骨鉆發(fā)展概況

趙琪

摘要：隨著醫(yī)學科技的發(fā)展，特別是在骨科治療方面，都有著巨大的進步，但是仍面臨著巨大的挑戰(zhàn)。與傳統(tǒng)的打石膏保守治療相比，骨科手術(shù)治療允許病人早期關(guān)節(jié)恢復活動，縮短了病患術(shù)后恢復時間。但是骨科臨床手術(shù)中，面臨的最大問題就是在高速骨鉆孔過程中，極易使鉆孔溫度升高，當溫度高于47℃時[1]，就會造成骨細胞熱壞死。本文在閱讀大量文獻的基礎(chǔ)上，從國內(nèi)與國外兩個角度，對骨鉆的研究現(xiàn)狀進行了綜合闡述，并對研究成果進行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：骨鉆;切削力·鉆削力;鉆削溫度

1.國內(nèi)外骨鉆研究現(xiàn)狀

骨鉆孔一直是骨科手術(shù)中所不能避免的一個環(huán)節(jié)，而在骨鉆孔過程產(chǎn)生的切削力和切削熱人體組織和細胞機能的影響是至關(guān)重要的。為此，國內(nèi)外許多學者對醫(yī)療骨鉆孔過程中產(chǎn)生的切削力和切削熱的變化進行了大量的研究，從不同各種因素中進行了探索。

1.1國外研究現(xiàn)狀

1972年，Hirsch和Matthews等[2]對人體的皮質(zhì)骨進行了體外骨鉆孔實驗，探尋溫度測量技術(shù)，發(fā)現(xiàn)在沒有特定的冷卻液的情況下，皮質(zhì)骨溫升高于100℃。Matthews[4]等使用φ3.2mm的ASIF鉆頭進行鉆孔實驗，實驗采用預(yù)鉆孔的方式進行，實驗結(jié)果顯示直接成孔所產(chǎn)生的溫度要高于預(yù)鉆和擴孔過程中溫度值，但相對于未磨損醫(yī)療鉆頭，磨損的會產(chǎn)生更多的熱量。

Larry S、Hirsch C和Matthews等[3]人探究了骨鉆孔溫度與鉆削軸向力之間關(guān)系，在做的一系列實驗中，他們使用φ3.2mm的ASIF鉆頭，鉆削速度速為2900r/min，將3個鉻鎳-鋁鎳熱電偶分別放置在距離孔壁0.5mm、1mm和1.5mm處進行測溫實驗，測得了溫度與軸向力關(guān)系，如圖1.1所示。

2003年Davidson S.R等通過大量實驗發(fā)現(xiàn)進給速度、主軸轉(zhuǎn)速、鉆頭直徑對骨鉆削過程中溫度影響較強，但是鉆頭螺旋角、頂角等參數(shù)對骨鉆孔過程中溫度影響較小。2008年Augustin G等分別對豬骨和犬骨進行骨鉆孔實驗，并使用新型醫(yī)療鉆頭替換傳統(tǒng)鉆頭，研究結(jié)果表明鉆削速度、鉆頭直徑和進給速度對鉆骨溫升影響較大。隨著鉆頭直徑和轉(zhuǎn)速的增大，鉆孔溫度升高。隨著進給速度逐漸增大，鉆孔溫度降低。鉆頭頂角對鉆孔溫度的影響并不明顯。

2006年，NamO.等對牛肋骨進行鉆孔實驗，實驗發(fā)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速對鉆孔過程中溫升影響較大，主軸轉(zhuǎn)速增大，鉆孔溫升增大，并且溫升是在鉆孔開始的5-10秒開始增大的，如果在這段時間加冷卻液，則對降低骨損傷具有較好的效果。

1.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國許多科研機構(gòu)和高校在骨鉆削方面也展開了研究。2010年，楊毅欣通過研究幾種不同類型骨鉆表面，如圖1.2所示，發(fā)現(xiàn)新型醫(yī)療鉆頭擁有三個切削刃能獲得較小的鉆削力和低于47℃鉆削溫度。

2009年，筱克等在21℃的室溫環(huán)境下，采用V型骨鉆和傳統(tǒng)的麻花鉆對豬脛骨進行對比鉆孔實驗。他們研究鉆頭參數(shù)、軸向力、旋轉(zhuǎn)速度與鉆孔溫度間的影響關(guān)系。實驗時分別加載三種不同的旋轉(zhuǎn)速度和進給速度，通過測力儀測量相應(yīng)的鉆削軸向力和扭矩。實驗結(jié)果表明，當轉(zhuǎn)速低于1500r/min時，普通麻花鉆引起的鉆削溫升高于V型骨鉆所引起的溫升;隨著不斷增大進給速度，軸向力和扭矩會相應(yīng)增大;逐漸增加鉆速，雖然可以降低軸向力和扭矩，但相應(yīng)的溫度會升高。

2015年，上海交通大學宋金榜以高速微細切削機床為試驗平臺，通過一系列試驗，研究表明，采用高旋轉(zhuǎn)速度和進給速度，可以保證在鉆削骨骼時保持較低的軸向力和鉆削溫度。

2.討論

總結(jié)上述研究成果，得出以下結(jié)論：

（1）骨鉆的切削效果與切削力和切削溫度存在密切聯(lián)系。切削力過大會導致骨骼出現(xiàn)裂紋，切削溫度過高，會導致骨骼發(fā)生不可逆的熱損傷。

（2）使用新型醫(yī)療鉆頭可以有效地減小切削力和切削溫度，達到更好的骨科手術(shù)治療效果，幫助病人快速恢復。

（3）隨著骨鉆切削速度的增加，鉆削溫度逐漸增加，鉆削力逐漸減少。

（4）隨著骨鉆進給速度的增加，鉆削溫度逐漸減少，鉆削力逐漸增加。

3.結(jié)語

鉆削力和鉆削溫度，是影響骨科手術(shù)使用骨鉆效果的關(guān)鍵因素，根據(jù)臨床實際情況，應(yīng)適當?shù)奶岣吖倾@的切削速度和進給量，以降低鉆削溫度和鉆削力，減小發(fā)生骨組織熱損傷的發(fā)生幾率，降低治療對患者的不良影響，確保患者術(shù)后快速恢復。

參考文獻：

[1]馬宏亮，李長河.骨外科手術(shù)鉆孔溫度影響因素理論分析與實驗研究[J].機械設(shè)計與制造，2014，（03）：237-240

[2]Matthews L S，Hirsch C.Temperatures measured in human cortical bone when drilling.[J].Journal of Bone & Joint Surgery，1972，54（2）：297-308

[3]Knudson D.Fundamentals of biomechanics[J].Journal of Sports Science and Medicine，2007，20（5）：116-117

（作者單位：陸軍步兵學院石家莊校區(qū)）