CN220141760U - 一种具有散热结构的超声骨刀 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种具有散热结构的超声骨刀，至少包括从刀具近端过渡到刀具远端的刀具本体。刀具近端设有用于冷却刀具远端的第一冷却孔。刀具近端与刀具远端的过渡区域中存在形状陡峭变化区。在形状陡峭变化区处开设有与第一冷却孔连通的用于引导从第一冷却孔流入的冷却液流出的第二冷却孔。本实用新型将冷却液降温的灌注出口由刀具本体外部转至刀具本体。冷却液由形状陡峭变化区喷出完成灌注降温，使得刀片在人体骨组织内工作时得到有效降温，避免温度过高导致对人体骨组织及周围其他组织造成伤害。

Description

一种具有散热结构的超声骨刀

技术领域

本实用新型涉及手术器具技术领域，尤其涉及一种具有散热结构的超声骨刀。

背景技术

超声骨刀是近年来的一项创新技术，具有目前许多传统手术器具所不能企及的特定和优势。超声骨刀利用高强度聚集超声技术，通过换能器将电能转换为机械能，经过高频振动，通过达到一定振动加速度的超声波传递至生物组织，使得生物组织进行弹性振动而发生破碎，或者通过使所接触的组织细胞内水汽化，蛋白氢键断裂，从而将手术中需要切割的骨组织彻底破坏。现有超声骨刀利用超声波的碎裂效应主要应用在骨科或口腔科开放手术中针对小骨块实现切骨和磨骨的功能，如脊柱外科椎板切除术或牙骨手术。但是，生物组织与工作头相互剧烈摩擦产生的大量热量会导致生物组织产生变性。而现有技术采用的刀头外液体冷却降温方法在超声骨刀置入患者骨组织内处进行切割工作时，无法同时将液体注入骨组织内以完成降温，导致超声骨刀的刀头温度最高超过100℃，致使骨组织发生蛋白变性甚至碳化现象。如何在超声骨刀于患者骨组织内部工作时进行散热降温，是现有技术急需解决的问题。

此外，现有的超声骨刀的参数构成缺乏针对超声波带来的负面因素的解决，包括其刀头锯齿设置、长宽设置、各组成构件之间的弧面设计等，导致现有超声骨刀在长时间工作下易产生疲劳断裂，使用成本过高，寿命短，并且若在使用过程中产生疲劳断裂还会危及患者的生命安全。

中国专利CN114631866A公开了一种超声骨刀手柄及超声骨刀。该超声骨刀手柄包括：壳体以及换能壳体的一端设置有注水口；换能器至少部分位于壳体内，换能器与壳体内侧壁之间设计有多个弹性密封圈，换能器内设置有流水通道，流水通道与注水口连通。换能器与壳体之间也设置有密封圈，并将换能器的端部悬空，与壳体不实际接触，以阻止声波和能量传递，同时起到密封防水和减震的作用。该专利的缺陷在于设计过于精密的超声骨刀手柄而忽视了对超声骨刀本体的改进，其流水通道未达刀头处，其冷却液仍不能在超声骨刀于患者骨组织内部工作时，对其进行散热降温，仅能作为使用前或后的冷却手段。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本实用新型时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本实用新型不具备这些现有技术的特征，相反本实用新型已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

实用新型内容

针对现有技术之不足，本实用新型的技术方案是提供一种具有散热结构的超声骨刀，至少包括从刀具近端过渡到刀具远端的刀具本体。所述刀具近端设有第一冷却孔。所述刀具近端与所述刀具远端的过渡区域中存在形状陡峭变化区。在所述形状陡峭变化区处开设有与所述第一冷却孔连通的用于引导从所述第一冷却孔流入的冷却液流出的第二冷却孔。

根据一种优选的实施方式，所述形状陡峭变化区是沿所述刀具本体轴向方向从所述刀具近端到所述刀具远端单调变小的变化形态，其中，从所述刀具近端开始，过渡至所述过渡区域的刀片台阶，再过渡至所述刀具远端的刀片。

根据一种优选的实施方式，所述刀片靠近所述刀片台阶的一端是通过曲率半径相同但弧面方向相反的彼此背离的连接部而连接至所述刀片台阶的，其中，所述连接部的弧面半径为第一曲率半径。

