一种外科切削手术器械的制作方法

1.本发明涉及医疗器械技术领域，具体而言，涉及一种外科切削手术器械。


背景技术：

2.传统外科手术切削方式主要是应用截骨刀、骨凿、咬骨钳、高速磨钻等传统工具对发病部位进行切除，这些传统工具在切割方面存在以下劣势：
3.1、效率低；以截骨刀和骨凿等手术刀为例，两者均为单刃结构，很难对较硬的骨骼组织进行切断；另外，医生需要长时间进行持刀手术，容易出现疲累或手腕劳损现象，降低手术效率。
4.2、成本高；手术刀的刀刃易磨损，需要经常更换，提高手术成本，浪费手术资源。
5.3、操作难；为了保证效率，需要将刀刃突出面都必须与组织呈垂直方向，执刀过高不利于稳定操作，过低又容易阻碍视线，对术者的操作会造成很大的困难。
6.4、安全性差；传统手术装置在手术过程中会产生很高的温度，极易造成热损伤；此外，操作过程全靠术者的手感和经验，对于十分微小距离精准切削很难进行安全控制,容易损伤患者。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种外科切削手术器械，以解决传统手术工具存在的切削效率低、手术成本高、操作困难以及安全性差的问题。
8.为解决上述问题，本发明首先提供了一种外科切削手术器械，包括第一导轨、第二导轨、第一滑动单元、第二滑动单元、直线驱动单元、超声切割单元、压力检测单元以及控制单元；第一滑动单元滑动安装于第一导轨；直线驱动单元与第一滑动单元相连接，并用于带动第一滑动单元沿第一导轨直线运动；第二导轨连接于第二滑动单元的顶部，第二滑动单元滑动安装于第二导轨；超声切割单元安装于第二滑动单元；压力检测单元安装于第一滑动单元，并用于检测第二滑动单元所受压力；控制单元分别与直线驱动单元、超声切割单元和压力检测单元相连接。
9.采用上述技术方案，利用直线驱动单元带动第一滑动单元和其上的第二滑动单元以及超声切割单元移动，利用压力检测单元对超声切割单元所受压力进行检测反馈，控制单元基于压力检测单元的反馈确定超声切割单元是否处于切割位置以及是否切割完毕，并对切割过程进行整体控制，实现了外科切削手术的自动化，提高了切削效率，降低了手术耗材成本，并且利于医护人员的操作，而且避免了切割对患者造成损伤。
10.进一步的，上述超声切割单元包括超声刀本体和刀柄；超声刀本体包括连接螺栓、压盖、压电陶瓷、变幅杆和刀具；连接螺栓与所述刀柄相连接；压盖和变幅杆间隔套接于连接螺栓，并与连接螺栓螺纹连接；压电陶瓷固定于压盖和变幅杆之间，并套装于连接螺栓外，压电陶瓷的内壁与连接螺栓之间具有预设间隔；变幅杆与刀具相连接；刀柄安装在第二滑动单元上。
11.采用上述技术方案，压电陶瓷周期性通电会产生高频变化的前后微小位移，利用变幅杆产生共振现象放大位移，带动刀具高频振动将刀具前端的组织震碎，不仅切割时阻力小，易控制，切割速度快，而且不影响其他组织，安全性高。
12.进一步的，压力检测单元包括安装在第一滑动单元上的第一压力传感器组件和第二压力传感器组件；沿第二滑动单元在第二导轨的滑动方向上，第一压力传感器组件和第二压力传感器组件分别位于第二滑动单元的相对两侧，并与第二滑动单元相抵。
13.采用上述技术方案，利用第一传感器组件和第二传感器组件对第二滑动单元进行预紧，在第二滑动单元克服与第二导轨的摩擦力后能够将其受到的前侧压力和后侧压力传递给第一压力传感器组件和第二压力传感器组件，进而实现精准的超声切割单元的压力检测反馈。
14.进一步的，直线驱动单元包括丝杆电机，第一滑动单元包括第一滑块和丝杆滑台；第一滑块滑动安装于第一导轨；丝杆滑台与丝杆电机相连接，丝杆滑台底部设有用于安装第一滑块的第一安装槽，丝杆滑台的顶部设有用于安装第二导轨的第二安装槽。
15.采用上述技术方案，利用丝杆电机和丝杆滑台来带动第一滑动块直线往复运动，结构简单紧凑，而且利用第一安装槽和第二安装槽来实现各个部件的置入式连接，提高了结构稳定性，并且进一步使得整个驱动结构更加紧凑。
16.进一步的，第二滑动单元包括第二滑块和固定座；第二滑块滑动安装于第二导轨；固定座用于安装固定超声切割单元，固定座的底部设有用于安装第二滑块的第三安装槽。
