Методика розрахунку ультразвукового скальпеля з 1½-хвильовою акустичною схемою та розвиненою поверхнею кавітації
DOI:
https://doi.org/10.20535/RADAP.2025.101.%25pКлючові слова:
ультразвук, ультразвукова кавітація, звуко-капілярний ефект, еластичність, скальпель, глаукома, трабекулаАнотація
Використання ультразвукових факоемульсифікаторів та скальпелів при хірургічному лікуванні катаракти відкрило нову епоху для проведення малоінвазивних операцій на оці і можливостей виконання втручання при малих розрізах без побічних травматичних ушкоджень тканин ока. В той же час використання ультразвукової кавітації при хірургічному лікуванні глаукоми на сьогодні поки не знайшло свого належного застосування, хоча має явні перспективи для очищення трабекулярної сітки кута передньої камери ока, збереження і відновлення її еластичності і, як наслідок, зниження очного тиску. Розроблена математична модель ультразвукового скальпеля офтальмологічного факоемульсифікатора для лікування глаукоми на базі 1½-хвильового вібраційного приводу поздовжніх переміщень з симетричним п’єзоелектричним перетворювачем, яка дозволила розрахувати акустичні поздовжні розміри та провести моделювання його роботи на резонансній частоті. Зворотно-обертові коливання голки скальпеля забезпечуються за рахунок виконання гвинтових канавок на поверхні ступеня більшого діаметра першого ультразвукового трансформатора коливальної швидкості, який безпосередньо контактує з п’єзокерамічним перетворювачем. Для збільшення зручності хірургічного втручання та зменшення ризику травмування внутрішніх елементів ока кінець голки ультразвукового скальпеля зроблено нахиленим приблизно на 15°. В результаті моделювання були розраховані резонансні частоти ультразвукового скальпеля із прямим та нахиленим кінцем, які склали 48373 Гц та 48702 Гц відповідно. Також визначено форму коливань при нахиленому кінці голки скальпеля, в якій присутня як поздовжня, так і згинальна складова, що підтверджує запропоновану ідею використання нахиленого кінця скальпеля для збільшення зручності хірургічного втручання та зменшення ризику травмування внутрішніх елементів ока. Впровадження розробленого ультразвукового скальпеля для лікування глаукоми є багатообіцяючим для вирішення важливого науково-прикладного завдання сучасної офтальмології та машинознавства.
Посилання
References
1. Belamkar A. V., Harris A., Wirotsko B., Rowe L., Oddone F., et al. (2025). Medical and surgical treatment management in open angle glaucoma patients of Asian descent: A narrative review. Eur J Ophthalmol, Vol. 35, Iss. 5, pp. 1883-1895. doi:10.1177/11206721251340435.
2. Tham Y. C., Li X., Wong T. Y., Quigley H. A., et al. (2014). Global prevalence of glaucoma and projections of glaucoma burden through 2040: a systematic review and meta-analysis. Ophthalmology, Vol. 121, pp. 2081-2090. doi:10.1016/j.ophtha.2014.05.013.
3. Roberts H. W., Day A. C., O'Brart D. P. (2020). Femtosecond laser-assisted cataract surgery: A review. Eur J Ophthalmol., Vol. 30, Iss. 3, pp. 417-429. doi:10.1177/1120672119893291.
4. Brennen C. E. (2015). Cavitation in medicine. Interface Focus, Vol. 5, Iss. 5, 20150022. doi:10.1098/rsfs.2015.0022.
5. Zhang N., Wang J., Chen B., Li Y., Jiang B. (2021). Prevalence of Primary Angle Closure Glaucoma in the Last 20 Years: A Meta-Analysis and Systematic Review. Front. Med., Vol. 7, 624179. doi: 10.3389/fmed.2020.624179.
6. Stein J. D., Khawaja A. P., Weizer J. S. (2021). Glaucoma in Adults—Screening, Diagnosis, and Management: A Review. JAMA, Vol. 325, Iss. 2, pp. 164–174. doi: 10.1001/jama.2020.21899.
7. Luhovskyi O. F., Movchanyuk A. V., Bernyk I. M., Shulga A. V., Grishko I. A. (2021). Hardware support for ultrasonic cavitation technologies. K: Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, Publisher FOP Kushnir Yu. V., 216 p.
8. Luhovskyi O. F., Grishko I. A., Zilinskyi A. I., Shulga A. V., Movchanyuk A. V., Bernyk I. M.(2022). Ultrasonic cavitation disinfection and filtration technologies. Monograph. K: Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, Publisher FOP Kushnir Yu. V, 213 p.
9. Yang Z., Zhu L., Zhang G., Ni C., Lin B. (2020). Review of ultrasonic vibration-assisted machining in advanced materials. Int. J. Mach. Tools Manuf., Vol. 156, 103594. DOI:10.1016/j.ijmachtools.2020.103594.
