CN108542468B - 一种具有测深功能的医疗钻具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有测深功能的医疗钻具，包括钻具本体以及钻头和测深组件，所述测深组件包括单片机、可拆卸连接在所述钻具本体上的机壳、固定连接在所述机壳上的滑轨、滑动连接在所述滑轨上的磁栅尺以及用于控制所述磁栅尺的阻尼装置，所述磁栅尺和所述钻头相互平行布置，且所述磁栅尺在所述滑轨上的滑动方向与所述磁栅尺的长度方向相同，所述阻尼装置和所述单片机电连接，所述单片机和所述钻具本体上的电源或电源线电连接或者所述单片机上连接有电源。通过设置测深组件，可在钻骨的同时实时测量骨孔的深度，操作方便，且可节省大量测量孔深的时间，较为省时，此外，通过采用磁栅尺利用磁栅测距原理对骨孔深度进行测量，测量精度相对较高。

Description

一种具有测深功能的医疗钻具

技术领域

本发明涉及一种医疗设备，尤其是一种具有测深功能的医疗钻具。

背景技术

骨折是指骨结构的连续性完全或部分断裂，多见于儿童及老年人，中青年人也时有发生。对于严重的骨折，最有效的治疗方法便是通过手术的方法在骨折部位打入钢钉，并用钢板连接固定，从而使得骨头生长后能够愈合到一起，以此达到治疗目的，其中打入钢钉前通常需要借助医疗钻具在骨头上打孔。

现有的医疗钻具通常不具有测深功能，然而，医生用医疗钻具在病人身上钻骨完成后，需要对钻骨的深度进行测量，以便确定要打入其中的钢钉的长度，其中准确的选择钢钉长度非常重要，如果钢钉较长会过长的深入到肌肉组织中，对肌肉组织造成伤害，如果钢钉较短，则可能发生固定不牢的现象，严重影响患者的康复。目前临床上主要采用机械式骨孔测深器进行测量，骨孔测深器的探针的末端具有一个2mm左右横向的弯钩，由于弯钩尺寸小，在测深时经常容易滑脱，钩不住骨孔对侧骨皮质，且测深器的探针太软，测深时用探针向钩的方向稍用力，探针即向钩子的背侧弯，钩子便离开了企图挂住的对侧骨孔骨皮质，经常出现钩不住对侧骨的骨皮质的情况，操作较不方便；此外，测深器每测一个孔平均耗时1～2分钟且测量精度不高，为避免测量误差通常需要两个医生分别测量确认，非常浪费时间，对于医生和病人都会产生不利影响。

有鉴于此，本申请人对用于具有测深功能的医疗钻具进行了深入的研究，遂有本案产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作方便、较为省时且测量精度相对较高的具有测深功能的医疗钻具。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有测深功能的医疗钻具，包括钻具本体以及分别安装在所述钻具本体上的钻头和测深组件，所述测深组件包括单片机、可拆卸连接在所述钻具本体上的机壳、固定连接在所述机壳上的滑轨、滑动连接在所述滑轨上的磁栅尺以及用于控制所述磁栅尺的阻尼装置，所述磁栅尺和所述钻头相互平行布置，且所述磁栅尺在所述滑轨上的滑动方向与所述磁栅尺的长度方向相同，所述阻尼装置和所述单片机电连接，所述单片机和所述钻具本体上的电源或电源线电连接或者所述单片机上连接有电源。

作为本发明的一种改进，所述磁栅尺上设置有多个沿所述磁栅尺的长度方向等间距布置的磁铁，所述磁铁的两极分别朝向所述磁栅尺的两侧，且相邻两个所述磁铁朝向同一侧的磁极互不相同。

