CFD-analyse toont warmtegeleiding van de EFI Optigrip
Thermal engineering

EFI - OptiGrip oververhitting voorkomen met thermische simulaties.

Bij een kijkoperatie worden verschillende chirurgische instrumenten in het lichaam gebracht via kleine incisies. Aan het uiteinde van zulke instrumenten zitten bijvoorbeeld grijpers bevestigd om lichaamsweefsel te manipuleren, en een camera zodat de chirurg kan zien wat de grijpers doen. Het werkingsprincipe van traditionele instrumenten is puur mechanisch, waardoor de chirurg niet kan voelen wat voor krachten er worden toegepast of hoeveel weerstand er is. Daardoor worden typisch krachten uitgeoefend die drie keer zo groot zijn dan nodig, waardoor de kans op complicaties en weefselbeschadiging groter is. 

Demcon heeft meegewerkt aan het ontwikkelen van de OptiGrip: een gevoelig instrument voor kijkoperaties met haptische feedback, d.w.z. de chirurg kan voelen wat hij of zij doet. Optische sensoren in de grijpers meten de kracht die nodig is om lichaamsweefsel vast te pakken. Deze kracht wordt overgebracht naar de hand van de chirurg middels een kleine elektromagnetische actuator in de handgreep van het instrument. Daardoor kan de chirurg voelen hoeveel kracht er wordt uitgeoefend. Het is hiermee bijvoorbeeld mogelijk om het verschil tussen een ader en slagader te voelen.
 

het beheersen van de warmteoverdracht.

Demcon multiphysics heeft bijgedragen aan het thermische ontwerp van de EFI OptiGrip. Hierin waren de richtlijnen dat de behuizing voldoende koel moet zijn en de actuator mag niet oververhitten. De warmte die gegenereerd wordt, wordt in de actuator wordt overgedragen naar de buitenkant van de behuizing. Met behulp van Computational Fluid Dynamics (CFD) hebben we de warmteoverdracht in het instrument berekend, met een focus op de behuizing, het handvat en de actuator temperatuur. Hiervoor zijn stromings- en warmteoverdrachtsimulaties gecombineerd, met behulp van een zogenaamd ‘conjugate convective heat transfer’ model. De eerste simulaties lieten duidelijk zien waar de ruimte voor verbetering lag in het design. Deze resultaten dienden als input voor een aantal ontwerpiteraties, om uiteindelijk zeker te stellen dat er voldoende warmteoverdracht naar de omgeving plaatsvindt, om aan de gestelde ontwerpeisen te voldoen. Hiernaast zijn ook opwarm- en afkoeltijden berekend met behulp van transiente simulaties.

CFD-analyse toont warmtegeleiding van de EFI Optigrip
Figuur 1 en 2. CFD-analyse toont warmtegeleiding van de EFI Optigrip

Samenvattend, Demcon multiphysics heeft bijgedragen aan het thermische ontwerp van de EFI OptiGrip, waarmee haptische terugkoppeling in kijkoperaties kan worden gerealiseerd. De EFI OptriGrip is momenteel commercieel verkrijgbaar.

Figure 3. The OptiGrip, a surgical instrument with feeling.
Figure 3. The OptiGrip, a surgical instrument with feeling.

view elaborated PDF

de uitdagingen die wij aangaan.

Bekijk alle showcases

Demcon multiphysics.

Demcon multiphysics is an engineering agency with high-end expertise in the area of heat transfer, fluid dynamics, structural mechanics, acoustics, electromagnetism and nuclear physics. We support clients from a wide variety of market sectors and help them achieve their goals in research and development with deep physical insights.

We combine fundamental physical knowledge from an analytical approach with Computer Aided Engineering (CAE) simulations tools from ANSYS, MATHWORKS, COMSOL, STAR-CCM+ and FLUKA to setup, execute, analyze and evaluate numerical simulations. The use of Computational Fluid Dynamics (CFD), Finite Element Analysis (FEM / FEA), Lumped Element Modelling (LEM), Computational Electromagnetics (CEM) and Monte Carlo simulations enables us to make a virtual prototype of your design. With these techniques we can simulate the fluid and gas flows, energy exchange, heat and mass transfer, stresses, strains and vibrations in structures and the interaction of electromagnetic fields with other physical aspects like heat generation. Simulation-driven product development increases the development efficiency and reduces the product development time. Our services can therefore fully support you in the designing phase, from idea up to prototype, from prototype to final design.

demcon multiphysics logo