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嘉峪检测网 2022-01-20 13:29
能量器械，听上去有些陌生？其实我们常见的超声刀、射频消融、微波消融等，都属于能量器械。
这几乎是外科手术中使用频率最高的一类器械！
什么是能量器械
能量外科是指外科医生在外科手术过程中，利用各种能量设备对组织进行切割、分离、止血及实现其他各类功能的外科学分支。
能量器械，是指上述手术过程中使用到的、发射能量的仪器，如高频、超声波、微波等，这些能量与活组织相互作用的同时，切割组织和器官以止血的。
随着外科学专业分科逐渐细化，适合各类外科专业的能量外科设备品类越来越丰富。针对外科医生在不同手术中的不同需求，几乎所有情形都有专门设计的能量外科设备予以应对。现阶段射频、超声、等离子、激光等越来越多能量形式正被广泛地用于微创外科手术中。
从利用能量角度，可以分为电能、机械能两类。
利用电能：作用原理是通过发生器产生相应频率的电压和电流，传导至作用电极，作用电极在组织上产生相应的温度，从而达到需要的效果（凝固或切断）后，电流通过接地电极回流。如单级电刀、双极电设备、射频消融设备、氩气刀等。
利用机械能：最为常用的就是超声刀，通过刀头所产生的高频振动，接触组织时产生热能，从而实现凝闭或切割等功能。
在此按照四种类型对能量器械进行总结：电能量器械、冷冻手术、激光手术、微波手术。
能量器械原理
如何应对术中出血？一直是外科医生所面临最为头疼的问题之一。
近百年前，在大部分情况下，外科医生通过烧灼法产生的热能对手术创面进行止血。今天，热能仍是能量外科的核心，唯一不同的是随着技术的进步，外科医生能够更好的控制热能。
热能对人体产生什么作用呢？
60度时：蛋白开始不可逆的变性并发生凝固性坏死，组织此时往往呈现发白的状态。
80度时：组织碳化，产生干燥、脱水及萎缩
90度-100度：细胞“挥发”，术者往往只看见一缕青烟飘过。
125度以上：组织中蛋白、脂肪的完全氧化，只剩下碳化的组织（焦痂）。
那么上述组织反应也就决定了能量设备在不同功率时作用的功能：
在温度60度—80度之间时主要产生蛋白变性（凝固性坏死），起到凝闭各类管道（止血）的作用，而在高于90度时，起到切割组织的作用。
电能量器械
“第一个商用电外科设备的开发是由 William T. Bovie 开发的，他在哈佛大学期间开发了第一台电外科设备。1914 年至 1927 年间，Bovie 发现 250,000-2,000,000 Hz 范围内的高频交流电可用于切开凝固组织并获得止血作用。1926 年 10 月 1 日，在马萨诸塞州波士顿的 Peter Bent Brigham 医院首次在外科手术中使用电外科设备。Harvey Cushing (1869–1939) 在神经外科中推广了该装置；1926 年，他首次在手术室使用它，并在 500 多次神经外科手术中使用它。”
电灼术：
是利用电流加热的金属探针的热传导破坏或切割软组织的过程。这种方法利用电流加热金属丝，然后将金属丝施加到目标组织上以进行燃烧或凝固。电流不通过组织，而是直接施加到治疗的目标区域。此模式通常应用于皮肤科医生、眼科医生、整形外科医生、泌尿科医生和相关专业所遇到的浅表病变。
▲电灼钳模式图
电外科：
与电灼术不同，电外科手术是将高频（射频）交替极性（AC）电流应用于生物组织，作为切割、凝固、干燥或电灼组织的手段。它的好处包括能够在有限的情况下进行精确切割失血。
电外科手术使用的电力是一种交流电，类似于用于产生无线电波的交流电。频率相当高，标准约为每秒 500,000 个周期。这确保了电流通过患者组织而不是产生电击效应。热量是由组织对电流的电阻产生的。用于施加电流的工具是电极，可以是刀片、圆球、针和环配置的形式。这些器械可用于切割、凝固甚至融合组织。
▲单级电外科手术模式图
用于射频电外科的发生器称为电外科单元或 ESU）电极是手持式的，由一个（单极）或两个电极组成 - 双极仪器，又称为单级/双极电设备。
▲（左）单极电设备；（右）双极电设备
