Ультразвуковая техника и технологии
для хирургии и терапии
Профессор кафедры БМТ-2, д.т.н.
Квашнин Сергей Евгеньевич
E-mail: sek@bmstu.ru
Квашнин С.Е.
Квашнин С.Е.
Реализуемые с использованием
низкочастотного ультразвука медицинские
технологии
УЗ технологии
УЗ разделение
биотканей
резка
биотканей
расслоение
биотканей
УЗ соединение
биотканей
обработка (очистка)
биотканей
деструкция
биотканей
фонофорез
веществ в ткани
УЗ коагуляция мягких тканей
Квашнин С.Е.
Ультразвуковой аппарат для обработки инфицированных ран
УРСК-7Н-22
Ультразвуковые инструменты для
общей хирургии
и травматологии
Разработчик: МГТУ им.
Н.Э.Баумана
Выпускался серийно на УППО
(«Утес»), г. Ульяновск
Квашнин С.Е.
Волноводы-инструменты для обработки
инфицированных ран и полостей
Ультразвуковой аппарат
«Тонзиллор»
Разработчики:
МГТУ им. Н.Э.Баумана,
Омский завод «Сибирские
приборы и Системы»
Выпускается серийно
Эффективное терапевтическое лечение ангин,
удаление гнойных пробок из лакун миндалин.
Квашнин С.Е.
Чрескожный транспорт препаратов под
действием ультразвука
Оценка рынка по состоянию на 2004 г.
Неинвазивны
й анализ
содержания
глюкозы в
крови 2007г. - $
7 млрд. С
ежегодным
приростом
20%.
Квашнин С.Е.
Вакцинация:
$6 млрд. С
ожидаемым
ростом до $10
млрд. в 2006г.
Дерматология:
$ 8млрд.
Глубина чрескожного проникновения веществ
Пассивный транспорт
УЗ 880 кГц.
УЗ 26,5 кГц.
Время обработки - 10 мин. Вещество - 5% раствор йода
Средняя глубина ( мкм.)
~ 90
Квашнин С.Е.
~ 270
~500
Ультразвуковые аспирационные
системы для нейрохирургии
.
Совершенствование медицинской техники с использованием последних достижений науки и техники
привело к созданию ультразвуковых (УЗ) инструментов для работы с биологическими тканями, в частности, в
нейрохирургии. Клиническое применение УЗ инструментов выявило их значительное преимущество перед
традиционными нейрохирургическими инструментами, которое заключается в
•их универсальности,
•гемостатических свойствах,
•меньшей травматизации мозговых структур,
•снижении трудоемкости манипуляций во время операции.
•возможности удаления опухолей с большой прочностью структуры,
•возможности рассечения волокнистой ткани, тканей хрящевой прочности, включая костные
образования.
При УЗ аспирации благодаря ультразвуковым продольным колебаниям режущей кромки и
сопутствующим акустическим явлениям происходит одновременное рассечение и локальное разрушение
подлежащей ткани с минимальной ее деформацией. Под действием энергии ультразвуковых колебаний
межклеточные связи разрушаются, одновременно раздробленная кашеобразная масса отсасывается, причем
трение о колеблющиеся стенки аспиратора значительно ниже, чем в случае отсутствия колебаний, что
уменьшает вероятность обтурации просвета инструмента.
Гистологические исследования показали, что процессы, происходящие при УЗ аспирации в тканях,
локальны и физиологически допустимы, причем удаляется преимущественно патологическая ткань, что
снижает трасатизацию крупных магистральных сосудов и нервных образований.
Квашнин С.Е.
Ультразвуковые аспирационные системы для нейрохирургии
Этап удаления опухоли
мозга ультразвуковым
аспиратором
Квашнин С.Е.
Механизмы ультразвуковой
аспирации
Ультразвуковые аспирационные системы для нейрохирургии
Аппараты нейрохирургические для ультразвуковой аспирации тканей
(CUSA)
Квашнин С.Е.
Ультразвук в стоматологии
Аппарат «Пьезон-мастер 400»
EMS, Швейцария
Электроакустические
преобразователи и
инструменты-насадки к
ним
Квашнин С.Е.
Направления
ультразвуковых
колебаний рабочего
окончания
Насадка-крючок для
снятия зубного налета.
Погружена в воду.
Светлые зоны – области
кавитации.
Электроакустический преобразователь
для стоматологии
2.5
2.25
2
1.75
1.5
1.25
1
0.75
0.5
0.25
0
50
37
36.8
36.6
36.4
Частота, кГц
37.2
Квашнин С.Е.
30
36.2
36
Продольный импеданс
Частота - 44 кГц
Амплитуда - 20-40 мкм
Преимущества: мягкая нагрузочная
характеристика, малая травматичность
воздействия; не повреждает эмаль зуба.
Время непрерывной работы - 2 часа
Разработчик: МГТУ им.Н.Э.Баумана,
каф. БМТ-2 (1980 год)
10
Угол изгиба,
градусы
Ультразвук в стоматологии
Набор волноводов-исструментов для лечения
парадонтитов
Зав. Отделением стоматологической поликлиники 55
(при МГТУ им.Н.Э.Баумана) С.И.Володарская – этап
ультразвуковой обработки десневых карманов
ультразвуковым аппаратом УРСК-7Н-22.
Малогабаритные преобразователи разработки БМТ-2
Квашнин С.Е.
