研究人員演示了通過調整雷射束的能量分佈，雷射可以達到的切割深度。
圖片來源：瑞士巴塞爾大學
科技日報訊（記者張佳欣）鐳射切割因精准、無需接觸而被視為外科手術的理想工具，但在骨骼等硬組織中，長期存在切割速度慢、深度不足的問題。如今，瑞士巴塞爾大學研究團隊開發出一種新型的“平頂”手術雷射，使骨組織切割比以往更深、更快，為雷射在骨科手術中的應用提供了更多場景。相關成果發表在最新一期《科學報告》雜誌上。
研究團隊發現，限制鐳射切割深度的關鍵在於光束內部能量分佈不均。傳統高斯光束在中心最强，向邊緣逐漸减弱，類似手電筒光束。在切割加深時，切口側壁會吸收大量能量，導致切口底部能量不足，從而限制切割深度。
為解决這一問題，研究人員設計了“平頂”雷射束：光束中心能量均勻分佈，邊緣迅速下降，使雷射能量在切割區域分佈更加均勻，提高深層切割效率。博士生劉明義表示：“能量分佈更均勻，鐳射切割效率更高、速度更快。”
實驗中，團隊在牛骨樣本上對比了兩種光束，並使用壓縮空氣和水冷卻防止熱損傷。結果顯示，傳統高斯光束切割深度約2.6釐米，而“平頂”雷射束可達4.4釐米，接近4.5釐米的理想深度。研究人員指出，這種設計使雷射在更深位置仍保持高效率。
儘管切割深度取得進展，雷射速度仍低於機械工具。現時“雷射刀片”每秒只能去除約0.4立方毫米骨組織，而機械鋸可達11立方毫米，但此次突破首次讓鐳射切割深度接近臨床需求。
鐳射切割不施加機械壓力，可降低微裂紋風險，實現極其精細的切割操作。未來，這種技術有望與定制化3D列印關節假體配合使用，為複雜骨科手術提供更精准的解決方案。