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

ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ НЕ5ТИ И ГАЗА ШШИ И.М.ГУБКИНА

ГРИЦЕНКО Алла Алексеевна

УДК 621.791.754-755+615.849.19

РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПЛАЗМАТРОНД КОСВЕННОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ ОБРАБОТКИ БИОТКАНИ

Специальность 05.03.05. - Технология.и

малины сварочного производства

Автореферат диссертаций на соискание ученой стенена кандидата технических наук

Москва 1992 г.

Работа выполнена в Государственной академии нефти к газа.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор СТЕК10Б О.И.

Официальные оппоненты: доктор технических наук

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

Ведущее предприятие: ШЖАвтогенмаш

Защита состоится "26" г. в & часов

на заседании специализированного ученого Совета К053.27.07. по защите диссертаций на соискание ученой степени кандвдата технических наук при Государственной академии нефти и газа имени И.М.Губкина по адресу: II79I7, г.Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 65.

С диссертацией могло ознакомиться в библиотеке ГАНГ имени И. М.Губкина.

Автореферат разослан «2J* Л1ч£ард 19э£ г.

УШШ СЕКРЕТАРЬ специализированного Совета

кандидат технических наук

.* с ....!. Отдал диссертаций

ОВЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАКШ

Акту&льнооть работа. Одной из важнейших проблем в хирургии является остановка кровотечения при проведении операций. Возникающее при рассечении живых тканей кровотечение ухудшает обзор операционного поля, сникает точность в работе хирурга и часто, вкнуздает прибегать к сложным и непрямым мэтодам хирургических гмепатвяьств. Обширное кровотечение может привести к серьезному обескровливанию организма и даге смерти. Установлено, что примерно 85% времени, затрачиваемого р.а операции, 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) в них весьма затруднительно без применения. специальных средств, а такой орган, как селезенка, даге при незначительных повреждениях приходится удалять вввду невозможности остановки кровотечения.

В настоящее время с целью уменьшения кровопотери при проведении хирургических операций используют целый ряд технических средств: злектрокоагрщция, криохирургия, ультразвуковой и лазерный скальпели. Однако они имеют ряд недостатков. Основным недостатком при электроноагуляцш! а в криохирургии являются значительная глубина омертвления ткани и невозможность контроля за ней во время операций. Применение ультразвукового и лазерного скальпелей характеризуется низкой производительностью процесса.

Наиболее эффективно в последнее время применение дая 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 травматизацш ткани.

Однако, существующие медицинские ыикроплазшнные устройства не полностьа соответствуют медико-биологическим требованиям. Наиболее полно им удовлетворяет установка тала СЛ1Р-М, которая позволяет одновременно рассекать ткани на глубину до 10 мм и коагулировать сосуды диаметром до 6 ш. Недостатком данного устройства является неустойчивое горение дуги в канале сопла при малых расходах плазмообразующего газа, необходимых для медицины. При проведении: операций на органах большой толщины, например, печени, недостаточной является глубина прорезания ткани. Не исследованы возможности применения генерируемой шгкроштзман-

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

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

Целыз работы является обеспечение требуемого ыедано-биодо-пгческого воздействия мккрошшзменной струи на биоткань,

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

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

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

- исследование влияния конструкции плазмотрона и технологических парше г ров на эффективность воздействия микрошгазменной струи на биоткань;

- исследование физических свойств микроплазменной струи при различных технологических режимах;

- оптимизация процесса микрошазменной 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 баз продуктов разрушения катода и анода, обеспечивающие стабильное протекание процесса при малых расходах плазмообразувдего газа в медицинском игнроплазменном плазмотрона косвенного действия, основными из которых является применение требуемых величин диаметра катодного торца, вылета электрода и размеров камеры горения дуги, выбираемых в зависимости от рабочего тока.

2. На основании исследования энергетических 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 максимальную эффективность разки и наиболее энергетически выгодный режим работа.

3. Исходя из шдино-биологаческих требований определены основные параметры конструкция плазмотрона и технология воздействия минроплазмешой струи на раэлдгшыэ биоткани, позвашощае получить необходимый уровень их обработки при заданных показателях.

Практическая значимость работы и реализация результатов:

- установленные соотношения между конструкционными параметрами плазмотрона в зависимости от рабочих режимов позволили рассчитать основные элементы конструкции плазмотрона различной мощности для требуемого рода воздействия на биоткань и изготовить набор сменных сопел к установка СШР-nM, который зходит в комплект к плазмотрону;.

