CN107582127A - 一种具有自冷却功能的骨钻 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有自冷却功能的骨钻，属于医疗器材领域，包括钻部和尾部，钻部用于直接和骨组织接触，尾部和钻部连接，所述的钻部包括刃部和凹部，其特征在于，钻部内设有循环液体通道，所述的钻部内部设有用于冷却剂通过的液体通道，所述的液体通道沿着刃部成螺旋状的流到钻头并且沿着凹部或者钻部的中心流出钻部。

Description

一种具有自冷却功能的骨钻

技术领域

本发明涉及骨钻领域。

背景技术

在外科领域，经过需要对人体骨骼进行钻孔，而在钻孔的时候，钻头和骨骼相对告诉摩擦会产生大量的热，如果不及时冷却很容易损失人体组织，如骨细胞、脑组织等。现有的降温方式通常是手动的通过生理盐水等在外部加入进行冷却，这种方式效率低，需要多余的操作人员。

专利号为95241700.6，名称为中空注水系列低速手机骨钻头公开了一种骨钻头，通过在在钻部里面设有注水管道，让冷却水从钻头流出，注入钻骨面进行冷却，当时这种冷却方式，一方面要消耗冷却水（通常的冷却水不是一般的水而是价格比较贵的生理盐水），另一方面，生理盐水也会进入钻骨面，在一些领域如颅骨钻孔会引起较大的手术副作用。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种具有自冷却功能的骨钻，包括钻部和尾部，钻部用于直接和骨组织接触，尾部和钻部连接，所述的钻部包括刃部和凹部，钻部内设有循环液体通道，所述的钻部内部设有用于冷却剂通过的液体通道，所述的液体通道沿着刃部成螺旋状的流到钻头并且沿着凹部或者钻部的中心流出钻部。本发明的钻部和尾部采用现有的外形结构设计，而冷却剂的循环可以采用外部的循环通道，即设有两个软管分别在尾部的出口和入口连接，冷却剂在外部可以通过压缩机（如空调、冰箱的原理）进行散热冷却，并进入钻部进行进一步的循环利用。也可以在尾部设有一个储液腔，将冷却剂预先固定在储液腔中，并且在使用前预先将储液腔中的冷却剂降低到一个较低的温度，如5度。当在尾部设有储液腔的时候液体通道出口和入口连通储液腔，储液腔的出口或者入口处设有驱动冷却剂流动的微型泵。本发明的在钻部的液体通道通常为1-5mm之间，优选1.5-3mm,而本发明的钻部和尾部采用金属3D打印技术

作为改进，分布在刃部的液体通道为2-3个，刃部的液体通道在钻头处汇合并沿着凹部或者中心的液体通道流出，在较优的一些情况下，分别在刃部的液体通道可以相互平行分布，并且孔径相同，可以充分的对刃部表面进行降温冷却处理，当液体通道较多的时候，相应的每个孔径可以适当减少，如为1mm。

作为改进，所述的冷却剂为水、液态金属、水和其他制剂的混合物、离子液体、离子液体和聚合物的混合物，考虑到热穿导率、比热容等因素，本发明的冷却剂优选液体金属，并且本发明公开了一种熔点低、低温下呈液体并且热导率高的液体金属，质量份组成比为：镓：20-50份；铋：5-10份；铟：5-10份；铊：1-5份；锡：1-5份；铜：0.01-1份，在实验中发现，采用上述元素件的配比，特别是加入微量的铜元素，可显著降低合金的熔点，其中，在优选情况下，铜原料采用99.9%以上的高纯度铜。在本发明中，微量铜元素的加入是至关重要的，在其他元素配比相同而无铜的情况下，无铜合金的熔点通常为15℃-20℃左右，而微量铜元素的加入可以使得熔点降低到5℃以后，猜测分散在合金中的铜原子在一定程度上改变了微观形态。所述的铜元素通常采用高纯度的铜粉，纯度一般在99.99%以上。

作为进一步的优选，加入的铜的比例为0.1-0.5份，作为进一步的优选为0.1-0.2份，上述的元素通过在真空熔炼炉中进行熔炼，其中真空熔炼炉能够制造惰性气体的氛围。

