微创外科多自由度柔性超声手术刀研究进展

超声手术刀作为一种广泛应用的高效精准的能量器械,具有同时切割止血、较小热损伤、几乎无烟雾、自净能力强等优势,但是由于现有超声手术刀结构的约束,其运动自由度少,限制了其应用在机器人操作中的灵活性。经过科研人员在结构方面的不断优化和改进,在原有刚性超声手术刀的基础上,加入柔性结构,衍生出更加灵活的多自由度柔性超声手术刀。本文综述了刚性超声手术刀的发展以及柔性超声手术刀现有的设计方案,对于刚性超声刀的研究主要集中在结构的轻便以及工作性能的提高,对于柔性超声刀的设计分为将微型化的超声换能器放置在手柄端和放置在执行末端两类,分别分析这2种设计方案的具体结构,并讨论其优势和局限性。最后,对微创外科多自由度柔性超声刀未来的发展趋势提出展望。

纵弯耦合的小型超声手术刀换能器

为减小超声手术刀的体积并提高换能器效率,研究了一种纵弯耦合的小型超声手术刀换能器。该换能器将刀杆与前盖设计为一整体以减小体积,在换能器上设不对称凹槽来实现纵弯耦合振动,从而提高效率。建立了小型超声手术刀换能器的等效电路,根据等效电路设计了换能器结构尺寸;使用有限元仿真验证了换能器的纵弯耦合振型,分析了凹槽尺寸对弯振幅度和频率的影响,优化了凹槽的尺寸。根据最终的设计方案制作了换能器实物并进行了测试,该换能器谐振频率为51.5 kHz,尖端振幅72.5m,达到手术使用要求。

应用超声手术刀行颈椎双开门手术的安全性与可靠性

目的:观察超声产生的能量对颈椎皮质骨、松质骨及其周围组织的影响程度,探讨超声手术刀用于颈椎椎管扩大成形术的安全性和可靠性。方法:将10只中国大耳兔分为两组,一组用超声手术刀进行颈椎双开门椎管扩大手术,另一组采用高速磨钻与摆动锯行相同手术;术后立即取出手术节段颈椎行大体解剖、光镜及电镜观察。结果:超声手术刀对颈椎椎板的皮质骨和松质骨均具有良好的切割能力,与高速磨钻和摆动锯相比切割效果无明显差异,对手术野周围组织的宏观结构和微观结构也没有产生明显的不良影响,并具有机械振动轻微、止血效果良好的独特优势。结论:应用超声手术刀进行颈椎双开门椎管扩大成形术安全、可靠。

超声手术刀的优化设计

为适应微创手术的要求,设计了频率为55.5 kHz的细长结构超声手术刀。采用有限元方法对其进行模态分析和谐振分析,获取振幅大小、应力分布等参数。通过对手术刀刀身结构进行二次优化,使所设计的手术刀在50~60 kHz频段内以纵振模式为主,刀头和刀身应力分布均匀,最大应力由577 MPa降到375 MPa,远小于医用钛合金材质的超声手术刀的最大抗拉强度。为验证有限元分析结果,分别试制结构优化前后的手术刀模型并进行实验。结果表明：结构优化之后的手术刀工作时,应力分布均匀,径向无明显扰度,轴向输出振幅可以满足生物组织切割的要求。

超声手术刀的研制现状与应用

超声手术刀具有出血少、对周围组织伤害少、术后恢复快等特点。目前主要应用于切割与凝血、白内障乳化、肝胆肿瘤吸引、吸脂、切骨等方面。本文分析了国际和国内上典型超声手术刀的原理、发展、特点、关键技术与临床应用情况,并探讨国内超声手术刀发展的方向。

超声手术刀工作原理及临床应用

介绍了吸引式与切割式超声手术刀的工作原理、仪器设备的组成部分及特点及两种手术刀在外科临床上的应用。说明了超声手术刀具有良好的止血效果,能够精确切割、安全性高、缩短手术时间及对周围组织损伤小的优点,概述了超声手术刀目前存在的技术问题及需要进一步研究和改进的方面。超声手术刀是外科发展的必然趋势和发展方向,具有广泛的应用前景。

