專利名稱:激光角膜手術一體化系統的制作方法
技術領域:
本發明涉及一種激光設備,尤其涉及一種醫用激光手術設備。
背景技術:
激光角膜手術用來矯正人眼的屈光不正、去除角膜瘢痕和角膜移植已經獲得了廣 泛應用,尤其是激光角膜屈光手術已經成為近視矯正的一種首選方法,其安全性和有效性 得到了科學的確認和廣泛的認同。目前普遍采用的方法是先用一種稱作角膜板層刀的機械 刀切開一個角膜瓣,角膜瓣掀起后,ArF準分子激光對角膜組織進行切削。但是,由于紫外 激光在角膜組織上的穿透性很小,只適合表面切削,而且機型龐大,能量穩定性差,容易受 到環境溫度濕度的影像。另外,機械刀由于其設計和操作的原因,容易產生一系列角膜瓣并 發癥,使激光角膜微加工的精度受到影響。最近的研究表明,213nm固態激光比193nm準分 子激光能夠獲得更好的角膜組織微加工效果。 另一方面,近幾年市場上推出了近紅外飛秒激光角膜微加工技術代替角膜板層
刀,利用近紅外激光的可穿透性,在計算機控制下聚焦于角膜組織中一定的深度并進行掃
描,激光能量使角膜組織產生光致裂解,在角膜組織中形成空腔,把角膜分成兩層,上層即
為角膜瓣。這種非接觸精密可控的角膜瓣制作技術使激光角膜微加工更加精確,術后并發
癥更少,獲得了業界的好評。但是,目前的飛秒激光設備依然龐大,而且和表面切削的準分
子激光分別屬于兩個獨立設備,互不相關。 一般做法是病人在飛秒激光機上做完角膜瓣,再
到準分子激光機上行角膜表層切削,最后獲得屈光矯正。這種做法不僅繁瑣,增加了人為失
誤率,而且手術室所需空間很大,對維持準分子激光的能量恒定帶來一定的影響。 全固態激光器具有高光電轉換效率、高功率、高穩定性、高可靠性、壽命長、體積小
等優勢,采用全固態激光器已逐漸成為激光應用領域的趨勢和主流方向。 經過對現有技術的文獻檢索發現,類似專利有美國專利號為7008414的專利
"Laser Treatment A卯aratus"(激光治療裝置)。該專利的特征為"采用倍頻技術和三
倍頻技術,從紅外激光獲得193nm的紫外激光,并利用193nm紫外激光對角膜組織進行表層
切削。專利體現了一種激光治療儀器,包含一種包含固態激光的產生特定波長的激光發生
裝置, 一種光放大器, 一種把波長轉換成193nm左右波長的轉換裝置, 一種把治療光傳輸到
治療面的光學傳輸裝置,所用固態激光由DFB半導體激光或光纖激光,波長范圍為1. 51 ii m
至1. 59iim,波長轉換裝置的波長轉換范圍為189nm至199nm。"其不足之處在于1、系統復
雜;2、沒有涉及可選擇或先后采用近紅外激光和紫外激光對角膜組織進行切割。 在角膜手術中往往需要運用基礎近紅外脈沖激光和五倍頻紫外脈沖激光對治療
面進行手術,而現有技術中都只能采用兩套激光治療設備,分別進行手術治療,這樣,非但
設備復雜成本高,而且治療程序繁復,容易在轉換治療的過程中產生人為的過失,既增加了
手術成本也影響了醫療安全。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種半導體激光泵浦的全固態激光角膜手術 一體化系統,實現近紅外激光與紫外激光間的自由轉換,使用者可選擇或先后采用近紅外 激光和紫外激光進行治療,使手術過程得到簡化,降低了手術時間,給醫生和患者都帶來了 便利。 