[发明专利]一种磁场辅助飞秒激光快速钻骨方法

说明书

本发明涉及一种磁场辅助飞秒激光快速钻骨方法，属于激光精密加工技术领域，具体包括三个步骤：步骤一，采用刮刀去除骨表面的骨膜及软骨组织，暴露出待加工表面；步骤二，设置优化的磁场参数，形成稳定磁场后，将待加工样品置于磁场中；步骤三，设置飞秒激光加工优选参数，在磁场辅助作用下，对样品进行快速激光加工。在加工过程中，激光与骨相互作用产生的等离子体受到辅助磁场影响，磁场能够有效降低飞秒激光加工过程中固有的等离子体屏蔽效应，进而显著提高激光钻骨过程的加工效率和加工深度。

技术领域

本发明属于激光精密加工技术领域，涉及一种磁场辅助飞秒激光快速钻钻骨方法。

技术背景

在临床手术中，骨折治疗，骨关节置换，牙齿破碎等硬骨组织的处理程序通常采用传统机械的方法，例如电钻，振动锯等，运用传统方法进行处理时，由于刀具与材料的接触摩擦，导致热量大量积累，对周围组织产生明显的热损伤；刀具与材料的接触加工极易造成细菌感染；处理过程中产生的骨碎屑无法有效清理，上述问题均不利于术中操作及术后愈合。

随着激光技术的不断发展，激光在临床手术中得到发展应用。与传统机械方法相比，激光手术具有非接触加工，精确定位加工，加工骨碎片易处理，降低感染及促进术后恢复的优点，目前用于硬组织加工的激光器类型包括Er:YAG激光，CO2激光，超快脉冲激光。Er:YAG及CO2激光作为长脉冲激光的代表，其以热烧蚀为主的加工机理，在加工过程中产生的热积累容易对周围组织产生热损伤；超快脉冲激光如皮秒激光，飞秒激光，其脉冲周期短，单个脉冲作用时间远小于热量的传播耗散时间，故热量积累极小，不易对组织产生热损伤。飞秒激光烧蚀的主要机理为等离子体烧蚀，当飞秒激光照射/烧蚀材料表面时，产生由电子、离子和中性粒子组成的等离子体，随之等离子体将覆盖加工位置，通过吸收、反射和散射来屏蔽入射激光光束。由于等离子体形成及存在的不稳定性，到达组织的激光能量显著减少，降低了加工过程的效率。

目前国内外应用于提高激光钻骨效率的常用方法包括：改善冷却条件和优化加工参数。其中冷却通常采用压缩空气冷却、水流冷却、或者混合冷却；优化加工参数的方式有调节脉冲能量，改变重复频率，修改扫描策略等。但是，当需要在骨骼加工中进一步提高加工效率且获得高质量加工表面时，传统的方法已无法达到预期要求。

因此，发明一种可以调控飞秒激光与骨作用过程中产生的等离子体羽流，且能有效提高飞秒激光钻骨的加工效率的新方法，成为临床医学中亟待解决的问题。

发明内容

为克服现有激光钻骨技术的不足，本发明针对临床骨手术，提出一种磁场辅助飞秒激光快速钻骨方法，将样品置于稳定的磁场中，飞秒激光与材料相互作用产生的等离子体在磁场作用下受力发生定向运动，等离子屏蔽效应得到削弱，提高激光钻骨的加工效率和加工稳定性。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种磁场辅助飞秒激光快速钻骨方法，包括以下步骤：

步骤一，取新鲜骨头去除骨表面结缔组织及骨膜后，用蒸馏水冲洗后放置于生理盐水中备用；

步骤二，根据需要设置磁场发生器参数，形成连通的稳定磁场后，将待加工样品置于其中；

步骤三，将样品及磁场放于飞秒激光加工系统工作台上，确定钻骨的激光加工位置及工艺参数，加工过程中实时调节焦平面位置，达到样品加工效果；

其中，步骤一中所述的新鲜骨头包括猪骨，牛骨，羊骨，人骨等，材料大小厚度不限；

其中，步骤二所述的磁场参数为，线圈匝数为10-1000，励磁电流为1A-20A，频率为10Hz-10KHz；