CN103040554A - 一种传能光纤传输飞秒激光治疗青光眼的手术装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种传能光纤传输飞秒激光治疗青光眼的手术装置，该装置由飞秒激光器(1)、飞秒激光输出尾纤(2)和传能光纤(4)组成；传能光纤(4)的一端与飞秒激光器(1)的输出尾纤(2)相熔接，以传输激光；传能光纤(4)的另一端通过透镜座(6)与凸透镜(5)相连接，或者传能光纤(4)的另一端的端面为球面状结构(7)，达到球面折射效果以聚焦激光。该装置能在有水的环境进行更精细的操作，代替手术刀进行滤过手术，具有能有效减小手术对周围组织的损伤、减小术后纤维化反应、减轻术后瘢痕化，起效时间久等特点。

Description

一种传能光纤传输飞秒激光治疗青光眼的手术装置

技术领域

本发明属于医疗器械领域，涉及激光手术治疗装置，具体涉及治疗青光眼的激光手术装置。

背景技术

目前，青光眼是一组以视神经萎缩和视野缺损为共同特征的疾病，损伤不可逆，为目前全球第二位致盲的疾病，严重威胁人类的视觉健康。主要机制为：房水流出途径受阻，导致房水积聚于眼内，眼压增高，从而压迫、损害视神经，引起一系列以视力下降、视野变小为主的临床表现，最终导致失明。治疗青光眼的手术方法最常用的为滤过手术。即建立新的房水眼外引流途径，制作功能性滤过泡，即在巩膜、tenon囊及结膜之间形成一个贮水池，它可吸收房水并将房水引致眼外，使得眼压下降。手术切口的纤维化反应是导致青光眼滤过性手术失败的主要原因，迄今尚无满意的防治方法。飞秒激光以其“超快”、“超强”的物理特性为解决滤过性手术后组织纤维化反应的痼疾提供了新的途径。

飞秒激光器产生的激光作用在所有物体之前都需要经过传输过程，目前主要包括两种传输方法：一是开放光路传输，是指飞秒激光经过各种准直透镜、反射镜、聚焦透镜镜后作用在目标物体上；二是飞秒激光经过光子晶体光纤传输后作用在目标物体上。方法一决定了飞秒激光传输是在开放空间进行传输，为使用人带来不安全因素，同时需要调节各种光学透镜来满足飞秒激光的使用条件，造成使用上极为不便利，尤其是对非专业人士，另外这种方法只适用于直线传输，不能用于如结膜下或前房内操作。方法二中光子晶体光纤具有多孔结构决定了它在应用上有如下不足：1、多孔结构的光子晶体光纤不适合做端面处理，在切割、熔接过程中造成孔结构封闭、塌陷等，破坏光子晶体光纤结构，造成传输性能下降。2、多孔结构的光子晶体光纤不能进入含液体的材料如生物组织中，否则液体会渗进光纤孔结构中造成飞秒激光传输失败。3、目前没有技术能在光子晶体光纤端面做透镜，以聚焦激光能量达到对组织相应效应。从而聚焦需通过外界透镜，对环境要求较高。4、光纤传输飞秒激光能量与光纤直径成正比，而光子晶体光纤直径较小，传输能量不大，尚不足以在巩膜上做切口。

传能光纤是一种大直径的实芯光纤，在光纤中没有空气孔结构，不同于普通的通信光纤和光子晶体光纤，可传输高功率激光，目前常用作高功率半导体激光器产生激光的传输。

发明内容

本发明的任务是提供一种传能光纤传输飞秒激光治疗青光眼的手术装置，使其具有周围组织损伤小、可有效减小术后纤维化反应、滤过手术起效时间久等特点。

实现本发明的具体方案是：

本发明提供的这种一种传能光纤传输飞秒激光治疗青光眼的手术装置，由飞秒激光器(1)、飞秒激光输出尾纤(2)和传能光纤(4)组成；传能光纤(4)的一端与飞秒激光器(1)的输出尾纤(2)相熔接，以传输激光；传能光纤(4)的另一端通过透镜座(6)与凸透镜(5)相连接，或者传能光纤(4)的另一端的端面为球面状结构(7)，该球面状结构(7)的聚焦球面曲率半径3-20μm，达到球面折射效果以聚焦激光。

所述的凸透镜(5)的透镜焦距为1mm，折射率为1.5，曲率半径为1mm，透镜半径为0.5-1.5mm，中心厚度为0.064-0.68mm。凸透镜(5)和透镜座(6)可以委托福州恺星光电技术有限公司加工制作。

