Ķirurģisko instrumentu attīstību var raksturot kā episko. Sākot ar seno barbarisko laikmetu, caur vara un dzelzs laikmetu, līdz plaši izplatītai progresīvu tehnoloģiju, piemēram, augstfrekvences elektrisko nažu, ultraskaņas nažu, lāzera nažu un protonu nažu, piemērošanai mūsdienās katra izmaiņa ir veicinājusi lielu progresu operācijā. Šīs attīstības ātrums ir elpu aizraujošs.
Starp daudziem ķirurģiskiem instrumentiem ultraskaņas skalpeļi izceļas ar savām unikālajām priekšrocībām. Tam ir ne tikai vairākas funkcijas, piemēram, griešana, hemostāze, atdalīšana un vilce, bet arī ļoti slavē par tādām īpašībām kā ātra griešana, mazāk asiņošana un mazāk dūmu. Operācijā tas ir kā bruņinieks bruņās, vicinot zobenu rokā, lai izskaustu sāpes pacientiem.
Tālāk mēs padziļināti izpētīsim ultraskaņas skalpeļu darba principu, klīnisko pielietojumu, produktu struktūru un tehniskās grūtības, kā arī tehnoloģiskos jauninājumus un turpmākos attīstības virzienus. Es ceru, ka, veicot šo īpašo pētījumu, mums var būt visaptverošāka izpratne par ultraskaņas skalpeļu šarmu un to neaizstājamo stāvokli operācijā.
1967. gadā Dr. Kelmans izstrādāja pasaulē pirmo ultraskaņas emulģēšanas ierīci ar ultraskaņas enerģijas jauninājumiem. Šis izrāviena izgudrojums sniedz lielu atbalstu acu objektīva plīsuma un emulģēšanas ārstēšanai. Ar 1980. gadu parādīšanos ultraskaņas skalpeļu pielietojuma lauks pakāpeniski paplašinājās līdz plastiskās ķirurģijas nozarei. 1992. gadā divi amerikāņu klīniskie eksperti bija pietiekami drosmīgi, lai ieviestu jauninājumus, un uzņēmās vadību, ieviešot Ultracision ultraskaņas skalpeļa produktus laparoskopiskā ķirurģijā, tādējādi paverot plašāku tirgus izredzes uz ultraskaņas skalpeļiem ķirurģisko operāciju jomā. Lai apmierinātu dažādas klīniskās vajadzības, ir parādījušās dažādas ultraskaņas skalpeļa produktu formas, piemēram, mīksto audu ultraskaņas skalpeļi, ultraskaņas kaulu skalpeļi un ultraskaņas emulģēšanas sūkšanas skalpeļi. Šajā rakstā galvenā uzmanība tiks pievērsta ķirurģisko mīksto audu ultraskaņas skalpeļu ieviešanai (saīsināti kā "ultraskaņas skalpeļi").
1.1 Enerģijas pārveidošanas princips
Ultraskaņas barošanas avota galvenā funkcija ir efektīvi pārveidot parastos maiņstrāvas elektriskos signālus ultraskaņas frekvences elektriskos signālos kā enerģijas izvades pamatu. Šajā pārveidošanas procesā ultraskaņas devējam ir būtiska loma. Tas atrodas ultraskaņas vibrācijas blokā un var tālāk pārveidot ultraskaņas frekvences elektriskos signālus augstfrekvences mehāniskās vibrācijās. Pēc tam, pastiprinot ultraskaņas ragu, asmens galva var izvadīt ultraskaņas frekvences mehānisko vibrāciju ar noteiktu amplitūdu. Šī vibrācija ir galvenais ultraskaņas naža griešanas un koagulācijas atslēga.
1.2 Griešanas un koagulācijas princips
Ultraskaņas asmens galva vibrē noteiktā frekvencē. Kad tas nonāk saskarē ar audu šūnām, šķidrums šūnās iztvaicē, izraisot olbaltumvielu ūdeņraža saites sadalīšanos, izraisot šūnu sadalīšanos un atkārtotu degvielu. Pēc tam audus sagriež koagulētā stāvoklī. Asinsvadu griešanas procesā ultraskaņas asmeņu galvas mehāniskā vibrācija mijiedarbojas ar audu olbaltumvielām, lai radītu siltumu, tādējādi iznīcinot kolagēna struktūru audos, sasniedzot olbaltumvielu koagulāciju un asinsvadu slēgšanu un sasniedzot hemostāzes mērķi.
