電外科設(shè)備進(jìn)展介紹

李家軒，李良波，劉 輝，錢 琨，劉 斌

愛爾博（上海）醫(yī)療器械有限公司，上海 200336

自從1923 年世界上第一臺電刀Erbotherm 900HC 誕生開始，電外科設(shè)備（一般簡稱為電刀，electrosurgery unit，ESU）迅速商品化并成為了外科手術(shù)中應(yīng)用最廣、使用價值最高的設(shè)備［1］，目前最常用的電外科設(shè)備包括高頻電刀（high-frequency electric knife，HFEK）、氬等離子凝固器（argon plasma coagulation，APC）、雙極血管封閉器（bipolar vessel seal technology，BVST）等［2］?，F(xiàn)在就電外科設(shè)備的發(fā)展歷程進(jìn)行介紹。

1 高頻電刀

18 世紀(jì)初，臨床醫(yī)師開始逐步使用電科學(xué)，Goldwyn 將電刀出現(xiàn)前的電醫(yī)學(xué)技術(shù)發(fā)展分成三個時代［3］：第一個時代的時間表并不明確，它主要特點是發(fā)現(xiàn)和使用靜電。到1786年Luigi Galvani偶然發(fā)現(xiàn)“電鍍”，從而開創(chuàng)第二時代，“電生理學(xué)”在這一時代誕生，第三時代則開始于1831 年Faraday（英）發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。

醫(yī)療技術(shù)逐步發(fā)展，并于19世紀(jì)初逐步實現(xiàn)了電子化［4］，當(dāng)時的法國人Joseph Rivered 在使用發(fā)電機(jī)電流治療失眠癥患者的時候，火花電弧凝固了患者皮膚的病損，受此啟發(fā)，他嘗試使用這種電弧電流治療皮膚潰瘍，這是有記錄以來首例高頻電流手術(shù)［5］。隨后在對口腔、膀胱血管瘤、皮膚病損等疾病的治療中，電流的使用被逐步認(rèn)可。1923 年，德國人Christian Erbe 造出了世界上第一臺火花塞放電式電刀，但當(dāng)時并未直接用于人體手術(shù)。1926 年，美國人Harvey Cushing 使用William Bovie 制造的電刀進(jìn)行了世界上第一臺電外科手術(shù)，并以此正式宣告電外科時代的到來［6］。

早期電刀多為火花塞放電型［7］，他是靠電容、電感和一對距離可以調(diào)節(jié)的火花電極，通過交流電壓的升壓方式產(chǎn)生電弧火花，這樣輸出的是全頻波電流（從超高到超低頻的所有頻率），很容易傷害患者和醫(yī)師。后來逐漸被產(chǎn)生高頻正弦波電流的半導(dǎo)體技術(shù)高頻電刀取代。由于早期高頻電刀一般被設(shè)計為等阻抗輸出，當(dāng)組織受到電刀影響，電阻變大時，切割功率就會發(fā)生改變。手術(shù)中電刀功率一般由醫(yī)師根據(jù)經(jīng)驗設(shè)定，輸出功率往往高于實際需求，過高的電流密度可造成不必要的電損傷。為此，德國人Helmut Erbe在1992 年制造出了ICC 系列電刀（intelligent cut coagulation，ICC），在手術(shù)中，這種自調(diào)節(jié)式電刀能夠智能調(diào)節(jié)切割和電凝功率，當(dāng)術(shù)中組織電阻發(fā)生變化時會相應(yīng)調(diào)節(jié)功率以減少熱損傷，對于不同的組織血管，都能提供可靠的智能保護(hù)。

之后歷經(jīng)了長年的發(fā)展，電外科主機(jī)由火花塞放電變?yōu)榫w管和MOS 管控制放電，高性能單片機(jī)又大大提升了電刀主機(jī)功率的精確控制。而到了現(xiàn)在，電外科設(shè)備越來越向?qū)Ｓ没l(fā)展，即針對不同需求制造不同刀頭，例如婦科LEEP 刀、泌尿外科膀胱電切刀等。

無論高頻電刀如何發(fā)展，其原理依然是利用高頻電流產(chǎn)生火花熱能熔化細(xì)胞進(jìn)行工作的。當(dāng)設(shè)備電極接觸人體，產(chǎn)生電火花流經(jīng)組織，在接觸點產(chǎn)生高熱引起細(xì)胞的分離和凝固。而通過改變電流輸出的波形和強(qiáng)度，可以實現(xiàn)對組織不同的外科效果，例如ERBE 公司的VIO3 主機(jī)就提供19 種模式，應(yīng)對內(nèi)鏡、開放手術(shù)、血管封閉、邊切邊凝等不同的需求。從電流路徑的回路上來劃分，電外科設(shè)備可以分成雙極和單極兩個大類，單極模式電路回路由電刀主機(jī)、電極、人體和中性電極組成，在手術(shù)時，電流由電極流經(jīng)傷口、人體，由中性電極返回主機(jī)，一般輸出功率更大，損傷更大，但操縱性較好。雙極模式則只由主機(jī)、兩個手術(shù)電極（通常是雙極的兩個尖端）及電極間的組織構(gòu)成回路。雙極電極電流流經(jīng)的人體區(qū)域較少，不容易造成神經(jīng)反射、發(fā)熱等問題，多用于神經(jīng)科、眼外科等精細(xì)手術(shù)。

