專利名稱：外科手術顱骨磨削溫度在線檢測及可控手持式磨削裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種醫(yī)療器械，具體的為一種外科手術顱骨磨削溫度在線檢測及可控手持式磨削裝置。
背景技術：
骨磨削時神經外科醫(yī)生通常使用內窺鏡擴大鼻內的方法通過鼻孔作為通道來治療顱底患有癌癥的病人。這種微創(chuàng)技術在不需要毀容的條件了提供了一個直接通向顱底腫瘤的通道。在切除腦瘤的過程中發(fā)現和切除病變腫瘤需要廣泛的研磨環(huán)繞在視神經、海綿竇、三叉神經分支上的骨頭來識別并保護這些主要神經。在磨削骨頭的過程中會產生熱并且有可能會損傷神經。這樣的熱損傷可以導致失明和失去顏面肌肉控制能力，由于缺少在骨磨削中熱傳遞到神經的知識，所以對神經外科醫(yī)生來說很擔心的。高速(超過50000轉每分)微型球頭金剛石砂輪可用于這樣的外科手術。在骨磨削中主要的冷卻方式是用生理鹽水冷卻。在磨削中高速砂輪旋轉的速度和受限的手術空間都一起限制了生理鹽水冷卻和潤滑的有效性。這個來自骨磨削的熱損傷毗鄰神經是被神經外科醫(yī)生公認的一個現象。手術中面部神經癱瘓在骨磨削中已經報道了高達3.6%。Abbas和Jones在一項尸體解剖研究中利用金剛石砂輪進行骨磨削實驗，測量了面部神經溫度，并且證實了神經熱損傷。神經組織特別容易受到高溫的影響。組織損傷的起始溫度大約是43度。在頭頸部手術中神經熱損傷的事已經被報道過。神經外科醫(yī)生目前不能確定骨磨削中在砂輪/骨界面產生的熱量和轉移到骨和相鄰神經的熱能有多少。目前外科顱骨磨削的器械為手持式磨削裝置，手術時須憑借醫(yī)師個人豐富的臨床經驗與手部感覺來 判斷磨削力及磨削溫度，當磨削溫度過高時，會調整砂輪轉速，使磨削溫度降低以保護周圍組織免受傷害。若是經由缺乏豐富經驗的醫(yī)師執(zhí)行時，稍有不慎有可能在外科顱骨磨削時溫度超過周圍組織的臨界承受溫度而傷及頭骨下方的腦膜及神經組織。

實用新型內容本實用新型的目的就是為解決上述問題，提供一種外科手術顱骨磨削溫度在線檢測及可控手持式磨削裝置，它控制的精確度高，通過監(jiān)測骨磨削的聲發(fā)射信號，來調整砂輪轉速，降低磨削骨過程中的磨削溫度，從而可有效避免對腦組織的熱損傷。為實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案:—種外科手術顱骨磨削溫度在線檢測及可控手持式磨削裝置，它包括殼體，殼體前端安裝砂輪，砂輪通過傳動裝置與直流電機連接，在砂輪與殼體連接處設有聲發(fā)射傳感器，它通過導線與殼體內設置的信號分析處理模塊連接，信號分析處理模塊分別與反饋裝置和顯示及報警裝置連接，直流電機通過反饋裝置經控制開關與直流電源連接；信號分析處理模塊接收聲發(fā)射傳感器檢測的骨磨削時的聲發(fā)射信號，判斷是否出現過熱情況，通過反饋裝置控制直流電機的轉速。所述聲發(fā)射傳感器包括:一個表面形狀與安裝面共軛的聲匹配層，實現聲發(fā)射信號最大限度地向傳感器進行輻射；在聲匹配層上開有環(huán)形槽，在其內安裝環(huán)形永久磁體以與安裝面固定，聲匹配層與壓電元件之間由粘結膠層進行粘結連接，壓電元件上加背襯消除或減少透過壓電元件的聲波交界面反射再度返回壓電元件形成次生壓電效應，通過導線連接到接頭上將電信號輸出，聲匹配層與外殼螺紋連接并將其內部元件固定，采用螺紋連接方式實現調節(jié)接頭的方向方便接線。