Способ изготовления индивидуальных эргономических рукояток лапароскопических хирургических инструментов с использованием трехмерной печати
METHOD OF MANUFACTURING INDIVIDUAL ERGONOMIC HANDLES OF LAPAROSCOPIC SURGICAL INSTRUMENTS USING THREE-DIMENSIONAL PRINTING

Изобретение относится к области медицины, а именно к хирургии, к способу изготовления индивидуальных эргономических рукояток лапароскопических хирургических инструментов с использованием трехмерной печати и может быть использовано для практического использования в условиях хирургических стационаров широкого профиля.
Современный уровень развития хирургии в медицине и ветеринарии характеризуется снижением инвазивности операций. В качестве доступа может быть проведение вмешательств через небольшие кожные разрезы с использованием естественных полостей (лапароскопия и торакоскопия) или формирование искусственных. Такой подход имеет неоспоримые преимущества для пациентов, в связи с меньшей операционной травмой, более коротким сроком выздоровления и хорошим косметическим эффектом. В тоже время выполнение таких оперативных пособий связано с необходимостью использование специального инструмента, который обладает следующими недостатками: во-первых ограниченный угол свободы движений и во-вторых лапароскопический инструмент требует использования увеличенных усилий кисти хирурга на рабочие бранши в сравнении с традиционными инструментами. В подобных условиях решающее значение приобретает конструкция рукоятки инструмента
При анализе источников информации по способу изготовления индивидуальных эргономических рукояток лапароскопических хирургических инструментов с использованием трехмерной печати заявителю в патентной и технической литературе не удалось обнаружить источник информации, который можно было использовать в качестве прототипа по совпадающему числу признаков (см., например Forkey D, Smith W, Berguer R. 19th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. Chicago: IL; 1997. A comparison of thumb and forearm muscle effort required for laparoscopic and open surgery using an ergonomic measurement station; pp. 1705-1708, или FDA works to reduce preventable medical device injuries. Magazine article by Carol Rados. FDA Consumer. 2003; 37:28. [PubMed] или J Parekh, DET Shepherd, DWL Hukins, N Maffulli «Ergonomic T-Handle for Minimally Invasive Surgical Instruments» Translational Medicine UniSa - ISSN 2239-9747 2016, 14(7): 38-41).
Задачей изобретения является создание способа изготовления индивидуальных эргономических рукояток лапароскопических хирургических инструментов с использованием трехмерной печати.
Техническим результатом является создание эргономических рукояток лапароскопических хирургических инструментов с учетом индивидуальных особенностей кисти хирурга, достижение создания эргономических рукояток лапароскопических хирургических инструментов, обеспечивающих отсутствие болезненных ощущений или компрессии нервов и сосудов кисти хирурга в течение длительного использования.
Технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что предложен способ изготовления индивидуальных эргономических рукояток лапароскопических хирургических инструментов с использованием трехмерной печати, характеризующийся тем, что на находящейся в физиологическом положении индивидуальной кисти правой или левой конечности хирурга, сходном с тем, когда в кисти находится круглый предмет, моделируют с использованием быстротвердеющего пластического полимерного материала, например поликапролактана, две бранши с отверстиями индивидуальной рукоятки лапароскопического хирургического инструмента, одна из которых предназначена для размещения первого пальца индивидуальной кисти хирурга и вторая для размещения второго-пятого пальцев кисти хирурга, при этом модель бранши для первого пальца индивидуальной кисти хирурга формируют по ногтевой фаланге его первого пальца с обеспечением максимально возможной площади для тыльной и ладонной поверхностей кисти хирурга и длиной бранши равной расстоянию между ногтевой фалангой первого пальца кисти хирурга и пястно-фалангового сустава второго пальца индивидуальной кисти хирурга, модель бранши для второго-пятого пальцев индивидуальной кисти хирурга формируют сходной по форме с цифрой 9, при этом для второго пальца индивидуальной кисти хирурга формируют дополнительную площадь контакта над отверстием цифры 9, для третьего и четвертого пальца индивидуальной кисти хирурга формируют контакт в отверстии цифры 9 и для пятого пальца индивидуальной кисти хирурга формируют контакт в завитке цифры 9 с обеспечением длины бранши превышающей на 3-4 см ширину индивидуальной кисти хирурга на уровне пястно-фаланговых суставов со второго по пятый палец индивидуальной кисти хирурга, полученные слепки бранш сканируют в трехмерном сканере с получением 3D-модели, выполняют компьютерную обработку 3D-модели рукоятки, выполняют сглаживание поверхности и объединяют полученную модель с любым видом шарнирного соединения и узлом крепления лапароскопического инструмента, изготавливают с использованием печати на 3D принтере сглаженную модель рукоятки из биологически совместимого и нетоксичного полимерного материала, повторяющую все индивидуальные анатомические особенности запястья индивидуальной кисти хирурга, которую оснащают приводом для манипулирования через рычажный механизм исполнительным органом и узлом крепления исполнительного органа лапароскопического инструмента. При этом в качестве биологически совместимого и нетоксичного полимерного материала для изготовления модели рукоятки используют полиэтилентерефталат с гликолем (РЕТ-G), или акрилонитрилбутадиенстирол (ABS), или полилактид (PLA) или полиамид.