所述的传能光纤(4)由阶跃折射率多模石英光纤构成，其芯径为62.5-1200nm，包层直径为125-1250nm，光纤数值孔径0.22。构成传能光纤(4)的阶跃折射率多模石英光纤的芯径具体可以是62.5μm、100μm、200μm或400μm，所述的芯径为62.5um的阶跃折射率多模石英光纤的包层直径是125μm；所述的芯径为100μm的阶跃折射率多模石英光纤的包层直径是125μm；所述的芯径为200μm的阶跃折射率多模石英光纤的包层直径是250μm；所述的芯径为400μm的阶跃折射率多模石英光纤的包层直径是500μm。

所述的飞秒激光器(1)的单脉冲能量为1uJ-1mJ，飞秒激光器(1)的输出波长为800-1700nm，频率为1000HZ-100MHz，脉宽为50-1000fs。

本发明提供的一种传能光纤传输飞秒激光治疗青光眼的手术装置的具体操作方式是：选择鼻上象限做以穹隆部为基底的结膜瓣，用光纤使飞秒激光在巩膜表面精确聚焦，开启平台，使光纤头以一定速度发生2mm的水平位移，飞秒激光以1uJ/pulse的能量，在与虹膜表面平行的方向上线性切割12点至l点处角巩膜缘，完成巩膜的穿透性切除。膜造瘘术后，将球结膜复位，用3-0丝线间断缝合球结膜切口2到3针。

采用本发明提供的一种传能光纤传输飞秒激光治疗青光眼的手术装置，可以克服手术刀进行滤过手术后手术切口容易发生术后纤维化反应的不足，减少手术切口术后纤维化反应；可以有效避免光子晶体光纤在飞秒激光应用上无法进入结膜下或前房、与飞秒激光器熔接困难、无法在端面形成透镜、传输激光能量较小以致无法在巩膜上做切口的缺点。

我们采用本发明提供的一种传能光纤传输飞秒激光治疗青光眼的手术装置与手术刀进行滤过手术相比较，用本发明提供的一种传能光纤传输飞秒激光治疗青光眼的手术装置在巩膜上做切口连接前房与结膜下，从而形成房水流出通道，降低眼压。结果显示：与手术刀进行滤过手术相比较，本发明提供的一种传能光纤传输飞秒激光治疗青光眼的手术装置在表现出良好手术效果的情况下，能显著降低对周围组织损伤程度和手术切口术后纤维化反应。

为了克服光子晶体光纤在飞秒激光应用上无法进入结膜下或前房、与飞秒激光器熔接困难、无法在端面形成透镜、传输激光能量较小以致无法在巩膜上做切口的缺点，本发明采用了传能光纤来传输飞秒激光的方法，该光纤能够在液体的环境进行操作，容易与飞秒激光器尾纤熔接，能通过于传能光纤端面安置凸透镜或者直接将传能光纤的端面研磨成球面状结构，达到球面折射效果使激光聚焦在相应巩膜手术区域，能传输可在巩膜上做切口的较大能量激光。

本发明实现了采用飞秒激光进行青光眼的手术。飞秒激光具有以下特点：1、其具有其超快、超强的物理特性，以极低的能量瞬间在极小的空间产生极高的能量密度，使组织电离并形成等离子体，等离子体产生的电磁场强度比原子核对其周围电子的作用力还大数倍，使组织通过光裂解爆破产生含二氧化碳和水的微小气泡，成千上万紧密相连的激光脉冲产生数以万计的小气泡所连起的微腔。飞秒激光可聚焦到2-3um直径的空间区域。可精确到1um级别的切割。2、飞秒激光每次脉冲作用时间小于1ps，由于其作用时间远远小于电子向晶格的热弛豫时间，因此飞秒激光作用物质时的热效应和对周围组织的影响极小，对周围组织损伤也极小，减少了纤维化反应的可能性。

本发明采用的传能光纤是一种大直径的实芯光纤，相对于光子晶体光纤有以下优势：光纤一端可与飞秒激光器的尾端相熔接，以传输激光。另一端连接一凸透镜或者直接烧熔光纤端面成一球面达到球面折射效果，以聚焦激光。在光纤中没有空气孔结构，可在结膜下或前房等有液体的部位，不同于普通的通信光纤和光子晶体光纤，可传输高功率激光，目前常用作高功率半导体激光器产生激光的传输。

