專利名稱：一種用于骨科手術儀的超聲換能器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種超聲換能器，具體涉及一種用于骨科手術儀的超聲換能器。
技術背景
超聲骨科手術儀主要用于口腔外科手術，骨切開術，骨成形術，外科解剖類手術等 領域。超聲骨科手術儀主要由主機和手柄組成，其中安裝在手柄內的超聲換能器是一重要 的組成部件，現(xiàn)有的用于超聲骨科手術儀的超聲換能器一般由主桿、壓電陶瓷和變幅桿組 成，如公開號為CN1561919的中國發(fā)明專利公開了一種超聲骨骼切割儀，該發(fā)明中所述的 換能器由一組縱向極化壓電片和一組切向極化壓電片組成，以使刀具端部的振動為復合振 動；其中采用以輸出能量作為優(yōu)化目標對手柄中的換能器、變幅桿和刀具的尺寸進行了優(yōu) 化，得到的手柄的尺寸范圍是在諧振頻率27 40KHz的范圍內，其換能器長度為20 60mm，直徑為8 30mm;變幅桿長度為12 30mm，側壁由指數(shù)形、雙曲線、圓錐形之一構成； 其刀桿的長度為15 40mm，直徑為3 25mm。其實施方式中具體指出手柄的尺寸為諧振 頻率27KHz的范圍內，圓柱部分長度為42mm，直徑為5mm，過渡部分長度為19. 5mm,側壁曲線 為指數(shù)型，刀桿的長度為30mm，直徑為8mm，通過上述優(yōu)化設計，使得超聲刀具(工作尖)的 帶負載能力較現(xiàn)有常規(guī)的超聲刀具能力有較大提高。但該發(fā)明變幅桿的結構是由換能器通 過側壁為指數(shù)型的錐體直接過渡到較長的柱體部分，使該換能器在縱向振動的同時還會產 生橫向振動，由于骨科微創(chuàng)手術需要對切口進行精確控制，橫向振動會超出控制范圍導致 病人誤傷。此外，該發(fā)明也沒有對換能器在工作時的發(fā)熱情況進行情況考查，換能器的長度 范圍20 60mm過大，在大部分尺寸下會發(fā)生發(fā)熱過快，溫升過高的情況，從而可能會導致 人體組織的傷害，并縮短了換能器的壽命。發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種工作時表面溫升低且工作效率高的用于超 聲骨科手術儀的超聲換能器。
本發(fā)明所述的用于超聲骨科手術儀的超聲換能器，包括同軸連接的變幅桿、壓電 陶瓷和主桿，所述變幅桿包括與壓電陶瓷同軸連接的第一圓臺、與第一圓臺同軸連接的第 二圓臺、與第二圓臺同軸連接的防轉動體和與防轉動體連接的工作尖連桿，變幅桿的總長 度為34. 6 36. 6mm。通過采用上述結構，特別是確定變幅桿的總長度，使本發(fā)明所述換能 器達到了優(yōu)越的匹配性能，提高了換能器的工作效率，有效降低換能器工作時的表面溫度。
上述技術方案中，所述工作尖連桿從靠近防轉動體的一端開始依次包括至少一個 錐體部分、至少一個柱體部分和一個工作尖連接頭，各部分的直徑依防轉動體朝工作尖連 接頭的方向依次遞減。
優(yōu)選工作尖連桿包括二個錐體部分、二個柱體部分和一個工作尖連接頭。所述的 兩個二個錐體部分分別為第一錐體部分和第二錐體部分，其中第一錐體部分介于防轉動體 和第二錐體部分之間；二個柱體部分分別為第一柱體部分和第二柱體部分，其中第一柱體部分介于第二錐體部分和第二柱體部分之間。
采用上述結構且超聲換能器的總長度為34. 6 36. 6mm時的優(yōu)化的變幅軒結構尺 寸為
所述第一圓臺的直徑為9 11mm，其上端面至變幅桿底端面的距離為2 4mm ；
所述第二圓臺的直徑為7. 5 9. 5mm,其上端面至變幅桿底端面的距離為3 5mm ；
所述防轉動體為正六面棱柱體，其相對兩個面的間距為6. 5 8. 5mm，該防轉動體 上端面至變幅桿底端面的距離為8. 9 10. 9mm ；
