全固态皮秒激光牙硬组织备洞的仿真研究

摘要

龋齿是近年来发病率逐渐增高的人类常见病和多发病之一，被世界卫生组织评定为威胁人类健康的三大慢性病杀手，预防和治疗龋齿成为世界医学界共同关注的热点问题。作为牙硬组织的一种慢性疾病，龋齿破坏牙釉质和牙本质，使其缺损，逐渐发展成为龋洞，充填修复法是治疗龋洞常用的方法，即采用手术方法在组织内形成窝洞，再填充适当材料修复缺损。窝洞的预备，简称备洞，是牙体修复术中关键步骤。传统的备洞方法是采用机械手段对牙体硬组织进行切割与钻磨，这种方式因其接触式作用方式而存在组织后期感染问题。激光作为一种非侵入式治疗手段可降低感染风险，因而被应用于激光除龋和备洞。
　　近年来，皮秒激光因其稳定的工作状态和高质量的加工效率成为微加工领域的关注重点。据此，本论文利用模拟仿真方法研究了1064nm全固态皮秒激光牙硬组织的备洞，旨在探索1064nm全固态皮秒激光在激光医学领域潜在的应用潜力。
　　本论文的主要研究工作包括:
　　一、研究了皮秒激光作用下材料的温度场分布。
　　二、基于皮秒激光与材料相互作用的热传输模型，开发适用于短脉冲及皮秒超短脉冲的激光加工仿真软件。
　　三、仿真研究了皮秒激光牙硬组织备洞。
　　论文的主要研究结果如下:
　　1.建立了适用于短脉冲及皮秒超短脉冲的含时热传导方程，利用差分法对其方程进行数值解，得到了单个脉冲作用下材料的热波在横向和纵向的空间分布。
　　2.利用C＃语言编写了适用于短脉冲及皮秒超短脉冲激光加工仿真软件，利用该软件模拟分别得到了单个脉冲作用下硅和铜的温度场分布，以及加工形状所需要的激光输出参数。
　　3.利用自行开发的仿真软件模拟了1064nm皮秒激光牙硬组织备洞，仿真结果与1064nm皮秒激光牙齿备洞实验相比较，结果显示实验得到的备洞孔径尺寸大于仿真结果，其原因可能是由于牙齿疏松生理结构和加工过程系统离焦造成;另一方面，实验得到的备洞深度大于仿真结果可能是由于加工过程的热机械作用导致。