《Next Research》：Experimental Verification of Newtonian Fluid Flow in Proposed Multi-Functional Laparoscopic Forceps
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研究采用计算流体动力学（CFD）优化方法，针对腹腔镜器械中灌溉与抽吸模块的流体传输效率问题，设计并验证了新型三合一多功能器械（兼具二氧化碳充气、组织分离与抽吸灌溉功能）。通过优化湍流模型和60° outlet角流道设计，实现±5%误差范围内的流体传输效率提升15%，同时采用生物相容性不锈钢与热塑性塑料实现模块化制造，降低术中设备更换频率。实验验证显示该器械在单相水流条件下有效，未来将结合LS-DYNA进行动态流体-结构耦合分析。
Md. Abdul Raheem Junaidi | Ram Chandra Murthy K
机械工程系，Muffakham Jah 工程与技术学院，海得拉巴 500034，印度
摘要
对先进腹腔镜手术工具的需求源于在微创手术中改善患者结果的关键需求，其中高效的冲洗和吸吮对于视野清晰度和手术安全性至关重要。现有的吸吮-冲洗设备在优化流体流动的同时，往往难以保持适合手术环境的紧凑和符合人体工程学的设计。尽管在设备制造和流体动力学建模方面取得了进展，但如何确保高效率同时减少湍流和流动不规则性仍然是手术器械领域未解决的问题。本研究提出了一种基于计算流体动力学（CFD）的新方法，用于设计和评估改进的腹腔镜器械中的冲洗和吸吮机制。利用优化的k-ε湍流模型，我们在不同的压力差下模拟流体流动，并结合设计改进措施以减少回流并提高流动均匀性。我们的设备模型经过实验数据验证，在一系列操作压力下显示出更高的流体传输率，误差范围控制在±5%以内。结果证实，我们的CFD驱动改进措施使流动效率提高了约15%，这可以直接转化为手术表现的提升和手术时间的缩短。这项工作为腹腔镜工具的发展做出了贡献，有望在各种微创手术中改善手术结果和患者安全。
设计要点
设计方面
腹腔镜解剖中常用的钳子被设计用于抓取和操作组织。这些钳子通常具有细长、弯曲的钳口，具有类似剪刀的机械结构，能够提供可控且牢固的夹持力。与钳子分开使用的吸吮-冲洗设备用于清除液体或冲洗组织，虽然必不可少，但在手术过程中需要单独操作并频繁更换[12]。
所提出的器械将钳子与嵌入式流管结合在一起
设计框架和操作方法
该器械被设计为可重复使用的模块化设备，其钳口可互换，便于组装和更换。这种多功能设计同时具备解剖和组织冲洗功能，如[[13]]、[14]]、[15]]、[16]]中的研究所述，显著提升了腹腔镜手术的操作效率。器械的钳口尺寸约为5毫米，连接到一个逐渐变宽的流管上
材料选择、建模和数值模拟方法
所有组件均在SOLIDWORKS中建模，并使用生物相容性不锈钢制造，因其耐用性、耐腐蚀性和与现有腹腔镜设备的兼容性而被选中。手柄采用热塑性材料，因其符合人体工程学特性和强度要求。整个装置确保了牢固舒适的握持感，并在患者腹腔内维持稳定的二氧化碳环境，从而减少了频繁重新充气的需要。
为了确保
牛顿流体分析的实验验证
本节展示了单相水流通过腹腔镜器械的实验结果，用于验证先前研究[17]中报告的模拟结果。虽然这些发现证实了单相流动性能的某些方面，但还需要进一步的研究来验证之前描述的多相流动模拟。
该腹腔镜器械在SolidWorks中设计，流管直径为8毫米，出口角度为60°，以便于流体流动
结论
本研究开发了一种新型医用器械，专门设计用于手术操作，已通过实验验证了其对牛顿流体的流动分析效果。所提出的生物医学器械具备三种功能：二氧化碳充气装置、解剖钳和吸吮-冲洗（S-I）装置。实验结果表明，这些多功能腹腔镜钳子在微创手术中表现出色
未来工作
下一阶段的研究将重点通过LS-DYNA和ANSYS Fluent的耦合模拟，对所提出的多功能腹腔镜钳子进行动态数值验证和优化。这种综合方法将能够进行瞬态流固耦合（FSI）分析，捕捉同时进行吸吮和冲洗过程中的非稳态压力和变形效应。还将对关键设计变量（如钳口开口大小）进行参数优化研究作者贡献声明
Md. Abdul Raheem Junaidi：撰写初稿、可视化处理、监督工作、资源调配、方法设计、数据分析、概念构思。
Ram Chandra Murthy K：撰写修订稿、数据验证、软件应用、项目管理工作、资金筹集、数据整理。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。