根据一种优选的实施方式，所述刀片靠近所述刀片台阶的一端的第一刀刃与所述刀片靠近所述刀片台阶的一端的第一刀背连接过渡至所述连接部，其中，所述第一刀背平滑连接至所述连接部；所述第一刀刃与所述连接部的弧面在垂直于所述刀片延伸面且穿过所述刀具本体轴线的投影面上形成第二曲率半径。

根据一种优选的实施方式，所述刀具远端在远离所述刀具近端的弧形远端形成有所述刀片的切割部，其中，所述切割部包括沿所述刀片的刀头外弧形分布的若干个切割齿，若干个所述切割齿彼此形状相同且彼此间隔；其中，部分所述切割部在所述刀片延伸面上形成四分之一圆弧，并且具有第三曲率半径；每个相邻的所述切割齿之间具有相同的齿间距，并且每个相邻的所述切割齿之间的齿圆弧具有第四曲率半径。

根据一种优选的实施方式，所述刀片远离所述刀片台阶的一端的第二刀刃与所述刀片远离所述刀片台阶的一端的第二刀背在垂直于所述刀片的横截面上形成刃背角度，其中，所述刃背角度是由所述第二刀背至所述第二刀刃形成的至少两个倾斜的刀刃面的延长面形成的夹角。

根据一种优选的实施方式，所述第一刀刃和第一刀背的厚度之比为第一比例；所述第二刀刃和第二刀背的厚度之比为第二比例。

根据一种优选的实施方式，所述刀片台阶倾斜面的延长线在重合于所述刀片延伸面的所述刀具本体的轴向面上与所述刀具本体的轴线形成台阶角度。

根据一种优选的实施方式，所述刀具近端设置有超声振动模块以向用于切割的所述刀具远端提供超声振动；所述刀具近端的远离所述刀具远端的一端设有用于在所述刀具远端进行切割工作的同时进行抽吸的抽吸模块。

根据一种优选的实施方式，相比于设置所述超声振动模块的位置，所述第二冷却孔更靠近于所述刀片台阶，其中，所述第二冷却孔采用沿所述刀具本体的径向方向的贯通孔形式设置。

本实用新型的有益技术效果：

本实用新型将冷却液降温的灌注出口由刀具本体外部转至刀具本体。冷却液由形状陡峭变化区喷出完成灌注降温，使得刀片在人体骨组织内工作时得到有效降温，避免温度过高导致对人体骨组织及周围其他组织造成伤害。

附图说明

图1是本实用新型的一种具有散热结构的超声骨刀的优选实施例的重合于刀片延伸面的刀具本体的轴向面的剖视图；

图2是本实用新型的一种具有散热结构的超声骨刀的优选实施例的垂直于刀片延伸面的刀具本体的轴向面的剖视图；

图3是本实用新型的一种具有散热结构的超声骨刀的优选实施例的刀片的侧视图；

图4是本实用新型的一种具有散热结构的超声骨刀的优选实施例的刀片根部和连接部的示意图；

图5是本实用新型的一种具有散热结构的超声骨刀的优选实施例的刃背角度的简化结构示意图。

附图标记列表

1：刀具本体；2：刀具近端；3：刀具远端；4：连接部；5：第二冷却孔；6：刀片台阶；7：刀片；7a：第一刀刃；7b：第一刀背；7c：第二刀刃；7d：第二刀背；8：切割部；9a：第一曲率半径；9b：第二曲率半径；9c：第三曲率半径；9d：第四曲率半径；10：刃背角度；11：齿圆弧；12：刀刃面。

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

实施例1

本申请涉及一种具有散热结构的超声骨刀，至少包括从刀具近端2过渡到刀具远端3的刀具本体1。刀具近端2设有用于冷却刀具远端3的第一冷却孔。刀具近端2与刀具远端3的过渡区域中存在形状陡峭变化区。在形状陡峭变化区处开设有与第一冷却孔连通的用于引导从第一冷却孔流入的冷却液流出的第二冷却孔5。优选地，第一冷却孔与第二冷却孔5连通以将冷却液通过刀具本体1的内部空腔输送至刀头处。在手术中，此类刀具温度不能超过60℃，最好不超过65℃或最多70℃。过高温度对患者的组织有伤害。本实用新型将冷却液降温的灌注出口由外部转至刀具内部开孔。冷却液由形状陡峭变化区喷出完成灌注降温，使得刀片7在人体骨组织内工作时得到有效降温，避免温度过高导致对人体骨组织及周围其他组织造成伤害。需要说明的是，第一冷却孔未在附图中示出，因其直接连接至超声骨刀刀柄处。

