第一汇聚透镜205在把激光光束汇聚到角膜样品的同时还收集在其聚焦焦点处产生的激光诱导等离子体信号。其中:入射激光光强调节装置202由半波片和偏振片组成，第一汇聚透镜205为数值孔径0.12、放大倍数5倍的汇聚透
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[0036]如图2所示，激光诱导等离子体信号采集模块300包括依次设置的第一光电倍增管301、二次谐波滤波片302和第一近红外滤波片303 ;第一汇聚透镜205的聚焦焦点处产生的激光诱导等离子光经过分光镜204透射后，经过第一近红外滤波片303遮挡在激光诱导等离子体信号传输光路上的激光光束，再经过二次谐波滤波片302遮挡在激光诱导等离子体信号传输光路上的二次谐波信号，最后被第一光电倍增管301采集其中的激光诱导等离子体信号。
[0037]如图2所示，二次谐波信号采集模块400包括依次设置的第二光电倍增管401、窄带滤波片402、第二近红外滤波片403和第二汇聚透镜404 ;第二汇聚透镜404的聚焦焦点处产生二次谐波信号，也即第二汇聚透镜404用来收集角膜样品在其聚焦焦点处产生的二次谐波信号。然后，二次谐波信号经过第二近红外滤波片403遮挡在二次谐波信号传输光路上的激光光束，再经过窄带滤波片402滤除其余信号，最后被第二光电倍增管401采集。其中，第二汇聚透镜404为数值孔径0.40、放大倍数20倍的汇聚透镜。
[0038]下面对本发明的原理做详细说明:定义和激光光束照射到角膜样品上同方向的光路为入射光路，和该激光光束逆转180度方向的光路为反射光路。则在反射光路上的第一近红外滤波片303和二次谐波滤波片302用来保证在这一光路只有等激光诱导离子体信号被第一光电倍增管301采集。在入射光路上的第二近红外滤波片403和窄带滤波片402用来保证在这一光路只有二次谐波信号被第二光电倍增管401采集。测量原理如图3所示，激光诱导等离子体光信号在入射激光的光强达到阈值以后出现，随着入射光强的增强而增强。角膜所产生的二次谐波信号在入射激光的光强达到阈值之前就会产生，在入射激光的光强达到阈值时，由于聚焦焦点处的角膜组织被等离子体化而消失，二次谐波的信号反而减小，成为明显的阈值到达的标志。结合这两种信号随入射激光光强增加而产生的不同变化趋势，就可以精确地确定角膜组织的激光切削阈值。由于二次谐波信号只会由角膜组织产生，所以通过监测此信号可以确定激光是聚焦到角膜组织，由于在阈值时刻产生了切削效果，激光聚焦焦点处的角膜组织被等离子体化而消失，二次谐波信号强度会变小，就可以准确地确定角膜的激光切削阈值。
[0039]本发明提供的装置通过采集激光诱导等离子体信号的同时采集角膜所产生的二次谐波信号，结合这两种信号来准确地确定角膜的激光切削阈值。而现有的测量飞秒激光角膜切削阈值的方法是通过激光诱导等离子体光信号测量角膜激光切削阈值，容易把在实际手术中和角膜直接紧密接触的光学部件的切削阈值和角膜的切削阈值相混淆，即把光学部件中测量得到阈值误以为是角膜的切削阈值。由于在实际手术中和角膜直接紧密接触的光学部件的切削阈值和角膜的切削阈值非常接近，而且人角膜本身的厚度仅有半个毫米，因此仅仅通过测量激光诱导等离子体信号就确定角膜阈值的方法很有可能出现由于精密聚焦的偏差而把光学部件的切削阈值当作角膜的切削阈值，即激光聚焦在和角膜直接紧密接触的光学部件中而测量得到阈值误以为是角膜的切削阈值，并且不容易被发现测量时出现了错误。
[0040]具体应用:
[0041]本发明提供的检测角膜激光切削阈值的装置可用于激光眼科手术，尤其适用于飞秒激光角膜移植手术和飞秒激光原位角膜磨镶术。
[0042]实验验证:
[0043]我们根据本发明搭建了实验装置进行实验验证。实验时采用三种超快激光系统用作实验光源，提供从800飞秒到20皮秒的激光脉宽变化范围。输入激光的光强能够在其他实验参数(例如激光聚焦焦点大小)不变的情况下实现连续可调。采用新鲜猪角膜样品固定在由电脑控制的三维调整架上进行实验。通过聚焦透镜和滤光片，在焦点位置的信号光被光电倍增管采集。
[0044]如图4所示，在示波器屏幕上从上到下有三个信号:上方的第一个信号代表一个单脉冲激光信号；中间的第二个信号代表从角膜产生的二次谐波信号；下方的第三个信号代表激光诱导等离子体信号。采用本发明的装置，同时监测二次谐波信号和激光诱导等离子体信号，当入射激光的强度从远远小于角膜阈值开始连续地逐步增强，激光诱导等离子体光信号在入射激光的光强达到阈值以后出现，随着入射光强的增强而增强。角膜所产生的二次谐波信号在入射激光光强达到阈值之前就会产生，在入射激光的光强达到阈值时，由于聚焦焦点处的角膜组织被等离子体化而消失，二次谐波的信号反而减小，成为明显的阈值到达的标志。结合这两种信号随入射激光光强增加而产生的不同变化趋势，就可以精确地确定角膜组织的激光切削阈值。当入射激光脉宽为800飞秒、1.6皮秒、3皮秒和20皮秒时，在角膜内部测量的激光切削阈值结果如图5所示。