本发明实现了用传能光纤引导的飞秒激光代替手术刀进行青光眼滤过手术。传能光纤与飞秒激光器的尾纤熔接，因传能光纤端面封闭，所以可在有水的环境进行操作，有利于激光与生物组织更精准地作用。飞秒激光器的尾纤本身就是传能光纤，有利于尾纤与光纤之间的熔接。在传能光纤端连接凸透镜，以聚焦激光，使激光作用于组织能量密度更大，效率更高。传能光纤比其它光纤更具优势的一点是，能传输高能量激光，使激光杀伤力达到组织承受阈值以上，已获得预期激光对组织的作用效果。本发明实用的传能光纤能在有水的环境进行更精细的操作，使用较方便、快捷、且更经济、能在端面形成球面使激光聚焦，能传输较大能量。通过此光纤传导飞秒激光的装置代替手术刀进行滤过手术。从而达到最小程度损伤周围组织，最大程度减小术后纤维化反应的目的，最终实现微创、术后瘢痕化低，起效时间久的滤过手术的目标。

利用飞秒激光“超快”、“超强”的特性以及光纤精确传导激光的特性，将飞秒激光从传统的开放空间传输改变为光纤波导中传输，具有安全、可靠、操作方便的优势，对青光眼患者实行的微创、术后瘢痕化低，起效时间久的滤过手术。

实验资料：

本发明提供的一种传能光纤传输飞秒激光治疗青光眼的手术装置与现有技术机械刀完成经外路巩膜造瘘术的比较，比较两种手术方式的手术效果和组织创伤修复反应，评估本发明提供的一种传能光纤传输飞秒激光治疗青光眼的手术装置治疗青光眼的有效性和优越性。

以本发明提供的一种传能光纤传输飞秒激光治疗青光眼的手术装置进行经外路巩膜造瘘术的实验组称飞秒激光组，以现有技术机械刀进行经外路巩膜造瘘术的实验组称为机械刀组。

一、参与眼压观测的20只实验兔术前双眼眼压差均＜3mmHg。两组所有术眼的眼压在术后第1天和第2天均明显下降(双眼眼压差≤3mmHg)，所有术眼都有功能性滤过泡形成。随着术后时间的延长，具有功能性滤过泡以及眼压明显下降的术眼逐渐减少。术后第14天，机械刀组所有术眼的滤过泡以及滤过手术均被判定为失败(见表1)。与之相比，飞秒激光组在术后第21天，滤过手术的成功率仍有50％(5/10)，其中2的滤过道在术后1个月时仍然能够发挥降眼压的功能(见图2)。飞秒激光巩膜造瘦术后功能性滤过泡以及眼压下降的持续时间均较机械刀组明显延长，差异有统计学意义(P＝0.025和P＝0.016)。

表1.飞秒激光组和机械刀组巩膜造痰术后功能性滤过泡和眼压下降的持续时间

二、免疫组化染色定量分析滤过区成纤维细胞和新生血管的增殖情况

造瘘处病理切片分别经波形蛋白和第Vm因子单克隆抗体免疫组化染色后，光镜下计数巩膜造痰术后第14天滤过区成纤维细胞和新生血管量，结果显示飞秒激光组滤过道内增生的成纤维细胞和新生血管量均少于机械刀组，差异有统计学意义(表2，Mann一Whitney u值＝5.500，2.500，P＝0.045，0.013，均P＜0.01)。

表2.飞秒激光和机械刀巩膜造疹术后第14天，滤过道成纤维细胞量和新生血管量

附图说明

图1为本发明一个实施例的结构示意图；

图2为本发明又一个实施例的结构示意图。

图中各数字标示符所示部分名称分别是：

1——飞秒激光器

2——飞秒激光输出尾纤

3——飞秒激光尾纤与传能光纤熔接点

4——传能光纤

5——凸透镜

6——透镜座

7——球面状结构。

具体实施方式

实施例1

图1所示的一种传能光纤传输飞秒激光治疗青光眼的手术装置，由飞秒激光器(1)、飞秒激光输出尾纤(2)和传能光纤(4)组成，传能光纤(4)的一端与飞秒激光器(1)的输出尾纤(2)相熔接，以传输激光，传能光纤(4)的另一端通过透镜座(6)与凸透镜(5)相连接，凸透镜(5)聚焦激光。飞秒激光器(1)的规格型号为SPIDER FS-500，其激光单脉冲能量为1uJ，输出波长为1060nm，频率为50MHz，脉宽为200fs。传能光纤(4)为SI大芯径能量传输光纤，长飞光纤光缆出产，传能光纤(4)为芯径100μm、包层直径125μm的阶跃折射率多模石英光纤，其芯层材料为纯石英玻璃，其包层材料为双层紫外固化丙烯酸树脂。凸透镜(5)焦距1mm，折射率1.5，曲率半径1mm，透镜半径0.5-1.5mm，中心厚度0.064-0.68mm。用以连接传能光纤(4)和凸透镜(5)的透镜座(6)的规格大小与凸透镜(5)和传能光纤(4)相匹配，透镜座(6)外部为圆柱形，其内为空腔结构，透镜座(6)内腔一端的内径与传能光纤(4)外径相匹配以将传能光纤(4)固定于透镜座(6)内，透镜座(6)内腔另一端的内径与凸透镜(5)的外径相匹配以固定凸透镜(5)。