根据一种优选的实施方式，形状陡峭变化区是沿刀具本体1轴向方向从刀具近端2到刀具远端3单调变小的变化形态，其中，从刀具近端2的圆柱形开始，过渡至过渡区域的刀片台阶6，再过渡至刀具远端3。优选地，在形状陡峭变化区中，整体材料粗细从刀具近端2的大致为圆形出发，减少幅度达到60％以上，优选为85％到90％；由于粗细变化会导致应力变化，进而引发振动波传递受阻，形成发热节点。上述单调变小是指形状陡峭变化区的径向直径的总体趋势为逐渐减小的变化形态。

根据一种优选的实施方式，刀片7靠近刀片台阶6的一端是通过曲率半径相同但弧面方向相反的彼此背离的连接部4而连接至刀片台阶6的，其中，连接部4的弧面半径为第一曲率半径9a。优选地，连接部4的第一曲率半径9a的范围为3mm～7mm，优选为5mm，其通过圆弧面收窄至刀片台阶6的效益为产生超声波的聚能特性，提高刀具变幅比，增大刀刃的振幅。连接部4是由两个弧面连接的弧形过渡段，用于将刀片7的刀刃和刀背过渡至刀片台阶6。弧形收窄的刀片台阶6一方面能够将从刀柄处传递而来的超声波通过由粗到细的变化而聚能至刀具远端3，另一方面能够避免由粗到细的变化而带来的刀具内部应力因突变而集中，防止应力集中后对刀具内部结构的损坏。

根据一种优选的实施方式，刀片7靠近刀片台阶6的一端的第一刀刃7a与刀片7靠近刀片台阶6的一端的第一刀背7b连接过渡至连接部4，其中，第一刀背7b平滑连接至连接部4；第一刀刃7a与连接部4的弧面在垂直于刀片7延伸面且穿过刀具本体1轴线的投影面上形成第二曲率半径9b。优选地，第一刀刃7a与连接部4的弧面在垂直于刀片7延伸面且穿过刀具本体1轴线的投影面上形成的第二曲率半径9b为0.5mm。如图4所示，为上述投影面正视图。由于刀具在高频振动时会在截面积突变位置产生较大的应力集中破坏刀具内部，所以在截面积变化处设置尽可能多的圆弧降低突变速率，以减少应力集中。

根据一种优选的实施方式，刀具远端3在远离刀具近端2的弧形远端形成有刀片7的切割部8，其中，切割部8包括沿刀片7的刀头边缘弧形分布的若干个切割齿，若干个切割齿彼此形状相同且彼此间隔；其中，切割部8在刀片7延伸面上形成四分之一圆弧，并且具有第三曲率半径9c；每个相邻的切割齿之间具有相同的齿间距，并且每个相邻的切割齿之间的齿圆弧11具有第四曲率半径9d。优选地，每个切割齿彼此之间的间距是如下设定的，即，每个相邻的切割齿的中心轴点处直线齿间距的范围为0.9mm～2.1mm，优选为1.5mm。如图1所示，上述齿圆弧11是指切割部每个相邻的切割齿之间的容屑槽，设为圆弧状，并且具有第四曲率半径9d。每个相邻的切割齿之间的齿圆弧11的第四曲率半径9d为0.5mm，从而留出较大的容屑槽以方便通过抽吸模块进行排屑。优选地，切割部8优选为四分之一圆形。由于刀具运动轨迹为往复运动，刀具容易产生疲劳断裂，须尽可能较小应力的集中，所以切割部8选择四分之一圆形。优选地，切割部8在刀片7延伸面上形成的四分之一圆弧的第三曲率半径9c为6mm。由于本实用新型的超声骨刀应用场景为手术，其刀片宽度为6mm，所以使用一个曲率半径为6mm的圆弧避免刀具远端3的刀尖处产生锐角，而在手术应用中对患者造成伤害。同时，由于手术切割应用上需要较大的切割面积，本实用新型的曲率半径为6mm的四分之一圆弧从技术上也避免了振幅的高度集中(锐角)从而导致的局部摩擦而产生的高温。

