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由于超聲骨刀切削精度高，不傷害軟組織，出血少等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于口腔種植領(lǐng)域。雖然超聲骨刀相比較以往渦輪手機(jī)擁有眾多優(yōu)點(diǎn)，但是仍有一些固有的缺陷無(wú)法解決；其中切削溫度是最不容易被醫(yī)生發(fā)現(xiàn)，而又會(huì)造成潛在危害的問(wèn)題。外國(guó)學(xué)者Ｅｒｉｋｓｓｏｎ研究表明：當(dāng)骨組織處于４７℃并持續(xù)一分鐘以上時(shí)，會(huì)對(duì)骨組織造成不可逆的損傷，并產(chǎn)生骨吸收而如果在口腔種植手術(shù)中出現(xiàn)骨吸收，則會(huì)為種植失敗埋下禍根。目前，超聲骨刀在使用時(shí)通常采用冷卻水進(jìn)行散熱，盡管各大廠家聲稱(chēng)這能夠保證產(chǎn)品在使用時(shí)溫度處于臨界值以下，但是從許多外國(guó)文獻(xiàn)看來(lái)，實(shí)際操作過(guò)程中不正確的使用仍有可能造成溫度問(wèn)題。
近年來(lái)超聲骨刀已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了口腔種植的備孔操作，各大超聲骨刀廠家紛紛推出了用于單根種植體的標(biāo)準(zhǔn)刀頭。然而針對(duì)多根種植體的雙頭超聲骨刀刀頭目前還鮮有文獻(xiàn)涉及。由于本身結(jié)構(gòu)限制，傳統(tǒng)渦輪手機(jī)很難為多根種植體備孔，而多頭超聲骨刀則成為了良好的替代品，所以有必要對(duì)多頭超聲骨刀進(jìn)行一定研究。相對(duì)于截骨，種植備孔深度較深，不方便冷卻水進(jìn)行冷卻，在進(jìn)行刀頭設(shè)計(jì)和實(shí)際使用時(shí)，對(duì)溫度問(wèn)題必須更加重視。目前除了用實(shí)驗(yàn)方法獲得超聲骨刀的切削溫度以外，還沒(méi)有有限元分析等理論模型討論切削溫度問(wèn)題。基于這種現(xiàn)狀，筆者提出了一種基于ABAQUS有限元軟件的多頭超聲骨刀切削溫度場(chǎng)模型，該模型能夠反映出超聲骨刀在切削時(shí)的相對(duì)產(chǎn)熱分布情況，為后續(xù)超聲骨刀冷卻水道設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)意見(jiàn)。
超聲骨刀在工作時(shí)，刀頭會(huì)產(chǎn)生３０ｋＨｚ左右的高頻振動(dòng)，由于頻率大于２０ｋＨｚ，屬于超聲振動(dòng)；刀頭振動(dòng)振幅在５０～２００μｍ。當(dāng)?shù)额^接觸到骨頭等脆性材料時(shí)，刀頭對(duì)材料的連續(xù)撞擊作用使材料產(chǎn)生裂紋并不斷擴(kuò)展，直至材料去除。此外當(dāng)在液體環(huán)境時(shí)，刀頭的超聲振動(dòng)會(huì)使液體產(chǎn)生局部負(fù)壓，形成液體空腔，而剛形成的空腔又會(huì)馬上閉合從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的微激波，這種現(xiàn)象稱(chēng)為超聲空化現(xiàn)象，超聲空化現(xiàn)象有利于材料的去除過(guò)程。最后超聲骨刀對(duì)骨頭還有拋磨，切蝕作用。可見(jiàn)超聲骨刀完整的切削機(jī)理是相當(dāng)復(fù)雜的，很難通過(guò)建立完整的切削模型來(lái)研究產(chǎn)熱問(wèn)題。
超聲骨刀在切削過(guò)程中，由于摩擦和塑性變形作用，會(huì)產(chǎn)生許多熱量，部分熱量由冷卻水帶走，剩下的熱量則傳入刀頭和骨組織中，其中變形熱帶來(lái)的溫升可以由能量平衡原理得出，σ為應(yīng)力；ε為應(yīng)變；Ｋ為硬化系數(shù)；ｎ為應(yīng)變硬化指數(shù)；ΔＴ為溫升；Ｊ為熱工當(dāng)量；Ｃ為骨的比熱容；ρ為骨密度。熱量在骨中的傳導(dǎo)控制方程，λ為導(dǎo)熱系數(shù)；Ｔ為骨的溫度；ｔ為時(shí)間；ｘ，ｙ，ｚ為坐標(biāo)方向。若考慮冷卻水的對(duì)流換熱情況，則還應(yīng)滿(mǎn)足，ｈ為對(duì)流換熱系數(shù)；Ｔ∞為水溫。以上分析構(gòu)成了超聲骨刀切削產(chǎn)熱的基本原理，也是以下有限元分析的理論基礎(chǔ)。
從上述分析可以看出：超聲骨刀切削機(jī)理非常復(fù)雜，想通過(guò)實(shí)現(xiàn)完整的切削過(guò)程來(lái)建立溫度場(chǎng)模型很困難，所以本模型進(jìn)行了一定的簡(jiǎn)化。
由于超聲骨刀制備種植孔的最后階段對(duì)于形成種植孔十分重要，如果在這一階段出現(xiàn)溫度問(wèn)題而造成骨吸收則會(huì)產(chǎn)生種植失敗的可能。所以本模型僅考慮在備孔最后階段，刀頭對(duì)骨組織的摩擦和擠壓情況，認(rèn)為全部熱量是由摩擦和骨的塑性變形所產(chǎn)生的。模型并沒(méi)有考慮備孔前期復(fù)雜的材料去除過(guò)程（這一過(guò)程相對(duì)于最后階段的重要性并不大），這可以在相當(dāng)程度上簡(jiǎn)化模型體積，提高計(jì)算效率。
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