RU2053718C1

RU2053718C1 - Surgical cutting instrument

Info

Publication number: RU2053718C1
Application number: RU93047355A
Authority: RU
Inventors: Е.Б. Бендовский; И.В. Коваль; Н.Б. Мамаева; В.Б. Степина; В.Н. Узморский; В.А. Финкель
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью "Новид-Текам"
Priority date: 1993-10-06
Filing date: 1993-10-06
Publication date: 1996-02-10

Abstract

FIELD: medical engineering. SUBSTANCE: device has handle 3 with working end piece 1 manufacturable from polycrystalline ceramics using aluminium alpha-oxide as the base which mean grain size is equal to 0.1-0.3 mcm. Working end piece 1 is attached to handle 3 by means of binding material 4. The instrument can have handle 3 made from polycrystalline ceramics using aluminium alpha- oxide as the base which grain size is equal to 10-50 mcm and apparent density of 3,8-4,0 g/cm³. Polycrystalline ceramics is useable as binding material 4 possessing deformation temperature of 1000-1300 C. EFFECT: reduced production costs. 2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к медицинской технике, в частности касается хирургического режущего инструмента, и может быть использовано в различных хирургических операциях. The invention relates to medical equipment, in particular for a surgical cutting tool, and can be used in various surgical operations.

Известен хирургический режущий инструментSU, A, 1463253} содержащий рукоятку, на которой под углом установлен рабочий наконечник в виде монокристалла в форме трапецеидальной призмы, со стороны большего основания трапеции имеющий слой особо твердого материала из нитрида кремния толщиной 0,00001-0,00005 мм. При этом слой особо твердого материала образует режущую кромку. Known is a surgical cutting tool SU, A, 1463253} comprising a handle on which a working tip in the form of a single crystal in the form of a trapezoidal prism is mounted at an angle, having from the larger base of the trapezoid a layer of especially hard silicon nitride material with a thickness of 0.00001-0.00005 mm. In this case, a layer of particularly hard material forms a cutting edge.

Этот инструмент обладает следующими недостатками. Во-первых, технология его изготовления осложнена, в частности, тем, что процесс его изготовления предусматривает нанесение на рабочий наконечник чрезвычайно тонкого керамического покрытия, что довольно сложно осуществить по существующим технологиям. Кроме того, довольно сложно получить монокристаллический рабочий наконечник трапецеидальной формы, т.к. при этом необходимо выкрасить монокристалл и придать ему требуемую сложную форму. This tool has the following disadvantages. Firstly, its manufacturing technology is complicated, in particular, by the fact that its manufacturing process involves the application of an extremely thin ceramic coating on the working tip, which is rather difficult to implement using existing technologies. In addition, it is rather difficult to obtain a single-crystal working tip of a trapezoidal shape, because it is necessary to color the single crystal and give it the desired complex shape.

Известен также хирургический режущий инструмент, содержащий соединенные между собой скрепляющим материалом (легкоплавким стеклом с температурой деформации 320-600 градусов Цельсия) рукоятку и сапфировый рабочий наконечник SU, A, 1600727}
Однако такой инструмент не выдерживает хорошей стерилизации (прокаливания), т.к. при этом требуются высокие температуры, предусмотренные современными требованиями медицины, приводящие к деформации материала, скрепляющего рукоятку с рабочим наконечником.Also known is a surgical cutting tool containing interconnected fastening material (low-melting glass with a deformation temperature of 320-600 degrees Celsius) a handle and a sapphire working tip SU, A, 1600727}
However, such an instrument does not withstand good sterilization (calcination), because this requires high temperatures, provided by modern requirements of medicine, leading to deformation of the material that holds the handle with a working tip.

При этом технология изготовления этого инструмента осложнена тем, что его рабочий наконечник выполнен из дорогостоящего монокристалла сапфира, сложного при выращивании и механической обработке. At the same time, the manufacturing technology of this tool is complicated by the fact that its working tip is made of an expensive sapphire single crystal, which is difficult to grow and machine.

Кроме того, присутствие в легкоплавких стеклах оксидов щелочных и щелочноземельных металлов оказывает вредное влияние на организм человека. In addition, the presence in the fusible glass of oxides of alkali and alkaline earth metals has a harmful effect on the human body.

