CN107920857B - 骨切割处理 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种切割骨(2)的方法，包括以下步骤：准备骨(2)以便切骨器械可到达；在骨(2)上预先限定切骨几何形状；以及向骨(2)施加切骨器械，由此沿着切骨几何形状切割骨(2)并对骨(2)产生切割面(21)。该方法还包括将激光束传送至骨(2)的切割面(21)，使得骨(2)的切割面(21)被烧蚀。根据本发明的方法允许改善骨在被切骨器械切割后在其切割面处的愈合。

Description

骨切割处理

技术领域

本发明涉及一种用于处理骨的切割面的装置、一种制造这种装置的方法、一种切割骨的方法、一种准备切骨术的方法和一种在体外切割骨的方法。

此类切割方法可以用于在种类繁多的医疗应用中切割骨，其包括以下步骤：准备骨以便切骨器械可到达，在骨上预先限定切骨几何形状，以及将切骨器械施加至骨，由此沿着切骨几何形状切割骨并对骨产生切割面。

背景技术

在许多医疗应用中，人或动物的骨出于许多不同目的而被切割或钻削。例如，为了纠正骨的形状，已知向骨施加一次或多次切割并沿切口将骨重新塑形。或者，为了更换牙齿，常见的做法是在颌骨中钻孔并在钻出的孔中设置植入物作为人工齿根。

在切割骨之前，通常对骨进行分析并在骨上限定切骨几何形状。当限定切骨几何形状时，切割过程的目标在于尽可能考虑骨的给定结构。此外，在施加切割之前，通常对骨进行准备，例如使其可到达等。一旦限定切割几何形状并且准备好骨，就选择适合的切骨器械以用于介入。由此，已知并且现在普遍使用许多不同的切骨器械，例如电动或气动锯、钻具等。

例如，为了在骨中施加圆柱形或圆锥形孔，比方说，例如为了镶嵌牙科植入物，通常使用机械钻具。或者，为了沿着线施加切割，已知各种锯以及压电式切骨刀。由于在使用此类器械时有长久而广泛的经验，所以其使用比较有效并且被许多外科医生优选。

在大多数包含骨切割的医疗应用中，骨的愈合对于整个过程的成功而言是重要的。其中，骨化作用通常是骨愈合的关键部分。例如，为了将植入物镶嵌到颌骨中，植入物必须通过骨结构在钻具围绕植入物的切割面处的骨化作用而向内生长到颌骨中。或者，当将骨重新塑形时，多个骨块必须生长在一起，包括彼此相邻的切割面的骨化作用。

然而，在施加如上所述的切骨器械之后，切割面愈合还包括从切割过程复原，因为通常骨结构在切割面处受损。这种复原在至关重要的骨化作用开始之前。因此，目标的骨化作用通常由于切割面的复原而延迟。在许多应用中，这种延迟比较麻烦，因为例如必须采取措施以保护切割面。而且，医疗应用或治疗通常由于骨的切割面的复原而被延缓或完全中断，这会使整个过程本质上是低效的。

因此，存在对允许改善骨在被切骨器械切割之后在其切割面处的愈合的方法或装置的需求。

发明内容

根据本发明，通过如独立权利要求1的特征限定的装置、如独立权利要求10的特征限定的准备切骨术的方法、如独立权利要求15的特征限定的制造这种装置的方法、如独立权利要求16的特征限定的切割骨的方法以及如独立权利要求26的特征限定的在体外切割骨的方法来解决这种需求。优选实施例是从属权利要求的主题。

更具体而言，根据本发明，所提到的现有技术中存在的需求可以通过一种切割骨的方法来解决，该方法包括以下步骤：准备骨以便切骨器械可到达，在骨上预先限定切骨几何形状，以及向骨施加切骨器械，由此沿着切骨几何形状切割骨并对骨产生切割面。所述切割骨的方法特别是还包括将激光束传送至骨的切割面以使得骨的切割面被烧蚀(即消融)的步骤。作为本发明的一个实施例，所述切割骨的方法还可以在体外进行。

在本公开的上下文中，切骨器械可以是例如钻具、压电式切骨刀或诸如振荡锯的锯。术语“切割面(cut surface)”可以是指通过切割过程对骨产生的任何开口表面。例如，当骨被切开时，切割面是所产生的其中骨块彼此对向的表面。或者，例如，当在骨中钻孔时，切割面可以是钻孔的内表面。

本文所使用的术语“骨(bone)”是指自然人或动物的骨以及人工骨或骨替代物。

本文所使用的术语“切骨几何形状(osteotomic geometry)”是指为了规定对骨施加的切割而对骨限定的任何几何形状。这种切骨几何形状例如可以是要沿着其切割骨的直线或曲线、要在骨中钻出的孔或限定介入骨的目标方式的更复杂的几何形状。切骨几何形状通常在术前规划步骤中预先限定。可以基于对骨收集的数据，例如计算机断层扫描数据，来预先限定它。可以借助计算机或直接在骨上等来预先限定切骨几何形状。