所述第一錐體上端面至變幅桿底端面的距離為11. 4 13. 4mm，其上端面與下端 面以曲面連接，該連接面?zhèn)缺跒榍€，曲率半徑為3. 5 6mm，所述第一錐體大端的直徑與 防轉動體的相對兩個面的間距相同；
所述第二錐體上端面至變幅桿底端面的距離為13. 5 15. 5mm，其上端面與下端 面以斜面連接，該連接面?zhèn)缺跒橹本€，該直線與第一錐體部分側壁曲線相切，所述第二錐體 部分大端的直徑與第一錐體小端的直徑相同，其小端的直徑與第一柱體部分的直徑相同；
所述第一柱體部分的直徑為4. 3 5. 8mm,其上端面至變幅桿底端面的距離為 20. 5 22. 5mm ；
所述第二柱體部分的直徑為4. 0 5. 3mm,其上端面至變幅桿底端面的距離為 29. 1 31. 1mm。
在上述優(yōu)化的結構尺寸下，與變幅桿配合的主桿的外徑與變幅桿第一圓臺的直徑 相同，高度為25 27mm，主桿內連接桿的總長度為46 48mm，其上端面高出主桿上端面 13. 5 15. 5mmο
最優(yōu)化的超聲換能器變幅桿總長度為35. 6mm，此時各部位尺寸如下
所述第一圓臺的直徑為10mm，其上端面至變幅桿底端面的距離為3mm ；
所述第二圓臺的直徑為8. 5mm，其上端面至變幅桿底端面的距離為4mm ；
所述防轉動體相對兩個面的間距為7. Omm,該防轉動體的上端面至變幅桿底端面 的距離為9. 9mm ；
所述第一錐體的上端面至變幅桿底端面的距離為12. 4mm，其上端面與下端面連接 面?zhèn)缺谇€的曲率半徑為4mm ；
所述第二錐體的上端面至變幅桿底端面的距離為14. 5mm ；
所述第一柱體部分的直徑為4. 8mm，其上端面至變幅桿底端面的距離為21. 5mm ；
所述第二柱體部分的直徑為4. 5mm，其上端面至變幅桿底端面的距離為30. 1mm。
在上述最優(yōu)的變幅桿結構尺寸條件下，主桿的高度為^toirn，主桿內連接桿的總長 度為47mm，其上端面高出主桿上端面14. 5mm。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明所述用于超聲骨科手術儀的超聲換能器通過對變幅桿結 構的改進，尤其是對變幅桿結構尺寸的優(yōu)化，以提高整個換能器的匹配性，從而大大提高超 聲換能器的工作效率，在保證效率的同時大幅降低換能器表面的溫升，縮短手術時間，避免 對患者造成傷害，進一步提高了換能器的壽命。同時正六面棱柱體的防轉動體結構使得換 能器安裝在手柄中更加牢固穩(wěn)定，安裝也更簡單。
圖1為本發(fā)明所述用于超聲骨科手術儀的超聲換能器的一種實施方式；
圖2為圖1所示實施方式中變幅桿的放大圖。
圖中標號為
1變幅桿；1-1第一圓臺；1-2第二圓臺；1-3防轉動體；1_4第一錐體部分；1_5第 二錐體部分；1-6第一柱體部分；1-7第二柱體部分；1-8工作尖連接頭；2壓電陶瓷；3主 桿；3-1連接桿。
具體實施方式
如圖1所示，本發(fā)明所述的用于超聲骨科手術儀的超聲換能器，包括同軸連接的 變幅桿1、壓電陶瓷2和主桿3，所述變幅桿1包括與壓電陶瓷2同軸連接的第一圓臺1-1、 與第一圓臺1-1同軸連接的第二圓臺1-2、與第二圓臺1-2同軸連接的防轉動體1-3和與防 轉動體1-3連接的工作尖連桿，所述工作尖連桿從靠近防轉動體1-3的一端開始依次包括 第一錐體部分1-4、第二錐體部分1-5、第一柱體部分1-6和第二柱體部分1-7，各部分的直 徑依防轉動體1-3朝工作連接頭的方向依次遞減，變幅桿1的總長度為34. 6 36. 6mm，此 時變幅軒各結構尺寸為
所述第一圓臺1-1的直徑為9 11mm，其上端面至變幅桿1底端面的距離為2 4mm ；
所述第二圓臺1-2的直徑為7. 5 9. 5mm，其上端面至變幅桿1底端面的距離為 3 5mm ；
所述防轉動體1-3為正六面棱柱體，其相對兩個面的間距為6. 5 8. 5mm，該防轉 動體1-3上端面至變幅桿1底端面的距離為8. 9 10. 9mm ；
