Udviklingen af kirurgiske værktøjer kan beskrives som et epos. Fra den gamle barbariske æra, gennem æraen med kobber og jern, til den udbredte anvendelse af banebrydende teknologier, såsom højfrekvente elektriske knive, ultralydsknive, laserknive og protonknive i dag, har hver ændring fremmet store fremskridt i operationen. Hastigheden på denne udvikling er betagende.
Blandt mange kirurgiske værktøjer skiller ultralydscalkpeller sig ud med deres unikke fordele. Det har ikke kun flere funktioner såsom skæring, hæmostase, adskillelse og trækkraft, men er også meget rost for sine egenskaber, såsom hurtig skæring, mindre blødning og mindre røg. I operationen er det som en ridder i rustning, der vinker et sværd i hånden for at udrydde smerter for patienter.
Dernæst undersøger vi dybtgående arbejdsprincippet, klinisk anvendelse, produktstruktur og tekniske vanskeligheder ved ultralydsskoleunderlang samt teknologisk innovation og fremtidige udviklingsretninger. Jeg håber, at vi gennem denne specielle forskning kan have en mere omfattende forståelse af charmen ved ultralydscalk og deres uundværlige position i operationen.
I 1967 udviklede Dr. Kelman verdens første ultralydsemulgeringsenhed med innovationen af ultralydsenergi. Denne gennembrudte opfindelse giver stærk støtte til behandling af brud og emulgering af øjenlinsen. Med fremkomsten af 1980'erne udvidede applikationsfeltet for ultralydsskolehår gradvist til plastikkirurgi -industrien. I 1992 var to amerikanske kliniske eksperter modige nok til at innovere og tog føringen med at introducere Ultracisions ultralydsskalpelprodukter i laparoskopisk kirurgi og åbnede således et bredere markedsperspektiv for ultralydsskole inden for kirurgiske operationer. For at imødekomme forskellige kliniske behov er der opstået forskellige former for ultralydsskalpelprodukter, såsom ultralyds i blødt væv, ultralydsskalpeller, ultralydsknogler og ultralydsemulsificeringssug. Denne artikel vil fokusere på introduktionen af kirurgisk blødt vævs ultralydsskoleanlæg (forkortet som "ultralydscalpeller").
1.1 Energikonverteringsprincip
Kernefunktionen af ultralydsstrømforsyning er at konvertere konventionelle AC -elektriske AC -signaler effektivt til ultralydsfrekvenselektriske signaler som grundlag for energiudgang. I denne konverteringsproces spiller den ultralyds transducer en vigtig rolle. Det er placeret i den ultrasoniske vibrationsenhed og kan yderligere konvertere ultralydsfrekvenselektriske signaler til højfrekvente mekaniske vibrationer. Efterfølgende kan bladhovedet gennem amplificeringen af det ultralydshorn udsende ultralydsfrekvens mekanisk vibration med en bestemt amplitude. Denne vibration er nøglen til effektiv skæring og koagulation af den ultralydskniv.
1.2 Princippet om skæring og koagulation
Det ultralyds bladhoved vibrerer ved en bestemt frekvens. Når det kommer i kontakt med vævsceller, fordamper væsken i cellerne, hvilket får proteinhydrogenbindingerne til at bryde, hvilket får cellerne til at gå i stykker og formes igen. Derefter skæres vævet i en koaguleret tilstand. I processen med at skære blodkar interagerer den mekaniske vibration af det ultralyds klingehoved med vævsproteiner for at generere varme og derved ødelægge kollagenstrukturen i vævet, opnå proteinkoagulering og lukning af blodkar og opnå formålet med hæmostase.
(1) Mekanisk effekt
Under virkningen af ultralyd med moderat lydintensitet producerer vævet elastisk vibration. Når lydintensiteten øges, når den mekaniske vibration af vævet overstiger dens elastiske grænse, vil den bryde eller pulverisere. Når man skærer blødt væv, er den minimale amplitude, der kræves af det kirurgiske klingehoved, 40μm, mens bladhovedet i osteotomi skal udsende en amplitude på mere end 100μm.
(2) Termisk effekt
Varme er en nøglefaktor til opnåelse af vævskoagulering og hæmostase. Dette inkluderer den viskoelastiske termiske energi inde i vævet og den varme, der genereres af friktionen mellem bladet og vævet.
