CN117481840A - 一种悬臂式全自动口腔植牙开孔设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种悬臂式全自动口腔植牙开孔设备,钻头的上端面形成压钻面,压钻面和配置腔的内壁之间形成进液空间,壳体的壳壁开设有与进液孔连通的充液孔;钻头内开设有连通进液空间和出钻口的冷却液通道,出钻口的侧壁开设有连通出钻口的排液孔;第一检测单元安装于第一储液罐,以检测第一储液罐内的正压压力及实时温度;第二检测单元安装于第二储液罐,以检测第二储液罐内的负压压力、实时温度及实时浑浊度;负压模块包括真空泵及负压储液瓶,且真空泵、负压储液瓶、第二储液罐以及排液孔依次通过管路连接;正压模块包括高压泵及流量调节阀,且高压泵的输入端连通冷却水源,输出端通过管路依次连接流量调节阀、第一储液罐及充液孔。
Description
技术领域
本发明属于生物医用器械技术领域,尤其涉及一种悬臂式全自动口腔植牙开孔设备及方法。
背景技术
在种植牙的手术中,开植牙孔是种植牙的过程中最为基础和至关重要的一个操作。
传统植牙开孔设备均对病患的开口度有较高的要求,如病患开口度小于27mm会严重影响传统植牙开孔设备的操作,尤其是在开口度较小的患者口腔牙科种植时尤为突出。因口腔内空间狭小,且植牙时开孔直径在3mm-6mm之间、深度均在12mm-20mm之间,所以当牙科医师在开植牙孔时钻头加牙科手机的总长度一般都超过27mm以上,加之口腔内空间狭小、病患开口度有限造成植牙孔无法一次成型,需经过多次扩孔完成。进而会造成植牙孔开孔偏、斜、废孔等,导致种植体的安装不到位甚至无法安装的情况。更有甚者会造成传统设备无法放入病患口腔内的尴尬现象。
加之传统设备所采用的冷却式(外冷却式)钻头均为医师控制钻头压力,极易产生钻孔所产生的热量与内冷钻头(外冷喷头)喷射冷却液不匹配的问题,即使内冷却孔是在钻头顶端穿出,且冷却液直接喷射到切削面,但是由于压钻力较大时所产生的钻头切削热量远大于冷却液所能带走的热量,所以还是极易造成钻孔位置骨组织及其周围骨组织的死亡。
而且牙科医生开孔是完全凭借经验控制手部施加给牙科手机的力度控制开孔,如果稍微把握不好进给力度,极易造成钻孔慢甚至周围骨组织的死亡,影响植牙效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种集植牙开孔钻头驱动、全自动压钻、创新冷却、智能排屑、钻孔深度预设定、一次性植牙孔成型、自动退钻以及符合高效冷却液给进方式,通过此设备实现全自动口腔植牙开孔的整个过程,有效的解决在口腔内的钻孔成功率、大幅降低植牙钻孔操作难度及减少对骨组织及及其周围组织的伤害,大幅提升了植牙开孔的治疗效率和效果。同时,极大的降低植牙开孔的技术门槛和操作难度,使无任何经验的普通医护人员经过20-30分钟的培训即可轻松掌握整个操作过程,同时可保证近百分之百的植牙孔开孔成功率。
一方面,本发明提供一种悬臂式全自动口腔植牙开孔设备,包括台车单元以及通过悬臂组件安装于台车单元一侧的驱动模块,驱动模块远离台车单元的一侧通过软轴单元安装有骨钻模块;
骨钻模块配置有钻头,驱动模块通过软轴单元传动连接钻头;
其中,骨钻模块还包括壳体和传动元件,壳体内部开设有配置腔,壳体的下端设有连通配置腔的出钻口,钻头安装于配置腔内,传动元件带动钻头在配置腔内转动,钻头能够在配置腔内移动并能够伸出出钻口;
钻头的上端面形成压钻面,压钻面和配置腔的内壁之间形成进液空间,壳体的壳壁开设有与进液孔连通的充液孔;
钻头内开设有连通进液空间和出钻口的冷却液通道,出钻口的侧壁开设有连通出钻口的排液孔;
配置腔内设置有霍尔传感器;
驱动模块包括安装于驱动盒内部的第一储液罐以及第二储液罐,第一检测单元安装于第一储液罐,以检测第一储液罐内的正压压力及实时温度;
第二检测单元安装于第二储液罐,以检测第二储液罐内的负压压力、实时温度及实时浑浊度;
台车单元内安装有负压模块及正压模块;
其中,负压模块包括真空泵及负压储液瓶,且真空泵、负压储液瓶、第二储液罐以及排液孔依次通过管路连接;
正压模块包括高压泵及流量调节阀,且高压泵的输入端连通冷却水源,输出端通过管路依次连接流量调节阀、第一储液罐及充液孔。
另一方面,本发明还提供一种植牙开孔方法,使用上述的设备,包括如下步骤:
S1、器械及材料准备:
根据病患情况准备好个性化定制钻头、对应型号的壳体、传动元件、软轴单元附件并消毒以待使用;将6-8袋低温生理盐水挂至指定挂钩处固定,并将集液器上的针头刺入对应低温生理盐水容器的接口内;
S2、口腔内模块组装:
将钻头与对应尺寸硅胶圈组合后安装至轴套内,并将组合体及其附件一同安装至壳体内,再将霍尔传感器安装至壳体内;然后将传动部及其附件装入壳体的指定安装位内,至此骨钻模块组装完成;将软轴从右往左插入软轴外套内,将探出软轴外套的远端一字接头插入骨钻一字孔内;最后,将全新组合的驱动软轴模块与个人定制专用口腔钻孔定位全包牙套组合,成为口腔内置定位开孔整体装置;
S3、骨钻模块放置口腔内并接入钻驱驱动模块:
将口腔内置定位开孔整体装置安放至口腔内需开孔侧,由个人定制专用口腔钻孔定位全包牙套实现开孔位置的精准定位;将驱动模块移动至病患口腔附近,调整病患头位或驱动模块位置,将探出口外的近端一字接头插入驱动模块对应安装位,关闭并锁紧软轴固定门,并将正压接口、负压接口及检测电路接口插入骨钻模块对应的快拆接口,实现口腔内置定位开孔整体装置与驱动模块连接组合;
S4、设备启动运行至提示已完成:
待触屏显示器对应区域提示组装完成,并且自检通过并亮绿灯提示后,医护人员即可点击触屏显示器的“启动”按键,或踩脚踏开关上对应的“启动”按键后设备即可启动植牙开孔步骤,直至一个完整植牙孔开孔过程完成;
S5、口腔内取出骨钻模块;
