พลศาสตร์ฟาโค

ประเด็นสำคัญโดยสังเขป

พลศาสตร์ของเลนส์แก้วตา (Phacodynamics) เป็นคำรวมสำหรับหลักการทางฟิสิกส์ของพลศาสตร์ของไหล (Fluidics) และพลังงานคลื่นเสียงความถี่สูงในการผ่าตัดสลายและดูดเลนส์แก้วตา (PEA)
เพื่อรักษาความคงที่ของช่องหน้าม่านตา ความสมดุลระหว่างการให้น้ำ (ไหลเข้า) และการดูด (ไหลออก) เป็นสิ่งจำเป็น
ความสูงของขวดน้ำ 100 ซม. ทำให้เกิดความดันในลูกตาประมาณ 70 มม.ปรอท (คำนวณจากความสูงขวด × 0.7)
อัตราการไหลของการดูดเป็นตัวกำหนดความสามารถในการติดตามนิวเคลียส (follow ability) ในขณะที่แรงดูดเป็นตัวกำหนดความสามารถในการยึดนิวเคลียส (hold ability)
ปรากฏการณ์ surge คือความไม่เสถียรชั่วคราวของช่องหน้าม่านตาหลังจากปลดการอุดตัน และอาจทำให้เกิดการฉีกขาดของแคปซูลหลัง
กลไกการแตกนิวเคลียสของหัวเขย่าอัลตราซาวนด์มีสองประเภท: ผลกระทบแบบแจ็คแฮมเมอร์ (jackhammer) และการเกิดโพรง (cavitation)
การเลือกค่าที่ตั้งไว้อย่างเหมาะสมและการเปลี่ยนแปลงตามสถานการณ์จะนำไปสู่การผ่าตัดที่ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ

1. Phacodynamics คืออะไร?

Phacodynamics คือคำศัพท์รวมสำหรับหลักการทางกลพื้นฐานของการผ่าตัดสลายต้อกระจกด้วยคลื่นอัลตราซาวนด์และการดูด (phacoemulsification and aspiration: PEA) ครอบคลุมทั้งแนวคิดเรื่องพลศาสตร์ของไหล (fluidics) และการปรับเปลี่ยนกำลังอัลตราซาวนด์

การผ่าตัดสลายต้อกระจกด้วยคลื่นอัลตราซาวนด์และการดูดถูกคิดค้นโดย Kelman ในปี 1967 และต่อมาแพร่กระจายอย่างรวดเร็วด้วยความก้าวหน้าของอุปกรณ์และเทคนิค ปัจจุบันการผ่าตัดต้อกระจกเกือบทั้งหมดทำด้วยวิธีนี้ และความเข้าใจที่แม่นยำของศัลยแพทย์เกี่ยวกับ Phacodynamics เป็นข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการผ่าตัดที่ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ

พารามิเตอร์หลักที่ประกอบเป็น Phacodynamics ได้แก่:

พลศาสตร์ของไหล (Fluidics): ความสมดุลของของเหลวระหว่างการให้น้ำและการดูด
อัตราการไหลของการดูด (Aspiration Flow Rate: AFR): ปริมาณการดูดต่อหน่วยเวลา (มล./นาที)
แรงดูด (Vacuum): ความดันลบที่กำหนดแรงยึดนิวเคลียสเมื่อเกิดการอุดตัน (มม.ปรอท)
กำลังอัลตราซาวนด์: พลังงานในการแตกนิวเคลียสจากแอมพลิจูดของหัวเขย่า
ชนิดของปั๊ม: แบบเพอริสตัลติก (peristaltic) หรือแบบเวนทูรี (venturi)

Q เหตุใดการทำความเข้าใจเกี่ยวกับฟาโคไดนามิกส์จึงสำคัญ?

