CN114431920A - 具有击打功能的超声刀及刀头 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种具有击打功能的超声刀及刀头，包括依次相连的连接部、过渡部、切削部，过渡部的前端两侧对称设有切面使得所述过渡部的厚度逐渐变薄，所述过渡部与所述切削部不位于同一轴线，且所述切削部与所述过渡部的连接处形成一折弯的支撑部，所述支撑部的顶部高于所述过渡部，所述切削部与所述支撑部相对的一侧形成切削面，所述切削面远离所述过渡部的纵向轴线呈弧形向前延伸，当所述切削面做纵向振动的同时做横向振动。本发明将切削部与过渡部之间的连接处弯折设置，使得切削部做纵向振动的同时，其前端的切削面做横向振动，对与之相邻的骨组织形成横向击打，极大提高切割效率，并为手术增大了视野范围。

Description

具有击打功能的超声刀及刀头

技术领域

本发明涉及超声刀具技术领域，具体地涉及一种具有击打功能的超声刀及刀头。

背景技术

现有的骨科手术中通常采用切骨刀来进行超声切割。常规的切骨刀为支杆结构，从远端到近端为以轴线对称的结构，近端形成用于切割的切削部。这样的切骨刀在实际使用中时，其切削部的两侧较为光滑，在切骨时，切削刀壁容易与骨组织紧贴，造成过大的摩擦力，使得切骨刀需要较大的压力进行切割，这对手术过程中的使用带来风险，切骨刀的切削部通常较为纤薄，容易因为过大的压力产生断裂。同时会导致较大的骨损失量，这对患者的后期康复带来困难。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种具有击打功能的超声刀及刀头。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

具有击打功能的超声刀，包括依次相连的连接部、过渡部、切削部，所述过渡部的前端两侧对称设有切面使得所述过渡部的厚度逐渐变薄，所述过渡部与所述切削部不位于同一轴线，且所述切削部与所述过渡部的连接处形成一折弯的支撑部，所述支撑部的顶部高于所述过渡部，所述切削部与所述支撑部相对的一侧形成切削面，所述切削面远离所述过渡部的纵向轴线呈弧形向前延伸，当所述切削部做纵向振动时，所述切削面的产生与纵向振动垂直的横向振动。

优选的，所述切削部与所述切削面相对的侧面也呈弧形向其延伸，且所述切削部的宽度自其尾端向其前端逐渐减小，所述切削部的前端为圆弧侧边。

优选的，所述切削面靠近前端处具有一平直延伸的横振部，所述横振部的长度不超过所述切削面长度的二分之一。

优选的，所述横振部的横向振动幅度不超过所述切削部的纵向振动幅度的.倍。

优选的，所述切削面上设置有一组锯齿，所述锯齿以非对称形成向靠近所述切削部的前端倾斜延伸。

优选的，所述锯齿的第一侧的倾斜角α大于其第二侧的倾斜角β。

优选的，所述切削部位于所述切削面两侧的端面上设置有与之形状相匹配的凹槽，且两个所述凹槽分别与两个所述切面相连接，所述凹槽的表面不外凸于所述切面。

优选的，所述切削面上设置有一组延伸方向与所述锯齿延伸方向一致的流道，所述流道的表面不外凸于所述凹槽的表面，使得所述凹槽可通过所述流道与外部连通。

优选的，每间隔三个所述锯齿设置有一所述流道。

优选的，所述锯齿两两之间形成有间隔，所述间隔与所述切削面的纵向轴线之间形成第三夹角ε，所述第三夹角ε大于0°且小于等于90°。

优选的，所述切削部与所述过渡部之间位于所述支撑部相对侧面的连接处形成一内凹的平衡部。

一种超声手术刀的刀头，包括呈薄片状的切削部，所述切削部至少有一侧侧边上设有一组锯齿，所述锯齿的第一侧的倾斜角α大于其第二侧的倾斜角β。

优选的，所述倾斜角β的角度范围为20°-100°，且其与所述倾斜角α之间的差值在50°-60°之间。

优选的，所述切削部具有折弯的支撑部，使得其自所述支撑部向偏离其尾端的轴线方向倾斜延伸。

优选的，所述切削部的两侧端面上设置有凹槽，所述凹槽的外边缘与所述切削部的外边缘之间的间距在0.2-0.8mm之间。

优选的，每间隔三个所述锯齿设有一与外部连通的流道，所述流道的深度不小于所述凹槽。

优选的，所述倾斜角β的角度为40°。

优选的，所述锯齿两两之间形成有间隔，所述间隔与所述切削部的纵向轴线之间形成第三夹角ε，所述第三夹角ε大于0°且小于等于90°。

本发明的有益效果主要体现在：

1、将切削部与过渡部之间的连接处弯折设置，一方面形成上凸的支撑部，一方面使得切削部远离所述过渡部的轴线做弧形延伸，使得切削部的前端离所述过渡部的轴线距离最远，当切削部做纵向振动时，其前端的切削面做横向振动，并通过横向振动在切割时对与之相邻的骨组织形成横向击打，极大提高切割效率，并为手术增大了视野范围；

