電外科手術(shù)設(shè)備的進(jìn)展

尤顥，楊謙

廈門(mén)心臟中心心臟外科，福建，廈門(mén)，361004

電外科設(shè)備（Electrosurgery unit, ESU）已成為手術(shù)室中不可或缺的設(shè)備。狹義ESU指直接利用高頻高壓交流電通過(guò)組織引起的熱效應(yīng)進(jìn)行切割和止血的高頻電刀；廣義ESU指利用高頻電能達(dá)到對(duì)組織進(jìn)行切割、分離、止血等手術(shù)目的設(shè)備，包括高頻電刀、射頻刀、離子刀等[1]。本文就電外科手術(shù)設(shè)備的進(jìn)展做一簡(jiǎn)要的介紹。

1 高頻電刀

1.1 概述

自1928年Bovie研制出商品化的高頻電刀以來(lái)已歷經(jīng)八十多年的發(fā)展，電刀發(fā)生器的主要器件由采用電子管發(fā)展到用場(chǎng)效應(yīng)晶體管和大功率 MOS 管，而高性能的單片機(jī)又將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用在電刀的安全檢測(cè)和精確功率控制上，大大提高了設(shè)備的安全性和可靠性。目前，高頻電刀呈現(xiàn)專(zhuān)用化制造的發(fā)展趨勢(shì)，分別制造具有一定功能模式的裝置或按臨床需求分科制造，如婦科、口腔科及內(nèi)鏡電刀等。盡管高頻電刀歷經(jīng)飛速發(fā)展，然而其原理依然是利用脈沖時(shí)間極短的高頻電流引發(fā)人體組織中的離子，在粘滯體液中振蕩產(chǎn)生的熱能而進(jìn)行工作的。當(dāng)電刀的手術(shù)電極與人體接觸時(shí)，由于接觸的有效面積小，電極本身的高阻抗體使高電流密度在局部組織中通過(guò)，直接產(chǎn)生高熱引起組織的分離和凝固。通過(guò)調(diào)節(jié)高頻電刀電流的波形和強(qiáng)度，可實(shí)現(xiàn)對(duì)組織不同的外科效果，如持續(xù)高頻正弦波電流使細(xì)胞瞬間汽化蒸發(fā)，達(dá)到切開(kāi)(cutting)效果；間斷調(diào)制電流通過(guò)電刀頭接觸組織，使細(xì)胞干燥達(dá)到的接觸電凝止血(desiccation)；不觸及組織的電弧止血(fulguration)以及輸出介于“切開(kāi)”和“凝固”之間的混合波形，可進(jìn)行無(wú)血的混合切割（blended）效果。從電流回路的工作模式上看，電刀可分成單極和雙極兩個(gè)大類(lèi)。單極模式電路回路由電刀主機(jī)、手術(shù)電極、人體和中性電極板組成，可對(duì)組織進(jìn)行切割和止血。雙極模式無(wú)中性電極，由主機(jī)、兩個(gè)手術(shù)電極（通常是雙極鑷子的兩個(gè)尖端）及作用電極之間的組織構(gòu)成電路回路，通過(guò)兩個(gè)作用電極向機(jī)體組織傳遞高頻電能產(chǎn)生切割和止血。雙電極模式多用于腦外科、顯微外科等精細(xì)手術(shù)。

