Электрохирургия - Electrosurgery

Электрохирургия
Electrosurgery.jpg
Хирург, использующий монополярный РЧ-электрохирургический инструмент для коагуляции (и иссушения) ткани при удалении липомы.
MeSH D004598

Электрохирургия - это приложение высокочастотного (радиочастотного) переменного тока электрического тока к биологической ткани в качестве средства для разрезания, коагуляции , обезвоживания или фульгурации ткани. (Эти термины используются в данной методологии особым образом - см. Ниже). Его преимущества включают возможность делать точные разрезы с ограниченной кровопотерей. Электрохирургические устройства часто используются во время хирургических операций, помогая предотвратить потерю крови в больничных операционных или при амбулаторных процедурах.

При электрохирургических процедурах ткань нагревается электрическим током . Хотя электрические устройства, которые создают нагретый зонд, могут использоваться для прижигания ткани в некоторых случаях, электрохирургия относится к другому методу, чем электрокаутеризация . Электрокаутер использует теплопроводность от зонда, нагретого до высокой температуры постоянным электрическим током (очень похоже на паяльник). Это может быть выполнено постоянным током от сухих элементов в устройстве типа фонарика.

Электрохирургия, напротив, использует радиочастотный (RF) переменный ток для нагрева ткани посредством RF-индуцированных внутриклеточных колебаний ионизированных молекул, которые приводят к повышению внутриклеточной температуры. Когда внутриклеточная температура достигает 60 градусов C, происходит мгновенная гибель клеток. Если ткань нагреть до 60–99 градусов С, происходят одновременные процессы иссушения (обезвоживания) тканей и коагуляции белков. Если внутриклеточная температура быстро достигает 100 градусов C, внутриклеточное содержимое претерпевает преобразование жидкости в газ, массивное объемное расширение и, как следствие, взрывное испарение.

При правильном применении электрохирургических щипцов иссушение и коагуляция приводят к закупорке кровеносных сосудов и остановке кровотечения. Хотя технически этот процесс представляет собой процесс электрокоагуляции , термин «электрокоагуляция» иногда используется для его описания свободно, нетехнически и неправильно. Процесс вапоризации можно использовать для удаления тканевых мишеней или, за счет линейного расширения, для рассечения или разрезания ткани. В то время как процессы испарения / резки и сушки / коагуляции лучше всего выполнять с относительно низким напряжением, непрерывными или почти непрерывными формами волны, процесс фульгурации выполняется с помощью сигналов, модулированных относительно высоким напряжением. Фульгурация - это поверхностный тип коагуляции, обычно создаваемый дуговым модулированным током высокого напряжения в ткани, которая быстро обезвоживается и коагулируется. Непрерывное приложение тока к этой ткани с высоким импедансом приводит к резистивному нагреву и достижению очень высоких температур - достаточных, чтобы вызвать разложение органических молекул на сахара и даже углерод, что приводит к темным текстурам от карбонизации ткани.

Некоторые используют диатермию как синоним электрохирургии, но в других контекстах диатермия означает диэлектрический нагрев , производимый вращением молекулярных диполей в высокочастотном электромагнитном поле. Этот эффект наиболее широко используется в микроволновых печах или некоторых устройствах для абляции тканей, работающих на гигагерцовых частотах. Более низкие частоты, обеспечивающие более глубокое проникновение, используются в промышленных процессах.

РЧ-электрохирургия широко используется практически во всех хирургических дисциплинах, включая дерматологические, гинекологические, кардиологические, пластические, глазные, позвоночные, ЛОР, челюстно-лицевые, ортопедические, урологические, нейро- и общие хирургические процедуры, а также некоторые стоматологические процедуры.

ВЧ-электрохирургия выполняется с использованием ВЧ-электрохирургического генератора (также называемого электрохирургической установкой или ESU) и наконечника, включающего один или два электрода - монополярный или биполярный инструмент. Вся радиочастотная электрохирургия является биполярной, поэтому разница между монополярными и биполярными инструментами заключается в том, что монополярные инструменты содержат только один электрод, в то время как биполярные инструменты включают в себя оба электрода в своей конструкции.

