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L'incidenza di a chirurgia artroscopica hè aumentata in l'ultimi dui decennii, è i sistemi di rasoi artroscopici sò diventati un strumentu ortopedicu largamente utilizatu. Tuttavia, a maiò parte di i rasoi ùn sò generalmente micca abbastanza affilati, faciuli da purtà, ecc. U scopu di questu articulu hè di investigà e caratteristiche strutturali di a nova lama à doppia seghettata di u rasoiu artroscopicu BJKMC (Bojin◊ Kinetic Medical). Fornisce una panoramica di u prucessu di cuncepimentu è di validazione di u produttu. U rasoiu artroscopicu BJKMC presenta un design tubu-in-tubu, custituitu da una manica esterna in acciaio inox è un tubu internu cavu rotante. A carcassa esterna è a carcassa interna anu porte di aspirazione è di taglio currispondenti, è ci sò tacche nantu à e carcasse interne è esterne. Per ghjustificà u design, hè statu paragunatu à un insertu Dyonics◊ Incisor◊ Plus. L'aspettu, a durezza di l'utensile, a rugosità di u tubu metallicu, u spessore di a parete di l'utensile, u prufilu di u dente, l'angulu, a struttura generale, e dimensioni critiche, ecc. sò stati verificati è paragunati. superficia di travagliu è una punta più dura è più fina. Dunque, i prudutti BJKMC ponu funziunà in modu soddisfacente in chirurgia.
Un'articulazione in u corpu umanu hè una forma di cunnessione indiretta trà l'osse. Sò una struttura cumplessa è stabile chì ghjoca un rolu impurtante in a nostra vita quotidiana. Certe malatie alteranu a distribuzione di u caricu in l'articulazione, risultendu in una limitazione funzionale è una perdita di funzione1. A chirurgia ortopedica tradiziunale hè difficiule da trattà accuratamente in modu minimamente invasivu, è u periodu di ricuperazione dopu u trattamentu hè longu. A chirurgia artroscopica hè una prucedura minimamente invasiva chì richiede solu una piccula incisione, provoca menu traumi è cicatrici, hà un tempu di ricuperazione più veloce è menu cumplicazioni. Cù u sviluppu di dispositivi medichi, e tecniche chirurgiche minimamente invasive sò diventate gradualmente una prucedura di rutina per a diagnosi è u trattamentu ortopedicu. Pocu dopu a prima chirurgia artroscopica di u ghjinochju, hè stata ufficialmente aduttata cum'è tecnica chirurgica da Kenji Takagi è Masaki Watanabe in Giappone2,3. L'artroscopia è l'endoprotesi sò dui di i progressi più impurtanti in ortopedia4. Oghje, a chirurgia artroscopica minimamente invasiva hè aduprata per trattà una varietà di cundizioni è ferite, cumprese l'osteoartrite, e ferite meniscale, e ferite di u ligamentu cruciatu anteriore è posteriore, a sinovite, e fratture intra-articolari, a sublussazione rotulea, a cartilagine è e lesioni di u corpu liberu.
L'incidenza di a chirurgia artroscopica hè aumentata in l'ultimi dui decennii, è i sistemi di shaver artroscopichi sò diventati un strumentu ortopedicu largamente utilizatu. Attualmente, i chirurghi anu una varietà di opzioni dispunibili per i chirurghi, cumprese a ricostruzione di u ligamentu cruciatu, a riparazione di u meniscu, l'innesto osteocondrale, l'artroscopia di l'anca è l'artroscopia di l'articulazione facettaria, secondu a preferenza di u chirurgu1. Cù l'espansione di e procedure chirurgiche artroscopiche à più articulazioni, i medichi ponu esaminà l'articulazioni sinoviali è trattà chirurgicamente i pazienti in modi prima inimmaginabili. À u listessu tempu, sò stati sviluppati altri strumenti. Di solitu sò custituiti da una unità di cuntrollu, un manipolo cù un mutore putente è un strumentu di taglio. U strumentu di dissezione permette l'aspirazione è u debridement simultanei è cuntinui6.
