УЗ (Резка мягких тканей при помощи УЗ. Расчёт УЗКС)

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

Факультет «Биомедицинская техника»

Кафедра БМТ2

Курсовая работа по курсу

«Медицинские электроакустические системы» на тему:

«Резка мягких тканей при помощи УЗ. Расчёт УЗКС»

Выполнил

студент группы БМТ1-91

Зуев. А. А.

Руководитель

Лобачёв А. А.

Москва, 2009 г

ВВЕДЕНИЕ.

Использование УЗ в медицине

Частота сверхвысокочастотных ультразвуковых волн, применяемых в промышленности и биологии, лежит в диапазоне порядка нескольких МГц. Фокусировка таких пучков обычно осуществляется с помощью специальных звуковых линз и зеркал. Ультразвуковой пучок с необходимыми параметрами можно получить с помощью соответствующего преобразователя. Наиболее распространены керамические преобразователи из титанита бария. В тех случаях, когда основное значение имеет мощность ультразвукового пучка, обычно используются механические источники ультразвука. Первоначально все ультразвуковые волны получали механическим путем (камертоны, свистки, сирены).

Применение ультразвука для диагноза при серьезных повреждениях головы позволяет хирургу определить места кровоизлияний. При использовании переносного зонда можно установить положение срединной линии головного мозга примерно в течение одной минуты. Принцип работы такого зонда основывается на регистрации ультразвукового эха от границы раздела полушарий.

Ультразвуковые зонды применяются для измерения размеров глаза и определения положения хрусталика.

Ввиду относительно невысокой стоимости и высокой доступности ультразвуковое исследование является широко используемым методом обследования пациента и позволяет диагностировать достаточно большое количество заболеваний, таких как онкологические заболевания, хронические диффузные изменения в органах (диффузные изменения в печени и поджелудочной железе, почках и паренхиме почек, предстательной железе, наличие конкрементов в желчном пузыре, почках, наличие аномалий внутренних органов, жидкостных образований в органах и т. д.

Ультразвуковое исследование печени является достаточно высокоинформативным. Врачом оцениваются размеры печени, её структура и однородность, наличие очаговых изменений а также состояние кровотока. УЗИ позволяет с достаточно высокой чувствительностью и специфичностью выявить как диффузные изменения печени (жировой гепатоз, хронический гепатит и цирроз), так и очаговые (жидкостные и опухолевые образования). Обязательно следует добавить что любые ультразвуковые заключения исследования как печени, так и других органов, необходимо оценивать только вместе с клиническими, анамнестическими данными, а также данными дополнительных обследований.

Кроме самой печени оценивается состояние желчного пузыря и желчных протоков — исследуются их размеры, толщина стенок, проходимость, наличие конкрементов, состояние окружающих тканей. УЗИ позволяет в большинстве случаев определить наличие конкрементов в полости желчного пузыря.

При исследовании поджелудочной железы оцениваются её размеры, форма, контуры, однородность паренхимы, наличие образований. Качественное УЗИ поджелудочной железы часто довольно затруднительно, т.к. она может частично или полностью перекрываться газами находящимися в желудке, тонком и толстом кишечнике. Наиболее часто выносимое врачами ультразвуковой диагностики заключение "диффузные изменения в поджелудочной железе" может отражать как возрастные изменения (склеротические, жировая инфильтрация), так и возможные изменения вследствие хронических воспалительных процессов.

Исследование забрюшинного пространства, почек и надпочечников является достаточно трудным для врача ввиду особенностей их расположения, сложности строения и многогранности и неоднозначности трактовки ультразвуковой картины этих органов. При исследовании почек оценивается их количество, расположение, размер, форма, контуры, структура паренхимы и чашечно-лоханочной системы. УЗИ позволяет выявить аномалии почек, наличие конкрементов, жидкостных и опухолевых образований, также изменения вследствие хронических и острых патологических процессов почек.

При помощи ультразвукового исследования можно обнаружить наличие свободной жидкости в брюшной полости, если её достаточно много, что может играть решающую роль в лечебной тактике ряда терапевтических и хирургических заболеваний и травм.

Эхокардиография (ЭхоКГ) — это ультразвуковая диагностика заболеваний сердца. В этом исследовании оцениваются размеры сердца и его отдельных структур (желудочки, предсердия, межжелудочковая перегородка, толщина миокарда желудочков, предсердий и т. д.), наличие и объем жидкости в перикарде — «сердечной сорочке», состояние клапанов сердца. С помощью специальных расчетов и измерений Эхокардиография позволяет определить массу сердца, сократительную способность сердца — фракцию выброса и т. д. Существуют зонды, которые помогают во время операций на сердце следить за работой митрального клапана, расположенного между желудочком и предсердием.

Виды тканей и их строение

В теле человека и животных отдельные клетки или группы клеток, приспосабливаясь к выполнению различных функций, дифференцируются, т.е. соответствующим образом изменяют свою форму, оставаясь вместе с тем связанными между собой и подчинёнными единому целостному организму. Этот процесс непрерывного развития клеток приводит к возникновению множества различных их видов, составляющих ткани человека.
  Ткань – это исторически сложившаяся единая система клеток и их производных, обладающих общностью развития, строения и функционирования.
  Различают 4 вида тканей: эпителиальную, или пограничную; соединительную, включающую кровь, лимфу, собственно соединительную ткань, хрящ и кость; мышечную и нервную.
  Тесно взаимодействуя функционально и структурно друг с другом, ткани образуют органы. Из последних формируются системы, которые обеспечивают адекватную реакцию организма на воздействие окружающей среды.