Монополярный инструмент, называемый «активным электродом», когда он находится под напряжением, требует применения другого монополярного инструмента, называемого «диспергирующий электрод», в другом месте на теле пациента, который функционирует для «расфокусировки» или рассеивания радиочастотного тока, тем самым предотвращая термическое повреждение подлежащих тканей. Этот диспергирующий электрод часто ошибочно называют «заземляющей площадкой» или «нейтральным электродом». Однако практически все доступные в настоящее время высокочастотные электрохирургические системы предназначены для работы с изолированными цепями - дисперсионный электрод подключается непосредственно к ESU, а не к «земле». Один и тот же электрический ток передается и через диспергирующий электрод, и через активный электрод, поэтому он не является «нейтральным». Термин «обратный электрод» также технически неверен, поскольку переменные электрические токи относятся к переменной полярности, обстоятельству, которое приводит к двунаправленному потоку через оба электрода в цепи.

Биполярные инструменты обычно имеют два «активных» электрода, например щипцы для герметизации кровеносных сосудов. Однако биполярный инструмент может быть сконструирован так, чтобы один электрод был диспергирующим. Основное преимущество биполярных инструментов состоит в том, что единственная часть пациента, включенная в цепь, находится между двумя электродами, что исключает риск отклонения тока и связанных с этим неблагоприятных событий. Однако, за исключением устройств, предназначенных для работы в жидкости, испарить или разрезать ткань биполярными инструментами сложно.

Электростимуляция нервных и мышечных клеток

Нервные и мышечные клетки электрически возбудимы, т. Е. Их можно стимулировать электрическим током. У людей такая стимуляция может вызвать острую боль, мышечные спазмы и даже остановку сердца . Чувствительность нервных и мышечных клеток к электрическому полю обусловлена наличием в их клеточных мембранах потенциалзависимых ионных каналов . Порог стимуляции не сильно меняется на низких частотах (так называемый уровень констант реобаз). Однако порог начинает увеличиваться с уменьшением длительности импульса (или цикла), когда он опускается ниже характерного минимума (так называемая хронаксия ). Обычно хронаксия нервных клеток находится в диапазоне 0,1–10 мс, поэтому чувствительность к электростимуляции (обратная порогу стимуляции) снижается с увеличением частоты в диапазоне кГц и выше. (Обратите внимание, что частота переменного электрического тока обратно пропорциональна длительности одного цикла). Чтобы свести к минимуму воздействие мышечной и нервной стимуляции, электрохирургическое оборудование обычно работает в радиочастотном (RF) диапазоне от 100 кГц до 5 МГц.

Работа на более высоких частотах также помогает минимизировать количество водорода и кислорода, образующегося при электролизе воды . Это особенно важно для приложений с жидкой средой в закрытых отсеках, где образование пузырьков газа может помешать процедуре. Например, пузырьки, образующиеся во время операции внутри глаза, могут закрывать поле зрения.

Общие конфигурации электродов для устройств с изолированными цепями

Существует несколько часто используемых конфигураций электродов или топологий схем:

В «биполярных» инструментах к пациенту подают ток с помощью пары электродов аналогичного размера. Например, специальные щипцы , в которых один зубец подсоединен к одному полюсу ВЧ-генератора, а другой - к другому полюсу генератора. Когда кусок ткани удерживается щипцами, РЧ электрический ток переменной полярности колеблется между двумя зубцами щипцов, нагревая промежуточную ткань за счет ранее описанных синхронных колебаний внутриклеточных ионов.