1.2 自適應(yīng)電刀

普通高頻電刀通常設(shè)計(jì)成等阻抗輸出，當(dāng)遇到不同電阻的組織時(shí)，輸出功率就會(huì)發(fā)生改變。手術(shù)電極尺寸、切割速度和組織中血液充盈情況等多種因素，也會(huì)影響電刀的輸出功率。手術(shù)中電刀功率一般由手術(shù)醫(yī)生根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定的，選擇的功率往往比實(shí)際需達(dá)到預(yù)期手術(shù)效果的功率要大，但過(guò)大的電流密度可引起切口及周?chē)M織的灼傷。自適應(yīng)高頻電刀通過(guò)功率控制，實(shí)現(xiàn)切割不同組織時(shí)保持輸出功率特性不變，從而保護(hù)組織不被燒傷，以達(dá)到良好的手術(shù)效果。手術(shù)中，自適應(yīng)高頻電刀能提供足夠的功率進(jìn)行切割或電凝組織，而一旦達(dá)到切割或電凝的手術(shù)效果后，會(huì)自動(dòng)調(diào)整功率以使附近的組織不受影響，手術(shù)效果是切口附近的組織只發(fā)白發(fā)干而不會(huì)變黃和炭化，并且最小程度地降低電火花的產(chǎn)生。這種功率控制對(duì)于不同部位組織、不同手術(shù)類(lèi)型，都能提供可靠的自適應(yīng)保護(hù)。其控制和調(diào)節(jié)輸出功率大小的原理，是通過(guò)利用反饋回路檢測(cè)手術(shù)刀頭接觸到組織的電阻或電流變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展又縮短了反饋回路控制和調(diào)節(jié)的響應(yīng)時(shí)間，確保不影響手術(shù)操作的連續(xù)性[2]。

1.3 氬氣刀

氬氣刀由高頻電刀和可控流量的氬氣源組成，其工作原理是高頻高壓電流使氬氣電離成具有導(dǎo)電作用的氬離子，氬離子將高頻電流傳導(dǎo)到組織產(chǎn)生熱效應(yīng)而進(jìn)行工作。氬氣刀進(jìn)行切割操作時(shí)，由于氬氣隔離層將電極與周?chē)难鯕飧綦x，減少了組織的氧化反應(yīng)和產(chǎn)熱的程度，組織炭化輕且有利于愈合。同時(shí)，由于氬氣刀的電能集中于切割，轉(zhuǎn)換成無(wú)效熱能減少，不僅切割時(shí)冒煙少，而且提高了切割的速度和對(duì)高阻抗組織（如脂肪、肌腱等）的切割效果。氬氣刀除應(yīng)用于切割外，手術(shù)中氬氣氣流束將創(chuàng)面的血液吹離創(chuàng)面，氬離子將電流以分布均勻、密度極高的電弧形式傳遞到創(chuàng)面進(jìn)行止血。在凝血的過(guò)程中，由于凝固區(qū)組織電阻增大，氬離子流會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)移到阻抗較低的出血或未充分凝固的組織上，產(chǎn)生相當(dāng)穩(wěn)定的凝血深度。與常規(guī)電刀相比，氬氣刀主要優(yōu)點(diǎn)有① 不接觸創(chuàng)面，不會(huì)發(fā)生手術(shù)電極與組織粘連；② 凝血深度能自動(dòng)地被表面組織層脫水而形成的絕緣層所限制，產(chǎn)生的焦痂均勻平滑，厚度僅為使用一般電刀時(shí)的1/5～1/3，即使在大血管壁上使用也不會(huì)燒破血管；③ 保持組織不被碳化，切口愈合快；④ 無(wú)煙無(wú)異味；⑤ 適用于點(diǎn)狀出血、大面積出血以及血管豐富的組織和臟器出血表面（如骨髓，肺和肌肉）等多種情況的止血[3]。由于氬氣刀是將壓縮氣體作用于出血的人體組織，為避免氣體栓塞的危險(xiǎn)，多采取超限報(bào)警裝置和流量調(diào)節(jié)控制電路等措施減少組織上的氣滯點(diǎn)壓力。研究已證明，在開(kāi)放性手術(shù)中應(yīng)用氬氣刀，能明顯減少手術(shù)中失血量，并縮短手術(shù)時(shí)間。由于使用氬氣刀有無(wú)煙、組織不炭化、不汽化和損傷小等特點(diǎn)，目前應(yīng)用范圍已擴(kuò)大到胃腸內(nèi)鏡、支氣管鏡等腔道內(nèi)鏡檢查治療以及胸、腹腔鏡手術(shù)。

1.4 雙極血管封閉技術(shù)