(3) Kavitationseffekt
Kavitationsbobler genererer højt temperatur og højt tryk på meget kort tid, mens de frigiver stærke chokbølger og jetfly, som emulgerer og fragmenterer vævet. Når den højfrekvente vibrations ende af den ultralydskniv placeres på blødt væv, såsom fedtvæv og alveolært væv, vil temperaturen inde i bløddelscellerne omkring klingen stige markant. Når temperaturen når kogepunktet på vandet i cellen, fordamper vandet i cellen og øges i volumen, hvilket får cellen til at sprænge. Den store mængde gas, der frigives efter cellekrug, hjælper med at udvide vævslaget, hvilket letter den kirurgiske operation under begrebet "membrananatomi" af moderne organer.
1.3 Sammenligning af forskellige typer hovedbund
Under operationen er det vigtigt at vælge den rigtige skalpell. Dernæst vil vi sammenligne forskellige typer hovedbund, herunder traditionelle hovedbund, laserknive, mikrobølgeknive og ultralydsknive, for at hjælpe dig med bedre at forstå deres fordele og ulemper.
Fra perspektivet af klinisk anvendelse fungerer ultralydscalkspiler godt i skæring af blødt væv, især i kirurgiske scenarier, der kræver præcis kontrol af blødning og minimeret termisk skade. Det bruges ofte til at lukke blodkar med en diameter på 3 mm eller mindre, og nogle gange kan endda håndtere blodkar med en diameter på 5 mm eller mindre. For blodkar med en diameter på 5 mm eller mere bruger læger imidlertid normalt store karlukninger, ligeringsklip eller ligeringssuturer. Derudover er ultralydsskalpeller ikke kun egnede til åben kirurgi, men også vidt brugt i laparoskopisk kirurgi og spiller en vigtig rolle i forskellige operationer i flere afdelinger, såsom generel kirurgi, gynækologi, urologi, thoraxkirurgi, hoved- og halskirurgi.
Almindelige kirurgiske ultralydsskalpelprodukter inkluderer generelt en vært og forskellige tilbehør. Blandt disse tilbehør er transduceren en nøglekomponent, der er ansvarlig for at konvertere elektrisk energi til ultralydsenergi. Det ultralydsskalpelhoved, som den del, der direkte kontakter vævet, dækker dets design nøglekomponenter såsom håndtaget, bølgelederstangen og kanyen. Derudover arbejder fodafbryderen og den manuelle kontrolenhed på Scalpel -hovedet sammen for at opnå præcis kontrol af værtens outputenergi.
De forskellige håndtag af det ultralydsskalpelhoved inkluderer klemmetype, grebetype og sakstype.
Standardlængden af den ultralyds knivbjælke er normalt 23 cm, 36 cm eller 45 cm. Derudover har spidsen af bladet en række morfologiske strukturer, såsom flerformål saks, buet flerbrudssaks, buede strippeknive, separationskroge og hæmostatiske kugler. Læger kan fleksibelt vælge det passende håndtag, bladlængde og klingeform i henhold til de specifikke behov i operationen for at tilpasse sig forskellige typer operationer og patientgrupper, såsom overvægtige patienter, konventionel laparoskopisk kirurgi, laparotomi og overfladisk kirurgi.
3.1 Ultrasonic Generator (vært)
Ultralydsgeneratoren, også kendt som en ultralydstrømforsyning, er en enhed, der er specielt designet til at generere og transmittere ultralydsfrekvenselektriske signaler til en ultralyds transducer. I henhold til dets arbejdsprincip kan ultralydgeneratorer opdeles i to kategorier: analoge kredsløb og digitale kredsløb. På nuværende tidspunkt har Ultrasonic -generatorer til digital kredsløb en dominerende position i praktiske applikationer på grund af deres fremragende energikonverteringseffektivitet.
Som kernekomponenten i det ultralydssystem påvirker ydelsen af den ultralydsgenerator direkte driftseffekten af hele systemet. I henhold til forskellige arbejdsprincipper kan ultralydgeneratorer opdeles i to kategorier: analoge kredsløb og digitale kredsløb. På dagens marked er ultralydsgeneratorer med digitalt kredsløb blevet det almindelige valg på grund af deres fremragende energikonverteringseffektivitet og stabilitet.
