腹腔镜手术训练器的摄像头影像滞后现象及分析

腹腔镜手术训练器的摄像头影像滞后问题会影响训练效果。该文测量了史赛克腹腔镜系统、电子咽喉镜系统以及瑞红腔镜模拟训练器200E的摄像头影像滞后时间并比较分析。史赛克电子腹腔镜系统、电子咽喉镜系统、瑞红腔镜模拟训练器200E的摄像头滞后时间均值依次为32.1 ms、68.22 ms、102.02 ms。使用不同的摄像头和摄像头监控软件时,摄像头的影像滞后时间存在显著性差异(P=0);两组受试者对影像滞后程度的评价与测量的影像滞后时间结果相符合,但评分不存在显著性差异。初步确定腹腔镜手术训练器的摄像头影像滞后时间应满足少于50 ms。     

基于腹腔镜手术训练的眼动特征研究

在腹腔镜模拟训练过程中,研究不同训练模式下被测试者的注视策略,探索腹腔镜训练的新模式。被测试者被随机分为无指导组,视频学习组和专家指导组进行左右移环任务。利用Tobii X1 Light型眼动仪调用模拟训练箱中的摄像头,采集受试者的眼动数据。通过对数据处理分析,计算注视点个数,平均注视时间,注视时间百分比,扫描距离指标。与对照组相比,视频学习和专家指导模式下,任务完成时间降低23%,扫描距离缩短25%,注视点个数减少17%,平均注视时间没有显著差异。视频组和专家指导组之间无明显差异。结果表明不同学习模式下,被测试者的注视行为有明显差异。视频学习和专家指导下效果更好,可以用专家操作时的注视点视频指导初级训练者进行训练。     

经鼻颅底手术器械弯曲结构的优化设计

解决目前经鼻内镜颅底手术中存在的诸多难题,设计一种新型的可弯器械,对其弯曲结构进行几何分析及有限元分析,得到最优化尺寸参数,并验证其安全性。样机模拟手术实验表明,该弯曲结构最佳尺寸参数为切槽深度1.1 mm﹑宽度0.35 mm,并选择有槽底倒角的加工方式,在最大弯曲角度下,应力及应变均在弹性形变范围内,因此在使用过程中是安全可靠的。该器械的使用,可以解决经鼻颅底手术的操作难题,提高临床手术效果。     

腹腔镜模拟训练效果的客观评价

目的目前国内尚无结合腹腔镜模拟训练者的手眼运动特征对其训练效果进行客观评价的研究。本文主要利用Micron Tracker双目视觉导航仪和眼动仪,通过分析训练者的手眼运动特征对腹腔镜模拟手术的训练效果进行评价。方法利用Micron Tracker双目视觉导航仪采集并记录器械尖端运动的三维坐标,计算器械运动的总路径长度;利用眼动仪采集并记录训练者的操作时间和眼动信息,并计算出注视率、眼跳率和眼跳幅度,来评价腹腔镜手术训练效果。结果随着操作次数的增加,训练者的熟悉程度增加。第30次训练操作与第1次训练操作相比较:操作时间减小了58.18%,呈现减小趋势,并趋于稳定;右手器械总路径长度减少了63.95%,左手器械总路径长度减少了56.28%,左手器械总路径长度小于右手器械总路径长度,且均呈减少趋势并趋于稳定;眼跳率减小了20.81%,呈现减小的趋势;眼跳幅度增大了28.39%,呈现增大趋势;而眼动注视率和注视持续时间平均值并没有显著性变化(P0.05)。结论基于手眼运动特征的参数(操作时间、左右手总路径长度、眼跳率和眼跳幅度等)可以作为腹腔镜手术技能培训效果的客观评价指标。     

新型内镜连续止血闭合器械的设计与分析

目的设计一种新型内镜连续止血闭合器械,并进行有限元分析,验证其是否满足实现组织闭合功能的设计要求。方法在器械抓钳聚拢目标组织后推送金属夹,使其部分穿透组织,通过金属夹与抓钳内壁的相互挤压强迫金属夹细臂弯曲闭合,完成施夹后金属夹留在组织上,并对金属夹施加2 mm反向位移。设定金属夹材料弹性极限为239.0 MPa,抗拉强度为901.0 MPa。结果在穿刺组织过程中金属夹没有发生变形,最大应力为212.6 MPa;在闭合过程中变形符合设计预期,最大应力为727.7 MPa;在反向2 mm位移下金属夹最大应力为75.8 MPa。金属夹在施夹过程和2 mm位移作用下材料均未失效,最大总应力为741.0 MPa。结论设计的新型内镜连续止血闭合器械能够一次性施放4个金属夹,具备用于聚拢组织的独立抓钳,能够减少更换金属夹的时间并提高施夹准确性,同时有限元方法验证了器械在使用过程中是安全可靠的。     

