Basi fisiche dell'utilizzo degli ultrasuoni in chirurgia. Chirurgia ad ultrasuoni. Dispositivo per terapia ad ultrasuoni

Esistono due modi principali per utilizzare gli ultrasuoni in chirurgia. Il primo utilizza la capacità di un raggio ultrasonico altamente focalizzato di provocare la distruzione locale dei tessuti: si tratta di un bisturi ad ultrasuoni. Sono state eseguite operazioni al cervello, al fegato, ai reni e agli occhi.

Nel secondo caso, vibrazioni meccaniche di frequenza ultrasonica vengono applicate a strumenti chirurgici come lame, seghe, punte meccaniche. Tali strumenti sono chiamati sega ad ultrasuoni, trapano ad ultrasuoni.

1. Gli ultrasuoni in fisioterapia.

Uno degli usi più comuni degli ultrasuoni nella terapia fisica è quello di accelerare la rigenerazione dei tessuti e la guarigione delle ferite. Il tessuto cicatriziale formato dagli ultrasuoni è più forte ed elastico rispetto al tessuto cicatriziale “normale”.

Trattamento delle ulcere trofiche.

Accelerare il riassorbimento dell'edema.

Guarire le fratture, accelerare la guarigione.

4.2. Fototerapia.

La fototerapia è un metodo di fisioterapia che prevede l’esposizione dosata del corpo del paziente alle radiazioni infrarosse, visibili o ultraviolette.

4.3. Aeroionoterapia con cariche negative di elettricità.

Gli studi hanno dimostrato che gli ioni negativi leggeri dell'ossigeno nell'aria hanno l'effetto più benefico sulla salute. Gli aeroioni influenzano il funzionamento del sistema nervoso, la pressione sanguigna, la respirazione dei tessuti, il metabolismo, la temperatura corporea, l'emopoiesi; la loro influenza modifica le proprietà fisico-chimiche del sangue, dello zucchero nel sangue e il potenziale elettrocinetico dei globuli rossi.

Gli ioni positivi dell'aria agiscono nella direzione opposta.

È stato a lungo notato che in stanze soffocanti e non ventilate una persona sperimenta vari tipi di disagio: letargia, affaticamento, perdita di appetito, mal di testa, insonnia, debolezza, vertigini, memoria indebolita, ecc. Ciò porta a malessere, contribuisce a una diminuzione della le difese dell'organismo e lo predispone al suo precoce deterioramento e invecchiamento. Si è scoperto che in tali stanze c'è un eccesso di ioni atmosferici positivi e una mancanza di ioni negativi. Il tempo influisce anche sullo stato del corpo: in caso di pioggia e nebbia, soprattutto in autunno, quando il numero di ioni negativi nell'aria diminuisce al minimo, le malattie infettive si verificano più spesso, i disturbi cronici peggiorano e lo stato di salute di una persona la mente peggiora; l'atmosfera diventa malinconica. Si è scoperto che sono gli ioni dell'aria di polarità positiva ad avere un effetto estremamente sfavorevole sulle persone di costituzione debole, sugli anziani, sui pazienti reumatici e sui nevrastenici, provocando loro dolore, debolezza e brividi.

È l'alta concentrazione di ioni di ossigeno leggeri e negativi a cui le località degli altopiani, delle coste marine e delle foreste di conifere devono le loro proprietà curative. L'uso dell'aeroionterapia nella pratica medica in Russia è stato utilizzato dal 1959. Per diversi anni, l’industria ha prodotto ionizzatori d’aria domestici.

4.4. Elettroterapia.

Per illustrare, consideriamo i seguenti tipi di elettroterapia:

1. Galvanizzazione.

Galvanizzazione - l'uso per scopi terapeutici di continuo continuo

corrente elettrica a bassa potenza (fino a 50 mA) e bassa tensione (30 - 80 V).

2. Ionogalvanizzazione (elettroforesi).

La ionogalvanizzazione è un metodo di impatto simultaneo combinato su

paziente con corrente continua e una determinata sostanza medicinale introdotta nel tessuto utilizzando la corrente.

3. Faradizzazione.

La faradizzazione è l'uso della corrente alternata a bassa frequenza per scopi terapeutici.

4. Darsonvalutazione.

La darsonvalutazione è l'uso di corrente alternata ad alta frequenza, alta intensità e bassa potenza per scopi terapeutici.

