CN214259425U - 超声刀刀杆及超声刀 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种超声刀刀杆及超声刀，超声刀刀杆包括刀头和声传导杆，声传导杆包括依次连接的近部杆体、中部杆体和远部杆体，声传导杆的近部杆体连接超声换能器，声传导杆的远部杆体端连接刀头，声波自与超声换能器连接的近部杆体一端传入；远部杆体的外表面沿圆周设置有凸起结构，近部杆体与中部杆体连接的端部沿周向设有第一增益台阶，中部杆体与远部杆体连接的端部沿周向设有第二增益台阶；中部杆体的外表面上开设有凹槽，凹槽设置在中部杆体中心轴线的一侧；远部杆体的外表面上设有环形凹槽，环形凹槽设置在凸起结构与第二增益台阶之间。本实用新型的杆体振动更加均匀，刀头输出更加高效，延长刀杆的使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及医疗器械技术领域，更加具体来说，本实用新型涉及一种超声刀刀杆及超声刀。
背景技术
超声刀是外科的一种新型的能源型清洁器械。与传统电刀相比，超声刀具有非常明显的优势：精确的切割、止血以及最小的热损伤，减少手术时间并可用于重要器官；极少的烟雾及焦化，保证手术中的视野清晰；无电流通过人体；可切割除骨组织以外的任何实质性组织。
随着超声刀越来越多的应用于临床，对超声刀的技术要求也越来越高，超声刀器械制造商也在不断对超声刀的声学性能进行优化。同时随着超声刀应用范围越来越广，对超声刀的样式提出了更多要求，从枪式超声刀到剪刀式超声刀，临床应用不同，超声刀的样式与要求也不同。
相比于枪式超声刀，剪刀式超声刀更加精简、轻盈、方便。剪式超声刀的手柄更加微型，非常轻盈，临床应用非常方便。与枪式超声刀对比，剪刀式超声刀的最大直径由原来的25mm变为15.7mm，压电陶瓷片的直径由原来的16mm变为现在的8mm，这更加凸显了剪式超声刀的轻盈、微小。
剪式超声刀相比于枪式超声刀，具有更短的轴长，刀头操作起来更加灵活。更短的轴长决定了刀头内部的声传导杆具有更短的声学长度，声传导杆的声学长度：L＝n*λ/2，λ为结构声波长，一般情况可以表示为：λ＝V/f，V为该结构声速，f为该结构振动频率。对于一般的枪式超声刀，n＞1；对于9cm的FOCUS刀头，n＝1。
目前，剪刀超声刀刀头的声传导部分中，工作区域的弯头部分较之前枪式的弯曲程度要大很多，由于弯曲偏离较大，对于声传导的均匀性产生较大影响。为了弥补由于这种弯曲所产生的振动不对称的问题，对杆体结构做了不同程度的切削以求质量的对称性，从而使得振动的对称性。如图1所示的声传导杆的结构示意图，在最后一个节点1的左右两侧分别做一个质量块切削2，实现质量删除，达到和尾部弯曲折中的目的，从而达到振动对称性。
但是，上述结构不能完全实现杆体结构的均匀，刀头输出效率不理想，因此，提供刀杆振动更均匀、提高刀头输出效率的超声刀刀杆，成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题和始终研究的重点。
实用新型内容
为解决现有超声刀刀杆杆体结构均匀性差、刀头输出效率不理想等问题，本实用新型创新地提供了一种超声刀刀杆及超声刀，该超声刀刀杆在声传导杆的中部杆体上设置凹槽、在远部杆体的外表面上设置环形凹槽，使杆体结构更加均匀，杆体的振动更加均匀，刀头输出更加高效，同时刀杆本身由于输出所产生的应力变得更小，从而延长刀杆的使用寿命。
为实现上述的技术目的，本实用新型第一方面公开了一种超声刀刀杆，包括：刀头和声传导杆，所述声传导杆包括依次连接的近部杆体、中部杆体和远部杆体，所述近部杆体的一端连接超声换能器，所述近部杆体的另一端连接所述中部杆体，所述远部杆体的一端连接所述中部杆体，所述远部杆体的另一端连接所述刀头，声波自与超声换能器连接的所述近部杆体一端传入；所述远部杆体的外表面沿圆周设置有凸起结构，所述近部杆体与所述中部杆体连接的端部沿周向设有第一增益台阶，所述中部杆体与所述远部杆体连接的端部沿周向设有第二增益台阶；所述中部杆体的外表面上开设有凹槽，所述凹槽设置在所述中部杆体中心轴线的一侧；所述远部杆体的外表面上设有环形凹槽，所述环形凹槽与所述远部杆体同轴，所述环形凹槽设置在所述凸起结构与所述第二增益台阶之间。
