【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及医疗器械，尤其是涉及一种激光辅助磨削方法及装置。
技术介绍
1、磨削作为一种传统的精密加工方法，近年来被逐渐用于骨外科手术。例如在颈椎减压手术中，医生常采用微小球形金刚石磨头高速磨削实现骨组织的去除。对比铣削与钻削，该加工方式精确，对软组织创伤小，能更好地避免偶然性的机械损伤(如过切)，受到外科医生的青睐，但磨削效率低，磨头底部线速度过低，底部材料难以去除，产生磨削热量过大，引起周围神经组织热坏死，是骨磨削技术亟待解决的关键问题。
2、公开号为cn 111053611 b的专利“激光骨科钻孔装置”，由调整光纤的数值孔径na和对应输出波段激光的张角，在ccd定位相机的辅助下，钻孔装置可自行深入到骨组织中将激光聚焦于钻孔处的骨组织上。但是该技术方案依然存在采用激光大范围消融骨组织，效率低时间长，且骨组织会留下一层激光热损伤层难以去除的问题。
3、为了克服现有骨磨削技术存在骨磨削过程中骨组织热损伤的缺陷，公开号为cn107184245 b的专利“一种骨磨削装置”，通过高压气体与低温生理盐水混合，设计了一种气液比可控的低温生理盐水喷雾产生装置，在该装置中，喷嘴设计依附在高速主轴下，喷嘴的左端依附在主轴驱动电机外壳的外表面上，喷嘴的右端与球形磨头贴近，借助磨削切向力将生理盐水带入骨磨削区域。但该磨削装置采用外部喷雾冷却，喷雾难以深入到磨削区，难以发挥优良的冷却效果。
技术实现思路
1、为了克服现有骨磨削技术磨削深孔时，磨头底部速度过低，底部接触骨组织产生
2、本专利技术是采用以下技术手段实现上述技术目的。
3、一种激光辅助磨削装置，包括空心磨头1、er：yag激光10、冷却管道6、密封环8、空心杯电机13和外壳14，其特征在于，所述空心磨头1轴中心有通孔，空心齿轮轴16中心设有通孔，且下端镶嵌有透镜17用于密封与聚焦，入水套筒8开有“u”型槽，空心磨头1通过夹头2与夹筒3和入水套筒8相连，入水套筒8通过卡口与空心齿轮轴16相连，所述空心齿轮轴16通过齿轮连接与齿轮轴16连接，齿轮轴15通过联轴器12与空心杯电机13主轴相连，空心杯电机13由外部电源线供电，所述入水套筒8与空心齿轮轴16通过轴承安装在所述外壳上，外壳14与密封圈在入水套筒8与空心齿轮轴16连接处形成密闭耦合腔，耦合腔需接入一根冷却管道6，er：yag激光10安装在空心齿轮轴16上端，冷却液需从冷却管道6进入耦合腔，经入水套筒8的“u”型槽从空心磨头1通孔的底部喷出，增加激光的消融效率，所述er:yag激光10需从空心齿轮轴16与空心磨头1轴通孔穿过并消融磨头底部的骨组织，所述空心磨头1将激光消融所残留的热损伤层高精高效去除，残留骨屑被冷却液从底部冲出，保证球形磨头在磨深孔时都能获得有效的冷却。
4、进一步，冷却液管道6引入冷却液的路径上还设有压力表与流量表。
5、再进一步，所述外壳14上设有锁紧钉5，用于锁紧入水套筒6所在主轴，更换空心磨头1。
6、再进一步，所述装置采用手持式设计，使磨削更便捷、适用的磨削场景更多。
7、一种激光辅助磨削加工方法，其特征在于：应用权利要求1所述的一种激光辅助磨削加工装置，包括以下步骤，且以下步骤顺次进行，
8、第一步：激光对焦；将空心磨头1放入套筒，通过激光光斑定位到待加工部位；
9、第二步：开始加工；采用水诱导er:yag激光10先去除空心磨头1底部骨组织，磨头同步向下进给，去除激光残留的热损伤层以及周围的骨组织，冷却液从磨头底部喷出，在磨削深处冷却的同时将骨屑冲出；
10、第三步：加工完成；骨组织去除将要完成时，逐步降低er:yag激光10功率，空心磨头1继续向下进给，清除完激光残留的热损伤层后、依次停止激光、磨头、冷却液，并将磨头抽出套筒。
