[发明专利]一种微创切割生物软组织的金属丝刀具

说明书

技术领域

本发明属于软物质和实验力学技术领域，涉及到生物软组织切割，特别涉及到一种微创切割生物软组织的金属丝刀具。

背景技术

日常生活中磕碰、跌落、车祸等很多事故都可能对人体组织器官(如大脑、肝脏、肾脏等)造成不同程度上的创伤甚至危及生命，为能够研发出有效可靠的预测方法和防护措施，需要准确的测试人体软组织的力学性能，建立合适的力学模型，为实验验证和数值模拟提供的参考数据。另外，获得人体软组织准确的力学性能对医疗诊断、制定手术方案等均具有重要的实践指导意义。由于猪、牛等部分软组织器官力学性能与相应人体软组织相似，实验中常用其来代替人体组织。要对生物软组织样品进行力学性能测试，需要切割制备一定规格尺寸的样品。一种常用的方法是通过设计制造一定规格形状、尺寸的模具，通过直接用力压入生物软组织的方法切割得到样品。但是，生物软组织的质地柔软，且有较强的粘附性。使用该方法在压入过程中通常会导致软组织产生较大的变形，而且当模具前端进入生物软组织之后随着两者接触面积增加，粘附力不断增大，施加的切割力也需相应的增加；当取出模具和将切割样品与模具分离时，为克服软组织与模具间粘附力，也需要施加较大的外力。切割过程中切割力的大小、取样时外加力对软组织的破坏及其对软组织粘弹性力学性能的影响都难以预测和评估。此外，由于粘附力的存在，样品在切割过程中会产生较大的变形，难以获得精确几何尺寸的样品。在切割前使用生理盐水润湿模具或在切割过程中喷洒生理盐水，可在一定程度上减小样品与模具间粘附作用，但该方法效果有限、可控性差、操作繁琐。

发明内容

本发明提供了一种微创切割生物软组织的金属丝刀具，该刀具利用化学刻蚀或机械加工方法在金属丝表面形成微纳织构，结合直线振动切割方式，降低切割过程中的粘附力作用，有效减少切割力，降低切割过程对样品力学性能产生的影响，实现微创切割，同时能使切割面平整，切取出精确几何尺寸的样品。

本发明的微创切割生物软组织的金属丝刀具包括振动装置和弓形金属丝刀两部分。

振动装置用来提供往复直线运动效果，使弓形金属丝刀做前进-切割-后退-切割的往复运动，将切割软组织的主切割力变为切割面上的切向力，法向力较静态切割大幅度减小，由于往复运动频率较大，切向力方向改变较快，几乎不会对软组织切向上造成破坏，使用微纳织构表面金属丝结合振动切割方式能有效减少需要施加的切割力，软组织变形也较小。

所述振动装置的振幅需大于3mm，振动频率不小于30Hz。所述振动装置可以采用医用往复锯来实现。

弓形金属丝刀包括刀柄、弓形夹片、垫片、螺栓、螺母和金属丝。刀柄用来连接往复振动装置和弓形金属丝刀，通过螺栓和螺母在弓形夹片的两端张紧金属丝；弓形夹片需要使用刚度大的材料来制备，防止其在装配过程中发生变形。垫片夹在螺栓和弓形夹片之间，垫片应具有一定的弹性、韧性和机械强度，可加大螺母的调动范围，更好控制预紧力，同时确保在紧固金属丝时不对金属丝产生破坏作用。

所述的垫片可以采用红钢纸垫片。

所述的金属丝可以采用钼丝、铜丝等，金属丝要有合适的直径，直径过大，易导致切割力增加，直径过小，安装和切割过程中金属丝易发生断裂。所述金属丝直径范围：0.08mm-0.3mm。

所述金属丝需具有合适的表面粗糙度，在切割接触时，过小、过大粗糙度的都不容易引起应力集中从而减弱切割效果。所述金属丝表面的粗糙度Ra范围：20nm-800nm。

所述金属丝表面微纳织构可采用化学刻蚀方法(如FeCl_3、HCl、H₃PO₄、H₂O₂等组成溶液)获得，也可采用机械加工方法(如喷砂、抛丸、电火花加工等)进行表面处理获得。

所述金属丝可采用低表面能氟硅烷(如十七氟癸基三甲氧基硅烷,十三氟辛基三乙氧基硅烷)处理，通过硅羟基与金属表面羟基间脱水缩合反应将氟碳链嫁接到金属表面，形成同时具有强疏水性、强疏油性表面，降低切割时与生物软组织间粘附力。