CN219207179U - 一种超声手术刀 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超声手术刀。超声手术刀包括刀头和刀杆，刀头与后端振幅控制区的连接处位于纵向振动波腹和纵向振动波节之间的位置，中端应力调节区的两端与前端振幅放大区和后端振幅控制区的连接处均设有第一过渡圆角，前端振幅放大区包括多个前端增益阶梯，相邻的两个前端增益阶梯之间设有第二过渡圆角，中端应力调节区包括振幅保持轴段，振幅保持轴段间隔多个波形与频率调节结构，波形与频率调节结构设置于中端应力调节区中刀杆纵振波节的位置，后端振幅控制区包括多个后端增益阶梯，相邻的两个后端增益阶梯之间设有第三过渡圆角。超声手术刀不仅具有较高的刀头振幅、稳定的振动频率，也具有很好的疲劳寿命。

Description

一种超声手术刀

技术领域

本实用新型涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种超声手术刀。

背景技术

超声手术刀通过刀具的高频振动实现对生物软组织的切割，止血和分离，相对传统机械夹钳、电刀、激光刀等具有美观、微创、经济、术后少疼痛等优势。超声手术刀系统主要分为刀杆和刀头、超声换能器以及驱动主机。主机实现频率跟踪，稳定控制，状态识别等功能，换能器实现电-声-机械能的转换，超声手术刀刀杆传递超声波，稳定振动频率，减小能量损耗，增大输出振幅，刀头是跟病体组织直接接触的手术部件，是能够快速切割、减少焦痂、可靠凝闭血管的关键部件。

超声手术刀因其优异的切割、凝闭特性正成为微创手术的革命性利器，但其工作时会承受高频超声载荷，极易发生刀头超高周疲劳断裂，造成医疗事故，目前临床上普遍采用“一次即丢”的措施，虽然在一定程度上可以保证手术的安全性，但也在无形之中增加了手术的费用，也是对材料的浪费。因此，优化超声手术刀的结构，延长其使用寿命，提高超声手术刀的安全性一直是本领域重要的研究方向。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种低应力、高寿命的超声手术刀，使得超声手术刀不仅具有较高的刀头振幅、稳定的振动频率，也具有很好的疲劳寿命。

本实用新型的一种超声手术刀，超声手术刀包括刀头和刀杆，所述刀杆沿其轴向分别为前端振幅放大区、中端应力调节区和后端振幅控制区，刀头设置在所述后端振幅控制区的末端，且刀头与后端振幅控制区的连接处位于纵向振动波腹和纵向振动波节之间的位置，所述中端应力调节区的两端与所述前端振幅放大区和后端振幅控制区的连接处均设有第一过渡圆角，所述前端振幅放大区包括多个前端增益阶梯，相邻的两个前端增益阶梯之间设有第二过渡圆角，所述中端应力调节区包括振幅保持轴段，所述振幅保持轴段间隔设有多个波形与频率调节结构，所述波形与频率调节结构设置于中端应力调节区中刀杆纵振波节的位置，所述后端振幅控制区包括多个后端增益阶梯，相邻的两个后端增益阶梯之间设有第三过渡圆角。

进一步的，所述第一过渡圆角的位置与刀杆纵振波节的距离小于刀杆纵振半波长的5％，所述第二过渡圆角和第三过渡圆角的位置与刀杆纵振波节的距离小于刀杆纵振半波长的15％，所述第二过渡圆角和第三过渡圆角的半径设置为10-30mm。

