一种医用旋转超声骨刀

1.本发明涉及超声医疗器械技术领域，尤其涉及一种医用旋转超声骨刀。


背景技术：

2.骨切削表面质量直接关系到人工假体和骨组织的配合精度。改善目前骨组织切削中存在的热力损伤，实现安全、高效、低损的骨切削手术，是临床切骨需要解决的技术问题。目前医学领域采用超声骨刀切削具有出血损伤小，组织选择性切割等优点，但是单一超声辅助切削的方式效率较低，单一旋转切割的方式切削力大损伤大，难以满足高医疗水平的要求。因此，现亟需一种可以提高骨切割手术效率的同时降低骨组织力学损伤，能够结合超声和旋转切割优势的旋转超声骨刀。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，旨在提供一种可以提高骨切割手术效率的同时降低骨组织力学损伤，能够结合超声和旋转切割优势的旋转超声骨刀。
4.为达到上述目的，本发明是通过下述技术方案予以实现的：
5.一种医用旋转超声骨刀，包括超声振子，所述超声振子设置在外壳内，外壳由前部外壳、中部外壳、后部外壳和底部外壳依次螺纹连接组成，外壳内在超声振子末端依次设置有非接触能量传输装置和旋转驱动装置，超声振子位于前部外壳和中部外壳中，超声振子的外周设置有阶梯型的套筒；所述套筒的末端设置有连接主轴，套筒的台阶处设置有第一轴承组，轴承之间设置有内套筒，位于前侧的轴承端部与前部外壳之间设置有外套筒，位于后侧的轴承端部与中部外壳相抵；所述连接主轴朝向超声振子的一侧具有用于支撑磁环的圆盘，圆盘上设置有第一接线孔，连接主轴上设置有磁芯固定凸台和锁紧装置，锁紧装置与连接主轴螺纹配合，连接主轴的末端设置有齿轮连接轴；
6.所述非接触能量传输装置包括主边线圈、主边磁芯、副边线圈和副边磁芯，主边磁芯固定设置在后部外壳内，副边磁芯设置在主边磁芯内，主边线圈安装在主边磁芯的内侧，副边线圈安装在副边磁芯外侧，主边线圈与副边线圈正相对；所述副边磁芯同轴的设置在磁芯固定凸台外部且副边磁芯与锁紧装置相抵，所述主边磁芯上设置有主通线槽，副边磁芯上设置有副通线槽，主边线圈的外接线穿过主通线槽和后部外壳的接线口与外部超声电源相连接，副边线圈的外接线穿过副通线槽和第一接线孔与超声振子相连接；
7.所述旋转驱动装置包括前齿轮、后齿轮、连接主杆和快速连接件，前齿轮与后齿轮相啮合，前齿轮固定在齿轮连接轴上，后齿轮固定在连接主杆上，连接主杆的外部设置有第二轴承组，连接主杆与快速连接件相连接；所述第二轴承组的外圈套设有与底部外壳相轴向固定的轴承套筒。
8.进一步的，所述超声振子包括变幅杆、压电陶瓷和后端盖，变幅杆与后端盖配合设置有螺孔，螺孔内设置有连接变幅杆和后端盖的螺杆，螺杆在变幅杆与后端盖之间交互的套设有压电陶瓷和电极片，压电陶瓷与副边线圈的外接线相连接，变幅杆上设置有与套筒
前端相连接的法兰。
9.进一步的，所述变幅杆上具有直径缩小的细杆部，所述压电陶瓷和电极片至少设置有两层。
10.进一步的，所述套筒与法兰连接的一侧具有连接面，连接面上设置有与法兰孔相配合的前部连接孔，套筒的台阶处具有用于与轴承相抵的固定面，套筒与连接主轴连接的一侧设置有后部连接孔，所述连接主轴上设置有与后部连接孔配合的第二连接孔。
11.进一步的，所述连接主杆与快速连接件相连的一侧套设有抵在第二轴承组与快速连接件之间的压缩弹簧。
12.进一步的，所述主边磁芯为筒型结构且底部具有空隙，副边磁芯上设置有能够插入主边磁芯空隙处的圆筒。
13.进一步的，所述底部外壳上设置有散热孔和连接凹口。
14.进一步的，所述前部外壳与后部外壳为圆锥状，中部外壳和底部外壳为圆柱状。
