多功能萬(wàn)向式牽開(kāi)器的改良與創(chuàng)新

王 暉，羅 琰

（1.河源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，廣東 河源 517000；2.河源市人民醫(yī)院，廣東 河源 517000）

多功能萬(wàn)向式牽開(kāi)器的改良與創(chuàng)新

王 暉1，羅 琰2

（1.河源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，廣東 河源 517000；2.河源市人民醫(yī)院，廣東 河源 517000）

針對(duì)目前臨床手術(shù)過(guò)程中傳統(tǒng)牽開(kāi)器操作存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)萬(wàn)向關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)手術(shù)爪柄的多角度多方向的機(jī)械臂指向；考慮手術(shù)操作者的操作習(xí)慣，創(chuàng)新該手術(shù)器械相關(guān)操作機(jī)構(gòu)，幫助操作者開(kāi)展手術(shù)。將爪柄頭設(shè)計(jì)為可拆卸式，配以多種功能部件，拓寬了器械使用范圍，提高了器械使用效率。

萬(wàn)向式；多功能；牽開(kāi)器；改良

牽開(kāi)器是臨床手術(shù)過(guò)程中為了張開(kāi)手術(shù)切口，保證手術(shù)部位顯露的一種手術(shù)器械[1]（如圖1（a））。目前傳統(tǒng)的外科手術(shù)方法，均需要實(shí)施相關(guān)組織切口操作，并使用牽開(kāi)器及拉鉤等手術(shù)器械對(duì)切口進(jìn)行機(jī)械張開(kāi)，以便暴露手術(shù)部位。由于牽開(kāi)器自身結(jié)構(gòu)的局限性，目前在臨床上使用的牽開(kāi)器僅能實(shí)現(xiàn)向兩邊撐開(kāi)切口組織，或探入切口內(nèi)部的作用，并需與拉鉤配合（如圖1（b）），才能有效地暴露手術(shù)視野。傳統(tǒng)的操作處理方法一直沿用的是先采用牽開(kāi)器簡(jiǎn)單張開(kāi)，再使用人工拉鉤牽開(kāi)的方法，由于人工牽拉受力不均，時(shí)緊時(shí)松，即影響手術(shù)部位的顯露，不利于手術(shù)操作，又容易造成術(shù)者疲勞，不利于防止交叉感染。同時(shí)，由于需要使用拉鉤配合，手術(shù)常常需要多個(gè)術(shù)者才能完成，嚴(yán)重地影響了手術(shù)效率[2]。

圖1 傳統(tǒng)牽開(kāi)器及其使用示意

目前針對(duì)上述的相關(guān)問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外科研人員已開(kāi)展了對(duì)牽開(kāi)器結(jié)構(gòu)的多次改良，實(shí)現(xiàn)新的方位的拓展，但是，如果不能利用簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)多個(gè)角度的移動(dòng)，僅僅只是在幾個(gè)方向上的拓展，那是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。而目前，這還是空白[3]。因此，利用相關(guān)穩(wěn)定可靠的機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)爪柄部位的多角度多方位轉(zhuǎn)動(dòng)，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義；同時(shí)，若結(jié)合人體工程學(xué)原理，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的便捷操作，其意義將更加深遠(yuǎn)。本文詳細(xì)地設(shè)計(jì)了一種多功能萬(wàn)向式的新型牽開(kāi)器機(jī)構(gòu)，并對(duì)該機(jī)構(gòu)核心部件設(shè)計(jì)實(shí)施闡述。

1 改進(jìn)分析及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 改進(jìn)分析

作為一個(gè)常用的醫(yī)療手術(shù)器械，牽開(kāi)器的種類(lèi)有很多，如椎板牽開(kāi)器、腹壁牽開(kāi)器、甲狀腺牽開(kāi)器、后顱凹牽開(kāi)器、上顱竇牽開(kāi)器、乳突牽開(kāi)器等[4]，但各類(lèi)型的牽開(kāi)器的結(jié)構(gòu)基本相似。若能夠?qū)崟r(shí)的通過(guò)自身位置的調(diào)整來(lái)獲得所需要的手術(shù)視野，暴露手術(shù)部位，在手術(shù)切口張開(kāi)的過(guò)程中，術(shù)者將能夠自由調(diào)整牽開(kāi)器相關(guān)構(gòu)件角度，而不再需要或減少需要拉鉤，從而提高手術(shù)效率，減小傷患創(chuàng)傷面，避免器械的交叉感染。