В монополярной конфигурации пациента прикрепляют к диспергирующему электроду, относительно большой металлической пластине или гибкой металлизированной пластиковой подушке, которая соединяется с ВЧ-генератором или электрохирургической установкой (ESU). Хирург использует заостренный электрод или электрод в форме лезвия, называемый «активным электродом», чтобы войти в контакт с тканью и вызвать тканевой эффект ... испарение и его линейное распространение, называемое электрохирургическим разрезанием, или комбинацию высыхания и коагуляции белка, используемую для герметизации. кровеносные сосуды с целью гемостаза. Электрический ток колеблется между активным электродом и диспергирующим электродом, при этом весь пациент находится между ними. Поскольку концентрация ВЧ-тока уменьшается с удалением от активного электрода, плотность тока быстро (квадратично) уменьшается. Поскольку скорость нагрева ткани пропорциональна квадрату плотности тока, нагрев происходит в очень локализованной области, только около части электрода, обычно кончика, рядом с целевой тканью или в контакте с ней.

На конечности, такой как палец, имеется ограниченная площадь поперечного сечения для рассеивания тока, обстоятельство, которое может привести к более высокой плотности тока и некоторому нагреву по всему объему конечности.

Другой биполярный инструмент отличается тем, что оба электрода имеют одинаковую конструкцию, но дисперсионный электрод намного больше активного. Поскольку плотность тока выше перед меньшим электродом, нагревание и связанные с ним эффекты ткани имеют место только (или в первую очередь) перед активным электродом, и точное положение диспергирующего электрода на ткани не имеет решающего значения. Иногда такую ​​конфигурацию называют сесквиполярной , хотя происхождение этого термина на латыни ( sesqui ) означает соотношение 1,5.

Специальные незаземленные машины без дисперсионного электрода

Основная статья: Hyfrecator

Относительно маломощная высокочастотная электрохирургия может выполняться амбулаторным пациентам, находящимся в сознании, без заземленных аппаратов без дисперсионного электрода. Работа при малых токах без дисперсионного электрода возможна, потому что на средних радиочастотных частотах (обычно 100-500 кГц), генерируемых аппаратами, собственная емкость тела пациента (которая находится между телом пациента и землей аппарата) составляет достаточно большой, чтобы позволить результирующему току смещения действовать как виртуальный «путь завершения цепи».

Один из примеров такой машины называется гиперкатор . Этот термин начал в 1940 году как Birtcher Corporation маркой Hyfrecator для « Привет GH Fre quency Eradi каторый », но теперь служит в общем смысле для описания общего класса одного электрода, неизолированные (земля ссылки) маломощный электрохирургических машины предназначены в основном для офисного использования. Случайное завершение цепи через заземление создает опасность ожога на участке, удаленном от зондового электрода, и по этой причине одноэлектродные устройства используются только у находящихся в сознании пациентов, которые были бы осведомлены о таких осложнениях, и только на тщательно утепленных столах.

В таких условиях гиперкаторы используются не для разрезания ткани, а для уничтожения относительно небольших повреждений, а также для остановки кровотечения в хирургических разрезах, сделанных лезвиями под местной анестезией.

Электрохирургические методы

В режиме резки электрод касается ткани, и применяется достаточно высокая плотность мощности для испарения содержащейся в ней воды. Поскольку водяной пар в нормальных условиях не является проводящим, электрический ток не может проходить через паровой слой. Подача энергии за пределами порога испарения может продолжаться, если приложено достаточно высокое напряжение (> +/- 200 В) для ионизации пара и преобразования его в проводящую плазму. Пар и фрагменты перегретой ткани выбрасываются, образуя кратер. Поверхности электродов, предназначенные для резки, часто имеют более тонкую проволоку или проволочную петлю, в отличие от более плоского лезвия с закругленной поверхностью.

Коагуляция выполняется с использованием сигналов с более низкой средней мощностью, генерирующих тепло, недостаточное для взрывного испарения, но вместо этого образуя термический коагулянт.

Электрохирургическое обезвоживание происходит, когда электрод касается ткани, открытой для воздуха, и количество выделяемого тепла меньше, чем требуется для резки. Поверхность ткани и часть ткани, расположенной ближе к зонду, высыхают и образуют сгусток (сухой участок мертвой ткани). Этот метод можно использовать для лечения узелков под кожей, когда желательно минимальное повреждение поверхности кожи.

