超声刀刀头的制作方法

1.本发明涉及骨科手术医疗器械技术领域，具体地涉及一种用于切骨领域的超声刀刀头。


背景技术：

2.在骨科手术中，会使用超声切骨刀对骨头进行切割、磨削、刨削、刮削或者任意整形。传统的超声切骨刀刀头切削部前端为厚度一致的薄片，切骨时刀头受到压力较大，厚度一致的结构使得切削薄片与骨头之间容易发生卡滞，并且对设备本身压力较大，较易发生断刀现象，增加手术风险。或者传统超声切骨刀刀头切削部前端薄片为由厚到薄设计，与人体接触部位较厚，既使得切骨刀切割困难，切割效率低，又会造成骨损失量增加，影响手术效果。


技术实现要素：

3.本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种超声刀刀头。
4.本发明的目的通过以下技术方案来实现：
5.超声刀刀头，包括依次连接形成锥形的连接部、过渡部、切削部，所述连接部和过渡部均为圆柱形，所述切削部为厚度自其尾端向其前端逐渐减小的薄片状，所述切削部的外周侧边设置有一组锯齿，所述锯齿的厚度沿其延伸方向逐渐减薄，所述锯齿的第一侧与所述切削部的轴线之间形成的第一夹角α大于其第二侧与所述切削部的轴线之间形成的第二夹角β，使得所述锯齿以非对称性结构做倾斜延伸。
6.优选的，所述切削部的外周侧边依次由第一侧边、圆弧侧边和第二侧边连接形成，所述第一侧边与第二侧边之间的间距自二者尾端向所述圆弧侧边逐渐缩小，所述第一侧边、圆弧边和第二侧边中至少有一个设置有所述锯齿。
7.优选的，所述第二夹角β的角度范围为20
°‑
100
°
，且其与所述第一夹角α之间的差值在50
°‑
60
°
之间。
8.优选的，所述切削部位于其外周侧边之间的两个端面上均开设有凹槽，所述凹槽的形状与所述外周侧边的形状一致。
9.优选的，所述凹槽的外边缘与所述切削部的外边缘之间的宽度在0.2mm～0.8mm之间。
10.优选的，所述凹槽沿其边沿设置有一组流道，所述流道的深度不超过所述凹槽的深度。
11.优选的，所述流道的延伸方向与所述锯齿的延伸方向一致。
12.优选的，每间隔三个所述锯齿设置一个所述流道。
13.优选的，所述锯齿两两之间形成有通槽，在所述切削部的厚度方向上，所述通槽的轴线与所述切削部的端面之间形成有第三夹角ε，所述第三夹角ε的角度范围为30
°‑
90
°
。
14.优选的，当所述第三夹角ε≠90
°
时，所述第一侧边上的锯齿的延伸方向和所述第
二侧边的锯齿的延伸方向相同或相反。
15.优选的，所述连接部上设置有扳手位部。
16.本发明的有益效果主要体现在：
17.1、在切削部的外周侧边设置一组锯齿结构来增加切削时的摩擦力，提高切削效率，并且利于提高切割定位的精准性，所述锯齿由厚至薄逐渐延伸，可以减少切割骨损失量并且所述锯齿的第一侧、第二侧的倾斜角度不一致，使得锯齿形成非对称性的结构，来进一步提高切割效率；
18.2、切削部的端面上设置有凹槽，凹槽减少所述切削部切削时与骨头之间的接触面积，从而减少骨损失量，利于快速恢复，并减小摩擦，提高切削的流畅性，同时可减少所述切削部切割所需的压力，尽可能的避免切削部的断裂；
19.3、凹槽的边沿设置流道，使得凹槽内的冷却水可以精准引导至切割部位，及时降低切割部位的温度，减少对切割部位的细胞组织的损坏，使其保持活性；
20.4、外周侧边均设置锯齿，来满足不同的切割面的不同切割尺寸的需求，使其可以满足不同空间大小、不同角度的切割。
附图说明
21.下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
22.图1：本发明实施例的示意图；
23.图2：本发明实施例的部分示意图；
24.图3：本发明实施例的部分示意图；
25.图4：本发明实施例的侧视图；
26.图5：本发明实施例的部分示意图；
27.图6：本发明实施例中切削部的可行实施例的示意图；
28.图7：本发明实施例中切削部的可行实施例的示意图；
29.图8：本发明实施例中切削部的可行实施例的示意图；
30.图9：本发明实施例中切削部的可行实施例的示意图；
31.图10：本发明实施例中锯齿的总齿数随第二夹角β度数变化的分布图。
具体实施方式
32.以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限于本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
