新型内镜连续缝合器械的结构改进及分析

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。     

内镜缝合器械的临床应用和技术评估

目的：内镜缝合器械现已成为消化内镜治疗的重要组成部分,主要用于治疗消化道急性出血,医源性、非医源性穿孔,修复缺损组织或作为其他治疗手段的辅助工具。本文介绍了内镜缝合器械的临床应用与技术,并对现有产品进行对比,总结各类产品的优势及缺陷,为临床医师及研发人员提供参考。方法：内镜缝合器械分为内镜金属夹和内镜专用缝合器,内镜金属夹还可分为经内镜钳道金属夹和内镜外金属夹。结果：金属夹的体积小、操作简便、效果可靠,多用于快速止血及小穿孔闭合,其中内镜外金属夹的夹闭效果优于经内镜钳道金属夹;缝合器能实现全层固定,用作组织固定的效果优于金属夹,但器械本身体积较大、成本高、操作复杂,现多用于GERD的内镜治疗和大面积组织的修复和固定。结论：内镜缝合器与内镜金属夹在其应用范围内都具有良好的治疗效果,但也分别存在一些问题。金属夹的改进要着重于实现全层夹闭和连发,缝合器需要加强其柔顺性能并降低使用成本。相信随着科技的发展,未来的内镜缝合器械会越来越完善。     

激光热源止血刀闭合血管的可行性研究

目的研发一种具有克服生物组织对激光选择性吸收的激光热源止血刀,通过血管封合在体实验,探讨其闭合猪动脉血管的可行性。方法设计一个激光热源刀头,采用石墨作为激光吸收介质用于激光止血刀刀头,该吸收介质将1470 nm激光能量转化为热能。用该刀头闭合小型猪不同部位不同直径的离体动脉血管,闭合后测量血管的爆破压力作为血管闭合强度的指标。术后,将未进行爆破压实验的血管制成切片,观察闭合处血管的对合情况。结果激光热源止血刀成功闭合了4 mm以下的猪离体血管,小血管(1~2 mm)、中血管(3~4 mm)、大血管(5~6 mm)的平均爆破压分别为(238.83±26.68)mm Hg、(358.83±29.39)mm Hg、(60.40±0.17)mm Hg。显微镜下观察闭合血管的切片,闭合处血管对合好。结论激光热源止血刀封合小血管和中血管有较高的闭合强度和可靠性。     

内镜电动缝合器的设计与研究

目的设计一种内窥镜用电动缝合器,提高经内窥镜金属夹释放的自动化程度、便捷性和精准性。方法设计电动缝合器的机械结构,并完成样机制作,实现了内镜微创手术的电动驱动。搭建电控测试平台,利用位移传感器和脉冲数显器,测试电动控制系统的稳定性和准确性。试验证明,电动缝合器可以准确地完成抓取软组织和释放金属夹这一过程。结果对于实验所获得的数据,由Matlab进行三阶多项式拟合,得到在正反转和不同的转速下位移准确率均在2%以下。结论内镜电动缝合器的电控系统和机械结构可以满足内镜下微创手术中金属夹的推送和释放过程,有助于医生更加便捷,有效地实现消化道创口的闭合。     

内镜下金属钛夹联合立止血治疗上消化道出血的临床分析

目的探讨内镜下金属钛夹联合粘膜下注射和喷洒立止血治疗上消化道出血的临床效果。方法收集160例24 h内急诊内镜检查的非食管胃底静脉曲张破裂的上消化道出血病人,随机分为两组,每组各80例。内镜下单纯采用金属钛夹治疗者为对照组,内镜下金属钛夹联合粘膜下注射和喷洒立止血治疗者为治疗组。结果与内镜下单纯采用金属钛夹的治疗方法相比,内镜下采用金属钛夹联合粘膜下注射和喷洒立止血治疗非食管胃底静脉破裂的上消化道出血病例效果显著,两组的立即止血率、第二次止血率和止血成功率比较有统计学差异（P〈0.05）;而两组的止血无效率和外科手术率比较无统计学差异（P〉0.05）。结论内镜下联合使用金属钛夹及粘膜下注射和喷洒立止血是治疗非食管胃底静脉曲张破裂引起的上消化道出血的一种有效措施,其安全可靠、并发症少、操作简易、止血效果确切,值得临床推广与运用。     

