[發明專利]一種磁場輔助飛秒激光快速鉆骨方法

在審

• 申請號: 201910705978.0
• 申請日: 2019-08-01
• 公開（公告）號: CN110405367A
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發明（設計）人: 管迎春;宋楊;胡國慶
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B23K26/382
• 分類號: B23K26/382;A61B17/16;A61B90/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種磁場輔助飛秒激光快速鉆骨方法，屬于激光精密加工技術領域，具體包括三個步驟：步驟一，采用刮刀去除骨表面的骨膜及軟骨組織，暴露出待加工表面；步驟二，設置優化的磁場參數，形成穩定磁場后，將待加工樣品置于磁場中；步驟三，設置飛秒激光加工優選參數，在磁場輔助作用下，對樣品進行快速激光加工。在加工過程中，激光與骨相互作用產生的等離子體受到輔助磁場影響，磁場能夠有效降低飛秒激光加工過程中固有的等離子體屏蔽效應，進而顯著提高激光鉆骨過程的加工效率和加工深度。

技術領域

本發明屬于激光精密加工技術領域，涉及一種磁場輔助飛秒激光快速鉆鉆骨方法。

技術背景

在臨床手術中，骨折治療，骨關節置換，牙齒破碎等硬骨組織的處理程序通常采用傳統機械的方法，例如電鉆，振動鋸等，運用傳統方法進行處理時，由于刀具與材料的接觸摩擦，導致熱量大量積累，對周圍組織產生明顯的熱損傷；刀具與材料的接觸加工極易造成細菌感染；處理過程中產生的骨碎屑無法有效清理，上述問題均不利于術中操作及術后愈合。

隨著激光技術的不斷發展，激光在臨床手術中得到發展應用。與傳統機械方法相比，激光手術具有非接觸加工，精確定位加工，加工骨碎片易處理，降低感染及促進術后恢復的優點，目前用于硬組織加工的激光器類型包括Er:YAG激光，CO2激光，超快脈沖激光。Er:YAG及CO2激光作為長脈沖激光的代表，其以熱燒蝕為主的加工機理，在加工過程中產生的熱積累容易對周圍組織產生熱損傷；超快脈沖激光如皮秒激光，飛秒激光，其脈沖周期短，單個脈沖作用時間遠小于熱量的傳播耗散時間，故熱量積累極小，不易對組織產生熱損傷。飛秒激光燒蝕的主要機理為等離子體燒蝕，當飛秒激光照射/燒蝕材料表面時，產生由電子、離子和中性粒子組成的等離子體，隨之等離子體將覆蓋加工位置，通過吸收、反射和散射來屏蔽入射激光光束。由于等離子體形成及存在的不穩定性，到達組織的激光能量顯著減少，降低了加工過程的效率。

目前國內外應用于提高激光鉆骨效率的常用方法包括：改善冷卻條件和優化加工參數。其中冷卻通常采用壓縮空氣冷卻、水流冷卻、或者混合冷卻；優化加工參數的方式有調節脈沖能量，改變重復頻率，修改掃描策略等。但是，當需要在骨骼加工中進一步提高加工效率且獲得高質量加工表面時，傳統的方法已無法達到預期要求。

因此，發明一種可以調控飛秒激光與骨作用過程中產生的等離子體羽流，且能有效提高飛秒激光鉆骨的加工效率的新方法，成為臨床醫學中亟待解決的問題。

發明內容

為克服現有激光鉆骨技術的不足，本發明針對臨床骨手術，提出一種磁場輔助飛秒激光快速鉆骨方法，將樣品置于穩定的磁場中，飛秒激光與材料相互作用產生的等離子體在磁場作用下受力發生定向運動，等離子屏蔽效應得到削弱，提高激光鉆骨的加工效率和加工穩定性。

為達到上述目的，本發明的技術方案如下：

一種磁場輔助飛秒激光快速鉆骨方法，包括以下步驟：

步驟一，取新鮮骨頭去除骨表面結締組織及骨膜后，用蒸餾水沖洗后放置于生理鹽水中備用；

步驟二，根據需要設置磁場發生器參數，形成連通的穩定磁場后，將待加工樣品置于其中；

步驟三，將樣品及磁場放于飛秒激光加工系統工作臺上，確定鉆骨的激光加工位置及工藝參數，加工過程中實時調節焦平面位置，達到樣品加工效果；

其中，步驟一中所述的新鮮骨頭包括豬骨，牛骨，羊骨，人骨等，材料大小厚度不限；

其中，步驟二所述的磁場參數為，線圈匝數為10-1000，勵磁電流為1A-20A，頻率為10Hz-10KHz；