电外科手术设备的进展

尤颢，杨谦

厦门心脏中心心脏外科，福建，厦门，361004

电外科设备（Electrosurgery unit, ESU）已成为手术室中不可或缺的设备。狭义ESU指直接利用高频高压交流电通过组织引起的热效应进行切割和止血的高频电刀；广义ESU指利用高频电能达到对组织进行切割、分离、止血等手术目的设备，包括高频电刀、射频刀、离子刀等[1]。本文就电外科手术设备的进展做一简要的介绍。

1 高频电刀

1.1 概述

自1928年Bovie研制出商品化的高频电刀以来已历经八十多年的发展，电刀发生器的主要器件由采用电子管发展到用场效应晶体管和大功率 MOS 管，而高性能的单片机又将计算机技术应用在电刀的安全检测和精确功率控制上，大大提高了设备的安全性和可靠性。目前，高频电刀呈现专用化制造的发展趋势，分别制造具有一定功能模式的装置或按临床需求分科制造，如妇科、口腔科及内镜电刀等。尽管高频电刀历经飞速发展，然而其原理依然是利用脉冲时间极短的高频电流引发人体组织中的离子，在粘滞体液中振荡产生的热能而进行工作的。当电刀的手术电极与人体接触时，由于接触的有效面积小，电极本身的高阻抗体使高电流密度在局部组织中通过，直接产生高热引起组织的分离和凝固。通过调节高频电刀电流的波形和强度，可实现对组织不同的外科效果，如持续高频正弦波电流使细胞瞬间汽化蒸发，达到切开(cutting)效果；间断调制电流通过电刀头接触组织，使细胞干燥达到的接触电凝止血(desiccation)；不触及组织的电弧止血(fulguration)以及输出介于“切开”和“凝固”之间的混合波形，可进行无血的混合切割（blended）效果。从电流回路的工作模式上看，电刀可分成单极和双极两个大类。单极模式电路回路由电刀主机、手术电极、人体和中性电极板组成，可对组织进行切割和止血。双极模式无中性电极，由主机、两个手术电极（通常是双极镊子的两个尖端）及作用电极之间的组织构成电路回路，通过两个作用电极向机体组织传递高频电能产生切割和止血。双电极模式多用于脑外科、显微外科等精细手术。

1.2 自适应电刀

普通高频电刀通常设计成等阻抗输出，当遇到不同电阻的组织时，输出功率就会发生改变。手术电极尺寸、切割速度和组织中血液充盈情况等多种因素，也会影响电刀的输出功率。手术中电刀功率一般由手术医生根据经验设定的，选择的功率往往比实际需达到预期手术效果的功率要大，但过大的电流密度可引起切口及周围组织的灼伤。自适应高频电刀通过功率控制，实现切割不同组织时保持输出功率特性不变，从而保护组织不被烧伤，以达到良好的手术效果。手术中，自适应高频电刀能提供足够的功率进行切割或电凝组织，而一旦达到切割或电凝的手术效果后，会自动调整功率以使附近的组织不受影响，手术效果是切口附近的组织只发白发干而不会变黄和炭化，并且最小程度地降低电火花的产生。这种功率控制对于不同部位组织、不同手术类型，都能提供可靠的自适应保护。其控制和调节输出功率大小的原理，是通过利用反馈回路检测手术刀头接触到组织的电阻或电流变化来实现的，而计算机技术发展又缩短了反馈回路控制和调节的响应时间，确保不影响手术操作的连续性[2]。

