电外科设备的研究现状与未来展望

刘草 廖海东 李蓁珥 谢洋 曾祥泰,*

1 赣南医学院第一附属医院甲状腺疝外科 （江西 赣州 341000）

2 赣州市甲状腺肿瘤重点实验室 （江西 赣州 341000）

3 龙南市第一人民医院普外二科 （江西 赣州 341000）

4 赣南医学院甲状腺疾病研究所 （江西 赣州 341000）

内容提要： 简要介绍电外科设备的诞生及发展，并详细阐述普通高频电刀、自适应电刀、氩气刀、双极血管封闭技术和LEEP刀的原理以及各种高频电刀功能亚型的研究现状。系统分析不同类型高频电刀使用情况和性能特征，针对系列高频电刀的不足和缺陷，探讨高频电刀未来的发展方向。

电外科设备（一般简称为电刀）是外科手术中使用范围最广，应用价值最高的设备。广义电外科设备指利用高频电能对组织进行切割、分离、止凝血等操作的相关设备，包括高频电刀、双极电刀、射频刀、离子刀、氩气刀、利普刀等。狭义电外科设备指直接利用高频高压交流电原理，通过组织产生热量进行离断组织和凝固血管的高频电刀[1]。普通高频电刀一般由高频功率源和手术电极片组成，电流经过人体再由电极片返回高频功率源，在电刀与组织接触部位产生热量从而达到切割组织和凝血的目的。随着材料和工艺进步，经过数代改良，目前已有多种能够适应不同手术场景需求的电刀被广泛应用于临床。为了让临床医生更好地了解并选择适合手术需求的电外科设备，充分发挥高频电刀精细、高效的优势，本文就电外科设备发展现状及未来展望作一综述。

1.电外科和高频电刀的诞生

早期外科手术主要通过外科手术刀片分离组织和器官、切除坏死部位或肿瘤组织，而刀片锐性分离组织不可避免会导致临近血管破裂出血，外科医生只能通过压迫止血、结扎血管或用滚烫的烙铁接触创面等方式处理达到止血目的。早在公元前3000年埃及人就已经使用灼烧法治疗肿瘤，并达到较好的止血效果[2]。高频电刀治疗的基本原理就是灼烧法，因此电外科最早被人们称为透热疗法，也是以灼烧治疗为基础传承发展而来的一门外科手术技术。20世纪为电外科高速发展时期，这时的电外科也称射频手术，是用短波无线电射频（Radio Frequency，RF）电流导入组织，组织产热，从而达到离断组织、凝固血管或破坏组织的效果。与烧灼术不同的是，电外科手术是电流经过组织时产生对局部组织加热作用，而非电刀探头本身自发热量，增加了手术安全性及可控性。在探索镭治疗癌症的过程中，威廉·T·伯维（William T.Bovie）偶然发现高频电流具有类似于镭射线的作用。这一重大发现激发了他研制电刀设备的灵感，并最终成功地发明了电刀设备[3]。1926年，伯维医生在波士顿的布里格姆医院成功地切除了一例颅内血管瘤，这标志着电刀在医学界获得了广泛认可。电外科设备由此迅速商业化，并成为外科手术中最广泛应用和最有价值的设备[4]。至今，临床熟知的Bovie刀就以威廉·T·伯维的名字命名，由此纪念他在电刀领域的发明和贡献。

2.电外科设备的基本原理

电外科器械是指利用高频交流电加热原理，蒸发组织水分，从而实现组织分离和凝血功能的外科手术器械[5]。电外科设备组成部分包括一个高频发电机和2个电极，电流由一个小的活性电极（电刀针尖）施加到手术部位，经过患者身体并由连接患者身体的负极板（大面积接触）返回电刀主机，其最基本的原理有电解效应、法拉第效应和热效应[6]。电离效应使得低频交流电作用下，组织内离子两极化，高离子浓度引起肌肉组织的化学灼伤。此外，低频交流电与人体神经传导频率较为接近，容易导致神经传导紊乱、肌肉刺激甚至心脏骤停危及生命，这就是法拉第效应。电外科设备使用的高频交流电远高于人体神经传导频率，避免了电解效应和法拉第效应，因而可安全作用于人体[7]。热效应包括热产生和热组织损伤，而热产生仅发生在与电刀头相邻的高电流密度组织区域，在此区域，电流流经组织将电能转化为热能，继而产生局部热组织损伤。深部组织随着与电极的距离增加电流密度迅速下降，从而限制了损伤范围[8]。高频电刀的电凝电切功能有赖于热组织损伤：电凝模式下的电流密度稍低，当高电流密度区域组织被加热到沸点并发生热变性时，就会产生电凝；电切模式下电流密度高于电凝模式，高电流密度使组织温度骤升，电极附近组织水分迅速蒸发、碎裂坏死，从而实现电切。使用电刀切割组织时，高频电流的作用导致组织加热并蒸发，使电极与组织分离，但仍可以通过电火花形式传递电流[9]。因此，高频电刀可以在没有接触组织的情况下继续发生作用，且电压越高或电极针尖面积越大，产生的火花越大，扩散范围越大。