进一步地，所述凹槽的靠近所述第一增益台阶的槽壁到所述第一增益台阶起始端的距离L为λ/8～λ/10，其中，λ为刀杆声波长。
进一步地，所述凹槽的靠近所述第一增益台阶的槽壁呈圆弧形、半径为R1，所述凹槽的靠近所述第二增益台阶的槽壁呈圆弧形、半径为R2，R1与R2不相等。
进一步地，R1＜R2。
进一步地，所述凹槽的槽底为水平面，所述槽底的边部和其所在圆的圆心连线与所述槽底所在圆的与所述槽底平行的直径的夹角α为30°～35°。
进一步地，所述凹槽的槽底为水平面，所述槽底的边部和其所在圆的圆心连线与所述槽底所在圆的与所述槽底平行的直径的夹角α为34°。
进一步地，所述凸起结构的两端沿周向均设有增益台阶，所述环形凹槽的靠近所述凸起结构的槽壁到所述凸起结构的增益台阶的起始端的距离N为λ/20，其中，λ为刀杆声波长。
进一步地，所述环形凹槽处远部杆体的直径M为除环形凹槽和凸起结构外的远部杆体直径的1/5～1/2。
进一步地，所述远部杆体与所述刀头连接的端部沿周向设有第三增益台阶。
为实现上述的技术目的，本实用新型第二方面公开了一种超声刀，所述超声刀包括第一方面所述的超声刀刀杆。
本实用新型的有益效果为：
(1)本实用新型的超声刀刀杆在声传导杆的中部杆体上设置凹槽、在远部杆体的外表面上设置环形凹槽，使杆体结构更加均匀，杆体的振动更加均匀，刀头输出更加高效，同时刀杆本身由于输出所产生的应力变得更小，从而延长刀杆的使用寿命。
(2)本实用新型的凹槽的两个弧形槽壁的半径不对等，增加局部强度，更进一步使得杆体的结构均匀化，刀杆的振动更加均匀，延长刀杆寿命。
附图说明
图1为现有的超声刀刀杆的结构示意图。
图2为本实用新型实施例的超声刀刀杆的结构示意图。
图3为本实用新型实施例的超声刀刀杆的侧视结构示意图。
图4为本实用新型实施例的超声刀刀杆的沿图3的A-A向剖视图。
图5为本实用新型实施例的环形凹槽与凸起结构的位置关系图。
图中，
1、节点；2、质量块切削；
3、刀头；
4、声传导杆；41、近部杆体；42、中部杆体；43、远部杆体；411、第一增益台阶；421、第二增益台阶；422、凹槽；431、凸起结构；432、环形凹槽；433、增益台阶；434、第三增益台阶。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本实用新型提供的超声刀刀杆及超声刀进行详细的解释和说明。
如图2和3所示，本实施例具体公开了一种超声刀刀杆，包括：刀头3和声传导杆4，刀头3和声传导杆4构成刀杆，为一整波长结构，声波长为λ，声传导杆4为刀头3输入均匀的、足够的振动，以供刀尖部分可以满足临床需要。声传导杆4为一质量振动结构，满足质量振动方程。
对于一特定材料，则结构具有恒定的杨氏模量E与密度ρ等力学物理量，若结构规则，比如纯粹的棒材，则结构的谐振频率f＝(sqrt(E/ρ))/2*l，其中，l为棒材的长度。但是通常的声学传导杆都是不规则结构，主要是为了满足声学与力学需求。对于一个自由振动系统，其振动特征方程为
([K]-ω2[M]){U0}＝{0}
其中，[K]表示系统的刚度矩阵，[M]表示系统质量矩阵，U0表示系统的振动位移，ω表示系统的振动圆频率。对于本实用新型的振动系统，各部分的材料是已知的，同时目标结构频率ω也是已知的，因此本实用新型的目的在于调整系统质量矩阵，找出相应的振动位移分布，即振型。同时为了刀杆满足振动输出要求，刀杆需要在不同的位置增加增益结构，主要是为放大振动位移，主要是由节点前后的质量之比决定，其控制方程为
∫M1*Vel1*dx＝∫M2*Vel2*dx
∫M1*(2*π*f)*Amp1*dx＝∫M2*(2*π*f)*Amp2*Vel2*dx
其中，M1、M2分别为节点前后的质量，Amp1、Amp2分别为输入端与输出端振幅，根据同一介质密度相等，从而增益比gain可以等效为gain＝M2/M1＝Amp2/Amp1。
