采用阶梯钻头的轴向力可控的外科骨钻制造技术

本发明专利技术涉及一种采用阶梯钻头的轴向力可控的外科骨钻，其控制精确度高，可有效避免对脑组织的损伤，包括：钻体和钻头，钻体机壳内有直流电机，它与智能集成控制系统和直流电源连接，直流电机的输出轴与齿轮传动装置连接，齿轮传动装置通过传动轴与钻头夹头连接，钻头安装在钻头夹头上；在钻头夹头与传动轴的连接处设有推力轴承，它紧贴变形元件，变形元件紧靠在机壳上，变形元件用弹性元件定位，电阻应变片粘贴在变形元件内表面，电阻应变片还与智能集成控制系统连接，钻头夹头与机壳间则设有密封装置；钻头第一部分为导向部分，其主体为麻花钻，第二部分为过渡部分，第三部分为扩孔部分，在过渡部分和扩孔部分的螺旋表面上安装金刚石磨粒。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种医疗器械，具体的为一种采用阶梯钻头的轴向力可控的外科骨钻。
技术介绍
目前外科头骨钻孔的器械为手持式电动钻,手持式电动钻的操作方式为由医师徒手扶持电钻来控制钻孔方向与进给量。电钻设计有一组安全装置，动力源通过离合器与钻头相连接，当钻头承受压力会使钻头通过离合器与动力源相连，带动钻头运转以进行骨钻孔操作；当钻头钻穿头骨时，因不再承受头骨的反作用力会使钻头与动力源分离，使电钻停止运转。然而这些方法均须凭借医师个人丰富的临床经验与手部感觉来判断骨钻孔的过 程中是否已穿越头骨，并手动迅速停止；若是经由缺乏丰富经验的医师执行时，即使有上述特殊安全装置的电钻，稍有不慎也有可能在穿越头骨的同时伤及头骨下方的脑膜及神经组织。此外采用徒手方式钻孔，亦可能因为手臂力量不足导致钻孔过程产生震动，影响钻孔过程的安全性、准确性与舒适性。为了增加外科骨钻孔过程中的安全性和准确性，“一种智能骨钻及其控制方法”(中国专利号为2009101036423)专利技术专利公开了在骨钻电机上设置有应变式扭矩传感器、转速传感器或压力传感器的任意一种、两种或三种传感器件；在骨钻电机上还设置有嵌入式智能测控模块接收传感器采集的感应信号并进行判断，控制骨钻电机。但这种方法是在骨钻电机的基体上设置转速传感器、扭矩传感器以及压力传感器对钻头转速、扭矩和压力进行实时测量。显然这种测量方法的精度和准确性不能保证要求，因为骨钻电机的基体上受各种信号及其复杂，信号的采集和处理精度和准确性很难得到保证，再加上从钻头的受力点到动力源电机，传动链比较长，测试的精度和准确性也不能满足要求。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为解决上述问题，提供一种采用阶梯钻头的轴向力可控的外科骨钻，它控制的精确度高，可有效避免对脑组织的损伤。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案一种采用阶梯钻头的轴向力可控的外科骨钻，它包括钻体和钻头，所述钻体包括机壳，在机壳内设有直流电机，直流电机与智能集成控制系统和直流电源连接，直流电机的输出轴与齿轮传动装置连接，齿轮传动装置通过传动轴与钻头夹头连接，钻头安装在钻头夹头上；在钻头夹头与传动轴的连接处设有推力轴承，推力轴承紧贴变形元件，变形元件紧靠在机壳上，变形元件用弹性元件定位，电阻应变片粘贴在变形元件内表面，电阻应变片还与智能集成控制系统连接，钻头夹头与机壳间则设有密封装置；所述钻头采用阶梯钻结构，钻头的工作部分分为三部分，第一部分为导向部分，其主体为麻花钻，第二部分为过渡部分，第三部分为扩孔部分，在过渡部分和扩孔部分的螺旋表面上安装金刚石磨粒。所述钻头的总长度L4，工作部分长度为I4，钻头的工作部分I4分为三个段；钻头选用不锈钢，钻头末端为钻柄部分，采用直柄形状。