Применение ультразвука в медицине хирургии. Ультразвук в легочной хирургии. Дезинтеграция лимфоидной ткани при боковых и гранулезных фарингитах

20.07.2019

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра ЭТТ

"Аппарат для ультразвуковой терапии: обобщенная структура, применение ультразвука в хирургии"

МИНСК, 2008

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/см 2 ; эффективная площадь большого излучателя 2 см 2 , малого - 0,5 см 2 ; 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

Блоквысокочастотногогенератора (рисунок 3) включает в себя автогенератор, буферный каскад и усилитель.

Автогенератор (транзистор VT 1 ) собран по осцилляторной схеме с кварцевой стабилизацией. С выхода автогенератора высокочастотное напряжение подается на буферный каскад, представляющий собой эмиттерный повторитель (транзистор VT 3 ). В эмиттерной цепи повторителя включены контакты кнопочного переключателя S 1 , коммутирующие делитель на резисторе 9 и потенциометрах 10 - 13 . Кнопки переключателя выведены на панель управления аппарата ("Интенсивность, Вт/см 2 "). 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 VT 4 ) имеет на выходе четырехполюсник (конденсаторы 13 - 17 и катушка индуктивности 3 ), согласующий выходное сопротивление транзистора VT 4 со входным сопротивлением выходного усилителя.

В блоке генератора находится также оконечный каскад (транзистор VT 2 ) импульсного модулятора. Каскад работает в ключевом режиме по параллельной схеме. При подаче на его вход прямоугольного импульса (через контакты 11 - 12 вилки X 1 ) транзистор VT 2 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.

Рисунок 4 – Структурная схема аппарата ультразвуковой терапии

Перед сеансом УЗ-терапии производят проверку исправности аппарата. Простейший способ проверки наличия генерации ультразвука состоит в том. что излучатель окунают в стакан с водой и. при наличии колебаний, наблюдают эффект дегазации (выделения пузырьков воздуха). С повышением интенсивности излучения газовыделение возрастает.

Периодически проводят проверку градуировки шкалы интенсивности генерируемого ультразвука. Для этой цели Используются специальные измерители мощности ультразвука, например, типа ИМУ-2 (3).

Для предохранения рук оператора от воздействия ультразвука, он должен работать в тонких нитяных перчатках, поверх которых надеты резиновые. Сохраняемый пол слоем резины слой воздуха отражает УЗ-колебания. предохраняя руки от воздействия ультразвука.

В таблице 1 приведены некоторые основные характеристики отечественных терапевтических УЗ-аппаратов.

Таблица 1 Характеристики отечественных терапевтических УЗ – аппаратов.

Интересным представляется воздействие ультразвуковыми волнами на биологически активные точки (БАТ) с целью достижения определенных терапевтических эффектов, называемое фонотерапией. Фонотерапия осуществляется с помощью терапевтических УЗ-аппаратов, позволяющих генерировать ультразвук малой интенсивности (0,05Вт/см в кв) и снабженных излучателями с малой площадью активной, поверхности (от 0,2 до 1см в кв), например, "ЛОР-3", "УЗТ-102", "УЗ-Т10" и др.

Применение ультразвука в хирургии.

Основная идея применения ультразвука в хирургии заключается в сообщении хирургическим инструментам ультразвуковых колебаний, что существенно увеличивает их эффективность, облегчает проведение операций и уменьшает травматические повреждения окружающих тканей. При этом выделяется несколько направлений: ультразвуковое резание мягких ткачей; ультразвуковая резка, сверление, трепанация, сварка и наплавка костной ткани: ультразвуковая эндартерэктомия (проведение восстановительных операций на пораженных атеросклерозом крупных сосудах).

Метод ультразвуковой резки мягких тканей основан на том, что на лезвие режущего инструмента, которому хирургом сообщается поступательное движение, накладываются продольные ультразвуковые колебания с частотой, лежащей в пределах 22 - 44кГц. с амплитудой не более 45мкм. Под действием УЗ-колебаннй. налагаемых на инструмент, скорость относительных продольных перемещении увеличивается, относительно поступательного перемещения лезвия, в несколько раз. При этом, за счет разрушении под воздействием кавитации клеточной структуры прилегающих к лезвия слоев ткани, сухое трение переходит в полусухое или даже жидкостное. Это приводит к существенному уменьшению как нормального, так и тангенциального усилия резания. Ультразвуковые колебания возбуждаются магнитострикторрм и с помощью концентратора передаются к режущему инструменту. Магнитостриктор изготовляют либо из ферритового броневого цилиндрического магнптопровода, в полость которого закладывается обмотка, либо набирается из Ш - образных пластин из никелевого сплава, на центральный стержень которых наматывается обмотка. При перемагннчивании материала возникает явление магнитострикции, вследствие которого продольные размеры стержней колеблются с частотой перемагничивающего тока. Чтобы избежать удвоения частоты механических колебаний сердечник магнитостриктора подмагничивается постоянным током практически до насыщения.

