автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Разработка и обоснование характеристик плазматрона косвенного действия для обработки биоткани

ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ НЕЙТИ И ГАЗА ИМЕНИ И.М.ГУШШ,

ГРИЦЕНКО Алла Алексеевна

УДК 621.ТЭГ.754-7551-615.849.19

РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ШАЗМАТРОНА КОСВЕННОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ ОБРАБОТКИ БИОТКАНИ

Специальность 05.03.06. - Технология, л

машины сварочного производства

Автореферат диссертации аа соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1992 г.

Работа выполнена в Государственной академии нефти и газа.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор СТВД10В О.И.

Официальные оппоненты: доктор технических наук

ВИНОГРАДОВ В.А., доктор медицинских наук, профессор Ступии И.В.

Ведущее предприятие: ВЮШАвтогенмаш

Защита состоятся " Я57 19э£ г. в часов

на заседании специализированного ученого Совета К053.27.07. по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук при Государственной академии нефти и газа имени И.М.Губкина по адресу: Н7917, г.Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 65.

С диссертацией; можно ознакомиться в библиотеке ГАНГ имени И.М.Губкина.

Автореферат разослан 199-2 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ специализированного Совета

кандидат технических наук

ОЩАЯ ХАРАШРИСТИКА РАБОТУ

Актуальность работа. Одной из важнейших проблем в хирургии является остановка кровотечения при проведении операций. Возникающее при рассечении живых тканей кровотечение ухудшает обзор операционного поля, снижает точность в работе хирурга и часто, вннуздаэт прибегать к сложным и непряшм методам хирургических вмепательств. Обширное кровотечение может привести к серьезному обескровливании организма и даже смерти. Установлено, что примерно 85$ временя, затрачиваемого т операцию, уходит на борьбу с кровотечением. Особенно остро стоит эта задача при рассечении тканей, содержащих большое количество кровеносных сосудов, таких как печень, селезенка, почка, легкие. Достижение гемостаза (остановки кровотечения) б них весьма затруднительно без применения. специальных средств, а такой оргш, как селезенка, даже при незначительных повреждении приходится удалять ввиду невозможности остановки кровотечения.

В настояшее время с целью уменьшения кровопотери при проведении хирургических операций использувт прлой ряд технических средств: электрокоагршция, криохирургия, ультразвуковой и лазерный скальпели. Однако они имеет ряд недостатков. Основным недостатком при эяектрокоагуляцяи и в криохирургии являются значительная глубина омертвления ткани и невозможность контроля за ней во время операций. Применение ультразвукового и лазерного скальпелей характеризуется низкой производительность:!) процесса.

Наиболее эффективно в последнее время применение для остановки кровотечения энергии высокотемпературной плазменной струи. Такой источник с высокой концентрацией энергии позволяет быстро и надежно коагулировать (заваривать) кровеносные сосуда диаметром до 3 ш и обеспечивать малую глубину травматязацаи ткани.

Однако, существующие медицинские микроплазменные устройства не полностьв соответствуют медико-биологическим требованиям. Наиболее паяно им удовлетворяет установка типа СУПР-М, которая позволяет одновременно рассекать ткани на глубину до 10 мы и коагулировать сосуды диаметром до 6 км. Недостатком данного устройства является неустойчивое горение дуги в канале сопла при малых расходах плазмообразувщего газа, необходимых для медицины. При проведении операций на органах большой толщины, например, печени, недостаточной является глубина прорезания ткани. Не исследованы возможности применения генерируемой мяяропяазмен-

ной струи в таких областях медицины, как онкология, физиотерапия.

Актуальность данной работы состоит в создании высокопроизводительной, надежной медицинской установки многоцелевого назначения и разработке оптимальных режимов обработки биологических тканей и проведения бескровных хирургических операций.

Целью работы является обеспечение требуемого медико-биоло-гаческого воздействия шшроплазмеикой струи на биоткань.

Основными задачами, которые при этом должны быть решены, являются:

- анализ различных способов получения микрошазменных струй и обоснование оптимальной конструкции плазмотрона для применения в медицине;

- определение параметров конструкции плазмотрона, обеспечивающих получение устойчиво горящей дуги без продуктов разрушения катода и аяода при малых расходах плазмообразуодего газа;

- исследование влияния конструкции плазмотрона и технологических параметров на эффективность воздействия микроплазменной струи на биоткань;

- исследование физических свойств микроплазменной струи при различных технологических режимах;

- оптимизация процесса микроплазменной резки и коагуляции: биоткани с учетом комплексного влияния технологических и конструкционных параметров; .