本发明同时公开了一种低熔点液态金属合金的制备方法，在原料的组分配比上，可以采用本发明公开的液态金属合金的配比，其中步骤如下：

步骤一、采用真空熔融的方法制备高纯度铜；

步骤二、取镓和铜以外的组分原料，在真空或者惰性气体下，加热至熔融状态；

步骤三、取高纯度铜粉末，加热到熔融状态，一边搅拌一边加入到步骤二后的熔融态合金中，其中加入熔融铜的时间不少于10分钟，在加入的时候要进行观察，尽量的降低加入的速率，使得铜能够充分的溶解在合金熔体中，其中铜液的颜色和熔体的颜色色差较大，可以肉眼观察，如果溶解较慢，可以降低加入的速率，尽量将加入时间控制在10分钟以上，如20分钟。

步骤四、取镓原料，一种搅拌一边加入到步骤三后的熔融态合金中，直至全部溶解；

步骤五、在真空条件下控制上述的液态合金温度为200℃-300℃，在惰性气体氛围下控制上述的液态合金温度为250℃-350℃，搅拌2小时以上，逐步冷却至室温，得到液态金属合金材料。

作为改进，所述的铜原料采用采用99.9%以上的高纯度铜粉，作为进一步的优选采用99.999%以上的高纯度铜，当所述的纯度铜有一定的含氧量的时候，可以采用二次真空熔融的方式进行净化。

所述的惰性气体为氩气，真空度的选择可以影响到加热温度，为了降低加热温度同时不影响液态合金的气压值为20-80Kpa，

作为改进，步骤二、三、四、五真空环境的真空度为5-10 Kpa。

在具有的冷却方式上，缓慢冷却是至关重要的，在一些较优的方案中，发现冷却速度优选为5℃/min左右，特别是5℃/min具有较好的效果，冷却速度直接影响着液态合金的微观组织形态。本发明制备的液态金属合金具有较低在熔融温度，在常压中，可以接近零度左右，通常情况下为1℃-5℃左右，由于组分和工艺的不同会有一定的差异。

本发明公开的液体金属具有较高的热导率，并且在使用的时候可以将冷却剂降低较低的温度，对骨钻而言，冷却剂和骨钻的表面具有较大的温度差，传热效果好，在使用的时候骨钻具有有一定的自冷却效果，不需要外部的冷却盐水。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是液体通道的循环示意图；

图中标记：1-钻部，101-刃部，102-凹部，2-液体通道，3-储液腔，4-微型泵。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

具体实施例1：一种具有自冷却功能的骨钻，钻部1和尾部，钻部1用于直接和骨组织接触，尾部和钻部连接，所述的钻部包括刃部101和凹部102，钻部内设有循环液体通道，所述的钻部内部设有用于冷却剂通过的液体通道，所述的液体通道沿着刃部成螺旋状的流到钻头并且沿着凹部或者钻部的中心流出钻部1。所述的尾部还有储液腔3，液体通道出口和入口连通储液腔3，储液腔的出口或者入口处设有驱动冷却剂流动的微型泵4。分布在刃部101的液体通道为2个，刃部的液体通道在钻头处汇合并沿着凹部或者中心的液体通道流出。

具体实施例2：

取原料镓： 50份；铋：5份；铟：5份；铊：1份；锡：1份；铜：0.1份，其中铜为采用真空熔融的方法制备的高纯度铜；取镓和铜以外的组分原料，在真空气体下，加热至熔融状态；取高纯度铜粉末，铜纯度为99.999%以上，加热到熔融状态，一边搅拌一边加入到熔融态合金中，其中加入熔融铜的时间不少于10分钟。取镓原料，一种搅拌一边加入到熔融态合金中，直至全部溶解；在真空条件下控制上述的液态合金温度为200℃-300℃，搅拌2小时，逐步冷却至室温，得到液态金属合金材料，本发明制备的合金在常压下的熔点为2℃。

具体实施例3：

取原料镓： 50份；铋：10份；铟： 10份；铊： 5份；锡： 5份；铜：0.5份，其中铜为采用真空熔融的方法制备的高纯度铜；取镓和铜以外的组分原料，在惰性气体下，加热至熔融状态；取高纯度铜粉末，铜纯度为99.999%，加热到熔融状态，一边搅拌一边加入到熔融态合金中，其中加入熔融铜的时间不少于10分钟。取镓原料，一种搅拌一边加入到熔融态合金中，直至全部溶解；在惰性气体氛围下控制上述的液态合金温度为250℃-350℃，搅拌2小时以上，逐步冷却至室温，得到液态金属合金材料，本发明制备的合金在常压下的熔点为1.5℃。

