RU2086197C1

RU2086197C1 - Microsurgical piercing-and-cutting tool

Info

Publication number: RU2086197C1
Application number: RU95106793A
Authority: RU
Inventors: Ольга Александровна Великодная; Тамара Алексеевна Игнатьева; Игорь Михайлович Михайловский
Original assignee: Научно-исследовательский и конструкторский институт "Вакууммаш"
Priority date: 1994-12-21
Filing date: 1995-04-27
Publication date: 1997-08-10
Also published as: RU95106793A

Abstract

FIELD: microsurgery, mainly, ophthalmology. SUBSTANCE: the offered microsurgical tool includes holder 1 and working part 2 of metal with piercing point and cutting edge. Working part 2 is made of metal-ceramic tungsten or molybdenum with fibrous structure and average cross-section of fiber, at least, ten times as small as cross- section of piercing point at its top. EFFECT: increased service life of tool and reduced injury in dissection of tissue. 3 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к медицинской технике, в частности, к микрохирургическому инструменту, преимущественно к офтальмологическому. The invention relates to medical equipment, in particular, to a microsurgical instrument, mainly to ophthalmic.

Микрохирургический колюще-режущий инструмент должен иметь достаточно прочное острие с радиусом кривизны 1-5 мкм и шириной режущей кромки 1-10 мкм, не тупящееся длительное время и обладающее высокопрочными характеристиками на изгиб, поскольку таким инструментом осуществляют прокол и последующее рассечение ткани. Инструмент должен быть выполнен из материала, выдерживающего стандартные условия стерилизации. The microsurgical pricking and cutting tool should have a sufficiently strong tip with a radius of curvature of 1-5 μm and a width of the cutting edge of 1-10 μm, not blunting for a long time and having high strength characteristics for bending, since such a tool puncture and subsequent dissection of the tissue. The instrument must be made of material that can withstand standard sterilization conditions.

Известен микрохирургический колюще-режущий инструмент (авт. свид. СССР N 1685417, МКИ⁵ A 61 B 17/32, 1988 г.), содержащий держатель и рабочую часть с колющим острием и режущей кромкой из метала, находящегося в аморфном состоянии, имплантированного соединениями тугоплавких металлов.Known microsurgical pricking and cutting tool (ed. Certificate of the USSR N 1685417, MKI ⁵ A 61 B 17/32, 1988), containing the holder and the working part with a piercing tip and a cutting edge made of metal, in an amorphous state, implanted with compounds refractory metals.

Недостатком такого инструмента является то, что он выполнен из аморфного металла, обладающего низкой температурой кристаллизации и, как следствие, структурно-фазовой неустойчивостью. (К. Судзуки, Х.Фудзимори, К.Хасимото. Аморфные металлы. м. Металлургия, 1987, с.107). Это делает инструмент неустойчивым к стандартной высокотемпературной стерилизации и уменьшает ресурс его работы. The disadvantage of this tool is that it is made of an amorphous metal with a low crystallization temperature and, as a consequence, structural-phase instability. (K. Suzuki, H. Fujimori, K. Hashimoto. Amorphous metals. M. Metallurgy, 1987, p. 107). This makes the instrument unstable to standard high-temperature sterilization and reduces its working life.

Известен также микрохирургический колюще-режущий инструмент (А.И. Горбань, О. А. Джалиашвили. Микрохирургия глаза. Л. Медицина, 1982 г. с. 63), выбранный в качестве прототипа, содержащий держатель и рабочую часть с колющим острием и режущей кромкой из металла (нержавеющей немагнитной стали, в частности, стали Х18Н10Т). Also known is a microsurgical piercing and cutting tool (A.I. Gorban, O. A. Dzhaliashvili. Eye microsurgery. L. Medicine, 1982, p. 63), selected as a prototype, containing a holder and a working part with a piercing tip and a cutting an edge made of metal (stainless non-magnetic steel, in particular, Kh18N10T steel).

