CN104873325B - 一种检测角膜激光切削阈值的设备及方法 - Google Patents

一种检测角膜激光切削阈值的设备及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及激光眼科手术技术领域，具体公开一种检测角膜激光切削阈值的设备，包括：激光系统和激光诱导等离子体光谱系统；光路系统包括扫描模块、激光光强调节模块、扩束模块、分光模块、滤光模块以及聚焦模块。本发明还公开一种检测角膜激光切削阈值的方法。本发明检测角膜激光切削阈值的设备及方法，能够准确确定角膜的激光切削阈值，并应用于实际临床中。

Description

一种检测角膜激光切削阈值的设备及方法
技术领域
本发明涉及激光眼科手术技术领域，特别涉及一种检测角膜激光切削阈值的设备及方法。
背景技术
过去十年，由于有着精确的切削精度和最小化的副作用效果，飞秒激光眼科手术领域发展十分迅速，最有临床应用前景的就是飞秒激光眼科手术，实际手术中已经应用的包括飞秒激光角膜移植手术和飞秒激光原位角膜磨镶术。为了取得最好的手术效果，手术中使用的飞秒激光脉冲能量需要尽可能的接近而略高于角膜激光切削阈值。精确的实时测量飞秒激光角膜切削阈值对于手术应用就具有非常迫切的应用需求。
通过散射光信号测量角膜激光切削阈值可以在实验室实现，但是由于散射光的位置通常正交于入射激光，并且散射光强度较弱，需要在暗背景下进行观测，难以实际应用在临床上。现在常用的测量飞秒激光角膜切削阈值方法是通过激光诱导等离子体光信号测量角膜激光切削阈值，原理为在和切削激光垂直方向使用光电倍增管来监测激光诱导等离子体光信号，逐渐增加入射切削激光能量的同时监测激光诱导等离子体光信号是否出现，当激光诱导等离子体光信号出现的时候所对应的入射切削激光能量就是阈值时的激光能量。此方法由于探测光信号在切削光平行方向，可以实际应用到手术中，但是存在测量是否准确的问题。由于在实际手术中和角膜直接紧密接触的光学部件的切削阈值和角膜的切削阈值非常接近，而且人角膜本身的厚度又只有半个毫米，因此很有可能出现由于精密聚焦的偏差而把光学部件的切削阈值当作角膜的切削阈值，即激光聚焦在和角膜直接紧密接触的光学部件中而测量得到阈值而误以为是角膜的切削阈值。
发明内容
本发明旨在克服现有激光切削阈值检测中所存在的技术缺陷，提供一种新型检测角膜激光切削阈值的设备及方法，能够准确确定角膜的激光切削阈值，并应用于实际临床中。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供一种检测角膜激光切削阈值的设备，包括：激光系统和激光诱导等离子体光谱系统；所述激光系统与所述激光诱导等离子体光谱系统通过光路系统实现结合；所述光路系统包括扫描模块、激光光强调节模块、扩束模块、分光模块、滤光模块以及聚焦模块；所述扫描模块用于对所述飞秒激光器所发射的激光进行扫描反射；所述激光光强调节模块用于调节所述激光系统所发射激光的光强；所述扩束模块用于对所述飞秒激光器所发射的激光进行扩束；所述分光模块用于反射所述飞秒激光器所发射的激光，并投射等离子体光；所述滤光模块用于对所述等离子体光进行降噪；所述聚焦模块用于将激光聚焦到角膜上。
优选的，所述激光系统为飞秒激光器。
优选的，所述激光诱导等离子体光谱系统的光谱探测范围为190nm～600nm。
优选的，所述激光系统与所述激光诱导等离子体光谱系统在所述双色镜处通过法兰连接。
优选的，所述滤光模块包括滤光镜；所述滤光镜表面设置有高反射膜。
优选的，所述滤光镜的材质为石英玻璃。
优选的，所述高反射膜对激光波长高度反射。
优选的，所述高反射膜的反射率为99.99％。
优选的，所述高反射膜通过电镀的方式镀于所述滤光镜表面。
再另一方面，本发明提供一种检测角膜激光切削阈值的方法，包括：a.所述激光系统发射激光，所述激光聚焦至角膜处，使角膜表面形成等离子体，并生成激光诱导光谱；b.激光诱导光谱通过所述激光诱导等离子体光谱系统产生荧光，并对所述荧光进行定量及定性分析，确定所述激光聚焦在角膜上；c.确定所述激光聚焦在角膜上后，通过所述激光诱导等离子体光谱系统进行谱线分析获得角膜激光切削阈值。
本发明的有益效果在于：提供一种检测角膜激光切削阈值的设备以及方法，能够在采集激光诱导等离子体信号的同时，分析激光诱导等离子体信号的光谱，进而准确的确定角膜的激光切削阈值，而且，能够实现在手术期间实时准确的确定激光角膜切削阈值。
附图说明
图1根据本发明一个实施例的设备的结构原理示意图；
图2为根据本发明一个实施例的等离子光谱图；
图3为根据本发明一个实施例测得的激光切削阈值结果图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
首先参考图1，示出了根据本发明一个实施例的检测角膜激光切削阈值的设备，包括：激光系统和激光诱导等离子体光谱系统；其中，激光系统为飞秒激光器1，激光诱导等离子体光谱系统9的光谱探测范围为190nm～600nm。
