自動調節式肋骨撐開器:溫和的外科手術療法。

一家美國高科技公司研發出一種自動調節式肋骨撐開器,可減輕病患術後疼痛,並且能促進病患復原情形。讓這個創新手術儀器運行平穩流暢的功臣便是maxon高轉矩馬達。

  • Physcient原型機的馬達外殼詳圖。© 2012 Physcient

即使這聽起來好像不可能的任務:在現今侵入性手術過程中所使用的一些儀器,早在二十世紀的三零年代便已研發問世,並且沿續應用至今,幾乎無任何的改良。在多數情況下,這些儀器的確可滿足應用需要,但是病患的康復速度卻相當緩慢。這種情形在胸腔手術(例如心臟或肺部手術)尤其常見。目前主要有兩種方法可將胸腔打開至醫生可實行手術的程度:胸廓切開術(從肋骨之間切入)和胸骨切開術(縱向切開胸骨)。實施胸廓切開術時,會從兩條肋骨之間切入;實施胸骨切開術時,外科醫生會將胸骨縱向鋸開,以打開胸腔。在這兩種情况下,外科醫生都需要借助一個帶手柄和止動爪的絞盤-也就是所謂的撐開器-將肋骨或是兩塊胸骨分開。但將肋骨分開需要非常大的力量。

美國公司Physcient的研發團隊發現,分開肋骨所需的力量大約等於病患的體重。這代表的是,使用撐開器可能會導致骨折、神經壓迫、關節過度擴張以及韌帶撕裂,因而導致永久性術後傷害。位於北卡羅萊納州達勒姆市的Physcient公司研發出全新技術,可顯著降低因打開胸腔而導致的傷害。

Chuck Pell與Hugh Crenshaw是Physcient公司的創辦人,前者解釋道:「我們必須解決兩個重要問題。一個問題是我們的撐開器不能大於目前手術室中所使用的儀器;而另一個問題就是這個儀器要能承受頻繁的消毒。」

「Physcient正是以此為目標,研發出Assuage™ Smart Retractor™,這套儀器採用先進技術解決這個長期以來棘手的難題,而不需要改變外科的手術方法。」Pell另外補充說道:「我們兩人的專業都是生物力學,因此我們希望將我們所學到有關生物運動的知識運用到新型技術中。近來,我們開始研究外科手術儀器這一個非常有趣的領域。目前手術中所使用的大部分儀器都發明於生物力學成為一個成熟的學科之前。」根據《國家心肺和血液研究所》的統計,每年所進行的心臟手術已超過五十萬例。如果再加上超過十萬例的肺部手術,那麼對於高品質手術儀器的需求就更明顯了。目前所使用的肋骨撐開器的設計之舊、所進行手術的數量之鉅,直接導致了肋骨骨折案例的持續增加。

Crenshaw和Pell意識到過去對肋骨撐開器所需力量的研究甚少,因此組成了一個團隊,專門測量其所需力量和效果,並開發可降低傷害的技術。骨骼具有可觀的延展性,可達到相當大的彎曲度才會折斷,但是這也取決於撐開器的運動速度。肋骨在猛然彎曲的情況下極易折斷,使用手搖式撐開器時就常常發生這種情形,因為骨纖維需要一些時間才能延展開來。自動調節式Assuage™ 肋骨撐開器内建有感應器,可快速地辨識到纖維不穩定的狀態。這個訊息將被傳送回到儀器,如此一來,儀器就能根據肌體組織的具體狀態作出反應。所選用馬達必須擁有極為準確且絕對可靠的閉環反饋電路,才能應用於醫療儀器。

動作柔和的高轉矩maxon馬達
Physcient以maxon馬達為基礎,打造了第一台原型機。對於馬達的一個重要要求便是,即使在低轉速情況下也必須保證無頓轉運行。肋骨撐開器必須要能溫和且穩定地運動,如此才能將對病患的傷害降至最低。無刷直流馬達可使用電池驅動,非常方便。透過搭配感應器系統的内建控制系統可精確地控制撐開過程。Physcient特別選擇了高轉矩馬達,以便能達到所需的極大撐開力。「我們選用的maxon馬達不但要提供醫學史上最大的撐開力,而且還必須非常精確地作業,才能將對韌帶和軟組織的傷害降至最低」,Pell解釋道。

maxon motor的馬達類型非常多樣化,直徑從6 mm至90 mm不等,可應用於各種不同的場合。透過電子換向可將電磁干擾降至最低。無刷直流馬達没有會磨損的機械刷,因此可保證極長的使用壽命。此外,高品質預置球軸承更進一步地延長了馬達的使用壽命。

Physcient Assuage™ Smart Retractor™ 的設計也充分考慮到骨骼和組織的物理特性。和多數心胸外科領域内的研究項目一樣,這項產品也曾在豬隻身上進行試驗,因為豬隻的生物力學結構與人體的生物力學結構相當相似。Physcient團隊所設計的原型機具有兩排彎曲的金屬鈎,每排金屬鈎用來抓住一條肋骨。在撐開器自行撐開肋骨的過程中,可透過感應器信號來控制maxon馬達,進而確保能緩和地打開胸腔。實驗證明,Physcient的撐開器確實能顯著降低組織創傷,並減輕疼痛,同時也能使病患維持呼吸順暢,康復時間也明顯縮短。在Assuage™ 投入生產後,Physcient的研發團隊將繼續致力於其他長期未獲得改善的醫療儀器的研究工作。

在醫療儀器改善過程中,Physcient公司始終將病患的健康置於首位,他們也計劃對所有外科手術儀器進行自動化改進。Assuage™ Smart Retractor™ 計劃將於2013年上市。

 © maxon motor ag

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