Cerrahi aletlerin evrimi bir destan olarak tanımlanabilir. Eski barbar dönemden, bakır ve demir çağına kadar, yüksek frekanslı elektrik bıçakları, ultrasonik bıçaklar, lazer bıçaklar ve proton bıçakları gibi en yeni teknolojilerin yaygın olarak uygulanmasına kadar, her değişiklik ameliyatta büyük ilerlemeyi artırdı. Bu gelişmenin hızı nefes kesici.
Birçok cerrahi araç arasında, ultrasonik neşterler benzersiz avantajlarıyla öne çıkıyor. Sadece kesme, hemostaz, ayırma ve çekiş gibi birden fazla işlevi olmakla kalmaz, aynı zamanda hızlı kesme, daha az kanama ve daha az duman gibi özellikleri nedeniyle de övülür. Ameliyatta, zırhlı bir şövalye gibi, hastalar için ağrıyı ortadan kaldırmak için elinde bir kılıç sallıyor.
Daha sonra, ultrasonik neşterlerin çalışma prensibi, klinik uygulama, ürün yapısı ve teknik zorluklarının yanı sıra teknolojik yenilik ve gelecekteki gelişim yönlerini derinlemesine araştıracağız. Umarım bu özel araştırma yoluyla, ultrasonik neşterlerin cazibesi ve bunların ameliyatta vazgeçilmez konumları hakkında daha kapsamlı bir anlayışa sahip olabiliriz.
1967'de Dr. Kelman, ultrasonik enerjinin yeniliği ile dünyanın ilk ultrasonik emülsifikasyon cihazını geliştirdi. Bu çığır açan buluş, göz merceğinin rüptürü ve emülsifikasyonunun tedavisi için güçlü bir destek sağlar. 1980'lerin ortaya çıkmasıyla birlikte, ultrasonik neşterlerin uygulama alanı kademeli olarak plastik cerrahi endüstrisine genişledi. 1992'de, iki Amerikan klinik uzmanı yenilik yapacak kadar cesurdu ve Ultracision'un ultrasonik neşter ürünlerini laparoskopik cerrahiye sokmada liderlik etti ve böylece cerrahi operasyonlar alanında ultrasonik neşter için daha geniş bir pazar beklentisi açtı. Farklı klinik ihtiyaçları karşılamak için, yumuşak doku ultrasonik neşterleri, ultrasonik kemik neşterleri ve ultrasonik emülsifikasyon emülasyon neşeleri gibi çeşitli ultrasonik neşter ürünleri formları ortaya çıkmıştır. Bu makale, cerrahi yumuşak doku ultrasonik sekreterlerinin ("ultrasonik neşter" olarak kısaltılmasına) sokulmasına odaklanacaktır.
1.1 Enerji Dönüşüm İlkesi
Ultrasonik güç kaynağının temel fonksiyonu, enerji çıkışının temeli olarak geleneksel AC elektrik sinyallerini ultrasonik frekans elektrik sinyallerine etkili bir şekilde dönüştürmektir. Bu dönüşüm sürecinde, ultrasonik dönüştürücü hayati bir rol oynar. Ultrasonik titreşim ünitesinde bulunur ve ultrasonik frekans elektrik sinyallerini yüksek frekanslı mekanik titreşimlere dönüştürebilir. Daha sonra, ultrasonik boynuzun amplifikasyonu yoluyla, bıçak kafası, belirli bir genlik ile ultrasonik frekans mekanik titreşimini çıkarabilir. Bu titreşim, ultrasonik bıçağın verimli kesilmesinin ve pıhtılaşmasının anahtarıdır.
1.2 Kesme ve pıhtılaşma ilkesi
Ultrasonik bıçak kafası belirli bir frekansta titreşir. Doku hücreleri ile temas ettiğinde, hücrelerdeki sıvı buharlaşarak protein hidrojen bağlarının kırılmasına neden olur ve hücrelerin parçalanmasına ve yeniden kaynaştırmasına neden olur. Daha sonra, doku pıhtılaşmış bir durumda kesilir. Kan damarlarını kesme sürecinde, ultrasonik bıçak kafasının mekanik titreşimi, ısı üretmek için doku proteinleri ile etkileşime girer, böylece dokudaki kolajen yapısını yok eder, protein pıhtılaşması ve kan damarı kapatılması ve hemostaz amacına ulaşır.
