激光醫學中準分子激光器能量檢測的探討

趙鵬，金鑫，吳建剛，黃一飛，賈建革

1. 中國人民解放軍總后勤部衛生部藥品儀器檢驗所，北京 100071

2. 中國人民解放軍總醫院 眼科，北京100853

激光醫學中準分子激光器能量檢測的探討

趙鵬1，金鑫2，吳建剛1，黃一飛2，賈建革1

1. 中國人民解放軍總后勤部衛生部藥品儀器檢驗所，北京 100071

2. 中國人民解放軍總醫院 眼科，北京100853

1 激光醫學及其在臨床上的應用

激光技術誕生至今，隨著現代科學技術尤其是激光技術的發展，激光治療設備在臨床上的應用越來越廣泛，形成了一門極具發展潛力的交叉學科—激光醫學，產生了巨大的社會效益和經濟效益[1]。

激光之所以在臨床廣泛應用的原因在于其特殊的物理特性，如單色性好、方向性強、亮度高、強度大、相干性好等。目前臨床在用的激光波段集中在紅外光、可見光和紫外光3個波段。當激光作用于人體時，人體吸收光子，就會有被激活的粒子，如原子、分子、自由基等產生。這些被激活的粒子通過各種方式將能量釋放出來，可通過輻射波長較長的熒光釋放能量，也可將能量轉移給鄰近的分子，還可以通過繼發性反應產生其他光生物效應，此效應開始于局部，繼而影響到全身。這個過程集中了激光的光致發光作用、光致發熱作用、光致壓強作用、光致化學作用以及生物刺激效應等。

以激光器為核心的激光治療儀器在臨床主要應用在眼科、外科、康復理療科，甚至借助于光化學療法治療惡性腫瘤。

2 準分子激光的特殊性

普通分子的基態都具有束縛型勢能曲線，因此能穩定的存在。準分子的激發態為分子鍵形式，而它的基態卻是不穩定的弱束縛態或排斥態，所以準分子是一種不穩定的廣義的分子。早在20世紀30年代，人們已經觀察到準分子光譜，直到1970年巴索夫才宣布用電子束激勵液氙可獲得氙準分子激光。我國于1975年開始研制準分子激光器，目前采用電子束和氣體放電激勵技術獲得了多種準分子體系的激光振蕩[2]。

準分子激光治療設備在治療屈光不正手術中發揮了重大作用。其光源一般采用的是能夠得到高質量燒蝕表面的193 nm ArF準分子激光。而193 nm激光屬于紫外波段，單光子能量（6.4 eV）遠大于人眼角膜組織分子鍵能（3.4 eV），能夠打斷生物分子的化學鍵，使組織分子氣化，從而對角膜組織進行“光化學切削”[3]。

這種準分子激光屬于“冷”激光，對被照射部位周邊的組織幾乎不產生熱效應，其切削的準確度非常高。憑借這種準確的氣化，可以精確地進行角膜切削，而對其構造不產生不良效應[4]。

3 準分子激光治療設備的重要性

隨著準分子激光治療屈光不正方法的不斷成熟和改進，越來越多的近視患者通過這種手術恢復了正常視力，擺脫了眼鏡帶來的煩惱，數量巨大的市場需求也推動準分子激光治療設備數量的逐年增長。另一方面，在這種手術中出現的一些醫療事故引發了公眾對手術安全性的質疑。

4 準分子激光能量檢測方法的研究

鑒于準分子激光治療設備在手術中的關鍵地位，保證設備正常工作對于手術的成功至關重要。在激光器的眾多參數中，激光功率和激光能量是評價激光器性能的關鍵。激光功率用來描述連續激光的強弱，激光能量則用來描述脈沖激光的有無。激光脈沖能量直接影響切削效果，單脈沖能量大小、脈沖寬度和能量的穩定性是眼科手術成功的重要保證。然而準分子激光是靠放電激發氣體而產生激光的，因而很難對激光脈沖能量做到精確控制。眼科手術過程中，單個脈沖能量的波動、總能量的過多或欠缺是造成過矯和欠矯的主要原因[5]。

經查閱資料，涉及準分子激光能量要求的現行標準有兩個：GB 9706.20-2000 醫用電器設備第2部分：診斷和治療激光設備安全專用要求[6]和YY 0599-2007準分子激光角膜屈光治療機[7]，兩個標準中關于激光能量的要求，見表1。

目前國內激光參數計量儀器的專業研發單位和供應商都很少，僅有中國計量科學研究院、中科院上海光機所等幾家研發單位在做這方面的研究。當前，國內市場上的計量儀器通常都比較片面，絕大多數只能滿足一些比較傳統的激光產品的計量，對于新型激光器和激光產品往往不能提供有效的參數計量。

激光功率和能量這兩個基本參數是相互聯系的，從原理上講，功率是能量對時間的微分，而能量是功率對時間的積分。因此，通過測量功率對時間積分，就能夠得到激光能量值。通過測量能量對時間求平均，就可以獲得激光平均功率值。一般來說，光功率是指連續激光平均功率，而激光能量則是指單脈沖激光能量。目前市場上的激光功率能量計的測量原理總結起來主要有以下5種。

（1）光電型。利用光電探測器實現對能量的探測。其工作原理與一般光電探測器工作原理相同，均基于光電探測器材料的光電效應，即用激光照射探測器以產生與入射光強度成正比的電流輸出。對于普通的光電二極管，功率線性范圍為納瓦至毫瓦數量級，因此光電型激光功率計主要用于激光小功率和微能量的檢測。

