Николаев Г.А., Лощилов В.И. - Ультразвуковая технология в хирургии (1040534), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Наиболее универсальным способом соединения кровеносных сосудов является способ соединения синтетическими нитками. Однако соединение сосудов нитками требует значительной затраты времени, больших практических навыков хирурга и приводит к возникновению тромбообразования в пределах 5 — 70о1о всех соединений. Лналпз существующих способов соединения маточных труб показывает, что им также присущи недостатки: трудность наложения ниточного шва, применение в качестве шовного материала инородных тел 1шелк, кетгут, металлические скобки, клей).
Существующие способы не могут полностью удовлетворить хирургов и, следовательно, необходимо разрабатывать новые методы соединений, обеспечивающие адекватность биологических и физических свойств, Одним из таких способов является соединение биологических тканей с помощью энергии ультразвука. Сущностьспособа ультразвуковой сварки мягких биологических тканей основана на воздействии колебательной энергии ультразвуковой частоты на соединяемые биоткани, в которых развивается комплекс физико-химических превращений, приводящих к образованию сварного шва, обладающего достаточной мсханической прочностью на период последующей регенерации.
На рис. 51 представлена схема ультразвуковой сварки мягких биологических тканей на примере кровеносных сосудов. с4 л рзг Рис. 51 Схема ультразвуковой свар- ки кровеносных сосудов. Р— Лавлсние; Б — фиксированный зазор: 1 — иагиитострнкциониый преобразоиатель; 2 — трансформатор упругих колебаний; 3 — инструмент-волнсвод; 4 — наружная оболсчиа; б — опора; 6 — внутренняя обо- лочка; 7 — кровеносный сосуд. Рис. б2. Цикл ультразвуковой свар- ки мягких биологических тканей. 1„- время предварительного сжатия стенок биологической ткани; 1 — длвтель- та ность улы'развуковога иипульса; 1в — врем» запаздывания снятая давление сварного соедянения; зев — вреия цикла сварки. Интенсивность введения ультразвуковой энергии„а также протекание биофизических и биохимических процессов зависят от основных параметров режима ультразвуковой сварки: частоты ультразвуковых колебаний, амплитуды колебаний инструмента-волновода, продолжительности ультразвукового импульса, величины сварочного давления.
Давление в процессе ультразвуковой сварки предназначено для сближения поверхностей биологических тканей, фиксации нх в сварочном инструменте и осуществлению контакта между инструментом-волноводом, биотканью и опорой. После прекращения подачи ультразвукового импульса необходимо сохранить давление в течение периода времени, обеспечивающего плотный контакт тканеи между инструментом-волноводом и опо- 137 рой для интенсивного снижения температуры сварного соединения за счет отвода тепла. В связи со сложностью установления постоянного давления при сварке мягких биологических тка й б вве ен д технологический параметр — фиксированный ане ыл зо к р, оторый устанавливается между рабочей частью инструмента-волновода и опорой.
Давление Р прикладывается к наружным поверхностям биологической ткани до включения ультразвуковых колебаний и опре е величиной фи ределяется й фиксированного зазора 8. Давление остается постоянным в течение всего сварочного цикла 1«» и снимается через время 1, после прекращения воздействия ультразвукового импульса. На рис. 52 приведен тканей. цикл ультразвуковой сварки мягких биологич вских сложный Механизм образования сварочного соединени характер.
Рассмотрим экспериментально-теоя носит ретические исследования кинетики процесса ультразвуковой сварки мягких биологических тканей. 105 сви ет Многочисленные экспериментальные иссле ледоваиия [ 1 свидетельствуют о наличии заметных тепловых эффектов при распространении ультразвуковой волны. Попытаемся, исходя из общих физических соображений, рассмотреть характер основных акустических и тепловых эффектов, возникающих при распространении ультразвука в биологической среде. Прежде всего, для любой сплошной среды справедливо утверждение о том, что при малых деформациях продольные и поперечные упругие и акустические волны различны и распространяются независимо.
Если определить поле смещений элементов среды в волне вектором 11, то для поперечных волн д!чу=0, а для продольных выполнимо 61ч13ФО. Изменение объема областей среды, имеющих характерные размеры порядка длин волны Л, связаны с диагональными элементами тензона деформаций соотношением [381: (67~ !7я = г!1о!7.