(1) Mekanik etki
Orta derecede ses yoğunluğuna sahip ultrason etkisi altında, doku elastik titreşim üretir. Ses yoğunluğu arttıkça, dokunun mekanik titreşimi elastik sınırını aştığında kırılır veya toz haline getirilir. Yumuşak dokuyu keserken, cerrahi bıçak kafasının gerektirdiği minimum genlik 40μm iken, osteotomide, bıçak kafasının 100μm'den fazla bir genlik çıkarması gerekir.
(2) Termal etki
Isı, doku pıhtılaşması ve hemostazın elde edilmesinde önemli bir faktördür. Bu, doku içindeki viskoelastik termal enerjiyi ve bıçak ve doku arasındaki sürtünme ile üretilen ısıyı içerir.
(3) kavitasyon etkisi
Kavitasyon kabarcıkları, çok kısa sürede yüksek sıcaklık ve yüksek basınç üretirken, dokuyu emülsifiye eden ve parçalayan güçlü şok dalgaları ve jetler serbest bırakır. Ultrasonik bıçağın yüksek frekanslı titreşim ucu, yağ dokusu ve alveoler doku gibi yumuşak dokulara yerleştirildiğinde, bıçağın etrafındaki yumuşak doku hücrelerinin içindeki sıcaklık önemli ölçüde artacaktır. Sıcaklık hücredeki suyun kaynama noktasına ulaştığında, hücredeki su buharlaşacak ve hacimde artacak ve hücrenin yırtılmasına neden olacaktır. Hücre rüptüründen sonra salınan büyük miktarda gaz, modern organların "membran anatomisi" kavramı altında cerrahi operasyonu kolaylaştıran doku tabakasının genişletilmesine yardımcı olur.
1.3 Çeşitli neşter türlerinin karşılaştırılması
Operasyon sırasında doğru neşter seçmek çok önemlidir. Daha sonra, avantajlarını ve dezavantajlarını daha iyi anlamanıza yardımcı olmak için geleneksel neşterler, lazer bıçaklar, mikrodalga bıçaklar ve ultrasonik bıçaklar dahil olmak üzere farklı neşter türlerini karşılaştıracağız.
Klinik uygulama açısından, ultrasonik neşterler, özellikle kanama ve en aza indirilmiş termal hasarın kesin kontrolünü gerektiren cerrahi senaryolarda yumuşak doku kesiminde iyi performans gösterir. Genellikle 3 mm veya daha az çapında kan damarlarını kapatmak için kullanılır ve bazen 5 mm veya daha az çapında kan damarlarını işleyebilir. Bununla birlikte, 5 mm veya daha fazla çapı olan kan damarları için, doktorlar genellikle büyük damar kapanmaları, ligasyon klipsleri veya ligasyon sütürleri kullanırlar. Ek olarak, ultrasonik neşterler sadece açık cerrahi için değil, aynı zamanda laparoskopik cerrahide yaygın olarak da kullanılır ve genel cerrahi, jinekoloji, üroloji, torasik cerrahi, kafa ve boyun cerrahisi gibi çoklu bölümlerde çeşitli ameliyatlarda önemli bir rol oynar.
Yaygın cerrahi ultrasonik neşter ürünleri genellikle bir konakçı ve çeşitli aksesuarlar içerir. Bu aksesuarlar arasında dönüştürücü, elektrik enerjisini ultrasonik enerjiye dönüştürmekten sorumlu olan önemli bir bileşendir. Ultrasonik neşter kafası, dokuya doğrudan temas eden kısım olarak tasarımı, sap, dalga kılavuzu çubuğu ve kanül gibi anahtar bileşenleri kapsar. Buna ek olarak, cep telefonu kafasındaki ayak anahtarı ve manuel kontrol cihazı, konakçının çıkış enerjisinin kesin kontrolünü elde etmek için birlikte çalışır.
Ultrasonik neşter kafasının çeşitli kulpları, kelepçe tipi, kavrama tipi ve makas tipi içerir.
