Электрохирургия — это применение высокочастотного (радиочастотного) переменного электрического тока к биологической ткани в качестве средства для разрезания, коагуляции , высушивания или фульгурации ткани. [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] (Эти термины используются в определенных значениях для этой методологии — см. ниже.) К ее преимуществам относится возможность делать точные разрезы с ограниченной потерей крови. Электрохирургические устройства часто используются во время хирургических операций, помогая предотвратить потерю крови в операционных больниц или при амбулаторных процедурах. [8]
В электрохирургических процедурах ткань нагревается электрическим током . Хотя электрические устройства, создающие нагретый зонд, могут использоваться для прижигания ткани в некоторых случаях, электрохирургия относится к другому методу, нежели электрокоагуляция . Электрокоагуляция использует теплопроводность от зонда, нагретого до высокой температуры постоянным электрическим током (во многом подобно паяльнику). Это может быть достигнуто постоянным током от сухих элементов в устройстве типа ручечного фонарика.
Электрохирургия, напротив, использует радиочастотный (РЧ) переменный ток для нагрева ткани с помощью внутриклеточных колебаний ионизированных молекул, вызванных РЧ, что приводит к повышению внутриклеточной температуры. Когда внутриклеточная температура достигает 60 градусов по Цельсию, происходит мгновенная гибель клетки. Если ткань нагревается до 60–99 градусов по Цельсию, происходят одновременные процессы высыхания ткани (дегидратации) и коагуляции белка. Если внутриклеточная температура быстро достигает 100 градусов по Цельсию, внутриклеточное содержимое претерпевает преобразование жидкости в газ, массивное объемное расширение и, как следствие, взрывное испарение.
При правильном применении с электрохирургическими щипцами, высушивание и коагуляция приводят к окклюзии кровеносных сосудов и остановке кровотечения. Хотя технически этот процесс является процессом электрокоагуляции , термин «электрокоагуляция» иногда вольно, нетехнически и неправильно используется для его описания. Процесс испарения может использоваться для абляции целевых тканей или, путем линейного расширения, использоваться для рассечения или разрезания ткани. В то время как процессы испарения/резки и высушивания/коагуляции лучше всего выполняются с помощью относительно низковольтных, непрерывных или почти непрерывных волн, процесс фульгурации выполняется с помощью относительно высоковольтных модулированных волн. Фульгурация — это поверхностный тип коагуляции, обычно создаваемый путем подачи дугового модулированного тока высокого напряжения на ткань, которая быстро высушивается и коагулируется. Постоянное приложение тока к этой ткани с высоким импедансом приводит к резистивному нагреву и достижению очень высоких температур — достаточных для того, чтобы вызвать распад органических молекул на сахара и даже углерод, что приводит к появлению темных текстур от обугливания ткани.
Диатермия используется некоторыми 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 тканевых абляционных устройствах, которые работают на гигагерцовых частотах. Более низкие частоты, обеспечивающие более глубокое проникновение, используются в промышленных процессах.
Радиочастотная электрохирургия широко применяется практически во всех хирургических дисциплинах, включая дерматологические, гинекологические, кардиологические, пластические, офтальмологические, спинальные, оториноларингологические, челюстно-лицевые, ортопедические, урологические, нейро- и общие хирургические процедуры, а также некоторые стоматологические процедуры.
Электрохирургия RF выполняется с использованием электрохирургического генератора RF (также называемого электрохирургическим устройством или ESU) и наконечника, включающего один или два электрода — монополярный или биполярный инструмент. Вся электрохирургия RF является биполярной, поэтому разница между монополярными и биполярными инструментами заключается в том, что монополярные инструменты включают только один электрод, тогда как биполярные инструменты включают в свою конструкцию оба электрода.
Монополярный инструмент, называемый «активным электродом», при подаче питания требует применения другого монополярного инструмента, называемого «дисперсионным электродом», в другом месте на теле пациента, который функционирует для «расфокусировки» или рассеивания тока RF, тем самым предотвращая термическое повреждение подлежащих тканей. Этот дисперсионный электрод часто и ошибочно называют «заземляющей прокладкой» или «нейтральным электродом». Однако практически все доступные в настоящее время электрохирургические системы RF предназначены для работы с изолированными цепями — дисперсионный электрод напрямую присоединен к ESU, а не к «земле». Один и тот же электрический ток передается как через дисперсионный электрод, так 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 проектируются с двумя «активными» электродами, такими как щипцы для герметизации кровеносных сосудов. Однако биполярный инструмент может быть спроектирован таким образом, что один электрод будет рассеивающим. Главное преимущество биполярных инструментов заключается в том, что единственная часть пациента, включенная в цепь, — это та, которая находится между двумя электродами, что исключает риск отклонения тока и связанных с этим нежелательных явлений. Однако, за исключением тех устройств, которые предназначены для работы в жидкости, с помощью биполярных инструментов трудно испарять или резать ткани.
