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摘要：制约在临床骨科手术中运用钻头对人类骨骼进行加工的主要问题是加工过程中产生的许多热量导致刀具切削部分的温度过高。温度若超过47℃将会对人类骨骼造成不同程度的损伤，进而影响骨骼的康复。国内外对于骨钻削的温度方面的研究也有了相关的研究，从骨坏死的温度到有何因素影响骨钻削温度再到如何降低骨钻削过程中的温度都有多方面的理论依据。因此，本文就现有的理论成果及实践成果方面做出一些总结与分析。
关键词：皮质骨；热管；钻头；钻削温度
- 前言
随着医学的发展，在临床骨科手术中加工方式中骨钻削为常用方式之一，对骨头钻孔为半封闭式加工，在骨钻削时会产生大量的热量，而皮质骨的传热系数相对不高，虽然血液及组织液会消散掉钻削产生的部分热量，此外切屑也有散热的作用，但是切削刃附近所未消散的热量仍会造成其温度十分高。研究表明：若持续1min在47℃的环境下将导致皮质骨的热坏死；若骨骼在高于56℃的环境下将造成其不可逆转的损伤；若骨骼在温度高于70℃以上的环境下将导致骨组织立即坏死。如今，人骨坏死的热阈值被大家所认同的是在47℃下对骨骼作用1min，而使骨骼保持生物活性不发生热坏死的极限则为47℃。因此，研究如何有效控制皮质骨钻削过程的温度具有十分重要的意义
- 国内外的研究现状
A.R.Eriksson（1983）及T.Albrektsson（1983）于1983年便对骨科手术进行过程中由于摩擦热对骨细胞造成严重损伤。他们就此做出研究并的出的结论为对人体骨骼造成损伤的温度为47℃至50℃。继而在Augustin（2012）和Pandey（2013）以及若干人对骨骼钻削时由于钻削产生的热量导致温升做出了比较全面的概括。研究显示：皮质骨在温度为47℃下持续1min将会热坏死；于大于56℃时骨骼会形成不可逆的损伤；而骨骼在70℃的高温时将会即刻坏死。
Ausgustin G等人（2012）使用新设计的螺旋两级钻和开放式内冷钻对猪骨进行实验，以此实验来验证4.5mm的钻在其进行骨科手术时能否利用螺旋二级钻及开放式内冷钻来降低过程中导致的温升，从而使骨骼的所暴露于的温度小于其所受到损伤的临界值。
Breana R. Siljander等人（2014）利用持续加压的冷雾对钻削过程中的温度进行更好冷却，旨在避免温度过高对骨骼造成损伤。根据控制进给量以及钻削深度的情况下，对于钻取的牛骨样本的结果表明：喷雾冷却的使用量为冷却液的三分之一便可以将峰值温升从8℃降至4℃。
Josu Soriano（2014）曾在其试验研究中表明，前角是影响骨钻削的钻削温度以及切削力的主要因素，且其通过设计钻头并进行试验，在相同切削条件下，改进后的钻头能降低百分之五十的工作温度。而Arne Feldmann等（2016）在对降低机器钻骨的温升进行了广泛的实验研究，重点研究了工业用于降低温升的三种主要措施：用切削液冷、间歇式钻孔以及钻头的设计。对三种不同的措施测试了不同的钻速、持续钻削的深度和两种钻头的设计。其中，较标准外科的钻头相比，定制的单槽钻头具有更高的前角及调整其他刀具的几何参数以减少热量的产生。研究结果表明：外螺纹是降低温度升高的主要因素，其主要原因不在于外螺纹对冷却的影响，而在于防止了钻头在钻进过程中的堵塞。由于钻削力以及钻削扭矩的增加，钻头凹槽中切屑的堆积导致温升过高。若在钻孔的间隔允许清除骨屑和清理钻头的凹槽，将会对温度的降低产生非常积极的影响。
此外Ehsan Shakouri等人（2017）在带冷却骨钻孔的温升实验研究中，发现在骨头钻孔的过程中，切屑形成所需要的力可能导致温度升高。此外，在这个研究中，他们尝试比较不同的骨钻孔过程中的温升的变化。在采用内冷式钻头，采用二氧化碳和氮气气体直接注入气体冷却进行钻骨实验，其结果表明，采用气体冷却剂，可以将温度升高的范围限制在6℃以内，这样防止了骨骼的热坏死。反观，在无冷却条件下的骨钻过程中，钻孔的最大温升为56℃，较于采用汽体或液体冷却液时的最高温升分别为43℃和42℃，无冷却条件下的骨钻明显提高了骨钻时导致骨骼坏死的可能性。此外，他们仍发现直接气冷式钻削法的数值与钻削的钻速无关。