Таким образом, распространение продольных акустических колебаний всегда связано с изменением объема элементов среды, а тензор деформаций имеет отличные от нуля диагональные элементы. 133 Остановимся более подробно на физико-химических и физико-механических свойствах некоторых биологических систем и рассмотрим, какие их характерные особенности оказывают существенное влияние на процессы распространения ультразвуковых колебаний.
!(ак следует из результатов экспериментов длина ультразвуковой волны на частоте 26,5кГц в биологических средах находится в пределах Л=40 — 100 мм. Таким образом, неоднородности сплошной среды, способные влиять на распространение ультразвука, должны иметь характерные размеры приблизительно Л. Наиболее иллюстративно можно проследить некоторые особенности биосистем на примере модельных биоколлоидов-консервантов, близких по своим физико- химическим характеристикам к свойствам клеточной микросреды [87).
В растворах макромолекулярных веществ на первой стадии обезвоживания возникают вторичные образования ассоциаты, представляющие собой упорядоченные вторичные структуры из взаимно ориентированных макромолекул. Характерные размеры и времена жизни таких ассоциатов зависят от степени полимеризации исходных молекул„концентрации полимера, состава растворителя, температуры и т.
д. Главной причиной образования ассоциатов являются водородные связи между пептидными группами различных цепей, с помощью которых происходит формирование из отдельных ассоциатов пространственной «сетки», заполняющей весь объем раствора. Именно такая пространственная стабилизация слабыми связями в пределах целостных систем является фактором, делающим возможным распространение колебательных возмущений по макромолекулярным ассоциированным структурам [1031.
Характерными элементами, подвергающимися эффективной деформации при распространении колебаний, являются достаточно крупные макромолекулярные образования, которые в живых тканях хорошо совпадают с размерами клеток и отдельных клеточных мембран [78 !. На основании рассуждений предлагается следуюгцая гипотеза образования сварного соединения мягких биологических тканей с помощью энергии ультразвуковых колебаний. 139 Передачу ультразвуковой энергии через сварочный инструмент-волновод в биологическую ткань можно представить как серию ударов периодически колеблющегося стержня о эластичную преграду, пронизанную жидкостью.
Сила контакта в этом случае представляет собой периодические положительные импульсы, амплитуда которых определяется величиной мгновенной силы удара инструмента-волновода и давлением 1гарантированный оптимальный зазор), а также соотношение между ними. Рассмотрим характер распределения деформации в зоне сварки. Будем считать, что при ультразвуковой сварке биологической ткани в пей распространяются только положительные ударные импульсы, Единичный удар инструмента-волновода приводит волокна в зоне сварки в сложное напряженное состояние с разориентированнем мышечных слоев.
Одновременно энергия ультразвуковых колебаний действует на жидкость, находящуюся внутри ткани. При этом происходит разделение ее на отдельные фазы. На границе жидких фаз происходит процесс кавитации с выделением энтальпии на поверхности. Под воздействием возмущающихся колебаний происходит выдавливание воды, что приводит к обезвоживанию ткани и частичному испарению за счет выделившегося тепла. Оставшийся белковый коллагеи при температуре 40 — 50'С коагулируется и в сочетании с разориентированной тканью образует сварное соединение. Прочность сварного соединения и способность к последующей регенерации зависит от выбранных режимов сварки. Для подтверждения гипотезы механизма образования жизнеспособного сварного соединения кровеносных сосудов проведены исследования микроструктуры сварных соединений гистологическими и электронно-микроскопическими методами.
При проведении исследований экспериментальным материалом служили продольные полоски, вырезанные из брюшной аорты крыс с внутренним диаметром д= = 1,6 мм и толщиной стенки Ь=0,28 +-0,0155 мм. Сварку кровеносных сосудов проводили линейным швом. Образцы-полоски совмещали внутренними поверхностями внахлестку, Давление и ультразвуковое воздействие на ткань кровеносных сосудов осуществля- ио лось-со стороны наружной поверхности сварпваемых материалов. Режим сварки: частота колебаний =-26,5 кГц, амплитуда колебаний А=30 мкм, время сварки 1 =-0,8 с, величина фиксированного зазора 5 = о ас =0,168 мм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
