Tıbbi Cerrahi Araçların Tasarımında Tribolojinin Rolü Azalt Friction

Tıbbi Alet Tasarımında Triboloji: Hassasiyet ve Güvenlik Vakfı

Triboloji - disiplinler arası sürtünme bilimi, aşınma ve yağlanma – modern tıbbi enstrüman tasarımının temel taşıdır. Her cerrahi araç, en basit kafa derisinden en karmaşık robotik end-sonuçlu, etkili bir şekilde işlevle kontrol edilen yüzey etkileşimlerine dayanır ve bu alandaki yeniliklerin azaltılması, aşınmayı azaltır ve cerrahi koşulları güvenilir bir şekilde yerine getirir.

Tribolojiyi ve Cerrahiye İlişkin İlişkisini Tanımlamak

Tribology üç temel fenomeni içerir: sürtünme (bağlantılı hareket için baskı), aşınma (progressive material lost), ve yağın daha fazla baskı yapmak için kullanılması ve aşınmak için bir madde kullanımı). Cerrahi aletleri bağlamında, bu fenomenler doğrudan doğruyu etkiler, doku işleme, enstrümanı uzun süre ve hatta enfeksiyon kontrolü üretebilir. Örneğin, yüksek sürtünme güçleri nedeniyle cerrahın yüksek baskıya bağlı bir çift daha baskı yapmak için, potansiyel olarak yıpranmayı önlemek için doku kullanın.

Operasyon odası aşırı tribolojik zorluklar sunar: yüksek yüklerler scillatory veya rotasyonel hareketleri tekrarlayarak, buhar, kimyasalları veya radyasyonu içeren biyolojik sıvılara maruz kalma ve agresif sterilizasyon döngülerine maruz kalmalarını sağlar. Bir enstrüman, yüzlerce kullanım boyunca düşük kavrama ve düşük aşınmayı sağlamalıdır.

Cerrahi Instruments'ta Kesilmesi Türleri

Tıbbi cihazlardaki Friction, üç rejime geniş ölçüde sınıflandırılabilir:

• [FONT:0]Sliding sürtünme) - bir heestat veya bir iğne sahibinin bıçakları gibi göreceli harekette iki yüzey arasında meydana gelir.
• [FONT:0)Rolling drag) – güçlendirici aletlerin veya robot kollarındaki kabloların hareketinde görüldü.
• [FONT:0]Statik sürtünme – ilk harekete karşı direniş, bir pozisyona sahip olan araçlar için kritik (örneğin, kendi kendine geri çekilmek)

Her tür belirli bir tribolojik strateji gerektirir. Kaymaklı yüzey kaplama veya sınır yağlayıcıları tarafından azaltılabilir; sertleştirilmiş yarış yollarından ve uygun izinlerden gelen sürtünme avantajları; statik sürtünme malzeme çiftleme ve yüzey doku mühendisliği ile yönetilir.

Neden Cerrahide Zayıflığa Değerler: Derin Bir Bakış

Orijinal makale dört temel faydayı vurgulamaktadır, ancak her biri cerrahi uygulama üzerindeki etkisini takdir etmeyi hak eder.

Geliştirilmiş Hassasiyet ve Tactile Feedback

Cerrahlar iyi motor kontrolüne güveniyor, genellikle çok fazla dirençin birkaç gramı, başarılı bir surat ve bir yırtılma ile arasındaki farkı yaratabilir. Low-fri eklemleri aynı şekilde ince dokular hissetmek için cerraha izin verir. - haptik geri bildirim olarak bilinen bir fenomen.Bu özellikle de robotik bir cerrahide çok fazla dirençin birkaç gramı, cerrahın başarılı bir susuzluk ve yırtıcı arasından kurtarılması gerekir. Low-frictions in iğne sürücüleri ve güçlendiriciler.

Azaltılmış Tound Travma ve Faster Recovery

Elevated drag during kesim or componenting, dokuya uygulanan daha yüksek kuvvetlere dönüşüyor. Bu, gereksiz bir ezilmeye, yırtıcılığa ve iskemyayaya neden olur. lapart tıkanma ve sohbete, küçük limanlara giren ve daha az olaylı travmaya yol açan, doku hasarı arasındaki sürtünme, daha kısa sürede, daha az post ağrısına ve daha düşük enfeksiyon oranlarına doğrudan eşlik edebilir.

Genişletilmiş Instrument Life ve Maliyet Tasarrufları

Cerrahi araçlar önemli bir sermaye yatırımı temsil eder. Yüksek kaliteli işletim makasları, örneğin, her bir saniyede yüzlerce dolara mal olabilir ve sıkıcı aşınmalar, ortaklarda izin verir ve kaba yüzeyler yaratır.İyi tasarlanmış bir tribolojik sistem - bir karbon benzeri karbon benzeri karbonat (DLC) kaplama ile çalışır - üç ila beş faktörlü bu tür aletlerin bir faktörü ile kullanılabilir ömrünü uzatabilir.

Geliştirilmiş Sterilizasyon ve Enfeksiyon Kontrolü

Düşük sürtünme ile parlak yüzeyler temizdir çünkü protein ve biyofilmlerin adlarını azaltırlar. Tersine, yıpranmış veya kaba yüzeyler, mikroorganizmaların otoklavuzasyona sahip olabileceği yerlerdeki düzenleyici yüzeylere sahiptir.U.S. Gıda ve İlaç Yönetimi[PKKATÖRÜSÜŞÜNCÜŞÜNCÜSÜŞÜNCÜŞÜNCÜŞÜNCÜŞÜNÜŞÜNÜSÜŞÜNÜSÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜSÜŞÜNÜŞÜNÜSÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜSÜSÜSÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜN

Malzemeler Seçimi: Güçlendirici, Biocompatability ve Friction

Temel malzeme seçimi bir enstrümanın tribolojik performansı için temel oluşturur. Tek bir malzeme mükemmel değildir; Sertlik, korozyon direnci, maliyet ve machinability arasında ticaret var.

