一种超声手术刀杆制造技术

本实用新型专利技术公开了一种超声手术刀杆，包括前振幅控制区、应力控制区、后振幅控制区以及刀头切割区。通过在应力控制区设置硬化结构在振幅基本上不受影响的情况下，降低其整体应力，提高超声手术刀的安全性。其中硬化结构的长度L0=A*λ/2，式中：A为0.4~0.6，λ为刀杆声波长；硬化结构的直径D1或者硬度H1均大于非硬化结构的直径D0或硬度H0，其中，直径D1=(1.1~1.3)D0，硬度H1=(1.5~2.0)H0。本实用新型专利技术具有设计简单、加工成本低、振幅大、安全性高等优点，很适合应用于超声手术刀。很适合应用于超声手术刀。很适合应用于超声手术刀。

An ultrasonic scalpel rod

【技术实现步骤摘要】
一种超声手术刀杆


[0001]本技术涉及一种超声手术刀
，尤其涉及一种高振幅低应力的超声手术刀杆。

技术介绍

[0002]超声刀手术具有精度高、创伤小、凝血佳、手术时间短、术后恢复快等优点，给医生和患者都带来了巨大好处，已成功地应用于许多外科领域，如胃肠外科，肝胆外科，普外科，妇产科，泌尿科等。超声手术刀系统主要由超声波发生器、换能器、变幅杆、超声刀刀杆及刀头等部分组成。由换能器产生的振动（机械波）传递经刀杆至刀头，刀头与组织接触，依靠机械冲击切割组织，伴随产热实现凝固止血。超声手术刀工作时频率为55~60kHz，输出振幅约50
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100μm，也就是每工作一小时会经历2
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108次振动。虽然振动位移比较小，但短时间内超声手术刀杆会经历超高周次载荷循环，极易在刀杆某些应力较大的位置产生疲劳损伤，出现断裂事故。寻求优化超声手术刀结构，降低其整体应力，提高超声手术刀的安全性，延长其使用寿命，一直是本领域技术人员努力的方向。
[0003]专利文献1（公开号为CN 211213385U）通过在超声波能量输出端上设置纵向纹理，抵消施加在刀杆的横截面上的部分力度，从而减少刀杆断裂的可能性，提高手术的安全性。专利文献2（公开号为CN 213310126U）根据特定公式对刀杆各段位置的直径大小进行改进，刀杆在振动时应力沿轴向传输的周期性变化而变化，在应力达到最大的位置，刀杆直径最大，在应力为零的位置，刀杆直径最小。然而上述专利文献中公开的结构不仅加工比较复杂，而且还无法保证振幅。r/>
技术实现思路