所述聲發(fā)射傳感器的外殼頂端安裝一橡膠墊片。所述信號分析處理模塊主要由濾波器，主放大器，信號采集器，信號分析器組成；其中前置放大器和濾波器用信號線連接，濾波器和主放大器相連，主放大器和信號采集器相連，信號采集器和信號分析器相連，信號分析器分別與反饋裝置和顯示及報警裝置相連。所述信號分析處理模塊根據聲發(fā)射傳感器輸出的電壓信號與骨表面溫度成正比的關系，通過設定閾值判斷骨磨削溫度是否過高，當檢測到的信號超過設定閾值時，通過饋裝置控制直流電機的轉速。所述傳動裝置包括兩級傳動:第一級為齒輪傳動,包括一個主動齒輪和一個從動齒輪,兩者嚙合,其中主動齒輪安裝在主動齒輪軸上，主動齒輪軸通過平鍵III與聯軸器一端連接，聯軸器另一端與直流電機主軸連接，直流電機安裝在電機底座上；從動齒輪通過平鍵II安裝在軸的一端上，軸的另一端安裝套筒II;第二級錐齒輪傳動,包括一對嚙合的錐齒輪,其中一個錐齒輪通過套筒II與軸連接，錐齒輪另一側設有止動螺母；另一個錐齒輪與錐齒輪軸連接，錐齒輪軸伸出殼體的部分安裝卡盤I，卡盤I 一側靠軸肩定位，再安裝襯墊I1、砂輪，砂輪一側套在卡盤上，砂輪與卡盤軸選取相同的公稱直徑采用過渡配合的方式安裝；砂輪另一側再安裝上襯墊I和卡盤II，最后用墊圈和螺母夾緊。 所述主動齒輪軸兩端安裝深溝球軸承III和深溝球軸承IV，兩個軸承均靠主動齒輪軸的軸肩和殼體實現定位。所述從動齒輪一側靠軸的軸肩，另一側安裝軸套和深溝球軸承11，深溝球軸承11靠殼體定位，在軸靠近中心兩側安裝圓錐滾子軸承II和圓錐滾子軸承I，一對圓錐滾子軸承采用反裝的方式安裝，并由殼體和軸肩進行定位。所述錐齒輪軸一側安裝套筒I和深溝球軸承I并由殼體對其定位，另一側安裝深溝球軸承V，靠軸肩和殼體定位，在殼體上嵌有密封圈。所述深溝球軸承V的安裝部位開槽，槽的直徑小于深溝球軸承V的寬度，聲發(fā)射傳感器的直徑小于槽的直徑，聲發(fā)射傳感器安裝在槽內，與深溝球軸承V的外瓦相接觸，對深溝球軸承V的接觸部位進行表面打磨去除氧化皮或油垢，并在與傳感器接觸表面涂抹耦合劑，填充接觸面之間的微小空隙。本實用新型的有益效果是:砂輪磨削過程中產生的聲發(fā)射信號，經信號采集器和信號分析器得出結果傳遞給反饋裝置，反饋裝置判斷此結果是否超過設定的閾值，如果沒有超過則直流電機正常工作；如果超過閾值，則反饋裝置給出反饋信息調節(jié)輸入到直流電機的電流，減小電流使直流電機轉速降低，進而使砂輪轉速降低，減少了砂輪對骨作用力，實現磨削表面溫度的降低，實現在線檢測磨削表面的溫度并使其可以得到控制，以保護周圍組織免受傷害。