超声手术刀切割动物软组织的实验研究

本文描述了超声手术刀切割动物软组织的一些实验结果。认为超声手术刀切割组织有较好的止血效果；切割软组织有较好的愈合效果，但切割皮肤则有烫伤状，愈合较迟缓。

超声手术刀刀头在多次清洗、消毒和灭菌后的性能变化研究

目的研究超声手术刀刀头在多次清洗、消毒和灭菌后的性能变化,探究高值医用耗材重复使用的可行性。方法设计清洗、消毒和灭菌方案,测试超声手术刀刀头在多次清洗、消毒和灭菌后的尖端主振幅、尖端横向振幅、静态(空载)电功率、夹紧力、抓持力。结果分析不同方案的数据结果表明,试验后尖端主振幅、尖端横向振幅、静态(空载)电功率、夹紧力、抓持力5项性能指标均满足技术要求的指标,均未发生显著变化,也未出现超出技术要求规定的情况。结论超声手术刀刀头在多次清洗、消毒和灭菌后在一定程度上仍能保持性能的准确性,可为此类高值医用耗材重复使用后关键性能指标评价提供一定的参考。

基于阻抗匹配的超声手术刀频率跟踪方法研究

随着科技的发展,超声手术刀在医疗上的运用越来越广泛。在实际应用中,为了让超声手术刀的换能器能尽可能高效率地将电能转换成机械能,利用并联阻抗匹配实现了超声手术刀的阻抗匹配,让超声手术刀的换能器呈现纯阻抗,从而使换能器的输出功率最大,并且减少了换能器的发热,延长了使用寿命。另外超声手术刀的换能器在使用过程中,换能器的各项参数会随着温度以及环境等发生改变,因此设计了一种针对换能器的谐振频率进行变频的频率跟踪方法,通过对电流和电压的相位差进行跟踪,然后送入到FPGA进行运算,得到一个相位差,当相位发生偏差的时候,则采用一个变频公式调整输出频率,从而达到频率跟踪的效果。通过实际验证,所设计的超声手术刀阻抗匹配和频率跟踪方法可以很好地实现在不同负载下的频率自动跟踪,并且运行可靠。

浅谈超声手术刀

详细介绍超声手术刀的工作原理,并简单介绍了超声手术刀使用时应注意的问题、国内外研究现状、目前存在的主要技术问题和发展前景。

肝段切除及超声手术刀应用

从1987年12月～1990年12月施行肝段切除28例,男22例,女6例,年龄21～68岁,中位年龄48岁。原发性肝癌15例,转移性肝癌2例,肝血管瘤4例,肝内胆管结石4例,其它3例,采用Kelly钳和CUSA断离肝组织,无手术死亡和严重并发症。根据肝表面标志,借助术中B超及CUSA施行肝段切除比较安全、出血少,可保留较多正常肝组织。

肝段切除及超声手术刀应用

我院自1987年12月至1990年12月施行各类肝段切除28例,占同期肝切除手术的46％(28/61),没有发生手术死亡及严重并发症,现将有关问题讨论如下。 1 临床资料本组患者男性22例,女性6例。年龄21～68岁,平均年龄48岁。

多功能超声手术刀的实验研究

自行研制的超声手术刀采用多功能的组合设计，实验对象采用杂种猪和离休人类脂块，观察超声切肝和超声去脂的速度、出血量、对正常组织脏器的影响及组织器官的修复情况等，并进行病理学检查．实验证明，多功能超声手术刀对肝切除及去脂减肥等手术均有独特的优点。

超声手术刀振动频率优化选择方法研究

超声手术刀被广泛应用于腔镜以及开腹手术中,替代部分传统手术器械包括电刀等,完成软组织的切割止血。相较于传统手术器械,超声手术刀具有切割凝闭一体化、切割时间短、热损伤小、手术烟雾少等优势。目前国内厂家的外超声手术刀一般工作频率选择在55.5 k Hz,但是关于该工作频率选择的理论研究基本没有相关报告。本文主要从理论角度定性的分析了超声手术刀的振动频率对超声手术刀的切割速度与凝固止血的影响,然后实际设计了不同振动频率的超声手术刀系统,并通过动物实验对相关理论分析进行了验证。动物实验结果表明随着振动频率的增加,超声手术刀切割速度先加快后减慢,同时其对软组织的凝固止血效果越好。综合超声手术刀切割速度与凝固止血两方面性能优化,超声手术刀振动频率应选择为55.5 k Hz。

