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1、电流特性,电流=单位时间流过的导电体流量,单位是安培电路=电流通过的路径电压=促使电流流动的压力,单位伏特.电阻=阻碍电流流动的能力.单位是欧姆.,在理解高频电刀手术之前我们有必要了解一些关于电路的知识。电子围绕着原子核运动，当电子从一个原子核飞向相邻的原子核时，于是就产生电流。电压就是促使电子脱离其母原子核飞向另一个原子核的能力。当电子的自由运动遭遇到阻力时，就会产生热量。我们把阻碍电流运动的阻力称之为电阻。为了电路中有电流，电路必须完整。我们可以看上面这幅图：电厂产生高压电流，为了使电路完整，电流必须通过电路最终流向大地。即任何电路必须既有电源，还有接地，电路才最终完整。,高频电刀原理,高
2、频电刀原理,通常我们用电烙术来描述高频电刀的原理，但实际上这是不正确的。电烙术通常指的是直流电。而高频电刀则使用的是交流电。在电烙术中只有烧热的电线与皮肤接触，电流不进入人体。而在高频电刀手术中，电流是从刀笔流入人体，然后在负极板流出。,手术室高频电刀原理,手术室用高频电刀的原理与这些很相似。高频电刀产生高压高频电流。电路包括高频电刀，刀笔，病人的身体和负极板。电流从高频电刀流出，通过刀笔进入人体，然后从负极板流回机器。当电流流过人体时，为克服人体的组织而产生巨大的热量。,高频电刀原理频率特性,我们常用的的市电频率是(Hz).我们可以在这个频率波段进行电外科手术，但在这个波段，电流对人体可能产
3、生过多的刺激从而导致死亡。电刑就是这个原理。在电流频率超过 100 kHz之后，神经和肌肉就不再对电流产生反应，因此高频电刀利用的正是超过100kHz的安全频率。高频电刀能够将市电的60 Hz每秒的电流转变成超过200kHz的高频电流。这样，高频能量能够以对病人最小的刺激通过人体而不会有任何电击危险。,双极电凝手术,双极电凝的镊子集中了输出极和回路极，因此双极电凝不需要负极板电流只在镊子夹住部分的组织间通过，而不流过病人身体的其它部分。.双极电凝在双极电凝手术中，高频电流的输出极及其回路都在手术区域中，双极电凝镊子的两个脚分别执行输出和回路两个功能，因此电流只在这两个脚之间的组织流过，不会对人
4、体的其它部分产生影响。,单极电切电凝,高频电流的输出极在手术创口处。负极板贴在创口之外身体的其他地方。电流从电刀的刀笔流入，经身体从负极板流出。单极电切电凝由于其实用的效率和便捷性，单极电切电凝是最常用的手术方式。在手术中，高频电流通过病人身体经负极板流出，以形成完整电路。因此，单极电切电凝需要负极板。,不同高频电流波形对手术效果的影响,高频电刀能输出各种不同波形的高频电流。当高频电流波形发生改变时，电流对组织的切割效果也会发生变化。当我们使用固定的高频电流比方说“电切”时，高频电刀瞬时产生大量的热量，这种热量能够使细胞汽化并切割组织。当我们使电刀输出一种周期性的高频电流比方说“电凝”时，这种
5、电流的波形在单位时间产生的热量较少，因此与使细胞汽化效应不同的是，组织烧糊即呈现出电凝的效果。当高频电刀输出一种介于“电切”和“电凝”之间的混合波形时，高频电流对人体组织的热效应也介于“电切”和“电凝”之间。高频电刀有三种“混切”模式，从“混切1”到“混切3”之间，电切的因素逐渐减少，电凝的因素逐渐增加，其高频效果也从“电切”转向“电凝”。,电切与电凝的区别,决定一种高频电流的最终热效应效果是其电流的波形及其所产生的热量。当我们使用连续的高频电流波形时，电流在瞬间产生大量的热量和极高的温度，这种温度使细胞组织汽化从而使组织分离，这就是我们常说的“电切”效果。而当输出的电流波形呈间歇性时，瞬间产
