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Ultraschall-Gelenkskalpell-Technologie

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Ein bedeutender Durchbruch im nationalen FuE-Schlüsselprogramm des Ministeriums für Wissenschaft und Technologie

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Vor kurzem wurde in einem Projekt im Rahmen des Nationalen Schlüsselprogramms für Forschung und Entwicklung in China unter der Leitung von Surgsci Medical Ltd. ein wichtiger Durchbruch erzielt. Nach jahrelanger engagierter Forschung hat das Projektteam alle technischen Indikatoren erfüllt und die Herausforderungen im Zusammenhang mit dem gelenkigen Ultraschallskalpell erfolgreich gelöst und ist damit weltweit das erste Team, das diese Technologie umfassend beherrscht und anwendet.

Im Zuge der modernen Chirurgie, die auf minimale Invasivität und Präzision ausgerichtet ist, ermöglichen Ultraschallskalpelle mit ihrem einzigartigen Hochfrequenz-Vibrationsschneidemechanismus eine sofortige Proteindenaturierung und gleichzeitige Gefäßversiegelung. Im Vergleich zum herkömmlichen Elektrokauter oder mechanischen Schneiden reduziert diese innovative Technologie intraoperative Blutungen und postoperative Komplikationen erheblich. Sie findet breite Anwendung in der allgemeinen Chirurgie, bei hepatobiliären Eingriffen, in der Gynäkologie und anderen Bereichen. Mit dem Fortschritt der laparoskopischen und robotergestützten Techniken sind Ultraschallskalpelle in der modernen Chirurgie unverzichtbar geworden.

Schmerzpunkte: Innovation fordert von Grenzen

Herkömmliche Ultraschallskalpelle bieten zwar klare Vorteile, doch ihr einachsiges Design stößt in komplexen chirurgischen Szenarien zunehmend an seine Grenzen. Chirurgen müssen oft den Winkel des Instruments ständig anpassen, wenn sie in engen Bereichen operieren, was zusätzliche Schwierigkeiten mit sich bringt und die Operationszeit verlängert. Außerdem ist die Kompatibilität mit Robotersystemen nach wie vor unzureichend, was die weitere Entwicklung in intelligenten chirurgischen Umgebungen behindert.

Um diese Probleme zu lösen, besteht ein dringender Bedarf an einem Ultraschallskalpell mit mehreren Freiheitsgraden, das eine größere Manövrierfähigkeit bietet, die chirurgische Präzision verbessert und eine breitere klinische Anwendung ermöglicht.

Der Durchbruch: Ein Multi-DOF-Ultraschallskalpell-System

Das Multi-DOF-Ultraschallskalpell ist ein neuartiges chirurgisches Gerät, mit dem Chirurgen dank seines beweglichen Kopfes den Schnittwinkel dynamisch einstellen können. Diese Innovation ermöglicht eine flexiblere Navigation durch enge und komplexe anatomische Regionen, optimiert die chirurgischen Pfade, verringert die Ermüdung des Operateurs und verbessert die chirurgische Gesamteffizienz und die Patientenergebnisse.

Der Kopf lässt sich um bis zu 90° in der Neigung und im Winkel verstellen und bietet so eine hervorragende Flexibilität und Stabilität bei unterschiedlichen Operationswinkeln.

Aufgrund der veränderten Struktur können die herkömmlichen Modelle zur Energieübertragung nicht direkt angewendet werden. Die entscheidende Herausforderung in der Forschung und Entwicklung ist daher die Gewährleistung einer effizienten Energieübertragung und einer stabilen Schneide-/Versiegelungsleistung bei gleichzeitiger Erzielung einer Multi-DOF-Bewegung.

Obwohl mehrere Unternehmen konzeptionelle Entwürfe vorgeschlagen haben, ist bisher noch kein kommerzielles Produkt auf den Markt gekommen.

