RU2470620C1

RU2470620C1 - Ultrasonic instrument of phacoemulsifier

Info

Publication number: RU2470620C1
Application number: RU2011118758/14A
Authority: RU
Inventors: Булат Маратович Азнабаев; Владимир Николаевич Бараков; Тимур Рафаэльевич Мухамадеев; Тагир Ильдарович Дибаев
Original assignee: ЗАКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "ОПТИМЕДСЕРВИС" (ЗАО "Оптимедсервис")
Priority date: 2011-05-10
Filing date: 2011-05-10
Publication date: 2012-12-27
Also published as: RU2011118758A

Abstract

FIELD: medicine.

SUBSTANCE: invention relates to medicine, namely to ophthalmology and can be used for cataract extraction by method of ultrasonic phacoemulsification. Instrument contains case with placed in it waveguide, consisting of concentrator of ultrasonic fluctuations with needle on working end, paired number of piezo elements, forming straight circular cylinder and bearing sleeve in the centre of which canal for aspiration of liquid from eye passes. Between case and concentrator there is a cavity, made with possibility of its filling with irrigation solution. Each of piezo elements is made in form of cylinder and has one base, located at 90° angle to central axis of waveguide, the second one being located at angle from 5 to 15° to the first base, with pairs of piezo elements being located relative to each other with displacement around central axis of wave conductor by angle from 0 to 180°.

EFFECT: application of invention reduces degree of phenomenon of "repulsion" expression, increases time of stay of crystalline lens fragments in the field of efficient ultrasound impact, ensures concentration of cavitation cloud near the butt end of hollow needle and increases cutting ability of ultrasonic instrument.

4 dwg, 2 ex

Description

Изобретение относится к медицине, а именно к офтальмологии, и может быть использовано для экстракции катаракты методом ультразвуковой факоэмульсификации.The invention relates to medicine, namely to ophthalmology, and can be used for cataract extraction by ultrasonic phacoemulsification.

Разрушение мутного хрусталика ультразвуком осуществляется с использованием высокотехнологичных устройств - факоэмульсификаторов. Одним из основных элементов факоэмульсификатора является ультразвуковой инструмент, рабочая часть которого в виде полой иглы и силиконовой манжеты вводится в переднюю камеру глаза через самогерметизирующийся разрез и осуществляет дробление и аспирацию фрагментов хрусталика, а также подачу ирригационного раствора.The destruction of the cloudy lens by ultrasound is carried out using high-tech devices - phacoemulsifiers. One of the main elements of the phacoemulsifier is an ultrasound instrument, the working part of which is inserted into the anterior chamber of the eye through a self-sealing incision in the form of a hollow needle and a silicone cuff and crushes and aspirates the lens fragments, as well as delivers an irrigation solution.

Как правило, ультразвуковой инструмент состоит из волновода, который, в свою очередь, состоит из полой иглы, концентратора ультразвуковых колебаний, парного количества пьезоэлементов и опорной муфты, размещенных в полом корпусе.As a rule, an ultrasonic instrument consists of a waveguide, which, in turn, consists of a hollow needle, an ultrasonic vibrations concentrator, a pair of piezoelectric elements and a support sleeve located in a hollow body.

Рабочая часть ультразвукового инструмента в виде полой иглы производит ультразвуковые колебания, которые используются для дробления и эмульсификации плотных хрусталиковых масс. Внутренняя полость рабочей иглы является аспирационным каналом для удаления разрушенных фрагментов хрусталиковых масс. Через коаксиально расположенную относительно полой иглы силиконовую манжету производится подача замещающей ирригационной жидкости.The working part of an ultrasonic instrument in the form of a hollow needle produces ultrasonic vibrations that are used for crushing and emulsification of dense crystalline masses. The internal cavity of the working needle is an aspiration channel for removing destroyed fragments of the lens masses. Through a silicone cuff coaxially positioned relative to the hollow needle, a replacement irrigation fluid is supplied.

