CN112914675B - 一种皮质骨加工用医用热管钻头及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种皮质骨加工用医用热管钻头，包括皮质骨加工钻头，皮质骨加工钻头包括钻头段、气密性装置以及热管换热段，钻头段位于皮质骨加工钻头的前端，用于钻削皮质骨，热管换热段前端与钻头段后端连接，热管换热段后端与气密性装置连接，气密性装置包括堵头、扇形密封圈、顶杆、弹簧、阀件以及端面密封圈，扇形密封圈固定安装在堵头上，当堵头旋转时，扇形密封圈能密封负压抽气孔或密封注液孔或同时密封负压抽气孔和注液孔，堵头能在外力的推动下前移，推动顶杆，使端面密封圈前移解除阀腔前端的密封。本发明解决了皮质骨钻削过程中温度过高引起的细胞损伤和手术失败，通过在钻头中设计出热管结构，达到预期的散热效果。

Description

一种皮质骨加工用医用热管钻头及其使用方法

技术领域

本发明涉及医疗器械的技术领域，尤其涉及一种皮质骨加工用医用热管钻头及其使用方法。

背景技术

随着科学技术的发展，医学领域的进步，对医用器械更加完美的需求随之生成。对于医用机械而言，产生大量的热量是机械切削加工中可能对被加工物体造成一定程度的不良影响以及可能对医用刀具的使用寿命等产生消极的作用，因此，若是能对切削加工过程中产生的热量进行迅速的散热，这将会对各种切削加工带来十分可观的积极影响。

在传统的切削加工中，用于散热的途径主要是通过物理的方法带走热量，如通过使用风扇降温、使用循环的液体回路带走热量以及使用切削液浇注冷却。这些方法在某种程度上能满足散热的需要，但是并不能适用在所有的切削加工之中，它们都有着其的不足。就使用切削液浇注散热而言，不仅对环境造成了一定程度的污染，而且还可能对人体造成一定的负面影响，有些切削液还不能重复使用，导致其成本也颇高。另外，在临床医学中的骨科手术中便有运用钻头对人类的骨骼进行加工，而制约在临床骨科手术中运用钻头对人类骨骼进行加工的主要问题是加工过程中产生的许多热量导致刀具切削部分的温度过高。而温度若超过47℃将会对人类骨骼造成不同程度的损伤，进而影响骨骼的康复。显然，若能降低切削时的温度，这将对于骨钻削手术有非常重要的意义。所以，绿色无污染、低成本的切削散热技术在未来的发展之中将会成为研究的主要方向。

基于上述问题，如何使医用器械在使用时降低温度，保证患者细胞减少损伤或者避免损伤，以及保证手术安全性和成功性。针对现存医用钻头不足和需求来进行改进，因此提出一种可以降低钻削温度，保证手术成功率，延长刀具寿命的热管钻头。

发明内容

本发明的目的是为了解决背景技术中提及的问题，提供一种能有效对钻头降温，同时节能环保的皮质骨加工用医用热管钻头及其使用方法。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种皮质骨加工用医用热管钻头，其中：包括皮质骨加工钻头，皮质骨加工钻头包括钻头段、气密性装置以及热管换热段，钻头段位于皮质骨加工钻头的前端，用于钻削皮质骨，热管换热段前端与钻头段后端连接，热管换热段后端与气密性装置连接，热管换热段内具有换热腔，换热腔前部为蒸发段，中部为绝热段，后部为冷凝段，蒸发段内填充有液态工作介质，皮质骨加工钻头的后端设置有轴向的气密装置安装孔，皮质骨加工钻头的后端还设置有负压抽气孔和注液孔，负压抽气孔和注液孔均一端与气密装置安装孔连通，另一端开口于皮质骨加工钻头外侧壁上，气密装置安装孔前端与换热腔后端连通，后端开口于皮质骨加工钻头的后端，气密性装置安装在气密装置安装孔中，气密性装置包括堵头、扇形密封圈、顶杆、弹簧、阀件以及端面密封圈，堵头通过摩擦力密封固定在气密装置安装孔中，堵头前端向前伸出一堵头杆，扇形密封圈固定安装在堵头上，当堵头旋转时，扇形密封圈能密封负压抽气孔或密封注液孔或同时密封负压抽气孔和注液孔，阀件位于堵头前方，阀件具有前后贯通的阀腔，阀件的外侧壁与气密装置安装孔密封配合，阀腔中安装弹簧，顶杆从阀腔中穿过，顶杆前端安装端面密封圈，后端与堵头杆顶接配合，弹簧一端与阀件固定连接，一端与顶杆固定连接，弹簧具有将顶杆向后拉的弹性势能，使得端面密封圈能密封阀腔的前端开口，堵头能在外力作用下前移，推动顶杆，使端面密封圈前移解除阀腔前端的密封。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的负压抽气孔和注液孔分别位于气密装置安装孔的左右两侧，扇形密封圈的扇形面大于180°，从而具有同时遮挡负压抽气孔和注液孔的功能。

