專利名稱：用于骨科手術(shù)儀的超聲換能器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超聲換能器，具體涉及一種用于骨科手術(shù)儀的超聲換能器。
背景技術(shù)：
超聲骨科手術(shù)儀主要用于口腔外科手術(shù)，骨切開術(shù)，骨成形術(shù)，外科解剖類手術(shù)等 領(lǐng)域。超聲骨科手術(shù)儀主要由主機(jī)和手柄組成，其中安裝在手柄內(nèi)的超聲換能器是最為重 要的組成部件?，F(xiàn)有的用于超聲骨科手術(shù)儀的超聲換能器一般由主桿、壓電陶瓷和變幅桿 組成，如公開號(hào)為CN1561919的中國(guó)發(fā)明專利公開了一種超聲骨骼切割儀，該發(fā)明中所述 的換能器由一組縱向極化壓電片和一組切向極化壓電片組成，以使刀具端部的振動(dòng)為復(fù)合 振動(dòng)；其中采用以輸出能量作為優(yōu)化目標(biāo)對(duì)手柄中的換能器、變幅桿和刀具的尺寸進(jìn)行了 優(yōu)化，得到的手柄的尺寸范圍是在諧振頻率27 40KHz的范圍內(nèi)，其換能器長(zhǎng)度為20 60mm,直徑為8 30mm ；變幅桿長(zhǎng)度為12 30mm，側(cè)壁由指數(shù)形、雙曲線、圓錐形之一構(gòu)成； 其刀桿的長(zhǎng)度為15 40mm，直徑為3 25mm。其實(shí)施方式中具體指出手柄的尺寸為諧振 頻率27KHz的范圍內(nèi)，圓柱部分長(zhǎng)度為42mm，直徑為5mm，過渡部分長(zhǎng)度為19. 5mm,側(cè)壁曲線 為指數(shù)型，刀桿的長(zhǎng)度為30mm，直徑為8mm，通過上述優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得超聲刀具(工作尖)的 帶負(fù)載能力較現(xiàn)有常規(guī)的超聲刀具能力有較大提高。但該發(fā)明變幅桿的結(jié)構(gòu)是由換能器通 過側(cè)壁為指數(shù)型的錐體直接過渡到較長(zhǎng)的柱體部分，使該換能器在縱向振動(dòng)的同時(shí)還會(huì)產(chǎn) 生橫向振動(dòng)，由于骨科微創(chuàng)手術(shù)需要對(duì)切口進(jìn)行精確控制，橫向振動(dòng)會(huì)超出控制范圍導(dǎo)致 病人誤傷。此外，該發(fā)明也沒有對(duì)換能器在工作時(shí)的發(fā)熱情況進(jìn)行情況考查，換能器的長(zhǎng)度 范圍20 60mm過大，在大部分尺寸下會(huì)發(fā)生發(fā)熱過快，溫升過高的情況，從而可能會(huì)導(dǎo)致 人體組織的傷害，并縮短了換能器的壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種工作時(shí)表面溫升低且工作效率高的用于超 聲骨科手術(shù)儀的超聲換能器。本發(fā)明所述的用于超聲骨科手術(shù)儀的超聲換能器，包括同軸連接的變幅桿、壓電 陶瓷和主桿，其特征在于所述變幅桿包括與壓電陶瓷同軸連接的第一圓臺(tái)、與第一圓臺(tái)同 軸連接的第二圓臺(tái)、與第二圓臺(tái)同軸連接的第三圓臺(tái)和與第三圓臺(tái)連接的工作尖連桿，變 幅桿的總長(zhǎng)度為34 36mm。通過采用上述結(jié)構(gòu)，特別是確定變幅桿的總長(zhǎng)度，使本發(fā)明所 述換能器達(dá)到了優(yōu)越的匹配性能，提高了換能器的工作效率，有效降低換能器工作時(shí)的表 面溫度。上述技術(shù)方案中，所述工作尖連桿從靠近第三圓臺(tái)的一端開始依次包括一個(gè)錐體 部分、第一柱體部分、第二柱體部分和一個(gè)工作尖連接頭，各部分的直徑依第三圓臺(tái)朝工作 尖連接頭的方向依次遞減。采用上述結(jié)構(gòu)且超聲換能器的總長(zhǎng)度為34 36mm時(shí)的優(yōu)化的變幅軒結(jié)構(gòu)尺寸 為