17.采用上述技术方案，利用第二滑块实现与第二轨道以及固定座的对接，并且设计有第三安装槽，进一步提高结构紧凑性。
18.进一步的，固定座包括上锁紧块、下锁紧块和锁紧底座；上锁紧块设有第一锁紧槽，下锁紧块设有第二锁紧槽，上锁紧块和下锁紧块相对接，第一锁紧槽和第二锁紧槽形成锁紧孔，超声切割单元固定于锁紧孔内；对接后的上锁紧块和下锁紧块安装固定在锁紧底座内，锁紧底座设有第三安装槽。
19.采用上述技术方案，利用上锁紧块、下锁紧块以及锁紧底座实现超声波切割单元的安装固定，并且通过上锁紧块和下锁紧块形成锁紧孔，不仅易于超声波切割单元的拆装，而且使得结构更加紧凑。
20.进一步的，还包括壳体组件，第一导轨、第二导轨、第一滑动单元、第二滑动单元、直线驱动单元、超声切割单元和压力检测单元均安装在壳体组件内，壳体组件前端设有供超声切割单元伸出的开口。
21.采用上述技术方案，利用壳体组件对内部的各个功能单元进行保护，确保整个设备的运行稳定性。
22.进一步的，壳体组件包括上壳体、下壳体和锁紧环；上壳体一端铰装在下壳体一端，上壳体另一端和下壳体另一端通过锁紧环锁紧固定。
23.采用上述技术方案，将上壳体和下壳体设计为可转动连接，并且利用锁紧环实现两者端部的连接固定，不仅结构简单，而且易于壳体内部功能单元的拆装和维护。
24.进一步的，还包括连接单元，连接单元上部连接于壳体组件的底部，连接单元的下部用于夹持连接外界机械臂，且连接单元的夹持范围可调。
25.采用上述技术方案，利用连接单元便于切削手术刀与机械臂等动作设备的连接，
而且将连接单元设计为夹持范围可调，提高了切削手术刀对外界设备的适配度。
26.进一步的，连接单元包括连接座、第一夹持臂、第二夹持臂、滑动轴、弹性件以及锁紧轴和锁紧把手；连接座上部与壳体组件底部相连接，连接座一侧的下部设有第一连接孔；第一夹持臂位于连接座下部一侧，并设有与第一连接孔相邻且贯通的第二连接孔；第二夹持臂固定连接于连接座下部另一侧，第二夹持臂设有第三连接孔和第四连接孔；滑动轴一端插装于第一连接孔和第二连接孔，另一端插装于第三连接孔；弹性件套设与滑动轴，弹性件的两端分别与第一夹持臂和第二夹持臂相抵；锁紧轴一端穿过第四连接孔，并与第一夹持臂相连接，锁紧轴的另一端与锁紧把手相连接。
27.采用上述技术方案，直接旋拧锁紧把手即可实现第一夹持臂靠近或远离第二夹持臂，以实现夹持范围的调整，而且在调整后可以利用弹性件和便于第一夹持臂的复位。
附图说明
28.为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
29.图1为本发明实施例提供的外科切削手术器械的结构示意图；
30.图2为本发明实施例提供的外科切削手术器械的爆炸图；
31.图3为本发明实施例提供的超声刀本体的结构示意图。
32.附图标记说明：
33.100-第一导轨；
34.200-第二导轨；
35.300-第一滑动单元；310-第一滑块；320-丝杆滑台；321-第一安装槽；322-第二安装槽；
36.400-第二滑动单元；410-第二滑块；420-固定座；421-上锁紧块；4211-第一锁紧槽；422-下锁紧块；4221-第二锁紧槽；423-锁紧底座；
37.500-直线驱动单元；510-丝杆电机；520-电机底座；
38.600-超声切割单元；610-超声刀本体；611-连接螺栓；612-压盖；613-压电陶瓷；614-变幅杆；615-刀具；620-刀柄；
39.700-压力检测单元；710-第一压力传感器组件；711-第一传感器座；712-第一传感元件；720-第二压力传感器组件；721-第二传感器座；722-第二传感元件；
40.800-壳体组件；810-上壳体；820-下壳体；821-显示屏；830-锁紧环；840-枢轴；
41.900-连接单元；910-连接座；911-第一连接孔；920-第一夹持臂；921-第二连接孔；930-第二夹持臂；931-第三连接孔；932-第四连接孔；940-滑动轴；950-弹性件；960-锁紧轴；970-锁紧把手。