A causa di a cumplessità di a chirurgia artroscopica, parechji strumenti sò spessu necessarii. I principali strumenti chirurgichi utilizati in a chirurgia artroscopica includenu artroscopi, forbici à sonda, punzoni, pinze, cultelli artroscopici, lame è rasoi per meniscu, strumenti elettrochirurgichi, laser, strumenti à radiofrequenza è altri strumenti 7.
U rasoiu hè un strumentu impurtante in chirurgia. Ci sò dui principii principali di e pinze di chirurgia artroscopica. U primu hè di caccià i resti di cartilagine degenerata, cumpresi i corpi sciolti è a cartilagine articulare flottante, aspirendu è lavendu l'articulazione cù una soluzione salina abbondante per caccià e lesioni intra-articolari è i mediatori inflammatori. L'altru hè di caccià a cartilagine articulare separata da l'ossu subcondrale è riparà u difettu di cartilagine usuratu. U meniscu strappatu hè escisatu è si forma un meniscu usuratu è rottu. I rasoi sò ancu usati per caccià una parte o tuttu u tissutu sinoviale inflammatoriu, cum'è l'iperplasia è l'ispessimentu1.
A maiò parte di i bisturi minimamente invasivi anu una sezione di taglio cù una cannula esterna cava è un tubu internu cavu. Raramente anu 8 denti seghettati per un tagliente. Diverse punte di lama furniscenu diversi livelli di putenza di taglio à u rasoiu. I denti di rasoiu artroscopichi convenzionali si dividenu in trè categurie (Figura 1): (a) tubi interni è esterni lisci; (b) tubi esterni lisci è tubi interni seghettati; (c) tubi interni è esterni seghettati (chì ponu esse una lama di rasoiu)). 9. A so affilatura per i tessuti molli aumenta. A forza di piccu media è l'efficienza di taglio di una sega di e stesse specifiche sò megliu cà una barra piatta da 10.
Tuttavia, ci sò una quantità di prublemi cù i rasoi artroscopici attualmente dispunibili. Prima, a lama ùn hè micca abbastanza affilata, è hè faciule da bluccà quandu si taglia u tissutu molle. Siconda, un rasoiu pò taglià solu u tissutu sinoviale molle - u medicu deve aduprà una fresa per lucidà l'ossu. Dunque, e lame devenu esse cambiate spessu durante l'operazione, ciò chì aumenta u tempu operativu. I danni da tagliu è l'usura di u rasoiu sò ancu prublemi cumuni. A machinazione di precisione è u cuntrollu di a precisione anu veramente furmatu un unicu indice di valutazione.
U primu prublema hè chì a lama di u rasoiu ùn hè micca abbastanza liscia per via di a distanza eccessiva trà e lame interne è esterne. A suluzione à u secondu prublema pò esse di aumentà l'angulu di a lama di u rasoiu è di aumentà a resistenza di u materiale di custruzzione.
U novu rasoiu artroscopicu BJKMC cù doppia lama seghettata pò risolve i prublemi di taglienti smussati, intasamentu faciule è usura rapida di l'utensili. Per pruvà a praticità di u novu disignu di rasoiu BJKMC, hè statu paragunatu cù a so contraparte di Dyonics◊, l'Incisor◊ Plus Blade.
U novu rasoiu artroscopicu presenta un disignu tubu-in-tubu, cumprese una manica esterna in acciaio inox è un tubu internu cavu rotante cù porte di aspirazione è di taglio currispondenti nantu à a manica esterna è u tubu internu. L'involucri interni è esterni sò intagliati. Durante u funziunamentu, u sistema di alimentazione face chì u tubu internu roti, è u tubu esternu morde cù i denti, interagendu cù u tagliu. L'incisione tissutale cumpletata è i corpi liberi sò rimossi da l'articulazione attraversu un tubu internu cavu. Per migliurà e prestazioni è l'efficienza di taglio, hè stata scelta una struttura di denti concavi. A saldatura laser hè aduprata per e parti cumposte. A struttura di una testa di rasatura à doppiu dente convenzionale hè mostrata in a Figura 2.
In generale, u diametru esternu di l'estremità anteriore di u rasoiu artroscopicu hè ligeramente più chjucu chè l'estremità posteriore. U rasoiu ùn deve esse furzatu in u spaziu articulare, perchè sia a punta sia u bordu di a finestra di taglio sò lavati è danneghjanu a superficia articulare. Inoltre, a larghezza di a finestra di u rasoiu deve esse abbastanza grande. Più larga hè a finestra, più urganizatu hè u rasoiu taglia è aspira, è megliu impedisce l'intasamentu di a finestra.