В режиме фульгурации электрод удерживается вдали от ткани, так что, когда воздушный зазор между электродом и тканью ионизируется, возникает электрический дуговой разряд. При таком подходе ожог ткани является более поверхностным, поскольку ток распространяется по площади ткани, большей, чем кончик электрода. В этих условиях поверхностное обугливание или карбонизация кожи наблюдается на более широкой площади, чем при работе в контакте с датчиком, и поэтому этот метод используется для очень поверхностных или выступающих повреждений, таких как кожные бирки. Для ионизации воздушного зазора требуется напряжение в диапазоне кВ.

Помимо теплового воздействия на ткань, электрическое поле может создавать поры в клеточных мембранах - явление, называемое электропорацией . Этот эффект может повлиять на клетки за пределами диапазона теплового повреждения.

Электрохирургия во влажном поле

Электрохирургические аппараты бывают мокрым и сухим полем. Влажные полевые устройства работают в физиологическом растворе или в открытой ране. Нагревание происходит в результате прохождения переменного тока между двумя электродами. Нагрев обычно максимален там, где наибольшая плотность тока. Поэтому, как правило, наибольшее количество тепла выделяет самый маленький или острый электрод.

Cut / Coag Большинство электрохирургических систем во влажном поле работают в двух режимах: «Cut» вызывает испарение небольшого участка ткани, а «Coag» вызывает «высыхание» ткани (в смысле остановки кровотечения). «Сухие» ткани погибают (и позже отшелушиваются или заменяются фиброзной тканью), но они временно остаются физически неповрежденными после электрохирургического воздействия. Глубина гибели ткани обычно составляет несколько миллиметров вблизи контакта с электродом.

Cut Если уровень напряжения достаточно высок, выделяемое тепло может создать паровой карман. Паровой карман обычно достигает температуры примерно 400 градусов по Цельсию, при этом испаряется и взрывается небольшой участок мягкой ткани, в результате чего образуется разрез.

Коагуляция Когда система работает в «режиме коагуляции», выходное напряжение обычно выше, чем в режиме резки. Ткань остается практически неповрежденной, но клетки разрушаются в точке соприкосновения, а более мелкие сосуды разрушаются и запечатываются, останавливая капиллярное и мелкоартериальное кровотечение.

Электрохирургические формы волны

Для разных электрохирургических процедур можно использовать разные формы волны . Для резки часто используется непрерывная одночастотная синусоида . Быстрый нагрев тканей приводит к взрывному испарению межклеточной жидкости . Если напряжение достаточно высокое (> 400 В от пика до пика), паровая оболочка ионизируется, образуя проводящую плазму . Электрический ток продолжает течь от металлического электрода через ионизированный газ в ткань. Быстрый перегрев ткани приводит к ее испарению, фрагментации и выбросу фрагментов, что позволяет разрезать ткань. При применении непрерывной волны диффузия тепла обычно приводит к образованию значительной зоны термического повреждения на краях поражения. Напряжение холостого хода в электрохирургических сигналах обычно находится в диапазоне от пика до пика 300–10 000 В.

Более высокая точность может быть достигнута с помощью импульсных сигналов. С помощью всплесков длительностью в несколько десятков микросекунд можно разрезать ткань, при этом размер зоны диффузии тепла не превышает клеточного масштаба. Накопления тепла при повторяющемся нанесении импульсов также можно избежать, если между импульсами будет обеспечена достаточная задержка, позволяющая ткани остыть. Отношение времени включения к времени выключения можно изменять, чтобы можно было контролировать скорость нагрева. Связанный с этим параметр, рабочий цикл , определяется как отношение времени включения к периоду (время одного цикла включения-выключения). В терминологии электротехники процесс изменения этого отношения для достижения средней амплитуды вместо прямого изменения амплитуды называется широтно-импульсной модуляцией .