Ultrasonik bıçak çubuğunun standart uzunluğu genellikle 23 cm, 36cm veya 45 cm'dir. Ek olarak, bıçağın ucu, çok amaçlı makas, kavisli çok amaçlı makas, kavisli sıyırma bıçakları, ayırma kancaları ve hemostatik toplar gibi çeşitli morfolojik yapılara sahiptir. Doktorlar, obez hastalar, geleneksel laparoskopik cerrahi, laparotomi ve yüzeysel cerrahi gibi farklı operasyon türlerine ve hasta gruplarına uyum sağlamak için operasyonun spesifik ihtiyaçlarına göre uygun sapı, bıçak uzunluğunu ve bıçak şeklini esnek bir şekilde seçebilirler.
3.1 Ultrasonik Jeneratör (Konak)
Ultrasonik bir güç kaynağı olarak da bilinen ultrasonik jeneratör, ultrasonik bir dönüştürücüye ultrasonik frekans elektrik sinyallerini üretmek ve iletmek için özel olarak tasarlanmış bir cihazdır. Çalışma prensibine göre, ultrasonik jeneratörler iki kategoriye ayrılabilir: analog devreler ve dijital devreler. Şu anda, dijital devre ultrasonik jeneratörler, mükemmel enerji dönüşüm verimlilikleri nedeniyle pratik uygulamalarda baskın bir konuma sahiptir.
Ultrasonik sistemin temel bileşeni olarak, ultrasonik jeneratörün performansı tüm sistemin çalışma etkisini doğrudan etkiler. Farklı çalışma ilkelerine göre, ultrasonik jeneratörler iki kategoriye ayrılabilir: analog devreler ve dijital devreler. Günümüz pazarında, dijital devre ultrasonik jeneratörleri mükemmel enerji dönüşüm verimliliği ve istikrarları nedeniyle ana seçim haline gelmiştir.
Dijital devre ultrasonik jeneratörlerinin temel donanım modülleri arasında sinyal jeneratörleri, güç amplifikatör devreleri, empedans eşleştirme devreleri ve geri bildirim devreleri bulunur. Ultrasonik dönüştürücünün çalışması sırasında, empedans boyutunun ve rezonans frekansının dinamik ayarlanmasını içeren empedans değişiklikleri kaçınılmaz olarak gerçekleşecektir. Yükün maksimum güç elde edebilmesini sağlamak için güç kaynağı empedansı yük empedansı ile tutarlı olmalıdır. Bu nedenle, ultrasonik güç kaynağı, ultrasonik dönüştürücünün çalışma frekansını izleme ve buna göre karşılık gelen frekansın bir güç sinyalini çıkarma yeteneğine sahip olmalıdır.
(2) Teknik Zorluklar - Doku Adaptasyonu
Operasyon sırasında, kesim ve pıhtılaşmış dokunun dokusundaki fark nedeniyle, yük dinamik olarak değişecektir, bu da ultrasonik dönüştürücünün çalışma frekansının ve çıkış genliğinin değişmesine neden olacaktır. Güç kaynağı rezonant duruma ulaşmak için zaman içinde frekansı izleyemezse, dönüştürücünün enerji dönüşüm verimliliği önemli ölçüde azalacak ve dönüştürücünün aşırı ısınmasına neden olacak ve böylece operasyonun verimliliğini etkileyecektir. Ek olarak, ultrasonik güç kaynağının yanlış çıkış güç kontrolü, ultrasonik neşter için dokuyu kesme ve hemostaz etkisini azaltma süresini de uzatacaktır. Bu nedenle, ultrasonik güç kaynağının frekans otomatik izleme kontrol teknolojisi, stabilitesini korumak için çok önemlidir.
Doku adaptasyonu, yani çıkış yük empedansı ile değişir, ultrasonik güç kaynağı ana bilgisayarının temel teknolojisidir. Johnson & Johnson'ın ultrasonik bıçağını örnek olarak alarak, ana bilgisayar sistemi tek düğmeli bir kesme ve hemostaz modu benimser, bu da dişli konumlarına ihtiyaç duymadan tek bir düğmeyle otomatik olarak çeşitli dokuları çalıştırabilir. Düğmeye bastıktan sonra, sistem zaman içinde "yüksek-düşük yüksek" üç enerji segmenti çıkarır. Her enerji segmentinin çıkış kontrol yöntemi farklıdır ve gerçek zamanlı olarak toplanan yük empedansına göre akıllıca ayarlanacaktır. Bu teknoloji sürekli, akıllı ve etkili bir şekilde enerji desteği sağlayabilir.
