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Die Inzidenz arthroskopischer Eingriffe hat in den letzten zwei Jahrzehnten zugenommen, und arthroskopische Shaver-Systeme haben sich zu einem weit verbreiteten orthopädischen Instrument entwickelt.Allerdings sind die meisten Rasierer im Allgemeinen nicht scharf genug, leicht zu tragen und so weiter.Der Zweck dieses Artikels besteht darin, die strukturellen Eigenschaften der neuen doppelt gezahnten Klinge des arthroskopischen Rasierers BJKMC (Bojin◊ Kinetic Medical) zu untersuchen.Bietet einen Überblick über den Produktdesign- und Validierungsprozess.Der arthroskopische Rasierer BJKMC verfügt über ein Rohr-in-Rohr-Design, bestehend aus einer Außenhülse aus Edelstahl und einem rotierenden hohlen Innenrohr.Die Außenschale und die Innenschale verfügen über entsprechende Saug- und Schneidöffnungen, und an der Innen- und Außenschale befinden sich Kerben.Um das Design zu rechtfertigen, wurde es mit einem Dyonics◊ Incisor◊ Plus-Einsatz verglichen.Aussehen, Werkzeughärte, Metallrohrrauheit, Werkzeugwandstärke, Zahnprofil, Winkel, Gesamtstruktur, kritische Abmessungen usw. wurden überprüft und verglichen.Arbeitsfläche und eine härtere und dünnere Spitze.Daher können BJKMC-Produkte in der Chirurgie zufriedenstellend funktionieren.
Ein Gelenk im menschlichen Körper ist eine Form der indirekten Verbindung zwischen Knochen.Sie sind ein komplexes und stabiles Gebilde, das in unserem täglichen Leben eine wichtige Rolle spielt.Bei einigen Erkrankungen verändert sich die Belastungsverteilung im Gelenk, was zu Funktionseinschränkungen und Funktionsverlusten führt1.Bei der herkömmlichen orthopädischen Chirurgie ist es schwierig, sie minimalinvasiv genau zu behandeln, und die Erholungsphase nach der Behandlung ist lang.Die arthroskopische Chirurgie ist ein minimalinvasives Verfahren, das nur einen kleinen Einschnitt erfordert, weniger Traumata und Narbenbildung verursacht, eine schnellere Genesungszeit aufweist und weniger Komplikationen verursacht.Mit der Entwicklung medizinischer Geräte sind minimalinvasive Operationstechniken nach und nach zu einem Routineverfahren in der orthopädischen Diagnose und Behandlung geworden.Kurz nach der ersten arthroskopischen Knieoperation wurde sie von Kenji Takagi und Masaki Watanabe in Japan offiziell als Operationstechnik übernommen2,3.Arthroskopie und Endoprothetik sind zwei der wichtigsten Fortschritte in der Orthopädie4.Heutzutage wird die minimal-invasive arthroskopische Chirurgie zur Behandlung einer Vielzahl von Erkrankungen und Verletzungen eingesetzt, darunter Arthrose, Meniskusverletzungen, Verletzungen des vorderen und hinteren Kreuzbandes, Synovitis, intraartikuläre Frakturen, Patellasubluxation, Knorpel und lose Körperläsionen.
Die Inzidenz arthroskopischer Eingriffe hat in den letzten zwei Jahrzehnten zugenommen, und arthroskopische Shaver-Systeme haben sich zu einem weit verbreiteten orthopädischen Instrument entwickelt.Derzeit steht den Chirurgen eine Vielzahl von Optionen zur Verfügung, darunter Kreuzbandrekonstruktion, Meniskusreparatur, osteochondrale Transplantation, Hüftarthroskopie und Facettengelenksarthroskopie, je nach Präferenz des Chirurgen1.Da sich arthroskopische chirurgische Eingriffe auf mehr Gelenke ausweiten, können Ärzte Synovialgelenke untersuchen und Patienten auf bisher unvorstellbare Weise chirurgisch behandeln.Gleichzeitig wurden weitere Tools entwickelt.Sie bestehen in der Regel aus einer Steuereinheit, einem Handstück mit leistungsstarkem Motor und einem Schneidwerkzeug.Das Dissektionsinstrument ermöglicht das gleichzeitige und kontinuierliche Absaugen und Debridement6.