11、所述第一步中er：yag激光10穿过空心磨头1轴心，激光光斑能辅助磨削定位，磨削更精准、定位更便捷。
12、所述第二步中水诱导er：yag激光10能通过空泡效应产生冲击波，加快激光去除骨组织速率。
13、所述第二步中激光加工区域磨头与骨组织之间的冷却液层厚度应在0.4mm左右。
14、相比于现有技术，本专利技术有如下有益效果：
15、①消除磨削底部压力。由于普通球形金刚石磨头底部的磨削线速度过低，导致底部骨组织难以磨削去除。本装置采用激光与磨削相结合，设计了一种水诱导激光骨消融辅助骨磨削装置，采用激光直接消融磨头底部区域的骨组织，从而解决了由磨头底部磨削速度过低导致磨头底部压力大的问题。
16、②快速精准定位磨削位置。首先通过激光光斑，能够精准地定位到要去除的病变骨组织，然后采用磨头能够精准磨削去除定位区域的病变骨组织。因此该装置有助于在手术中快速地确定锁定目标位置，减少手术时间和提高手术精确度，提高手术的安全性和效果。
17、③显著增强冷却效果。在该装置中，冷却液由空心磨头底部喷至深磨削区域，残留骨屑被冷却液从底部冲出，以内冷却的方式保证球形磨头在磨深孔时能获得有效的冷却，降低磨削区温度，有效地减少手术热损伤。
18、④大幅度提高骨组织去除效率。采用激光与磨削的复合加工方法，首先激光将磨头底部难磨削的骨组织快速消融，然后磨头将周围病变骨组织及激光消融所残留的热损伤层快速精准去除，因此骨组织加工效率更高，损伤更小。
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1.一种激光辅助磨削装置，包括空心磨头(1)、Er：Yag激光(10)、冷却管道(6)、密封环(8)、空心杯电机(13)和外壳(14)，其特征在于，所述空心磨头(1)轴中心有通孔，空心齿轮轴(16)中心设有通孔，且下端镶嵌有透镜(17)用于密封与聚焦，入水套筒(8)开有“U”型槽，空心磨头(1)通过夹头(2)与夹筒(3)和入水套筒(8)相连，入水套筒(8)通过卡口与空心齿轮轴(16)相连，所述空心齿轮轴(16)通过齿轮连接与齿轮轴(16)连接，齿轮轴(15)通过联轴器(12)与空心杯电机(13)主轴相连，空心杯电机(13)由外部电源线供电；
2.如权利要求1所述的一种激光辅助磨削装置，其特征在于：冷却管道(6)引入冷却液的路径上还设有压力表与流量表。
3.一种激光辅助磨削加工方法，其特征在于：应用权利要求1所述的一种激光辅助磨削加工装置，包括以下步骤，且以下步骤顺次进行，
4.如权利要求3所述的一种激光辅助磨削方法，其特征在于：所述第一步中Er：Yag激光(10)穿过空心磨头(1)轴心，激光光斑能辅助磨削定位，磨削更精准、定位更便捷。
【技术特征摘要】
1.一种激光辅助磨削装置，包括空心磨头(1)、er：yag激光(10)、冷却管道(6)、密封环(8)、空心杯电机(13)和外壳(14)，其特征在于，所述空心磨头(1)轴中心有通孔，空心齿轮轴(16)中心设有通孔，且下端镶嵌有透镜(17)用于密封与聚焦，入水套筒(8)开有“u”型槽，空心磨头(1)通过夹头(2)与夹筒(3)和入水套筒(8)相连，入水套筒(8)通过卡口与空心齿轮轴(16)相连，所述空心齿轮轴(16)通过齿轮连接与齿轮轴(16)连接，齿轮轴(15)通过联轴器(12)与空心杯电机...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗源嫱，刘逸，毛聪，任莹晖，张明军，唐昆，唐伟东，程波，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：
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