Медицинский инструмент

Изобретение относится к режущим хирургическим инструментам и может быть использовано для проведения общих операций, микрохирургических операций и в научно-исследовательских медико-биологических исследованиях. Медицинский инструмент включает корпус, основание и режущую кромку. Основание и режущая кромка выполнены из объемного монокристалла карбида кремния. Изобретение позволяет расширить возможности обработки поверхности медицинского инструмента, увеличить износостойкость, химическую стойкость, термическую стойкость и обеспечить возможность увеличения контрастности. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области медицины, а именно к режущим хирургическим инструментам, в частности, к скальпелям, хирургическим ножам и ножницам, и может быть использовано для проведения общих и микрохирургических операций, а также в научно-исследовательских медико-биологических исследованиях.

Из рекламных материалов на лезвия медицинские, выпускаемые опытным производством ИОФАН, Москва, 1999 г., известен медицинский скальпель, изготовленный из пленок алмаза. Структура алмаза является монокристаллической и имеет гранецентрированную кубическую элементарную атомную ячейку. Атомная структура этого устройства химически и биологически совместима с объектом воздействия. Материал изделия имеет высокое значение твердости по шкале Мооса. Все это обеспечивает высокие эксплуатационные характеристики. Существенным недостатком данного устройства является невозможность его повторного использования, т.к. для этого необходима высокотемпературная термообработка более 800°C, а данная структура при такой термообработке теряет свои эксплуатационные характеристики. Кроме того, изготовление объемного (не пленочного) монокристалла больших размеров - более 10 мм - представляет сегодня нерешенную проблему. Недостатком устройства является также недостаточная контрастность, причиной которой является высокая отражательная способность кристаллографических плоскостей.

Из этого же источника известен медицинский скальпель, изготовленный из частично стабилизированного иттрием диоксида циркония. Структура материала - поликристаллическая. Данное устройство имеет высокие предел прочности на изгиб (500-1200 МПа) и микротвердость (1300-1700 ГПа), однако содержит неблагоприятные для организма тяжелые и редкие элементы: цирконий и иттрий.

Из уровня техники также известен медицинский скальпель, изготовленный из объемного кристалла сапфира, технология получения которого использует промышленно доступные метод направленной кристаллизации и метод Чохральского (см. патент RU 18900 кл. А61В 17/00, опубл 10.08.2001). Устройство из объемного монокристалла сапфира легко обрабатывается, однако материал его имеет достаточно низкие значения предела прочности на изгиб (300-500 МПа) и микротвердость (1900 ГПа). При эксплуатации устройства возникают явления микроскалывания. Кроме того, материал такого скальпеля содержит химический элемент алюминий, попадание которого в область операционного процесса является нежелательным.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является медицинский скальпель, включающий корпус, основание и режущую кромку из монокристаллического кремния (см. патент RU 2484781, кл. А61В 17/3211, опубл. 20.06.2013). Основание корпуса и клинообразная режущая кромка покрыты слоями термически выращенного диоксида кремния толщиной 700÷1200 А и аморфного карбида кремния толщиной 200÷500 А. Известное устройство, в основном за счет слоя карбида кремния, значительно увеличивает микротвердость (до 2800 ГПа) и имеет высокое значение прочности на изгиб (500÷600 МПа). Недостатками данного устройства являются сложность конструкции и ограничения при обработке поверхности с очень тонким слоем карбида кремния, а также недостаточная износостойкость, обусловленная наличием напряжения на границе пленок диоксида кремния и аморфного карбида кремния. В результате термического и механического воздействий в операционных процессах может появляться отслаивание и разрушение пленки карбида кремния. Кроме того, из-за наличия аморфной структуры на поверхности скальпеля ограничены возможности увеличения контрастности.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в расширении возможностей обработки режущей поверхности медицинского инструмента, увеличении износостойкости, увеличении химической и термической стойкости, а также обеспечении возможности увеличения контрастности. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в медицинском инструменте, включающем корпус, основание и режущую кромку, основание и режущая кромка выполнены из объемного монокристалла карбида кремния. В кристаллическую решетку монокристалла предпочтительно введены центры окраски. Монокристалл карбида кремния может иметь кубическую кристаллическую решетку политипа 3С, а режущая кромка иметь последовательные углы заточки 30-50°, 15-30° и 5-15°. Монокристалл карбида кремния может также иметь гексагональную кристаллическую решетку политипа 6Н, 4Н или 2Н, а режущая кромка иметь последовательные углы заточки 30-50° и 15-30°. Корпус может быть выполнен заодно с основанием и режущей кромкой из одного объемного монокристалла карбида кремния. Корпус также может быть выполнен из композитной структуры на основе карбида кремния или кремния поликристаллической структуры.

