2018年02月04日 | 激光在眼科领域的应用及其原理分析

激光虽然已在医学领域的各个方面得到了普遍的应用，但在眼科领域的应用最为广泛而深入。这是因为眼球本身就是一个光学系统，光线可以通过屈光间质到达眼球的各层组织，由于激光具有的波长的一致性、方向性好等优点，可以应用不同波长的激光，目标准确地针对眼球的不同组织发挥作用，所以在医学领域中首先应用于眼科，而且范围最广，已经形成了激光医学的一门分支学科—激光眼科学。

一、激光对眼病的治疗

1、不同波长的激光对眼组织的作用

不同部位的眼组织，由于所含色素的不同，对不同波长激光的吸收存在明显差异，选择激光治疗时，首先应考虑到这种激光在其靶组织中有高的吸收率，而其所经过的路径上的屈光间质及其它组织对它的吸收越少越好。总的来说，黑色素对波长越短的光线吸收率越高，但差别不是很大;含氧血红蛋白对蓝、绿、黄光的吸收率很高，而对红光及红外光基本上不吸收；叶黄素则对蓝光有较高的吸收率。因此，兰、绿、黄光常用于虹膜、房角组织、视网膜色素上皮层及新生血管膜等，其中蓝光因能被叶黄素大量吸收，故不能用于黄斑区，以免损伤视网膜神经上皮层；红光及红外光虽然只能依赖于黑色素的吸收，但能穿透薄的出血到达脉络膜内层及视网膜色素上皮层，且不被叶黄素吸收、散射较少，故常用于屈光间质欠清、视网膜有薄的出血、黄斑区组织等，但对无色素或脱色素区效果较差，并且由于穿透性强而易于损害眼底深部组织。波长短于295nm的紫外光则多为角膜组织所吸收，不能到达眼内组织，所以目前仅用于角膜手术。

2、激光治疗眼病的原理

激光作用于眼球，并被组织吸收后，眼球组织会发生一系列的变化，这就是激光治疗的基础。

①、光致发热作用

是指生物组织吸收激光能量后，将其光能转化为热能的过程，是激光治疗眼病中最常见的一种方法。因热致局部组织反应水平的不同，又有热致温热、凝固、汽化、穿孔和切割等一系列反应，影响眼组织反应水平的因素，除与激光功率密度有关外，还与受照组织对相应波长激光能量的吸收率大小、激光照射持续的时间等有关。光致发热作用还可导致压强和化学作用等二次理化反应。

②、光致化学作用

是指生物组织吸收激光能量并将光能转变成化学能所导致的化学反应。主要有四种类型：即光致分解、光致氧化、光致聚合和光致敏化。在眼科治疗中常见到的是光致分解和光致敏化。前者如用波长为193nm的ArF准分子激光作“冷光刀”来分解生物分子化学键，“切割”角膜。后者的典型例子是用光动力学疗法治疗视网膜母细胞瘤。

③、电磁场作用

光是变化着的电磁波，因生物组织与光波段内的电磁作用而导致的一系列生物效应过程称为光的电磁场作用。其中主要是强电场作用。对于普通光，由于光功率密度很低，所以注意不到其电场的生物作用。但激光使光能量在空间上高度集中，如采用Q开关、锁模等技术，又使它在时间上也高度集中，就能产生相当大的电场强度，从而引起明显的生物效应。

④、光致压强作用

一定功率密度的激光，还可以产生光致压强作用，这种压强的产生可有多种原因，如激光辐射、热致汽化反冲、热致膨胀、膨胀致超声、场致散射、场致伸缩等引起。这种光致压强可作用于眼部产生生物效应。

⑤、汽化、切割、打孔原理

高功率密度的连续波激光作用于生物组织，并被生物组织吸收致热，所致温度达到100℃时，含水量达60%～80%的组织其内的液体开始沸腾，出现蒸汽压力，但由于表面封闭，犹如压力锅那样，当连续吸收激光能量时，组织内的温度和气压迅速提高，直至超过密封组织的弹力限度时，蒸汽冲破表面喷射而出，同时组织碎片也被气流裹挟而出。

一般讲的“汽化”，是指对病灶及赘生物进行烧灼，即进行表面汽化，若为线状汽化即称为切割，若为点状汽化即称为打孔。对于吸收相应能量的特定组织，进行汽化时的深度与激光照射的时间和功率密度成对比。

造成汽化的原因主要是光致热作用，但光致化学分解也可切开组织，而眼科治疗时用的透切，则更主要的是由于压强作用或激光的高电场击穿所致。

⑥、透切原理

脉冲激光的透切原理，可以是光致发热作用，也可以是由于光致电场及光致压强作用。

使用Ar+激光时，是利用其能够透过屈光质达到虹膜，并被这种富含色素和水的组织所吸收，产热至汽化水平，形成的汽化压力使作用点处的组织形成微爆炸，从而达到“光切”虹膜的治疗目的。

⑦、凝固的原理

激光照射到生物组织之后，主要是由于光致发热作用，也就是生物组织吸收激光能量，将光能转变为热能。部分是由于光致化学作用而产生热能，使照射组织产生损伤以致凝固。由于眼球是一个屈光系统，可见光范围内的激光能量大部分都能够通过眼屈光间质而到达眼底，并为眼底色素组织、氧化血红蛋白等所吸收，从而产生光凝固作用，进而形成组织的机化和粘连。临床上就是利用了这种凝固、粘连作用，进而应用在封闭视网膜裂孔和封闭病变的血管等方面。

