Эволюция хирургических инструментов может быть описана как эпическая. От древней варварской эры, в эпоху меди и железа, до широко распространенного применения передовых технологий, таких как высокочастотные электрические ножи, ультразвуковые ножи, лазерные ножи и протонные ножи сегодня, каждое изменение способствовало значительному прогрессу в хирургии. Скорость этого развития захватывает дух.
Среди многих хирургических инструментов ультразвуковые скальпели выделяются с их уникальными преимуществами. Он не только имеет несколько функций, таких как резка, гемостаз, разделение и тяга, но также высоко оценивается за его характеристики, такие как быстрая резка, меньше кровотечения и меньше дыма. В операции это как рыцарь в доспехах, размахивая мечом в руке, чтобы искоренить боль для пациентов.
Затем мы подробно рассмотрим принцип работы, клиническое применение, структуру продукта и технические трудности ультразвуковых скальпелей, а также технологические инновации и направления развития будущих. Я надеюсь, что благодаря этому специальному исследованию мы сможем получить более полное понимание очарования ультразвуковых скальпелей и их незаменимое положение в хирургии.
В 1967 году доктор Келман разработал первое в мире ультразвуковое эмульгирование с инновациями ультразвуковой энергии. Это прорывное изобретение обеспечивает сильную поддержку для лечения разрыва и эмульгирования глазных линз. С появлением 1980 -х годов поле ультразвуковых скальпелей постепенно расширилось до индустрии пластической хирургии. В 1992 году два американских клинических эксперта были достаточно смелыми, чтобы внедрить инновации, и взяли на себя инициативу в представлении ультразвуковых скальпелевых продуктов Ultracision в лапароскопическую хирургию, что открыло более широкую перспективу рынка ультразвуковых скальпелей в области хирургических операций. Чтобы удовлетворить различные клинические потребности, появились различные формы ультразвуковых продуктов скальпеля, такие как ультразвуковые скальпели мягких тканей, ультразвуковые костяные скальпели и ультразвуковые эмульгированные всасывающие скальпели. Эта статья будет сосредоточена на внедрении ультразвуковых скальпелей хирургических мягких тканей (сокращенных как «ультразвуковые скальпели»).
1.1 Принцип преобразования энергии
Основная функция ультразвукового источника питания состоит в том, чтобы эффективно преобразовать обычные электрические сигналы переменного тока в электрические сигналы ультразвуковой частоты в качестве основы для выходной энергии. В этом процессе конверсии ультразвуковой преобразователь играет жизненно важную роль. Он расположен в ультразвуковом вибрационном блоке и может дополнительно преобразовать ультразвуковые частотные электрические сигналы в высокочастотные механические вибрации. Впоследствии, благодаря усилению ультразвукового рога, головка лезвия может выводить ультразвуковую частоту механическую вибрацию с определенной амплитудой. Эта вибрация является ключом к эффективной резке и коагуляции ультразвукового ножа.
1.2 Принцип резки и коагуляции
Ультразвуковая головка лезвия вибрирует на определенной частоте. Когда он вступает в контакт с тканевыми клетками, жидкость в клетках испаряется, вызывая разрываться водородные связи белков, вызывая распад и повторное избавление. Впоследствии ткань разрезана в коагулированном состоянии. В процессе сокращения кровеносных сосудов механическая вибрация ультразвуковой головки лезвия взаимодействует с тканевыми белками для генерации тепла, разрушая тем самым структуру коллагена в ткани, достигая коагуляции белка и закрытия кровеносных сосудов и достигая цели гемостаза.
(1) Механический эффект
Под действием ультразвука с умеренной интенсивностью звука ткань производит упругую вибрацию. По мере увеличения интенсивности звука, когда механическая вибрация ткани превышает его упругой предел, она сломается или расщепляется. При резании мягких тканей минимальная амплитуда, требуемая головкой хирургического лезвия, составляет 40 мкм, в то время как в остеотомии головка лезвия должна вывести амплитуду более 100 мкм.
(2) тепловой эффект
Тепло является ключевым фактором в достижении коагуляции тканей и гемостаза. Это включает в себя вязкоупругую тепловую энергию внутри ткани и тепло, генерируемое трениями между лезвием и тканью.