На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого медицинского инструмента - скальпель;

на фиг. 2 - поперечное сечение основания и режущей кромки из монокристалла карбида кремния с гексагональной кристаллической решеткой политипа 4Н с двухзаходным углом заточки режущей кромки (последовательные углы заточки 30-50° и 15-30°);

на фиг. 3 - поперечное сечение основания и режущей кромки из монокристалла карбида кремния с кубической кристаллической решеткой политипа 3С с трехзаходным углом заточки режущей кромки (последовательные углы заточки 30-50°, 15-30° и 5-15°).

на фиг. 4 - общий вид предлагаемого медицинского инструмента - хирургический нож;

Медицинский инструмент состоит из корпуса 1, основания 2 толщиной 0,25÷2,5 мм и режущей кромки 3. Основание 2 и режущая кромка 3 выполнены из объемного монокристалла карбида кремния, в кристаллическую решетку которого введены центры окраски для повышения контрастности. Корпус 1 может быть выполнен заодно с основанием 2 и режущей кромкой 3 из одного объемного монокристалла карбида кремния. Корпус 1 также может быть выполнен из композитной структуры на основе карбида кремния или кремния поликристаллической структуры.

Монокристалл карбида кремния может иметь кристаллическую решетку различных политипов. Например, для такого операционного процесса, как разрезание сухожильных тканей, предпочтительно использование монокристалла с гексагональной кристаллической решеткой политипа 2Н, а для косметических лицевых операционных процессов - с кубической кристаллической решеткой политипа 3С. При этом ось режущей кромки 3 близка к кристаллографическим осям монокристалла.

Выполнение режущей части медицинского инструмента из объемного монокристалла обеспечивает возможность применения многократной высокотемпературной обработки изделия, не вызывающей при этом термонапряжений, что обусловлено высокой термоусточивостью объемной структуры монокристалла карбида кремния. Выполнение медицинского инструмента из объемного монокристалла SiC определенной структурной модификации кристаллической решетки позволяет сформировать идеальную поверхность медицинского инструмента с различной клинообразной формой режущей кромки 3 (см. фиг. 2-3). Подбор соответствующего политипа обеспечивает износостойкость устройства в данном операционном процессе. Необходимая цветовая гамма медицинского инструмента определяется не только объектом операционного процесса, но и температурными, и световыми условиями его проведения. Контрастность медицинского инструмента обеспечивается подбором требуемой цветовой гаммы за счет введения в монокристалл соответствующих центров окраски для заданного операционного процесса. Объект воздействия лезвия скальпеля часть спектрального диапазона электромагнитного излучения поглощает, а часть отражает. Монокристаллическая структура карбида кремния пропускает видимый диапазон электромагнитного излучения. Лезвие скальпеля представляет собой идеальную огранку двух плоскостей. В результате в области воздействия лезвия скальпеля на объект можно наблюдать концентрированное свечение определенного светового диапазона и увеличение контрастности. Режущая кромка может быть образована с помощью одно-, двух- или трехзаходной заточки. Показанные на фиг.2 и 3 углы заточки установлены в ходе апробации медицинского инструмента и являются оптимальными. Двухзаходная и трехзаходная заточки используются для упрочения режущей кромки при одинаковой толщине основания медицинского инструмента. Кубическая структура 3С имеет более низкие параметры: предел прочности на изгиб и микротвердость, и поэтому ее лучше использовать с трехзаходной заточкой лезвия. Выбранные углы заточки являются наиболее оптимальными с точки зрения технологии изготовления режущей кромки. (Идеальная форма режущей кромки стремится к параболе и в зависимости от твердости кристалла можно использовать однозаходную, двухзаходную или трехзаходную заточку).