Aufgrund der Komplexität der arthroskopischen Chirurgie sind häufig mehrere Instrumente erforderlich.Zu den wichtigsten chirurgischen Instrumenten, die in der arthroskopischen Chirurgie verwendet werden, gehören Arthroskope, Sondenscheren, Stanzen, Pinzetten, arthroskopische Messer, Meniskusklingen und -rasierer, elektrochirurgische Instrumente, Laser, Radiofrequenzinstrumente und andere Instrumente 7.
Der Rasierer ist ein wichtiges Werkzeug in der Chirurgie.Es gibt zwei Hauptprinzipien von Zangen für die arthroskopische Chirurgie.Die erste besteht darin, Reste degenerierten Knorpels, einschließlich loser Knorpel und schwimmendem Gelenkknorpel, durch Absaugen und Spülen des Gelenks mit reichlich Kochsalzlösung zu entfernen, um intraartikuläre Läsionen und Entzündungsmediatoren zu entfernen.Die andere besteht darin, den vom subchondralen Knochen abgetrennten Gelenkknorpel zu entfernen und den abgenutzten Knorpeldefekt zu reparieren.Der gerissene Meniskus wird herausgeschnitten und es entsteht ein abgenutzter und gebrochener Meniskus.Rasierer werden auch verwendet, um entzündliches Synovialgewebe wie Hyperplasie und Verdickung teilweise oder vollständig zu entfernen1.
Die meisten minimalinvasiven Skalpelle verfügen über einen Schneidabschnitt mit einer hohlen Außenkanüle und einem hohlen Innenrohr.Sie haben selten 8 gezackte Zähne als Schneide.Unterschiedliche Klingenspitzen verleihen dem Rasierer unterschiedliche Schneidleistungen.Herkömmliche arthroskopische Rasierzähne lassen sich in drei Kategorien einteilen (Abbildung 1): (a) glatte Innen- und Außenrohre;(b) glatte Außenrohre und gezahnte Innenrohre;(c) gezahnte Innen- und Außenrohre (die eine Rasierklinge sein können).9. Ihre Schärfe gegenüber Weichteilen nimmt zu.Die durchschnittliche Spitzenkraft und Schnittleistung einer Säge derselben Spezifikation ist besser als die einer 10er-Flachschiene.
Bei den derzeit erhältlichen arthroskopischen Shavern gibt es jedoch eine Reihe von Problemen.Erstens ist die Klinge nicht scharf genug und kann beim Schneiden von Weichgewebe leicht blockieren.Zweitens kann ein Rasiermesser nur weiches Synovialgewebe durchschneiden – der Arzt muss den Knochen mit einem Bohrer polieren.Daher müssen die Messer während des Betriebs häufig gewechselt werden, was die Betriebszeit erhöht.Schnittschäden und Rasierverschleiß sind ebenfalls häufige Probleme.Präzisionsbearbeitung und Genauigkeitskontrolle bildeten tatsächlich einen einzigen Bewertungsindex.
Das erste Problem besteht darin, dass die Rasierklinge aufgrund des zu großen Spalts zwischen Innen- und Außenklinge nicht glatt genug ist.Die Lösung des zweiten Problems kann darin bestehen, den Winkel der Rasierklinge zu vergrößern und die Festigkeit des Konstruktionsmaterials zu erhöhen.
Der neue arthroskopische Rasierer von BJKMC mit doppelt gezahnter Klinge kann die Probleme stumpfer Schnittkanten, leichtem Verstopfen und schnellem Werkzeugverschleiß lösen.Um die Praktikabilität des neuen BJKMC-Rasiererdesigns zu testen, wurde es mit dem Gegenstück von Dyonics◊, der Incisor◊ Plus Blade, verglichen.
Der neue arthroskopische Rasierer verfügt über ein Rohr-in-Rohr-Design, einschließlich einer Außenhülse aus Edelstahl und einem rotierenden hohlen Innenrohr mit passenden Saug- und Schneidanschlüssen an der Außenhülse und dem Innenrohr.Das Innen- und Außengehäuse ist eingekerbt.Während des Betriebs versetzt das Antriebssystem das Innenrohr in Rotation, und das Außenrohr beißt mit Zähnen zusammen und interagiert mit dem Schneiden.Der fertige Gewebeschnitt und die losen Körper werden durch einen hohlen Innenschlauch aus dem Gelenk entfernt.Um die Schnittleistung und -effizienz zu verbessern, wurde eine konkave Zahnstruktur gewählt.Für Verbundteile kommt das Laserschweißen zum Einsatz.Der Aufbau eines herkömmlichen Doppelzahn-Scherkopfes ist in Abbildung 2 dargestellt.
