CN101536925B - 一种微纳米锯齿振动手术刀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微纳米锯齿振动手术刀，属于医疗器械技术领域。其特征是该微纳米锯齿振动手术刀包括带微纳米锯齿刀刃的刀头和刀柄两部分，刀柄由振动机构、连动杆、金属片、电源、弹簧和开关组成，通过筒内壁相互连接构成回路。振动机构可以提供纵向振动，通过连动杆与刀头相连，通电时，带动刀头作纵向振动，手术刀刀刃上按一定规律分布有精致的小锯齿，锯齿尺寸为微纳米级别。本发明的效果和益处是能减小手术刀与手术目标间的切削力至少80％，用力小却能将手术目标在准确位置精准切开，减小人工操作误差，有效降低手术的风险系数。

Description

一种微纳米锯齿振动手术刀

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，涉及到一种微纳米锯齿振动手术刀。

背景技术

目前医疗外科手术中应用较为广泛的手术刀主要有现代手术刀和传统手术刀两类，现代手术刀具有切割快速、准确等优点，但它容易引起组织损伤和脂肪液化等，而传统手术刀仍有很大的应用前景，在某些手术中起着不可替代的作用。然而，由于肌肉纤维韧性的存在，在使用传统手术刀的手术中，切割肌肉变得比较困难，切割深度与力度不好控制，严重影响手术的效率和成功率，特别是对于神经、血管或者眼科手术来说，有时需要使用各种各样的微型手术刀，为了将手术点精准切开，就需要对微型手术刀加力，用力太小手术点切不开，用力过大被切割目标又容易移动或发生不必要的损伤。

蚊子口针是由针状的上唇、上颚和布满锯齿的下颚等粘附在一起组成的微管状结构，蚊子口针在刺入皮肤时，不是简单的直接刺入，而是先用上唇针尖刺入并用下颚上精致的小锯齿纵向振动将皮肤锯开，然后再逐渐刺入和锯入皮肤深层。通过对蚊子口针刺入皮肤过程的研究发现：蚊子口针的“微纳米锯齿”结合“振动刺入”使其在刺入皮肤时超级省力，比普通微针刺入力小三个数量级。本发明是基于蚊子口针结构及刺入皮肤过程的原理，采用仿生学方法制作而成的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供了一种微纳米锯齿振动手术刀，该手术刀利用刀刃的微纳米锯齿与相应的振动机构，用力小却能将手术目标在准确位置精准切开，从而减小人工操作误差，有效降低手术的风险系数。

本发明的技术方案是：

该微纳米锯齿振动手术刀包括刀柄与刀头，刀头采用带有微纳米锯齿的刃具，刀柄采用金属制筒状结构，筒状结构内设有振动机构、连动杆、圆形金属片、电源、弹簧和开关，通过筒内壁相互连接构成回路。振动机构引出两条连接线，其中一条与圆形金属片的一端相接，另一条与筒内壁相接。圆形金属片的另一端与电源正极相接，电源负极接在弹簧一端；弹簧另一端与筒内壁通过开关相接。圆形金属片与刀柄之间嵌有绝缘垫。开关在刀柄的上端、远离刀头的一端，采用按钮式设计。电源使用普通干电池。连动杆与刀头间为按扣式连接。

振动机构由电磁铁、衔铁、弹簧和电路板组成，电路板能控制电磁铁通断电。通电控制时，电磁铁吸下衔铁，断电控制时，电磁铁失去磁性放开衔铁，衔铁在弹簧作用下恢复原位。电路板不断重复控制通断电，实现衔铁的往复运动，而衔铁又与连动杆相连，从而带动连动杆和刀头作纵向振动。

整个振动机构也可以用能提供纵向振动的音圈电机代替。

本发明涉及的振动机构，其振动频率为1～50HZ。

该手术刀的刀刃分布有微纳米锯齿。该锯齿按齿形可采用单面刀刃微纳米锯齿或多面刀刃微纳米锯齿。单面刀刃微纳米锯齿其锯齿边仅一边有刃，而多面刀刃微纳米锯齿其锯齿边均有刃。

该微纳米锯齿按齿尖形式可采用无尖齿、有尖齿或圆弧齿。无尖齿，是使用精密切割技术在刀刃上按规定尺寸周期性的切除部分刀刃，形成微纳米锯齿；有尖齿与无尖齿相比，锯齿带有锋利尖端，是利用离子刻蚀技术等得到微纳米锯齿；圆弧齿，锯齿尖端为圆弧形，尖利程度介于无尖齿与有尖齿之间。刀刃材料以单晶硅为宜。

本发明涉及锯齿特点在于尺寸为微纳米量级，锯齿的相关参数为：

锯齿周期T范围：100nm～500μm；

锯齿宽度w范围：25nm～500μm；

锯齿高度h范围：15nm～500μm；

锯齿前角α角度范围：5°～175°；

锯齿后角β角度范围：5°～175°。

本发明的效果和益处在于具备微纳锯齿刀刃的刀头及相应振动机构的手术刀，能减小手术刀与手术目标间的切削力至少80％，提高了手术中切割力度与切割深度的准确性。本发明结构简单、操作便捷、可控性强，手术用力小，切割准确，可应用于对手术刀机动性要求较高的手术中，能使医生在微创外科手术中更加得心应手，并且这种微纳锯齿振动手术刀成本低廉，便于生产与推广。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2(a)和图2(b)是本发明的微纳米锯齿刀头两种结构示意图。