隨著腔鏡技術(shù)的發(fā)展，雙極血管封閉技術(shù)（bipolar vessel seal technology）得到廣泛的應(yīng)用。不同公司推出不同商業(yè)化產(chǎn)品，其基本原理均是通過(guò)兩電極鉗之間的物理性壓迫和熱能傳遞，使電極間所夾持組織的膠原和彈性蛋白發(fā)生變性，從而使血管壁融合成透明帶以達(dá)到永久封閉血管的目的，多用于血管豐富的組織如大網(wǎng)膜和腸系膜的分離結(jié)扎操作。與傳統(tǒng)單極和雙極電刀不同，雙極血管封閉技術(shù)要求組織無(wú)張力情況下進(jìn)行操作，以達(dá)到理想的外科效果。最先推出雙極血管封閉技術(shù)的是美國(guó)Covidien公司，隨后Gyrus ACMI、SurgRx及ERBE等公司均有相似產(chǎn)品問(wèn)世。Covidien 公司的Ligsure系統(tǒng)通過(guò)測(cè)定電極間所夾持組織的電阻變化，以計(jì)算機(jī)控制調(diào)節(jié)輸出射頻電流大小，能安全封閉7 mm的血管，封閉的血管能抵抗正常收縮壓3倍的壓力沖擊。Gyrus ACMI公司的Plasmacision，采用PlasmaKinetic技術(shù)，在對(duì)組織凝固的同時(shí)進(jìn)行熱傳導(dǎo)最小的無(wú)血切割。它與其它血管封閉技術(shù)不同的是采用脈沖電流，對(duì)組織進(jìn)行切割和凝血的周期中仍保持電流通路，在脈沖電流的間歇期使凝固組織冷卻，阻止熱量進(jìn)一步擴(kuò)散。SurgRx公司現(xiàn)已被Ethicon公司收購(gòu)，產(chǎn)品Enseal采用納米技術(shù)自動(dòng)對(duì)輸出電能進(jìn)行調(diào)節(jié)。其特色在于電極鉗設(shè)計(jì)上，滑動(dòng)呈“I”型的平頭刀刃熱敏性鎳在嵌入式塑料雙極鉗的中央，雙極鉗可以調(diào)節(jié)電極與組織接觸面上能量沉積量，使所凝固的組織溫度僅限于100oC，中央的刀刃向前滑動(dòng)可切開(kāi)組織。此外，在腔鏡外科中廣泛應(yīng)用的另一技術(shù)是Ethicon公司的超聲刀血管封閉系統(tǒng)，通過(guò)利用機(jī)械能亦可達(dá)到雙極血管封閉技術(shù)的效果，能安全地對(duì)直徑3 mm的血管直接凝固和切斷[4-5]。

1.5 電外科工作站

電外科工作站應(yīng)用微處理器和傳感技術(shù)，將電外科手術(shù)所需的全部功能，如各種制式的電切、電凝、煙霧清除、吸引以及氬氣刀等集成于一體，可做為基本的電外科設(shè)備，也可根據(jù)不同的用戶需要配置系統(tǒng)硬件、軟件和擴(kuò)充功能組合模塊，使其成為功能強(qiáng)大、應(yīng)用廣泛的電外科工作站，以滿足不同專(zhuān)業(yè)外科的需要。如ERBE公司的VIO電外科工作站，貝朗公司的蛇牌電外科工作站，均可通過(guò)人機(jī)對(duì)話精細(xì)調(diào)節(jié)輸出功率，預(yù)設(shè)對(duì)某種組織的切割效果和電凝深度。這樣在進(jìn)行手術(shù)剝離時(shí)，能保證不造成剝離范圍以外組織和器官的副損傷。電外科工作站還能與氬氣相結(jié)合進(jìn)行氬氣保護(hù)下的切割和電凝，具有從淺表直至深層的不同電凝深度的控制功能。升級(jí)的雙路電凝功能，可在心臟手術(shù)中同時(shí)啟動(dòng)兩個(gè)獨(dú)立的手術(shù)器械而不相互干擾；升級(jí)的內(nèi)鏡電切功能，可用于消化道內(nèi)鏡進(jìn)行息肉切除和十二指腸乳頭切開(kāi)術(shù)。另外，電外科工作站還可與雙極血管封閉技術(shù)結(jié)合，對(duì)于大網(wǎng)膜、腸系膜等血管豐富的組織無(wú)需預(yù)先進(jìn)行血管分離，即可進(jìn)行血管封閉和離斷。