Im Allgemeinen ist der Außendurchmesser des vorderen Endes des arthroskopischen Shavers etwas kleiner als der des hinteren Endes.Der Rasierer sollte nicht mit Gewalt in den Gelenkraum eingeführt werden, da sowohl die Spitze als auch die Kante des Schneidfensters ausgewaschen werden und die Gelenkfläche beschädigen.Außerdem sollte die Breite des Rasierfensters groß genug sein.Je breiter das Fenster, desto organisierter schneidet und saugt der Rasierer und desto besser verhindert er ein Verstopfen des Fensters.
Besprechen Sie die Auswirkung des Zahnprofils auf die Schnittkraft.Das 3D-Modell des Rasierers wurde mit der SolidWorks-Software (SolidWorks 2016, SolidWorks Corp., Massachusetts, USA) erstellt.Die Außenschalenmodelle mit unterschiedlichen Zahnprofilen wurden zur Vernetzung und Spannungsanalyse in das Finite-Elemente-Programm (ANSYS Workbench 16.0, ANSYS Inc., USA) importiert.Die mechanischen Eigenschaften (Elastizitätsmodul und Poissonzahl) der Materialien sind in der Tabelle angegeben.1. Die für Weichgewebe verwendete Maschendichte betrug 0,05 mm, und wir verfeinerten 11 Hobelflächen in Kontakt mit Weichgewebe (Abb. 3a).Das gesamte Modell verfügt über 40.522 Knoten und 45.449 Netze.In den Randbedingungseinstellungen beschränken wir die 6 Freiheitsgrade, die den 4 Seiten des Weichgewebes gegeben sind, vollständig und die Rasierklinge wird um 20° um die x-Achse gedreht (Abb. 3b).
Eine Analyse von drei Rasiermessermodellen (Abb. 4) ergab, dass der Punkt maximaler Spannung bei einer strukturellen abrupten Änderung auftritt, was mit den mechanischen Eigenschaften übereinstimmt.Der Rasierer ist ein Einwegwerkzeug4 und es besteht kaum die Gefahr eines Klingenbruchs bei einmaliger Verwendung.Daher konzentrieren wir uns hauptsächlich auf seine Schneidfähigkeit.Die maximale äquivalente Belastung, die auf das Weichgewebe einwirkt, kann diese Eigenschaft widerspiegeln.Unter den gleichen Betriebsbedingungen, wenn die maximale Äquivalentspannung am größten ist, wird vorläufig davon ausgegangen, dass die Schneideigenschaften am besten sind.In Bezug auf die Belastung des Weichgewebes erzeugte der Rasierer mit 60°-Zahnprofil die maximale Scherbelastung des Weichgewebes (39,213 MPa).
Rasierer- und Weichgewebespannungsverteilung, wenn Rasiermesserscheiden mit unterschiedlichen Zahnprofilen Weichgewebe schneiden: (a) 50°-Zahnprofil, (b) 60°-Zahnprofil, (c) 70°-Zahnprofil.
Um das Design der neuen BJKMC-Klinge zu rechtfertigen, wurde sie mit einer gleichwertigen Dyonics◊ Incisor◊ Plus-Klinge (Abb. 5) verglichen, die die gleiche Leistung aufweist.In allen Experimenten wurden drei identische Typen jedes Produkts verwendet.Alle gebrauchten Rasierer sind neu und unbeschädigt.