การตั้งค่าอุปกรณ์ที่เหมาะสมช่วยเพิ่มความปลอดภัยและประสิทธิภาพของการผ่าตัด ในทางกลับกัน การตั้งค่าที่ไม่เหมาะสมอาจนำไปสู่ภาวะแทรกซ้อน เช่น การยุบตัวของช่องหน้าม่านตา การฉีกขาดของแคปซูลหลัง และความเสียหายต่อเอ็นโดทีเลียมกระจกตา การเข้าใจหลักการพื้นฐานเป็นรากฐานของการผ่าตัดที่ปลอดภัยสำหรับศัลยแพทย์ทุกคน โดยไม่คำนึงถึงระดับความชำนาญ

2. ฟลูอิดิกส์ (พลศาสตร์ของไหล)

การไหลเข้า (การชลประทาน)

น้ำยาชลประทาน (BSS: สารละลายเกลือสมดุล) ถูกส่งไปยังช่องหน้าม่านตาโดยแรงโน้มถ่วงจากขวดน้ำยาชลประทาน ความดันชลประทานเป็นสัดส่วนกับความสูงของขวด และสามารถประมาณได้ด้วยสูตรต่อไปนี้

ความดันชลประทาน (mmHg) ≈ ความสูงขวด (ซม.) × 0.7 ตัวอย่าง: ความสูงขวด 100 ซม. ให้ประมาณ 70 mmHg, 80 ซม. ให้ประมาณ 56 mmHg, 70 ซม. ให้ประมาณ 49 mmHg

การวางขวดให้สูงกว่าตาผู้ป่วยจะสร้างความแตกต่างของความดัน ทำให้น้ำยาชลประทานไหลเข้าสู่ช่องหน้าม่านตา การยกขวดสูงขึ้นจะเพิ่มความดันในลูกตาและความลึกของช่องหน้าม่านตา อย่างไรก็ตาม ในผู้ป่วยโรคต้อหินหรือหลอดเลือดแดงแข็ง ต้องระวังความดันลูกตาที่เพิ่มขึ้น

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นอกเหนือจากระบบแรงโน้มถ่วง ได้มีการพัฒนาระบบชลประทานแบบบังคับ เช่น VGFI (การให้สารทางหลอดเลือดดำด้วยแก๊สแบบมีช่องระบาย) และระบบกดถุงนิ่ม ซึ่งสามารถควบคุมความผันผวนของความดันในลูกตาได้ดีขึ้น

การไหลออก (การดูด)

การไหลออกส่วนใหญ่เกิดจากการดูดผ่านปั๊ม การเพิ่มอัตราการดูดจะเพิ่มการไหลออกและเร่งการเคลื่อนไหวภายในช่องหน้าม่านตา เส้นทางการไหลออกอีกทางหนึ่งคือการรั่วจากแผลผ่าตัดและพอร์ตด้านข้าง

ความสำคัญของสมดุลของไหล

เมื่ออัตราการไหลเข้าเท่ากับอัตราการไหลออก สมดุลความดันในช่องหน้าม่านตาจะคงที่ ทำให้ช่องหน้าม่านตาคงที่

ผลกระทบของความไม่สมดุลของไหล:

ความดันไม่เพียงพอ (การไหลออกมากเกินไป): ช่องหน้าม่านตาตื้นหรือยุบตัว แคปซูลหลังและม่านตาเคลื่อนไปข้างหน้าสู่ปลายเครื่องมือ เพิ่มความเสี่ยงต่อการฉีกขาดของแคปซูลหลัง
ความดันเกิน (การไหลเข้ามากเกินไป): ช่องหน้าม่านตาลึกผิดปกติ ความเครียดต่อโซนูลาร์ เสี่ยงต่อการรั่วไหลของอารมณ์ขันน้ำ

Q การเพิ่มความสูงของขวดน้ำเกลือไม่สามารถระงับ surge ได้ใช่หรือไม่?

ถูกต้อง การเพิ่มความสูงของขวดน้ำเกลือจะเพิ่มความดันในช่องหน้าม่านตาก่อนและหลัง surge แต่ช่วงกว้างของการแกว่งของความดันไม่เปลี่ยนแปลง การระงับ surge ไม่ใช่การปรับความสูงของขวด แต่การลดแรงดูดหรือใช้ท่อที่มี compliance ต่ำมีประสิทธิภาพ

3. อัตราการไหลของการดูด แรงดูด และปั๊ม

อัตราการไหลของการดูด (AFR)

อัตราการไหลของการดูดคือปริมาณของเหลว (มล./นาที) ที่เคลื่อนที่ผ่านช่องดูดที่ปลาย tip ต่อหน่วยเวลา ในปั๊มแบบ peristaltic สามารถตั้งค่าความเร็วรอบของปั๊มได้โดยตรง

