骨钻发展概况

赵琪

摘要：随着医学科技的发展，特别是在骨科治疗方面，都有着巨大的进步，但是仍面临着巨大的挑战。与传统的打石膏保守治疗相比，骨科手术治疗允许病人早期关节恢复活动，缩短了病患术后恢复时间。但是骨科临床手术中，面临的最大问题就是在高速骨钻孔过程中，极易使钻孔温度升高，当温度高于47℃时[1]，就会造成骨细胞热坏死。本文在阅读大量文献的基础上，从国内与国外两个角度，对骨钻的研究现状进行了综合阐述，并对研究成果进行了总结。

关键词：骨钻;切削力·钻削力;钻削温度

1.国内外骨钻研究现状

骨钻孔一直是骨科手术中所不能避免的一个环节，而在骨钻孔过程产生的切削力和切削热人体组织和细胞机能的影响是至关重要的。为此，国内外许多学者对医疗骨钻孔过程中产生的切削力和切削热的变化进行了大量的研究，从不同各种因素中进行了探索。

1.1国外研究现状

1972年，Hirsch和Matthews等[2]对人体的皮质骨进行了体外骨钻孔实验，探寻温度测量技术，发现在没有特定的冷却液的情况下，皮质骨温升高于100℃。Matthews[4]等使用φ3.2mm的ASIF钻头进行钻孔实验，实验采用预钻孔的方式进行，实验结果显示直接成孔所产生的温度要高于预钻和扩孔过程中温度值，但相对于未磨损医疗钻头，磨损的会产生更多的热量。

Larry S、Hirsch C和Matthews等[3]人探究了骨钻孔温度与钻削轴向力之间关系，在做的一系列实验中，他们使用φ3.2mm的ASIF钻头，钻削速度速为2900r/min，将3个铬镍-铝镍热电偶分别放置在距离孔壁0.5mm、1mm和1.5mm处进行测温实验，测得了温度与轴向力关系，如图1.1所示。

2003年Davidson S.R等通过大量实验发现进给速度、主轴转速、钻头直径对骨钻削过程中温度影响较强，但是钻头螺旋角、顶角等参数对骨钻孔过程中温度影响较小。2008年Augustin G等分别对猪骨和犬骨进行骨钻孔实验，并使用新型医疗钻头替换传统钻头，研究结果表明钻削速度、钻头直径和进给速度对钻骨温升影响较大。随着钻头直径和转速的增大，钻孔温度升高。随着进给速度逐渐增大，钻孔温度降低。钻头顶角对钻孔温度的影响并不明显。

2006年，NamO.等对牛肋骨进行钻孔实验，实验发现主轴转速对钻孔过程中温升影响较大，主轴转速增大，钻孔温升增大，并且温升是在钻孔开始的5-10秒开始增大的，如果在这段时间加冷却液，则对降低骨损伤具有较好的效果。

1.2国内研究现状

我国许多科研机构和高校在骨钻削方面也展开了研究。2010年，杨毅欣通过研究几种不同类型骨钻表面，如图1.2所示，发现新型医疗钻头拥有三个切削刃能获得较小的钻削力和低于47℃钻削温度。

2009年，筱克等在21℃的室温环境下，采用V型骨钻和传统的麻花钻对猪胫骨进行对比钻孔实验。他们研究钻头参数、轴向力、旋转速度与钻孔温度间的影响关系。实验时分别加载三种不同的旋转速度和进给速度，通过测力仪测量相应的钻削轴向力和扭矩。实验结果表明，当转速低于1500r/min时，普通麻花钻引起的钻削温升高于V型骨鉆所引起的温升;随着不断增大进给速度，轴向力和扭矩会相应增大;逐渐增加钻速，虽然可以降低轴向力和扭矩，但相应的温度会升高。

2015年，上海交通大学宋金榜以高速微细切削机床为试验平台，通过一系列试验，研究表明，采用高旋转速度和进给速度，可以保证在钻削骨骼时保持较低的轴向力和钻削温度。

2.讨论

总结上述研究成果，得出以下结论：

（1）骨钻的切削效果与切削力和切削温度存在密切联系。切削力过大会导致骨骼出现裂纹，切削温度过高，会导致骨骼发生不可逆的热损伤。

（2）使用新型医疗钻头可以有效地减小切削力和切削温度，达到更好的骨科手术治疗效果，帮助病人快速恢复。

（3）随着骨钻切削速度的增加，钻削温度逐渐增加，钻削力逐渐减少。

（4）随着骨钻进给速度的增加，钻削温度逐渐减少，钻削力逐渐增加。

3.结语

钻削力和钻削温度，是影响骨科手术使用骨钻效果的关键因素，根据临床实际情况，应适当的提高骨钻的切削速度和进给量，以降低钻削温度和钻削力，减小发生骨组织热损伤的发生几率，降低治疗对患者的不良影响，确保患者术后快速恢复。

参考文献：

[1]马宏亮，李长河.骨外科手术钻孔温度影响因素理论分析与实验研究[J].机械设计与制造，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

（作者单位：陆军步兵学院石家庄校区）