5. Diatermia.

La diatermia è l'utilizzo a scopo terapeutico di corrente alternata ad alta frequenza (500.000 - 2.000.000 di cicli), a bassa tensione (centinaia di volt) e

alta potenza (fino a diversi ampere).

6. Franklinizzazione.

La Franklinizzazione è l’uso dell’elettricità statica per scopi medicinali.

7. UHF - terapia.

La terapia UHF è un metodo di trattamento in cui una determinata area del corpo del paziente viene esposta a un campo elettrico continuo o pulsato ad altissima frequenza.

8. Elettropuntura.

Elettropuntura: un metodo per influenzare i punti biologicamente attivi

corpo con alcuni tipi di correnti a bassa frequenza.

9. Terapia magnetica

La magnetoterapia è l’utilizzo a scopo terapeutico di un campo magnetico alternato a bassa frequenza, pulsante e costante.

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2.Kondarev S.V. "Trattamento UHF"

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4. Zayavlova S.A. "Fototerapia"

In chirurgia ci sono sempre state una serie di questioni e problemi che dovevano essere risolti. Questi includono la riduzione del trauma delle operazioni, la riduzione della perdita di sangue, l'accelerazione della guarigione, lo sviluppo di metodi nuovi e più progressivi, ecc. Il metodo ad ultrasuoni ha ampiamente contribuito a risolvere questi problemi.

Esistono due principali ambiti di utilizzo degli ultrasuoni in chirurgia:

• Chirurgia strumentale. Applicazione degli ultrasuoni agli strumenti operatori (seghe, lame, ecc.)
• Distruzione locale. Gli ultrasuoni focalizzati sono in grado di penetrare in profondità nei tessuti, distruggendo varie formazioni.

Chirurgia strumentale

Gli ultrasuoni vengono applicati alla superficie di lavoro dello strumento (ad esempio un bisturi), che è collegato al trasduttore tramite una guida d'onda. L'ampiezza delle oscillazioni dell'onda sulla parte tagliente dello strumento può variare da 1 a 365 μm (a seconda dello scopo specifico dello strumento e delle esigenze operative), frequenza da 20 a 100 kHz. Le vibrazioni ultrasoniche riducono l'attrito tra il tessuto e la lama, consentendo al chirurgo di utilizzare meno forza e all'operazione di procedere più rapidamente e senza intoppi.

Di norma, quando si tagliano i tessuti molli, solo il bordo della parte tagliente interagisce con essi: si verifica il cosiddetto micro-taglio. Il calore viene rilasciato anche dal bordo, creando un effetto emostatico. Tutto ciò può facilitare notevolmente il processo operatorio, che determina la diffusione degli strumenti ad ultrasuoni in chirurgia.

Gli strumenti a ultrasuoni differiscono per scopo, ampiezza delle onde e altre caratteristiche. I principali sono:

1. Bisturi (bisturi chirurgico). Aiuta a sezionare i tessuti molli, separando formazioni e strutture patologiche da quelle normali. In genere, questo strumento viene utilizzato quando:
   • Chirurgia plastica
   • Rimozione di vari tumori
   • Asportazione della cicatrice
   • Apertura di focolai di infiammazione

     Si tratta di uno strumento molto efficace che permette di svolgere le azioni sopra indicate con il minimo stress per il paziente e con il minimo sforzo da parte del medico.

2. Sega. Questo strumento ha un tagliente su cui si trovano i denti (passo - 1 mm). La sega viene utilizzata per:
   • Taglio delle ossa, soprattutto quelle situate in luoghi difficili da raggiungere per il chirurgo, vicino a vasi sanguigni e nervi
   • Craniotomia
   • Laminectomie
   • Dissezioni delle ossa delle costole, dello sterno, delle clavicole, dei piedi, della parte facciale del cranio

     La sega ad ultrasuoni non danneggia le restanti parti del tessuto, non le riscalda, non le cauterizza né le impasta. Dopo l'utilizzo di questo strumento, la ricostruzione degli innesti ossei e la formazione del callo osseo vengono eseguite molto più velocemente rispetto all'utilizzo dei dispositivi convenzionali. L'uso di seghe ad ultrasuoni garantisce un'elevata precisione della modellazione degli innesti.

