專利名稱：用于骨科手術儀的超聲換能器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種超聲換能器，具體涉及一種用于骨科手術儀的超聲換能器。
背景技術：
超聲骨科手術儀主要用于口腔外科手術，骨切開術，骨成形術，外科解剖類手術等 領域。超聲骨科手術儀主要由主機和手柄組成，其中安裝在手柄內的超聲換能器是最為重 要的組成部件?，F(xiàn)有的用于超聲骨科手術儀的超聲換能器一般由主桿、壓電陶瓷和變幅桿 組成，如公開號為CN1561919的中國實用新型專利公開了一種超聲骨骼切割儀，該實用新 型中所述的換能器由一組縱向極化壓電片和一組切向極化壓電片組成，以使刀具端部的振 動為復合振動；其中采用以輸出能量作為優(yōu)化目標對手柄中的換能器、變幅桿和刀具的尺 寸進行了優(yōu)化，得到的手柄的尺寸范圍是在諧振頻率27 40KHz的范圍內，其換能器長度 為20 60mm，直徑為8 30mm ；變幅桿長度為12 30mm，側壁由指數(shù)形、雙曲線、圓錐形之 一構成；其刀桿的長度為15 40mm，直徑為3 25mm。其實施方式中具體指出手柄的尺寸 為諧振頻率27KHz的范圍內，圓柱部分長度為42mm，直徑為5mm，過渡部分長度為19. 5mm, 側壁曲線為指數(shù)型，刀桿的長度為30mm，直徑為8mm，通過上述優(yōu)化設計，使得超聲刀具(工 作尖)的帶負載能力較現(xiàn)有常規(guī)的超聲刀具能力有較大提高。但該實用新型變幅桿的結構 是由換能器通過側壁為指數(shù)型的錐體直接過渡到較長的柱體部分，使該換能器在縱向振動 的同時還會產(chǎn)生橫向振動，由于骨科微創(chuàng)手術需要對切口進行精確控制，橫向振動會超出 控制范圍導致病人誤傷。此外，該實用新型也沒有對換能器在工作時的發(fā)熱情況進行情況 考查，換能器的長度范圍20 60mm過大，在大部分尺寸下會發(fā)生發(fā)熱過快，溫升過高的情 況，從而可能會導致人體組織的傷害，并縮短了換能器的壽命。

實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種工作時表面溫升低且工作效率高的用 于超聲骨科手術儀的超聲換能器。本實用新型所述的用于超聲骨科手術儀的超聲換能器，包括同軸連接的變幅桿、 壓電陶瓷和主桿，其特征在于所述變幅桿包括與壓電陶瓷同軸連接的第一圓臺、與第一 圓臺同軸連接的第二圓臺、與第二圓臺同軸連接的第三圓臺和與第三圓臺連接的工作尖連 桿，變幅桿的總長度為；34 36mm。通過采用上述結構，特別是確定變幅桿的總長度，使本實 用新型所述換能器達到了優(yōu)越的匹配性能，提高了換能器的工作效率，有效降低換能器工 作時的表面溫度。上述技術方案中，所述工作尖連桿從靠近第三圓臺的一端開始依次包括一個錐體 部分、第一柱體部分、第二柱體部分和一個工作尖連接頭，各部分的直徑依第三圓臺朝工作 尖連接頭的方向依次遞減。采用上述結構且超聲換能器的總長度為34 36mm時的優(yōu)化的變幅軒結構尺寸 為[0007]所述第一圓臺的直徑為9 11mm，其上端面至變幅桿底端面的距離為4 6mm ；所述第二圓臺的直徑為5. 5 7. 5mm，其上端面至變幅桿底端面的距離為6 8mm ；所述第三圓臺的直徑為5. 5 6. 5mm，該第三圓臺上端面至變幅桿底端面的距離 為 8. 2 10. 2mm ；所述錐體部分上端面至變幅桿底端面的距離為13. 5 15. 5mm，其大端的直徑與 第三圓臺的直徑相同，小端的直徑與第一柱體部分的直徑相同，上端面與下端面以斜面連 接；所述第一柱體部分的直徑為4. 3 5. 8mm,其上端面至變幅桿底端面的距離為 18. 7 20. 7mm ；所述第二柱體部分的直徑為4. 0 5. 3mm,其上端面至變幅桿底端面的距離為 28. 5 30. 5mmο在上述優(yōu)化的結構尺寸下，與變幅桿配合的主桿的外徑與變幅桿第一圓臺的直徑 相同，高度為25 27mm，主桿內連接桿的總長度為46 48mm，其上端面高出主桿上端面 13. 