Discutite l'effettu di u prufilu di u dente nantu à a forza di taglio. U mudellu 3D di a lama hè statu creatu cù u software SolidWorks (SolidWorks 2016, SolidWorks Corp., Massachusetts, USA). I ​​mudelli di a guscia esterna cù diversi prufili di denti sò stati impurtati in u prugramma à elementi finiti (ANSYS Workbench 16.0, ANSYS Inc., USA) per l'analisi di a maglia è di e tensioni. E proprietà meccaniche (modulu di elasticità è rapportu di Poisson) di i materiali sò date in a Tabella 1. A densità di a maglia aduprata per i tessuti molli era di 0,05 mm, è avemu raffinatu 11 facce di pialla in cuntattu cù i tessuti molli (Fig. 3a). U mudellu interu hà 40.522 nodi è 45.449 maglie. In i paràmetri di e cundizioni di cunfine, vinculemu cumpletamente i 6 gradi di libertà dati à i 4 lati di i tessuti molli è a lama di a lama hè rotata di 20° intornu à l'asse x (Fig. 3b).
Un'analisi di trè mudelli di rasoi (Fig. 4) hà dimustratu chì u puntu di stress massimu si verifica à un cambiamentu bruscu di struttura, ciò chì hè coerente cù e proprietà meccaniche. U rasoiu hè un strumentu dispunibule4 è ci hè pocu risicu di rottura di a lama durante un solu usu. Dunque, ci concentremu principalmente nantu à a so capacità di taglio. U stress massimu equivalente chì agisce nantu à i tessuti molli pò riflette sta caratteristica. In e stesse cundizioni operative, quandu u stress massimu equivalente hè u più grande, si cunsidereghja preliminarmente chì e so proprietà di taglio sò e migliori. In termini di stress di i tessuti molli, u rasoiu cù prufilu di denti di 60° hà pruduttu u stress di taglio massimu di i tessuti molli (39.213 MPa).
Distribuzione di a tensione di u rasoiu è di i tessuti molli quandu e guaine di rasoiu cù diversi profili di denti taglianu i tessuti molli: (a) prufilu di denti di 50°, (b) prufilu di denti di 60°, (c) prufilu di denti di 70°.
Per ghjustificà u disignu di a nova lama BJKMC, hè stata paragunata cù una lama equivalente Dyonics◊ Incisor◊ Plus (Fig. 5) chì hà e stesse prestazioni. Trè tipi identichi di ogni pruduttu sò stati utilizati in tutti l'esperimenti. Tutti i rasoi utilizati sò novi è senza danni.
I fattori chì influenzanu e prestazioni di u rasoiu includenu a durezza è u spessore di a lama, a rugosità di u tubu metallicu, è u prufilu è l'angulu di u dente. Per misurà i contorni è l'anguli di i denti, hè statu sceltu un proiettore di contorni cù una risoluzione di 0,001 mm (serie Starrett 400, Fig. 6). In l'esperimenti, e teste di rasatura sò state piazzate nantu à un bancu di travagliu. Misurate u prufilu di u dente è l'angulu in relazione à u mirino nantu à u schermu di pruiezione è aduprate un micrometru cum'è a differenza trà e duie linee per determinà a misurazione. A dimensione attuale di u prufilu di u dente hè ottenuta dividendola per l'ingrandimentu di l'ughjettivu sceltu. Per misurà un angulu di dente, allineate i punti fissi da ogni latu di l'angulu misuratu cù l'intersezione di a sottolinea nantu à u schermu tratteggiatu è aduprate i cursori angulari in a tabella per piglià letture.
Ripetendu questu esperimentu, sò state misurate e dimensioni principali di a lunghezza di travagliu (tubi interni è esterni), i diametri esterni anteriori è posteriori, a lunghezza è a larghezza di a finestra è l'altezza di i denti.
Verificate a rugosità di a superficia cù un pinpointer. A punta di l'arnese hè mossa orizzontalmente sopra u campione, perpendicolarmente à a direzzione di u granu trasfurmatu. A rugosità media Ra hè ottenuta direttamente da u strumentu. In a figura 7 si mostra un strumentu cù un agulla (Mitutoyo SJ-310).