所述第一圓臺(tái)的直徑為9 11mm，其上端面至變幅桿底端面的距離為4 6mm ；所述第二圓臺(tái)的直徑為5. 5 7. 5mm，其上端面至變幅桿底端面的距離為6 8mm ；所述第三圓臺(tái)的直徑為5. 5 6. 5mm，該第三圓臺(tái)上端面至變幅桿底端面的距離 為 8. 2 10. 2mm ；所述錐體部分上端面至變幅桿底端面的距離為13. 5 15. 5mm，其大端的直徑與 第三圓臺(tái)的直徑相同，小端的直徑與第一柱體部分的直徑相同，上端面與下端面以斜面連 接；所述第一柱體部分的直徑為4. 3 5. 8mm,其上端面至變幅桿底端面的距離為 18. 7 20. 7mm ；所述第二柱體部分的直徑為4. 0 5. 3mm,其上端面至變幅桿底端面的距離為 28. 5 30. 5mmο在上述優(yōu)化的結(jié)構(gòu)尺寸下，與變幅桿配合的主桿的外徑與變幅桿第一圓臺(tái)的直徑 相同，高度為25 27mm，主桿內(nèi)連接桿的總長(zhǎng)度為46 48mm，其上端面高出主桿上端面 13. 5 15. 5mmο最優(yōu)化的超聲換能器變幅桿總長(zhǎng)度為35mm，此時(shí)各部位尺寸如下所述第一圓臺(tái)的直徑為10mm，其上端面至變幅桿底端面的距離為5mm ；所述第二圓臺(tái)的直徑為7mm，其上端面至變幅桿底端面的距離為7mm ；所述第三圓臺(tái)的直徑為6mm，該第三圓臺(tái)上端面至變幅桿底端面的距離為9. 2mm ；所述錐體部分上端面至變幅桿底端面的距離為14. 5mm ；所述第一柱體部分的直徑為4. 8mm，其上端面至變幅桿底端面的距離為19. 7mm ；所述第二柱體部分的直徑為4. 5mm，其上端面至變幅桿底端面的距離為29. 5mm。在上述最優(yōu)的變幅桿結(jié)構(gòu)尺寸條件下，主桿的高度為26mm，主桿內(nèi)連接桿的總長(zhǎng) 度為47mm，其上端面高出主桿上端面14. 5mm。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述用于超聲骨科手術(shù)儀的超聲換能器通過對(duì)變幅桿結(jié) 構(gòu)的改進(jìn)，尤其是對(duì)變幅桿結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)化，以提高整個(gè)換能器的匹配性，從而大大提高超 聲換能器的工作效率，在保證效率的同時(shí)大幅降低換能器表面的溫升，縮短手術(shù)時(shí)間，避免 對(duì)患者造成傷害，進(jìn)一步提高了換能器的壽命。


圖1為本發(fā)明所述用于超聲骨科手術(shù)儀的超聲換能器的一種實(shí)施方式；圖2為圖1所示實(shí)施方式中變幅桿的放大圖。圖中標(biāo)號(hào)為1變幅桿；1-1第一圓臺(tái)；1-2第二圓臺(tái)；1-3第三圓臺(tái)；1_4錐體部分；1_5第一柱 體部分；1-6第二柱體部分；1-7工作尖連接頭；2壓電陶瓷；3主桿；3-1連接桿。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明所述的用于超聲骨科手術(shù)儀的超聲換能器，包括同軸連接的 變幅桿1、壓電陶瓷2和主桿3，所述變幅桿1包括與壓電陶瓷2同軸連接的第一圓臺(tái)1-1、與第一圓臺(tái)1-1同軸連接的第二圓臺(tái)1-2、與第二圓臺(tái)1-2同軸連接的第三圓臺(tái)1-3和與第 三圓臺(tái)1-3連接的工作尖連桿，所述工作尖連桿從靠近第三圓臺(tái)1-3的一端開始依次包括 錐體部分1-4、第一柱體部分1-5和第二柱體部分1-6，各部分的直徑依第三圓臺(tái)1-3朝工 作尖連接頭1-7的方向依次遞減，變幅桿1的總長(zhǎng)度為34 36mm，此時(shí)變幅軒各結(jié)構(gòu)尺寸 為所述第一圓臺(tái)1-1的直徑為9 11mm，其上端面至變幅桿1底端面的距離為4 6mm ；所述第二圓臺(tái)1-2的直徑為5. 5 7. 