Surgsci: Leitung des ersten nationalen F&E-Programms

Auf der Grundlage seiner soliden Basis in der Entwicklung medizinischer High-End-Geräte wurde Surgsci ausgewählt, ein Projekt im Rahmen der Priorität "Diagnostische und therapeutische Geräte und biomedizinische Materialien" des nationalen FuE-Schlüsselprogramms Chinas zu leiten: die Initiative "All-Electric Multi-DOF Intelligent Ultrasonic Scalpel System Development". Dies ist eine strategische Anstrengung, um die Multi-DOF-Ultraschalltechnologie voranzutreiben, kritische technische Barrieren zu überwinden und neue klinische Anwendungen zu entwickeln.

Wesentliche Durchbrüche: Lösung von drei wichtigen technischen Herausforderungen

Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines Ultraschallskalpells der nächsten Generation, das sich durch außergewöhnliche Flexibilität, Präzision und Stabilität auszeichnet. Das ultimative Ziel ist es, eine vollständige mehrachsige Beweglichkeit des Skalpellkopfs zu ermöglichen und gleichzeitig eine effiziente und stabile Übertragung der Ultraschallenergie zu gewährleisten.

Um dies zu erreichen, hat das Team an folgenden Punkten gearbeitet: Erhöhung der Energieumwandlungseffizienz piezoelektrischer Keramikmaterialien, Verbesserung der Schallkopfleistung, Kontrolle der Betriebstemperatur und Verringerung der Länge und des Durchmessers des Schallkopfs und der Klinge für den klinischen Einsatz.

Bis jetzt sind bedeutende Durchbrüche erzielt worden. Surgsci hat erfolgreich einen Prototyp der zweiten Generation mit Multi-DOF-Gelenk entwickelt, der modernste Konzepte in praktikable klinische Produkte umwandelt und eine wertvolle Grundlage für künftige Innovationen schafft.

Experimentelle Validierung: Beschleunigung der Entwicklung hin zur klinischen Anwendung

Vor kurzem wurde das Multi-DOF-Ultraschallskalpell im Ruijin-Krankenhaus, das der Shanghai Jiao Tong University School of Medicine angegliedert ist, erfolgreich in Ex-vivo-Tierversuchen getestet. Die Ergebnisse bestätigten die stabile Energieabgabe, das präzise Schneiden und die effiziente Gefäßversiegelung in verschiedenen Winkeln - und damit die Machbarkeit und Stabilität des Geräts für den klinischen Einsatz.

Durch dieses Experiment konnte das Team das Gelenksteuerungssystem weiter verbessern, die Länge des Biegesegments verkürzen und seine Wirksamkeit für minimalinvasive Verfahren validieren. Diese Fortschritte bilden eine solide Grundlage für bevorstehende klinische Studien und liefern wertvolle Erkenntnisse, um Innovationen in der gesamten Branche voranzutreiben.

Ein Blick in die Zukunft: Pionierarbeit für die Zukunft intelligenter chirurgischer Geräte

Die Entwicklung des gelenkig gelagerten Ultraschallskalpells stellt einen entscheidenden Fortschritt in der chirurgischen Ultraschalltechnologie dar. Während das Projekt "All-Electric Multi-DOF Intelligent Ultrasonic Scalpel System" voranschreitet, spiegelt jede Phase - vom Konzept bis zum funktionierenden Prototyp - das Engagement und die Innovation des Surgsci-Teams wider.

Mit Blick auf die Zukunft möchte Surgsci diese Technologie nahtlos in chirurgische Roboter integrieren und so eine hochpräzise Zusammenarbeit zwischen Roboterarmen und dem Multi-DOF-Skalpell ermöglichen. Diese Synergie wird die Genauigkeit und Automatisierung von Operationen drastisch verbessern, insbesondere in engen oder komplexen anatomischen Bereichen.

Surgsci verfeinert auch das Design des Skalpells, um die Manövrierfähigkeit auf engem Raum zu verbessern. Beim Prototyp der dritten Generation wurde das Gelenksegment bereits auf weniger als die Hälfte der Länge des Modells der zweiten Generation reduziert, was die Vielseitigkeit bei hochpräzisen und schwierigen minimal-invasiven Operationen erhöht.