CC BY
156
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
УДК 617.741-089.8:615.47 Б.М. Азнабаев, Т.Р. Мухамадеев
Б.М. Азнабаев, Т.Р. Мухамадеев ОФТАЛЬМОЛОГИЧЕСКИЕ КАЛИБРОВАННЫЕ МИКРОСКАЛЬПЕЛИ
ГБОУ ВПО «Башкирский государственный медицинский университет» Минздравсоцразвития России, г. Уфа
В данном обзоре авторы обобщили имеющиеся данные о форме и видах скальпеля в широком понимании как инструмента для разделения ткани. Акцентировали внимание на современных материалах офтальмологических лезвий и методах обработки режущих инструментов, отметив необходимость дальнейшего развития технологий их изготовления.
Ключевые слова: калиброванные микроскальпели, острота лезвия, электрохимическое формообразование, хирургия катаракты.
B.M. Aznabaev, T.R. Mukhamadeev OPHTHALMIC CALIBRATED MICROSCALPELS
In this review authors attempt to summarize the available data on the form and types of surgical blade as a tool for cutting tissue. Emphasis is placed on modern ophthalmic blade materials and machining, the need for further development of production technologies is noted.
Key words: calibrated microscalpels, blade sharpness, electrochemical forming technology, cataract surgery.
Качество инструментария является важным компонентом успешной хирургии. Повышение качества режущего инструмента, стабильность его режущих свойств имеют большое значение для получения положительного результата операции [3, 11]. Оперирование безупречно острыми и хорошо отточенными инструментами дает хирургу неоспоримые преимущества: возможность делать тонкие манипуляции, невыполнимые с помощью недостаточно острого инструмента; наличие меньшей травматизации при разрезах, лучшего прилегания гладко разрезанных краев раны и более быстрого заживления [4,5,7,8].
Геометрия скальпелей. Скальпель -это хирургический инструмент с острой заточкой, применяемый для разъединения мягких тканей. Скальпели бывают общехирургические и специальные (офтальмологические, нейрохирургические и др.). Дизайн и размеры скальпелей варьируют в зависимости от структуры и функции разреза, для выполнения которого они предназначены [9, 12].
Скальпель должен отвечать определенным требованиям (по форме, жесткости, балансу, однородности, надежности и другим параметрам). Он не должен быть тяжелым или грубым, рукоятка должна быть тонкой, но настолько, чтобы обеспечивать хороший захват [31]. Но наиболее важным параметром является острота режущего инструмента. Она оказывает сильное влияние на механику резания (энергию, требуемую в процессе резания), ресурс стойкости режущей кромки и качество поверхности разреза. Во многих исследовани-
ях в различных областях (хирургия [23, 34], судебная медицина [21, 22, 30], пищевая промышленность [15, 29] и др.) термин «острота» применяется в широком смысле - для описания эксплуатационных качеств режущего инструмента. Однако формулировки остроты лезвия в исследованиях значительно различаются. Например, в одних источниках острота отождествляется с величиной силы, приложенной к лезвию [23, 29, 34], в других - с радиусом режущей кромки [32, 35]. К настоящему моменту все еще нет приемлемого (стандартного) определения остроты лезвия, что во многом обусловлено сложностью и разнородностью параметров режущей кромки [33].
Применительно к хирургической практике острота режущего инструмента определяется тремя факторами: геометрией лезвия, «разрезаемостью» ткани, направлением и скоростью движения лезвия [12].
Режущие инструменты, действующие по принципу клина, при резании раздвигают ткани и внедряются острием вглубь разрезаемого материала. При правильной заточке ножи всегда должны иметь: 1) режущий край, на разрезе в форме клина, 2) хорошо отполированные боковые плоскости, 3) вершину клина - вершину равнобедренного треугольника (на поперечном разрезе) - в виде точки, а по всей длине лезвия острие в виде прямой линии [8].