15.相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
16.本发明通过将旋转运动与超声振动结合，使切割面上的微观轨迹更长，降低了单位长度上的切削力，从而减小切削过程中对人体组织的损伤，改善人体组织表面质量。由于超声振子的变幅杆上具有直径缩减的细杆部，增强了振幅输出，在同样的振幅需求下可以将骨刀的体积设定的更小，使磨削手术更便于操作，提高切削效率。
附图说明
17.图1为本发明的结构示意图；
18.图2为本发明中超声振子的结构示意图；
19.图3为本发明中连接主轴的结构示意图；
20.图4为本发明中套筒的结构示意图；
21.图5为本发明中主边磁芯的结构示意图；
22.图6为本发明中副边磁芯的结构示意图；
23.图7为本发明中后部外壳的结构示意图；
24.图8为本发明中底部外壳的结构示意图。
25.附图标记：
26.1-磨针，2-超声振子，3-前部外壳，4-套筒，5-外套筒，6-中部外壳，7-内套筒，8-连接主轴，9-主边磁芯，10-主边线圈，11-后部外壳，12-前齿轮，13-后齿轮，14-轴承套筒，15-连接主杆，16-压缩弹簧，17-快接连接件，18-底部外壳，19-后小轴承，20-前小轴承，21-缩进装置，22-副边线圈，23-副边磁芯，24-后大轴承，25-前大轴承，41-前部连接孔，42-连接面，43-后部连接孔，44-固定面，81-第一接线孔，82-磁芯固定凸台，83-连接螺纹，84-齿轮连接轴，85-第二连接孔，91-主通线槽，111-接线口，181-散热孔，182-连接凹口，221-细杆部，222-变幅杆，223-法兰，224-法兰孔，225-压电陶瓷，226-电极片，227-螺杆，228-后端盖，231-副通线槽。
具体实施方式
27.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
28.如图1至图8所示，一种医用旋转超声骨刀，包括超声振子2，所述超声振子2设置在外壳内，外壳由前部外壳3、中部外壳6、后部外壳11和底部外壳18依次螺纹连接组成，外壳内在超声振子2末端依次设置有非接触能量传输装置和旋转驱动装置，超声振子2位于前部外壳3和中部外壳6中，超声振子2的外周设置有阶梯型的套筒4；所述套筒4的末端设置有连接主轴8，套筒4的台阶处设置有第一轴承组，轴承之间设置有内套筒7，位于前侧的轴承端部与前部外壳3之间设置有外套筒5，位于后侧的轴承端部与中部外壳6相抵；所述连接主轴8朝向超声振子2的一侧具有用于支撑磁环的圆盘，圆盘上设置有第一接线孔81，连接主轴8上设置有磁芯固定凸台82和锁紧装置21，锁紧装置21与连接主轴8螺纹配合，连接主轴8的末端设置有齿轮连接轴84；
29.所述非接触能量传输装置包括主边线圈10、主边磁芯9、副边线圈22和副边磁芯23，主边磁芯9固定设置在后部外壳11内，副边磁芯23设置在主边磁芯9内，主边线圈10安装在主边磁芯9的内侧，副边线圈22安装在副边磁芯23外侧，主边线圈10与副边线圈22正相对；所述副边磁芯23同轴的设置在磁芯固定凸台82外部且副边磁芯23与锁紧装置21相抵，所述主边磁芯9上设置有主通线槽91，副边磁芯23上设置有副通线槽231，主边线圈10的外接线穿过主通线槽91和后部外壳11的接线口111与外部超声电源相连接，副边线圈22的外接线穿过副通线槽231和第一接线孔81与超声振子2相连接；