(1) Mehāniskais efekts
Izmantojot ultraskaņu ar mērenu skaņas intensitāti, audi rada elastīgu vibrāciju. Palielinoties skaņas intensitātei, kad audu mehāniskā vibrācija pārsniedz tā elastīgo robežu, tā sabojājas vai pulverizēsies. Griežot mīkstos audus, ķirurģiskā lāpstiņas galvā nepieciešamā minimālā amplitūda ir 40 μm, savukārt osteotomijā asmens galvai jāizvada amplitūda vairāk nekā 100 μm.
(2) Siltuma efekts
Karstums ir galvenais faktors audu koagulācijas un hemostāzes sasniegšanā. Tas ietver viskoelastīgo siltumenerģiju audu iekšpusē un siltumu, ko rada berze starp asmeni un audiem.
(3) Kavitācijas efekts
Kavitācijas burbuļi ļoti īsā laikā rada augstu temperatūru un augstu spiedienu, vienlaikus atbrīvojot spēcīgus trieciena viļņus un strūklas, kas emulģē un fragmentē audus. Kad ultraskaņas naža augstfrekvences vibrācijas gals tiek novietots uz mīkstajiem audiem, piemēram, taukaudiem un alveolāriem audiem, temperatūra mīksto audu šūnās ap asmeni ievērojami palielināsies. Tiklīdz temperatūra sasniedz ūdens viršanas temperatūru šūnā, ūdens šūnā iztvaiko un palielinās tilpumu, izraisot šūnas plīsumu. Lielais gāzes daudzums, kas izdalās pēc šūnas plīsuma, palīdz paplašināt audu slāni, kas atvieglo ķirurģisko darbību ar mūsdienu orgānu "membrānas anatomijas" koncepciju.
1.3. Dažādu skalpeļu veidu salīdzinājums
Operācijas laikā ir svarīgi izvēlēties pareizo skalpeli. Tālāk mēs salīdzināsim dažāda veida skalpeļus, ieskaitot tradicionālos skalpeļus, lāzera nažus, mikroviļņu nažus un ultraskaņas nažus, lai palīdzētu labāk izprast to priekšrocības un trūkumus.
No klīniskās pielietošanas viedokļa ultraskaņas skalpeļi labi darbojas mīksto audu griešanā, īpaši ķirurģiskos scenārijos, kuriem nepieciešama precīza asiņošanas un samazināta termiskā bojājuma kontrole. To bieži izmanto, lai aizvērtu asinsvadus ar 3 mm vai mazāk diametru, un dažreiz pat var tikt galā ar asinsvadiem ar diametru 5 mm vai mazāk. Tomēr asinsvadiem ar diametru 5 mm vai vairāk ārsti parasti izmanto lielus asinsvadu slēgšanu, ligācijas klipus vai ligācijas šuves. Turklāt ultraskaņas skalpeļi ir ne tikai piemēroti atklātai ķirurģijai, bet arī plaši izmantoti laparoskopiskā ķirurģijā, un tam ir nozīmīga loma dažādās operācijās vairākās nodaļās, piemēram, vispārējā ķirurģijā, ginekoloģijā, uroloģijā, krūšu kurvja ķirurģijā, galvas un kakla ķirurģijā.
Parastie ķirurģiskās ultraskaņas skalpeļa produkti parasti ietver resursdatoru un dažādus aksesuārus. Starp šiem piederumiem devējs ir galvenā sastāvdaļa, kas ir atbildīga par elektriskās enerģijas pārvēršanu ultraskaņas enerģijā. Ultraskaņas skalpeļa galva kā daļa, kas tieši saskaras ar audiem, tā dizains aptver galvenās sastāvdaļas, piemēram, rokturi, viļņvada stieni un kanulu. Turklāt pēdu slēdzis un galvaskalpola galvas vadības ierīce darbojas kopā, lai precīzi kontrolētu resursdatora izejas enerģiju.
Dažādie ultraskaņas skalpeļa galvas rokturi ietver skavas veidu, saķeres veidu un šķēres veidu.