Конструкция большинства ультразвуковых инструментов предусматривает разрушение хрусталика путем продольных ультразвуковых колебаний полой иглы (Kelman C.D., 1967; Seibel B.S. et al., 1999; Packer M. et al., 2005; Fishkind W. et al., 2006). Недостатком подобной системы является присутствие феномена «отталкивания» фрагментов хрусталика от рабочего торца полой иглы под действием ультразвуковых волн, действующих в продольном направлении. Кавитационная составляющая при продольных ультразвуковых колебаниях в момент отталкивания фрагментов хрусталика действует преимущественно на окружающие интраокулярные структуры, увеличивая вероятность их повреждения и развития интра- и послеоперационных осложнений (например, отек роговицы, связанный с ультразвуковым повреждением эндотелия) (Davison J.A. et al., 2008; Zeng M. et al., 2008). Для исключения подобного недостатка важным фактором является «удержание» фрагментов хрусталика (за счет аспирации и частичной или полной окклюзии) на рабочем торце полой иглы.The design of most ultrasound instruments involves the destruction of the lens through longitudinal ultrasonic vibrations of the hollow needle (Kelman C.D., 1967; Seibel B.S. et al., 1999; Packer M. et al., 2005; Fishkind W. et al., 2006). The disadvantage of such a system is the presence of the phenomenon of “repulsion” of lens fragments from the working end of the hollow needle under the action of ultrasonic waves acting in the longitudinal direction. The cavitation component during longitudinal ultrasonic vibrations at the moment of repulsion of the lens fragments affects mainly the surrounding intraocular structures, increasing the likelihood of their damage and the development of intra- and postoperative complications (for example, corneal edema associated with ultrasound damage to the endothelium) (Davison JA et al., 2008; Zeng M. et al., 2008). To eliminate this drawback, an important factor is the “retention” of the lens fragments (due to aspiration and partial or complete occlusion) at the working end of the cannula.

С целью повышения эффективности эмульсификации хрусталиковых масс предлагается использование композитных ультразвуковых колебаний.In order to increase the efficiency of emulsification of the lens masses, the use of composite ultrasonic vibrations is proposed.

Аналогами предлагаемой системы являются системы OZiL (Alcon Labs, USA) и Ellips (Abbott Medical Optics, USA).Analogs of the proposed system are OZiL (Alcon Labs, USA) and Ellips (Abbott Medical Optics, USA) systems.

Ультразвуковой инструмент системы OZiL подразумевает «ультразвуковой инструмент, имеющий, по крайней мере, одну пару пьезоэлектрических элементов, производящих продольные колебания при возбуждении на соответствующей резонансной частоте. Пьезоэлектрические элементы соединены с ультразвуковым волноводом, к которому присоединяется ультразвуковая игла. Ультразвуковой волновод и/или ультразвуковая игла содержит множество диагональных щелей или борозд. Щели или борозды обеспечивают торсионные колебания ультразвуковой иглы при возбуждении на второй резонансной частоте» (US Patent 2010004586 A1, P.1). Недостатком данной системы является то, что она требует перестройку ультразвукового генератора на две резонансные частоты (продольную и торсионную), что существенно усложняет конструкцию системы.An ultrasonic instrument of the OZiL system means “an ultrasonic instrument having at least one pair of piezoelectric elements producing longitudinal oscillations when excited at the corresponding resonant frequency. Piezoelectric elements are connected to an ultrasonic waveguide to which an ultrasonic needle is attached. An ultrasonic waveguide and / or an ultrasonic needle contains a plurality of diagonal slits or grooves. Slots or grooves provide torsional vibrations of the ultrasonic needle when excited at the second resonant frequency ”(US Patent 2010004586 A1, P.1). The disadvantage of this system is that it requires the tuning of the ultrasonic generator to two resonant frequencies (longitudinal and torsion), which significantly complicates the design of the system.

Ультразвуковой инструмент системы Ellips представляет собой «наконечник с иглой, дистальный конец которой осциллирует в продольном и поперечном направлении на одной рабочей частоте», это обеспечивается «смещением центра масс ультразвукового инструмента относительно его центральной оси» (US Patent 2008/0294087 A1). Недостатком инструментов подобной конструкции является их недолговечность, смещение центра масс приводит к разрушению керамики и других элементов конструкции.The ultrasonic instrument of the Ellips system is a “tip with a needle whose distal end oscillates in the longitudinal and transverse directions at the same working frequency”, this is ensured by “the displacement of the center of mass of the ultrasonic instrument relative to its central axis” (US Patent 2008/0294087 A1). The disadvantage of tools of this design is their fragility, the displacement of the center of mass leads to the destruction of ceramics and other structural elements.

