• CN:11-2187/TH
  • ISSN:0577-6686

机械工程学报 ›› 2018, Vol. 54 ›› Issue (17): 36-45.doi: 10.3901/JME.2018.17.036

• 特邀专栏:精准微创手术器械创成与制造基础 • 上一篇    下一篇

基于厚板折纸理论的微创手术钳

杨名远1,2, 马家耀1,2, 李建民1,2, 陈焱1,2, 王树新1,2   

  1. 1. 天津大学机构理论与装备设计教育部重点实验室 天津 300072;
    2. 天津大学机械工程学院 天津 300072
  • 收稿日期:2018-01-19 修回日期:2018-05-08 出版日期:2018-09-05 发布日期:2018-09-05
  • 通讯作者: 陈焱(通信作者),女,1974年出生,博士,教授,博士研究生导师。主要研究方向为可展结构、机构学和可重构机构等。E-mail:yan_chen@tju.edu.cn
  • 作者简介:杨名远,男,1995年出生。主要研究方向为可展结构、机械智能等。E-mail:jack_yang@tju.edu.cn;马家耀,男,1986年出生,博士,副教授,博士研究生导师。主要研究方向为折纸结构,微创手术医疗器械等。E-mail:jiayao.ma@tju.edu.cn;李建民,男,1984年出生,博士,副教授,博士研究生导师。主要研究方向为机器人学、计算机辅助手术技术等。E-mail:mjli@tju.edu.cn;王树新,男,1966年出生,博士,教授.主要研究方向为机械系统动力学、水下机器人与医疗手术机器人等。E-mail:shuxinw@tju.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金资助项目(51290293,51575377,51422506)。

Thick-panel Origami Inspired Forceps for Minimally Invasive Surgery

YANG Mingyuan1,2, MA Jiayao1,2, LI Jianmin1,2, CHEN Yan1,2, WANG Shuxin1,2   

  1. 1. Key Laboratory of Mechanism Theory and Equipment Design of the Ministry of Education, Tianjin University, Tianjin 300072;
    2. School of Mechanical Engineering, Tianjin University, Tianjin 300372
  • Received:2018-01-19 Revised:2018-05-08 Online:2018-09-05 Published:2018-09-05

摘要: 微创手术操作器械,作为微创手术机器人的重要组成部分,其性能的优劣直接影响手术的质量。目前的微创手术器械大多是针对手术过程中的夹取、缝合等基本操作设计的,但由于它们通常是通过简单地将传统外科手术工具小型化获得的,造成现有微创器械普遍存在着机械效益低、磨损严重、运动不协调等问题。为了提高手术操作的高效性和稳定性,基于厚板折纸理论设计了一种专门用于微创手术的新型手术钳,分析与试验表明其可提供多于传统微创手术钳1.5倍的夹持力,并具有更大的张角和更好的运动协调性,同时增加了手术操作的灵活性。动物试验表明其夹持组织更加稳定可靠。

关键词: 刚性折纸, 厚板折纸, 机械效益, 手术夹持工具, 微创手术

Abstract: Minimally invasive surgical instruments, as an essential component of surgical robots, play a critical role in the minimally invasive surgery (MIS). Currently most instruments for MIS are designed to realize basic operations such as clipping and stitching. They are often developed by miniaturization of traditional surgical tools, and therefore have the problems of low mechanical efficiency, severe wearing, and poor movement coordination. In order to improve the efficiency and stability of MIS, new surgical tweezers are designed based on origami of thick panel. Analytical and experimental studies show that the new design can offer 1.5 times more clamping force than its conventional counterpart. Furthermore, it has a larger opening angle and better movement coordination, thereby providing better flexibility of operation. Animal trials are also conducted, which confirms that the new device can clamp tissues in a more stable and reliable manner.

Key words: mechanical efficiency, minimally invasive surgery, rigid origami, surgical clamping tools, thick-panel origami

中图分类号: