激光角膜手术一体化系统 【技术领域】
本发明涉及一种激光设备，尤其涉及一种医用激光手术设备。
背景技术
激光角膜手术用来矫正人眼的屈光不正、去除角膜瘢痕和角膜移植已经获得了广泛应用，尤其是激光角膜屈光手术已经成为近视矫正的一种首选方法，其安全性和有效性得到了科学的确认和广泛的认同。目前普遍采用的方法是先用一种称作角膜板层刀的机械刀切开一个角膜瓣，角膜瓣掀起后，ArF准分子激光对角膜组织进行切削。但是，由于紫外激光在角膜组织上的穿透性很小，只适合表面切削，而且机型庞大，能量稳定性差，容易受到环境温度湿度的影像。另外，机械刀由于其设计和操作的原因，容易产生一系列角膜瓣并发症，使激光角膜微加工的精度受到影响。最近的研究表明，213nm固态激光比193nm准分子激光能够获得更好的角膜组织微加工效果。
另一方面，近几年市场上推出了近红外飞秒激光角膜微加工技术代替角膜板层刀，利用近红外激光的可穿透性，在计算机控制下聚焦于角膜组织中一定的深度并进行扫描，激光能量使角膜组织产生光致裂解，在角膜组织中形成空腔，把角膜分成两层，上层即为角膜瓣。这种非接触精密可控的角膜瓣制作技术使激光角膜微加工更加精确，术后并发症更少，获得了业界的好评。但是，目前的飞秒激光设备依然庞大，而且和表面切削的准分子激光分别属于两个独立设备，互不相关。一般做法是病人在飞秒激光机上做完角膜瓣，再到准分子激光机上行角膜表层切削，最后获得屈光矫正。这种做法不仅繁琐，增加了人为失误率，而且手术室所需空间很大，对维持准分子激光的能量恒定带来一定的影响。
全固态激光器具有高光电转换效率、高功率、高稳定性、高可靠性、寿命长、体积小等优势，采用全固态激光器已逐渐成为激光应用领域的趋势和主流方向。
经过对现有技术的文献检索发现，类似专利有美国专利号为7008414的专利“Laser Treatment Apparatus”(激光治疗装置)。该专利的特征为：“采用倍频技术和三倍频技术，从红外激光获得193nm的紫外激光，并利用193nm紫外激光对角膜组织进行表层切削。专利体现了一种激光治疗仪器，包含一种包含固态激光的产生特定波长的激光发生装置，一种光放大器，一种把波长转换成193nm左右波长的转换装置，一种把治疗光传输到治疗面的光学传输装置，所用固态激光由DFB半导体激光或光纤激光，波长范围为1.51μm至1.59μm，波长转换装置的波长转换范围为189nm至199nm。”其不足之处在于：1、系统复杂；2、没有涉及可选择或先后采用近红外激光和紫外激光对角膜组织进行切割。
在角膜手术中往往需要运用基础近红外脉冲激光和五倍频紫外脉冲激光对治疗面进行手术，而现有技术中都只能采用两套激光治疗设备，分别进行手术治疗，这样，非但设备复杂成本高，而且治疗程序繁复，容易在转换治疗的过程中产生人为的过失，既增加了手术成本也影响了医疗安全。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是提供一种半导体激光泵浦的全固态激光角膜手术一体化系统，实现近红外激光与紫外激光间的自由转换，使用者可选择或先后采用近红外激光和紫外激光进行治疗，使手术过程得到简化，降低了手术时间，给医生和患者都带来了便利。
本发明为解决上述技术问题采用如下的技术方案：
一种激光角膜手术一体化系统，包括近红外脉冲激光器、激光传输装置和激光定位装置，近红外脉冲激光器产生基础近红外脉冲激光，激光经传输装置传送到目标位置，并由激光定位装置精确定位激光，
在近红外脉冲激光器和激光传输装置之间还设置有激光波长转换装置，该激光波长转换装置由非线性晶体组成，其光路输入端进入的是基础近红外脉冲激光，其光路输出端同轴输出基础近红外脉冲激光和经混频获得的五倍频紫外脉冲激光；