2 射頻外科

2.1 射頻刀

射頻外科是指利用高頻無(wú)線電波進(jìn)行手術(shù)操作。由于電外科發(fā)生器產(chǎn)生能量的頻率均在調(diào)頻調(diào)幅無(wú)線電波頻率范圍內(nèi)，因此從純技術(shù)角度來(lái)說(shuō)電外科也可看成是射頻外科。1978年美國(guó)牙醫(yī)Ellman首先將射頻電波應(yīng)用于牙科軟組織手術(shù)，隨后作為電外科領(lǐng)域重大突破的射頻外科技術(shù)，在不同醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

射頻外科中的射頻刀在結(jié)構(gòu)上與高頻電刀類(lèi)似，但與高頻電刀有以下三個(gè)方面的區(qū)別：一、射頻刀發(fā)生器輸出的是頻率3.0～4.0 MHz的高頻無(wú)線電波，而高頻電刀輸出的是0.1～2.9 MHz的高頻電流；二、射頻刀的中性極板是不與病人接觸的金屬天線接收器，接收身體傳導(dǎo)的無(wú)線電波并送回發(fā)生器；三、射頻刀工作時(shí)手術(shù)電極本身溫度不會(huì)升高，可以實(shí)現(xiàn)低溫下的切割、止血和消融[6]。當(dāng)射頻刀電極引導(dǎo)高頻無(wú)線電波通過(guò)人體時(shí)，人體組織內(nèi)的離子發(fā)生震蕩產(chǎn)生低溫?zé)崮?，通過(guò)調(diào)節(jié)無(wú)線電波的波形可達(dá)到不同的外科效果。采用全濾波形的無(wú)線電波使細(xì)胞中的水分子振蕩產(chǎn)熱和汽化分解細(xì)胞達(dá)到無(wú)壓力精細(xì)切割；全波整流波形可使組織的血管壁膠原變性、血管斷端收縮合并達(dá)到止血效果；部分整流波形能對(duì)組織同時(shí)進(jìn)行切割和止血。與高頻電刀相比，射頻刀電極本身產(chǎn)生的熱量少，因而對(duì)作用組織兩側(cè)的熱損傷低，研究表明范圍僅在0.01 mm～0.02 mm，不會(huì)發(fā)生普通高頻電刀引起的組織牽拉現(xiàn)象，可用于體腔和管腔內(nèi)等精細(xì)外科操作和組織活檢.射頻刀由于引起的組織碳化輕，與正常組織間界限明顯，因此組織愈合快、疤痕小[7]。選擇不同種類(lèi)的射頻刀頭，可更加有效得達(dá)到治療效果，如使用普通雙極射頻電凝，能量可精確控制，避免對(duì)神經(jīng)的損傷,不需要特殊鑷子就可完成無(wú)粘連的神經(jīng)外科止血操作；環(huán)形電極可進(jìn)行婦科子宮頸活檢或切除；通過(guò)心導(dǎo)管將射頻能量用于燒灼損毀心臟異位起搏點(diǎn)或異常傳導(dǎo)通路以治療心律失常。以鹽水作為介導(dǎo)的Tissurelink 射頻刀頭，能有效地對(duì)深部組織進(jìn)行凝固和閉合管道，應(yīng)用于出血較多的肝臟、腎臟腫瘤手術(shù)；集束狀多針電極對(duì)于不能切除或復(fù)發(fā)的腫瘤進(jìn)行透熱治療，可使腫瘤細(xì)胞發(fā)生不可逆的凝固性壞死等。