Для коагуляции средняя мощность обычно снижается ниже порога резания. Обычно синусоидальная волна включается и выключается в быстрой последовательности. Общий эффект - более медленный процесс нагрева, который вызывает коагуляцию тканей. В простых машинах с режимом коагуляции / резки нижний рабочий цикл, типичный для режима коагуляции, обычно воспринимается ухом как более низкая частота и более грубый тон, чем тон более высокой частоты, типичный для режима резки с тем же оборудованием.

Многие современные электрохирургические генераторы выдают сложные волновые формы с мощностью, регулируемой в реальном времени в зависимости от изменений импеданса ткани.

Предотвращение непреднамеренного вреда

Ожоги

Для высокопроизводительных хирургических операций во время анестезии монополярный метод основан на хорошем электрическом контакте между большой площадью тела (обычно, по крайней мере, всей спиной пациента) и обратным электродом или подушечкой (также известной как диспергирующая подушечка или пластина пациента. ). Тяжелые ожоги (3-й степени) могут возникнуть, если контакт с обратным электродом недостаточен или когда пациент соприкасается с металлическими предметами, служащими непреднамеренным (емкостным) путем утечки на землю / землю.

Чтобы предотвратить непреднамеренные ожоги, кожа очищается и используется токопроводящий гель для улучшения контакта с обратным электродом. При электромонтаже здания необходимо соблюдать надлежащие методы заземления. Также рекомендуется использовать современную электрохирургическую установку, которая включает систему мониторинга обратного электрода, которая постоянно проверяет надежность и безопасность контакта с пациентом. Эти системы опрашивают импеданс разделенного или двойного возвратного электрода и выдают сигнал тревоги, блокируя дальнейший выход генератора в случае неисправности. В прежних генераторах использовались возвратные электроды с одной подушечкой, и поэтому не было средств проверки безопасного соединения с пациентом. Обратные электроды всегда должны полностью соприкасаться с кожей и располагаться с той же стороны тела и близко к той части тела, где проводится процедура.

Если в теле пациента есть металл, обратный электрод помещают на стороне тела, противоположной от металла, и помещают между металлом и местом операции. Это предотвращает избирательное прохождение тока через металл на пути к обратному электроду. Например, для пациента, которому была проведена операция по замене правого бедра, которому назначена операция, обратный электрод помещается с левой стороны тела на боковой стороне нижней части живота, при этом обратный электрод помещается между местом расположения металл и место операции и на противоположной от металла стороне. Если на обеих сторонах тела есть металл, обратный электрод по возможности помещают между металлом и местом проведения процедуры. Обычно расположение обратных электродов включает боковые части наружных поверхностей бедер, живота, спины или лопаток.

Использование биполярного варианта не требует размещения возвратного электрода, поскольку ток проходит только между зубцами щипцов или другого биполярного устройства вывода.

Электрохирургия должна выполняться только врачом, прошедшим специальную подготовку в этой области и знакомым с методами предотвращения ожогов.

Дымовая токсичность

Высказывались также опасения относительно токсичности хирургического дыма, образующегося при электрохирургии. Было показано, что он содержит химические вещества, которые могут причинить вред при вдыхании пациентами, хирургами или персоналом операционной.

Пожароопасность

Электрические ножи нельзя использовать рядом с легковоспламеняющимися веществами, такими как дезинфицирующие средства на спиртовой основе.

История

Разработка первого коммерческого электрохирургического устройства приписывается Уильяму Т. Бови , который разработал первое электрохирургическое устройство во время работы в Гарвардском университете . Первое использование электрохирургического генератора в операционной произошло 1 октября 1926 года в больнице Питера Бента Бригама в Бостоне , штат Массачусетс . Операция - удаление образования с головы пациента - была проведена Харви Кушингом . Гифрекатор малой мощности для офисного использования был представлен в 1940 году.

Смотрите также

Примечания

внешние ссылки