一种超声手术刀及其优化方法与流程

本发明涉及超声医疗器械，特别是涉及一种超声手术刀及其优化方法。

背景技术：

1、在现代临床中，超声软组织切割止血系统逐渐被应用在各类外科手术当中，手术医生操纵超声刀，完成切割、止血等多种复杂操作。超声软组织切割系统在切割的同时存在凝结止血作用，能够在实现手术目的的同时，最大程度减轻对患者的创伤，因此被广泛应用并被大力推广。超声软组织切割止血系统主要由换能器接收主机电信号来提供输出动能，电信号经换能器转换产生超声振动，并且通过连接装置以及超声刀杆在刀头处实现增幅增益。这就使得作为振动传输的主体刀杆的振动增益，以及实际切割及止血刀头的振动分布程度变得尤其重要。

2、随着超声刀应用的普及以及现代技术的发展，医疗器械相关机构都开始对超声手术刀的性能进行进一步优化。这就让提高超声刀杆主体的对来自换能器振动的增益，以及超声刀头输出振动的均匀性成为实现超声刀性能优化的主要目标，但是由于每一批次选用的医用钛合金参数可能不尽相同，这也会造成超声刀成品性能缺乏稳定性。

技术实现思路

1、本发明解决的问题是如何解决根据不同医用钛合金材料参数进一步优化超声手术刀的性能的问题。

2、为解决上述问题，本发明提供一种超声手术刀，采用医用钛合金材料制备，包括刀头、刀杆以及刀尾，所述刀尾与换能器相连接，所述刀杆的长度l为：

3、

4、λ＝c/f，

5、其中，λ为超声波在所述刀杆中传播的波长；c为所述超声波在所述刀杆中传播的纵波波速；f为所述刀杆的工作频率；n为半波长数。

6、进一步地，所述半波长数n为9。

7、进一步地，所述工作频率包括55.5khz。

8、进一步地，所述刀尾与换能器相连接通过双头螺栓连接固定。

9、本发明所述的超声手术刀相对于现有技术的优势在于，本发明考虑到医用钛合金材料不同批次的材料参数存在差异，进而影响超声手术刀品质的稳定性问题，因此，根据不同医用钛合金材料中传播的纵波波速c设计超声手术刀刀杆的长度，以提高超声手术刀性能的稳定性。同时根据声波传输理论，结合通过刀柄使得刀头获得的振动增益，灵活选取对应医用钛合金材料中声波传播的半波长度，实现超声手术刀性能既符合超声手术刀实际应用场景，又可以在最大程度获得刀头振幅增益，进一步优化超声手术刀的性能，进而获得满足切割以及止血的最佳振动效果。

10、为解决上述问题，本发明还提供一种如上所述的超声手术刀的优化方法，根据半波长度以及超声波传播特性，在特征频率下，均匀选取点位提取刀杆在坐标系中x、y和z三个方向的性能参数，设定对应限制性能参数，根据限制性能参数调整所述刀杆的结构参数。

11、进一步地，所述性能参数包括振幅参数和应力参数。

12、进一步地，所述特征频率在工作频率f＝55.5khz的1％的范围内。

13、进一步地，根据医用钛合金材料属性、所述限制振幅参数和所述限制应力参数，设定刀杆优化限制参数，在所述刀杆的初始结构参数和优化限制参数条件下，调整刀杆点位间各段结构参数，实现对刀头振幅优化。

14、进一步地，对所述刀头选取采样点，并根据实际应用要求，对采样点赋予不同权重值，构建所述刀杆与所述刀头的函数关系，并进行参数化扫描以及优化处理，获得所述刀头的结构参数。

15、进一步地，所述刀头包括相互连接的刀头连接段和弯折段，所述弯折段的一端为刀尖端面，赋予所述刀尖端面的权重值为1，沿所述刀杆方向逐渐降低权重值，至所述刀头连接段与所述刀杆连接处权重值设定为0.1。

16、本发明所述的超声手术刀的优化方法相对于现有技术的优势在于，本发明根据半波长度以及超声波传播特性，在特征频率下，均匀选取点位提取刀杆在坐标系中x、y和z三个方向的性能参数，设定限制性能参数，对传播主体刀杆进行了优化，通过应用场景和限制性能参数结合不同医用钛合金材料参数实现进一步优化超声手术刀的性能。本发明其他的优势与所述超声手术刀相对于现有技术的优势相同，在此不在赘述。

技术特征：

1.一种超声手术刀，采用医用钛合金材料制备，其特征在于，包括刀头(1)、刀杆(2)以及刀尾(3)，所述刀尾(3)与换能器相连接，所述刀杆(2)的长度l为：

2.根据权利要求1所述的超声手术刀，其特征在于，所述半波长数n为9。

3.根据权利要求1所述的超声手术刀，其特征在于，所述工作频率包括55.5khz。

4.根据权利要求1所述的超声手术刀，其特征在于，所述刀尾(3)与换能器相连接通过双头螺栓(4)连接固定。

5.一种如权利要求1至4任一项所述的超声手术刀的优化方法，其特征在于，根据半波长度以及超声波传播特性，在特征频率下，均匀选取点位提取刀杆(2)在坐标系中x、y和z三个方向的性能参数，设定对应限制性能参数，根据限制性能参数调整所述刀杆(2)的结构参数。

6.根据权利要求5所述的超声手术刀的优化方法，其特征在于，所述性能参数包括振幅参数和应力参数。

7.根据权利要求6所述的超声手术刀的优化方法，其特征在于，所述特征频率在工作频率f＝55.5khz的1％的范围内。

8.根据权利要求7所述的超声手术刀的优化方法，其特征在于，根据医用钛合金材料属性、所述限制振幅参数和所述限制应力参数，设定刀杆(2)优化限制参数，在所述刀杆(2)的初始结构参数和优化限制参数条件下，调整刀杆(2)点位间各段结构参数，实现对刀头(1)振幅优化。

9.根据权利要求8所述的超声手术刀的优化方法，其特征在于，对所述刀头(1)选取采样点，并根据实际应用要求，对采样点赋予不同权重值，构建所述刀杆(2)与所述刀头(1)的函数关系，并进行参数化扫描以及优化处理，获得所述刀头(1)的结构参数。

10.根据权利要求9所述的超声手术刀的优化方法，其特征在于，所述刀头(1)包括相互连接的刀头连接段(5)和弯折段(6)，所述弯折段(6)的一端为刀尖端面(7)，赋予所述刀尖端面(7)的权重值为1，沿所述刀杆(2)方向逐渐降低权重值，至所述刀头连接段(5)与所述刀杆(2)连接处权重值设定为0.1。

技术总结
本发明公开了一种超声手术刀及其优化方法，涉及超声医疗器械技术领域，其中，所述超声手术刀采用医用钛合金材料制备，包括刀头、刀杆以及刀尾，所述刀尾与换能器相连接，所述刀杆的长度L为：λ＝c/f，其中，λ为超声波在所述刀杆中传播的波长；c为所述超声波在所述刀杆中传播的纵波波速；f为所述刀杆的工作频率；n为半波长数。本发明根据不同医用钛合金材料中传播的纵波波速c及声波传输理论结合通过刀柄使得刀头获得的振动增益，灵活选取对应医用钛合金材料中声波传播的半波长度，设计超声手术刀刀杆的长度，实现超声手术刀性能的稳定性。

技术研发人员：刘丹青,吴丰民,杨浩
受保护的技术使用者：汇智悦声（苏州）医疗科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13