- разработка рекомендаций по выбору необходимых режимов при различных требованиях к воздействию на биоткань.

Научная новизна работы.

1. Установлены условия устойчивого горения дуги без продуктов разрушения катода и анода, обеспечивающие стабильное протекание процесса при малых расходах плазмообразувдзго газа в медицинском микроплазменном плазмотроне косвенного действия, основными из которых является применение требуемых величин диаметра катодного торца, вылета электрода и размеров камеры горения дуги, внбЕфаемих в зависимости от рабочего тока.

2. На основании исследования эяергетичвских и кинетических характеристик микроплазменной струи и оптимизации процесса ее воздействия на биоткань установлены соотношения между основными конструкционными параметрами плазмотрона косвенного действия в

зависимости от технологических режимов, обеспечивание максимально эффективность резки и наиболее энергетически выгодный режим работы.

3. Исходя из медяк о-биологических требований определены основные параметры конструкция плазмотрона и технология воздействия микроддазданзой струи на различнаа биоткани, позволяющие получить необходимый уровень их обработки при заданных показателях.

Практическая значимость работы и реализация результатов:

- установленияэ соотношения между конструкционными параметрами плазмотрона в зависимости от рабочих режимов позволили рассчитать основные элементы конструкции плазмотрона различной мощности для требуемого рода воздействия на биоткань а изготовить набор сменных сопел к установке СЖР-М, который входит в комплект к плазмотрону;.

- разработали рекомендации по выбору регимов резки и коагуляции различных тканей, в результате чего скорость рассечения тканей повышена в 2 раза, глубина реза увеличена в 1,5 раза;

- разработано руководство по применению микроплазменной установки в онкологии для иссечения опухолей и в физиотерапии для обработки рая.

Адообация работа. Основные положения диссертационной работы докладывались на:

- научном семинаре зо Всесоюзном научно-исследовательском и испытательном институте медицинской техники, 1987 г.;

- научном семинаре в Государственной академии нести и газа им.И.М.Губкина, 1991 г.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из четырех глаз, содержит /¿)6 страниц машинописного текста, 2. рисунков, С таблиц. Список использованной литературы включает //.5" наименований.

СОДЕЕШШ РАБОТЫ

В первой главе обоснована актуальность проблемы, дан анализ существующих, технических средств, направленных на уменьшение кровопотэри при проведении хирургических операций, в котором

отражены их достоинства и недостатки. Сделан обзор способов и устройств получения шшроплазиеншгх струй для медицины. Показаны преимущества плазменного скальпеля перед другими термическими инструментами для остановки кровотечения цри рассечении тканей. Сформулированы медико-бпологича ские требования к воздействии ыикроплазмэнной: струи на биоткани. Они заключаются в следующем:

- быстрое, эффективное рассечение и коагулянта биоткани с малой зоной травматазации;

- получение "чистой плазмы" без продуктов разрушения катода к анода;

- получение высокоустойчивой и стабильной ыикропяазыенной струи;

- минимальная вероятность появления газовой эмболии (насыщения крови газом);

- низкая вероятность поражения неодерируемах органов тепловым факелом.

Исходя из этого, установлено, что медицинская шкроплазшнная. установка дояква обеспечивать получение устойчивой, стабильно горящей дуги при низких давлениях к расходах плазмообразуицего газа, с высокой мощностью и концентрацией плазш в струе и высокой стойкостью катода и анода.

Из существувщих в настоящее время устройств наиболее полно удовлетворяет требованиям медицины плазмотрон установки СШР-М, разработанный на Смоленском авиационном заЕоде. Схема плазмотрона показана на рис.1. Были проанализированы недостатки зтого устройства, а таяло определена возможность расширения области его применения для различного рода воздействия на тканк и на основании зтого проведено обоснование целей и задач исследования.

Вторая глава посвящена определению факторов, обеспечявададх получение устойчивой, стабильно горящей дуги без продуктов разрушения катода и анода в медицинском плазмотроне косвенного действия при малых расходах плазшобразуюцего газа.

