腹腔鏡手術(shù)器械手柄改良設(shè)計(jì)

傅圣睿

摘要：腹腔鏡微創(chuàng)外科手術(shù)技術(shù)逐漸成熟，正在逐步取代很多開放式手術(shù)操作。腹腔鏡手術(shù)器械是完成腹腔鏡手術(shù)的關(guān)鍵器械，本文研究的腹腔鏡手術(shù)器械手柄，在使用過程中易對(duì)使用者手部造成不適。長(zhǎng)時(shí)間、高頻次的使用，會(huì)導(dǎo)致醫(yī)生手部疼痛、麻木，容易引起手部疲勞，形成累積性傷害。為了解決這一系列問題，本文結(jié)合人體工程學(xué)原理和臨床測(cè)試等方法，對(duì)現(xiàn)有的腹腔鏡手術(shù)器械手柄提出了改良和創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案，從而將增加手柄操作的便捷度和舒適度。經(jīng)過改良后的手柄除具有現(xiàn)有手柄的全部功能外，應(yīng)更符合人手操作習(xí)慣。

關(guān)鍵詞：腹腔鏡手術(shù)；腹腔鏡手術(shù)器械；手柄；人體工程學(xué)

中國(guó)分類號(hào)：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編碼：1672-7053（2018）03-0117-02

在上世紀(jì)90年代之前，醫(yī)生實(shí)施的很多手術(shù)都是必須打開病人的腹腔、胸腔等部位才能進(jìn)行治療。開放式外科手術(shù)相對(duì)其結(jié)果來說必然是創(chuàng)傷大，患者康復(fù)的速度比較緩慢，并會(huì)帶來一些相對(duì)的并發(fā)癥。而微創(chuàng)手術(shù)則具有創(chuàng)傷小、疼痛輕、恢復(fù)快的優(yōu)點(diǎn)。腹腔鏡手術(shù)就屬于微創(chuàng)手術(shù)的一種。腹腔鏡手術(shù)雖然有其優(yōu)點(diǎn)，也有其不足之處。由于醫(yī)生無法直接觀察到病變組織，只能通過腹腔鏡間接觀察，造成平面視野上有落差，從而造成操作上可能存在的誤差。同時(shí)，醫(yī)生需要長(zhǎng)期手持器械操作，從而帶來疲勞，故手術(shù)器械的易用和舒適對(duì)手術(shù)的順利進(jìn)行有著非常巨大的影響。腹腔鏡手術(shù)技術(shù)的發(fā)展，也帶來了手術(shù)器械的發(fā)展。

1 腹腔鏡手術(shù)器械手柄現(xiàn)狀

本文描述的一款腹腔鏡手術(shù)器械手柄，通過更換前端的分離鉗前桿、剪刀前桿、抓鉗前桿等手術(shù)器械，來滿足手術(shù)中不同功能的需求。根據(jù)使用臨床的反饋信息，產(chǎn)品存在一些缺陷，導(dǎo)致醫(yī)生操作過程時(shí)產(chǎn)生諸多不便。比如說，腹腔鏡手術(shù)器械手柄零部件較多，各零部件配合累計(jì)誤差較大，裝配完成后間隙較大，導(dǎo)致器械晃動(dòng)；撥盤較小，使用手指轉(zhuǎn)動(dòng)撥盤時(shí)諸多不便；電凝端子處材料較薄，導(dǎo)致材料斷裂；前后把手邊沿設(shè)計(jì)過于尖銳，握持時(shí)手感不夠舒適，給醫(yī)生操作帶來不適感等。

目前現(xiàn)有手柄的設(shè)計(jì)只支持單一傳統(tǒng)握持方式，長(zhǎng)時(shí)間的操作容易造成醫(yī)生的疲勞?，F(xiàn)有腹腔鏡手術(shù)器械手柄上的拆裝按鈕，在安裝前桿過程中，有極高的概率會(huì)產(chǎn)生誤操作，導(dǎo)致手術(shù)器械前桿無法安裝到位，醫(yī)生無法正常進(jìn)行器械的操作。而且現(xiàn)有手術(shù)器械前桿上也并無標(biāo)識(shí)，無法從外觀上確認(rèn)是否安裝到位，給醫(yī)生和護(hù)士造成困擾。前后手柄內(nèi)部構(gòu)造較為復(fù)雜，后手柄中還鑲有不銹鋼嵌件，在產(chǎn)品使用過后的清洗滅菌帶來了很大的不便。大量研究指出，腹腔鏡手術(shù)器械由于清洗、消毒不徹底而導(dǎo)致被細(xì)菌污染后容易引起交叉感染。由于手術(shù)器械設(shè)計(jì)上如有過深凹槽不易清理和滅菌，導(dǎo)致腔內(nèi)殘留物過高，清潔質(zhì)量較差，從而對(duì)器械滅菌效果產(chǎn)生影響，為手術(shù)質(zhì)量埋下隱患。手柄的各部分零部件雖能實(shí)現(xiàn)其基本功能，但仍有改進(jìn)空間。

