专利名称：用于骨科手术仪的超声换能器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种超声换能器，具体涉及一种用于骨科手术仪的超声换能器。
背景技术：
超声骨科手术仪主要用于口腔外科手术，骨切开术，骨成形术，外科解剖类手术等 领域。超声骨科手术仪主要由主机和手柄组成，其中安装在手柄内的超声换能器是最为重 要的组成部件。现有的用于超声骨科手术仪的超声换能器一般由主杆、压电陶瓷和变幅杆 组成，如公开号为CN1561919的中国发明专利公开了一种超声骨骼切割仪，该发明中所述 的换能器由一组纵向极化压电片和一组切向极化压电片组成，以使刀具端部的振动为复合 振动；其中采用以输出能量作为优化目标对手柄中的换能器、变幅杆和刀具的尺寸进行了 优化，得到的手柄的尺寸范围是在谐振频率27 40KHz的范围内，其换能器长度为20 60mm,直径为8 30mm ；变幅杆长度为12 30mm，侧壁由指数形、双曲线、圆锥形之一构成； 其刀杆的长度为15 40mm，直径为3 25mm。其实施方式中具体指出手柄的尺寸为谐振 频率27KHz的范围内，圆柱部分长度为42mm，直径为5mm，过渡部分长度为19. 5mm,侧壁曲线 为指数型，刀杆的长度为30mm，直径为8mm，通过上述优化设计，使得超声刀具(工作尖)的 带负载能力较现有常规的超声刀具能力有较大提高。但该发明变幅杆的结构是由换能器通 过侧壁为指数型的锥体直接过渡到较长的柱体部分，使该换能器在纵向振动的同时还会产 生横向振动，由于骨科微创手术需要对切口进行精确控制，横向振动会超出控制范围导致 病人误伤。此外，该发明也没有对换能器在工作时的发热情况进行情况考查，换能器的长度 范围20 60mm过大，在大部分尺寸下会发生发热过快，温升过高的情况，从而可能会导致 人体组织的伤害，并缩短了换能器的寿命。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种工作时表面温升低且工作效率高的用于超 声骨科手术仪的超声换能器。本发明所述的用于超声骨科手术仪的超声换能器，包括同轴连接的变幅杆、压电 陶瓷和主杆，其特征在于所述变幅杆包括与压电陶瓷同轴连接的第一圆台、与第一圆台同 轴连接的第二圆台、与第二圆台同轴连接的第三圆台和与第三圆台连接的工作尖连杆，变 幅杆的总长度为34 36mm。通过采用上述结构，特别是确定变幅杆的总长度，使本发明所 述换能器达到了优越的匹配性能，提高了换能器的工作效率，有效降低换能器工作时的表 面温度。上述技术方案中，所述工作尖连杆从靠近第三圆台的一端开始依次包括一个锥体 部分、第一柱体部分、第二柱体部分和一个工作尖连接头，各部分的直径依第三圆台朝工作 尖连接头的方向依次递减。采用上述结构且超声换能器的总长度为34 36mm时的优化的变幅轩结构尺寸 为
所述第一圆台的直径为9 11mm，其上端面至变幅杆底端面的距离为4 6mm ；所述第二圆台的直径为5. 5 7. 5mm，其上端面至变幅杆底端面的距离为6 8mm ；所述第三圆台的直径为5. 5 6. 5mm，该第三圆台上端面至变幅杆底端面的距离 为 8. 2 10. 2mm ；所述锥体部分上端面至变幅杆底端面的距离为13. 5 15. 5mm，其大端的直径与 第三圆台的直径相同，小端的直径与第一柱体部分的直径相同，上端面与下端面以斜面连 接；所述第一柱体部分的直径为4. 3 5. 8mm,其上端面至变幅杆底端面的距离为 18. 7 20. 7mm ；所述第二柱体部分的直径为4. 0 5. 3mm,其上端面至变幅杆底端面的距离为 28. 5 30. 5mmο在上述优化的结构尺寸下，与变幅杆配合的主杆的外径与变幅杆第一圆台的直径 相同，高度为25 27mm，主杆内连接杆的总长度为46 48mm，其上端面高出主杆上端面 13. 5 15. 