（2）熱釋電型。利用材料熱釋電效應進行探測。探測器的熱敏單元通常為熱電晶體，可產生與吸收熱量成正比的電荷。主要用于檢測重復脈沖＞5000 Hz的激光。

（3）體吸收型。主要用于短脈沖激光能量的測量，尤其適用于脈沖時間為幾十微秒或更短的激光。體吸收材料可以是氣體、液體和固體中的任何一種。氣體和液體吸收材料優點是激光造成的損傷可逆，缺點是需要封裝，且會導致窗口的反射損失。固體吸收體的優點是不需要外加窗口，但激光造成的損傷不可逆。

（4）量熱計型。主要應用于低、中功率激光輸出測量，測量波長范圍為可見和近紅外，功率水平1 MW～1 W，工作原理是激光的熱效應。吸收體在吸收全部入射激光輻射后，產生溫升，通過測量吸收體的溫度，利用相應的計算公式來獲得激光功率能量值。

（5）流水式。針對特大功率的激光器而設計，測量波長范圍：1～11 μm，功率＞100 kW的連續波激光輸出。激光能量被吸收后轉化成熱，為避免吸收體溫度過高造成熱損傷，在吸收腔外壁繞制循環水冷卻裝置將能量帶走，通過測量流入與流出端水溫的改變量得到入射激光功率能量值。

對于治療激光波長為190 nm，能量＜50 MJ的準分子激光治療設備能量的檢測，可以利用精度較高的光電原理的能量計對治療激光進行測量。

對于能量密度的檢測，按照YY 0599-2007的規定，首先要確定術區光板尺寸，其檢測要使用激光準直測試紙，人工讀取測量結果，實際操作表明該測量方法受主觀因素影響誤差較大。隨著激光檢測技術的發展，用于檢測光斑尺寸的設備已經能夠達到很高的測量精度，檢測中完全可以借助光斑分析系統，配備合適的衰減器，利用采集探頭及分析軟件，自動測量出治療激光的光斑大小及能量分布情況，這樣可以大大提高檢測效率及準確度。吳建剛等[8]對臨床醫生關心的準分子激光角膜屈光治療機性能參數進行了系統的研究，提出了初步的檢測和判定方法，對檢測工作地開展具有一定的參考意義。

來自國家食品藥品監督管理總局的數據顯示，目前在用的準分子激光治療設備以進口為主，主要來自德國、美國和日本三個國家；國產設備主要來自于臺灣和蘇州。目前，在用設備主要依靠廠家售后工程師定期維護保養以及每次使用前例行檢查來保證其使用安全性。雖然產品廠家、型號不同，設備工作原理、工作性能有所差異，但是只要從治療終端加以控制，就能保證臨床治療中設備使用的安全性。

5 結束語

綜上所述，準分子激光治療設備的安全性直接影響著整個手術的成敗，是臨床手術的重要環節，必須加以重視。總后勤部衛生部將“準分子激光屈光性角膜切削術（Photorefractive Keratectomy，PRK）”系統設備列入大型醫療設備監管目錄，按照大型醫療設備質量管理規定，每兩年對其性能進行檢測，檢測合格后方可在臨床繼續使用，所以盡快出臺相應的國家軍用檢測標準，研制系統的準分子激光治療設備檢測裝置，對于完善大型醫療設備檢測質量控制工作意義重大。

[1] 李延斌．激光治療儀器的發展和應用[J]．世界最新醫學信息文摘,2004,(6):1368-1372．

[2] 周政卓,邱明新．準分子與準分子激光[J]．自然雜志,1982, 5(10): 766-770．

[3] Andreea E．Partal,Maria C．Rojas,Edward E．Manche． Analysis of the efficacy,predictability, and safety of LASEK for myopia and myopic astigmatism using the Technolas 217 excimer laser [J]．Journal of Cataract &Ref ractive Surgery,2004,30(10):2138-2144．

[4] 張紀莊,李學學．激光蝕除生物組織的影響因素[J]．中國激光,2007,34(2):300-304．

[5] 劉翔,張鵬翔,崔文東,等．用于眼科激光治療機光脈沖能量測量的能量計[J]．醫療衛生裝備,2007,8(5):73-75．

[6] GB 9706．20-2000醫用電器設備 第2部分:診斷和治療激光設備安全專用要求[S]．2000．

[7] YY 0599-2007準分子激光角膜屈光治療機[S]．2007．

[8] 吳建剛,趙鵬,馬飛,等．準分子激光角膜屈光治療機檢驗方法的研究[J]．中國醫療設備,2010,25(9):50-51．

Discussion on the Energy Detection Method of Excimer Laser in Laser Medicine

ZHAO Peng1, JIN Xin2, WU Jian-gang1, HUANG Yi-fei2, JIA Jian-ge1
1. Institute for Drug and Instrument Control of PLA, Beijing 100071, China
2. Department of Ophthalmology, General Hospital of PLA, Beijing 100853, China

隨著激光技術的發展，激光醫學在臨床中的應用越來越廣泛。準分子激光憑借其特殊的物理特性而被應用于眼科治療屈光不正的手術中。本文從質量控制的角度，分析了準分子激光角膜屈光治療系統的重要性和能量檢測方法。

激光醫學；準分子激光；能量檢測；質量控制；激光屈光治療機

With the development of laser technology, laser medicine has been widely used in clinic. Excimer laser, with its special physical characteristics, is applied in the ophthalmic surgery for the treatment of refractive errors. This paper analyzes the importance of the refractive therapy system of the excimer laser cornea and the energy detection methods.

laser medicine；excimer laser；energy detection；quality control; laser refractive therapy apparatus

TN248

C

10.3969/j.issn.1674-1633.2014.05.046

1674-1633(2014)05-0131-03

2013-10-14

2013-11-04

軍事醫學計量科研專項（2011-JL2-047）。

作者郵箱：yjs_zp@sina．com