上述的负压抽气孔和注液孔的孔道垂直于皮质骨加工钻头轴线，对称分布于皮质骨加工钻头上部。

上述的堵头与气密装置安装孔的壁面之间设置有第一密封圈，第一密封圈用于密封堵头与气密装置安装孔的壁面之间的间隙。

上述的阀件与气密装置安装孔的壁面之间设置有第二密封圈，第二密封圈用于密封阀件与气密装置安装孔的壁面之间的间隙。

上述的堵头的后端设置有螺口槽，螺口槽用于与外部的操作工具配合，以便调节堵头的位置。

上述的顶杆前后两端均设有加宽端头，以便于与堵头杆配合以及端面密封圈的安装。

一种皮质骨加工用医用热管钻头的使用方法，包括以下步骤：

步骤a、抽真空步骤：向前推动堵头，使堵头的堵头杆前移，推动顶杆，端面密封圈前移与阀件分离，转动堵头，使扇形密封圈转动至封堵注液孔，开通负压抽气孔的状态，换热腔经阀件与负压抽气孔连通，以负压发生器与负压抽气孔连接，对换热腔抽负压；

步骤b、注液步骤：转动堵头，使扇形密封圈转动至封堵负压抽气孔，开通注液孔的状态，换热腔经阀件与注液孔连通，将液态工作介质通过注液孔注入换热腔；

步骤c、封堵步骤：待向换热腔注入合适量的液态工作介质后，转动堵头，使扇形密封圈转动至同时封堵负压抽气孔和注液孔，然后向后移动堵头，使弹簧通过自身势能将顶杆向后拉，端面密封圈与阀件前端面密封贴合，端面密封圈与扇形密封圈形成二次密封，使换热腔内液态工作介质不会泄露；

步骤d、工作步骤：医用热管钻头工作时，产生的热量经由钻头前端热传导至热管换热段的蒸发段，位于蒸发段内部的液态工作介质吸收热量，由于管腔内部的高真空条件，工作介质吸收热量发生相变，气态的工作介质携带热量在内部压力差的驱动下到达冷凝段，在冷凝段释放热量并液化，液化的工作介质在重力和离心力的共同作用下回流至蒸发段，如此循环往复，实现医用热管钻头工作过程中持续不断的散热。

本发明具有以下优点：

1、本发明皮质骨加工用医用热管钻头通过旋转热管的冷凝解决了皮质骨钻削过程中温度过高引起的细胞损伤和手术失败，通过在钻头中设计出热管结构，达到预期的散热效果，进一步提高了手术成功率，具有绿色环保，保证患者身体细胞不受损伤、延长钻头寿命等优势。

2、本发明所设计的气密性装置结构新颖，本发明采用较少的结构，同时实现了热管的抽真空、注液、密封及二次密封等操作，结构简单、操作简便，同时该结构注液通道空间极小，可实现精确注液。