所述的激光传输装置包括分光镜、第一、第二反光镜、第一、第二光闸、第一、第二整形扩束器、光束补偿透镜、第一、第二可变光栏、第三反光镜、二向色镜、X-Y扫描镜和聚焦透镜；所述的分光镜设置于红外脉冲激光器的输出端光路上，从分光镜到二向色镜之间分为近红外和五倍频紫外两条支光路，第一反光镜、第一光闸、第一整形扩束器、第一可变光栏沿五倍频紫外支光路顺序设置；第二反光镜、第二光闸、第二整形扩束器、光束补偿透镜、第二可变光栏和第三反光镜沿近红外支光路顺序设置；两条支光路经过二向色镜之后重合成一条输出光路，在二向色镜之后的光路上先后顺序设置有X-Y扫描镜和聚焦透镜，聚焦透镜将激光传送到目标位置。
其中，所述的第一整形扩束器沿激光出射光路先后由起整形作用的第一柱镜和第一扩束器组成；所述的第二整形扩束器沿激光出射光路先后由起整形作用的第二柱镜和第二扩束器组成。
所述的第一扩束器沿出射光路顺序由第一透镜、第一光栏和第二透镜组成，第一透镜、第二透镜的焦点重合，第一光栏位于第一透镜和第二透镜的共同焦点处；所述的第二扩束器沿出射光路顺序由第三透镜、第二光栏和第四透镜组成，第三透镜、第四透镜的焦点重合，第二光栏位于第三透镜和第四透镜的共同焦点处；
上述的第一、第二可变光栏的孔径变化范围最好是在0.1mm至6mm之间。
本发明巧妙地运用了倍频、混频技术，使近红外脉冲激光器单一的基础近红外脉冲激光输出转化为基础近红外脉冲激光和五倍频紫外脉冲激光的同轴混合输出，然后运用合理巧妙的分光及调整手段，将两种激光分路控制；然后再利用二向色镜将两路激光的光路合并，并聚焦于同一目标位置。从而完美地实现了使用同一套激光治疗设备既能完成用于制作角膜瓣的近红外、用于表层微加工的深紫外两种激光集成在一起的治疗手段，实现了两种激光之间的自由转换，简化了手术程序，大大降低了手术时间和可能出现的安全隐患，给医生和患者都带来了极大的便利。
现有技术中，紫外脉冲激光器大都采用气态激光技术，其存在效率低、性能不稳定等各种缺点；而本发明的巧妙结构使得近红外脉冲激光和五倍频紫外脉冲激光共用一个半导体激光泵浦的全固态近红外脉冲激光器，系统采用了单一的半导体激光泵浦的全固态激光技术后，使整个系统更具有效率高，性能稳定、体积小、重量轻，运行成本低和方便维护的优点。
其中所述光束补偿透镜位于整形扩束器二之后地光路上，其焦距由基础近红外和五倍频紫外两种波长脉冲激光在目标处(即手术施行部位)的焦点距离决定，其作用是使两种波长激光在目标处共焦。
【附图说明】
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：
图1是本发明激光角膜手术一体化系统的结构示意图；
图2是激光波长转换装置的结构示意图，其中：
图2a是激光波长转换方法一的转换装置结构示意图，
图2b是激光波长转换方法二的转换装置结构示意图，
图2c是激光波长转换方法三的转换装置结构示意图；
图3是激光传输装置的结构示意图；
图4a、图4b分别是整形扩束器一和整形扩束器二的结构示意图。
图中：
1.近红外脉冲激光器 2.基础近红外脉冲激光 3.激光波长转换装置
4.五倍频紫外脉冲激光 5.分光镜 6.第一反光镜
7.第二反光镜 8.第一整形扩束器 9.第二整形扩束器
10.光束补偿透镜 11.第一可变光栏 12.第二可变光栏
13.二向色镜 14.第三反光镜 15.X-Y扫描镜
16.聚焦透镜 17.激光定位装置 18.目标眼
19.激光传输装置 20.第一光闸 21.第二光闸
22.第一非线性晶体 23.二倍频激光 24.第二非线性晶体