进一步的，所述前端振幅放大区包括两段增益台阶，总长L₁＝λ/2。

进一步的，所述后端振幅控制区包括两段增益台阶，总长为L₂＝λ/4。

进一步的，所述中端应力调节区和其两端的第一过渡圆角的长度L₄＝X*λ/2，X为2-6的正整数。

进一步的，波形与频率调节结构的个数为X个，所述波形与频率调节结构长度L₅＝5-10mm，半径大于振幅保持轴段的半径。

进一步的，所述刀头具有四个渐缩面，所述刀头的切割面为弧面或平面，所述刀头的长度L₃＝λ/4。

进一步的，所述前端振幅放大区的输入端设置有沿轴线对称的两个拧紧端面。

进一步的，所述前端振幅放大区的输入端设置有螺纹孔，刀杆通过螺钉和螺纹孔与超声换能器连接。

进一步的，所述超声手术刀一体成型。

本实用新型的有益效果：

本实用新型通过在所述中端应力调节区的两端与所述前端振幅放大区和后端振幅控制区的连接处均设有第一过渡圆角，所述前端振幅放大区的相邻的两个第一增益台阶处设置第二过渡圆角、相邻的两个后端增益阶梯之间设有第三过渡圆角及在波节处设置波形与频率调节结构，改进了手术刀的结构和长度，提高了疲劳寿命。

本申请人发现现有技术中后端振幅控制区的增益端面(刀头与后端振幅控制区的连接处)一般处在波的波节处，径向振幅很大，且由于末端不规则形状，很大弧度的刀头的设置，会承受极大的应力，极易发生疲劳破坏，往往疲劳破坏就发生在这个端面附近，本实用新型后端振幅控制区的增益端面位于振动波腹和振动波节之间的位置，且在此设置过渡圆角，极大程度的分散了应力，减小了应力集中，提升了超声刀的疲劳寿命。

附图说明

图1为原有超声手术刀刀杆的结构示意图。

图2为改进了刀头切割区的刀杆结构示意图。

图3为改进了波形与频率调节结构的刀杆结构示意图。

图4为改进了前端振幅放大区和后端振幅控制区的刀杆结构示意图。

图5为未添加波形与频率调节结构的刀杆结构示意图。

图6为本实用新型超声手术刀刀杆的结构示意图。

图7为本实用新型超声手术刀刀杆的结构俯视图。

图8为切割区与后端振幅控制区连接处处于波节的刀杆。

图9为本实用新型切割区与后端振幅控制区连接处远离波节的刀杆。

图10为本实用新型超声手术刀刀杆归一化振幅示意图。

图11为图8和图9的归一化振幅示意图。

1、前端振幅放大区；11、前端增益台阶；12、第二过渡圆角；2、中端应力调节区；21、振幅保持轴段；22、波形与频率调节结构；3、后端振幅控制区；31、后端增益台阶；32、第三过渡圆角；4、刀头；5、第一过渡圆角；6、拧紧端面；7、螺纹孔。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

如图6、10和11所示，本实用新型的一种超声手术刀，超声手术刀包括刀头4和刀杆，刀杆沿其轴向分别为前端振幅放大区1、中端应力调节区2和后端振幅控制区3，刀头4设置在后端振幅控制区3的末端，且刀头4与后端振幅控制区3的连接处位于振动波腹和振动波节之间的位置，中端应力调节区2的两端与前端振幅放大区1和后端振幅控制区3的连接处均设有第一过渡圆角5，前端振幅放大区1包括多个前端增益台阶11，相邻的两个前端增益台阶11之间设有第二过渡圆角12，中端应力调节区2包括振幅保持轴段21，振幅保持轴段21间隔设有多个波形与频率调节结构22，波形与频率调节结构22设置于中端应力调节区2中刀杆纵振波节的位置，后端振幅控制区3包括多个后端增益台阶31，相邻的两个后端增益台阶31之间设有第三过渡圆角32。

本实用新型通过在中端应力调节区2的两端与前端振幅放大区1和后端振幅控制区3的连接处均设有第一过渡圆角5，前端振幅放大区1的相邻的两个第一增益台阶处设置第二过渡圆角12、相邻的两个后端增益台阶31之间设有第三过渡圆角32及在波节处设置波形与频率调节结构22，改进了手术刀的结构和长度，提高了疲劳寿命。