3、现眼科常用于治疗的激光器

在医学领域中使用的激光器种类非常多，常用于眼科治疗的主要有红宝石（rudy）激光、氩离子（Ar+）激光、氪离子（Kr+）、染料（dye）激光、掺钕钇铝石榴石（Nd:YAG）激光和氟化氩（ArF）准分子激光等固体、气体和液体的激光器，用连续的、脉冲的和调Ｑ的方式，治疗眼底部色素膜和屈光间质等部位的数十种有关眼部疾病。

红宝石激光是波长为694.3nm红色可见光固体激光器。可用于各类眼底疾病，如视网膜裂孔，周边视网膜变性，糖尿病性视网膜病变等。调Ｑ红宝石激光可施行光切术，治疗角膜瘢痕性混浊、瞳孔膜闭和闭锁、晶体前色素、虹膜囊肿，以及闭角型青光眼的周边虹膜切除术等。由于红光不易为氧化血红蛋白所吸收，所以对治疗眼内出血或血管性疾病的疗较不如氩离子激光为好。

氩离子和氪离子激光是二种相似的气体激光器，前者能产生连续的波长为488.0nm的蓝光和514.5的nm绿光，后者能产生波长为520.8nm的绿光和568.2nm的红光。由于这五条谱线都能被色素组织强烈吸收而不损伤对可见光透明的屈光介质，因而能适用于红宝石激光的所有适应症。尤其是其中氩离子激光的蓝、绿光及氪离子激光的绿、黄光这四条谱线能为氧化血红蛋白所强烈吸收，因此还可用于治疗眼内血管及出血性疾病。因为氪离子激光的黄光和红光不大被叶黄素所吸收，对视网膜神经上层损害较小，因此用来治疗黄斑区病变较好。其中的红光还可透过视网膜浅层的出血作用于色素上皮层，为其它波长激光所不能代替。

染料激光的主要特点是其输出波长连续可调，并且既可连续输出，也可脉冲输出。目前比较成熟地运用于临床的是若丹明6G脉冲染料激光，波长为585.0nm和555.0nm，多用来治疗闭角型青光眼、继发性青光眼、虹膜膨隆、先天性瞳孔残膜等。由于染料激光在实际应用中波长难以连续可调，而且输出不太稳定，目前并未真正发挥出连续可调激光的特点，临床应用不多。

Nd:YAG激光波长为1064nm，为一种不可见的红外光，不为眼内色素组织所吸收，所以用来治疗眼前节的无色素组织的病变。在调Q方式下的Nd:YAG激光，可以在极短的时间内集中相当大的能量，利用光致化学、光致电场、光放压强等作用来完成透明组织的透切。由于为时极短，所以不会产生热损伤，主要用于白内障囊膜切开术，周边虹膜切开术，玻璃体机化条松解术等。

另有通过晶体转化将输出波长变为532nm的倍频Nd:YAG激光器，由于为绿色光，所以应用范围与前述几种绿光相同。因为是固体激光器，所以稳定性较气体激光器为好，体积小、重量轻。

准分子激光器中应用于眼科临床的主要是氟化氩（ArF）激光，其输出波长为193nm的远紫外光，它的生物较应主要是利用光致化学作用中的光致分解作用，作为“冷刀”使生物分子键断裂。用这种刀施行光切术，其切割精度可达到μm级，其刀口损伤范围仅达nm级，而且由于无热效应而不会损伤邻近组织。所以现已运用于角膜手术，如角膜屈光手术、角膜疤痕去除等。上皮下准分子激光角膜切削术（Lasek）

（l）方法 20％乙醇浸润角膜上皮细胞标记区，完整片状揭开标记区角膜上皮细胞层，行上皮下准分子激光角膜切削后，将揭开的角膜上皮细胞层复位。

（2）优点 术后痛苦较PRK小，恢复快。

（3）存在问题 目前意见尚不一致，因消融了前弹力层，PRK的其它并发症可能仍存在。二、激光对眼病的作检查与诊断

激光不仅用于眼部疾病的治疗，而且在检查与诊断眼部疾病方面亦发挥着很大作用，如利用激光进行验光及多项检查的屈光检查台；利用激光进行角膜屈光性能检查的角膜地形图仪；以及共焦激光眼底检查系统，它包括了共焦激光眼底断层扫描系统、共焦激光多晋勒眼底血流计、共焦激光眼底造影系统，是目前最先进的眼底检查系统，其作用分别为：

1、共焦激光眼底断层扫描仪

是将共焦激光扫描显微学用于眼病诊断，这项技术可使眼科医生精确地得到病人眼底不同区域的地形图，对育光眼诊断中的视神经头分析、黄斑变性的检查、视网膜脱离的评估、眼肿瘤的分析与跟踪研究、糖尿病的眼底病理研究，特别适用于定量记录与分析治疗过程中病情的改变及进行跟踪研究。

2、共焦激光眼底造影系统

采用先进的共焦激光扫描技术，单独或同时获取荧光素钠及吲哚靛青绿（ICG）数字血管造影图象，而且是高质量的三维实时图象，荧光素早期和末期图像质量极佳。

共焦激光扫描技术确保空间及轴向上的测量精度。它可探测到聚焦平面及其附近发出的光并绘制图象，而焦点以外的反射光或散射光被挡住而不能被检测到。因此，这种共焦技术具有可获取三维造影信息及造影图象分辨率高的两大突出优点。

3、共焦激光多晋勒眼底血流计

它将两种复杂的检测手段—共激光扫描激光多普勒血流合二为一，可非侵入性地得到眼底视网膜或视盘的血流灌注图。

采用红外激光进行视网膜或视盘的二维扫描。光学多普荆效应指运动物体对照射光所产的反射光及发散光发生频率的变化，这些频率变化的反射光与固定物体的反对光形成干涉，从而导致可探测到的瞬时光强度变化。