激光医学中准分子激光器能量检测的探讨

赵鹏，金鑫，吴建刚，黄一飞，贾建革

1. 中国人民解放军总后勤部卫生部药品仪器检验所，北京 100071

2. 中国人民解放军总医院 眼科，北京100853

激光医学中准分子激光器能量检测的探讨

赵鹏1，金鑫2，吴建刚1，黄一飞2，贾建革1

1. 中国人民解放军总后勤部卫生部药品仪器检验所，北京 100071

2. 中国人民解放军总医院 眼科，北京100853

1 激光医学及其在临床上的应用

激光技术诞生至今，随着现代科学技术尤其是激光技术的发展，激光治疗设备在临床上的应用越来越广泛，形成了一门极具发展潜力的交叉学科—激光医学，产生了巨大的社会效益和经济效益[1]。

激光之所以在临床广泛应用的原因在于其特殊的物理特性，如单色性好、方向性强、亮度高、强度大、相干性好等。目前临床在用的激光波段集中在红外光、可见光和紫外光3个波段。当激光作用于人体时，人体吸收光子，就会有被激活的粒子，如原子、分子、自由基等产生。这些被激活的粒子通过各种方式将能量释放出来，可通过辐射波长较长的荧光释放能量，也可将能量转移给邻近的分子，还可以通过继发性反应产生其他光生物效应，此效应开始于局部，继而影响到全身。这个过程集中了激光的光致发光作用、光致发热作用、光致压强作用、光致化学作用以及生物刺激效应等。

以激光器为核心的激光治疗仪器在临床主要应用在眼科、外科、康复理疗科，甚至借助于光化学疗法治疗恶性肿瘤。

2 准分子激光的特殊性

普通分子的基态都具有束缚型势能曲线，因此能稳定的存在。准分子的激发态为分子键形式，而它的基态却是不稳定的弱束缚态或排斥态，所以准分子是一种不稳定的广义的分子。早在20世纪30年代，人们已经观察到准分子光谱，直到1970年巴索夫才宣布用电子束激励液氙可获得氙准分子激光。我国于1975年开始研制准分子激光器，目前采用电子束和气体放电激励技术获得了多种准分子体系的激光振荡[2]。

准分子激光治疗设备在治疗屈光不正手术中发挥了重大作用。其光源一般采用的是能够得到高质量烧蚀表面的193 nm ArF准分子激光。而193 nm激光属于紫外波段，单光子能量（6.4 eV）远大于人眼角膜组织分子键能（3.4 eV），能够打断生物分子的化学键，使组织分子气化，从而对角膜组织进行“光化学切削”[3]。

这种准分子激光属于“冷”激光，对被照射部位周边的组织几乎不产生热效应，其切削的准确度非常高。凭借这种准确的气化，可以精确地进行角膜切削，而对其构造不产生不良效应[4]。

3 准分子激光治疗设备的重要性

随着准分子激光治疗屈光不正方法的不断成熟和改进，越来越多的近视患者通过这种手术恢复了正常视力，摆脱了眼镜带来的烦恼，数量巨大的市场需求也推动准分子激光治疗设备数量的逐年增长。另一方面，在这种手术中出现的一些医疗事故引发了公众对手术安全性的质疑。

4 准分子激光能量检测方法的研究

鉴于准分子激光治疗设备在手术中的关键地位，保证设备正常工作对于手术的成功至关重要。在激光器的众多参数中，激光功率和激光能量是评价激光器性能的关键。激光功率用来描述连续激光的强弱，激光能量则用来描述脉冲激光的有无。激光脉冲能量直接影响切削效果，单脉冲能量大小、脉冲宽度和能量的稳定性是眼科手术成功的重要保证。然而准分子激光是靠放电激发气体而产生激光的，因而很难对激光脉冲能量做到精确控制。眼科手术过程中，单个脉冲能量的波动、总能量的过多或欠缺是造成过矫和欠矫的主要原因[5]。

经查阅资料，涉及准分子激光能量要求的现行标准有两个：GB 9706.20-2000 医用电器设备第2部分：诊断和治疗激光设备安全专用要求[6]和YY 0599-2007准分子激光角膜屈光治疗机[7]，两个标准中关于激光能量的要求，见表1。

目前国内激光参数计量仪器的专业研发单位和供应商都很少，仅有中国计量科学研究院、中科院上海光机所等几家研发单位在做这方面的研究。当前，国内市场上的计量仪器通常都比较片面，绝大多数只能满足一些比较传统的激光产品的计量，对于新型激光器和激光产品往往不能提供有效的参数计量。

激光功率和能量这两个基本参数是相互联系的，从原理上讲，功率是能量对时间的微分，而能量是功率对时间的积分。因此，通过测量功率对时间积分，就能够得到激光能量值。通过测量能量对时间求平均，就可以获得激光平均功率值。一般来说，光功率是指连续激光平均功率，而激光能量则是指单脉冲激光能量。目前市场上的激光功率能量计的测量原理总结起来主要有以下5种。