3.电外科设备的分类

3.1 普通高频电刀

高频电刀是一种代替传统手术刀进行组织切割或凝血的电外科器械，是电外科设备仪器中最具有代表性的设备[10]。普通高频电刀按电流回路的工作模式可分为单极电刀和双极电刀两种类型。单极电刀需要有负极板与高频电刀、电刀主机、人体组成回路，电流经过患者全身来进行止血切割操作。双极电刀则无需负极板，电流通路由高频电刀主机与双极电刀组成，电流直接从双极电刀一端流入另一端。双极电刀工作时，电流仅通过需要凝固或切割部位的组织，因流经患者体内范围大大缩小，减少了电流对患者其余部位的影响。双极电刀常被用于脑外科、整形外科、甲状腺外科等需精细操作的外科手术[11]。然而，普通高频电刀作用于组织后容易形成局部炭化焦痂，遇脂肪含量较高的组织时，脂肪液化现象显著[12]。

3.2 自适应高频电刀

早期高频电刀实现电切和电凝操作的原理是输出恒定电流流入组织，不同组织的电阻不同或相差甚远，这就导致恒定输出电流的电刀在分离不同组织时，电刀主机输出功率不稳定。电刀使用过程中功率太小切割效率欠佳，功率太大容易产生电火花，导致损伤组织或切割过深。为使高频电刀操作尽可能流畅，减小对组织的损伤，1992年德国人Helmut Erbe制造出了ICC（Intelligent Cut Coagulation）系列电刀，也被称为自适应电刀[13]。自适应电刀原理是通过反馈机制来实现的，当电刀电极接触组织时，若组织的电阻或电流发生改变，电刀主机就会接收到反馈信号并进行调节。其后，通过不断的发展，反馈调节的速度越来越快，手术操作连续性也越来越强[14]。这种高频电刀可控制功率输出，实现切割不同组织时保持恒定的输出功率，既能保证切割不同组织操作的效果稳定，又能在完成切割后自动降低功率以减少副损伤[15]。此外，自适应电刀还可以减少手术操作时电火花的产生，从而使电外科手术更安全高效。自适应电刀的出现，不仅提高了手术的效率，还大大减少了手术过程中对组织的损伤，为电外科手术的发展带来了新的机遇。

3.3 氩气等离子电凝器

氩气等离子电凝器又称为氩气刀，是通过高压电流将氩气离子化成具有导电作用的氩离子，氩离子将高频电流连续传导到组织的一种高频电刀[16]。氩气刀由原本的高频金属电刀，增加了一氩气通道，在进行电切电凝时，可通过氩气流出将电流传导至创面达到减少焦痂，稳定凝固创面等效果。传统电刀使用过程中，电流在通过电火花形式传导时，其介质为空气，空气中的氧气使被灼烧组织产生氧化反应并持续产热，导致创面局部大块焦痂。氩气刀尖端可喷射出氩气，将电极和组织与周围空气隔离，形成氩气隔离层，从而减少了工作时组织创面与空气的接触，避免氧化反应带来多余热量和大块焦痂产生[17]。此外，由于氩气刀通过氩离子来传递电流，电刀头并未与组织直接接触，从而避免了焦痂组织黏附于电刀头。

普通高频电刀在进行创面止血时，由于破裂血管持续出血，高频电流难以持续传递到创面，导致电刀凝血效果欠佳，难以控制活动性出血。氩气刀作用于创面时，可通过喷射氩气流将局部血液吹散，保证高压电流持续导入创口，产生局部凝固作用，起到很好的止血效果[18]。当创面组织发生凝固时，局部组织电阻增大，氩离子便会自动流向电阻较小的周围组织，形成较为稳定的凝固创面，保证局部的凝固止血效果。因此，氩气刀既可以保证局部血管的有效凝固闭合，又不容易破坏周围或远端的血管，更加适用于血管丰富的组织，达到有效降低手术创面出血效果，缩短手术时间[19]。