Наиболее близким аналогом изобретения является ультразвуковая рукоятка факоэмульсификатора, содержащая корпус с размещенным в ней волноводом, состоящим из концентратора с иглой на рабочем конце, кратного количества пьезоэлементов и муфты, в центре которых проходит канал для аспирации, между корпусом и концентратором имеется полость, выполненная с возможностью смывания ее ирригационным раствором, при этом на наружной поверхности основания выполнены не менее 4 симметрично расположенных относительно оси пропилов шириной не менее 0,5 и не более 1,0 мм (патент RU 2271182, 2006 г.).The closest analogue of the invention is the ultrasonic handle of the phacoemulsifier, comprising a housing with a waveguide located in it, consisting of a hub with a needle at the working end, a multiple of piezoelectric elements and a coupling, in the center of which passes an aspiration channel, there is a cavity between the housing and the hub that is configured to washing it off with irrigation solution, at the same time, at least 4 cuts symmetrically located relative to the axis of cuts with a width of at least 0.5 and more than 1.0 mm (patent RU 2271182, 2006).

Задачей изобретения является повышение эффективности ультразвукового разрушения хрусталика путем создания сложных композитных колебаний рабочего торца полой иглы.The objective of the invention is to increase the efficiency of ultrasonic destruction of the lens by creating complex composite vibrations of the working end of the hollow needle.

Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является снижение степени выраженности феномена «отталкивания», увеличение времени нахождения фрагментов хрусталика в поле эффективного воздействия ультразвука, а также концентрация кавитационного облака вблизи торца полой иглы и увеличение режущей способности ультразвукового инструмента.The technical result achieved by using the invention is to reduce the severity of the “repulsion” phenomenon, increase the time spent by the lens fragments in the field of effective ultrasound exposure, as well as the concentration of the cavitation cloud near the end of the hollow needle and increase the cutting ability of the ultrasonic instrument.

Указанный технический результат достигается тем, что в ультразвуковом инструменте факоэмульсификатора, содержащем корпус с размещенным в нем волноводом, состоящим из концентратора ультразвуковых колебаний с иглой на рабочем конце, парного количества пьезоэлементов, образующих прямой круговой цилиндр, и опорной муфты, в центре которых проходит канал для аспирации жидкости из глаза, а между корпусом и концентратором имеется полость, выполненная с возможностью ее заполнения ирригационным раствором, согласно изобретению каждый из пьезоэлементов выполнен в виде цилиндра и имеет одно основание, расположенное под углом 90° к центральной оси волновода, а второе - под углом от 5 до 15° к первому, а пары пьезоэлементов расположены друг относительно друга со смещением вокруг центральной оси волновода на угол от 0 до 180°.The specified technical result is achieved by the fact that in the ultrasonic instrument of the phacoemulsifier containing a housing with a waveguide located in it, consisting of an ultrasonic vibrations concentrator with a needle at the working end, a pair of piezoelectric elements forming a straight circular cylinder, and a support coupling, in the center of which a channel passes for aspiration of fluid from the eye, and between the body and the hub there is a cavity made with the possibility of filling it with an irrigation solution, according to the invention, each of the piezo The element is made in the form of a cylinder and has one base located at an angle of 90 ° to the central axis of the waveguide, and the second at an angle of 5 to 15 ° to the first, and the pairs of piezoelectric elements are located relative to each other with an offset around the central axis of the waveguide by an angle of 0 up to 180 °.

Введение пьезоэлементов описанной конструкции вызывает формирование сложных композитных ультразвуковых колебаний на рабочем конце факоиглы на одной резонансной частоте, которые более эффективно разрушают вещество хрусталика за счет концентрации кавитационного облака на рабочем торце полой иглы и уменьшения феномена «отталкивания» фрагментов хрусталика от рабочего торца полой иглы.The introduction of the piezoelectric elements of the described construction causes the formation of complex composite ultrasonic vibrations at the working end of the phaco-needle at a single resonant frequency, which more effectively destroy the lens material due to the concentration of the cavitation cloud at the working end of the hollow needle and the reduction of the phenomenon of “repulsion” of the crystal fragments from the working end of the hollow needle.

Опытным путем установлено, что оптимальное значение угла скоса основания пьезоэлементов находится в промежутке между 5 и 15°, поскольку угол скоса менее 5° не обеспечивает достаточной выраженности композитных колебаний, а угол скоса, превышающий 15°, вызывает преимущественно поперечный резонанс со слабовыраженными продольными колебаниями. Путем смещения пар пьезоэлементов вокруг центральной оси волновода на угол от 0 до 180° можно получить продольные и поперечные движения рабочего торца, а также их различные сочетания, например, в виде цифры восемь или эллипса на одной резонансной частоте (например, 44 кГц ± 10%).It has been experimentally established that the optimal angle of inclination of the base of the piezoelectric elements is between 5 and 15 °, since the angle of inclination of less than 5 ° does not provide sufficient expression of composite vibrations, and the angle of inclination exceeding 15 ° causes mainly transverse resonance with weakly expressed longitudinal vibrations. By shifting the pairs of piezoelectric elements around the central axis of the waveguide by an angle from 0 to 180 °, it is possible to obtain longitudinal and transverse movements of the working end, as well as their various combinations, for example, in the form of a figure eight or an ellipse at one resonant frequency (for example, 44 kHz ± 10% )

Сущность изобретения поясняется следующими фигурами.The invention is illustrated by the following figures.

