CN103083082A

CN103083082A - 可快速致热的医用器具

Info

Publication number: CN103083082A
Application number: CN2012105685468A
Authority: CN
Inventors: 江卫强; 刘建
Original assignee: BEIJING TIANZHU JIYE TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO LTD
Current assignee: BEIJING TIANZHU JIYE TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO LTD
Priority date: 2012-12-25
Filing date: 2012-12-25
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2032-12-25
Also published as: CN103083082B

Abstract

本发明涉及一种可快速致热的医用器具，其包括导磁材料基体，导磁材料基体表面上涂覆有绝缘涂层，在所述绝缘涂层内设置有导电线圈，在所述绝缘涂层的外表面的至少部分表面上涂覆有铁磁性涂层。本发明所述的可快速致热的医用器具，通过导电线圈中的交变电流产生的交变磁场对涂覆的铁磁性涂层进行磁感应加热，通过对基体材料的选择以及绝缘涂层的设置，既可以制作出各种不同形状的医用器具直接使用，也可以使其设置在各种不同形状的医用器具表面使用，而且还具有加热速度快并且可控，适用于各种需要加热的医用器械。

Description

可快速致热的医用器具

技术领域

本发明涉及一种医疗器械，更具体的说，本发明涉及一种可快速致热的医用器具。

背景技术

在医疗行业，能够方便控制快速致热的手术器具对于手术过程中减少对生理机体的损伤和术后的恢复有很多的好处。

中国实用新型专利CN 2358840Y涉及一种内热式电热手术刀，其是利用电阻发热的原理而产生热量的手术器具，而电阻加热速度慢。CN 102448395A公开了一种感应加热的手术工具，其利用电磁感应原理制作的可快速致热的手术器具，由于覆涂在导体表面的铁磁性涂层的厚度远远薄于导体的厚度或直径，因此可以实现在通电时铁磁性涂层快速致热和断电时致热的涂层的热量又能快速地以传导的方式借助导体而快速的冷却。当导体中通过交变电流时引起覆涂在导体表面的涂层发热。覆涂有铁磁性材料的导体可以单独以不同的几何形状作为手术器具使用，也可以叠加到其它手术器具上使用。

CN 102448395A公开的手术工具的特点在于导体是以单线圈的方式通过交变的电流，交变的电流引起覆涂在导体表面的铁磁性材料发热。这种实现方法在生产工艺上相对简单，但是致热的速度和致热效率却不是很高(可见专利CN102338395的说明书附图的图5A)。而且由于其是以单线圈的方式通过交变的电流，交变的电流引起覆涂在导体表面的铁磁性材料发热，对于发热的控制只能通过控制通过导电线圈电流的强度和频率的办法实现，一般是通过采取改变电流频率的方法来实现，但是随着电流频率调制范围的加大和提高，为线圈提供电力的感应电源的制造难度和成本都会加大，同时也会对覆涂在表面上的铁磁性材料的性能提出更高的要求。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种可快速致热的医用器具。所述的医用器具利用磁感应原理可以实现对覆盖在导电线圈外的铁磁性涂层进行快速加热。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：

一种可快速致热的医用器具，其包括导磁材料基体，导磁材料基体表面上涂覆有电绝缘涂层，在所述电绝缘涂层内设置有导电线圈，在所述电绝缘涂层的外表面的至少部分表面上涂覆有铁磁性涂层。

其中，导磁材料基体的两个表面上均涂覆有绝缘涂层。藉此，在导磁材料基体的两个表面上都可以设置导电线圈，从而在导磁材料基体的两个表面上都可以设置可以快速致热的铁磁性涂层。

其中，所述的铁磁性涂层为连续的涂覆层或者离散的涂覆层。对于不同的医用器具的用途和功能，因而该医用器具的部分表面或者全部表面需要进行加热处理，或者该医用器具表面的部分连续区域，或者该医用器具表面的各个不连续区域需要进行加热处理，据此，可以根据不同的需求，在基体的外表面设置连续的涂覆层或者离散的涂覆层，也可以称之为不连续的涂覆层。