- разработаны рекомендации по выбору режимов 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 применении микроплазменной установки в онкологии для иссечения опухолей и в физиотерапии для обработки ран.

Апробадия работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на:

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

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

Структура и объе?л работы. Диссертация состоит из четырех глав, содержат /ОС страниц машинописного текста, ри-

сунков, ê таблиц. Список использованной литературы включает //& наименований.

СОДЕЕШИЕ РАБОТЫ

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

отражены юс достоинства и недостатка. Сделан обзор способов и устройств получении шшронлазманшсс струй для медицины. Показаны преимущества плазменного скальпеля перед другими термическими инструментами для остановки кровотечения при рассечении тканей. Сформулированы ыадаяо-биодогичаскиа требования к воздействии микроплазменной струя на биоткани. Они заключаются в следующем:

- быстрое, эффективное рассечение и коагуляция биоткани с малой зоной травматизацни;

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

- получение высокоустойчивой и стабильной шкропдазмекной струи;

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

- низкая вероятность поражения несперируешх органов тепловым факелом.

Исходя из этого, установлено, что медицинская шысрошсазменкая установка долнна обеспечивать получение устойчивой, стабильно горящей дуги при низких давлениях и расходах плазмообразунцэго газа, с высокой мощность» и концентрацией плазма в струе и высокой стойкостью катода д анода.

Из существующих в настоящее время устройств наиболее полно удовлетворяет требованиям медщины плазмотрон установки СШР-М, разработанный на Смоленском авиационном заводе. Схема плазмотрона показана на рис.1. Были проанализированы недостатки этого устройства, а такие определена возможность расширения области его применения для различного рода воздействия на тяани и на основании этого проведено обоснование целей и задач исслэдоЕания-

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

Учитывая, что свойства и параметры плазменной струи в значительной степени зависят ст свойств няазмообразувдего газа, в главе проведен анализ физико-хвмическкх и энергетических свойств различных плазмообразуицих сред. Плазшобразукций газ должен обеспечивать наибольшую уделъну» тепловую мощность при заданном расходе и затраченной электрической энергии, а также позволять концентрировать полученную энергии в тонкий плазменный шнур и сосредотачивать ее на минимальном участке поверхности разрезаемого материала. Различное 4

поведение газов в элентродуговом разряда связано со степени ах диссоциация и ионизации, с вапряаешость» электромагнитного поля 4 -.. плазменной дуги, с тешгосодврзанием и теплопроводностью плазмн. На основании проведенного анализа, а таете 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 микроплазменных установках ограничено в связи с резким уменьшением стойкости сопла при превышении допустимой плотности тона на анодеРассмотрены способы снизения теплового потока в анод, что необходимо для предотвращения быстрого разрушения сопла. Для выбора наиболее приемлемого для данной конструкции сопла (рис.1) проведено исследование характера горения дуги на аноде. Установлено, что в микроплазменном плазмотроне косвенного действия малого тока в гелии существует диффузионная привязка дута к аноду. Такой характер дуги на аноде возможен при высоких температурах плазмы и малых величинах толщина пограничного слоя вблизи поверхности электрода и обеспечивается свойствами выбранного плазмообразупцего газа. В этом случае токоперенос 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 Фа^ЗГ-О*;!* , где О к - диаметр камеры горения дуги,

- ширина кольцевой диффузной области, значительно больше площади анодного пятна в случае контрагироваяного разряда. Таким образом, сниявние плотности тока на аноде и удельного теплового потока в сопло обеспечено увеличением поверхности токоотвода при диффузионном характере горения дуги на аноде. 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 площади охлаждаемой поверхности, повышение шгогапи зоны двфру-зионной привязки и сяигоние плотности тогса на аноде и удельного

теплового потока в него.

Получение узкой струи, необходимой при резке биоткании увеличение концентрации энергии ка внхода из сопла обеспечено наличием выходного канала формирования; плазменной струи с диаметром меньшим, чем диаметр камеры горения.