Ultraskaņas naža stieņa standarta garums parasti ir 23 cm, 36 cm vai 45 cm. Turklāt asmens galam ir dažādas morfoloģiskas struktūras, piemēram, daudzfunkcionālas šķēres, izliektas daudzfunkcionālas šķēres, izliektas noņemšanas naži, atdalīšanas āķi un hemostatiskās bumbiņas. Ārsti var elastīgi izvēlēties atbilstošu rokturi, asmeņu garumu un asmeņu formu atbilstoši operācijas īpašajām vajadzībām, lai pielāgotos dažāda veida operācijām un pacientu grupām, piemēram, pacientiem ar aptaukošanos, parasto laparoskopisko operāciju, laparotomiju un virspusējo operāciju.
3.1 Ultraskaņas ģenerators (saimnieks)
Ultraskaņas ģenerators, kas pazīstams arī kā ultraskaņas barošanas avots, ir ierīce, kas īpaši izstrādāta, lai ģenerētu un pārnestu ultraskaņas frekvences elektriskos signālus uz ultraskaņas devēju. Saskaņā ar tā darba principu ultraskaņas ģeneratorus var iedalīt divās kategorijās: analogās shēmas un digitālās shēmas. Pašlaik digitālās shēmas ultraskaņas ģeneratoriem ir dominējošā pozīcija praktiskos lietojumos, ņemot vērā to lielisko enerģijas pārveidošanas efektivitāti.
Kā ultraskaņas sistēmas galvenā sastāvdaļa, ultraskaņas ģeneratora veiktspēja tieši ietekmē visas sistēmas darbības efektu. Saskaņā ar dažādiem darba principiem ultraskaņas ģeneratorus var iedalīt divās kategorijās: analogās shēmas un digitālās shēmas. Mūsdienu tirgū digitālās shēmas ultraskaņas ģeneratori ir kļuvuši par galveno izvēli, pateicoties to lieliskajai enerģijas pārveidošanas efektivitātei un stabilitātei.
Digitālās shēmas ultraskaņas ģeneratoru galvenie aparatūras moduļi ietver signālu ģeneratorus, jaudas pastiprinātāja shēmas, pretestības saskaņošanas shēmas un atgriezeniskās saites shēmas. Ultraskaņas devēja darbības laikā neizbēgami notiks pretestības izmaiņas, kas ietver pretestības lieluma un rezonanses frekvences dinamisku pielāgošanu. Lai nodrošinātu, ka slodze var iegūt maksimālu jaudu, strāvas padeves pretestībai jābūt atbilstošai slodzes pretestībai. Tāpēc ultraskaņas barošanas avotam ir jābūt iespējai izsekot ultraskaņas devēja darbības frekvencei un attiecīgi izvadīt attiecīgās frekvences jaudas signālu.
(2) Tehniskās problēmas - Audu adaptācija
Operācijas laikā, ņemot vērā griezuma un koagulēto audu tekstūras atšķirību, slodze mainīsies dinamiski, kas izraisīs ultraskaņas devēja darbības frekvenci un izejas amplitūdu. Ja strāvas padeve nevar izsekot laikā, lai sasniegtu rezonanses stāvokli, devēja enerģijas pārveidošanas efektivitāte tiks ievērojami samazināta, izraisot pārveidotāju pārkaršanu, tādējādi ietekmējot operācijas efektivitāti. Turklāt nepareiza ultraskaņas enerģijas padeves izejas jaudas kontrole arī pagarinās laiku, kas nepieciešams ultraskaņas skalpelim, lai sagrieztu audus un samazinātu hemostāzes efektu. Tāpēc, lai saglabātu tās stabilitāti, ir ļoti svarīgi automātiskās izsekošanas vadības tehnoloģijas frekvences automātiskā kontroles tehnoloģija.
Audu adaptācija, tas ir, izvade mainās ar slodzes pretestību, ir ultraskaņas barošanas avota saimnieka galvenā tehnoloģija. Izmantojot Džonsona un Džonsona ultraskaņas nazi kā piemēru, tā saimnieka sistēma izmanto vienas pogas griešanas un hemostāzes režīmu, kas var automātiski darbināt dažādus audus ar vienu pogu, bez nepieciešamības pēc pārnesuma pozīcijām. Pēc pogas nospiešanas sistēma laika gaitā izvadīs trīs enerģijas segmentus ar "augstu zemu augstumu". Katra enerģijas segmenta izejas kontroles metode ir atšķirīga, un tā tiks saprātīgi pielāgota atbilstoši slodzes pretestībai, kas savākta reālā laikā. Šī tehnoloģija var nodrošināt enerģijas atbalstu nepārtraukti, saprātīgi un efektīvi.