声传导杆4包括依次连接的近部杆体41、中部杆体42和远部杆体43，近部杆体41的一端连接超声换能器，近部杆体41的另一端连接中部杆体42，远部杆体43的一端连接中部杆体42，远部杆体43的另一端连接刀头3，声波自与超声换能器连接的近部杆体41一端传入，分别经过中部杆体42和远部杆体43，最终输出给刀头3；远部杆体43的外表面沿圆周设置有凸起结构431，近部杆体41与中部杆体42连接的端部沿周向设有第一增益台阶411，中部杆体42与远部杆体43连接的端部沿周向设有第二增益台阶421，放大振动位移；中部杆体42的外表面上开设有凹槽422，凹槽422设置在中部杆体42中心轴线的一侧；远部杆体43的外表面上设有环形凹槽432，环形凹槽432与远部杆体43同轴，环形凹槽432设置在凸起结构431与第二增益台阶421之间。凹槽422和环形凹槽432的设置优化了刀杆结构，使刀杆的振动更均匀，刀头3输出更加高效。凹槽422的设置意味着刀杆质量的减小，根据质量振动方程，质量的减小将导致刀杆频率的上升，为了达到刀杆频率的需要，刀杆结构需进一步优化，以得到满足需要的频率。根据振动方程的特性，本实用新型在凸起结构431附近进行远部杆体43的小范围细化，达到降低频率的效果。
为了满足振动均匀性的要求，本实用新型在最近端的节点(第一增益台阶411)右侧对中部杆体42进行局部质量切削，形成凹槽422。凹槽422的靠近第一增益台阶411的槽壁到第一增益台阶411起始端的距离L为λ/8～λ/10，其中，λ为刀杆声波长，进一步优化振动的均匀性。此时，刀头3可以输出均匀的振动。如图2所示，凹槽422的靠近第一增益台阶411的槽壁呈圆弧形、半径为R1，凹槽422的靠近第二增益台阶421的槽壁呈圆弧形、半径为R2，R1与R2不相等。增加局部强度，对于刀杆的寿命有一定的增强作用。优选地，R1＜R2，刀杆的振动就更加均匀。
如图4所示，凹槽422的槽底为水平面，槽底的边部和其所在圆的圆心连线与槽底所在圆的与槽底平行的直径的夹角α为30°～35°。优选地，凹槽422的槽底为水平面，槽底的边部和其所在圆的圆心连线与槽底所在圆的与槽底平行的直径的夹角α为34°。
凸起结构431的两端沿周向均设有增益台阶433，如图5所示，环形凹槽432的靠近凸起结构431的槽壁到凸起结构431的增益台阶433的起始端的距离N为λ/20，其中，λ为刀杆声波长。该增益台阶433为靠近凹槽432的增益台阶。沿远部杆体360°进行均匀切削形成环形凹槽432，即远部杆体43在该位置的直径变细，刀杆在该位置的直径变为M，环形凹槽432处远部杆体43的直径M为除环形凹槽432和凸起结构431外的远部杆体43直径的1/5～1/2。
远部杆体43与刀头3连接的端部沿周向设有第三增益台阶434，放大振动位移。
为实现上述的技术目的，本实用新型实施例第二方面公开了一种超声刀，超声刀包括第一方面的超声刀刀杆。
本实用新型刀杆经过上述优化，输出结果较图1所示的现有刀杆具有更优价值。输出结果如表1所示，从表1可以看出，本实用新型输出的振动更为充分，同时可以看出，在输出更足的情况下刀杆的应力反而较小，从而本实用新型刀杆具有更长的使用寿命。
表1输出结果对比表
| 频率/(Hz) | 振幅(0-P)/(μm) | 最大应力/Pa | |
| 现有技术 | 56180 | 3.80E-05 | 3.05E+08 |
| 本实用新型 | 56562 | 3.82E-05 | 2.92E+08 |
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“本实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任至少一个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种超声刀刀杆，其特征在于，包括：刀头(3)和声传导杆(4)，所述声传导杆(4)包括依次连接的近部杆体(41)、中部杆体(42)和远部杆体(43)，所述近部杆体(41)的一端连接超声换能器，所述近部杆体(41)的另一端连接所述中部杆体(42)，所述远部杆体(43)的一端连接所述中部杆体(42)，所述远部杆体(43)的另一端连接所述刀头(3)，声波自与超声换能器连接的所述近部杆体(41)一端传入；所述远部杆体(43)的外表面沿圆周设置有凸起结构(431)，所述近部杆体(41)与所述中部杆体(42)连接的端部沿周向设有第一增益台阶(411)，所述中部杆体(42)与所述远部杆体(43)连接的端部沿周向设有第二增益台阶(421)；所述中部杆体(42)的外表面上开设有凹槽(422)，所述凹槽(422)设置在所述中部杆体(42)中心轴线的一侧；所述远部杆体(43)的外表面上设有环形凹槽(432)，所述环形凹槽(432)与所述远部杆体(43)同轴，所述环形凹槽(432)设置在所述凸起结构(431)与所述第二增益台阶(421)之间。