Zu den Faktoren, die die Leistung eines Rasierers beeinflussen, gehören die Härte und Dicke der Klinge, die Rauheit des Metallrohrs sowie das Profil und der Winkel des Zahns.Zur Messung der Konturen und Winkel der Zähne wurde ein Konturprojektor mit einer Auflösung von 0,001 mm gewählt (Starrett 400-Serie, Abb. 6).In Experimenten wurden Scherköpfe auf einer Werkbank platziert.Messen Sie das Zahnprofil und den Winkel relativ zum Fadenkreuz auf der Projektionsfläche und verwenden Sie ein Mikrometer als Differenz zwischen den beiden Linien, um das Maß zu bestimmen.Die tatsächliche Zahnprofilgröße ergibt sich aus der Division durch die Vergrößerung des gewählten Objektivs.Um einen Zahnwinkel zu messen, richten Sie die Fixpunkte auf beiden Seiten des gemessenen Winkels am Schnittpunkt der Unterlinie auf dem schraffierten Bildschirm aus und verwenden Sie die Winkelcursor in der Tabelle, um Messwerte zu ermitteln.
Durch Wiederholung dieses Experiments wurden die Hauptabmessungen der Arbeitslänge (Innen- und Außenrohr), des vorderen und hinteren Außendurchmessers, der Fensterlänge und -breite sowie der Zahnhöhe gemessen.
Überprüfen Sie die Oberflächenrauheit mit einem Pinpointer.Die Spitze des Werkzeugs wird horizontal über der Probe bewegt, senkrecht zur Richtung des verarbeiteten Korns.Die durchschnittliche Rauheit Ra wird direkt vom Gerät ermittelt.Auf Abb.7 zeigt ein Instrument mit einer Nadel (Mitutoyo SJ-310).
Die Härte von Rasierklingen wird nach dem Vickers-Härtetest ISO 6507-1:20055 gemessen.Der Diamant-Eindringkörper wird für eine bestimmte Zeit mit einer bestimmten Prüfkraft in die Oberfläche der Probe gedrückt.Anschließend wurde die diagonale Länge des Eindrucks nach dem Entfernen des Eindringkörpers gemessen.Die Vickers-Härte ist proportional zum Verhältnis der Prüfkraft zur Oberfläche des Abdrucks.
Die Wandstärke des Scherkopfes wird durch Einsetzen eines zylindrischen Kugelkopfes mit einer Genauigkeit von 0,01 mm und einem Messbereich von ca. 0-200 mm gemessen.Die Wandstärke ist definiert als die Differenz zwischen Außen- und Innendurchmesser des Werkzeugs.Der experimentelle Ablauf zur Messung der Dicke ist in Abb. 8 dargestellt.
Die strukturelle Leistung des BJKMC-Rasierers wurde mit der eines Dyonics◊-Rasierers derselben Spezifikation verglichen.Die Leistungsdaten für jeden Teil des Produkts werden gemessen und verglichen.Anhand der Dimensionsdaten sind die Schneidfähigkeiten beider Produkte vorhersehbar.Beide Produkte verfügen über hervorragende Struktureigenschaften, eine vergleichende Analyse der elektrischen Leitfähigkeit von allen Seiten ist noch erforderlich.
Die Ergebnisse des Winkelversuchs sind in Tabelle 2 und Tabelle 3 dargestellt. Der Mittelwert und die Standardabweichung der Profilwinkeldaten für die beiden Produkte unterschieden sich statistisch nicht.
Ein Vergleich einiger Schlüsselparameter der beiden Produkte ist in Abbildung 9 dargestellt. In Bezug auf die Breite und Länge der Innen- und Außenröhren sind die Innen- und Außenröhrenfenster von Dyonics◊ etwas länger und breiter als die von BJKMC.Dies bedeutet, dass die Dyonics◊ mehr Platz zum Schneiden haben und die Verstopfungsgefahr der Schläuche geringer ist.Ansonsten unterschieden sich die beiden Produkte statistisch nicht.
Die Teile des BJKMC-Rasierers werden durch Laserschweißen verbunden.Dadurch entsteht kein äußerer Druck auf die Schweißnaht.Das zu verschweißende Teil unterliegt keiner thermischen Belastung oder thermischen Verformung.Der Schweißteil ist schmal, die Eindringtiefe ist groß, die mechanische Festigkeit des Schweißteils ist hoch, die Vibration ist stark, die Schlagfestigkeit ist hoch.Lasergeschweißte Bauteile weisen eine hohe Montagesicherheit auf14,15.