Известен хирургический режущий инструмент, содержащий рабочий наконечник из керамики на основе оксида алюминия, соединенный с рукояткой, а также нагревательный элемент и проводники для подключения нагревательного элемента к источнику питания [1]
Для использования этого инструмента необходимо подавать на входящий в его конструкцию нагревательный элемент энергию высокочастотных колебаний, что усложняет изготовление и эксплуатацию инструмента.Known surgical cutting tool containing a working tip made of ceramic based on aluminum oxide, connected to the handle, as well as a heating element and conductors for connecting the heating element to a power source [1]
To use this tool, it is necessary to supply high-frequency vibration energy to the heating element included in its design, which complicates the manufacture and operation of the tool.

Кроме того, наличие в конструкции этого инструмента элементов из ферромагнитного материала на основе железа, никеля, кобальта или их сплавов (недостаточно коррозионностойких и биологически активных) ухудшает надежность инструмента при эксплуатации. In addition, the presence in the design of this tool of elements of a ferromagnetic material based on iron, nickel, cobalt or their alloys (insufficiently corrosion-resistant and biologically active) impairs the reliability of the tool during operation.

Требования, предъявляемые к хирургическим режущим инструментам:
инертность в биологических средах;
отсутствие коррозии;
нетоксичность;
простота стерилизации;
возможность стерилизации в химических, а также других агрессивных средах и при высоких температурах (свыше 1000 градусов Цельсия);
возможность разъединения тканей за счет режущего эффекта, а не размножения и давления на них;
отсутствие эффекта "пилы" за счет микронеровностей режущей кромки;
отсутствие механического обслуживания (перезаточки) инструмента в течение всего периода эксплуатации;
надежность и удобство в эксплуатации.Requirements for surgical cutting tools:
inertness in biological environments;
lack of corrosion;
non-toxicity;
ease of sterilization;
the possibility of sterilization in chemical as well as other aggressive environments and at high temperatures (over 1000 degrees Celsius);
the possibility of separation of tissues due to the cutting effect, rather than reproduction and pressure on them;
lack of the “saw” effect due to the microroughness of the cutting edge;
lack of mechanical maintenance (re-grinding) of the tool during the entire period of operation;
reliability and ease of use.

В основу настоящего изобретения положена задача разработать хирургический режущий инструмент упрощенной конструкции, надежный в эксплуатации и удовлетворяющий всем требованиям, предъявляемым к инструментам такого назначения. The present invention is based on the task of developing a surgical cutting tool of a simplified design, reliable in operation and satisfying all the requirements for tools for this purpose.

Поставленная задача решена тем, что в хирургическом режущем инструмента, содержащем рукоятку и соединенный с рукояткой рабочий наконечник из керамики на основе оксида алюминия, согласно изобретению, рабочий наконечник неразъемно соединен с рукояткой скрепляющим материалом и выполнен из поликристаллической керамики на основе альфа-оксида алюминия со средним размером зерна 0,1-3,0 мкм. The problem is solved in that in a surgical cutting tool comprising a handle and a working tip made of aluminum oxide-based ceramic, connected to the handle, according to the invention, the working tip is inseparably connected to the handle with a bonding material and made of polycrystalline ceramic based on alpha-alumina with an average grain size 0.1-3.0 microns.

При этом рекомендуется, чтобы рукоятка была выполнена из поликристаллической керамики на основе альфа-оксида алюминия со средним размером зерна 10-50 мкм и с кажущейся плотностью 3,8-4,0 г/см³.It is recommended that the handle is made of polycrystalline ceramics based on alpha-alumina with an average grain size of 10-50 microns and with an apparent density of 3.8-4.0 g / cm ³ .

Предлагаемый хирургический режущий инструмент имеет упрощенную конструкцию, поскольку состоит только из неподвижно соединенных скрепляющим материалом рабочего наконечника и рукоятки (и в нем отсутствуют такие конструктивно сложные детали, как нагревательный элемент). The proposed surgical cutting tool has a simplified design, since it consists only of the working tip and the handle fixedly connected by a fastening material (and there are no structurally complex parts such as a heating element).