3. Macchina ad ultrasuoni per la "saldatura" delle ossa. Questo dispositivo ti consente di:
   • Collega molto rapidamente e accuratamente i frammenti dello stroma
   • Eseguire processi di “saldatura” delle fibre di collagene di vari frammenti
   • Polimerizza i monomeri in brevissimo tempo
   • Effettuare una diffusione quasi istantanea dei monomeri

     Il dispositivo, con l'applicazione degli ultrasuoni, consente ai chirurghi di eseguire tutti i processi di cui sopra molto più velocemente, riducendo così i costi delle operazioni, minimizzando il lavoro dei medici e riducendo i tempi di recupero dei pazienti.

Oltre a questi tre strumenti, ci sono interi complessi chirurgici. Permettono di agire solo sui tessuti duri, lasciando intatti quelli molli e, di conseguenza, senza causare loro alcun danno.

Inoltre, con l'aiuto di dispositivi su cui vengono applicati gli ultrasuoni, è possibile “incollare” i vasi sanguigni, rimuovere i coaguli di sangue, rimuovere la cataratta oculare ed eseguire altre azioni chirurgiche.

Causando distruzione locale

La scoperta di questo metodo di utilizzo degli ultrasuoni in chirurgia ha permesso di eseguire alcune operazioni senza una singola violazione dell'integrità dei tessuti viventi. Le onde si concentrano in un punto (ad esempio su un tumore), distruggendo gradualmente la formazione patologica. Il processo di rimozione viene visualizzato sull'immagine del tomografo, che consente al medico di monitorare completamente l'operazione.

Tali operazioni eliminano completamente i danni ai tessuti viventi, la formazione di schegge/frammenti ossei, la distruzione dei vasi sanguigni e i danni ai nervi. Gli ultrasuoni possono ridurre significativamente il trauma delle procedure chirurgiche. Allo stesso tempo, il tempo dedicato all’intervento chirurgico e al recupero è ridotto.

Oggi gli ultrasuoni vengono utilizzati non solo nella diagnostica. La scoperta della possibilità di utilizzare questo fenomeno in altri settori della medicina ha permesso di far avanzare significativamente la chirurgia e di risolvere molti dei suoi problemi.

L'idea principale dell'utilizzo degli ultrasuoni in chirurgia è quella di impartire vibrazioni ultrasoniche agli strumenti chirurgici, il che aumenta significativamente la loro efficienza, facilita le operazioni e riduce i danni traumatici ai tessuti circostanti. In questo caso vengono evidenziate diverse aree: taglio ad ultrasuoni di tessitura morbida; taglio, perforazione, trapanazione, saldatura e affioramento del tessuto osseo con ultrasuoni: endoarterectomia ultrasonica (effettuazione di interventi ricostruttivi su grossi vasi affetti da aterosclerosi).

Esistono due principali aree di utilizzo degli ultrasuoni in chirurgia operatoria. Si tratta di un intervento chirurgico strumentale ad ultrasuoni e di distruzione locale profonda dei tessuti mediante ultrasuoni focalizzati.

Negli ultimi anni, i metodi fisici di intervento chirurgico che utilizzano la tecnologia elettrocoagulazione, laser, criogenica e ultrasonica sono stati ampiamente introdotti nella pratica.

La parte operante di un bisturi chirurgico ad ultrasuoni ha la forma tradizionale di una lama di bisturi collegata tramite una guida d'onda ad un trasduttore magnetostrittivo o piezoceramico. La parte lavorante può avere una forma diversa a seconda dei requisiti dell'operazione da eseguire. L'ampiezza della vibrazione del tagliente, a seconda del compito da svolgere, può essere modificata da 1 a 350 micron e la frequenza viene selezionata nell'intervallo da 20 a 100 kHz. Come è noto, l'attrito statico è maggiore dell'attrito radente, pertanto l'attrito tra due superfici diminuisce se una di esse compie movimenti oscillatori. Ecco perché lavorare con strumenti ad ultrasuoni richiede meno sforzo da parte del chirurgo.

