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A incidência de cirurgia artroscópica aumentou nas últimas duas décadas, e os sistemas de shaver artroscópicos tornaram-se um instrumento ortopédico amplamente utilizado.No entanto, a maioria das navalhas geralmente não é afiada o suficiente, fácil de usar e assim por diante.O objetivo deste artigo é investigar as características estruturais da nova lâmina serrilhada dupla da navalha artroscópica BJKMC (Bojin◊ Kinetic Medical).Fornece uma visão geral do processo de design e validação do produto.A navalha artroscópica BJKMC apresenta um design de tubo em tubo, consistindo de uma manga externa de aço inoxidável e um tubo interno oco rotativo.O invólucro externo e o invólucro interno têm portas de sucção e corte correspondentes, e há entalhes nos invólucros interno e externo.Para justificar o design, ele foi comparado a um inserto Dyonics◊ Incisor◊ Plus.Aparência, dureza da ferramenta, rugosidade do tubo de metal, espessura da parede da ferramenta, perfil do dente, ângulo, estrutura geral, dimensões críticas, etc. foram verificados e comparados.superfície de trabalho e uma ponta mais dura e mais fina.Portanto, os produtos BJKMC podem funcionar satisfatoriamente na cirurgia.
Uma articulação no corpo humano é uma forma de conexão indireta entre os ossos.Eles são uma estrutura complexa e estável que desempenha um papel importante em nossa vida diária.Algumas doenças alteram a distribuição de carga na articulação, resultando em limitação funcional e perda de função1.A cirurgia ortopédica tradicional é difícil de tratar com precisão minimamente invasiva, e o período de recuperação após o tratamento é longo.A cirurgia artroscópica é um procedimento minimamente invasivo que requer apenas uma pequena incisão, causa menos trauma e cicatrizes, tem um tempo de recuperação mais rápido e menos complicações.Com o desenvolvimento de dispositivos médicos, técnicas cirúrgicas minimamente invasivas tornaram-se gradualmente um procedimento de rotina para diagnóstico e tratamento ortopédico.Logo após a primeira cirurgia artroscópica do joelho, foi oficialmente adotada como técnica cirúrgica por Kenji Takagi e Masaki Watanabe no Japão2,3.A artroscopia e a endoprótese são dois dos avanços mais importantes da ortopedia4.Hoje, a cirurgia artroscópica minimamente invasiva é usada para tratar uma variedade de condições e lesões, incluindo osteoartrite, lesões meniscais, lesões do ligamento cruzado anterior e posterior, sinovite, fraturas intra-articulares, subluxação patelar, cartilagem e lesões de corpo solto.
A incidência de cirurgia artroscópica aumentou nas últimas duas décadas, e os sistemas de shaver artroscópicos tornaram-se um instrumento ortopédico amplamente utilizado.Atualmente, os cirurgiões têm uma variedade de opções disponíveis para os cirurgiões, incluindo reconstrução do ligamento cruzado, reparo do menisco, enxerto osteocondral, artroscopia do quadril e artroscopia da articulação facetária, dependendo da preferência do cirurgião1.À medida que os procedimentos cirúrgicos artroscópicos se expandem para mais articulações, os médicos podem examinar as articulações sinoviais e tratar cirurgicamente os pacientes de maneiras anteriormente inimagináveis.Ao mesmo tempo, outras ferramentas foram desenvolvidas.Eles geralmente consistem em uma unidade de controle, uma peça de mão com um motor potente e uma ferramenta de corte.O instrumento de dissecção permite sucção e desbridamento simultâneos e contínuos6.
Devido à complexidade da cirurgia artroscópica, muitas vezes são necessários vários instrumentos.Os principais instrumentos cirúrgicos utilizados na cirurgia artroscópica incluem artroscópios, tesouras de sonda, punções, pinças, facas artroscópicas, lâminas e navalhas de menisco, instrumentos eletrocirúrgicos, lasers, instrumentos de radiofrequência e outros instrumentos 7.
A navalha é uma ferramenta importante na cirurgia.Existem dois princípios principais de alicate de cirurgia artroscópica.A primeira é remover restos de cartilagem degenerada, incluindo corpos soltos e cartilagem articular flutuante, aspirando e lavando a articulação com solução salina abundante para remover lesões intra-articulares e mediadores inflamatórios.A outra é remover a cartilagem articular separada do osso subcondral e reparar o defeito da cartilagem desgastada.O menisco rasgado é extirpado e um menisco desgastado e quebrado é formado.Navalhas também são usadas para remover parte ou todo o tecido sinovial inflamatório, como hiperplasia e espessamento1.
