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过去眼视光器械的光源都是普通光。由于激光具有方向性强、单色性好、相干性高和亮度大的特性，可以用来诊断和治疗多种眼科疾病，形成了一门边缘学科激光眼科学。随着激光技术的发展，越来越多的诊断和治疗性激光器械在眼视光学领域得到拓展和应用，尤其在治疗方面，如准分子激光屈光矫正等得到了革命性突破。
由于激光具有单位空间、单位时间和单位频率内高度集中光能量的特性，所以用激光束给眼睛各组织施行手术具有优越性，为眼外科史翻开新的一页。
一、眼科激光治疗仪的激光特点
（一）与普通光比较，激光在治疗方面具有如下独特的性能
1、光能量在空间高度集中 所谓光能量在空间高度集中，指的是两个方面：一是发光面积小，比如一支10W光功率的日光灯发出的光能量分布在整个日光灯管圆柱面表面积上向外发射，而一支同样10W光功率的氩离子激光器发出的光能量分布在输出窗口中心的极小的一个高斯光斑内，与上述日光灯管圆柱表面积比相差近万倍；二是激光束的发散角小，上述日光灯管圆柱面上任一点的发光向4π立体角内发散，而激光管输出窗口上任一点的光，总是沿管轴方向传播，其发散角小于2×10-3的平面角，两者发散立体角比较，相差105倍，同样光功率的普通光和激光比较，激光能量在空间集中的总能力为104×105=109即10亿倍，所以用激光束给眼睛各组织施行光凝或光切时，很高的光能量可以集中在一点上，使手术精确度高并且损伤小。
2、光能量在时间上高度集中 所谓光能量在时间上高度集中是指原来连续发射的光能量可以脉冲发射，通过调Q技术或锁模技术在发射时间上进行压缩，比如将1秒内连续发射的1焦耳光能量压缩在1ms内瞬间发射，则光功率由1W提高到了103W；若分别通过调Q或锁模技术，发射时间再压缩到μs或ns，从而将光功率分别提高到了106W、109W。眼科治疗用激光多为脉冲激光或调Q激光，光功率极高。激光每输出一个脉冲在视网膜和脉络膜上打一个凝固点或给虹膜穿孔所需的时间仅为毫秒级，调Q激光则更短。在这样短的瞬间就不用担心患者眼睛转动，避免了连续光造成的目眩症。
3、光能量在单位频宽内高度集中 光能量在单位频宽内高度集中指的是激光的谱线宽度极窄，因此，人们可以选用只被患部组织吸收而对其余组织无害的激光。例如选用氩离子激光对眼屈光介质有很高的透过率而眼球色素组织则对这种光具有很高吸收率，可以治疗眼内血管瘤、病变血管、新生血管或其他出血性疾病具有优越性。过去用碳弧灯光或氙弧灯光等普通光源治眼底病的同时也可造成屈光介质混浊，因为普通光的谱线宽，其中包含了屈光介质吸收的光波。对普通光进行滤光，滤过屈光介质有害的光，同时损失了大量光能量。激光则不必滤光，其光能量高度集中。
（二）与眼科检验用的激光比较，激光的特点及其发展历史
如果说眼科检验用的激光是利用了激光的高度单色特性和高度相干特性，那么眼科治疗用的激光则是利用了激光的高单色性和高亮度性。前者强调了这种光能量的特性，光能量只需很弱的量；后者则强调了具有这些特性的光能量。
用光能量治疗眼病的历史，大体经历了20世纪40年代用日光来封闭黄斑裂孔，50年代用氙弧光灯代替日光，60年代用红宝石激光代替氙弧光，70年代用氩离子激光代替红宝石激光，以后先后增加了氪离子激光、染料激光、调Q-Nd：YAG激光和ArF准分子激光，直到现在，广泛应用氩离子激光、氪离子激光和Q开关Nd：YAG激光三种激光治疗眼球各组织的眼病。
Meger-Schwickerath1949年报告，他们用太阳光凝固黄斑裂孔，困难是难以控制光凝剂量，而且日光随季节和天气好坏的变化影响很大。其副作用是太阳光里的红外线和紫外线使眼屈光介质混浊，以及眼底损伤面积大，患者目眩等。这是第一次用光能量治眼病。
