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관절경 수술의 발생률은 지난 20년 동안 증가했으며 관절경 면도기 시스템은 널리 사용되는 정형외과 기구가 되었습니다.그러나 대부분의 면도기는 일반적으로 충분히 날카롭지 않고 착용하기 쉽지 않습니다.이 글의 목적은 BJKMC(Bojin◊ Kinetic Medical) 관절경 면도기의 새로운 이중 톱니날의 구조적 특성을 조사하는 것이다.제품 설계 및 검증 프로세스에 대한 개요를 제공합니다.BJKMC 관절경 면도기는 스테인리스 스틸 외부 슬리브와 회전하는 속이 빈 내부 튜브로 구성된 튜브 인 튜브 디자인이 특징입니다.외부 쉘과 내부 쉘에는 해당 흡입 및 절단 포트가 있으며 내부 및 외부 쉘에는 노치가 있습니다.디자인을 정당화하기 위해 Dyonics◊ Incisor◊ Plus 인서트와 비교했습니다.외관, 공구 경도, 금속관 조도, 공구 벽두께, 치형, 각도, 전체 구조, 임계치수 등을 확인하고 비교하였다.작업 표면과 더 단단하고 얇은 팁.따라서 BJKMC 제품은 수술에 만족스럽게 작용할 수 있습니다.
인체의 관절은 뼈와 뼈가 간접적으로 연결되어 있는 형태입니다.그것들은 우리의 일상 생활에서 중요한 역할을 하는 복잡하고 안정적인 구조입니다.일부 질병은 관절의 부하 분포를 변경하여 기능 제한 및 기능 상실을 초래합니다1.기존의 정형외과는 최소침습으로 정확한 치료가 어렵고, 치료 후 회복기간이 길다.관절경 수술은 작은 절개만 필요하고 외상과 흉터가 적고 회복 시간이 빠르고 합병증이 적은 최소 침습 수술입니다.의료기기의 발달과 함께 최소 침습 수술 기법은 점차 정형외과적 진단 및 치료를 위한 일상적인 절차가 되었습니다.최초의 관절경 무릎 수술 직후 일본의 Kenji Takagi와 Masaki Watanabe에 의해 공식적으로 수술 기법으로 채택되었습니다2,3.관절경과 관내 인공 삽입물은 정형외과에서 가장 중요한 두 가지 발전입니다4.오늘날 최소 침습 관절경 수술은 골관절염, 반월판 손상, 전방 및 후방 십자인대 손상, 윤활막염, 관절 내 골절, 슬개골 아탈구, 연골 및 느슨한 신체 병변을 포함한 다양한 상태와 손상을 치료하는 데 사용됩니다.
관절경 수술의 발생률은 지난 20년 동안 증가했으며 관절경 면도기 시스템은 널리 사용되는 정형외과 기구가 되었습니다.현재 외과의는 외과의의 선호도에 따라 십자인대 재건술, 반월상연골 재건술, 골연골 이식, 고관절 관절경 및 후관절 관절경을 포함하여 외과의가 사용할 수 있는 다양한 옵션을 가지고 있습니다1.관절경 수술 절차가 더 많은 관절로 확장됨에 따라 의사는 활막 관절을 검사하고 이전에는 상상할 수 없었던 방식으로 환자를 외과적으로 치료할 수 있습니다.동시에 다른 도구도 개발되었습니다.일반적으로 제어 장치, 강력한 모터가 있는 핸드피스 및 절단 도구로 구성됩니다.해부 기구는 동시적이고 지속적인 흡입 및 괴사조직 제거를 허용합니다6.
관절경 수술의 복잡성으로 인해 종종 여러 기구가 필요합니다.관절경 수술에 사용되는 주요 수술 기구로는 관절경, 탐침 가위, 펀치, 집게, 관절경 칼, 반월판 및 면도기, 전기 수술 기구, 레이저, 고주파 기구 및 기타 기구가 있습니다.
면도기는 수술에서 중요한 도구입니다.관절경 수술 플라이어에는 두 가지 주요 원칙이 있습니다.첫 번째는 관절 내 병변과 염증 매개체를 제거하기 위해 관절을 흡입하고 풍부한 식염수로 씻어내어 느슨한 몸체와 떠 다니는 관절 연골을 포함한 퇴행성 연골의 잔해를 제거하는 것입니다.다른 하나는 연골하골에서 분리된 관절연골을 제거하고 마모된 연골 결손을 복구하는 것입니다.찢어진 반월상연골을 절제하고 닳고 부서진 반월상연골을 형성합니다.면도기는 증식 및 두꺼워짐과 같은 염증성 활막 조직의 일부 또는 전부를 제거하는 데에도 사용됩니다1.