按下触屏显示器的“停止”按键,打开软轴固定门,断开口腔内置定位开孔整体装置与驱动模块的连接,断开正压接口、负压接口及检测电路接口与骨钻模块的连接,将口腔内置定位开孔整体装置从病患口中取出;
S6、接入清洗管路运行内部清洁:
将清洗管路接入骨钻模块对应管路接口上,点击触屏显示器上的“清洁”按键,启动清洁程序,清洁程序运行30秒后结束设备清洁过程;
S7、设备关机
如无后续植牙开孔,点击触屏显示器上的“关机”按键,设备完成自动关机,等待下次开机运行。
本发明的有益效果是:
(1)与现有植牙开孔技术相比,本发明的全自动口腔植牙开孔设备可适用于几乎任何开口度的口腔植牙钻孔环境。
(2)通过特殊设计的外形、动力传动方式、压钻、钻孔、冷却、进排液实时监测、排屑方式、自动感知钻孔过程有效的解决了传统植牙开孔在实际应用中存在的各种弊端,如开口度影响植牙钻孔角度、开口度影响植牙钻孔孔型异常、排屑困难、狭小空间需多次扩孔、操作人员因素引起的钻孔温度过高、操作人员因素引起的操作失误等各种常见弊端。
(3)本发明的全自动口腔植牙开孔设备经实验验证,可以较好的替代传统牙科手机动力系统及传统植牙开孔过程中存在的各类弊端,可根据使用环境更换不同附件从而实现传统牙科植牙手机动力系统无法比拟的效果。
(4)大幅降低操作难度、完全杜绝因钻头温度过高损伤周围组织、杜绝狭小空间内多次扩孔、杜绝植牙开孔歪斜、解决钻孔过程中反复排屑烦恼的情况、实现全自动完成植牙钻孔的整个过程,从而能大幅提高植牙钻孔成功率、有效减少病患痛苦,大幅降低医疗成本。
(5)本发明的开孔方法,整个工作过程实现全自动化操作,无需人员干预,本实施方式为全密闭运行,可实现全自动运行、程序实时监控运行状态及各运行参数、并保证在口腔内植牙开孔,一次成型,有效的避免骨质因高温坏死及多次扩孔引起的钻孔失败;且实现骨钻冷钻孔与废液闭环回收,且参数实时监控,安全、可靠、快速、高效、简便、易操作、并有效的避免交叉感染。
附图说明
图1为悬臂式全自动口腔植牙开孔设备整体结构图;
图2为图1中A处局部放大图;
图3为骨钻模块整体结构图;
图4为骨钻模块整体剖视图一;
图5为骨钻模块整体剖视图二;
图6为轴套整体结构图;
图7为钻头整体结构图;
图8为软轴单元结构图;
图9为驱动模块整体结构图;
图10为台车单元整体结构图;
图11为图10中B处局部放大图;
图12为台车单元内部结构图一;
图13为台车单元内部结构图二;
图14为台车单元内部结构图三。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
如图1-14所示,本实施方式提供一种悬臂式全自动口腔植牙开孔设备,包括台车单元100以及通过悬臂组件200安装于台车单元100一侧的驱动模块300,驱动模块300远离台车单元100的一侧通过软轴单元400安装有骨钻模块500。其中,台车单元100作为设备整体的安装基础,其底部可以配置行走轮,以便设备整体转移位置;骨钻模块500作为设备的执行机构,其配置有钻头510,以便执行对于牙齿的开孔;驱动模块300通过软轴单元400传动连接钻头510,以驱动钻头510高速旋转;通过悬臂组件200可以大幅粗调骨钻模块500的工作位置,通过软轴单元400可以小幅精调骨钻模块500的工作位置。
骨钻模块500为开孔做工部分,其内部安装有定制长度、形状的钻头510。具体的,骨钻模块500还包括壳体520和传动元件530,壳体520内部开设有配置腔521,壳体520的下端设有连通配置腔521的出钻口522,钻头510安装于配置腔521内,传动元件530带动钻头510在配置腔521内转动;其中,钻头510能够在配置腔521内移动并能够伸出出钻口522,从而,钻头510能够周向转动,同时在轴向上移动,以在牙上进行钻孔。
钻头510的上端面形成压钻面511,压钻面511和配置腔521的内壁之间形成进液空间512,配置腔521的腔壁开设有与进液空间512连通的进液孔523,壳体520的壳壁开设有与进液孔523连通的充液孔524,钻头510内开设有连通进液空间512和出钻口522的冷却液通道513,出钻口522的侧壁开设有连通出钻口522的排液孔525。
由此,冷却液依次经过充液孔524、进液孔523进入进液空间512,以对钻头510的压钻面511施加压力,从而推动钻头510在配置腔521内轴向移动,并推动钻头510伸出出钻口522。同时,进入进液空间512的冷却液能够流入钻头510的冷却液通道513,以对钻头510降温,防止骨质因高温坏死,并且冷却液能够冲刷骨屑,便于对骨屑清理。排液孔525连接外部负压管路,以使排液孔525处形成负压,在负压的作用下,冷却液和骨屑能够由排液孔525排出。钻孔工作完成后,可以在充液孔524连通负压管路,使壳体520内部形成负压环境,以将钻头510吸回,便于钻头510回到初始位置。
本实施方式中,传动元件530包括轴套531以及设置于轴套531一侧的传动部532,轴套531可转动地安装于配置腔521内,且其内部设置有贯通的安装孔533,钻头510可滑动地安装于安装孔533内,传动部532能够带动轴套531转动以使钻头510转动,且钻头510能够在液压的作用下安装孔533内轴向移动。
具体而言,安装孔533的内壁开设有轴向延伸的限位槽534,钻头510的外侧设置有与限位槽534相匹配的限位凸棱514,从而,限位槽534能够引导钻头510在安装孔533内轴向移动,并且能够限制钻头510相对轴套531的旋转自由度。轴套531的外周设置有被动锥齿轮535,壳体520开设有与配置腔521连通的驱动孔526,传动部532由驱动孔526伸入配置腔521,其前端配置为主动锥齿轮536并与被动锥齿轮535啮合,从而,主动锥齿轮536能够连接软轴单元400,软轴单元400驱动主动锥齿轮536转动,进而通过被动锥齿轮535使轴套531周向转动。
配置腔521内还设置有霍尔传感器540,以便在正式开孔工作前检测骨钻模块500的运行状况。