本發明為解決上述技術問題采用如下的技術方案 —種激光角膜手術一體化系統,包括近紅外脈沖激光器、激光傳輸裝置和激光定 位裝置,近紅外脈沖激光器產生基礎近紅外脈沖激光,激光經傳輸裝置傳送到目標位置,并 由激光定位裝置精確定位激光, 在近紅外脈沖激光器和激光傳輸裝置之間還設置有激光波長轉換裝置,該激光波 長轉換裝置由非線性晶體組成,其光路輸入端進入的是基礎近紅外脈沖激光,其光路輸出 端同軸輸出基礎近紅外脈沖激光和經混頻獲得的五倍頻紫外脈沖激光; 所述的激光傳輸裝置包括分光鏡、第一、第二反光鏡、第一、第二光閘、第一、第二 整形擴束器、光束補償透鏡、第一、第二可變光欄、第三反光鏡、二向色鏡、X-Y掃描鏡和聚焦 透鏡;所述的分光鏡設置于紅外脈沖激光器的輸出端光路上,從分光鏡到二向色鏡之間分 為近紅外和五倍頻紫外兩條支光路,第一反光鏡、第一光閘、第一整形擴束器、第一可變光 欄沿五倍頻紫外支光路順序設置;第二反光鏡、第二光閘、第二整形擴束器、光束補償透鏡、 第二可變光欄和第三反光鏡沿近紅外支光路順序設置;兩條支光路經過二向色鏡之后重合 成一條輸出光路,在二向色鏡之后的光路上先后順序設置有X-Y掃描鏡和聚焦透鏡,聚焦 透鏡將激光傳送到目標位置。 其中,所述的第一整形擴束器沿激光出射光路先后由起整形作用的第一柱鏡和第 一擴束器組成;所述的第二整形擴束器沿激光出射光路先后由起整形作用的第二柱鏡和第 二擴束器組成。 所述的第一擴束器沿出射光路順序由第一透鏡、第一光欄和第二透鏡組成,第一 透鏡、第二透鏡的焦點重合,第一光欄位于第一透鏡和第二透鏡的共同焦點處;所述的第二 擴束器沿出射光路順序由第三透鏡、第二光欄和第四透鏡組成,第三透鏡、第四透鏡的焦點 重合,第二光欄位于第三透鏡和第四透鏡的共同焦點處; 上述的第一、第二可變光欄的孔徑變化范圍最好是在0. lmm至6mm之間。 本發明巧妙地運用了倍頻、混頻技術,使近紅外脈沖激光器單一的基礎近紅外脈
沖激光輸出轉化為基礎近紅外脈沖激光和五倍頻紫外脈沖激光的同軸混合輸出,然后運用 合理巧妙的分光及調整手段,將兩種激光分路控制;然后再利用二向色鏡將兩路激光的光
路合并,并聚焦于同一目標位置。從而完美地實現了使用同一套激光治療設備既能完成用 于制作角膜瓣的近紅外、用于表層微加工的深紫外兩種激光集成在一起的治療手段,實現 了兩種激光之間的自由轉換,簡化了手術程序,大大降低了手術時間和可能出現的安全隱 患,給醫生和患者都帶來了極大的便利。 現有技術中,紫外脈沖激光器大都采用氣態激光技術,其存在效率低、性能不穩定 等各種缺點;而本發明的巧妙結構使得近紅外脈沖激光和五倍頻紫外脈沖激光共用一個半 導體激光泵浦的全固態近紅外脈沖激光器,系統采用了單一的半導體激光泵浦的全固態激 光技術后,使整個系統更具有效率高,性能穩定、體積小、重量輕,運行成本低和方便維護的優點。 其中所述光束補償透鏡位于整形擴束器二之后的光路上,其焦距由基礎近紅外和 五倍頻紫外兩種波長脈沖激光在目標處(即手術施行部位)的焦點距離決定,其作用是使 兩種波長激光在目標處共焦。
為讓本發明的上述目的、特征和優點能更明顯易懂,以下結合附圖對本發明的具 體實施方式作詳細說明,其中 圖1是本發明激光角膜手術一體化系統的結構示意圖;
圖2是激光波長轉換裝置的結構示意圖,其中
圖2a是激光波長轉換方法一的轉換裝置結構示意圖,
圖2b是激光波長轉換方法二的轉換裝置結構示意圖,
圖2c是激光波長轉換方法三的轉換裝置結構示意圖;
圖3是激光傳輸裝置的結構示意圖; 圖4a、圖4b分別是整形擴束器一和整形擴束器二的結構示意圖。