圖1為醫(yī)用外科手術手持式磨削裝置的剖視圖；圖2為聲發(fā)射傳感器安裝位置放大圖；圖3為新型聲發(fā)射傳感器；圖4為信號分析處理模塊組成圖；圖5為聲發(fā)射信號傳遞圖；圖6為聲發(fā)射信號檢測顯示圖；圖7為聲發(fā)射信號檢測反饋圖；其中，1-錐齒輪軸，2-套筒I，3-深溝球軸承I，4-止動螺母，5_平鍵I，6_錐齒輪，7_套筒II，8-圓錐滾子軸承I，9-軸，10-殼體，11-圓錐滾子軸承II，12-平鍵II，13-從動齒輪，14-軸套，15-深溝球軸承II，16-信號分析處理模塊，17-顯示及報警裝置，18-反饋裝置，19-控制開關，2 0-螺紋孔，21-電機底座，22-直流電機，23-聯軸器，24-平鍵III，25-深溝球軸承III，26-主動齒輪軸，27-深溝球軸承IV，28-前置放大器，29-橡膠墊片，30-聲發(fā)射傳感器，31-砂輪，32-卡盤I，33-襯墊I，34-墊圈，35-螺母，36-卡盤II，37-襯墊II，38-密封圈，39-深溝球軸承V，40-聲匹配層，41-粘結膠層，42-壓電元件，43-永久磁鐵，44-背襯,45-接頭,46外殼,47-信號米集器,48-信號分析器，49濾波器,50-主放大器。
具體實施方式
以下結合附圖與實施例對本實用新型做進一步說明。圖1顯示了帶測溫裝置的醫(yī)用手持式磨削裝置的各個組成部分，其各個部分的傳動與定位如下:其中殼體10由對稱的上下兩半構成，并由螺釘通過螺紋孔20連接固定，磨削裝置外接直流電源，直流電源與控制開關19由導線連接，控制開關19與反饋裝置18由導線連接，反饋裝置18和直流電機22用導線連接，直流電機22固定在電機底座21上，直流電機22和主動齒輪軸26通過聯軸器23連接，聯軸器23 —端通過銷釘與直流電機主軸連接實現軸向定位，通過直流電機主軸與聯軸器23凹凸配合實現周向傳動，另一端通過平鍵III24與主動齒輪軸26連接實現周向定位，主動齒輪軸26在齒輪兩端安裝深溝球軸承II125和深溝球軸承IV27，兩個軸承均靠主動齒輪軸26的軸肩和殼體10實現定位，主動齒輪軸26與從動齒輪13嚙合，從動齒輪13安裝在軸9上，與軸9通過平鍵1112周向定位，從動齒輪13 —側靠軸9的軸肩，另一側安裝軸套14和深溝球軸承1115，深溝球軸承1115靠殼體10定位，在軸9靠近中心兩側安裝圓錐滾子軸承IIll和圓錐滾子軸承18，一對圓錐滾子軸承采用反裝的方式安裝，并由殼體10和軸肩進行定位，在軸9的另一端先安裝套筒117再安裝錐齒輪6，安裝錐齒輪6通過平鍵15實現周向傳動，錐齒輪6兩側分別靠套筒117和止動螺母4軸向定位，錐齒輪6與錐齒輪軸I嚙合傳動，錐齒輪軸I 一側安裝套筒12和深溝球軸承13并由殼體10對其定位，另一側安裝深溝球軸承V39，靠軸肩和殼體10定位，在殼體10上嵌有密封圈38起密封作用，錐齒輪軸I伸出殼體10的部分安裝卡盤132，卡盤132 —側靠軸肩定位，再安裝襯墊1137、砂輪31，砂輪31由襯墊1137限制了三個自由度包括一個移動副和兩個轉動副，砂輪31套在卡盤132上，砂輪31與卡盤132軸選取相同的公稱直徑采用過渡配合的方式安裝，因此卡盤132可以限制砂輪31三個自由度包括兩個移動副和一個轉動副，所以砂輪31完全定位，安裝上襯墊133和卡盤1136，最后用墊圈34和螺母35夾緊。如圖2，安裝部位局部放大圖，在殼體10上深溝球軸承V39的安裝部位開槽，槽的直徑小于深溝球軸承V39的寬度,聲發(fā)射傳感器30的直徑小于槽的直徑,聲發(fā)射傳感器30安裝在槽內，與深溝球軸承V39的外瓦相接觸，對深溝球軸承V39的接觸部位進行表面打磨去除氧化皮或油垢等，并在與傳感器接觸表面涂抹耦合劑，填充接觸面之間的微小空隙，不使這些空隙間的微量空氣影響聲波的穿透起聲耦合作用，通過其過渡作用減少聲波能量在此界面的反射損失，還起潤滑作用減少傳感器與外瓦之間的摩擦，減小信號干擾，在聲發(fā)射傳感器30的頂端安裝一橡膠墊片29，減小聲發(fā)射傳感器30的振動以及對聲發(fā)射傳感器30施加作用力使其與深溝球軸承V39外瓦良好接觸，橡膠墊片29罩在聲發(fā)射傳感器30上實現對其定位。