5 15. 5mmο最優(yōu)化的超聲換能器變幅桿總長度為35mm，此時各部位尺寸如下所述第一圓臺的直徑為10mm，其上端面至變幅桿底端面的距離為5mm ；所述第二圓臺的直徑為7mm，其上端面至變幅桿底端面的距離為7mm ；所述第三圓臺的直徑為6mm，該第三圓臺上端面至變幅桿底端面的距離為9. 2mm ；所述錐體部分上端面至變幅桿底端面的距離為14. 5mm ；所述第一柱體部分的直徑為4. 8mm，其上端面至變幅桿底端面的距離為19. 7mm ；所述第二柱體部分的直徑為4. 5mm，其上端面至變幅桿底端面的距離為29. 5mm。在上述最優(yōu)的變幅桿結構尺寸條件下，主桿的高度為^toirn，主桿內連接桿的總長 度為47mm，其上端面高出主桿上端面14. 5mm。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型所述用于超聲骨科手術儀的超聲換能器通過對變幅 桿結構的改進，尤其是對變幅桿結構尺寸的優(yōu)化，以提高整個換能器的匹配性，從而大大提 高超聲換能器的工作效率，在保證效率的同時大幅降低換能器表面的溫升，縮短手術時間， 避免對患者造成傷害，進一步提高了換能器的壽命。

圖1為本實用新型所述用于超聲骨科手術儀的超聲換能器的一種實施方式；圖2為圖1所示實施方式中變幅桿的放大圖。圖中標號為1變幅桿；1-1第一圓臺；1-2第二圓臺；1-3第三圓臺；1_4錐體部分；1_5第一柱 體部分；1-6第二柱體部分；1-7工作尖連接頭；2壓電陶瓷；3主桿；3-1連接桿。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型所述的用于超聲骨科手術儀的超聲換能器，包括同軸連 接的變幅桿1、壓電陶瓷2和主桿3，所述變幅桿1包括與壓電陶瓷2同軸連接的第一圓臺1-1、與第一圓臺1-1同軸連接的第二圓臺1-2、與第二圓臺1-2同軸連接的第三圓臺1-3和 與第三圓臺1-3連接的工作尖連桿，所述工作尖連桿從靠近第三圓臺1-3的一端開始依次 包括錐體部分1-4、第一柱體部分1-5和第二柱體部分1-6，各部分的直徑依第三圓臺1-3 朝工作尖連接頭1-7的方向依次遞減，變幅桿1的總長度為34 36mm，此時變幅軒各結構 尺寸為所述第一圓臺1-1的直徑為9 11mm，其上端面至變幅桿1底端面的距離為4 6mm ；所述第二圓臺1-2的直徑為5. 5 7. 5mm，其上端面至變幅桿1底端面的距離為 6 8mm ；所述第三圓臺1-3的直徑為5. 5 6. 5mm,該第三圓臺1_3上端面至變幅桿1底端 面的距離為8. 2 10. 2mm ；所述錐體部分1-4上端面至變幅桿1底端面的距離為13. 5 15. 5mm，其大端的直 徑與第三圓臺1-3的直徑相同，小端的直徑與第一柱體部分1-5的直徑相同，上端面與下端 面以斜面連接；所述第一柱體部分1-5的直徑為4. 3 5. 8mm,其上端面至變幅桿1底端面的距離 為 18. 7 20. 7mm ；所述第二柱體部分1-6的直徑為4. 0 5. 3mm,其上端面至變幅桿1底端面的距離 為 28. 5 30. 5mm。下面申請人以實驗說明本實用新型所述結構尺寸的超聲換能器具備高的工作效 率和低的溫升值。實驗例1、骨骼開孔實驗以本實用新型所述結構尺寸的換能器為1號換能器，在本實用新型所述結構的基 礎上作尺寸改動的換能器為2、3號換能器以及結構稍作改動的4號換能器(具體尺寸分別 如下)，在主機和其它配置均相同的條件下，分別把以下四個不同的換能器安裝在骨科手術 儀手柄內部的固定件上，安裝好手柄外殼，以本申請人生產(chǎn)的Woodpecker牌US2型的工作 尖，以本申請人生產(chǎn)的Woodpecker牌UltraSurgery型骨刀機為實驗主機，把相應腳踏開關 安裝在主機上，分四次把安裝有四個不同換能器的手柄通過電水路連接線分別安裝在主機 進行試驗。安裝完成后進行實驗的骨科手術儀分別對應編號為1號、2號、3號和4號。