同時(shí)，由于不同種類(lèi)的牽開(kāi)器，其大部分結(jié)構(gòu)是類(lèi)似的，其主要不同點(diǎn)在于該器械的爪柄部位的形狀存在差異，若將不同種類(lèi)牽開(kāi)器共有部分做成通用件，配以不同功能的可更換部件，可有效拓展器械的使用范圍。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

所設(shè)計(jì)的多功能萬(wàn)向式牽開(kāi)器結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2 相關(guān)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

在該器械的設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要針對(duì)萬(wàn)向關(guān)節(jié)、方形卡槽、導(dǎo)向手柄及擰緊螺釘實(shí)施了尺寸設(shè)計(jì)，由于牽開(kāi)器的型號(hào)很多，我們選取具有代表性的甲狀腺牽開(kāi)器作為改造對(duì)象，其相關(guān)部分設(shè)計(jì)如下。

圖2 多功能萬(wàn)向式牽開(kāi)器結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 萬(wàn)向關(guān)節(jié)及螺釘鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

參照人體關(guān)節(jié)的生理結(jié)構(gòu)，將爪柄設(shè)計(jì)為兩個(gè)部分，其中一部分為關(guān)節(jié)頭部分，一部分為關(guān)節(jié)窩部分，關(guān)節(jié)頭部分卡入關(guān)節(jié)窩內(nèi)部，由于相互之間的接觸面為圓形，因此關(guān)節(jié)頭部能夠在關(guān)節(jié)窩內(nèi)繞圓心進(jìn)行滑動(dòng)，如圖3所示。

圖3 萬(wàn)向關(guān)節(jié)原理示意圖

由于關(guān)節(jié)頭與關(guān)節(jié)窩之間的相對(duì)穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)關(guān)系，因此兩者的相互配合可使該機(jī)構(gòu)關(guān)節(jié)頭所連部分在一定的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)自由角度的旋轉(zhuǎn)，再者，根據(jù)術(shù)者操作的視界范圍測(cè)算，在無(wú)影燈下，若配合90°鉸鏈節(jié)點(diǎn)，其關(guān)節(jié)頭在關(guān)節(jié)窩內(nèi)在爪齒方向?qū)崿F(xiàn)30°圓錐面旋轉(zhuǎn)可滿足手術(shù)視野調(diào)整要求，其如圖4所示。

圖4 旋轉(zhuǎn)角度及鉸鏈節(jié)點(diǎn)示意

萬(wàn)向關(guān)節(jié)在實(shí)際使用過(guò)程中時(shí)刻受到手術(shù)切口周邊肌肉纖維組織的擠壓和扭轉(zhuǎn)力，因此在進(jìn)行了實(shí)時(shí)的爪齒方位調(diào)整后，應(yīng)實(shí)施有效的機(jī)構(gòu)鎖緊。該部分機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)采取措施如下（如圖5）：

（1）萬(wàn)向關(guān)節(jié)頭與關(guān)節(jié)窩配合，保證在手術(shù)過(guò)程中，人體組織液及血液不能滲入，因此，采用H7/g6的尺寸配合，左右關(guān)節(jié)窩連接縫隙≤0.02mm，保證足夠的運(yùn)動(dòng)性的同時(shí)又不具備過(guò)大的間隙；

（2）關(guān)節(jié)窩采用兩瓣式結(jié)構(gòu)，并采用三角式鉚釘聯(lián)接，便于生產(chǎn)加工，也有利于關(guān)節(jié)頭的安裝及鎖緊螺釘孔的加工。