3.4 双极血管封闭技术

双极血管封闭技术由双极电刀技术发展而来，是一种目前较为常用的电外科技术，可常规用于闭合直径为5mm的血管，已广泛用于各种腹腔镜和开放式手术。与双极电刀不同的是，双极血管封闭器需要在无张力情况下操作且两端必须通过机械接触，借助封闭器两电极之间的机械性压迫和电热能，血管壁上产生电流，局部电流使血管壁胶原蛋白和弹性蛋白变性，变性后的胶原蛋白和弹性蛋白凝固闭合血管，从而达到安全可靠的封闭血管作用。最新的双极血管封闭技术甚至可将直径为7mm的血管凝固封闭，且封闭后的血管可抵抗正常收缩压3倍冲击压力，确保手术创面凝血效果。然而，夹闭组织较多时，蛋白变性凝固需要一定时间，且双极止血凝固后电极容易附着焦痂，导致双极血管封闭器使用效率欠佳。

3.5 LEEP刀

LEEP刀也称环状电外科切除程序，属于射频电波刀，是近年来专门用于治疗宫颈等部位疾病的专业微创电外科器械。相比高频电刀输出0.1～2.9MHz高频电流，射频刀发生器输出频率为3.0～4.0MHz的高频无线电波。LEEP刀的原理是通过高频无线电波流入组织，使组织内极性水分子振荡产热汽化分解，从而切割组织。离断的血管收缩后，血管壁胶原蛋白变性，使得血管凝固闭合而达到止血效果。高频电刀的电极板需要与患者皮肤直接接触，而射频电刀的电极板可不接触患者，只需在靠近手术部位下方平铺即可。另外，射频刀工作时本身温度不会升高，可在低温下进行切割凝血，因而广泛用于皮肤科，整形美容等领域。LEEP刀切割创面不产生炭化组织，不改变组织特性，操作简便，被广泛应用于妇科诊断治疗领域，尤其在治疗宫颈上皮内瘤变中优势明显，可有效减轻患者创伤，降低疾病复发风险，促进术后恢复，提高患者生活质量[20,21]。

3.6 多功能电刀

近年来，针对各种不同临床需求，一系列多功能高频电刀被开发应用，其中最具有代表性的为联合吸引装置的电刀和电钩。这种多功能高频电刀在普通电刀或电钩头端设置吸引孔，通过中通管直通尾端与吸引连接管相通，综合传统电切电凝和负压吸引功能。当手术视野出血较多时，术者通过按压电钩柄处的吸引开关形成负压，充当吸引器使用，可快速有效的清晰视野、提高工作效率、缩短手术时间。第二种常用多功能电刀为抽吸一体电刀，此种多功能电钩同时将抽吸烟和冲吸水功能结合，实现了多功能多通道的统一，可缩短手术时间，减轻患者痛苦。另有伸缩性多功能电钩，其电钩杆外设有外鞘，电钩可在外鞘内前后移动，手持部位设有握持座，可精确调控电钩位置。这种伸缩性电钩，避免了传统电钩使用时出现的弹跳现象（由于组织张力骤然减小或消失导致的周围组织损伤），扩大了电钩的适用范围，增加了电钩的安全性。

4.电外科设备未来展望

电外科设备从普通的高频电刀发展至双极电刀、自适应电刀、血管封闭技术以及氩气刀等，将高频电刀推入稳定安全常规的手术器械领域[22]。自适应电刀实现了在各种组织之间输出稳定的电压，流畅地切割不同组织，既保证切割效率又不至因电流过大损伤邻近组织。血管封闭技术通过计算机算法，及时中断电流，避免持续输出电流导致的热损伤。氩气刀通过喷射氩气流，实现无接触式导电，并将组织与氧气隔绝，减少氧化反应带来的热损伤，避免大量焦痂。近年来，高频电刀朝着多功能方向发展，出现吸烟电刀、抽吸一体电刀、伸缩电刀等，各种电刀有其独特优势，临床医生可根据不同手术类型选用合适的电刀。随着一次次的革新，电刀越来越安全稳定，适用范围越来越广，这也是未来电刀发展的必然方向。

在智能化高度发展的时代，高频电刀也在逐渐智能化，如单极切割的智能电外科设备，此种智能切割模式可以通过控制输出功率将切割阻力以及热损伤进行平衡，减少热损伤的同时又不影响切割，保持最大的切割效率[23]。智能环保型高频电刀内设有即时反馈系统、消火花系统、自动报警系统、烟雾清除系统，解决了高频电刀产业化的瓶颈难题，未来高频电刀以及电外科会继续向智能化方向发展[24]。高频电外科是由多学科融合而来，它结合了电子技术和外科学，只要科学发展不停歇，电外科的发展就不会停滞。相信未来电外科设备将会被用到更多类型的手术中，拥有更广的使用场景，更加安全并逐步智能化。