33.在方案的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。并且，在方案的描述中，以操作人员为参照，靠近操作者的方向为近端，远离操作者的方向为远端。
34.如图1至图9所示，本发明揭示了一种超声刀刀头，包括依次连接形成锥形的连接
部1、过渡部3、切削部4，所述连接部1和过渡部3均为圆柱形，所述切削部4为厚度自其尾端向其前端逐渐减小的薄片状，所述切削部4的外周侧边设置有一组锯齿41，所述锯齿41的厚度沿其延伸方向逐渐减薄，所述锯齿41的第一侧411与所述切削部4的轴线之间形成的第一夹角α大于其第二侧412与所述切削部4的轴线之间形成的第二夹角β，使得所述锯齿41以非对称性结构做倾斜延伸。
35.在所述切削部4的外周侧边设置一组锯齿41来增加切削时的摩擦力，提高切削效率，并且利于提高切割定位的精准性，如图4所示，所述锯齿41的最薄处厚度δ1与其最厚处厚度δ2的比例在0.5～0.8之间，所述最厚处厚度δ2的大小在0.7mm～1.2mm之间，所述最厚处厚度δ2不超过1mm，优选为0.8mm～1.0mm。这样的结构设置使得所述锯齿41由厚至薄逐渐延伸，其边缘较为锋利，具有较高的切削力，其较厚的部位又可以增加其整体刚性，使其不易断裂。并且所述锯齿41整体较薄，使其切割产生较小的骨损失量，有利于患者的后期康复。
36.如图2、3、5、6、7所示，所述切削部4的外周侧边依次由第一侧边401、圆弧侧边402和第二侧边403连接形成，所述第一侧边401与第二侧边403之间的间距自二者尾端向所述圆弧侧边402逐渐缩小，使得所述外周侧边形成锥形。所述第一侧边401与第二侧边403之间的最大宽度l1与其最小宽度l2之间的比例为0.5-0.8，优选为0.6-0.7。所述第一侧壁401和第二侧边403倾斜设置的结构使得所述切削部4的直径可以变化，来满足不同切割宽度的切割需求。其中在优选实施例中所述第一侧边401与第二侧边403相对所述圆弧侧边402对称分布，在其他可行的实施例中，所述第一侧边401与第二侧边403也可以不对称设置，此处不做限制。
37.如图6、7所示，所述外周侧边上设置所述锯齿41具有多种实施方式：可以仅所述第一侧边401、圆弧边402和第二侧边403中的一个上设置有所述锯齿41，可以所述第一侧边401、圆弧边402和第二侧边403中任意两个上设置有所述锯齿41，也可以所述第一侧边401、圆弧边402和第二侧边403上均设置有所述锯齿41。本方案的优选实施例中，所述第一侧边401、圆弧边402和第二侧边403上均设置有所述锯齿41，来尽可能地满足不同切割尺寸的需求，使其可以满足不同空间大小、不同角度的切割，提高适用范围。
38.如图2、3所示，所述第二夹角β的角度范围为20
°‑
100
°
，且其与所述第一夹角α之间的差值在50
°‑
60
°
之间，所述第二夹角β优选为40
°
。所述本方案中的所述锯齿41的第一侧411、第二侧412的倾斜角度不一致，使得所述锯齿41形成非对称结构，这样的结构更契合组织切削方向，并使得切削时所述锯齿41不易断裂，保证切削的流畅性和效率。
39.所述第二夹角β与所述第一夹角α之间的差值为所述锯齿41两两之间的间隙角度大小，当差值过大时，所述锯齿41之间的间隙过大，会降低切削效率；当差值过小时，所述锯齿41之间间隙过小，分布过于紧密，会增大其与骨组织之间的接触面积，需要增大压力，容易导致所述锯齿41发生断裂。如图10所示为在保持振动幅度的前提下，所述锯齿41的总齿数随第二夹角β度数变化的分布图，其中当第二夹角β＝60
°
时，呈对称分布。
40.进一步的如2、3所示，所述切削部4位于其外周侧边之间的两个端面上均开设有凹槽42，所述凹槽42的形状与所述外周侧边的形状一致，使得所述切削部4具有均匀的外边缘。所述凹槽42的设置使得所述切削部4的厚度自其中心向外边缘由薄变厚，在切削时，所述凹槽42部位的所述切削部4不会与骨组织紧贴，从而减小了其与骨组织之间的接触面积，
减小摩擦力，提高切削效率并减少骨损失量。另一方面，所述凹槽42内可以流通冷却水，使得冷却水及时流至切割出来及时降温，保持切割处的细胞组织活性。
41.其中所述凹槽42的外边缘与所述切削部4的外边缘之间的宽度在0.2mm～0.8mm之间，此距离保证所述切削部4具有足够的刚性进行切割，同时不会产生卡刀阻碍切割的流畅性。
