專利名稱：超聲手術(shù)刀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超聲手術(shù)刀。
背景技術(shù)：
20世紀(jì)70年代，微創(chuàng)技術(shù)迅猛發(fā)展，目前包括微創(chuàng)手術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到普外科、婦產(chǎn)科、心胸外科、泌尿外科、小兒外科、骨科、腦外科及眼科等近10個手術(shù)中。微創(chuàng)手術(shù)的發(fā)展帶動了手術(shù)器械的發(fā)展，如內(nèi)鏡超聲、超聲刀、微型手術(shù)器械、各類腔內(nèi)切割吻合器等。隨之涌現(xiàn)的手術(shù)器械反過來又推動了微創(chuàng)外科的發(fā)展，逐步發(fā)展成為了醫(yī)療器械行業(yè)中的一個分支行業(yè)。超聲手術(shù)刀是一種利用超聲波能量引起的空化效應(yīng)導(dǎo)致組織脫水，凝固，進(jìn)而裂解的一種手術(shù)器械。此器械由強(qiáng)生公司最先提出，目前為強(qiáng)生公司等少數(shù)外國公司所把持。
相對于傳統(tǒng)的電刀手術(shù)器械來說，其最大的優(yōu)勢在于切割組織不是采用電灼燒引起的熱效應(yīng)，而是采用超聲波引起的空化效應(yīng)，來達(dá)到類似于水沸騰的效果，起到組織切割和凝結(jié)的效應(yīng)。因此其傷口焦痂更少，術(shù)后愈合效果更好。目前的超聲手術(shù)刀盡管具有如上優(yōu)點(diǎn)，但依然存在手術(shù)操控不便。一方面由于現(xiàn)有的超聲手術(shù)刀的刀頭不能彎轉(zhuǎn)，容易出現(xiàn)手術(shù)死角，在手術(shù)進(jìn)行過程中，大夫針對不同手術(shù)局部區(qū)域，需要更換手術(shù)刀；另一方面現(xiàn)有超聲手術(shù)刀存在超聲功率小等問題，對于大的血管，尤其是脂肪豐富的組織切割下降厲害。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種超聲手術(shù)刀。本發(fā)明包括刀頭、刀桿、手柄、壓電換能器。刀頭包括夾持部分和伸縮部分，刀桿包括夾持刀桿和伸縮刀桿。所述刀頭的夾持部分的前端設(shè)置有齒牙，尾部端面為半球形凹面；夾持刀桿的頭部端面為半球形凸面，夾持刀桿的頭部置于夾持部分的尾部內(nèi)，夾持部分彎曲轉(zhuǎn)軸穿過夾持刀桿頭部的半球形凸面和夾持部分尾部的半球形凹面設(shè)置，夾持部分可以相對夾持刀桿轉(zhuǎn)動；兩根開合用鋼絲沿夾持刀桿的軸向穿過夾持刀桿設(shè)置，兩根開合用鋼絲的一端分別與夾持部分的尾端固定連接，另一端纏繞在開合轉(zhuǎn)軸上，開合轉(zhuǎn)軸與開合微電機(jī)連接，兩根開合用鋼絲在開合轉(zhuǎn)軸上的纏繞方向相反，開合轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，一根開合用鋼絲收緊，另一根開合用鋼絲放長；
所述刀頭的伸縮部分為圓桿，伸縮部分的尾部設(shè)置有突起；伸縮刀桿的頭部設(shè)置有卡槽，尾部連接有壓電換能器；伸縮部分的尾部的突起位于伸縮刀桿的卡槽內(nèi)，伸縮部分彎曲轉(zhuǎn)軸穿過突起和卡槽設(shè)置，伸縮部分可以相對伸縮刀桿轉(zhuǎn)動；