대부분의 최소 침습 메스에는 속이 빈 외부 캐뉼라와 속이 빈 내부 튜브가 있는 절단 부분이 있습니다.그들은 거의 절삭 날을 위한 8개의 톱니 모양을 가지고 있지 않습니다.다양한 블레이드 팁은 면도기에 다양한 수준의 절단력을 제공합니다.기존의 관절경 면도날은 세 가지 범주로 나뉩니다(그림 1). (a) 부드러운 내부 및 외부 튜브;(b) 매끄러운 외부 튜브 및 톱니 모양의 내부 튜브;(c) 톱니 모양(면도날일 수 있음)) 내부 및 외부 튜브.9. 연조직에 대한 선명도가 증가합니다.동일한 사양의 톱의 평균 피크 힘과 절단 효율은 10 플랫 바보다 낫습니다.
그러나 현재 사용 가능한 관절경 면도기에는 여러 가지 문제가 있습니다.첫째, 날이 충분히 날카롭지 않고 연조직을 절단할 때 차단하기 쉽습니다.둘째, 면도칼은 부드러운 윤활 조직만 절단할 수 있습니다. 의사는 뼈를 연마하기 위해 버를 사용해야 합니다.따라서 작업 중 블레이드를 자주 교체해야 하므로 작업 시간이 늘어납니다.절단 손상 및 면도기 마모도 일반적인 문제입니다.정밀 가공과 정도 제어는 실제로 하나의 평가 지표를 형성했습니다.
첫 번째 문제는 내부 면도날과 외부 면도날 사이의 과도한 간격으로 인해 면도날이 충분히 매끄럽지 않다는 것입니다.두 번째 문제에 대한 해결책은 면도날의 각도를 높이고 구성 재료의 강도를 높이는 것일 수 있습니다.
이중 톱니 모양의 날이 있는 새로운 BJKMC 관절 경 면도기는 무딘 절단면, 쉬운 막힘 및 빠른 도구 마모 문제를 해결할 수 있습니다.새로운 BJKMC 면도기 디자인의 실용성을 테스트하기 위해 Dyonics◊의 Incisor◊ Plus Blade와 비교했습니다.
새로운 관절경 면도기는 스테인레스 스틸 외부 슬리브와 외부 슬리브와 내부 튜브에 일치하는 흡입 및 절단 포트가 있는 회전 중공 내부 튜브를 포함하는 튜브-인-튜브 디자인을 특징으로 합니다.내부 및 외부 케이싱에 노치가 있습니다.작동 중에 전원 시스템으로 인해 내부 튜브가 회전하고 외부 튜브가 치아와 맞물려 절단과 상호 작용합니다.완성된 조직 절개와 느슨한 몸체는 속이 빈 내부 튜브를 통해 관절에서 제거됩니다.절단 성능과 효율성을 향상시키기 위해 오목한 톱니 구조를 선택했습니다.레이저 용접은 복합 부품에 사용됩니다.기존의 이중 치아 면도 헤드의 구조는 그림 2에 나와 있습니다.
일반적으로 관절경 면도기의 앞쪽 끝의 외경은 뒤쪽 끝보다 약간 작습니다.절단 창의 끝과 가장자리가 모두 씻겨 나가 관절 표면을 손상시키므로 면도기를 관절 공간으로 강제로 밀어넣어서는 안 됩니다.또한 면도기 창의 너비도 충분히 커야 합니다.창이 넓을수록 면도기가 더 잘 자르고 빨며, 창 막힘을 더 잘 방지합니다.
절삭력에 대한 톱니 프로파일의 영향에 대해 논의하십시오.면도기의 3D 모델은 SolidWorks 소프트웨어(SolidWorks 2016, SolidWorks Corp., Massachusetts, USA)를 사용하여 생성되었습니다.맞물림 및 응력 분석을 위해 치형이 다른 외부 쉘 모델을 유한 요소 프로그램(ANSYS Workbench 16.0, ANSYS Inc., USA)으로 가져왔습니다.재료의 기계적 특성(탄성 계수 및 푸아송비)은 표에 나와 있습니다.1. 연조직에 사용된 메쉬 밀도는 0.05mm이고 연조직과 접촉하는 11개의 평면면을 다듬었습니다(그림 3a).전체 모델에는 40,522개의 노드와 45,449개의 메시가 있습니다.경계 조건 설정에서 우리는 연조직의 4면에 주어진 6 자유도를 완전히 구속하고 면도날은 x축을 중심으로 20° 회전합니다(그림 3b).