如圖3，由于深溝球軸承V39外瓦形狀為圓柱表面，為了與其實現良好的接觸，所以針對接觸表面的形狀設計一個新的聲發(fā)射傳感器，由聲匹配層40，壓電元件42，永久磁鐵43，背襯44，接頭45和外殼46組成，由圖可知，聲匹配層40表面形狀為內凹圓弧面與深溝球軸承39外瓦形狀共軛，通過聲匹配層40可以實現聲發(fā)射信號最大限度地向傳感器進行輻射，此外還對傳感器起到保護的作用，在聲匹配層40上開有環(huán)形槽，在其內安裝環(huán)形永久磁鐵目的是使傳感器吸附在深溝球軸承V39的外瓦上，聲匹配層40與壓電元件42之間由粘結膠層41進行粘結連接，選擇合適的粘結膠層41厚度能極大的改善聲能透射，可將粘結膠層41看成聲匹配層形成雙匹配層，這樣就擴大了材料的選擇范圍，壓電元件42上加背襯44來消除或減少透過壓電元件42的聲波交界面反射再度返回壓電元件42形成次生壓電效應，能提高傳感器的分辨率和信噪比，通過導線連接到接頭45上將電信號輸出，聲匹配層40與外殼46通過螺紋進行連接并將其內部元件固定，由于接觸表面形狀的特殊性采用螺紋連接方式可以實現調節(jié)接頭45的方向方便接線。在砂輪31磨削骨時，砂輪對骨有作用力使產生磨削溫度同時產生聲發(fā)射信號，砂輪磨削骨可以看成是一熱流密度為`q、長度為I的熱源以恒定速度Vw在一半無窮大物體表面上運動時，設骨的熱傳導系`數為λ，體積比熱為Cpp，則骨表面的平均溫度^為:
權利要求1.一種外科手術顱骨磨削溫度在線檢測及可控手持式磨削裝置，它包括殼體，殼體前端安裝砂輪，砂輪通過傳動裝置與直流電機連接，其特征是，在砂輪與殼體連接處設有聲發(fā)射傳感器，它通過導線與殼體內設置的信號分析處理模塊連接，信號分析處理模塊分別與反饋裝置和顯示及報警裝置連接，直流電機通過反饋裝置經控制開關與直流電源連接；信號分析處理模塊接收聲發(fā)射傳感器檢測的骨磨削時的聲發(fā)射信號，判斷是否出現過熱情況，通過反饋裝置控制直流電機的轉速。
2.如權利要求1所述的外科手術顱骨磨削溫度在線檢測及可控手持式磨削裝置，其特征是，所述聲發(fā)射傳感器包括:一個表面形狀與安裝面共軛的聲匹配層，實現聲發(fā)射信號最大限度地向傳感器進行輻射；在聲匹配層上開有環(huán)形槽，在其內安裝環(huán)形永久磁體以與安裝面固定，聲匹配層與壓電元件之間由粘結膠層進行粘結連接，壓電元件上加背襯消除或減少透過壓電元件的聲波交界面反射再度返回壓電元件形成次生壓電效應，通過導線連接到接頭上將電信號輸出，聲匹配層與外殼螺紋連接并將其內部元件固定，采用螺紋連接方式實現調節(jié)接頭的方向方便接線。
3.如權利要求2所述的外科手術顱骨磨削溫度在線檢測及可控手持式磨削裝置，其特征是，所述聲發(fā)射傳感器的外殼頂端安裝橡膠墊片。