作为本发明的一种改进，所述磁铁镶嵌在所述磁栅尺上。

作为本发明的一种改进，所述磁栅尺上录制有沿着所述磁栅尺的长度方向等间距布置的磁栅信息，相邻两个所述磁栅信息所形成的磁场的磁极方向相反。

作为本发明的一种改进，所述阻尼装置包括分别位于所述磁栅尺的两侧的霍尔元件和铁芯，所述霍尔元件和所述铁芯都固定连接在所述滑轨或所述机壳上，所述铁芯上卷绕有一端朝向所述磁栅尺的第一线圈绕组和第二线圈绕组，所述第一线圈绕组和所述第二线圈绕组沿着所述磁栅尺的长度方向依次布置，所述霍尔元件、所述第一线圈绕组和所述第二线圈绕组分别与所述单片机电连接。

作为本发明的一种改进，当其中一个所述线圈绕组的位置与其中一个所述磁铁的位置相对应时，另一个所述线圈绕组位于其中两个相邻的所述磁铁之间。

作为本发明的一种改进，所述霍尔元件有两个，两个所述霍尔元件沿着所述磁栅尺的长度方向依次布置，且两个所述霍尔元件之间的间距大于相邻两个所述磁铁之间的间距且为相邻两个所述磁铁间距的非整数倍。

作为本发明的一种改进，所述磁栅尺朝向钻孔方向的一端螺旋连接有触头，所述触头呈球形或者所述触头远离所述磁栅尺的一端呈半球形。

作为本发明的一种改进，所述机壳的外侧设置有用于开启或关闭所述单片机的控制开关和用于显示所述磁栅尺的移动距离的显示屏，所述控制开关和所述显示屏分别与所述单片机电连接。

采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

1、通过在钻具本体上设置测深组件，可在钻骨的同时实时测量骨孔的深度，操作方便，且可节省大量测量孔深的时间，较为省时，此外，通过采用磁栅尺利用磁栅测距原理对骨孔深度进行测量，测量精度相对较高。

2、通过在磁栅尺上设置磁极交替变化的磁铁或磁栅信息，并在铁芯上卷绕两个线圈绕组，利用线圈绕组通电后产生的磁场和磁铁或磁栅信息所产生的磁场的相互排斥力作为阻尼力推动磁栅尺抵顶在定位面上，阻尼力较为稳定，不会阻碍钻孔操作，使用较为方便；同时通过线圈绕组产生电磁吸引力，使得磁栅尺保持静止不动的状态，对磁栅尺具有控制能力，保证测量结果的准确性。

3、本发明所使用的测深组件无需深入骨腔内部，可避免对病人产生额外的影响。

4、通过采用螺旋连接的方式对触头进行固定，便于在使用之后拆卸触头进行消毒，维护较为方便。

附图说明

图1为本发明具有测深功能的医疗钻具的结构示意图；

图2为本发明磁栅尺和阻尼装置的配合结构示意图，图中省略部分零部件；

图3为本发明具有探测功能的医疗钻具的使用状态示意图；

图4为图3状态下磁栅尺和阻尼装置的状态示意图；

图5为本发明具有探测功能的医疗钻具的另一使用状态示意图；

图6为图5状态下磁栅尺和阻尼装置的状态示意图,。

图中标示对应如下：

10-单片机； 11-控制开关；

12-显示屏； 20-机壳；

21-壳体； 22-壳盖；

30-滑轨； 40-磁栅尺；

41-磁铁； 42-触头；

50-霍尔元件； 60-铁芯；

61-第一线圈绕组； 62-第二线圈绕组；

63-支撑杆； 64-绕线杆；

70-钻具本体； 71-钻头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。

如图1-图6所示，本实施例提供的具有测深功能的医疗钻具，包括钻具本体70以及分别安装在钻具本体70上的钻头71和测深组件，其中钻具本体70为常规的医疗钻具，如电钻或手工钻，钻头71也为常规的医用钻头，都可以从市场上直接购买获得。即本实施例中的医疗钻具是在常规的医疗钻具的基础上增加测深组件等零件或组件来获得的，钻具本体70和钻头71并非本实施例的重点。