Способ осуществляют следующим образом. На находящейся в физиологическом положении кисти правой или левой конечности хирурга, сходном с тем, когда в кисти находится круглый предмет, моделируют с использованием быстротвердеющего пластического полимерного материала, например поликапролактана, две бранши с отверстиями индивидуальной рукоятки лапароскопического хирургического инструмента, одна из которых предназначена для размещения первого пальца кисти хирурга и вторая для размещения второго-пятого пальцев кисти хирурга.
При этом модель бранши для первого пальца индивидуальной кисти хирурга формируют по ногтевой фаланге его первого пальца с обеспечением максимально возможной площади для тыльной и ладонной поверхностей кисти хирурга и длиной бранши равной расстоянию между ногтевой фалангой первого пальца кисти хирурга и пястно-фалангового сустава второго пальца кисти хирурга.
Модель бранши для второго-пятого пальцев индивидуальной кисти хирурга формируют сходной по форме с цифрой 9. При этом для второго пальца индивидуальной кисти хирурга формируют дополнительную площадь контакта над отверстием цифры 9, для третьего и четвертого пальца индивидуальной кисти хирурга формируют контакт в отверстии цифры 9 и для пятого пальца индивидуальной кисти хирурга формируют контакт в завитке цифры 9 с обеспечением длины бранши превышающей на 3-4 см ширину индивидуальной кисти хирурга на уровне пястно-фаланговых суставов со второго по пятый палец индивидуальной кисти хирурга.
Полученные слепки бранш сканируют в трехмерном сканере с получением 3D-модели. Выполняют компьютерную обработку 3D-модели рукоятки, выполняют сглаживание поверхности и объединяют полученную модель с любым видом шарнирного соединения и узлом крепления лапароскопического инструмента, изготавливают с использованием печати на 3D принтере сглаженную модель рукоятки из биологически совместимого и нетоксичного полимерного материала, повторяющую все индивидуальные анатомические особенности запястья индивидуальной кисти хирурга. При этом в качестве биологически совместимого и нетоксичного полимерного материала для изготовления модели рукоятки используют полиэтилентерефталат с гликолем (РЕТ-G), или акрилонитрилбутадиенстирол (ABS), или полилактид (PLA) или полиамид.
Сглаженную модель рукоятки оснащают приводом для манипулирования через рычажный механизм исполнительным органом и узлом крепления исполнительного органа лапароскопического инструмента.
Созданный лапароскопический инструмент с индивидуальной эргономической рукояткой готов для практического использования в хирургической практике.
