Biomedicinskaâ Inženeriâ i Èlektronika (Dec 2019)
КОМП'ЮТЕРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ БЕЗКРОВНОГО РОЗРІЗАННЯ ЖИВИХ ТКАНИН ЕЛЕКТРОХІРУРГІЧНИМИ ЗАТИСКАЧАМИ ТА НОЖИЦЯМИ В ХІРУРГІЇ
Abstract
Виконання гемостазу збільшує час операції і втрати крові при хірургічній операції. У 90-х роках Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона розробив спосіб різання біологічної тканини з одночасним процесом гемостазу електрохірургічними зажимами. Гемостаз здійснюється за рахунок спазмів судин, який зберігається після закінчення різання. У зоні зварного з'єднання судин утворюється клейкоподібна коагуляційна біомаса і тромб в просвіті судини. Ця композиція забезпечує надійний гемостаз в судинах різного діаметру. При вивченні процесу різання і проектування інструментів необхідно знати механічні напруги, переміщення, деформації, температуру, щільність струму, градієнт електричної напруги в тканини. Експериментально визначити ці величини складно або неможливо через швидке протікання процесів і невеликого обсягу тканини. Тому найбільш зручним шляхом є комп'ютерне моделювання. У середовищі SolidWorks була створена 3-D модель біполярного затиску з шириною електродів 2 мм. Моделювалося різання м'язової тканини товщиною 5 мм. Найбільші механічні напруги виникають у браншах, напруги в тканинах істотно менше. Пружна деформація у браншах стабілізує тиск електродів на тканину. Найбільша деформація тканини відбувається в площині, перпендикулярній силі стиснення, сприяючи її поділу. Для дослідження електричних і теплових процесів використовується додаток ElectroMagneticWorks (EMWorks), яке дозволяє моделювати процеси при постійному і змінному струмі. Вбудована бібліотека матеріалів містить електричні та теплові параметри основних органів людини. При напрузі 200 В через 0,5 с тканина нагрівається під електродами до 100 С. У середині тканини температура ще більше. При ослабленні зусилля стиснення браншей, знижується тиск всередині тканини, що викликає інтенсивне кипіння рідини, що роз'єднує тканину. Струм проходить не тільки між площинами електродів, а й відгалужується збоку, сприяючи утворенню тромбів в розрізаних судинах. Найбільший градієнт напруги знаходиться поблизу електродів, сприяючи руйнуванню тканини. Різка виробляється при підвищених температурах і контакті електродів з кров'ю і рідинами. Це сприяє забрудненню електродів і прилипання тканини. Моделювання адгезії в програмі COMSOL показало, що найбільше прилипання створюють електроди з нержавіючої сталі.