2、上凸的支撑部高于过渡部的侧边，使得手术时可以屏蔽周围组织，扩大切割部位的手术视野，有利于切骨作业，同时切削部偏离过渡部轴线倾斜，也进一步地扩大了切削部的前端与支撑部的顶点之间的距离，增大手术视野；

3、切削部的两侧端面上设置有凹槽，来引流冷却水，并且凹槽上设置有流道来保证冷却水及时流至切割部位，来实时降温，保护切割处细胞的活性。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1：本发明实施例的示意图；

图2：本发明实施例的部分示意图；

图3：本发明优选实施例的部分示意图；

图4：本发明实施例的部分示意图；

图5：本发明实施例的部分示意图；

图6：本发明实施例的部分示意图；

图7：本发明实施例的部分示意图；

图8：本发明实施例的部分示意图；

图9：总齿数和横振齿数随倾斜角β的度数变化的分布图；

图10：本发明实施例的部分示意图；

图11：本发明实施例的部分示意图。

具体实施方式

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。

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。

如图1至图11所示，本发明揭示了一种具有击打功能的超声刀，包括依次相连的连接部1、过渡部3、切削部4，所述过渡部3的前端两侧对称设有切面31使得所述过渡部3的厚度逐渐变薄，所述过渡部3与所述切削部4不位于同一轴线，且所述切削部4与所述过渡部3的连接处形成一折弯的支撑部43，所述支撑部43的顶部高于所述过渡部3，所述切削部4与所述支撑部43相对的一侧形成切削面40，所述切削面40远离所述过渡部3的纵向轴线呈弧形向前延伸，当所述切削部4做纵向振动时，所述切削面40的产生与纵向振动垂直的横向振动。

本发明将所述切削部4与过渡部3之间的连接处做弯折设置，一方面形成上凸的支撑部43，高于所述过渡部3的侧边，使得手术时可以屏蔽周围组织，扩大切割部位的手术视野，有利于切骨作业；一方面使得所述切削部4向远离所述过渡部的轴线的方向做弧形延伸，使得所述切削部4的前端离所述过渡部3的轴线距离最远，当所述切削部4连接通电后做纵向振动时，其前端的所述切削面40做横向振动，并通过横向振动在切割时对与之相邻的骨组织形成横向击打，极大提高切割效率，并为手术增大了视野范围。进一步的，所述切削部4偏离所述过渡部3轴线，也进一步地扩大了所述切削部4的前端与所述支撑部43的顶点之间的距离，增大手术视野。

具体的，所述连接部轻微直径大于所述过渡部3的管状物，用于连接手持件，所述过渡部3由圆柱体和薄片体连接形成。所述切削部4与所述切削面40相对的侧面也呈弧形向其延伸，且所述切削部4的宽度自其尾端向其前端逐渐减小，所述切削部4的前端为圆弧侧边。所述切削面40呈弧形延伸，使得在不改变所述切削面40前后端之间的垂直距离的情况下，增长其延伸距离。所述切削部4的宽度的逐渐缩小有利于不同直径切口的需求，增加使用灵活性。在其他可行的实施例中，所述切削部4的宽度也可以保持一致。

进一步的如图4所示，所述切削面40靠近前端处具有一平直延伸的横振部401，所述横振部401的长度不超过所述切削面40长度的二分之一。在优选实施例中，所述横振部40的长度优选为所述切削面40总长度的四分之一。可产生横向振动的锯齿41为横振齿数，为了保证具有足够的横振驱动力，所述横振齿数不少于3个，及所述横振部401处具有的所述锯齿41的个数不低于3个。

本方案中的所述横振部401的横向振动幅度不超过所述切削部4的纵向振动幅度的2.5倍，来使得在总振幅一定时，横向振动和纵向振动之间的切割效果最好。

进一步的，所述切削面40可形成任一结构的刃口，在优选实施例中，所述切削面40上设置有一组锯齿41，所述锯齿41的厚度由厚向薄延伸，所述锯齿41的最薄处厚度与其最厚处厚度的比例在0.5～0.8之间，所述最厚处厚度的大小在0.7mm～1.2mm之间，所述最厚处厚度不超过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。

