مطالعه مکانیک گره جراحی ایده آل را نشان می دهد

به آخرین باری که کفش خود را بسته اید فکر کنید: شاید آن را محکم بسته اید یا چندین گره زده اید تا مطمئن شوید که بند کفش باز نمی شود. شما احتمالاً به شهود متکی بودید تا به شما بگوید که برای جلوگیری از باز شدن توری‌ها چه مقدار کشش اعمال کنید، بدون اینکه آنقدر بکشید که آنها را بشکنید.

شاید تعجب آور باشد که جراحان نیز رویکردی شهودی برای بستن بخیه دارند. در حالی که گره‌های کشویی مربعی ساده و مادربزرگ اغلب در جراحی استفاده می‌شوند، سال‌ها طول می‌کشد تا بر آن‌ها تسلط یابند تا بدون شل شدن یا شکستن در جای خود باقی بمانند. تحقیقات ریاضی زیادی در مورد توپولوژی و هندسه گره انجام شده است، اما اطلاعات کمی در مورد مکانیک گره در زمینه متغیرهای فیزیکی، مانند خواص مواد رشته های گره دار وجود دارد.

پدرو ریس، رئیس آزمایشگاه سازه‌های انعطاف‌پذیر در دانشکده مهندسی (مؤسسه مهندسی مکانیک) می‌گوید: «تعجب آور است که فکر کنیم چقدر به گره‌ها تکیه می‌کنیم، در حالی که واقعاً نمی‌دانیم چگونه کار می‌کنند». ریس و دکتری. دانش آموز پل یوهانس با سامیا گرید جراح پلاستیک مستقر در لوزان برای رهبری اولین مطالعه مبتنی بر فیزیک که در پیشرفت علم در مورد مکانیک گره های جراحی و اینکه دقیقاً چه ویژگی هایی بر استحکام آنها تأثیر می گذارد.

Guerid می‌گوید: «درک مکانیک گره‌های جراحی می‌تواند آگاهی را در میان جراحان مجرب افزایش دهد، در برنامه‌های آموزشی گنجانده شود و با ایجاد قابلیت‌های مؤثرتر گره‌زنی، جراحی رباتیک را پیش ببرد. چنین دانشی همچنین می‌تواند بر توسعه مواد بخیه‌ای تأثیر بگذارد که مقاومت در برابر لغزش را در گره‌های لغزنده افزایش می‌دهد.

قدرت پلاستیسیته

ریس، یک کوهنورد مشتاق، علاقه شخصی به گره های ایمن دارد و چندین مطالعه قبلی در مورد مکانیک گره انجام داده است. او توضیح می‌دهد که بسیاری از گره‌ها را می‌توان به‌عنوان ساختارهایی با انتهای آزاد توصیف کرد که نیروی نگه‌دارنده را فراهم می‌کنند، با عملکردشان که توسط متغیرهای توپولوژی، هندسه، کشش، تماس و اصطکاک دیکته می‌شود. اما برای مطالعه گره های جراحی، ریس و همکارانش یک عامل کلیدی ششم را در نظر گرفتند: پلاستیسیته پلیمری رشته بخیه.

استحکام بخیه های ساخته شده از رشته های پلی پروپیلن مورد استفاده در جراحی به کشش اعمال شده در حین گره زدن (تظاهر) بستگی دارد. این تظاهر به طور دائم رشته را تغییر شکل داده یا کشیده و نیروی نگهدارنده ایجاد می کند. تظاهر بسیار کم باعث باز شدن گره می شود. بیش از حد رشته را می زند.

این تیم 50 تا 100 گره بسته شده توسط Guerid را تجزیه و تحلیل کردند و دریافتند که جراح به لطف سال ها تجربه خود توانسته است به طور مستقیم “نقطه شیرین” را هدف قرار دهد. دانشمندان با استفاده از آزمایش‌های دقیق، توموگرافی ریز رایانه‌ای اشعه ایکس و شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای، آستانه‌ای بین گره‌های «شل» و «سفت» و روابط آشکار بین قدرت گره و فشار، اصطکاک و تعداد پرتاب‌ها تعریف کردند.

“در کمال تعجب، علیرغم تعامل پیچیده بین هر شش عامل، ما یک رفتار اضطراری ساده و قوی را در مقابل استحکام گره مشاهده کردیم. اما ما هنوز یک مدل پیش بینی کننده برای توضیح کامل رابطه بین ادعای گره و قدرت نداریم. به نظر می رسد که حتی در خارج از گره های جراحی ثابت است. ما در حال بررسی این سوال هستیم.”

یک ابزار آموزشی برای جراحان و ربات ها

یافته‌های این تیم می‌تواند ابزار ارزشمندی برای آموزش جراحان باشد، زیرا می‌تواند پارامترهای یک گره امن را به دستورالعمل‌های عملی تبدیل کند. در حالی که تجربه مهم باقی می ماند، ایده این است که گره زدن ایمن را می توان با استفاده از مدل های پیش بینی آموزش داد، نه شهودی که تنها از طریق سال ها تمرین به دست می آید.

ریس می‌گوید: «داده‌های ما دستورالعملی برای تعیین تظاهر ایده‌آل و تعداد پرتاب‌ها، به عنوان مثال، بسته به نوع رشته مورد استفاده، به ما می‌دهد.

Guerid می افزاید: «فقدان تجزیه و تحلیل مبتنی بر فیزیک یک محدودیت بوده است. “داده های قابل سنجش در مورد مکانیک گره را می توان در برنامه های آموزشی برای ارزیابی استحکام کششی هر گره ادغام کرد و اطمینان حاصل کرد که کارآموزان مهارت های لازم برای جراحی های موفق را کسب می کنند. داده ها همچنین می تواند توسعه جراحی رباتیک را از طریق برنامه ریزی سیستم های رباتیک تسهیل کند.”