A durezza di e lame di rasoiu hè misurata secondu a prova di durezza Vickers ISO 6507-1: 20055. L'indentatore di diamanti hè pressatu in a superficia di u campione per un periudu di tempu datu sottu una certa forza di prova. Dopu, a lunghezza diagonale di l'indentazione hè stata misurata dopu a rimozione di l'indentatore. A durezza Vickers hè proporzionale à u rapportu trà a forza di prova è a superficia di l'impressione.
U spessore di u muru di a testa di rasatura hè misuratu inserendu una testa à sfera cilindrica cù una precisione di 0,01 mm è un intervallu di misurazione di circa 0-200 mm. U spessore di u muru hè definitu cum'è a differenza trà i diametri esterni è interni di l'utensile. A prucedura sperimentale per misurà u spessore hè mostrata in Fig. 8.
A prestazione strutturale di u rasoiu BJKMC hè stata paragunata cù quella di un rasoiu Dyonics◊ di a listessa specificazione. I dati di prestazione per ogni parte di u pruduttu sò misurati è paragunati. Basatu annantu à i dati dimensionali, e capacità di tagliu di i dui prudutti sò prevedibili. Tramindui i prudutti anu eccellenti proprietà strutturali, hè sempre necessaria un'analisi comparativa di a cunduttività elettrica da tutti i lati.
Sicondu l'esperimentu di l'angulu, i risultati sò mostrati in a Tavula 2 è a Tavula 3. A media è a deviazione standard di i dati di l'angulu di u prufilu per i dui prudutti ùn eranu micca statisticamente diverse.
Una paragone di certi parametri chjave di i dui prudutti hè mostrata in a Figura 9. In termini di larghezza è lunghezza di u tubu internu è esternu, e finestre di u tubu internu è esternu di Dyonics◊ sò ligeramente più longhe è più larghe di quelle di BJKMC. Questu significa chì Dyonics◊ pò avè più spaziu per taglià è chì u tubu hè menu prubabile di intasassi. I dui prudutti ùn anu micca differitu statisticamente in altri aspetti.
E parte di u rasoiu BJKMC sò cunnesse per saldatura laser. Dunque, ùn ci hè nisuna pressione esterna nantu à a saldatura. A parte da saldà ùn hè sottumessa à stress termicu o deformazione termica. A parte di saldatura hè stretta, a penetrazione hè grande, a resistenza meccanica di a parte di saldatura hè alta, a vibrazione hè forte, a resistenza à l'impattu hè alta. I cumpunenti saldati à laser sò assai affidabili in l'assemblea14,15.
A rugosità di a superficia hè una misura di a struttura di una superficia. I cumpunenti d'alta frequenza è d'onda corta di a superficia misurata, chì determinanu l'interazzione trà l'ughjettu è u so ambiente, sò presi in contu. A manica esterna di u cultellu internu è a superficia interna di u tubu internu sò e principali superfici di travagliu di u rasoiu. Riduce a rugosità di e duie superfici pò riduce efficacemente l'usura di u rasoiu è migliurà e so prestazioni.
A rugosità di a superficia di a carcassa esterna, è ancu di e superfici interne è esterne di a lama interna di dui tubi metallichi, hè stata ottenuta sperimentalmente. I so valori medi sò mostrati in a Figura 10. A superficia interna di a guaina esterna è a superficia esterna di u cultellu internu sò e principali superfici di travagliu. A rugosità di a superficia interna di u fodero è di a superficia esterna di u cultellu internu BJKMC hè più bassa chè quella di prudutti simili Dyonics◊ (stessa specificazione). Questu significa chì i prudutti BJKMC ponu avè risultati soddisfacenti in termini di prestazioni di taglio.
Sicondu a prova di durezza di a lama, i dati sperimentali di dui gruppi di lame di rasoiu sò mostrati in a Figura 11. A maiò parte di i rasoi artroscopici sò fatti d'acciaio inox austeniticu per via di l'alta resistenza, tenacità è duttilità richieste per e lame di rasoiu. Tuttavia, e teste di rasatura BJKMC sò fatte d'acciaio inox martensiticu 1RK91. L'acciai inox martensitici anu una resistenza è una tenacità più elevate cà l'acciai inox austenitici17. L'elementi chimichi in i prudutti BJKMC rispondenu à i requisiti di S46910 (Strumenti Chirurgichi ASTM-F899) durante u prucessu di forgiatura. U materiale hè statu testatu per a citotossicità è hè largamente utilizatu in i dispositivi medichi.
