1. Дистанционная хирургия (1060539), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Рис. 4. Ультразвуковая сварка мягких биологических тканей без присадочного материала

Наложение УЗК вносит существенные изменения в гидроди­намику процесса проникновения жидкой среды в капиллярно-пористое тело. УЗК оказывают влияние на транспортировку ПМ к границе раздела фаз ПМ — БТ, на свойства пограничного слоя, а также на процессы массопереноса ПМ внутри биотканей вслед­ствие увеличения скорости конвективного массопереноса.

Ультразвуковая сварка мягких тканей без присадочного материала, показанная на Рис. 4, реализуется по двум схемам: с фиксированным зазором и с фиксированным давлением.

Процесс передачи энергии ультразвуко­вых колебаний в биоткань можно предста­вить как серию ударов периодически колеб­лющегося стержня об эластичную преграду, пропитанную жидкостью. Сила контакта в этом случае представляет собой положительные периодические импульсы, амплитуда которых определяется значением мгновен­ной силы удара инструмента, давлением и соотношением между ними.

Единичные удары инструмента приводят волокна в зоне свар­ки в сложное напряженное состояние с разориентированием мы­шечных слоев. Одновременно УЗК действуют на жидкость, на­ходящуюся внутри ткани, вызывая ее разделение на фазы, появ­ление кавитации и обезвоживание биоткани. Тепловая энергия, выделяемая в зоне соединения, является одним из основных факторов, инициирующих развитие биофизических и биохими­ческих процессов в зоне сварки. Белковый коллаген при повыше­нии температуры в зоне воздействия УЗК коагулирует и в соче­тании с дезориентацией биоструктур образует неразъемные со­единения.

Основными технологическими параметрами процесса ультра­звуковой сварки мягких биотканей являются: амплитуда и частоте УЗК, продолжительность сварки, число проходов, давление, ве­личина зазора.

Технология разделения биологических тканей

Ультразвуковые технологии разделения включают различные варианты механообработки мягких и твердых биотканей, сущ­ность которых в общем случае заключается в воздействии на объект инструментом, совершающим высокочастотные механические колебания. Различают ручные и механизированные методы механообработки биотканей (см. рис. 1). Механизированная обработка предполагает помимо руки хирурга наличие дополнительного привода перемещения ультразвуковой системы, предназначенной для таких работ, как сверление, трепанация, фрезерование и т.п.

Ультразвуковая обработка костных тканей

Ручная резка костных тканей реализуется с помощью и инструмента, имеющего форму пластины с насечками, с поперечным сечением в виде усеченного конуса. Совершая высокочастотные колебания ультразвуковой частоты, инструмент в результате контакта каждого зуба с элементом костной ткани (рис. 5, а) вызывает упруго-пластическую деформацию с образованием многочисленных фрагментов в виде стружки. Для выноса стружки и формирования процесса резания инструменту необходимо придать возвратно-поступательное движение. Срезание происходит за счет сдвигающей составляющей Pz силы хирурга Py, прикладываемой к инструменту в процессе движения.

В варианте механизированного резания возвратно-поступательное движение осуществляется, как правило, с помощью электромеханического привода. В других вариантах дополнительный привод создает вращательное движение ультразвукового инструмента (рис. 5, б – г).

Рис. 5. Ультразвуковая резка костных тканей:

а – ручная резка; б – ротационная резка;

в – трепанация; г – сверление

Рис. 5б: Ротационная резка костных тканей (фрезерование) осущест­вляется инструментом в форме диска с насечкой, совершающим высокочастотные колебания различного типа. Технически более просто реализуется вариант резки инструментом с изгибными ультразву­ковыми колебаниями. При этом УЗК, накладываемые на инструмент, направ­лены перпендикулярно главному движению резания, и каждая точка режущей кромки зуба инструмента получает составляющую скорости, перпендикулярно направленную к главному движению.

Рис. 5в: Метод ультразвуковой трепанации костной ткани основан на использовании инструмента с рабочим окончанием в форме труб­ки с насечкой, совершающим продольные колебания и предна­значенным для малотравматичного образования отверстий в че­репной коробке. Наличие высокочастотной вибрации способствует обра­зованию мелкодисперсной стружки и улучшает условия ее выноса из зоны резания. Работу режущего клина в этом случае можно представить как удар острого клина о неподвижное тело с обра­зованием местных вмятин. Возникают дополнительные контакт­ные деформации и контактные силы. Дополнительные внедрения зуба приводят к увеличению средней толщины срезаемого слоя.

Рис. 5г: Для ультразвукового сверления костных тканей используется инструмент в форме сверла определенной длины. Наложение на такой инструмент механических ультразвуковых колебаний позволяет выполнять малотравматичные отверстия в костях.

Показано, что наиболее эффективными для сверления кост­ных тканей являются продольно-крутильные системы, позволяю­щие при значительном снижении момента сверления достигать необходимой производительности процесса. По сравнению с вы­сокоскоростными сверлильными устройствами, при сверлении с ультразвуком в зоне сверления может быть достигнута несколько меньшая температура. Это связано с изменением характера стружкообразования. При сверлении без ультразвука наблюдается стесненный вынос крупнодисперсной костной стружки. Колеба­ния инструмента с ультразвуковой частотой приводят к дробле­нию стружки, тем самым, облегчая ее вынос из зоны резания. Наличие биологической жидкости в костных тканях и интенси­фикация капиллярных процессов способствует лучшему охлаж­дению инструмента и удалению стружки.