电外科器械已广泛应用于外科手术的各个领域，从最基本的手术切口，内脏组织块切除、切口止血，到肿瘤消融等应用；从普通外科、心胸外科，到妇科、泌尿外科、耳鼻喉科、骨科、神经外科等各科室；从外科开放手术，到微创外科手术甚至内科治疗领域。手术室、急诊室、门诊室、内镜室都能见到高频电外科的身影。
1. 单级电刀：
所有电外科手术都是“双极的”，因为电流从一个极或电极流向另一个。在单极电外科中，有源电极是一个电极，而患者返回电极是另一个电极。单极电外科手术与其他能量方式的主要区别在于电流流过患者。这种差异使单极电外科手术的组织效应范围最大作用电极产生温度达到相应的效果后，电流通过接地电极（负极板）回流至发生器。
在单极仪器中，外科医生用单个小电极接触组织。电路的出口点——分散电极是一个很大的表面积，例如臀部，以防止电灼伤。上述大表面积的作用是分散射频电流，从而防止对下层组织的热损伤。产生的热量取决于接触面积的大小、功率设置或电流频率、应用持续时间和波形。恒定波形比间歇波形产生更多热量。用于切割组织的频率高于凝血模式。
2. 双极电设备：
在双极中，作用电极与接地极均在手持设备上，电流不经过体内，最大程度发挥电外科设备的效用，其优势在于电凝效果更好，正确使用下，可凝闭较大直径（7mm）管道。现在市场上有各种各样的双极设备，其中包括Covidien公司的LigaSure，Ethicon的ENSEAL以及ERBE的Bioclamp等。
在双极仪器中，电流在类似镊子的工具的两个尖端之间通过。它具有不干扰其他电体活动（例如心脏的传导系统）的优点，并且还通过压力使组织凝固。横向热损伤小于单极设备。
3. 射频消融设备：
基本原理同单级电刀，但设备可通过对阻抗（impedance）的监测调整输出电流的大小，在较长的一段时间内（5-10分钟），保证作用电极所产生的温度恒定（不随阻抗的改变而改变）。射频 (RF) 交流电通过诱导电离分子的细胞内振荡来加热组织，从而导致细胞内温度升高。当细胞内温度达到60℃时，细胞瞬间死亡。如果组织被加热到60-99℃，则同时发生组织干燥和蛋白质凝固的过程。
如果细胞内温度迅速达到 100 摄氏度，则细胞内物质会发生液体到气体的转化，汽化。虽然该过程在技术上是电凝过程，但汽化过程可用于消融组织目标，或者通过线性延伸，用于横切或切割组织。汽化/切割和干燥/凝结的过程最好用相对低的电压、连续或接近连续的波形来完成。
射频电外科通常用于几乎所有外科学科，包括皮肤科、妇科、心脏、整形、眼科、脊柱、耳鼻喉科、颌面外科、骨科、泌尿科、神经外科和一般外科手术以及某些牙科手术。
4. 湿场电外科：
湿场设备在盐溶液中或在开放性伤口中操作。加热是通过两个电极之间的交流电产生的。加热通常在电流密度最高的地方最大。因此，产生最多热量的通常是最小或最锋利的电极。
大多数湿场电外科系统以两种模式运行：切割和凝固。“切割”会导致一小块组织蒸发，而“凝固”会导致组织“干燥”（在止血的意义上）。“干燥”组织是死组织，随后会脱落或被纤维化组织取代，但在电外科应用后它们在物理上暂时完好无损。组织死亡的深度通常在电极接触附近几毫米。
5. 氩气刀：
氩气可增强电设备的能量输出（电焊应该也是用的这个气体），手术中往往使用在对实体器官的止血上（如肝脏）。
冷冻手术
冷冻手术是一种微创手术，由于疼痛、疤痕和成本最小，通常比更传统的手术更受欢迎。冷冻手术/冷冻疗法是使用极冷来破坏异常或患病组织。该术语来自希腊词cryo（κρύο）（“冰冷”）和手术（cheirourgiki），意思是“手工”或“手工”。冷冻手术历来用于治疗多种疾病和病症，尤其是各种良性和恶性皮肤病。冷冻手术依赖于冷冻温度对细胞的破坏力。当它们的温度下降超过一定水平时，冰晶开始在细胞内形成，并且由于它们的密度较低，最终会撕裂这些细胞。此外，供应受影响组织的血管开始冻结， 对恶性生长造成进一步伤害。
许多医疗供应公司已经开发出用于冷冻手术的冷冻剂输送系统。大多数是基于使用液氮，尽管有些使用专有的气体混合物，这些混合物结合形成冷冻剂。
冷冻手术通常被应用于以下疾病：外用：足底疣、痣、皮赘、莫顿神经瘤和小皮肤癌。内用：恶性肿瘤（肝癌、前列腺癌、肺癌、口腔癌、宫颈癌、骨肿瘤）。