Da i risultati di l'analisi di l'elementi finiti si pò vede chì a cuncentrazione di stress di u rasoiu hè principalmente cuncintrata nantu à u prufilu di u dente. IRK91 hè un acciaio inox supermartensiticu d'alta resistenza cù alta tenacità è bona resistenza à a trazione sia à temperatura ambiente sia à temperatura elevata. A resistenza à a trazione à temperatura ambiente pò ghjunghje à più di 2000 MPa, è u valore massimu di stress secondu l'analisi di l'elementi finiti hè di circa 130 MPa, chì hè luntanu da u limite di frattura di u materiale. Credemu chì u risicu di frattura di a lama hè assai chjucu.
U spessore di a lama affetta direttamente a capacità di taglio di u rasoiu. Più fine hè u spessore di u muru, megliu hè a prestazione di taglio. U novu rasoiu BJKMC minimizza u spessore di u muru di duie barre rotanti opposte, è a testa hà un muru più fine chè i so omologhi di Dyonics◊. I cultelli più fini ponu aumentà a putenza di taglio di a punta.
I dati in a Tavula 4 mostranu chì u spessore di u muru di u rasoiu BJKMC misuratu da u metudu di misurazione di u spessore di u muru per compressione-rotazione hè più chjucu chè quellu di u rasoiu Dyonics◊ di a listessa specificazione.
Sicondu l'esperimenti cumparativi, u novu rasoiu artroscopicu BJKMC ùn hà mostratu alcuna differenza di cuncepimentu evidente da u mudellu simile Dyonics◊. In paragone à l'inserti Dyonics◊ Incisor◊ Plus in termini di proprietà di u materiale, l'inserti à doppia dentatura BJKMC anu una superficia di travagliu più liscia è una punta più dura è più fina. Dunque, i prudutti BJKMC ponu funziunà in modu soddisfacente in chirurgia. Stu studiu hè statu cuncipitu in modu prospetticu è e prestazioni specifiche devenu esse testate in esperimenti successivi.
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Izelu, C. & Eze, S. Una investigazione nantu à l'effettu di a prufundità di tagliu, a velocità di avanzamentu è u raghju di a punta di l'utensile nantu à a vibrazione indotta è a rugosità superficiale durante a tornitura dura di l'acciaiu alliatu 41Cr4 utilizendu a metodologia di a superficia di risposta. Izelu, C. & Eze, S. Una investigazione nantu à l'effettu di a prufundità di tagliu, a velocità di avanzamentu è u raghju di a punta di l'utensile nantu à a vibrazione indotta è a rugosità superficiale durante a tornitura dura di l'acciaiu alliatu 41Cr4 utilizendu a metodologia di a superficia di risposta.Izelu, K. è Eze, S. Studiu di l'effettu di a prufundità di tagliu, a velocità di avanzamentu è u raghju di a punta di l'utensile nantu à a vibrazione indotta è a rugosità superficiale durante a lavorazione dura di l'acciaiu legatu 41Cr4 utilizendu a metodologia di a superficia di risposta. Izelu, C. & Eze, S. 使用响应面法研究41Cr4合金钢硬车削过程中切深、进给速度和刀尖半径对诱发振动和表面粗糙倱度 Izelu, C. & Eze, S. L'effettu di a prufundità di tagliu, a velocità di avanzamentu è u raghju nantu à a rugosità superficiale di l'acciaiu alliatu 41Cr4 in u prucessu di tagliu di a rugosità superficiale.Izelu, K. è Eze, S. Utilizendu a metodologia di a superficia di risposta per investigà l'influenza di a prufundità di tagliu, a velocità di avanzamentu è u raghju di punta nantu à a vibrazione indotta è a rugosità superficiale durante a lavorazione dura di l'acciaiu in lega 41Cr4.Interpretazione. J. Ingegneria. tecnulugia 7, 32–46 (2016).
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