优选地，切割部8的锯齿部分长度为13mm。优选地，切割部8的锯齿部分间隔均布11个切割齿。优选地，切割部8上间隔均布的切割齿在刀具远端3延伸方向上的投影长度为锯齿长度。优选地，切割齿的锯齿长度范围为12mm～15mm，优选为13mm。上述投影长度是指：11个切割齿为圆弧形排布，其投影在刀具远端3延伸方向上的直线的长度为投影长度。优选地，切割齿所具有的锯齿长度能使切割部8在工作时的切削振幅达到50μm，以满足人体骨头的切削要求。人体骨头最厚部分约12mm，本实用新型设计锯齿长度为13mm，留1mm余量。

根据一种优选的实施方式，刀片7远离刀片台阶6的一端的第二刀刃7c与刀片7远离刀片台阶6的一端的第二刀背7d在垂直于刀片7的横截面上形成刃背角度10，其中，刃背角度10是由第二刀背7d至第二刀刃7c形成的至少两个倾斜的刀刃面12的延长面形成的夹角。刃背角度10的范围为1°～4°，优选为2°。如图5所示为刃背角度10的简化示意图，图5为从刀具远端3朝向刀具近端2的结构示意图。刀片7的两个刀刃面12的延长面形成的夹角呈2°，以方便匹配加工刀具，并且由宽到窄的结构也能够使得超声振动模块产生聚能效果，而将能量传递至前端刀刃处，以达到更好的切割效果。

根据一种优选的实施方式，第一刀刃7a和第一刀背7b的厚度之比为第一比例；第二刀刃7c和第二刀背7d的厚度之比为第二比例。上述第一比例是指第一刀刃7a比第一刀背7b，其范围为1∶2～3∶5，优选为0.58∶0.99。上述第二比例是指第二刀刃7c比第二刀背7d，其范围为1∶3～1∶2，优选为0.26∶0.61。

根据一种优选的实施方式，刀片台阶6倾斜面的延长线在重合于刀片7延伸面的刀具本体1的轴向面上与刀具本体1的轴线形成台阶角度。优选地，台阶角度的范围为30°～60°，优选为45°。刀片台阶6用于固定刀片7，并且台阶角度提高了超声波的聚能效果，从而增大了第一刀刃7a和第二刀刃7c的振幅，增强切割效果。

根据一种优选的实施方式，刀具近端2设置有超声振动模块以向用于切割的刀具远端3提供超声振动；刀具近端2的远离刀具远端3的一端设有用于在刀具远端3进行切割工作的同时进行抽吸的抽吸模块。本实用新型将抽吸模块设置于刀具近端2，可在刀片7进行切割工作的过程中同时进行抽吸，及时将灌注的冷却液及切割骨组织碎屑抽出体外，避免冷却液在局部聚集过多过热而损伤骨组织以及避免切割碎屑影响患者手术后骨组织的愈合。优选地，超声振动模块包括换能器和变幅杆。优选地，超声振动模块产生波形为纵波的20kHz～40kHz超声波，或者15kHz到45kHz的超声波。超声波振幅为70到110μm，优选为75到100μm，特别优选为80到95μm。

根据一种优选的实施方式，相比于设置超声振动模块的位置，第二冷却孔5更靠近于刀片台阶6，其中，第二冷却孔5采用沿刀具本体1的径向方向的贯通孔形式设置。优选地，第二冷却孔5还能采用沿刀具本体1的轴向方向的出孔形式设置。优选地，冷却孔可以选择其他走向。本申请为了简要，不再对其余冷却孔走向进行赘述，但是不代表不具有其余走向。