常用冷冻剂有：液氮 这种-196 °C (-321 °F) 的冷液体可以应用在病变组织上；二氧化碳也可用作喷雾剂，用于治疗各种良性斑点；氩气用于使用称为焦耳-汤姆逊效应的原理促进结冰；二甲醚在某些制剂中和丙烷的混合物作为冷冻喷雾使用。
激光手术
激光（LASER）手术使用光能代替手术刀来切割组织。LASER 是一种产生单波长高强度光的设备，其平行光束如此精细，可以聚焦在一个非常小的光点上。该名称是源自 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 的首字母缩写词。
激光必须被组织吸收才能发挥生物效应。组织中的主要吸收成分是吸收红外光的水、吸收可见光（尤其是绿色）的血红蛋白、吸收可见光和紫外光的黑色素。波长也决定了穿透深度。随着波长向紫外光谱减小，更多的散射发生，这限制了组织内的穿透深度。无论用于手术应用的激光系统如何，其影响可大致分为组织加热、凝血、汽化、非线性效应、光化学和光解离。激光产生的热量使手术部位远离细菌并降低感染风险。
当光束加热目标组织时，会出现局部水肿、蛋白质渗透、由于纤维组织蛋白质的改变和细胞水沸腾而导致的组织收缩。还有能量和局部细胞内热效应的压力和弹性反冲效应。这些变化用于对生物组织产生各种影响，例如阻塞小血管以产生稳态，使血管内的血液形成血栓。
以下是基于激光手术的几个分类：
1. 光化学疗法：
临床上称为光动力疗法。施用光敏剂（photophrin II），它被肿瘤组织吸收，随后被激光照射，产生剧毒物质，导致肿瘤坏死。光动力疗法用于食管癌和支气管癌的姑息治疗以及胃肠道和膀胱黏膜癌的消融。
2. 光消融手术：
用于眼科手术，如带状角膜移植术和外周血管的内膜切除术。激光手术通常用于眼睛。使用的技术包括 LASIK（用于矫正近视和远视）和光屈光角膜切除术（一种使用准分子激光永久重塑角膜以去除少量组织的手术）。激光也可以应用于血管内膜切除术，一种使动脉中的整个动脉粥样硬化斑块蒸发的技术。阻塞动脉的激光再通。
3. 光热疗法：
该特性用于内窥镜控制出血，例如出血性消化性溃疡、食管静脉曲张。
微波能量手术
微波是一种电磁辐射形式，波长从一米到一毫米不等；频率在 300 MHz (100 cm) 和 300 GHz (0.1 cm) 之间。微波手术使用电磁辐射产生热量，从而产生传导阻滞。据称微波消融可提供更大的组织穿透力，使透壁消融更有可能，并且不会使表面组织炭化，从而减少血栓。临床上将微波应用于不能切除的肝癌多发小病灶；白内障、视网膜脱离、青光眼和肿瘤等眼疾的手术。
微波手术刀由大功率微波振荡器、控制系统、传输电缆与手术刀头等构成。微波能量经传输电缆传递到手术刀头,传输电缆要有足够的功率容量,但又不希望笨重,手术刀头是医生直接把握的工具。其中的一种型式是把手术刀与微波辐射器巧妙的组合在一起,用数十至一百余瓦的功率,刀刃用于切开组织,而刀片向周围组织辐射微波,使创面上的小血管闭合(为数不多的大血管则进行结扎) 不出血。这样就大大减少了手术中医生的工作量,而且创面清洁，通过烧灼切口周围的组织达到止血的目的。
▲传统与微波甲状腺消融术后伤口对比
微波消融的优点：微创、安全、恢复快、适应症广。对于不能接受常规外科手术的老年患者、中晚期患者同样可以接受治疗。还可用于肺癌、乳腺癌、胰腺癌、前列腺癌、骨癌、子宫肌瘤等实体瘤的治疗。
超声波手术
用于外科手术的超声波能量设备是在 1990 年代初期开发的。手术用超声能量装置的工作原理主要与解剖刀的高频振动有关：一旦与组织接触，通过空化作用引起组织解剖，通过蛋白质变性止血。超声波能量源将电能转换为设备机头中的振动，频率超过每秒20 000次，高于可听范围。这些振动使仪器的非铰接钳口摆动。组织在铰接颚和非铰接颚之间被压缩，以赋予由热能和机械能组合产生的组织效应：在较低频率下实现干燥和血管密封；组织切割发生在更高的频率。组织效应的产生是由于电能转化为热能用于组织干燥和血管密封，以及用于组织切割的机械能。
超声能量获得的组织效果与接触式单极电外科或双极电外科所获得的效果基本相同，但增加了组织切割的功能。这些组织效果无需电流通过患者或装置抓握的组织即可实现。
