Generatore ad ultrasuoni per l'impianto ed espianto di protesi

Il generatore ad ultrasuoni è uno strumento utile ed importante sia in ambito industriale sia in ambito medico in cui ha trovato soprattutto grande riscontro negli interventi di ortopedia: esso infatti viene adoperato per svolgere operazioni di taglio e pulizia delle aree soggette ad infezioni o all’innesto/ rimozione di protesi biomedicali in aiuto e sostegno al paziente. Questi dispositivi basano il loro funzionamento sugli ultrasuoni ovvero onde acustiche che l’orecchio umano non è in grado di captare, ma molto utilizzati in natura da alcuni animali per orientarsi, muoversi e se necessario difendersi. L’uomo è riuscito a replicare meccanicamente questo fenomeno per mezzo di alcuni materiali anisotropi dotati di capacità piezoelettriche che, se soggetti a forze di deformazione oppure campi elettrici, sono in grado di convertire il segnale ed amplificare l’onda acustica incidente su di essi. Tale attitudine permette di ottenere immagini biomedicali delle varie strutture all’interno del corpo umano per specifici scopi diagnostici, ma anche lavoro meccanico: i segnali elettrici ad altra frequenza vengono convertiti per mezzo di un trasduttore costituito da piezo-ceramiche in vibrazioni meccaniche utili nel taglio o pulizia dell’osso. Il generatore infatti è costituito da un manipolo annesso per mezzo di cavi chiamato handset al cui interno si trovano 4 ceramiche comunicanti attraverso elettrodi che trasmettono la conversione meccanica su una sonda in lega di titanio; il lavoro compiuto avviene in risonanza grazie al programma di inseguimento presente nel software del sistema che persegue il valore minimo dell’impedenza, ovvero il punto ottimale. Cambiando i fattori esterni quali la forza di carico oppure la temperatura, la curva che descrive il comportamento dell’impedenza al variare della frequenza subisce rispettivamente un appiattimento e traslazione verso destra o una traslazione verso sinistra, influenzando così le prestazioni ottenute. Utile risulta analizzare quale sarebbe la temperatura ottimale in cui poter far operare l’handset quando sottoposto a sessioni di lavoro in modo tale da considerare tale grandezza fisica una costante ed evitare complicazioni o alterazioni delle prestazioni. La geometria della sonda invece influisce principalmente sulla sua resistenza e sulle tempistiche di lavoro: dall’angolo di incidenza e dalla velocità di penetrazione dipendono i risultati ottenuti soprattutto durante le operazioni di taglio. L’esecuzione di vari esperimenti con l’impiego di handset differenti, la manipolazione dei parametri elettrici del generatore, la variazione dei tempi di attività/ riposo e il cambio di resistenza dettato dalla variazione dei target impiegati ha permesso di raccogliere molti dati. Si è potuto giungere a conclusione che la temperatura si stabilizza con valori accettabili attraverso un’attività di 20 secondi ogni 60 secondi di pausa, che un eventuale aumento dei parametri del +78% migliora le performance del generatore e che le sonde sono resistenti nonostante il loro deterioramento dovuto ad un prolungato utilizzo di lavoro.