5mm，其上端面至變幅桿1底端面的距離為 6 8mm ；所述第三圓臺(tái)1-3的直徑為5. 5 6. 5mm,該第三圓臺(tái)1_3上端面至變幅桿1底端 面的距離為8. 2 10. 2mm ；所述錐體部分1-4上端面至變幅桿1底端面的距離為13. 5 15. 5mm，其大端的直 徑與第三圓臺(tái)1-3的直徑相同，小端的直徑與第一柱體部分1-5的直徑相同，上端面與下端 面以斜面連接；所述第一柱體部分1-5的直徑為4. 3 5. 8mm,其上端面至變幅桿1底端面的距離 為 18. 7 20. 7mm ；所述第二柱體部分1-6的直徑為4. 0 5. 3mm,其上端面至變幅桿1底端面的距離 為 28. 5 30. 5mm。下面申請(qǐng)人以實(shí)驗(yàn)說明本發(fā)明所述結(jié)構(gòu)尺寸的超聲換能器具備高的工作效率和 低的溫升值。實(shí)驗(yàn)例1、骨骼開孔實(shí)驗(yàn)以本發(fā)明所述結(jié)構(gòu)尺寸的換能器為1號(hào)換能器，在本發(fā)明所述結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上作尺 寸改動(dòng)的換能器為2、3號(hào)換能器以及結(jié)構(gòu)稍作改動(dòng)的4號(hào)換能器(具體尺寸分別如下)， 在主機(jī)和其它配置均相同的條件下，分別把以下四個(gè)不同的換能器安裝在骨科手術(shù)儀手柄 內(nèi)部的固定件上，安裝好手柄外殼，以本申請(qǐng)人生產(chǎn)的Woodpecker牌US2型的工作尖，以本 申請(qǐng)人:生產(chǎn)的Woodpecker牌UltraSurgery型骨刀機(jī)為實(shí)驗(yàn)主機(jī)，把相應(yīng)腳踏開關(guān)安裝在 主機(jī)上，分四次把安裝有四個(gè)不同換能器的手柄通過電水路連接線分別安裝在主機(jī)進(jìn)行試 驗(yàn)。安裝完成后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的骨科手術(shù)儀分別對(duì)應(yīng)編號(hào)為1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)和4號(hào)。其中1號(hào)換能器包括同軸連接的變幅桿1、壓電陶瓷2和主桿3，所述變幅桿1包括與 壓電陶瓷2同軸連接的第一圓臺(tái)1-1、與第一圓臺(tái)1-1同軸連接的第二圓臺(tái)1-2、與第二圓 臺(tái)1-2同軸連接的圓柱體第三圓臺(tái)1-3和與圓柱體第三圓臺(tái)1-3連接的工作尖連桿，所述 工作尖連桿從靠近第三圓臺(tái)1-3的一端開始依次包括錐體部分1-4、第一柱體部分1-5和第 二柱體部分1-6，各部分的直徑依第三圓臺(tái)1-3朝工作尖連接頭1-7的方向依次遞減，變幅 桿1的總長(zhǎng)度為35mm，此時(shí)變幅軒各結(jié)構(gòu)尺寸為所述第一圓臺(tái)1-1的直徑為10mm，其上端面至變幅桿1底端面的距離為5mm ；所述第二圓臺(tái)1-2的直徑為7mm，其上端面至變幅桿1底端面的距離為7mm ；所述第三圓臺(tái)1-3的直徑為6mm，該第三圓臺(tái)1_3上端面至變幅桿1底端面的距離為 9. 2mm ；所述錐體部分1-4上端面至變幅桿1底端面的距離為14. 5mm,其大端的直徑與第 三圓臺(tái)1-3的直徑相同，小端的直徑與第一柱體部分1-5的直徑相同，上端面與下端面以斜 面連接；所述第一柱體部分1-5的直徑為4. 8mm,其上端面至變幅桿1底端面的距離為
19.7mm ；所述第二柱體部分1-6的直徑為4. 5mm，其上端面至變幅桿1底端面的距離為