软轴单元400的作用为将动力由驱动模块300传递至骨钻模块500。具体的,软轴单元400包括软轴410以及包覆于软轴410外侧的软轴外套420,软轴410远离驱动模块300的一端设置有远端一字接头411,传动部532远离轴套531的一端开设有与远端一字接头411相匹配的骨钻一字孔537,以便软轴410将动力传递给传动部532。
驱动模块300配置有扭力监测直流电机310以产生驱动钻头510做工的旋转力并检测钻头510的扭力,配置有检测钻头510转速的动力传输组件320,配置有控制冷却液导通的电磁阀(未示出),配置有检测冷却液的动态压力变化及实时温度变化情况的第一检测单元330,配置有检测排液管路负压情况、排液管路温度实时变化情况、排液浑浊度的第二检测单元340。
具体而言,驱动模块300包括驱动盒350,且扭力监测直流电机310以及动力传输组件320安装于驱动盒350,扭力监测直流电机310的输出端与动力传输组件320的输入端传动连接,动力传输组件320的输出端与软轴410的输入端传动连接。较佳的,动力传输组件320的输出端贯穿而出驱动盒350,且开设有驱动一字孔321,软轴410靠近驱动模块300的一端设置有与驱动一字孔321相匹配的近端一字接头412,以便动力传输组件320将动力传递给软轴410;驱动盒350靠近软轴单元400的一侧还设置有软轴固定门353,以便其关闭时能够锁紧软轴单元400,实现软轴单元400与驱动模块300的连接组合;驱动盒350靠近骨钻模块500的侧壁设置有检测电路接口354,以便和骨钻模块500连接,对骨钻模块500的运行情况进行检测。
驱动模块300还包括安装于驱动盒350内部的第一储液罐331以及第二储液罐341,第一检测单元330安装于第一储液罐331,以检测第一储液罐331内的正压压力及实时温度;第二检测单元340安装于第二储液罐341,以检测第二储液罐341内的负压压力、实时温度及实时浑浊度。
第一储液罐331具有第一进液口332以及第一出液口333,且第一出液口333连通充液孔524,以将第一储液罐331内的正压冷却液送入骨钻模块500;第二储液罐341具有第二进液口342以及第二出液口343,且第二进液口342连通排液孔525,以将骨钻模块500内的负压冷却液吸入第二储液罐341。较佳的,驱动盒350靠近骨钻模块500的侧壁设置有正压接口351以及负压接口352,且正压接口351以及负压接口352分别与充液孔524以及排液孔525连通,其中,第一出液口333通过第一盒内管道(未示出)连通正压接口351,第一电磁阀设置于第一盒内管道,以控制正压冷却液的导通;第二进液口342通过第二盒内管道(未示出)连通负压接口352,第二电磁阀设置于第二盒内管道,以控制负压冷却液的导通。
悬臂组件200为驱动模块300与台车单元100的支撑、连接部分。具体的,其包括两节以上的带锁紧装置210的万向活动悬臂220,万向活动悬臂220内穿行的钻驱驱动模块电路和内部管路。
台车单元100为悬臂组件200、负压模块600及正压模块700等的安装载体,其包括台车框架110以及包覆于台车框架110外的台车外壳120,负压模块600及正压模块700均安装于台车框架110。
负压模块600为在无外部负压动力时为设备提供骨钻时所需负压吸引力,其包括真空泵610、负压储液瓶620及其配套管路,负压储液瓶620为存储通过负压吸引出的冷却及冲屑做工后的废液,其可以设置为多个。具体而言,负压储液瓶620包括瓶身621以及用于封闭瓶身621的瓶盖622,瓶盖622上密封插设有第一负压管630和第二负压管640,其中,第一负压管630与真空泵610连通,第二负压管640贯穿而出台车外壳120,与第二储液罐341的第二出液口343连通。
正压模块700为将低温生理盐水加压至所需高压生理盐水的加压部分,其包括高压泵710、流量调节阀720及其配套管路,无级流量调节阀720的作用为调节冷却液实时动态压力及流量,其包括驱动电机721及连续调节阀722。具体而言,高压泵710的输入端连通冷却水源,输出端通过第一正压管730连通连续调节阀722的输入端,连续调节阀722的输出端通过第二正压管740连通第一储液罐331的第一进液口332。优选的,医用高压泵710设有可调监测泄压旁路,可将泄压后的液体重新回流至医用高压泵710的进液口。
进一步的,冷却水源为若干低温生理盐水容器(未示出)内部的低温生理盐水,且低温生理盐水通过集液器750混流并接入高压泵710内。具体的,台车外壳120的外侧通过挂杆760设置有若干挂钩761,以接纳低温生理盐水容器,集液器750设置于台车外壳120的外侧,且位于挂钩761的下方,集液器750的输出端通过第三正压管770连接高压泵710的输入端。
本实施方式中,台车单元100的上端还安装有触屏显示器800,触屏显示器800为触屏操作设备设置、启动、暂停、急停、关机,显示设备运行模拟、信息提示、报警信息显示。
台车单元100的一侧还设置有脚踏开关900,脚踏开关900为除触屏显示器800外的另一套操控模块,负责设备启动、暂停、急停的冗余操作模块。优选的,脚踏开关900为不少于三个功能按键设计。
可以理解的是,悬臂式全自动口腔植牙开孔设备还具有控制电路模块为:设备的供电、控制、检查、报警处理电路板及配套电路。其包含:电源部分、控制PCB板、检查模块、报警模块及其配套电路。
本实施方式还提供了使用悬臂式全自动口腔植牙开孔设备的开孔方法,包括如下步骤:
S1、器械及材料准备:
根据病患情况准备好个性化定制钻头510、对应型号的壳体520、传动元件530、软轴单元400等附件并消毒以待使用;将6-8袋低温生理盐水(4摄氏度生理盐水)挂至指定挂钩761处固定,并将集液器750上的针头刺入对应低温生理盐水容器的接口内。
S2、口腔内模块组装:
