CN114343775A - 一种纵弯复合超声振动往复胸骨锯 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纵弯复合超声振动往复胸骨锯，包括锯片、锯片夹头、胸骨锯主体和胸骨锯尾部；胸骨锯尾部包括主动驱动轴，主动驱动轴能在电机的作用下转动；胸骨锯主体包括超声振子装置和往复运动装置，往复运动装置包括套筒、主动锥齿轮、从动锥齿轮、偏心轴和连接板，主动锥齿轮连接在主动驱动轴上能与主动驱动轴同步转动进而带动从动锥齿轮转动，偏心轴连接在从动锥齿轮上能随从动锥齿轮发生绕从动锥齿轮轴线的转动，连接板的一端与偏心轴转动连接、另一端与套筒转动连接；超声振子装置包括换能器主体和变幅杆，变幅杆分别与锯片夹头和套筒连接。本发明可以用于大骨量锯切手术，在降低切削损伤的同时可以提高切削效率，缩短患者术后恢复时间。
Description
技术领域
本发明涉及胸骨锯切的骨科切割器械，特别涉及一种纵弯复合超声振动往复胸骨锯。
背景技术
胸骨锯切是进行胸骨劈开手术中不可缺少的关键程序，也是在进行例如心脏手术中必不可少的一个步骤。在胸骨劈开手术过程中，医生通常需要对胸骨进行锯切，此时医生用骨科切割器械(即胸骨锯)，对胸骨进行切割去除等操作，以便进行后续手术操作。
在胸骨锯切过程中，胸骨锯往复频率在0-20000次/分，胸骨锯锯切行程在4mm左右，当锯频比较高时，这很容易导致过大的切削损伤，长时间会对胸骨造成不可逆的损伤，，并严重影响患者舒适性和术后恢复。为了减小切削损伤，对目前的胸骨锯进行改进创新是很有必要的。
研究表明，在传统工业加工中耦合超声振动不仅能提高材料去除率，还能显著降低切削力，改善材料表面切削质量。医学领域已将超声技术应用于超声骨刀和超声洁牙仪等设备中，超声骨刀技术是一种新兴的骨切割技术，在外科手术中具有足够的安全性和精准性，超声骨刀是利用超声振子装置将电能转换成机械能使刀头处于高频共振状态，利用刀头强大的机械加速度和超声振动的空化作用对骨组织或牙体进行粉碎和切割的手术工具，具有硬组织识别能力，可以最大程度地避免损伤神经、血管等软组织，并且能够降低切削温度、减小热损伤，患者术后愈合快。但是，超声骨刀目前只适用于小范围或者厚度小于3mm的骨组织切割手术，例如微创脊柱手术、口腔颌面外科的微创或少量骨组织切除手术，对于胸骨这类大骨量、大范围的骨组织切割是不适用的，并且超声骨刀存在传输效率低、稳定性差等缺点，在目前的实际临床应用中还不够成熟。而目前传统的胸骨锯则容易导致过大的切削损伤，严重影响患者舒适性和术后恢复。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种纵弯复合超声振动往复胸骨锯，本发明胸骨锯与常规胸骨锯相比，具有切割效率高、切削损伤小等优势。
本发明所采用的技术方案是：一种纵弯复合超声振动往复胸骨锯，包括：
锯片；
锯片夹头，所述锯片夹头用于夹持所述锯片；
胸骨锯尾部，所述胸骨锯尾部包括机体后壳和主动驱动轴，所述主动驱动轴设置在所述机体后壳内，所述主动驱动轴的尾端能与电机的输出轴连接并能在所述电机的作用下转动；
胸骨锯主体，所述胸骨锯主体包括中外壳、超声振子装置和往复运动装置，其中，
所述中外壳与所述机体后壳连接；
