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

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.

Zarysy powierzchni bocznych (Hommelwerke T8000) Gładkie powierzchnie boczne po ostrzeniu pierwotnym Bardzo wyraźne zmniejszenie chropowatości po ostrzeniu wtórnym Imponująca gładkość zarysu F2L FEATHER 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.

Rozkład krawędzi w strefie ostrza (STATISTICA) Obróbka pierwotna FEATHER 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).

Rozkład krawędzi w strefie ostrza (STATISTICA) Obróbka pierwotna AESCULAP 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.

Rozkład krawędzi z uwzględnieniem proporcji stref ostrzy FEATHER AESCULAP

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 0.971 1543.44 1542.98 F1R F2L 4 4.866 0.964 1555.13 1554.65 F2R F1L 3 1.172 0.998 1502.53 1502.74 2 8.744 0.925 0.926 1618.68 0.923 1624.86 1 H [μm] Mean λ λrev [-] Lrev [μm] λ [-] L [μm] Right profile Left profile FEATHER 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. 16.040 0.937 1599.51 1600.61 A2R3 A1L 8 15.600 0.940 1594.30 1595.81 A2R2 7 16.341 0.938 1597.67 1598.26 A2R1 6 24.072 0.857 0.856 1751.04 1748.53 A1R3 5 21.277 0.868 0.871 1721.88 0.865 1732.63 A1R2 4 21.514 0.872 1719.83 1720.48 A1R1 3 14.405 0.939 1596.64 1597.05 A2R 2 22.031 1720.89 0.873 1718.35 A1R 1 AESCULAP

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. 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 Porównanie histogramów dotyczących wyników ostrzenia pierwotnego wykazuje większą prostoliniowość krawędzi ostrza FEATHER. Duże wartości ΔL /Δx pojawiały się znacznie rzadziej niż dla ostrza AESCULAP. Δx = 0,756 μm

Względna długość krawędzi ostrza a wysokość strefy ostrza W badaniach skojarzono też (MIXED) zarysy powierzchni bocznych obu ostrzy, zachowując rzeczywiste wartości kątów α. Korelacje (n = 28) średniej względnej długości krawędzi ostrza z wysokością H strefy ostrza są istotne statystycznie (na poziomie istotności 0,05). 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.

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...

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

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