Поиск и разработка методов снижения травматичности, кровопотери и болевых ощущений при хирургических операциях, методов, позволяющих ускорить заживление послеоперационных ран и рассасывание рубцов, а также методов, 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.

ИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ХИРУРГИЯ

За последние годы в практику стали широко внедряться физические методы хирургического воздействия с применением электрокоа- гуляционной, лазерной, криогенной и ультразвуковой техники.

Принцип действия ультразвуковых инструментов

Рабочая часть ультразвукового хирургического ножа имеет традиционную форму лезвия скальпеля, соединенного волноводом с магни- тострикционным 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 больше, 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.

Характер разрушения тканей под действием ультразвукового хирургического инструмента зависит от строения его рабочей части, амплитуды и направления колебаний. 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.

Так, применение ультразвукового скальпеля, амплитуда колебаний кромки которого лежит в интервале 15...20 мкм при частоте 44 кГц, в 6-8 раз уменьшает кровотечение из мелких и средних сосудов, в 4-6 раз снижает усилие резания, а также существенно облегчает строго послойное разделение кожи, подкожной жировой клетчатки и рубцовоизмененного хряща. Очевидно, что если на инструмент наложены лишь продольные колебания, то его воздействие на стенки раневого канала минимально.

Для разрушения некоторых патологических образований используют специальные волноводы - дезинтеграторы, рабочий конец которых помимо продольных совершает и поперечные колебания. Такие инструменты оказывают существенное влияние на окружающие ткани и по мере введения инструмента разрушают их.

Ультразвуковые инструменты обладают явными преимуществами перед электро- или криохирургическими, так как не прилипают к ткани и поверхности раневого канала и не испытывают дополнительных травм. Ультразвуковой скальпель не уступает в ряде случаев и лазерному хирургическому инструменту, так как, ощущая сопротивление ткани при операции, хирург лучше контролирует процесс ее рассечения.

В зависимости от поставленной задачи ультразвуковые инструменты могут иметь самые разные размеры и форму.

Следует отметить, что при использовании ультразвукового хирургического инструмента наряду с гемостатическим эффектом наблюдаются также анальгетический и бактерицидный и/или бактериостатический эффекты.

Бактерицидный эффект позволяет использовать простую и оригинальную методику самостерилизации хирургического инструмента. Рабочую часть инструмента опускают в раствор дезинфектанта и включают генератор. Ультразвуковые колебания вызывают интенсивные микротечения жидкости вблизи инструмента, очищающие его поверхность. Кроме того, увеличивая проницаемость мембран клеток болезнетворных бактерий по отношению к дезинфицирующему веществу, ультразвук повышает эффективность его действия, что позволяет в 10-100 раз снизить концентрацию этого вещества в растворе. Если, например, лезвие ультразвукового скальпеля погрузить в бульон со стандартной культурой гемолитического плазмокоагулирующего стафилококка, после этого включенный инструмент подвергнуть двухминутной самостерилизации в разбавленном (0,025...0,5 %) растворе диоцида, выключить его и привести в соприкосновение с поверхностью кровяного агара, то число выросших микробных колоний окажется тем меньшим, чем выше была амплитуда колебаний инструмента (табл. 4.1).

Таблица 4.1

Число микробных колоний на агаре через 24 ч после соприкосновения с ультразвуковым инструментом, прошедшим двухмииутную обработку в 0,05%-ном растворе диоцида

Контрольный смыв водой с ультразвукового лезвия, кантамини- рованного Е. coli, уже через 3 ч инкубации дает в питательной среде бурный рост культуры.

Если же загрязненный Е. coli нож, колеблющийся с ультразвуковой частотой и амплитудой 20...30 мкм, поместить на 1...2 мин хотя бы в дистиллированную воду, то последующий смыв с него не даст заметного роста культуры в течение 6...Э ч.