所述往复运动装置包括套筒、主动锥齿轮、从动锥齿轮、偏心轴和连接板；所述套筒与所述主动驱动轴同轴布置并设置在所述中外壳内，所述中外壳与所述套筒之间设置有第一直线轴承；所述从动锥齿轮的轴线与所述主动驱动轴的轴线垂直，并且，所述从动锥齿轮与所述主动锥齿轮相啮合；所述主动锥齿轮与所述主动驱动轴同轴布置，并且，所述主动锥齿轮连接在所述主动驱动轴上能与所述主动驱动轴同步转动进而带动所述从动锥齿轮转动；所述偏心轴连接在所述从动锥齿轮上能随所述从动锥齿轮发生绕所述从动锥齿轮轴线的转动；所述连接板的一端与所述偏心轴转动连接、另一端与所述套筒转动连接，以通过所述偏心轴和所述连接板的协同作用将所述从动锥齿轮的转动转化成所述套筒的纵向往复运动；
所述超声振子装置包括换能器主体和变幅杆，所述换能器主体设置在所述套筒内，所述变幅杆的输出端延伸至所述中外壳外与所述锯片夹头连接，并且，所述变幅杆与所述套筒连接，以将振动传输给所述锯片的同时，带动所述锯片进行纵向往复运动。
进一步地，所述偏心轴的轴线与所述从动锥齿轮的轴线间隔一距离布置，从而使得所述偏心轴绕所述从动锥齿轮的轴线转动时，在纵向方向上存在左极限位置和右极限位置，所述左极限位置和所述右极限位置之间的距离即为所述锯片纵向移动的范围。
进一步地，所述换能器主体包括：
换能器，所述换能器由压电陶瓷和电极片相间布置组成；以及
紧固螺栓，所述紧固螺栓将所述换能器与所述变幅杆连接在一起；
其中，外部传电装置将电流传给所述换能器的电极片，从而使所述压电陶瓷产生振动，再通过所述变幅杆的放大作用后将振动传递给所述锯片。
进一步地，所述变幅杆与所述套筒的连接位置为所述变幅杆的节面位置，所述节面位置为超声振动的振幅为零的位置，以使得所述变幅杆不会带动所述套筒进行振动。
进一步地，所述变幅杆的输出端上设置有凹槽，以使所述变幅杆的输出端产生纵弯两个方向的超声振动。
进一步地，所述胸骨锯主体还包括前外壳，所述前外壳连接在所述中外壳靠近所述锯片的端面上，所述前外壳的中心设置有用于穿设所述变幅杆的通孔，所述变幅杆与所述通孔之间设置有第二直线轴承。
进一步地，所述胸骨锯主体还包括电池仓，所述电池仓连接在所述中外壳上，所述电池仓为所述电机提供动力源。
进一步地，所述机体后壳和所述主动驱动轴之间设置有圆柱滚子轴承组。
进一步地，所述超声振子装置与所述锯片夹头同轴布置，并且，所述超声振子装置与所述胸骨锯尾部同轴布置。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种用于胸骨切割的纵弯复合超声振动往复胸骨锯，可以用于大骨量锯切手术，在降低切削损伤的同时可以提高切削效率，缩短患者术后恢复时间。与临床现有的胸骨锯相比，可以减小切削力、提高切削效率、提高切削表面粗糙度、提高锯切质量、减小切削损伤，更加有利于患者的术后恢复，并且纵弯复合超声振动往复胸骨锯相比与一维超声振动往复胸骨锯在减小切削力、提高切削表面质量、降低切削损伤方面更有优势。
附图说明
图1：本发明一种纵弯复合超声振动往复胸骨锯结构示意图；
图2：本发明的超声振子装置结构示意图；
图3：本发明的中外壳结构示意图；
图4：本发明的中外壳剖面图；
图5：本发明的筒夹结构示意图；
图6：本发明的连接板结构示意图；
图7：本发明的筒夹底座结构示意图；
图8：本发明的从动锥齿轮结构示意图；
图9：本发明的从动锥齿轮固定件结构示意图；
图10：本发明的换能器结构示意图；
附图标注：
1——机体后壳； 2——密封垫片；
3——圆柱滚子轴承； 4——隔套；
5——主动驱动轴； 6——从动锥齿轮固定件；
6-1——阶梯孔； 7——主动锥齿轮；
8——从动锥齿轮； 8-1——偏心轴；
9——连接板； 9-1——连接孔；
9-2——销轴； 10——中外壳；
11——第一直线轴承； 12——套筒；
13——后盖板； 14——压电陶瓷；