其中1號換能器包括同軸連接的變幅桿1、壓電陶瓷2和主桿3，所述變幅桿1包括與 壓電陶瓷2同軸連接的第一圓臺1-1、與第一圓臺1-1同軸連接的第二圓臺1-2、與第二圓 臺1-2同軸連接的圓柱體第三圓臺1-3和與圓柱體第三圓臺1-3連接的工作尖連桿，所述 工作尖連桿從靠近第三圓臺1-3的一端開始依次包括錐體部分1-4、第一柱體部分1-5和第 二柱體部分1-6，各部分的直徑依第三圓臺1-3朝工作尖連接頭1-7的方向依次遞減，變幅 桿1的總長度為35mm，此時變幅軒各結構尺寸為所述第一圓臺1-1的直徑為10mm，其上端面至變幅桿1底端面的距離為5mm ；所述第二圓臺1-2的直徑為7mm，其上端面至變幅桿1底端面的距離為7mm ；所述第三圓臺1-3的直徑為6mm，該第三圓臺1_3上端面至變幅桿1底端面的距離為 9. 2mm ；所述錐體部分1-4上端面至變幅桿1底端面的距離為14. 5mm,其大端的直徑與第 三圓臺1-3的直徑相同，小端的直徑與第一柱體部分1-5的直徑相同，上端面與下端面以斜 面連接；所述第一柱體部分1-5的直徑為4. 8mm,其上端面至變幅桿1底端面的距離為
19.7mm ；所述第二柱體部分1-6的直徑為4. 5mm，其上端面至變幅桿1底端面的距離為
29.5mm。主桿3的外徑與變幅桿1第一圓臺1-1的直徑相同，高度為^mm,主桿3內連接桿 3-1的總長度為47mm，其上端面高出主桿3上端面14. 5mm。2號換能器結構與1號換能器相同，只是各部分的尺寸不同，所述變幅桿1的總 長度為33. 8mm，此時變幅軒各結構尺寸為所述第一圓臺1-1的直徑為10mm，其上端面至變幅桿1底端面的距離為3. 9mm ；所述第二圓臺1-2的直徑為7mm，其上端面至變幅桿1底端面的距離為5. 9mm ；所述第三圓臺1-3的直徑為6mm，該第三圓臺1_3上端面至變幅桿1底端面的距離 為 8. Imm ；所述錐體部分1-4上端面至變幅桿1底端面的距離為13. 4mm，其大端的直徑與第 三圓臺1-3的直徑相同，小端的直徑與第一柱體部分1-5的直徑相同，上端面與下端面以斜 面連接；所述第一柱體部分1-5的直徑為4. 8mm,其上端面至變幅桿1底端面的距離為 18. 5mm ；所述第二柱體部分1-6的直徑為4. 5mm，其上端面至變幅桿1底端面的距離為 28. 3mm。主桿3的外徑與變幅桿1第一圓臺1-1的直徑相同，高度為^mm,主桿3內連接桿 3-1的總長度為46mm，其上端面高出主桿3上端面13. 5mm。3號換能器結構與1號換能器相同，只是各部分的尺寸不同，所述變幅桿1的總 長度為36. 2mm，此時變幅軒各結構尺寸為所述第一圓臺1-1的直徑為10mm，其上端面至變幅桿1底端面的距離為6. Imm ；所述第二圓臺1-2的直徑為7mm，其上端面至變幅桿1底端面的距離為8. Imm ；所述第三圓臺1-3的直徑為6mm，該第三圓臺1_3上端面至變幅桿1底端面的距離 為 10. 3mm ；所述錐體部分1-4上端面至變幅桿1底端面的距離為15. 6mm，其大端的直徑與第 三圓臺1-3的直徑相同，小端的直徑與第一柱體部分1-5的直徑相同，上端面與下端面以斜 面連接；所述第一柱體部分1-5的直徑為4. 8mm,其上端面至變幅桿1底端面的距離為
20.9mm ；所述第二柱體部分1-6的直徑為4. 5mm,其上端面至變幅桿1底端面的距離為
30.7mm。主桿3的外徑與變幅桿1第一圓臺1-1的直徑相同，高度為^mm,主桿3內連接桿3-1的總長度為48mm，其上端面高出主桿3上端面15. 5mm。4號換能器變幅桿1的總長度相同為35mm，在結構上第二柱體部分1_6與第一柱 體部分1-5的直徑相同，除此之外的其余結構尺寸均與1號換能器相同。所選用骨骼為3個豬齡相同的豬頭骨，分別在M ^·5ΚΗζ的工作頻率， 20士2牛頓的力的條件下在各豬頭骨的同一部位進行骨骼開孔實驗，對切開尺寸為 IOmmX IOmmX 5mm的孔需要的時間進行比較，重復5次相同的實驗，所得的結果如以下表1 所示。表 1
