Николаев Г.А., Лощилов В.И. - Ультразвуковая технология в хирургии (1040534), страница 32
Текст из файла (страница 32)
На рнс. 91 показана зависимость амплитуды колеба;ний входных и выходных амплитуд колебаний инструментов от количества полуволн. Из рис. 91 следует, что чем больше число полуволн концентратора, тем выше его выходная амплитуда. Подводя итоги, следует констатировать следуюшие положения. Необходимая величина амплитуды ультразвукового скальпеля при разрезании мягких тканей 40— 45 мкм. Она может быть получена на волноводах экспо- 195 13' 194 ц мем Рис.
91. Зввисиьюсть вмплитуды колебаний от обшей длины инструмен- те (висли нолуволи1. ! тс -- — ---.'— Кееееег Уе гегубеее енетгуненто ненциальный формы, переходящей в стрежни постоянного сечения, имеющей длину до 200 мм при коэффициенте амплитуды до 20, а мощности преобразователя 150 Вт. Полуволновой составной концентратор увеличивает амплитуду продольных колебаний во много раз по сравнению с экспоненциальной и обеспечивает амплитуду колебаний равную 45 мкм при общей длине волновода инструмента 400 мм. Он допускает возможность получения амплитуды колебаний до 44 мкм при длине, не превышающей 400 мм на установке УРСК-7Н. В составном концентраторе при диаметре стержня Л=З мм параллельно с образованием продольных колебаний появляются изгибныс, препятствующие нормальной работе инструмента. В эндоскопическай резке разработаны многополуволновые концентраторы, в частности, имеющие 4-конические полуволновые волноводы с общей длиной 550 мм при максимальном диаметре 6 мм, обеспсчиваюпгих выходную амплитуду колебаний до 50 мкм.
Теоретический анализ и практическая работа показывают, что амплитуды поперечных колебаний возрастают с увеличением гибкости волновода. Развитие поперечных колебаний в большинстве случаев представляет собой вредное явление. Однако возможен случай, когда наличие поперечных колебаний является полезным, если это 196 ;Связано со специальными функциями обрабатываемых тканей, Например, офтальмохирурги отмечают, что на .режущий инструмент, помимо продольных колебаний, желательна накладывать и поперечные колебания, равные это амплитуде 0,250 от указанных выше продольных ко- чебаний.
Образование поперечных колебаний нередко дмеет место при достижении продольными колебаниями ;критических величин. Резонанс изгибных колебаний вызывает рост амплитуд поперечных сечений и сопровождается значительным по41ышениеи температуры, представляя собой вредное явле.ние. Расчетным путем определяется критическая длина рабочей части инструмента, при которой возможно наступление разрушения его. Образование динамической неустойчивости имеет мес- ::,-,~:„,.,'-та при периодическом нагружении продольными силами '-;~!~:-.'!-'.,-,:-.м .определенных условиях. Под действием продольной силы резонанс возникает :1е~,',-,,'!;;::-",",,:-'::-й зависимости от соотношения между частотой пульси- ,2~~".;::";,' рования и частотами собственных поперечных колебаний 1, 2, 3 н т.
д. тонов. Если частота со возбуждающей силы вдвое больше "'":.!~;"!:,:частоты собственных колебаний одного из тонов, т. е. -;..;.: 9югда Р/210=1, наступает резонанс, называемый пара',"'„,,„" метрическим. При этом конец концентратора в процессе '~~~1;;;;":;:::::::"' колебання описывает восьмерку, известную под наименованием фигуры лисажу. Прп неравных значениях частот П и а концентратор описывает более сложные движения. и Если П=ео и колебания сдвинуты па фазе на —, то 2 ~,'-;;:;:-.-'::~'.';::-!,:- -максимум продольных колебаний совпадает с нулевои амплитудой поперечной и наоборот.
При этом конец концентратора описывает полуэллипс, перемещаясь вперед Эя назад по одной и той жс траектории. '-„Г- При параметрическом резонансе, соответствующем отношению частот собственных продольных колебаний к их1бственным поперечным как 2: 1, наблюдается уменьшение величины амплитуды продольных колебаний за счет ч-РЕзкого УвеличениЯ амплитУды попеРечных. Колебания могут возбуждаться при П/со=-1, а также '2,3 и т.
д., т. е. при частоте возбуждающей силы больЙей двойной частоты основного тона поперечных колебаний. 197 Динамическая неустойчивость характеризуется сплошной областью возбуждения колебаний. Достаточно относительною изменения геометрических размеров концентраторов для возбуждения параметрического резонанса, резкого увеличения амплитуды колебания, а следовательно, несущей способности концентратора. Поэтому при проектировании концентраторов значительной длины и большой гибкости, а также изогнутости концентраторов их расчет прочности следует производить с учетом явлений изгиба и устранения параметрического резонанса. Хорошим методом сохранения высокой несущей способности при значительной длине концентраторов является их проектирование многополуволновыми, как это изображено на рис.