其中，所述的电绝缘涂层优选为导热电绝缘涂层、不导热绝缘涂层、耐高电温绝缘涂层或者非晶合金涂层，更优选地，为耐高温导热绝缘涂层。例如导热陶瓷绝缘涂层。

其中，所述的导磁材料为软磁合金具有导磁率高、电阻率高、涡流损耗小的特点，常见的为低碳电工钢和阿姆科铁、硅钢片、镍铁软磁合金、铁钴软磁合金、铁硅铝软磁合金等。

其中，所述的导磁材料基体为面状基体，并且所述导电线圈上各点到面状基体的距离相等，并且所述面状基体可以为平面或曲面。当面状基体为曲面时，导电线圈所构成的面随同曲面基体的起伏而起伏以保持导电线圈与面状基体的平行，即保证导电线圈上各点到曲面基体的距离相等。如此可以将导电线圈产生的交变磁场基本垂直的束缚在面状基体表面附近，能够使得铁磁性感应热达到最大化。

其中，所述的导磁材料基体为线状基体或棒状基体，并且所述导电线圈沿着线状基体或棒状基体的轴线呈螺旋状延伸，并且所述导电线圈的法向与轴线的夹角为10-80度。

其中，所述的铁磁性涂层根据不同的目的，可以选择不同居里点的铁磁性材料。居里点温度是电磁感应时铁磁性涂层可以达到的最高温度，可有效的防止由于导电线圈中通过的交变电流的控制失误而引起铁磁性涂层产生过高的感应温度，损害人体组织；在低于居里点温度的范围内可以对通过导电线圈的交变电流的调节使得铁磁性涂层具有不同的感应温度，以便适应于治疗和处理的不同目的需要。例如当用于血管内皮焊接加热时，铁磁性涂层的感应温度应在60-65℃，如果选择的铁磁性材料的居里点为65℃左右，就既可以达到需要的温度又可以防止温度过高出现对组织的损坏；当用于使组织止血时，可以选择的铁磁性材料的居里点为75-85℃左右；当用于使组织烧灼或封闭时，可以选择的铁磁性材料的居里点为85-205℃左右；当用于使组织进行切割时，可以选择的铁磁性材料的居里点为205-400℃左右；当用于使组织消融或汽化时，可以选择的铁磁性材料的居里点为400-500℃左右。当同时具有多种应用目的时，选择的铁磁性材料的居里点应以满足需要的最高居里点为准，居里点范围内的温度的精确控制通过对导电线圈内的交变电流的调节实现。

其中，所述的绝缘涂层与导磁材料基体与铁磁性材料之间还具有粘结层。

其中，所述铁磁性涂层的表面还涂覆有抗氧化涂层和/或润滑涂层。

本发明的可快速致热的医用器具，与现有技术相比具有以下有益效果：

(1)本发明所述的可快速致热的医用器具，通过导电线圈中的交变电流产生的交变磁场对涂覆的铁磁性涂层进行磁感应加热，通过对基体材料的选择以及绝缘涂层的设置，使得其可以设置在各种不同形状的医用器具表面，而且还具有加热速度快，导热迅速的优点。

(2)本发明所述的医用器具，材料基体选择为软磁合金导磁材料基体，使得基体导磁性好而且不易引起感应热，即减少了磁场的损失提高了磁感应热效率，也保持了基体的温度基本恒定。

(3)本发明所述的医用器具，可以通过调节导电线圈的匝数，交变电流的频率以及交变电流大小和通电的占空比来控制加热速度和加热温度；

而且通过对铁磁性涂层材料的选择，可以使得本发明的医用器具能够更好和更安全地适用于不同的目的，例如用于粘结、缝合、止血、烧灼、切割或者消融。

附图说明

图1：薄板式基体材料单面多组并联多匝导电线圈电流与磁场的示意图。

图2：薄板式基体材料单面多组并联单匝导电线圈电流与磁场的示意图。

图3：薄板式基体材料双面多组并联多匝导电线圈电流与磁场的示意图。

图4：薄板式基体材料单面多组串联多匝导电线圈电流与磁场的示意图。

图5：截面为圆形的线性基体材料上的导电线圈电流与磁场的示意图。

图6：导电线圈与线性基体材料的轴线成β角环绕时电流与磁场的示意图。

图7：薄板式双面包含导电线圈和其它功能涂层的截面示意图。

图8：薄板式单面包含导电线圈和其它功能涂层的截面示意图。

图9：线性基体材料表面环绕导电线圈的示意图。

图10：线性基体材料表面环绕导电线圈的示意图。

图11：线性基体材料外导电线圈和其它功能层的截面示意图。

图12：医用器具基体表面涂覆连续或离散铁磁性涂层示意图。

图13：医用器具基体部分表面涂覆致密疏松铁磁性涂层的示意图。

图14：基体材料上有两个分离的导电线圈形成的发热区示意图。

图中各附图标记所表示的含义分别为：10-导磁材料基体，20-导电线圈，30-绝缘涂层，40-铁磁性涂层，50-保护和/或功能涂层。

具体实施方式

以下将结合具体实施方式以及附图对本发明的技术方案作进一步的说明。

本发明涉及一种医用器具，其包括导磁材料基体，导磁材料基体表面上涂覆有绝缘涂层，在所述绝缘涂层内设置有导电线圈，在所述绝缘涂层的外表面的至少部分表面上涂覆有铁磁性涂层。