15——变幅杆； 16——前外壳；
17——筒夹底座； 18——筒夹螺帽；
19——锯片； 20——筒夹；
21——弹性挡圈； 22——螺钉；
23——电极片； 24——绝缘套；
25——紧固螺栓； 26——电池仓；
27——轴端挡圈； 28——第二直线轴承。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
如附图1至图10所示，一种纵弯复合超声振动往复胸骨锯，包括机体和锯片19，其中，机体主要包括依次连接的锯片夹头、胸骨锯主体和胸骨锯尾部三部分。
锯片夹头用于夹紧锯片19。本实施例中，采用现有锯片夹头，该锯片夹头包括筒夹底座17、用于夹紧锯片19的筒夹20，以及和筒夹底座17配合以夹紧筒夹20的筒夹螺帽18，将锯片19***筒夹20中，继而拧紧筒夹螺帽18即可实现锯片19的完全固定。
胸骨锯主体和胸骨锯尾部的内部构造主要为了将电机的动力传输到锯片夹头内的锯片19，并且在超声振子装置下使锯片19在往复运动的同时做高频振动。
其中，胸骨锯尾部包括机体后壳1和电机连接装置，电机连接装置包括主动驱动轴5、圆柱滚子轴承组和轴端挡圈27等，目的是将电机传来的动力通过主动驱动轴5传输到主动锥齿轮7处，进而通过胸骨锯主体传递到锯片19处。机体后壳1为圆筒状结构，主动驱动轴5设置在机体后壳1套内，主动驱动轴5靠近电机的一端外连接有圆柱滚子轴承组，圆柱滚子轴承组用于支撑主动驱动轴5的旋转，圆柱滚子轴承组安装在机体后壳1内，通过机体后壳1的内部凸台以及密封垫片2挡住圆柱滚子轴承组的外圈，圆柱滚子轴承组与机体后壳1的内壁配合，且圆柱滚子轴承组的尾部安装有轴端挡圈27，抵住圆柱滚子轴承组的内圈，轴端挡圈27安装在主动驱动轴5上，此外，圆柱滚子轴承组与机体后壳1的后端面之间设置密封垫片2。其中，圆柱滚子轴承组由若干个圆柱滚子轴承3组成，相邻两个圆柱滚子轴承3之间采用隔套4相互隔开。主动驱动轴5在其尾部设置有内三角孔，内三角孔的作用是和电机的输出轴连接进行动力的传输。
其中，胸骨锯主体包括中外壳10、前外壳16、电池仓26、超声振子装置和往复运动装置。中外壳10为圆筒状结构，其尾端与机体后壳1连接、首端与前外壳16连接，前外壳16的中心设置有用于穿设变幅杆15的通孔。电池仓26通过螺栓与中外壳10连接在一起，用以为电机提供动力源；电池仓26靠近电机位置并处于胸骨锯主体的中间位置。
往复运动装置包括套筒12、主动锥齿轮7、从动锥齿轮8、偏心轴8-1、连接板9、第一直线轴承11和从动锥齿轮固定件6等。套筒12为圆筒状结构，套筒12与主动驱动轴5同轴布置并设置在中外壳10内，中外壳10与套筒12之间设置有第一直线轴承11，用以减小直线运动时的摩擦；第一直线轴承11通过中外壳10和前外壳16实现轴向固定。从动锥齿轮8的轴线与主动驱动轴5的轴线垂直，并且，从动锥齿轮8与主动锥齿轮7相啮合；主动锥齿轮7与主动驱动轴5同轴布置，并且，主动锥齿轮7连接在主动驱动轴5上与主动驱动轴5配合以进行动力传输，以带动从动锥齿轮8转动。如图8所示，偏心轴8-1连接在从动锥齿轮8上能随从动锥齿轮8发生绕从动锥齿轮8轴线的转动，偏心轴8-1的轴线与从动锥齿轮8的轴线间隔一距离布置，从而使得偏心轴8-1绕从动锥齿轮8的轴线转动时，在纵向方向上存在左极限位置和右极限位置，左极限位置和右极限位置之间的距离即为锯片19纵向移动的范围。如图9所示，偏心轴8-1和从动锥齿轮固定件6上的阶梯孔6-1配合在一起，实现从动锥齿轮8的位置固定。连接板9利用从动锥齿轮8的旋转来带动套筒12实现往复运动，如图6所示，连接板9的一端开设有连接孔9-1并通过连接孔9-1与偏心轴8-1转动连接、另一端设置有销轴9-2并通过销轴9-2与套筒12转动连接，使得连接板9能发生相对于偏心轴8-1的转动和相对于套筒12的转动，从而通过偏心轴8-1和连接板9的协同作用实现从从动锥齿轮8到套筒12的动力传输，并且，将从动锥齿轮8的转动转化成套筒12的纵向往复运动。