Ультразвуковой хирургический аппарат
УРСК-2000
Разработчик- БМТ2 МГТУ им.Н.Э.Баумана,
готовится к серийному выпуску
Электроакустический
преобразователь для
обработки инфицированных
ран.
Квашнин С.Е.
Возможности САПР “ULTRASONIC-2003”
разработчик проф. Квашнин С.Е. (МГТУ каф. БМТ-2)
Предназначен для проведения
расчетов медицинских УЗКС.
поверочных
и
проектировочных
Виды колебаний
- продольные (для прямолинейной УЗКС),
- изгибные,
- крутильные (для прямолинейной УЗКС),
- изгибно-продольные (в одной плоскости).
При продольных колебаниях учитывается влияние поперечных деформаций, при изгибных колебаниях
учитываются сдвиговые деформации и инерция вращения.
Геометрия УЗКС
Считается, что УЗКС состоит из деталей, а детали из элементов. Максимальное количество деталей - 10. В пределах одной
детали свойства материала по длине детали считаются неизменными. Зависимости изменения диаметров:
- constant (цилиндрический участок),
- exp (экспоненциальный рупор),
- конический рупор,
- бесселев рупор,
- радиусный рупор,
- sin-cos (синусно-косинусный участок),
- сферический участок.
Участки могут быть криволинейными. Ось каждого следующего участка может быть повернута на произвольный угол относительно
оси предыдущего участка или смещена на величину эксцентриситета.
Распределенное внешнее трение
Для каждого из участков может быть задано внешнее вязкое трение по 4-м степеням свободы.
Квашнин С.Е.
Ультразвуковой аппарат
«Онкотон»
Разработчики:
МГТУ им. Н.Э.Баумана
Омский завод «Сибирские
Приборы и Системы»
Квашнин С.Е.
Ультразвуковая ротационная
обработка
биотканей
Сверление
костных
тканей
Фрезерование
Костных
тканей
Ультразвуковая
Обработка
тканей
Импрегнация
лекарств
Лечение
переломов
Остеосинтез
Лечение
остеомиелитов
Санация
тканей
частота (20-60 кГц), амплитуда на выходе преобразователя - 1-10 мкм
Амплитуда на рабочем окончании – 5-40 мкм, Мощность 10-100 Вт
К.п.д. преобразователей – 50-80%, Время непрерывной работы - до 120 минут
Скорость
Квашнин
С.Е. вращения – 50-600 об. в минуту, Макс. крутящий момент – до 2 Н.м
Ротор и статор ротационного УЗВД
Зависимость полезной
мощности УЗВД от момента
нагрузки (генератор тока)
Токи
через
пьезоэлементы - 15, 30,
45, 60 и 75 мА.
Квашнин С.Е.
Ультразвуковая дрель для травматологии
Патент РФ N 2072801
“Ультразвуковой
хирургический инструмент”
Квашнин С.Е.
Эндохирургия
Набор волноводов-исструментов для лечения
бронхов (1983 год)
Ультразвуковой аппарат для
эндохирургических операций (2005 год).
Разработчики: ООО «Медфармсервис»,
МГТУ им.Н.Э.Баумана, каф. БМТ-2.
Резка и
коагуляция
бараньей печени
Квашнин С.Е.
Ультразвуковые ножницы (D10 mm) для эндохирургии (Длина 300 мм)
Ультразвуковой аппарат для эндохирургии «SonoSurg» (фирма Olimpus)
Квашнин С.Е.
Ультразвуковой аппарат для сосудистой
хирургии «Ангиуз»
Разработчик:
МГТУ им. Н.Э.Баумана,
кафедра БМТ-2
Квашнин С.Е.
Волноводы-инструменты для эндохирургии
Динамическая устойчивость прямолинейных УЗКС продольных
2
колебаний
2
w w
2
z2
G
t
z
E u ( z , t )
1
dF ( z )
w
1
G
z
F
(
z
)
d
z
z
2
E V ( z , t ) E
w V ( z , t )
1
0;
G
z
G
z
z2
dJ y ( z )
2 2
G F ( z)
w E u ( z , t )
1
1
0;
z 2 E t 2 E J y ( z )
z
G
z J yz ( z ) d z z
l
Квашнин С.Е.
l
R ( , T , T
0
) ( )d 0;
R
0
( , T , T ) ( ) d 0;
Рабочие окончания волноводов-инструментов для
ультразвуковых эндохирургических аппаратов
Квашнин С.Е.
Моделирование динамики
УЗКС
Квашнин С.Е.
Оптимизация формы волноводов с сужающимися
окончаниями
Амплитуда продольных смещений u(z),
сил N(z), напряжений Sigma(z) и
диаметра ВИ (Opt8) De(z)
как функции продольной координаты z
Квашнин С.Е.
Ультразвуковой контактный литотриптор
Квашнин С.Е.
Косметология
Погружные волноводы-инструменты для деструкции липоцитов
S. Kvashnin, 1993
M. Zocchi, 1992
Квашнин С.Е.
Акустические затворы для
оптических трактов
Квашнин С.Е.
Скорость перекрытия зазора, 2 мкс мкс
2
Время перекрытия зазора, не
менее 6 мкм
мкс
6
Частота повторения, не менее 10
кГц
кГц
10
Время открытия, не более
мкс
3
Ширина зазора
мкм
0,2-0,4
Напряжения срабатывания
В
800
Энергия импульса
Дж
0,6
