لیزرهای فمتوثانیه برای جراحی ارتوپدی با دقت بالا

خلاصه

ریزماشین لیزری با پالس های فوق کوتاه نویدبخش درمان جراحی تمیز و ایمن بافت استخوانی است. با این حال، مقایسه عملکرد و توسعه "بهترین عملکرد" ​​به دلیل دشواری مقایسه نتایج در طیف گسترده ای از رویکردهای تجربی و تحت شرایط جراحی نامربوط (به عنوان مثال، استخوان خشک شده، مرده) با مشکل مواجه شده است. با استفاده از یک سیستم لیزر پالسی فمتوثانیه (fs) (τ = 140 fs، نرخ تکرار = 1 کیلوهرتز، λ = 800 نانومتر)، مطالعه جامع میکروجراحی لیزر فمتوثانیه با استفاده از معیارهای استاندارد میکروماشین کاری لیزر (آستانه فرسایش، اثرات انکوباسیون، نرخ فرسایش اثر عمق نقطه کانونی در منطقه متاثر از مواد و حرارت (HAZ)) بر روی استخوان قشر مغز گاو و گوسفند زنده، تازه برداشت شده انجام شد. سه نقطه مهم خوش‌بینی برای اجرای آینده در سالن جراحی شناسایی شد: (1) حذف مواد نسبتاً نسبتاً غیر حساس به عمق نقطه کانونی در مواد است، و نیاز به دقت در عمق بسیار زیاد برای اجرای عالی را از بین می‌برد. (2) فرسایش لیزر فمتوثانیه استخوان تازه اثر انکوباسیون بسیار کمی را نشان می دهد، به طوری که عبورهای متعدد لیزر بر روی همان ناحیه از استخوان، مقدار یکسانی از مواد را حذف می کند. و (3) فقدان کامل آسیب جانبی، ناشی از گرما یا شوک، در هر دو مقیاس ماکرو و میکروسکوپی را می توان به آسانی در یک محدوده پارامتری وسیع به دست آورد. روی هم رفته، این نتایج نشان می‌دهد که یک پلت‌فرم لیزر فیبر مستقر دستی یا روباتیک برای میکروسرجری لیزری فمتوثانیه یک چشم‌انداز بسیار مناسب است.

کلیدواژه: میکروسرجری فمتوثانیه; فرسایش لیزری؛ ریزماشین کاری لیزری؛ عمل جراحی ارتوپدی؛ ریزماشین کاری لیزری فوق سریع

لیزرهای فمتوثانیه برای جراحی بافت استخوانی با وضوح بالا

در دهه گذشته، لیزر به ابزار انتخابی برای جراحی های بافت نسل بعدی تبدیل شده است. لیزرهای فمتوثانیه به لطف خواص منحصر به فرد خود، در حال حاضر برای جراحی بافت استخوانی با وضوح بالا در نظر گرفته می شوند که در طی آن باید از آسیب های حرارتی ناشی از لیزر برای بهبود کیفیت و مدت زمان بهبودی با دقت اجتناب شود.

Gemini مطالعه جامعی را ارائه می دهد که برای پیشبرد آمادگی این فناوری با بهینه سازی پارامترهای فرآیند همراه با توسعه ابزارهای تشخیصی مناسب انجام شده است. حداکثر کردن نرخ فرسایش روی استخوان ران گوشت خوک در رژیم فمتوثانیه در یک رویکرد افزایش مقیاس با استفاده از منابع لیزر فمتوثانیه صنعتی به دست آمد. برای پیگیری دقیق دمای بافت استخوان در طول و بعد از پردازش لیزر، از تصویربرداری دوربین FLIR و حسگرهای ترموکوپل برای به دست آوردن تکامل توزیع دما بر روی بافت با توجه به تغییرات پارامترهای مختلف فرآیند و همچنین لیزر استفاده شد. تغییرات شیمیایی ناشی از

نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که پردازش لیزر فمتوثانیه بافت استخوان در یک محیط اسپری آب تحت فشار اجازه می‌دهد به دمایی کمتر از دمای دناتوره شدن پروتئین استخوان برسد. علاوه بر این، Gemini توضیح می‌دهد که چگونه طیف‌سنجی شکست ناشی از لیزر (LIBS) تغییرات شیمیایی ناشی از لیزر بافت را با دمای آن و پارامترهای پردازش اعمال شده تجزیه و تحلیل می‌کند. نتایج این بخش از مطالعه نشان می‌دهد که LIBS یک تکنیک قابل اعتماد و مفید برای پایش بلادرنگ وضعیت استخوان در حین فرسایش لیزری است و می‌تواند در چارچوب اتوماسیون نهایی جراحی‌های استخوان با پردازش لیزر فمتوثانیه اجرا شود.