Badania krawędzi ostrzy skalpeli chirurgicznych

1. Badania krawędzi ostrzy skalpeli chirurgicznych Lokalizacja obszarów obserwacji SEM Celem badań byłookreślenie praktycznej przydatności proponowanej metody opisu mikro-geometrycznych cech krawędzi ostrzy. Do badań użyto skalpeli chirurgicznych produkowanych przez dwie wiodące firmy FEATHER i AESCULAP. Wszelkie, wynikające z badań, porównania obu produktów nie służą ocenie obu firm. Dla uniknięcia takich podejrzeń, w badaniach wykorzystano skalpele wyprodukowane w latach 1980-83. Były one przechowywane w fabrycznych opakowaniach, w miejscu suchym i w temperaturze pokojowej. Skalpele straciły wprawdzie gwarantowaną (2-letnią) sterylność (uzyskaną przez promieniowanie gamma), jednak ich właściwości geometryczne i fizyczne nie uległy zmianie. Główne analizy przeprowadzono z wykorzystaniem zarysów powierzchni bocznych, wykonanych profilometrem Hommelwerke T8000. W badaniach wykorzystano także obserwacje SEM (Jeol JSM-5500LV). Panowie Ryszard Gritzman i Krzysztof Maciejewski wnieśli znaczący wkład w te badania. P. Stępień, Micro-geometrical characteristics of the cutting edge as the intersection of two rough surfaces, (2009)..

4. Kąty ostrzy i wymiary liniowe Szerokości powierzchni bocznych zmierzone przez zestawienie zarysów FL+FR, AL+AR są niemal identyczne jak te, uzyskane z obserwacji SEM. Niewielkie różnice wynikają z lokalnych różnic szerokości powierzchni bocznych mierzonych w różnych płaszczyznach.

5. Zarysy powierzchni bocznych (Hommelwerke T8000) • Gładkie powierzchnie boczne po ostrzeniu pierwotnym • Bardzo wyraźne zmniejszenie chropowatości po ostrzeniu wtórnym • Imponująca gładkość zarysu F2L AESCULAP • Powierzchnie po ostrzeniu pierwotnym faliste i kilkakrotnie bardziej chropowate niż dla FEATHER • Płytka obróbka wtórna prawej strony A2R nie usunęła falistości i nie zmniejszyła znacząco wysokości zarysu. FEATHER

6. Rozkład krawędzi w strefie ostrza (STATISTICA) Obróbka pierwotna Obróbka wtórna FEATHER Krawędź ostrza po obróbce wtórnej bardzo wyraźnie skoncentrowana w małym obszarze o rozmiarach rzędu0,2*0,2µm. Sugeruje to wysoką prostoliniowość krawędzi (duża wartość λ).

7. Rozkład krawędzi w strefie ostrza (STATISTICA) Obróbka pierwotna Obróbka wtórna AESCULAP Krawędź ostrza po obróbce wtórnej rozproszona w znacznie większym obszarze o rozmiarach rzędu3*3µm. Sugeruje to mniejszą prostoliniowość krawędzi (mniejsza wartość λ). Wyraźna wielomodalność rozkładu wzmacnia tę sugestię.

8. Rozkład krawędzi z uwzględnieniem proporcji stref ostrzy AESCULAP FEATHER

9. Porównanie parametrów krawędzi ostrzy Left profile Right profile L [μm] λ [-] Lrev[μm] λrev [-] Mean λ H[μm] 1 F1L F1R 1624.86 0.923 1618.68 0.926 0.925 8.744 2 F2L F2R 1502.74 0.998 1502.53 0.998 0.998 1.172 FEATHER 3 F1L F2R 1554.65 0.964 1555.13 0.964 0.964 4.866 4 F2L F1R 1542.98 0.972 1543.44 0.971 0.972 3.861 1 A1L A1R 1718.35 0.873 1720.89 0.871 0.872 22.031 2 A1L A2R 1597.05 0.939 1596.64 0.939 0.939 14.405 3 A1L A1R1 1720.48 0.871 1719.83 0.872 0.872 21.514 4 A1L A1R2 1732.63 0.865 1721.88 0.871 0.868 21.277 AESCULAP 5 A1L A1R3 1748.53 0.857 1751.04 0.856 0.857 24.072 6 A1L A2R1 1598.26 0.938 1597.67 0.938 0.938 16.341 7 A1L A2R2 1595.81 0.940 1594.30 0.940 0.940 15.600 8 A1L A2R3 1600.61 0.937 1599.51 0.937 0.937 16.040 Prostoliniowość pierwotnego ostrza FEATHER, wyrażona względną długością krawędzi ostrza λ,była wyraźnie większa niż ostrza AESCULAP. Obróbka wtórna nie zmieniła tej relacji. Porównanie wysokości H strefy ostrzy potwierdza te wnioski. Zarysy powierzchni bocznych ostrzy zawierały n=1985 rzędnych z krokiem dyskretyzacji Δx=0,75566751μm,co odpowiada nominalnej długości krawędzi Ln=1499,244μm. Rzeczywiste długości krawędzi ostrzy obliczono dwukrotnie: jako Li Lrev,poodwróceniuzarysów lewejstrony ostrzy: yL(n-i +1). Taka procedura eliminowała ewentualne korelacje zarysów obu stron ostrzy. Względne różnice długości Li Lrevnie przekraczały 0,05%.