2 手柄改良設(shè)計(jì)

2.1 握持方式改良建模設(shè)計(jì)

在改良設(shè)計(jì)中通過在手術(shù)器械手柄的后把手上，增加方便手掌虎口接觸的凸起筋設(shè)計(jì)，并將原先的手柄后把手指圉修改為朝內(nèi)設(shè)計(jì)，使后把手柄整個(gè)斜面作為手掌握持方式的接觸面。這種設(shè)計(jì)更適用于手掌握持驅(qū)動(dòng)操作的方式。使改良后的手柄，即可以采用傳統(tǒng)指圈握持方式操作，又可以采用拇指驅(qū)動(dòng)、手掌握持的方式操作。為醫(yī)生方便切換不同的握持方式操作器械，提供了可行性，從而降低使用疲勞度。

2.2 前桿安裝指示改良設(shè)計(jì)

通過在前桿鉗芯上增加一圉安裝標(biāo)識(shí)方式的設(shè)計(jì)，來提供是否正確安裝了前桿手術(shù)器械視覺判別的方法。如圖1所示，在前桿的塑料部分增加一圈紅色的標(biāo)識(shí)，當(dāng)前桿裝入至手柄內(nèi)部，紅色的標(biāo)識(shí)無法從外部看見時(shí)，說明此時(shí)前桿安裝正確。并且通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保證，只有在后手柄完全張開至前桿拆卸安裝的限位狀態(tài)下，前桿才能夠被正確裝入手柄。當(dāng)手柄不處于此限位狀態(tài)時(shí)，前桿是無法被正確裝入手柄內(nèi)孔的防呆設(shè)計(jì)。

2.3 手柄結(jié)構(gòu)改良設(shè)計(jì)

為了確保手柄的強(qiáng)度和耐用度，并且實(shí)現(xiàn)醫(yī)療器械易于滅菌和清理的需求，提出將手柄的零件結(jié)構(gòu)盡可能保持壁厚均勻的設(shè)計(jì)思路。首先，這種方法可以保證手柄零件在注塑過程中，產(chǎn)品質(zhì)量提高，因壁厚不均勻的設(shè)計(jì)從而在注塑過程中產(chǎn)生注塑應(yīng)力，使產(chǎn)品可靠性下降，產(chǎn)生斷裂的風(fēng)險(xiǎn)的情況下降；其次，通過在手柄前把手中設(shè)計(jì)一個(gè)壁厚均勻的腔體，如圖2，當(dāng)手柄后把手裝入后，采用一個(gè)封閉的嵌件將此區(qū)域密封，確保產(chǎn)品外部沒有過深的凹槽，實(shí)現(xiàn)易于清理，易用目視檢查，以及外形美觀的需求。

為了滿足此嵌件安裝至手柄前把手內(nèi)部，不會(huì)脫落，并且又不影響外觀的需求，對(duì)此提出了幾種可實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)方案。通常塑料件之間的安裝方式有幾種（1）過盈配合安裝；（2）卡扣式安裝；（3）銷釘連接安裝。

相比之下，銷釘安裝的方式更易于實(shí)現(xiàn)、模具成本最低、功能風(fēng)險(xiǎn)又最小、又不影響外觀、裝配工藝又較成熟，故在嵌件和前把手的裝配上采用銷釘聯(lián)接的方式。

根據(jù)相關(guān)臨床評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，手柄與手指接觸寬度應(yīng)大于5mm。通過增大接觸面積，可降低手部所受的應(yīng)力，這樣可以有效的緩解對(duì)醫(yī)生手部血管、神經(jīng)的壓迫。為了提高用戶舒適度，通過對(duì)指國(guó)內(nèi)部邊緣的圓滑過渡設(shè)計(jì)用以降低手指所受的壓力。

醫(yī)生在使用腹腔鏡手術(shù)器械手柄時(shí)，主要操作集中在手與手柄指圈。手柄整體指圈的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，目的為了使操作者的手部與指圈和手柄其他接觸面盡可能貼合接觸，使手柄與手部有較大接觸面，從而使壓力能夠較為均勻的分布，減小對(duì)于手部的應(yīng)力。醫(yī)生在操作手柄過程中，手指自然放置的握持姿勢(shì)也會(huì)給操作手術(shù)器械帶來很好的用戶體驗(yàn)。所以在手柄前把手的指圈的設(shè)計(jì)上，適應(yīng)不同手掌大小的增大指圉長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)，更能符合使用者手指放置習(xí)慣。