测深组件包括单片机10、可拆卸连接在钻具本体70上的机壳20、固定连接在机壳20上的滑轨30、滑动连接在滑轨30上的磁栅尺40以及用于控制所述磁栅尺的阻尼装置，其中，机壳20和钻具本体70之间具体的可拆卸连接方式可以为常规的方式，如相互扣接等，此处不再详述。机壳20包括壳体21和采用常规的结构可拆卸固定连接在壳体21上的壳盖22，单片机10、滑轨30和阻尼装置都位于壳体21的内腔中，且单片机10最好固定连接在机壳20的壳体21上。此外，阻尼装置和单片机10电连接，单片机10和钻具本体70上的电源或电源线电连接，以便单片机10可以从钻具本体70上取电，或者单片机10上连接有与钻具本体70相互独立的电源。需要说明的是，本实施例中使用的单片机10为常规的单片机，可从市场上直接购买获得。

磁栅尺40和钻头71相互平行布置，且磁栅尺40在滑轨30上的滑动方向与磁栅尺40的长度方向相同。本实施例中提供了两种磁栅尺40的结构。第一种结构的磁栅尺40上设置有多个等间距布置的磁铁41，各磁铁41的两极分别朝向磁栅尺40的两侧，同时相邻两个磁铁40朝向同一侧的磁极互不相同，即各磁铁41按磁极相互交替的方式沿着磁栅尺40的长度方向等间距设置在磁栅尺40上，当然，相邻两个磁铁41之间的间距已知并预设在单片机10中，优选的，磁铁41镶嵌在磁栅尺40上；第二种结构的磁栅尺40上贴覆有磁性件，其上录制有沿着磁栅尺40的长度方向等间距布置的磁栅信息，相邻两个磁栅信息所形成的磁场的磁极方向相反，即第二中结构的磁栅尺40中的磁栅信息相当于第一种结构的磁栅尺40中的磁铁。在下文及附图中，以磁栅尺40采用第一种结构为例进行说明。

阻尼装置包括分别位于磁栅尺40的两侧的霍尔元件50和铁芯60，即霍尔元件50和铁芯60位于磁铁41的两极方向。霍尔元件50和铁芯60都固定连接在滑轨30或机壳20的壳体21上，即霍尔元件50和铁芯60与滑轨30之间的相对位置都是固定的。优选的，在本实施例中，霍尔元件50有两个，两个霍尔元件50沿着磁栅尺40的长度方向依次布置，且两个霍尔元件50之间的间距大于相邻两个磁铁41之间的间距，且两个霍尔元件50的间距为相邻两个磁铁41间距的非整数倍，两个霍尔元件50之间的间距也已知并预设在单片机10中。需要说明的是，霍尔元件40为常规的元件，也可以从市场上直接购买获得。

铁芯60上卷绕有一端朝向磁栅尺40的第一线圈绕组61和第二线圈绕组62，第一线圈绕组61和第二线圈绕组62沿着磁栅尺40的长度方向依次布置，且当其中一个线圈绕组(如第一线圈绕组61)的位置与其中一个磁铁41的位置相对应时，另一个线圈绕组(如第二线圈绕组62)位于其中两个相邻的磁铁41之间。优选的，在本实施例中，铁芯60包括支撑杆63和与支撑杆63垂直布置的绕线杆64，绕线杆64有两个以上，各绕线杆64的一端都与支撑杆63一体连接，另一端都朝向磁栅尺40，两个线圈绕组分别与其中两个绕线杆64一对一配合。第一线圈绕组61和第二线圈绕组62都包括螺旋绕设在对应的绕线杆64上的漆包线和分别连接在漆包线两端的引出线，需要说明的是，漆包线和引出线可以一体连接(即两者为同一零件)也可以相互固定连接。

霍尔元件50、第一线圈绕组61和第二线圈绕组62分别与单片机10电连接，具体的连接方式为常规的方式，并非本实施例的重点，此处不再详述。优选的，各霍尔元件50以及各线圈绕组和单片机10之间都连接有A/D转换器，即各霍尔元件50和各线圈绕组分别通过A/D转换器与单片机10连接，便于霍尔元件50和线圈绕组的模拟信号转换为单片机10可直接识别的数字信号。