本发明利用具有较好磁通性能和较大电阻的软磁合金或其它在交变磁场中不易引起感应发热和产生磁阻的导磁材料制成，根据应用需要的几何形状，称为基体材料。制作基体的材料需要考虑的因素包括但不限于材料的硬度、柔软度、耐高温、绝缘性等因素。选用导磁材料制作基体材料可以减少磁场损失提高磁感应致热效率，同时可以使在基体材料表面感应致热的均匀性得到加强。例如，美国Fluxtrol Inc.生产的fluxtrol系列导磁体。

本发明中的基体材料可以是基于薄板式的，根据应用需要的各种几何形状，包括凸形、凹形、波浪形等，也可以是基于截面为圆形或其它几何形状的线性形状，线性基体材料可以根据需要弯曲。

在绝缘涂层中间设置有导电线圈。导电线圈可以由导电性良好的线性材料制成的导电线圈回路。例如常用的金属银、铜、钛等都可以作为导体材料，选择的导体材料需要考虑的因素包括但不限于机械强度、热膨胀、导热性、导电性/电阻率、刚度和柔软度等

在基体材料和铁磁性涂层之间覆涂有电绝缘层，以防止导电线圈中的电流通过基体材料形成局部回流或外漏。选择绝缘层材料考虑的因素包括但不限于使用时有效的覆涂厚度，绝缘性能，导热性能，对人体的安全性能等，在绝缘性能满足要求的前提下，导热性好有利于快速散热。例如：北京志盛威华化工有限公司生产的ZS-1091纳米陶瓷绝缘涂料。

所述的铁磁性涂层可以选择现有技术中公开的各种铁磁发热材料，例如选自NiFe合金、Co、Fe、Fe₃O₄、NiOFe₂O₃、MnOFe₂O₃、CuOFe₂O₃、MgOFe₂O₃、CaOFe₂O₃、MnBi、Ni、MnSb、Y₃FeO₁₂、CrO₂、Dy、EuO等。在本发明中优选由居里点65-500℃的铁磁性材料；根据不同的目的，可以选择不同居里点的铁磁性材料，例如当用于血管内皮焊接加热时，铁磁性涂层的感应温度应在60-65℃，如果选择的铁磁性材料的居里点为65℃左右，就既可以达到需要的温度又可以防止温度过高出现对组织的损坏；当用于使组织止血时，可以选择的铁磁性材料的居里点为85℃左右；当用于使组织烧灼或封闭时，可以选择的铁磁性材料的居里点为205℃左右；当用于使组织进行切割时，可以选择的铁磁性材料的居里点为400℃左右；当用于使组织消融或汽化时，可以选择的铁磁性材料的居里点为500℃左右。当同时具有多种应用目的时，选择的铁磁性材料的居里点应以满足需要的最高居里点为准，居里点范围内的温度的精确控制通过对通过导电线圈内的交变电流的调节实现。

如附图1-4所示，本发明中基体材料为薄板式可以根据需要设置导电线圈，例如可以并联、串联或串并联设置多匝导电线圈，而且其表面的导电线圈可以是在基体材料的一面也可以是在基体材料的两面。处于基体材料两面的导电线圈的连接方式以其在通过交变电流后产生的交变磁场的方向相同为准则。

如附图5-6、9-10所示，本发明中基体材料为线性形状时，其表面的导电线圈沿基体材料的轴线方向环绕在基体材料表面。环绕的导电线圈的轴线与基体材料的轴线应存在一个适当的角度β，在导电线圈通过交流电时产生的磁场方向与基体材料的轴线也存在相同的角度。由于导电线圈的轴线与基体材料的轴线存在角度β，使得在导电线圈中通过交变电流时有更多的交变磁场穿过覆涂在其外层的铁磁性发热材料，可以提高发热效率。β的取值范围为0-90℃，优选为10-80℃，更优选为10-30℃，可以提高感应发热效率。

如附图7-8所示，当所述基体为面状时，可以在其一面或者两面设置所述的铁磁性涂层，并且在所述的铁磁性材料表面可以设置保护和/或功能涂层。另外，为了进一步提高绝缘涂层与基体以及铁磁性材料之间的粘结性，还可以在它们之间设置粘结层(图中未示出)。