圖中1.近紅外脈沖激光器2.基礎近紅外脈沖激光3.激光波長轉換裝置4.五倍頻紫外脈沖激光5.分光鏡6.第一反光鏡7.第二反光鏡8.第一整形擴束器9.第二整形擴束器10.光束補償透鏡11.第一可變光欄12.第二可變光欄13. 二向色鏡14.第三反光鏡15. X-Y掃描鏡16.聚焦透鏡17.激光定位裝置18.目標眼19.激光傳輸裝置20.第一光閘21.第二光閘22.第一非線性晶體23.二倍頻激光24.第二非線性晶體25.第三非線性晶體26.四倍頻激光27.第四非線性晶體28.三倍頻激光29.第五非線性晶體30.第六非線性晶體31.第一柱鏡32.第一擴束器33.第一透鏡34.第一光欄35.第二透鏡36.第二柱鏡37.第二擴束器38.第三透鏡39.第二光欄40.第四透鏡
具體實施例方式
圖1示出了本發明的激光角膜手術一體化系統,包括沿光路順序設置的半導體激 光泵浦的全固態近紅外脈沖激光器1、激光波長轉換器3和激光傳輸裝置19。半導體激光 泵浦的全固態近紅外脈沖激光器1發出的基礎近紅外脈沖激光2進入激光波長變換器3,產 生五倍頻紫外脈沖激光4,基礎近紅外脈沖激光2和五倍頻紫外脈沖激光4進入激光傳輸裝 置19,通過控制分別或同時地聚焦于目標眼18上實施治療。在激光角膜手術一體化系統的 工作端(即激光傳輸裝置19的激光輸出端)位置還設置有激光定位裝置17,激光定位裝置 17,發出的可見光的交點或焦線和基礎近紅外脈沖激光2于五倍頻紫外脈沖激光4的共同
5焦點重合,因此激光定位裝置17發出的可見光的交點或焦線起到定位的作用,為基礎近紅 外脈沖激光和五倍頻紫外脈沖激光提供耙點位置。 所述激光波長轉換裝置3由非線性晶體組成,將半導體激光泵浦的全固態激光器 發出的波長范圍在800nm至1100nm的基礎近紅外脈沖激光2,通過倍頻技術,獲得波長范圍 為160nm至220nm五倍頻紫外脈沖激光4與基礎近紅外脈沖激光2混合輸出。
所述倍頻技術,其方法一是將基礎近紅外脈沖激光2通過兩次倍頻獲得四倍頻激 光輸出,所獲得的四倍頻激光與倍頻前的基礎近紅外脈沖激光2進行混頻,獲得五倍頻紫 外脈沖激光輸出;方法二是將基礎近紅外脈沖激光2通過依次進行倍頻和三倍頻,然后將 所獲得的倍頻激光和三倍頻激光進行混頻,獲得五倍頻紫外脈沖激光輸出;方法三是直接 采用非線性晶體,獲得上述五倍頻紫外脈沖激光輸出。所述半導體激光泵浦的全固態激 光器特別指的是半導體激光泵浦的、波長為1064nm的Nd:YAG脈沖激光或波長為1053的 Nd: YLF脈沖激光,通過上述倍頻與混頻技術,獲得波長為213nm或210nm的五倍頻紫外脈沖 激光輸出,其脈沖頻率在1Hz至lGHz之間,脈沖寬度在10fs至100ns之間。因此,經過波 長轉換裝置3后,可在輸出端同時獲得波長為1064nm或1053nm的基礎近紅外激光和波長 為213nm或210nm的五倍頻紫外脈沖激光輸出。 如圖2所示,其中方法一如圖2a所示,將基礎近紅外脈沖激光2分別通過第一非 線性晶體22獲得二倍頻激光23輸出和第二非線性晶體24獲得四倍頻激光26輸出,所獲 得的四倍頻激光26與倍頻前的基礎近紅外脈沖激光2通過非線性晶體25進行混頻,獲得 五倍頻紫外脈沖激光4輸出;其方法二如圖2b所示,將基礎近紅外脈沖激光2通過第一非 線性晶體22,獲得二倍頻激光23輸出,然后通過第四非線性晶體27獲得三倍頻激光28輸 出,最后將所獲得的二倍頻激光23和三倍頻激光28通過第五非線性晶體29進行混頻,獲 得五倍頻紫外脈沖激光4輸出;其方法三如圖2c所示,將基礎近紅外脈沖激光直接通過第 六非線性晶體30,獲得五倍頻紫外脈沖激光4輸出。所述第一、第二、第三、第四、第五、第六 非線性晶體22, 24, 25, 27, 29, 30特別指的是采用六硼酸鋰銫(CLBO),三硼酸鋰(LBO),偏硼 酸鋇(BBO),磷酸二氫鉀KDP),磷酸二氖鉀(DKDP),磷酸鈦氧鉀(KTP),碘酸鋰(Lil03)等材 料的非線性晶體。 