Недостатком такого микрохирургического инструмента является то, что размер зерна в таком материале сравним с размером колющего острия, что обусловливает его невысокую прочность, возможность хрупкого разрушения и, как следствие, невысокий ресурс работы такого инструмента, а также высокую травматичность рассечения ткани. Микрохирургические инструменты, выполненные из такого материала, имеющие особо тонкие или же острые рабочие концы (цистотом, нож Сато, ножницы Ваннаса, пинцет "колибри", микрохирургические шовные иглы и др.) не допускают высокотемпературной обработки, т.к. при этом разрушаются кромки миниатюрных деталей и снижается упругость материала (там же, стр.32). The disadvantage of such a microsurgical instrument is that the grain size in such a material is comparable to the size of the piercing tip, which determines its low strength, the possibility of brittle fracture and, as a consequence, the low life of such an instrument, as well as the high invasiveness of tissue dissection. Microsurgical instruments made of such material, having especially thin or sharp working ends (cystotome, Sato knife, Vannas scissors, hummingbird tweezers, microsurgical suture needles, etc.) do not allow high-temperature processing, as the edges of the miniature parts are destroyed and the elasticity of the material is reduced (ibid., p. 32).

Целью изобретения является создание такого микрохирургического колюще-режущего инструмента, в котором рабочая часть должна быть выполнена из материала со структурой, определяющей высокие прочностные свойства, сохраняющиеся в процессе работы, что в итоге увеличивает ресурс работы инструмента и снижает травматичность рассечения ткани. The aim of the invention is the creation of such a microsurgical pricking and cutting tool, in which the working part must be made of a material with a structure that determines high strength properties that are preserved during operation, which ultimately increases the life of the tool and reduces the incidence of tissue dissection.

Поставленная цель достигается тем, что в микрохирургическом колюще-режущем инструменте, содержащем держатель и рабочую часть из металла с колющим острием и режущей кромкой, в соответствии с изобретением рабочая часть выполнена из металлокерамического вольфрама или молибдена с волокнистой структурой, причем средний поперечный размер волокна не менее, чем в 10 раз меньше поперечного размера колющего острия у его вершины. This goal is achieved in that in a microsurgical pricking and cutting tool containing a holder and a working part of metal with a piercing tip and cutting edge, in accordance with the invention, the working part is made of cermet or molybdenum with a fibrous structure, and the average transverse fiber size is not less than than 10 times smaller than the transverse size of the piercing tip at its apex.

Сущность изобретения поясняется следующим образом. The invention is illustrated as follows.

Выполнение рабочей части колюще-режущего инструмента из металлокерамического материала определено тем, что волокна в структуре такого материала обладают высоким пределом прочности, а также адгезионной прочностью соединения между собой, что способствует повышению прочности материала на изгиб и соответственно повышению прочности самого острия. Как следствие, увеличивается ресурс работы инструмента и снижается травматичность рассечения ткани. The implementation of the working part of the pricking cutting tool made of cermet material is determined by the fact that the fibers in the structure of such a material have a high tensile strength, as well as the adhesive strength of the connection between themselves, which helps to increase the material's bending strength and, accordingly, increase the strength of the tip itself. As a result, the tool life is increased and the incidence of tissue dissection is reduced.

Выполнение рабочей части колюще-режущего инструмента из металлокерамического вольфрама или молибдена определено тем, что в таком металле создаются благоприятные условия для последующего создания волокон, обладающих высоким пределом прочности, а также высокой адгезионной прочностью соединения между собой (как обнаружено авторами до 23 ГПа, что на порядок выше прочности самого материала). Это способствует повышению прочностных свойств изделий, изготовленных из такого металла и, как следствие, увеличению ресурса работы инструмента и снижению травматичности рассечения ткани. The implementation of the working part of the pricking cutting tool made of cermet tungsten or molybdenum is determined by the fact that in such a metal favorable conditions are created for the subsequent creation of fibers having a high tensile strength and also high adhesive strength of the joint between themselves (as found by the authors up to 23 GPa, which an order of magnitude higher than the strength of the material itself). This helps to increase the strength properties of products made of such metal and, as a result, increase the tool life and reduce the incidence of tissue dissection.