La natura della distruzione dei tessuti sotto l'influenza di uno strumento chirurgico ad ultrasuoni dipende dalla struttura della sua parte operativa, dall'ampiezza e dalla direzione della vibrazione. Dipende anche dalle proprietà viscoelastiche e dall'omogeneità del tessuto. tecnologia diagnostica per chirurgia ad ultrasuoni

Quando si tagliano i tessuti molli con un coltello ad ultrasuoni, la cui lama esegue vibrazioni ultrasoniche longitudinali, solo il bordo della lama interagisce con il tessuto, fornendo un processo di microtaglio che migliora significativamente le proprietà di taglio dello strumento. Inoltre, sul bordo della lama dello strumento oscillante si genera calore che aumenta localmente la temperatura del tessuto e provoca un effetto emostatico a seguito della termocoagulazione del sangue.

Pertanto, l'uso di un bisturi ad ultrasuoni, la cui ampiezza di vibrazione del bordo è compresa tra 15 e 20 μm ad una frequenza di 44 kHz, riduce il sanguinamento dai vasi di piccole e medie dimensioni di 6-8 volte , riduce la forza di taglio di 4-6 volte e facilita anche in modo significativo la separazione rigorosamente strato per strato della pelle, del tessuto adiposo sottocutaneo e della cartilagine cicatrizzata. È ovvio che se allo strumento vengono applicate solo vibrazioni longitudinali, il suo effetto sulle pareti del canale della ferita è minimo.

Per distruggere alcune formazioni patologiche vengono utilizzate guide d'onda speciali: disintegratori, la cui estremità di lavoro, oltre alle vibrazioni longitudinali, esegue anche vibrazioni trasversali. Tali strumenti hanno un impatto significativo sui tessuti circostanti e, quando lo strumento viene inserito, li distruggono.

Gli strumenti ad ultrasuoni presentano evidenti vantaggi rispetto agli strumenti elettrochirurgici o criochirurgici, poiché non si attaccano al tessuto e alla superficie del canale della ferita e non causano ulteriori lesioni. In alcuni casi, un bisturi ad ultrasuoni non è inferiore a uno strumento chirurgico laser, poiché rilevando la resistenza del tessuto durante l'intervento chirurgico, il chirurgo ha un migliore controllo sul processo di dissezione.

L'idea principale dell'utilizzo degli ultrasuoni in chirurgia è quella di impartire vibrazioni ultrasoniche agli strumenti chirurgici, il che aumenta significativamente la loro efficienza, facilita le operazioni e riduce i danni traumatici ai tessuti circostanti. In questo caso vengono evidenziate diverse aree: taglio ad ultrasuoni di tessitura morbida; taglio, perforazione, trapanazione, saldatura e affioramento del tessuto osseo con ultrasuoni: endoarterectomia ultrasonica (effettuazione di interventi ricostruttivi su grossi vasi affetti da aterosclerosi).

Il metodo di taglio ad ultrasuoni dei tessuti molli si basa sul fatto che sulla lama dello strumento di taglio vengono applicate vibrazioni ultrasoniche longitudinali con una frequenza compresa tra 22 e 44 kHz, alla quale il chirurgo imprime un movimento traslatorio. con un'ampiezza non superiore a 45 µm. Sotto l'influenza delle vibrazioni ultrasoniche. imposto all'utensile, la velocità dei relativi movimenti longitudinali aumenta più volte, rispetto al movimento traslazionale della lama. Allo stesso tempo, a causa della distruzione della struttura cellulare degli strati di tessuto adiacenti alla lama sotto l'influenza della cavitazione, l'attrito secco si trasforma in semisecco o addirittura liquido. Ciò porta ad una significativa riduzione delle forze di taglio sia normali che tangenziali. Le vibrazioni ultrasoniche vengono eccitate da un magnetostrittore e trasmesse all'utensile da taglio tramite un concentratore. Il magnetostrittore è costituito da un conduttore magnetico cilindrico armato di ferrite, nella cavità del quale è posto l'avvolgimento, oppure da piastre a forma di W in lega di nichel, sull'asta centrale della quale è avvolto l'avvolgimento. Quando il materiale viene rimagnetizzato, si verifica il fenomeno della magnetostrizione, per cui le dimensioni longitudinali delle aste fluttuano con la frequenza della corrente magnetizzante. Per evitare di raddoppiare la frequenza delle oscillazioni meccaniche, il nucleo del magnetostrittore viene magnetizzato con corrente continua quasi fino alla saturazione.