制造过程首先用直径为d4的不锈钢圆柱加工出工作部分的三个部分，然后在过渡部分和扩孔部分加工出螺纹槽，其螺旋角3 4范围在18° — 30°之间；工作部分的导向部分Itl4为标准麻花钻，钻头外径d04范围在Imm—5mm,钻头的顶角2cp <变化范围在90° —120°之间，螺旋角P4范围在18° — 30°之间，钻头的前角在外径边缘处取得最大前角Y4=30°，钻头的后角在靠近横刃处取得最大值a 4=200 一26° ;工作部分的过渡部分I14和扩孔部分I24用来进行钎焊金刚石磨粒，其中过渡部分I14的长度可根据钻头直径大小适当调整；金刚石磨粒设计成两列，金刚石磨粒的粒度根据需要的不同，选用20# — 80#，钎焊磨粒后钻头的平均直径D4范围确定在2mm — IOmm ；磨粒之间的行距H4和列距h4范围在2— 3倍的磨粒粒径之间。所述智能集成控制系统包括单片机，单片机通过开关控制电路与直流电机和控制开关连接；同时单片机还依次与A/D转换器、信号采集器、放大器、滤波器、电桥电路连接，电桥电路与电阻应变片连接；信号采集器对测量的电压信号进行采集，然后经A/D转换器 转换成数字量输入到单片机中，判断是否满足自停条件钻头在钻穿骨头瞬间轴向力会突然下降，并且以后的轴向力会很小并基本保持不变，所以判断钻穿的依据就是所采集到的 电压信号的斜率小于一个设定好的很小的值并基本保持不变，此时单片机即判断满足自停条件，即会发出信号切断开关控制电路，从而实现自停功能；同时，单片机根据信号采集装置采集的电压信号判断轴向力是否过大，判断轴向力过大的依据是所采集的电压信号大于某个设定好的值，这时单片机即判断此时轴向力过大。所述齿轮传动装置包括一个与直流电机输出轴通过凹凸槽连接的主动齿轮轴，主动齿轮轴两端分别与深沟球轴承I和深沟球轴承II连接进行定位，并且两个轴承均靠轴肩和机壳实现定位；主动齿轮轴与从动齿轮啮合，从动齿轮通过平键与从动轴连接，从动齿轮靠轴肩和轴套I实现轴向定位，从动轴两端对称安装有深沟球轴承III和深沟球轴承IV，深沟球轴承III用止动螺母I1、轴肩和机壳来定位，深沟球轴承IV用轴套1、止动螺母I和机壳定位；从动轴和传动轴通过凹凸槽相连。所述传动轴设有轴套II，从动轴两端分别安装在深沟球轴承V和深沟球轴承VI上。所述密封装置为嵌在机壳上的密封圈。本专利技术提供一种采用阶梯钻头的轴向力可控的外科骨钻及其钻头，在钻孔的过程中，轴向力传递路线是骨头作用在钻头上，钻头传递给钻头夹头，钻头夹头传递给传动轴，传动轴传传递给推力轴承，推力轴承传递给变形元件，这样就引起变形元件发生形变，导致电阻应变片的形变，这样轴向力大小就转化为电阻应变片形变量的大小。电阻应变片的形变会使其电阻值发生改变，经过电桥电路后转换为微小的电压值，然后经滤波器进行滤波，排出干扰信号后，再经放大器放大、信号采集器采集信号以及A/D转换器36转换后即可被单片机识别，对工况进行判断。在钻孔时，可能由于骨头碎片的塑性变形和钻头与骨头间的摩擦力而造成温度升高。骨钻孔过程中可能会引发骨坏死，钻孔邻近区域的骨细胞由于钻孔温度超过50°C临界值时会导致永久性死亡。为了降低钻孔温度，钻孔过程尽可能快已防止热量传入到骨邻近组织中。通过增加轴向力可以使钻孔速度提高。然而，轴向力过大，可能引起病人的进一步骨折和钻削温度的提高。通过改变钻孔参数来调整轴向力和钻孔温度显然不能从根本上解决问题。本专利技术采用在骨钻基体表面上钎焊金刚石，并实现金刚石磨粒的可控有序排布。磨粒的裸露高度可达70 %-80 %，因此相当于用金刚石磨粒代理骨钻的切削刃完成钻孔操作，因此可大大降低钻削力，从而降低钻削温度。