Пример 1. Скальпель состоит из корпуса, основания и режущей кромки, изготовленных из объемного монокристалла SiC политипа 4Н. Данное устройство обладает высокой контрастностью и сохраняет ее после 150-кратных обработок при 800°C. Предел прочности на изгиб и микротвердость соответственно имеют значения 600÷700 МПа и 2700 ГПа.

Пример 2. Скальпель состоит из корпуса, изготовленного из композитной структуры на основе карбида кремния, и основания с режущей кромкой, выполненных из объемного монокристаллического SiC политипа 6Н. Полученное устройство имеет высокую контрастность и выдерживает 100-кратные термообработки при температурах 800÷1000°C, при этом предел прочности на изгиб сохраняется на уровне 800 МПа, а микротвердость - 2600 ГПа.

Пример 3. Скальпель состоит из корпуса, изготовленного из композитной структуры на основе карбида кремния, и основания с режущей кромкой, выполненных из объемного монокристаллического SiC политипа 2Н. Устройство выдерживает 100-кратные термообработки при температурах 800÷1000°C и сохраняет высокую контрастность. Предел прочности на изгиб и микротвердость также имеют высокие значения и составляют соответственно 500÷600 МПа и 2800 ГПа.

Пример 4. Скальпель состоит из корпуса, изготовленного из композитной структуры на основе карбида кремния, и основания с режущей кромкой, выполненных из объемного монокристаллического SiC политипа 3С. Устройство выдерживает 80-кратные термообработки при температурах 800÷1000°C и сохраняет высокую контрастность. Предел прочности на изгиб и микротвердость также имеют высокие значения 500÷600 МПа и 2200 ГПа соответственно.

Пример 5. Хирургический нож состоит из корпуса и основания с режущей кромкой. Корпус, основание и режущая кромка с двухзаходной заточкой изготовлены из объемного монокристалла карбида кремния политипа 2Н. Устройство выдерживает 100-кратные термообработки при температуре 800-1000°C. Предел прочности на изгиб и микротвердость составляют соответственно 500-600 МПа и 2700 ГПа.

1. Медицинский инструмент, включающий корпус, основание и режущую кромку, отличающийся тем, что основание и режущая кромка выполнены из объемного монокристалла карбида кремния.

2. Медицинский инструмент по п.1, отличающийся тем, что в кристаллическую решетку монокристалла введены центры окраски.

3. Медицинский инструмент по п.1, отличающийся тем, что монокристалл карбида кремния имеет кубическую кристаллическую решетку политипа 3С, а режущая кромка имеет последовательные углы заточки 30-50°, 15-30° и 5-15°.

4. Медицинский инструмент по п.1, отличающийся тем, что монокристалл карбида кремния имеет гексагональную кристаллическую решетку политипа 6Н, 4Н или 2Н, а режущая кромка имеет последовательные углы заточки 30-50° и 15-30°.

5. Медицинский инструмент по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен заодно с основанием и режущей кромкой из одного объемного монокристалла карбида кремния.

6. Медицинский инструмент по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен из композитной структуры на основе карбида кремния.

7. Медицинский инструмент по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен из кремния поликристаллической структуры.

8. Медицинский инструмент по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что выполнен в виде скальпеля.

9. Медицинский инструмент по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что выполнен в виде хирургического ножа.