Al magnetostrittore è incollato un concentratore conico-cilindrico. La lunghezza del concentratore viene selezionata pari alla metà della lunghezza d'onda degli ultrasuoni alla frequenza operativa. Uno strumento sostituibile è fissato al concentratore mediante una filettatura, che ha anch'essa la forma di un concentratore a semionda, la cui sezione trasversale si rastrema esponenzialmente verso lo strumento. A causa della riduzione della sezione trasversale della parte conica del concentratore e dell'utensile e del loro funzionamento in modalità risonante, l'ampiezza delle oscillazioni ultrasoniche aumenta più volte mentre passano dal magnetostrittore alla parte tagliente dell'utensile.

Il design dell'unità acustica è mostrato nella Figura 5. Il magnetostrittore 1 con il concentratore 2 incollato forma una testa acustica, che è fissata in un involucro cilindrico 4 mediante anelli di gomma smorzanti 6.

Figura 5 - Progettazione di un'unità acustica per il taglio dei tessuti molli.

La presenza di strumenti sostituibili - allegati 4 di diverse configurazioni porta al fatto che le loro frequenze di risonanza differiscono l'una dall'altra. Per garantire effetti di risonanza utilizzare un generatore con regolazione della frequenza nell'intervallo +-2% di quella nominale.

La regolazione manuale viene eseguita quando si cambiano gli accessori, per i quali i dispositivi corrispondenti sono dotati di indicatori di risonanza, che registrano la corrente di carico massima dello stadio di uscita dell'amplificatore di potenza del generatore. Quando si lavora con l'utensile, quando il carico cambia, la frequenza di risonanza viene mantenuta automaticamente da un circuito di controllo automatico della frequenza. La Figura 6 mostra uno schema a blocchi di un dispositivo chirurgico ad ultrasuoni.

Figura 6 - Schema di un dispositivo ad ultrasuoni con controllo automatico della frequenza

Quando si eseguono interventi sugli organi interni, per allungare lo strumento vengono utilizzati concentratori multi-link compositi avvitati insieme.

I dispositivi ad ultrasuoni con la struttura della Figura 6 possono essere utilizzati non solo per tagliare i tessuti molli, ma anche per saldarli, nonché per tagliare la saldatura e il rivestimento del tessuto osseo.

Come esempio di dispositivi ecografici chirurgici universali, si possono citare i dispositivi USKR-7N e URSK-2N. URSC-18.

Sulla base dell'uso di dispositivi universali per la chirurgia ad ultrasuoni, sono stati sviluppati metodi per il trattamento ad ultrasuoni della superficie delle ferite, comprese le ferite postoperatorie, garantendo la pulizia della superficie delle ferite dai tessuti necrotici e danneggiati, la rapida diffusione di disinfettanti e sostanze medicinali disciolto nei liquidi e l'attivazione delle capacità rigenerative protettive del corpo.

La tabella 2 mostra le principali caratteristiche tecniche di una serie di dispositivi chirurgici ad ultrasuoni domestici.

Tabella 2 Caratteristiche dei dispositivi chirurgici ad ultrasuoni domestici

È noto da tempo che gli ultrasuoni, agendo sui tessuti, provocano cambiamenti biologici in essi. L'interesse per lo studio di questo problema è dovuto, da un lato, alle preoccupazioni naturali legate al possibile rischio dell'utilizzo di sistemi diagnostici a ultrasuoni per l'imaging e, dall'altro, alla possibilità di provocare cambiamenti nei tessuti per ottenere un effetto terapeutico.

Esiste una vasta letteratura sulla terapia ad ultrasuoni, anche se, sfortunatamente, la maggior parte del lavoro non è di alta qualità e contiene informazioni scientifiche poco rigorose. In questo capitolo la discussione è limitata ai lavori che hanno una solida base scientifica.

Gli ultrasuoni terapeutici possono essere suddivisi in ultrasuoni a bassa ed alta intensità. Lo scopo principale dell'utilizzo degli ultrasuoni a bassa intensità è il riscaldamento non dannoso o eventuali effetti non termici, nonché la stimolazione e l'accelerazione delle normali reazioni fisiologiche nel trattamento delle lesioni. A intensità più elevate, l'obiettivo principale è provocare una distruzione controllata e selettiva dei tessuti.

La prima area comprende la maggior parte delle applicazioni degli ultrasuoni nella terapia fisica e alcuni tipi di terapia antitumorale, la seconda - la chirurgia ecografica.