權利要求1.用于骨科手術儀的超聲換能器，包括同軸連接的變幅桿(1)、壓電陶瓷(2)和主桿 (3)，其特征在于所述變幅桿(1)包括與壓電陶瓷O)同軸連接的第一圓臺(1-1)、與第一 圓臺(1-1)同軸連接的第二圓臺(1-2)、與第二圓臺(1-2)同軸連接的第三圓臺(1-3)和與 第三圓臺(1-3)連接的工作尖連桿，變幅桿(1)的總長度為34 36mm。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于骨科手術儀的超聲換能器，其特征在于所述工作尖連 桿從靠近第三圓臺(1- 的一端開始依次包括一個錐體部分(1-4)、第一柱體部分(1-5)、 第二柱體部分(1-6)和一個工作尖連接頭(1-7)，各部分的直徑依第三圓臺(1-3)朝工作尖 連接頭(1-7)的方向依次遞減。
3.根據(jù)權利要求2所述的用于骨科手術儀的超聲換能器，其特征在于所述第一圓臺(1-1)的直徑為9 11mm，其上端面至變幅桿(1)底端面的距離為4 6mm ；所述第二圓臺(1-2)的直徑為5. 5 7. 5mm，其上端面至變幅桿(1)底端面的距離為 6 8mm ；所述第三圓臺(1-3)的直徑為5. 5 6. 5mm，該第三圓臺(1_3)上端面至變幅桿(1)底 端面的距離為8. 2 10. 2mm ；所述錐體部分(1-4)上端面至變幅桿(1)底端面的距離為13. 5 15. 5mm，其大端的直 徑與第三圓臺(1-3)的直徑相同，小端的直徑與第一柱體部分(1-5)的直徑相同，上端面與 下端面以斜面連接；所述第一柱體部分(1- 的直徑為4. 3 5. 8mm，其上端面至變幅桿(1)底端面的距離 為 18. 7 20. 7mm ；所述第二柱體部分(1-6)的直徑為4. 0 5. 3mm，其上端面至變幅桿(1)底端面的距離 為 28. 5 30. 5mm。
4.根據(jù)權利要求3所述的用于骨科手術儀的超聲換能器，其特征在于與變幅桿(1) 配合的主桿(3)的外徑與變幅桿(1)的直徑相同，高度為25 27mm，主桿(3)內連接桿 (3-1)的總長度為46 48mm，其上端面高出主桿(3)上端面13. 5 15. 5mm。
5.根據(jù)權利要求3所述的用于骨科手術儀的超聲換能器，其特征在于所述變幅桿(1) 總長度為35mm，其中，所述第一圓臺(1-1)的直徑為10mm，其上端面至變幅桿(1)底端面的距離為5mm;所述第二圓臺(1-2)的直徑為7mm，其上端面至變幅桿(1)底端面的距離為7mm;所述第三圓臺(1- 的直徑為6mm，該第三圓臺(1- 上端面至變幅桿(1)底端面的距 離為9. 2mm ；所述錐體部分(1-4)上端面至變幅桿(1)底端面的距離為14. 5mm ；所述第一柱體部分(1-5)的直徑為4. 8mm，其上端面至變幅桿(1)底端面的距離為 19. 7mm ；所述第二柱體部分(1-6)的直徑為4. 5mm，其上端面至變幅桿(1)底端面的距離為 29. 5mmο
6.根據(jù)權利要求5所述的用于骨科手術儀的超聲換能器，其特征在于主桿(3)的 高度為^mm,主桿(3)內連接桿(3-1)的總長度為47mm，其上端面高出主桿(3)上端面 14. 5mm。
專利摘要本實用新型公開了一種用于骨科手術儀的超聲換能器。它包括同軸連接的變幅桿、壓電陶瓷和主桿，所述變幅桿包括與壓電陶瓷同軸連接的第一圓臺、與第一圓臺同軸連接的第二圓臺、與第二圓臺同軸連接的第三圓臺和與第三圓臺連接的工作尖連桿，變幅桿的總長度為34～36mm。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型所述用于超聲骨科手術儀的超聲換能器通過對變幅桿結構的改進，尤其是對變幅桿結構尺寸的優(yōu)化，以提高整個換能器的匹配性，從而大大提高超聲換能器的工作效率，在保證效率的同時大幅降低換能器表面的溫升。
文檔編號B06B1/06GK201870672SQ20102063988
公開日2011年6月22日 申請日期2010年12月2日 優(yōu)先權日2010年12月2日
發(fā)明者吳勛賢, 唐光輝, 覃秀尤, 黃雄業(yè) 申請人:桂林市啄木鳥醫(yī)療器械有限公司