1959年，Meger-Schwickerath又报告了他们用人造氙弧光灯代替太阳光治眼底病，使一些眼底病得到了有效治疗。与太阳相比，这种人造光源的剂量容易控制，但存在很多缺点：到达治疗处的光强度不够，剂量不足，疗效不理想；氙弧光的谱线很多，包含了导致眼屈光介质混浊的有害光线；进入眼的光锥太宽，损伤面积大，丧失受伤处的视力；照射时间长，患者难以忍受。
美国人Maiman于1960年发明了世界上第一台激光器以后，Campbell于1961年开始，使用这种脉冲红宝石激光治疗视网膜裂孔和视网膜血管性疾病获得了很好的疗效。与氙弧灯光比，红宝石激光克服了氙弧灯光的上述缺点，这种激光的优点是：达到治疗处的光强足够实现光凝或光切，疗效高；红宝石激光是694.3nm波长的红色光，光束是没有导致屈光介质混浊的有害谱线；激光束是平行光，发散角极小，损伤只局限于很小的所需凝固的部位；红宝石激光发射一个脉冲的持续时间极短，就不担心眼球转动。由于694.3nm波长的光不易为血红蛋白吸收，所以对治疗眼球血管性常见病的疗效差。
Z.Weng和Floclcs等人于1967年报告，他们用氩离子激光对动物眼做了实验研究，L.Esperance等人于1968年报告，用氩离子激光治疗2160例糖尿病视网膜新生血管，Apple等人于1973年报告，用氩离子激光治疗眼底肿瘤，取得了较好的效果。Wise于1979年报告，用氩离子激光施行“激光小梁成形术”治疗闭角型青光眼取得了惊人的疗效。与红宝石激光比较，由于氩离子激光束发散角小，输出功率和光能量更稳定而更易精确控制剂量，其频谱特性具有比红宝石激光广泛得多的用途，导致国内外由氩离子激光取而代之的趋势。氮离子激光中的647.1nm波长红光对神经视网膜损伤小，常用来治黄斑近中心处的渗漏，比氩激光更好。
法国的Aron-Rosa等人于1980报告使用不可见的红外激光1.06μm的Nd：YAG激光治疗眼内无色素组织的眼前节疾病引起了激光眼科界的普遍重视。用Q开关Nd：YAG激光施行白内障囊膜切开术，是白内障复明术的一个进展。此外，Q开关Nd：YAG激光还可用于施行虹膜周边切除术治疗闭角型青光眼，以及用来光切造瞳治疗瞳孔闭锁，用来切断某些玻璃体机化等。
Cotliar等人于1985年报告，他们使用不可见的紫外激光，波长为193nm的ArF准分子激光对角膜做放射状切割，使角膜弧度变平，从而能使屈光度改变0.12～5.35D。用这种“冷刀”施行光切术，其精度可达微米级，刀口损伤范围仅达毫微米级，所以适用于精加工眼的角膜而无可见的伤痕。日本的山名泰等人于1984年报告，他们用激光光动力学疗法治疗视网膜细胞瘤既有效地破坏了肿瘤又保存了视功能。
二、眼科激光治疗常用的激光器
（一）红宝石激光器
1960年发明的世界上第一台激光器就是红宝石激光器，红宝石激光器的第一个用途就是用于眼科治疗。红宝石激光器因其激光工作物质是固体而属固体激光器。其工作物质是红宝石晶体，这种晶体的基质是刚玉（AL2O3），掺入少量杂质Cr2O3，所掺杂质的重量仅为总重量的0.05%，使部分Cr3+代替AL3+，从而使刚玉晶体变为呈红色的红宝石晶体。通常选用脉冲氙灯做激励源，使红宝石晶体中的Cr3+实现粒子数反转，产生波长为694.3nm的受激辐射。晶体两端的两块反射镜的谐振，最终使这种激光器输出694.3nm波长的脉冲激光。这种激光器的脉冲峰值功率一般为几千瓦到几十千瓦，每脉冲能量为0.1～1.5J。20世纪60年代主要用这种激光治疗眼底病和光切虹膜治疗闭角型青光眼等有关疾病。
（二）掺钕钇铝石榴石激光器