借助常规切骨器械切割骨一般隐含的原理对于所有不同类型的器械基本上相同。亦即，相应器械在骨表面上施加机械应力，直至超过表面硬度并且器械进入骨中。

由此，所施加的机械力引起骨的结构在由切骨器械产生的切割面处被修改。特别地，在机械切割过程中，在骨的切割面处产生平坦化的组织结构或涂抹层(smear layer)(参见图8)。该涂抹层尤其是碎屑被切骨器械迫压或挤压到骨结构中的结果。平坦化且封闭的切割面可以具有由切骨器械引起的张力裂缝和甚至划痕。从骨结构去除碎屑和骨结构的复原会耗费一定时间，比方说一两天等。这种复原的延迟阻碍了骨的进一步愈合过程，特别是例如骨化作用。

通过借助激光束烧蚀切割面，可以去除由切骨器械产生的涂抹层(参见图9)。特别地，当借助激光束烧蚀骨组织时，所产生的碎屑以比较高的速率——比方说，例如约2000m/s——移动离开骨。因此，从骨的角度看，通过激光束进行的烧蚀可以被称为无碎屑，或者完整烧蚀可以被称为冷(光)烧蚀。因而，激光束允许精确地烧蚀涂抹层并在切割面处再生骨组织的自然结构。骨的这种自然开放结构对于它的愈合非常有益，这在许多外科应用中是至关重要的。例如，这种再生的结构允许在切割面处开始实质性骨化作用之前最大限度地减少或甚至消除骨的复原。因而，根据本发明的切割骨的方法允许改善骨在被切骨器械切割后在其切割面处的愈合。

骨的这种改善的愈合另外例如在涉及要与骨生长在一起的植入物时会是有益的。此外，已知当常规地对于骨生长植入物时，植入物的一定百分比——比方说，例如植入物的5％——被拒斥。在这种拒斥状况下，可移除植入物并且在按照所述切割骨的方法烧蚀骨之后可以重新定位植入物。后续愈合实质上可以更好并且特别是可以逆转植入物的拒斥。

优选地，将激光束传送至骨的切割面包括在骨的切割面处去除一层骨组织。通过在切割面处去除完整的一层骨组织，可以实现骨在完整的切割面处的再生。其中，该层骨组织优选地具有在约1至约8微米的范围内或特别是在约2至约5微米的范围内的厚度。这样的层例如可足以去除上述涂抹层或骨的任何其它切割面损伤。

优选地，将激光束传送至骨的切割面包括施加相邻光斑形成的线的激光束。光斑可以具有大致圆形形状。通过使用由激光束引起的光斑烧蚀切割面，可以防止或至少最大限度地减少大部分热从激光束入射骨的接触区域传递至骨的其它部位。更具体而言，单个光斑可以在被产生之后并在下一个光斑被提供之前被冷却。这样，可以防止或最大限度地减少热对骨的附带损伤。

由此，将激光束传送至骨的切割面优选地包括施加另一些相邻光斑形成的另一些线，其中所述另一些相邻光斑偏离所述相邻光斑并且位于所述相邻光斑之间。通过产生光斑的这种网格，可以烧蚀整个切割面。此外，由于不同排的光斑是偏离的，因此可以防止激光束在与相邻光斑的重叠处入射到同一光斑。

光斑优选地具有在约400微米至约5毫米的范围内或在约400微米至约1毫米的范围内或在约400微米至约600微米的范围内的直径，或者特别是约500微米的直径。这种尺寸的光斑可以通过激光装置精确和有效地形成。

优选地，所述激光束是脉冲激光束。这种激光束的脉冲可以是亚微秒脉冲。激光束优选地通过固态铒激光装置如下述的固态铒激光源产生。这样的装置和脉冲激光束允许在骨结构上没有附带损伤或附带损伤最低的情况下精确和有效地烧蚀切割面。

优选地，激光束具有在约2900纳米至约3000纳米的范围内的波长，或者特别是约2940纳米的波长。这种波长特别是可适于被传送至骨组织。激光的选择和针对合适特性的调节对于有效地去除比较低的深度处的骨组织会是至关重要的。因而，可以提供对切割面处的骨组织的有效烧蚀。

优选地，将激光束传送到骨的切割面包括在施加激光束处对骨冷却和润湿/水合(hydrate)。这种冷却和润湿可使用喷嘴阵列执行，其中多流体喷嘴会是特别有效的。冷却流体可以是无菌氯化钠。它允许最大限度地减少从激光束-骨组织接触区域到骨的其它部分的传热。因此，可以防止或最大限度地减少骨组织的附带损伤。

本发明还涉及一种用于处理骨的切割面的装置。该装置包括用于产生激光束的激光源和承载激光源的支承件。装置的支承件具有安装结构，该安装结构适于以使得激光源处于相对于骨的切割面的预定位置和取向的方式与骨连接。

与所述装置相关联的术语“预定位置和取向”可以涉及允许激光源向骨传送合适的光束以便烧蚀其切割面的任何预定位置和预定取向。由此，可以在骨的切割面附近预先限定该位置，以使得由激光源产生的激光束可以不受阻碍地到达切割面。激光源的取向能以使得由激光源产生的激光束可以成优选角度直接到达切割面的方式被预先限定。这种预先限定的角度尤其可以是大致直角。

与安装结构相关联的术语“适于与骨连接”涉及被适当地设定特征、实施或设计的安装结构。由此，安装结构可以根据骨的状况和结构以各种不同方式实施。例如，它可以具有允许可释放地但牢固地安装在骨上的夹持或夹紧部件。或者，它可以具有孔，该孔可以另外配备有螺纹，以接纳要旋拧到骨上的螺钉。或者，它可以包括允许将所述装置系在骨上的带或线丝。或者，它可以配备有用于附接到骨上的长钉或粘接剂。安装结构也可以具有其它这样的连接元件，或者它可以具有前述连接元件的组合。