ผลของการเพิ่มอัตราการไหล: เพิ่มความสามารถในการติดตาม (follow ability) ของนิวเคลียส ทำให้การดึงนิวเคลียสเข้าหา tip ดีขึ้น
ข้อควรระวัง: อัตราการไหลที่สูงเกินไปจะเพิ่มความเสี่ยงในการดูดม่านตาหรือแคปซูลหลังโดยไม่ตั้งใจ

แรงดูด (Vacuum)

แรงดูดคือความดันลบ (mmHg) ที่กำหนดแรงยึด (hold ability) ชิ้นส่วนนิวเคลียสที่ปลาย tip เมื่อ tip อุดตัน

ผลของการเพิ่มแรงดูด: เพิ่มแรงจับนิวเคลียส เหมาะสำหรับการแตกนิวเคลียสแบบอุดตัน
ข้อควรระวัง: แรงดูดสูงเพิ่มความเสี่ยงเมื่อเกิด surge

ประเภทของปั๊ม

แบบ Peristaltic

หลักการ: ลูกกลิ้งบีบท่อเพื่อสร้างความดันลบ

ข้อดี: สามารถตั้งค่าแรงดูดและอัตราการไหลของการดูดได้อย่างอิสระ

ข้อเสีย: แรงดูดเพิ่มขึ้นช้า ออกแบบโดยเน้นความปลอดภัย เหมาะสำหรับผู้เริ่มต้นและระดับกลาง

ชนิด Venturi

หลักการ: การไหลของอากาศทำให้เกิดความดันลบภายในคาสเซ็ต (กฎของเบอร์นูลลี)

ข้อดี: แรงดูดเพิ่มขึ้นเร็วและความสามารถในการติดตาม (follow ability) สูง

ข้อเสีย: ควบคุมละเอียดได้ยาก และไม่สามารถตั้งค่าอัตราการไหลของแรงดูดแยกกันได้ (ประมาณครึ่งหนึ่งของแรงดูดที่ตั้งคืออัตราการไหล) เหมาะสำหรับระดับสูง

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ข้อเสียของปั๊มทั้งสองชนิดได้รับการปรับปรุง และมีระบบไฮบริดที่สามารถสลับระหว่างสองชนิดในเครื่องเดียว

4. ปรากฏการณ์ Surge

Surge คือปรากฏการณ์ที่หลังจากปลดการอุดตันของปลายเข็มจากชิ้นส่วนนิวเคลียส ความดันลบที่สะสมจะถูกปล่อยออกมาอย่างกะทันหัน ทำให้ของเหลวไหลออกจากช่องหน้าม่านตาอย่างรวดเร็ว และช่องหน้าม่านตาไม่เสถียรชั่วคราว

ในการศึกษาของ Georgescu และคณะในดวงตามนุษย์ที่ถูกนำออก มีรายงานว่าระยะการเปลี่ยนแปลงของช่องหน้าม่านตาระหว่าง surge อยู่ที่ 0.04 ถึง 2 มม.

เมื่อเกิด surge แคปซูลหลังหรือม่านตาจะถูกดึงเข้าหาปลายเข็ม ทำให้เสี่ยงต่อการฉีกขาดของแคปซูลหลังหรือการบาดเจ็บของม่านตา

มาตรการลด surge:

ลดค่าแรงดูดที่ตั้งไว้
ใช้ท่อที่มีความยืดหยุ่นต่ำ (ความแข็งสูง)
ไม่ดำเนินการสลายใกล้แคปซูลหลังหรือม่านตา
ใช้อัลตราซาวนด์ไมโครพัลส์
การใช้ venting และเวลาขึ้นแบบแปรผัน

ทันทีที่ชิ้นส่วนนิวเคลียสหายไปจากปลายหัวเข็มระหว่างการทุบทำลายสิ่งอุดตัน surge มีแนวโน้มเกิดขึ้นมากที่สุด
เมื่อชิ้นส่วนนิวเคลียสลดลง สามารถลดความเสี่ยงได้โดยเปลี่ยนไปใช้โหมดที่มีแรงดูดต่ำลง
หากถุงหลังถูกดูดโดยไม่ได้ตั้งใจเนื่องจาก surge การฉีกขาดของถุงหลังอาจขยายใหญ่ขึ้น