附图说明

图1为皮质骨加工用医用热管钻头整体图。

图2为皮质骨加工用医用热管钻头上端半剖面视图细节放大图，同时该图也是第一实施例中皮质骨加工用医用热管钻头抽真空工位视图；

图3为图2的A-A剖视图；

图4为第一实施例中皮质骨加工用医用热管钻头注液工位视图；

图5为图4的B-B剖视图；

图6为第一实施例中皮质骨加工用医用热管钻头密封工位视图；

图7为图6的C-C剖视图。

图8为第二实施例中皮质骨加工用医用热管钻头抽真空工位视图；

图9为第二实施例中皮质骨加工用医用热管钻头注液工位视图；

图10为第二实施例中皮质骨加工用医用热管钻头密封工位视图。

图中标记名称：钻头段1、气密性装置2、热管换热段3、蒸发段3a、绝热段3b、冷凝段3c、堵头4、堵头杆4a、螺口槽4b、第一密封圈5、扇形密封圈6、顶杆7、弹簧8、阀件9、第二密封圈10、端面密封圈11、安装孔12、负压抽气孔13、注液孔14。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

如图1-2所示，一种皮质骨加工用医用热管钻头主要包括：钻头段1、气密性装置2、热管换热段3等几个部分。热管换热段3位于钻头根部，靠近钻头前端的部位为热管的蒸发段3a，靠近钻头柄体顶端的部位为热管的冷凝段3c，位于蒸发段3a和冷凝段3c之间的部位为热管的绝热段3b。皮质骨加工钻头的后端设置有轴向的气密装置安装孔12，皮质骨加工钻头的后端还设置有负压抽气孔13和注液孔14，负压抽气孔13和注液孔14均一端与气密装置安装孔12连通，另一端开口于皮质骨加工钻头外侧壁上，气密装置安装孔12前端与换热腔后端连通，后端开口于皮质骨加工钻头的后端，气密性装置2安装在气密装置安装孔12中，气密性装置2包括堵头4、扇形密封圈6、顶杆7、弹簧8、阀件9以及端面密封圈11，堵头4通过摩擦力密封固定在气密装置安装孔12中，堵头4前端向前伸出一堵头杆4a，扇形密封圈6固定安装在堵头4上，堵头4能通过螺口槽4b进行调节，调节方式包括轴向移动和转动，当堵头4旋转时，扇形密封圈6能密封负压抽气孔13或密封注液孔14或同时密封负压抽气孔13和注液孔14，阀件9位于堵头4前方，阀件9具有前后贯通的阀腔，阀件9的外侧壁与气密装置安装孔12密封配合，阀腔中安装弹簧8，顶杆7从阀腔中穿过，顶杆7前端安装端面密封圈11，后端与堵头杆4a顶接配合，弹簧8一端与阀件9固定连接，一端与顶杆7固定连接，弹簧8具有将顶杆7向后拉的弹性势能，使得端面密封圈11能密封阀腔的前端开口，堵头4能在外力的推动下前移，推动顶杆7，使端面密封圈11前移解除阀腔前端的密封。

实施例中，负压抽气孔13和注液孔14分别位于气密装置安装孔12的左右两侧，扇形密封圈6的扇形面大于180°，从而具有同时遮挡负压抽气孔13和注液孔14的功能。

实施例中，负压抽气孔13和注液孔14的孔道垂直于皮质骨加工钻头轴线，对称分布于皮质骨加工钻头上部。

实施例中，堵头4与气密装置安装孔12的壁面之间设置有第一密封圈5，第一密封圈5用于密封堵头4与气密装置安装孔12的壁面之间的间隙。

实施例中，阀件9与气密装置安装孔12的壁面之间设置有第二密封圈10，第二密封圈10用于密封阀件9与气密装置安装孔12的壁面之间的间隙。

实施例中，顶杆7前后两端均设有加宽端头，以便于与堵头杆4a配合以及端面密封圈11的安装。

本发明的皮质骨加工用医用热管钻头的使用方法，包括以下步骤：

步骤a、抽真空步骤：向前推动堵头4，使堵头4的堵头杆4a前移，推动顶杆7，端面密封圈11前移与阀件9分离，转动堵头4，使扇形密封圈6转动至封堵注液孔14，开通负压抽气孔13的状态，换热腔经阀件9与负压抽气孔13连通，以负压发生器与负压抽气孔13连接，对换热腔抽负压；状态如图2-3所示；

