经自然腔道内镜器械与消化道界面的交互作用机制研究

The natural orifice gastrointestinal endoscope diagnosis and NOTES easily lead to gastrointestinal tissue injury and postoperative complications in the process of the surgical instruments going into the approaches. Research of preventing tissue damage is an important challenge for endoscopic diagnosis and NOTES in the approach route and safety operation. This project aims at studying the interfacial interactions between the tube wall of endoscopy and gastrointestinal tract, such as friction, extrusion, collision and adhesion contact behavior. Through combining the experimental study on the contact behavior of the interface between endoscopic tube wall and the digestive tract, theoretical modeling method, numerical simulations, and the damage morphology of gastrointestinal tissue from macroscopic to microcosmic pathological analysis, a damage mechanics model is established and the damage mechanisms of the digestive tract are revealed. Based on the above research, the safe operation modes and critical parameters for preventing tissue damage will be finally put forward. In addition, through the modification and optimization of surface hydrophilic lubrication of endoscopic equipment wall material, the adhesion and damage of digestive tract mucosa can be reduced. Realization of the purposes aforementioned can provide a theoretical basis and technical support for increasing safety and precision of the endoscopic diagnosis and NOTES, and further promoting the NOTES to the clinical surgery.

经自然腔道的胃肠镜诊疗及NOTES手术器械在入路过程中容易导致消化道组织损伤，并引起术后并发症。因此，预防组织损伤的研究是胃肠镜诊疗和NOTES手术在入路途径和安全操作方面所面临的重要挑战。本项目通过内镜前端在入路过程中与消化道腔道交互作用过程中的摩擦、挤压、碰撞和粘附等接触行为的试验研究、理论建模及数值模拟，并结合消化道组织从宏观到微观损伤的病理形态及量化分析，建立内镜管壁与消化道交互作用下的组织损伤力学模型，揭示内镜管壁与消化道交互作用中的组织损伤机制，提出预防组织损伤的安全操作模式和临界力学参数；在此基础上通过对器械管壁材料表面亲水润滑性的改性及优化，降低对消化道黏膜的粘附和损伤。研究结果对于提高内镜诊疗及NOTES手术的安全性和精准性，进一步推动NOTES手术走向临床提供理论基础和技术支持。

经自然腔道的胃肠镜诊疗及NOTES手术器械在入路过程中容易导致消化道组织损伤，并引起术后并发症。因此，预防组织损伤的研究是胃肠镜诊疗和NOTES手术在入路途径和安全操作方面所面临的重要挑战。本项目针对这一问题，首先模拟内镜前端入路过程中与腔道组织的交互作用行为，在考虑组织各向异性、非线性和大变形等特性基础上，通过离体食管组织的内腔膨胀、轴向拉伸、周向剪切的实验研究，建立了食管等组织的本构模型，数值模拟了内镜通过人体食管组织的交互作用过程。其次，模拟内镜与消化道腔道交互作用过程中的摩擦、挤压和粘附等接触行为，研究了不同挤压力及速度下器械与消化道内壁的摩擦接触机制，发现食管周向上扩张不会增加器械入路过程中的摩擦阻力，而轴向上扩张正好相反，提出了减小摩擦阻力的改进方案；并从微观尺度上探索了加载率与食管组织粘膜层塑性的关系，发现随着加载率的增加，组织的粘滞效应增强，导致了粘膜组织的弹性模量和粘附力的增加。在组织损伤研究方面，结合消化道组织从宏观到微观损伤的病理形态及量化分析，探索了器械与活体组织相互作用过程中的加载力、剪切力、速度和时间与组织损伤的关系，建立了组织损伤的病理学评价方法，揭示了内镜管壁与消化道交互作用中的组织损伤机制，提出了预防组织损伤的安全操作模式和临界力学参数；最后，在考虑消化道组织的表面摩擦和粘液润滑基础上，通过比较和优化不同生物润滑介质的减摩和保护腔道黏膜组织的作用效果，提出了防止消化道组织损伤的润滑措施。研究结果对于提高内镜诊疗及NOTES手术的安全性和精准性，进一步推动NOTES手术走向临床提供了理论基础和技术支持。