Чем острее клин и чем лучше отполированы плоскости, его составляющие (т.е. меньше трение скольжения), тем резание ткани будет более легким и совершенным. Таким образом, качество лезвия режущего инстру-
мента определяют: 1) угол заточки (угол клина), 2) форма режущей кромки лезвия (она должна быть прямолинейной), 3) отсутствие царапин и неровностей на боковых поверхностях ножа, образующих режущую часть лезвия [8]. Плохая полировка этих боковых поверхностей никогда не даст линейную форму острия, оно будет пилообразным вследствие пересечения возвышений и углублений на месте схождения поверхностей, образующих край лезвия. Вот почему без полировки режущей части лезвия невозможно получить его идеальную форму в виде математически правильной прямой линии. Наличие микроскопически малых зубьев придает лезвию, как это видно под микроскопом, вид пилы. Такое пилообразное лезвие может очень хорошо разрезать кожу, фасцию, мышцы, но оно быстро теряет свою остроту и значительно больше травмирует ткани. Острота инструмента с пилообразной кромкой лезвия никогда не будет такой совершенной, как острота прямолинейного и хорошо отполированного лезвия. Однако при неправильной заточке, когда при сильном увеличении поверхность лезвия представляет собой не линию, а очень узкую плоскость, наличие микроскопически малых зубьев вначале, пока они не притупятся, может облегчить разрезание мягких тканей и погружение инструмента в самом начале движения ножа. При этом мельчайшие зубья вырывают ткань, прокладывая путь внедряющемуся вглубь инструменту [8].
Проникновение лезвия вглубь будет тем легче, чем уже спинка (обух) и шире его боковые плоскости. Однако существует некоторый предел возможности уменьшения угла клина, зависящего от свойств материала лезвия и твердости разрезаемого предмета. Поэтому при резании различных предметов необходимы разной твердости материал лезвия и разный угол заточки режущих инструментов [8,26].
Величина угла заострения (заточки) колеблется у разных инструментов от 15 до 90°. При этом чем меньше угол заточки, тем острее скальпель и тем быстрее он тупится. Для рассечения мягких тканей используют лезвия с небольшой величиной угла заточки - 20-29°, для рассечения хрящей угол заточки составляет от 30 до 35°, для рассечения костных тканей применяют инструменты (долота, распаторы) с углом заточки 40-60° [5,8,9].
В последнее время тенденцией в усовершенствовании режущего инструментария является уменьшение толщины лезвия. Чем оно тоньше, тем выше проникающая способ-
ность, лучше адаптация краев раны после операции, но в то же время более тонкие лезвия мягки и менее прочны. Производители вынуждены балансировать остроту и прочность путем манипуляций с формой, заточкой и материалом лезвия. Например, заточка двойным (ступенчатым) углом позволяет получить максимальную прочность лезвия с минимальной толщиной кромки [12].
Инструменты, предназначенные для резания при давлении без продольного движения вдоль оси ножа (микротомные ножи, некоторые виды долот и распаторы), оттачиваются только с одной стороны, другая же сторона остается совершенно плоской. Такая односторонняя заточка оптимальна в тех случаях, когда при поступательном движении инструмента требуется погружение его на одинаковую глубину (скобление) [8].
Хирургический инструментарий для офтальмологических операционных относится к специальному микрохирургическому инструментарию. Конструктивной особенностью микрохирургических скальпелей является сочетание миниатюрного тонкого лезвия с длинной, круглой в сечении рукояткой с рифленой поверхностью для обеспечения прецизионных движений [9]. Угол заострения офтальмологических скальпелей составляет 20°, общехирургических - 25° [5].
Технологии производства и материалы для изготовления офтальмологических скальпелей. На стойкость, точность и надежность режущего инструмента в значительной мере влияет технология его производства [5]. В современной медицинской промышленности существует два основных подхода к производству скальпелей: первый - изготовление многоразовых инструментов, которые могут использоваться в течение длительного срока без замены, и второй - производство одноразовых инструментов [24].
На сегодняшний день для изготовления офтальмологических скальпелей применяются металлические сплавы и синтетический алмаз. Алмазное лезвие очень прочное, долго сохраняет первозданную остроту, может использоваться многократно, однако существенными его недостатками являются сложность изготовления, высокая стоимость, необходимость надлежащего ухода и соблюдения условий стерилизации [12,27,28].
Наиболее распространенным материалом для изготовления металлических скальпелей является сталь [5]. Большинство режущих хирургических инструментов изготавливаются по технологии механического формо-
образования с применением механической обработки режущих кромок. Первоначальная острота стального скальпеля во многом зависит от способа его заточки и в большинстве случаев ограничена степенью «вырывания» частиц металла из заготовки при абразивной обработке режущей кромки. К недостаткам технологии механического формообразования и заточки относятся большая производственная линия (штамповка заготовки, вырубка предварительной формы скальпеля, механическая заточка, полировка), специализированная оснастка (вырубной штамп), подверженная механическому износу, необходимость в расходных материалах, большой штат сотрудников. Все это обусловливает высокие производственные затраты. К тому же существуют трудности в изготовлении лезвий сложной формы, с криволинейными режущими кромками.