6、生的热量大为减少，温度也相对较低，不足以使组织汽化而仅仅产生烫伤的效果，即“电凝”的效果。,高频电刀的热效应-电切,电切的原理是高频电刀通过电火花将大量的强热量瞬时集中在手术区域上，从而实现组织的分离。为了产生最大的热量集中，手术大夫通常并不使刀笔与人体组织接触，而是紧紧靠近人体组织，这样刀笔与皮肤的接触面积最小，电流集中最为厉害，在瞬时产生的热量也最大，巨大的热量使人体组织汽化，从而产生切割效果。,高频电刀的热效应-喷射电凝或非接触电凝,高频电刀的喷射电凝(即利用电凝波形产生电火花)能够在比较广阔的手术区域产生电凝效果。由于其波形的间歇比达到94%，依次与电切相比，其单位时间产生的热量相当少
7、，因此不能使组织汽化，只产生电凝。为了克服电刀刀笔与人体组织之间巨大的电阻，电凝的输出电压要比电切要大得多。这就意味着，在微创外科手术中，必须使用电压很高的电凝电流。,高频电刀的热效应-接触电凝,当高频电刀的刀笔与人体组织直接接触时，我们称这种电凝方法为接触电凝。接触电凝经常使用电切波形，因为使用这种波形比电凝更加有效。当电刀刀笔与人体组织直接接触时，刀笔与人体的接触面积增大，电流的集中减少，单位时间产生的热量也相对减少，这时的热效应不能使组织汽化和消失，而仅仅使组织干化，从而形成电凝效果。许多大夫习惯于用电凝波形进行电切，同样我们也可以用电切波形进行电凝。即只要将刀笔与病人皮肤直接接触就行了
8、。为了取得理想的手术效果，此时我们非常有必要调整手术电刀的功率设置和适当尺寸形状的电刀刀笔。使用接触电凝的最大优点是减少了手术过程中电刀的输出电压。同样地，使用电切波形也因为电切的输出电压比电凝电压小而减少了手术风险。在微创外科手术中，这种手术电压的减少非常有意义。,影响高频电刀手术效果的几个因素,高频电流的波形能量设置 刀笔的形状 作用时间 操作手法 组织类型 有无杂质，清洁程度,除了波形和功率对高频切凝的效果会产生影响外，还有以下一些因素：电刀刀笔的尺寸:电极的尺寸越小，输出电流的集中程度就越高，因此在相同条件下的切和凝效果就越显著。甚至在减小功率的情况下效果也很不错。时间:在任何设置下，
9、作用时间越长，产生的热量越多，因此切和凝的效果也越显著。电刀刀笔的手法:这可以决定其效果是切还是凝。手术师可以通过是让刀笔接近组织还是直接与组织接触来实现。（后面会详细描述）组织类型:当组织的阻值不同时其热效应也各不相同。刀笔的洁净度:当刀笔干净时，其组织较小，热效应也好。而当刀笔上有污物时，阻值增大，热效应也相对减弱。,高频系统的接地,自20年代以来，电外科手术已经产生了巨大的变化。电流的频率也从50或60赫兹增加到200K赫兹以上。最初，高频电刀使用墙体插座的地作为系统地。其理论是一旦电流进入人体，它就会通过负极板连接到地。但是电流总会寻找阻值最小的路径。可能会有很多导体既与人连接也和大地
10、连接。这时候，电流可能以某个阻值最小的电路流动，此时负极板便不再会有作用，电流在导体附近集中，从而在导体与病人接触处造成灼伤。,电路中的替代电路问题,在电路中,由于其他回路的存在,电流可能被分成几个部分分别通过几条不同的路径回到大地,我们把这种现象称做电路的并联.只要有完整的回路,回路中就会有电流,而完全与高频电流是否通过负极板及其它相关参考电路无关.这时病人就完全因为有替代回路存在而暴露于危险之下,因为:(1)电流总是选择最容易的导电能力最强的回路.(2)任何接地物体,都可能与病人形成完整的回路,而不仅仅是高频电刀;(3)不同的手术环境也可能会产生诸多的不同的替代回路;(4)如果替代回路的电
11、阻足够小,流经电路的电流相当大,导致电路上电流非常集中,就有可能在替代电路与病人连接的地方产生灼伤.,替代回路的烧伤,右图展示了由于ECG设备产生的替代回路所造成的烧伤.ECG电极为系统提供了一个小电阻替代回路.由于它不能将回路中的电流分散开来,过分聚集的电流产生的热量导致ECG与皮肤的接触处产生了烧伤.,高频隔离技术,自1968以来，高频电刀开始采用高频隔离技术,即将高频电流与电刀电路隔离开来。通俗地讲，就是在隔离系统中，高频电流不需要电刀提供的地就能形成封闭电路。这时候，即便手术室还有其他一些接地导体与病人连接，高频电刀也不会将其确认为电流通路。隔离的高频电流只将负极板当作返回高频电刀形成