除了连接元件以外，安装结构可以具有诸如支腿等定位元件，以将激光源关于骨适当地定位。另外，安装结构可以具有按照骨上的将与激光装置连接的部位成形的表面。这种表面可以有助于使该装置相对于骨稳定。

根据本发明的装置允许以有效和方便的方式实施上述切割骨的方法。由此，上文结合切割骨的方法及其优选实施例描述的效果和优点可以有效地实现。

优选地，所述装置包括适于沿骨的切割面移动激光束的驱动单元。利用这种驱动单元，激光束可以自动或半自动地在骨的切割面上移过。例如，驱动单元可以是可编程的，使得在术前规划步骤中，可以调节它以烧蚀切割面。驱动单元允许提高烧蚀骨的切割面时的效率和精度。

由此，驱动单元优选地包括激光源定位器，其适于在装置通过支承件与骨连接时使激光源关于骨移动。利用这种激光源定位器或导航系统，由激光源产生的激光束可以通过移动激光源或其一些部分而沿着骨的切割面被引导。作为对其的替代或附加，驱动单元优选地包括适于移动装置提供激光束的方向的可调节光学器件。这种光学器件使得能够精确和有效地将由激光源产生的激光束传送至骨的切割面以烧蚀该切割面。由此，在一个实施例中，可调节光学器件优选地包括使由激光源提供的激光束偏向的反射镜，其中该反射镜可以围绕一轴线旋转，使得激光束可以围绕360°径向地提供。这种反射镜允许有效地处理作为钻孔的切割面的钻孔的内表面。

优选地，所述装置包括适于检测由所述装置施加至骨的切割面的烧蚀深度的深度检测单元。这种装置允许精确地烧蚀特定厚度的一层骨组织。由此，可以在切割面上考虑骨组织的性质的变化。此外，这种深度检测单元允许提供比较平坦的表面并且可以消除切割面的不平整。特别是在与如上所述的驱动单元组合时，这种深度检测单元允许对骨的切割面的非常精确和有效的烧蚀。例如，深度检测单元可以向中央控制单元连续提供与被烧蚀的骨组织的深度有关的信息，所述中央控制单元响应于该信息而调节驱动单元。

优选地，所述装置包括自动聚焦部件，以自动调节激光束关于骨的切割面的焦点。这种聚焦部件允许将焦点与正在进行的烧蚀连续地适配。在一个有利实施例中，自动聚焦部件与上述深度检测单元组合。由此，自动聚焦部件优选地适配成按照深度检测单元检测出的深度来调节激光束的焦点。这样，可以自动调节激光束的焦点，以便确保预先限定的激光束强度入射骨的切割面。由此，可以按照被烧蚀的骨组织的相应深度连续调节焦点。

优选地，所述激光源为固态铒激光源，或者特别是固态铒掺杂的钇铝石榴石激光源。这种激光源可以特别适于烧蚀骨或其它的人或动物硬组织。

所述装置还可以包括适于去除由于激光束入射骨的切割面而产生的碎屑的碎屑提取单元。这种碎屑提取可以有助于保持切割面和其周围的空间清洁。

本发明的另一方面涉及一种准备切骨术的方法(准备方法)，其包括以下步骤：获得与骨有关的数据；预先限定骨上的切骨几何形状；选择适于沿着切骨几何形状切割骨并由此对于骨产生切割面的切骨器械；以及分配时间框架和限定用于准备骨以便切骨器械可到达并用于向骨施加切骨器械以由此沿着切骨几何形状切割骨并对骨产生切割面的环境。该准备方法还包括以下步骤：分配另一时间框架和限定用于在对骨产生切割面之后将激光束传送至骨的切割面的环境；以及按照其在所分配的时间框架中的定义来布置所述环境。

结合所述准备方法使用的术语“时间框架(timeframe)”可以是指执行一个或多个特定步骤的持续时间和次序。通过分配时间框架，在切骨术或外科手术的情形中可以定制过程或方法的各个步骤。因此，使用所述准备方法分配时间框架允许在后续的外科手术或切骨术期间规划和有效地执行相关的步骤。

结合所述准备方法使用的术语“环境”可以是指在所规划的介入中所需的任何事物。例如，它可以包括诸如所涉及的房间和家具的物理环境、所需的人员、要使用的器械和工具以及所涉及的任何事物的定位。

因此，通过分配时间框架和限定环境，可以规划和组织有关的步骤或过程。这允许一旦执行外科手术或切骨术便实际有效地执行所述步骤或过程。根据本发明的准备切骨术的所有步骤在对骨或患者的任何介入之前执行。由此，该准备方法在不进行任何外科手术操作等的情况下执行。此外，仅在按照该准备方法准备好环境之后，外科医生的工作空间才准备好。

准备切骨术的方法或准备方法可以是术前规划过程的一部分。特别地，可以执行它以便有效地准备操作，使得此后的介入或外科手术可以有益地施行。特别地，该准备方法可以允许有效地施用上述切割骨的方法的一个实施例。更具体而言，通过分配另一时间框架和限定用于在对骨产生切割面之后将激光束传送至骨的切割面的环境并且按照其在所分配的时间框架中的限定来布置该环境，可以组织并有效地施用上述切割骨的方法。由此，该准备方法允许有效地实现上文结合切割骨的方法描述的效果和益处。