具体实施例4：

取原料镓：30份；铋：5份；铟：5份；铊：1份；锡：1份；铜：0.1份，其中铜为采用真空熔融的方法制备的高纯度铜；取镓和铜以外的组分原料，在惰性气体下，加热至熔融状态；取高纯度铜粉末，铜纯度为99.999%以上，加热到熔融状态，一边搅拌一边加入到熔融态合金中，其中加入熔融铜的时间不少于10分钟。取镓原料，一种搅拌一边加入到熔融态合金中，直至全部溶解；在惰性气体氛围下控制上述的液态合金温度为250℃-350℃，搅拌2小时以上，逐步冷却至室温，得到液态金属合金材料，本发明制备的合金在常压下的熔点为5℃。

具体实施例5：

取原料镓： 30份；铋：5份；铟：5份；铊：2份；锡：2份；铜：0.5份，其中铜为采用真空熔融的方法制备的高纯度铜；取镓和铜以外的组分原料，惰性气体下，加热至熔融状态；取高纯度铜粉末，铜纯度为99.999%以上，加热到熔融状态，一边搅拌一边加入到熔融态合金中，其中加入熔融铜的时间不少于10分钟。取镓原料，一种搅拌一边加入到熔融态合金中，直至全部溶解；在惰性气体氛围下控制上述的液态合金温度为250℃-350℃，搅拌2小时以上，逐步冷却至室温，得到液态金属合金材料，本发明制备的合金在常压下的熔点为3℃。

Claims (8)

1.一种具有自冷却功能的骨钻，钻部（1）和尾部，钻部（1）用于直接和骨组织接触，尾部和钻部连接，所述的钻部包括刃部（101）和凹部（102），其特征在于，钻部内设有循环液体通道，所述的钻部内部设有用于冷却剂通过的液体通道，所述的液体通道沿着刃部成螺旋状的流到钻头并且沿着凹部或者钻部的中心流出钻部（1）。

2.根据权利要求1所述的具有自冷却功能的骨钻，其特征在于，所述的尾部还有储液腔（3），液体通道出口和入口连通储液腔（3），储液腔的出口或者入口处设有驱动冷却剂流动的微型泵（4）。

3.根据权利要求2所述的具有自冷却功能的骨钻，其特征在于，分布在刃部（101）的液体通道为2-3个，刃部的液体通道在钻头处汇合并沿着凹部或者中心的液体通道流出。

4.根据权利要求1-3任一项所述的具有自冷却功能的骨钻，其特征在于，所述的冷却剂为水、液态金属、水和其他制剂的混合物、离子液体、离子液体和聚合物的混合物。

5.根据权利要求4所述的具有自冷却功能的骨钻，其特征在于，所述的液体金属为镓基液态金属，所述的镓基液态金属按照重量份包括镓：20-50份；铋：5-10份；铟：5-10份；铊：1-5份；锡：1-5份；铜：0.01-1份。

6.根据权利要求5所述的具有自冷却功能的骨钻，其特征在于，所述的合金中铜原料采用99.9%以上的高纯度铜。

7.根据权利要求6所述的具有自冷却功能的骨钻，其特征在于，所述的铜为0.1-0.5份。

8.根据权利要求1-7任一项所述的具有自冷却功能的骨钻，其特征在于，液态金属冷却剂的制备方法如下：

步骤一、采用真空熔融的方法制备高纯度铜；

步骤二、取镓和铜以外的组分原料，在真空或者惰性气体下，加热至熔融状态；

步骤三、取高纯度铜粉末，加热到熔融状态，一边搅拌一边加入到步骤二后的熔融态合金中，其中加入熔融铜的时间不少于10分钟;

步骤四、取镓原料，一种搅拌一边加入到步骤三后的熔融态合金中，直至全部溶解；

步骤五、在真空条件下控制上述的液态合金温度为200℃-300℃，在惰性气体氛围下控制上述的液态合金温度为250℃-350℃，搅拌2小时以上，逐步冷却至室温，得到液态金属合金材料。