实施例2

图2所示的一种传能光纤传输飞秒激光治疗青光眼的手术装置，其特征在于，由飞秒激光器(1)、飞秒激光输出尾纤(2)和传能光纤(4)组成；传能光纤(4)的一端与飞秒激光器(1)的输出尾纤(2)相熔接，以传输激光；传能光纤(4)的另一端的端面为球面状结构(7)，达到球面折射效果以聚焦激光。飞秒激光器(1)的规格型号为SPIDER FS-500，其激光单脉冲能量为1uJ，输出波长为1060nm，频率为50MHz，脉宽为200fs。传能光纤(4)为SI大芯径能量传输光纤，长飞光纤光缆出产，所述的传能光纤(4)由阶跃折射率多模石英光纤构成。构成传能光纤(4)的阶跃折射率多模石英光纤的芯径是62.5μm、包层直径是125μm。传能光纤(4)一端的球面状结构(7)的聚焦球面曲率半径10μm。

实施例3

一种传能光纤传输飞秒激光治疗青光眼的手术装置，其特征在于，由飞秒激光器(1)、飞秒激光输出尾纤(2)和传能光纤(4)组成；传能光纤(4)的一端与飞秒激光器(1)的输出尾纤(2)相熔接，以传输激光；传能光纤(4)的另一端的端面为球面状结构(7)，达到球面折射效果以聚焦激光。飞秒激光器(1)的规格型号为SPIDER FS-500，其激光单脉冲能量为1uJ，输出波长为1060nm，频率为50MHz，脉宽为200fs。传能光纤(4)为SI大芯径能量传输光纤，长飞光纤光缆出产，所述的传能光纤(4)由阶跃折射率多模石英光纤构成。构成传能光纤(4)的阶跃折射率多模石英光纤的芯径是400μm，包层直径是500μm。传能光纤(4)一端的球面状结构(7)的聚焦球面曲率半径10μm。该实施例的结构与图2相同。

Claims (7)

1.一种传能光纤传输飞秒激光治疗青光眼的手术装置，其特征在于，由飞秒激光器(1)、飞秒激光输出尾纤(2)和传能光纤(4)组成；传能光纤(4)的一端与飞秒激光器(1)的输出尾纤(2)相熔接，以传输激光；传能光纤(4)的另一端通过透镜座(6)与凸透镜(5)相连接，或者传能光纤(4)的另一端的端面为球面状结构(7)，达到球面折射效果以聚焦激光。

2.根据权利要求1所述的一种传能光纤传输飞秒激光治疗青光眼的手术装置，其特征在于，所述的传能光纤(4)由阶跃折射率多模石英光纤构成。

3.根据权利要求2所述的一种传能光纤传输飞秒激光治疗青光眼的手术装置，其特征在于，构成传能光纤(4)的阶跃折射率多模石英光纤的芯径是62.5μm、100μm、200μm或400μm。

4.根据权利要求1所述的一种传能光纤传输飞秒激光治疗青光眼的手术装置，其特征在于，所述的芯径为62.5um的阶跃折射率多模石英光纤的包层直径是125μm；所述的芯径为100μm的阶跃折射率多模石英光纤的包层直径是125μm；所述的芯径为200μm的阶跃折射率多模石英光纤的包层直径是250μm；所述的芯径为400μm的阶跃折射率多模石英光纤的包层直径是500μm。

5.根据权利要求1所述的一种传能光纤传输飞秒激光治疗青光眼的手术装置，其特征在于，所述的飞秒激光器(1)的单脉冲能量为1uJ-1mJ，飞秒激光器(1)的输出波长为800-1700nm，频率为1000HZ-100MHz，脉宽为50-1000fs。

6.根据权利要求1所述的一种传能光纤传输飞秒激光治疗青光眼的手术装置，其特征在于，所述的凸透镜(5)的焦距1mm，折射率1.5，曲率半径1mm，透镜半径0.5-1.5mm，中心厚度0.064-0.68mm。

7.根据权利要求1所述的一种传能光纤传输飞秒激光治疗青光眼的手术装置，其特征在于，传能光纤(4)一端的球面状结构(7)的聚焦球面曲率半径3-20μm。

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