优选地，获得与骨有关的数据的步骤包括使用计算机断层扫描法分析骨。这种计算机断层扫描分析允许在任何外科介入之前例如在计算机等上精确地限定切骨几何形状。这允许在此后的外科介入中的阶段有效地切割骨。

在下文中，列出了使得能够实施上述切割骨的方法的相应优选实施例的准备切骨术的方法的优选实施例的特征。由此，可以相应地实现或支持上文结合切割骨的方法的相应实施例描述的效果和益处。

优选地，按照包括烧蚀骨的切割面的激光束向骨的切割面的传送来分配所述另一时间框架和限定环境。

优选地，按照包括在骨的切割面处去除一层骨组织的激光束向骨的切割面的传送来分配所述另一时间框架和限定环境。

优选地，按照具有在约1微米至约8微米的范围内或特别是在约2微米至约5微米的范围内的厚度的所述一层骨组织来分配所述另一时间框架和限定环境。

优选地，按照包括激光束施加相邻光斑形成的线的向骨的切割面的激光束传送来分配所述另一时间框架和限定环境。

由此，按照包括施加另一些相邻光斑形成的另一些线的向骨的切割面的激光束传送来优选地分配所述另一时间框架和优选地限定环境，其中所述另一些相邻光斑偏离所述相邻光斑并且位于所述相邻光斑之间。

由此，按照具有在约400微米至约5毫米的范围内或在约400微米至约1毫米的范围内或在约400微米至约600微米的范围内的直径或特别是约500微米的直径的光斑来优选地分配所述另一时间框架和优选地限定环境。

优选地，按照作为脉冲激光束的激光束来分配所述另一时间框架和限定环境。通过这种激光施加的脉冲可以是亚微秒脉冲。

优选地，按照激光束由固态铒激光装置或特别是由固态铒掺杂的钇铝石榴石激光装置产生来分配所述另一时间框架和限定环境。

由此，按照具有在约2900纳米至约3000纳米的范围内的波长且特别是具有约2940纳米的波长的激光束来优选地分配所述另一时间框架和优选地限定环境。

优选地，按照包括在施加激光束处冷却并润湿骨的激光束向骨的切割面的传送来分配所述另一时间框架和限定环境。这种冷却和润湿可以使用无菌氯化钠执行。

本发明的又一方面涉及一种制造用于处理骨的切割面的装置的方法(制造方法)。该方法包括以下步骤：获得与骨及其切割面有关的骨信息；基于所收集的骨信息，使支承件的安装结构适配成适合与骨连接，以使得激光源相对于骨的切割面处于预定位置和取向；为支承件配备用于产生激光束的激光源，使得支承件承载激光源；以及为装置配备支承件。

利用这种方法，激光装置能够以有效的方式实现。所述制造方法也可以添加或扩展相应的步骤，以实施按照上述优选实施例的装置。由此，可以有效地实现根据本发明及其优选实施例的激光装置的效果和益处。

附图说明

在下文中将借助于示例性实施例并参考所附示意图更详细地描述根据本发明的用于处理骨的切割面的装置、根据本发明的切割骨的方法和根据本发明的准备切骨术的方法，在附图中：

图1示出根据本发明的装置的第一实施例的一部分的透视图；

图2示出图1的装置的另一部分的透视图；

图3示出图1的装置的电子单元的透视图；

图4示出图1的装置的介质配线(media wiring)的透视图；

图5示出图1的装置的激光源的细节；

图6示出图1的装置的激光束混合机构的细节；

图7示出根据本发明的装置的第二实施例的一部分的透视图；

图8示出通过压电式切骨刀产生的骨的切割面的扫描电子显微镜图像；以及

图9示出在根据本发明通过激光束处理之后的骨的切割面的扫描电子显微镜图像。

具体实施方式

在以下描述中，出于方便的原因使用某些术语且并非旨在限制本发明。术语“右”、“左”、“上”、“下”、“下方”和“上方”指的是图中的方向。所述术语包括清楚地提到的用语以及它们的派生词和具有相似含义的用语。此外，可能使用诸如“在...之下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”、“近侧”、“远侧”等空间相对术语以描述如图所示的一个元件或特征结构与另一元件或特征结构的关系。这些空间相对术语旨在除图中所示的位置和取向以外还涵盖使用或操作中的装置的不同位置和取向。例如，如果将图中的装置翻转，则被描述为在其它元件或特征结构“之下”或“下方”的元件将在其它元件或特征结构“上方”或“上面”。因此，示例性术语“在...之下”可以涵盖上方和下方的位置和取向两者。所述装置可以其它方式取向(旋转90度或处于其它取向)，并且文中使用的空间相对描述得以相应地阐释。同样，对于沿着和围绕各种轴线的运动的描述包括各种特殊的装置位置和取向。

为了避免附图以及对各个方面和示例性实施例的说明的重复，应当理解的是，许多特征是多个方面和实施例共有的。从说明或附图省略一个方面并不意味着该方面从结合了该方面的实施例缺失。相反，该方面可以为了清楚起见而被省略并且避免了冗长的说明。在此上下文中，以下适用于本说明书的其余部分：如果为了使附图清楚，附图包含未在说明书的直接相关部分中阐述的附图标记，则可在之前或之后的说明章节中参照该附图标记。此外，为了清晰起见，如果在一个附图中未对一个部件的所有特征设置附图标记，则参照示出同一部件的其它附图。两个或以上附图中的相似标号表示相同或相似的元件。