在全文中，“优选地”所引导的特征仅为一种可选方式，不应理解为必须设置，故此申请人保留随时放弃或删除相关优选特征之权利。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本实用新型公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本实用新型的公开范围并落入本实用新型的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本实用新型说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本实用新型的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种具有散热结构的超声骨刀，其特征在于，至少包括从刀具近端(2)过渡到刀具远端(3)的刀具本体(1)，所述刀具近端(2)设有第一冷却孔，

所述刀具近端(2)与所述刀具远端(3)的过渡区域中存在形状陡峭变化区，在所述形状陡峭变化区处开设有与所述第一冷却孔连通的用于引导从所述第一冷却孔流入的冷却液流出的第二冷却孔(5)。

2.如权利要求1所述的具有散热结构的超声骨刀，其特征在于，所述形状陡峭变化区是沿所述刀具本体(1)轴向方向从所述刀具近端(2)到所述刀具远端(3)单调变小的变化形态，其中，

从所述刀具近端(2)开始，过渡至所述过渡区域中的刀片台阶(6)，再过渡至所述刀具远端(3)的刀片(7)。

3.如权利要求2所述的具有散热结构的超声骨刀，其特征在于，所述刀片(7)靠近所述刀片台阶(6)的一端是通过曲率半径相同但弧面方向相反的彼此背离的连接部(4)而连接至所述刀片台阶(6)的，其中，所述连接部(4)的弧面半径为第一曲率半径(9a)。

4.如权利要求3所述的具有散热结构的超声骨刀，其特征在于，所述刀片(7)靠近所述刀片台阶(6)的一端的第一刀刃(7a)与所述刀片(7)靠近所述刀片台阶(6)的一端的第一刀背(7b)连接过渡至所述连接部(4)，其中，

所述第一刀背(7b)平滑连接至所述连接部(4)；

所述第一刀刃(7a)与所述连接部(4)的弧面在垂直于所述刀片(7)延伸面且穿过所述刀具本体(1)轴线的投影面上形成第二曲率半径(9b)。

5.如权利要求4所述的具有散热结构的超声骨刀，其特征在于，所述刀具远端(3)在远离所述刀具近端(2)的弧形远端形成有所述刀片(7)的切割部(8)，其中，

所述切割部(8)包括沿所述刀片(7)的刀头外弧形分布的若干个切割齿，若干个所述切割齿彼此形状相同且彼此间隔；其中，

部分所述切割部(8)在所述刀片(7)延伸面上形成四分之一圆弧，并且具有第三曲率半径(9c)；

每个相邻的所述切割齿之间具有相同的齿间距，并且每个相邻的所述切割齿之间的齿圆弧(11)具有第四曲率半径(9d)。

6.如权利要求4所述的具有散热结构的超声骨刀，其特征在于，所述刀片(7)远离所述刀片台阶(6)的一端的第二刀刃(7c)与所述刀片(7)远离所述刀片台阶(6)的一端的第二刀背(7d)在垂直于所述刀片(7)的横截面上形成刃背角度(10)，其中，

所述刃背角度(10)是由所述第二刀背(7d)至所述第二刀刃(7c)形成的至少两个倾斜的刀刃面(12)的延长面形成的夹角。

7.如权利要求6所述的具有散热结构的超声骨刀，其特征在于，所述第一刀刃(7a)和第一刀背(7b)的厚度之比为第一比例；

所述第二刀刃(7c)和第二刀背(7d)的厚度之比为第二比例。

8.如权利要求3所述的具有散热结构的超声骨刀，其特征在于，所述刀片台阶(6)倾斜面的延长线在重合于所述刀片(7)延伸面的所述刀具本体(1)的轴向面上与所述刀具本体(1)的轴线形成台阶角度。

9.如权利要求8所述的具有散热结构的超声骨刀，其特征在于，所述刀具近端(2)设置有超声振动模块以向用于切割的所述刀具远端(3)提供超声振动；所述刀具近端(2)的远离所述刀具远端(3)的一端设有用于在所述刀具远端(3)进行切割工作的同时进行抽吸的抽吸模块。

10.如权利要求9所述的具有散热结构的超声骨刀，其特征在于，相比于设置所述超声振动模块的位置，所述第二冷却孔(5)更靠近于所述刀片台阶(6)，其中，

所述第二冷却孔(5)采用沿所述刀具本体(1)的径向方向的贯通孔形式设置。