如图2所示，所述切削部4与所述过渡部3之间位于所述支撑部43相对侧面的连接处形成一内凹的平衡部44。由于所述切削部4的延伸方向远离所述过渡部3的轴线，使得所述切削部4的中心下移，所述平衡部44的设置可以平衡整个刀具的前端重心，来提高使用者使用手感。所述平衡部44优选为内凹的结构，其与所述过渡部3的侧边之间形成间隙B3，如图10所示。在其他可行的实施例中，所述平衡部44也可以是与所述过渡部3的侧边平直连接的平面。

如图5所示，所述锯齿41以非对称形成向靠近所述切削部4的前端倾斜延伸。具体的，所述锯齿41的第一侧411的倾斜角α大于其第二侧412的倾斜角β。所述倾斜角α与倾斜角β之间的差值在50°-60°之间，所述倾斜角β的角度范围为20°-100°，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，这样的结构可横振齿数最多以增强刚性，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。

所述倾斜角β与所述倾斜角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9所示为在保持振动幅度的前提下，所述锯齿41的总齿数和可产生横振动的横振齿数的分布图，其中当第二夹角β＝60°时，呈对称分布。进一步的，为了贴合人体操作的使用惯性，所述锯齿41的尖端优选为朝向所述切削部4的前端倾斜，所述倾斜角β的取值范围优选为20°-60°之间，基于横向最优振动齿数的选择考量，计算出其最优实施例所述倾斜角β为40°。

如图2-5所示，所述切削部4位于所述切削面40两侧的端面上设置有与之形状相匹配的凹槽42，且两个所述凹槽42分别与两个所述切面31相连接，所述凹槽42的表面不外凸于所述切面31，保证冷却水的顺畅地流出。在另一可行实施例中，所述凹槽42可以具有与所述切面31上的连通管槽32进行连通，来扩大所述凹槽42的容积。所述凹槽42的外边缘与所述切削部4的外边缘之间的间距在0.2-0.8mm之间，来保证其具有足够的切割刚性，并减少卡顿，保证切割流畅性。

进一步的如图3所示，所述切削面40上设置有一组延伸方向与所述锯齿41延伸方向一致的流道421，所述流道421的表面不外凸于所述凹槽42的表面，使得所述凹槽42可通过所述流道421与外部连通。所述流道421的设置可以便于冷却水的及时流出。

本方案中的所述流道421的设置具有多种方式，可以任意间隔所述锯齿41设置。为了最大程度地节约冷却水避免浪费和不必要地提高手术成本，本优选实施例中每间隔三个所述锯齿41设置有一所述流道421。这样设置是因为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。

切骨单位时间产生的总热量：W＝2μN·A_m·f，

其中A_m：刀头尖端振幅；f：超声骨动力***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。

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：

W₁＝c_bm_b(T₂-T₁)

其中c_b：骨组织比热容；m_b：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。

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。

根据单位时间需要冷却水带走的热量计算出m_w，来尽可能地节约冷却水的使用。

ΔW＝W-W₁

ΔW＝c_wm_w(T₂-T₀)

其中：c_w：生理盐水比热容；m_w：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。

根据计算出的m_w求得单位时间需要冷却水的最小体积，即冷却水流量V′：

V′＝m_w/ρ

其中：ρ：生理盐水密度。

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：

V＝V′/A

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％。

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v_w：

v_w＝V/ΔS

其中ΔS：冷却水出口位置保护套内截面与刀头截面积之差。

如图8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′。

在t′时间内，冷却水按v_w沿轴向到头端部流动，移动距离Wh2为Wh2＝v_w·t′，求得移动距离Wh2。

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，不必要地提高手术成本。

如图6、7所示，所述锯齿41两两之间形成有间隔413，所述间隔413与所述切削面40的纵向轴线之间形成第三夹角ε，所述第三夹角ε大于0°且小于等于90°，所述第三夹角ε优选为90°，阿里最大化提高切割效率。

如图11所示，所述支撑部43的顶点到所述切削部4的前端的距离B6在15-20mm之间，所述支撑部43的两侧弧面为非对称结构，且其两侧的投影长度B71、B72不超过5mm。所述支撑部43的顶点与所述切削部4的前端之间的最大空隙宽度B4大于所述固定臂3的直径B1。所述切削部4的前端偏离所述过渡部3的边侧的最大距离B5不小于1mm。

此外，所述连接部1上设置有扳手位部2。

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。

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。

Claims (18)