3가지 면도기 모델의 분석(그림 4)은 구조적 급격한 변화에서 최대 응력 지점이 발생하며 이는 기계적 특성과 일치함을 보여주었습니다.면도기는 일회용 도구4이며 한 번 사용하는 동안 면도날이 파손될 위험이 거의 없습니다.따라서 우리는 주로 절단 능력에 중점을 둡니다.연조직에 작용하는 최대 등가 응력은 이 특성을 반영할 수 있습니다.동일한 작동 조건에서 최대 등가 응력이 가장 클 때 절단 특성이 가장 좋은 것으로 예비적으로 간주됩니다.연조직 응력 측면에서 60° 치아 프로파일 면도기는 최대 연조직 전단 응력(39.213MPa)을 생성했습니다.
서로 다른 치아 프로파일을 가진 면도기 덮개가 연조직을 절단할 때 면도기와 연조직 응력 분포: (a) 50° 치아 프로파일, (b) 60° 치아 프로파일, (c) 70° 치아 프로파일.
새로운 BJKMC 블레이드의 설계를 정당화하기 위해 동일한 성능을 가진 동등한 Dyonics◊ Incisor◊ Plus 블레이드(그림 5)와 비교했습니다.각 제품의 세 가지 동일한 유형이 모든 실험에 사용되었습니다.사용된 모든 면도기는 새롭고 손상되지 않았습니다.
면도기 성능에 영향을 미치는 요인에는 블레이드의 경도와 두께, 금속 튜브의 거칠기, 치아의 윤곽과 각도가 포함됩니다.치아의 윤곽과 각도를 측정하기 위해 해상도가 0.001mm인 윤곽 투영기를 선택했습니다(Starrett 400 시리즈, 그림 6).실험에서 면도 헤드는 작업대에 놓였습니다.프로젝션 스크린의 십자선을 기준으로 치아 프로필과 각도를 측정하고 두 선 사이의 차이로 마이크로미터를 사용하여 측정을 결정합니다.실제 치아 프로필 크기는 선택한 대물렌즈의 배율로 나누어서 얻습니다.톱니 각도를 측정하려면 측정된 각도의 양쪽에 있는 고정점을 빗금친 화면의 하위 선 교차점에 정렬하고 표의 각도 커서를 사용하여 판독값을 가져옵니다.
이 실험을 반복하여 작동 길이(내부 및 외부 튜브), 전방 및 후방 외경, 창 길이 및 너비, 치아 높이의 주요 치수를 측정했습니다.
핀 포인터로 표면 거칠기를 확인하십시오.도구의 팁은 처리된 곡물의 방향에 수직으로 샘플 위로 수평으로 이동합니다.평균 거칠기 Ra는 기기에서 직접 얻습니다.무화과에.도 7은 바늘이 있는 기구(Mitutoyo SJ-310)를 나타낸다.
면도날의 경도는 Vickers 경도 테스트 ISO 6507-1:20055에 따라 측정됩니다.다이아몬드 인덴터는 특정 시험력 하에서 주어진 시간 동안 샘플 표면에 압입됩니다.그런 다음 압자를 제거한 후 압흔의 대각선 길이를 측정했습니다.비커스 경도는 압흔의 표면적에 대한 테스트 힘의 비율에 비례합니다.
쉐이빙 헤드의 벽 두께는 0.01mm의 정확도와 약 0-200mm의 측정 범위로 원통형 볼 헤드를 삽입하여 측정됩니다.벽 두께는 공구의 외경과 내경의 차이로 정의됩니다.두께 측정을 위한 실험 절차는 그림 8에 나와 있습니다.
BJKMC 면도기의 구조적 성능을 동일 사양의 Dyonics◊ 면도기와 비교하였다.제품의 각 부분에 대한 성능 데이터를 측정하고 비교합니다.치수 데이터를 기반으로 두 제품의 절단 기능을 예측할 수 있습니다.두 제품 모두 우수한 구조적 특성을 가지고 있어 모든 측면에서 전기 전도도에 대한 비교 분석이 여전히 필요합니다.
각도 실험에 따른 결과는 Table 2와 Table 3과 같다. 두 제품의 옆면 각도 데이터의 평균과 표준편차는 통계적으로 차이가 없었다.
그림 9는 두 제품의 몇 가지 주요 매개변수를 비교한 것입니다. 내부 및 외부 튜브 너비와 길이 측면에서 Dyonics◊ 내부 및 외부 튜브 창은 BJKMC보다 약간 더 길고 넓습니다.이것은 Dyonics◊가 더 많은 절단 공간을 가질 수 있고 튜브가 막힐 가능성이 적다는 것을 의미합니다.두 제품은 다른 측면에서 통계적으로 다르지 않았습니다.