优选的，在本实施例中，磁栅尺40朝向钻孔方向的一端螺旋连接有触头42，这样在使用之后可以将触头42拆卸下来进行消毒处理，避免需要经常对磁栅尺40进行消毒处理，同时也可以在触头42磨损后更换新的触头42，避免磨损磁栅尺40，维修成本相对较低。触头42最好为不锈钢触头或钛合金触头，当然也可以采用其他耐磨材料。此外，触头42呈球形或者触头42远离磁栅尺40的一端呈半球形，便于准确定位。

优选的，在本实施例中，机壳20的外侧设置有用于开启或关闭单片机10的控制开关11和用于显示磁栅尺40的移动距离的显示屏12，其中显示屏12上设置有清零按钮，这类具有清零按钮的显示屏12为常规的显示屏，广泛应用于数显卡尺等各类电子量具中，可从市场上直接购买获得，此处不再详述。此外，控制开关11和显示屏12分别与单片机10电连接。

使用时，单片机10接收霍尔元件50发出的脉冲信号，单片机10内预设的程序(该程序为常规的程序)根据脉冲个数及脉冲间隔时间计算出磁栅尺相对滑轨的移动距离，并控制显示屏12将距离数值显示出来。具体在手术中，如图3和图4所示，将钻头71抵顶在待钻孔骨头表面，同时启动单片机10，并通过单片机10控制其中一个线圈绕组通电使其与对应的磁铁相互作用产生一个将磁栅尺40抵顶在钻孔部位旁的皮肤上的阻尼力。由于两个霍尔元件50在各磁铁41所形成的磁场中的相位差为nπ+π/2，其中n为位于两个霍尔元件50之间具有的完整的磁铁41的个数，在定位磁栅尺40并调整手工钻70的钻头位置的过程中，磁栅尺40会相对于滑轨30滑动，并通过霍尔元件50将磁栅尺40的位置变化信号发送给单片机10，进而通过单片机10确定霍尔元件50相对于磁栅尺40的移动距离和移动方向，也就确定了各线圈绕组相对于磁栅尺40的位置。需要说明的是，如果霍尔元件50只有一个，则单片机10只能通过位置变化信号计算获得磁栅尺40的移动距离，无法确定磁栅尺40的运动方向，由于两个霍尔元件50之间的相位差的存在，两个霍尔元件50发出的信号差是不同的，以此才能判断磁栅尺40的移动方向。假设磁栅尺40抵顶在钻孔部位旁的皮肤上时的状态如图3所示，同时假设第一线圈绕组61位于两个相邻的磁铁41之间，钻孔的方向为朝向如图4所示的左侧方向，即钻孔过程中，磁栅尺40固定不同，霍尔元件50和铁芯60将会相对于磁栅尺40向左移动，第一线圈绕组61左侧的第一个磁铁41朝向铁芯60一侧的磁极为N极，此时，通过单片机10让第一线圈绕组61通电，使其产生N极朝向磁栅尺40的磁场，该磁场会与第一线圈绕组61左侧的第一个磁铁41所产生的磁场相斥，进而产生一个作用在磁栅尺40上的向左的阻尼力，将磁栅尺40抵顶在钻孔部位旁的皮肤上。钻孔过程中，随着霍尔元件50和组铁芯60持续向左移动，如图5和图6所示，在某个时刻，霍尔元件50检测到第一线圈绕组61运动到与之前位于其1左侧的第一个磁铁41相对应的位置时，单片机10关闭第一线圈绕组61的电流，接通第二线圈绕组62的电流，使得第二线圈绕组62产生一个朝向磁栅尺40的磁极与此时位于该第二线圈绕组62左侧的磁铁41朝向铁芯60一侧的磁极相同的磁场，以此类推，确保磁栅尺40始终抵顶在钻孔部位旁的皮肤上。当钻孔结束时，通过单片机10让位于处于与其中一个磁铁41对应的线圈绕组通电并产生一个朝向磁栅尺40的磁极与对应的磁铁41朝向铁芯60的磁极相反的磁场，将磁栅尺40吸附住，确保磁栅尺40相对于滑轨30的位置保持不变，且磁栅尺40在滑动方向上的阻力为零，避免产生冲击现象，同时单片机10发出指令使显示器12显示最终钻孔深度并锁定数值在显示器12上。此外，在本实施例中，阻尼力的大小是通过单片机10控制对应的线圈绕组中电流的大小来实现的，具体电流大小的选择需要通过实验测试结果获得电流与力的对应关系来确定并预设在单片机10中，当然也可以通过设置与单片机10连接的调节开关来实现对阻尼力的调节。

