專利名稱：一種智能骨鉆的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種醫(yī)療器械，更確切的說涉及一種智能骨鉆。 技術(shù)背景
骨鉆電機(簡稱骨鉆)是骨科常用的手術(shù)器械之一。而現(xiàn)有的骨鉆其安全性能不易保障， 主要體現(xiàn)為鉆入深度、電鉆的轉(zhuǎn)速、起停的控制等均由手術(shù)操作者人為控制，而醫(yī)生選擇 手術(shù)切開一側(cè)皮膚往往是"相對安全側(cè)"，就是重要的血管和神經(jīng)較少或手術(shù)操作方便的一側(cè)， 而骨骼的另一側(cè)有重要的血管和神經(jīng)，現(xiàn)有的骨科電轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)頭高速旋轉(zhuǎn)穿過對側(cè)骨皮質(zhì)后， 很不容易控制，而傷及血管、神經(jīng)或肌肉，這也是很多高年資的醫(yī)生頭疼的問題，而醫(yī)生為 了避免這種損傷，通常采用的方法是將骨折的兩端周圍的骨膜和肌肉從骨骼上剝離，再用骨 膜剝離器放到對面遮擋保護(hù)。上述方法的缺陷是
1、 增加了手術(shù)時間及工作強度；
2、 增加了骨折端的損傷程度，剝離了骨折兩端的骨膜，使骨折端血運減少或停止，造成 骨折愈合困難，延遲或不愈合，增加了患者的臥床時間及經(jīng)濟負(fù)擔(dān)；
3、 剝離骨折周圍的肌肉起止點，增加了出血量；
每次鉆孔后，需用測量尺測量深度，增加了手術(shù)時間并且沒有相應(yīng)的指示和保護(hù)措施， 因而存在較大的醫(yī)療安全隱患。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型提供了一種智能骨鉆，其方案是在骨鉆電機上設(shè)置有應(yīng)變式扭矩傳感器、 轉(zhuǎn)速傳感器或壓力傳感器中的任意一種、二種或三種傳感器件；在骨鉆電機上還設(shè)置有嵌入 式智能測控模塊接收傳感器件采集的感應(yīng)信號并進(jìn)行判斷，控制骨鉆電機。
本實用新型所述的應(yīng)變式傳感器由四個應(yīng)變片構(gòu)成，四個應(yīng)變片設(shè)置于骨鉆電機本體上 的環(huán)形金屬構(gòu)件的同一截面上，與環(huán)形金屬構(gòu)件中軸線的角度為±45°;所述的轉(zhuǎn)速傳感器由 霍爾傳感器和金屬讀數(shù)碼盤構(gòu)成；金屬讀碼盤安裝于骨鉆電機的鉆頭的固定端，與鉆頭同速 轉(zhuǎn)動，金屬讀碼盤上有多個圓孔位于同一圓周上；霍爾傳感器安裝于骨鉆電機本體的前端， 霍爾傳感器的軸線垂直于金屬讀碼盤，并與金屬讀碼盤相交于圓孔所在的圓周上。 所述的圓孔可以是數(shù)量為12個；所述的壓力傳感器置于骨鉆電機內(nèi)部。 在骨鉆電機的鉆頭的固定端還安裝有超聲波換能器，超聲波的發(fā)射方向與鉆頭平行。 本實用新型的有益技術(shù)效果是在普通骨鉆電機的基體上設(shè)置由霍爾傳感器和金屬讀數(shù) 碼盤構(gòu)成轉(zhuǎn)速傳感器、扭矩傳感器及壓力傳感器對鉆頭轉(zhuǎn)速、扭矩和壓力進(jìn)行實時測量、顯示，通過三種參量實現(xiàn)對鉆頭是否鉆穿骨組織的判別，并實現(xiàn)自動停鉆和反轉(zhuǎn)的控制；在骨 鉆電機上設(shè)置超聲波換能器能準(zhǔn)確測量鉆頭的鉆入深度。通過上述改良可以為手術(shù)操作者在 術(shù)中提供有效的數(shù)據(jù)并進(jìn)行實時可靠的保護(hù)。

圖l為系統(tǒng)組成框圖2為數(shù)控智能骨鉆傳感器布置示意圖3為圖2的A—A視圖。
附圖中l(wèi)超聲波換能器，2應(yīng)變式扭矩傳感器，3鉆頭，4霍爾傳感器，5金屬讀數(shù)碼 盤，6智能控制模塊，7環(huán)形金屬構(gòu)件，8應(yīng)變片。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例進(jìn)一步說明
經(jīng)研究，骨鉆電機在手術(shù)過程中鉆頭在骨組織中鉆削和穿透骨組織后，骨鉆電機旋轉(zhuǎn)軸 由于受到阻力的作用而產(chǎn)生的扭矩存在明顯的不同。對于手術(shù)操作者而言，在鉆穿瞬間有一 個明顯的落空感。這種落空感在骨鉆電機旋轉(zhuǎn)軸上所產(chǎn)生的扭矩的表征就是扭矩由大到小的