12、回路的唯一通道。通过隔离系统将相关的地移出工作电路，大大地减少了因为接地系统而产生的风险，也避免了许多分离电路和替代电路可能产生的灼伤。,高频隔离系统的负极板保护,在电路中，当负极板发生损坏时，由于电路不能形成通路，高频电刀的输出就会终止，从而形成保护。,隔离电路保护,隔离电路系统能保护病人避免替代电路的灼伤但并不能避免因为负极板连接质量而引起的烧伤。右图为一个负极板粘接问题而引起烧伤的例子。统计表明，在报道的高频电刀烧伤事故中，70%是由于负极板而引起的负极板没有接好或者老化。判断负极板连接好坏的唯一依据是其接触面积和导电性。为了避免负极板对病人的烧伤，我们必须保证负极板与病人的接触面积及其
13、导电性。,负极板的功能,当高频电流从电刀刀笔流入人体后，负极板的作用是在人体和高频电刀之间形成回路，使电流从人体经负极板安全地返回电刀。当负极板过期，尺寸不合格或导电性能不好时，负极板与人体之间就会有电流集中，进而产生热量，从而导致负极板烧伤的风险。,理想的负极板,理想的负极板应当在高频手术时能够安全地收集所有电流并将他们传递到体外。为了减少电流集中的风险，负极板与病人皮肤接触的面积应尽可能大而阻值应尽量地少。其粘接位置应位于靠近手术区域的肌肉丰富的地方。其次，电刀刀笔和负极板的唯一区别就是它们的面积和导电性能的差别。电刀刀笔使电流集中到一点导致大量热量瞬时产生从而产生烧或者切的热效应。而负极
14、板则将电流分散开来以避免热量产生从而保护患者的安全,不安全的负极板,如果负极板和病人的接触面积不够大,或者它们之间的电阻阻值升高,危险就有可能发生.在接触面积很小时,电流就会集中到一个很小的区域,而党电流集中时,负极板的温度就可能升高,从而烧伤病人.病人与负极板的接触状况和其阻值可能被很多因素影响:过多的毛发,多脂肪的组织,突出的骨头,皮肤和负极板上的液体,没粘接好,伤疤及很多其他因素.,电流的集中或密度当电流越集中时，负极板热效应就越显著.,负极板的粘贴位置,理想粘贴地点:血管与肌肉丰富的地方避免:血管稀少的地方身体不规则的地方骨头上 兼顾考虑：手术区域/准备区域/病人的姿势/及其他机器的布
15、局等,REM原理,REM负极板接触质量监控器用来检查负极板与病人的连接状况,从而避免灼伤病人.通常如果病人与负极板的接触面积过小,单位面积的电流就会很大,这样就可能烧伤接触点附近的皮肤.REM-的原理是当负极板与病人身体接触时,负极板接口的电阻与其和病人的接触面积存在关系.因此我们就特意设计了这个系统来监测负极板接口处电阻的变化,当系统发现负极板连接不理想时,自动终止输出,并发出声光报警,从而避免危险的发生.为了让REM系统工作正常,人们特意设计了双极负极板,即其与病人接触的部分是分开的,是两个相互独立的部分,他们分别连接到REM接口的两个端口上.在支持REM负极板系统的接头中间还有一个塑料柱
16、,用来开启机器的REM 监控报警系统.,电刀新技术-功率自适应技术,通过计算机系统自动进行能量输出调整 自动测量电刀刀极与其接触皮肤之间的接触电阻对于不同的接触电阻阻值进行适时反应。对于不同的接触皮肤组织其输出能量一致性大约在98%左右（FORCE FX）自动限制最大输出电压 减少了高频电流的电容效应和对视频系统的信号干扰。火花最少,电刀功率自适应技术,功率一致性指标是表明一个高频电刀在遇到不同人体组织时能否提供准确功率时的一个重要指标。右图蓝线表明一个采用了电刀功率自适应技术的高频电刀功率曲线。红线标明一个未采用此技术的电刀功率输出曲线。由图可以看出，只有采用了电刀功率自适应技术，电刀才可能