掺钕钇铝石榴石激光器也是固体激光器，其工作物质是掺入了少量钕的钇铝石榴石晶体，基质是钇铝石榴石，缩写成YAG，其化学成分是由3份Y2O3和5份AL2O3化合而成。在YAG晶体中掺入1%的Nd2O3，使少量Nd3+代替YAG晶体中的部分Y3+，制成掺钕钇铝石榴石晶体Nd：YAG。通常用氪灯作为连续激励的泵浦源，经光学谐振后，最终使Nd：YAG晶体中的Nd3+发出的波长为1.06μm的近红外连续激光从激光器输出端输出。临床上用这种激光治疗眼前节疾病，如用来治疗白内障、光切治疗瞳孔闭锁等。这种连续激光的光强不够，需将光能量在时间上集中，制成Q开关Nd：YAG激光，称为脉冲激光。此外，若在Nd：YAG激光的光谐振腔内插入非线性倍频元件，使输出光的振动频率加倍，即波长减半，使原来波长是1.06μm的不可见红外光变成了波长是0.53μm的可见绿光。这种波长的光在眼科具有广泛应用前景。
（三）氩离子激光器和氪离子激光器
氩离子激光器和氪离子激光器因它们的工作物质是气体而都属气体激光器。气体激光器的工作物质有原子气体、分子气体、离子气体和准分子气体等，氩离子激光器和氪离子激光器是离子气体激光器。气体激光器的一般结构示意图如图11-1所示：将适量的有关工作气体注入抽成真空的圆柱状玻璃管内；然后使充有稀薄工作气体的激光管进行气体放电，激励工作物质从基态向高能态跃迁，形成粒子数反转，发生受激辐射；再经玻璃管两端的两块反射镜组成的光学谐振腔使特定波长、沿管方向的受激辐射振荡，最后从激光器输出窗输出激光。这种激光的波长与激活物质有关结构对应，工作方式则与泵源的工作方式对应，如脉冲泵浦则输出脉冲激光，如连续泵浦则输出连续激光。氩离子激光器是目前可见光区域内连续输出功率最高的一种激光器，功率可达几十瓦。其主波长是514.5nm绿光和488.0nm蓝光。这种波长的光对眼屈光介质有很高的透过率，而眼球色素组织对这种波长的光具有很高的吸收率，用来治疗眼内血管瘤、病变血管、新生血管和其他出血疾病具有优越性。这种激光的发散角比红宝石激光小得多，经透镜聚焦后，氩离子激光束直径可小到4.0～5.0μm，在治疗时对周围组织损伤少。这种激光的能量也较容易精确控制。因此，氩离子激光逐渐代替红宝石激光。
氪离子激光器的结构与氩离子激光器的结构完全相同，氩离子激光器里的氩气抽走后充入氪气，则成为氪激光器。氪离子激光器的连续输出功率为十几瓦，主要波长为520.8nm绿光、568.2nm黄光和647.1nm红光。
（四）氦氖激光器
氦氖激光器是原子气体激光器，在激光管内充入稀薄的氦气和氖气，其中氖原子是辐射波长为632.8nm激光的工作物质，氦气则是辅助气体。氦氖激光器输出功率从几个毫瓦到几十毫瓦，是连续激光。眼科激光检测仪的激光光源主要是氦氖激光。国内也有用氦气激光作为理疗光源，治疗眼部有关疾病。
（五）ArF准分子激光器
ArF准分子激光器输出波长为193nm远紫外脉冲激光器。这种激光器的工作物质是惰性气体卤化物，这种物质在处于基态时是原子气体，在受激跃迁到高能态时两原子形成分子，不过这种分子存在的平均寿命很短，约为10-6s～10-7s，很快会自动离解成原来的两个原子。在国外的文献中称这种物质为excimer，即称之为激发态的复合物，在我国则称之为“准分子”。
准分子激光器输出激光的脉冲宽度约几十纳秒，脉冲能量约为100～200mJ。实用的准分子激光工作物质主要有3种：ArF、KrF和XeF，它们的激光波长分别为193nm、249nm和351nm。眼科用的多为波长为193nm的ArF准分子激光器。由于这是医用激光中能量最大的激光，这种激光作用于生物组织后不是发生热效应而是发生化学效应，用作手术“刀”时无热损伤，称之为“冷刀”，用来切割角膜时的是光化学分解作用使生物分子的化学键断开，因此切割精度可达1μm，术后刀口不会发生混浊。
（六）有机染料激光器
染料激光器的工作物质有“有机染料”和“无机染料”两种，后者在液体状态下工作，有机染料则可在固体状态或气体状态或液体状态下工作。医用的有机染料激光器，其工作物质在液体状态下工作，所以是液体激光器。
