Применение ультразвука в хирургии

Применение ультразвука в хирургии

18 Май, 2012 - 19:16 | Вдовина Елена Пав...

Поиск и разработка методов снижения травматичности, кровопотери и болевые ощущений при хирургических операциях, методом, позволяющих ускорить заживление, послеоперационных ран и рассасывание рубцов, а также методом, облегчающих труд хирурга-оператора, важные задачи современной хирургии, решению которых способствует применение ультразвука.

Можно выделить две основные области использования ультразвука в оперативной хирургии. Это инструментальная ультразвуковая хирургия и локальные разрушения в глубине тканей с помощью фокусированного ультразвука.

Рабочая часть ультразвукового хирургического ножа имеет традиционную форму лезвия скальпеля, соединенного волноводом с магнитострикционным или пьезокерамическим преобразователем. Рабочая часть может иметь и другую форму в соответствии с требованиями выполняемой операции. Амплитуда колебаний режущей кромки в зависимости от поставленной задачи может быть изменена от 1 до 350 мкм, а частота выбирается в диапазоне от 20 до 100 кГц. Как известно, трение покоя больнее, чем трение скольжения, поэтому трение между двумя поверхностями уменьшается, если одна из них совершает колебательные движения. Именно поэтому работа с ультразвуковыми инструментами требует от хирурга меньших усилий.

Рисунок 1. Внешний вид рабочих инструментов – волноводов с различными рабочими окончаниями

Характер разрушения тканей под действием ультразвукового хирургического инструмента зависит от строения его рабочей части, амплитуды и направления колебании. Зависит он и от вязкоупругих свойств и однородности ткани. 
При рассечении мягких тканей ультразвуковым ножом, лезвие которого совершает продольные ультразвуковые колебания, взаимодействует с тканью лишь кромка лезвия, обеспечивая процесс микрорезания, существенно усиливающего режущие свойства инструмента. Кроме того, у кромки лезвия колеблющегося инструмента выделяется теплота, локально повышающая температуру ткани и обусловливающая гемостатический эффект в результате термокоагуляции крови.

Для осуществления ультразвукового резания и коагуляции необходимым и достаточным условием является достижение амплитуды колебаний порядка 150 мкм. К сожалению, при таком значении амплитуды колебаний велика вероятность возникновения изгибных колебаний. При этом наблюдается разрушение рабочего инструмента. 
Для выполнения различного рода лапароскопических операций применяется несколько сменных рабочих инструментов (до 10 шт.), которые отличаются длиной, диаметром и формой окончаний. Длина всех сменных рабочих инструментов выбиралась из условий обеспечения кратности половине длины волны продольных ультразвуковых колебаний в материале инструмента (Рисунок 1).

Ультразвуковые хирургические инструменты

Ультразвуковой нож (скальпель)

С помощью ультразвукового ножа удобно осуществлять «мягкое препарирование» — расслоение тканей и отделение патологически измененных структур от нормальных.

Применение ультразвукового скальпеля наиболее целесообразно:

— при иссечении рубцов; 
— для удаления опухолей; 
— для вскрытия воспалительных очагов; 
— при выполнении пластических операций. 
      
Рисунок 2. Ультразвуковой скальпель HARMONIC

Ультразвуковой скальпель HARMONIC [Гармоник] является первым ультразвуковым хирургическим прибором, предназначенным для пересечения и коагуляции тканей. Использование ультразвуковой энергии позволяет производить атравматичную диссекцию тканей и осуществлять гемостаз, оказывая минимальное повреждающее воздействие на ткани. 
При использовании ультразвукового скальпеля HARMONIC пациент не подвергается воздействию электрического тока, поэтому полностью отсутствуют риски, обусловленные прямым воздействием электричества.

Принцип работы ультразвукового скальпеля HARMONIC

Электрическая энергия, вырабатываемая управляемым микроконтроллером высокочастотным генератором, при помощи находящейся в рукоятке пьезоэлектрической системы превращается в механическую энергию. Лезвие или кончик инструмента колеблется, смещаясь по оси, с постоянной частотой 55500 Гц. Смещение по длине может составлять от 25 до 100 µ и регулируется по 5 уровням путем изменения мощности генератора. 
Ультразвуковой скальпель HARMONIC способен производить три типа воздействия: кавитация, коаптация/коагуляция и пересечение. 
Кавитация обусловлена образованием пузырьков газа при температуре тела за счет быстрого изменения объема тканей и внутриклеточных жидкостей под действием вибрации. Под действием давления и ультразвука в тканях происходит фрагментация белков, что вызывает адгезию молекул коллагена при низкой температуре. Таким образом, коаптация достигается при температуре от 37 °C до 63 °C. При местном воздействии энергии в течение продолжительного времени подъем температуры приводит к денатурации белков - коагуляции, при максимальной температуре в 150°C. При высокочастотной вибрации за счет натяжения, давления или сочетанного действия этих двух факторов происходит быстрое перерастяжение тканей, которые легко пересекаются острым лезвием или кончиком инструмента.