（1）光电型。利用光电探测器实现对能量的探测。其工作原理与一般光电探测器工作原理相同，均基于光电探测器材料的光电效应，即用激光照射探测器以产生与入射光强度成正比的电流输出。对于普通的光电二极管，功率线性范围为纳瓦至毫瓦数量级，因此光电型激光功率计主要用于激光小功率和微能量的检测。

（2）热释电型。利用材料热释电效应进行探测。探测器的热敏单元通常为热电晶体，可产生与吸收热量成正比的电荷。主要用于检测重复脉冲＞5000 Hz的激光。

（3）体吸收型。主要用于短脉冲激光能量的测量，尤其适用于脉冲时间为几十微秒或更短的激光。体吸收材料可以是气体、液体和固体中的任何一种。气体和液体吸收材料优点是激光造成的损伤可逆，缺点是需要封装，且会导致窗口的反射损失。固体吸收体的优点是不需要外加窗口，但激光造成的损伤不可逆。

（4）量热计型。主要应用于低、中功率激光输出测量，测量波长范围为可见和近红外，功率水平1 MW～1 W，工作原理是激光的热效应。吸收体在吸收全部入射激光辐射后，产生温升，通过测量吸收体的温度，利用相应的计算公式来获得激光功率能量值。

（5）流水式。针对特大功率的激光器而设计，测量波长范围：1～11 μm，功率＞100 kW的连续波激光输出。激光能量被吸收后转化成热，为避免吸收体温度过高造成热损伤，在吸收腔外壁绕制循环水冷却装置将能量带走，通过测量流入与流出端水温的改变量得到入射激光功率能量值。

对于治疗激光波长为190 nm，能量＜50 MJ的准分子激光治疗设备能量的检测，可以利用精度较高的光电原理的能量计对治疗激光进行测量。

对于能量密度的检测，按照YY 0599-2007的规定，首先要确定术区光板尺寸，其检测要使用激光准直测试纸，人工读取测量结果，实际操作表明该测量方法受主观因素影响误差较大。随着激光检测技术的发展，用于检测光斑尺寸的设备已经能够达到很高的测量精度，检测中完全可以借助光斑分析系统，配备合适的衰减器，利用采集探头及分析软件，自动测量出治疗激光的光斑大小及能量分布情况，这样可以大大提高检测效率及准确度。吴建刚等[8]对临床医生关心的准分子激光角膜屈光治疗机性能参数进行了系统的研究，提出了初步的检测和判定方法，对检测工作地开展具有一定的参考意义。

来自国家食品药品监督管理总局的数据显示，目前在用的准分子激光治疗设备以进口为主，主要来自德国、美国和日本三个国家；国产设备主要来自于台湾和苏州。目前，在用设备主要依靠厂家售后工程师定期维护保养以及每次使用前例行检查来保证其使用安全性。虽然产品厂家、型号不同，设备工作原理、工作性能有所差异，但是只要从治疗终端加以控制，就能保证临床治疗中设备使用的安全性。

5 结束语

综上所述，准分子激光治疗设备的安全性直接影响着整个手术的成败，是临床手术的重要环节，必须加以重视。总后勤部卫生部将“准分子激光屈光性角膜切削术（Photorefractive Keratectomy，PRK）”系统设备列入大型医疗设备监管目录，按照大型医疗设备质量管理规定，每两年对其性能进行检测，检测合格后方可在临床继续使用，所以尽快出台相应的国家军用检测标准，研制系统的准分子激光治疗设备检测装置，对于完善大型医疗设备检测质量控制工作意义重大。

[1] 李延斌．激光治疗仪器的发展和应用[J]．世界最新医学信息文摘,2004,(6):1368-1372．

[2] 周政卓,邱明新．准分子与准分子激光[J]．自然杂志,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] 张纪庄,李学学．激光蚀除生物组织的影响因素[J]．中国激光,2007,34(2):300-304．

[5] 刘翔,张鹏翔,崔文东,等．用于眼科激光治疗机光脉冲能量测量的能量计[J]．医疗卫生装备,2007,8(5):73-75．

[6] GB 9706．20-2000医用电器设备 第2部分:诊断和治疗激光设备安全专用要求[S]．2000．

[7] YY 0599-2007准分子激光角膜屈光治疗机[S]．2007．

[8] 吴建刚,赵鹏,马飞,等．准分子激光角膜屈光治疗机检验方法的研究[J]．中国医疗设备,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

随着激光技术的发展，激光医学在临床中的应用越来越广泛。准分子激光凭借其特殊的物理特性而被应用于眼科治疗屈光不正的手术中。本文从质量控制的角度，分析了准分子激光角膜屈光治疗系统的重要性和能量检测方法。

激光医学；准分子激光；能量检测；质量控制；激光屈光治疗机

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

军事医学计量科研专项（2011-JL2-047）。

作者邮箱：yjs_zp@sina．com