חידושים חומריים למכשירים עתיריים

שולחן ההפעלה הפך את הקרקע המשכנעת האולטימטיבית למדע החומרי, חומרים תובעניים שיכולים לעמוד בעומס מכני קיצוני, מחזורי שינוי חוזרים ונשנים של מחזורי הסטריליזציה, וחשיפה מתמדת לסביבות ביולוגיות אגרסיביות עד לאחרונה, הרי שהפועלים של ה-Adede Steel ו- Carbon Steel פלדה. בעודם זולים יחסית, חומרים מסורתיים אלה מציגים התקדמות משמעותית של סחר במשקל, עמידות קורוזיה, עייפות וחיים קלים, מהפכה שקטה של כלי נגינה מתקדמים, הם בעלי ביצועים, חומרים קרמיקה, אשר הם בעלי ביצועים גבוהים יותר, חומרים אוטומטיים, אשר הם בעלי ביצועים גבוהים יותר, אשר הם בעלי ביצועים גבוהים יותר, חומרים כימיים, וכימיקליים, אשר הם בעלי ביצועים גבוהים יותר, אשר הם בעלי ביצועים גבוהים יותר, חומרים מסורתיים, אשר הם בעלי ביצועים גבוהים יותר, חומרים מסורתיים, חומרים מסורתיים, חומרים מסוכנים, חומרים מסורתיים, אשר הם בעלי ביצועים גבוהים יותר, חומרים אוטומטיים, חומרים חשמליים, אשר הם בעלי ביצועים גבוהים יותר, אשר הם בעלי ביצועים גבוהים יותר, חומרים מסוכנים, חומרים מסוכנים, אשר הם בעלי ביצועים גבוהים יותר, אשר מספקים, חומרים מסורתיים, חומרים אוטומטיים, אשר הם בעלי ביצועים גבוהים יותר, אשר הם בעלי ביצועים גבוהים יותר, חומרים מסורתיים, חומרים מסורתיים, אשר הם בעלי ביצועים גבוהים יותר, אשר הם בעלי ביצועים גבוהים יותר,

השינוי ממתכת מסורתית לחומרים מהנדסים

המעבר מפלדה סטנדרטית של אל-חלד מונע על ידי המורכבות הגוברת של ניתוח מודרני. הבנה עמוקה יותר של מגבלות חומרים מורשת פתחה את הדלת ל חלופות מיוחדות.

המונחים: המסורתית Stainless Steel

סטנדרטי 304 ו 420 פלדות אל-חלד כבר העדיפו את מאזן העלויות, הקשידות, והתנגדות לחלודה.עם זאת, בסביבה גבוהה של חדר הניתוח - שבו מלוח, ניקוי מבוסס bleach, והרתעה אנזומטית לעמוד בדרישות ספציפיות של פלדה לא יעילה - ⁇ אלה רגישים לנפיחות בלחץ ולחצים מפצח יותר, מנתחים מתקדמים (כולל נפיחות) של דלקת ריאות (Ricupicupicoltupic) להפרעות מתכת) הן לעתים קרובות מדידות קבועות.

כוחות נהיגה לחדשנות: ארגונומיה, לונגבנס ו- MIS

מגמות שונות מאיימות את אימוץ חומרים חדשים.עלייה של ניתוח פולשני מינימלי (MIS) דורש מכשירים ארוכים יותר, דקים יותר, ויותר מ articulating מאשר אי פעם. אלה גיאמטריה דורשים חומרים עם יחסים גבוהים יותר במשקל עד משקל והתנגדות עייפות גבוהה יותר. Simultanely, דחיפה עבור דרישות בריאות מבוססות ערך כי לאחרונה (לניתוח גבוה יותר של עלויות דלקתיות גבוהה יותר או יעילות יותר) כמו אופטימיזציה של עלויות טיפול תרופתיות משופרות יותר (או יעילות יותר).

קטגוריות חומריות הליבה הופכות את חדר ההפעלה

מערכת כלי הניתוח המודרנית מורכבת יותר ויותר ממספר כיתות חומר נפרדות, כל אחת שנבחרה לפרופיל הביצועים הספציפי שלה.