所述第一錐體上端面至變幅桿1底端面的距離為11. 4 13. 4mm,其上端面與下端 面以曲面連接，該連接面?zhèn)缺跒榍€，曲率半徑為3. 5 6mm，所述第一錐體大端的直徑與 防轉動體1-3的相對兩個面的間距相同；
所述第二錐體上端面至變幅桿1底端面的距離為13. 5 15. 5mm,其上端面與下端 面以斜面連接，該連接面?zhèn)缺跒橹本€，該直線與第一錐體部分1-4側壁曲線相切，所述第二 錐體部分1-5大端的直徑與第一錐體小端的直徑相同，其小端的直徑與第一柱體部分1-6 的直徑相同；
所述第一柱體部分1-6的直徑為4. 3 5. 8mm,其上端面至變幅桿1底端面的距離 為 20. 5 22. 5mm ；
所述第二柱體部分1-7的直徑為4. 0 5. 3mm,其上端面至變幅桿1底端面的距離 為 29. 1 31. 1mm。
變幅桿1在上述結構尺寸下，與其配合的主桿3的外徑與變幅桿1第一圓臺1-1 的直徑相同，高度為25 27mm，主桿3內連接桿3-1的總長度為46 48mm，其上端面高出 主桿3上端面13. 5 15. 5mm。
下面申請人以實驗說明本發(fā)明所述結構尺寸的超聲換能器具備高的工作效率和 低的溫升值。
實驗例
1、骨骼開孔實驗
以本發(fā)明所述結構尺寸的換能器為1號換能器，在本發(fā)明所述結構的基礎上作尺 寸改動的換能器為2、3號換能器以及結構稍作改動的4號換能器(具體尺寸分別如下)， 在主機和其它配置均相同的條件下，分別把以下四個不同的換能器安裝在骨科手術儀手柄 內部的固定件上，安裝好手柄外殼，以本申請人生產的Woodpecker牌US2型的工作尖，以本 申請人:生產的Woodpecker牌UltraSurgery型骨刀機為實驗主機，把相應腳踏開關安裝在 主機上，分四次把安裝有四個不同換能器的手柄通過電水路連接線分別安裝在主機進行試 驗。安裝完成后進行實驗的骨科手術儀分別對應編號為1號、2號、3號和4號。
其中
1號換能器包括同軸連接的變幅桿1、壓電陶瓷2和主桿3，所述變幅桿1包括與 壓電陶瓷2同軸連接的第一圓臺1-1、與第一圓臺1-1同軸連接的第二圓臺1-2、與第二圓 臺1-2同軸連接的正六面棱柱體防轉動體1-3和與正六面棱柱體防轉動體1-3連接的工作 尖連桿，所述工作尖連桿從靠近防轉動體1-3的一端開始依次包括第一錐體部分1-4、第二 錐體部分1-5、第一柱體部分1-6和第二柱體部分1-7，各部分的直徑依防轉動體1-3朝工 作連接頭的方向依次遞減，變幅桿1的總長度為35. 6mm，變幅軒各結構尺寸為
所述第一圓臺1-1的直徑為10mm，其上端面至變幅桿1底端面的距離為3mm ；
所述第二圓臺1-2的直徑為8. 5mm，其上端面至變幅桿1底端面的距離為4mm ；
所述防轉動體1-3相對兩個面的間距為7. Omm,該防轉動體1_3的上端面至變幅桿 1底端面的距離為9. 9mm ；
所述第一錐體部分1-4的上端面至變幅桿1底端面的距離為12. 4mm，其上端面與 下端面連接面?zhèn)缺谇€的曲率半徑為4mm ；
所述第二錐體部分1-5的上端面至變幅桿1底端面的距離為14. 5mm ；
所述第一柱體部分1-6的直徑為4. 8mm,其上端面至變幅桿1底端面的距離為 21. 5mm ；
所述第二柱體部分1-7的直徑為4. 5mm,其上端面至變幅桿1底端面的距離為 30. Imm0
與變幅桿1相配合的主桿3的高度為^mm,主桿3內連接桿3-1的總長度為47mm， 其上端面高出主桿3上端面14. 5mm。
2號換能器結構與1號換能器相同，只是各部分的尺寸不同，所述變幅桿1的總 長度為34. 3mm，此時變幅軒各結構尺寸為
所述第一圓臺1-1的直徑為10mm，其上端面至變幅桿1底端面的距離為1. 9mm ；
所述第二圓臺1-2的直徑為8. 5mm，其上端面至變幅桿1底端面的距離為2. 9mm ；