1.具有击打功能的超声刀，包括依次相连的连接部（1）、过渡部（3）、切削部（4），其特征在于：所述过渡部（3）的前端两侧对称设有切面（31）使得所述过渡部（3）的厚度逐渐变薄，所述过渡部（3）与所述切削部（4）不位于同一轴线，且所述切削部（4）与所述过渡部（3）的连接处形成一折弯的支撑部（43），所述支撑部（43）的顶部高于所述过渡部（3），所述切削部（4）与所述支撑部（43）相对的一侧形成切削面（40），所述切削面（40）远离所述过渡部（3）的纵向轴线呈弧形向前延伸，所述切削面（40）纵向振动的同时横向振动。

2.根据权利要求1所述的具有击打功能的超声刀，其特征在于：所述切削部（4）与所述切削面（40）相对的侧面也呈弧形向前延伸，且所述切削部（4）的宽度自其尾端向其前端逐渐减小，所述切削部（4）的前端为圆弧侧边。

3.根据权利要求2所述的具有击打功能的超声刀，其特征在于：所述切削面（40）靠近前端处具有一平直延伸的横振部（401），所述横振部（401）的长度不超过所述切削面（40）长度的二分之一。

4.根据权利要求3所述的具有击打功能的超声刀，其特征在于：所述横振部（401）的横向振动幅度不超过所述切削部（4）的纵向振动幅度的2.5倍。

5.根据权利要求4所述的具有击打功能的超声刀，其特征在于：所述切削面（40）上设置有一组锯齿（41），所述锯齿（41）以非对称形成向靠近所述切削部（4）的前端倾斜延伸。

6.根据权利要求5所述的具有击打功能的超声刀，其特征在于：所述锯齿（41）的第一侧（411）的倾斜角α大于其第二侧（412）的倾斜角β。

7.根据权利要求6所述的具有击打功能的超声刀，其特征在于：所述切削部（4）位于所述切削面（40）至少一侧的端面上设置有与之形状相匹配的凹槽（42），且所述凹槽（42）分别与所述切面（31）相连接，所述凹槽（42）的表面不外凸于所述切面（31）。

8.根据权利要求7所述的具有击打功能的超声刀，其特征在于：所述切削面（40）上设置有一组延伸方向与所述锯齿（41）延伸方向一致的流道（421），所述流道（421）的表面不外凸于所述凹槽（42）的表面，使得所述凹槽（42）可通过所述流道（421）与外部连通。

9.根据权利要求8所述的具有击打功能的超声刀，其特征在于：每间隔三个所述锯齿（41）设置有一所述流道（421）。

10.根据权利要求9所述的具有击打功能的超声刀，其特征在于：所述锯齿（41）两两之间形成有间隔（413），所述间隔（413）与所述切削面（40）的纵向轴线之间形成第三夹角ε，所述第三夹角ε大于0°且小于等于90°。

11.根据权利要求1-10任一所述的具有击打功能的超声刀，其特征在于：所述切削部（4）与所述过渡部（3）之间位于所述支撑部（43）相对侧面的连接处形成一内凹的平衡部（44）。

12.一种超声刀的刀头，其特征在于：包括呈薄片状的切削部（4），所述切削部（4）至少有一侧侧边上设有一组锯齿（41），所述锯齿（41）的第一侧（411）的倾斜角α大于其第二侧（412）的倾斜角β。

13.根据权利要求12所述的一种超声刀的刀头，其特征在于：所述倾斜角β的角度范围为20°-100°，且其与所述倾斜角α之间的差值在50°-60°之间。

14.根据权利要求12所述的一种超声刀的刀头，其特征在于：所述切削部（4）具有折弯的支撑部（43），使得其自所述支撑部（43）向偏离其尾端的轴线方向倾斜延伸。

15.根据权利要求12所述的一种超声刀的刀头，其特征在于：所述切削部（4）的两侧端面上设置有凹槽（42），所述凹槽（42）的外边缘与所述切削部（4）的外边缘之间的间距在0.2-0.8mm之间。

16.根据权利要求15所述的一种超声刀的刀头，其特征在于：每间隔三个所述锯齿（41）设有一与外部连通的流道（421），所述流道（421）的深度不小于所述凹槽（42）。

17.根据权利要求12、 14、15和16中任一所述的一种超声刀的刀头，其特征在于：所述倾斜角β的角度为40°。

18.根据权利要求12所述的一种超声刀的刀头，其特征在于：所述锯齿（41）两两之间形成有间隔（413），所述间隔（413）与所述切削面（40）的纵向轴线之间形成第三夹角ε，所述第三夹角ε大于0°且小于等于90°。

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