骨鉆發展概況

趙琪

摘要：隨著醫學科技的發展，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。與傳統的打石膏保守治療相比，骨科手術治療允許病人早期關節恢復活動，縮短了病患術后恢復時間。但是骨科臨床手術中，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上，從國內與國外兩個角度，對骨鉆的研究現狀進行了綜合闡述，并對研究成果進行了總結。

關鍵詞：骨鉆;切削力·鉆削力;鉆削溫度

1.國內外骨鉆研究現狀

骨鉆孔一直是骨科手術中所不能避免的一個環節，而在骨鉆孔過程產生的切削力和切削熱人體組織和細胞機能的影響是至關重要的。為此，國內外許多學者對醫療骨鉆孔過程中產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國外研究現狀

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

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系，如圖1.1所示。

2003年Davidson S.R等通過大量實驗發現進給速度、主軸轉速、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，并使用新型醫療鉆頭替換傳統鉆頭，研究結果表明鉆削速度、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，實驗發現主軸轉速對鉆孔過程中溫升影響較大，主軸轉速增大，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國內研究現狀

我國許多科研機構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，發現新型醫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℃的室溫環境下，采用V型骨鉆和傳統的麻花鉆對豬脛骨進行對比鉆孔實驗。他們研究鉆頭參數、軸向力、旋轉速度與鉆孔溫度間的影響關系。實驗時分別加載三種不同的旋轉速度和進給速度，通過測力儀測量相應的鉆削軸向力和扭矩。實驗結果表明，當轉速低于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增大;逐漸增加鉆速，雖然可以降低軸向力和扭矩，但相應的溫度會升高。

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

總結上述研究成果，得出以下結論：

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

（2）使用新型醫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.結語

鉆削力和鉆削溫度，是影響骨科手術使用骨鉆效果的關鍵因素，根據臨床實際情況，應適當的提高骨鉆的切削速度和進給量，以降低鉆削溫度和鉆削力，減小發生骨組織熱損傷的發生幾率，降低治療對患者的不良影響，確?；颊咝g后快速恢復。

參考文獻：

[1]馬宏亮，李長河.骨外科手術鉆孔溫度影響因素理論分析與實驗研究[J].機械設計與制造，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）