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可弯曲手术电极的研究

吴薇  
【摘要】:随着外科技术水平的不断进步,以及对手术安全及伤口微创化要求的不断提高,微创医疗手术器械在临床上也愈来愈受欢迎。传统的手术器械主要以直形或预弯曲的手术电极为主,在特定的狭小空间内,医生很难以安全、方便的角度进行手术操作,也容易引起患者不必要的组织损伤。传统的手术器械越来越无法适应微创医学的发展,微创外科手术现要求器械具有更好的灵活性和可控弯曲性,能够在临床手术中进行伸缩、弯曲、旋转等多自由度的活动。因此,开展可弯曲手术电极相关的基础研究,以便更好的了解电极的弯曲成形性能、弹性元件的热处理工艺、电极的电切性能等,为可弯曲电极的结构设计及性能优化等提供参考依据,且对临床手术操作具有重要的指导意义。本文的主要研究内容包括:将钼电极在不同条件下进行反复多次折弯,分析钼电极的回弹角与弯折处的组织结构变化,研究钼高温下的应力-应变特性及折弯条件对钼电极弯曲成形性能的影响规律;将Ni36CrTiAl合金弹性元件在不同温度及保温时间下进行时效处理,用金相显微镜、扫描电镜、万能材料试验机、维氏显微硬度计等研究Ni36CrTiAl合金时效处理工艺对组织与力学性能的影响规律;将钼电极与不锈钢电极在同一条件下进行切割不同组织及耐烧损试验,用光学显微镜及傅里叶红外光谱仪等研究对比不同电极的电切特性及电极表面的粘附行为。通过以上研究,得出以下主要结论:(1)钼电极在同一折弯成形条件下,45°反复折弯可进行20次左右,回弹角为8-10°,而90°折弯次数小于8次,回弹角为12-14°。反复多次折弯,折弯部位内外侧硬度略微升高,而中性层硬度基本不变。钼丝弯折的内侧先于外侧产生裂纹,裂纹与轴向垂直,到一定深度后沿45°方向扩展,且随着折弯次数的增加,裂纹数目增多,深度增加。在加热条件下进行钼电极的折弯,弯折处的裂纹程度减轻,250℃下90°折弯4次时,裂纹已完全消失。90°折弯8次时,随着温度升高,材料塑性成形能力增强,内侧裂纹程度明显减轻,而外侧裂纹变化较小。(2)时效处理前Ni36CrTiAl合金弹片组织为均匀的奥氏体,部分晶粒内有孪晶、位错等缺陷,力学性能较差,抗拉强度仅为898.4MPa,屈服强度为401.0MPa。在保温时间相同条件下,随着时效处理温度的升高,合金内的第二相析出的数量逐渐增多,第二相质点成分主要为(Ti,Al)_2Ni。温度升高强化效果先升高后降低,710℃时强化效果达到最佳,抗拉强度为1459.9MPa,屈服强度为967.7MPa,相比于未时效分别提高了62.49%和1.5倍左右。在710℃下进行不同保温时间的时效处理,当保温时间为3h时,合金的力学性能最佳。(3)在同一切割条件下钼电极所致热损伤面积和程度都较不锈钢宽刀小、创口更窄,且钼电极表面粘附物更少。切割不同肌体组织,电极表面出现不同的粘附物。切割脂肪组织时,电极表面粘附物主要为油脂和少量黄色焦痂;切割皮肤组织时,电极表面粘附物主要为黑色焦痂和少量黄色焦痂;切割肌肉组织时,电极表面粘附物由黄色焦痂和絮状肌肉组织组成;切割脂肪-肌肉混合组织时,电极表面粘附物是脂肪与肌肉组织粘附物的混合体。大功率放电试验下,钼电极仍保持完好的针形结构,而不锈钢电极表面发生显微熔融,电极表面粗糙化,不锈钢电极耐烧损性能较差。钼电极在不同功率下切割,电刀功率低于18w时,无法切割组织,功率超过26w时则会造成大的组织损伤;随着电刀功率增大,电极表面粘附物呈减少趋势。


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