(3) эффект кавитации
Пузырьки кавитации генерируют высокую температуру и высокое давление за очень короткое время, выпуская сильные ударные волны и самолеты, которые эмульгируют и фрагментируют ткань. Когда высокочастотный вибрационный конец ультразвукового ножа помещается на мягкие ткани, такие как жировая ткань и альвеолярная ткань, температура внутри клеток мягких тканей вокруг лезвия значительно увеличится. Как только температура достигает точки кипения воды в клетке, вода в клетке испаряется и увеличивает объем, что приводит к разрыву клетки. Большое количество газа, выделяемого после разрыва клеток, помогает расширить слой ткани, что облегчает хирургическую операцию в соответствии с концепцией «мембранной анатомии» современных органов.
1.3 Сравнение различных типов скальпелей
Во время операции крайне важно выбрать правую скальпель. Затем мы будем сравнивать различные типы скальпелей, включая традиционные скальпели, лазерные ножи, микроволновые ножи и ультразвуковые ножи, чтобы помочь вам лучше понять их преимущества и недостатки.
С точки зрения клинического применения, ультразвуковые скальпели хорошо работают при резании мягких тканей, особенно в хирургических сценариях, которые требуют точного контроля кровотечения и минимизированного теплового повреждения. Он часто используется для закрытия кровеносных сосудов диаметром 3 мм или менее, а иногда даже может обрабатывать кровеносные сосуды диаметром 5 мм или менее. Однако для кровеносных сосудов диаметром 5 мм или более врачи обычно используют большие закрытия сосудов, лигирующие зажимы или швы лигирования. Кроме того, ультразвуковые скальпели подходят не только для открытой хирургии, но и широко используются в лапароскопической хирургии, и играют важную роль в различных операциях в нескольких отделениях, таких как общая хирургия, гинекология, урология, грудная хирургия, операция головы и шеи.
Общие хирургические продукты ультразвукового скальпеля, как правило, включают в себя хозяин и различные аксессуары. Среди этих аксессуаров преобразователь является ключевым компонентом, который отвечает за преобразование электрической энергии в ультразвуковую энергию. Ультразвуковая головка скальпеля, как часть, которая непосредственно контактирует с тканью, ее конструкция охватывает ключевые компоненты, такие как ручка, волноводочный стержень и канюля. Кроме того, переключатель ног и устройство управления ручным управлением на головке скальпеля работают вместе, чтобы достичь точного управления выходной энергией хоста.
Различные ручки головки ультразвукового скальпеля включают тип зажима, тип сцепления и тип ножниц.
Стандартная длина ультразвукового ножа обычно составляет 23 см, 36 см или 45 см. Кроме того, наконечник лезвия имеет множество морфологических структур, таких как многоцелевые ножницы, изогнутые многоцелевые ножницы, изогнутые ножи для раздевания, крючки для разделения и гемостатические шарики. Врачи могут гибко выбрать соответствующую ручку, длину лезвия и форму лезвия в соответствии с конкретными потребностями операции для адаптации к различным типам операций и групп пациентов, таких как пациенты с ожирением, обычная лапароскопическая хирургия, лапаротомия и поверхностная хирургия.
3.1 Ультразвуковой генератор (хост)
Ультразвуковой генератор, также известный как ультразвуковой источник питания, представляет собой устройство, специально разработанное для генерации и передачи ультразвуковых частотных электрических сигналов в ультразвуковой датчик. Согласно своему принципу работы, ультразвуковые генераторы можно разделить на две категории: аналоговые схемы и цифровые схемы. В настоящее время ультразвуковые генераторы цифровых цепей имеют доминирующее положение в практических применениях из -за их превосходной эффективности преобразования энергии.
В качестве основного компонента ультразвуковой системы производительность ультразвукового генератора напрямую влияет на операционный эффект всей системы. Согласно различным принципам работы, ультразвуковые генераторы можно разделить на две категории: аналоговые схемы и цифровые схемы. На сегодняшнем рынке ультразвуковые генераторы цифровых цепи стали основным выбором из -за их превосходной эффективности и стабильности преобразования энергии.