如图2所示，超声振子装置包括换能器主体和变幅杆15，换能器主体设置在套筒12内，包括换能器、绝缘套24、后盖板13和紧固螺栓25，紧固螺栓25将变幅杆15、换能器和后盖板13连接在一起，并进行压紧，以更好的进行振动传递；换能器套设在紧固螺栓25上，换能器与紧固螺栓25之间设置有绝缘套24。其中，如图10所示，换能器由压电陶瓷14和电极片23相间叠放在一起组成，主要作用是产生高频振动，外部传电装置将电流传给换能器的电极片23，从而使压电陶瓷14产生高频振动，再通过变幅杆15的放大作用后将高频振动传递给锯片19。变幅杆15的节面位置通过螺钉22与套筒12连接，实现动力从套筒12到超声振子装置的传递，节面位置为超声振动的振幅为零的位置，以使得变幅杆15不会带动套筒12进行振动，以影响胸骨锯的运动。变幅杆15会在换能器的作用下产生超声振动，由于变幅杆15输出端的凹槽设计，在变幅杆15的输出端会产生纵弯两个方向的超声振动，两个方向的振动会耦合成椭圆振动。变幅杆15的输出端穿过前外壳16的中心通孔延伸至前外壳16外与锯片夹头连接，以将振动传递给锯片19的同时，带动锯片19进行纵向往复运动。变幅杆15与前外壳16的通孔之间设置有第二直线轴承28，用以减小变幅杆15直线运动时的摩擦力；通孔的左右两侧设置有弹性挡圈21，以限制第二直线轴承28的轴向位移。
超声振子装置和锯片夹头的轴线重合，胸骨锯尾部和超声振子装置的轴线重合。
本发明工作时，动力通过胸骨锯尾部内的主动驱动轴5将动力传输给主动锥齿轮7，主动锥齿轮7和从动锥齿轮8啮合在一起，从动锥齿轮8上的偏心轴8-1和连接板9连接在一起，连接板9和套筒12连接在一起，动力实现了从主动锥齿轮7到套筒12的传输，套筒12和变幅杆15连接在一起，变幅杆15和锯片夹头连接在一起，最终实现了锯片夹头、锯片19的纵向往复运动。与此同时，换能器和变幅杆15连接在一起，纵弯超声振动通过变幅杆15传输到锯片19上，实现锯片19纵向往复运动的同时也在进行纵弯复合的高频振动，达到超声振动锯切的目的。
综上，本发明在常规胸骨锯技术的基础上复合纵弯超声高频振动技术，设计出一种用于胸骨切割的新型纵弯复合超声振动往复胸骨锯。此纵弯复合超声振动往复胸骨锯能够显著提高胸骨切削效率，降低胸骨切削中的切削力、提高胸骨切削质量、减小切削损伤、改善患者舒适度。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种纵弯复合超声振动往复胸骨锯，其特征在于，包括：
锯片(19)；
锯片夹头，所述锯片夹头用于夹持所述锯片(19)；
胸骨锯尾部，所述胸骨锯尾部包括机体后壳(1)和主动驱动轴(5)，所述主动驱动轴(5)设置在所述机体后壳(1)内，所述主动驱动轴(5)的尾端能与电机的输出轴连接并能在所述电机的作用下转动；
胸骨锯主体，所述胸骨锯主体包括中外壳(10)、超声振子装置和往复运动装置，其中，
所述中外壳(10)与所述机体后壳(1)连接；