Необходимо отметить, что даже при правильном и самом бережном отношении к многоразовым стальным инструментам с течением времени они портятся: теряют остроту лезвия, подвергаются коррозии, рабочие концы инструментов либо отламываются при неправильном уходе, либо стачиваются в процессе повторных реставрационных работ, существует определенный риск инфицирования даже при тщательной стерилизации [4]. К тому же неправильно заточенный или тупой инструмент может послужить причиной серьезных осложнений [8,14].
В связи с этим все большую популярность приобретают одноразовые скальпели. Поскольку для каждой операции используется новый скальпель, отпадает необходимость в стерилизации и упрощается соблюдение правил асептики [28].
Многие современные офтальмологические операции подразумевают использование малых самогерметизирующихся разрезов. Общепризнанно, что чем меньше разрез, тем лучше результат с позиций заживления раны и ниже послеоперационный астигматизм [13, 16, 18, 19]. К тому же малые разрезы для хирургов и пациентов предпочтительнее разрезов, требующих наложения швов. Для таких разрезов используют копьевидные ножи (калиброванные микроскальпели), режущие движением лезвия только вперед (индентаци-онный тип резания [25], перпендикулярно оси инструмента, а не вдоль оси, как режут обыкновенные ножи и скальпели). Острота копьевидных ножей должна быть безукоризненной.
По данным ВОЗ, главной причиной слепоты в мире является катаракта (51 %) [20]. В
то же время хирургическое вмешательство при катаракте - наиболее часто выполняемое и экономически эффективное медицинское вмешательство. Ежегодно в США выполняется 3262000, в Европе 2887000 операций по поводу катаракты. В России этот показатель составляет 375000, при этом число операций неуклонно растет с каждым годом [6]. Необходимым расходным материалом для высокотехнологичной хирургии катаракты - ультразвуковой факоэмульсификации - являются металлические одноразовые микроскальпели, которые прочно вошли в арсенал офтальмохирургов, вытеснив с рынка алмазные и стальные многоразовые скальпели [10,17].
Зарубежная медицинская промышленность за последнее время добилась серьезных успехов в конструировании и изготовлении микрохирургического инструментария. Разработанные инструменты отличаются высоким качеством материала, легкостью, достаточной остротой лезвия, но имеют высокую стоимость [5]. Не вызывает сомнения актуальность разработки и внедрения в практику новых отечественных технологий изготовления стальных режущих инструментов, которые позволили бы обеспечить высокую остроту, точность, повторяемость геометрии и качество, снизив при этом производственные затраты и сохранив приемлемую цену, конкурентоспособность конечного продукта.
Коллективом разработчиков научномедицинской ассоциации «Оптимедсервис», сотрудниками кафедры офтальмологии с курсом ИПО БГМУ была разработана, научно обоснована и внедрена новая технология изготовления калиброванных офтальмологических скальпелей на основе современного прецизионного метода обработки металла - электрохимического формообразования [1].
Технология получения острой режущей кромки с нанопоказателями методом электрохимической размерной обработки заключается в электрохимическом анодном растворении материала инструмента под действием тока электролиза в среде проточного электролита на малых межэлектродных зазорах. Наклонные плоскости электрод-инструмента, выполненные с высокой чистотой поверхности, при вскрытии заготовки-пластины образуют острую кромку. Лезвие скальпеля, являясь зеркальным отображением электрод-инструмента, с высочайшей точностью и чистотой поверхности повторяет всю геометрию электрода. Таким образом, бесконтактное воздействие на металл с его управляемым удалением на уровне распада молекул мате-
риала позволяет сформировать сверхострую режущую кромку. Точность и стабильность размеров контролируются на наноуровне [2].
Успешные токсикологические, приемнотехнические, клинические испытания разработанных офтальмологических калиброванных микроскальпелей позволили получить Регистрационное удостоверение и разрешение Федеральной службы по надзору в сфере здравоохранения и социального развития к их серийному выпуску, а также сертификат соответствия Госстандарта России.
