大小，常用单位为微焦耳（μJ）。脉冲能量越高，对角膜组织胶原纤维产生的影响也越大，同时，角膜瓣下更加容易产生不透明的气泡层（Opaque Bubble Layer，OBL），过多的角膜瓣下气泡需要一定的时间逐步吸收，会影响到手术的进程。
例如：Intralase FS 60（60Khz）飞秒激光的最大脉冲能量为5.0±0.5μJ（微焦耳），Ziemer LDV飞秒激光的平均脉冲能量小于100nJ（纳焦耳）。不同品牌之间因为设计原理不一，脉冲能量的高低比较没有太大的意义。
6）能量密度（fluence）
又称剂量、通量、注量，是指激光单位照射面上的能量，常用来J/cm2表示。
虽然不同飞秒激光系统的脉冲频率、脉冲持续时间、脉冲能量、焦点密集程度、点间距、行间距、角膜表面与负压接触镜的接触方式各有不同，但是基本原理是相似的，手术时为了达到最佳效果，减少对角膜组织的副作用，相关激光参数和手术技巧均需要认真进行分析，并给予参数组合优化和必要的调整。比如：脉冲宽度与激光能量设置的关系，一般来讲，激光的脉冲持续时间越长，相应就需要越大的能量进行光切割，但是脉冲能量越大，副作用可能会越大。脉冲持续时间长，将会产生更多的额外热量、振动、声波等，可以烧灼、融合、或者改变激光扫描区域周围的组织。当然有时也会利用这种对周围组织的影响进行治疗，例如：ND：YAG激光每一个脉冲的持续时间是10-9，对晶状体囊膜的切开就依赖于这种激光对组织的破坏作用。ND：YAG是一种纳秒激光，脉冲持续时间在纳秒级的激光需要形成等离子体的最低脉冲能量为1mJ左右，此外，我们所熟知的准分子激光也属于纳秒激光。准分子激光的光消融作用在组织的表面，产生的额外热量和气化的物质很容易在空气中消散，所以几乎所有的准分子激光系统都有一个抽吸管装置，吸除这些空气中飘散的物质，同样，准分子激光有时还会对组织产生热效应，只是不同品牌的准分子激光，产生的热效应高低不同而已，并非像一些厂家和医疗机构所宣传的所谓“冷激光”。
飞秒激光则不同，脉冲持续时间非常短暂，在热和振动波扩散到周围组织之前，能量和激光产生的物质就已经消散。当激光脉冲持续时间缩短时，单位时间内可以获得更高的功率密度，产生光切割作用所需的脉冲能量明显下降。减少飞秒激光脉冲的能量可以最大限度减少激光对周围组织的损害，这种损害小到几乎可以忽略不计，这也是飞秒激光技术目前在眼科其他专业，尤其是白内障手术中广泛使用的重要原因，也是全飞秒激光Smile手术被称为未来角膜屈光手术趋势的主要因素。
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