腹腔镜手术器械手柄改良设计

傅圣睿

摘要：腹腔镜微创外科手术技术逐渐成熟，正在逐步取代很多开放式手术操作。腹腔镜手术器械是完成腹腔镜手术的关键器械，本文研究的腹腔镜手术器械手柄，在使用过程中易对使用者手部造成不适。长时间、高频次的使用，会导致医生手部疼痛、麻木，容易引起手部疲劳，形成累积性伤害。为了解决这一系列问题，本文结合人体工程学原理和临床测试等方法，对现有的腹腔镜手术器械手柄提出了改良和创新设计方案，从而将增加手柄操作的便捷度和舒适度。经过改良后的手柄除具有现有手柄的全部功能外，应更符合人手操作习惯。

关键词：腹腔镜手术；腹腔镜手术器械；手柄；人体工程学

中国分类号：TB472 文献标识码：A

文章编码：1672-7053（2018）03-0117-02

在上世纪90年代之前，医生实施的很多手术都是必须打开病人的腹腔、胸腔等部位才能进行治疗。开放式外科手术相对其结果来说必然是创伤大，患者康复的速度比较缓慢，并会带来一些相对的并发症。而微创手术则具有创伤小、疼痛轻、恢复快的优点。腹腔镜手术就属于微创手术的一种。腹腔镜手术虽然有其优点，也有其不足之处。由于医生无法直接观察到病变组织，只能通过腹腔镜间接观察，造成平面视野上有落差，从而造成操作上可能存在的误差。同时，医生需要长期手持器械操作，从而带来疲劳，故手术器械的易用和舒适对手术的顺利进行有着非常巨大的影响。腹腔镜手术技术的发展，也带来了手术器械的发展。

1 腹腔镜手术器械手柄现状

本文描述的一款腹腔镜手术器械手柄，通过更换前端的分离钳前杆、剪刀前杆、抓钳前杆等手术器械，来满足手术中不同功能的需求。根据使用临床的反馈信息，产品存在一些缺陷，导致医生操作过程时产生诸多不便。比如说，腹腔镜手术器械手柄零部件较多，各零部件配合累计误差较大，装配完成后间隙较大，导致器械晃动；拨盘较小，使用手指转动拨盘时诸多不便；电凝端子处材料较薄，导致材料断裂；前后把手边沿设计过于尖锐，握持时手感不够舒适，给医生操作带来不适感等。

目前现有手柄的设计只支持单一传统握持方式，长时间的操作容易造成医生的疲劳。现有腹腔镜手术器械手柄上的拆装按钮，在安装前杆过程中，有极高的概率会产生误操作，导致手术器械前杆无法安装到位，医生无法正常进行器械的操作。而且现有手术器械前杆上也并无标识，无法从外观上确认是否安装到位，给医生和护士造成困扰。前后手柄内部构造较为复杂，后手柄中还镶有不锈钢嵌件，在产品使用过后的清洗灭菌带来了很大的不便。大量研究指出，腹腔镜手术器械由于清洗、消毒不彻底而导致被细菌污染后容易引起交叉感染。由于手术器械设计上如有过深凹槽不易清理和灭菌，导致腔内残留物过高，清洁质量较差，从而对器械灭菌效果产生影响，为手术质量埋下隐患。手柄的各部分零部件虽能实现其基本功能，但仍有改进空间。

2 手柄改良设计

2.1 握持方式改良建模设计

在改良设计中通过在手术器械手柄的后把手上，增加方便手掌虎口接触的凸起筋设计，并将原先的手柄后把手指圉修改为朝内设计，使后把手柄整个斜面作为手掌握持方式的接触面。这种设计更适用于手掌握持驱动操作的方式。使改良后的手柄，即可以采用传统指圈握持方式操作，又可以采用拇指驱动、手掌握持的方式操作。为医生方便切换不同的握持方式操作器械，提供了可行性，从而降低使用疲劳度。

2.2 前杆安装指示改良设计

通过在前杆钳芯上增加一圉安装标识方式的设计，来提供是否正确安装了前杆手术器械视觉判别的方法。如图1所示，在前杆的塑料部分增加一圈红色的标识，当前杆装入至手柄内部，红色的标识无法从外部看见时，说明此时前杆安装正确。并且通过结构设计保证，只有在后手柄完全张开至前杆拆卸安装的限位状态下，前杆才能够被正确装入手柄。当手柄不处于此限位状态时，前杆是无法被正确装入手柄内孔的防呆设计。