胫腓骨骨折的闭合交锁髓内针固定治疗分析

探讨采用闭合交锁髓内针固定治疗方法对胫腓骨骨折的疗效.通过对临床资料的整理分析,加之以悉心观察手术前后患者情况,归纳出闭合交锁髓内针这一治疗方法对胫腓骨骨折的疗效及成功率.通过实施闭合交锁髓内针这一治疗方法,案例56例,术后基本能实现解剖复位,未出现断端成角及分离现象,经过长时间的随访调查,临床满意率达到90%以上,术后并发症少,疗效较为满意.     

内镜金属夹治疗结肠息肉的围手术期护理

目的探讨内镜金属夹治疗结肠息肉的护理方法。方法通过围术期良好的护理配合,重视息肉摘除术中易出现的腹痛、腹胀、血便、出血等症状配合医生进行治疗、观察与护理。结果本组138例患者经术后内镜复诊,均临床治愈,无1例术后大出血或肠穿孔。结论术前充分准备,术中细致观察、有效配合和术后精心护理为内镜金属夹治疗结肠息肉提供了安全保障,可以有效地减少或避免并发症,减轻患者的痛苦。     

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。     

新型脑脊液引流分离装置的设计及分析

目的 在现有临床引流装置基础上,对患者端引流管与引流袋端引流管连接处设计两种新型结构,对比两种结构并验证其是否满足临床使用的设计需求。方法 结构1采用电磁驱动方式进行吸合,结构2采用永磁体磁化方式进行吸合,并建立静态电磁场有限元模型。比较两种结构在施加不同电流作用下的受力情况,分析其磁力线分布及磁感应强度,设计模拟实验并进行初步实验研究。结果 结构1、2在吸合状态下,闭合端面处最大磁感应强度均出现在两铁芯接触位置。结构1吸力可通过电流调节,在通1 A电流时,闭合端面处最大磁感应强度为0.76 T,实验测得电磁力为6.08 N,结构2实验测得磁力为6.68 N,均小于8 N 缝合线张力。结构2通过给驱动线圈供电产生反向磁场实现装置分离。结论 当电流为1 A时,结构1可以满足磁吸力要求;当结构2的电流达到1.8 A时,可以实现装置分离。两种结构设计均满足临床设计需求,结构2在使用过程中更具备安全性。同时,有限元分析及实验测试验证了结构的可行性。     

外科订书钉和闭合带在初次全膝关节置换皮肤闭合中应用的系统回顾与荟萃分析

BACKGROUND: Skin closure with surgical staplers has been widely used in total knee arthroplasty. In recent years, a new kind of skin closure tape has also achieved good results in total knee arthroplasty. There is no clear report on which method of skin closure is better.     

Experimental and computational analysis of soft tissue stiffness in forearm using a manual indentation device