具体实施方式
42.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并
不用于限定本发明。
43.基于传统切削手术器械存在效率低下、手术成本高、操作困难以及易损伤患者等问题，本实施例提供了一种外科切削手术器械，旨在通过利用超声切割来替代传统的切割方式，并且能够实现切割的智能化控制。
44.结合附图1和附图2所示，本实施例提供的外科切削手术器械，主要包括第一导轨100、第二导轨200、第一滑动单元300、第二滑动单元400、直线驱动单元500、超声切割单元、压力检测单元700以及控制单元(图中未示出)等功能单元。
45.为了对外科切削手术器械进行保护，防止其进入杂物或者误伤操作人员等，本实施例的外科切削手术器械还增设了壳体组件800，以对外科切削手术器械整体进行保护，本实施例的第一导轨100、第二导轨200、第一滑动单元300、第二滑动单元400、直线驱动单元500、超声切割单元和压力检测单元700均安装在本实施例的壳体组件800内，并且，为了便于超声切割单元的刀具615伸出，本实施例在壳体组件800前端设有供超声切割单元伸出的开口，如此设置，利用壳体组件800对内部的各个功能单元进行保护，确保整个设备的运行稳定性。
46.结合附图2所示，优选的，本实施例的壳体组件800包括上壳体810、下壳体820和锁紧环830；本实施例的第一导轨100安装在下壳体820的内底壁上，上壳体810的后端通过枢轴840铰装在下壳体820后端，上壳体810的前端和下壳体820的前端通过锁紧环830锁紧固定。
47.采用上述技术方案，将上壳体810和下壳体820设计为可转动连接，在装配时打开上壳体810，将各个功能单元安装在下壳体820内，然后盖合上壳体810，利用锁紧环830实现两者端部的连接固定，不仅结构简单，而且易于壳体内部功能单元的拆装和维护。
48.再结合附图2所示，本实施例的上述的各个功能单元中，第一导轨100通过螺钉(图中未标识)等连接件安装在下壳体820上，本实施例的第一滑动单元300滑动安装于第一导轨100，本实施例的直线驱动单元500与第一滑动单元300相连接，并用于带动第一滑动单元300沿第一导轨100的导向方向做直线运动，进而带动第一滑动单元300上的第二导轨200、第二滑动单元400和超声切割单元直线运动。
49.本实施例的第二导轨200连接于第二滑动单元400的顶部，第二滑动单元400滑动安装于第二导轨200，超声切割单元安装于第二滑动单元400并与其同步运动，第二滑动单元400主要是用于安装固定本实施来的超声切割单元，并将超声切割单元所受的压力传递给本实施例的压力检测单元700；本实施例的压力检测单元700安装于第一滑动单元300，并用于检测第二滑动单元400所受压力，进而检测超声切割单元所受的压力，具体的，是用于检测检测超声切割单元所收到的前方压力和后方压力；本实施例的控制单元分别与直线驱动单元500、超声切割单元和压力检测单元700相连接，连接方式可以是信号或线路连接，进而接收压力检测单元700检测到的压力信号，并基于该压力信号对各个功能单元进行控制，具体的，该控制单元可以是现有的处理器或者控制电路等结构。
50.上述结构的外科切削手术器械，区别于传统的切削方式，利用直线驱动单元500带动第一滑动单元300和其上的第二滑动单元400以及超声切割单元移动，利用压力检测单元700对超声切割单元所受压力进行检测反馈，控制单元基于压力检测单元700的反馈确定超声切割单元是否处于切割位置以及是否切割完毕，并对切割过程进行整体控制，实现了外
科切削手术的自动化和智能化，提高了切削效率，降低了手术耗材成本，并且利于医护人员的操作，而且避免了切割对患者造成损伤，提高了手术的安全性。