Инструмент по предлагаемому изобретению надежен в эксплуатации и обеспечивает при работе с ним возможность разъединения тканей за счет режущего эффекта, а не размозжения и давления на них, материал и технология изготовления рабочего наконечника предусматривают его выполнение с углами заточки от 12 до 90^о при ширине режущей кромки не более 0,4 мкм (материал рабочего наконечника имеет предел прочности на изгиб не менее 430 МПа, коэффициент интенсивности напряжения К1с не ниже 4,5 МН/см, модуль Вейбулла не ниже 10, твердость не менее 9,2 ГПа при кажущейся плотности не ниже 4,0 г/см³ и среднем размере зерна от 0,1 до 3,0 мкм). Инструмент универсален, т.к. может применяться для различных видов хирургических операций.The tool according to the invention is reliable in operation and provides the ability to disconnect tissues due to the cutting effect, rather than crushing and pressure on them, the material and manufacturing technology of the working tip provide for its execution with sharpening angles from 12 to 90 ^about with a cutting edge width no more than 0.4 μm (the material of the working tip has a flexural strength of at least 430 MPa, a stress intensity factor K1c of at least 4.5 MN / cm, a Weibull modulus of at least 10, a hardness of at least 9.2 GPa for each eysya density not lower than 4.0 g / cm ³ and an average grain size of 0.1 to 3.0 microns). The tool is universal because can be used for various types of surgical operations.

Материал рабочего наконечника нетоксичен, коррозионностоек и биологически инертен (выдерживание в течение 100 ч в соляной кислоте с массовой концентрацией 20% при 20^оС не приводит к потере массы образца).The material of the tip is nontoxic, biologically inert and korrozionnostoek (hold for 100 hours in a hydrochloric acid concentration of 20 mass% at 20 ^C does not lead to loss of sample mass).

Инструмент сохраняет все технические характеристики (в частности, режущие свойства) при многократном использовании без перезаточки рабочего наконечника. Отсутствие эффекта "пилы" улучшает его режущие свойства. The tool retains all technical specifications (in particular, cutting properties) when used repeatedly without re-sharpening the working tip. The absence of the “saw” effect improves its cutting properties.

Инструмент может иметь различные цветовые решения и формы рабочего наконечника и рукоятки, обеспечивающие комфортность при работе с ним. The tool can have different colors and shapes of the working tip and handles, providing comfort when working with it.

В качестве скрепляющего материала можно использовать любой известный материал, удовлетворяющий требованиям современной медицины, обладающий адгезией по отношению к материалам, из которых изготовлены рабочий наконечник и рукоятка. As a bonding material, you can use any known material that meets the requirements of modern medicine, having adhesion to the materials from which the working tip and handle are made.

На фиг. 1 а-в представлен инструмент с углом заточки режущей кромки 12-15^о, предназначенный для отделения кожного апоневроза от подкожной клетчатки, при этом а инструмент, вид сбоку; б вид его рабочего наконечника сверху; в вариант выполнения его рабочего наконечника, вид сбоку; на фиг. 2 а-ж то же, с углом заточки режущей кромки 80-85^о, предназначенный для отделения надкостницы от костей туловища и конечностей, при этом а инструмент, вид сбоку; б-ж варианты выполнения его рабочего наконечника; на фиг. 3 а,б инструмент, предназначенный для микрохирургических операций, при этом а и б варианты выполнения этого инструмента, отличающиеся формой ручки и видом скрепления ее с рабочим наконечником, в разрезе; на фиг. 4 а,б инструмент, предназначенный для скелетирования костей черепа, для выделения сосудисто-нервных пучков головы и шеи, при этом а инструмент, вид сбоку; б то же, вид сверху, разрез по сечению А-А на фиг. 4,а; на фиг. 5 инструмент, предназначенный для трепанации черепа, при этом 5,а рабочий наконечник, вид сбоку, 5, б то же, вид сверху по сечению В-В на фиг. 5,а, и 5,в то же, вид сбоку, в разрезе.In FIG. 1 a-c is represented by a tool with an angle of the cutting edge ^about 12-15 for separating the skin from the aponeurosis subcutaneous tissue, with a tool side view; b view of its working tip from above; in the embodiment of its working tip, side view; in FIG. 2 a-g is the same, with a sharpening angle of the cutting edge of 80-85 ^about , designed to separate the periosteum from the bones of the trunk and limbs, while a tool, side view; bzh options for the implementation of its working tip; in FIG. 3 a, b is a tool intended for microsurgical operations, while a and b are embodiments of this tool, differing in the shape of the handle and the type of fastening it with a working tip, in a section; in FIG. 4 a, b an instrument designed for skeletonization of the bones of the skull, to highlight the neurovascular bundles of the head and neck, while the instrument is a side view; b the same, top view, section along section AA in FIG. 4 a; in FIG. 5 an instrument designed for trepanation of the skull, with 5, and the working tip, side view, 5, b the same, top view along section BB in FIG. 5a, and 5, at the same time, a side view, in a section.