利用本实施例的医疗钻具可以同时完成钻孔与测深，快速高效，并且可以实现准确测量孔洞的深度，减少了手术中医生手动测量的工作量。另外，可以实时查看钻头打入的深度，避免钻头打入过深，大大提高了手术的安全性。

上面结合附图对本发明做了详细的说明，但是本发明的实施方式并不仅限于上述实施方式，本领域技术人员根据现有技术可以对本发明做出各种变形，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种具有测深功能的医疗钻具，其特征在于，包括钻具本体以及分别安装在所述钻具本体上的钻头和测深组件，所述测深组件包括单片机、可拆卸的连接在所述钻具本体上的机壳、固定连接在所述机壳上的滑轨、滑动连接在所述滑轨上的磁栅尺以及用于控制所述磁栅尺的阻尼装置，所述磁栅尺和所述钻头相互平行布置，且所述磁栅尺在所述滑轨上的滑动方向与所述磁栅尺的长度方向相同，所述阻尼装置和所述单片机电连接，所述单片机和所述钻具本体上的电源或电源线电连接或者所述单片机上连接有电源；

所述磁栅尺上设置有多个沿所述磁栅尺的长度方向等间距布置的磁铁，所述磁铁的两极分别朝向所述磁栅尺的两侧，且相邻两个所述磁铁朝向同一侧的磁极互不相同；

所述阻尼装置包括分别位于所述磁栅尺的两侧的霍尔元件和铁芯，所述霍尔元件和所述铁芯都固定连接在所述滑轨或所述机壳上，所述铁芯上卷绕有一端朝向所述磁栅尺的第一线圈绕组和第二线圈绕组，所述第一线圈绕组和所述第二线圈绕组沿着所述磁栅尺的长度方向依次布置，所述霍尔元件、所述第一线圈绕组和所述第二线圈绕组分别与所述单片机电连接；

当其中一个所述线圈绕组的位置与其中一个所述磁铁的位置相对应时，另一个所述线圈绕组位于其中两个相邻的所述磁铁之间；

所述霍尔元件有两个，两个所述霍尔元件沿着所述磁栅尺的长度方向依次布置，且两个所述霍尔元件之间的间距大于相邻两个所述磁铁之间的间距且为相邻两个所述磁铁间距的非整数倍。

2.如权利要求1所述的具有测深功能的医疗钻具，其特征在于，所述磁铁镶嵌在所述磁栅尺上。

3.如权利要求1所述的具有测深功能的医疗钻具，其特征在于，所述磁栅尺上录制有沿着所述磁栅尺的长度方向等间距布置的磁栅信息，相邻两个所述磁栅信息所形成的磁场的磁极方向相反。

4.如权利要求1-3中任一权利要求所述的具有测深功能的医疗钻具，其特征在于，所述磁栅尺朝向钻孔方向的一端螺旋连接有触头，所述触头呈球形或者所述触头远离所述磁栅尺的一端呈半球形。

5.如权利要求1-3中任一权利要求所述的具有测深功能的医疗钻具，其特征在于，所述机壳的外侧设置有用于开启或关闭所述单片机的控制开关和用于显示所述磁栅尺的移动距离的显示屏，所述控制开关和所述显示屏分别与所述单片机电连接。

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