（3）為了有效地鎖住關(guān)節(jié)頭任意方向的自由度，采用了在關(guān)節(jié)頭底部螺釘鎖緊的方式，將螺釘帽藏于關(guān)節(jié)窩支架中，能有效結(jié)合術(shù)者擰緊的習(xí)慣性動(dòng)作，并防止螺釘?shù)袈淙梭w，引發(fā)醫(yī)療事故。

圖5 螺釘鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2 方形卡槽與導(dǎo)向手柄機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

利用卡槽及楔塊實(shí)現(xiàn)不同功能模塊替換與裝夾。采用卡槽定位，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單有效。針對(duì)爪柄形狀特點(diǎn)，采用側(cè)向方形卡槽設(shè)計(jì)，有效防止爪柄頭在手術(shù)過(guò)程中的上下移動(dòng)；同時(shí)，在卡槽端部設(shè)計(jì)楔形結(jié)構(gòu)，配合雙螺釘緊固，其產(chǎn)生力偶可有效防止爪柄頭的側(cè)向位移[5]。其如圖2、圖3所示。

圖6 卡槽定位示意圖

由于在手術(shù)過(guò)程中，術(shù)者需配帶橡膠手套，隨著手術(shù)的進(jìn)行，術(shù)者手套上常沾上血污，造成術(shù)者在操作細(xì)小部件及器械的過(guò)程中容易滑手，造成不必要的誤操作。同時(shí)，考慮到牽開(kāi)器有各種尺寸型號(hào)，一些小尺寸型號(hào)的牽開(kāi)器，如：甲狀腺牽開(kāi)器，其爪柄過(guò)短，若需要在使用過(guò)程中對(duì)爪齒位置進(jìn)行調(diào)整，需要非常大的力氣。綜合上述因素，利用杠杠原理的特點(diǎn)，通過(guò)增長(zhǎng)力臂，以保證扭動(dòng)爪柄的力矩可以在較小的力的作用下獲得，從而輕松快捷的實(shí)現(xiàn)動(dòng)作[6]。其原理公式為：

以常用的甲狀腺牽開(kāi)器尺寸為例，結(jié)合人體工程學(xué)，將相關(guān)調(diào)整力控制在人體舒適的范圍內(nèi)，測(cè)算繪制正態(tài)分布曲線圖，得到相關(guān)杠桿零件：導(dǎo)向手柄，其設(shè)計(jì)如圖7所示。

圖7 導(dǎo)向手柄設(shè)計(jì)示意圖

在該部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中主要考慮：

（1）爪柄頭與活動(dòng)爪柄座方形卡槽尺寸及楔形角必須提供爪柄頭在工作中的足夠支撐力，其裝配螺釘尺寸為M1，楔形角10°；

（2）測(cè)試導(dǎo)向手柄所受力矩，結(jié)合人體受力舒適度，設(shè)計(jì)導(dǎo)向手柄形狀尺寸，有效測(cè)算該手術(shù)器械工作過(guò)程中所受身體組織肌纖維的擠壓力和扭轉(zhuǎn)力范圍。設(shè)計(jì)擰緊螺釘尺寸與鎖緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)，其擰緊螺釘尺寸為M6，保證力矩、力偶的平衡抗力。

2.3 防滑機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

有效利用摩擦阻尼實(shí)現(xiàn)防滑處理。手術(shù)過(guò)程中病患處的組織液及血污容易造成術(shù)者在萬(wàn)向關(guān)節(jié)鎖緊過(guò)程及掰動(dòng)導(dǎo)向手柄過(guò)程中產(chǎn)生滑手現(xiàn)象，為了防止打滑，必須有效的增加術(shù)者手套與手術(shù)器械的摩擦力。利用機(jī)械制造中的滾花工藝，有效的增加相關(guān)物體之間的摩擦系數(shù)，在導(dǎo)向手柄末端及螺釘上部進(jìn)行處理，可有效增加摩擦阻尼，其相關(guān)設(shè)計(jì)如圖8。

圖8 滾花工藝及工藝位置

3 結(jié)束語(yǔ)