所述半導體激光泵浦的全固態近紅外脈沖激光器1是半導體激光泵浦的,波長為 1064nm的Nd:YAG脈沖激光或波長為1053的Nd:YLF脈沖激光,通過上述倍頻與混頻技術, 獲得波長為213nm或210nm的五倍頻紫外脈沖激光4輸出,其脈沖頻率在1Hz至lGHz之間, 脈沖寬度在10fs至100ns之間。因此,經過波長轉換裝置后,可從激光波長轉換裝置3同 時輸出波長為1064nm或1053nm的基礎近紅外脈沖激光2和波長為213nm或210nm的五倍 頻紫外脈沖激光2。 如圖3所示,所述的激光傳輸裝置包括分光鏡5、第一反光鏡6、第二反光鏡7、第一 光閘20、第二光閘21、第一整形擴束器8、第二整形擴束器9、光束補償透鏡10、第一可變光 欄11、第二可變光欄12、第三反光鏡14、二向色鏡13、 X-Y掃描鏡15和聚焦透鏡16。所述 的分光鏡5設置于紅外脈沖激光器1的輸出端光路上,分光鏡5將激光波長轉換裝置3發 出的基礎近紅外脈沖激光2和五倍頻紫外脈沖激光4在空間上進行分離,從分光鏡5到二 向色鏡13之間分為近紅外和五倍頻紫外兩條支光路,第一反光鏡4、第一光閘20、第一整形 擴束器8、第一可變光欄11沿五倍頻紫外支光路順序設置;第二反光鏡7、第二光閘21、第
6二整形擴束器9、光束補償透鏡10、第二可變光欄12和和第三反光鏡14沿近紅外支光路順 序設置;兩條支光路經過二向色鏡13之后重合成一條輸出光路,在二向色鏡13之后的光路 上先后順序設置有X-Y掃描鏡15和聚焦透鏡16,聚焦透鏡16將激光傳送到目標位置。
如圖4a所示,所述的第一整形擴束器8沿激光出射光路順序由起整形作用的第一 柱鏡31和第一擴束器32組成,所述的第一擴束器32沿出射光路順序由第一透鏡33、第一 光欄34和第二透鏡35組成,第一透鏡33、第二透鏡35的焦點重合,第一光欄34位于第一 透鏡33和第二透鏡35的共同焦點處;五倍頻紫外脈沖激光2首先經過柱鏡一 31整形成圓 形光束,再經過擴束器一 32獲得準直擴束激光束。 如圖4b所示,所述的第二整形擴束器9沿激光出射光路順序由起整形作用的第二 柱鏡36和第二擴束器37組成,所述的第二擴束器37沿出射光路順序由第三透鏡38、第二 光欄39和第四透鏡40組成,第三透鏡38、第四透鏡40的焦點重合,第二光欄39位于第三 透鏡38和第四透鏡40的共同焦點處;基礎近紅外脈沖激光2首先經過柱鏡二 36整形成圓 形光束,再經過擴束器二 37獲得準直擴束光束。 所述光閘一 20和光閘二 21分別位于反光鏡一 6與整形擴束器一 8和反光鏡二 7 與整形擴束器二 9之間,由計算機控制其開啟與關閉,從而選擇性地開啟基礎近紅外或五 倍頻紫外支光路,使所需要的激光到達目標位置。 所述光束補償透鏡10位于整形擴束器二 9之后的光路上,其焦距由基礎近紅外脈 沖激光2和五倍頻紫外脈沖激光4在目標處(即手術施行部位)的焦點距離決定,其作用 是使兩種波長激光2和4在目標處共焦。所述第一可變光欄11和第二可變光欄二 12的孔 徑變化范圍都是在0. lmm至6mm之間,達到有效的調節光斑和激光強度的作用。