A maioria dos bisturis minimamente invasivos tem uma seção de corte com uma cânula externa oca e um tubo interno oco.Eles raramente têm 8 dentes serrilhados para uma aresta de corte.Diferentes pontas de lâmina fornecem diferentes níveis de poder de corte para a navalha.Os dentes de barbear artroscópicos convencionais se enquadram em três categorias (Figura 1): (a) tubos internos e externos lisos;(b) tubos externos lisos e tubos internos serrilhados;(c) serrilhado (que pode ser uma lâmina de barbear)) tubos internos e externos.9. Sua nitidez para aumentos de tecidos moles.A força de pico média e a eficiência de corte de uma serra da mesma especificação são melhores do que uma barra chata de 10.
No entanto, existem vários problemas com os barbeadores artroscópicos atualmente disponíveis.Primeiro, a lâmina não é afiada o suficiente e é fácil bloqueá-la ao cortar tecidos moles.Em segundo lugar, uma navalha só pode cortar o tecido sinovial mole - o médico deve usar uma broca para polir o osso.Portanto, as lâminas precisam ser trocadas frequentemente durante a operação, o que aumenta o tempo de operação.Danos de corte e desgaste da navalha também são problemas comuns.A usinagem de precisão e o controle de precisão realmente formaram um único índice de avaliação.
O primeiro problema é que a lâmina de barbear não é lisa o suficiente devido ao espaço excessivo entre as lâminas interna e externa.A solução para o segundo problema pode ser aumentar o ângulo da lâmina de barbear e aumentar a resistência do material de construção.
A nova navalha artroscópica BJKMC com lâmina serrilhada dupla pode resolver os problemas de arestas de corte rombas, entupimento fácil e desgaste rápido da ferramenta.Para testar a praticidade do novo design do aparelho de barbear BJKMC, ele foi comparado com o equivalente da Dyonics◊, o Incisor◊ Plus Blade.
A nova navalha artroscópica apresenta um design de tubo em tubo, incluindo uma luva externa de aço inoxidável e um tubo interno oco rotativo com sucção correspondente e portas de corte na luva externa e no tubo interno.Os invólucros interno e externo são entalhados.Durante a operação, o sistema de energia faz com que o tubo interno gire e o tubo externo morda os dentes, interagindo com o corte.A incisão completa do tecido e os corpos soltos são removidos da articulação através de um tubo interno oco.Para melhorar o desempenho e eficiência do corte, uma estrutura de dente côncava foi escolhida.A soldagem a laser é usada para peças compostas.A estrutura de uma cabeça de corte de dente duplo convencional é mostrada na Figura 2.
Em geral, o diâmetro externo da extremidade anterior do barbeador artroscópico é ligeiramente menor do que a extremidade posterior.A navalha não deve ser forçada no espaço articular, porque tanto a ponta quanto a borda da janela de corte são lavadas e danificam a superfície articular.Além disso, a largura da janela do barbeador deve ser grande o suficiente.Quanto mais larga a janela, mais organizado o barbeador corta e suga, e melhor evita o entupimento da janela.
Discuta o efeito do perfil do dente na força de corte.O modelo 3D da navalha foi criado usando o software SolidWorks (SolidWorks 2016, SolidWorks Corp., Massachusetts, EUA).Os modelos de casca externa com diferentes perfis de dentes foram importados para o programa de elementos finitos (ANSYS Workbench 16.0, ANSYS Inc., EUA) para geração de malhas e análise de tensões.As propriedades mecânicas (módulo de elasticidade e razão de Poisson) dos materiais são dadas na Tabela.1. A densidade da malha usada para tecidos moles foi de 0,05 mm, e refinamos 11 faces planas em contato com tecidos moles (Fig. 3a).O modelo inteiro tem 40.522 nós e 45.449 malhas.Nas configurações de condição de limite, restringimos totalmente os 6 graus de liberdade dados aos 4 lados dos tecidos moles e a lâmina de barbear é girada 20° em torno do eixo x (Fig. 3b).