10. Rozkłady elementarnych długości krawędzi ostrzy Δx = 0,756μm Porównanie histogramów dotyczących wyników ostrzenia pierwotnego wykazuje większą prostoliniowość krawędzi ostrza FEATHER. Duże wartości ΔL/Δx pojawiały się znacznie rzadziej niż dla ostrza AESCULAP. Różnice prostoliniowości krawędzi ostrzy ujawniły się bardzo wyraźnie po ostrzeniu wtórnym. Rozkład ΔL/Δx w przypadku ostrza FEATHER został radykalnie zmieniony, a w przypadku AESCULAP zmiany są nieznaczne. Zakres wartości ΔL/Δx dla ostrza FEATHER jest niemal dwukrotnie mniejszy niż dla AESCULAP. Względna elementarna długości krawędzi ostrza, ΔL/Δx≥1, określa w jakim stopniu elementarna długość krawędzi ostrza ΔLjest odchylona (w układzie 3-D) od kierunku nominalnej krawędzi ostrza. Δx = 0,756μm

11. Względna długość krawędzi ostrza a wysokość strefy ostrza Korelacje (n = 28) średniej względnej długości krawędzi ostrza z wysokością H strefy ostrza są istotne statystycznie (na poziomie istotności 0,05). W badaniach skojarzono też (MIXED) zarysy powierzchni bocznych obu ostrzy, zachowując rzeczywiste wartości kątów α. Uzasadnione było więc pytanie: Czy względną długość λ krawędzi ostrza można zastąpić prostszym parametrem, jakim jest wysokość strefy ostrza H? • Istnieje kilka powodów uzasadniających stosowanie λzamiastH: • λjest parametrembezwymiarowym, co ułatwia porównywanie różnych ostrzy, • H zależy bezpośrednio od wysokości Pt =(ymax – ymin) zarysów powierzchni bocznych, stanowiących różnice jedynie dwóch rzędnych, przez co jest to parametr bardziej wrażliwy na przypadkowe i lokalne uszkodzenia powierzchni, niż parametr λ, uwzględniający położenie wszystkich punktów zarysu, • λwyraża przestrzenne rozmieszczenie krawędzi ostrza, a H jest pojedynczym wymiarem równoległoboku, jakim jest strefa ostrza, • oba parametry wymagają tych samych danych wejściowych: kątów ostrza i zarysów powierzchni bocznych.

12. Porównanie krawędzi ostrzy (SEM) Krawędź tnąca skalpela FEATHER jest znacznie bardziej prostoliniowa niż skalpela AESCULAP, co zgodnie potwierdzono różnymi metodami i przy użyciu różnych parametrów. Tak wysoka prostoliniowość (λ=0,998) stanowi poważne osiągnięcie technologiczne, jednak nie przesądza o zdolności tnącej ostrza. Ostateczna ocena ostrzy wymaga badań procesu cięcia tkanek lub uzgodnionego materiału referencyjnego. Jednak już 60 lat temu stwierdzono, że...

13. Dwa cytaty = 0,254μm = 0,254μm J.F. Kayser, J. Foster (1946), Proc. Roy. Soc. Med. 39, 835. J. Foster (1946), Institute of British Surgical Technicians. Lecture 27 January.

14. Dwa cytaty = 0,254μm = 0,254μm J.F. Kayser, J. Foster (1946), Proc. Roy. Soc. Med. 39, 835. J. Foster (1946), Institute of British Surgical Technicians. Lecture 27 January.