30.所述旋转驱动装置包括前齿轮12、后齿轮13、连接主杆15和快速连接件17，前齿轮12与后齿轮13相啮合，前齿轮12固定在齿轮连接轴84上，后齿轮13固定在连接主杆15上，连接主杆15的外部设置有第二轴承组，连接主杆15与快速连接件17相连接；所述第二轴承组的外圈套设有与底部外壳18相轴向固定的轴承套筒14。
31.如图2所示，所述超声振子2包括变幅杆222、压电陶瓷225和后端盖228，变幅杆222与后端盖228配合设置有螺孔，螺孔内设置有连接变幅杆222和后端盖228的螺杆227，螺杆227在变幅杆222与后端盖228之间交互的套设有压电陶瓷225和电极片226，压电陶瓷225与副边线圈22的外接线相连接，变幅杆222上设置有与套筒4前端相连接的法兰223。本实施例中，超声振子2的频率范围为20-40khz，超声振子2的直径尺寸范围为10-15mm，长度范围为50-70mm，功率范围为5-15w。所述变幅杆222上具有直径缩小的细杆部221，变幅杆222分为大径和小径，小径上中部存在细杆部221。由于振幅输出是每个杆段截面部分的振幅在前一个杆段截面振幅基础上的叠加得到的，与普通变幅杆在单一直径下的叠加相比，改进后的变幅杆在两个不同直径下的超声能量传播的叠加，可以产生更高的振幅叠加效应，增强振幅输出。因此超声振子2可以高效地将超声电源的高频电能转化为变幅杆222处的机械能，并且同等尺寸下的变幅杆222的振幅更高。所述压电陶瓷225和电极片226至少设置有两层，本实施例中压电陶瓷225和电极片226交互的设置有四层，设置多层压电陶瓷225和电极片226能够增强对超声振子2的输入功率。
32.如图4所示，所述套筒4与法兰223连接的一侧具有连接面42，连接面42上设置有与法兰孔224相配合的前部连接孔41，套筒4的台阶处具有用于与轴承相抵的固定面44，套筒4与连接主轴8连接的一侧设置有后部连接孔43，所述连接主轴8上设置有与后部连接孔43配合的第二连接孔85。套筒4用于在超声振子2与连接主轴8之间起到连接作用，当连接主杆15带动连接主轴8旋转时，套筒4通过与法兰223的连接固定，带动超声振子2做旋转运动。
33.套筒4的阶梯变化处与第一轴承组相配合，第一轴承组为后大轴承24和前大轴承
25，其固定面44与第一轴承组的前大轴承25连接贴合并定位轴承位置，前大轴承25与后大轴承24之间连接有内套筒7，定位两轴承之间的距离，外套筒5连接在前大轴承25外端与前部外壳3之间。通过设置第一轴承组、外套筒5、内套筒7，使套筒4在中部外壳6内的轴向位置稳定。
34.其中，所述连接主杆15与快速连接件17相连的一侧套设有抵在第二轴承组与快速连接件17之间的压缩弹簧16。第二轴承组由底部外壳18内的前小轴承20和后小轴承19组成，轴承套筒14起到对前小轴承20和后小轴承19的轴向固定作用，从而利用前小轴承20和后小轴承19对连接主杆15进行轴向支撑。当切削时的阻力过大转不动时，快速连接件17会挤压压缩弹簧16，使快速连接件17与驱动电机脱离，避免骨刀内部的电路烧坏和部件发生磨损。
35.如图5和图6所示，所述主边磁芯9为筒型结构且底部具有空隙，副边磁芯23上设置有能够插入主边磁芯9空隙处的圆筒。可分离的主边磁芯9和副边磁芯23易于安装在后部外壳11内，当需要改变线圈匝数比时，不需要修改磁芯尺寸即可将主边磁芯9与副边磁芯23分开，线圈可拆除绕好后装回磁芯上，实现匝数比的调整，并且绕制主边线圈10和副边线圈22更加容易。
36.如图8所示，所述底部外壳18上设置有散热孔181和连接凹口182，散热孔181用于让外壳内部热量散出，连接凹口182用于在骨刀使用时与驱动手柄相连接固定。
