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自动调节肋式骨牵开器:温和的手术疗法。
这听起来虽然真的好像天方夜谭:目前在侵入性手术治疗中所使用某些器械早在20世纪30年代便已问世,并一直沿用至今,几乎没有任何改良。 在多数情况下,这类器械的确可满足其应用需要,但患者的康复却极为缓慢。这种情况在进行胸腔手术(例如心脏或肺部手术)时尤其常见。目 前主要有两种方法可将胸腔打开至医生可实施手术的程度:胸廓切开术(从肋间切入)和胸骨切开术(纵向切开胸骨)。实施胸廓切开术时,会 从两条肋骨之间切入。实施胸骨切开术时,外科医生会纵向锯开胸骨,以打开胸腔。在这两种情况下,外科医生都需要借助一个带手柄和止动爪的绞盘( 即牵开器)将肋骨或两块胸骨分开。但将肋骨分开需要很大的力量。

美国公司Physcient的研发团队发现,分开肋骨所需的力量大约等于患者的体重。这就是说,使用牵开器可能会导致骨折、神经压迫、关 节过度扩张以及韧带撕裂。并进而导致永久性术后伤害。位 于北卡罗莱纳州达勒姆市的Physcient公司研发出可显着降低因打开胸腔而导致的伤害的新技术。

Chuck Pell与Hugh Crenshaw共同创建了Physcient公司,前者解释说:“摆在我们面前的,是 两个必须解决的重要问题。一个问题是我们的牵开器不能大于目前手术室中所使用的器械。而另一个问题就是该器械要能承受频繁的消毒。”

Physcient正是以此为目标,研发推出了Assuage? Smart Retractor?,该 器械采用新型技术来解决这一长期疑难问题,而不需要改变外科手术方法。Pell补充说道:“我们两人的专业都是生物力学。因 此我们希望将我们学到的有关生物运动的知识运用到新型技术中。近来我们开始研究外科手术器械这一非常有趣的领域。目 前手术中所使用的大部分器械都发明于生物力学成为一个成熟的学科之前。”根据“国家心肺和血液研究所”的统计,每 年所进行的心脏手术已超过五十万例。如果再算上超过十万例的肺部 手术,那么对于高品质手术器械的需求就更为明显。目 前所使用的肋骨牵开器的设计之旧、所进行手术的数量之巨,直接导致了肋骨骨折案例的持续增加。

Crenshaw和Pell意识到过去对肋骨牵开器所需力量的研究甚少,因此组建了一个团队,专门测量所需力量和效果并开发可降低伤害的技术。骨 骼具有可观的延展性,可达到相当大的弯曲度才会折断。但是这也取决于牵开器的运动速度。肋骨在猛然弯曲的情况下极易折断,使 用手摇式牵开器时就常常出现这种情况。因为骨纤维需要一些时间才能伸展开来。自动调节式Assuage?肋骨牵开器带有内置传感器,可 快速识别到纤维不稳定的情况。这个信息将被反馈给仪器,这样仪器就能根据肌体组织的具体情况作出相应的反应。电 机的这种闭环反馈电路必须极为准确且绝对可靠,这样才能用于医疗仪器。

动作柔和的高转矩maxon电机

Physcient以maxon电机为基础构建了第一台原型机。对于电机的一个重要要求便是,即使在低转速情况下也必须保证无顿转运行。肋 骨牵开器必须要能温和平稳地运行,这样才能将对患者伤害降至最低。无刷直流电机可使用电池驱动,非常方便。通 过带传感器系统的内置控制系统可精确地控制牵开过程。Physcient专门选择了高转矩电机,以便能完成所需力量较大的任务。“ maxon提供的电机不但要提供医学史上最大的牵开力,而且还必须非常精确地工作,才能将对韧带和软组织的伤害降至最低”,Pell解释道。

maxon motor生产的电机范围广泛,直径从6 mm至90 mm不等,可用于各种不同的应用。通过电子换向可将电磁干扰降至最低。无 刷直流电机没有会磨损的机械刷,这一优点可保证较长的使用寿命。此外,高品质预载滚珠轴承更进一步地延长了电机使用寿命。

Physcient Assuage? Smart Retractor?的设计也充分考虑到骨骼和组织的物理特性。和 多数心胸外科领域内的研究项目一样,该产品也曾在猪只身上进行过实验,因为猪只的生物力学结构与人体的生物力学结构颇为相似。P hyscient团队设计出的原型机带有两排弯曲的金属钩,每排金属钩用来围住一条肋骨。在牵开器自动牵开肋骨的过程中,可 通过传感器信号来控制maxon电机,从而保证以温和的方式打开胸腔。实验证明,Physcient的牵开器可明显降低组织创伤并减轻疼痛。同 时也能使患者维持良好呼吸,康复时间也明显缩短。Assuage?的生产启动后,P hyscient的研发团队将继续致力于其它长期未得到改善的医疗器械的研究工作。

在医疗器械改进的过程中,Physcient公司始终着眼于患者的福利。公司也计划对所有外科手术器械进行自动化改进。Assuage? Smart Retractor?计划将于2013年投放市场。
  
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