超声手术刀的工作机理及力负载特性

超声手术刀作为一种新型的载能刀具在医学临床应用上取得了广泛应用,但因其超声刀的工作对象是复杂的生物组织,人们对于超声刀的工作机理尚不是很明确,对其负载特性的研究也有限。基于此,从超声手术刀的工作机理和力负载特性两方面进行了研究,发现空化效应在超声刀切割组织时具有重要作用;同时研究了负载力对超声刀工作状态的影响,表明在有载情况下,负载力对超声刀的工作频率影响不大,但随着负载力增大,阻抗圆半径和最大导纳均逐渐变小并趋于恒定,即表现为超声刀的振动效果逐渐受到抑制并趋于稳定。

超声手术刀的原理及质量控制检测研究

目的超声手术刀已广泛应用于临床,为保障其临床使用安全,本文设计一个针对超声手术刀的质量控制检测方法。方法从分析超声手术刀的结构、对人体产生生物效应的机理出发,选择关键的性能参数,用示波分析法进行检测。结果通过计算得出检测参数,并与设计标准进行比较,并给出了一套较为完整的质量控制检查样表。结论该方法具有一定的实用性,检测结果重复性较好。

基于数字信号处理的超声手术刀电源控制电路设计与实现

目的:自主研制一款超声手术刀电源控制系统,以减少能量的消耗,维持手术刀的正常温度。方法:对超声换能器在谐振附近的等效电路建立模型,并设计基于数字信号处理(DSP)的超声手术刀的硬件控制系统。结果:经对电源控制系统的电路和工作性能测试,生成的电流和电压的有效值等参数,能够及时调整电源的频率,并达到预期的功能指标,使超声手术刀工作在谐振状态。结论:以DSP为核心设计的超声手术刀电源控制系统,测试指标均能够达到预期的要求,能够使系统在谐振状态下工作。

超声手术刀在妇科腹腔镜手术的应用价值

目的研究妇科腹腔镜手术中超声手术刀的应用价值。方法选取2006年1月—2012年12月期间来该院接受治疗的妇科疾病患者148例,对全部患者实行超声手术刀腹腔镜手术,此类手术采取持续性的硬模外麻醉或者是插管全身麻醉。结果在接受超声手术刀治疗的148例妇科腹腔镜手术的病患中,全部病患都顺利完成了手术,没有出现中途需要切开腹部的现象。手术的时长为30～90min,手术中的出血量为5～30mL,手术后没有出现并发症或是出血等现象,大多数病患在4天后均已出院。结论超声手术刀具有切割准、止血好、更快捷、安全性更高等特点。大大的降低了病患在手术过程中所受到的身体和心理的痛苦,同时也可以尽可能的避免了诸多术后并发症的发生。超声手术刀在妇科腹腔镜手术中取得良好的手术效果,值得在实际临床中进行推广。

超声手术刀在临床上的应用

超声手术刀的特点是出血少、对组织周围伤害少、术后恢复快等,本研究主要介绍了超声手术刀的工作原理、分类、结构,并详细叙述了其临床应用及研究发展前景。

弯曲声黑洞结构纵弯耦合振动超声手术刀

基于弯曲声黑洞结构独特的声波捕获和聚焦能力,本文提出了一种新型纵弯耦合振动超声手术刀.该手术刀由压电超声换能器、复合变幅杆、竹节刀杆,以及弯曲声黑洞刀头组合而成,其中弯曲声黑洞刀头的厚度与弯曲角度θ呈高次幂律函数关系.利用传输矩阵法和等效电路法构建了弯曲声黑洞刀头和超声手术刀纵弯耦合振动的精确理论分析模型,以揭示潜在的物理机制和设计原理.利用有限元法对理论计算结果进行了初步验证,并将弯曲声黑洞超声手术刀与常规超声手术刀进行了振动和声场对比.结果表明,弯曲声黑洞刀头设计能够显著提升手术刀的振动位移和侧向声能辐射,实现更高效的手术切割和止血.制造了弯曲声黑洞超声手术刀样机,通过电阻抗分析和激光测振实验充分验证了其实际可操作性.