知晓：双头超声骨刀切削产热的有限元分析

和茂科技

由于超声骨刀切削精度高，不伤害软组织，出血少等点，现已广泛应用于口腔种植领域。虽然超声骨刀相比较以往涡轮手机拥有众多点，但是仍有一些固有的缺陷法解决；其中切削温度是比较不容易被医生发现，而又会造成潜在危害的问题。外国学者Ｅｒｉｋｓｓｏｎ研究表明：当骨组织处于４７℃并持续一分钟以上时，会对骨组织造成不可逆的损伤，并产生骨吸收而如果在口腔种植手术中出现骨吸收，则会为种植失败埋下祸根。目前，超声骨刀在使用时通常采用冷却水进行散热，尽管各大厂家声称这能够保证产品在使用时温度处于临界值以下，但是从许多外国文献看来，际操作过程中不正确的使用仍有可能造成温度问题。有限元分析公司的最新消息可以到我们平台网站了解一下，也可以咨询客服人员进行详细的解答！http://www.nataid.com/

近年来超声骨刀已经现了口腔种植的备孔操作，各大超声骨刀厂家纷纷推出了用于单根种植体的标准刀头。然而针对多根种植体的双头超声骨刀刀头目前还鲜有文献涉及。由于本身结构限制，传统涡轮手机很难为多根种植体备孔，而多头超声骨刀则成为了良好的替代品，所以有必要对多头超声骨刀进行一定研究。相对于截骨，种植备孔深度较深，不方便冷却水进行冷却，在进行刀头设计和际使用时，对温度问题必须更加重视。目前除了用验方法获得超声骨刀的切削温度以外，还没有有限元分析等理论模型讨论切削温度问题。基于这种现状，笔者提出了一种基于ABAQUS有限元软件的多头超声骨刀切削温度场模型，该模型能够反映出超声骨刀在切削时的相对产热分布情况，为后续超声骨刀冷却水道设计提供指导意见。

超声骨刀在工作时，刀头会产生３０ｋＨｚ左右的高频振动，由于频率大于２０ｋＨｚ，属于超声振动；刀头振动振幅在５０～２００ｍ。当刀头接触到骨头等脆性材料时，刀头对材料的连续撞击作用使材料产生裂纹并不断扩展，直至材料去除。此外当在液体环境时，刀头的超声振动会使液体产生局部负压，形成液体空腔，而刚形成的空腔又会马上闭合从而产生强烈的微激波，这种现象称为超声空化现象，超声空化现象有利于材料的去除过程。比较后超声骨刀对骨头还有抛磨，切蚀作用。可见超声骨刀完整的切削机理是相当复杂的，很难通过建立完整的切削模型来研究产热问题。

超声骨刀在切削过程中，由于摩擦和塑性变形作用，会产生许多热量，部分热量由冷却水带走，剩下的热量则传入刀头和骨组织中，其中变形热带来的温升可以由能量平衡原理得出，为应力；为应变；Ｋ为硬化系数；ｎ为应变硬化指数；&D;Ｔ为温升；Ｊ为热工当量；Ｃ为骨的比热容；为骨密度。热量在骨中的传导控制方程，为导热系数；Ｔ为骨的温度；ｔ为时间；ｘ，ｙ，ｚ为坐标方向。若考虑冷却水的对流换热情况，则还应满足，ｈ为对流换热系数；Ｔ为水温。以析构成了超声骨刀切削产热的基本原理，也是以下有限元分析的理论基础。

从上述分析可以看出：超声骨刀切削机理非常复杂，想通过现完整的切削过程来建立温度场模型很困难，所以本模型进行了一定的简化。

由于超声骨刀制备种植孔的比较后阶段对于形成种植孔十分重要，如果在这一阶段出现温度问题而造成骨吸收则会产生种植失败的可能。所以本模型仅考虑在备孔比较后阶段，刀头对骨组织的摩擦和挤压情况，认为全部热量是由摩擦和骨的塑性变形所产生的。模型并没有考虑备孔前期复杂的材料去除过程（这一过程相对于比较后阶段的重要性并不大），这可以在相当程度上简化模型体积，提高计算效率。