图1示出了根据本发明的用于处理骨的切割面的装置1的第一实施例。装置1包括激光源12、驱动单元15、自动聚焦机构14、碎屑提取单元16、支承件11和介质配线13。支承件11具有作为安装结构的两个支腿111。支腿111在一个纵向端部处与驱动单元15连接。在相对的纵向端部处，支腿111适配成与骨2连接。具体而言，支腿111成形为将骨2夹持在其之间。骨2先前已被诸如锯的适当切割器械切割并具有切割面21，已在该切割面处施加切割器械。支腿111被布置成使得激光源12且特别是其激光头121相对于骨2的切割面21精确地定位和取向。

激光源12具有直接附接在驱动单元15上的激光头121以及与激光头121连接并朝骨2的切割面21定向的喷嘴本体125。在图1中，喷嘴本体125被描绘为部分透明，使得布置在喷嘴本体125内部的自动聚焦机构14的透镜141是可见的。自动聚焦机构14的透镜141聚焦由激光源12产生并指向骨2的切割面21的激光束，使得其强度适配于烧蚀在切割面21处的骨组织。

碎屑提取单元16具有靠近骨2的切割面21定位的鼻状部。碎屑提取单元16经其鼻状部抽吸由于激光束从骨2的切割面21烧蚀骨组织而产生的碎屑。

驱动单元15包括三个垂直布置的轨道。更具体而言，这些轨道由x轨道151、y轨道152和z轨道153组成。

装置1还包括定位在激光源12的激光头121下方的摄像机18。该摄像机朝骨2的切割面21且特别是切割面21的其中激光束入射切割面21的区域定向。借助摄像机可以监视和评估烧蚀过程。它可以是适用于测量激光束-骨组织接触区域处的温度的红外摄像机。

在图2中，以另一视图示出装置1，其中装置1的电子单元17是可见的。电子单元17经由介质配线13与激光源12的激光头121连接。如通过图2所示的箭头表示的，激光头121可借助驱动单元15的电机在x方向上沿着驱动单元15的x轨道151、在垂直于x方向的y方向上沿着驱动单元15的y轨道152、以及在垂直于x方向和y方向的z方向上沿着驱动单元15的z轨道153移动。这样，驱动单元15能够将激光源12的激光头121在全部三个维度上相对于骨2的切割面21精确地定位。

图3更详细地示出装置1的电子单元17。它包括气体和液体控制器171、深度控制器172、处理单元173和显示器174。此外，它配备有激光源12的固态铒掺杂的钇铝石榴石(Er:YAG)激光器122。

如图4所示，介质配线13包括前冷却介质管131、后冷却介质管132、气体管133、电源缆线134、深度控制光纤135、烧蚀光纤136和控制器缆线137。它还容纳有激光源12的烧蚀光纤123。

电源缆线134与远离电子单元17的所有耗电体连接。由此，耗电体——比方说，特别是驱动单元15的电机、摄像机18、碎屑提取单元16和自动聚焦机构14——经由介质配线13的电源缆线134被供给电能。

前冷却介质管131和后冷却介质管132与冷却实体连接。冷却介质可以是任何液体或其它介质，例如适于冷却诸如激光头121等附接的构件的基础部件(sole)。更具体而言，在前冷却介质管131中，冷却介质从冷却介质储器被提供给冷却实体，而在后冷却介质管132中，经加热的冷却介质在循环通过冷却实体之后被返回。

气体管133和液体管136与激光源12的激光头121的喷嘴本体125连接。喷嘴本体125包括指向激光束-骨组织接触区域的多个双流体喷嘴。通过双流体喷嘴，由液体管136提供的液体——比方说，例如可以添加防腐剂物质的无菌氯化钠或蒸馏水——与由气体管133提供的气体在升高的压力下混合以便产生喷雾。在骨组织的烧蚀期间，双流体喷嘴将喷雾引导到激光束-骨组织接触区域以便进行冷却并由此最大限度地减少骨组织中的传热。例如，双流体喷嘴可以在约3巴的压力下以约8至10ml/min的流速将无菌氯化钠传送到切割面21。然后通过碎屑提取单元16连同碎屑一起从骨的切割面21去除液体。

控制器缆线137与处理单元173和装置1的可控部件如驱动单元15的电机、摄像机18、自动聚焦机构14、喷嘴本体125的双流体喷嘴等连接。处理单元173经控制器缆线137与所述的可控部件通信。例如，处理单元考虑骨2的切割面21上的骨组织的烧蚀深度而自动地调节自动聚焦单元14的透镜141的取向。

通过烧蚀光纤123，从Er:YAG激光器122提供经自动聚焦机构14离开喷嘴本体125的激光束。为此，激光束如图5所示被引入烧蚀光纤123中。特别地，激光源12的Er:YAG激光器122具有光束发生器124。初始激光束离开光束发生器124并通过激光源12的聚焦透镜125被引导到烧蚀光纤123中。在此，它行进到激光头121并经喷嘴本体125离开激光源12。由此，激光束被自动聚焦机构14聚焦到骨2的切割面21。通过自动聚焦机构14，可以精确地调节切割面21处的激光束的强度。这允许有效地烧蚀切割面21处的骨组织。

