腹腔鏡手術器械手柄改良設計

傅圣睿

摘要：腹腔鏡微創外科手術技術逐漸成熟，正在逐步取代很多開放式手術操作。腹腔鏡手術器械是完成腹腔鏡手術的關鍵器械，本文研究的腹腔鏡手術器械手柄，在使用過程中易對使用者手部造成不適。長時間、高頻次的使用，會導致醫生手部疼痛、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，本文結合人體工程學原理和臨床測試等方法，對現有的腹腔鏡手術器械手柄提出了改良和創新設計方案，從而將增加手柄操作的便捷度和舒適度。經過改良后的手柄除具有現有手柄的全部功能外，應更符合人手操作習慣。

關鍵詞：腹腔鏡手術；腹腔鏡手術器械；手柄；人體工程學

中國分類號：TB472 文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2018）03-0117-02

在上世紀90年代之前，醫生實施的很多手術都是必須打開病人的腹腔、胸腔等部位才能進行治療。開放式外科手術相對其結果來說必然是創傷大，患者康復的速度比較緩慢，并會帶來一些相對的并發癥。而微創手術則具有創傷小、疼痛輕、恢復快的優點。腹腔鏡手術就屬于微創手術的一種。腹腔鏡手術雖然有其優點，也有其不足之處。由于醫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，醫生需要長期手持器械操作，從而帶來疲勞，故手術器械的易用和舒適對手術的順利進行有著非常巨大的影響。腹腔鏡手術技術的發展，也帶來了手術器械的發展。

1 腹腔鏡手術器械手柄現狀

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

目前現有手柄的設計只支持單一傳統握持方式，長時間的操作容易造成醫生的疲勞。現有腹腔鏡手術器械手柄上的拆裝按鈕，在安裝前桿過程中，有極高的概率會產生誤操作，導致手術器械前桿無法安裝到位，醫生無法正常進行器械的操作。而且現有手術器械前桿上也并無標識，無法從外觀上確認是否安裝到位，給醫生和護士造成困擾。前后手柄內部構造較為復雜，后手柄中還鑲有不銹鋼嵌件，在產品使用過后的清洗滅菌帶來了很大的不便。大量研究指出，腹腔鏡手術器械由于清洗、消毒不徹底而導致被細菌污染后容易引起交叉感染。由于手術器械設計上如有過深凹槽不易清理和滅菌，導致腔內殘留物過高，清潔質量較差，從而對器械滅菌效果產生影響，為手術質量埋下隱患。手柄的各部分零部件雖能實現其基本功能，但仍有改進空間。

2 手柄改良設計

2.1 握持方式改良建模設計

在改良設計中通過在手術器械手柄的后把手上，增加方便手掌虎口接觸的凸起筋設計，并將原先的手柄后把手指圉修改為朝內設計，使后把手柄整個斜面作為手掌握持方式的接觸面。這種設計更適用于手掌握持驅動操作的方式。使改良后的手柄，即可以采用傳統指圈握持方式操作，又可以采用拇指驅動、手掌握持的方式操作。為醫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計

通過在前桿鉗芯上增加一圉安裝標識方式的設計，來提供是否正確安裝了前桿手術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識，當前桿裝入至手柄內部，紅色的標識無法從外部看見時，說明此時前桿安裝正確。并且通過結構設計保證，只有在后手柄完全張開至前桿拆卸安裝的限位狀態下，前桿才能夠被正確裝入手柄。當手柄不處于此限位狀態時，前桿是無法被正確裝入手柄內孔的防呆設計。