10. Liu X., Zhang Q., Chen M., Liu Y., Zhu J., et al. (2023). Multiphysics Modeling and Analysis of Sc-Doped AlN Thin Film Based Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer by Finite Element Method. Micromachines, Vol. 14, Iss. 10, 1942. doi:10.3390/mi14101942.
11. Baraya M., Yan J., Hossam M. (2024). Improving and Predicting the Surface Roughness and the Machining Accuracy in Ultrasonic Vibration-Assisted Milling. J. Vib. Eng. Technol., Vol. 12, pp. 127-140. doi:10.1007/s42417-024-01406-z.
12. An D., Huang Y., Li J., Huang W. (2024). Design and Characteristics Study of Longitudinal-Torsional Piezoelectric Ultrasonic Transducers. Int. J. Precis. Eng. Manuf., Vol. 26, pp. 559-568. doi:10.1007/s12541-024-01123-3.
13. Pandey H., Apurva A., Dixit P. (2024). Investigations into velocity decay, initial tool-workpiece gap, and material removal behaviour in ultrasonic micromachining. J. Manuf. Process., Vol. 124, pp. 52–67. doi:10.1016/j.jmapro.2024.05.080.
14. Chen Y., Hu Z., Yu Y., Lai Z., Zhu J., et al. (2022). Processing and Machining Mechanism of Ultrasonic Vibration-Assisted Grinding on Sapphire. Mater. Sci. Semicond. Process., Vol. 142, 106470. doi: 10.1016/j.mssp.2022.106470.
15. Akahoshi, Takayuki. (2005) Phacoemulsification needle. EUROPEAN PATENT APPLICATION #05405378.0 A61F 9/007. 21.12.2005 Bulletin 2005/51.
16. Svensson B., Mellerio J. (1994). Phaco-emulsification causes the formation of cavitation bubbles. Curr Eye Res., Vol. 13, Iss. 9, pp. 649-53. doi: 10.3109/02713689408999900.
17. Bohner A., Peterson J. S., Wright A. J., Mamalis C., Bernhisel A., et al. (2020). Effects on phacoemulsification efficiency and chatter at variable longitudinal ultrasound settings when combined with constant torsional energy. J Cataract Refract Surg., Vol. 46, Iss. 5, pp. 774-777. doi: 10.1097/j.jcrs.0000000000000150.
18. Rao A., Sahay P., Das G., Sarangi S., Padhy D. (2020). Scoop and chop - A modified phaco-chop technique for pseudoexfoliation and cataract. Oman J Ophthalmol., Vol. 13, Iss. 2, pp. 57-62. doi: 10.4103/ojo.OJO_114_2017.
19. Bianchi G. R. (2021). Corneal Endothelial Health after Phacoemulsification Cataract Surgery without Viscoelastic Substance. J Curr Ophthalmol., Vol. 33, Iss. 1, pp. 75-81. doi: 10.4103/JOCO.JOCO_185_20.
20. Fang Z., Song Y., Jin L., Han Y., Zhang X. (2025). Phacoemulsification combined with trabecular meshwork-Schlemm canal-based minimally invasive glaucoma surgery in primary angle-closure glaucoma: a systematic review and meta-analysis. BMC Ophthalmology, Vol. 25, Article number: 168. doi:10.1186/s12886-025-04005-y.
21. Song Y., Zhu X., Zhang Y., Shu J., Dang G., et al. (2023). Outcomes of Partial Versus Complete Goniotomy With or Without Phacoemulsification for Primary Open Angle Glaucoma: A Multicenter Study. J Glaucoma, Vol. 32, Iss. 7, pp. 563–568. doi: 10.1097/IJG.0000000000002210.
22. El Sayed Y. M., Mettias N. M., Elghonemy H. M. E., Mostafa Y. S. E. (2024). Phacoemulsification with gonioscopy-assisted transluminal trabeculotomy versus phacoemulsification alone in primary angle closure glaucoma: A randomized controlled study. Acta Ophthalmol, Vol. 102, Iss. 2:e195–203. DOI: 10.1111/aos.15733.
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 С. В. Шаргородський , О. Ф. Луговський , А. Д. Лавріненков , І. В. Шаргородська , Н. М. Колот
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у нашому журналі.
2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована нашим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у нашому журналі.
3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення рукопису роботи авторами в мережі Інтернет (наприклад, на arXiv.org або на особистих веб-сайтах). Причому рукописи статей можуть бути розміщенні у відкритих архівах як до подання рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання. Це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії, позитивно позначається на оперативності ознайомлення наукової спільноти з результатами Ваших досліджень і як наслідок на динаміці цитування вже опублікованої у журналі роботи. Детальніше про це: The Effect of Open Access.