1.3 氩气刀

氩气刀由高频电刀和可控流量的氩气源组成，其工作原理是高频高压电流使氩气电离成具有导电作用的氩离子，氩离子将高频电流传导到组织产生热效应而进行工作。氩气刀进行切割操作时，由于氩气隔离层将电极与周围的氧气隔离，减少了组织的氧化反应和产热的程度，组织炭化轻且有利于愈合。同时，由于氩气刀的电能集中于切割，转换成无效热能减少，不仅切割时冒烟少，而且提高了切割的速度和对高阻抗组织（如脂肪、肌腱等）的切割效果。氩气刀除应用于切割外，手术中氩气气流束将创面的血液吹离创面，氩离子将电流以分布均匀、密度极高的电弧形式传递到创面进行止血。在凝血的过程中，由于凝固区组织电阻增大，氩离子流会自动转移到阻抗较低的出血或未充分凝固的组织上，产生相当稳定的凝血深度。与常规电刀相比，氩气刀主要优点有① 不接触创面，不会发生手术电极与组织粘连；② 凝血深度能自动地被表面组织层脱水而形成的绝缘层所限制，产生的焦痂均匀平滑，厚度仅为使用一般电刀时的1/5～1/3，即使在大血管壁上使用也不会烧破血管；③ 保持组织不被碳化，切口愈合快；④ 无烟无异味；⑤ 适用于点状出血、大面积出血以及血管丰富的组织和脏器出血表面（如骨髓，肺和肌肉）等多种情况的止血[3]。由于氩气刀是将压缩气体作用于出血的人体组织，为避免气体栓塞的危险，多采取超限报警装置和流量调节控制电路等措施减少组织上的气滞点压力。研究已证明，在开放性手术中应用氩气刀，能明显减少手术中失血量，并缩短手术时间。由于使用氩气刀有无烟、组织不炭化、不汽化和损伤小等特点，目前应用范围已扩大到胃肠内镜、支气管镜等腔道内镜检查治疗以及胸、腹腔镜手术。

1.4 双极血管封闭技术

随着腔镜技术的发展，双极血管封闭技术（bipolar vessel seal technology）得到广泛的应用。不同公司推出不同商业化产品，其基本原理均是通过两电极钳之间的物理性压迫和热能传递，使电极间所夹持组织的胶原和弹性蛋白发生变性，从而使血管壁融合成透明带以达到永久封闭血管的目的，多用于血管丰富的组织如大网膜和肠系膜的分离结扎操作。与传统单极和双极电刀不同，双极血管封闭技术要求组织无张力情况下进行操作，以达到理想的外科效果。最先推出双极血管封闭技术的是美国Covidien公司，随后Gyrus ACMI、SurgRx及ERBE等公司均有相似产品问世。Covidien 公司的Ligsure系统通过测定电极间所夹持组织的电阻变化，以计算机控制调节输出射频电流大小，能安全封闭7 mm的血管，封闭的血管能抵抗正常收缩压3倍的压力冲击。Gyrus ACMI公司的Plasmacision，采用PlasmaKinetic技术，在对组织凝固的同时进行热传导最小的无血切割。它与其它血管封闭技术不同的是采用脉冲电流，对组织进行切割和凝血的周期中仍保持电流通路，在脉冲电流的间歇期使凝固组织冷却，阻止热量进一步扩散。SurgRx公司现已被Ethicon公司收购，产品Enseal采用纳米技术自动对输出电能进行调节。其特色在于电极钳设计上，滑动呈“I”型的平头刀刃热敏性镍在嵌入式塑料双极钳的中央，双极钳可以调节电极与组织接触面上能量沉积量，使所凝固的组织温度仅限于100oC，中央的刀刃向前滑动可切开组织。此外，在腔镜外科中广泛应用的另一技术是Ethicon公司的超声刀血管封闭系统，通过利用机械能亦可达到双极血管封闭技术的效果，能安全地对直径3 mm的血管直接凝固和切断[4-5]。

1.5 电外科工作站

电外科工作站应用微处理器和传感技术，将电外科手术所需的全部功能，如各种制式的电切、电凝、烟雾清除、吸引以及氩气刀等集成于一体，可做为基本的电外科设备，也可根据不同的用户需要配置系统硬件、软件和扩充功能组合模块，使其成为功能强大、应用广泛的电外科工作站，以满足不同专业外科的需要。如ERBE公司的VIO电外科工作站，贝朗公司的蛇牌电外科工作站，均可通过人机对话精细调节输出功率，预设对某种组织的切割效果和电凝深度。这样在进行手术剥离时，能保证不造成剥离范围以外组织和器官的副损伤。电外科工作站还能与氩气相结合进行氩气保护下的切割和电凝，具有从浅表直至深层的不同电凝深度的控制功能。升级的双路电凝功能，可在心脏手术中同时启动两个独立的手术器械而不相互干扰；升级的内镜电切功能，可用于消化道内镜进行息肉切除和十二指肠乳头切开术。另外，电外科工作站还可与双极血管封闭技术结合，对于大网膜、肠系膜等血管丰富的组织无需预先进行血管分离，即可进行血管封闭和离断。