Ультразвуковая пила

На режущей кромке ультразвуковой пилы располагаются зубья с шагом и высотой 1 мм.

Ультразвуковую пилу рекомендуется использовать:

— для рассечения костей в труднодоступных местах с опасной близостью кровеносных сосудов и нервов; 
— для выполнения ламинэктомии и трепанации черепа; 
— для рассечения грудины, ключиц, ребер, костей лицевого скелета, кисти и стопы.

Образование костной мозоли, перестройка костных трансплантатов после применения ультразвуковой пилы происходят обычно быстрее, чем после использования обычных инструментов (пилы или долота).

Ультразвуковая пила не разминает и не прижигает ткани. Кроме того, не происходит повреждение остающихся их частей.

С помощью ультразвуковой пилы возможно моделирование костных трансплантатов с высокой точностью.

Ультразвуковая «сварка» костей

Для ультразвукового остеосинтеза используют инструменты с колебаниями рабочих частей с частотой 20-32 кГц.

При ультразвуковой «сварке» происходят следующие процессы:

— быстрое соединение стромы фрагментов; 
— «сваривание» коллагеновых волокон одного фрагмента с коллагеновыми фрагментами другого фрагмента; 
— моментальная диффузия мономера (например, циакрина); 
— полимеризация мономера в кратчайшие сроки (30-40 секунд).

Ультразвуковую сварку костей применяют:

1. Для наружного  остеосинтеза. 
2. Для заполнения костных полостей после удаления гнойнонекротических очагов, кист, опухолей.

В качестве заполнителя в таких случаях применяют ауто- или аллокостпую «муку» или «щебенку», а также искусственную костную ткань.

3. Для восстановления  конгруэнтности поверхностей при  пластике ложных суставов. 
4. Для создания новых точек прикрепления сухожилий или связок. 
5. Для изготовления ауто- или аллокостных трансплантатов различных размеров и формы:

— костных пластинок; 
— диафизов; 
— мелких костей.

Ультразвуковой хирургический аппарат Woodpecker UltraSurgery

Ультразвуковой хирургический аппарат сочетает в себе простоту и надежность скейлера и функционал хирургического комплекса.  
 
Рисунок 3. Woodpecker UltraSurgery  

 

Принцип ультразвукового воздействия состоит в том, что избранная частота колебаний насадки воздействует только на твердые ткани, не нанося мягким (мышцы, кожа, сосуды и т.д.) вреда. Главная задача имплантолога при работе с костью, а особенно с верхнечелюстным отделом, не допустить перфорацию слизистой гайморовой пазухи, поэтому работа с ультразвуковыми приборами здесь предпочтительнее, чем с устройствами основанными на механическом принципе или ручными инструментами. Для эксперимента мы выбрали насадку US1(входит в комплект) – костную пилу.

Проверка работы аппарата на курином яйце.

Задачей было проверить насколько атравматично воздействие аппарата, сможем ли мы вырезать «костное окно» не повредив, находящуюся под скорлупой тонкую мембрану (пленку).Выставляем режим «Bone quality 3» и начинаем легкими движениями намечать контур «окна». 
По отсутствию эмульсии (при прорыве мембраны жидкий белок будет выступать на поверхность) ясно, что целостность ее не нарушена. 
        
Рисунок 4. Опыт  
 Меняем насадку на новую SL 2, представляющую собой диск, плоскость которого расположена параллельно обрабатываемой поверхности и легкими нажатиями отделяем костное окно от линии разреза, далее той же насадкой поддеваем вырезанный лоскут скорлупы. 
Перед нами неповрежденная мембрана куриного яйца. На всем протяжении процесса подача воды осуществлялась в заданном объеме и без перебоев, благодаря перистальтической помпе с 4-мя роликами, уровень подачи регулируется скоростью вращения данных роликов.

http://u-sonic.ru/primenenie-ultrazvuka-v-promyshlennosti/736-primenenie-ultrazvuka-v-khirurgii 
http://medbe.ru/materials/khirurgicheskiy-instrument/ultrazvukovye-instrumenty-dlya-razedineniya-tkaney/ 
http://www.legmed.ru/catalogue/details.html?item=5407&section=400 
http://www.unident.net/ru/content/publications/15_12_2010/?unidentnet=vpmscfowmxxhw

Аппарат для ультразвуковой терапии.

Аппарат предназначен для лечения акушерско-гинекологических заболеваний, но применяется также в оториноларингологии, стоматологии, дерматологии и в других областях медицины.