飞秒激光器1与激光诱导等离子体光谱系统9具体通过光路系统实现结合；光路系统包括扫描模块、激光光强调节模块、扩束模块、分光模块、滤光模块以及聚焦模块。具体如图1所示，扫描模块包括二维扫描镜2，激光光强调节模块包括激光光强调节装置3，分光模块包括双色镜7，扩束模块包括扩束器4，滤光模块包括滤光镜8，聚焦模块包括汇聚透镜6。其中，激光光强调节装置3由一个半波片和一个偏振片组合而成，用来调节飞秒激光器1发射的激光的光强；扩束器4是由两个透镜所组成透镜组件，能够对激光实现3倍到5倍的扩束；双色镜7用于反射飞秒激光器所发射的激光，并投射等离子体光；滤光镜8则用于对等离子体光进行降噪；滤光镜8表面镀有高反射膜。
具体实施方式中，滤光镜8可采用石英玻璃或其他透明材料，根据飞秒激光器1发射的激光波长的波段，在滤光镜8的表面镀有相应光谱频率的高反射膜，高反射膜为对激光波长高度反射，高反射膜的反射率为99.99％。通过镀有高反射膜的滤光镜来实现对光谱信号的降噪处理；同时该高反射膜能够对其他不同于角膜等离子体信号波段的光镀膜进行定量的吸收，这种吸收可以用来实现对透过光谱的稳定性和强弱对比的控制，从而提高信噪比，以便更加准确的获得角膜激光切削阈值。
飞秒激光器1与激光诱导等离子体光谱系统9在双色镜7处在机械上通过法兰连接，在光路上通过双色镜7连接，双色镜7对入射激光反射，对等离子体信号光透射。
通过该实施例的设备检测角膜激光切削阈值的方法具体为：飞秒激光器1发射激光，通过二维扫描镜2在X和Y方向可以调整光束位置，通过激光光强调节装置3可以根据手术需要调节激光光强，通过扩束模块4进行光束扩束，通过双色镜7进行反射，通过汇聚透镜6聚焦，最终激光聚焦至角膜5处，使角膜表面形成等离子体，并生成激光诱导光谱；激光诱导光谱通过激光诱导等离子体光谱系统9产生荧光，并对所述荧光进行定量及定性分析，确定激光确实聚焦在角膜5上；确定激光聚焦在角膜5上后，通过激光光强调节装置3逐渐增加激光能量，并通过激光诱导等离子体光谱系统9进行谱线分析获得角膜激光切削阈值。
采用实施例中的检测角膜激光切削阈值的设备及方法，产生单脉冲飞秒激光烧蚀角膜组织，并利用激光诱导等离子体观测得到的光谱图如图2所示，从光谱图中可以看出，只对应有角膜组织所具有元素的光谱，并不具有其他物质，如手术中使用的润滑液体、手术中与角膜直接紧密接触的光学部件等，所具有的元素相应的光谱。充分说明，采用本发明的设备及方法，能够更加准确的确定角膜的激光切削阈值。
另外，在采用本发明实施例中的检测角膜激光切削阈值的设备及方法时，当入射激光脉宽为800飞秒，1.6皮秒，3皮秒和20皮秒时，在角膜内部测量的激光切削阈值结果如图3所示。该图中的结果也从另外一个角度说明本发明所提供的检测角膜激光切削阈值的设备及方法能够对角膜进行准确聚焦，同时也能有效获得角膜的激光切削阈值。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种检测角膜激光切削阈值的设备，其特征在于，包括：激光系统和激光诱导等离子体光谱系统；
所述激光系统与所述激光诱导等离子体光谱系统通过光路系统实现结合；
所述光路系统包括扫描模块、激光光强调节模块、扩束模块、分光模块、滤光模块以及聚焦模块；
所述扫描模块用于对所述激光系统所发射的激光进行扫描反射；
所述激光光强调节模块用于调节所述激光系统所发射激光的光强；
所述扩束模块用于对所述激光系统所发射的激光进行扩束；
所述分光模块用于反射所述激光系统所发射的激光，并投射等离子体光；
所述滤光模块用于对所述等离子体光进行降噪；
所述聚焦模块用于将激光聚焦到角膜上，使角膜表面形成等离子体，并生成激光诱导光谱，产生荧光；对所述荧光进行定量及定性分析，区分光学部件的激光切削阈值和角膜的激光切削阈值，获得角膜激光切削阈值。
2.如权利要求1所述的检测角膜激光切削阈值的设备，其特征在于，所述激光系统为飞秒激光器。
3.如权利要求1所述的检测角膜激光切削阈值的设备，其特征在于，所述激光诱导等离子体光谱系统的光谱探测范围为190nm～600nm。
4.如权利要求1所述的检测角膜激光切削阈值的设备，其特征在于，所述激光系统与所述激光诱导等离子体光谱系统在所述分光模块处通过法兰连接。
5.如权利要求1所述的检测角膜激光切削阈值的设备，其特征在于，所述滤光模块包括滤光镜；所述滤光镜表面设置有高反射膜。
6.如权利要求5所述的检测角膜激光切削阈值的设备，其特征在于，所述滤光镜的材质为石英玻璃。
7.如权利要求5所述的检测角膜激光切削阈值的设备，其特征在于，所述高反射膜对激光波长高度反射。
8.如权利要求5所述的检测角膜激光切削阈值的设备，其特征在于，所述高反射膜的反射率为99.99％。
9.如权利要求5所述的检测角膜激光切削阈值的设备，其特征在于，所述高反射膜通过电镀的方式镀于所述滤光镜表面。
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