2 射频外科

2.1 射频刀

射频外科是指利用高频无线电波进行手术操作。由于电外科发生器产生能量的频率均在调频调幅无线电波频率范围内，因此从纯技术角度来说电外科也可看成是射频外科。1978年美国牙医Ellman首先将射频电波应用于牙科软组织手术，随后作为电外科领域重大突破的射频外科技术，在不同医学领域得到了广泛应用。

射频外科中的射频刀在结构上与高频电刀类似，但与高频电刀有以下三个方面的区别：一、射频刀发生器输出的是频率3.0～4.0 MHz的高频无线电波，而高频电刀输出的是0.1～2.9 MHz的高频电流；二、射频刀的中性极板是不与病人接触的金属天线接收器，接收身体传导的无线电波并送回发生器；三、射频刀工作时手术电极本身温度不会升高，可以实现低温下的切割、止血和消融[6]。当射频刀电极引导高频无线电波通过人体时，人体组织内的离子发生震荡产生低温热能，通过调节无线电波的波形可达到不同的外科效果。采用全滤波形的无线电波使细胞中的水分子振荡产热和汽化分解细胞达到无压力精细切割；全波整流波形可使组织的血管壁胶原变性、血管断端收缩合并达到止血效果；部分整流波形能对组织同时进行切割和止血。与高频电刀相比，射频刀电极本身产生的热量少，因而对作用组织两侧的热损伤低，研究表明范围仅在0.01 mm～0.02 mm，不会发生普通高频电刀引起的组织牵拉现象，可用于体腔和管腔内等精细外科操作和组织活检.射频刀由于引起的组织碳化轻，与正常组织间界限明显，因此组织愈合快、疤痕小[7]。选择不同种类的射频刀头，可更加有效得达到治疗效果，如使用普通双极射频电凝，能量可精确控制，避免对神经的损伤,不需要特殊镊子就可完成无粘连的神经外科止血操作；环形电极可进行妇科子宫颈活检或切除；通过心导管将射频能量用于烧灼损毁心脏异位起搏点或异常传导通路以治疗心律失常。以盐水作为介导的Tissurelink 射频刀头，能有效地对深部组织进行凝固和闭合管道，应用于出血较多的肝脏、肾脏肿瘤手术；集束状多针电极对于不能切除或复发的肿瘤进行透热治疗，可使肿瘤细胞发生不可逆的凝固性坏死等。

2.2 等离子刀

等离子刀的问世是受激光诱导产生等离子体（Plasma）对透明组织进行切割消融原理的启发。与一般射频外科发生器采用连续电压射频技术不同，等离子刀采用脉冲射频技术，当绝缘的刀头与组织接触时，射频电场使组织中的电解质液汽化分解，在刀头尖端产生薄层包含自由电子、离子、中性化学基团和其他中性物质的等离子体蒸汽层；当等离子体中的带电粒子被电场加速后，可引起组织细胞的分子键断裂，促使细胞解体，达到切割和消融效果。这种切割和消融效应仅局限于组织表层，而且是在相对较低温度下实现的，故对周边组织的热损伤极小。最早进行射频等离子刀技术开发的是PEAK公司，研究表明与普通手术刀相比，采用该产品能减少60%的失血量，并且术后疤痕形成程度与手术刀相当；与电刀相比，等离子刀对组织的热损伤程度减少了75%，因此减少了术后炎症细胞的产生，增强了组织愈合能力和减少了术后皮肤坏死[8]。另一些研究表明，其在减少某些手术（如甲状腺摘除术）术后痛疼方面没有优势[9]，并且其配件价格昂贵限制了其应用，因此等离子刀还有待进一步临床验证。

电外科设备的发展与医疗技术水平的提高及基础科学的进展密不可分，只有深入了解人体组织结构特性和各种电外科设备的特点及其使用适应症，才能更有效地发挥电外科设备的作用。

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