Для определения необходимых размеров дуговой каыорн сопла плазмотрона, обеспечивающих устойчивое горение дуги без разрушения сопла для различных значений рабочего тока было проведено измерение плотности тока ка аноде. В результате исследований установлено, что при повышении тока в дуге с диффузионной привязкой к аноду происходит увеличение площади анодной зоны дута. При постоянном диаметре камеры горения дуги площадь увшитавается за счет роста ширины зоны анодной привязки , 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 дик сохранения устойчивого горения дуги без разрушения сопла необходимо цропорционально менять размеры (диаметр О*. и длину 1_к, ) камеры горения дуги по установленным зависимостям:

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

При исследовании характера горения дуги на катоде установлено, что в данном случае имеет место дуга с катодным пятном и токоперенос в прикатодной 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 острозаправяенном электроде горение дуга устойчиво, однако быстро происходит разрушение катода, при этом на его конце образуется площадка, диаметр которой равен диаметру катодного пятна. При плоском торце электрода горе-

к ~

(1)

(2)

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

с!кт= 0,112-Vl (3)

Проведенные экспериментальные исследования до 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 раза h при небольшой его ширине Ь , получаемая со скоросгьа резки, обеспечивающей надеяную коагуляции сосудов.

Исследование характеристик раза в зависимости ст конструкционных параметров плазмотрона проводились на имитаторе биоткани - сырой древесине лиственных пород, как обеспечивающей наибольшее соответствие при измерениях глубины ж ширины реза с предварительно установленными на живых биологических тканях скоростями резки. Проведение исследований на заменителе биоткани дало возможность наглядно- представить изменение дайны (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 рие.З.

Обжатие плазмы в канале согша увеличивает ее температуру, концентрацию энергии, уменьшает диаметр струи и стабилизирует ее, придавая строго определенную геометрическую форму. Оптимальная величина, обжатия микроплазменной струи Ок/с1к ПРД переходе из камеры горения дуги диаметром D< в канал формирова-

ния плазменной струи (Un ) определялась в случае достижения максимальной глубины раза без потери стабильности истечения струи z увеличения ширины роза к оказалась разной Dr./du. =2,5. Бри этой установлена оптимальная величина выходного диаметра сопла в зависимости от рабочего тока дуги:

0,4- DK = 0,129л/Т (4)

Полученное соотношение позволяет определить необходимый диаметр выходного канала сопла, обеспечивавдий максимальную эффективность резки. Было-определено оптимальное давление плаз-мообразунцего газа для достижения наибольшей глубины резки. Ери этом отмечено, что при повышении давления газа больше оптимального увеличения глубины реза не происходит, а ширина раза 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 значения существует давление плазиообразувдего газа, при котором глубина реза максимальна. Также установлены значения длины камеры горения дуги и канала формирования плазменной струи 1 ^ , обеспечивающие максимальную глубину реза при оптимальном давлении плазмообра-зузздего газа:

1,6* Dyc =-0,515"\/Т (5)

= 4 • d к = 0,515 "Vî (6)

В ходе исследований было определено, что вылет электрода в значительной степени влияет на величину вредного теплового факела, травмкрукщего кооперируемые ткани, а такие на глубину реза, и найдена оптимальная величина вылета, равная

]6= (0,5-1,0)* dK (7)

Установленные зависимости между конструкционными параметрами плазмотрона позволят: рассчитать его основные элементы, обеспечивавшие 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 тепловая нот ость плазменной струи определялась методом калоримэтрирования. В результате измерения эффективной мопщости при различаю: рабочих давлениях плазмообразуюсэго газа установлено, что увеличение давления газа при небольших его расходах приводит к повышении модности. При значительных расходах газа эффективная мощность изменяется мало. Также был определен тепловой кпд плазмотрона в зависимости от расхода шхазшобразуп-щзго газа. Замедление роста кпд при увеличении расхода газа более оптимального объясняется снижением температуры плазмы ври охлаждении ее избыточным потоком холодного ненонизированного газа. В результате бил установлен оптимальный расход (давление) дяазмо-образувдего газа, обеспечивавший наиболее энергетически выгодный режим работы плазмотрона, с максимальной эффективность® воздействия. Увеличение расстояния между соплом и обрабатываемой поверхность!) снижает эффективную мощность струи вследствиз возрастания потерь энергии в результате конвективного теплообмена плазменного потока с окружающей средой. Конвективные потери возрастают при турбулентном истечении струи из сопла.