步骤b、注液步骤：逆时针旋动堵头4约180°，使扇形密封圈6转动至封堵负压抽气孔13，开通注液孔14的状态，换热腔经阀件9与注液孔14连通，将液态工作介质通过注液孔14注入换热腔；状态如图4-5所示；

步骤c、封堵步骤：待向换热腔注入合适量的液态工作介质后，逆时针旋动堵头4约90°，使扇形密封圈6转动至同时封堵负压抽气孔13和注液孔14，然后向后移动堵头4，使弹簧8通过自身势能将顶杆7向后拉，端面密封圈11与阀件9前端面密封贴合，端面密封圈11与扇形密封圈6形成二次密封，使换热腔内液态工作介质不会泄露；状态如图-7所示；

步骤d、工作步骤：医用热管钻头工作时，钻削过程产生的热量经由钻头前端热传导至热管换热段3的蒸发段3a，位于蒸发段3a内部的液态工作介质吸收热量，由于管腔内部的高真空条件，工作介质吸收热量发生相变，气态的工作介质携带热量在内部压力差的驱动下到达冷凝段3c，在冷凝段3c释放热量并液化，液化的工作介质在重力和离心力的共同作用下回流至蒸发段3a，如此循环往复，实现医用热管钻头工作过程中持续不断的散热。

本发明设计了两种堵头4移动的实施例，

第一实施例如图2-7所示，气密装置安装孔12中设置有螺纹，而且螺纹的纹齿间距为特定尺寸，使堵头4转动到扇形密封圈6缺口与负压抽气孔13或注液孔14对齐时，端面密封圈11与阀腔的前端开口分离，堵头4转动到扇形密封圈6同时密封负压抽气孔13和注液孔14时，端面密封圈11与阀腔的前端开口闭合，螺口槽4b的形状为一字槽，当热管准备抽真空时，通过一字形槽旋动堵头4，堵头4前端推动堵头杆4a，使阀件9下端打开，此时扇形密封圈6缺口与负压抽气孔13连通，使负压抽气孔13与抽真空仪器连通，实现抽真空工序；当抽真空结束后，将堵头4逆时针旋转180°，堵头4上行，扇形密封圈6的缺口朝向右侧注液孔14，使热管管腔与注液仪器连通，实现注液工序；当抽真空及注液全部完成后，再次逆时针旋动堵头90°，堵头4向上移动，堵头杆4a上移，使得端面密封圈11正好与阀件9下端密封贴合，实现热管管腔的密封，同时，扇形密封圈6将密封负压抽气孔13和注液孔14堵住，实现二次密封，从而有效确保热管的密封性。

第二实施例如图8-10所示，

堵头4密封气密装置安装孔12中，堵头4与气密装置安装孔12内壁过盈配合，螺口槽4b的形状为槽底宽槽口浅的结构，以便外部工具卡入螺口槽4b中与堵头4固定，牵拉堵头4克服摩擦力，实现前后移动和转动，本实施例的堵头结构相比于第一实施例的堵头，移动方便，前后移动和转动较为简单。