29.5mm。主桿3的外徑與變幅桿1第一圓臺(tái)1-1的直徑相同，高度為26mm，主桿3內(nèi)連接桿 3-1的總長(zhǎng)度為47mm，其上端面高出主桿3上端面14. 5mm。2號(hào)換能器結(jié)構(gòu)與1號(hào)換能器相同，只是各部分的尺寸不同，所述變幅桿1的總 長(zhǎng)度為33. 8mm，此時(shí)變幅軒各結(jié)構(gòu)尺寸為所述第一圓臺(tái)1-1的直徑為10mm，其上端面至變幅桿1底端面的距離為3. 9mm ；所述第二圓臺(tái)1-2的直徑為7mm，其上端面至變幅桿1底端面的距離為5. 9mm ；所述第三圓臺(tái)1-3的直徑為6mm，該第三圓臺(tái)1_3上端面至變幅桿1底端面的距離 為 8. Imm ；所述錐體部分1-4上端面至變幅桿1底端面的距離為13. 4mm，其大端的直徑與第 三圓臺(tái)1-3的直徑相同，小端的直徑與第一柱體部分1-5的直徑相同，上端面與下端面以斜 面連接；所述第一柱體部分1-5的直徑為4. 8mm,其上端面至變幅桿1底端面的距離為 18. 5mm ；所述第二柱體部分1-6的直徑為4. 5mm，其上端面至變幅桿1底端面的距離為 28. 3mm。主桿3的外徑與變幅桿1第一圓臺(tái)1-1的直徑相同，高度為26mm，主桿3內(nèi)連接桿 3-1的總長(zhǎng)度為46mm，其上端面高出主桿3上端面13. 5mm。3號(hào)換能器結(jié)構(gòu)與1號(hào)換能器相同，只是各部分的尺寸不同，所述變幅桿1的總 長(zhǎng)度為36. 2mm，此時(shí)變幅軒各結(jié)構(gòu)尺寸為所述第一圓臺(tái)1-1的直徑為10mm，其上端面至變幅桿1底端面的距離為6. Imm ；所述第二圓臺(tái)1-2的直徑為7mm，其上端面至變幅桿1底端面的距離為8. Imm ；所述第三圓臺(tái)1-3的直徑為6mm，該第三圓臺(tái)1_3上端面至變幅桿1底端面的距離 為 10. 3mm ；所述錐體部分1-4上端面至變幅桿1底端面的距離為15. 6mm，其大端的直徑與第 三圓臺(tái)1-3的直徑相同，小端的直徑與第一柱體部分1-5的直徑相同，上端面與下端面以斜 面連接；所述第一柱體部分1-5的直徑為4. 8mm,其上端面至變幅桿1底端面的距離為
20.9mm ；所述第二柱體部分1-6的直徑為4. 5mm,其上端面至變幅桿1底端面的距離為
30.7mm。主桿3的外徑與變幅桿1第一圓臺(tái)1-1的直徑相同，高度為26mm，主桿3內(nèi)連接桿3-1的總長(zhǎng)度為48mm，其上端面高出主桿3上端面15. 5mm。4號(hào)換能器變幅桿1的總長(zhǎng)度相同為35mm，在結(jié)構(gòu)上第二柱體部分1_6與第一柱 體部分1-5的直徑相同，除此之外的其余結(jié)構(gòu)尺寸均與1號(hào)換能器相同。所選用骨骼為3個(gè)豬齡相同的豬頭骨，分別在24 29.5KHZ的工作頻率， 20士2牛頓的力的條件下在各豬頭骨的同一部位進(jìn)行骨骼開孔實(shí)驗(yàn)，對(duì)切開尺寸為 IOmmX IOmmX 5mm的孔需要的時(shí)間進(jìn)行比較，重復(fù)5次相同的實(shí)驗(yàn)，所得的結(jié)果如以下表1 所示。表1
權(quán)利要求
1.用于骨科手術(shù)儀的超聲換能器，包括同軸連接的變幅桿(1)、壓電陶瓷(2)和主桿 (3)，其特征在于所述變幅桿(1)包括與壓電陶瓷(2)同軸連接的第一圓臺(tái)(1-1)、與第一 圓臺(tái)(1-1)同軸連接的第二圓臺(tái)(1-2)、與第二圓臺(tái)(1-2)同軸連接的第三圓臺(tái)(1-3)和與 第三圓臺(tái)(1-3)連接的工作尖連桿，變幅桿(1)的總長(zhǎng)度為34 36mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于骨科手術(shù)儀的超聲換能器，其特征在于所述工作尖連 桿從靠近第三圓臺(tái)(1-3)的一端開始依次包括一個(gè)錐體部分(1-4)、第一柱體部分(1-5)、 第二柱體部分(1-6)和一個(gè)工作尖連接頭(1-7)，各部分的直徑依第三圓臺(tái)(1-3)朝工作尖 連接頭(1-7)的方向依次遞減。