Uzun süreli klinik veri birikimi ve optimizasyonundan sonra, Johnson & Johnson'ın ultrasonik bıçağı yerli markalardan daha iyi performans göstermiştir.
3.2 Ultrasonik dönüştürücü
Ultrasonik titreşim ünitesinin çekirdeği olarak ultrasonik dönüştürücü, ultrasonik frekans elektrik enerjisini yüksek frekanslı mekanik enerjiye verimli bir şekilde dönüştürmekten sorumludur. Bu işlem genliği daha da güçlendirir ve enerjiyi genlik çubuğundan toplar ve son olarak enerjiyi bıçak kafasına doğru bir şekilde iletir. Şu anda, piyasadaki ana akım ultrasonik dönüştürücüler iki kategoriye ayrılabilir: piezoelektrik dönüştürücüler ve manyetostriktif dönüştürücüler.
Piezoelektrik seramik malzemelerin popülerleştirilmesiyle, manyetostriktif transdüserler yavaş yavaş piezoelektrik ultrasonik dönüştürücüler ile değiştirildi ve hala sadece bazı özel alanlarda kullanıldı. Şu anda, piezoelektrik dönüştürücüler pazarda ana seçim haline geldi. Daha sonra, piezoelektrik transdüserlerin temel ilkelerini ve yapılarını derinlemesine araştıracağız.
(1) Piezoelektrik dönüştürücülerin çalışma prensibi - piezoelektrik etki
Piezoelektrik malzemeler mekanik stresle deforme olduğunda, kafeslerinde atomların özel düzenlemesi polarizasyonun ortaya çıkmasına yol açacak, böylece pozitif piezoelektrik etki olarak adlandırılan tüm materyalde ölçülebilir bir potansiyel fark yaratacaktır. Aksine, bir piezoelektrik malzemenin yüzeyine bir voltaj uygulanırsa, malzeme ters piezoelektrik etki olarak adlandırılan elektrik alanı tarafından deforme olacak. Deformasyonun boyutu ve yönü, elektrik alanının yönüne, malzemenin polarizasyon yönüne ve bitişik yapı ile bağlantı yöntemine bağlıdır. Bu, piezoelektrik malzemelerin mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürme ve elektrik enerjisini geri mekanik enerjiye dönüştürme işlevine sahip olduğu anlamına gelir. Ultrasonik neşterlerde, bu karakteristik piezoelektrik kristallerin elektrik enerjisini ters piezoelektrik etki yoluyla etkin bir şekilde mekanik enerjiye dönüştürmesini sağlar.
(2) piezoelektrik dönüştürücülerin yapısal analizi
Daha sonra, piezoelektrik dönüştürücülerin iç yapısını daha fazla anlayacağız.
Sandviç piezoelektrik seramik ultrasonik dönüştürücüyü örnek olarak alarak, çekirdek bileşenleri piezoelektrik seramik levhalar, metal ön kapak, metal arka kapak, metal elektrot tabakaları ve öngerilmeli cıvataları içerir. Tasarım açısından, ön kapak genellikle ultrasonik dalgaların ileri iletim verimliliğini artırmak için hafif metalden yapılırken, arka kapak dönüştürücünün stabilitesini sağlamak için ağır metalden yapılmıştır.
(3) piezoelektrik malzemeler
Piezoelektrik malzemeler iki kategoriye ayrılabilir: inorganik piezoelektrik malzemeler ve organik piezoelektrik malzemeler. Bunlar arasında inorganik piezoelektrik malzemeler ayrıca piezoelektrik kristallere (piezoelektrik tek kristaller gibi) ve piezoelektrik seramiklere (sentetik malzemeler) bölünür. Piezoelektrik seramikler mükemmel mekanik özelliklere, kimyasal inertliğe ve basit üretime sahiptir. Çeşitli şekil ve boyutlara esnek bir şekilde yapılabilirler ve polarizasyon yönü serbestçe seçilebilir, bu da onları dönüştürücü üretimi için ideal bir seçim haline getirir. Bu nedenle piezoelektrik seramikler dönüştürücüler alanında yaygın olarak kullanılmaktadır.