De centrale hardwaremoduler i ultralydsgeneratorer fra digitale kredsløb inkluderer signalgeneratorer, strømforstærkerkredsløb, impedans matchende kredsløb og feedbackkredsløb. Under driften af den ultrasoniske transducer vil impedansændringer uundgåeligt forekomme, hvilket involverer dynamisk justering af impedansstørrelsen og resonansfrekvensen. For at sikre, at belastningen kan opnå maksimal strøm, skal strømforsyningsimpedansen være i overensstemmelse med belastningsimpedansen. Derfor skal den ultralydsstrømforsyning have evnen til at spore driftsfrekvensen for den ultralyds transducer og udsende et effektsignal for den tilsvarende frekvens i overensstemmelse hermed.
(2) Tekniske udfordringer - Vævstilpasning
Under operationen på grund af forskellen i strukturen af det udskårne og koagulerede væv ændres belastningen dynamisk, hvilket vil medføre driftsfrekvens og outputamplitude af den ultrasoniske transducer til at ændre sig. Hvis strømforsyningen ikke kan spore hyppigheden i tide til at nå resonanstilstanden, reduceres transducerens energikonverteringseffektivitet markant, hvilket får transduceren til at overophedes og påvirker derved operationens effektivitet. Derudover vil forkert udgangseffektstyring af den ultralydsstrømforsyning også forlænge den tid, det tager for den ultralydsskalpel at skære væv og reducere hæmostase -effekten. Derfor er den frekvensautomatiske sporingskontrolteknologi for den ultralydsstrømforsyning afgørende for at opretholde dens stabilitet.
Vævstilpasning, det vil sige, output ændres med belastningsimpedansen, er kerneteknologien for den ultralydsstrømforsyningsvært. Ved at tage Johnson & Johnsons ultralydskniv som et eksempel vedtager dens værtssystem en skæring og hæmostase-tilstand, som automatisk kan betjene forskellige væv med en knap uden behov for gearpositioner. Efter at have trykket på knappen, udsender systemet tre energisegmenter af "høj-lavhøj" over tid. Outputkontrolmetoden for hvert energisegment er forskellig, og den vil være intelligent justeret i henhold til belastningsimpedansen indsamlet i realtid. Denne teknologi kan give energistøtte kontinuerligt, intelligent og effektivt.
Efter langvarige kliniske dataakkumulering og optimering har Johnson & Johnsons ultralydskniv vist bedre ydelse end indenlandske mærker.
3.2 Ultrasonisk transducer
Den ultralyds transducer, som kernen i den ultralyds vibrationsenhed, er ansvarlig for effektivt at omdanne ultralydsfrekvenselektrisk energi til højfrekvent mekanisk energi. Denne proces forstærker amplituden yderligere og samler energi gennem amplitude stangen og overfører til sidst energien til knivhovedet. På nuværende tidspunkt kan mainstream ultralydstransducere på markedet opdeles i to kategorier: piezoelektriske transducere og magnetostriktive transducere.
Med populariseringen af piezoelektriske keramiske materialer er magnetostriktive transducere gradvist blevet erstattet af piezoelektriske ultralydstransducere og bruges stadig kun på nogle specielle felter. På nuværende tidspunkt er piezoelektriske transducere blevet det almindelige valg på markedet. Dernæst vil vi udforske de centrale principper og strukturer af piezoelektriske transducere i dybden.
(1) Arbejdsprincippet for piezoelektriske transducere - piezoelektrisk effekt
Når piezoelektriske materialer deformeres ved mekanisk stress, vil det specielle arrangement af atomer i deres gitter føre til fremkomsten af polarisering og derved generere en målbar potentialeforskel i hele materialet, der kaldes den positive piezoelektriske effekt. Tværtimod, hvis der påføres en spænding på overfladen af et piezoelektrisk materiale, deformeres materialet af det elektriske felt, der kaldes den inverse piezoelektriske effekt. Størrelsen og retningen af deformationen afhænger af retningen af det elektriske felt, materialets polarisationsretning og forbindelsesmetoden med den tilstødende struktur. Dette betyder, at piezoelektriske materialer har funktionen til at omdanne mekanisk energi til elektrisk energi og konvertere elektrisk energi tilbage til mekanisk energi. I ultralydsskalpeller muliggør denne karakteristiske piezoelektriske krystaller til effektivt at omdanne elektrisk energi til mekanisk energi gennem den inverse piezoelektriske effekt.