Чем выше амплитуда колебаний, тем более выражен эффект задержки роста культуры. Обработка вибрирующего с амплитудой 30 мкм лезвия в растворе диоцида (0,025 %) в течение 1,5 мин приводит к стерилизации инструмента.

Аналогичные данные были получены при стерилизации в растворе диоцида ультразвуковых инструментов, загрязненных средой, содержащей Вас. micoides.

На практике для стерилизации ультразвуковой инструмент, колеблющийся с максимальной амплитудой, опускают на несколько секунд в сосуд с любым дезинфицирующим раствором, например перекиси водорода.

В хирургии всегда существовал ряд вопросов и задач, которые нужно было решить. Это снижение травматичности операций, уменьшение кровопотерь, ускорение заживление, разработка новых, более прогрессивных методов и др. Во многом решить эти задачи помог ультразвуковой метод.

Существует две основные области использования ультразвука в хирургии:

Инструментальная хирургия. Наложение ультразвука на операционные инструменты (пилы, лезвия и др.)
Локальные разрушения. Фокусированный ультразвук способен проникать глубоко в ткани, уничтожая различные образования.

Инструментальная хирургия

На рабочую поверхность инструмента (например, скальпель), которая соединена с преобразователем волноводом, накладывается ультразвук . Амплитуда колебаний волн на режущей части инструмента может составлять от 1 до 365 мкм (в зависимости от конкретного назначения инструмента и потребностей операции), частота - от 20 до 100 кГц. Ультразвуковые колебания уменьшают трение между тканями и лезвием, благодаря чему специалист-хирург затрачивает меньше усилий, а операция проходит более быстро и гладко.

Как правило, при рассечении мягких тканей с ними взаимодействует только кромка режущей части - происходит, так называемое, микрорезание. Также от кромки выделяется тепло, создающее гемостатический эффект. Это все способно во многом облегчить процесс оперирования, что и обуславливает распространение ультразвуковых инструментов в хирургии.

Ультразвуковые инструменты отличаются по своему назначению, амплитуде колебаний волн и другим характеристикам. Основными считаются:

Скальпель (хирургический нож) . Он помогает расслаивать мягкие ткани, отделяя патологические образования и структуры от нормальных. Как правило, это инструмент применяется при:
- Пластических операциях
- Удалении различных опухолей
- Иссечении рубцов
- Вскрытии очагов воспаления
  Это очень эффективный инструмент, позволяющий осуществлять вышеперечисленные действия с минимальным стрессом для пациента и с применение минимальных усилий со стороны врача.
Пила . Этот инструмент имеет режущую кромку, на которой располагаются зубья (шаг - 1 мм). Пила используется для:
- Рассечения костей, особенно расположенных в труднодоступных для хирурга местах, рядом с кровеносными сосудами и нервами
- Трепанации черепа
- Ламинэктомии
- Рассечения костей ребер, грудины, ключиц, стоп кистей, лицевого отдела черепа
  Ультразвуковая пила не повреждает оставшиеся части тканей, не нагревает, не прижигает и не разминает их. После использования этого инструмента перестройка костных трансплантатов и образование костной мозоли осуществляются в разы быстрее, чем после использования обычных приборов. Использование ультразвуковых пил обеспечивает очень высокую точность моделирования трансплантатов.
Ультразвуковой аппарат для "сварки" костей . Этот аппарат позволяет:
- Очень быстро и точно соединять стромы фрагментов
- Осуществлять процессы "сваривания" коллагеновых волокон различных фрагментов
- В очень короткие сроки полимеризировать мономеры
- Осуществлять практически мгновенную диффузию мономеров
  Аппарат, с наложенным на него ультразвуком, позволяет хирургам осуществлять все вышеперечисленные процессы во много раз быстрее, что сокращает расходы на операции, минимизирует труд медиков, уменьшает сроки выздоровления пациентов.

Помимо этих трех инструментов существуют целые хирургические комплексы. Они позволяют воздействовать только на твердые ткани, оставляя мягкие нетронутыми и, соответственно, не нанося им никаких повреждений.

Также с помощью аппаратов, с наложенным на них ультразвуком, можно "склеивать" сосуды, удалять тромбы, удалять катаракту глаза и производить другие оперативные действия.