夾持部分彎曲轉(zhuǎn)軸穿過主齒輪中心設(shè)置，伸縮部分彎曲轉(zhuǎn)軸穿過從齒輪中心設(shè)置，主齒輪與從齒輪嚙合，彎轉(zhuǎn)微電機(jī)與夾持部分彎曲轉(zhuǎn)軸通過皮帶連接。所述的壓電換能器包括多組壓電換能單元，相鄰兩個壓電換能單元之間設(shè)置有形變變換塊，壓電換能單元與形變變換塊之間設(shè)置有厚度為a的絕緣層。所述的壓電換能單元采用壓電堆結(jié)構(gòu)，整體為圓柱形，包括多個同軸設(shè)置的圓片形狀的壓電片，壓電片的表面設(shè)置有金屬電極；所述的金屬電極為金屬薄片或金屬膜，覆蓋在壓電片的表面，金屬電極上連接有引線；相鄰的兩個壓電片之間設(shè)置有兩個金屬帽，所述的金屬帽為空心的圓臺形，圓臺的頂面封閉成端面，圓臺的底面開放，兩個金屬帽的頂面固定連接，側(cè)壁位于底面的邊沿與壓電片表面的金屬電極連接。所述壓電片的材料為摻雜鋯鈦酸鉛陶瓷、或ZnO、或A1N、或PVDF。所有構(gòu)成壓電換能器的圓柱形的壓電換能單元的高度b相同，多個壓電換能單元的壓電片的直徑依次減小。所有壓電換能單元中的相同極引線相互連接。形變變換塊為實(shí)心喇叭形塊體，兩個圓形的端面分別于連接的兩個壓電換能單元的壓電片直徑相等，其縱截面的腰線為函數(shù)y=x/e曲線，e為數(shù)學(xué)常數(shù)；形變變換塊的高度c符合以下公式
a+b+2c=L= V /ω
其中，ω是電激勵信號的頻率、V是聲波傳播的速度、L是相鄰兩個壓電換能單元的中心距離。本發(fā)明將刀頭的兩個部分分別連接各自的刀桿，通過一個微電機(jī)帶動刀頭的兩個部分同時彎轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了超聲手術(shù)刀刀頭的電控彎曲，通過兩根開合用鋼絲實(shí)現(xiàn)刀頭的夾持部分的開合動作。本發(fā)明提高了器械的可操作性，為器械的自動化和智能化打下基礎(chǔ)。本發(fā)明中壓電換能器的形變變換塊從喇叭形的的大頭到小頭，由于橫截面積逐級減小，在遵循能量守恒定理的基礎(chǔ)上，小頭的伸縮幅度增加，起到了聲波振幅放大的作用。每個壓電換能單元的高度相同，每個形變變換塊的高度相同，每個絕緣層的厚度相同，因此壓電換能單元沿軸向周期分布，滿足色散方程1/1=ω/ν，頻率為ω的電信號激勵的壓電換能器發(fā)出的聲波在空間正好波峰和波峰相疊，波谷和波谷相疊，也就是說，不同壓電換能器在軸向某一個點(diǎn)上產(chǎn)生的形變都是伸長或者都是縮短，強(qiáng)化了疊加效果。


圖I為本發(fā)明中刀頭的夾持部分和夾持刀桿的結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明中刀頭的伸縮部分和伸縮刀桿的結(jié)構(gòu)示意 圖3為本發(fā)明中夾持部分彎曲轉(zhuǎn)軸和伸縮部分彎曲轉(zhuǎn)軸的位置示意 圖4為本發(fā)明壓電換能器的截面結(jié)構(gòu)示意 圖5為圖4中壓電換能單元的截面結(jié)構(gòu)示意 圖6為圖5中金屬帽的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式一種超聲手術(shù)刀包括刀頭、刀桿、手柄、壓電換能器；刀頭包括夾持部分和伸縮部分，刀桿包括夾持刀桿和伸縮刀桿。如圖I所示,刀頭的夾持部分I的前端設(shè)置有齒牙1-1，尾部端面為半球形凹面1-2 ;夾持刀桿2的頭部端面為半球形凸面2-1，夾持刀桿2的頭部置于夾持部分I的尾部內(nèi)，夾持部分彎曲轉(zhuǎn)軸3穿過夾持刀桿頭部的半球形凸面2-1和夾持部分尾部的半球形凹面1-2設(shè)置，夾持部分I可以相對夾持刀桿2轉(zhuǎn)動。兩根開合用鋼絲4沿夾持刀桿2的軸向穿過夾持刀桿2設(shè)置，兩根開合用鋼絲4的一端分別與夾持部分I的尾端固定連接，另一端纏繞在開合轉(zhuǎn)軸5上，開合轉(zhuǎn)軸5與開合微電機(jī)6連接，兩根開合用鋼絲4在開合轉(zhuǎn)軸5上的纏繞方向相反。工作時，開啟開合微電機(jī)6，開合轉(zhuǎn)軸5轉(zhuǎn)動，一根開合用鋼絲被收緊，另一根開合用鋼絲則放長，收緊的開合用鋼絲拉動夾持部分I轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)刀頭的開合。