非融合棘突间植入物力学特性的三维有限元分析

应用三维有限元法分析非融合棘突间植入物的力学特性。通过Pro/E建立非融合棘突间植入物的三维模型，通过Pro/E与Ansys软件接口将三维模型导入Ansys中进行分析，选择不锈钢和钛合金2种材料，在相同的约束条件下分别加载200 N和600 N的载荷，模拟腰椎的后伸生理载荷，观察不同材料、载荷下的应力分布。两种材料在相同载荷条件下的最大应力是一致的，相同载荷条件下钛合金结构的最大位移约为不锈钢的1.8倍，最大应力集中位置为U型结构的内弧面。两种载荷下不锈钢结构的最大应力都超过其屈服强度，600 N载荷下钛合金结构的最大应力也超过其屈服强度。提示钛合金U型结构植入物可以分担腰椎部分载荷，能够有效限制脊椎过度后伸；U型结构的内弧面为应力集中处，需要优化设计；不锈钢材料不宜用于制作棘突间植入物。     

软组织厚度自动测量器械的设计与实验研究

目的研究自动测量软组织厚度的关键技术,设计一种自动测量组织厚度的器械,通过实验验证其可行性及准确性。方法设计测厚实验系统,采用直流减速编码器电机实现对测量结构的反馈和控制,按照结构内部的传动关系建立主从运动量间的关系式,即电机转轴转动圈数与器械前端所夹组织厚度的关系,从而实现测厚功能。根据实验组与对照组的结果分析测试实验系统的误差与分布情况。结果 9组实验共产生27对厚度数据,其误差平均值为-0.07 mm,方差为0.03 mm2。按实验次数分组,其组内误差波动较小;按厚度值分组,其组内误差波动较大。结论采用该器械测量厚度是可行的,但还存在一定误差;实验批次决定了器械测量的初始位置,对测量结果影响较大;不同厚度值对应器械前端不同的开口角度,对测量结果影响较小。     

腹腔镜器械与生物组织的接触力学分析

目的 建立生物组织与腹腔镜器械的接触变形模型,进行接触应力应变分析。方法 利用Kelvin-Voigt模型及Hertz接触理论,建立楔形、圆形齿结构的器械与生物组织接触变形模型,分析接触应力及应变随时间变化的情况;并运用有限元分析及生物阻抗测量方法,比较不同器械结构与组织接触后的变形及应力变化情况。结果 不同结构的齿在抓取组织时对组织造成不同的应力应变。楔形齿结构对组织造成的应力最大,圆形齿最小,楔形与圆形混合齿介于两者之间。结论 楔形与圆形混合齿可以有效减少抓钳与组织接触时产生的过载压力,从而能够减小楔形齿对组织造成的伤害,增强圆形齿抓取组织的能力。在临床上,该方法可为腹腔镜器械的安全使用和设计提供重要建议。     

非融合棘突间植入物力学特性的三维有限元分析

应用三维有限元法分析非融合棘突间植入物的力学特性。通过Pro/E建立非融合棘突间植入物的三维模型,通过Pro/E与Ansys软件接口将三维模型导入Ansys中进行分析,选择不锈钢和钛合金2种材料,在相同的约束条件下分别加载200N和600N的载荷,模拟腰椎的后伸生理载荷,观察不同材料、载荷下的应力分布。两种材料在相同载荷条件下的最大应力是一致的,相同载荷条件下钛合金结构的最大位移约为不锈钢的1.8倍,最大应力集中位置为U型结构的内弧面。两种载荷下不锈钢结构的最大应力都超过其屈服强度,600N载荷下钛合金结构的最大应力也超过其屈服强度。提示钛合金U型结构植入物可以分担腰椎部分载荷,能够有效限制脊椎过度后伸;U型结构的内弧面为应力集中处,需要优化设计;不锈钢材料不宜用于制作棘突间植入物。     

腹腔镜手术器械运动空间测量与计算方法

目的腹腔镜手术器械的运动分析是器械设计的重要指标,手术器械通过切口进入腹腔能到达的空间很大,然而器械实际操作中的运动幅度是有限的。本文测量模拟腹腔镜手术时器械的插入深度、偏转角度等参数,获得器械的实际运动空间。方法在腹腔镜手术训练系统上设置转移任务和缝合任务。采用双目视觉系统Micron Tracker捕捉每把器械上的标记点,获得标记点坐标以及相应的器械尖端坐标。通过数据处理,建立以操作平台为基准的坐标系,计算出器械的插入深度、偏转角度,最后获得器械运动空间的数学表达式。结果转移任务中左右器械运动空间基本对称,器械的插入深度约为154~240 mm,上下摆动的角度约为29°,左右摆动的角度约为30°。缝合任务中左右器械运动空间差距较大,右器械的摆动角度(上下45°,左右52.2°)明显比左器械大(上下27.7°,左右34.7°)。缝合任务中器械的运动空间比转移任务大。结论腹腔镜手术中器械的实际运动空间比器械所能到达的空间小。器械的实际运动空间受操作任务、插入点位置、左-右手等因素影响。本研究可用于传统腹腔镜手术的器械运动分析,也可为不同切口下器械的运动空间分析提供参考,并为新手术入路下的器械设计提供思路。