本发明皮质骨加工用医用热管钻头通过旋转热管的冷凝解决了皮质骨钻削过程中温度过高引起的细胞损伤和手术失败，通过在钻头中设计出热管结构，达到预期的散热效果，进一步提高了手术成功率，具有绿色环保，保证患者身体细胞不受损伤等优势。本发明中所设计的气密性装置可同时实现抽真空、注液、密封及二次密封等操作，结构简单，操作简便。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种皮质骨加工用医用热管钻头，其特征是：包括皮质骨加工钻头，所述的皮质骨加工钻头包括钻头段(1)、气密性装置(2)以及热管换热段(3)，所述的钻头段(1)位于皮质骨加工钻头的前端，用于钻削皮质骨，所述的热管换热段(3)前端与钻头段(1)后端连接，热管换热段(3)后端与气密性装置(2)连接，所述的热管换热段(3)内具有换热腔，换热腔前部为蒸发段(3a)，中部为绝热段(3b)，后部为冷凝段(3c)，所述的蒸发段(3a)内填充有液态工作介质，所述的皮质骨加工钻头的后端设置有轴向的气密装置安装孔(12)，皮质骨加工钻头的后端还设置有负压抽气孔(13)和注液孔(14)，所述的负压抽气孔(13)和注液孔(14)均一端与气密装置安装孔(12)连通，另一端开口于皮质骨加工钻头外侧壁上，所述的气密装置安装孔(12)前端与换热腔后端连通，后端开口于皮质骨加工钻头的后端，气密性装置(2)安装在气密装置安装孔(12)中，所述的气密性装置(2)包括堵头(4)、扇形密封圈(6)、顶杆(7)、弹簧(8)、阀件(9)以及端面密封圈(11)，所述的堵头(4)密封安装在气密装置安装孔(12)中，所述的堵头(4)前端向前伸出一堵头杆(4a)，所述的扇形密封圈(6)固定安装在堵头(4)上，当堵头(4)旋转时，扇形密封圈(6)能密封负压抽气孔(13)或密封注液孔(14)或同时密封负压抽气孔(13)和注液孔(14)，所述的阀件(9)位于堵头(4)前方，阀件(9)具有前后贯通的阀腔，阀件(9)的外侧壁与气密装置安装孔(12)密封配合，所述的阀腔中安装弹簧(8)，顶杆(7)从阀腔中穿过，顶杆(7)前端安装端面密封圈(11)，后端与堵头杆(4a)顶接配合，所述的弹簧(8)一端与阀件(9)固定连接，一端与顶杆(7)固定连接，弹簧(8)具有将顶杆(7)向后拉的弹性势能，使得端面密封圈(11)能密封阀腔的前端开口，所述的堵头(4)能在外力作用下前移，推动顶杆(7)，使端面密封圈(11)前移解除阀腔前端的密封；所述的负压抽气孔(13)和注液孔(14)分别位于气密装置安装孔(12)的左右两侧，所述的扇形密封圈(6)的扇形面大于180°，从而具有同时遮挡负压抽气孔(13)和注液孔(14)的功能。

2.根据权利要求1所述的一种皮质骨加工用医用热管钻头，其特征是：所述的负压抽气孔(13)和注液孔(14)的孔道垂直于皮质骨加工钻头轴线，对称分布于皮质骨加工钻头上部。

3.根据权利要求2所述的一种皮质骨加工用医用热管钻头，其特征是：所述的堵头(4)与气密装置安装孔(12)的壁面之间设置有第一密封圈(5)，所述的第一密封圈(5)用于密封堵头(4)与气密装置安装孔(12)的壁面之间的间隙。

4.根据权利要求3所述的一种皮质骨加工用医用热管钻头，其特征是：所述的阀件(9)与气密装置安装孔(12)的壁面之间设置有第二密封圈(10)，所述的第二密封圈(10)用于密封阀件(9)与气密装置安装孔(12)的壁面之间的间隙。

5.根据权利要求4所述的一种皮质骨加工用医用热管钻头，其特征是：所述的堵头(4)的后端设置有螺口槽(4b)，所述的螺口槽(4b)用于与外部的操作工具配合，以便调节堵头(4)的位置。

6.根据权利要求5所述的一种皮质骨加工用医用热管钻头，其特征是：所述的顶杆(7)前后两端均设有加宽端头，以便于与堵头杆(4a)配合以及端面密封圈(11)的安装。

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