37.其中，所述前部外壳3与后部外壳11为圆锥状，中部外壳6和底部外壳18为圆柱状。外壳对应内部不同的构件位置进行缩减，既能够减小体积，还能便于对细小部件的轴向固定。
38.本发明中的主边线圈10的外接线穿过主通线槽91和后部外壳11的接线口111与外部超声电源相连接，副边线圈22的外接线穿过副通线槽231和第一接线孔81与超声振子相连接。外部超声电源传输的交变电压，经过主边线圈10时通过电磁感应传输到副边线圈22，副边线圈22又将电能通过电极线传到电极片226，使主边线圈10和副边线圈22实现了非接触供电。骨刀使用时，快接连接件17与外部驱动电机连接，当外部驱动旋转时，带动快接连接件17高速旋转，从而依次带动连接主杆15、后齿轮13、前齿轮12、连接主轴8、套筒4和超声振子2整体旋转，超声振子2就会产生高速旋转运动。同时，连接主轴8高速旋转时带动副边磁芯23和副边线圈22高速转动，主边磁芯9和主边线圈10在壳体上保持静止不动。主边线圈10连接外部超声电源，主边线圈10通过电磁感应将电能传给随连接主轴8高速旋转的副边线圈22，再由副边线圈22的外接线连接超声振子2，为超声振子2提供交流电，使超声振子2做超声振动。使旋转加振动同时进行，位于变幅杆222前端的磨针1就实现了同时做旋转运动和超声振动。复合运动相比于单一旋转运动，切削路径变长，相当于增大了磨针1上磨粒的线速度，在同样的切割创面下，微观上的轨迹变长，就相当于单位长度的力减小，故而切削力降低。而且通过超声振动和旋转切割的结合，相比单一的超声振动，材料去除率提高，使切削效率提高，而且可以降低切削损伤，改善人体组织表面质量。
39.由于超声振子2的变幅杆222上具有直径缩减的细杆部221，使同等尺寸下的变幅杆222的振幅更高，增强了振幅输出，从而在同样的振幅需求下可以将骨刀的体积设定的更小，使磨削手术更便于操作，提高切削效率。而且可分离的主边磁芯9和副边磁芯23易于绕制线圈和调整匝数比，提高线圈的绕制精度，以适应更小的骨刀体积。
40.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种医用旋转超声骨刀，包括超声振子，其特征在于：所述超声振子(2)设置在外壳内，超声振子(2)的顶部伸出外壳并设置有磨针(1)，外壳由前部外壳(3)、中部外壳(6)、后部外壳(11)和底部外壳(18)依次螺纹连接组成，外壳内在超声振子(2)末端依次设置有非接触能量传输装置和旋转驱动装置，超声振子(2)位于前部外壳(3)和中部外壳(6)中，超声振子(2)的外周设置有阶梯型的套筒(4)；所述套筒(4)的末端设置有连接主轴(8)，套筒(4)的台阶处设置有第一轴承组，轴承之间设置有内套筒(7)，位于前侧的轴承端部与前部外壳(3)之间设置有外套筒(5)，位于后侧的轴承端部与中部外壳(6)相抵；所述连接主轴(8)朝向超声振子(2)的一侧具有用于支撑磁环的圆盘，圆盘上设置有第一接线孔(81)，连接主轴(8)上设置有磁芯固定凸台(82)和锁紧装置(21)，锁紧装置(21)与连接主轴(8)螺纹配合，连接主轴(8)的末端设置有齿轮连接轴(84)；所述非接触能量传输装置包括主边线圈(10)、主边磁芯(9)、副边线圈(22)和副边磁芯(23)，主边磁芯(9)固定设置在后部外壳(11)内，副边磁芯(23)设置在主边磁芯(9)内，主边线圈(10)安装在主边磁芯(9)的内侧，副边线圈(22)安装在副边磁芯(23)外侧，主边线圈(10)与副边线圈(22)正相对；所述副边磁芯(23)同轴的设置在磁芯固定凸台(82)外部且副边磁芯(23)与锁紧装置(21)相抵，所述主边磁芯(9)上设置有主通线槽(91)，副边磁芯