一個階躍。
因此，如圖2所示在骨鉆電機的本體上設(shè)置了一個環(huán)形金屬構(gòu)件7，在環(huán)形金屬構(gòu)件7 上沿軸±45°方向上分別設(shè)置有四個應(yīng)變片8，應(yīng)變片8采用高溫應(yīng)變片，可以滿足高'溫卨 壓滅菌要求。四個應(yīng)變片8位于環(huán)形金屬構(gòu)件7的同一個橫截面上，構(gòu)成應(yīng)變式扭矩傳感器2， 感應(yīng)軸上的最大正、負(fù)應(yīng)變，將其組成全橋電路，則可輸出與扭矩M成正比的電壓信號。這 種接法可以消除軸向力和彎曲力的干擾。鉆頭3所產(chǎn)生的扭矩傳遞至環(huán)形金屬構(gòu)件7上，智 能測控模塊6通過對全橋電路的測量，可以計算出鉆頭3所受的扭矩變化。
智能測控模塊6對鉆頭3扭矩的變化進(jìn)行實時的跟蹤，當(dāng)檢測到鉆頭3扭矩發(fā)生由大到 小的階躍性突變時即可判定鉆頭3已穿透骨骼，發(fā)出停鉆指令實施停鉆。
另外，在鉆穿骨骼瞬間，手術(shù)操作者會感覺到鉆頭3旋轉(zhuǎn)速度明顯增加，此時，用霍爾 傳感器4測得的速度信號也存在一個由慢到快的階躍，采用霍爾傳感器4配合特制的金屬讀 數(shù)碼盤5來實現(xiàn)對于速度信號的測量。
如圖2所示，金屬讀數(shù)碼盤5安裝于鉆頭3固定端，隨鉆頭3同速旋轉(zhuǎn)。金屬讀數(shù)碼盤5 上與鉆頭3回轉(zhuǎn)中心同軸布置了 12個圓孔，霍爾傳感器4安裝在骨鉆電機本體的前端，其軸 線垂直于金屬讀數(shù)碼盤5，并與碼盤相交于12個圓孔的圓心連線所構(gòu)成的圓周上，霍爾傳感 器4和金屬讀數(shù)碼盤5構(gòu)成轉(zhuǎn)速傳感器。由于霍爾效應(yīng)，當(dāng)金屬讀數(shù)碼盤5上的圓孔或金屬 靠近霍爾傳感器4時，霍爾傳感器將產(chǎn)生不同的電平輸出。根據(jù)測量電平變化的速率和電平
4持續(xù)的時間即可求出金屬讀數(shù)碼盤5的轉(zhuǎn)速即鉆頭3的轉(zhuǎn)速。
智能測控模塊6對鉆頭3的轉(zhuǎn)速進(jìn)行實時的跟蹤，當(dāng)檢測到鉆頭3轉(zhuǎn)速發(fā)生由慢到快的 階躍突變時即可判定鉆頭3已穿透骨骼，發(fā)出停鉆指令實施停鉆。
當(dāng)鉆頭3鉆穿骨骼，鉆頭3所受到的壓力也會產(chǎn)生階躍(壓力傳感器設(shè)置在骨鉆電機內(nèi) 部，附圖中省略)，智能測控模塊6對鉆頭3受到的壓力進(jìn)行實時的跟蹤，當(dāng)檢測到鉆頭3受 到的壓力發(fā)生由大到小的階躍突變時即可判定鉆頭3已穿透骨骼，發(fā)出停鉆指令實施停鉆。
用鉆頭3扭矩、轉(zhuǎn)速、壓力三種參量的變化來作為穿透骨骼的判據(jù)，只要根瑪其中任一 參量的變化判斷出鉆頭3穿透骨骼，系統(tǒng)均會作出鉆頭3穿透骨骼的判定，從而增加了系統(tǒng) 工作的可靠性。
如前所述， 一旦判定鉆頭3穿透骨骼時應(yīng)該立即停止鉆頭3的轉(zhuǎn)動。傳統(tǒng)的骨鉆采取的 是松開扳機的方法，其實質(zhì)是對骨鉆的電機停止供電。這種方法存在的問題是 一、停止需 要的時間較長，且與操作人員的動作有直接關(guān)系；二、電機停止供電后仍有一定的慣性使其 保持繼續(xù)轉(zhuǎn)動。因此，傳統(tǒng)的骨鉆停鉆不可靠。本發(fā)明中停鉆的控制是在系統(tǒng)發(fā)出停鉆控制 信號后，系統(tǒng)將給電機發(fā)出一個時間極短的反轉(zhuǎn)信號，利用這個短時間的反轉(zhuǎn)抵消原有的正 向轉(zhuǎn)動的慣性。確保電機能準(zhǔn)確、快速的停止轉(zhuǎn)動。