25.第三非线性晶体 26.四倍频激光 27.第四非线性晶体
28.三倍频激光 29.第五非线性晶体 30.第六非线性晶体
31.第一柱镜 32.第一扩束器 33.第一透镜
34.第一光栏 35.第二透镜 36.第二柱镜
37.第二扩束器 38.第三透镜 39.第二光栏
40.第四透镜
【具体实施方式】
图1示出了本发明的激光角膜手术一体化系统，包括沿光路顺序设置的半导体激光泵浦的全固态近红外脉冲激光器1、激光波长转换器3和激光传输装置19。半导体激光泵浦的全固态近红外脉冲激光器1发出的基础近红外脉冲激光2进入激光波长变换器3，产生五倍频紫外脉冲激光4，基础近红外脉冲激光2和五倍频紫外脉冲激光4进入激光传输装置19，通过控制分别或同时地聚焦于目标眼18上实施治疗。在激光角膜手术一体化系统的工作端(即激光传输装置19的激光输出端)位置还设置有激光定位装置17，激光定位装置17，发出的可见光的交点或焦线和基础近红外脉冲激光2于五倍频紫外脉冲激光4的共同焦点重合，因此激光定位装置17发出的可见光的交点或焦线起到定位的作用，为基础近红外脉冲激光和五倍频紫外脉冲激光提供靶点位置。
所述激光波长转换装置3由非线性晶体组成，将半导体激光泵浦的全固态激光器发出的波长范围在800nm至1100nm的基础近红外脉冲激光2，通过倍频技术，获得波长范围为160nm至220nm五倍频紫外脉冲激光4与基础近红外脉冲激光2混合输出。
所述倍频技术，其方法一是将基础近红外脉冲激光2通过两次倍频获得四倍频激光输出，所获得的四倍频激光与倍频前的基础近红外脉冲激光2进行混频，获得五倍频紫外脉冲激光输出；方法二是将基础近红外脉冲激光2通过依次进行倍频和三倍频，然后将所获得的倍频激光和三倍频激光进行混频，获得五倍频紫外脉冲激光输出；方法三是直接采用非线性晶体，获得上述五倍频紫外脉冲激光输出。所述半导体激光泵浦的全固态激光器特别指的是半导体激光泵浦的、波长为1064nm的Nd:YAG脉冲激光或波长为1053的Nd:YLF脉冲激光，通过上述倍频与混频技术，获得波长为213nm或210nm的五倍频紫外脉冲激光输出，其脉冲频率在1Hz至1GHz之间，脉冲宽度在10fs至100ns之间。因此，经过波长转换装置3后，可在输出端同时获得波长为1064nm或1053nm的基础近红外激光和波长为213nm或210nm的五倍频紫外脉冲激光输出。
如图2所示，其中方法一如图2a所示，将基础近红外脉冲激光2分别通过第一非线性晶体22获得二倍频激光23输出和第二非线性晶体24获得四倍频激光26输出，所获得的四倍频激光26与倍频前的基础近红外脉冲激光2通过非线性晶体25进行混频，获得五倍频紫外脉冲激光4输出；其方法二如图2b所示，将基础近红外脉冲激光2通过第一非线性晶体22，获得二倍频激光23输出，然后通过第四非线性晶体27获得三倍频激光28输出，最后将所获得的二倍频激光23和三倍频激光28通过第五非线性晶体29进行混频，获得五倍频紫外脉冲激光4输出；其方法三如图2c所示，将基础近红外脉冲激光直接通过第六非线性晶体30，获得五倍频紫外脉冲激光4输出。所述第一、第二、第三、第四、第五、第六非线性晶体22，24，25，27，29，30特别指的是采用六硼酸锂铯(CLBO)，三硼酸锂(LBO)，偏硼酸钡(BBO)，磷酸二氢钾KDP)，磷酸二氘钾(DKDP)，磷酸钛氧钾(KTP)，碘酸锂(LiIO3)等材料的非线性晶体。