Superalloys: Beyond Stainless Steel

Superalloys היגרו ממנועי סילון טורבינות כוח לתוך הסוויטות הכירורגיות, המציע תכונות מכניות יוצאות דופן והתאמה ביולוגית.

טיטניום אלוי (Ti-6Al-4V)

סגסוגת טיטניום אלפא-בטה (Grade 5) היא ההחלפה הבולטת ביותר עבור נירוסטה פלדה בשנית מכשירים הניתנים למחזורים. צפיפותו (4.43 גרם/CM3) היא בערך 40% נמוך יותר פלדה, מתן ירידה דרמטית במשקל כלי.עבור מנתח המבצע יחס רובוטי ארוך או laparoscopic, משקל זה מתורגם ישירות להפחתה של שרירי ועייפות גופנית.

קובלט-Chrome Alloys

ביישומים שבהם ההתנגדות ללבוש קיצוני היא קריטית, cobalt-chrome (CoCr) ⁇ משמשים.חומרים אלה הם הרבה יותר קשה טיטניום או פלדה ומציע התנגדות יוצאת דופן לגליעה ומוחש.זה הופך אותם לחומר של בחירה עבור משטחים articulating של החלפת מפרקים, מופעלת arthrospicvers, ו-burrs כי חייב לחתוך דרך מהירות העצם.

ניקל טיטניום (Nitinol)

אולי העלולי המרתק ביותר בניתוח מודרני הוא ניטינינול, תרכובת בין-אקוסטית ליד-equiatomic של ניקל טיטניום. Nitinol מציגה שני מאפיינים ייחודיים: צורה זיכרון וסופרליסטיות.העלילות שלו מאפשרת לחומר לשחזר זנים עד 10% ללא עיוות קבוע - הרבה מעל הגבול הגמישות של כל מתכת סטנדרטית.

מהנדס מתקדם Ceramics

קרמיקה הנדסית מתייחסת למגבלות של מתכות בעמידות, יציבות תרמית ואינטונציה כימית, בעוד שמוגבל היסטורית על ידי הריסות, קרמיקה מודרנית-מכוד מציעות קשיחות שבורה מתקרבת לזה של מתכות.

זירקוניה ואלומיניום

Ytria-stabilized tetragonal zirconia (Y-TZP) הוא קשה במיוחד ללבוש עמיד. ב גילוח arthroscopic, להבים קרמיקה לשמור על קצה חד חמש עד עשר פעמים יותר מאשר פלדה, להפחית את הצורך עבור שינויים חד-צדדיים בטוח קרמיקה.

סיליקון ניטריד

nitride הסיליקון צובר מתח כחומר ניתוח ביצועים גבוהים, במיוחד עבור שתלים היתוך השדרה וכלי חיתוך arthroscopic חיתוך.הוא יש כימיה משטח ייחודי שיכול לעכב מתחמי חיידקי היווצרות ביופיל, המציע אפקט אנטיבקטריאלי פסיבי.השבר שלה ויציבות תרמית להפוך אותו מתאים ליישומים הדורשים עומס שבו הן כוח והן ביו-גמישות נדרשים.

« « רפורמות גבוהה פולימרים ו Composites

השימוש בתרמופלסטיקה הנדסית עבר הרבה מעבר למטפלים חד-פעמיים פשוטים.פולימרים מודרניים מציעים שילוב ייחודי של אורות, בהירות והתנגדות כימית.

PEEK (Polyether Ether Ketone)

PEEK הפך חומר אבן הפינה עבור מכשירים כירורגיים מותשים ומכשירים כירורגיים הניתנים להחלפה.זה טבעי רדיולולנט, המאפשר הדמיה רדיוגרפית ברורה של האתר הניתוח ללא החפץ שנגרם על ידי מתכת. PEEK הוא עמיד מאוד להשפלה ממשלוחי קיטור, קרינת gamma ו sterilants כימי. בניתוח ספינל, PEEK כלובים מועדפים כי הם מסלולים גמישים שלהם, כי הם קידום יעיל של רכיבי כוח התחדשות, יעיל עבור כלי ויזואלית שומן, יעיל, יעיל, יעיל עבור כלי ויזואלית שומן יעיל.