51.结合附图2和附图3所示，本实施例的超声切割单元包括超声刀本体610和刀柄620；其中，超声刀本体610包括连接螺栓611、压盖612、压电陶瓷613、变幅杆614和刀具615；本实施例的连接螺栓611与刀柄620相连接，本实施例的压盖612和变幅杆614间隔套接于连接螺栓611，并与连接螺栓611螺纹连接；压电陶瓷613固定于压盖612和变幅杆614之间，并套装于连接螺栓611外，压电陶瓷613的内壁与连接螺栓611之间具有预设间隔；变幅杆614与刀具615相连接；刀柄620安装在第二滑动单元400上。
52.在进行切割动作时，对压电陶瓷613进行周期性通电，压电陶瓷613会产生高频变化的前后微小位移，合理设计变幅杆614外形尺寸，利用共振现象，可将微小位移放大，带动安装于变幅杆614前段的刀具615高频振动，通常为100um振幅，20-50khz，振动所产生的能量作用于刀具615前端组织。此种结构不仅切割时阻力小，易控制，切割速度快，而且不影响其他组织，安全性高。
53.再结合附图2所示，本实施例的压力检测单元700包括安装在第一滑动单元300上的第一压力传感器组件710和第二压力传感器组件720，第一压力传感器组件710和第二压力传感器组件720结构相同或相似，第一压力传感器组件710包括第一传感器座711和安装在第一传感器座711内的第一传感元件712，第二压力传感器组件720包括第二传感器座721和安装在第二传感器座721内的第二传感元件722，第一传感元件712和第二传感元件722可以是现有的力传感器，力传感器是将物理、化学信号转换为电信号的一种特殊装置，其一般工作原理为外力作用于力传感器，引发内部电阻应变片(可简单理解为传感器自身)产生对应尺度形变，导致应变片的电阻增大或减小，在同一电压下，通过传感器的电流大小会随之改变，从而测得力大小。
54.沿第二滑动单元400在第二导轨200的滑动方向上，本实施例的第一压力传感器组件710和第二压力传感器组件720分别位于第二滑动单元400的相对两侧，具体的，是第一压力传感器座和第二压力传感器座分别通过底部的缺口槽安装在第二滑动单元400上，缺口槽的尺寸大于等于第二导轨200的尺寸，使得两个压力传感器座能够与第二滑动单元400连接。
55.完成装配后，本实施例的第一传感元件712和第二传感元件722分别与第二滑动单元400的两侧相抵，即利用第一压力传感器组件710和第二压力传感器夹紧第二滑动单，在第二滑动单元400克服与第二导轨200的摩擦力后能够将其受到的前侧压力和后侧压力传递给第一压力传感器组件710和第二压力传感器组件720，进而对控制单元形成压力反馈，控制单元控制切割力的大小并可通过软件的计算，感知切割材料的属性，然后通过控制直线驱动单元500实现切割量的进给，例如，当力传感器数值有穿透特征时，即可通过控制单元关闭超声切割单元和直线驱动单元500。
56.优选的，本实施例的直线驱动单元500可以包括丝杆电机和电机底座，四杆电机安装在电机底座上，电机底座安装在下壳体820上，相应的，本实施例的第一滑动单元300包括第一滑块310和能够与丝杆电机相配合的丝杆滑台320。其中，本实施例的第一滑块310滑动安装于第一导轨100，本实施例的丝杆滑台320与丝杆电机相连接，丝杆滑台320底部设有用于安装第一滑块310的第一安装槽321，丝杆滑台320的顶部设有用于安装第二导轨200的第
二安装槽322，在装配时，利用第一安装槽321将丝杆滑台320安装在第一导轨100上，利用第二安装槽322安装第二导轨200。
57.上述结构利用丝杆电机和丝杆滑台320来带动第一滑动块直线往复运动，结构简单紧凑，而且利用第一安装槽321和第二安装槽322来实现各个部件的置入式连接，提高了结构稳定性，并且进一步使得整个驱动结构更加紧凑。
58.优选的，本实施例的第二滑动单元400包括第二滑块410和固定座420；第二滑块410滑动安装于第二导轨200；固定座420用于安装固定超声切割单元，固定座420的底部设有用于安装第二滑块410的第三安装槽，利用第二滑块410实现与第二轨道以及固定座420的对接，并且设计有第三安装槽，进一步提高结构紧凑性。
