新型内镜连续缝合器械的结构改进及分析
发布时间：2019-11-11 01:07
【摘要】：目的设计一种新型内镜连续缝合器械,用以克服现有内镜缝合器不能一次性连续释放金属夹的不足,并对内镜缝合器的抓钳提出两种改进方案,通过有限元分析方法,验证其改进后的组织抓持效果。方法比较分析对齿(原有,抓钳A)、交错齿(抓钳B)、折角交错齿(抓钳C)3种结构抓钳在抓取胃壁组织时,组织受到的压力大小及其分布;然后对组织施加7.5 mm拉伸位移,模拟闭合时器械运动以及组织回弹过程的影响。结果抓钳A、B闭合组织时,最大应力发生在距离转轴最近的第1对齿上,分别为10.39、10.11 kPa。抓钳C闭合组织时,最大应力发生在第2对齿上,为11.35 kPa。抓钳A、B作用的组织,距离转轴越远,其受到抓钳齿的压力越小。而在抓钳C作用下,器械-组织接触面的压力峰值几乎没有变化。在拉伸位移的作用下,抓钳C没有滑脱;而抓钳A、B拉伸位移分别达到5.0、6.5 mm时从组织上滑脱。结论折角交错齿结构的抓钳闭合时对组织的压力峰值较为稳定,在远离转轴的组织上也能提供充分接触,增大了器械-组织界面的摩擦力,使得抓钳具有更好的抗滑脱能力,提高连续缝合器械的闭合效果。
【图文】：
究改变现有抓钳开口呈“V”型结构，使其在闭合组织时形成平行钳页，再对优化的抓钳结构进行有限元模拟，分析组织受力情况以验证其有效性。1材料与方法1．1新型内镜连续缝合器械介绍新型内镜连续缝合器械由操作端、鞘管和执行端组成，其中操作端包括推丝和滑块，执行端包括保护管和抓钳，抓钳装置在保护管远端，用于夹取组织，其中间设有槽沟，前端为向内弯曲的弧形面，其与槽沟共同构成金属夹通道。保护管内可放置4个金属夹，由推座依次推送。金属夹头端是可弯曲的细臂，可在外力作用下相向弯曲90°后实现闭合(见图1)。图1新型内镜连续缝合器械样机Fig．1Prototypeofthenovelendoscopicsuccessionclosingdevice工作时，器械通过内窥镜(胃镜、十二指肠镜或结肠镜)钳道到达病灶处，用外置抓钳抓取病灶一侧，可反复调整器械与组织的相对位置［见图2(a)］;待位置理想后，收紧抓钳并锁定［见图2(b)］;推送金属夹，当金属夹两前臂完全穿透组织后，前臂顶端接触抓钳头部，使两前臂强迫产生塑性变形，最后相向交错弯曲直至完全闭合［见图2(c)］;完成金属夹释放，此时可重新张开抓钳，，以同样方法施放其余金属夹［见图2(d)］。138医用生物力学第32卷第2期2017年4月JournalofMedicalBiomechanics，Vol．32No．2，Apr．2017
(a)选择组(b)夹取组织(c)推道金属夹(d)完成施放图2新型内镜连续缝合器械施夹步骤Fig．2Deployingstepsofthenovelendoscopicclosingdevice(a)Choosingthetargettissues，(b)Graspingthetissues，(c)Pushingtheclip，(d)Deploymentfinished1．2优化连续缝合器的抓钳结构内镜连续缝合器通过抓钳闭合组织，形成施放金属夹的通道。由于组织具有一定厚度，需要考虑到现有抓钳在抓取组织时，抓钳开口呈“V”型，夹持力在整个钳页分布不均匀，由近转轴处到钳页远端逐渐减小的不足。因此，根据胃壁组织厚度及其最大压应变率的属性，使钳页相对转轴弯折一定角度，当抓钳夹取组织闭合后，器械-组织界面形成平行钳页，增大接触面积，使接触面压力峰值较为稳定。使用3种不同结构的抓钳闭合组织:抓钳A为对齿结构，抓钳B为交错齿结构，抓钳C为折角交错齿结构，其中对齿和交错齿是微创手术中常用的抓钳齿结构［6，8］(见图3)。(a)抓钳A(b)抓钳B(c)抓钳C图3内镜缝合器械的抓钳结构示意图Fig．3Structurediagramoftheclampforendoscopicclosingdevice(a)ClampA，(b)ClampB，(c)ClampC1．3抓钳有限元分析根据器械操作步骤，将有限元分析过程分为两步:①抓钳闭合组织，模拟组织受到抓钳挤压的过程，分析组织在器械-组织界面上所受的压力分布;②对抓钳施加反向位移，分析组织在自身回弹力和抓钳运动时的变形。1．3．1模型建立采用UGNX8．0软件建模，并采用ABAQUS6．10的Dynamicexplicit进行有限元分析。使用猪的胃壁作为组织模型，胃壁的厚度约为2mm［11］，闭合组织时，抓钳之间应有两层胃壁组织，故模型的厚度取4mm，将胃壁简化为长方体(10mm×10mm×4mm)，采用减缩积分六面体网格划分。闭合时，上下抓钳的齿与组织接触，使其?