所述半导体激光泵浦的全固态近红外脉冲激光器1是半导体激光泵浦的，波长为1064nm的Nd:YAG脉冲激光或波长为1053的Nd:YLF脉冲激光，通过上述倍频与混频技术，获得波长为213nm或210nm的五倍频紫外脉冲激光4输出，其脉冲频率在1Hz至1GHz之间，脉冲宽度在10fs至100ns之间。因此，经过波长转换装置后，可从激光波长转换装置3同时输出波长为1064nm或1053nm的基础近红外脉冲激光2和波长为213nm或210nm的五倍频紫外脉冲激光2。
如图3所示，所述的激光传输装置包括分光镜5、第一反光镜6、第二反光镜7、第一光闸20、第二光闸21、第一整形扩束器8、第二整形扩束器9、光束补偿透镜10、第一可变光栏11、第二可变光栏12、第三反光镜14、二向色镜13、X-Y扫描镜15和聚焦透镜16。所述的分光镜5设置于红外脉冲激光器1的输出端光路上，分光镜5将激光波长转换装置3发出的基础近红外脉冲激光2和五倍频紫外脉冲激光4在空间上进行分离，从分光镜5到二向色镜13之间分为近红外和五倍频紫外两条支光路，第一反光镜4、第一光闸20、第一整形扩束器8、第一可变光栏11沿五倍频紫外支光路顺序设置；第二反光镜7、第二光闸21、第二整形扩束器9、光束补偿透镜10、第二可变光栏12和和第三反光镜14沿近红外支光路顺序设置；两条支光路经过二向色镜13之后重合成一条输出光路，在二向色镜13之后的光路上先后顺序设置有X-Y扫描镜15和聚焦透镜16，聚焦透镜16将激光传送到目标位置。
如图4a所示，所述的第一整形扩束器8沿激光出射光路顺序由起整形作用的第一柱镜31和第一扩束器32组成，所述的第一扩束器32沿出射光路顺序由第一透镜33、第一光栏34和第二透镜35组成，第一透镜33、第二透镜35的焦点重合，第一光栏34位于第一透镜33和第二透镜35的共同焦点处；五倍频紫外脉冲激光2首先经过柱镜一31整形成圆形光束，再经过扩束器一32获得准直扩束激光束。
如图4b所示，所述的第二整形扩束器9沿激光出射光路顺序由起整形作用的第二柱镜36和第二扩束器37组成，所述的第二扩束器37沿出射光路顺序由第三透镜38、第二光栏39和第四透镜40组成，第三透镜38、第四透镜40的焦点重合，第二光栏39位于第三透镜38和第四透镜40的共同焦点处；基础近红外脉冲激光2首先经过柱镜二36整形成圆形光束，再经过扩束器二37获得准直扩束光束。
所述光闸一20和光闸二21分别位于反光镜一6与整形扩束器一8和反光镜二7与整形扩束器二9之间，由计算机控制其开启与关闭，从而选择性地开启基础近红外或五倍频紫外支光路，使所需要的激光到达目标位置。
所述光束补偿透镜10位于整形扩束器二9之后的光路上，其焦距由基础近红外脉冲激光2和五倍频紫外脉冲激光4在目标处(即手术施行部位)的焦点距离决定，其作用是使两种波长激光2和4在目标处共焦。所述第一可变光栏11和第二可变光栏二12的孔径变化范围都是在0.1mm至6mm之间，达到有效的调节光斑和激光强度的作用。
所述第三反光镜14位于可变光栏二12之后的光路上，把基础近红外脉冲激光2反射并透过二向色镜13，所述二向色镜13位于可变光栏一11之后的五倍频紫外脉冲激光4的光路和经反光镜三14反射的基础近红外脉冲激光2的光路交点处，该二向色镜13能够透射基础近红外脉冲激光2，反射五倍频紫外脉冲激光4，且把五倍频紫外脉冲激光4反射至与基础近红外脉冲激光2重合的光路上。所述X-Y扫描镜15位于把重合的基础近红外脉冲激光2和五倍频紫外脉冲激光4反射至目标处，并可按照软件的控制实行扫描。聚焦透镜16把两种激光2和4聚焦在目标处。
在上述激光角膜手术一体化系统中的五倍频紫外和近红外两条支光路上也可以设置成其他形式的第一整形扩束器8和第二整形扩束器9，只要能将从光闸处入射的激光整形成圆形光束、再扩束获得准直扩束激光束输出即可，此类结构在现有技术中不止限于上述实施例中所述的结构，同样属于本发明的保护范围。