手柄撥輪的改良設(shè)計(jì)，當(dāng)手柄鎖緊裝置處于自由狀態(tài)時(shí)，鎖緊部件軸向上遠(yuǎn)離撥輪，撥輪可以帶動(dòng)手術(shù)器械前桿進(jìn)行自由旋轉(zhuǎn)；當(dāng)手柄鎖緊裝置轉(zhuǎn)動(dòng)至鎖緊位置時(shí)，鎖緊裝置沿軸向向撥輪移動(dòng)，隨著裝置與撥輪接觸，產(chǎn)生摩擦力，鎖緊撥輪。此時(shí)，與撥輪相連接的手術(shù)器械前桿不能轉(zhuǎn)動(dòng)，即保持固定的角度位置。

在改良設(shè)計(jì)過程中，提出將現(xiàn)有的電凝接線端子移至于手柄上部、手柄后把手底部和手柄前把手底部的想法，試圖了解這樣的改變對(duì)醫(yī)生的實(shí)際操作會(huì)有什么影響。經(jīng)過詢問實(shí)際操作醫(yī)生的反饋，獲得了很有價(jià)值的信息。醫(yī)生描述當(dāng)電凝接線端子在三種不同位置時(shí)，電凝端子的接線電纜并未對(duì)醫(yī)生的實(shí)際手術(shù)操作帶來視覺上的干擾。將電凝端子放置于手柄前把手底部時(shí)，相比其他兩種位置來說，在醫(yī)生臨床使用過程中，并沒有明顯的感覺有巨大的優(yōu)勢(shì)。在手柄的操作上、重量的變化上、以及對(duì)手術(shù)器械的干擾上三者都基本無太大的差別。通過實(shí)際調(diào)研，從器械使用者對(duì)于電凝接線端子位置不同的反饋，結(jié)合三種不同位置所帶來的技術(shù)開發(fā)難度、現(xiàn)有零部件報(bào)廢成本、新增零件的開發(fā)成本以及對(duì)于新設(shè)計(jì)帶來的新工藝改造成本的角度考慮，依舊將電凝端子的位置維持在手柄的上部。

2.4 改良設(shè)計(jì)小結(jié)

通過在方案設(shè)計(jì)過程中的開闊思路，利用3D軟件建模，根據(jù)理論、經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際體驗(yàn)對(duì)于方案進(jìn)行細(xì)化和篩選，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)手柄的改良設(shè)計(jì)。改良后的腹腔鏡手術(shù)器械手柄結(jié)構(gòu)，從功能上實(shí)現(xiàn)了讓使用者更為舒適的握持體驗(yàn)，提供了多選擇性的握持方式，解決了手術(shù)器械前桿裝配不到位時(shí)易于分辨的難題并且從設(shè)計(jì)上滿足了手術(shù)器械易于殺菌清理的需求。在具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，根據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理，改善了手柄握持的結(jié)構(gòu)、調(diào)整了撥盤的尺寸和外形、增加了撥盤的鎖緊功能。在完成3D建模設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，利用3D打印的手柄試樣，針對(duì)功能結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化進(jìn)行確認(rèn)。確保后期的工程化改良，模具的制作具備充分的依據(jù)。

3 總結(jié)

本文通過對(duì)現(xiàn)有腹腔鏡手術(shù)器械手柄的改良設(shè)計(jì)，提高操作的舒適度，降低了使用者的疲勞，進(jìn)而保證良好的手術(shù)效果。通過對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品的缺陷分析，使用3D計(jì)算機(jī)輔助建模設(shè)計(jì)，改良現(xiàn)有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不夠合理之處。設(shè)計(jì)者在控制現(xiàn)有腹腔鏡手術(shù)器械成本的基礎(chǔ)上，添加新的功能并且降低產(chǎn)品的復(fù)雜性，減少了模具的投入和技術(shù)開發(fā)周期。改進(jìn)后的腹腔鏡手術(shù)器械手柄可以配合現(xiàn)有前桿手術(shù)器械使用，并且最大程度上使用現(xiàn)有手柄內(nèi)的機(jī)械零部件，減少由于更換設(shè)計(jì)帶來的庫存產(chǎn)品報(bào)廢、工藝改變投入增加以及新設(shè)計(jì)部件模具投入導(dǎo)致的對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品的浪費(fèi)，從而對(duì)提高經(jīng)濟(jì)效益有著深遠(yuǎn)影響。