将个性化定制钻头510与对应尺寸硅胶圈组合后安装至轴套531内,确保个性化定制钻头510与轴套531具有较高的同轴度的同时保证个性化定制钻头510外径与轴套531内径具有较高的密封性,并将组合体及其附件一同安装至壳体520内,再将霍尔传感器540安装至壳体520内,使用专用压台压紧压板并将固定销安装到位;然后将传动部532及其附件装入壳体520的指定安装位内,至此骨钻模块500组装完成;将软轴410从右往左插入软轴外套420内,将探出软轴外套420的远端一字接头411插入骨钻一字孔537内,并将骨钻一字孔537上的4颗紧固螺栓拧紧组合为驱动软轴模块;最后,将全新组合的驱动软轴模块与个人定制专用口腔钻孔定位全包牙套组合,成为口腔内置定位开孔整体装置。
S3、骨钻模块放置口腔内并接入钻驱驱动模块:
将口腔内置定位开孔整体装置安放至口腔内需开孔侧,由个人定制专用口腔钻孔定位全包牙套实现开孔位置的精准定位。此时病患只需咬住口腔内置定位开孔整体装置即可实现开孔位置精准定位及固定,杜绝传统口腔颌骨开植牙孔时病患长时间“张大嘴”的弊端,病患不易过度劳累、体验较好、依从性较好。将驱动模块300移动至病患口腔附近,调整病患头位或驱动模块300位置,将探出口外的近端一字接头412插入驱动模块300对应安装位,关闭并锁紧软轴固定门353,并将正压接口351、负压接口352及检测电路接口354插入骨钻模块500对应的快拆接口,实现口腔内置定位开孔整体装置与驱动模块300连接组合。
S4、设备启动运行至提示已完成:
待触屏显示器800对应区域提示组装完成,并且自检通过并亮绿灯提示后,医护人员即可点击触屏显示器800的“启动”按键,或踩脚踏开关900上对应的“启动”按键后设备即可启动植牙开孔步骤。
其中,设备内部运行步骤如下:
S41、将口腔内置定位开孔整体装置与驱动模块300连接并将正压接口351、负压接口352及检测电路接口354插入骨钻模块500对应的快拆接口连接完毕后,设备启动内部自检程序,检测霍尔传感器540是否连通,正压接口351及负压接口352安装限位是否导通,直流电机310进行10转/分钟运行2秒根据运行驱动电流大小判断软轴410是否连接;待全部检测通过后触屏显示器800对应区域提示组装完成、自检通过并亮绿灯,屏幕“启动”按键处于可操作状态。
S42、点击触屏显示器800的“启动”按键,或踩脚踏开关900上对应的“启动”按键后设备开始运行。
S43、真空泵610首先通电运行,产生负压通过第一负压管630及水气分离器直通负压储液瓶620,将负压储液瓶620内快速抽为相对负压真空状态,使其与外部大气压产生特定的负压真空值并一直保持此真空压力值;负压储液瓶620瓶口第二负压管640连接驱动模块300内第二储液罐341的第二出液口343,第二储液罐341的第二检测单元340实时监测当前实时负压值并实时回传至控制系统,控制系统根据第二检测单元340反馈的实时监测负压值控制真空泵610实时运行效率;第二储液罐341内负压通过负压接口352及其管路将负压传递至骨钻模块500内部排屑管路,对个性化定制钻头510做工面处产生负压吸引力,为随时负压吸引冷却液、废液做好准备;然后驱动电机721启动运行并带动直连的连续调节阀722关闭冷却主管路,待连续调节阀722处于完全关闭后医用高压泵710通电运行。
S44、医用高压泵710通电运行将低温生理盐水通过与医用高压泵710相连接的集液器750吸入医用高压泵710并进行加压后输出(医用高压泵710最高可产生4Mpa的高压,并可通过控制系统对其进行实时运行效率控制,从而确保控制实时出液压力的目的,并且医用高压泵710设有可调监测泄压旁路,可将泄压后的液体重新回流至医用高压泵710的进液口);医用高压泵710通电后待可调监测泄压旁路监测到当前压力值已达0.5Mpa时,驱动电机721得到控制信号启动运行并带动直连的连续调节阀722打开特定微量角度,使加压后的低温生理盐水通过医用高压泵710、流量调节阀720、第二正压管740流至第一储液罐331内,对低温生理盐水管路进行预充注;第一储液罐331的第一检测单元330监测到压力到+0.01MPa后,控制系统控制驱动电机721反向启动运行并带动直连的连续调节阀722关闭,从而完成高压管路预充。
S45、直流电机310通入电压,开始低速运行(300转/分),控制系统实时监测直流电机310输出扭矩并在触屏显示器800的指定区域内显示实时动态扭矩。
S46、驱动电机721接到控制系统动作信号后带动连续调节阀722逐步缓慢打开,加压后的低温生理盐水经过连续调节阀722及第二正压管740流至第一储液罐331内,通过第一储液罐331安装的第一检测单元330感知当前压力值(初始值为+0.01MPa);同时第一储液罐331后端的第一电磁阀通电打开,接通第一储液罐331与骨钻模块500的液体传输管路。
S47、加压低温生理盐水从第一储液罐331内流出后经过第一电磁阀及相应输液管路流入骨钻模块500内的进液空间512中,对个性化定制钻头510施加下压力,促使个性化定制钻头510产生一个向下运动的力(压向需钻孔面的力);并通过个性化定制钻头510中心的冷却液通道513直接喷射到个性化定制钻头510的切削刃处,开始降温并冲洗骨屑。
S48、循环往复检测运行:
运行过程中控制系统对直流电机310实时输出扭矩值的变化进行实时监测,并根据直流电机310实时输出扭矩值的波动进行动态低温生理盐水压力值及直流电机310实时转速的联合动态调节:
S48a、直流电机310输出实时扭矩值波动最大未超过当前扭矩值得+130%或直流电机310驱动电流波动未超+125%或直流电机310驱动电压波动未超+115%,则直流电机310的转速10秒钟由初始的300转/分逐步加速至2500转/分;