A hand held stiffness meter can be used to measure indentation stiffness of human soft tissues, sensitively altered, e.g., by pathological tissue swelling. Under indentation load, the relative contribution of each soft tissue component (i.e., skin, adipose tissue and muscle) to the biomechanical response is not known. In the present study, we evaluated the biomechanical role of different soft tissues in relaxed, physically stressed and oedemic human forearm. Soft tissue stiffness of the forearms of nine healthy human subjects was measured under four different test protocols: (1) forearm at rest, (2) forearm under isometric flexor loading, (3) forearm under isometric extensor loading, and (4) forearm under venous occlusion. In (2) and (3) the loading forces were monitored using a dynamometer, and in (4) the soft tissue swelling was induced by venous occlusion using a pressure cuff. At the site of indentation, thickness of different tissue layers (skin, adipose tissue and muscle) was measured using B-mode ultrasound imaging. Layered, hyperelastic finite element (FE) model of the indentation measurement was created and the model response was matched with that of the stiffness meter to determine the elastic modulus for each tissue in the model. Optimized values of the elastic modulus for skin and adipose tissue at rest were 210 kPa and 1.9 kPa, respectively. Further, significance of the variations in stiffness of different tissues on the indentation response was tested. Experimentally, indentation stiffness of the forearm increased during isometric extensor and flexor loads as well as under venous occlusion by 53, 91 and 15%, respectively. The FE model could reproduce the experimental responses primarily by the increased modulus of skin; 112% (446 kPa), 210% (651 kPa) and 21% (254 kPa) under flexor and extensor loading as well as during venous occlusion, respectively. The indentation response was 9–16 times more sensitive to changes in the mechanical properties of skin than those of adipose tissue and muscle. In conclusion, the present stiffness meter may be used to quantify in vivo mechanical properties of soft tissues in the forearm, sensitively modulated by soft tissue swelling and muscle loading.     

有限元分析在骨科植入器械研发中的应用探讨

有限元分析方法目前常用于骨科植入器械设计和性能研究,但在运用的过程中还存在有限元分析方法使用不当、有限元分析的研究过程不完整、有限元分析模型缺少验证等问题。因此,本文结合企业研发资料情况,就如何提高有限元分析方法在骨科植入器械研发过程中的可靠性提出几点建议,以期为相关人员正确合理使用有限元分析方法提供参考。     

白内障超声乳化手柄的设计及ANSYS有限元优化分析

目的 设计小体积、振幅放大系数大的超声乳化手柄.方法 介绍了压电换能器和超声变幅杆的机电振动特性,分别使用等效电路法和解析法,对压电换能器和超声变幅杆的尺寸进行设计,并设计出了四分之一波长压电换能器和四分之一波长超声变幅杆;最后,使用有限元分析软件ANSYS11.0,进行模态和谐响应分析,对手柄进行仿真验证和加负载针头后手柄尺寸进行优化.结果 手柄纵向振动频率和振速振幅放大系数都与理论设计非常接近,误差分别为1.4％、5.8％;在压电陶瓷片上加载300V正弦电压时,针头末端振幅可达125.5μm,能达到白内障乳化手术的需要.结论 本设计大大减小了手柄的体积,获得了较大的振幅放大系数,仿真结果充分验证了理论设计的正确性.     

髋关节置换假体周围骨折钉棒内固定装置设计、生物力学分析与应用

目的 针对髋关节假体周围骨折固定难、固定不牢靠的问题,设计了一种新型钉棒内固定装置,并对钉棒内固定装置设计、生物力学情况及临床效果进行分析。方法 基于真实人体髋关节及股骨全长CT扫描数据,设计出髋关节置换假体周围骨折钉棒内固定装置,利用Mimics、UG8.0、Abaqus等软件,构建钉棒内固定装置的三维有限元模型并验证了模型的有效性。并将其用于1例Vancouver C型高龄女性患者的手术治疗中。结果 此内固定装置经过三维有限元分析,骨骼受力较小,对骨折固定较稳定;此装置用于一例80岁高龄患者,术后2个月有明显骨痂生长,术后4个月骨折临床愈合,患者弃拐行走,术后效果良好。结论 ①新型内固定装置手术创伤较小,符合微创治疗理念,有利于骨愈合和骨生长,对患者的康复有很重要的作用。②新型内固定装置结构设计上采用股骨远端固定块和Ｕ型环抱装置以及连接块组合式结构,不仅具有结构简单、手术操作方便和减小创伤的特性,而且螺钉的置入位置和方向使得假体的稳定性增强,减小骨骼受力,极大地避免了假体周围再骨折的可能性。     