Предлагаемый инструмент содержит рабочий наконечник 1 с режущей кромкой 2, и рукоятку 3, соединенную с ним скрепляющим материалом 4. При этом, если предлагаемый инструмент предназначен для скелетирования костей черепа, для выделения сосудисто-нервных пучков головы и шеи (фиг. 4,а и б), рукоятка может быть выполнена в виде двух пластин 5 и 6, соединенных между собой траверсой 7. The proposed tool contains a working tip 1 with a cutting edge 2, and a handle 3 connected with a fastening material 4. Moreover, if the proposed tool is designed for skeletonization of the bones of the skull, to highlight the neurovascular bundles of the head and neck (Fig. 4, and b), the handle can be made in the form of two plates 5 and 6, interconnected by a traverse 7.

В качестве материала рабочего наконечника может быть использован любой поликристаллический керамический материал на основе альфа-оксида алюминия со средним размером зерна от 0,1 до 3,0 мкм. Использование других полиморфных модификаций оксида алюминия приводит к ухудшению физико-механических свойств инструмента, а следовательно, снижает его надежность в эксплуатации. As the material of the working tip, any polycrystalline ceramic material based on alpha alumina with an average grain size of 0.1 to 3.0 μm can be used. The use of other polymorphic modifications of aluminum oxide leads to a deterioration in the physicomechanical properties of the tool, and therefore reduces its reliability in operation.

При увеличении средних размеров зерна более 3,0 мкм за счет повышения шероховатости поверхности нельзя получить требуемую ширину режущей кромки. With an increase in the average grain size of more than 3.0 μm due to an increase in surface roughness, the required cutting edge width cannot be obtained.

Рукоятка может быть выполнена из любого материала, предусмотренного современными требованиями медицины. При этом выполнение рукоятки предлагаемого инструмента из поликристаллической керамики на основе альфа-оксида алюминия со средним размером зерна 10-50 мкм и кажущейся плотностью 3,8-4,0 г/см³, при использовании в качестве скрепляющего материала (поликристаллическая керамика с температурой деформации 1000-1300^оС позволяет подвергать инструмент высокотемпературной стерилизации, а также многократно его использовать без деформации при сохранении эксплуатационных характеристик.The handle can be made of any material provided for by modern medical requirements. Moreover, the implementation of the handle of the proposed tool made of polycrystalline ceramics based on alpha-alumina with an average grain size of 10-50 μm and an apparent density of 3.8-4.0 g / cm ³ when used as a bonding material (polycrystalline ceramics with a deformation temperature 1000-1300 ^о С allows to subject the instrument to high-temperature sterilization, and also to use it repeatedly without deformation while maintaining operational characteristics.

Предлагаемый инструмент универсален, поскольку может быть использован для широкого круга хирургических операций, в частности:
пластические операции отделения кожного апоневроза от подкожной клетчатки;
отделение надкостницы от костей туловища и конечностей;
микрохирургические операции: выделение мышотчатых артериальных аневризм, отделение и выделение капсулы опухоли головного мозга, выделение сосудов из кожи для создания анастемозов;
скелетирование костей черепа для выделения сосудисто-нервных пучков головы и шеи;
трепанация черепа и др.The proposed tool is universal, as it can be used for a wide range of surgical operations, in particular:
plastic surgery to separate cutaneous aponeurosis from subcutaneous tissue;
separation of the periosteum from the bones of the trunk and limbs;
microsurgical operations: allocation of muscular arterial aneurysms, separation and isolation of a brain tumor capsule, the separation of blood vessels from the skin to create anastemoses;
skeletonization of the bones of the skull to highlight the neurovascular bundles of the head and neck;
craniotomy, etc.

Claims

1. SURGICAL CUTTING TOOL, comprising a handle and a working tip made of alumina-based ceramic connected to the handle, characterized in that the working tip is inseparably connected to the handle with a fastening material and made of polycrystalline ceramic based on alpha-alumina with an average grain size of 0, 1 - 3.0 μm.

2. The tool according to claim 1, characterized in that the handle is made of polycrystalline ceramics based on alpha-alumina with a grain size of 10 - 50 μm and an apparent density of 3.8 - 4.0 g / cm ³ , and as a bonding material used polycrystalline ceramics with a deformation temperature of 1000 - 1300 ^o C.