5. หลักการของกำลังคลื่นเสียงความถี่สูง

กลไกทางกายภาพของปลายหัวเข็ม

ความถี่คลื่นเสียงความถี่สูงถูกกำหนดให้เป็น 20 kHz ขึ้นไป และในเครื่องสลายต้อกระจกด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงมักใช้ประมาณ 40 kHz (ประมาณ 28.5–40 kHz) แรงทุบของปลายหัวเข็มเกิดจากกลไกสองประเภทดังนี้:

ผลกระทบแบบแจ็คแฮมเมอร์ (Jackhammer Effect)

กลไก: การชนทางกายภาพของปลายหัวเข็มกับนิวเคลียสเลนส์

ลักษณะ: ยิ่งระยะห่างจากวัตถุมากขึ้น ความเร่งและกำลังจะเพิ่มขึ้น เป็นกลไกการทุบหลักในการสั่นตามยาว (longitudinal)

ผลกระทบแบบคาวิเทชัน (Cavitation Effect)

กลไก: ความดันลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อปลายหัวเข็มถอยหลัง ทำให้เกิดฟองอากาศขนาดเล็ก ซึ่งเมื่อเคลื่อนที่ไปข้างหน้าจะระเบิดตัวปล่อยพลังงาน

ลักษณะ: การระเบิดทำให้เกิดอุณหภูมิประมาณ 13,000°F (7,200°C) และคลื่นกระแทก 75,000 psi อาจทำให้เนื้อเยื่อเสียหายได้

การตั้งค่ากำลังคลื่นเสียงความถี่สูง

กำลังคลื่นเสียงความถี่สูงแสดงเป็นแอมพลิจูดของหัวเข็ม (stroke length) โดยแอมพลิจูดสูงสุดคือ 100% การเพิ่มกำลังจะเพิ่มประสิทธิภาพในการแตกตัว แต่ก็เพิ่มความเสี่ยงในการเกิดความร้อนและแผลไหม้ที่แผลผ่าตัด นอกจากนี้ แอมพลิจูดที่มากขึ้นจะเพิ่มแรงผลักนิวเคลียส (chattering)

ฟาโคแบบบิด

นอกจากแรงสั่นสะเทือนตามยาวแบบดั้งเดิมแล้ว ยังมีการพัฒนาวิธีที่ใช้แรงสั่นสะเทือนแบบหมุนตามขวาง (torsional) เนื่องจากการเคลื่อนที่ทั้งสองทิศทางจะบดนิวเคลียส ทำให้เกิดความร้อนน้อยลงและประสิทธิภาพในการแตกตัวของนิวเคลียสสูงขึ้น การรวมโหมดดั้งเดิมและโหมดบิดเข้าด้วยกัน และเพิ่มการตั้งค่าพัลส์ ทำให้สามารถจัดการกับนิวเคลียสแข็งได้อย่างปลอดภัย

ประเภทของหัวเข็มคลื่นเสียงความถี่สูง

ลักษณะเฉพาะจะแตกต่างกันไปตามมุมเอียงของปลายหัวเข็ม (0–60 องศา)

มุมเอียง	การอุดตัน	การใช้งาน
ใหญ่ (45–60°)	ต่ำ (อุดตันยาก)	การแกะสลัก (ขุดร่อง)
เล็ก (0–15°)	สูง (อุดตันง่าย)	การสับและกำจัดชิ้นส่วนนิวเคลียส

6. โหมดกำลังและการตั้งค่าจริง

โหมดปรับเปลี่ยนกำลัง

โหมด	ลักษณะ	สถานการณ์ที่แนะนำ
ต่อเนื่อง (Continuous)	สั่นตลอดเวลา	นิวเคลียสอ่อน
พัลส์ (Pulse)	เปิด/ปิดซ้ำ	ลดความร้อน / นิวเคลียสแข็ง
ระเบิด (Burst)	พัลส์สั้นแล้วหยุด	เทคนิคการสับ

โหมดพัลส์มีการหยุดระหว่างการสั่นของคลื่นเสียงความถี่สูง ช่วยลดการสั่นสะเทือนและทำให้สามารถแตกนิวเคลียสได้อย่างมีประสิทธิภาพพร้อมลดการเกิดความร้อน

แนวทางการตั้งค่าตามหัตถการและระยะ

การขุดร่อง (การแตกแบบเปิด):