5mmο最优化的超声换能器变幅杆总长度为35mm，此时各部位尺寸如下所述第一圆台的直径为10mm，其上端面至变幅杆底端面的距离为5mm ；所述第二圆台的直径为7mm，其上端面至变幅杆底端面的距离为7mm ；所述第三圆台的直径为6mm，该第三圆台上端面至变幅杆底端面的距离为9. 2mm ；所述锥体部分上端面至变幅杆底端面的距离为14. 5mm ；所述第一柱体部分的直径为4. 8mm，其上端面至变幅杆底端面的距离为19. 7mm ；所述第二柱体部分的直径为4. 5mm，其上端面至变幅杆底端面的距离为29. 5mm。在上述最优的变幅杆结构尺寸条件下，主杆的高度为26mm，主杆内连接杆的总长 度为47mm，其上端面高出主杆上端面14. 5mm。与现有技术相比，本发明所述用于超声骨科手术仪的超声换能器通过对变幅杆结 构的改进，尤其是对变幅杆结构尺寸的优化，以提高整个换能器的匹配性，从而大大提高超 声换能器的工作效率，在保证效率的同时大幅降低换能器表面的温升，缩短手术时间，避免 对患者造成伤害，进一步提高了换能器的寿命。
图1为本发明所述用于超声骨科手术仪的超声换能器的一种实施方式；图2为图1所示实施方式中变幅杆的放大图。图中标号为1变幅杆；1-1第一圆台；1-2第二圆台；1-3第三圆台；1_4锥体部分；1_5第一柱 体部分；1-6第二柱体部分；1-7工作尖连接头；2压电陶瓷；3主杆；3-1连接杆。
具体实施例方式如图1所示，本发明所述的用于超声骨科手术仪的超声换能器，包括同轴连接的 变幅杆1、压电陶瓷2和主杆3，所述变幅杆1包括与压电陶瓷2同轴连接的第一圆台1-1、与第一圆台1-1同轴连接的第二圆台1-2、与第二圆台1-2同轴连接的第三圆台1-3和与第 三圆台1-3连接的工作尖连杆，所述工作尖连杆从靠近第三圆台1-3的一端开始依次包括 锥体部分1-4、第一柱体部分1-5和第二柱体部分1-6，各部分的直径依第三圆台1-3朝工 作尖连接头1-7的方向依次递减，变幅杆1的总长度为34 36mm，此时变幅轩各结构尺寸 为所述第一圆台1-1的直径为9 11mm，其上端面至变幅杆1底端面的距离为4 6mm ；所述第二圆台1-2的直径为5. 5 7. 5mm，其上端面至变幅杆1底端面的距离为 6 8mm ；所述第三圆台1-3的直径为5. 5 6. 5mm,该第三圆台1_3上端面至变幅杆1底端 面的距离为8. 2 10. 2mm ；所述锥体部分1-4上端面至变幅杆1底端面的距离为13. 5 15. 5mm，其大端的直 径与第三圆台1-3的直径相同，小端的直径与第一柱体部分1-5的直径相同，上端面与下端 面以斜面连接；所述第一柱体部分1-5的直径为4. 3 5. 8mm,其上端面至变幅杆1底端面的距离 为 18. 7 20. 7mm ；所述第二柱体部分1-6的直径为4. 0 5. 3mm,其上端面至变幅杆1底端面的距离 为 28. 5 30. 5mm。下面申请人以实验说明本发明所述结构尺寸的超声换能器具备高的工作效率和 低的温升值。实验例1、骨骼开孔实验以本发明所述结构尺寸的换能器为1号换能器，在本发明所述结构的基础上作尺 寸改动的换能器为2、3号换能器以及结构稍作改动的4号换能器(具体尺寸分别如下)， 在主机和其它配置均相同的条件下，分别把以下四个不同的换能器安装在骨科手术仪手柄 内部的固定件上，安装好手柄外壳，以本申请人生产的Woodpecker牌US2型的工作尖，以本 申请人:生产的Woodpecker牌UltraSurgery型骨刀机为实验主机，把相应脚踏开关安装在 主机上，分四次把安装有四个不同换能器的手柄通过电水路连接线分别安装在主机进行试 验。安装完成后进行实验的骨科手术仪分别对应编号为1号、2号、3号和4号。