Выполнение рабочей части колюще-режущего инструмента из материала с волокнистой структурой способствует благодаря наличию сильных связей между волокнами в поперечном направлении проявлению высокой прочности металла на изгиб и, как следствие, увеличению ресурса работы инструмента, а также снижению травматичности рассечения ткани. The implementation of the working part of the pricking cutting tool from a material with a fibrous structure facilitates, due to the presence of strong bonds between the fibers in the transverse direction, the manifestation of high bending strength of the metal and, as a result, an increase in the tool's service life, as well as a decrease in the trauma of tissue dissection.

Выполнение условия, при котором средний поперечный размер волокна в структуре не менее, чем в 10 раз меньше поперечного размера колющего острия у его вершины, обеспечивает высокую прочность острия при его микроразмерах, а также высокую прочность рабочей части инструмента на изгиб. Уменьшение отношения поперечного размера колющего острия у его вершины к среднему поперечному размеру волокна в структуре (отношение менее 10) приводит к уменьшению связей между волокнами и способствует уменьшению прочности на изгиб рабочей части инструмента и, как следствие, снижению ресурса работы, а также увеличению травматичности при рассечении ткани. Fulfillment of the condition under which the average transverse size of the fiber in the structure is not less than 10 times smaller than the transverse size of the piercing tip at its top provides a high strength of the tip with its micro dimensions, as well as high bending strength of the working part of the tool. A decrease in the ratio of the transverse size of the piercing tip at its apex to the average transverse size of the fiber in the structure (ratio less than 10) leads to a decrease in the bonds between the fibers and helps to reduce the bending strength of the working part of the tool and, as a result, to reduce the service life, as well as increase the morbidity when dissection of tissue.

На фиг.1 дан общий вид колюще-режущего инструмента; на фиг.2 узел 1; на фиг.3 сечение колющего острия. Figure 1 is a General view of a pricking and cutting tool; figure 2 node 1; figure 3 is a section of a piercing tip.

Колюще-режущий инструмент состоит из (фиг.1) держателя 1 и соединенной с ним рабочей частью 2 с изогнутым наконечником 3, снабженным (фиг.2) колющем острием 4 и режущей кромкой 5. Рабочая часть 2 выполнена из металлокерамического вольфрама или молибдена со структурой, содержащей волокна 6 (фиг.3). Поперечный размер волокна 6 не менее чем в 10 раз меньше поперечного размера колющего острия 4 у его вершины. The piercing and cutting tool consists of (Fig. 1) a holder 1 and a working part 2 connected to it with a curved tip 3 provided with (2) a piercing point 4 and a cutting edge 5. The working part 2 is made of cermet metal or molybdenum with a structure containing fiber 6 (figure 3). The transverse size of the fiber 6 is not less than 10 times smaller than the transverse size of the piercing tip 4 at its apex.

Пример. Для изготовления предлагаемого инструмента применяли проволоку из металлокерамического вольфрама чистотой 99,9 трех партий: диаметром 0,5, 1,0, 1,2 мм с волокнистой структурой. При этом средний размер (поперечный) волокна составлял соответственно 0,25 0,63 и 2,0 мкм. Для получения рабочей части 2 колюще-режущего инструмента с наконечником 3 проволоку изгибали, после чего создавали колющее острие 4 путем электрохимического травления до поперечного размера у вершины острия, равного (1-7) мкм. Длина режущей кромки при этом составляла 200 мкм. В связи с тем, что рабочая часть инструмента характеризуется микроскопическими размерами, и стандартные методы механических испытаний неприемлемы, авторами с помощью метода полевой ионной микроскопии была проанализирована микроструктура колюще-режущего инструмента. Технические испытания рабочей части 2 проводили следующим образом. Рабочую часть 2 микрохирургического колюще-режущего инструмента укрепляли в индентодержателе микротвердометра ПМТ-3. Затем проводили микровдавливание вершины колющего острия 4 в вольфрамовую пластину и с помощью оптического микроскопа анализировали деформацию вершины колющего острия 4 рабочей части 2, загнутого в результате индентирования на угол 90^o±10^o. Изгиб под прямым углом характерен для реальных условий эксплуатации микрохирургического колюще-режущего инструмента.Example. To manufacture the proposed tool, a metal-ceramic tungsten wire with a purity of 99.9 three batches was used: with a diameter of 0.5, 1.0, 1.2 mm with a fibrous structure. The average size (transverse) of the fiber was 0.25 0.63 and 2.0 μm, respectively. To obtain a working part 2 of a piercing-cutting tool with a tip 3, the wire was bent, after which a piercing tip 4 was created by electrochemical etching to a transverse dimension at the tip tip equal to (1-7) microns. The length of the cutting edge was 200 μm. Due to the fact that the working part of the tool is characterized by microscopic dimensions, and standard mechanical testing methods are unacceptable, the microstructure of a pricking cutting tool was analyzed by the authors using the field ion microscopy method. Technical testing of the working part 2 was carried out as follows. The working part 2 of the microsurgical pricking and cutting tool was strengthened in the indent holder of the PMT-3 microhardness tester. Then, micro-pressing of the tip of the piercing tip 4 into the tungsten plate was carried out and, using an optical microscope, the deformation of the tip of the piercing tip 4 of the working part 2, bent as a result of indentation by an angle of 90 ^° ± 10 ^{°, was} analyzed. Bending at right angles is characteristic of the actual operating conditions of the microsurgical pricking and cutting tool.

