Method for Calculating an Ultrasonic Scalpel with a 1½-Wave Acoustic Scheme and Enhanced Cavitation Surface

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.