图3(a)、图3(b)和图3(c)是本发明所述锯齿刀头局部结构示意图。

图4本发明所述锯齿设计参数示意图。

图5本发明实施例中有无微纳米锯齿对刀头切削力测试结果影响图。

图6本发明实施例中有无振动对刀头切削力测试结果影响图。

图中：1开关，2螺纹，3弹簧，4刀柄，5电源，6圆形金属片，7绝缘垫，8连接线，9振动机构，10连动杆，11刀头；

T锯齿周期，w锯齿宽度，h锯齿高度，α锯齿前角，β锯齿后角。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图叙述本发明的具体实施例。

实施例1：

将振动机构9与连动杆10相连，并将其固定于刀柄4的下部，保证传动杆10伸出刀柄长度至少为振动机构振动幅值的两倍；圆形金属片6嵌入绝缘垫，然后将该绝缘垫与圆形金属片的组合固定于刀柄下部合适位置处，将振动机构9正极与圆形金属片6焊接，负极与刀柄内壁相接，如图1所示。将弹簧3嵌入环形绝缘垫2的中央，再将该绝缘垫与弹簧的组合固定于刀柄上端，旋紧刀柄4顶端的开关1，将电池5正极向下装入刀柄，然后将刀柄上部与刀柄下部通过螺纹2旋合。选择合适参数的刀头，按扣在传动杆上。振动机构振动频率设定为40Hz。若将开关按钮按下，则回路闭合，振动机构开始工作，下端传动杆带动与其相连的微纳锯齿刀头作纵向振动。

实施例2：加工无尖齿的微纳米锯齿刀刃的方法如下：

采用基于线性切割技术的精密切割设备对普通手术刀刀刃进行切割，刀片如图2(a)所示，在刀片刀刃上切割出如图3(c)所示的锯齿，锯齿周期T为100μm，锯齿宽度w为50μm，锯齿高度h为25μm，锯齿前角α为40°，锯齿后角β为120°，刀刃总长度为8mm。制作完成有尖齿锯齿刀。

在2mm厚的猪皮上进行两组实验，第一组分别采用有尖齿的微纳锯齿刀头(锯齿参数见实施例1)和无锯齿的刀头实验，第二组均采用无锯齿的刀头，在有无振动(振动时振动频率为40Hz)两种情况下实验，实验数据处理对照图如图5、图6所示。此种情况下，由上述实验结果曲线图，采用公式： $<F>=\frac{1}{T}{\&Integral;}_0^{T}f\left(t\right)\mathrm{dt}=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{F}_k.$ 计算统计平均值可知，有振动与无振动情况相比，可省力79.3％，有锯齿与无锯齿情况相比，可省力19.4％。

Claims (7)

1.一种微纳米锯齿振动手术刀，包括刀柄与刀头，其特征在于：刀柄(4)采用金属制筒状结构；筒状结构内设有振动机构(9)、连动杆(10)、圆形金属片(6)、电源(5)、弹簧(3)和开关(1)，通过筒内壁相互连接构成回路；振动机构(9)的振动频率为1～50HZ，能提供纵向振动，带动与之相连的刀头(11)作纵向振动；振动机构(9)引出两条连接线(8)，其中一条与圆形金属片(6)的一端相接，另一条与筒内壁相接；圆形金属片(6)的另一端与电源(5)正极相接，电源(5)负极接在弹簧(3)一端；弹簧(3)另一端与筒内壁通过开关(1)相接；圆形金属片(6)与刀柄(4)之间嵌有绝缘垫(7)；开关(1)在刀柄(4)的上端、远离刀头(11)的一端，采用按钮式设计；电源(5)使用普通干电池；连动杆(10)与刀头(11)间为按扣式连接；刀头(11)采用带有锯齿的刃具，锯齿相关尺寸为微纳米级别；

锯齿的相关参数为：

锯齿周期(T)的范围：100nm～500μm；

锯齿宽度(w)的范围：25nm～500μm；

锯齿高度(h)的范围：15nm～500μm；

锯齿前角(α)角度的范围：5°～175°；

锯齿后角(β)角度的范围：5°～175°。

2.根据权利要求1所述的一种微纳米锯齿振动手术刀，其特征还在于：

振动机构(9)由电磁铁、衔铁、弹簧和电路板组成，电路板能控制电磁铁通断电；通电控制时，电磁铁吸下衔铁，断电控制时，电磁铁失去磁性放开衔铁，衔铁在弹簧作用下恢复原位；电路板不断重复控制通断电，实现衔铁的往复运动，而衔铁又与连动杆相连，从而带动连动杆和刀头作纵向振动。

3.根据权利要求1所述的一种微纳米锯齿振动手术刀，其特征还在于：振动机构(9)用能提供纵向振动的音圈电机。

4.根据权利要求1所述的一种微纳米锯齿振动手术刀，其特征还在于：刀刃材料采用单晶硅。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种微纳米锯齿振动手术刀，其特征还在于：锯齿采用单面刀刃微纳米锯齿或多面刀刃微纳米锯齿。

6.根据权利要求1、2、3或4所述的一种微纳米锯齿振动手术刀，其特征还在于：该微纳米锯齿按齿尖形式采用无尖齿、有尖齿或圆弧齿；无尖齿，是在刀刃上按规定尺寸周期性的切除部分刀刃，形成微纳米锯齿；有尖齿与无尖齿相比，锯齿带有锋利尖端；圆弧齿，锯齿尖端为圆弧形，尖利程度介于无尖齿与有尖齿之间。

7.根据权利要求5所述的一种微纳米锯齿振动手术刀，其特征还在于：该微纳米锯齿按齿尖采用无尖齿、有尖齿或圆弧齿；无尖齿，是在刀刃上按规定尺寸周期性的切除部分刀刃，形成微纳米锯齿；有尖齿与无尖齿相比，锯齿带有锋利尖端；圆弧齿，锯齿尖端为近似圆弧形，尖利程度介于无尖齿与有尖齿之间。

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