2.2 等離子刀

等離子刀的問(wèn)世是受激光誘導(dǎo)產(chǎn)生等離子體（Plasma）對(duì)透明組織進(jìn)行切割消融原理的啟發(fā)。與一般射頻外科發(fā)生器采用連續(xù)電壓射頻技術(shù)不同，等離子刀采用脈沖射頻技術(shù)，當(dāng)絕緣的刀頭與組織接觸時(shí)，射頻電場(chǎng)使組織中的電解質(zhì)液汽化分解，在刀頭尖端產(chǎn)生薄層包含自由電子、離子、中性化學(xué)基團(tuán)和其他中性物質(zhì)的等離子體蒸汽層；當(dāng)?shù)入x子體中的帶電粒子被電場(chǎng)加速后，可引起組織細(xì)胞的分子鍵斷裂，促使細(xì)胞解體，達(dá)到切割和消融效果。這種切割和消融效應(yīng)僅局限于組織表層，而且是在相對(duì)較低溫度下實(shí)現(xiàn)的，故對(duì)周邊組織的熱損傷極小。最早進(jìn)行射頻等離子刀技術(shù)開(kāi)發(fā)的是PEAK公司，研究表明與普通手術(shù)刀相比，采用該產(chǎn)品能減少60%的失血量，并且術(shù)后疤痕形成程度與手術(shù)刀相當(dāng)；與電刀相比，等離子刀對(duì)組織的熱損傷程度減少了75%，因此減少了術(shù)后炎癥細(xì)胞的產(chǎn)生，增強(qiáng)了組織愈合能力和減少了術(shù)后皮膚壞死[8]。另一些研究表明，其在減少某些手術(shù)（如甲狀腺摘除術(shù)）術(shù)后痛疼方面沒(méi)有優(yōu)勢(shì)[9]，并且其配件價(jià)格昂貴限制了其應(yīng)用，因此等離子刀還有待進(jìn)一步臨床驗(yàn)證。

電外科設(shè)備的發(fā)展與醫(yī)療技術(shù)水平的提高及基礎(chǔ)科學(xué)的進(jìn)展密不可分，只有深入了解人體組織結(jié)構(gòu)特性和各種電外科設(shè)備的特點(diǎn)及其使用適應(yīng)癥，才能更有效地發(fā)揮電外科設(shè)備的作用。

[1]倪涌猛.電外科手術(shù)設(shè)備的應(yīng)用[J].中國(guó)醫(yī)療器械雜志, 2002,26(6): 437-438.

[2]Mayooran Z, Pearce S, Tsaltas J, et al.Ignorance of electrosurgery among obstetricians and gynecologists[J].Br J Obstet Gynecol,2004, 111 (12): 1413-1418.

[3]Manner H.Argon plasma coagulation therapy[J].Curr Opin Gastroenterol, 2008, 24 (5): 612-616.

[4]Lamberton GR, Hsi RS, Jin DH, et al.Prospective comparison of four laparoscopic vessel ligation devices[J].J Endourol, 2008,22(10): 2307-2312.

[5]Newcomb WL, Hope WW, Schmelzer TM, et al.Comparison of blood vessel sealing among new electrosurgical and ultrasonic devices[J].Surg Endosc, 2009, 23(1): 90-96.

[6]Gupta PJ, Heda PS, Kalaskar S.Radiofrequency ablation and plication--a new technique for prolapsing hemorrhoidal disease[J].Curr Surg, 2006, 63(1): 44-50.

[7]Kashkouli MB, Kaghazkanai R, Mirzaie AZ, et al.Clinicopathologic comparison of radiofrequency versus scalpel incision for upper blepharoplasty[J].Ophthal Plast Reconstr Surg,2008,24(6): 450-453.

[8]Loh SA, Carlson GA, Chang EI, et al.Comparative healing of surgical incisions created by the PEAK PlasmaBlade, conventional electrosurgery, and a scalpel[J].Plast Reconstr Surg, 2009,124 (6):1849-1859.

[9]Clenney T, Schroeder A, Bondy P, et al.Postoperative pain after Adult tonsillectomy with Plasmaknife compared to monopolar electrocautery[J].Laryngoscope, 2011,121: 1416–1421.