Технология электрохимического формообразования медицинских инструментов является перспективной и для других областей микрохирургии и общей хирургии, поскольку дает возможность получить острый и качественный инструмент любой формы с высокой точностью и повторяемостью при невысоких производственных затратах.
Заключение
Стремительное расширение спектра хирургических вмешательств и современные технологии лечения требуют создания принципиально новых моделей инструментов. На российском рынке медицинских инструментов преобладает в основном зарубежная продукция, которая имеет достаточно высокую стоимость. Согласно «Программе антикризисных мер Правительства Российской Федерации» здравоохранение является отраслью, имеющей огромный потенциал повышения внутреннего спроса. Разработка и внедрение инновационных отечественных инструментов, эффективных, безопасных, с надлежащим уровнем качества, отвечают задачам федеральной целевой программы «Развитие фармацевтической и медицинской промышленности Российской Федерации на период до 2020 года и дальнейшую перспективу».
Сведения об авторах статьи:
Азнабаев Булат Маратович - д.м.н., профессор, зав. кафедрой офтальмологии с курсом ИПО ГБОУ ВПО БГMУ Mhïï-здравсоцразвития России. Адрес: 450000, г. Уфа, Ленина, 3.
Мухамадеев Тимур Рафаэльевич - к.м.н., доцент кафедры офтальмологии с курсом ИПО ГБОУ ВПО БГMУ Mh^ здравсоцразвития России. E-mail: [email protected]. Адрес: 450000, г. Уфа, Ленина, 3.
ЛИТЕРАТУРА
1. Азнабаев Б.М., Абдрахманов Р.Р., Бараков В.Н. [и др.]. Способ электрохимического формообразования режущих кромок инструментов// Патент РФ на изобретение № 2355524. 2009. Бюл. № 14.
2. Азнабаев Б.М., Янбухтина З.Р., Бараков В.Н., Елагин Е.Ф., Мухамадеев Т.Р. Первый опыт применения нанотехнологий в офтальмохирургии. //Актуальные проблемы офтальмологии: материалы научно-практической конференции. -Уфа, 2009. - С. 834-838.
3. Альбиттер Д. Очерки истории хирургических инструментов// Новый хирургический архив. - [электр. журнал.] - 2001. - № 2. -http://www. surginet.info/nsa/ 1/2/ns01122.html
4. Горбань А.И., Джалиашвили О.А. Микрохирургия глаза: руководство для врачей. -Л.: Медицина, 1982. - 248 с.
5. Дидковский В.П., Шаргородская И.В. Перспективы развития хирургического офтальмологического инструментария// Украинский Медицинский Часопис. - 2007. - № 5 (61). - С. 125-129.
6. Малюгин Б.Э. Хирургия катаракты и интраокулярная коррекция: итоги и перспективы: тез. докл. 9-й съезд офтальмологов России: Тез. докл. М., 2010. - С. 192-195.
7. Руководство по глазной хирургии/ под ред. М.Л. Краснова, В.С. Беляева. - М.: Медицина, 1988. - 624 с.
8. Плитас П.С. Уход за медицинским инструментарием. - Киев: Здоров’я, 1968. - 92 с.
9. Семенов Г.М. Современные хирургические инструменты. -СПб.: Питер, 2006. - 352 с.
10. Трубилин В.Н. Современные возможности аппаратно-технологического обеспечения хирургии катаракты// Eyeworld Россия. -
2012. - № 5 (2). - С. 10-11.
11. Фёдоров И.В. Инструменты и оборудование для эндоскопической хирургии. - Казань: Папирус, 2011. - 144 с.
12. Ament C., Henderson B.A., Pineda II R. Surgical Blade: Design, Geometry, and Tissue Considerations. In: Essentials of cataract surgery. Ed.: Bonnie An Henderson. SLACK Incorporated, 2007. P. 147-155.
13. Angunawela R., Von Mohrenfels C.W., Marshall J. A new age of cataract surgery // Cataract & Refractive Surgery Today. - 2005. - № 5. - P. 36-38.
14. Belazzougui R., Monod S.D., Baudouin C, Labbe A. Architectural analysis of clear corneal incisions using Visante OCT in acute post-
operative endophthalmitis // J. Fr. Ophthalmol. - 2010. - Vol. 33. - № 1. - P. 10-15.