本文编号：2559112
【图文】：
究改变现有抓钳开口呈“V”型结构，使其在闭合组织时形成平行钳页，再对优化的抓钳结构进行有限元模拟，分析组织受力情况以验证其有效性。1材料与方法1．1新型内镜连续缝合器械介绍新型内镜连续缝合器械由操作端、鞘管和执行端组成，其中操作端包括推丝和滑块，执行端包括保护管和抓钳，抓钳装置在保护管远端，用于夹取组织，其中间设有槽沟，前端为向内弯曲的弧形面，其与槽沟共同构成金属夹通道。保护管内可放置4个金属夹，由推座依次推送。金属夹头端是可弯曲的细臂，可在外力作用下相向弯曲90°后实现闭合(见图1)。图1新型内镜连续缝合器械样机Fig．1Prototypeofthenovelendoscopicsuccessionclosingdevice工作时，器械通过内窥镜(胃镜、十二指肠镜或结肠镜)钳道到达病灶处，用外置抓钳抓取病灶一侧，可反复调整器械与组织的相对位置［见图2(a)］;待位置理想后，收紧抓钳并锁定［见图2(b)］;推送金属夹，当金属夹两前臂完全穿透组织后，前臂顶端接触抓钳头部，使两前臂强迫产生塑性变形，最后相向交错弯曲直至完全闭合［见图2(c)］;完成金属夹释放，此时可重新张开抓钳，，以同样方法施放其余金属夹［见图2(d)］。138医用生物力学第32卷第2期2017年4月JournalofMedicalBiomechanics，Vol．32No．2，Apr．2017
(a)选择组(b)夹取组织(c)推道金属夹(d)完成施放图2新型内镜连续缝合器械施夹步骤Fig．2Deployingstepsofthenovelendoscopicclosingdevice(a)Choosingthetargettissues，(b)Graspingthetissues，(c)Pushingtheclip，(d)Deploymentfinished1．2优化连续缝合器的抓钳结构内镜连续缝合器通过抓钳闭合组织，形成施放金属夹的通道。由于组织具有一定厚度，需要考虑到现有抓钳在抓取组织时，抓钳开口呈“V”型，夹持力在整个钳页分布不均匀，由近转轴处到钳页远端逐渐减小的不足。因此，根据胃壁组织厚度及其最大压应变率的属性，使钳页相对转轴弯折一定角度，当抓钳夹取组织闭合后，器械-组织界面形成平行钳页，增大接触面积，使接触面压力峰值较为稳定。使用3种不同结构的抓钳闭合组织:抓钳A为对齿结构，抓钳B为交错齿结构，抓钳C为折角交错齿结构，其中对齿和交错齿是微创手术中常用的抓钳齿结构［6，8］(见图3)。(a)抓钳A(b)抓钳B(c)抓钳C图3内镜缝合器械的抓钳结构示意图Fig．3Structurediagramoftheclampforendoscopicclosingdevice(a)ClampA，(b)ClampB，(c)ClampC1．3抓钳有限元分析根据器械操作步骤，将有限元分析过程分为两步:①抓钳闭合组织，模拟组织受到抓钳挤压的过程，分析组织在器械-组织界面上所受的压力分布;②对抓钳施加反向位移，分析组织在自身回弹力和抓钳运动时的变形。1．3．1模型建立采用UGNX8．0软件建模，并采用ABAQUS6．10的Dynamicexplicit进行有限元分析。使用猪的胃壁作为组织模型，胃壁的厚度约为2mm［11］，闭合组织时，抓钳之间应有两层胃壁组织，故模型的厚度取4mm，将胃壁简化为长方体(10mm×10mm×4mm)，采用减缩积分六面体网格划分。闭合时，上下抓钳的齿与组织接触，使其?
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1 J.A.卡尔;沈自卫;;介绍一种新的打结方法(连续缝合的终端结)[J];中级医刊;1958年12期
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