微创手术器械的生物力学安全性及被动保护模块设计研究

微创外科手术在进入21世纪以来已经成为全球外科领域发展的方向。微创手术效果的质量保证是进一步改进微创手术的发展方向，这在很大程度上取决于手术器械的安全性研究进展。微创外科手术已有30年的发展历史，其安全性方面的研究仍是国际上同领域的关注热点。本项目针对微创手术安全性研究中的瓶颈问题之一：器械对组织器官的夹持损伤问题及其解决方法进行理论和实验研究，以提供一种基于被动保护模块的高安全性手术器械技术作为研究的总体目标。项目将以申请人和参加者提出的被动安全保护概念及相关研究成果为基础，通过生物力学实验标定组织器官的安全受压范围，开展具有特定应力应变曲线的柔性连续体机构的理论及设计研究，并将其集成到具有兼容性和通用性的被动保护模块及微创手术器械原型设计中，保证对组织器官的安全夹持。在柔性连续体机构方面的基础研究将为机械设计理论作出学术贡献，而其在手术器械中的应用将很大程度地提高微创外科手术安全性。

微创外科手术在进入21 世纪以来已经成为全球外科领域发展的方向。微创手术效果的质量保证是进一步改进微创手术的发展方向，这在很大程度上取决于手术器械的安全性研究进展。微创外科手术已有30 年的发展历史，其安全性方面的研究仍是国际上同领域的关注热点。本项目针对微创手术安全性研究中的瓶颈问题之一：器械对组织器官的夹持损伤问题及其解决方法进行理论和实验研究，以提供一种基于被动保护模块的高安全性手术器械技术作为研究的总体目标。开展具有特定应力应变曲线的柔性连续体机构的理论及设计研究，并将其集成到具有兼容性和通用性的被动保护模块及微创手术器械原型设计中，保证对组织器官的安全夹持。在柔性连续体机构方面的基础研究将为机械设计理论作出学术贡献，而其在手术器械中的应用将很大程度地提高微创外科手术安全性。.项目以申请人和参加者提出的被动安全保护概念及相关研究成果为基础，开创性的提出了利用柔性连续体机构实现手术器械末端夹持力的恒定控制。本课题采用了镍含量为55.98–56.04%的镍钛形状记忆合金丝作为被动保护恒力控制元件，利用其超弹性性质，实现了末端夹持力保持恒定的控制。针对传统腹腔镜手术钳在嵌入形状记忆合金丝后仍无法实现恒力输出的问题，进行了分析，研究得出：要实现末端夹持力在形状记忆合金丝的控制下保持恒定，钳头结构必须具备线性力学特性，即夹持力与手柄上的力呈正比例关系。为此，申请人提出了两种新型钳头结构：渐开线槽-滑块结构和齿轮-齿条结构。在对其分别进行了力学分析的基础上进行了原型制备。采用硅橡胶块模拟人体软组织，通过夹持试验验证了新型结构的被动保护特性及有效性。通过对钳头夹持部位的标定，可实现对安全压力值不同的生物组织的安全有效夹持。.围绕生物力学安全性研究的目标，研制构建了在体生物软组织生物力学实验系统，对血管组织进行了受压定量测试和生理病理安全范围标定。为新型内镜手术钳的精准化提供了依据。