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全固态多波长激光器的医学应用.pdf

发布:2017-12-10约4.72千字共5页下载文档
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新型全固态多波长激光器的医学应用 激光的能量在时间、空间、光谱上高度集中,使它在众多领域中得 到了广泛应用。其中,医学是应用激光技术最早、最广泛和最活 跃的一门学科。世界各国已开发出许多种不同治疗用途的激光医疗 设备,并用于临床治疗。随着半导体技术与全固态激光技术的发展和 成熟以及新的医疗手段开发的需要,我国在 “国家中长期科学和技术 发展规划纲要”和 863 计划新材料领域 “十一五”科技发展规划中提 出, “十一五”期间将以全固态激光器件与材料研究为先导,面向激光 先进制造技术、激光显示技术和激光医疗的需求,开拓全固态激光器 及其应用技术的产业应用。并在 2008 年 “863计划新材料技术领域全 固态激光器及其应用技术”中将 “全固态多波长激光眼底病治疗设 备”和 “全固态激光治疗血管瘤设备”列为两个重点研究课题。这两个 课题的开展将基于全固态多波长激光技术的研究与产品开发。白晋涛,西北大学 物理学系主任,陕西省全固态激光及应用工程技术研究中心主任 绿、黄三波长激光技术的研究及在眼底病治疗中的应用 1 红、 从 1961 年红宝石激光视网膜凝固机在眼科中获得首次应用开始,各类激光在医 学上的应用呈现出日新月异的面貌,最为瞩目的就是 20 世纪 90 年代以来新一代 激光二极管(LD )抽运的高功率全固态激光器的出现,它以体积小、能量转换 效率高、寿命长、可靠性高、光束质量好、绿色环保等优点而成为新一代医用激 光光源。由于人体不同组织对不同波长激光的吸收率各异,因此不同波长激光对 组织的作用也不同[1]。虽然气体激光器较易获得多波长输出,但固体多波长激 光器结构更紧凑、更节能环保,并能提供更大的能量输出,医用 LD 抽运的全固 态多波长激光器的研制在近几年内成为新的研究热点,在医学上已有逐步取代多 波长气体和染料激光器的趋势,潜在的市场需求十分巨大。 全固态多波长激光的产生方法有多种,其中利用同一激光晶体中掺杂离子在不同 能级跃迁下发射不同波长相干光而研制出的多波长全固态激光器,克服了以往固 体激光器输出波长单一的缺陷,既可以实现单波长输出也可以实现多波长输出, 满足了不同疾病的治疗需求。图 1 为我们研制的一种 LD 侧面抽运红、绿双波长 准连续激光器实验装置[2],可实现红、绿双波长同时输出和分别输出。 多波长激光器在医学领域中最广泛而深入的应用就是对眼底疾病的治疗。眼球本 身就是一个光学系统, 光线经过角膜、房水、晶体、玻璃体后到达视网膜,如图 2 所示,在此过程中,不同波长范围的激光,其能量被散射和吸收的程度不同, 光损伤或治疗的作用也不同。一般来说,散射程度与年龄的增加成正比,屈光间 质的任何病变都会增加散射,穿透深度也与激光波长有关;不同波长范围的激光 其能量被吸收的大小主要取决于眼内的色素分布。 眼部的色素主要有:黑色素(存在于视网膜色素上皮细胞和脉络膜中) 、红色素 (主要存在于血液红细胞中) 中国光学期刊网 www . opticsjournal. net 65 Qioptiq 刚好能弥补其不足[3]。以此为出发点,我们采用 “十”字型复合谐振腔结构, 以两块Nd 3+:YAG 激光晶体作为工作物质分别提供 1064nm 和 1319nm 基频光, 通过非线性光学晶体频率变换技术与声光调 Q 技术相结合,在三个不同方向上 同时输出 532nm 绿光、589nm 黄光及 660nm 红光多波长激光,如图 3 所示。该 装置具有输出波长多、效率高、结构紧凑、运转成本低、调节方便、工作安全等 优点,有望成为全固态多波长激光眼底病治疗设备中的核心设备而取代庞大的多 波长气 图 1 红、绿双色激光实验装置 体激光器。目前该技术已申请国家发明专利。 和叶黄素(存在于黄斑的视网膜内层)。黑色素和红色素对黄光的吸收较好,而 叶黄素对黄光的吸收很少,所以对黄斑病变来说黄光的安全系数相对较高。对于 最常用的绿色激光,其在神经上皮和色素上皮被吸收的能量相近,而黄光在神经 上皮被吸收的就比较少,红光则作用得更深。不同波长范围的激光被相应的色素 吸收后,光能转化为热能,其瞬间散发出的高能可使靶组织凝固、碳化、汽化而 被破坏并形成瘢痕。从光损伤或治疗作用上看,可见波段激光通过角膜后到达 2蓝、绿双波长激光技术的研究及在光动力学治疗中的应用 多波长激光在医学上的另一大应用就是血管性疾病的治疗,如血管瘤的治疗。激 光治疗血管性病变的机制在于激光可被血液中的靶色基血红蛋白选择性吸收,血 红蛋白吸收光能产生能量,热量传导至周围的血管壁,造成血管的损伤。而光动 力疗法(PDT )是一种对病变组织具有高度选择性破坏作用的新型激
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