Method for Calculating an Ultrasonic Scalpel with a 1½-Wave Acoustic Scheme and Enhanced Cavitation Surface

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorSharhorodskyi, S. V.
dc.contributor.authorLuhovskyi, O. F.
dc.contributor.authorLavrinenkov, A. D.
dc.contributor.authorShargorodska, I. V.
dc.contributor.authorKolot, N. V.
dc.date.accessioned2026-04-10T12:06:39Z
dc.date.available2026-04-10T12:06:39Z
dc.date.issued2025
dc.description.abstractUltrasonic phacoemulsifiers and scalpels have transformed cataract surgery, enabling minimally invasive procedures through small incisions while minimizing trauma to ocular tissues. Despite its potential to clean the trabecular meshwork of the anterior chamber angle, restore its elasticity, and reduce intraocular pressure, applying ultrasonic cavitation in glaucoma surgery has not been fully implemented so far. A mathematical model of an ultrasonic scalpel for an ophthalmic phacoemulsifier used in glaucoma treatment has been developed in this study, based on a 1½-wave vibrational drive for longitudinal displacements with a symmetric piezoelectric transducer. This model enabled the calculation of acoustic longitudinal dimensions and the simulation of its operation at the resonant frequency. The reciprocating-rotational oscillations of the scalpel needle are achieved by incorporating helical grooves on the surface of the larger-diameter stage of the first ultrasonic velocity transformer, which is in direct contact with the piezoceramic transducer. To enhance the convenience of surgical intervention and reduce the risk of damaging internal eye structures, the tip of the ultrasonic scalpel needle is angled at approximately 15°. The simulation results determined the resonant frequencies of the ultrasonic scalpel with a straight and angled tip, which were 48,373 Hz and 48,702 Hz, respectively. Additionally, the vibration mode of the angled needle tip was identified, exhibiting both longitudinal and bending components, confirming the proposed concept of using an angled tip to improve surgical convenience and reduce the risk of injury to internal eye structures.The implementation of the developed ultrasonic scalpel for glaucoma treatment addresses a significant scientific and applied challenge in modern ophthalmology and mechanical engineering.
dc.description.abstractotherВикористання ультразвукових факоемульсифiкаторiв та скальпелiв при хiрургiчному лiкуваннi катаракти вiдкрило нову епоху для проведення малоiнвазивних операцiй на оцi i можливостей виконання втручання при малих розрiзах без побiчних травматичних ушкоджень тканин ока. В той же час використання ультразвукової кавiтацiї при хiрургiчному лiкуваннi глаукоми на сьогоднi поки не знайшло свого належного застосування, хоча має явнi перспективи для очищення трабекулярної сiтки кута передньої камери ока, збереження i вiдновлення її еластичностi i, як наслiдок, зниження очного тиску. Розроблена математична модель ультразвукового скальпеля офтальмологiчного факоемульсифiкатора для лiкування глаукоми на базi 1 1 2 -хвильового вiбрацiйного приводу поздовжнiх перемiщень з симетричним п’єзоелектричним перетворювачем, яка дозволила розрахувати акустичнi поздовжнi розмiри та провести моделювання його роботи на резонанснiй частотi. Зворотно-обертовi коливання голки скальпеля забезпечуються за рахунок виконання гвинтових канавок на поверхнi ступеня бiльшого дiаметра першого ультразвукового трансформатора коливальної швидкостi, який безпосередньо контактує з п’єзокерамiчним перетворювачем. Для збiльшення зручностi хiрургiчного втручання та зменшення ризику травмування внутрiшнiх елементiв ока кiнець голки ультразвукового скальпеля зроблено нахиленим приблизно на 15∘ . В результатi моделювання були розрахованi резонанснi частоти ультразвукового скальпеля iз прямим та нахиленим кiнцем, якi склали 48373 Гц та 48702 Гц вiдповiдно. Також визначено форму коливань при нахиленому кiнцi голки скальпеля, в якiй присутня як поздовжня, так i згинальна складова, що пiдтверджує запропоновану iдею використання нахиленого кiнця скальпеля для збiльшення зручностi хiрургiчного втручання та зменшення ризику травмування внутрiшнiх елементiв ока. Впровадження розробленого ультразвукового скальпеля для лiкування глаукоми є багатообiцяючим для вирiшення важливого науково-прикладного завдання сучасної офтальмологiї та машинознавства.
dc.format.pagerangeС. 18-27
dc.identifier.citationMethod for Calculating an Ultrasonic Scalpel with a 1½-Wave Acoustic Scheme and Enhanced Cavitation Surface / S. V. Sharhorodskyi, O. F. Luhovskyi, A. D. Lavrinenkov, I. V. Shargorodska, N. V. Kolot // Вісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка, радіоапаратобудування : збірник наукових праць. – 2025. – Вип. 101. – С. 18-27. – Бібліогр.: 22 назв.
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.64915/RADAP.2025.101.18-27
dc.identifier.orcid0009-0006-0820-3218
dc.identifier.orcid0000-0003-1076-7718
dc.identifier.orcid0000-0003-3292-7663
dc.identifier.orcid0000-0001-8958-1849
dc.identifier.orcid0009-0006-2084-2936
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/80097
dc.language.isoen
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорського
dc.publisher.placeКиїв
dc.relation.ispartofВісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка, радіоапаратобудування : збірник наукових праць, Вип. 101, 2025
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.subjectultrasound
dc.subjectultrasonic cavitation
dc.subjectsound-capillary effect
dc.subjectelasticity
dc.subjectscalpel
dc.subjectglaucoma
dc.subjecttrabecula
dc.subjectультразвук
dc.subjectультразвукова кавiтацiя
dc.subjectзвуко-капiлярний ефект
dc.subjectеластичнiсть
dc.subjectскальпель
dc.subjectглаукома
dc.subjectтрабекула
dc.subject.udc617.7-007.681-073.4:615.472.3
dc.titleMethod for Calculating an Ultrasonic Scalpel with a 1½-Wave Acoustic Scheme and Enhanced Cavitation Surface
dc.title.alternativeМетодика розрахунку ультразвукового скальпеля з 1½-хвильовою акустичною схемою та розвиненою поверхнею кавітації
dc.typeArticle

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
18-27.pdf
Розмір:
1.56 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Вісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка, радіоапаратобудування : збірник наукових праць, Вип. 101