[0004]本技术为解决现有技术中存在的不足，提供一种高振幅低应力的超声手术刀杆，基于驻波场，在应力峰值区域设置硬化结构来抵消应力，具有设计简单、加工成本低、振幅不受影响、安全性高等特点，克服了上述工艺的缺点。
[0005]为了实现上述目的，本技术采用如下技术方案：
[0006]本技术一种高振幅低应力的超声手术刀杆，其特征在于，包括前振幅控制区、应力控制区、后振幅控制区以及刀头切割区。
[0007]所述应力控制区的输入端与前振幅控制区连接，其输出端与后振幅控制区连接；
[0008]所述应力控制区的长度L1=N1*λ/2，式中：N1为正整数，λ为刀杆声波长；
[0009]所述应力控制区包括多个硬化结构和非硬化结构，所述硬化结构的长度L0=A*λ/2，式中：A为0.4~0.6；所述应力控制区的波节位于硬化结构范围内；
[0010]所述硬化结构的直径D1大于非硬化结构的直径D0，或者所述硬化结构的硬度H1大于非硬化结构硬度H0，或者所述硬化结构的直径D1和硬度H1均大于非硬化结构的直径D0和硬度H0，其中，直径D1=(1.1~1.3)D0，硬度H1=(1.5~2.0)H0。
[0011]作为优选方案，所述应力控制区由不同直径的圆柱组成，所述不同直径的圆柱通
过圆角过渡，且圆角半径为0.05~0.1mm。
[0012]作为优选方案，所述前振幅控制区的输入端与超声换能器连接，其输出端用于与应力控制区连接，所述前振幅控制区包括螺纹孔，且通过螺钉与超声换能器连接。
[0013]作为优选方案，所述前振幅控制区包括不同直径的圆柱，所述前振幅控制区的长度L2=N2*λ/2，式中：N2为正整数；所述圆柱的直径为4~8mm，所述不同直径的圆柱通过圆角过渡，且圆角半径为0.05~0.1mm。
[0014]作为优选方案，所述前振幅控制区的振幅增大倍数为1.5~3倍；
[0015]作为优选方案，所述后振幅控制区的输入端与应力控制区连接，其输出端与刀头切割区连接。
[0016]作为优选方案，所述后振幅控制区包括不同直径的圆柱，所述后振幅控制区的长度L3=N3*λ/2，式中：N3为正整数；所述圆柱的直径为3~6mm，所述不同直径的圆柱通过圆角过渡，且圆角半径为0.05~0.1mm。
[0017]作为优选方案，所述后振幅控制区的振幅增大倍数为1.5~3倍。
[0018]作为优选方案，所述刀头切割区为楔形或扁平片形，所述刀头切割区的输入端与后振幅控制区连接，所述刀头切割区的长度L4=N4*λ/2，式中：N4为正整数。
[0019]作为优选方案，所述超声手术刀杆的长度为180mm、270mm和405mm中的任一一种。
[0020]其中，输入端是指近端、输出端是指远端；远端、近端是相对于超声刀使用者而言的，远离操作者的一端为远端，靠近操作者的一端为近端。
[0021]原理与优势
[0022]声波在介质传播时，在介面将产生反射波和透射波。当入射波和反射波在介质中相互干涉即可形成驻波。驻波是指由振幅相同、频率相同、振动方向相同的入射波和反射波，在同一直线上沿相反方向传播，叠加后形成的波。
[0023]入射波的波动方程为：
[0024]反射波的波动方程为：
[0025]式中，A为振幅，w为角频率，t为某时刻，k为波数，x为某位置的质点。波动方程反映的是在波动的过程中某一时刻各个质点的相对各自平衡位置的位移。
[0026]两波相互叠加，合成波即驻波为：。所以，驻波的振幅Am=2Acoskx，可见驻波的振幅与位置有关而与振动时间无关。
[0027]当振幅最大时，位置x满足，即kx=2πx/λ＝nπ，则x=n*λ/2（n＝0，
±
1，
±
2，
…
）。这些位置称为波腹。
[0028]当振幅最小时，位置x满足，即kx=2πx/λ＝（n+1/2）π，则x=（2n+1）*λ/4（n＝0，
±
1，
±
2，
…
）。这些位置称为波节。
[0029]对超声刀杆而言，最终的振幅放大倍数主要由前振幅控制区和后振幅控制区决定。在这两个振幅控制区中，首先把控制区的总长度控制在半波长的整数倍，保证其输出端为波腹，其次，在控制区的波节处设置至少一个直径由大变小（从近端向远端方向从大变小）的过渡台阶提供振幅增益（过渡台阶为增益台阶）。高振幅可以保证超声刀杆有良好的
切割效果，但不可避免会在某些位置出现应力集中的现象，容易产生疲劳损伤，这些应力较大的区域主要在波节的位置。本申请通过在应力控制区的波节位置设置在硬化结构范围内，并将硬化结构的长度优化为半个波长的0.4~0.6倍，来抵消应力的大小，尽可能的削弱应力集中的现象，避免过大的应力导致刀杆断裂，起到强化刀杆的作用，硬化结构被处理成直径加大和/或硬度加大中的至少一种，增加硬度的方法可采用抛光、喷丸、涂层中的任一一种，直径增加或硬度增加后，在相同的作用力，该位置受到的应力均会减小，通过这些硬化结构的优化设置可使应力控制区可以保证超声波在刀杆传播的过程中振幅基本上不发生衰减和放大，同时降低其整体应力，提高超声手术刀的安全性，延长其使用寿命。如此，超声刀杆通过前振幅控制区提供较大的首次振幅增益，通过应力控制区保本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声手术刀杆，其特征在于，包括前振幅控制区（1）、应力控制区（2）、后振幅控制区（3）以及刀头切割区（4）;所述应力控制区（2）的输入端与前振幅控制区（1）连接，其输出端与后振幅控制区（3）连接；所述应力控制区的长度L1=N1*λ/2，式中：N1为正整数，λ为刀杆声波长；所述应力控制区（2）包括多个硬化结构（21）和多个非硬化结构（22），所述硬化结构的长度L0=A*λ/2，式中：A为0.4~0.6；所述应力控制区（2）的波节位于硬化结构（21）范围内；所述硬化结构（21）的直径D1大于非硬化结构（22）的直径D0，或者所述硬化结构（21）的硬度H1大于非硬化结构（22）硬度H0，或者所述硬化结构（21）的直径D1和硬度H1均大于非硬化结构（22）的直径D0和硬度H0，其中，直径D1=(1.1~1.3)D0，硬度H1=(1.5~2.0)H0。2.根据权利要求1所述的一种超声手术刀杆，其特征在于：所述应力控制区（2）由不同直径的圆柱组成，所述不同直径的圆柱通过圆角过渡，且圆角半径为0.05~0.1mm。3.根据权利要求1所述的一种超声手术刀杆，其特征在于：所述前振幅控制区（1）的输入端用于与超声换能器连接，其输出端与应力控制区（2）连接，所述前振幅控制区（1）包括螺纹孔（11），且通过螺钉与超声换能器连接。4.根据权利要求1所述的一种超声手术刀杆，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李益民，王霄，赵志刚，鄢家杰，
申请(专利权)人：湖南瀚德微创医疗科技有限公司，
类型：新型
国别省市：