所述防轉動體1-3相對兩個面的間距為7. Omm,該防轉動體1_3的上端面至變幅桿 1底端面的距離為8. 8mm ；
所述第一錐體部分1-4的上端面至變幅桿1底端面的距離為11. 3mm，其上端面與 下端面連接面?zhèn)缺谇€的曲率半徑為4mm ；
所述第二錐體部分1-5的上端面至變幅桿1底端面的距離為13. 4mm ；
所述第一柱體部分1-6的直徑為4. 8mm,其上端面至變幅桿1底端面的距離為 20. 3mm ；7
所述第二柱體部分1-7的直徑為4. 5mm，其上端面至變幅桿1底端面的距離為 38.8mm。
與變幅桿1相配合的主桿3的高度為^mm,主桿3內連接桿3-1的總長度為46mm， 其上端面高出主桿3上端面13. 5mm。
3號換能器結構與1號換能器相同，只是各部分的尺寸不同，所述變幅桿1的總 長度為36. 9mm，此時變幅軒各結構尺寸為
所述第一圓臺1-1的直徑為10mm，其上端面至變幅桿1底端面的距離為4. Imm ；
所述第二圓臺1-2的直徑為8. 5mm，其上端面至變幅桿1底端面的距離為5. Imm ；
所述防轉動體1-3相對兩個面的間距為7. Omm,該防轉動體1_3的上端面至變幅桿 1底端面的距離為Ilmm;
所述第一錐體部分1-4的上端面至變幅桿1底端面的距離為13. 4mm，其上端面與 下端面連接面?zhèn)缺谇€的曲率半徑為4mm ；
所述第二錐體部分1-5的上端面至變幅桿1底端面的距離為15. 6mm ；
所述第一柱體部分1-6的直徑為4. 8mm,其上端面至變幅桿1底端面的距離為 22. 7mm ；
所述第二柱體部分1-7的直徑為4. 5mm，其上端面至變幅桿1底端面的距離為 31. 4mm。
與變幅桿1相配合的主桿3的高度為^mm,主桿3內連接桿3-1的總長度為47mm， 其上端面高出主桿3上端面14. 5mm。
4號換能器變幅桿1的總長度相同為35. 6mm，在結構上第二柱體部分1_7與第一 柱體部分1-6的直徑相同，除此之外的其余結構尺寸均與1號換能器相同。
所選用骨骼為3個豬齡相同的豬頭骨，分別在M ^.5KHz的工作頻率， 20士2牛頓的力的條件下在各豬頭骨的同一部位進行骨骼開孔實驗，對切開尺寸為 IOmmX IOmmX 5mm的孔需要的時間進行比較，重復5次相同的實驗，所得的結果如以下表1 所示。
表1
權利要求
1.一種用于骨科手術儀的超聲換能器，包括同軸連接的變幅桿(1)、壓電陶瓷( 和主 桿(3)，其特征在于所述變幅桿(1)包括與壓電陶瓷O)同軸連接的第一圓臺(1-1)、與第 一圓臺(1-1)同軸連接的第二圓臺(1-2)、與第二圓臺(1-2)同軸連接的防轉動體(1-3)和 與防轉動體(1-3)連接的工作尖連桿，變幅桿(1)的總長度為34. 6 36. 6mm。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于骨科手術儀的超聲換能器，其特征在于所述工作尖連 桿從靠近防轉動體(1- 的一端開始依次包括至少一個錐體部分、至少一個柱體部分和一 個工作尖連接頭(1-8)，各部分的直徑依防轉動體(1- 朝工作連接頭的方向依次遞減。
3.根據(jù)權利要求2所述的用于骨科手術儀的超聲換能器，其特征在于所述工作尖連 桿包括二個錐體部分、二個柱體部分和一個工作尖連接頭1-8。
4.根據(jù)權利要求3所述的用于骨科手術儀的超聲換能器，其特征在于所述的兩個二 個錐體部分分別為第一錐體部分(1-4)和第二錐體部分(1-5)，其中第一錐體部分(1-4)介 于防轉動體(1- 和第二錐體部分(1- 之間；所述的二個柱體部分分別為第一柱體部分 (1-6)和第二柱體部分(1-7)，其中第一柱體部分(1-6)介于第二錐體部分(1-5)和第二柱 體部分(1-7)之間。