Среди существенных признаков, характеризующих предложенный способ изготовления индивидуальных эргономических рукояток лапароскопических хирургических инструментов, отличительными являются:
- моделирование на находящейся в физиологическом положении кисти правой или левой конечности хирурга, сходном с тем, когда в кисти находится круглый предмет, с использованием быстротвердеющего пластического полимерного материала, например поликапролактана, двух бранш с отверстиями индивидуальной рукоятки лапароскопического хирургического инструмента, одна из которых предназначена для размещения первого пальца индивидуальной кисти хирурга и вторая для размещения второго-пятого пальцев индивидуальной кисти хирурга,
- формирование модели бранши для первого пальца кисти хирурга по ногтевой фаланге его первого пальца с обеспечением максимально возможной площади для тыльной и ладонной поверхностей индивидуальной кисти хирурга и длиной бранши равной расстоянию между ногтевой фалангой первого пальца индивидуальной кисти хирурга и пястно-фалангового сустава второго пальца индивидуальной кисти хирурга,
- формирование модели бранши для второго-пятого пальцев индивидуальной кисти хирурга сходной по форме с цифрой 9, при этом формирование для второго пальца индивидуальной кисти хирурга дополнительной площади контакта над отверстием цифры 9, формированием для третьего и четвертого пальца индивидуальной кисти хирурга контакта в отверстии цифры 9 и формирование для пятого пальца индивидуальной кисти хирурга контакта в завитке цифры 9 с обеспечением длины бранши превышающей на 3-4 см ширину индивидуальной кисти хирурга на уровне пястно-фаланговых суставов со второго по пятый палец индивидуальной кисти хирурга,
- сканирование полученных слепков бранш в трехмерном сканере с получением 3D-модели,
- выполнение компьютерной обработки 3D-модели рукоятки,
- выполнение сглаживания поверхности и объединение полученной модели с любым видом шарнирного соединения и узлом крепления лапароскопического инструмента,
- изготовление с использованием печати на 3D принтере сглаженной модель рукоятки из биологически совместимого и нетоксичного полимерного материала, повторяющую все индивидуальные анатомические особенности запястья индивидуальной кисти хирурга, оснащение исполнительного органа лапароскопического инструмента,
- использование в качестве биологически совместимого и нетоксичного полимерного материала для изготовления модели рукоятки полиэтилентерефталата с гликолем (PET-G), или акрилонитрилбутадиенстирола (ABS), или полилактида (PLA) или полиамида.
Клинические исследования и практическое использование предложенного способа изготовления индивидуальных эргономических рукояток лапароскопических хирургических инструментов показали его высокую эффективность. Предложенный способ изготовления индивидуальных эргономических рукояток лапароскопических хирургических инструментов обеспечил при своем использовании создание эргономических рукояток лапароскопических хирургических инструментов с учетом индивидуальных особенностей кисти хирурга, достигнуто создание эргономических рукояток лапароскопических хирургических инструментов, обеспечивающих отсутствие болезненных ощущений или компрессии нервов и сосудов индивидуальной кисти хирурга в течение длительного использования.
Реализация предложенного способа изготовления индивидуальных эргономических рукояток лапароскопических хирургических инструментов поясняется следующими клиническими примерами.
Пример 1. Осуществили изготовление индивидуальной эргономической рукоятки лапароскопического хирургического инструмент для кисти левой конечности хирурга К.
На находящейся в физиологическом положении кисти левой конечности хирурга, сходном с тем, когда в кисти находится круглый предмет, смоделировали с использованием быстротвердеющего пластического полимерного материала поликапролактана две бранши с отверстиями индивидуальной рукоятки лапароскопического хирургического инструмента. Одна предназначена для размещения первого пальца кисти хирурга и вторая для размещения второго-пятого пальцев левой кисти хирурга.
При этом модель бранши для первого пальца индивидуальной кисти хирурга сформировали по ногтевой фаланге его первого пальца с обеспечением максимально возможной площади для тыльной и ладонной поверхностей левой кисти хирурга и длиной бранши равной расстоянию между ногтевой фалангой первого пальца левой кисти хирурга и пястно-фалангового сустава второго пальца левой кисти хирурга.
Модель бранши для второго-пятого пальцев индивидуальной кисти хирурга сформировали сходной по форме с цифрой 9. При этом для второго пальца индивидуальной левой кисти хирурга сформировали дополнительную площадь контакта над отверстием цифры 9, для третьего и четвертого пальца индивидуальной кисти хирурга сформировали контакт в отверстии цифры 9 и для пятого пальца индивидуальной левой кисти хирурга сформировали контакт в завитке цифры 9 с обеспечением длины бранши превышающей на 3-4 см ширину индивидуальной левой кисти хирурга на уровне пястно-фаланговых суставов со второго по пятый палец индивидуальной кисти хирурга.