类似地，作为用于烧蚀骨组织的激光束，经深度控制光纤135提供第二激光束。该第二激光束用于检测骨2上的烧蚀操作的深度。如图6所示，第二激光束与自动聚焦机构14内的激光束混合。特别地，自动聚焦机构14包括双色镜142。由第一透镜141排列的激光束从双色镜142的背侧通过双色镜142。由第二透镜141排列的第二激光束垂直于在双色镜142前侧上的激光束被提供。在此，它被双色镜142沿与所述激光束相同的方向反射。所述激光束连同第二激光束一起由第三透镜141聚焦并被引导到骨2的切割面21。

在使用中，装置1可以应用于根据本发明的切割骨2的方法的一个实施例中。在装置1被使用之前，准备骨2以便可由切骨器械到达。为了准备骨和完整的切骨术，可以在术前应用根据本发明的准备切骨术的方法的一个实施例。由此，通过计算机断层扫描法获得与骨2有关的数据。对该数据进行分析并在计算机断层扫描图像上对骨2限定切骨线作为切骨几何形状。然后选择锯作为适于沿着切骨线切割骨2并由此对骨2产生切割面21的切骨器械。在术前规划中，分配时间框架并限定在其中准备骨2以便可由锯到达并且在其中向骨2应用锯以由此沿着切骨几何形状切割骨2并对骨2产生切割面21的环境。术前规划还包括分配另一时间框架并且进一步限定在对骨2产生切割面21之后用于将激光束传送到骨2的切割面21的环境。然后按照其在所分配的时间框架中的限定布置该环境。

在完成术前规划之后，通过向骨2应用锯来继续切割骨2的方法，由此如图中所示沿着切骨线切割骨2并对骨2产生切割面21。在骨被切割之后，如图1所示将装置1附接到骨2上。然后，将激光束传送到切割面21，使得切割面21被烧蚀。

为了烧蚀切割面21，处理单元173控制驱动单元15，使得驱动单元15使激光源12的激光头121连同其喷嘴本体125一起在切割面21上方移动。由此，由装置1的激光源12产生的亚微秒脉冲激光束形成相邻圆形光斑构成的线和另一些相邻圆形光斑构成的另一些线。所述另一些相邻光斑偏离所述相邻光斑并且位于所述相邻光斑之间。这样，在切割面21上形成了覆盖切割面21的整个区域的光斑图案。此外，由于光斑和线交替地形成，所以骨组织有时间进行冷却，这允许最大限度地减少对骨组织的附带损伤。

为了有效地烧蚀切割面21处的骨组织，由激光源12产生的激光束被调节为具有2940nm的波长。在将激光束输送至骨2的切割面21期间，通过喷嘴本体125中的双流体喷嘴将无菌氯化钠喷射到切割面21。这样，骨2的切割面21在施加激光束之处被冷却和润湿。

在烧蚀期间，深度控制器172监测和控制被烧蚀的骨组织的深度。根据使得骨组织的一个常规层从切割面21被烧蚀的深度来调节激光束。特别地，包括由锯对骨产生的涂抹层的一层骨组织被去除。

图7示出了根据本发明的用于处理骨20的切割面210的装置10的第二实施例。骨20例如为颌骨或准备用于人工髋关节置换或矫正的股骨，并且切割面210是在颌骨20中产生的钻孔的内表面。装置10与图1-6中示出并且上文描述的装置1类似地实现。与装置1不同，装置10的驱动单元150具有从激光源120的喷嘴本体1250向下延伸的光束引导杆1520。在其下端处，光束引导杆1520与驱动单元150的反射镜1510连接。光束引导杆1520可围绕其纵向轴线旋转360°。它还可沿其纵向轴线关于喷嘴本体120移动。

在使用中，与上文结合装置1所述类似地准备和应用装置10。激光束经由光束引导杆1520被传送到骨20的钻孔中。在光束引导杆1520的端部处，激光束被反射镜1510偏转并朝向骨20的切割面210定向。通过可移动和可旋转的光束引导杆1520，可以有效地烧蚀骨20的整个切割面210。

图8示出以千倍放大的骨的切割面的扫描电子显微镜图像。切割面由作为介入器械的压电式切骨刀产生。如可见的，在机械切割过程中，切割面处的骨组织结构被平坦化并且产生涂抹层。被平坦化且封闭的切割面具有由压电式切骨刀引起的张力裂缝和划痕。在此状态下，骨组织必须在实质骨化作用能够开始之前复原。当然，这种复原耗费一定时间，比如数天等。

通过借助激光束烧蚀切割面，可以去除由切骨器械产生的涂抹层。在图9中，以千倍放大示出了被激光烧蚀之后的骨的切割面的扫描电子显微镜图像。其中可以看到，骨组织结构是开放的并且相对未受损伤，因为涂抹层通过激光束得以去除。这样，切割面处的骨组织的自然结构可以比较快速地再生。

本说明书和图示本发明的各方面和实施例的附图不应被视为限制了限定受保护的发明的权利要求。换言之，虽然已在附图和前面的说明中详细示出和描述了本发明，但这种图示和描述应被看作说明性的或示例性的而不是限制性的。可做出各种机械的、组成的、结构的、电气的和操作上的变更而不脱离此说明书和权利要求书的精神和范围。在一些情形中，未详细示出公知的电路、结构和技术以免使本发明变得难以理解。因此，应理解的是，本领域普通技术人员可以在以下权利要求的范围和精神内作出变更和修改。特别地，本发明涵盖具有上文和下文描述的不同实施例的特征的任意组合的其它实施例。