Результаты технических испытаний микрохирургического инструмента, имеющего различные поперечные размеры колющего острия и различные средние поперечные размеры волокон, приведены в таблице. При этом фиксировали общее число испытаний (N₀) и определяли количество испытаний, в которых образцы претерпевали хрупкое разрушение. Аналогичные испытания были проведены на микрохирургическом колюще-режущем инструменте, выбранном в качестве прототипа (изготовленном из нержавеющей стали X18H10Т). Установлено, что в интервале диаметров (поперечных размеров) колющего острия у вершины от 2 мкм до 7 мкм отношение N/N₀ для инструмента, выбранного в качестве прототипа, составляет 43,5
Как следует из таблицы, для предлагаемого микрохирургического колюще-режущего инструмента с отношением поперечного размера колющего острия у его вершины D к среднему поперечному размеру волокна d, равным или большим 10, отношение N/N₀ равняется нулю. Аналогичный результат получен при испытаниях микрохирургического колюще-режущего инструмента, изготовленного из молибдена.The results of technical tests of a microsurgical instrument having different transverse dimensions of the piercing tip and various average transverse dimensions of the fibers are shown in the table. In this case, the total number of tests (N ₀ ) was recorded and the number of tests in which the samples underwent brittle fracture was determined. Similar tests were carried out on a microsurgical pricking and cutting tool selected as a prototype (made of X18H10T stainless steel). It is established that in the range of diameters (transverse dimensions) of the piercing tip at the apex from 2 μm to 7 μm, the ratio N / N ₀ for the tool selected as a prototype is 43.5
As follows from the table, for the proposed microsurgical pricking and cutting tool with a ratio of the transverse size of the piercing tip at its tip D to the average transverse fiber size d equal to or greater than 10, the ratio N / N ₀ is zero. A similar result was obtained when testing a microsurgical pricking and cutting tool made of molybdenum.

Как показали испытания, инструменты, изготовленные из вольфрама или молибдена, сохраняют рабочие характеристики и после высокотемпературной стерилизации. As tests have shown, instruments made of tungsten or molybdenum retain their performance even after high-temperature sterilization.

Таким образом, результаты технических испытаний показывают, что микрохирургический колюще-режущий инструмент, выполненный в соответствии с предлагаемым изобретением, имеет большую прочность, чем инструмент, выбранный в качестве прототипа, что определяет увеличение ресурса работы инструмента и снижение травматичности рассечения ткани. Thus, the results of technical tests show that the microsurgical pricking and cutting tool, made in accordance with the invention, has greater strength than the tool selected as a prototype, which determines an increase in the life of the tool and reduce the morbidity of tissue dissection.

Claims

A microsurgical pricking and cutting tool containing a holder and a working part of metal with a piercing tip and a cutting edge, characterized in that the working part is made of cermet metal or molybdenum with a fibrous structure, and the average transverse fiber size is not less than 10 times smaller than the transverse size piercing tip at its top.