Pēc ilgtermiņa klīnisko datu uzkrāšanās un optimizācijas Džonsona un Džonsona ultraskaņas nazis ir parādījis labāku sniegumu nekā vietējie zīmoli.
3.2 Ultraskaņas devējs
Ultraskaņas devējs kā ultraskaņas vibrācijas vienības kodols ir atbildīgs par ultraskaņas frekvences elektriskās enerģijas efektīvu pārveidošanu augstfrekvences mehāniskajā enerģijā. Šis process vēl vairāk pastiprina amplitūdu un apkopo enerģiju caur amplitūdas stieni un visbeidzot precīzi pārraida enerģiju uz naža galvu. Pašlaik galvenos ultraskaņas devējus tirgū var iedalīt divās kategorijās: pjezoelektriskos devējus un magnetosticējošos devējus.
Ar pjezoelektrisko keramikas materiālu popularizēšanu magnetostriktīvie devēji ir pakāpeniski aizstāti ar pjezoelektriskiem ultraskaņas devējiem, un tos joprojām izmanto tikai dažos īpašos laukos. Pašlaik pjezoelektriskie devēji ir kļuvuši par galveno izvēli tirgū. Tālāk mēs dziļumā izpētīsim pjezoelektrisko devēju pamatprincipus un struktūras.
(1) Pjezoelektrisko devēju darba princips - pjezoelektriskais efekts
Kad pjezoelektriskos materiālus deformē mehāniskais stress, īpašais atomu izvietojums to režģī izraisīs polarizācijas parādīšanos, tādējādi radot izmērāmu potenciālu starpību visā materiālā, ko sauc par pozitīvo pjezoelektrisko efektu. Gluži pretēji, ja pjezoelektriskā materiāla virsmai tiek pielietots spriegums, materiālu deformē elektriskais lauks, ko sauc par apgrieztu pjezoelektrisko efektu. Deformācijas lielums un virziens ir atkarīgs no elektriskā lauka virziena, materiāla polarizācijas virziena un savienojuma metodes ar blakus esošo struktūru. Tas nozīmē, ka pjezoelektriskajiem materiāliem ir funkcija pārveidot mehānisko enerģiju elektriskajā enerģijā un pārveidot elektrisko enerģiju atpakaļ mehāniskajā enerģijā. Ultraskaņas skalpeļos šī īpašība ļauj pjezoelektriskajiem kristāliem efektīvi pārveidot elektrisko enerģiju mehāniskajā enerģijā caur apgrieztu pjezoelektrisko efektu.
(2) Pjezoelektrisko devēju strukturālā analīze
Tālāk mēs arī sapratīsim pjezoelektrisko devēju iekšējo struktūru.
Piemēram, ņemot sviestmaizes pjezoelektrisko keramikas ultraskaņas devēju, tā pamatkomponentos ietilpst pjezoelektriskās keramikas loksnes, metāla priekšējais vāks, metāla aizmugures vāks, metāla elektrodu loksnes un spriegotas skrūves. Dizaina ziņā priekšējais pārsegs parasti ir izgatavots no viegla metāla, lai uzlabotu ultraskaņas viļņu priekšējo transmisijas efektivitāti, savukārt aizmugurējais vāks ir izgatavots no smagā metāla, lai nodrošinātu devēja stabilitāti.
(3) Pjezoelektriskie materiāli
Pjezoelektriskos materiālus var iedalīt divās kategorijās: neorganiskos pjezoelektriskos materiālus un organiskos pjezoelektriskos materiālus. Starp tiem neorganiskie pjezoelektriskie materiāli tiek tālāk iedalīti pjezoelektriskos kristālos (piemēram, pjezoelektriskos atsevišķos kristālos) un pjezoelektriskajā keramikā (sintētiskie materiāli). Pjezoelektriskajai keramikai ir izcilas mehāniskās īpašības, ķīmiskā inertācija un vienkārša ražošana. Tos var elastīgi izgatavot dažādās formās un izmēros, un polarizācijas virzienu var brīvi izvēlēties, padarot tos par ideālu izvēli devēju ražošanai. Šī iemesla dēļ pjezoelektriskā keramika ir plaši izmantota devēju jomā.