BJKMC 면도기의 부품은 레이저 용접으로 연결됩니다.따라서 용접부에 외부 압력이 가해지지 않습니다.용접할 부품은 열 응력이나 열 변형을 받지 않습니다.용접부가 좁고 용입이 크며 용접부의 기계적 강도가 높고 진동이 강하며 내충격성이 높다.레이저 용접 부품은 조립 시 매우 안정적입니다14,15.
표면 거칠기는 표면 질감의 척도입니다.물체와 환경 사이의 상호 작용을 결정하는 측정 표면의 고주파 및 단파 구성 요소가 고려됩니다.내부 나이프의 외부 슬리브와 내부 튜브의 내부 표면은 면도기의 주요 작업 표면입니다.두 표면의 거칠기를 줄이면 면도기의 마모를 효과적으로 줄이고 성능을 향상시킬 수 있습니다.
두 개의 금속 튜브의 내부 블레이드의 내부 및 외부 표면뿐만 아니라 외부 쉘의 표면 거칠기가 실험적으로 얻어졌습니다.평균값은 그림 10에 나와 있습니다. 외피의 내부 표면과 내부 나이프의 외부 표면이 주요 작업 표면입니다.칼집 내면과 BJKMC 내칼 외면의 조도는 유사 Dyonics◊ 제품(동사양)보다 낮습니다.이는 BJKMC 제품이 절단 성능 측면에서 만족스러운 결과를 얻을 수 있음을 의미합니다.
면도날 경도 테스트에 따르면 두 그룹의 면도날에 대한 실험 데이터가 그림 11에 나와 있습니다. 대부분의 관절경 면도기는 면도날에 필요한 높은 강도, 인성 및 연성으로 인해 오스테나이트계 스테인리스강으로 만들어집니다.그러나 BJKMC 면도 헤드는 1RK91 마르텐사이트계 스테인리스 스틸로 제작됩니다.마르텐사이트계 스테인리스강은 오스테나이트계 스테인리스강17보다 강도와 인성이 더 높습니다.BJKMC 제품의 화학 성분은 단조 공정에서 S46910(ASTM-F899 수술 기구)의 요구 사항을 충족합니다.이 물질은 세포 독성에 대해 테스트되었으며 의료 기기에 널리 사용됩니다.
유한요소해석 결과에서 면도날의 응력집중이 주로 치형에 집중되어 있음을 알 수 있다.IRK91은 상온과 고온 모두에서 인성이 높고 인장 강도가 우수한 고강도 슈퍼마텐자이트 스테인리스강입니다.실온에서의 인장강도는 2000MPa 이상에 달할 수 있으며, 유한요소해석에 따른 최대 응력값은 약 130MPa로 재료의 파단한계와는 거리가 멀다.우리는 블레이드 파손의 위험이 매우 적다고 믿습니다.
면도날의 두께는 면도기의 절단 능력에 직접적인 영향을 미칩니다.벽 두께가 얇을수록 절단 성능이 향상됩니다.새로운 BJKMC 면도기는 마주보는 두 개의 회전 막대의 벽 두께를 최소화하고 헤드는 Dyonics◊의 면도기보다 얇은 벽을 가지고 있습니다.칼날이 얇을수록 팁의 절단력이 높아질 수 있습니다.
표 4의 데이터는 압축-회전 벽 두께 측정 방법으로 측정된 BJKMC 면도기의 벽 두께가 동일한 사양의 Dyonics◊ 면도기보다 작다는 것을 보여준다.
비교 실험에 따르면 새로운 BJKMC 관절경 면도기는 유사한 Dyonics◊ 모델과 뚜렷한 디자인 차이를 보이지 않았습니다.재료 특성 면에서 Dyonics◊ Incisor◊ Plus 인서트에 비해 BJKMC 이중 치아 인서트는 작업 표면이 더 매끄럽고 팁이 더 단단하고 얇습니다.따라서 BJKMC 제품은 수술에 만족스럽게 작용할 수 있습니다.이 연구는 전향적으로 설계되었으며 특정 성능은 후속 실험에서 테스트해야 합니다.
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이 연구는 공공, 상업 또는 비영리 부문의 자금 지원 기관으로부터 특정 자금을 지원받지 않았습니다.
2000년 중화인민공화국 상하이 윈공로 516호 상하이 공과대학 의료기기 및 식품공학부 93