Ultem (PEI) ו- Radel (PPSU)

Polyetherimide (PEI) ופוליפנולסולון (PPSU) הם מפלסטיק הנדסה בחום גבוה בשימוש עבור רכיבים כי חייב לעמוד אלפי מחזורי carclave. Ultem הוא נוקשה וחזק במיוחד, לעתים קרובות בשימוש עבור מסגרות מכשירים מבניים. Radel מציעה עמידות השפעה גבוהה קשיחות, מה שהופך אותו מתאים עבור מגשים סטריליזציה וכלי דיור עדינים כי אסור תחת לחץ תרמי.

פחמן וזכוכית סיבים

תרכובות Reinforced לספק את היחס הגבוה ביותר של כל חומר כירורגי.פחמן סיבים מורכבים משמשים בחומרת אורתודודי גדול, תיקונים חיצוניים, וכלי ניתוח רובוטיים שבו minimizing המוני הוא קריטי. אלה תרכובות ניתן להתאים לנוקשות מסוימת ומאפיינים לחות, סופג רטט ומספק תחושה יציבה יותר עבור המנתח.

הנדסת פני השטח: The Critical Interface

התכונות הגדולות של מכשיר הן רק חלק מהמשוואה.המשטח הוא הממשק שבו הכלי אינטראקציה עם רקמות, נוזלים, ואת היד של המנתח טיפולים פני השטח הם חיוניים לביצועים אופטימיזציה.

מנעולים קשים ללבוש ולשרוד

ציפויים קשים של טטמון כמו יהלום (DLC), טיטניום Nitride (TiN), ואלומיניום טיטניום ניטרייד (AlTiN) משפרים באופן דרמטי את קשיות פני השטח ואת סיכה של כלי חיתוך פלדה. DLC ציפויים לספק קידוד נמוך מאוד של חיכוך, צמצום דבקה וגביע על להבים ו מחטים אלה.

Anti-Friction and Lubricious Coating

עבור מכשירים כי צריך לנווט האנטומיה המטלטרית, כגון catheters, guidewires, ו trocars, ציפוי הידרופילי מוחל. ציפויים אלה הופכים להיות מאוד חלקלק מאוד כאשר hydrated, באופן משמעותי להפחית את כוחות ההחדרה ואת הסיכון של טראומה רקמה. PTFE (Teflon) ציפויים נשארים סטנדרטי עבור משטחים לא מקל על רפלקטורים ו catractors, למנוע כלים כריזומים.

קידוד פונקציונלי ואנטימיקרוביאלי

הממשק הביולוגי של המכשיר הוא יותר ויותר מונדס.ציפוי Silver-ion מספקים הגנה אנטימיקרוביאלית פעילה, צמצום הסיכון של זיהומים באתר כירורגי. Anodized להשלים על טיטניום ליצור משטח קשה, ⁇ אשר מקדם השמדה בשתלים. ציפוי פונקציונליים מתעוררים אחרים כוללים משטחים אנטי-טביעה ואנטי-reflective-reflectives המפחיתים את הזוהר מעל אורות כירורגיים, לשיפור בהירות הראייה.

בחירת חומרים מזהמים

הבחירה החומרית האופטימלית תלויה במידה רבה במשמעת הניתוחית הספציפית ובדרישות התפקודיות של המכשיר.

• (FLT:0Microsurgery ו Ophthalmic Instruments:FLT) 1 לדרוש את הקצה החד ביותר האפשרי עם אפס סטייה. Zirconia וכלי חיתוך יהלומים הם סטנדרטיים עבור איציונים תירס וניתוח רטיני, שבו טראומה רקמות יש למזער ברמה מיקרוסקופית.
• (FLT:0Laparoscopic and Robotic Surgery: ההרחבה 1 דורשת מכשירים ארוכים, צרים שיכולים לשדר כוח ללא קריסה. Superelastic Nitinol משמש עבור הלסתות articulating, בעוד titanium הוא מועדף עבור הפירורים לספק נוקשות גבוהה עם משקל נמוך. pEEK משמש יותר ויותר עבור דיור של מכשירים רובוטיים כדי להפחית משקל ואספקת חשמל ב.
• (FLT:0) אורתופדי Power Tools:FLT:1 Face קיצוני מתח מכני ודור חום. Cobalt-chrome ו titaniumסגסוגת בוררים וראה להבים לספק את ההתנגדות הנדרשת לבישת עמידות ועמידות. high-tempture Engineering plastics משמשים עבור חתיכות יד כדי לנהל חום ולספק אחיזה נוחה.
• (FLT:0Single-Use Instruments:FreaLT:1) נשלטים על ידי פולימרים יעילים כמו פוליפרופילן ו- ABS.עם זאת, דחיפה לביצועים גבוהים יותר בכלים חד-פעמיים היא אימוץ של PEEK ו ניילון מלא זכוכית, המציעים כוח גדול יותר ויציבות ממדית ללא צורך ב סטריליזציה.