Galvenās izejvielas pjezoelektriskās keramikas pagatavošanai ir bārija titanāts, svina cirkonāta titanāts un litija niobāts. Šie materiāli parāda lielāku enerģijas ražošanas spēju nekā daudzi dabiski materiāli. Starp tiem svina cirkonāta titanāts (PZT) ir visbiežāk izmantotā izejviela pjezoelektriskās keramikas ražošanā. Tas tiek sintezēts no svina un cirkonija augstā temperatūrā. Komerciālie ultraskaņas nažu ražotāji, piemēram, Džonsons un Džonsons, parasti izmanto PZT-8 pjezoelektrisko keramiku. Tomēr dažādi uzņēmumi izvēlēsies P8 materiālus ar dažādiem veiktspējas parametriem (piemēram, relatīvā dielektriskā konstante, dielektriskie zudumi un elektromehāniskā savienojuma koeficients) saskaņā ar viņu pašu devēju īpašībām.
(4) Tehniskās problēmas
Ultraskaņas nažu griešanas un koagulācijas ātrumu ietekmē daudzi faktori, ieskaitot devēja elektroakustiskās pārveidošanas efektivitāti, ultraskaņas viļņvada mehānisko zudumu un pārraides efektivitāti un ultraskaņas nažu sistēmas izejas stabilitāti. Pārveidotāja galveno rādītāju uzlabošana un ultraskaņas enerģijas nodrošināšana var būt efektīvi un stabili pārnesta uz asmeni galu ir atslēga, lai optimizētu ultraskaņas naža mehānisko sistēmu. Šajā procesā būtiska loma ir augstas veiktspējas pjezoelektriskajiem keramikas materiāliem.
Augstas kvalitātes pjezoelektriskajiem keramikas materiāliem jābūt ar augstu mehāniskās kvalitātes koeficientu, augstu pjezoelektrisko koeficientu, augstu elektromehānisko savienojuma koeficientu, zemu dielektrisko zudumu un stabilu veiktspēju (piemēram, temperatūras un frekvences stabilitāti). Veicot dopinga modifikāciju, keramikas materiālu sagatavošanas procesa izstrādi un optimizāciju var sasniegt smalku materiālo īpašību kontroli. Pašlaik vairums ražotāju izvēlas iegādāties pjezoelektrisko keramiku no augšējiem ražotājiem mājās un ārvalstīs, bet arī dažiem ražotājiem ir iespēja attīstīt savus pētījumus.
3.3 amplitūdas transformators
Ultraskaņas vibrācijas sistēmā amplitūdas transformatoram ir būtiska loma. Tā kā vibrācijas amplitūda, ko rada ultraskaņas devēja izstarojošā virsma, ir maza, parasti ar 20 kHz darbības frekvenci, tā amplitūda ir tikai daži mikroni, kas nebūt nav pietiekami, lai apmierinātu faktiskās vajadzības. Tāpēc tiek ieviests amplitūdas transformators, kas var efektīvi pastiprināt mehānisko vibrācijas daļiņu pārvietojumu un kustības ātrumu, koncentrēt ultraskaņas enerģiju nelielā apgabalā un tādējādi sasniedz enerģijas savākšanas efektu. Turklāt amplitūdas transformators darbojas arī kā mehāniska pretestības transformators, saskaņojot pretestību starp devēju un slodzi, lai nodrošinātu, ka ultraskaņas enerģiju var efektīvi pārnest no devēja uz slodzes galu.