17、针对不同的人体组织都能够准确地输出功率,电刀新技术血管结扎技术,血管结扎技术是一种融合了能量控制和压力控制的新技术.具有高可靠性，稳定和持久的特点热量扩散最小 减少了手术过程中的拈连 结扎过程中使用的能量远远少于采用其它工艺 由此我们设计了一种新的可靠的特殊手术设备surgical ligation，专门用于血管结扎和组织缝合。它能够根据不同的管壁条件选择最佳的负压结合双极电凝技术进行手术缝合。The output is feedback-controlled so that a reliable seal is achieved in minimal time,independent of
18、the type or amount of tissue in the jaws.The result is reliable seals on vessels up to and including 7 mm in diameter or tissue bundles with a single activation.The thermal spread is significantly reduced compared to traditional bipolar systems and is comparable to ultrasonic coagulation.The seal si
19、te is often translucent,allowing evaluation of hemostasis prior to cutting.Seal strengths are comparable to mechanical ligation techniques such as sutures and clips and are significantly stronger than other energy-based techniques such as standard bipolar or ultrasonic coagulation.The seals have bee
20、n proven to withstand more than three times normal systolic blood pressure.,surgical ligation,双极电凝技术低负压 180V 高电流 4A 组织响应 设备精确校准能量 高负压 适合开放/内窥镜手术 手术过程中自动选择最适当的负压 环形提供电凝能量:自动监测初始组织阻值并选择恰当能量。根据反馈控制决定自动选择合适的脉冲能量在手术过程中的脉冲自适应技术根据组织的响应确定手术是否顺利完成并停止手术过程。,最新电刀技术-高频自动调节技术,研究表明:当交流电流通过人体组织时,会使细胞间产生摩擦从而导致局部温度升高
21、.当温度超过60度时,细胞就会发生变性从而导致电凝的效果。工作原理The Cool-tip systems generator feedback algorithm senses tissue impedance and automatically delivers the optimum amount of radiofrequency energy.A unique electrode design eliminates tissue charring and allows for maximum current delivery,resulting in a larger ablatio
22、n zone in less time.,Cool-tip AblationThe generator software monitors tissue impedance and adjusts the output accordingly.Pulsed energy delivery allows the target tissue to stabilize,reducing tissue impedance increases that could limit RF output.Typical treatments are completed in a 12-minute cycle.