(23)上设置有副通线槽(231)，主边线圈(10)的外接线穿过主通线槽(91)和后部外壳(11)的接线口与外部超声电源相连接，副边线圈(22)的外接线穿过副通线槽(231)和第一接线孔(81)与超声振子(2)相连接；所述旋转驱动装置包括前齿轮(12)、后齿轮(13)、连接主杆(15)和快速连接件(17)，前齿轮(12)与后齿轮(13)相啮合，前齿轮(12)固定在齿轮连接轴(84)上，后齿轮(13)固定在连接主杆(15)上，连接主杆(15)的外部设置有第二轴承组，连接主杆(15)与快速连接件(17)相连接；所述第二轴承组的外圈套设有与底部外壳(18)相轴向固定的轴承套筒(14)。2.根据权利要求1所述的一种医用旋转超声骨刀，其特征在于：所述超声振子(2)包括变幅杆(222)、压电陶瓷(225)和后端盖(228)，变幅杆(222)与后端盖(228)配合设置有螺孔，螺孔内设置有连接变幅杆(222)和后端盖(228)的螺杆(227)，螺杆(227)在变幅杆(222)与后端盖(228)之间交互的套设有压电陶瓷(225)和电极片(226)，压电陶瓷(225)与副边线圈(22)的外接线相连接，变幅杆(222)上设置有与套筒(4)前端相连接的法兰(223)。3.根据权利要求2所述的一种医用旋转超声骨刀，其特征在于：所述变幅杆(222)上具有直径缩小的细杆部(221)，所述压电陶瓷(225)和电极片(226)至少设置有两层。4.根据权利要求1所述的一种医用旋转超声骨刀，其特征在于：所述套筒(4)与法兰(223)连接的一侧具有连接面(42)，连接面(42)上设置有与法兰孔(224)相配合的前部连接孔(41)，套筒(4)的台阶处具有用于与轴承相抵的固定面(44)，套筒(4)与连接主轴(8)连接的一侧设置有后部连接孔(43)，所述连接主轴(8)上设置有与后部连接孔(43)配合的第二连接孔(85)。5.根据权利要求1所述的一种医用旋转超声骨刀，其特征在于：所述连接主杆(8)与快速连接件(17)相连的一侧套设有抵在第二轴承组与快速连接件(17)之间的压缩弹簧(16)。6.根据权利要求1所述的一种医用旋转超声骨刀，其特征在于：所述主边磁芯(9)为筒型结构且底部具有空隙，副边磁芯(23)上设置有能够插入主边磁芯(9)空隙处的圆筒。7.根据权利要求1所述的一种医用旋转超声骨刀，其特征在于：所述底部外壳(18)上设
置有散热孔(181)和连接凹口(182)。8.根据权利要求1所述的一种医用旋转超声骨刀，其特征在于：所述前部外壳(3)与后部外壳(11)为圆锥状，中部外壳(6)和底部外壳(18)为圆柱状。

技术总结
本发明公开了一种医用旋转超声骨刀，包括超声振子，所述超声振子设置在外壳内，超声振子的顶部伸出外壳并设置有磨针，外壳内在超声振子末端依次设置有非接触能量传输装置和旋转驱动装置，所述非接触能量传输装置包括主边线圈、主边磁芯、副边线圈和副边磁芯，所述主边磁芯上设置有主通线槽，副边磁芯上设置有副通线槽，主边线圈的外接线穿过主通线槽和后部外壳的接线口与外部超声电源相连接，副边线圈的外接线穿过副通线槽和第一接线孔与超声振子相连接；所述旋转驱动装置包括前齿轮、后齿轮、连接主杆和快速连接件。本发明旨在提供一种可以提高骨切割手术效率的同时降低骨组织力学损伤，能够结合超声和旋转切割优势的旋转超声骨刀。骨刀。骨刀。


技术研发人员：宋晓菲 荆海波 闫涵 赵佳琦 孙培越 闫锦恒
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2023.05.24
技术公布日：2023/8/24