Uma análise de três modelos de navalha (Fig. 4) mostrou que o ponto de tensão máxima ocorre em uma mudança estrutural abrupta, o que é consistente com as propriedades mecânicas.A navalha é uma ferramenta descartável4 e há pouco risco de quebra da lâmina durante o uso único.Portanto, nos concentramos principalmente em sua capacidade de corte.A máxima tensão equivalente atuando nos tecidos moles pode refletir essa característica.Nas mesmas condições de operação, quando a tensão máxima equivalente é a maior, considera-se preliminarmente que suas propriedades de corte são as melhores.Em termos de estresse dos tecidos moles, a navalha de perfil de dente de 60° produziu o máximo estresse de cisalhamento dos tecidos moles (39,213 MPa).
Shaver e distribuição de tensão nos tecidos moles quando lâminas de barbear com diferentes perfis de dentes cortam tecidos moles: (a) perfil de dente de 50°, (b) perfil de dente de 60°, (c) perfil de dente de 70°.
Para justificar o design da nova lâmina BJKMC, ela foi comparada com uma lâmina Dyonics◊ Incisor◊ Plus equivalente (Fig. 5) que apresenta o mesmo desempenho.Três tipos idênticos de cada produto foram usados ​​em todos os experimentos.Todas as lâminas usadas são novas e sem danos.
Os fatores que afetam o desempenho do barbeador incluem a dureza e a espessura da lâmina, a aspereza do tubo de metal e o perfil e o ângulo do dente.Para medir os contornos e ângulos dos dentes, foi escolhido um projetor de contorno com resolução de 0,001 mm (Starrett série 400, Fig. 6).Em experimentos, as cabeças de corte foram colocadas em uma bancada.Meça o perfil do dente e o ângulo em relação ao retículo na tela de projeção e use um micrômetro como a diferença entre as duas linhas para determinar a medição.O tamanho real do perfil do dente é obtido dividindo-o pela ampliação da objetiva escolhida.Para medir um ângulo de dente, alinhe os pontos fixos em ambos os lados do ângulo medido com a interseção da sublinha na tela hachurada e use os cursores de ângulo na tabela para fazer as leituras.
Repetindo esse experimento, foram medidas as principais dimensões do comprimento de trabalho (tubos interno e externo), diâmetros externo anterior e posterior, comprimento e largura da janela e altura do dente.
Verifique a rugosidade da superfície com um apontador.A ponta da ferramenta é movida horizontalmente acima da amostra, perpendicular à direção do grão processado.A rugosidade média Ra é obtida diretamente do instrumento.Na fig.7 mostra um instrumento com uma agulha (Mitutoyo SJ-310).
A dureza das lâminas de barbear é medida de acordo com o teste de dureza Vickers ISO 6507-1:20055.O penetrador de diamante é pressionado na superfície da amostra por um determinado período de tempo sob uma determinada força de teste.Em seguida, o comprimento diagonal da indentação foi medido após a remoção do indentador.A dureza Vickers é proporcional à relação entre a força de teste e a área da superfície da impressão.
A espessura da parede da cabeça de corte é medida inserindo uma cabeça esférica cilíndrica com uma precisão de 0,01 mm e uma faixa de medição de aproximadamente 0-200 mm.A espessura da parede é definida como a diferença entre os diâmetros externo e interno da ferramenta.O procedimento experimental para medir a espessura é mostrado na Fig. 8.
O desempenho estrutural do barbeador BJKMC foi comparado com o de um barbeador Dyonics◊ com a mesma especificação.Os dados de desempenho para cada parte do produto são medidos e comparados.Com base nos dados dimensionais, as capacidades de corte de ambos os produtos são previsíveis.Ambos os produtos têm excelentes propriedades estruturais, ainda é necessária uma análise comparativa da condutividade elétrica de todos os lados.
De acordo com o experimento do ângulo, os resultados são mostrados na Tabela 2 e na Tabela 3. A média e o desvio padrão dos dados do ângulo do perfil para os dois produtos não foram estatisticamente diferentes.
Uma comparação de alguns parâmetros-chave dos dois produtos é mostrada na Figura 9. Em termos de largura e comprimento do tubo interno e externo, as janelas do tubo interno e externo Dyonics◊ são ligeiramente mais longas e largas do que as do BJKMC.Isso significa que o Dyonics◊ pode ter mais espaço para cortar e a tubulação tem menos probabilidade de entupir.Os dois produtos não diferiram estatisticamente em outros aspectos.