23、The Cooling EffectThe electrodes internal circulation of water cools the tissue adjacent to the exposed electrode,maintaining low impedance during the treatment cycle.Low impedance permits maximum energy deposition for a larger ablation volume,Electrosurgery Safety Considerations During MIS,Direct C
24、oupling Insulation Failure Capacitive Coupling When electrosurgery is used in the context of minimally invasive surgery,it raises a new set of safety concerns.Some of these are:insulation failure,direct coupling of current,and capacitively coupled current,Electrosurgery Safety Considerations During
25、MISDirect Coupling,Direct coupling occurs when the user accidentally activates the generator while the active electrode is near another metal instrument.The secondary instrument will become energized.This energy will seek a pathway to complete the circuit to the patient return electrode.There is pot
26、ential for significant patient injury.Do not activate the generator while the active electrode is touching or in close proximity to another metal object.,Electrosurgery Safety Considerations During MISInsulation Failure,Many surgeons routinely use the coagulation waveform.This waveform is comparativ
27、ely high in voltage.This voltage or“push”can spark through compromised insulation.Also,high voltage can“blow holes”in weak insulation.Breaks in insulation can create an alternate route for the current to flow.If this current is concentrated,it can cause significant injury.You can get the desired coa
28、gulation effect without high voltage,simply by using the“cutting”current while holding the electrode in direct contact with tissue.This technique will reduce the likelihood of insulation failure.Remember,you can coagulate with the cutting current by holding the electrode in direct contact with tissu
29、e,thereby lowering the current concentration.By lowering current concentration you will reduce the rate at which heat is produced and rather than vaporize tissue you will coagulateeven though you are activating the“cutting”current.,Capacitive Coupling During EndoscopyMetal Cannula System,A capacitor
30、 is not a part labeled“capacitor”in an electrical device.It occurs whenever a nonconductor separates two conductors.During MIS procedures,an“inadvertent capacitor”may be created by the surgical instruments.The conductive active electrode is surrounded by nonconductive insulation.This,in turn,is surr
31、ounded by a conductive metal cannula.A capacitor creates an electrostatic field between the two conductors and,as a result,a current in one conductor can,through the electrostatic field,induce a current in the second conductor.In the case of the“inadvertent capacitor”in an MIS procedure,a capacitor
32、may be created by the surgical instruments composition and placement,Capacitive Coupling During EndoscopyPlastic Cannula System,Capacitance cannot be entirely eliminated with an all plastic cannula.The patients conductive tissue completes the definition of a capacitor.Capacitance is reduced,but is n
33、ot eliminated,Capacitive Coupling During EndoscopyHybrid Cannula System,The worst case occurs when a metal cannula is held in place by a plastic anchor(hybrid cannula system).The metal cannula still creates a capacitor with the active electrode.However,the plastic abdominal wall anchor prevents the
34、current from dissipating through the abdominal wall.The capacitively coupled current may exit to adjacent tissue on its way to the patient return electrode.This can cause significant injury,Recommendations to Avoid Electrosurgical Patient Complications in MIS,Most potential problems can be avoided b
35、y following these simple guidelines:Inspect insulation carefully Use lowest possible power setting Use a low voltage waveform(cut)Use brief intermittent activation vs.prolonged activation Do not activate in open circuit Do not activate in close proximity or direct contact with another instrument Use