42.进一步的，如图2所示，所述凹槽42沿其边沿设置有一组流道421，所述流道421的深度不超过所述凹槽42的深度。进一步的，所述流道421的延伸方向与所述锯齿41的延伸方向一致，来利于冷却水流至切割部位。
43.本方案中每间隔三个所述锯齿41设置一个所述流道421。所述锯齿41的数量n与所述流道421的数量m之间的比例为3∶1，所述比例来自于下述计算过程：
44.首先，切割骨组织时产生的热量主要为锯齿41振动过程中与骨组织之间的摩擦生热产生，基于此，通过所述锯齿41尖端振动时的不同速度建立切骨单位时间所产生的热量模型，其中，切骨刀内部应力热可忽略。
45.切骨单位时间产生的总热量：w＝2μn
·am
·
f，
46.其中am：刀头尖端振幅；f：超声骨动力系统工作频率；μ：刀头与骨组织间摩擦系数；n：刀头切割面对骨组织垂直压力。
47.由于摩擦产生的总热量会使骨组织温度升高，骨组织初始温度为人体温度，最大温度为骨组织保持生物活性允许最高温度，保证骨组织生物活性单位时间最大允许热量如下：
48.w1＝cbmb(t
2-t1)
49.其中cb：骨组织比热容；mb：参与热交换骨组织质量；t1：人体温度；t2：骨组织保持生物活性最高温度。
50.若摩擦产生的热量远高于骨组织最大允许吸收热量，剩余热量就需冷却水来吸收，冷却水允许的最高温度为冷却水会接触到的各类人体组织保持生物活性的最低温度，该温度即为骨组织保持生物活性最高温度。根据冷却水需要消耗热量，即可求出需要的冷却水体积，进而确定冷却水流量。
51.根据单位时间需要冷却水带走的热量计算出mw，来尽可能地节约冷却水的使用。
52.δw＝w-w153.δw＝c
wmw
(t
2-t0)
54.其中：cw：生理盐水比热容；mw：用于冷却需要生理盐水最小质量；t0：室温；t2：骨组织保持生物活性最高温度。
55.根据计算出的mw求得单位时间需要冷却水的最小体积，即冷却水流量v
′
：
[0056]v′
＝mw/ρ
[0057]
其中：ρ：生理盐水密度。
[0058]
考虑到进行切割作业时，冷却水处于空化状态，空化状态下水的热效应低于常态下水的热效应，因此实际需要的冷却水流量v：
[0059]
v＝v
′
/a
[0060]
其中：a为空化水热效应系数，根据相关文献该系数一般为70～80％，本实施方式优选75％。
[0061]
本方案中的切骨刀的外部套设有保护套，冷却水在保护套与刀具之间空隙流动，在保护套末端会进行释放，根据空隙截面积即可得到冷却水出保护套时流速vw：
[0062]vw
＝v/δs
[0063]
其中δs：冷却水出口位置保护套内截面与刀头截面积之差。
[0064]
如图2所示，由于所述流道421的存在，冷却水会从所述流道421向所述锯齿41流动，来快速流至手术部位，并且在重量g的作用向向下流动。其中所述流道421的起点与终点之间的长度wh1为wh1＝g
·
t
′2/2，求得t
′
。
[0065]
在t
′
时间内，冷却水按vw沿轴向到头端部流动，移动距离wh2为wh2＝vw·
t
′
，求得移动距离wh2。
[0066]
根据计算结果求得：wh2：wh1≈3，即冷却水的轴向移动距离与其径向流动距离之间的比例为3，本方案中的单个所述锯齿41的宽度和长度约等于1∶1，因此，所述锯齿41的数量和所述流道421的数量比例为3∶1，即每间隔三个所述锯齿41设置一个所述流道421，可以使用体积最小的冷却水达到降温需求，来尽可能地节约冷却水的使用，避免大量冷却水的使用造成浪费或妨碍手术。
[0067]
进一步的，所述锯齿41两两之间形成有通槽413，在所述切削部4的厚度方向上，所述通槽413的轴线与所述切削部4的端面之间形成有第三夹角ε，所述第三夹角ε的角度范围为30
°‑
90
°
，优选为90
°
。
[0068]
当所述第三夹角ε≠90
°
时，所述第一侧边401上的锯齿41的延伸方向和所述第二侧边403的锯齿41的延伸方向相同或相反进一步的，当所述第一侧边401与第二侧边403上均设置有所述锯齿41时，所述第一侧边401上的锯齿41的延伸方向和所述第二侧边403的锯齿41的延伸方向可以同向设置或反向设置，此处不做限制。
[0069]
此外，所述连接部1上设置有扳手位部2。
[0070]
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
[0071]
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。