其中1号换能器包括同轴连接的变幅杆1、压电陶瓷2和主杆3，所述变幅杆1包括与 压电陶瓷2同轴连接的第一圆台1-1、与第一圆台1-1同轴连接的第二圆台1-2、与第二圆 台1-2同轴连接的圆柱体第三圆台1-3和与圆柱体第三圆台1-3连接的工作尖连杆，所述 工作尖连杆从靠近第三圆台1-3的一端开始依次包括锥体部分1-4、第一柱体部分1-5和第 二柱体部分1-6，各部分的直径依第三圆台1-3朝工作尖连接头1-7的方向依次递减，变幅 杆1的总长度为35mm，此时变幅轩各结构尺寸为所述第一圆台1-1的直径为10mm，其上端面至变幅杆1底端面的距离为5mm ；所述第二圆台1-2的直径为7mm，其上端面至变幅杆1底端面的距离为7mm ；所述第三圆台1-3的直径为6mm，该第三圆台1_3上端面至变幅杆1底端面的距离为 9. 2mm ；所述锥体部分1-4上端面至变幅杆1底端面的距离为14. 5mm,其大端的直径与第 三圆台1-3的直径相同，小端的直径与第一柱体部分1-5的直径相同，上端面与下端面以斜 面连接；所述第一柱体部分1-5的直径为4. 8mm,其上端面至变幅杆1底端面的距离为
19.7mm ；所述第二柱体部分1-6的直径为4. 5mm，其上端面至变幅杆1底端面的距离为
29.5mm。主杆3的外径与变幅杆1第一圆台1-1的直径相同，高度为26mm，主杆3内连接杆 3-1的总长度为47mm，其上端面高出主杆3上端面14. 5mm。2号换能器结构与1号换能器相同，只是各部分的尺寸不同，所述变幅杆1的总 长度为33. 8mm，此时变幅轩各结构尺寸为所述第一圆台1-1的直径为10mm，其上端面至变幅杆1底端面的距离为3. 9mm ；所述第二圆台1-2的直径为7mm，其上端面至变幅杆1底端面的距离为5. 9mm ；所述第三圆台1-3的直径为6mm，该第三圆台1_3上端面至变幅杆1底端面的距离 为 8. Imm ；所述锥体部分1-4上端面至变幅杆1底端面的距离为13. 4mm，其大端的直径与第 三圆台1-3的直径相同，小端的直径与第一柱体部分1-5的直径相同，上端面与下端面以斜 面连接；所述第一柱体部分1-5的直径为4. 8mm,其上端面至变幅杆1底端面的距离为 18. 5mm ；所述第二柱体部分1-6的直径为4. 5mm，其上端面至变幅杆1底端面的距离为 28. 3mm。主杆3的外径与变幅杆1第一圆台1-1的直径相同，高度为26mm，主杆3内连接杆 3-1的总长度为46mm，其上端面高出主杆3上端面13. 5mm。3号换能器结构与1号换能器相同，只是各部分的尺寸不同，所述变幅杆1的总 长度为36. 2mm，此时变幅轩各结构尺寸为所述第一圆台1-1的直径为10mm，其上端面至变幅杆1底端面的距离为6. Imm ；所述第二圆台1-2的直径为7mm，其上端面至变幅杆1底端面的距离为8. Imm ；所述第三圆台1-3的直径为6mm，该第三圆台1_3上端面至变幅杆1底端面的距离 为 10. 3mm ；所述锥体部分1-4上端面至变幅杆1底端面的距离为15. 6mm，其大端的直径与第 三圆台1-3的直径相同，小端的直径与第一柱体部分1-5的直径相同，上端面与下端面以斜 面连接；所述第一柱体部分1-5的直径为4. 8mm,其上端面至变幅杆1底端面的距离为
20.9mm ；所述第二柱体部分1-6的直径为4. 5mm,其上端面至变幅杆1底端面的距离为
30.7mm。主杆3的外径与变幅杆1第一圆台1-1的直径相同，高度为26mm，主杆3内连接杆3-1的总长度为48mm，其上端面高出主杆3上端面15. 5mm。4号换能器变幅杆1的总长度相同为35mm，在结构上第二柱体部分1_6与第一柱 体部分1-5的直径相同，除此之外的其余结构尺寸均与1号换能器相同。所选用骨骼为3个猪龄相同的猪头骨，分别在24 29.5KHZ的工作频率， 20士2牛顿的力的条件下在各猪头骨的同一部位进行骨骼开孔实验，对切开尺寸为 IOmmX IOmmX 5mm的孔需要的时间进行比较，重复5次相同的实验，所得的结果如以下表1 所示。表1
权利要求