采用超聲波測距技術(shù)對鉆頭3鉆入深度進(jìn)行實時測量，如圖所示在骨鉆電機鉆頭3固定 端安裝一超聲波換能器l，超聲波的發(fā)射方向與鉆頭3平行。智能控制模塊6控制超聲波換 能器1在骨鉆電機的鉆頭3頂端接觸到骨骼或鋼板啟動鉆頭3時發(fā)出超聲波，超聲波傳播骨 骼或鋼板時發(fā)生反射，反射波回傳至聲波換能器l。超聲波換能器1將聲波信號的機械能轉(zhuǎn) 換成電參數(shù)的變化，智能控制模塊6測量回波達(dá)到時間與發(fā)出超聲波的時間差，將其與超聲 波的速度之積再除2即可得到超聲波換能器1到骨骼或鋼板之間的距離；在鉆頭3停止鉆動 時，超聲波換能器l再次發(fā)出超聲波測量出超聲波換能器與骨骼或鋼板之間的距離；兩次距 離之差即為骨骼深度，根據(jù)骨骼深度可以選擇固定鋼板的螺釘?shù)拈L度。
智能測控模塊6嵌在骨鉆機本體內(nèi)，智能測控模塊6包括了微控制器、測控電路和無線 通信模塊，智能測控模塊6可以通過無線通信方式與設(shè)置與顯示終端連接，設(shè)置與顯示終端 用于對鉆入深度、轉(zhuǎn)速、—扭矩等基本控制參數(shù)的輸入和實時數(shù)據(jù)的輸出顯示。
權(quán)利要求1、一種智能骨鉆，其特征在于在骨鉆電機上設(shè)置有應(yīng)變式扭矩傳感器(2)、轉(zhuǎn)速傳感器或壓力傳感器中的任意一種、二種或三種傳感器件；在骨鉆電機上還設(shè)置有嵌入式智能測控模塊(6)接收傳感器件采集的感應(yīng)信號并進(jìn)行判斷，控制骨鉆電機。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能骨鉆，其特征在于所述的應(yīng)變式傳感器(2)由四個應(yīng)變片 (8)構(gòu)成，四個應(yīng)變片(8)設(shè)置于骨鉆電機本體上的環(huán)形金屬構(gòu)件(7)的同一截面上，與環(huán)形金屬構(gòu)件(7)中軸線的角度為±45'。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能骨鉆，其特征在于所述的轉(zhuǎn)速傳感器由霍爾傳感器(4)和 金屬讀數(shù)碼盤(5)構(gòu)成；金屬讀碼盤(5)安裝于骨鉆電機的鉆頭(3)的固定端，與鉆頭(3)同速轉(zhuǎn)動，金屬讀碼盤(5)上有多個圓孔位于同一圓周上；霍爾傳感器(4)安裝于骨 鉆電機本體的前端，霍爾傳感器(4)的軸線垂直于金屬讀碼盤(5)，并與金屬讀碼盤(5) 相交于圓孔所在的圓周上。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的智能骨鉆，其特征在于所述的圓孔數(shù)量為12個。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能骨鉆，其特征在于所述的壓力傳感器置于骨鉆電機內(nèi)部。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能骨鉆，其特征在于在骨鉆電機的鉆頭(3)的固定端還安裝有超聲波換能器(1),超聲波的發(fā)射方向與鉆頭(3)平行。
專利摘要本實用新型公開了一種智能骨鉆，在普通骨鉆電機上設(shè)置有應(yīng)變式扭矩傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器或壓力傳感器；在骨鉆電機上還設(shè)置有嵌入式智能控制模塊接收傳感器件采集的感應(yīng)信號并進(jìn)行判斷，控制骨鉆電機。本實用新型的有益技術(shù)效果是在普通骨鉆電機的基體上設(shè)置由霍爾傳感器和金屬讀數(shù)碼盤構(gòu)成轉(zhuǎn)速傳感器、扭矩傳感器及壓力傳感器對鉆頭轉(zhuǎn)速、扭矩和壓力進(jìn)行實時測量、顯示，通過三種參量實現(xiàn)對鉆頭是否鉆穿骨組織的判別，并實現(xiàn)自動停鉆和反轉(zhuǎn)的控制；在骨鉆電機上設(shè)置超聲波換能器能準(zhǔn)確測量鉆頭的鉆入深度。通過上述改良可以為手術(shù)操作者在術(shù)中提供有效的數(shù)據(jù)并進(jìn)行實時可靠的保護(hù)。
文檔編號A61B17/16GK201384531SQ20092012708
公開日2010年1月20日 申請日期2009年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月21日
發(fā)明者丁雪勇, 軍 仇, 劉振宇, 喻一東, 勇 張, 朱金生, 王曉輝, 肖立崇, 韓雪松, 馬秋野 申請人:馬秋野;朱金生