15. Bishu R.R., Calkins C., Lei X., Chin A. Effect of knife type and sharpness on cutting forces // Adv. Occupat. Ergon. Safety. - 1996. -Vol. 2. - P. 479-483.
16. Chee S.P., Ti S.E., Lim L., et al. Anterior segment optical coherence tomography evaluation of the integrity of clear corneal incisions: a comparison between 2.2-mm and 2.65-mm main incisions // Am. J. Ophthalmol. - 2010. Vol. 149. - № 5. - P. 768-776.
17. Daly R. Disposable blade dominance grows // EyeWorld. - 2010. - Vol. 15. - № 3. - P. 94.
18. Dupont-Monod S., Labbe A., Fayol N., et al. In vivo architectural analysis of clear corneal incisions using anterior segment optical co-
herence tomography // J. Cataract Refract. Surg. - 2009. - Vol. 35. - № 3. - P. 444-450.
19. Fine I.H., Hoffman R.S., Packer M. Profile of clear corneal cataract incisions demonstrated by ocular coherence tomography // J. Cataract Refract. Surg. - 2007. - Vol. 33. - № 1. - P. 94-97.
20. Global data on visual impairments 2010 / World Health Organization. Geneva: 2012. - P. 6.
21. Green M.A. Stab wound dynamics: a recording technique for use in medico-legal investigations // J. Forensic Sci. - 1978. - Vol. 18 (34). - P. 161-163.
22. Horgan T.J., Gilchrist M.D. The creation of three-dimensional finite element models for simulating head impact biomechanics // Int. J. Crashworthiness. - 2003. - Vol. 8(4). - P. 353-366.
23. Huebscher H.J., Gober G.J., Lommatzsch P.K. The sharpness of incision instruments in corneal tissue // Ophthal. Surg. - 1989. - Vol. 20.
- P. 120-123.
24. Kirkup J. The evolution of surgical instruments: an illustrated history from ancient times to the twentieth century. Norman Surgery Series, No.13. 2005. 517 p.
25. McCarthy C.T., Hussey M., Gilchrist M.D. On the sharpness of straight edge blades in cutting soft solids: Part I - indentation experi-
ments // Engineering Fracture Mechanics. - 2007. - Vol. 74, Issue 14. - P. 2205-2224.
26. McCarthy C.T., Annaidh A. Ni, Gilchrist M.D. On the sharpness of straight edge blades in cutting soft solids: Part II - Analysis of blade geometry // Engineering Fracture Mechanics. - 2010. - Vol. 77, Issue 3. - P. 437-451.
27. McDermott G. Maintaining diamond blades // Cataract & Refractive Surgery Today. - 2007. - № 6. - P. 89, 92.
28. McGannon P., Rubenstein J.B. HP Metal Blades: A review of the ClearCut HP and DupliCut HP models // Cataract & Refractive Sur-
gery Today. - 2007. - № 6 - P. 85-88, 92.
29. McGorry R.W., Dowd P.C., Dempsey P.G. Cutting moments and grip forces in meat cutting operations and the effect of knife sharpness // Appl. Ergon. -2003. - Vol. 34(4). - P. 375-382.
30. O’Callaghan P.T., Jones M.D., James D.S., et al. A biomechanical reconstruction of a wound caused by a glass shard: a case report // Forensic Sci. Int. - 2001. - Vol. 117(3). - P. 221-231.
31. Ochsner J. Surgical Knife // Texas Heart Institute Journal. - 2009. - Vol. 36(5). - P. 441-443.
32. Popowics T.E., Fortelius M. On the cutting edge: tooth blade sharpness in herbivorous and faunivorous mammals // Ann. Zool. Fennici.
- 1997. - Vol. 34. - P. 73-88.
33. Reilly G.A., McCormack B.A.O., Taylor D. Cutting sharpness measurement: a critical review // J. of Materials Processing Technology. -2004. - P. 153-154, 261-267.
34. Watkins F.H., London S.D., Neal J.G., et al. Biomechanical performance of cutting edge surgical needles // J. Emerg. Med. - 1997. -Vol. 15(5). - P. 679-685.
35. Yuan J.J., Zhou M., Dong S. Effect of diamond tool sharpness on minimum cutting thickness and cutting surface integrity in ultraprecision machining // J. Mater. Process. Tech. - 1996. - Vol. 62(4). - P. 327-330.