Учитывая, что свойства и параметры плазменной струи б значительной степени зависят ст свойств нлазмообразувдзго газа, в главе проведен анализ физико-химических и энергетических свойств различных нлазыообразувдих сред. Елазмообразувдий газ должен обеспечивать наибольиув удельную тешмвуо мощность при заданном расходе и затраченной электрической энергии, а такке позволять концентрировать полученную энергию в тонкий плазменный шнур и сосредотачивать ее на минимальном участке поверхности разрезаемого материала. Различное 4

поведение газов в электродуговом разряда связано со степенью их диссоциация я ионизации, с напрякенностыо электромагнитного поля плазменной дуги, с теплосодержанием и теплопроводностью плазма. На основании проведанного анализа, а такае рассматривая возможность использования газа для. резки биоткани и учитывая надежность работы электрода и сопла плазмотрона, технологические особенности процесса, обоснован выбор гелия в качестве рабочего газа для медицинской установки.

Установлено, что для эффективной резки биоткани необходима мощность дуги не менее 1,5 кВт. Повышение рабочего тока на дуге в микрошгазмзнных установках ограничено в связи с резким уменьшением стойкости сопла при превышении допустимой плотности тока на аноде. Рассмотренн способы снижения теплового потока в анод, что необходимо для предотвращения быстрого разрушения сопла. Для выбора наиболее приемлемого для данной конструкции сопла (рис.1) проведено исследование характера гсралия дуги на аноде. Установлено, что в мшсроплазманном плазмотроне косвенного действия малого тока в гелии существует диффузионная привязка дуги к аноду. Такой характер дуги на аноде возможен при высоких температурах плаз та и малых величинах толщина пограничного слоя вблизи поверхности электрода и обеспечивается свойствами выбранного шхазмообразухюего газа. В этом случае тояоперенос в анодной области определяется главным образом процессами диффузии и дрейфа электронов через пограничный слой, а отвод тока осуществляется с кольцевой поверхности камеры горения сопла плазмотрона. Площадь поверхности токо-отвода , где О* - диаметр камеры горения дуги,

- ширина кольщзвой дадзрузной области, значительно больше площади анодного пятна в случая контрактованного разряда. Таким образом, сяшение плотности тока на аяодэ и удельного теплового потока в сопло обеспечено увеличением поверхности токоотвода при диффузионном характере горения дуги на анода. Учитывая большую теплопроводность гелия, которая дает низкий температурный градиент по радиусу столба и весьма высокое внутреннее давление, что обеспечивает сферическую форму гелиевой дуги, диаметр камеры горения дуги может быть значительным без потери устойчивости дуги в канале. Применение в конструкции сопла камеры горения большого диаметра обеспечило увеличение объема нагреваемого газа, увеличение плошада охлаждаемой поверхности, повышение шюдади зовы диффузионной привязки и сяигоние плотности топа на анода и удельного

теплового потока в него.

Получение узкой струи, необходимой при резке биоткани и увеличение концентрации энергии на выходе из сопла обеспечено наличием выходного канала формирования плазменной струи с диаметром меньшим, чем диаметр камеры горения.

Для определения необходимых размеров дуговой камеры сопла плазмотрона, обеспечивавдих устойчивое горение дуги без разрушения сопла для различных значений рабочего тока бшю проведено измерение плотности тока на аноде. В результате исследований установлено, что при повышении тока в дуге с диффузионной привязкой к аноду происходит увеличение площади анодной зоны дуги. При постоянном диаметре камеры горения дуги площадь увеличивается за счет роста ширины зоны анодной привязки "Ц , дуга заполняет камеру, исчезает подвижность анодной зоны при изменении давления рабочего газа по длине камеры горения. При дальнейшем увеличении тока происходит рост его плотности ( ) и при повышении больше допустимой происходит испарение материала анода и его разрушение. Определено, что при изменении параметров режимов для сохранения устойчивого горения дуги без разрушения сопла необходимо пропорционально менять размеры (диаметр 0*. и дошну 1_к ) камеры горения дуги по установленным зависимостям:

Полученные зависимости использованы для расчета сопел разной мощности, необходимых при различного рода воздействии ка биологические ткани.