本公开还涵盖附图所示的所有其它特征，尽管它们在前面或下面的说明中可能未被单独地描述。此外，可从本发明的主题或从所公开的主题放弃附图和说明书中描述的实施例的单一替代方案及其特征的单一替代方案。本公开包括由权利要求或示例性实施例中定义的特征组成的主题以及包含所述特征的主题。

此外，在权利要求书中，用语“包括”不排除其它要素或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个单元或步骤可实现在权利要求中叙述的多个特征的功能。在相互不同的从属权利要求中叙述特定措施的单纯事实并不表示这些措施的结合不能有利地使用。与属性或值相结合的用语“本质上”、“约”、“大致”等特别是还分别明确地定义该属性或明确地定义该值。在给定数值或范围的上下文中的用语“约”指的是例如在给定值或范围的20％以内、10％以内、5％以内或2％以内的值或范围。被描述为“联接”或“连接”的部件可以电气地或机械地直接联接，或者它们可经由一个或多个中间部件间接地联接。权利要求中的任何附图标记均不应被解释为限制保护范围。

本公开还包括以下实施例：

实施例1为一种切割骨的方法，其包括：

准备骨以便切骨器械可到达，

预先限定骨上的切骨几何形状，以及

对骨应用切骨器械，由此沿着所述切骨几何形状切割骨并对骨产生切割面，

其特征在于，

将激光束传送到骨的切割面，使得骨的切割面被烧蚀。

实施例2为根据实施例1的方法，其中，将激光束传送至骨的切割面包括在骨的切割面处去除一层骨组织。

实施例3为根据实施例2的方法，其中，所述一层骨组织具有在约1微米至约8微米的范围内或特别是在约2微米至约5微米的范围内的厚度。

实施例4为根据前述实施例中任一项的方法，根据前述权利要求中任一项的方法，其中，将激光束传送至骨的切割面包括激光束施加相邻光斑构成的线。

实施例5为根据实施例4的方法，其中，将激光束传送至骨的切割面包括施加另一些相邻光斑构成的另一些线，其中所述另一些相邻光斑偏离所述相邻光斑并且位于所述相邻光斑之间。

实施例6为根据实施例4或5的方法，其中，所述光斑具有在约400微米至约5毫米的范围内或在约400微米至约1毫米的范围内或在约400微米至约600微米的范围内的直径，或者特别是约500微米的直径。

实施例7为根据前述实施例中任一项的方法，其中，所述激光束为脉冲式激光束。

实施例8为根据前述实施例中任一项的方法，其中，所述激光束由固态铒激光装置或特别是由固态铒掺杂的钇铝石榴石激光装置产生。

实施例9为根据前述实施例中任一项的方法，其中，所述激光束具有在约2900纳米至约3000纳米的范围内的波长，或特别是约2940纳米的波长。

实施例10为根据前述实施例中任一项的方法，其中，将激光束传送至骨的切割面包括在施加激光束之处冷却和润湿骨。

实施例11为一种用于处理骨的切割面的装置，其包括：

用于产生激光束的激光源，

支承件，其承载激光源并具有安装结构，所述安装结构适配成以使得激光源处于相对于骨的切割面的预定位置和取向的方式与骨连接。

实施例12为根据实施例11的装置，其包括适配成沿着骨的切割面移动激光束的驱动单元。

实施例13为根据实施例12的装置，其中，驱动单元包括激光源定位器，所述激光源定位器适配成在所述装置通过支承件与骨连接时关于骨移动激光源。

实施例14为根据实施例12或13的装置，其中，驱动单元包括适配成移动所述装置提供激光束的方向的可调节光学器件。

实施例15为根据实施例14的装置，其中，所述可调节光学器件包括使激光源提供的激光束偏转的反射镜，其中该反射镜能围绕一轴线旋转，使得激光束能大约360°径向地提供。

实施例16为根据实施例11至15中任一项的装置，包括适配于检测通过所述装置对骨的切割面施加的烧蚀的深度的深度检测单元。

实施例17为根据实施例11至16中任一项的装置，包括用于自动调节激光束关于骨的切割面的焦点的自动聚焦机构。

实施例18为根据实施例16和17的装置，其中，自动聚焦机构适配于按照深度检测单元检测出的深度来调节激光束的焦点。

实施例19为根据实施例11至18中任一项的装置，其中，所述激光源为固态铒激光源或特别是固态铒掺杂的钇铝石榴石激光源。

实施例20为一种准备切骨术的方法，包括：

获得与骨有关的数据，

预先限定骨上的切骨几何形状，

选择适于沿着切骨几何形状切割骨并由此对骨产生切割面的切骨器械，以及

分配时间框架并限定以下环境：

用于准备骨以便切骨器械可到达，和

用于对骨应用切骨器械，由此沿着所述切骨几何形状切割骨并对骨产生切割面，

其特征在于，

分配另一时间框架并限定用于在对骨产生切割面之后将激光束传送至骨的切割面的环境，并且

按照在所分配的时间框架中的限定布置环境。

实施例21为根据实施例20的方法，其中，获得与骨有关的数据包括使用计算机断层扫描法分析骨。

实施例22为根据实施例20或21的方法，其中，按照包括烧蚀骨的切割面的向骨的切割面的激光束传送来分配所述另一时间框架和限定环境。

实施例23为根据实施例20至22中任一项的方法，其中，按照包括去除骨的切割面处的一层骨组织的向骨的切割面的激光束传送来分配所述另一时间框架和限定环境。

实施例24为根据实施例20至23中任一项的方法，其中，按照具有在约1微米至约8微米的范围内或特别是在约2微米至约5微米的范围内的厚度的所述一层骨组织来分配所述另一时间框架和限定环境。