所述第三反光鏡14位于可變光欄二 12之后的光路上,把基礎近紅外脈沖激光2 反射并透過二向色鏡13,所述二向色鏡13位于可變光欄一 11之后的五倍頻紫外脈沖激光 4的光路和經反光鏡三14反射的基礎近紅外脈沖激光2的光路交點處,該二向色鏡13能夠 透射基礎近紅外脈沖激光2,反射五倍頻紫外脈沖激光4,且把五倍頻紫外脈沖激光4反射 至與基礎近紅外脈沖激光2重合的光路上。所述X-Y掃描鏡15位于把重合的基礎近紅外 脈沖激光2和五倍頻紫外脈沖激光4反射至目標處,并可按照軟件的控制實行掃描。聚焦 透鏡16把兩種激光2和4聚焦在目標處。 在上述激光角膜手術一體化系統中的五倍頻紫外和近紅外兩條支光路上也可以 設置成其他形式的第一整形擴束器8和第二整形擴束器9,只要能將從光閘處入射的激光 整形成圓形光束、再擴束獲得準直擴束激光束輸出即可,此類結構在現有技術中不止限于 上述實施例中所述的結構,同樣屬于本發明的保護范圍。
權利要求
一種激光角膜手術一體化系統,包括近紅外脈沖激光器、激光傳輸裝置和激光定位裝置,近紅外脈沖激光器產生基礎近紅外脈沖激光,激光經傳輸裝置傳送到目標位置,并由激光定位裝置精確定位激光,其特征在于在近紅外脈沖激光器和激光傳輸裝置之間還設置有激光波長轉換裝置,該激光波長轉換裝置由非線性晶體組成,其光路輸入端進入的是基礎近紅外脈沖激光,其光路輸出端同軸輸出基礎近紅外脈沖激光和經混頻獲得的五倍頻紫外脈沖激光;所述的激光傳輸裝置包括分光鏡、第一、第二反光鏡、第一、第二光閘、第一、第二整形擴束器、光束補償透鏡、第一、第二可變光欄、第三反光鏡、二向色鏡、X-Y掃描鏡和聚焦透鏡;所述的分光鏡設置于紅外脈沖激光器的輸出端光路上,從分光鏡到二向色鏡之間分為近紅外和五倍頻紫外兩條支光路,第一反光鏡、第一光閘、第一整形擴束器、第一可變光欄沿五倍頻紫外支光路順序設置;第二反光鏡、第二光閘、第二整形擴束器、光束補償透鏡、第二可變光欄和第三反光鏡沿近紅外支光路順序設置;兩條支光路經過二向色鏡之后重合成一條輸出光路,在二向色鏡之后的光路上先后順序設置有X-Y掃描鏡和聚焦透鏡,聚焦透鏡將激光傳送到目標位置。
2. 根據權利要求1所述的激光角膜手術一體化系統,其特征在于所述的第一整形擴 束器沿激光出射光路先后由起整形作用的第一柱鏡和第一擴束器組成,所述的第二整形擴 束器沿激光出射光路先后由起整形作用的第二柱鏡和第二擴束器組成。
3. 根據權利要求2所述的激光角膜手術一體化系統,其特征在于所述的第一擴束器 沿出射光路順序由第一透鏡、第一光欄和第二透鏡組成,第一透鏡、第二透鏡的焦點重合, 第一光欄位于第一透鏡和第二透鏡的共同焦點處;所述的第二擴束器沿出射光路順序由第 三透鏡、第二光欄和第四透鏡組成,第三透鏡、第四透鏡的焦點重合,第二光欄位于第三透 鏡和第四透鏡的共同焦點處。
4. 根據權利要求1、2或3所述的激光角膜手術一體化系統,其特征在于第一、第二可 變光欄的孔徑變化范圍都是在0. lmm至6mm之間。
全文摘要
本發明公開了一種激光角膜手術一體化系統,包括近紅外脈沖激光器、激光傳輸裝置和激光定位裝置,還設置有激光波長轉換裝置,輸出端同軸輸出基礎近紅外脈沖激光和經混頻獲得的五倍頻紫外脈沖激光;激光傳輸裝置將光路分為近紅外和五倍頻紫外兩條支光路,分路傳輸、控制,并經過二向色鏡之后重合成一條輸出光路,再傳送到目標位置。本發明巧妙地運用了倍頻、混頻技術,然后運用合理巧妙的分光及調整手段,將兩種激光分路控制。從而完美地實現了使用同一套激光治療設備即能完成近紅外、紫外兩種激光的治療手段,實現了兩種激光之間的自由轉換,簡化了手術程序,大大降低了手術時間和可能出現的安全隱患,給醫生和患者都帶來了極大的便利。
文檔編號A61F9/007GK101732127SQ20091022599
公開日2010年6月16日 申請日期2009年11月23日 優先權日2009年11月23日
發明者任秋實, 周傳清 申請人:上海康奧醫療科技有限公司