Определение температуры в струе плазмы проводили методом измерения относительной интенсивности спектральных лине!. Исследование осевого и радиального распределения температур никропзсаз-менной струи показало, что высокая температура, достаточная дая эффективного рассечения биоткани, сохраняется на значительно« расстоянии (~(ср~20 мм) от среза сопла и интенсивно у&гаазт по радиусу струи, что позволяет получить длиянуа узкую струэ, необходимую для применения в хирургии. Отмечено, что в рассматриваемых условиях в струе гелиевой шхазш интенсивность убывания температуры существенно ниже, чем в аргоне. Благодаря этому гелиевая струя имеет большую длину и, соответственно, глубину црорезанет. Больной радиальный градиент температур в струе обе спечзшае¥ получение шлой зоны термической тразматизация биоткани. "Устаяовдгш также оптимальные режимы работы плазмотрона, которые явлтатся наиболее выгодными с энергетической точки зреяня.

Оптимальное давление мккроплазмеяной струн определялось с учетом обеспечения максимальной глубины пророгация и ограничения расхода плазмообразунцэго газа для предотвращения появления газовой эмболии (насыщения крови газом) и измерялось с помофв дифференциального манометра. Измерение скорости истечения шазмз в струе позволило установить оптимальное рабочее давление ияазыо-

образ уидвго газа с целью ограничения величины вредного теплового факела, травмнрупцего нешэрируеше органы.

Установленные конструкционные и технологические параметры обесшчнваот получение струи заданных свойств с требуемым ыедико-биологическяы воздействием на ткани при их рассечении.

Четвертая глава посвящена исследования конструкционных и технологических параметров микроплазиенного медицинского устройства многоцелевого назначения для получения струи требуемых характеристик г разработке рекомендаций по плазменной обработке различных биотканей.

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

Проведенные pasee ода сфак торные эксперименты и полученные данные показали, что на характеристики процесса резки влияют в значительной степени как конструкция плазмотрона, так и технологические рехшы резки. К факторам, оказыващим наибольшее влияние на характеристики струи, относятся величина силы тока I, рабочее давление плазмообразующего газа Рг , диаметр выходного канала сопла d* и площадь поперечного сечения каналов подачи газа, находящихся в цанге. Основные уровни и интервалы варьирования факторов были определены в диапазоне допустимых значений из условия получения устойчивой, стабильно горящей дуги. При планировании эксперимента к факторам предъявляются определенные требования. Факторы долкны быть управляемыми, однозначными, совместивши и независимыми. Предварительно были проведены эксперименты, необгодинз для выявления их влияния на характеристики струи и цодтвериденкя предъявляемых к ним требований. В ходе эксперимента было выяснено, что, во-первых, действие отдельных факторов на получение струи с заданными свойствами носят нелинейный характер и, во-вторых, площадь поперечного сечения газовых каналов цанги коредирует с диаметром канала сопла, и поэтому не является независимым фактором. Установлено, что пловддь газовых каналов опре-

деляется из конструкционных размеров плазмотрона по формуле

5ц= 3- С1< + 0,4 (8)

В соответствии с теорией планирования многофакторного 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 резка на заданных режимах при необходимых размерах конструкции плазмотрона и измерены глубина и сирина реза. После статистической обработки результатов многофакторного эксперимента, с учетом значимости коэффициентов, были получены следущие регрессионные уравнения:

Ь = - 21,89+0,3644-1 + А6,04- Рг + 48• ¿к+ О,2035-1-Рг --0,3274-1-с1к+4,233-Рг-с5к-!4,7б- Рг2 (э)

Ь= -5/134+ 0,075- 1+0,8036-Рг + 2,793 -

-0,357.1'4„-Ч,25-Рг.еи+4,д2-Рг2 (ГО)

В результате критериальной проверки было подтверждено, что полученные модели являются адекватными, а все коэффициенты значимы. Проведенные исследования поззолили установить степень влияния технологических и конструкционных параметров плазмотрона на прорезающую способность струи и ширину реза. Расчетное и экспериментальные данные имеют хорошую сходимость, что подтверждает возможность цршенения расчетной модели для выбора параметров плазменной обработки различных тканей. По заданным характеристикам микроплазмекной струи путем оптимизации регрессионных моделей определялись значения параметров (ток, давление газа, диаметр канала сопла), обеспечивающих предъявляете требования. Решение задачи оптимизации прозодилось с использованием ПЭШ.

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 ренты, а также проведены исследования по изые-

П

рении глубины, скорости резки и величины зона некроза для различных тканей.