Основные аппаратные модули ультразвуковых генераторов цифровых цепи включают генераторы сигналов, схемы усилителя мощности, схемы сопоставления импедансов и схемы обратной связи. Во время работы ультразвукового преобразователя неизбежно произойдут изменения импеданса, что включает в себя динамическую корректировку размера импеданса и резонансной частоты. Чтобы гарантировать, что нагрузка может получить максимальную питание, импеданс источника питания должен соответствовать импедансу нагрузки. Следовательно, ультразвуковой источник питания должен иметь возможность отслеживать рабочую частоту ультразвукового преобразователя и соответствующим образом выводить сигнал мощности соответствующей частоты.
(2) Технические проблемы - адаптация ткани
Во время операции, из -за разницы в текстуре разреза и коагулированной ткани, нагрузка будет динамически изменяться, что приведет к изменению рабочей частоты и амплитуды выходной передачи ультразвукового преобразователя. Если источник питания не может отслеживать частоту во времени, чтобы достичь резонансного состояния, эффективность преобразования энергии преобразователя будет значительно снижена, что приведет к перегреву преобразователя, тем самым влияя на эффективность операции. Кроме того, ненадлежащее управление выходной мощностью ультразвукового источника питания также продлит время, необходимое для ультразвукового скальпеля для сокращения ткани и снижения эффекта гемостаза. Следовательно, технология управления автоматическим отслеживанием частоты ультразвукового источника питания имеет решающее значение для поддержания его стабильности.
Адаптация ткани, то есть выходные изменения с помощью импеданса нагрузки, является основной технологией ультразвукового хозяина питания. Принимая ультразвуковой нож Johnson & Johnson в качестве примера, его хост-система принимает режим резки и гемостаза с одной кнопкой, который может автоматически управлять различными тканями с одной кнопкой без необходимости в положениях передачи. После нажатия кнопки система с течением времени выведет три сегмента энергии «высокого низкого уровня». Метод управления выводом каждого сегмента энергии отличается, и он будет разумно скорректирован в соответствии с импедансом нагрузки, собранным в режиме реального времени. Эта технология может обеспечить энергетическую поддержку непрерывно, разумно и эффективно.
После долгосрочного накопления и оптимизации клинических данных ультразвуковой нож Johnson & Johnson показал лучшую производительность, чем домашние бренды.
3.2 Ультразвуковой датчик
Ультразвуковой преобразователь, как ядро ультразвукового вибрационного блока, отвечает за эффективное преобразование ультразвуковой частотной электрической энергии в высокочастотную механическую энергию. Этот процесс дополнительно усиливает амплитуду и собирает энергию через амплитудный стержень и, наконец, точно передает энергию в головку ножа. В настоящее время основные ультразвуковые преобразователи на рынке можно разделить на две категории: пьезоэлектрические преобразователи и магнитострикционные преобразователи.
С популяризацией пьезоэлектрических керамических материалов магнитострикционные преобразователи постепенно заменялись пьезоэлектрическими ультразвуковыми преобразователями и все еще используются только в некоторых специальных полях. В настоящее время пьезоэлектрические преобразователи стали основным выбором на рынке. Затем мы подробно рассмотрим основные принципы и структуры пьезоэлектрических преобразователей.
(1) Принцип работы пьезоэлектрических преобразователей - пьезоэлектрический эффект
Когда пьезоэлектрические материалы деформируются механическим напряжением, специальное расположение атомов в их решетке приведет к появлению поляризации, что создает измеримую разницу потенциалов во всем материале, который называется положительным пьезоэлектрическим эффектом. Напротив, если на поверхность пьезоэлектрического материала применяется напряжение, материал будет деформирован электрическим полем, которое называется обратным пьезоэлектрическим эффектом. Размер и направление деформации зависят от направления электрического поля, направления поляризации материала и метода соединения с соседней структурой. Это означает, что пьезоэлектрические материалы имеют функцию преобразования механической энергии в электрическую энергию и превращение электрической энергии обратно в механическую энергию. В ультразвуковых скальпелях эта характеристика позволяет пьезоэлектрическим кристаллам эффективно преобразовать электрическую энергию в механическую энергию посредством обратного пьезоэлектрического эффекта.