ตั้งค่าแรงดูด อัตราการไหลดูด และการชะล้างให้ต่ำ และเพิ่มกำลังคลื่นเสียงความถี่สูง
ขุดนิวเคลียสโดยไม่ให้ปลายทิปอุดตัน

การแตกหลังแบ่งนิวเคลียส (การแตกแบบปิด):

ตั้งค่าแรงดูด อัตราการไหลดูด และการชะล้างให้สูง
ปรับแต่งกำลังคลื่นเสียงความถี่สูงและการตั้งค่าพัลส์ตามความแข็งของนิวเคลียส

การเหยียบแป้นเท้า:

ตำแหน่งที่ 1: การชะล้างเปิด (การดูดปิด, US ปิด)
ตำแหน่งที่ 2: การชะล้างเปิด, การดูดเปิด (US ปิด)
ตำแหน่งที่ 3: การชะล้างเปิด, การดูดเปิด, US เปิด

ในการสลายต้อกระจกด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงแบบสองมือ การแยกชอปเปอร์ชะล้างและหัวโพรบฟาโคโดยไม่มีปลอกหุ้มช่วยให้สามารถทำอิมัลซิฟิเคชันนิวเคลียสในโพรงปิดผ่านแผลขนาดต่ำกว่ามิลลิเมตรได้ ในกรณีที่ยาก เช่น เลนส์เคลื่อนหลุดบางส่วน พอร์ตชะล้างช่วยรักษาเสถียรภาพของถุงเลนส์ ¹⁾

Q ศัลยแพทย์มือใหม่ควรให้ความสำคัญกับการตั้งค่า phacodynamics ใด?

สำหรับมือใหม่ แนะนำให้ตั้งค่าอัตราการไหลดูดต่ำ กำลังคลื่นเสียงความถี่สูงต่ำ แรงดูดต่ำ และแรงดันชะล้างต่ำ ซึ่งจะช่วยลดความแตกต่างของความดันในช่องหน้าม่านตาและลดความเสี่ยงของการแตกของถุงเลนส์ด้านหลัง การฉีกขาดของม่านตา และการย้อยของวุ้นตา การเปลี่ยนการตั้งค่าตามระยะเป็นหนทางที่เร็วที่สุดในการเรียนรู้การผ่าตัดที่ปลอดภัย

7. งานวิจัยล่าสุดและแนวโน้มในอนาคต

การควบคุมแบบเรียลไทม์ด้วย AI และเซ็นเซอร์

ในเครื่องผ่าตัดต้อกระจกด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงสมัยใหม่ ระบบควบคุมป้อนกลับที่ใช้เซ็นเซอร์วัดความดันในช่องหน้าม่านตากำลังถูกนำมาใช้ โดยการตรวจจับความดันในช่องหน้าม่านตาแบบเรียลไทม์และปรับอัตราการชลประทานโดยอัตโนมัติ คาดว่าจะช่วยลดความผันผวนของความดันและการพุ่งสูง ลดความเสี่ยงของการแตกของแคปซูลหลัง

ระบบชลประทานแบบบังคับ (VGFI, การกดถุงนิ่ม)

เป็นทางเลือกแทนระบบชลประทานแบบแรงโน้มถ่วง ระบบชลประทานแบบบังคับ เช่น VGFI (การอัดแก๊สในขวดชลประทาน) และวิธีการกดถุงนิ่มด้วยแผ่น ได้ถูกนำมาใช้จริง ระบบเหล่านี้สามารถเพิ่มอัตราการชลประทานได้เร็วกว่าระบบแรงโน้มถ่วง ช่วยให้สภาพแวดล้อมการผ่าตัดปลอดภัยโดยมีความผันผวนของความดันในช่องหน้าม่านตาน้อยลง

8. เอกสารอ้างอิง

Khokhar S, Rani D, Rathod A, Nathiya V, Kapoor A. Bimanual phacoemulsification for subluxated cataractous lens. Indian J Ophthalmol. 2024;72:126-7.
Packard R. Understanding phacodynamics. J Cataract Refract Surg. 2010;36(5):876-7. PMID: 20457401.
Adams W, Brinton J, Floyd M, Olson RJ. Phacodynamics: an aspiration flow vs vacuum comparison. Am J Ophthalmol. 2006;142(2):320-2. PMID: 16876517.