Ультразвуковая система факоэмульсификатора

Рассмотрим природу ультразвукового воздействия. непосредственно разрушающего хрусталик.

Итак, ультразвук - колебания с частотой более 16 кГц. распространяющиеся только в упругих средах.

B источник механических колебаний пьезокристалл превращается за счет т.н. обратного пьезоэлектрического эффекта (при внесении кристалла в переменное электрическое поле одно направление поля сжимает кристалл, а другое - растягивает его).

Другим источником ультразвука может быть магнитострикция деформирование тел при изменении их магнитного состояния. Однако маг- нитострикционные наконечники быстро нагреваются, имеют большие размер и вес. в связи с этим в настоящее время используются редко.

Рис. 2.5. Схема ультразвукового инструмента.

1 - концентратор, 2 - пьезоэлемент, 3 - опорная муфта, 4 - аспирационный канал, 5 - ирригационный

канал

Для увеличения интенсивности ультразвука в рукоятке имеется концентратор (рис. 2.5), представляющий собой твердый стержень переменного сечения, присоединяемый к источнику ультразвука более широким концом. Принцип действия концентратора основан на увеличении амплитуды колебательного смещения частиц вследствие уменьшения его поперечного сечения. При этом увеличение амплитуды смещения тем больше, чем больше различие диаметров противоположных концов концентратора.

Продольные колебания передаются с концентратора на ультразвуковую иглу (факоиглу), которая и выполняет эмульсификацию хрусталиковых масс. Факоигла выполняется в виде цилиндрической полой трубки и имеет основание с резьбой и рабочую часть, дистальное отверстие её функционирует как аспирационный порт.

Необходимо поддерживать принятую частоту ультразвуковых колебаний, т.к. она является резонансной характеристикой волновода, «уход» с резонансной частоты (например, при перегреве инструмента или под нагрузкой, при воздействии на хрусталиковые массы) ведет к резкому уменьшению амплитуды колебаний. Для этого в факомашинах имеется специальная схема автоподстройки, которая поддерживает условие резонанса. Хорошую подстройку хирург субъективно ощущает ровным и достаточно мощным действием ультразвука.

Следующей характеристикой ультразвука является амплитуда. Она определяется длиной движения (хода) иглы. Амплитуда - это половина пути перемещения торца иглы. B большинстве факомашин максимум амплитуды составляет 50-60 мкм.

Мощность это работа, выполненная ультразвуковым наконечником за единицу времени. Она прямо пропорциональна произведению квадратов амплитуды и частоты ультразвука. Мощность можно измерять в абсолютных единицах (Вт), но чаще производители используют относительные (процент от максимальной мощности прибора).

Значение мощности ультразвука устанавливают на панели управления, фактически задавая при этом амплитуду колебаний факоиглы. Амплитуда варьирует посредством изменения напряжения, подаваемого на рукоятку. Она определяется глубиной нажатия педали в 3 позиции при линейном управлении ультразвуком.

Разрушающее действие ультразвука

Рис. 2.6. Схема разрушающего действия ультразвука

Дискуссия ведется до сих пор, какие силы играют основную роль в эмульсификации ядра (рис. 2.6). K основным видам разрушающего воздействия ультразвука относятся механическое и кавитационное . Из них полезными являются механическая фрагментация хрусталиковых масс (эффект отбойного молотка) и т.н. «замкнутая» кавитация («облако», находящееся между срезом иглы и хрусталиковыми массами).

1Кавитация - продукт измененного состояния жидкости, представляющий собой смесь жидкости с вакуумными пузырьками. «жизнь» которых очень мала; «схлопываясь». они выделяют большое количество энергии, основная часть которой преобразуется в тепло.

IO

Рис. 2.9. Непрерывный переменный режим. Установленное значение мощности 60% достигается при полном нажатии педали

вектор распространения кавитационного «облака» направлен перпендикулярно срезу иглы, поэтому необходимо использовать ультразвук в момент направления среза иглы в хрусталиковые массы и стараться избегать включения ультразвука в момент направления среза иглы к эндотелию роговицы (рис. 27).

Рис. 2.7. Схема распространения кавитационного облака

Основные режимы работы ультразвука:

• непрерывный

• импульсный

• вспышечный.

При непрерывном режиме факоигла колеблется без прерываний. Возможны 2 варианта работы:

• постоянный (фиксированный), при

котором мощность ультразвука постоянна (значение её задают на панели управления): при нажатии педали до 3 позиции (подробнее см. с. 15) включается ультразвук с предустановленной мощностью (рис. 2.8)

Рис. 2.8. Непрерывный фиксированный

режим.