2.3 手柄結構改良設計

為了確保手柄的強度和耐用度，并且實現醫療器械易于滅菌和清理的需求，提出將手柄的零件結構盡可能保持壁厚均勻的設計思路。首先，這種方法可以保證手柄零件在注塑過程中，產品質量提高，因壁厚不均勻的設計從而在注塑過程中產生注塑應力，使產品可靠性下降，產生斷裂的風險的情況下降；其次，通過在手柄前把手中設計一個壁厚均勻的腔體，如圖2，當手柄后把手裝入后，采用一個封閉的嵌件將此區域密封，確保產品外部沒有過深的凹槽，實現易于清理，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部，不會脫落，并且又不影響外觀的需求，對此提出了幾種可實現的結構方案。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現、模具成本最低、功能風險又最小、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接的方式。

根據相關臨床評價標準，手柄與手指接觸寬度應大于5mm。通過增大接觸面積，可降低手部所受的應力，這樣可以有效的緩解對醫生手部血管、神經的壓迫。為了提高用戶舒適度，通過對指國內部邊緣的圓滑過渡設計用以降低手指所受的壓力。

醫生在使用腹腔鏡手術器械手柄時，主要操作集中在手與手柄指圈。手柄整體指圈的結構設計，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，減小對于手部的應力。醫生在操作手柄過程中，手指自然放置的握持姿勢也會給操作手術器械帶來很好的用戶體驗。所以在手柄前把手的指圈的設計上，適應不同手掌大小的增大指圉長度的設計，更能符合使用者手指放置習慣。

手柄撥輪的改良設計，當手柄鎖緊裝置處于自由狀態時，鎖緊部件軸向上遠離撥輪，撥輪可以帶動手術器械前桿進行自由旋轉；當手柄鎖緊裝置轉動至鎖緊位置時，鎖緊裝置沿軸向向撥輪移動，隨著裝置與撥輪接觸，產生摩擦力，鎖緊撥輪。此時，與撥輪相連接的手術器械前桿不能轉動，即保持固定的角度位置。

在改良設計過程中，提出將現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醫生的實際操作會有什么影響。經過詢問實際操作醫生的反饋，獲得了很有價值的信息。醫生描述當電凝接線端子在三種不同位置時，電凝端子的接線電纜并未對醫生的實際手術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，相比其他兩種位置來說，在醫生臨床使用過程中，并沒有明顯的感覺有巨大的優勢。在手柄的操作上、重量的變化上、以及對手術器械的干擾上三者都基本無太大的差別。通過實際調研，從器械使用者對于電凝接線端子位置不同的反饋，結合三種不同位置所帶來的技術開發難度、現有零部件報廢成本、新增零件的開發成本以及對于新設計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 改良設計小結

通過在方案設計過程中的開闊思路，利用3D軟件建模，根據理論、經驗和實際體驗對于方案進行細化和篩選，最終實現了對手柄的改良設計。改良后的腹腔鏡手術器械手柄結構，從功能上實現了讓使用者更為舒適的握持體驗，提供了多選擇性的握持方式，解決了手術器械前桿裝配不到位時易于分辨的難題并且從設計上滿足了手術器械易于殺菌清理的需求。在具體的結構設計中，根據人機工程學原理，改善了手柄握持的結構、調整了撥盤的尺寸和外形、增加了撥盤的鎖緊功能。在完成3D建模設計的基礎上，利用3D打印的手柄試樣，針對功能結構上的優化進行確認。確保后期的工程化改良，模具的制作具備充分的依據。

3 總結

本文通過對現有腹腔鏡手術器械手柄的改良設計，提高操作的舒適度，降低了使用者的疲勞，進而保證良好的手術效果。通過對現有產品的缺陷分析，使用3D計算機輔助建模設計，改良現有產品結構設計不夠合理之處。設計者在控制現有腹腔鏡手術器械成本的基礎上，添加新的功能并且降低產品的復雜性，減少了模具的投入和技術開發周期。改進后的腹腔鏡手術器械手柄可以配合現有前桿手術器械使用，并且最大程度上使用現有手柄內的機械零部件，減少由于更換設計帶來的庫存產品報廢、工藝改變投入增加以及新設計部件模具投入導致的對現有產品的浪費，從而對提高經濟效益有著深遠影響。