(2) Структурный анализ пьезоэлектрических преобразователей
Далее мы дополнительно поймем внутреннюю структуру пьезоэлектрических преобразователей.
В качестве примера его сердечные компоненты включают пьезоэлектрический керамический ультразвуковой ультразвуковой преобразователь, его основные компоненты включают пьезоэлектрические керамические листы, металлическую переднюю крышку, металлическую заднюю крышку, металлические электроды и предварительные болты. С точки зрения дизайна, передняя крышка обычно изготовлена из легкого металла для повышения эффективности передней передачи ультразвуковых волн, в то время как задняя крышка изготовлена из тяжелого металла для обеспечения стабильности преобразователя.
(3) Пьезоэлектрические материалы
Пьезоэлектрические материалы можно разделить на две категории: неорганические пьезоэлектрические материалы и органические пьезоэлектрические материалы. Среди них неорганические пьезоэлектрические материалы дополнительно разделены на пьезоэлектрические кристаллы (такие как пьезоэлектрические монокристаллы) и пьезоэлектрическая керамика (синтетические материалы). Пьезоэлектрическая керамика обладает отличными механическими свойствами, химической инертностью и простой производством. Они могут быть гибко изготовлены в различные формы и размеры, а направление поляризации может быть свободно выбрано, что делает их идеальным выбором для производства преобразователей. По этой причине пьезоэлектрическая керамика широко использовалась в области преобразователей.
Основное сырье для изготовления пьезоэлектрической керамики включают титанат бария, цирконат свинцового цирконата и литий -нибат. Эти материалы показывают более высокую мощность электроэнергии, чем многие натуральные материалы. Среди них свинцовый цирконат титанат (PZT) является наиболее часто используемым сырью при изготовлении пьезоэлектрической керамики. Он синтезируется из свинца и циркония при высокой температуре. Коммерческие производители ультразвуковых нож, такие как Johnson & Johnson, обычно используют пьезоэлектрическую керамику PZT-8. Тем не менее, разные компании выберут материалы P8 с различными параметрами производительности (такие как относительная диэлектрическая постоянная, диэлектрическая потери и коэффициент электромеханической связи) в соответствии с характеристиками их собственных преобразователей.
(4) Технические проблемы
Скорость резания и коагуляции ультразвуковых ножей влияет многие факторы, в том числе эффективность электроакустического преобразования преобразователя, механические потери и эффективность передачи ультразвукового волновода и стабильность выходной системы ультразвукового ножа. Улучшение основных показателей преобразователя и обеспечение того, чтобы ультразвуковая энергия была эффективно и стабильно передана на кончик лезвия, является ключом к оптимизации механической системы ультразвукового ножа. Высокопроизводительные пьезоэлектрические керамические материалы играют жизненно важную роль в этом процессе.
Высококачественные пьезоэлектрические керамические материалы должны иметь высокий коэффициент механического качества, высокий пьезоэлектрический коэффициент, высокий коэффициент электромеханической связи, низкие диэлектрические потери и стабильные характеристики (такие как температура и стабильность частоты). Благодаря модификации допинга, многокомпонентной разработке и оптимизации процесса приготовления керамических материалов может быть достигнуто тонкое контроль над свойствами материала. В настоящее время большинство производителей предпочитают приобрести пьезоэлектрическую керамику у производителей вверх по течению дома и за рубежом, но некоторые производители также имеют возможность разработать свои собственные исследования.
3.3 Амплитудный трансформатор
В системе ультразвуковой вибрации амплитудный трансформатор играет жизненно важную роль. Поскольку амплитуда вибрации, генерируемая радиационной поверхностью ультразвукового преобразователя, мала, обычно на частоте работы 20 кГц его амплитуда составляет всего несколько микрон, что далеко не достаточное для удовлетворения фактических потребностей. Следовательно, введен амплитудный трансформатор, который может эффективно усилить смещение и скорость движения частиц механической вибрации, концентрировать ультразвуковую энергию на небольшой площади и, таким образом, достигать эффекта сбора энергии. Кроме того, амплитудный трансформатор также действует как механический импедансный трансформатор, соответствующий импедансу между преобразователем и нагрузкой, чтобы гарантировать, что ультразвуковая энергия может эффективно передаваться от преобразователя на конец нагрузки.