如附图11所示，当所述基体为线状或棒状时，可以在表面设置绝缘涂层以及所述的铁磁性涂层，在绝缘涂层中可以设置导电线圈。另外在所述的铁磁性材料表面可以设置保护和/或功能涂层(图中未示出)。另外，为了进一步提高绝缘涂层与基体以及铁磁性材料之间的粘结性，还可以在它们之间设置粘结层(图中未示出)。

如附图12-14所示，本发明中覆涂的铁磁性材料发热层可以根据对基体材料几何体具体发热部位的要求而仅覆涂在要求发热的部位。所述的铁磁性材料发热层可以是连续的无间隙的覆涂也可以是有间距不同的离散的涂点组成的涂层区，以此实现通过铁磁性材料涂点疏密的变化实现差异化的发热区。

此外，本发明所述的导磁材料基体还可以选择非晶铁合金材料，例如居里温度低于50℃的FeCrB系非晶合金基体，例如可以是Fe_0.6Cr_xCa_0.2-xB_0.2非晶合金，其中X＝0.05-0.15，可以调节所述Fe_0.6Cr_xCa_0.2-xB_0.2非晶合金的居里点在20-50℃；所述的非晶合金基体可以通过真空电弧熔炼母合金，然后通过真空快淬工艺制备所述非晶合金。当采用上述非晶合金基体，通过施加不导热电绝缘涂层的时候，在对导电线圈施加交变电流时，可以保持基体不被加热，而且还可以保持高的导磁性。

此外，本发明所述的电绝缘涂层还可以选择非晶合金绝缘涂层，使用非晶合金绝缘涂层能够改善各涂层之间的粘结性能，提高医用器具的使用寿命。

本发明根据应用的需要还可以有其它涂层的存在，例如在铁磁性涂层的外层可以覆涂有防氧化，防粘等功能保护层。在某合适的位置或内层可以安装有温度感应和检测的热电偶等，以便用于对在通过交变电流时的致热进行控制。这些变化都属于根据应用变化而添加的辅助性改变，不影响本发明的实质。

虽然具体实施方式部分已经通过具体实施方式对本发明的技术方案进行了详细阐述，但本领域的普通技术人员应当理解可以在不脱离本发明公开的范围以内，可以采用等同替换或等效变换形式实施。因此，本发明的保护范围并不限于具体实施方式部分的具体实施例，只要没有脱离发明实质的实施方式，均应理解为落在了本发明要求的保护范围之内。

Claims

1.一种可快速致热的医用器具，其特征在于：包括导磁材料基体，导磁材料基体表面上涂覆有电绝缘涂层，在所述电绝缘涂层内设置有导电线圈，在所述电绝缘涂层的外表面的至少部分表面上涂覆有铁磁性涂层。

2.权利要求1所述的医用器具，其特征在于所述的铁磁性涂层为连续的涂覆层或者离散的涂覆层。

3.权利要求1-2任一项所述的医用器具，其特征在于所述的电绝缘涂层为导热电绝缘涂层、不导热电绝缘涂层、耐高温电绝缘涂层或者非晶合金涂层。

4.权利要求1-3任一项所述的医用器具，其特征在于所述的导磁材料为软磁合金，低碳电工钢、阿姆科铁、硅钢片、镍铁软磁合金、铁钴软磁合金、铁硅铝软磁合金。

5.权利要求1-4任一项所述的医用器具，其特征在于所述的导磁材料基体为面状基体，并且所述导电线圈上各点到面状基体的距离相等，所述面状基体为平面或曲面。

6.权利要求5所述的医用器具，其特征在于所述的导磁材料基体的两个表面上均涂覆有绝缘涂层。

7.权利要求1-4任一项所述的医用器具，其特征在于所述的导磁材料基体为线状基体或棒状基体，所述导电线圈沿着线状基体或棒状基体的轴线呈螺旋状延伸，并且所述导电线圈的法向与轴线的夹角为10-80度。

8.权利要求1-7任一项所述的医用器具，其特征在于选择的铁磁性涂层的居里点温度由所述的医用器具的用途确定。

9.权利要求1-8任一项所述的医用器具，其特征在于所述的电绝缘涂层与导磁材料基体与铁磁性涂层之间还具有粘结层。

10.权利要求1-9任一项所述的医用器具，其特征在于在铁磁性涂层的表面还涂覆有抗氧化涂层和/或润滑涂层。