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

Одниа из основных требований, предъявляемых хирургами, было увеличен® глубины резки ткани печени, которая имеет толщину до 40 мы. В результате использования разработанного сопла и установленных технологических резимов глубина резки печени была увеличена в 1,5 раза, а скорость резки - в 2 раза. При резке легкого установлено, что тонкая струя плазш легко рассекает легочную ткань и вызывает незначительное ее разрушение в зоне воздействии. При этом выявлен ярко выраженный эффект "заваривания" сосздов, обеспечивающий остановку кровотечения со стойким гемостаз сы ж надеаный аэростаз. Для ткани легкого скорость резки такхе бала увеличена в 2 раза. При проведении операций на стенках кашвчника а яелудке достигнуто уменьшение зоны некроза (повреядешм клеток), что предотвращает образование, грубых рубцов и спася, отрицательно влшшдих на дальнейшее функционирование органа.

Иакро- и микроскопические исследования раневых поверхностей биотканей показали, что процесс гемостаза, под действием высокотемпературной плазменной струи заюшчается в локальном уплотнении к деформации тканей в зоне воздействия с сужением просвета сосудов, образованием плотного коагуляцконного струпа и формированием внутрисосудистых 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 Еспользовании шкроплазмонной струи в онкологии для испарения опухолей устранена необходимость предварительной био~

то

химической обработки новообразований и предотвращено распространение метастаз в здоровув ткань во врем* операпдй. Отмеченное бактерицидное действие плазменной струи дозволило применить плазменную установку в физиотерапии. Применение потока плазмы с заданными параметрами в физиотерапии позволило значительно сократить срок зазивлэяия гнойных, долгонезажнвавдих ран.

Данная работа позволила получить микроплазиеннув струп, воздействие которой на ткани максимально удовлетворяет медико-биологнчосдим требованиям, повысить эффективность обработки биоткани, а также с успехом применить энергии плазма в различных областях медицины.

ОБЩИЕ ШБОЛЫ

1. Установлено, что для получения устойчивой, стабильно горящей дуги без продуктов разрушения катода и анода в медицинском плазмотроне косвенного действия при малых расходах шгазмо-образузшего газа диаметр катодного торца необходимо выбирать из условия равенства его площади и площади: катодного пятна и в зависимости от тока дуги.

2. Определены соотношения: меяду основными параметрами конструкции плазмотрона, обеспечивающими максимальную эффективность резки, а такае установлены зависимости, позволтащз рассчатать внутренние размеры аояла плазмотрона от рабочего тока дуги, и вылет электрода из условия обеспечения ыакеимагьной глубины рэза при минимальном вредном тепловом воздействии

3. По результатам исследования эффективной тепловой мозщости и температуры плазменной струи на различных режимах работы плазмотрона найдены оптимальные значения тока и давления пвазмообразую-щего газа, соответствующие наиболее энергетически выгодному резину работы плазмотрона с максимальным тепловым Кцд.

4. Исследования: давления и скорости газа в микрапказмзнной

струе позволили определить область оптимальных режимаз, обеспечивающих по кинетическим условиям максимальную глубину прорезашш 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 капала сопла.

При оптимизации процесса микроплазменной обработки определены значения э¥нх параметров для воздействия на различного рода биоткани и экспериментально доказало, что получаемая ыикро-плазменная струя соответствует требованиям медицины.

6. Разработаны технологические рекомендации по применению микроплазменного устройства в медицина при различных видах обработки биологических тканей и комплект сменках сопел к плазмотрону, обеспечивающих многофункциональное применение установки а хирургии, онкологии, физиотерапии с максимальной эффективность».

По тема диссертации опубликованы работы:

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

2. Об экологической значимости нозого физико-терапевтического фактора низкотемпературной гелиевой плазмы/Клименко И.И,, Катанга Е.И., Гриценко A.A. и др.//Санитарно-экслогические проблемы Нечерноземья и здоровья населения : Материалы научно-практической конференции, - Смоленск,1991. - с.93-94.

Рис.1. Конструкция плазмотрона установки СЛ1Р-М:

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

Рис.2. Геометрические характеристики реза и теплового следа.

ЬАНДии

зо . 20 ■ 10 -I

од

0,6

to

РПЮ Па

Рнс.З. Влияние технологических парамеции на -эффективность воздействия зшкроплазменяой струи.