3.4 Ультразвуковая головка скальпеля
Ультразвуковая головка скальпеля, ключевой компонент, состоит из точных компонентов, таких как ручка, волноводный стержень (то есть хвостовик) и рукав. Среди них хвостовик является ядром головки скальпеля, а его выбор материала и уровень процесса напрямую связаны с риском разрыва скальпеля. В настоящее время титановые сплавы предпочитают за их низкий акустический импеданс, высокую прочность на растяжение и легкий вес, а сплава TC4 (TI-6AL-4V) является лучшим среди них. TC4 Titanium Alloy не только обладает преимуществами как сплавов, так и титановых сплавов - отличная пластичность и тепловая прочность, но также может работать в течение длительного времени на 400 градусов и обладает превосходным сопротивлением коррозии морской воды. Кроме того, его производственный процесс прост, и он может быть укреплен сваркой, горячим и холодным, гашением и стареющим лечением, что делает хвостовик сильным и долговечным. Тем не менее, высокая стоимость импортированных титановых сплавных материалов по -прежнему остается проблемой, и производители активно ищут внутренние альтернативы для снижения производственных затрат.
4.1 Ключевые показатели производительности
В клинических приложениях показатели эффективности ультразвуковых скальпелей привлекли широкое внимание. Эти показатели охватывают такие аспекты, как эффект закрытия сосудов, эффективность закрытия, диапазон тепловых повреждений, тонкая способность резки и разделения, сила зажима и антиадгезия. Среди них эффективность резки и эффект закрытия сосудов рассматриваются как наиболее основные показатели, которые непосредственно влияют на хирургический эффект и безопасность. В то же время отраслевые стандарты и соответствующие руководящие принципы также предоставляют четкие методы оценки и стандарты для этих показателей эффективности.
4.2 Общие клинические проблемы
В клинических применениях мы обнаружили, что ультразвуковые продукты скальпеля на рынке, как правило, имеют следующие проблемы: во -первых, эффект коагуляции часто не является идеальным; Во -вторых, мягкие ткани на разрез легко повреждаются при нагреве, что приводит к тому, что неспособность нормально закрывается, разрушению или разрыву лезвия; Кроме того, существует риск того, что в организме может быть оставлено посторонние вещества, например, выпадение тканевой прокладки или внутренние компоненты выброса продукта. Эти проблемы возникают по разным причинам, обычно связанные с скоординированной работой нескольких компонентов ультразвуковой системы скальпеля. В дополнение к неправильной клинической работе, техническая или процессовая дефекты любого компонента может повлиять на общую производительность ультразвукового скальпеля.
В клинических применениях мы часто сталкиваемся с следующими рисками, вызванными ультразвуковыми продуктами скальпеля: во -первых, из -за плохого эффекта коагуляции может произойти послеоперационное кровотечение; Во -вторых, мягкая ткань в разрез не может быть в состоянии нормально закрываться из -за теплового повреждения, что может привести к серьезным последствиям, таким как сбой резки или разрыв лезвия; Кроме того, существует потенциальный риск того, что в организме может быть оставлено посторонние вещества, например, отряд тканевой прокладки или
В клинических применениях мы часто сталкиваемся с следующими рисками, вызванными ультразвуковыми продуктами скальпеля: во -первых, из -за плохого эффекта коагуляции может произойти послеоперационное кровотечение; Во -вторых, мягкие ткани на разрез не могут быть закрыты нормально из -за теплового повреждения, что может привести к серьезным последствиям, таким как сбой резки или сломанное скальпель; Кроме того, существует потенциальный риск того, что в организме можно оставить посторонние вещества, такие как падающие тканевые покладки или внутренние компоненты продукта, падающего. Существование этих рисков не только влияет на клиническое влияние ультразвуковых скальпелей, но также может угрожать безопасности пациентов.
Поэтому в клинических операциях мы должны быть особенно бдительны в отношении этих рисков и принимать соответствующие профилактические меры для обеспечения безопасности пациентов и плавного прогресса операции.