如圖2所不，刀頭的伸縮部分7為圓桿，伸縮部分7的尾部設(shè)置有突起7-1 ;伸縮刀桿8的頭部設(shè)置有卡槽8-1，尾部連接有壓電換能器10 ;伸縮部分的尾部的突起7-1位于伸縮刀桿的卡槽8-1內(nèi)，伸縮部分彎曲轉(zhuǎn)軸9穿過突起7-1和卡槽8-1設(shè)置，伸縮部分7可以相對伸縮刀桿8轉(zhuǎn)動。如圖3所示，夾持部分彎曲轉(zhuǎn)軸3穿過主齒輪11中心設(shè)置，伸縮部分彎曲轉(zhuǎn)軸9穿過從齒輪12中心設(shè)置,主齒輪11與從齒輪12哨合,彎轉(zhuǎn)微電機(jī)13與夾持部分彎曲轉(zhuǎn)軸3通過皮帶14連接。
工作時，開啟彎轉(zhuǎn)微電機(jī)13，彎轉(zhuǎn)微電機(jī)13通過皮帶14帶動夾持部分彎曲轉(zhuǎn)軸3轉(zhuǎn)動，夾持部分彎曲轉(zhuǎn)軸3通過嚙合的主齒輪11和從齒輪12帶動伸縮部分彎曲轉(zhuǎn)軸9轉(zhuǎn)動，從而使刀頭的夾持部分I和刀頭的伸縮部分7同時發(fā)生轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)兩個部分同時彎轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了超聲手術(shù)刀刀頭的電控彎曲。如圖4所示，壓電換能器10包括三組壓電換能單元10-1和兩個形變變換塊10-2，每個形變變換塊10-2設(shè)置在相鄰兩個壓電換能單元10-1之間，壓電換能單元10-1與形變變換塊10-2之間設(shè)置有厚度為a的絕緣層10-3。第一組壓電換能單元與第二組壓電換能單元的中心距離LI等于第二組壓電換能單元與第三組壓電換能單元的中心距離L2。如圖5所示，壓電換能單元10-1采用壓電堆結(jié)構(gòu)，整體為圓柱形，包括三個同軸設(shè)置的圓片形狀的壓電片10-1-1,壓電片10-1-1的表面設(shè)置有金屬電極10-1-3。金屬電極為金屬薄片或金屬膜，覆蓋在壓電片10-1-1的表面，金屬電極10-1-3上連接有引線，相鄰的兩個壓電片之間設(shè)置有兩個金屬帽10-1-2。壓電片的材料為摻雜鋯鈦酸鉛陶瓷、或ZnO、或 A1N、或 PVDF。如圖5和6所示，金屬帽為空心的圓臺形，圓臺的頂面封閉成端面，圓臺的底面開放，兩個金屬帽的頂面固定連接，側(cè)壁位于底面的邊沿與壓電片表面的金屬電極10-1-3連接。所有構(gòu)成壓電換能器的圓柱形的壓電換能單元的高度b相同，構(gòu)成三個壓電換能單元的壓電片的直徑依次減小。所有壓電換能單元中的相同極引線相互連接。形變變換塊10-2為實(shí)心喇叭形塊體，兩個圓形的端面分別于連接的兩個壓電換能單元的壓電片直徑相等，其縱截面的腰線k采用函數(shù)y=x/e曲線，e為數(shù)學(xué)常數(shù)；形變變換塊的高度c符合以下公式
a+b+2c=L= V /ω
其中，ω是電激勵信號的頻率、V是聲波傳播的速度、L是相鄰兩個壓電換能單元的中心距離。通電后壓電堆振動，壓電片產(chǎn)生軸向形變和徑向形變，其中壓電片的徑向形變帶動金屬帽發(fā)生徑向形變(圖6中的實(shí)線箭頭所示)，金屬帽特有的結(jié)構(gòu)會將該徑向形變部分轉(zhuǎn)化為軸向形變(圖6中的虛線箭頭所示)，加大了軸向形變的尺度，進(jìn)一步提高器件在軸向伸縮能力。同時由于采用周期性結(jié)構(gòu)設(shè)置，如果其空間周期性和激勵電信號的頻率滿足色散方程，則可以改善超聲換能器的品質(zhì)因數(shù)和頻率選擇性 ，可以大大強(qiáng)化電激勵信號，抑制對噪聲的響應(yīng)。壓電換能單元和形變變換塊周期設(shè)置，形成級聯(lián)狀態(tài)，進(jìn)一步放大了刀頭的伸縮距離，提高工作效率。
權(quán)利要求