На фиг.1 изображен ультразвуковой инструмент факоэмульсификатора, содержащий волновод 1, который в свою очередь состоит из полой иглы 2 с силиконовой манжетой 3, концентратора 4 ультразвуковых колебаний, пьезоэлементов 5, опорной муфты 6, помещенных в полый корпус 7, в центре которых проходит канал для аспирации жидкости из глаза, а между корпусом и концентратором имеется полость, выполненная с возможностью ее заполнения ирригационным раствором. Каждый из пьезоэлементов 5 выполнен в виде цилиндра и имеет одно основание, расположенное под углом 90° к центральной оси 9 волновода 1, и второе основание 8, расположенное под углом от 5 до 15° к первому. Пьезоэлементы 5 собраны в пары путем сопряжения наклонных оснований так, что пара пьезоэлементов образует прямой круговой цилиндр, а пары пьезоэлементов расположены друг относительно друга со смещением вокруг центральной оси волновода на угол от 0 до 180°.Figure 1 shows an ultrasonic tool phacoemulsifier containing a waveguide 1, which in turn consists of a hollow needle 2 with a silicone sleeve 3, a hub 4 of ultrasonic vibrations, piezoelectric elements 5, a support sleeve 6, placed in a hollow body 7, in the center of which passes the channel for aspiration of fluid from the eye, and between the body and the concentrator there is a cavity made with the possibility of filling it with irrigation solution. Each of the piezoelectric elements 5 is made in the form of a cylinder and has one base located at an angle of 90 ° to the central axis 9 of the waveguide 1, and a second base 8 located at an angle of 5 to 15 ° to the first. The piezoelectric elements 5 are assembled in pairs by pairing the inclined bases so that the pair of piezoelectric elements forms a straight circular cylinder, and the pairs of piezoelectric elements are located relative to each other with an offset from the center axis of the waveguide from 0 to 180 °.

На фиг.2 представлено расположение первой пары пьезоэлементов 10 по отношению ко второй паре 11 со смещением вокруг центральной оси волновода на угол 0°.Figure 2 shows the location of the first pair of piezoelectric elements 10 with respect to the second pair 11 with an offset of 0 ° around the central axis of the waveguide.

На фиг.3 представлено расположение первой пары пьезоэлементов 10 по отношению ко второй паре 11 со смещением вокруг центральной оси волновода на угол 90°.Figure 3 shows the location of the first pair of piezoelectric elements 10 with respect to the second pair 11 with an offset of 90 ° around the waveguide’s central axis.

На фиг.4 представлено расположение первой пары пьезоэлементов 10 по отношению ко второй паре 11 со смещением вокруг центральной оси волновода на угол 180°.Figure 4 shows the location of the first pair of piezoelectric elements 10 with respect to the second pair 11 with an offset of 180 ° around the waveguide’s central axis.

Использование изобретения происходит следующим образом. Включают и подготавливают факоэмульсификатор к работе. К рабочему концу концентратора присоединяют полую иглу посредством резьбового соединения. Через малый самогерметизирующийся разрез роговицы полую иглу подводят к хрусталику и под воздействием ультразвуковых волн, генерируемых волноводом, разрушают и аспирируют его. За счет использования пьезоэлементов в виде цилиндра с одним усеченным основанием, объединенных в пары таким образом, что пара образует правильный цилиндр, на рабочем торце полой иглы возникают сложные композитные ультразвуковые колебания (совокупность продольных и поперечных колебаний различных амплитуд), которые повышают эффективность использования ультразвуковой энергии при факоэмульсификации, снижая риск интра- и послеоперационных осложнений, связанных с ультразвуковым повреждением эндотелия роговицы и других интраокулярных структур.The use of the invention is as follows. Turn on and prepare the phacoemulsifier for work. A hollow needle is connected to the working end of the hub by means of a threaded connection. Through a small self-sealing corneal incision, the cannula is brought to the lens and, under the influence of ultrasonic waves generated by the waveguide, is destroyed and aspirated. Due to the use of piezoelectric elements in the form of a cylinder with one truncated base, combined in pairs so that the pair forms a regular cylinder, complex composite ultrasonic vibrations (a combination of longitudinal and transverse vibrations of various amplitudes) arise at the working end of the hollow needle, which increase the efficiency of using ultrasonic energy with phacoemulsification, reducing the risk of intra- and postoperative complications associated with ultrasound damage to the corneal endothelium and other intraocular structures.

