面向临床手术的激光钻切骨孔微观组织及抗失稳行为

钻孔是骨折修复手术中最常见的临床操作，骨孔的微观组织对骨折稳固及后期愈合具有显著影响。系统研究了激光钻切骨孔的微观组织特征和抗失稳行为，通过探究功率密度对激光钻切骨孔周围组织弹性模量的影响，结合分形方法对骨孔微观结构进行了量化分析与评价，并针对非均质骨微观结构，模拟分析对比了激光钻切骨孔与机械钻切骨孔在轴向力作用下的抗失稳行为。结果表明，在激光功率密度为5.70×10⁴ W/cm²、扫描速度为4 mm/s的优化工艺参数下，骨孔边缘弹性模量受影响区宽度仅为200μm，较机械钻切骨孔缩小了67%，壁面无裂纹，其余区域保持了骨组织的本征结构与力学特性。在轴向力作用下，激光钻切骨孔裂纹会在骨黏合线周围发生抑止或偏转，这有效提升了骨孔的抗失稳破坏能力，对增强内固定手术的稳定性有重要作用。     

自然骨曲面对激光诱导空泡演化行为规律的影响

液体辅助红外激光消融硬生物组织的准确性和兼容性均优于机械工具，而在骨科手术中往往会遇到骨组织自然曲面位置的钻切需求。系统研究了波长约为2μm的中红外激光诱导空泡在自然骨曲面边界附近的演化行为规律，总结了不同无量纲距离（γ）空泡的非球形演变规律和空泡脉动周期的时间长度的变化趋势，并对空泡收缩过程进行了数值模拟分析。发现了空泡演化行为受骨曲面边界影响的机制，自然骨曲面边界的不对称性使空泡收缩时两侧泡壁处的压力梯度和移动速度不同，导致空泡在收缩时质心与两侧泡壁向自然骨曲面边界较高的一侧发生偏移，并引起空泡微射流向相同方向偏移。给出了用于补偿微射流作用点定位误差的光纤预置偏移量，得到了自然骨曲面附近0.2≤γ≤0.6的空泡产生的微射流速度。