Мощность ультразвука 50%, не зависит от степени нажатия на педаль в 3 позиции

• переменный (линейный), при этом мощность ультразвука изменяется прямо пропорционально глубине нажатия педали в 3 позиции от O % до предустановленного значения при полном нажатии педали (рис 2.9).

B импульсном режиме ультразвуковая энергия освобождается импульсами, т.е. периоды включения fT_) чередуются с периодами выключения fT ). в течение которых имеется только ирригация-аспирация. Отношение между T . и суммой T . и T . . называется рабочим циклом (РЦ). следовательно,

B импульсном режиме энергия освобождается регулярными интервалами, т.е. Tv . и T равны. Следовательно. РЦ = 50 %. Это означает, что за определенный промежуток времени ультразвук будет работать 50 % времени. Например, при установке 4 импульса в секунду, 4 периода включения по 125 мс каждый будут сменяться 125 миллисекундными паузами. Частота импульсов в импульсном режиме - величина постоянная.

Хирург может выбрать фиксированную мощность ультразвука, т.е. при нажатии педали в 3 позиции мощность будет соответствовать выставленному на панели управления значению (рис. 2.10), и может управлять мощностью ультразвука каждого импульса, при этом мощность ультразвука будет изменяться постепенно от 0 до максимально заданного значения соответственно степени нажатия на педаль в 3 позиции (рис. 2.11).

Рис. 2.10. Импульсный фиксированный режим работы ультразвука.

Частота - 5 имп./с. Мощность ультразвука 60%, не зависит от глубины нажатия педали в 3 положении

Рис. 2.11. Импульсный переменный режим

ультразвука.

Частота S имп.Іс. Длительность каждого пульса (Тыл) и паузы между пульсами (Tiayt) по 100 мс. Мощность ультразвука зависит от степени нажатия на педаль в 3 позиции до предустановленного значения 60%

Считается, что работа в импульсном режиме ультразвука создаёт более глубокую переднюю камеру за счет того, что каждый интервал энергии чередуется с паузой, в течение которой материал хрусталика присасывается к факоигле. прерывая отток. Это позволяет ирригационному потоку углубить переднюю камеру до начала следующего импульса ультразвуковой энергии.

Bo вспышечном режиме можно модулировать рабочий цикл. Глубиной педали регулируют паузы между импульсами-вспышками (burst), в то время как сила ультразвука, выставленная на панели управления, является величиной постоянной.

Хирург может задать длительность вспышки (периода включения T ). Обычно производители устанавливают паузу между вспышками в начале 3 позиции педали равной 2.5 с. Хирург управляет длительностью периода паузы (T ) степенью нажатия педали в 3 позиции. To есть, чем больше давление на педаль, тем меньше становятся паузы между вспышками. Период T постепенно снижается до 0 с. (переходя в непрерывный постоянный режим при самом глубоком нажатии на педаль) (рис. 2.12).

Рис. 2.12. Вспышечный режим. Длительность каждого пульса (Тя л) 100 мс. Мощность

ультразвука 60%

Таким образом, в отличие от импульсного режима, где рабочий цикл всегда 50%, вспышечный режим позволяет применять рабочий цикл менее 50% (т.е. когда периоды пауз длиннее периодов включения). Считается, что короткий рабочий цикл выгоднее в отношении предотвращения термических ожогов роговой оболочки в области разреза за счет термальной релаксации тканей во время пауз [138]. При более глубоком нажатии на педаль в 3 позиции рабочий цикл достигает и превышает 50% уровень (периоды включения длиннее периодов пауз). При полном нажатии педали, когда период паузы сокращается до 0, рабочий цикл становится 100%. Однако, основное преимущество вспышечного режима сохраняется только тогда, когда рабочий цикл меньше 50%. поэтому на некоторых факомашинах рабочий цикл во вспышечном режиме лимитирован 50%.

Эффективность этого режима объясняют более экономным использованием ультразвуковой энергии и улучшенным управлением гидродина-

микой системы, за счет чего снижается количество энергии, излученной на интраокулярные ткани [86]. B течение паузы создается вакуум, который притягивает фрагменты ядра для эмульсифика- ции к отверстию иглы и удерживает их. B течение периода включения вспышка ультразвуковой энергии воздействует на фрагмент, эффективно эмульсифицируя его.