36、 bipolar electrosurgery when appropriate Select an all metal cannula system as the safest choice.Do not use hybrid cannula systems that mix metal with plastic.Utilize available technology,such as a tissue response generator to reduce capacitive coupling or an active electrode monitoring system,to el
37、iminate concerns about insulation failure and capacitive coupling.NOTE:Any cannula system may be used if an active electrode monitor is utilized.,Coated ElectrodesTeflon(PTFE)Coating and Elastomeric Silicone Coating,Use of a coated blade facilitates removal of eschar but does not eliminate the need
38、for frequent cleaning Prevent eschar build-up,which increases resistance and contributes to arcing Eschar can ignite and cause a fire Wipes clean with a sponge,eliminating the use of a scratch pad Scratch pad creates grooves on stainless blades Grooves contribute to eschar build-up Elastomeric Silic
39、one Coated ElectrodeRetains cleaning properties longer Bendable Coating will not crack or flake Cutting edge performance similar to stainless steel electrode Enables surgeon to use lower power settings Reduces potential for thermal spread,氩气刀氩气增强高频手术,氩气刀就是利用高压氩气气流作为高频电刀增强效应手术媒质的一种手术方法.,氩气的特性,氩气是一种惰性
40、的不易燃的气体,是用来作为电流传导介质的理想的安全气体.电流在氩气中的传导特性比在普通气体中要好的多.因此,利用氩气作为增强高频电流.效应的介质非常理想.氩气的特点为什么选择氩气:惰性不易燃高频导电性好 是作为刀笔和人体之间的理想导电介质密度比空气大 氩气增强电切和电凝利用氩气来增强电切和电凝有以下优点:.没有烟雾和臭气非接触电凝 减少病人血掖的流失减少对病人组织的破坏 手术更加柔性化,手术烟雾,在高频电刀手术中,由于能量的热效应导致人体组织发热或细胞汽化时就会产生手术烟雾。研究表明高频电刀产生的手术烟雾与激光手术产生的烟雾基本相似。旧象你用激光去烧一片羽毛一样。病毒 DNA,细菌,人体细胞基
41、因残核和气体是手术烟雾的主要组成部分。目前普遍的观点是高频电刀应安装消烟装置。NIOSH(美国职业安全与健康研究中心)和 CDC(疾病预防控制中心)已经研究高频电刀手术烟雾多年，他们强调：“研究证实手术烟雾的主要成分是有毒的气体物质如矿物质，氢，碳化物，氧化物，死的或活的细胞碎片，以及病毒等等.”,烟雾吸收装置,为了避免手术过程中产生的烟雾，人们引入了高频电刀烟雾吸收装置。现在的烟雾吸收装置可以很灵巧的附着于手术刀笔上，很高效地清除手术烟雾。,Surgical SmokeAORN Recommended Practices for Electrosurgery,The Association
42、of Operating Room Nurses revised the Recommended Practices for Electrosurgery in the 1994 AORN Standards and Recommended Practices for Perioperative Nursing.They included a recommendation for evacuation of all surgical smoke at that time and updated this recommendation in 1998.“The smoke plume gener
43、ated from electrosurgery contains chemical by-products.The Occupational Safety and Health Administration recommends that smoke evacuation systems be used to reduce potential acute and chronic health risks to patients and personnel.”AORN Recommended Practices for Electrosurgery 2003,OR Safety Precaut
44、ions,“The ESU should not be used in the presence of flammable agents(i.e.,alcohol and/or tincturebased agents)”AORN Recommended Practices for Electrosurgery 2003 Avoid oxygen enriched environments Use of a nonconductive holster is recommended by:ECRI,LosAngeles Fire Marshall,AORN Cutting Your Legal
45、Risks of Electrosurgery inOBG Management The active electrode(s)should be placed in a clean,dry,well-insulated safety holster,when not in use.AORN Recommended Practices for Electrosurgery 2003,Do not use red rubber catheters or other materials as a sheath on active electrodes Red rubber and other pl
46、astic materials may ignite with high power settings and in the presence of an oxygen enriched environment Use manufacturer approved insulated tips Radiofrequency is not always confined by insulation.Current leakage does occur.It is recommended that:Cords not be wrapped around metal instruments Cords
47、 not be bundled together,Bibliography,AAGL Technical Bulletin Committee.Electrosurgical safety.AAGL Technical Bulletin.January 1995;1:1-7.Control of smoke from laser/electric surgical procedures.National Institute for Occupational Safety and Health(NIOSH),Hazard Controls,US Department of Health and
48、Human Services.publication no.96-128,1996.Dodd GD,Soulen MC,Kane RA,Livraghi T,Lees WR,Yamashita Y,Gillams AR,Karahan OI,Rhim H.Minimally invasive treatment of malignant hepatic tumors:at the threshold of a major breakthrough.Radiographics.2000;20:9-27.Dupuy DE.Radiofrequency ablation:an outpatient percutaneous treatment.Med Health RI.1999;82:213-216.Fortunato NM.Biotechnology:specialized surgical equipment.In:Berry 3:41-44.,