При исследовании характера горения дуги на катоде установлено, что в данном случае имеет место дуга с катодным пятном к токоперенос в принатодной области осуществляется главным образом поступающими из плазмы положительными ионами. Установлено, что для устойчивого горения дуги, равномерно распределенной по кольцевой поверхности дуговой камеры, необходимо стационарное положение катодного пятна на поверхности электрода и точное центрирование его оси с осью камеры горения. Для определения условий стационарного положения катодного пятна исследовано горение дуги при различной заточке электрода. При острозалравленном электроде горение дуги устойчиво, однако быстро происходит разрушение катода, при этом на его конце образуется площадка, диаметр которой равен диаметру катодного пятна. При плоском торце электрода горе-

(1)

(2)

ние дуги неустойчиво, что объясняется перемещением катодного пятна по торцу электрода (и, следовательно, анодной зоны по поверхности камеры горения дуги), площадь которого меньше площади катодного торца. Таким образом, установлено, что для устойчивого горения дуги с минимальным разрушением катода при малых расходах плазмообразущего газа необходимо выполнять торец электрода, площадь которого равна площади катодного пятна. По допустимой плотности тока на катоде определено значение диамзт-ра катодного торца в зависимости от рабочего тока:

0^=0,112-VI (3)

Проведенные экспериментальные исследования по определении границ устойчивости горения дуги при различных диаметрах торца электрода подтвердили данное соотношение.

В третьей главе исследовано влияние конструктивных и технологических параметров плазмотрона на эффективность воздействия микроплазменной струи на биоткань. В случае рассечения биологических тканей эффективность характеризовалась как максимальная глубина реза И при небольшой его старше Ь , получаемая со скоростью резки, обеспечивавшей надежнуп коагуляции сосудов.

Исследование характеристик реза в зависимости от конструкционных параметров плазмотрона проводились на имитаторе биоткани - сырой древесине лиственных пород, как обеспечивающей наибольшее соответствие цри измерениях глубины и ширины реза с предварительно установленными на живых биологических тканях скоростями резки. Проведение исследований на заменителе биоткани дало возможность наглядно представить изменение длины (В) и ширины (Н) вредного теплового факела, травмирующего поверхность неоперируемых тканей по величине теплового следа на нем. Основные геометрические характеристики реза и теплового следа представлены на рис.2. Характер изменения геометрических размеров реза и теплового факела в зависимости от режима резки показан на рис.3.

Обжатие плазмы в канале сопла увеличивает ее температуру, концентрацию энергии, уменьшает диаметр струн и стабилизирует ее, придавая строго определеннуп геометрическуа форму. Оптимальная величина, обжатия микроплазменной струи Ок/с1к при переходе из камеры горения дуги диаметром в канал формирова-

ния плазменной струи ( U к ) определялась в случае достижения максимальной глубины раза без потери стабильности истечения струи и увеличения ширины реза к оказалась равной Dr/gIk. =2,5. При этом установлена оптимальная величина выходного диаметра сопла в зависимости от рабочего тока дуги:

0,4. DK« 0,123'VT Ш

Полученное соотношение позволяет определить необходимый диаметр енходного канала сопла, обеспечивающий максимальную эффективность резки. Было определено, оптимальное давление плаз-мообразуицего газа для достижения наибольшей глубины резни. При этом отмечено, что при повышении давления газа больше оптимального увеличения глубины реза не происходит, а ширина реза начинает интенсивно расти (рис.3).

Измерение глубины реза в зависимости от рабочего давления газа при различных значениях длины камеры горения дуги показало, что для каждого определенного звачения существует давление плазмообразущего газа, при котором глубина реза максимальна. Также установлены значения длинн камеры горения дуги L^ и канала формирования плазменной струи 1 к , обеспечивающие максимальнув глубину раза при оптимальном давлении шгазмообра-зуюцего газа:

LK= 1,6« DK =-0,515VÏ (5)

lK=4.dtc = 0,515 Vï (6)

Б ходе исследований; было определено, что вылет электрода в значительной степени влияет на величину вредного теплового факела, травшрупцего Ееопзраруемые ткани, а также на глубину реза, и найдена оптикальная величина вылета, равиая

1Ь= (0,5-1,0)-dK (7)

Установленные зависимости между конструкционными параметрами плазмотрона позволяют рассчитать его основные элементы, обеспечивающие получение дуги различной мощности.