S48b、直流电机310输出实时扭矩值波动超过当前扭矩值得+150%或直流电机310驱动电流波动超+140%或直流电机310驱动电压波动超+130%,控制系统控制驱动电机721动作带动连续调节阀722逐步缓慢减小开度,第一储液罐331安装的第一检测单元330实时监测当前压力值减小(最小可降低至压力值为0.01MPa),同时个性化定制钻头510施加下压力减小;并且控制系统同时监测直流电机310输出实时扭矩值波动是否还超过当前扭矩值得+150%或直流电机310驱动电流波动超+140%或直流电机310驱动电压波动超+130%;
S48c、若直流电机310输出实时扭矩值波动回落到当前扭矩值未超+130%或直流电机310驱动电流波动未超+125%或直流电机310驱动电压波动未超+115%,则进入S48a循环;
若直流电机310输出实时扭矩值波动的最大值仍超过当前扭矩值得+150%或直流电机310驱动电流波动超+140%或直流电机310驱动电压波动超+130%则进入S48b循环,直至第一储液罐331安装的第一检测单元330实时监测当前压力值减小为0.01Mpa,直流电机310输出实时扭矩值波动的最大值仍超过当前扭矩值得+150%或直流电机310驱动电流波动超+140%或直流电机310驱动电压波动超+130%,则控制系统控制直流电机310停转、驱动电机721带动连续调节阀722完全关闭、医用高压泵710停止工作、真空泵610延迟10秒钟关闭、触屏显示器800的指定区域内红色图标提示运行异常、声、光报警提示;此时需医护人员介入,按下急停按键,拆卸骨钻模块500、驱动模块300检查故障并排除后重新组装,并重新返回按照S1进行操作。
S49、待直流电机310实时转速升至2500转/分后,控制系统实时监测第一储液罐331实时监测压力数值,控制系统控制驱动电机721带动连续调节阀722微量增大开度,确保第一储液罐331实时监测压力数值以+0.005Mpa的最小步进量递进增大,最大压力值一般不会超过后+0.5Mpa(根据前期患者的口腔CT图片判断,医生可自定义最大压力,最大压力硬上限值为:1Mpa,最大压力软上限值为:0.5Mpa);实时监测直流电机310驱动电压、驱动电流及实时动态扭矩动态变化情况,并根据实时监测的第一储液罐331内实时监测压力数值、直流电机310驱动电压、直流电机310驱动电流及直流电机310实时动态扭矩数值,对驱动电机721带动控制的连续调节阀722将阀门开度大、小进行实时动态微量调节:
S49a、若直流电机310运转阻力增大后,为避免直流电机310转速降低、为维持该转速驱动电流持续增大超140%或维持该转速驱动电压持续升高超125%时,则驱动电机721得到控制信号带动直连的连续调节阀722将阀门开度缓慢减小,以减少低温生理盐水的输出流量,第一储液罐331实时监测压力数值缓慢减小,从而降低生理盐水对个性化定制钻头510所施加的压钻力;
S49b、待压钻力减小后钻头510切削刃钻切骨质变薄,钻削阻力减小,逐级反馈至直流电机310后,直流电机310运转阻力减小;驱动电流持续降低至该转速所需基准参考电流±20%、驱动电压持续回落后至该转速所需基准电压参考电压±10%;
S49c、驱动电机721得到控制信号带动直连的连续调节阀722将阀门开度缓慢增大,加大低温生理盐水的输出流量,第一储液罐331实时监测压力数值缓慢增大,从而加大低温生理盐水对个性化定制钻头510所施加的压钻力,压钻力加大后钻头510每转一圈就行切削出更多骨屑,从而促使植牙孔尽快钻孔完成;
S49d、依次往复循环动态控制直流电机310的驱动电路及直流电机310驱动电压和驱动电机721带动控制的连续调节阀722将阀门开度大、小的运行达到安全、快速的植牙孔开孔动作完成。
S410、若突遇直流电机310驱动电压快速升高+150%以上或直流电机310驱动电流快速升高+170%以上或直流电机310实时动态扭矩快速升高+170%以上且直流电机310转速极具下降30%以上的情况,则驱动电机721接到控制系统动作信号后带动连续调节阀722快速关闭到最小打开量,第一储液罐331实时监测压力数值变化动态(压力快速降低直至0.01Mpa);此时控制系统实时检查直流电机310驱动电压、直流电机310驱动电流是否快速下降至正常波动数值范围及直流电机310实时动态扭矩值是否快速降低正常波动数值范围,直流电机310转速恢复到设定转速:
S410a、若直流电机310驱动电压快速下降至正常参考数值±10%以内或直流电机310驱动电流快速下降至正常参考±20%以内及直流电机310实时动态扭矩值快速降低正常参考数值的±15%以内,并且直流电机310转速恢复到设定转速范围区间后,则驱动电机721接到控制系统动作信号后带动连续调节阀722再逐步加大阀门开度,增大低温生理盐水流入第一储液罐331流速及流量,第一储液罐331实时监测压力数值缓慢升高,进入运行S48的往复循环检测运行过程中;
S410b、若直流电机310驱动电压持续升高超过+50%或直流电机310驱动电流持续升高超+70%或直流电机310实时动态扭矩持续升高超+80%且直流电机310转速还持续快速下降,则直流电机310转速将至300转/分,驱动电机721带动连续调节阀722处于微打开状态,第一储液罐331实时监测压力数值维持在较低压力状态(压力低于0.02Mpa,高于0.01Mpa);控制系统实时监测直流电机310转速稳定后直流电机310驱动电压、驱动电流降正常数值波动范围内及实时动态扭矩也降至正常值,驱动电机721微动作带动连续调节阀722微量慢速打开,第一储液罐331实时监测压力数值缓慢增加(压力以0.005Mpa缓慢增加),并进入S48的循环往复检测运行过程中。
S411、待直流电机310驱动电压快速降低85%或驱动电流快速降低75%并稳定及直流电机310实时动态扭矩也快速降45%、直流电机310转速恒定10秒钟后无波动后,驱动电机721微动作带动连续调节阀722保持开度不变,保持加压低温生理盐水持续输出,冲洗内部残留骨屑。