2.根据权利要求1所述的超声刀刀杆，其特征在于，所述凹槽(422)的靠近所述第一增益台阶(411)的槽壁到所述第一增益台阶(411)起始端的距离L为λ/8～λ/10，其中，λ为刀杆声波长。
3.根据权利要求1或2所述的超声刀刀杆，其特征在于，所述凹槽(422)的靠近所述第一增益台阶(411)的槽壁呈圆弧形、半径为R1，所述凹槽(422)的靠近所述第二增益台阶(421)的槽壁呈圆弧形、半径为R2，R1与R2不相等。
4.根据权利要求3所述的超声刀刀杆，其特征在于，R1＜R2。
5.根据权利要求1所述的超声刀刀杆，其特征在于，所述凹槽(422)的槽底为水平面，所述槽底的边部和其所在圆的圆心连线与所述槽底所在圆的与所述槽底平行的直径的夹角α为30°～35°。
6.根据权利要求1或5所述的超声刀刀杆，其特征在于，所述凹槽(422)的槽底为水平面，所述槽底的边部和其所在圆的圆心连线与所述槽底所在圆的与所述槽底平行的直径的夹角α为34°。
7.根据权利要求1所述的超声刀刀杆，其特征在于，所述凸起结构(431)的两端沿周向均设有增益台阶(433)，所述环形凹槽(432)的靠近所述凸起结构(431)的槽壁到所述凸起结构(431)的增益台阶(433)的起始端的距离N为λ/20，其中，λ为刀杆声波长。
8.根据权利要求1或7所述的超声刀刀杆，其特征在于，所述环形凹槽(432)处远部杆体(43)的直径M为除环形凹槽(432)和凸起结构(431)外的远部杆体(43)直径的1/5～1/2。
9.根据权利要求1所述的超声刀刀杆，其特征在于，所述远部杆体(43)与所述刀头(3)连接的端部沿周向设有第三增益台阶(434)。
10.一种超声刀，其特征在于，所述超声刀包括权利要求1至9中任一项所述的超声刀刀杆。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202023037715.4U CN214259425U (zh) | 2020-12-16 | 2020-12-16 | 超声刀刀杆及超声刀 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN202023037715.4U CN214259425U (zh) | 2020-12-16 | 2020-12-16 | 超声刀刀杆及超声刀 |
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ID=77781810
Family Applications (1)
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| CN202023037715.4U Active CN214259425U (zh) | 2020-12-16 | 2020-12-16 | 超声刀刀杆及超声刀 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114159129A (zh) * | 2021-12-03 | 2022-03-11 | 北京安和加利尔科技有限公司 | 一种可更换刀杆的剪式超声刀 |
| WO2024077838A1 (zh) * | 2022-10-13 | 2024-04-18 | 以诺康医疗科技 (苏州) 有限公司 | 一种超声手术刀 |
| CN118236126A (zh) * | 2024-05-29 | 2024-06-25 | 安速康医疗(苏州)有限公司 | 超声手术刀用刀杆、刀具组件及超声手术刀 |
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2020
- 2020-12-16 CN CN202023037715.4U patent/CN214259425U/zh active Active
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