实施例25为根据实施例20至24中任一项的方法，其中，按照包括激光束施加相邻光斑构成的线的向骨的切割面的激光束传送来分配所述另一时间框架和限定环境。

实施例26为根据实施例25的方法，其中，按照包括施加另一些相邻光斑构成的另一些线的向骨的切割面的激光束传送来分配所述另一时间框架和限定环境，其中所述另一些相邻光斑偏离所述相邻光斑并且位于所述相邻光斑之间。

实施例27为根据实施例25或26的方法，其中，按照具有在约400微米至约5毫米的范围内或在约400微米至约1毫米的范围内或在约400微米至约600微米的范围内的直径或者特别是约500微米的直径的光斑来分配所述另一时间框架和限定环境。

实施例28为根据实施例20至27中任一项的方法，其中，按照所述激光束为脉冲激光束来分配所述另一时间框架和限定环境。

实施例29为根据实施例20至28中任一项的方法，其中，按照激光束由固态铒激光装置或特别是由固态铒掺杂的钇铝石榴石激光装置产生来分配所述另一时间框架和限定环境。

实施例30为根据实施例29的方法，其中，按照具有在约2900纳米至约3000纳米的范围内的波长且特别是具有约2940纳米的波长的激光束来分配所述另一时间框架和限定环境。

实施例31为根据实施例20至30中任一项的方法，其中，按照包括在施加激光束之处冷却并润湿骨的向骨的切割面的激光束传送来分配所述另一时间框架和限定环境。

实施例32为一种制造用于处理骨的切割面的装置的方法，包括：获得与骨及其切割面有关的骨信息；基于收集的骨信息，将支承件的安装结构适配为适合以使得激光源处于相对于骨的切割面的预定位置和取向的方式与骨连接；为支承件配备用于产生激光束的激光源，使得支承件承载该激光源；以及为所述装置配备所述支承件。

Claims (11)

1.一种用于处理骨(2；20)的切割面(21；210)的装置(1；10)，包括：

用于产生激光束的激光源(12；120)，和

支承件(11)，所述支承件承载所述激光源(12；120)并具有安装结构(111)，所述安装结构适配成以使得所述激光源(12；120)处于相对于所述骨(2；20)的切割面(21；210)的预定位置和取向的方式与所述骨(2；20)连接，所述安装结构(111)具有将骨(2)夹持在其之间的两个支腿。

2.根据权利要求1所述的装置(1；10)，包括适配成沿着所述骨(2；20)的切割面(21；210)移动激光束的驱动单元(15；150)。

3.根据权利要求2所述的装置(1；10)，其中，所述驱动单元(15；150)包括激光源定位器，所述激光源定位器适配成在所述装置(1；10)通过所述支承件与所述骨(2；20)连接时关于所述骨(2；20)移动所述激光源(12；120)。

4.根据权利要求2或3所述的装置(1；10)，其中，所述驱动单元(15；150)包括适配于移动所述装置(1；10)提供激光束的方向的可调节光学器件(1510)。

5.根据权利要求4所述的装置(1；10)，其中，所述可调节光学器件(1510)包括使所述激光源提供的激光束偏转的反射镜(1510)，其中所述反射镜(1510)能围绕一轴线旋转，使得能围绕360°径向地提供激光束。

6.根据权利要求1或2所述的装置(1；10)，包括深度检测单元(134；172)，所述深度检测单元适配成检测由所述装置(1；10)对所述骨(2；20)的切割面(21；210)施加的烧蚀的深度。

7.根据权利要求6所述的装置(1；10)，包括用于自动调节激光束关于所述骨(2；20)的切割面(21；210)的焦点的自动聚焦机构(14)。

8.根据权利要求7所述的装置(1；10)，其中，所述自动聚焦机构(14)适配成按照所述深度检测单元(134；172)检测出的深度来调节激光束的焦点。

9.根据权利要求1或2所述的装置(1；10)，其中，所述激光源(12；120)为固态铒激光源。

10.根据权利要求1或2所述的装置(1；10)，其中，所述激光源(12；120)为固态铒掺杂的钇铝石榴石激光源。

11.一种制造用于处理骨(2；20)的切割面(21；210)的装置(1；10)的方法，包括：

获得与所述骨(2；20)及其切割面(21；210)有关的骨信息；

基于所收集的骨信息，将支承件(11)的安装结构(111)适配成适于以使得激光源(12；120)处于相对于所述骨(2；20)的切割面(21；210)的预定位置和取向的方式与所述骨(2；20)连接，所述安装结构(111)具有将骨(2)夹持在其之间的两个支腿；

为所述支承件(11)配备用于产生激光束的激光源(12；120)，以使得所述支承件(11)承载所述激光源(12；120)；以及

为所述装置(1；10)配备所述支承件(11)。

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