Piezoelektrik seramik yapmak için ana hammaddeler arasında baryum titanat, kurşun zirkonat titanat ve lityum niobat bulunur. Bu malzemeler birçok doğal malzemeden daha yüksek güç üretim kapasitesi göstermektedir. Bunlar arasında kurşun zirkonat titanat (PZT), piezoelektrik seramik üretiminde en sık kullanılan hammaddedir. Yüksek sıcaklık altında kurşun ve zirkonyumdan sentezlenir. Johnson & Johnson gibi ticari ultrasonik bıçak üreticileri genellikle PZT-8 piezoelektrik seramik kullanır. Bununla birlikte, farklı şirketler, kendi dönüştürücülerinin özelliklerine göre farklı performans parametrelerine (göreceli dielektrik sabiti, dielektrik kayıp ve elektromekanik bağlantı katsayısı gibi) P8 malzemelerini seçecektir.
(4) Teknik zorluklar
Ultrasonik bıçakların kesme ve pıhtılaşma hızı, dönüştürücünün elektroakustik dönüşüm verimliliği, ultrasonik dalga kılavuzunun mekanik kayıp ve iletim verimliliği ve ultrasonik bıçak sisteminin çıkış stabilitesi dahil olmak üzere birçok faktörden etkilenir. Dönüştürücünün çekirdek göstergelerini iyileştirmek ve ultrasonik enerjinin bıçağın ucuna verimli ve stabil bir şekilde iletilebilmesini sağlamak, ultrasonik bıçağın mekanik sistemini optimize etmenin anahtarıdır. Yüksek performanslı piezoelektrik seramik malzemeler bu süreçte hayati bir rol oynamaktadır.
Yüksek kaliteli piezoelektrik seramik malzemeler yüksek mekanik kalite faktörü, yüksek piezoelektrik katsayı, yüksek elektromekanik bağlantı katsayısı, düşük dielektrik kayıp ve stabil performans (sıcaklık ve frekans stabilitesi gibi) olmalıdır. Doping modifikasyonu, çok bileşenli gelişme ve seramik malzemelerin hazırlama işleminin optimizasyonu yoluyla, malzeme özelliklerinin ince kontrolü sağlanabilir. Şu anda, çoğu üretici yurtiçinde ve yurtdışında yukarı akış üreticilerinden piezoelektrik seramik satın almayı seçiyor, ancak bazı üreticiler de kendi araştırmalarını geliştirme yeteneğine sahip.
3.3 Genlik Transformatör
Ultrasonik titreşim sisteminde, genlik transformatörü hayati bir rol oynar. Ultrasonik dönüştürücünün yayılan yüzeyi tarafından üretilen titreşim genliği küçük olduğundan, genellikle 20kHz çalışma frekansında, genliği sadece birkaç mikrondur, bu gerçek ihtiyaçları karşılamak için yeterli değildir. Bu nedenle, mekanik titreşim partiküllerinin yer değiştirmesini ve hareket hızını etkili bir şekilde artırabilen, ultrasonik enerjiyi küçük bir alanda konsantre edebilen ve böylece enerji toplama etkisini elde edebilen genlik transformatörü eklenir. Ek olarak, genlik transformatörü, ultrasonik enerjinin dönüştürücüden yük ucuna verimli bir şekilde iletilebilmesini sağlamak için dönüştürücü ve yük arasındaki empedansı eşleştiren mekanik bir empedans transformatörü olarak da işlev görür.