Э пителий покрывает всю наружную поверхность тела, внутренние поверхности пищеварительного тракта, дыхательных и мочеполовых путей, серозные оболочки, а также образует большинство желёз организма (железы желудочно-кишечного тракта, поджелудочная, щитовидная, потовые, сальные железы и т.п.). По характеру строения и расположения клеток различают однослойные: плоский, кубический, цилиндрический, многорядный эпителий и многослойные: плоский неороговевающий, плоский ороговевающий, переходный эпителий.

Эпителий (А) и элементы крови (Б)

* 1 – однослойный кубический эпителий; 2 - однослойный цилиндрический эпителий; 3 – ядра клеток; 4 – эритроциты; 5 – нейтрофильные лейкоциты; 6 – тромбоциты; 7 – ацидофильные лейкоциты; 8 – лимфоциты; 9 – базофильный лейкоцит.

    Соединительные ткани чрезвычайно разнообразны по своему строению. Общим для них является то, что они состоят из клеток и межклеточных веществ. Входя в состав органов или заполняя промежутки между ними, соединительные ткани выполняют механическую, защитную и трофическую функции.
     Собственно соединительная ткань подразделяется на плотную волокнистую соединительную ткань (связки, сухожилия, фасции, апоневрозы, эластическая ткань, периневрии, сетчатый слой кожи) и рыхлую неоформленную соединительную ткань, сопровождающую кровеносные сосуды и нервы и входящую в состав почти всех органов.

Плотная оформленная (А) и рыхлая неоформленная (Б) волокнистая соединительная ткань

* 1 – пучки коллагеновых волокон; 2 – фиброциты; 3 – прослойки рыхлой соединительной ткани; 4 – фибробласты; 5 – лимфоцит.

     Хрящевая ткань состоит из развитого межклеточного вещества и клеток. В зависимости от строения межклеточного вещества в теле человека различают гиалиновый хрящ (хрящи трахеи, бронхов) эластический (ушная раковина) и волокнистый (межпозвоночный диск) хрящи.
    Костная ткань представлена в теле человека грубоволокнистой и пластинчатой видами. Межклеточное вещество здесь состоит из оссеиновых (коллагеновых) волокон и основного вещества, пропитанных минеральными солями. Клетки-остеоциты располагаются между волокнами межклеточного вещества.
    Хрящевая и костная ткань выполняют в организме преимущественно опорную функцию.

Хрящевая (А) и костная (Б) ткань

* I – гиалиновый хрящ; II – эластический хрящ; III – волокнистый хрящ; 1 – хрящевые клетки; 2 – межклеточное вещество хряща; 3 – канал остеона в поперечном разрезе; 4 – остеоциты.

    Мышечная ткань подразделяется на гладкую и поперечнополосатую. Основное свойство этой ткани – способность к сокращению. Это свойство лежит в основе движений человеческого тела. Гладкая мышечная ткань входит в состав стенки внутренних органов (кишечник, матка, мочевой пузырь), кровеносных сосудов и сокращается непроизвольно. Поперечнополосатые мышечные ткани образуют скелетные мышцы и мышцы некоторых внутренних органов (глотка, язык, части пищевода). Их сокращение происходит произвольно, т.е. подчиняется воле человека.

    Мышечная ткань сердца является особым видом поперечнополосатой ткани и сокращается непроизвольно.
    Нервная ткань образована нервными клетками и глией. Она составляет основу нервной системы, регулирующей все процессы в человеческом организме и осуществляющей его взаимосвязь с окружающей средой. Основные свойства нервной ткани – возбудимость и проводимость.

Мышечная (А и Б) и нервная (В) ткань

* А – гладкая мышечная ткань: 1 – клетка гладкой мышечной ткани; 2 – ядро; Б – поперечнополосатая мышечная ткань: 1 – поперечнополосатые миофибриллы; 2 – ядро; В – нервная ткань: 1 – нервные ткани; 2 – ядра нервных клеток; 3 – отростки нервных клеток.

Применение УЗ в резке мягких тканей

Основная идея применения ультразвука в хирургии заключается в сообщении хирургическим инструментам ультразвуковых колебаний, что существенно увеличивает их эффективность, облегчает проведение операций и уменьшает травматические повреждения окружающих тканей. При этом выделяется несколько направлений: ультразвуковое резание мягких ткачей; ультразвуковая резка, сверление, трепанация, сварка и наплавка костной ткани: ультразвуковая эндартерэктомия (проведение восстановительных операций на пораженных атеросклерозом крупных сосудах).

Метод ультразвуковой резки мягких тканей основан на том, что на лезвие режущего инструмента, которому хирургом сообщается поступательное движение, накладываются продольные ультразвуковые колебания с частотой, лежащей в пределах 22 - 44кГц. с амплитудой не более 45мкм. Под действием УЗ-колебаннй. налагаемых на инструмент, скорость относительных продольных перемещении увеличивается, относительно поступательного перемещения лезвия, в несколько раз. При этом, за счет разрушении под воздействием кавитации клеточной структуры прилегающих к лезвия слоев ткани, сухое трение переходит в полусухое или даже жидкостное. Это приводит к существенному уменьшению как нормального, так и тангенциального усилия резания. Ультразвуковые колебания возбуждаются магнитострикторрм и с помощью концентратора передаются к режущему инструменту. Магнитостриктор изготовляют либо из ферритового броневого цилиндрического магнптопровода, в полость которого закладывается обмотка, либо набирается из Ш - образных пластин из никелевого сплава, на центральный стержень которых наматывается обмотка. При перемагннчивании материала возникает явление магнитострикции, вследствие которого продольные размеры стержней колеблются с частотой перемагничивающего тока. Чтобы избежать удвоения частоты механических колебаний сердечник магнитостриктора подмагничивается постоянным током практически до насыщения.