1 /13P. Stępień, Micro-geometrical characteristics of the cutting edge as the intersection of two rough surfaces, (2009)..

Badania krawędzi ostrzy skalpeli chirurgicznych

Celem badań było określenie 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).

Lokalizacja obszarów obserwacji SEM

Panowie Ryszard Gritzman i Krzysztof Maciejewski wnieśli znaczący wkład w te badania.

2 /13

3 /13

4 /13

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 /13

Zarysy powierzchni bocznych (Hommelwerke T8000)

FEATHER

AESCULAP

Gładkie powierzchnie boczne po ostrzeniu pierwotnym

Bardzo wyraźne zmniejszenie chropowatości po ostrzeniu wtórnym

Imponująca gładkość zarysu F2L

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.

6 /13

Rozkład krawędzi w strefie ostrza (STATISTICA)

FEATHERObróbka pierwotna Obróbka wtórna

Krawędź ostrza po obróbce wtórnej bardzo wyraźnie skoncentrowana w małym obszarze o rozmiarach rzędu 0,2*0,2 µm. Sugeruje to wysoką prostoliniowość krawędzi (duża wartość λ).

7 /13

Rozkład krawędzi w strefie ostrza (STATISTICA)

AESCULAPObróbka pierwotna Obróbka wtórna

Krawędź ostrza po obróbce wtórnej rozproszona w znacznie większym obszarze o rozmiarach rzędu 3 *3 µm. Sugeruje to mniejszą prostoliniowość krawędzi (mniejsza wartość λ).

Wyraźna wielomodalność rozkładu wzmacnia tę sugestię.

8 /13

Rozkład krawędzi z uwzględnieniem proporcji stref ostrzyFEATHER

AESCULAP

9 /13

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.

Porównanie parametrów krawędzi ostrzy

Zarysy powierzchni bocznych ostrzy zawierały n = 1985 rzędnych z krokiem dyskretyzacji Δx = 0,75566751 μm, co odpowiada nominalnej długości krawędzi Ln = 1499,244 μm. Rzeczywiste długości krawędzi ostrzy obliczono dwukrotnie: jako L i Lrev , po odwróceniu

zarysów lewej strony ostrzy: yL(n - i +1). Taka procedura eliminowała ewentualne korelacje zarysów obu stron ostrzy. Względne różnice długości L i Lrev nie przekraczały 0,05%.

3.861 0.972 0.9711543.440.9721542.98F1RF2L44.8660.9640.9641555.130.9641554.65F2RF1L31.1720.9980.9981502.530.9981502.74F2RF2L28.7440.9250.9261618.680.9231624.86F1RF1L1

H [μm] Mean λ λrev [-] Lrev [μm] λ [-] L [μm] Right profileLeft profile

FE

AT

HE

R

16.0400.9370.9371599.510.9371600.61A2R3A1L815.6000.9400.9401594.300.9401595.81A2R2A1L716.3410.9380.9381597.670.9381598.26A2R1A1L624.0720.8570.8561751.040.8571748.53A1R3A1L521.2770.8680.8711721.880.8651732.63A1R2A1L421.5140.8720.8721719.830.8711720.48A1R1A1L314.4050.9390.9391596.640.9391597.05A2RA1L222.0310.8720.8711720.890.8731718.35A1RA1L1

AE

SC

UL

AP

10 /13

Rozkłady elementarnych długości krawędzi ostrzy

Względna elementarna długości krawędzi ostrza, ΔL /Δx ≥ 1, określa w jakim stopniu elementarna długość krawędzi ostrza ΔL jest odchylona (w układzie 3-D) od kierunku nominalnej krawędzi ostrza.

Δx = 0,756 μm

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.

Δx = 0,756 μm

11 /13

Względna długość krawędzi ostrza a wysokość strefy ostrzaW 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 λ zamiast H: λ jest parametrem bezwymiarowym, 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,

λ wyraża 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.

Korelacje (n = 28) średniej względnej długości krawędzi ostrza z wysokością H strefy ostrza są istotne statystycznie (na poziomie istotności 0,05).

12 /13

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 /13

Dwa cytaty

J.F. Kayser, J. Foster (1946), Proc. Roy. Soc. Med. 39, 835.J. Foster (1946), Institute of British Surgical Technicians. Lecture 27 January.

= 0,254μm

= 0,254μm

14 /13

Dwa cytaty

J.F. Kayser, J. Foster (1946), Proc. Roy. Soc. Med. 39, 835.J. Foster (1946), Institute of British Surgical Technicians. Lecture 27 January.

= 0,254μm

= 0,254μm