5.根據(jù)權利要求4所述的用于骨科手術儀的超聲換能器，其特征在于所述第一圓臺(1-1)的直徑為9 11mm，其上端面至變幅桿(1)底端面的距離為2 4mm ；所述第二圓臺(1-2)的直徑為7. 5 9. 5mm，其上端面至變幅桿(1)底端面的距離為 3 5mm ；所述防轉動體(1- 為正六面棱柱體，其相對兩個面的間距為6. 5 8. 5mm，該防轉動 體(1-3)上端面至變幅桿(1)底端面的距離為8. 9 10. 9mm ；所述第一錐體上端面至變幅桿(1)底端面的距離為11. 4 13. 4mm，其上端面與下端面 以曲面連接，該連接面?zhèn)缺跒榍€，曲率半徑為3. 5 6mm，所述第一錐體大端的直徑與防 轉動體(1-3)的相對兩個面的間距相同；所述第二錐體上端面至變幅桿(1)底端面的距離為13. 5 15. 5mm，其上端面與下端 面以斜面連接，該連接面?zhèn)缺跒橹本€，該直線與第一錐體部分(1-4)側壁曲線相切，所述第 二錐體部分(ID大端的直徑與第一錐體小端的直徑相同，其小端的直徑與第一柱體部分 (1-6)的直徑相同；所述第一柱體部分(1-6)的直徑為4. 3 5. 8mm，其上端面至變幅桿(1)底端面的距離 為 20. 5 22. 5mm ；所述第二柱體部分(1-7)的直徑為4. 0 5. 3mm，其上端面至變幅桿(1)底端面的距離 為 29. 1 31. 1mm。
6.根據(jù)權利要求5所述的用于骨科手術儀的超聲換能器，其特征在于與變幅桿(1) 配合的主桿C3)的外徑與變幅桿(1)第一圓臺1-1的直徑相同，高度為25 27mm，主桿(3) 內連接桿(3-1)的總長度為46 48mm，其上端面高出主桿(3)上端面13. 5 15. 5mm。
7.根據(jù)權利要求6所述的用于骨科手術儀的超聲換能器，其特征在于所述變幅桿(1) 總長度為35. 6mm，其中，所述第一圓臺(1-1)的直徑為10mm，其上端面至變幅桿(1)底端面的距離為3mm;所述第二圓臺(1-2)的直徑為8. 5mm，其上端面至變幅桿(1)底端面的距離為4mm ；所述防轉動體(1- 相對兩個面的間距為7. 0mm，該防轉動體(1- 的上端面至變幅桿 (1)底端面的距離為9. 9mm；所述第一錐體部分(1-4)的上端面至變幅桿(1)底端面的距離為12. 4mm，其上端面與 下端面連接面?zhèn)缺谇€的曲率半徑為4mm ；所述第二錐體部分(1- 的上端面至變幅桿(1)底端面的距離為14.5mm;所述第一柱體部分(1-6)的直徑為4. 8mm，其上端面至變幅桿(1)底端面的距離為 21. 5mm ；所述第二柱體部分(1-7)的直徑為4. 5mm，其上端面至變幅桿(1)底端面的距離為 30. Imm0
8.根據(jù)權利要求7所述的用于骨科手術儀的超聲換能器，其特征在于主桿(3)的 高度為^mm,主桿(3)內連接桿(3-1)的總長度為47mm，其上端面高出主桿(3)上端面 14. 5mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于骨科手術儀的超聲換能器。它包括同軸連接的變幅桿、壓電陶瓷和主桿，變幅桿包括與壓電陶瓷同軸連接的第一圓臺、第二圓臺、防轉動體和工作尖連桿，所述工作尖連桿從靠近防轉動體的一端開始依次包括第一錐體部分、第二錐體部分、第一柱體部分和第二柱體部分，各部分的直徑依防轉動體朝工作連接頭的方向依次遞減，變幅桿的總長度為34.5～36.5mm。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明所述超聲換能器通過對變幅桿結構的改進，尤其是對變幅桿結構尺寸的優(yōu)化，以提高整個換能器的匹配性，從而大大提高超聲換能器的工作效率，在保證效率的同時大幅降低換能器表面的溫升。
文檔編號A61B17/16GK102028523SQ20101057124
公開日2011年4月27日 申請日期2010年12月2日 優(yōu)先權日2010年12月2日
發(fā)明者吳勛賢, 唐光輝, 覃秀尤, 黃雄業(yè) 申請人:桂林市啄木鳥醫(yī)療器械有限公司