Эффективность предлагаемого ультразвукового инструмента факоэмульсификатора иллюстрируется следующими клиническими примерами.The effectiveness of the proposed ultrasonic instrument phacoemulsifier is illustrated by the following clinical examples.

Пример 1. Больной А., 75 лет, диагноз: OD: Зрелая возрастная катаракта. Острота зрения до операции: OD - светоошущение с правильной светопроекцией. Плотность эндотелиальных клеток до операции - 2410 кл/мм². Катаракта удалена за 59 секунд с использованием предлагаемого ультразвукового инструмента факоэмульсификатора. Имплантирована гибкая интраокулярная линза. Операция и послеоперационный период протекали без осложнений. Острота зрения OD на следующий день после операции 0,8 без коррекции. Плотность эндотелиальных клеток на 30 день после операции - 2133 кл/мм², потеря эндотелиальных клеток - 11,4%.Example 1. Patient A., 75 years old, diagnosis: OD: Mature age-related cataract. Visual acuity before surgery: OD - light attenuation with the correct light projection. The density of endothelial cells before surgery is 2410 cells / mm ² . The cataract was removed in 59 seconds using the proposed phacoemulsifier ultrasound instrument. A flexible intraocular lens was implanted. The operation and the postoperative period proceeded without complications. Visual acuity OD the day after surgery 0.8 without correction. The density of endothelial cells on the 30th day after surgery is 2133 cells / mm ² , the loss of endothelial cells is 11.4%.

Пример 2. Больной М., 59 лет, диагноз: OS: Неполная осложненная катаракта. Острота зрения до операции OS 0,02, не корригирует. Плотность эндотелиальных клеток до операции - 2801 кл/мм². Катаракта удалена за 40 секунд с использованием предлагаемого ультразвукового инструмента факоэмульсификатора. Имплантирована гибкая интраокулярная линза. Операция и послеоперационный период без осложнений. Острота зрения OS на следующий день 1,0. Плотность эндотелиальных клеток на 30 день после операции - 2502 кл/мм², потеря эндотелиальных клеток - 10,7%.Example 2. Patient M., 59 years old, diagnosis: OS: Incomplete complicated cataract. Visual acuity before surgery OS 0.02, does not correct. The density of endothelial cells before surgery is 2801 cells / mm ² . The cataract was removed in 40 seconds using the proposed phacoemulsifier ultrasound instrument. A flexible intraocular lens was implanted. The operation and the postoperative period without complications. Visual acuity OS the next day 1.0. The density of endothelial cells on the 30th day after surgery is 2502 cells / mm ² , the loss of endothelial cells is 10.7%.

Клиническое применение предлагаемого ультразвукового инструмента факоэмульсификатора в Центрах восстановления зрения «Оптимед» на 30 глазах показало: за счет повышения эффективности ультразвукового воздействия снижается количество интра- и послеоперационных осложнений, связанных с негативным воздействием ультразвука на интраокулярные структуры, в частности послеоперационных отеков роговицы и ожогов зоны тоннельного разреза роговицы.Clinical use of the proposed ultrasonic phacoemulsifier instrument in Optimum Vision Recovery Centers in 30 eyes showed: by increasing the effectiveness of ultrasound exposure, the number of intra- and postoperative complications associated with the negative impact of ultrasound on intraocular structures, in particular postoperative corneal edema and burns of the tunnel zone, is reduced corneal incision.

Claims

An ultrasonic phacoemulsifier tool containing a body with a waveguide placed in it, consisting of an ultrasonic vibrations concentrator with a needle at the working end, a pair of piezoelectric elements forming a straight circular cylinder, and a support sleeve, in the center of which there is a channel for aspirating fluid from the eye, and between the body and the concentrator has a cavity made with the possibility of filling it with irrigation solution, characterized in that each of the piezoelectric elements is made in the form of a cylinder and has one base Disposed at an angle of 90 ° to the central axis of the waveguide, and the second - at an angle of 5 to 15 ° to the first, the pair of piezoelectric elements are arranged relative to each other with an offset about the central axis of the waveguide at an angle from 0 to 180 °.