As partes da navalha BJKMC são conectadas por soldagem a laser.Portanto, não há pressão externa na solda.A peça a ser soldada não está sujeita a tensões térmicas ou deformações térmicas.A peça de soldagem é estreita, a penetração é grande, a resistência mecânica da peça de soldagem é alta, a vibração é forte, a resistência ao impacto é alta.Os componentes soldados a laser são altamente confiáveis ​​na montagem14,15.
A rugosidade da superfície é uma medida da textura de uma superfície.Os componentes de alta frequência e ondas curtas da superfície medida, que determinam a interação entre o objeto e seu ambiente, são considerados.A manga externa da faca interna e a superfície interna do tubo interno são as principais superfícies de trabalho da navalha.Reduzir a aspereza das duas superfícies pode efetivamente reduzir o desgaste da navalha e melhorar seu desempenho.
A rugosidade superficial da casca externa, bem como as superfícies interna e externa da lâmina interna de dois tubos metálicos, foi obtida experimentalmente.Seus valores médios são mostrados na Figura 10. A superfície interna da bainha externa e a superfície externa da faca interna são as principais superfícies de trabalho.A rugosidade da superfície interna da bainha e da superfície externa da faca interna BJKMC é menor do que produtos similares da Dyonics◊ (mesma especificação).Isso significa que os produtos BJKMC podem ter resultados satisfatórios em termos de desempenho de corte.
De acordo com o teste de dureza da lâmina, os dados experimentais de dois grupos de lâminas de barbear são mostrados na Figura 11. A maioria das lâminas artroscópicas é feita de aço inoxidável austenítico devido à alta resistência, tenacidade e ductilidade exigidas para lâminas de barbear.No entanto, as cabeças de corte BJKMC são feitas de aço inoxidável martensítico 1RK91.Os aços inoxidáveis ​​martensíticos têm maior resistência e tenacidade do que os aços inoxidáveis ​​austeníticos17.Os elementos químicos nos produtos BJKMC atendem aos requisitos do S46910 (ASTM-F899 Instrumentos Cirúrgicos) durante o processo de forjamento.O material foi testado quanto à citotoxicidade e é amplamente utilizado em dispositivos médicos.
Pode ser visto a partir dos resultados da análise de elementos finitos que a concentração de tensão da navalha está concentrada principalmente no perfil do dente.O IRK91 é um aço inoxidável supermartensítico de alta resistência com alta tenacidade e boa resistência à tração tanto em temperatura ambiente quanto em temperatura elevada.A resistência à tração em temperatura ambiente pode chegar a mais de 2000 MPa, e o valor máximo de tensão de acordo com a análise de elementos finitos é de cerca de 130 MPa, o que está longe do limite de fratura do material.Acreditamos que o risco de fratura da lâmina é muito pequeno.
A espessura da lâmina afeta diretamente a capacidade de corte da navalha.Quanto mais fina a espessura da parede, melhor o desempenho do corte.A nova navalha BJKMC minimiza a espessura da parede de duas barras rotativas opostas, e a cabeça tem uma parede mais fina do que suas contrapartes da Dyonics◊.Facas mais finas podem aumentar o poder de corte da ponta.
Os dados da Tabela 4 mostram que a espessura da parede do aparelho de barbear BJKMC medida pelo método de medição da espessura da parede por compressão-rotação é menor do que a do aparelho de barbear Dyonics◊ com a mesma especificação.
De acordo com experimentos comparativos, a nova navalha artroscópica BJKMC não apresentou diferenças óbvias de design em relação ao modelo Dyonics◊ semelhante.Em comparação com as pastilhas Dyonics◊ Incisor◊ Plus em termos de propriedades de material, as pastilhas de dente duplo BJKMC têm uma superfície de trabalho mais lisa e uma ponta mais dura e mais fina.Portanto, os produtos BJKMC podem funcionar satisfatoriamente na cirurgia.Este estudo foi projetado prospectivamente e o desempenho específico precisa ser testado em experimentos subsequentes.
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Este estudo não recebeu financiamento específico de nenhuma agência de financiamento nos setores público, comercial ou sem fins lucrativos.
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