(2) Strukturanalyse af piezoelektriske transducere
Dernæst vil vi yderligere forstå den interne struktur af piezoelektriske transducere.
Ved at tage sandwich -piezoelektrisk keramisk ultralydstransducer som eksempel inkluderer dens kernekomponenter piezoelektriske keramiske ark, metalfrontdæksel, metalbagcover, metalelektrodeark og forspændte bolte. Med hensyn til design er forsiden normalt lavet af let metal for at forbedre den fremadrettede transmissionseffektivitet af ultralydsbølger, mens bagdækslet er lavet af tungmetal for at sikre transducerens stabilitet.
(3) Piezoelektriske materialer
Piezoelektriske materialer kan opdeles i to kategorier: uorganiske piezoelektriske materialer og organiske piezoelektriske materialer. Blandt dem er uorganiske piezoelektriske materialer yderligere opdelt i piezoelektriske krystaller (såsom piezoelektriske enkeltkrystaller) og piezoelektrisk keramik (syntetiske materialer). Piezoelektrisk keramik har fremragende mekaniske egenskaber, kemisk inertitet og enkel fremstilling. De kan være fleksibelt lavet til forskellige former og størrelser, og polarisationsretningen kan vælges frit, hvilket gør dem til et ideelt valg til transducerfremstilling. Af denne grund er piezoelektrisk keramik blevet vidt brugt inden for transducere.
De vigtigste råvarer til fremstilling af piezoelektrisk keramik inkluderer bariumtitanat, blyzirconattitanat og lithium niobat. Disse materialer viser højere kraftproduktionskapacitet end mange naturlige materialer. Blandt dem er blyzirconattitanat (PZT) det mest almindeligt anvendte råmateriale til fremstilling af piezoelektrisk keramik. Det syntetiseres fra bly og zirkonium under høj temperatur. Kommercielle ultrasoniske knivproducenter, såsom Johnson & Johnson, bruger normalt PZT-8 piezoelektrisk keramik. Imidlertid vil forskellige virksomheder vælge P8 -materialer med forskellige præstationsparametre (såsom relativ dielektrisk konstant, dielektrisk tab og elektromekanisk koblingskoefficient) i henhold til egenskaberne for deres egne transducere.
(4) Tekniske udfordringer
Skærings- og koagulationshastigheden for ultralydsknive påvirkes af mange faktorer, herunder den elektroakustiske konverteringseffektivitet af transduceren, det mekaniske tab og transmissionseffektivitet af den ultralydsbølgeleder og udgangsstabiliteten af det ultrasoniske knivsystem. Forbedring af kerneindikatorerne for transduceren og at sikre, at den ultralydsenergi kan overføres effektivt og stabilt til spidsen af bladet, er nøglen til at optimere det mekaniske system i den ultralydskniv. Højtydende piezoelektriske keramiske materialer spiller en vigtig rolle i denne proces.
Piezoelektriske keramiske materialer af høj kvalitet skal have høj mekanisk kvalitetsfaktor, høj piezoelektrisk koefficient, høj elektromekanisk koblingskoefficient, lavt dielektrisk tab og stabil ydeevne (såsom temperatur og frekvensstabilitet). Gennem dopingmodifikation, multikomponentudvikling og optimering af fremstillingsprocessen for keramiske materialer, kan der opnås fin kontrol af materialegenskaber. På nuværende tidspunkt vælger de fleste producenter at købe piezoelektrisk keramik fra opstrøms producenter i indlandet og i udlandet, men nogle producenter har også evnen til at udvikle deres egen forskning.
3.3 Amplitude Transformer
I det ultralyds vibrationssystem spiller amplitude -transformatoren en vigtig rolle. Da vibrationsamplituden genereret af den udstrålende overflade af den ultralyds transducer er lille, normalt ved en driftsfrekvens på 20 kHz, er dens amplitude kun et par mikron, hvilket er langt fra nok til at imødekomme faktiske behov. Derfor introduceres amplitude -transformeren, som effektivt kan forstærke forskydningen og bevægelseshastigheden for de mekaniske vibrationspartikler, koncentrere den ultralydsenergi i et lille område og således opnå energiindsamlingseffekten. Derudover fungerer amplitude -transformeren også som en mekanisk impedanstransformator, hvilket matcher impedansen mellem transduceren og belastningen for at sikre, at den ultralydsenergi effektivt kan overføres fra transduceren til belastningen.