Учитывая необходимость получения струи заданных свойств, определяемых родом воздействия на биоткань, было исследовано влияние режимов резки на основные энергетические (эффективная мощность, температура) и кинетические (давление и скорость газа) характеристики микроплазменной струи.

Эффективная та иловая мощнооть плазменной струи определялась методом калориметрирования. В результате измерения эффективной мощности при различных рабочих давлениях плазмообразухсгэго газа установлено, что увеличение давления газа при небольших его расходах приводит к повышении мощности. При значительных расходах газа эффективная мощность изменяется мало. Такке был определен тепловой код плазмотрона в зависимости от расхода ллазмэобразую-щего газа. Замедление роста кпд при увеличении расхода газа более оптимального объясняется снижением температуры плазмы при охгак-дении ее избыточным потоком холодного неионизированного газа. В результате был установлен оптимальный расход (давление) плазко-образухщего газа, обеспечюающкй наиболее энергетически выгодный ренлм работы плазмотрона, с максимальной эффективность» воздеЗ-ствкя. Увеличение расстояния между соплом и обрабатываемой; поверхностью снижает эффективную мощность струи вследствие возрастания потерь энергии в результате конвективного тешгообнена плазменного потока с окруяающэй средой. Конвективные потери возрастают при турбулентном истечении струи из сопла.

Определение температуры в струе плазмы проводили ыагодом измерения относительной интенсивности спектральных линей. Исследование осевого и радиального распределения температур шшрошаз-меннсй струи показало, что высокая температура, достаточная дая эффективного рассечения биоткани, сохраняется на значительном расстоянии (1ср~"20 мм) .от среза сопла и интенсивно "убывает го радиусу струи, что позволяет получить длинную узкую струз, необходимую для применения в хирургии. Отмечено, что в рассматриваема условиях в струе гелиззой плазмы интенсивность убывания температуры существенно нике, чем в аргоне. Благодаря этому гелзэвая струя имеет большую даяну к, соответственно, глубину црорезанта. Большой радиальный, градиент теьяератур в струе обеспечиваем получение '.алой зоны термической тразматизации биоткани. "Устанозлзяы такие оптимальные режимы работы плазмотрона, которые являются наиболее выгодными с энергетической точки зрения.

Оптимальное давление микроплазменкой струи определялось с учетом обеспечения максимальной глубины прорезания и ограничения расхода плазмообразухщего газа для предотвращения появления газовой эмболии (насыщения крови газом) и измерялось с помочь» дифференциального манометра. Измерение скорости истечения шгазма в струе позволило установить оптимальное рабочее давление пяазда-

образующего газа с цельи ограничения величины вредного теплового факела, травмирупцего наоперируемые органы.

Установленные конструкционные и технологические параметры обеспечивает получение струи заданных свойств с требуемым медико-биологическим воздействием на ткани при их рассечении.

Чотвертая глава посвящена исследовании конструкционных и технологических параметров мшгроплазменного медицинского устройства мнокщалевого назначения для получения струи требуемых характеристик к разработке рекомендаций по плазменной обработке различных биотканей.

Применение шазш ъ различиях областях медицины (традиционная хирургия, онкология, физиотерапия) требует получения плазменной струи, обладающей необходимыми, заранее заданными свойствами в зависимости от рода воздействия (коагуляция, резка, испарение, облучение) и вида ткани. Наличие большого числа факторов, как технологических, так и конструкционных, влияющих на характеристики струи, вызывает необходимость применения при исследовании статистических методов планирования и обработки эксперимента.