2.3 手柄结构改良设计

为了确保手柄的强度和耐用度，并且实现医疗器械易于灭菌和清理的需求，提出将手柄的零件结构尽可能保持壁厚均匀的设计思路。首先，这种方法可以保证手柄零件在注塑过程中，产品质量提高，因壁厚不均匀的设计从而在注塑过程中产生注塑应力，使产品可靠性下降，产生断裂的风险的情况下降；其次，通过在手柄前把手中设计一个壁厚均匀的腔体，如图2，当手柄后把手装入后，采用一个封闭的嵌件将此区域密封，确保产品外部没有过深的凹槽，实现易于清理，易用目视检查，以及外形美观的需求。

为了满足此嵌件安装至手柄前把手内部，不会脱落，并且又不影响外观的需求，对此提出了几种可实现的结构方案。通常塑料件之间的安装方式有几种（1）过盈配合安装；（2）卡扣式安装；（3）销钉连接安装。

相比之下，销钉安装的方式更易于实现、模具成本最低、功能风险又最小、又不影响外观、装配工艺又较成熟，故在嵌件和前把手的装配上采用销钉联接的方式。

根据相关临床评价标准，手柄与手指接触宽度应大于5mm。通过增大接触面积，可降低手部所受的应力，这样可以有效的缓解对医生手部血管、神经的压迫。为了提高用户舒适度，通过对指国内部边缘的圆滑过渡设计用以降低手指所受的压力。

医生在使用腹腔镜手术器械手柄时，主要操作集中在手与手柄指圈。手柄整体指圈的结构设计，目的为了使操作者的手部与指圈和手柄其他接触面尽可能贴合接触，使手柄与手部有较大接触面，从而使压力能够较为均匀的分布，减小对于手部的应力。医生在操作手柄过程中，手指自然放置的握持姿势也会给操作手术器械带来很好的用户体验。所以在手柄前把手的指圈的设计上，适应不同手掌大小的增大指圉长度的设计，更能符合使用者手指放置习惯。

手柄拨轮的改良设计，当手柄锁紧装置处于自由状态时，锁紧部件轴向上远离拨轮，拨轮可以带动手术器械前杆进行自由旋转；当手柄锁紧装置转动至锁紧位置时，鎖紧装置沿轴向向拨轮移动，随着装置与拨轮接触，产生摩擦力，锁紧拨轮。此时，与拨轮相连接的手术器械前杆不能转动，即保持固定的角度位置。

在改良设计过程中，提出将现有的电凝接线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，试图了解这样的改变对医生的实际操作会有什么影响。经过询问实际操作医生的反馈，获得了很有价值的信息。医生描述当电凝接线端子在三种不同位置时，电凝端子的接线电缆并未对医生的实际手术操作带来视觉上的干扰。将电凝端子放置于手柄前把手底部时，相比其他两种位置来说，在医生临床使用过程中，并没有明显的感觉有巨大的优势。在手柄的操作上、重量的变化上、以及对手术器械的干扰上三者都基本无太大的差别。通过实际调研，从器械使用者对于电凝接线端子位置不同的反馈，结合三种不同位置所带来的技术开发难度、现有零部件报废成本、新增零件的开发成本以及对于新设计带来的新工艺改造成本的角度考虑，依旧将电凝端子的位置维持在手柄的上部。

2.4 改良设计小结

通过在方案设计过程中的开阔思路，利用3D软件建模，根据理论、经验和实际体验对于方案进行细化和筛选，最终实现了对手柄的改良设计。改良后的腹腔镜手术器械手柄结构，从功能上实现了让使用者更为舒适的握持体验，提供了多选择性的握持方式，解决了手术器械前杆装配不到位时易于分辨的难题并且从设计上满足了手术器械易于杀菌清理的需求。在具体的结构设计中，根据人机工程学原理，改善了手柄握持的结构、调整了拨盘的尺寸和外形、增加了拨盘的锁紧功能。在完成3D建模设计的基础上，利用3D打印的手柄试样，针对功能结构上的优化进行确认。确保后期的工程化改良，模具的制作具备充分的依据。

3 总结

本文通过对现有腹腔镜手术器械手柄的改良设计，提高操作的舒适度，降低了使用者的疲劳，进而保证良好的手术效果。通过对现有产品的缺陷分析，使用3D计算机辅助建模设计，改良现有产品结构设计不够合理之处。设计者在控制现有腹腔镜手术器械成本的基础上，添加新的功能并且降低产品的复杂性，减少了模具的投入和技术开发周期。改进后的腹腔镜手术器械手柄可以配合现有前杆手术器械使用，并且最大程度上使用现有手柄内的机械零部件，减少由于更换设计带来的库存产品报废、工艺改变投入增加以及新设计部件模具投入导致的对现有产品的浪费，从而对提高经济效益有着深远影响。