S412、待驱动模块300内部第二检测单元340检测浑浊度数值达到正常数值后(或加压低温生理盐水持续输出10-15秒钟),直流电机310转速将至300转/分;医用高压泵710停止工作、驱动电机721微动作带动连续调节阀722运行至完全关闭位;驱动模块300内管路切换器工作,切换管路内部管路走向,将原压钻管路切至负压管路,原负压管路接通过滤器并处于开路状态,通过向压钻管路中接入负压将个性化定制钻头510反向全部吸回至轴套531内;霍尔传感器540检测到个性化定制钻头510是否已被反抽至轴套531内,驱动模块300内管路切换器断电,完成退钻动作。
S413、触屏显示器800指定区域显示钻孔完成提示,植牙孔开孔完成。
S414、S4至S412工作过程中真空泵610一直处于运行过程中,并通过第二储液罐341的第二检测单元340实时监测当前实时负压值为基准动态控制真空泵610的运行效率,经过个性化定制钻头510切削面进行冷却后的废液及压钻废液经过骨钻模块500内部的排液管路连通至第二储液罐341内,第二检测单元340实时检查负压压力值,废液通过内部管路流至负压储液瓶620;负压储液瓶620的瓶身621与瓶盖622形成密闭空间,保证负压吸引废液全部收集到位,待S412结束后真空泵610持续运行10秒后停止工作。
至此一个完整植牙孔开孔过程完成,整个开孔过程耗时大约为60-90秒钟左右。
S5、口腔内取出骨钻模块500;
按下触屏显示器800的“停止”按键,打开软轴固定门353,断开口腔内置定位开孔整体装置与驱动模块300的连接,断开正压接口351、负压接口352及检测电路接口354与骨钻模块500的连接,将口腔内置定位开孔整体装置从病患口中取出。
S6、接入清洗管路运行内部清洁:
将清洗管路接入骨钻模块500对应管路接口上,点击触屏显示器800上的“清洁”按键,启动清洁程序,清洁程序运行30秒后结束设备清洁过程,即可随时进入下一个治疗流程。
S7、设备关机
如无后续植牙开孔,点击触屏显示器800上的“关机”按键,设备完成自动关机,等待下次开机运行。
本实施方式的开孔方法,整个工作过程实现全自动化操作,无需人员干预,本实施方式为全密闭运行,可实现全自动运行、程序实时监控运行状态及各运行参数、并保证在口腔内植牙开孔,一次成型,有效的避免骨质因高温坏死及多次扩孔引起的钻孔失败;且实现骨钻冷钻孔与废液闭环回收,且参数实时监控,安全、可靠、快速、高效、简便、易操作、并有效的避免交叉感染。
尽管已经示出和描述了本发明的实施方式,本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种悬臂式全自动口腔植牙开孔设备,包括台车单元以及通过悬臂组件安装于台车单元一侧的驱动模块,驱动模块远离台车单元的一侧通过软轴单元安装有骨钻模块;
骨钻模块配置有钻头,驱动模块通过软轴单元传动连接钻头;
其中,骨钻模块还包括壳体和传动元件,壳体内部开设有配置腔,壳体的下端设有连通配置腔的出钻口,钻头安装于配置腔内,传动元件带动钻头在配置腔内转动,钻头能够在配置腔内移动并能够伸出出钻口;
钻头的上端面形成压钻面,压钻面和配置腔的内壁之间形成进液空间,壳体的壳壁开设有与进液孔连通的充液孔;
钻头内开设有连通进液空间和出钻口的冷却液通道,出钻口的侧壁开设有连通出钻口的排液孔;
配置腔内设置有霍尔传感器;
其特征在于,驱动模块包括安装于驱动盒内部的第一储液罐以及第二储液罐,第一检测单元安装于第一储液罐,以检测第一储液罐内的正压压力及实时温度;
第二检测单元安装于第二储液罐,以检测第二储液罐内的负压压力、实时温度及实时浑浊度;
台车单元内安装有负压模块及正压模块;
其中,负压模块包括真空泵及负压储液瓶,且真空泵、负压储液瓶、第二储液罐以及排液孔依次通过管路连接;
正压模块包括高压泵及流量调节阀,且高压泵的输入端连通冷却水源,输出端通过管路依次连接流量调节阀、第一储液罐及充液孔。
2.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,驱动模块还包括安装于驱动盒内部的扭力监测直流电机以及动力传输组件,扭力监测直流电机的输出端与动力传输组件的输入端传动连接,动力传输组件的输出端与软轴的输入端传动连接;
驱动盒靠近骨钻模块的侧壁设置有检测电路接口。
3.根据权利要求2所述的设备,其特征在于,软轴单元包括软轴以及包覆于软轴外侧的软轴外套;
动力传输组件的输出端贯穿而出驱动盒,且开设有驱动一字孔,软轴靠近驱动模块的一端设置有与驱动一字孔相匹配的近端一字接头;
驱动盒靠近软轴单元的一侧还设置有软轴固定门。
4.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,第一储液罐具有第一进液口以及第一出液口,且第一出液口连通充液孔;
第二储液罐具有第二进液口以及第二出液口,且第二进液口连通排液孔;
其中,驱动盒靠近骨钻模块的侧壁设置有正压接口以及负压接口,且正压接口以及负压接口分别与充液孔以及排液孔连通;
第一出液口通过第一盒内管道连通正压接口,第一电磁阀设置于第一盒内管道,第二进液口通过第二盒内管道连通负压接口,第二电磁阀设置于第二盒内管道。
5.根据权利要求4所述的设备,其特征在于,负压储液瓶包括瓶身以及用于封闭瓶身的瓶盖,瓶盖上密封插设有第一负压管和第二负压管;
其中,第一负压管与真空泵连通,第二负压管贯穿而出台车外壳,与第二储液罐的第二出液口连通。
6.根据权利要求5所述的设备,其特征在于,无级流量调节阀包括驱动电机及连续调节阀;
高压泵的输出端通过第一正压管连通连续调节阀的输入端,连续调节阀的输出端通过第二正压管连通第一储液罐的第一进液口;
其中,医用高压泵设有可调监测泄压旁路,可将泄压后的液体重新回流至医用高压泵的进液口。