Проведанные ранее однофакторнне эксперименты и полученные данные показали, что на характеристики процесса резки влияет в значительной степени как конструкция плазмотрона, так и технологические рехимы резки. К факторам, оказывавднм наибольшее влияние на характеристики струи, относятся величина силы тока I, рабочее давление плазмообразушщего газа Рг , диаметр выходного канала сопла и площадь поперечного сечения каналов подачи

газа, находящихся в цднге. Основные уровни и интервалы варьирования факторов были определены в диапазоне допустимых значений гз условия получения устойчивой, стабильно горящей дуга. Ври планировании эксперимента к факторам предъявляются определенные требования. Факторы должны быть управляемыми, однозначными, совыасти-шш и независимыми. Предварительно были проведены эксперименты, необходимые для выявления их влияния на характеристики струи и подтвердивши предъявляемых к ним требований. В ходе эксперимента было выяснено, что, во-первых, действие отдельных факторов на шлучевзз струи с заданными свойствами носят нелинейный характер и, во-вгорых, площадь поперечного сечения газовых каналов цанги жоредирует с диаметром канала сопла, и поэтому не является независимый фактором. Установлено, что площадь газовых каналов опре-

деляется из конструкционных размеров плазмотрона но формуле

Бц = 3- С1 к + 0,4 (8)

В соответствии с теорией планирования мяогофакторного эксперимента, необходимо строить трехфакторную нелинейную модель, учитывающую смешанные оценки влияния отдельных факторов, а также линейность отдельных из них. Исходя из этого для проведения эксперимента был выбран насыщенный план Хартли. По плану эксперимента выполнена рззка на заданных рзяимах при необходимых размерах конструкции-плазмотрона и измерены глубина и шрина реза. После статистической обработки результатов иногофакгор-ного эксперимента, с учетом значимости коэффициентов, были получены следущие регрессионные уравнения:

Ь = - 21,89+ 0,364*■ I * * б, 0-1 • Рг -V- 48, Ъ\'й к+ О,203Б-1 • Рг --013274-1-с«к+4,283'РНк-'14,7б- Рга (д)

Ь= -5,434+0,075-1+0,8036-Рг-ь2,735-ак -

-о^зБ^х^к-^гб-Рг^к+^дг-рр3 . сю)

В результате критериальной проверки было подтверждено, что полученные модели являются адекватными, а все коэффициенты значимы. Проведенные исследования позволили установить степень влияния технологических и конструкционных параметров плазмотрона на прорезащую способность струи и ширину реза. Расчетнне и экспериментальные данные имеют хорошую сходимость, что подтверздает возможность применения расчетной модели для выбора параметров плазменной обработки различных тканей. По заданным характеристикам микроплазменной струи путем оптимизации регрессионных моделей определялись значения параметров (тон, давление газа, диаметр канала сопла), обеспечивающих предъявляемые требования. Решение задачи оптимизации проводилось с использованием ПЭЕМ.

На основании полученных результатов предложены рекомендации по выбору технологических и конструкционных параметров для различного рода воздействия на биологические ткани. Разработан комплект сменных сопел для проведения хирургических операций на тканях различной плотности и структуры. С учетом рекомендаций выбраны сопла и режимы, а также проведены исследования по изме-

рения глубины, скорости разки и величины зоны некроза для различных тааноЁ.

Саэрадиа проводились на специально подготовленных животных. Хирургические вмешательства на органы бршной полости выполнялись через верхне-сроданный доступ. Опытным путем было установлено, что наиболее эффективным при резке ткани является воздействие на нее плазменной струей под углом 3(^-50°к направлении перемещения плазмотрона, что позволяет легко выдувать продукты испарения и разложения биоткани в сюрову образовавшегося реза и предотвращает разбрызгивание крови.

Одним из основных требований, предъявляемых хирургами, было увеличение глубины разки ткани печени, которая имеет толщину до 40 т. В результате использования разработанного сопла и установленных технологических режимов глубина резки печени была увеличена в 1,5 раза, а скорость резки - в 2 раза. Ери резке легкого установлено, что гонкая струн плазмы легко рассекает легочную кань и вызывает незначительное ее разрушение в зоне воздействия. При этом выявлен ярко выраженный эффект "заваривания" сосудов, обеспечивазщйй остановку кровотечения со стойким гемостазоа и надежный аэростаз. Для ткани легкого скорость разки также была увеличена в 2 раза. При цроведениа операций на стенках кишечника и желудке достигнуто уменьшение зоны некроза (поврездеши клеток), •что предотвращает образование, грубых рубцов и спаек, отрицательно влияющих на дальнейшее функционирование органа.