3.4 Ultraskaņas skalpeļa galva
Ultraskaņas skalpeļa galva, kas ir galvenā sastāvdaļa, sastāv no precizitātes komponentiem, piemēram, roktura, viļņvada stieņa (ti, kāta) un piedurknes. Starp tiem kāts ir skalpeļa galvas kodols, un tās materiāla izvēle un procesa līmenis ir tieši saistīts ar skalpeļa pārrāvuma risku. Pašlaik titāna sakausējumi ir labvēlīgi par zemo akustisko pretestību, augsto stiepes izturību un vieglu svaru, un TC4 (Ti-6Al-4V) sakausējums ir labākais starp tiem. TC4 titāna sakausējumam ir ne tikai priekšrocības gan, gan titāna sakausējumi - lieliska plastiskums un termiskā izturība, bet arī ilgstoši var darboties 400 grādos, un tam ir lieliska izturība pret jūras ūdens koroziju. Turklāt tā ražošanas process ir vienkāršs, un to var stiprināt, metinot, karstu un aukstu veidošanos, rūdīšanu un novecošanos, padarot kātu gan spēcīgu, gan izturīgu. Tomēr augstās importēto titāna sakausējumu materiālu izmaksas joprojām ir izaicinājums, un ražotāji aktīvi meklē vietējās alternatīvas, lai samazinātu ražošanas izmaksas.
4.1 Galvenie veiktspējas rādītāji
Klīniskajā lietojumā plaši pievērsta plašu uzmanību ultraskaņas skalpeļu darbības rādītājiem. Šie indikatori aptver tādus aspektus kā asinsvadu aizvēršanas efekts, slēgšanas efektivitātes samazināšanas efektivitāte, termisko bojājumu diapazons, smalkas griešanas un atdalīšanas spējas, iespīlēšanas spēks un anti-adhēzija. Starp tiem griešanas efektivitāte un asinsvadu slēgšanas efekts tiek uzskatīts par visvairāk galvenajiem rādītājiem, kas tieši ietekmē ķirurģisko efektu un drošību. Tajā pašā laikā nozares standarti un atbilstošās vadlīnijas nodrošina arī skaidras novērtēšanas metodes un standartus šiem darbības rādītājiem.
4.2 Biežas klīniskās problēmas
Klīniskajos lietojumos mēs atklājām, ka ultraskaņas skalpeļa produktiem tirgū parasti ir šādas problēmas: pirmkārt, koagulācijas efekts bieži nav ideāls; Otrkārt, mīkstos audus pie griezuma var viegli sabojāt ar karstumu, kā rezultātā parasti netiek slēgti, samazinot kļūmi vai lāpstiņu pārrāvumu; Turklāt pastāv risks, ka organismā var atstāt svešas vielas, piemēram, audu spilventiņu izmešana vai produkta izmešanas iekšējās sastāvdaļas. Šīs problēmas rodas dažādu iemeslu dēļ, kas parasti ir saistīti ar ultraskaņas skalpeļa sistēmas vairāku komponentu koordinēto darbu. Papildus nepareizai klīniskajai darbībai jebkura komponenta tehniskie vai procesa defekti var ietekmēt ultraskaņas skalpeļa kopējo veiktspēju.
Klīniskajā lietojumā mēs bieži saskaramies ar šādiem riskiem, ko rada ultraskaņas skalpeļa produkti: pirmkārt, sliktas koagulācijas efekta dēļ var rasties pēcoperācijas asiņošana; Otrkārt, mīkstie audi griezumā, iespējams, nespēj normāli slēgt termisko bojājumu dēļ, kas var izraisīt nopietnas sekas, piemēram, griešanas kļūmes vai asmeņu pārrāvumu; Turklāt pastāv potenciāls risks, ka organismā var atstāt svešķermeņi, piemēram, audu spilventiņu atdalīšana vai
Klīniskajā lietojumā mēs bieži saskaramies ar šādiem riskiem, ko rada ultraskaņas skalpeļa produkti: pirmkārt, sliktas koagulācijas efekta dēļ var rasties pēcoperācijas asiņošana; Otrkārt, mīkstie audi griezumā var netikt slēgti normāli termisko bojājumu dēļ, kas var izraisīt nopietnas sekas, piemēram, griešanas kļūmi vai salauztu skalpeli; Turklāt pastāv potenciāls risks, ka organismā var atstāt svešas vielas, piemēram, audu spilventiņi nokrīt vai nokrīt produkta iekšējās sastāvdaļas. Šo risku esamība ietekmē ne tikai ultraskaņas skalpeļu klīniskās pielietošanas efektu, bet arī var apdraudēt pacientu drošību.
Tāpēc klīniskajās operācijās mums jābūt īpaši modriem attiecībā uz šiem riskiem un jāveic atbilstoši profilaktiskie pasākumi, lai nodrošinātu pacientu drošību un vienmērīgu operācijas progresu.