所述往复运动装置包括套筒(12)、主动锥齿轮(7)、从动锥齿轮(8)、偏心轴(8-1)和连接板(9)；所述套筒(12)与所述主动驱动轴(5)同轴布置并设置在所述中外壳(10)内，所述中外壳(10)与所述套筒(12)之间设置有第一直线轴承(11)；所述从动锥齿轮(8)的轴线与所述主动驱动轴(5)的轴线垂直，并且，所述从动锥齿轮(8)与所述主动锥齿轮(7)相啮合；所述主动锥齿轮(7)与所述主动驱动轴(5)同轴布置，并且，所述主动锥齿轮(7)连接在所述主动驱动轴(5)上能与所述主动驱动轴(5)同步转动进而带动所述从动锥齿轮(8)转动；所述偏心轴(8-1)连接在所述从动锥齿轮(8)上能随所述从动锥齿轮(8)发生绕所述从动锥齿轮(8)轴线的转动；所述连接板(9)的一端与所述偏心轴(8-1)转动连接、另一端与所述套筒(12)转动连接，以通过所述偏心轴(8-1)和所述连接板(9)的协同作用将所述从动锥齿轮(8)的转动转化成所述套筒(12)的纵向往复运动；
所述超声振子装置包括换能器主体和变幅杆(15)，所述换能器主体设置在所述套筒(12)内，所述变幅杆(15)的输出端延伸至所述中外壳(10)外与所述锯片夹头连接，并且，所述变幅杆(15)与所述套筒(12)连接，以将振动传输给所述锯片(19)的同时，带动所述锯片(19)进行纵向往复运动。
2.根据权利要求1所述的纵弯复合超声振动往复胸骨锯，其特征在于，所述偏心轴(8-1)的轴线与所述从动锥齿轮(8)的轴线间隔一距离布置，从而使得所述偏心轴(8-1)绕所述从动锥齿轮(8)的轴线转动时，在纵向方向上存在左极限位置和右极限位置，所述左极限位置和所述右极限位置之间的距离即为所述锯片(19)纵向移动的范围。
3.根据权利要求1所述的纵弯复合超声振动往复胸骨锯，其特征在于，所述换能器主体包括：
换能器，所述换能器由压电陶瓷(14)和电极片(23)相间布置组成；以及
紧固螺栓(25)，所述紧固螺栓(25)将所述换能器与所述变幅杆(15)连接在一起；
其中，外部传电装置将电流传给所述换能器的电极片(23)，从而使所述压电陶瓷(14)产生振动，再通过所述变幅杆(15)的放大作用后将振动传递给所述锯片(19)。
4.根据权利要求1所述的纵弯复合超声振动往复胸骨锯，其特征在于，所述变幅杆(15)与所述套筒(12)的连接位置为所述变幅杆(15)的节面位置，所述节面位置为超声振动的振幅为零的位置，以使得所述变幅杆(15)不会带动所述套筒(12)进行振动。
5.根据权利要求1所述的纵弯复合超声振动往复胸骨锯，其特征在于，所述变幅杆(15)的输出端上设置有凹槽，以使所述变幅杆(15)的输出端产生纵弯两个方向的超声振动。
6.根据权利要求1所述的纵弯复合超声振动往复胸骨锯，其特征在于，所述胸骨锯主体还包括前外壳(16)，所述前外壳(16)连接在所述中外壳(10)靠近所述锯片(19)的端面上，所述前外壳(16)的中心设置有用于穿设所述变幅杆(15)的通孔，所述变幅杆(15)与所述通孔之间设置有第二直线轴承(28)。
7.根据权利要求1所述的纵弯复合超声振动往复胸骨锯，其特征在于，所述胸骨锯主体还包括电池仓(26)，所述电池仓(26)连接在所述中外壳(10)上，所述电池仓(26)为所述电机提供动力源。
8.根据权利要求1所述的纵弯复合超声振动往复胸骨锯，其特征在于，所述机体后壳(1)和所述主动驱动轴(5)之间设置有圆柱滚子轴承组。
9.根据权利要求1所述的纵弯复合超声振动往复胸骨锯，其特征在于，所述超声振子装置与所述锯片夹头同轴布置，并且，所述超声振子装置与所述胸骨锯尾部同轴布置。
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