Paslanmaz Çelikler

Martensitic paslanmaz çelikler (örneğin, 420, 440C) cerrahi aletlerin çalışma alanlarıdır, çünkü yüksek güç ve kenar tutma elde etmek için sertleştirilebilir ve mizaçlıdır. Ancak, kendi başlarına olan sürtünme katları nispeten yüksek (0.4-0.6 $) için yükselirler, bu yüzden çoğu enstrümanlar bir yüzey tedavisi veya lubricious kaplama gerektirir. Austenitic paslanmaz çelikler (örneğin, 304, 316L) daha korozyona karşı dayanıklıdırlar.

Titanyum ve Titanyum Alaşımları

Titanyum (Grade 5, Ti-6Al-4V) mükemmel bir güç ağırlık oranı ve üstün biyokompatability sunar. Bu, MRG kılavuzluk prosedürlerinde bir avantajdır. Ancak, titanyum nitrit (TiN) veya seramik karşıtlarla birlikte kullanılır.

Seramikler

Tıbbi-grad seramikler bir ışık gibi (Al2O3) ve zirkonia (ZrO2) olağanüstü derecede sert ve kimyasal olarak inert. polimerler veya parlatılmış metaller ile çiftleştiğinde son derece düşük sürtünmeler sunar. Zorluklar, stres konsantrasyonları olmadan karmaşık şekillerdedir.

Cobalt-Chromium Alloys

Bu alaşımlar (örneğin CoCrMo) öncelikle yük taşıma implantlarında kullanılır, ancak yüksek sıcaklık istikrarının ve aşınma direncin gerekli olduğu bazı cerrahi kesme aletlerinde de görünürler.Onlar makineye daha pahalılar, bu yüzden kemik testereleri ve reamers gibi özel araçlar için ayrılmıştır.

Kaplamalar ve Yüzey Tedavileri: Friction Azımının Ön Hattı

Yüzey kaplamaları, cihazın (güçlü, sertlik) yüzey özelliklerinden (sıcak, aşınma) en etkili yoludur. iyi-kosen kaplama, korozyon ve aşınmaya karşı korumayı da koruyabilir.

Elmas benzeri Karbon (DLC)

DLC kaplamaları yüksek sert bir karbon filmidir (80 GPa'ya kadar) düşük sürtünme katları ile (0.05-0.15) Kimyasal olarak inert, biyo uyumlu ve çeşitli substratlar üzerinde yayınlanan bir çalışmadır.[Dörtücüler ve güçlendiriciler modern işletim odalarında yaygındır; kaplamalar ve yüksek çözünürlükte daha yüksek çözünürlükte üretilir ve keskin bir kenar tutar.

Titanyum nitride (TiN) ve Kromium Nide (CrN)

TiN ve CrN fiziksel buhar ayrışma tarafından uygulanan sert seramik kaplamalardır. Altın veya gümüş bir görünüm verir ve daha düşük sürtünmede aşınma direnci geliştirirler. Ayrıca diş ve ortoped kesim aletleri üzerinde yaygın olarak kullanılırlar. TiN kaplamalar da cerrahların parlak işletim ışıklarında enstrüman kenarlarını görmelerine yardımcı olur.

Polytetrafluoroetilen (PTFE / Teflon)

Filtre kaplamaları son derece düşük sürtünme (korumlu -0.04) sunar, ancak yumuşak ve aşınmaya eğilimlidir. Işık yüklerini deneyimleyen yüzeylere uygulanır, örneğin laparoskopik trocar mühürleri veya mikrosurgical aletlerinin tomurcuklamaları gibi.

Molybdenum Disulfide (MoS2)

MoS2, vakum veya kuru ortamlarda iyi işlevleri olan sağlam bir yağdır. Bazen enstrüman kilitleme mekanizmaları üzerinde kullanılır (örneğin, konvansiyonel yağ bazlı yağlar cerrahi alanı kirletebilir). Ancak, MoS2 yüksek nem altında bozulabilir, bu nedenle uygulama belirli kısa vadeli kullanımlarla sınırlıdır.

Kendi kendini kınayan Yüzeyler ve Texturing

Gelişmiş yüzey metinleme teknikleri – örneğin lazer ablası veya mikro-machining gibi – kapsadığı ve yağlayıcıları koruyan biyo-tandırıcı dokular modellenir ve yağdırır.Bu dokular kaplamanın kısmen yıprandığı zaman bile düşük bir "yaratıcı" yüzeyi ile birleştirilebilir. Araştırma gruplarının aynı anda deri veya lotusun aynı anda bakteriyi azaltıp engellemesi ve engelleyici bir şekilde azaltılabilir.

Boyama Stratejileri: Ointments to Boundary Films

Birçok cerrahi enstrümanda, yağlama ameliyattan önce sıvı veya jel olarak uygulanır. Silikon bazlı ve tıbbi-grad mineral yağları yaygındır, ancak otoklavuz edilebilir ve toksik olmayan olmalıdır.ASTM F2042), cerrahi siteye veya sulama malzemelerinin temizlenmesi için kılavuzlar sağlar. Gelecekte, “akıllı” yağlayıcıya karşılık gelen yağlayıcıların yalnızca aktif bir pHT:0ASTM F2042)