1.用于骨科手术仪的超声换能器，包括同轴连接的变幅杆(1)、压电陶瓷(2)和主杆 (3)，其特征在于所述变幅杆(1)包括与压电陶瓷(2)同轴连接的第一圆台(1-1)、与第一 圆台(1-1)同轴连接的第二圆台(1-2)、与第二圆台(1-2)同轴连接的第三圆台(1-3)和与 第三圆台(1-3)连接的工作尖连杆，变幅杆(1)的总长度为34 36mm。
2.根据权利要求1所述的用于骨科手术仪的超声换能器，其特征在于所述工作尖连 杆从靠近第三圆台(1-3)的一端开始依次包括一个锥体部分(1-4)、第一柱体部分(1-5)、 第二柱体部分(1-6)和一个工作尖连接头(1-7)，各部分的直径依第三圆台(1-3)朝工作尖 连接头(1-7)的方向依次递减。
3.根据权利要求2所述的用于骨科手术仪的超声换能器，其特征在于所述第一圆台(1-1)的直径为9 11mm，其上端面至变幅杆(1)底端面的距离为4 6mm ；所述第二圆台(1-2)的直径为5. 5 7. 5mm，其上端面至变幅杆(1)底端面的距离为 6 8mm ；所述第三圆台(1-3)的直径为5. 5 6. 5mm，该第三圆台(1_3)上端面至变幅杆(1)底 端面的距离为8. 2 10. 2mm ；所述锥体部分(1-4)上端面至变幅杆(1)底端面的距离为13. 5 15. 5mm，其大端的直 径与第三圆台(1-3)的直径相同，小端的直径与第一柱体部分(1-5)的直径相同，上端面与 下端面以斜面连接；所述第一柱体部分(1-5)的直径为4. 3 5. 8mm，其上端面至变幅杆(1)底端面的距离 为 18. 7 20. 7mm ；所述第二柱体部分(1-6)的直径为4. 0 5. 3mm，其上端面至变幅杆(1)底端面的距离 为 28. 5 30. 5mm。
4.根据权利要求3所述的用于骨科手术仪的超声换能器，其特征在于与变幅杆(1) 配合的主杆(3)的外径与变幅杆(1)的直径相同，高度为25 27mm，主杆(3)内连接杆 (3-1)的总长度为46 48mm，其上端面高出主杆(3)上端面13. 5 15. 5mm。
5.根据权利要求3所述的用于骨科手术仪的超声换能器，其特征在于所述变幅杆(1) 总长度为35mm，其中，所述第一圆台(1-1)的直径为10mm，其上端面至变幅杆(1)底端面的距离为5mm;所述第二圆台(1-2)的直径为7mm，其上端面至变幅杆(1)底端面的距离为7mm;所述第三圆台(1-3)的直径为6mm，该第三圆台(1_3)上端面至变幅杆(1)底端面的距 离为9. 2mm ；所述锥体部分(1-4)上端面至变幅杆(1)底端面的距离为14. 5mm ；所述第一柱体部分(1-5)的直径为4. 8mm，其上端面至变幅杆(1)底端面的距离为 19. 7mm ；所述第二柱体部分(1-6)的直径为4. 5mm，其上端面至变幅杆(1)底端面的距离为 29. 5mmο
6.根据权利要求5所述的用于骨科手术仪的超声换能器，其特征在于主杆(3)的 高度为26mm，主杆(3)内连接杆(3-1)的总长度为47mm，其上端面高出主杆(3)上端面 14. 5mm。
全文摘要
本发明公开了一种用于骨科手术仪的超声换能器。它包括同轴连接的变幅杆、压电陶瓷和主杆，所述变幅杆包括与压电陶瓷同轴连接的第一圆台、与第一圆台同轴连接的第二圆台、与第二圆台同轴连接的第三圆台和与第三圆台连接的工作尖连杆，变幅杆的总长度为34～36mm。与现有技术相比，本发明所述用于超声骨科手术仪的超声换能器通过对变幅杆结构的改进，尤其是对变幅杆结构尺寸的优化，以提高整个换能器的匹配性，从而大大提高超声换能器的工作效率，在保证效率的同时大幅降低换能器表面的温升。
文档编号A61B17/56GK101999911SQ20101057119
公开日2011年4月6日 申请日期2010年12月2日 优先权日2010年12月2日
发明者吴勋贤, 唐光辉, 覃秀尤, 黄雄业 申请人:桂林市啄木鸟医疗器械有限公司