1.超聲手術(shù)刀，包括刀頭、刀桿、手柄、壓電換能器，其特征在于 刀頭包括夾持部分和伸縮部分，刀桿包括夾持刀桿和伸縮刀桿； 所述刀頭的夾持部分的前端設(shè)置有齒牙，尾部端面為半球形凹面；夾持刀桿的頭部端面為半球形凸面，夾持刀桿的頭部置于夾持部分的尾部內(nèi)，夾持部分彎曲轉(zhuǎn)軸穿過夾持刀桿頭部的半球形凸面和夾持部分尾部的半球形凹面設(shè)置，夾持部分可以相對夾持刀桿轉(zhuǎn)動；兩根開合用鋼絲沿夾持刀桿的軸向穿過夾持刀桿設(shè)置，兩根開合用鋼絲的一端分別與夾持部分的尾端固定連接，另一端纏繞在開合轉(zhuǎn)軸上，開合轉(zhuǎn)軸與開合微電機(jī)連接，兩根開合用鋼絲在開合轉(zhuǎn)軸上的纏繞方向相反，開合轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，一根開合用鋼絲收緊，另一根開合用鋼絲放長； 所述刀頭的伸縮部分為圓桿，伸縮部分的尾部設(shè)置有突起；伸縮刀桿的頭部設(shè)置有卡槽，尾部連接有壓電換能器；伸縮部分的尾部的突起位于伸縮刀桿的卡槽內(nèi)，伸縮部分彎曲轉(zhuǎn)軸穿過突起和卡槽設(shè)置，伸縮部分可以相對伸縮刀桿轉(zhuǎn)動； 夾持部分彎曲轉(zhuǎn)軸穿過主齒輪中心設(shè)置，伸縮部分彎曲轉(zhuǎn)軸穿過從齒輪中心設(shè)置，主齒輪與從齒輪嚙合，彎轉(zhuǎn)微電機(jī)與夾持部分彎曲轉(zhuǎn)軸通過皮帶連接； 所述的壓電換能器包括多組壓電換能單元，相鄰兩個壓電換能單元之間設(shè)置有形變變換塊，壓電換能單元與形變變換塊之間設(shè)置有厚度為a的絕緣層； 所述的壓電換能單元采用壓電堆結(jié)構(gòu)，整體為圓柱形，包括多個同軸設(shè)置的圓片形狀的壓電片，壓電片的表面設(shè)置有金屬電極；所述的金屬電極為金屬薄片或金屬膜，覆蓋在壓電片的表面，金屬電極上連接有引線，相鄰的兩個壓電片之間設(shè)置有兩個金屬帽；所述的金屬帽為空心的圓臺形，圓臺的頂面封閉成端面，圓臺的底面開放，兩個金屬帽的頂面固定連接，側(cè)壁位于底面的邊沿與壓電片表面的金屬電極連接； 所有構(gòu)成壓電換能器的圓柱形的壓電換能單元的高度b相同，多個壓電換能單元的壓電片的直徑依次減?。凰袎弘姄Q能單元中的相同極引線相互連接； 形變變換塊為實(shí)心喇叭形塊體，兩個圓形的端面分別于連接的兩個壓電換能單元的壓電片直徑相等，其縱截面的腰線為函數(shù)y=x/e曲線，e為數(shù)學(xué)常數(shù)；形變變換塊的高度c符合以下公式a+b+2c=L= V /ω 其中，ω是電激勵信號的頻率、V是聲波傳播的速度、L是相鄰兩個壓電換能單元的中心距離。
2.如權(quán)利要求I所述的超聲手術(shù)刀，其特征在于所述壓電片的材料為摻雜鋯鈦酸鉛陶瓷、或ZnO、或Α1Ν、或PVDF。
全文摘要
本發(fā)明涉及超聲手術(shù)刀。目前超聲手術(shù)刀的刀頭不能彎轉(zhuǎn)、超聲功率小。本發(fā)明包括刀頭、刀桿、手柄、壓電換能器。刀頭包括夾持部分和伸縮部分，刀桿包括夾持刀桿和伸縮刀桿。夾持部分和夾持刀桿活動連接，伸縮部分和伸縮刀桿活動連接，夾持部分和伸縮部分同步轉(zhuǎn)動，伸縮刀桿尾部連接有壓電換能器。壓電換能器包括多組壓電換能單元，相鄰兩個壓電換能單元之間設(shè)置有實(shí)心喇叭形的形變變換塊，壓電換能單元包括多個同軸設(shè)置的圓片形狀的壓電片，壓電片的表面設(shè)置有金屬電極，相鄰的兩個壓電片之間設(shè)置有兩個圓臺形的金屬帽。本發(fā)明有效地提高了電聲轉(zhuǎn)換效率，提高了超聲波輻射的指向性，同時提高了器械的可操作性。
文檔編號A61B17/3211GK102813543SQ201210306558
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月27日
發(fā)明者余厲陽 申請人:杭州電子科技大學(xué)