Вызов локальных разрушений

Открытие этого способа применения ультразвука в хирургии позволило проводить некоторые операции без единого нарушения целостности живых тканей. Волны фокусируются в одном месте (например, на опухоли), постепенно уничтожая патологическое образование. Процесс удаления выводится на изображение томографа, что позволяет врачу полностью следить за операцией.

Такие операции полностью исключают повреждение живых тканей, образование костных сколов/обломков, уничтожение кровеносных сосудов и повреждение нервов. Ультразвук позволяет в разы снижать травматичность хирургических процедур. При этом время, затраченное на операцию и восстановление, сокращается.

Сегодня ультразвук применяется не только в диагностике. Открытие возможности применение этого явления в других областях медицины позволило существенно продвинуть вперед хирургию и решить многие ее вопросы.

Давно известно, что ультразвук, действуя на ткани, вызывает в них биологические изменения . Интерес к изучению этой проблемы обусловлен, с одной стороны, естественным опасением, связанным с возможным риском применения ультразвуковых диагностических систем для визуализации, а с другой - возможностью вызвать изменения в тканях для достижения терапевтического эффекта.

По ультразвуковой терапии существует обширная литература, хотя, к сожалению, большинство работ не отличается высоким качеством и содержит мало строгой научной информации. В этой главе обсуждение ограничено работами, имеющими прочную научную основу.

Терапевтический ультразвук может быть условно разделен на ультразвук низких и высоких интенсивностей. Основная задача применения ультразвука низких интенсивностей неповреждающий нагрев или какие-либо нетепловые эффекты, а также стимуляция и ускорение нормальных физиологических реакций при лечении повреждений. При более высоких интенсивностях основная цель - вызвать управляемое избирательное разрушение в тканях.

Первое направление включает в себя большинство применений ультразвука в физиотерапии и некоторые виды терапии рака, второе - ультразвуковую хирургию.

К магнитостриктору приклеивается конически-цилиндрический концентратор. Длина концентратора выбирается равной половине длины волны ультразвука на рабочей частоте. К концентратору, с помощью резьбы, присоединяют сменный инструмент, также имеющий форму полуволнового концентратора, у которого сечение сужается к инструменту по экспоненте. Благодаря уменьшению сечения конической части концентратора и инструмента, и работе их в резонансном режиме происходит усиление амплитуды УЗ-колебаний в несколько раз, при их прохождении от магнитостриктора до режущей части инструмента.

Конструкция акустического узла приведена на рисунке 5. Магнитостриктор 1 с приклеенным к нему концентратором 2 образует акустическую головку, которая с помощью демпфирующих резиновых колец 6 закрепляется в цилиндрическом кожухе 4.

Рисунок 5 - Конструкция акустического узла для резки мягких тканей.

Наличие сменных инструментов - насадок 4 различной конфигурации приводит к тому, что их резонансные частоты отличаются друг от друга. Чтобы обеспечить резонансные эффекты используют генератор с подстройкой частоты в диапазоне +-2% от номинальной.

Ручная подстройка осуществляется при смене насадок, для чего с ответствующие приборы снабжаются индикаторами резонанса, которые фиксируют максимум тока нагрузки выходного каскада усилителя мощности генератора. При работе с инструментом, при изменении нагрузки, резонансная частота поддерживается автоматически, схемой автоматической подстройки частоты. На рисунке 6 приведена структурная схема хирургического УЗ-аппарата.

Рисунок 6 - Схема УЗ-аппарата с автоматической подстройкой частоты

При операциях ил внутренних органа для удлинения инструмента используют составные многозвеньевые концентраторы, свинчивающиеся между собой.

УЗ-аппараты со структурой рисунка 6 могут использоваться не только для резки мягких тканей, но и для их сварки, а также для резки сварки и наплавки костных тканей.

В качестве примера универсальных хирургических УЗ-аппаратов можно назвать аппараты УСКР-7Н УРСК-2Н. УРСК-18.

На основе использования универсальных аппаратов для ультразвуковой хирургии разработаны методики ультразвуковом обработки поверхности ран, включающих раны послеоперационные, обеспечивающие очистку поверхности ран от некротической и поврежденной ткани, быструю диффузию дезинфинирующих и лекарственных веществ, растворяемых в жидкостях и активизацию защитных регенерационных возможностей организма.

В таблице 2 приведены основные технические характеристики ряда отечественных ультразвуковых хирургических аппаратов.

Таблица 2 Характеристика отечественных УЗ хирургических аппаратов