7.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,台车单元的上端还安装有触屏显示器,和/或,台车单元的一侧还设置有脚踏开关。
8.一种植牙开孔方法,其特征在于,使用如权利要求1-7任意一项所述的设备,包括如下步骤:
S1、器械及材料准备:
根据病患情况准备好个性化定制钻头、对应型号的壳体、传动元件、软轴单元附件并消毒以待使用;将6-8袋低温生理盐水挂至指定挂钩处固定,并将集液器上的针头刺入对应低温生理盐水容器的接口内;
S2、口腔内模块组装:
将钻头与对应尺寸硅胶圈组合后安装至轴套内,并将组合体及其附件一同安装至壳体内,再将霍尔传感器安装至壳体内;然后将传动部及其附件装入壳体的指定安装位内,至此骨钻模块组装完成;将软轴从右往左插入软轴外套内,将探出软轴外套的远端一字接头插入骨钻一字孔内;最后,将全新组合的驱动软轴模块与个人定制专用口腔钻孔定位全包牙套组合,成为口腔内置定位开孔整体装置;
S3、骨钻模块放置口腔内并接入钻驱驱动模块:
将口腔内置定位开孔整体装置安放至口腔内需开孔侧,由个人定制专用口腔钻孔定位全包牙套实现开孔位置的精准定位;将驱动模块移动至病患口腔附近,调整病患头位或驱动模块位置,将探出口外的近端一字接头插入驱动模块对应安装位,关闭并锁紧软轴固定门,并将正压接口、负压接口及检测电路接口插入骨钻模块对应的快拆接口,实现口腔内置定位开孔整体装置与驱动模块连接组合;
S4、设备启动运行至提示已完成:
待触屏显示器对应区域提示组装完成,并且自检通过并亮绿灯提示后,医护人员即可点击触屏显示器的“启动”按键,或踩脚踏开关上对应的“启动”按键后设备即可启动植牙开孔步骤,直至一个完整植牙孔开孔过程完成;
S5、口腔内取出骨钻模块;
按下触屏显示器的“停止”按键,打开软轴固定门,断开口腔内置定位开孔整体装置与驱动模块的连接,断开正压接口、负压接口及检测电路接口与骨钻模块的连接,将口腔内置定位开孔整体装置从病患口中取出;
S6、接入清洗管路运行内部清洁:
将清洗管路接入骨钻模块对应管路接口上,点击触屏显示器上的“清洁”按键,启动清洁程序,清洁程序运行30秒后结束设备清洁过程;
S7、设备关机
如无后续植牙开孔,点击触屏显示器上的“关机”按键,设备完成自动关机,等待下次开机运行。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,S4包括如下步骤:
S41、将口腔内置定位开孔整体装置与驱动模块连接并将正压接口、负压接口及检测电路接口插入骨钻模块对应的快拆接口连接完毕后,设备启动内部自检程序,检测霍尔传感器是否连通,正压接口及负压接口安装限位是否导通,直流电机进行10转/分钟运行2秒根据运行驱动电流大小判断软轴是否连接;待全部检测通过后触屏显示器对应区域提示组装完成、自检通过并亮绿灯,屏幕“启动”按键处于可操作状态;
S42、点击触屏显示器的“启动”按键,或踩脚踏开关上对应的“启动”按键后设备开始运行;
S43、真空泵首先通电运行,产生负压通过第一负压管直通负压储液瓶,将负压储液瓶内快速抽为相对负压真空状态;负压储液瓶瓶口第二负压管连接驱动模块内第二储液罐的第二出液口,第二储液罐的第二检测单元实时监测当前实时负压值并实时回传至控制系统,控制系统根据第二检测单元反馈的实时监测负压值控制真空泵实时运行效率;第二储液罐内负压通过负压接口及其管路将负压传递至骨钻模块内部排屑管路,对钻头做工面处产生负压吸引力,为随时负压吸引冷却液、废液做好准备;然后驱动电机启动运行并带动直连的连续调节阀关闭冷却主管路,待连续调节阀处于完全关闭后医用高压泵通电运行;
S44、高压泵通电运行将低温生理盐水通过集液器吸入高压泵并进行加压后输出;高压泵通电后待可调监测泄压旁路监测到当前压力值已达0.5Mpa时,驱动电机得到控制信号启动运行并带动直连的连续调节阀打开特定微量角度,使加压后的低温生理盐水通过高压泵、流量调节阀、第二正压管流至第一储液罐内,对低温生理盐水管路进行预充注;第一储液罐的第一检测单元监测到压力到+0.01MPa后,控制系统控制驱动电机反向启动运行并带动直连的连续调节阀关闭,从而完成高压管路预充;
S45、直流电机通入电压,开始以300转/分运行,控制系统实时监测直流电机输出扭矩并在触屏显示器的指定区域内显示实时动态扭矩;
S46、驱动电机接到控制系统动作信号后带动连续调节阀逐步缓慢打开,加压后的低温生理盐水经过连续调节阀及第二正压管流至第一储液罐内,通过第一储液罐安装的第一检测单元感知当前压力值为+0.01MPa;同时第一储液罐后端的第一电磁阀通电打开,接通第一储液罐与骨钻模块的液体传输管路;
S47、冷却液从第一储液罐内流出后经过第一电磁阀流入骨钻模块内的进液空间中,对钻头施加下压力,促使钻头产生一个向下运动的力;并通过钻头中心的冷却液通道直接喷射到个性化定制钻头的切削刃处,开始降温并冲洗骨屑;
S48、循环往复检测运行:
运行过程中控制系统对直流电机实时输出扭矩值的变化进行实时监测,并根据直流电机实时输出扭矩值的波动进行动态低温生理盐水压力值及直流电机实时转速的联合动态调节;
S49、待直流电机实时转速升至2500转/分后,控制系统实时监测第一储液罐实时监测压力数值,控制系统控制驱动电机带动连续调节阀微量增大开度,确保第一储液罐实时监测压力数值以+0.005Mpa的最小步进量递进增大,直至增大至最大压力值;实时监测直流电机驱动电压、驱动电流及实时动态扭矩动态变化情况,并根据实时监测的第一储液罐内实时监测压力数值、直流电机驱动电压、直流电机驱动电流及直流电机实时动态扭矩数值,对驱动电机带动控制的连续调节阀将阀门开度大、小进行实时动态微量调节;