Полученные слепки бранш отсканировали в трехмерном сканере с получением 3D-модели. Выполнили компьютерную обработку 3D-модели рукоятки, выполнили сглаживание поверхности и объединили полученную модель с конкретным видом шарнирного соединения и узлом крепления лапароскопического инструмента. Изготовили с использованием печати на 3D принтере сглаженную модель рукоятки из биологически совместимого и нетоксичного полимерного материала, повторяющую все индивидуальные анатомические особенности запястья индивидуальной левой кисти хирурга. При этом в качестве биологически совместимого и нетоксичного полимерного материала для изготовления модели рукоятки используют акрилонитрилбутадиенстирол (ABS).
Сглаженную модель рукоятки оснастили приводом для манипулирования через рычажный механизм исполнительным органом и узлом крепления исполнительного органа лапароскопического инструмента.
Созданный лапароскопический инструмент с индивидуальной эргономической рукояткой подготовили для практического использования хирургом в хирургической практике.
Пример 2. Осуществили изготовление индивидуальной эргономической рукоятки лапароскопического хирургического инструмент для кисти правой конечности хирурга В.
На находящейся в физиологическом положении кисти правой конечности хирурга, сходном с тем, когда в кисти находится круглый предмет, смоделировали с использованием быстротвердеющего пластического полимерного материала поликапролактана две бранши с отверстиями индивидуальной рукоятки лапароскопического хирургического инструмента. Одна предназначена для размещения первого пальца кисти хирурга и вторая для размещения второго-пятого пальцев правой кисти хирурга.
При этом модель бранши для первого пальца индивидуальной кисти хирурга сформировали по ногтевой фаланге его первого пальца с обеспечением максимально возможной площади для тыльной и ладонной поверхностей правой кисти хирурга и длиной бранши равной расстоянию между ногтевой фалангой первого пальца правой кисти хирурга и пястно-фалангового сустава второго пальца правой кисти хирурга.
Модель бранши для второго-пятого пальцев индивидуальной кисти хирурга сформировали сходной по форме с цифрой 9. При этом для второго пальца индивидуальной правой кисти хирурга сформировали дополнительную площадь контакта над отверстием цифры 9, для третьего и четвертого пальца индивидуальной кисти хирурга сформировали контакт в отверстии цифры 9 и для пятого пальца индивидуальной правой кисти хирурга сформировали контакт в завитке цифры 9 с обеспечением длины бранши превышающей на 3-4 см ширину индивидуальной правой кисти хирурга на уровне пястно-фаланговых суставов со второго по пятый палец индивидуальной правой кисти хирурга.
Полученные слепки бранш отсканировали в трехмерном сканере с получением 3D-модели. Выполнили компьютерную обработку 3D-модели рукоятки, выполнили сглаживание поверхности и объединили полученную модель с конкретным видом шарнирного соединения и узлом крепления лапароскопического инструмента. Изготовили с использованием печати на 3D принтере сглаженную модель рукоятки из биологически совместимого и нетоксичного полимерного материала, повторяющую все индивидуальные анатомические особенности запястья индивидуальной левой кисти хирурга. При этом в качестве биологически совместимого и нетоксичного полимерного материала для изготовления модели рукоятки использовали полиэтилентерефталат с гликолем (PET-G).
Сглаженную модель рукоятки оснастили приводом для манипулирования через рычажный механизм исполнительным органом и узлом крепления исполнительного органа лапароскопического инструмента.
Созданный лапароскопический инструмент с индивидуальной эргономической рукояткой подготовили для практического использования хирургом в хирургической практике.
Изготовленные с использованием предложенного способа индивидуальные эргономические рукоятки лапароскопических хирургических инструментов обеспечили при своем использовании отсутствие болезненных ощущений или компрессии нервов и сосудов хирурга в течение выполнения длительных хирургических вмешательств, например при выполнении экстраперитонеоскопической аденомэктомии предстательной железы больших объемов. При этом при использовании в качестве биологически совместимого и нетоксичного полимерного материала для изготовления модели рукоятки полилактида (PLA) или полиамид также обеспечивается достижение заданного технического результата.