个性化踝关节假体的设计及三维有限元分析

目的针对当前踝关节假体失效率高、临床应用风险大的问题,提出一种个性化解剖型踝关节假体的设计。方法首先建立正常人体足踝系统的三维有限元非线性模型,对模型的有效性进行验证;设计解剖型踝关节假体,对全踝关节假体置换进行几何仿真,建立假体-足踝系统的三维有限元模型;施加步态载荷,计算分析假体的生物力学特性。结果正常踝关节系统足底最大接触应力为214.6 k Pa,足骨最大等效应力为8.96 MPa。对比文献与仿真所得足底反力与足骨应力,验证了正常足踝有限元模型的可靠性。假体植入后,仿真所得距骨钛合金假体、聚乙烯衬垫、胫骨假体等效应力峰值分别为23.88、19.24、73.01 MPa,足踝假体应力相较正常足踝应力有大幅度上升。结论有限元分析的对比结果考察了个性化踝关节假体的可行性,为进一步假体设计优化以及临床应用提供参考。     

Mechanical device for morphometric and orientational analysis of biological structures

A simple mechanical device for various types of morphometric analysis is suggested. It consists of a binocular microscope, luminescence illuminator, a mechanical stage with disk-chuck and nest for holding the test systems and light-or electron-microscopic negatives. Analysis is carried out by visual scanning of negatives by counting the number of times the structures are crossed by points of the test system and by recording the measurements with a key-actuated counter. The microscope is fitted with a goniometer and cross-wire ocular micrometer.Khar'kov Institute of Dermatology and Venereology and Department of Pathological Anatomy, Khar'kov Medical Institute. (Presented by Academician of the Academy of Medical Sciences of the USSR L. T. Malaya.) Translated from Byulleten' Éksperimental'noi Biologii i Meditsiny, Vol. 88, No. 11, pp. 625–626, November, 1979.     

运用有限元分析新型半髋假体装配过程中的应力分布

目的利用计算机模拟一种新型半髋假体系统假体装配过程中与股骨相互接触作用所产生的应力,探讨分析在临床手术中的操作界限值和相适应的假体外形。方法对一名60岁正常男性志愿者进行双下肢的股骨中上段CT扫描,从扫描图像中建立实体模型后利用与有限元的数据交互功能进行实体模拟装配、网格划分、保形简化以及单元弹性模量赋值等操作步骤,最后生成三维有限元模型,并构造股骨与假体之间的面-面接触关系,模拟分析假体植入装配过程中的相对滑移和应力分布情况。结果下压装配过程中假体柄对骨皮质产生附加应力,带棱槽假体的最大接触压力产生于棱槽变截面处,而最大装配应力和相对滑移量随假体压入深度呈非线性增长,当Δz≥0.5 mm后附加应力增长速率显著提高。结论与无棱槽假体的对比分析表明采用棱槽的半髋假体更容易装配并获得机械稳定,但在临床手术装配中应参照一定的量化操作要求,避免在植入时产生过大附加应力,对骨皮质产生破坏而导致治疗失败。     

A three-dimensional finite element analysis of the human hip

Abstract

A three-dimensional hip model was created from the MRI scans of one human subject based on constructing the entire pelvis and femur. The ball and socket joint was modelled between the hip’s acetabulum and the femoral head to analyse the multiaxial loads applied in the hip joint. The three key ligaments that reinforce the external surface of the hip to help to stabilise the joint were also modelled which are the iliofemoral, the pubofemoral and ischiofemoral ligaments. Each of these ligaments wraps around the joint connection to form a seal over the synovial membrane, a line of attachment around the head of the femur. This model was tested for different loading and boundary conditions to analyse their sensitivities on the cortical and cancellous tissues of the human hip bones. The outcomes of a one-legged stance finite element analysis revealed that the maximum of 0.056?mm displacement occurred. The stress distribution varied across the model which the majority occurring in the cortical femur and dissipating through the cartilage. The maximum stress value occurring in the joint was 110.1?MPa, which appeared at the free end of the proximal femur. This developed finite element model was validated against the literature data to be used as an asset for further research in investigating new methods of total hip arthroplasty, to minimise the recurrence of dislocations and discomfort in the hip joint, as well as increasing the range of movement available to a patient after surgery.