Ультразвуковое разделение мягких биологических тканей

Ультразвуковая резка мягких тканей реализуется с помощью инструмента, наиболее рациональной формой режущей грани которого является клин (скальпель) (рис. 6, а). Скальпель имеет острое лезвие и малый угол заострения. Выбор клино­видной формы режущей грани инструмента обусловлен требова­ниями снижения действия сил нормального давления N и умень­шения сил трения F с целью облегчения процесса резания и снижения травматизации биотканей. Сила Р, прикладываемая хирургом в процессе резания, равна

Рис. 6. Ультразвуковая резка мягких тканей

а – схема процесса; б – этапы процесса резания

Соотношение между N и давлением N_Р острой грани лезвия на биоткань зависит от упругих свойств мягких биотканей.

Резание мягких тканей представляет собой стадийный про­цесс. Статически внедряясь, клин (скальпель) вследствие наличия реального притупления режущей кромки сдавливает верхние слои волокон на некоторую величину h₀ (рис. 6, б). Если сила Р = Ру, то в случае снятия нагрузки ткань восстанавливает свои перво­начальные размеры. При увеличении усилия давления клин про­двигается в глубь ткани, вызывая дальнейшую упругую деформа­цию ее волокон. При достижении оптимального значения силы нормального давления Р = Ру происходит разрыв поверхностных слоев ткани вследствие исчерпания ими упругих свойств. Силы трения F, действующие по боковым граням инструмен­та, препятствуют дальнейшему внедрению клина в ткань. Пере­резание волокон по глубине осуществляется за счет поступатель­ного перемещения инструмента. Наложение ультразвуковых колебаний на инструмент позволяет уменьшить трение, и процесс резания происходит при меньших значениях силы нормального давления Рy. При этом значительно уменьшается глубина дефор­мируемого слоя hp, требуемая для начала резания за счет мик­рорезания волокон колеблющейся режущей грани инструмента.

Оптимальный уровень основных параметров, влияющих на качество резки мягких биотканей, с учетом их наименьшей травматизации оценивается, прежде всего, по степени воздействия на живые ткани.

Тепловой эффект, возникающий при ультразвуковом резании тканей, может быть вызван следующими причинами: действием сил трения на гранях инструмента; многократным деформирова­нием волокон ткани; поглощением тканями энергии ультразву­ковых колебаний.

Особенностью ультразвуковой резки мягких биотканей явля­ется возможность регулирования гемостатического эффекта путем варьирования параметрами процессов резания.

Практическая реализация данной технологии позволила вы­явить важное преимущество, заключающееся в избирательном характере процесса разделения мягких биотканей с помощью ультразвука. Ультразвуковые колебания наиболее эффективны при послойной обработке мягких биотканей, обладающих раз­личными биомеханическими параметрами и, прежде всего, при выделении различных рубцов, опухолей, сращений и некротичес­ких тканей.

На принципе послойного разделения основан и метод ульт­развуковой эндартэрэктомии, позволяющей производить ревизию артериального русла сосудов, пораженных атеросклерозом на участках длиной более 500 мм.

В ыделение атеросклеротического очага (рис. 7) происходит за счет его отрыва от непораженного слоя стенки сосуда. Нало­жение высокочастотных колебаний на инструмент способствует снижению силы, необходимой для осуществления процесса рас­слоения, более чем в три раза. Степень силовой эффективности будет определяться главным образом акустическими параметрами колебательной системы. Причем использование ультразвуковых колебаний приводит к тому, что силы расслаивания независимо от выраженности патологического процесса становятся сопоста­вимо малы. Это играет большую роль в клинической практике. Из-за неравномерности поражения стенки сосуда бляшками и спада нагрузки на других участках создается опасность перфора­ции стенки сосуда на участках с плотными и кальцинированны­ми бляшками. Нало­жение на инструмент УЗК приводит к тому, что процесс расслое­ния становится воз­можным при значи­тельно меньшей силе. Ультразвуковой инструмент внутри со­суда перемешается плавно со скоростью 0,04 м/с, что значи­тельно уменьшает опасность разрыва сосудистой стенки.

Физически силовая эффективность наложения на движущий­ся инструмент УЗК при послойном разделении стенки сосуда объясняется появлением динамического ударного эффекта.

Рис. 7. Ультразвуковое расслоение мягких тканей

При разделении без резания снижается вероятность послеоперацион­ных осложнений за счет облегчения удаления атеросклеротических очагов и обеспечения минимально возможной травматизации стенки оперируемого сосуда. Высокая частота следования ударов инструмента

приводит к разрыву связей между разделяемыми слоями сосуда вследствие исчерпания упруго-пластических свойств.

Высокочастотные колебания рабочей части инструмента спо­собствуют тому, что еще до начала поступательного перемещения инструмента намечается линия раздела слоев сосудистой стенки, а следовательно, уменьшается сопротивление, препятствующее продвижению. Это в конечном счете приводит к снижению силы, необходимой для осуществления процесса расслоения.

Таким образом, наложение на инструмент высокочастотных колебаний, с одной стороны, положительно сказывается на си­ловом факторе процесса разделения, с другой стороны, дает воз­можность проводить дезоблитерацию на значительном протяже­нии с получением более качественной внутренней поверхности стенки сосуда.

Характеристики

Список файлов курсовой работы