多功能萬(wàn)向式牽開(kāi)器在現(xiàn)各醫(yī)院常用牽開(kāi)器的基礎(chǔ)上開(kāi)展設(shè)備改良與創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了牽開(kāi)器爪柄的多角度多方位移動(dòng)和功能爪柄的多功能性，結(jié)合牽開(kāi)器的相關(guān)擺動(dòng)鉸鏈機(jī)構(gòu)，利用爪柄和柄頭替換，進(jìn)步體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

（1）通過(guò)爪柄的多角度移動(dòng)，為手術(shù)操作人員提供了更大的手術(shù)視野面，在手術(shù)過(guò)程中，可根據(jù)手術(shù)進(jìn)展實(shí)時(shí)的對(duì)該器械導(dǎo)向手柄進(jìn)行調(diào)控，更換手術(shù)視野，方便手術(shù)實(shí)施；

（2）由于實(shí)現(xiàn)了不同角度視野的方便快捷轉(zhuǎn)換，大大地減少了手術(shù)組織拉鉤在手術(shù)中的使用，使得原來(lái)需多名醫(yī)生協(xié)作完成的手術(shù)可由一人獨(dú)立完成，縮小了手術(shù)創(chuàng)傷面，提高了手術(shù)效率；

（3）采用可更換式爪柄頭，將牽開(kāi)器分為了通用手柄部分和專(zhuān)用爪柄頭部分，實(shí)現(xiàn)了牽開(kāi)器的標(biāo)準(zhǔn)化，通過(guò)更換不同的爪柄頭，可實(shí)施多種不同功能的切口組織張開(kāi)，拓展了器械使用范圍，提高了實(shí)用性，減少了手術(shù)器械投入，提高了手術(shù)器械使用率。

本器械機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)潔實(shí)用，便于操作，完全適用于醫(yī)療器械耐高溫、高腐蝕的操作環(huán)境，實(shí)用性顯著。其有效地解決了在手術(shù)切口張開(kāi)過(guò)程中沿用的人工拉鉤牽開(kāi)方法，避免了人工牽拉受力不均和時(shí)緊時(shí)松的不良手術(shù)操作；減少了拉鉤的使用數(shù)量，將原本需要多名術(shù)者合作的手術(shù)操作減為單人獨(dú)立操作；有效的防止了多種手術(shù)器械使用過(guò)程的交叉感染，減小手術(shù)創(chuàng)傷面。

[1]段志泉，沈文律，呂德成.外科學(xué)[M].北京:人民衛(wèi)生出版社，2001.

[2]吳在德，吳肇漢.外科學(xué)[M].北京:人民衛(wèi)生出版社，2003.

[3]鄒慧君.機(jī)械設(shè)計(jì)與研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2012（12）:11-33.

[4]顧維祖，張勝年，王 瑩，等.職業(yè)醫(yī)學(xué)進(jìn)展[M].北京:人民衛(wèi)生出版社，2012.

[5]陳傳勝，蔡余福，王賢虎.工程力學(xué)[J].合肥：安徽科學(xué)技術(shù)出版社，2010：4-22.

[6]呂仲文.機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

The Improvementofa Kind ofMultifunctionalUniversalRetractor

WANGHui1，LUOYan2
(1.Heyuan Polytechnic，College ofMechanicaland Electrical Engineering，Heyuan Guangdong 517000，China；2.People's HospitalofHeyuan，Heyuan Guangdong 517000，China)

In view of the present traditional retractor clinical operation process operation problems,design of the universal joint structure,mechanical arm to realizemulti angle operation claw handlemulti direction;consider operation operator's habits,related operation mechanism innovation of the operation instruments,help the operator to carry out operation.The claw handle head is designed into a detachable,matched with a variety of functional components,broaden the instrumentsusing range,improve equipmentefficiency.

universal；multilevel；retractor；mechanism design

TH777

B

1672-545X（2014）04-0036-03

2014-01-07

2013年河源市科技計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào):2013-119)

王 暉（1981—），男，江西信豐人，講師，高級(jí)技師，碩士，主要從事機(jī)械裝備設(shè)計(jì)與數(shù)控加工技術(shù)研究。