59.为了实现对超声切割单元良好的固定，本实施例将固定座420设计为包括上锁紧块421、下锁紧块422和锁紧底座423；其中，本实施例的上锁紧块421设有第一锁紧槽4211，本实施例的下锁紧块422设有第二锁紧槽4221，在上锁紧块421和下锁紧块422相对接后，第一锁紧槽4211和第二锁紧槽4221形成锁紧孔，超声切割单元固定于锁紧孔内；对接后的上锁紧块421和下锁紧块422安装固定在锁紧底座423内，锁紧底座423设有第三安装槽。如此设置，利用上锁紧块421、下锁紧块422以及锁紧底座423实现超声波切割单元的安装固定，并且通过上锁紧块421和下锁紧块422形成锁紧孔，不仅易于超声波切割单元的拆装，而且使得结构更加紧凑。
60.另外，为了将外科切削手术器械与机械臂等结构的连接，进而实现整个手术刀的可控制移动，本实施例的外科切削手术器械还包括连接单元900，本实施例的连接单元900上部连接于壳体组件800的底部，连接单元900的下部用于夹持连接外界机械臂，且连接单元900的夹持范围可调。利用连接单元900便于切削手术刀与机械臂等动作设备的连接，而且将连接单元900设计为夹持范围可调，提高了切削手术刀对外界设备的适配度。
61.具体的，本实施例的连接单元900包括连接座910、第一夹持臂920、第二夹持臂930、滑动轴940、弹性件950以及锁紧轴960和锁紧把手970；其中，本实施例的连接座910上部与壳体组件800底部相连接，连接座910一侧的下部伸出有一连接耳，该连接耳设有第一连接孔911。本实施例的第一夹持臂920位于连接座910下部的一侧，并且与连接座910不直接连接，第一夹持臂920设有与第一连接孔911相邻且贯通的第二连接孔921。
62.本实施例的第二夹持臂930固定连接于连接座910下部另一侧，第二夹持臂930设有上方的第三连接孔931和下方的第四连接孔932；本实施例的滑动轴940一端插装于第一连接孔911和第二连接孔921，另一端插装于第三连接孔931；本实施例的弹性件950套设与滑动轴940，弹性件950的两端分别与第一夹持臂920和第二夹持臂930相抵；锁紧轴960的一端穿过第四连接孔932，并与第一夹持臂920相连接，锁紧轴960的该一端可以在第一夹持臂920上转动，锁紧轴960的另一端与锁紧把手970相连接，锁紧轴960本身可以与第四连接孔932螺纹连接。
63.在需要调整第一夹持臂920和第二夹持臂930的夹持空间时，直接旋拧锁紧把手970，使得锁紧轴960在第四连接孔932内转动，通过螺纹实现锁紧轴960的移动，进而带动本实施例的第一夹持臂920靠近或远离第二夹持臂930，以实现夹持范围的调整，而且在调整后可以利用弹性件950和便于第一夹持臂920的复位。
64.另外，本实施例的外科切削手术器械还具有状态显示功能，例如在本实施例的下
壳体820上安装显示屏821，显示屏821可实时显示切割材料属性、进给速度和切割深度等信息，能让操作者更直观的感受切割工作状态；此外，本实施例的外科切削手术器械还可以具有启动和急停功能，方便操作者的使用。
65.在本实施例的描述中，需要说明的是，本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程度来指令控制装置来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取的存储介质中，所述程序在执行时可包括如上述各方法实施例的流程，其中所述的存储介质可为存储器、磁盘、光盘等。
66.虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
67.最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
68.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
69.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。