[发明专利]一种基于温度在线监测的高质量激光骨加工方法

说明书

本发明涉及一种基于温度在线监测的高质量激光骨加工方法，温度传感器通过工控机与激光控制器形成闭环控制，可实时监测激光骨加工过程中骨组织温度并在线调整激光加工工艺参数，保证骨加工过程中骨组织温度一直低于临界温度，实现高质量无损伤激光骨加工。方法为：将骨样品放置于激光加工系统中；设置骨组织临界温度和激光加工工艺参数，开始对骨样品进行加工；在线监测骨加工过程中的热辐射信号，并依据热辐射强度实时判断骨组织温度并优化激光加工工艺参数，直至加工结束。本发明通对激光钻骨过程中产生的热辐射信号在线监测，实现对骨加工过程中骨组织温度的在线监测，避免骨组织出现碳化和非骨加工区域的损伤，实现高质量、无损伤激光骨加工。

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域在骨科方面的应用，更具体的说是涉及一种基于温度在线的高质量激光骨加工方法。

背景技术

随着医学科技的发展，特别是在骨科治疗方面，都有着巨大的进步，但是仍面临着巨大的挑战。骨科医生在治疗各类骨折和骨坏死疾病时，一般的方法是将病患部位软组织切开，根据骨折的具体情况，在骨骼上打上一个或多个骨孔，通过对骨折部位的精确复位和修复，再使用骨钉、加压钢板或者外固定支架等专业医疗器具对其固定。在骨外科手术中，使用医用手钻对人体骨骼进行钻削时由于切屑和钻头的摩擦会产生热量，骨骼材质的导热性比较差，热量不能及时传导出去，过高的温度会对孔周围的正常骨骼组织活性造成不良影响，极易使钻孔温度升高，当温度高于47℃时，就会造成骨细胞热坏死，当高温导致骨坏死后对骨骼的结构和物理特性都会造成不可逆转的损伤，这样不仅对钻孔部位的手术质量有不良影响，并且还会对植入的骨钉等植入体的安装效果造成不良影响。同时在钻骨过程中，需要通过骨钻向患者一个外力保证钻孔的顺利进行，由此产生的钻削力对病人有很大的影响。激光骨加工提供了一种非机械接触式骨钻骨方案，加工精度高且基本无机械损伤。但是激光骨加工过程中，骨温度全凭主观判断，主观因素过大，激光骨加工温度可控性低，容易伤及孔壁附近骨组织，影响术后伤口愈合。

因此，本项发明通过对激光骨加工过程中温度进行在线监测，实现对骨加工过程中骨组织热坏死的抑制。当骨温度即将达到临界温度时，自动调节激光加工参数，保证骨加工过程中骨组织温度一直低于临界温度，避免骨组织出现碳化和非骨加工区域的损伤，实现高质量、无损伤激光骨加工。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于温度在线监测的高质量激光骨加工方法。激光骨加工过程产生的热辐射被温度传感器采集,热辐射强度直接反应了骨组织温度，即可实现对骨加工过程中骨组织温度的在线监测。温度传感器通过工控机与激光控制器形成闭环控制，当骨温度即将达到临界温度时，自动调节激光加工参数，保证骨加工过程中骨组织温度一直低于临界温度，避免骨组织出现碳化和非骨加工区域的损伤，实现高质量、无损伤激光骨加工。

一种基于温度在线监测的高质量激光骨加工方法，该方法包括如下步骤：

步骤一，将骨样品放置于激光加工系统中；

步骤二，设置骨组织临界温度和激光加工工艺参数，开始对骨样品进行加工。

步骤三，在线监测骨加工过程中的热辐射信号，并依据热辐射强度实时判断骨组织温度并优化激光加工工艺参数，直至加工结束。

优选的，步骤一所述的激光加工系统包括激光器、激光控制系统、振镜、样品台、温度传感器和工控机及光路传输系统。

优选的，步骤一中所述的激光加工系统，热辐射信号被温度传感器采集，并经数据传输线传递给工控机，工控机将控制指令经数据传输线传递给激光控制系统，改变激光参数。

优选的，步骤一中所述的激光加工系统，激光器为飞秒激光器、皮秒激光器或者纳秒激光器。

优选的，步骤二中所述的激光加工参数，激光波长193-2940nm、功率1-100W，重复频率1KHz-10MHz，振镜扫描速度100-4000mm/s。