本实用新型后端振幅控制区3的增益端面(刀头与后端振幅控制区的连接处)位于振动波腹和振动波节之间的位置，极大程度的分散了应力，减小了应力集中，提升了超声刀的疲劳寿命。

第一过渡圆角的位置与刀杆纵振波节的距离小于刀杆纵振半波长的5％，第二过渡圆角和第三过渡圆角的位置与刀杆纵振波节的距离小于刀杆纵振半波长的15％，第二过渡圆角12和第三过渡圆角32的半径设置为10-30mm。

前端振幅放大区1可以包括两段前端增益台阶11，总长度L₁＝λ/2。在一种可实施例的方式中，刀杆总长224mm，2.5个波长，前端振幅放大区1总长48mm，左边的前端增益台阶11长19mm，直径4.8mm，右边的前端增益台阶11长29mm，直径4mm，通过设置此第二过渡圆角12可起到减少应力幅值，提高刀头4寿命的作用。

后端振幅控制区3包括两段后端增益台阶31，总长为L₂＝λ/4。在一种可实施例的方式中，后端振幅控制区3总长23mm，左边的后端增益台阶31长9mm，右边的后端增益台阶31长14mm，通过设置此第三过渡圆角32可起到减少应力幅值，提高刀头4寿命的作用。

刀头4具有四个渐缩面，刀头4的切割面为弧面或平面，刀头4的长度L₃＝λ/4。

刀头4切割区为具有四个渐缩面的长、弯刀头4，延长了刀头4末端结构的长度，使刀头4切割区靠近后端振幅控制区3的端面处于远离原始波节的位置，刀头4切面为圆形，刀刃口设置圆角，半径0.1mm，切割面为圆弧形，刀头4上侧壁和刀头4下侧壁通过盘铣刀切削而成，减小了刀头4末端质量和刀尖切口面积，提高了刀头4振幅和疲劳寿命。

中端应力调节区2总长130mm约为1.5个波长，中端应力调节区2主要起到调节波形，传递振幅的作用，在刀杆纵振波节处即刀杆径向振动波腹处设计3个波形与频率调节结构22。调节结构直径1.7mm，长度7mm，处于纵振波节位置处的波形与频率调节结构22可以有效的限制刀杆的轴向振动，减小刀杆疲劳破坏发生概率。

前端振幅放大区1的输入端设置有沿轴线对称的两个拧紧端面6。设置有沿轴线对称的两个拧紧端面6，可以用于测试刀杆性能时使刀杆输入端和换能器紧紧连接，减小刀具测试时阻抗，减少端部发热，提高测试精度，且设置该结构对刀杆整体性能几乎没有任何负面影响。

前端振幅放大区1的输入端设置有螺纹孔7，刀杆通过螺钉和螺纹孔7与超声换能器连接。

超声手术刀一体成型。

本申请超声手术刀通过前端振幅扩大区获得1.25倍的理论振幅增益，通过中端应力调节区2调节波形，保持振幅，并通过设置3个波形与频率调节结构22来抵消部分径向振幅、降低整体应力、提高疲劳寿命，再通过后端振幅控制区3提供较大的二次振幅增益，并通过调节后端振幅控制区3的增益端面(刀头与后端振幅控制区的连接处)的位置，并在此设立第三过渡圆角32保证刀头4具有满足切割条件的工作振幅且具有很好的使用寿命，提高手术的安全性。

如图1为原有超声手术刀结构，其包括前端振幅扩大区，中端细长杆部分，后端振幅控制区以及刀头，其固有频率为55.5kHz，总长224mm(2.5个波长)，其中刀头切割区总长23mm，刀头切面为圆形，切割面为圆弧形。

