微创医疗器械的柔性关节及其传动机理的研究

微创外科手术是目前医学科技领域最尖端的研究方向之一，它具有创伤小、疼痛轻、住院时间短和术后恢复快等诸多优点。微创治疗使用专门设计的手术器械，通过患者体表微小的切口进入体内，完成手术操作。为达到减小创伤的目的，手术器械的运动范围受到很大的限制。特别是在最近兴起的单孔手术和自然腔道手术中，器械的运动范围变得更小，医生的操作更加困难。因此，研究微创外科手术环境下新的医疗器械设计理论就变得十分必要。本项目提出一种新的基于超弹性材料的柔性关节传动理论，将着重研究其微小精密结构、非线性力学特性、多自由度的传动机理和控制方法。同时，结合单孔腹腔镜手术的临床应用，解决微创外科发展中的关键技术问题，促进微创医学的进一步发展。微型柔性关节及其传动机理的研究将为在狭小空间内实现精密操作提供新的理论指导和技术支持，可以广泛应用在机器人传动技术、精密机械、航空航天和军事工业等领域。

现代外科技术正在朝着微创化、个性化和智能化的方向迅速发展，对微创医疗器械的设计要求越来越高，为适应人体复杂的解剖学结构，越来越多具有柔性关节的微创手术器械得到临床应用。在人体内部，特别是在胃肠和腔道内部的狭小空间实现精细的微创手术动作具有重要的临床意义和应用价值。..针对微创手术的临床实践环境，本课题深入研究了微创外科手术器械的柔性关节及其传动机理。确立单孔腹腔镜手术的操作路径、器械尺寸和运动空间等可以量化的参数，完成了狭小手术操作空间的3D建模与测量、微创手术器械的人因工程学设计、柔性传动部件的结构设计和力学分析，以及多自由度手术器械设计、制造及实验评估等方面的工作。..主要完成了以下研究内容：.1. 与临床医生合作，研究了单孔腹腔镜胆囊切除术中手术切口的位置、器械的入路、操作空间测量，明确了设计的空间要求及医学上的限制；.2. 搭建了手术模拟训练系统，可以在实验室模拟在再现手术操作环境，进行人因工程分析和设计，测试了不同的单孔手术器械，提出了最优化的设计理论框架；.3. 设计制造微创手术器械中必不可少的柔性传动关节，重点针对镍钛合金的双螺旋结构和不锈钢缠绕的软轴结构进行了有限元分析和实验测试研究；.4. 在理论研究和临床分析的基础上，设计并制造了一种新型微创外科多自由度关节手术器械，并完成了实验室评估。.5. 与相关企业进行产学研合作，实现了技术成果转移和微创外科模拟训练器械的产业化，创造了经济效益和社会效益。.6. 获得了2015年上海市科技进步三等奖、2015年机械工业科技进步二等奖和第十七届上海国际工业博览会特等奖。.7. 发表学术论文18篇，其中SCI论文4篇，获得专利7项，其中发明专利3项，培养研究生9名，其中博士生2名。..本课题取得了丰硕的成果，圆满完成了结题要求。本研究紧扣临床实践的需求，结合工程技术创新，提出了一种新的微创医疗器械设计理论，为在体内狭小空间内实现精细手术操作提供理论基础、技术支持和新型医疗器械产品，在理论和实践上都具有重要的科学意义。同时，我们探索和实践了一条产学研合作的创新之路，实现了从科学研究、技术创新到产业转化的全过程，对于国家目前鼓励的科技创新创业具有重要的借鉴意义。