2 氬等離子凝固器

經(jīng)由高頻高壓電流電離惰性氣體，使惰性氣體等離子化，電流即可順等離子體流至組織進(jìn)行工作，這就是等離子凝固，目前臨床上最常用的是氬氣等離子凝固器，在進(jìn)行相關(guān)操作時，由于外周氬氣隔離了周圍的氧氣，大幅降低氧化反應(yīng)，組織碳化輕并且愈合快，而由于電能集中，轉(zhuǎn)換成無效熱能減少，切割時冒煙較少，電效率也較普通電刀高。手術(shù)中，電流通過氬等離子以高密度電弧形態(tài)均勻的傳遞到創(chuàng)面進(jìn)行止血，并自動分布到阻抗較低的出血或未充分凝血的創(chuàng)面上，凝血深度較穩(wěn)定。非接觸式氬等離子凝固器的主要優(yōu)點有：（1）不接觸創(chuàng)面，不會發(fā)生電極粘連；（2）凝血深度穩(wěn)定，產(chǎn)生焦痂均勻，不易燒穿組織；（3）防止碳化，愈合更快；（4）無煙，視野清楚；⑤適用于大面積滲血及血管豐富組織臟器表面出血的止血［7］。除直接使用非接觸式氬氣等離子進(jìn)行工作外，Erbe 公司還推出了“氬氣輔助電切”，以氬氣輔助常規(guī)電刀進(jìn)行手術(shù)中的電切凝過程，這種方式不僅具有氬等離子凝固器的優(yōu)點，也因為使用常規(guī)電刀降低了手術(shù)復(fù)雜程度，對于出血點的止血效果亦有提升。

研究已經(jīng)證明，氬等離子凝固在開放性手術(shù)中，能明顯降低出血量，減少手術(shù)時間［8-9］，由于氬等離子凝固對于大范圍黏膜的止血特效、損傷小等特點，在應(yīng)用上已經(jīng)擴(kuò)大到、消化、呼吸內(nèi)鏡等腔道內(nèi)鏡治療中。

3 雙極血管封閉器

雙極血管封閉器是一種比較新型的電外科設(shè)備。其原理是借助兩電極之間的物理性壓迫和電能影響，使電極間所夾持組織發(fā)生蛋白變性，從而封閉血管［10］，目前外科手術(shù)中多用于中、小脈管較多的組織如肝葉、肺葉、子宮韌帶的分離等操作。德國ERBE、美國Covidien、日本Olympus 等公司均有雙極血管封閉產(chǎn)品。其中ERBE 公司生產(chǎn)的百克鉗（BiClamp）、Covidien 公司生產(chǎn)的Ligasure 均已通過FDA 認(rèn)證，最大可安全閉合直徑7 mm 的動脈血管。他們均可以通過檢測電極間夾持組織的電阻變化，以主機(jī)調(diào)控輸出電流功率，最終被封閉的血管可以抵抗的沖擊力達(dá)到正常值的3 倍以上。此外，超聲刀血管封閉系統(tǒng)也被廣泛使用，它通過機(jī)械震動來封閉血管組織，可安全對直徑3 mm的血管進(jìn)行凝固和切斷［11］。

4 電外科工作站

現(xiàn)代手術(shù)對于器械的需求催生了一種新型的模塊化電外科設(shè)備：電外科工作站，這是一種集合了多種電外科器械，并運用微電子處理器和傳感技術(shù)將各種電切、電凝、氬等離子凝固等集成于一體，可作為基本的電外科設(shè)備，也可根據(jù)需求配置不同的電外科模塊，以滿足不同專業(yè)外科的需要，如德國ERBE 公司的VIO 電外科工作站，同時可在單雙電極、大血管閉合、氬等離子凝固、水刀等功能進(jìn)行選擇搭配，以滿足專科手術(shù)的需求。

5 討論

目前電外科設(shè)備的發(fā)展趨勢為：（1）智能化盡可能的提升組織的感應(yīng)能力，自適應(yīng)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)輸出頻率，減少額外的損傷，如ERBE 公司的VIO3 電外科工作站，已經(jīng)具有每秒鐘2500 萬次的檢測頻率。（2）整體化盡量將所需功能整合到同一臺主機(jī)中，方便術(shù)中使用和管理。（3）穩(wěn)定化極板檢測、系統(tǒng)自檢、瞬間放電等新技術(shù)被研制，機(jī)器運行的安全和穩(wěn)定被進(jìn)一步強(qiáng)化。電外科設(shè)備在組織切割和血管閉合方面具有十分重要的作用，隨著技術(shù)的進(jìn)步和設(shè)備的優(yōu)化，可能會出現(xiàn)成功的軟組織和血管縫合［12-13］，具有非常大的潛在應(yīng)用發(fā)展空間，隨著切割和止血技術(shù)的進(jìn)一步升級，未來電外科設(shè)備必將被運用到更多種類的手術(shù)之中。