4.如權利要求1所述的外科手術顱骨磨削溫度在線檢測及可控手持式磨削裝置，其特征是，所述信號分析處理模塊主要由濾波器，主放大器，信號采集器，信號分析器組成；其中前置放大器和濾波器用信號線連接，濾波器和主放大器相連，主放大器和信號采集器相連，信號采集器和信號分析器相連，信號分析器分別與反饋裝置和顯示及報警裝置相連。
5.如權利要求1所述的外科手術顱骨磨削溫度在線檢測及可控手持式磨削裝置，其特征是，所述傳動裝置包括兩級傳動: 第一級為齒輪傳動，包括一個主動齒輪和一個從動齒輪，兩者嚙合，其中主動齒輪安裝在主動齒輪軸上，主動 齒輪軸通過平鍵III與聯軸器一端連接，聯軸器另一端與直流電機主軸連接，直流電機安裝在電機底座上；從動齒輪通過平鍵II安裝在軸的一端上，軸的另一端安裝套筒II; 第二級錐齒輪傳動，包括一對嚙合的錐齒輪，其中一個錐齒輪通過套筒II與軸連接，錐齒輪另一側設有止動螺母；另一個錐齒輪與錐齒輪軸連接，錐齒輪軸伸出殼體的部分安裝卡盤I，卡盤I 一側靠軸肩定位，再安裝襯墊I1、砂輪，砂輪一側套在卡盤上，砂輪與卡盤軸選取相同的公稱直徑采用過渡配合的方式安裝；砂輪另一側再安裝上襯墊I和卡盤II，最后用墊圈和螺母夾緊。
6.如權利要求5所述的外科手術顱骨磨削溫度在線檢測及可控手持式磨削裝置，其特征是，所述主動齒輪軸兩端安裝深溝球軸承III和深溝球軸承IV，兩個軸承均靠主動齒輪軸的軸肩和殼體實現定位。
7.如權利要求5所述的外科手術顱骨磨削溫度在線檢測及可控手持式磨削裝置，其特征是，所述從動齒輪一側靠軸的軸肩，另一側安裝軸套和深溝球軸承II，深溝球軸承II靠殼體定位，在軸靠近中心兩側安裝圓錐滾子軸承II和圓錐滾子軸承I，一對圓錐滾子軸承采用反裝的方式安裝，并由殼體和軸肩進行定位。
8.如權利要求5所述的外科手術顱骨磨削溫度在線檢測及可控手持式磨削裝置，其特征是，所述錐齒輪軸一側安裝套筒I和深溝球軸承I并由殼體對其定位，另一側安裝深溝球軸承V，靠軸肩和殼體定位，在殼體上嵌有密封圈。
9.如權利要求8所述的外科手術顱骨磨削溫度在線檢測及可控手持式磨削裝置，其特征是，所述深溝球軸承V的安裝部位開槽，槽的直徑小于深溝球軸承V的寬度，聲發(fā)射傳感器的直徑小于槽的直徑，聲發(fā)射傳感器安裝在槽內，與深溝球軸承V的外瓦相接觸，對深溝球軸承V的接觸部位進行表面打磨去除氧化皮或油垢，并在與傳感器接觸表面涂抹耦合劑，填充接觸面之間的微小空 隙。
專利摘要本實用新型涉及一種外科手術顱骨磨削溫度在線檢測及可控手持式磨削裝置，它控制的精確度高，通過監(jiān)測骨磨削的聲發(fā)射信號，來調整砂輪轉速，降低磨削骨過程中的磨削溫度，從而可有效避免對腦組織的熱損傷。它包括殼體，殼體前端安裝砂輪，砂輪通過傳動裝置與直流電機連接，在砂輪與殼體連接處設有聲發(fā)射傳感器，它通過導線與殼體內設置的信號分析處理模塊連接，信號分析處理模塊分別與反饋裝置和顯示及報警裝置連接，直流電機通過反饋裝置經控制開關與直流電源連接；信號分析處理模塊接收聲發(fā)射傳感器檢測的骨磨削時的聲發(fā)射信號，判斷是否出現過熱情況，通過反饋裝置控制直流電機的轉速。
文檔編號G01K11/22GK203089277SQ20132004693
公開日2013年7月31日 申請日期2013年1月28日 優(yōu)先權日2013年1月28日
發(fā)明者張東坤, 李長河 申請人:青島理工大學