1!акро- и макроскопические исследования раневых поверхностей биотканей показали, что процесс гемостаза.под действием высокотемпературной плазменной струи заключается в локальном уплотнении к деформации тканей в зоне воздействия с сужением просвета сосудов, образованием плотного коагуляционного струпа и формированием вяутрпсосудистых тромбов.

В некоторых случаях при пересечении крупных сосудов диаметром более 4 мм требуется их дополнительная коагуляция. Установлено, что наиболее эффективно ее проводить струей небольшой длины, при минимальном давлении рабочего газа и малом токе, во избежание отрава коагуляционного струпа.

При гсаользованип мштролиазмонной струи в онкологии для испарзния опухолой устранена необходимость предварительной био-

хшичаской обработки новообразований и предотвращено распространение метастаз в здоровую ткань во время операций. Отмеченное бактерицидное действие плазменной струи позволило применить плазменную установку в физиотерапии. Применение потока плазма с заданными параметрами в физиотерапии позволило значительно сократить срок заживления гнойных, долгонезаживащкх рая.

Данная: работа позволила получить микроплазменнув струи, воздействие которой на ткани максимально удовлетворяет медкко-биологичоским требованиям, повысить эффективность обработки биоткани, а также с успехом применить энергию плазмы в различных областях медицины.

обще вывода

Г. Установлено, что для получения устойчивой, стабильно горящей дуги без продуктов разрушили катода и анода в кздшцш-ском плазмотроне косвенного действия при малых расходах плазмо-образуащого газа диаметр катодного торца необходшо шбирать из условия равенства его площади и площади катодного пятна и в зависимости от тока дуги.

2. Определены соотношения медду основными параметрами конструкции плазмотрона, обеспечивавшими иаксзмальнуя эффективность резка, а такад установлены зависимости, позволяющие рассчитать внутренние размеры сома плазмотрона от рабочего тока дуги, и вилот электрода из условия обеспечения максимальной глубины реза при минимальном вредном тепловом воздействия.

3. По результатам исследования эффективной тепловой мощности и температуры плазменной струи: Еа различных режимах работы плазмотрона найдены оптимальные значения тока и давления шазмообразую-щего газа, соответствующие наиболее энергетически выгодному рени-му работы плазмотрона с максимальным тепловым Кпд.

4. Исследования давления и скорости газа в микроалазкэяной струе позволили определить область опгиыатьннх pe.sra.ioB, обеспечивающих по киЕотическим условиям максимальную глубину прорезания без появления газовой эмболии.

5. С помощью статистических методов планирования и обработки эксперимента установлено, что определяющее влияние на характеристики струи оказывают ток, давление газа и диаметр канала сопла.

При оптимизации процесса микроплазмвнной обработки определены значения этих параметров для воздействия на различного рода биоткани и экспериментально доказано, что получаемая ыикро-плазменная стру* соответствует требованиям медицина.

6. Разработаны технологические рекомендации по применению мшсроялазмонного устройства в медицине при различных видах обработки биологических тканей и комплект сменных сопел к плазмотрону, обеспечивающих многофункциональное применение установки в хирургии, онкологии, физиотерапии с максимальной зфйэктивностыэ.

По теме диссертации опубликована работы:

1. К вопросу развития плазменной хирургии и некоторые аспекты ее клинического применения/Морозов Ю.И., Козлов Н.Б., Береснева (Гриценко) A.A. и др.//Приборы, инструменты и аппараты для хирургии : Тр. БШШЭДТ. - 1987. - К 4. - с.4-8.

2. Об экологической значимости нового дшзико-терапевгиче-ского фактора низкотемпературной гелиевой плазмы/Клименко К.И., Катании Е.И., Гриценко A.A. и др.//Сагатарно-экслогичэскиа проблемы Нечерноземья и здоровья населения : Материалы научно-практической конференции, - Смоленск ,1991. - с. 93-94.

Рис.1. .Конструкция плазмотрона установки СУПР-И:

I - цанга; 2 - каналы подачи газа; 3 - электрод*, 4 - камера горения дуги; 5 - канал формирования струи.

Pire. 2, Га оке трете окна характеристики: раза и теплового следа.

ЬДНД 30

мм

20 -но -

dK= 1,0 мм D* I:

0,2

0,6

1,0 Ро40 Пд

Рас.З. Влияние технологических параметров на эффективность воздействия жигаоплгзмекно'й струи.