כלכלה של חדשנות: מחיר ורס

המעבר לחומרים מתקדמים לעתים קרובות מגביר את עלות היחידה של כלי.טיניום, למשל, יכול לעלות שלוש עד חמש פעמים יותר מאשר עמיתיהם נירוסטה פלדה.ההצדקה היא בעלות הכוללת של כלי הבעלות.כלי טיטניום להימשך זמן רב יותר באופן משמעותי, הם פחות רגישים לנזק קורוזיון, ולהפחית את הנטל ארגונומי על הצוות הניתוחי, זה מקטין את העלות הגבוהה יותר על פני ניתוח יעיל יותר, אשר עשוי להשתמש בחשבון דינמי, גם עם עלויות גבוהות יותר.

כיוונים עתידיים במדעי החומר הסורי

האבולוציה של חומרים כירורגיים היא מאיצה.מחקר מתפתח מתמקד ביצירת כלים שאינם רק מכשירים פסיביים אלא שותפים פעילים, מגיבים בנוהל הניתוחי.

ייצור תוספתי עבור Instrument

הדפסה תלת מימדית, במיוחד לייזר סלקטיבית התכה של טיטניום אבקות cobalt-chrome, מאפשר יצירת מבנים פנימיים מורכבים של מנוף כלי רכב בתוך מכשירים. מבנים אלה יכולים להפחית משקל על ידי יותר מ-50% תוך שמירה על שלמות מבנית. ייצור אדרטיבי גם מאפשר ייצור של מערכות כלי ספציפי לחולה, כגון מדריכי חיתוך מותאם אישית על ccology או craniofacial שיקום.

ננו-חומרים ומשטחים חכמים

טיפולים משטחים מאובנים מפותחים שיוצרים תכונות אנטי-בקטריות טבועות דרך הטופוגרפיה הפיזית בלבד – הממיסים את פני השטח הבקטריאני של כנף cicada.מחקר אחר מתמקד בציפויים "חכמים" שמשנים צבע בתגובה ללחץ, טמפרטורה או זיהום, מתן משוב בזמן אמת למנתח על מצבו של המכשיר.

חומרים ביו-גנטיים וביו-מגנטיים

הטבע מספק מקור עשיר של השראה עיצובית.אפקט הלוטוס (על-hydrophobicity) מונדס לתוך משטחים כירורגיים מנקה עצמית.מבנה העור הכריש משמש ליצירת משטחים אנטי-פוחיות המתנגדים לדבקות חיידקית. אלה גישות ביומטיות כדי להפחית את שיעורי הזיהום ואת ההשפלה ללא להסתמך על ציפויים כימיים שעלולים ללבוש לאורך זמן.

העתיד של הניתוח קשור באופן מהותי לעתיד החומרים.כפי שטכניקות כירורגיות הופכות פחות פולשניות ומדויקות יותר, הדרישות על הכלים רק יגברו.עבור מעבר למגבלות של נירוסטה המסורתית, שילוב של superalloys, קרמיקה מתקדמת, פולימרים בעלי ביצועים גבוהים, ומשטחים אינטליגנטיים יוצר דור חדש של מכשירים כירורגיים בעלי ביצועים גבוהים שמשפרים את היכולת, לשפר את התוצאות, המטופל, ולהגדיר מחדש של טיפול מדעי זה, סטנדרטי, עיצוב מודרני של טיפול קליני מרתק, עיצוב.