Die Oberflächenrauheit ist ein Maß für die Beschaffenheit einer Oberfläche.Berücksichtigt werden die hochfrequenten und kurzwelligen Anteile der Messoberfläche, die die Wechselwirkung zwischen dem Objekt und seiner Umgebung bestimmen.Die Außenhülse des Innenmessers und die Innenfläche des Innenrohrs sind die Hauptarbeitsflächen des Rasierers.Durch die Reduzierung der Rauheit der beiden Oberflächen kann der Verschleiß des Rasierers wirksam verringert und seine Leistung verbessert werden.
Die Oberflächenrauheit der Außenhülle sowie der Innen- und Außenflächen der Innenschaufel aus zwei Metallrohren wurde experimentell ermittelt.Ihre Durchschnittswerte sind in Abbildung 10 dargestellt. Die Innenfläche des Außenmantels und die Außenfläche des Innenmessers sind die Hauptarbeitsflächen.Die Rauheit der Innenfläche der Scheide und der Außenfläche des BJKMC-Innenmessers ist geringer als bei ähnlichen Dyonics◊-Produkten (gleiche Spezifikation).Dies bedeutet, dass BJKMC-Produkte hinsichtlich der Schneidleistung zufriedenstellende Ergebnisse erzielen können.
Gemäß dem Klingenhärtetest sind die experimentellen Daten von zwei Gruppen von Rasierklingen in Abbildung 11 dargestellt. Die meisten arthroskopischen Rasierer werden aufgrund der für Rasierklingen erforderlichen hohen Festigkeit, Zähigkeit und Duktilität aus austenitischem Edelstahl hergestellt.Allerdings bestehen BJKMC-Scherköpfe aus martensitischem Edelstahl 1RK91.Martensitische rostfreie Stähle haben eine höhere Festigkeit und Zähigkeit als austenitische rostfreie Stähle17.Die chemischen Elemente in BJKMC-Produkten erfüllen während des Schmiedeprozesses die Anforderungen von S46910 (ASTM-F899 Chirurgische Instrumente).Das Material wurde auf Zytotoxizität getestet und wird häufig in medizinischen Geräten verwendet.
Aus den Ergebnissen der Finite-Elemente-Analyse ist ersichtlich, dass sich die Spannungskonzentration des Rasiermessers hauptsächlich auf das Zahnprofil konzentriert.IRK91 ist ein hochfester supermartensitischer Edelstahl mit hoher Zähigkeit und guter Zugfestigkeit sowohl bei Raumtemperatur als auch bei erhöhter Temperatur.Die Zugfestigkeit bei Raumtemperatur kann mehr als 2000 MPa erreichen, und der maximale Spannungswert gemäß der Finite-Elemente-Analyse beträgt etwa 130 MPa, was weit von der Bruchgrenze des Materials entfernt ist.Wir glauben, dass das Risiko eines Klingenbruchs sehr gering ist.
Die Dicke der Klinge hat direkten Einfluss auf die Schneidfähigkeit des Rasierers.Je dünner die Wandstärke, desto besser ist die Schneidleistung.Der neue BJKMC-Rasierer minimiert die Wandstärke zweier gegenüberliegender rotierender Stangen und der Kopf hat eine dünnere Wand als seine Gegenstücke von Dyonics◊.Dünnere Messer können die Schneidkraft der Spitze erhöhen.
Die Daten in Tabelle 4 zeigen, dass die Wandstärke des BJKMC-Rasierers, gemessen mit der Kompressions-Rotations-Wandstärkenmessmethode, kleiner ist als die des Dyonics◊-Rasierers derselben Spezifikation.
Laut Vergleichsexperimenten zeigte der neue arthroskopische Rasierer von BJKMC keine offensichtlichen Designunterschiede zum ähnlichen Dyonics◊-Modell.Im Vergleich zu Dyonics◊ Incisor◊ Plus-Einsätzen haben BJKMC-Doppelzahneinsätze hinsichtlich der Materialeigenschaften eine glattere Arbeitsfläche und eine härtere und dünnere Spitze.Daher können BJKMC-Produkte in der Chirurgie zufriedenstellend funktionieren.Diese Studie wurde prospektiv konzipiert und die spezifische Leistung muss in nachfolgenden Experimenten getestet werden.
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Diese Studie erhielt keine spezifische Finanzierung von Förderinstitutionen im öffentlichen, kommerziellen oder gemeinnützigen Sektor.
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