3.4 Ultralydsskalpelhoved
Det ultralydsskalpelhoved, en nøglekomponent, består af præcisionskomponenter såsom et håndtag, en bølgelederstang (dvs. en skaft) og en ærme. Blandt dem er skaftet kernen i skalpellhovedet, og dets materielle valg og procesniveau er direkte relateret til risikoen for skalpellbrud. På nuværende tidspunkt foretrækkes titanlegeringer for deres lave akustiske impedans, høj trækstyrke og let vægt, og TC4 (Ti-6al-4V) legering er den bedste blandt dem. TC4 Titanium -legering har ikke kun fordelene ved begge dele og titanlegeringer - fremragende plasticitet og termisk styrke, men kan også arbejde i lang tid på 400 grader og har fremragende modstand mod havvandskorrosion. Derudover er dens produktionsproces enkel, og den kan styrkes ved svejsning, varm og kold formning, slukning og aldringsbehandling, hvilket gør skaftet både stærk og holdbar. Imidlertid er de høje omkostninger ved importerede titanlegeringsmaterialer stadig en udfordring, og producenterne søger aktivt indenlandske alternativer for at reducere produktionsomkostningerne.
4.1 Nøgleprestationsindikatorer
I kliniske anvendelser har præstationsindikatorerne for ultralydsskoleundersøgelser fået bred opmærksomhed. Disse indikatorer dækker aspekter, såsom vaskulær lukningseffekt, nedskæring af lukningseffektivitet, termisk skadeområde, fin skæring og adskillelsesevne, klemmekraft og anti-vedhæftning. Blandt dem betragtes skæreeffektivitet og vaskulær lukningseffekt som de mest kerneindikatorer, der direkte påvirker den kirurgiske effekt og sikkerhed. På samme tid giver industristandarder og relevante retningslinjer også klare evalueringsmetoder og standarder for disse præstationsindikatorer.
4.2 Almindelige kliniske problemer
I kliniske anvendelser fandt vi, at de ultralydsskalpelprodukter på markedet generelt har følgende problemer: For det første er koagulationseffekten ofte ikke ideel; For det andet beskadiges blødt væv ved snittet let af varme, hvilket resulterer i manglende lukning af normalt, skæring af svigt eller knivbrud; Derudover er der en risiko for, at fremmedlegemer kan efterlades i kroppen, såsom vævspude -kaste eller interne komponenter i produktet. Disse problemer forekommer af forskellige årsager, der normalt er relateret til det koordinerede arbejde i flere komponenter i det ultralydsskalpellsystem. Ud over forkert klinisk drift kan tekniske eller procesdefekter af enhver komponent påvirke den samlede ydelse af den ultralydsskalpel.
I kliniske anvendelser står vi ofte over for følgende risici, der er bragt af ultralydsskalpelprodukter: For det første kan der forekomme postoperativ blødning på grund af dårlig koagulationseffekt; For det andet kan blødt væv ved snittet muligvis ikke være i stand til at lukke normalt på grund af termisk skade, hvilket kan føre til alvorlige konsekvenser, såsom nedskæringssvigt eller knivbrud; Derudover er der en potentiel risiko for, at udenlandsk stof kan efterlades i kroppen, såsom vævspladafskillelse eller
I kliniske anvendelser står vi ofte over for følgende risici, der er bragt af ultralydsskalpelprodukter: For det første kan der forekomme postoperativ blødning på grund af dårlig koagulationseffekt; For det andet er blødt væv ved snittet muligvis ikke lukket normalt på grund af termisk skade, hvilket kan føre til alvorlige konsekvenser, såsom nedskæringssvigt eller brudt skalpell; Derudover er der en potentiel risiko for, at fremmedlegemer kan efterlades i kroppen, såsom vævspuder, der falder af eller interne komponenter i produktet, der falder af. Eksistensen af disse risici påvirker ikke kun den kliniske anvendelseseffekt af ultralydsskole, men kan også true patienternes sikkerhed.
Derfor skal vi i kliniske operationer være særlig opmærksomme på disse risici og træffe tilsvarende forebyggende foranstaltninger for at sikre patienternes sikkerhed og operationens glatte fremskridt.