Основные технические данные аппарата: частота ультразвуковых колебаний 2,64 МГц ±0,1%; интенсивность ультразвуковых колебаний регулируется четырьмя ступенями 0,05; 0,2; 0,5 и 1,0 Вт/см2; эффективная площадь большого излучателя 2 см2, малого — 0,5 см2; предусмотрен импульсный режим работы при длительности импульсов 2, 4 и 10 мс, частоте следования 50 Гц; питание от сети переменного тока частотой 50 Гц напряжением 220 В ±10%; потребляемая мощность не более 50 ВА; по защите от поражения электрическим током аппарат выполнен по классу I; габаритные размеры 342×274×142 мм; масса (с комплектом) не более 10 кг.

Структурная схема аппарата УЗТ представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Структурная схема аппарата УЗТ

Генератор высокочастотный создает немодулированные электрические колебания с частотой 2,64 МГц. Усиление мощности этих колебаний происходит в выходном усилителе, к которому подключается один из ультразвуковых излучателей, преобразующий электрические колебания в механические. Модулятор предназначен для получения импульсного режима при трех длительностях импульсов — 2, 4 и 10 мс и постоянной частоте следования — 50 Гц. Блок питания обеспечивает питание постоянным напряжением цепей модулятора и генератора.

Принципиальная электрическая схема аппарата приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Принципиальная электрическая  схема аппарата УЗТ-31

Блок высокочастотного генератора (рисунок 3) включает в себя автогенератор, буферный каскад и усилитель.

Автогенератор (транзистор VT1) собран по осцилляторной схеме с кварцевой стабилизацией. С выхода автогенератора высокочастотное напряжение подается на буферный каскад, представляющий собой эмиттерный повторитель (транзистор VT3). В эмиттерной цепи повторителя включены контакты кнопочного переключателя S1, коммутирующие делитель на резисторе 9 и потенциометрах 10 — 13. Кнопки переключателя выведены на панель управления аппарата ("Интенсивность, Вт/см2"). При нажатии одной из кнопок в эмиттерную цепь включается соответствующий потенциометр, с движка которого напряжение через разделительный конденсатор 11 подается на усилитель. С помощью потенциометров 10 — 13 производится регулировка интенсивности на каждой ступени при производстве аппарата или его ремонте.

Усилитель (транзистор VT4) имеет на выходе четырехполюсник (конденсаторы 13 — 17 и катушка индуктивности 3), согласующий выходное сопротивление транзистора VT4 со входным сопротивлением выходного усилителя.

В блоке генератора находится также оконечный каскад (транзистор VT2) импульсного модулятора. Каскад работает в ключевом режиме по параллельной схеме. При подаче на его вход прямоугольного импульса (через контакты 11 — 12 вилки X1) транзистор VT2 открывается, шунтируя вход буферного усилителя и создавая тем самым паузу в генерации ультразвуковых колебаний.

Рисунок 3 – Принципиальная электрическая  схема высокочастотного генератора аппарата УЗТ-31

 

Обобщенная структура аппарата для ультразвуковой терапии.

Для проведения УЗ-процедуры очевидными являются наличие высокочастотного генератора ч пьезоэлектрических преобразователей, формирующих соответствующие ультразвуковые волны.

Проведение УЗ-процедуры возможно двумя основными способами:

1. При   непосредственном контакте УЗ-излучателя с облучаемымучастком тела.

2. Косвенным контактом  через  иммерсионную  жидкость, осуществляемым  с помощью водяной панны или водяной подушки (пузыря из тонкой резины, наполненного водой).

При использовании первого способа необходимо исключить наличие воздушной прослойки между излучателем и поверхностью тела, поскольку даже тончайший слой воздуха приведет, практически, к полному отражению УЗ-волны от поверхности тела. Поэтому, перед сеансом поверхность кожи облучаемого участка тщательно смазывается вазелиновым маслом или специальной смазкой на основе парафинов.

При использовании косвенного контакта может использоваться как непрерывный, так и импульсный режим излучения, при неподвижном и подвижном излучателях.

При использовании водяной ванны можно производить облучение как прямым, так и наклонным лучом, что удобно при облучении суставов и участков тела с неровной поверхностью.

Аппараты УЗ-терапии могут быть стационарными и портативными. универсальными и специализированными. Типовая структура терапевтического ультразвукового аппарата представлена на рисунке 4.

Автогенератор АГ генерирует в непрерывном режиме колебания УЗ-частоты. Через модулятор М (управляемый ключ) У3-колебания передаются на предварительный усилитель ПУ со ступенчатой регулировкой коэффициента усиления и далее. через выходной усилитель, на излучатель ИЗ и индикатор ИНД, показывающий наличие переменного сигнала УЗ-частоты на выходе усилителя. Модулятор управляется генератором импульсов регулируемой длительности ГИ. Все регулировки осуществляются с помощью пульта управления снабженного процедурными часами ПЧиПУ, которые отключают блок питания БП по истечении установленного времени длительности процедуры.