生体軟組織の切断加工における組織の変形抑制に関する研究

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外科手術で頻繁に行われる生体軟組織の切断は，脳神経外科や心臓血管外科の手術においては手術の成否にも直接関わる重要な操作である．しかし，生体軟組織は非常に変形しやすいことから，切断の際，刃が押し込まれてから切断が開始するまでに押しつぶされて大きく変形し，挫滅や菲薄化といった致命的な問題が起こる．そのため，生体軟組織の切断では，いかに変形させずに切断するか，すなわち“切断の開始しやすさ”が重要な課題であるが，軟質材料を対象とした加工は加工学において大きく遅れた分野であり，切断加工に関しても加工理論が存在しない．本研究は，切断理論の基礎となる “切断の開始しやすさ”の決定機序を解明し，切断開始までの変形を抑制可能なメスを開発することを目的とする．今年度は，まず，“切断の開始しやすさ”の決定機序を解明するうえで不可欠となる，刃先直下の引張応力に対する“切断対象表面の追従挙動”の影響の解明を目指した．これまでに，切断の開始をもたらす刃先直下の引張応力に対し，“切断対象表面の追従挙動”が強く相関することを見出しているが，その影響に関する詳細は不明であった．そこで，応力解析により，刃先周辺の応力分布における引張応力の大きさ，および刃先直下への集中程度に対する追従挙動の影響を明らかにした．また，その“切断対象表面の追従挙動”に対する切断条件の影響の解明を目指し，高速度カメラを用いて刃先近傍の追従挙動を実験的に評価可能な装置を構築した．そして，刃先形状，刃厚，刃の進入角度，切断対象に加える把持力といった各種切断条件下で追従挙動の評価を行い，追従挙動に対する切断条件の影響を明らかにした．