S410、若突遇直流电机驱动电压快速升高+150%以上或直流电机驱动电流快速升高+170%以上或直流电机实时动态扭矩快速升高+170%以上且直流电机转速极具下降30%以上的情况,则驱动电机接到控制系统动作信号后带动连续调节阀快速关闭到最小打开量,第一储液罐实时监测压力数值变化动态,压力快速降低直至0.01Mpa;此时控制系统实时检查直流电机驱动电压、直流电机驱动电流是否快速下降至正常波动数值范围及直流电机实时动态扭矩值是否快速降低正常波动数值范围,直流电机转速是否恢复到设定转速;
S411、待直流电机驱动电压快速降低85%或驱动电流快速降低75%并稳定及直流电机实时动态扭矩也快速降45%、直流电机转速恒定10秒钟后无波动后,驱动电机微动作带动连续调节阀保持开度不变,保持加压低温生理盐水持续输出,冲洗内部残留骨屑;
S412、待驱动模块内部第二检测单元检测浑浊度数值达到正常数值后,直流电机转速将至300转/分;高压泵停止工作、驱动电机微动作带动连续调节阀运行至完全关闭位;驱动模块内管路切换器工作,切换管路内部管路走向,将原压钻管路切至负压管路,原负压管路接通过滤器并处于开路状态,通过向压钻管路中接入负压将钻头反向全部吸回至轴套内;霍尔传感器检测到钻头510是否已被反抽至轴套内,驱动模块内管路切换器断电,完成退钻动作;
S413、触屏显示器指定区域显示钻孔完成提示,植牙孔开孔完成;
S414、S4至S412工作过程中真空泵一直处于运行过程中,并通过第二储液罐的第二检测单元实时监测当前实时负压值为基准动态控制真空泵的运行效率,经过钻头切削面进行冷却后的废液及压钻废液经过骨钻模块内部的排液管路连通至第二储液罐内,第二检测单元实时检查负压压力值,废液通过内部管路流至负压储液瓶,待S412结束后真空泵持续运行10秒后停止工作。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,S48包括如下步骤:
S48a、直流电机输出实时扭矩值波动最大未超过当前扭矩值得+130%或直流电机驱动电流波动未超+125%或直流电机驱动电压波动未超+115%,则直流电机的转速10秒钟由初始的300转/分逐步加速至2500转/分;
S48b、直流电机输出实时扭矩值波动超过当前扭矩值得+150%或直流电机驱动电流波动超+140%或直流电机驱动电压波动超+130%,控制系统控制驱动电机动作带动连续调节阀逐步缓慢减小开度,第一储液罐安装的第一检测单元实时监测当前压力值减小,最小可降低至压力值为0.01MPa,同时钻头施加下压力减小;并且控制系统同时监测直流电机输出实时扭矩值波动是否还超过当前扭矩值得+150%或直流电机驱动电流波动超+140%或直流电机驱动电压波动超+130%;
S48c、若直流电机输出实时扭矩值波动回落到当前扭矩值未超+130%或直流电机驱动电流波动未超+125%或直流电机驱动电压波动未超+115%,则进入S48a循环;
若直流电机输出实时扭矩值波动的最大值仍超过当前扭矩值得+150%或直流电机驱动电流波动超+140%或直流电机驱动电压波动超+130%则进入S48b循环,直至第一储液罐安装的第一检测单元实时监测当前压力值减小为0.01Mpa,直流电机输出实时扭矩值波动的最大值仍超过当前扭矩值得+150%或直流电机驱动电流波动超+140%或直流电机驱动电压波动超+130%,则控制系统控制直流电机停转、驱动电机带动连续调节阀完全关闭、医用高压泵停止工作、真空泵延迟10秒钟关闭、触屏显示器的指定区域内红色图标提示运行异常、声、光报警提示;此时需医护人员介入,按下急停按键,拆卸骨钻模块、驱动模块检查故障并排除后重新组装,并重新返回按照S1进行操作;
和/或,S49包括如下步骤:
S49a、若直流电机运转阻力增大后,为避免直流电机转速降低、为维持该转速驱动电流持续增大超140%或维持该转速驱动电压持续升高超125%时,则驱动电机得到控制信号带动直连的连续调节阀将阀门开度缓慢减小,第一储液罐实时监测压力数值缓慢减小;
S49b、待压钻力减小后钻头切削刃钻切骨质变薄,钻削阻力减小,逐级反馈至直流电机后,直流电机运转阻力减小;驱动电流持续降低至该转速所需基准参考电流±20%、驱动电压持续回落后至该转速所需基准电压参考电压±10%;
S49c、驱动电机得到控制信号带动直连的连续调节阀将阀门开度缓慢增大,加大低温生理盐水的输出流量,第一储液罐实时监测压力数值缓慢增大,从而加大低温生理盐水对个性化定制钻头所施加的压钻力,压钻力加大后钻头每转一圈就行切削出更多骨屑,从而促使植牙孔尽快钻孔完成;
S49d、依次往复循环动态控制直流电机的驱动电路及直流电机驱动电压和驱动电机带动控制的连续调节阀将阀门开度大、小的运行达到安全、快速的植牙孔开孔动作完成;
和/或,S410包括如下步骤:
S410a、若直流电机驱动电压快速下降至正常参考数值±10%以内或直流电机驱动电流快速下降至正常参考±20%以内及直流电机实时动态扭矩值快速降低正常参考数值的±15%以内,并且直流电机转速恢复到设定转速范围区间后,则驱动电机接到控制系统动作信号后带动连续调节阀再逐步加大阀门开度,增大低温生理盐水流入第一储液罐流速及流量,第一储液罐实时监测压力数值缓慢升高,进入运行的往复循环检测运行过程中;
S410b、若直流电机驱动电压持续升高超过+50%或直流电机驱动电流持续升高超+70%或直流电机实时动态扭矩持续升高超+80%且直流电机转速还持续快速下降,则直流电机转速将至300转/分,驱动电机带动连续调节阀处于微打开状态,第一储液罐实时监测压力数值维持在较低压力状态;控制系统实时监测直流电机转速稳定后直流电机驱动电压、驱动电流降正常数值波动范围内及实时动态扭矩也降至正常值,驱动电机微动作带动连续调节阀微量慢速打开,第一储液罐实时监测压力数值缓慢增加,并进入S48的循环往复检测运行过程中。
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