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于骨科手術(shù)儀的超聲換能器，其特征在于所述第一圓臺(tái)(1-1)的直徑為9 11mm，其上端面至變幅桿(1)底端面的距離為4 6mm ；所述第二圓臺(tái)(1-2)的直徑為5. 5 7. 5mm，其上端面至變幅桿(1)底端面的距離為 6 8mm ；所述第三圓臺(tái)(1-3)的直徑為5. 5 6. 5mm，該第三圓臺(tái)(1_3)上端面至變幅桿(1)底 端面的距離為8. 2 10. 2mm ；所述錐體部分(1-4)上端面至變幅桿(1)底端面的距離為13. 5 15. 5mm，其大端的直 徑與第三圓臺(tái)(1-3)的直徑相同，小端的直徑與第一柱體部分(1-5)的直徑相同，上端面與 下端面以斜面連接；所述第一柱體部分(1-5)的直徑為4. 3 5. 8mm，其上端面至變幅桿(1)底端面的距離 為 18. 7 20. 7mm ；所述第二柱體部分(1-6)的直徑為4. 0 5. 3mm，其上端面至變幅桿(1)底端面的距離 為 28. 5 30. 5mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于骨科手術(shù)儀的超聲換能器，其特征在于與變幅桿(1) 配合的主桿(3)的外徑與變幅桿(1)的直徑相同，高度為25 27mm，主桿(3)內(nèi)連接桿 (3-1)的總長(zhǎng)度為46 48mm，其上端面高出主桿(3)上端面13. 5 15. 5mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于骨科手術(shù)儀的超聲換能器，其特征在于所述變幅桿(1) 總長(zhǎng)度為35mm，其中，所述第一圓臺(tái)(1-1)的直徑為10mm，其上端面至變幅桿(1)底端面的距離為5mm;所述第二圓臺(tái)(1-2)的直徑為7mm，其上端面至變幅桿(1)底端面的距離為7mm;所述第三圓臺(tái)(1-3)的直徑為6mm，該第三圓臺(tái)(1_3)上端面至變幅桿(1)底端面的距 離為9. 2mm ；所述錐體部分(1-4)上端面至變幅桿(1)底端面的距離為14. 5mm ；所述第一柱體部分(1-5)的直徑為4. 8mm，其上端面至變幅桿(1)底端面的距離為 19. 7mm ；所述第二柱體部分(1-6)的直徑為4. 5mm，其上端面至變幅桿(1)底端面的距離為 29. 5mmο
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于骨科手術(shù)儀的超聲換能器，其特征在于主桿(3)的 高度為26mm，主桿(3)內(nèi)連接桿(3-1)的總長(zhǎng)度為47mm，其上端面高出主桿(3)上端面 14. 5mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于骨科手術(shù)儀的超聲換能器。它包括同軸連接的變幅桿、壓電陶瓷和主桿，所述變幅桿包括與壓電陶瓷同軸連接的第一圓臺(tái)、與第一圓臺(tái)同軸連接的第二圓臺(tái)、與第二圓臺(tái)同軸連接的第三圓臺(tái)和與第三圓臺(tái)連接的工作尖連桿，變幅桿的總長(zhǎng)度為34～36mm。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述用于超聲骨科手術(shù)儀的超聲換能器通過對(duì)變幅桿結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，尤其是對(duì)變幅桿結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)化，以提高整個(gè)換能器的匹配性，從而大大提高超聲換能器的工作效率，在保證效率的同時(shí)大幅降低換能器表面的溫升。
文檔編號(hào)A61B17/56GK101999911SQ20101057119
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月2日
發(fā)明者吳勛賢, 唐光輝, 覃秀尤, 黃雄業(yè) 申請(qǐng)人:桂林市啄木鳥醫(yī)療器械有限公司