超声波设备的优点包括更少的仪器流量，因为结合了血管密封和组织切割，以及更少的烟雾产生（组织碎片和水分的“雾”而不是烟雾本身）。解剖能力良好，但不如单极剪刀或马里兰双极钳。缺点包括横向热扩散损伤的风险，以及比其他能源更高和更长时间的仪器尖端温度，这可能会导致器官损伤。此外，切割模式尤其需要培训和经验。对于所有新一代能源，超声波设备相对昂贵，但在大多数机构中普遍可用。
1. 谐波手术刀：
谐波手术刀是外科手术中使用的一种医疗设备，是钢手术刀的一种选择。它使用超声波技术切割组织，同时将其边缘密封。该系统通常由一个手持式超声换能器，一个发生器，一个手动开关，一个踏板和一个用作切割工具的手术刀组成。
在手术过程中，手术刀在55,500赫兹范围内振动，同时切穿组织，同时通过蛋白质变性来止血，从而将其密封。可以使用谐波解剖刀实施的手术包括甲状腺切除术，肺活检，腹腔镜囊肿剥脱术，扁桃体切除术和妇科癌症。许多整形外科医生还发现，它是进行整形外科手术的更好系统，例如瘦脸，乳房缩小，隆胸或腹部除皱。
谐波手术刀通常是外科医生在解决患者不同医疗状况时可使用的一个补充系统。它可以为外科医生提供更高的切割精度；它还可以使外科医生更有效地切穿较厚的组织。尽管谐波手术刀不像Bovie（电凝术中用于凝结的器械）那样容易移动，但手术器械的更换却更少，简化了手术程序。
谐波手术刀在以下方面优于电烙术：凝固和切割的双重作用、产生的热量低、无横向组织损伤、不产生烟雾，因此可视化效果更好、没有电流通过患者，消除了电气危险的机会、减少组织损伤，减少术后疼痛、精确解剖、可靠的止血、切开较厚的组织。
2. 聚焦超声：
高强度聚焦超声（HIFU，也称为磁共振引导聚焦超声的 MRgFUS）在全球范围内处于不同的发展阶段，用于治疗一系列疾病。基本原理类似于使用放大镜聚焦阳光，产生燃烧的热量。HIFU 是一种治疗性超声方式，涉及将声能引导到体内的微创或非侵入性方法。聚焦超声使用声学透镜将多个相交的超声束精确地集中在身体的目标上。每个单独的光束都没有影响地穿过组织。但是在光束会聚的焦点处，能量表现出其热效应或机械效应。
▲聚焦超声模式图
这可以用作独立疗法或用于增强化学疗法或免疫疗法的递送或效果。除 HIFU 外，其他方式包括超声辅助药物输送、止血、碎石、溶栓和免疫调节。HIFU 通常通过超声或 MRI 进行实时成像，以实现治疗靶向和监测（包括 MRI 的热跟踪）。
目前，有 HIFU 系统被批准用于治疗子宫肌瘤、骨转移性前列腺癌和一系列癌症，包括乳腺癌、肾癌、肝癌、胰腺癌和软组织肉瘤。有一个大脑系统可以治疗原发性震颤、帕金森病震颤和神经性疼痛。正在进行的临床试验评估 HIFU 治疗许多神经系统疾病、心理障碍、高血压和其他疾病。非图像引导的 HIFU 设备可用于美容目的（通常用于减少体脂）。
3. 双极和超声波能量设备的结合：
双极能量设备的工作原理是使用设备的尖端抓住要切割的组织，然后让高频电流流过组织。通过组织的电阻产生热量，从而提高组织的温度。结果，组织中的蛋白质变性和血管被密封。然而，该设备达到的最高温度仅为 100°C 左右，不足以切割组织。超声波设备的主要优点之一是密封和切割一步完成。组织被夹在“探头”和颚之间，产生强烈的超声波振动以产生摩擦热。随着蛋白质变性和组织温度逐渐达到 200°C，组织被分解或横切。尽管超声波设备具有密封和切割能力，但它们缺乏与双极设备相同水平的密封能力。
人们正在试验两种能源的组合，以扩大手术过程的便利性和范围。奥林巴斯提供了创新的能量解决方案，可提供手术安全性和器械多功能性，实现高效，简化的手术，并获得良好的患者治疗效果。因此，奥林巴斯开发了独特的混合技术THUNDERBEAT用于开放式和腹腔镜手术。
THUNDERBEAT是一个先进的能量系统，可以同时向组织提供两种形式完善的能量：超声波能量可实现出色的解剖和快速的组织切割能力先进的双极能量可快速安全地止血，最大直径可达7 mm这种能量组合为手术室中先进能量的应用设定了新标准。THUNDERBEAT是一个先进的能量系统，可以同时向组织提供两种形式完善的能量：超声波能量可实现出色的解剖和快速切割，先进的双极能量可安全止血和闭合直径达7毫米的血管。
▲（左）仅超声波能量快速组织切割；（中）仅双极能量可靠的血管闭合；
（右）THUNDERBEAT快速组织切割和可靠的血管闭合
来源：思宇医械观察
