[發(fā)明專利]一種液體介質(zhì)空化增強(qiáng)效應(yīng)輔助激光鉆切骨方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010132509.7
• 申請(qǐng)日: 2020-02-29
• 公開（公告）號(hào): CN111329580B
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 季凌飛;張犁天;王軍強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): A61B18/20
• 分類號(hào): A61B18/20
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

一種液體介質(zhì)空化增強(qiáng)效應(yīng)輔助激光鉆切骨方法屬于激光加工技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用，采用的合適激光脈沖串調(diào)制控制激光作用于骨組織表面的空化位置和強(qiáng)度，有效控制激光空化現(xiàn)象的發(fā)生，通過增強(qiáng)空泡潰滅產(chǎn)生的脈沖壓力增強(qiáng)液體介質(zhì)激光鉆切骨的能力。此方法突破傳統(tǒng)激光鉆切中熱量積累的局限性，實(shí)現(xiàn)骨組織的“冷切割、冷消融”，保證激光切割面區(qū)域內(nèi)骨骼組織的完好和生物活性，大幅提高鉆切效率并改善鉆切截面的形態(tài)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光加工技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用，特別涉及一種液體介質(zhì)空化增強(qiáng)效應(yīng)輔助激光鉆切骨方法。

背景技術(shù)

目前臨床骨科手術(shù)中常用的電鉆打孔、電鋸切割等傳統(tǒng)機(jī)械式鉆切操作會(huì)由于手術(shù)工具與組織之間的物理接觸而產(chǎn)生機(jī)械刀具和組織界面之間的摩擦導(dǎo)致極大的熱量積累或微裂紋，極大降低組織的生物活性和愈合能力，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致骨組織直接徹底壞死。鉆切可控性差且刀具退化率高。激光消融效應(yīng)用于骨組織的切割和磨削已多有嘗試，在減少機(jī)械式刀具鉆切接觸式等方面體現(xiàn)出其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。采用激光鉆切骨組織可有效減少對(duì)組織的應(yīng)力損傷、減少手術(shù)器械磨損等，然而，傳統(tǒng)的激光與骨組織直接鉆切骨的作用當(dāng)時(shí)由于其以熱燒蝕為主要的去除機(jī)理，光能量注入而導(dǎo)致的熱效應(yīng)乃至熱損傷一直阻礙著激光骨科手術(shù)的發(fā)展。激光空化效應(yīng)是指激光與液體介質(zhì)相互作用中產(chǎn)生的空泡、沖擊波、射流等現(xiàn)象，尤其是空泡脈動(dòng)和潰滅會(huì)產(chǎn)生的強(qiáng)壓力沖擊波，當(dāng)沖擊壓強(qiáng)大于作用材料的屈服強(qiáng)度時(shí)，在沖擊力的作用下實(shí)現(xiàn)材料的去除。

中國發(fā)明專利申請(qǐng)201910508756.X公布了一種測量激光誘導(dǎo)空泡潰滅沖擊力的裝置及方法，通過調(diào)節(jié)激光聚焦點(diǎn)至工件的距離(即調(diào)整激光的功率密度)，來調(diào)節(jié)空泡潰滅階段沖擊力的大小。E.D.Jansen等人(Lasers Ser Surg Med，1996，18:278-293)發(fā)現(xiàn)激光的脈沖寬度能夠影響空泡脈動(dòng)行為，然而其采用單一不變的激光參數(shù)，對(duì)液體介質(zhì)進(jìn)行恒幅循環(huán)加載，無法有效控制空化的脈動(dòng)過程，也就無法有效調(diào)控脈動(dòng)沖擊波的強(qiáng)弱。福建師范大學(xué)張先增等人(Lasers Med Sci，2016，31:891-898)研究了液膜層厚度對(duì)空泡形態(tài)和蝕坑形貌的影響，然而其采用單一不變的激光參數(shù)，使得空泡的脈動(dòng)過程無法連續(xù)循環(huán)，空泡構(gòu)型保持不變，空泡效應(yīng)得不到最大限度的發(fā)揮，骨組織表面蝕坑寬度0.9～1.4mm、深度僅有0.2～0.5mm，無法滿足骨科鉆切尺寸的實(shí)際需求。已有研究和專利大多專注于通過調(diào)節(jié)單一的工藝參數(shù)，研究激光能量和激光聚焦點(diǎn)對(duì)空泡演化過程的影響，但是關(guān)于脈沖串調(diào)制方法對(duì)空泡構(gòu)型、空化強(qiáng)度的調(diào)控作用目前尚未見報(bào)道。

為了克服上述問題，本發(fā)明首次提出了引入合適激光脈沖串調(diào)制的方法控制空泡作用于骨組織表面的空化位置、空泡構(gòu)型和沖擊強(qiáng)度。利用脈沖激光工作特點(diǎn)，通過激光脈沖串的調(diào)制，采用不同脈沖頻率和脈沖寬度的激光脈沖串的組合，實(shí)現(xiàn)不同模式的變幅循環(huán)加載，在鉆切過程中有效控制空化脈動(dòng)現(xiàn)象，增強(qiáng)空泡潰滅產(chǎn)生的脈沖壓力和射流速度，從而提高液體介質(zhì)激光鉆切骨的效率和效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的所要解決的技術(shù)問題是，采用的合適激光脈沖串調(diào)制控制激光作用于骨組織表面的空化位置和強(qiáng)度，有效控制激光空化現(xiàn)象的發(fā)生，通過增強(qiáng)空泡潰滅產(chǎn)生的脈沖壓力增強(qiáng)液體介質(zhì)激光鉆切骨的能力。此方法突破傳統(tǒng)激光鉆切中熱量積累的局限性，實(shí)現(xiàn)骨組織的“冷切割、冷消融”，保證激光切割面區(qū)域內(nèi)骨骼組織的完好和生物活性，大幅提高鉆切效率并改善鉆切截面的形態(tài)。

本發(fā)明專利解決其技術(shù)問題所采用的方案是：

采用多頻率/高低頻組合循環(huán)激光脈沖串調(diào)制的方法增加激光液體介質(zhì)空化效應(yīng)的強(qiáng)度，產(chǎn)生更大的機(jī)械沖擊力。

包括如下步驟：