相比于传统开腹手术治疗消化道疾病,消化内镜手术有着微创、疼痛轻、恢复快、住院时间短等优势,正受到越来越多医生和病人的青睐。缝合是手术中至关重要的环节,直接影响到术后恢复的质量和周期。然而受到视野、操作空间和距离等限制,消化内镜下缝合不仅对医生,也对缝合器械有着很高要求。内镜缝合器可以分为金属夹和带线缝合器,其中金属夹又分为镜内金属夹和镜外金属夹。目前镜内金属夹应用最为广泛,但有着单发、夹持力不足、张口距离小等缺点,而镜外金属夹和带线缝合器体积庞大、操作复杂且售价昂贵,也难以普及。根据临床需求,本文将提出一种新型内镜缝合器设计,同时对其结构进行优化并研究柔性器械传动机理,根据优化结果加工样机,完成实验评估。文章研究内容如下:(1)消化道组织的生物力学研究。简述消化道宏观及微观结构,并从力学角度阐述消化道组织的应力-应变关系、粘弹特性(包括应力松弛和蠕变特性)、残余应力/应变,给出消化道各器官组织的本构模型与参数,为缝合器的设计奠定基础。(2)内镜柔性器械传动机理的研究。建立上消化道模型、内镜柔性器械传动的梁模型、运动学模型、动力学模型和接触模型,利用有限元方法研究柔性器械的传动机理。借助有限元分析软件,模拟柔性器械插入工作通道的过程以及操作过程,分析在不同操作速度、器械直径、摩擦系数对系统摩擦力和输入-输出位移的影响,为内镜缝合器传动部分的设计提供参考。(3)内镜缝合器的结构设计与优化。根据临床需求设计一种新型内镜缝合器,使其具备具有较大开口且可以反复开闭的独立抓钳,并能够连发多个金属夹。基于前两章的优化参数对缝合器进行力学分析和优化,包括:执行端受力分析,抓钳齿形优化和金属夹有效性验证。在此基础上加工出第一、第二代样机。(4)内镜缝合器的实验研究。对内镜缝合器的传动部分和用于缝合的可行性进行测试,包括:搭建力学实验平台,测试内镜柔性器械传动时不同速度和直径下输入-输出力的关系;搭建离体试验平台,分别对内镜缝合器用于缝合肠、胃小穿孔的可行性进行测试;对内镜缝合器联合4S-modified Roeder滑结用于消化道大型缺损缝合可行性的测试。本文从临床需求和力学角度出发,阐明了内镜柔性器械的传动机理,在此基础上研制出了一种新型内镜缝合器,并开展相关实验对其进行评估和验证,为内镜器械的传动问题奠定了理论基础,也为消化内镜缝合提供了新的技术方案。