有机染料液体激光器都用光泵激励。当用连续光泵进行连续激励时，激光器将连续输出连续光；当用脉冲光泵进行脉冲激励时，激光器将输出脉冲激光。当用光动力学疗法治疗眼部恶性肿瘤时多使用连续激光，激光功率为几百毫瓦到几瓦，所用光泵多用氩离子激光；当用于光凝或光切治疗眼部疾病时则多用脉冲激光，激光能量约几十个毫焦耳，峰功率约为105W，脉冲宽度约为几十毫秒，所用泵浦源多用脉冲氮分子激光或氙闪光灯。染料激光器的一个特点是其激光波长连续可调。若所用的有机染料是若丹明6B则可在605～638nm波段内调谐，若用的是若丹明6G，则可在580～610nm波段内调谐。光动力学治疗眼部恶性肿瘤用的有机染料激光器的工作物质是若丹明6B，可选其中的630nm谱线作为治疗光源。
三、眼科激光治疗仪的整机结构
一般医用激光机总是由激光器、激光电源和激光光导系统三大部件构成。对于眼科专用的激光治疗仪则除了上述三大部件以外，还需增加检眼镜或裂隙灯显微镜等供医生监察用的观察系统。尽管目前眼科激光治疗仪品种繁多，但其结构大同小异，总是由上述四大部件构成。本书介绍较为典型的固体激光红宝石激光视网膜凝固机和气体激光氩离子激光眼科治疗机。
（一）红宝石激光视网膜凝固机
图11-6所示是红宝石激光视网膜凝固机结构示意图。
有四大部件组成：①红宝石激光器，这种激光器主要有红宝石晶体，两端有两块反射镜组成光学谐振腔，旁边平行放置一支脉冲氙灯；②供应点燃泵氙灯的电源，称为激光电源；③激光束的光导系统，从光学谐振腔里发射的波长为694.3nm的红色激光束经透镜L1和L2，再经棱镜K反射入患眼视网膜靶位；④医生的观察系统。图中反射镜R中心开孔，694.3nm激光束可以从孔中全部通过，但它是照明光的反射镜，使来自灯泡的光，经L3会聚、R反射，再经L2和K反射，让照明光会聚于患眼瞳孔附近，从而照亮整个网膜。医生在操作时首先通过屈光度校正盘使能清晰观察到患者眼底，然后调整透镜L2的位置使反射镜R中心的小孔像清晰成像于凝固的靶位，最后将确定好剂量的激光释放，打向靶位（按动揿扭）。
（二）氩离子激光眼科治疗机
图11-7是氩离子激光眼科治疗机结构示意图。
该机由激光电源、激光器、光导系统和观察系统四大部分组成。
电源主要是供激光管气体放电的电源，与CO2激光或He-Ne激光不同的是氩激光要求大电流（几十安培）、低电压（常为380伏特）。此外，还包括供给氩激光管外侧的磁场所需之电源。
氩激光器结构多为外腔式，作为光学谐振腔用的两块反射镜装在玻璃管外，封接于激光管两侧的是两块布氏窗，即与管轴有一个夹角称为布氏角。可选用488.0nm波长的蓝光，也可选用波长为514.5nm的绿光，或者这两种颜色的混合光。
光导系统可以是光导纤维，也可以用光导关节臂。图中画出的是四关节光导关节臂，其中每一个反射镜装置在反射镜座内，而这个反射镜座与中空连接管由滚珠轴承连接，从而反射镜可绕入射光轴360°旋转，称之为一个关节。这样，若用六个关节，则就可在六个方位上各转360°，就有了六个自由度。有六个自由度的光导关节臂就可将激光导向空间的任一个方位而没有“死角”。
观察系统用的是裂隙灯显微镜，但激光束最终仍需借用裂隙灯中的一块反射镜将激光最后导入眼内所需靶位。
氪离子激光和染料激光等其他激光原则上都可用上述系统结构，只需换成有关激光器和相应的激光电源。操作步骤则各机都有说明书，通常总少不了如下环节：通水冷却——预热激光管灯丝——开启磁场电源调至所需值——开启触发电源，先小电流下调整——开启弧光电源并调节之所需值——开启激光输出开关。此时按预定剂量的激光可打向眼部所需靶位，当然在激光机运转之前首先将同光路瞄准光瞄准眼部所需靶位。结束工作时则与上述顺序相反，先关闭输出开关，然后依次关闭弧光电源、磁场电源和灯丝电源，停止工作约15分钟后，关闭冷却水的开关。 |