本专利技术的有益效果是在骨钻传动轴的前轴承即推力轴承上设置有变形元件和电阻应变片，从而监测钻削过程中的钻削力，由于前轴承直接在钻头受力点附近，信号的监测和传输比较准确，精度高，可有效防止轴向力过大或骨钻穿时对骨组织的伤害；钻头的导向部分为细麻花钻部分，钻头的前角在外径边缘处取得最大前角Y4=30°，使得切削刃更加锋利，减小了轴向力，钻头的后角在靠近横刃处取得最大值a 4=20° -26°，有效减小了钻头后刀面和已加工表面的摩擦，减小了摩擦热的产生，从而降低钻孔过程的温升；钻头过渡部分为一圆锥型的过渡阶段，可以减少钻头对骨周围组织的伤害；扩孔部分为直径固定的螺纹槽阶段，主要为扩孔功能，可以加工较厚的骨组织和加工较大的钻孔，这种阶梯钻的形式可以有效降低钻孔过程的温升；过渡部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用阶梯钻头的轴向力可控的外科骨钻，它包括钻体和钻头，其特征是，所述钻体包括机壳，在机壳内设有直流电机，直流电机与智能集成控制系统和直流电源连接，直流电机的输出轴与齿轮传动装置连接，齿轮传动装置通过传动轴与钻头夹头连接，钻头安装在钻头夹头上；在钻头夹头与传动轴的连接处设有推力轴承，推力轴承紧贴变形元件，变形元件紧靠在机壳上，变形元件用弹性元件定位，电阻应变片粘贴在变形元件内表面，电阻应变片还与智能集成控制系统连接，钻头夹头与机壳间则设有密封装置；所述钻头采用阶梯钻结构，钻头的工作部分分为三部分，第一部分为导向部分，其主体为麻花钻，第二部分为过渡部分，第三部分为扩孔部分，在过渡部分和扩孔部分的螺旋表面上安装金刚石磨粒。

【技术特征摘要】
1.一种采用阶梯钻头的轴向力可控的外科骨钻，它包括钻体和钻头，其特征是，所述钻体包括机壳，在机壳内设有直流电机，直流电机与智能集成控制系统和直流电源连接，直流电机的输出轴与齿轮传动装置连接，齿轮传动装置通过传动轴与钻头夹头连接，钻头安装在钻头夹头上；在钻头夹头与传动轴的连接处设有推力轴承，推力轴承紧贴变形元件，变形元件紧靠在机壳上，变形元件用弹性元件定位，电阻应变片粘贴在变形元件内表面，电阻应变片还与智能集成控制系统连接，钻头夹头与机壳间则设有密封装置；所述钻头采用阶梯钻结构，钻头的工作部分分为三部分，第一部分为导向部分，其主体为麻花钻，第二部分为过渡部分，第三部分为扩孔部分，在过渡部分和扩孔部分的螺旋表面上安装金刚石磨粒。2.如权利要求1所述的采用阶梯钻头的轴向力可控的外科骨钻，其特征是，所述钻头的总长度L4,工作部分长度为I4，钻头的工作部分I4分为三个部分；钻头选用不锈钢，钻柄部分采用直柄形状首先用直径为d4的不锈钢圆柱加工出工作部分的三个部分，然后在过渡部分和扩孔部分加工出螺纹槽，其螺旋角β4范围在18° — 30°之间；工作部分的导向部分Itl4为标准麻花钻，钻头外径dM范围在Imm — 5mm，钻头的顶角2φ 4变化范围在90° — 120°之间，螺旋角β4范围在18° — 30°之间，钻头的前角在外径边缘处取得最大前角 Υ4=30°，钻头的后角在靠近横刃处取得最大值α4=20° — 26° ;工作部分的过渡部分I14 和扩孔部分I24用来进行钎焊金刚石磨粒，其中过渡部分I14长度根据钻头直径大小适当调整；金刚石磨粒设计成两列，金刚石磨粒的粒度根据需要的不同，选用20# — 80#，钎焊磨粒后钻头的平均直径D4范围确定在2mm — IOmm ;磨粒之间的行距H4和列距h4范围在2—...

【专利技术属性】
技术研发人员：李长河，马宏亮，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：