90. Было указано, что прн этом достигается значительная величина выходной амплитуды прн небольшом диаметре стержней. Создание рациональной формы концентратора является важной задачей, обеспечивающей хорошую работу при разрезании хрящевых и мягких тканей. Глава 14 ТЕХНОЛОГИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РЕЗКИ КОМБИНИРОВАННЫХ БИОМАТЕРИАЛОВ Типичным примером комбинированного биоматериала является грудина — часть грудной клетки. В состав грудины входят: кортикальный твердый слой, губчатая костная масса и хрящевая ткань. Она соединяет рукоятку грудины с ее телом, а также тело с мечевидным отростком, имеются хрящевые прослойки между отдельнымн частями грудины (рис. 92).
Кортикальный слой включает коллагеновые волокна и неорганические соли — кальциевые Саз(РОс)я, СаСОз, магниевые. Губчатая масса состоит из пластин, они пересекаются между собой в пространстве и образуют полости. Губчатая масса включает около 50% органического вещества, 40ооо минерального, остальное вода. Хрящ грудины содержит коллагеновые волокна и основное вещество. Около 80г/й сухого хряща состоит из 198 Рис. 92. Строение грудины (среднее сечение). 1 — кортккалькый слой; 2 — хрящевой слой; 3 — трубчатый слой. Таблица 9 ч изино-механические свойства кортикального слоя грудной плетки ири различных нагрузках Мопуль упругосгк в.
кгс/сьгк Отнес нтельн. лефорнаояя Е, % Напряженке о. кгсгснк 0,89.10ь 0.83 НВ 0,80 1Оь о,'аег 222,2 199 'органических веществ. Механические свойства грудины, Как и других отделов скелета, меняются с возрастом. В работе 1771 приводятся данные о прочности губчатой массы грудины на сжатие и изгиб. Разрушающие напряжения прн сжатии равны 20 — 40кгс/смт, при изгибе еще меньше. ~ ' 1-'; '' По данным исследований 18],наибольшеесопротивле:."' '.нне ударным нагрузкам оказывает верхняя треть груди' ' ны, а наименьшее нижняя треть. На основе исследований 1863 с возрастом наблюдается ухудшение упругих свойств хрящевой ткани, Исследования 1491 показали, что хрящевые прослойки с возрастом обращаются в губчатое вещество, которое составляет до 507е объема всей грудины.
В лаборатории сварки МВТУ им. Н. Э. Баумана механические свойства грудины изучались на образцах, вырезанных из кортикального слоя, губчатой массы, ребериых хрящей, аналогичных хрящам грудины по своему и кго/ккг Г нов кгс~скт г ов ст~~кт~~а, % Возраст. 1::-'.- $ !.',,;:,":::;"':- ' ' 5 — 10 губчатая масса кортякальяый слой ю го во во уп ап Врегтя, годы, Т хрящевая ткань 25 — 28 7 — 12 2 — 4 1 — 2 50 — 56 64 — 72 69 — 72 72 — 76 18 — 22 20 — 23 23 — 26 22 — 27 201 Рис. 93, Влияние возраста на прочностные свойства слоев грудины и ее упругие свойства.
! — коклактяый слой; 2 — хрящевая ткаяь. составу. В табл. 9 приведены данные испытаний образцов из кортикального слоя грудной клетки ребенка в возрасте 1! лет. Ширина образца 6 мм, толщина 1,5 мм. На рис. 93 в зависимости от возраста показано изменение величины разрушающего напряжения образцов из кортикального слоя (кривая 1) и хрящевого слоя (кривая 2), а также показаны изменения упругих свойств в зависимости от возраста — модуля упругости кортикального и хрящевого слоя. Обращает внимание, что наибольшая прочность кортикального слоя имеет место у людей в возрасте 30— 40 лет. В дальнейшем, по-видимому, в результате избытка солей кальция и неоднородности состава прочность понижается.
Разрушающее напряжение хрящевого слоя, напротив, с возрастом монотонно растет. С возрастом растут и модули упругости, кортикального слоя в большей степени, хрящевого — в меньшей. Прочностные свойства кортикального слоя грудины определяются цифрой 120 — 230 кгс/смй. Они оказывают- -"..;"-,":.,'в()г'значительно ниже, нежели у трубчатых костей, проч,,".;:,Р:;-тпс"'~>еть которых достигает 900 кгс/смз и выше. Это связа';;;;,:~4т.е' приобретением у трубчатых костей особых биомеха'с,'"';)1441ческих свойств, опредсляемых восприятием значитель..:мопх статических и биодинамических нагружений в прок(еесе жизни. Сопротивление деформированию Е кортикального ййлой в 10 раз превышает сопротивление деформированию ;;;,;.';кпящевого Губчатая масса является наполннтелем и восприни:.-)ягвечт рабочие усилия в значительно меньшей степени. ;,:;"'ф:.110зрастом изменяется и структура кости (табл.
10). Табл зги а 10 Изменение структуры грудины в зависимости от возраста Площадь занимаемого каждым слоем определяется 1:~!. в процентах от общей площади сечения грудины. Обращает внимание постепенное исчезновение с возрастом хрящевой ткани и ее замена в большой мере губ;, 'чатым слоем. Исследования, проведенные в МВТУ им, Н. Э. Баума: .на, показали, что наибольшей ударной вязкостью при испытаниях на удар обладают образцы хрящевой ткани 0,16 — 0,1 кгс/смй. Образцы кортикального слоя грудины имеют ударную вязкость 0,9 кг см/смз, а губчатая масса 0,02 — 0,003 кг.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