3.4 Ultrasonik neşter kafası
Anahtar bileşen olan ultrasonik neşter başı, sap, bir dalga kılavuzu çubuğu (yani bir şey) ve bir manşon gibi hassas bileşenlerden oluşur. Bunlar arasında, şaft neşter kafasının çekirdeğidir ve malzeme seçimi ve süreç seviyesi doğrudan neşter kırılma riski ile ilişkilidir. Şu anda, titanyum alaşımları düşük akustik empedansları, yüksek gerilme mukavemeti ve hafif ağırlıkları için tercih edilmektedir ve TC4 (TI-6Al-4V) alaşımı aralarında en iyisidir. TC4 titanyum alaşımı sadece hem hem de titanyum alaşımlarının avantajlarına sahiptir - mükemmel plastisite ve termal mukavemet, aynı zamanda 400 derecede uzun süre çalışabilir ve deniz suyu korozyonuna karşı mükemmel bir dirence sahiptir. Buna ek olarak, üretim süreci basittir ve kaynak, sıcak ve soğuk şekillendirme, söndürme ve yaşlanma tedavisi ile güçlendirilebilir, bu da sapı hem güçlü hem de dayanıklı hale getirir. Bununla birlikte, ithal titanyum alaşım malzemelerinin yüksek maliyeti hala bir zorluktur ve üreticiler üretim maliyetlerini azaltmak için aktif olarak yerli alternatifler ararlar.
4.1 Temel Performans Göstergeleri
Klinik uygulamalarda, ultrasonik neşterlerin performans göstergeleri yaygın olarak dikkat çekmiştir. Bu göstergeler, vasküler kapatma etkisi, kesme kapanma verimliliği, termal hasar aralığı, ince kesme ve ayırma yeteneği, kenetleme kuvveti ve anti-yapışma gibi yönleri kapsar. Bunlar arasında, kesme verimliliği ve vasküler kapatma etkisi, cerrahi etkiyi ve güvenliği doğrudan etkileyen en temel göstergeler olarak kabul edilir. Aynı zamanda, endüstri standartları ve ilgili yönergeler de bu performans göstergeleri için net değerlendirme yöntemleri ve standartları sağlar.
4.2 Yaygın klinik problemler
Klinik uygulamalarda, piyasadaki ultrasonik neşter ürünlerinin genellikle aşağıdaki sorunlara sahip olduğunu bulduk: birincisi, pıhtılaşma etkisi genellikle ideal değildir; İkincisi, insizyondaki yumuşak doku ısı ile kolayca hasar görür, bu da normal olarak kapatılamamaya, kesme başarısızlığına veya bıçak kırılmasına neden olur; Buna ek olarak, doku ped dökülmesi veya ürün dökülmesinin iç bileşenleri gibi vücutta yabancı maddenin bırakılması riski vardır. Bu problemler, genellikle ultrasonik neşter sisteminin çoklu bileşenlerinin koordineli çalışmasıyla ilişkili çeşitli nedenlerle ortaya çıkar. Yanlış klinik çalışmaya ek olarak, herhangi bir bileşenin teknik veya süreç kusurları ultrasonik neşterin genel performansını etkileyebilir.
Klinik uygulamalarda, genellikle ultrasonik neşter ürünleri tarafından getirilen risklerle karşılaşırız: birincisi, zayıf pıhtılaşma etkisi nedeniyle postoperatif kanama meydana gelebilir; İkincisi, insizyondaki yumuşak doku, termal hasar nedeniyle normal olarak kapatamayabilir, bu da kesme arızası veya bıçak kırılması gibi ciddi sonuçlara yol açabilir; Buna ek olarak, doku pedi ayrılması veya
Klinik uygulamalarda, genellikle ultrasonik neşter ürünleri tarafından getirilen risklerle karşılaşırız: birincisi, zayıf pıhtılaşma etkisi nedeniyle postoperatif kanama meydana gelebilir; İkincisi, insizyondaki yumuşak doku, termal hasar nedeniyle normal olarak kapatılamayabilir, bu da kesme başarısızlığı veya kırık neşter gibi ciddi sonuçlara yol açabilir; Buna ek olarak, vücutta, düşen doku pedleri veya ürünün iç bileşenleri gibi yabancı maddenin bırakılabileceği potansiyel bir riski vardır. Bu risklerin varlığı sadece ultrasonik sekreterlerin klinik uygulama etkisini etkilemekle kalmaz, aynı zamanda hastaların güvenliğini de tehdit edebilir.
Bu nedenle, klinik operasyonlarda, bu riskler konusunda özellikle uyanık olmamız ve hastaların güvenliğini ve operasyonun sorunsuz ilerlemesini sağlamak için karşılık gelen önleyici önlemler almamız gerekir.