表1为原有超声手术刀(图1)、改进了刀头切割区的手术刀(图2)、改进了波形与频率调节结构的手术刀(图3)、改进了前端振幅放大区和后端振幅控制区的手术刀(图4)、未添加波形与频率调节结构的手术刀(图5)、切割区与后端振幅控制区连接处处于波节的刀杆(图8)、本实用新型超声手术刀(图7)在55.5kHz频率、6um输入振幅的情况下的疲劳寿命。通过对比发现，本实用新型超声手术刀的优化结构均对原有超声手术刀的疲劳寿命有不同程度的提高，其中对前端振幅放大区和后端振幅控制区进行结构优化后的刀杆疲劳寿命提升程度最为明显，综合，本实用新型超声手术刀大大的提升了使用寿命，提高了手术的安全性。

表1不同刀杆疲劳寿命对比

以上未涉及之处，适用于现有技术。

虽然已经通过示例对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围，本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例来做出各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的方向或者超越所附权利要求书所定义的范围。本领域的技术人员应该理解，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种超声手术刀，其特征在于：超声手术刀包括刀头(4)和刀杆，所述刀杆沿其轴向分别为前端振幅放大区(1)、中端应力调节区(2)和后端振幅控制区(3)，刀头(4)设置在所述后端振幅控制区(3)的末端，且刀头(4)与后端振幅控制区(3)的连接处位于纵向振动波腹和纵向振动波节之间的位置，所述中端应力调节区(2)的两端与所述前端振幅放大区(1)和后端振幅控制区(3)的连接处均设有第一过渡圆角(5)，所述前端振幅放大区(1)包括多个前端增益台阶(11)，相邻的两个前端增益台阶(11)之间设有第二过渡圆角(12)，所述中端应力调节区(2)包括振幅保持轴段(21)，相邻的两个振幅保持轴段(21)之间设有多个波形与频率调节结构(22)，所述波形与频率调节结构(22)设置于中端应力调节区(2)中刀杆纵振波节的位置，所述后端振幅控制区(3)包括多个后端增益台阶(31)，相邻的两个后端增益台阶(31)之间设有第三过渡圆角(32)。

2.如权利要求1所述的一种超声手术刀，其特征在于：所述第一过渡圆角(5)的位置与刀杆纵振波节的距离小于刀杆纵振半波长的5％，所述第二过渡圆角(12)和第三过渡圆角(32)的位置与刀杆纵振波节的距离小于刀杆纵振半波长的15％，所述第二过渡圆角(12)和第三过渡圆角(32)的半径设置为10-30mm。

3.如权利要求1所述的一种超声手术刀，其特征在于：所述前端振幅放大区(1)包括两段增益台阶，总长度L₁＝λ/2。

4.如权利要求1所述的一种超声手术刀，其特征在于：所述后端振幅控制区(3)包括两段增益台阶，总长为L₂＝λ/4。

5.如权利要求1所述的一种超声手术刀，其特征在于：所述中端应力调节区(2)和其两端的第一过渡圆角(5)的长度L₄＝X*λ/2，X为2-6的正整数。

6.如权利要求5所述的一种超声手术刀，其特征在于：波形与频率调节结构(22)的个数为X个，所述波形与频率调节结构(22)长度L₅＝5-10mm，半径大于振幅保持轴段(21)的半径。

7.如权利要求1所述的一种超声手术刀，其特征在于：所述刀头(4)具有四个渐缩面，所述刀头(4)的切割区为弧面或平面，所述刀头(4)的长度L₃＝λ/4。

8.如权利要求1所述的一种超声手术刀，其特征在于：所述前端振幅放大区(1)的输入端设置有沿轴线对称的两个拧紧端面(6)。

9.如权利要求1所述的一种超声手术刀，其特征在于：所述前端振幅放大区(1)的输入端设置有螺纹孔(7)，刀杆通过螺钉和螺纹孔(7)与超声换能器连接。

10.如权利要求1所述的一种超声手术刀，其特征在于：所述超声手术刀一体成型。

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