[0045]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种检测角膜激光切削阈值的装置，其特征在于，所述装置包括样品模块(100)、激光模块(200)、激光诱导等离子体信号采集模块(300)、二次谐波信号采集模块(400)和数据处理模块(500); 所述激光模块(200)产生的激光光源照射到样品模块(100)的样品上产生激光诱导等离子体信号和二次谐波信号，激光诱导等离子体信号采集模块(300)采集所述激光诱导等离子体信号，二次谐波信号采集模块(400)采集所述二次谐波信号； 所述激光模块(200)、激光诱导等离子体信号采集模块(300)和二次谐波信号采集模块(400)分别和数据处理模块(500)电连接，数据处理模块(500)接收激光诱导等离子体信号采集模块(300)和二次谐波信号采集模块(400)采集的信号，将激光诱导等离子体信号出现前、二次谐波信号降低时的测量得到的阈值作为角膜激光切削阈值。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光模块(200)包括沿激光光路依次设置的激光器单元(201)、入射激光光强调节装置(202)、扩束器(203)、分光镜(204)和第一汇聚透镜(205);激光器单元(201)发出的激光经过入射激光光强调节装置(202)进行连续地从弱到强地调节，再经过扩束器(203)对入射激光光束进行直径展宽，经过分光镜(204)后的激光光束通过第一汇聚透镜(205)汇聚到样品模块(100)的样品上； 所述激光诱导等离子体信号产生在所述第一汇聚透镜(205)的聚焦焦点处。3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述激光器单元(201)包括3个激光器:Ndiglass飞秒激光器、YbiKYff飞秒激光器和Nd = YAG皮秒激光器。4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述入射激光光强调节装置(202)由半波片和偏振片组成。5.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一汇聚透镜(205)为数值孔径0.12、放大倍数5倍的汇聚透镜。6.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述激光诱导等离子体信号采集模块(300)包括依次设置的第一光电倍增管(301)、二次谐波滤波片(302)和第一近红外滤波片(303); 所述第一汇聚透镜的聚焦焦点处产生的激光诱导等离子光经过分光镜后，经过第一近红外滤波片遮挡在激光诱导等离子体信号传输光路上的激光光束，再经过二次谐波滤波片遮挡在激光诱导等离子体信号传输光路上的二次谐波信号，最后被第一光电倍增管采集其中的激光诱导等离子体信号。7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述二次谐波信号采集模块(400)包括依次设置的第二光电倍增管(401)、窄带滤波片(402)、第二近红外滤波片(403)和第二汇聚透镜(404); 所述第二汇聚透镜(404)的聚焦焦点处产生所述二次谐波信号，二次谐波信号经过第二近红外滤波片(403)遮挡在二次谐波信号传输光路上的激光光束，再经过窄带滤波片(402)滤除其余信号，最后被第二光电倍增管(401)采集。8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二汇聚透镜(404)为数值孔径0.40、放大倍数20倍的汇聚透镜。9.如权利要求1-8任一项所述的装置，其特征在于，所述样品模块(100)包括上下两层玻璃载玻片和中间夹持的角膜样品。10.如权利要求2-6任一项所述的装置，其特征在于，所述分光镜(204)用于折射激光和透射第一汇聚透镜(205)的聚焦焦点处产生的激光诱导等离子光。
【专利摘要】本发明涉及激光眼科手术技术领域，提供了一种检测角膜激光切削阈值的方法和装置。装置中，激光模块产生的激光光源照射到样品模块的样品上产生激光诱导等离子体信号和二次谐波信号，激光诱导等离子体信号采集模块采集激光诱导等离子体信号，二次谐波信号采集模块采集二次谐波信号；激光模块、激光诱导等离子体信号采集模块和二次谐波信号采集模块分别和数据处理模块电连接，数据处理模块接收激光诱导等离子体信号采集模块和二次谐波信号采集模块采集的信号，将激光诱导等离子体信号出现前、二次谐波信号降低时的测量得到的阈值作为角膜激光切削阈值。本发明能准确地测量飞秒激光角膜切削阈值。<!-- 2 -->
【IPC分类】A61F9/01
【公开号】CN105030413
【申请号】CN201510313798
【发明人】孙辉, 樊仲维
【申请人】中国科学院光电研究院
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年6月3日