Нервные и мышечные клетки электрически возбудимы, т. е. их можно стимулировать электрическим током. У людей такая стимуляция может вызывать 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 реобазы -константы). Однако порог начинает увеличиваться с уменьшением длительности импульса (или цикла), когда она падает ниже характерного минимума (так называемая хронаксия ). Обычно хронаксия нервных клеток находится в диапазоне 0,1–10 мс, поэтому чувствительность к электрической стимуляции (величина, обратная порогу стимуляции) уменьшается с увеличением частоты в диапазоне кГц и выше. (Обратите внимание, что частота переменного электрического тока обратно длительности одного цикла). Чтобы свести к минимуму эффекты мышечной и нервной стимуляции, электрохирургическое оборудование обычно работает в диапазоне радиочастот (РЧ) от 100 кГц до 5 МГц.
Работа на более высоких частотах также помогает минимизировать количество водорода и кислорода, образующихся при электролизе воды . Это особенно важно для применения в жидкой среде в закрытых отсеках, где образование пузырьков газа может помешать процедуре. Например, пузырьки, образующиеся во время операции внутри глаза, могут затмевать поле зрения. [ необходима цитата ]
Существует несколько наиболее часто используемых конфигураций электродов или топологий цепей:
При использовании «биполярных» инструментов ток подается на пациента с помощью пары электродов одинакового размера. Например, специальные щипцы , один зубец которых соединен с одним полюсом генератора радиочастот, а другой зубец соединен с другим полюсом генератора. Когда кусок ткани удерживается щипцами, электрический ток переменной полярности радиочастот колеблется между двумя зубцами щипцов, нагревая промежуточную ткань посредством ранее описанного синхронного колебания внутриклеточных ионов. [ необходима цитата ]
В монополярной конфигурации пациент прикрепляется к дисперсионному электроду, относительно большой металлической пластине или гибкой металлизированной пластиковой прокладке, которая подключена к генератору радиочастот или электрохирургическому устройству (ESU). Хирург использует заостренный или лезвийный электрод, называемый «активным электродом», для контакта с тканью и оказания тканевого эффекта — испарения, и его линейного распространения, называемого электрохирургическим разрезанием, или комбинации высушивания и коагуляции белка, используемой для герметизации кровеносных сосудов с целью гемостаза. Электрический ток колеблется между активным электродом и дисперсионным электродом, при этом весь пациент находится между ними. Поскольку концентрация радиочастотного тока уменьшается с расстоянием от активного электрода, плотность тока быстро (квадратично) уменьшается. Поскольку скорость нагрева ткани пропорциональна квадрату плотности тока, нагрев происходит в очень локализованной области, только вблизи части электрода, обычно кончика, близкого к целевой ткани или соприкасающегося с ней.
На конечности, например, на пальце, имеется ограниченная площадь поперечного сечения для рассеивания тока, что может привести к более высокой плотности тока и некоторому нагреву по всему объему конечности.
Другой биполярный инструмент характеризуется обоими электродами на одной и той же конструкции, но дисперсионный электрод намного больше активного. Поскольку плотность тока выше перед меньшим электродом, нагревание и связанные с ним эффекты ткани происходят только (или в основном) перед активным электродом, и точное положение дисперсионного электрода на ткани не имеет решающего значения. Иногда такую конфигурацию называют полутораполярной , хотя происхождение этого термина на латыни ( sesqui ) означает отношение 1,5. [9]
Относительно маломощная высокочастотная электрохирургия может проводиться на амбулаторных пациентах, находящихся в сознании, без заземленных машин и без дисперсионного электрода. [10] Работа при низких токах без дисперсионного электрода возможна, поскольку на средних частотах РЧ (обычно 100–500 кГц), которые генерируют машины, собственная емкость тела пациента (которая находится между телом пациента и заземлением машины) достаточно велика, чтобы позволить результирующему току смещения действовать как виртуальный «контур замыкания цепи».
Одним из примеров такой машины является hyfrecator . Этот термин появился в 1940 году как торговая марка Birtcher Corporation Hyfrecator для " High Frequency Eradi cator " , но теперь он служит в общем смысле для описания общего класса одноэлектродных, неизолированных (с заземлением) маломощных электрохирургических машин, предназначенных в основном для использования в офисе. Случайное замыкание цепи через заземление создает опасность ожога в месте, удаленном от зондирующего электрода, и по этой причине одноэлектродные устройства используются только для пациентов в сознании, которые могут знать о таких осложнениях, и только на тщательно изолированных столах.
В таких условиях гифрекаторы используются не для разрезания тканей, а для разрушения относительно небольших новообразований, а также для остановки кровотечения при хирургических разрезах, выполненных лезвийными инструментами под местной анестезией.
В режиме резки электрод касается ткани, и применяется достаточно высокая плотность мощности для испарения ее водного содержимого. Поскольку водяной пар не является проводником при нормальных обстоятельствах, электрический ток не может протекать через слой пара. Подача энергии за пределы порога испарения может продолжаться, если применяется достаточно высокое напряжение (> +/-200 В) [11] для ионизации пара и преобразования его в проводящую плазму. Пар и фрагменты перегретой ткани выбрасываются, образуя кратер. [12] Поверхности электродов, предназначенные для использования при резке, часто имеют более тонкую проволоку или проволочную петлю, в отличие от более плоского лезвия с закругленной поверхностью. [ необходима цитата ]
Коагуляция осуществляется с использованием волн с более низкой средней мощностью, генерирующих недостаточное для взрывного испарения тепло, но вместо этого образующих термический коагулят.
Электрохирургическое высушивание происходит, когда электрод касается ткани, открытой для воздуха, а количество выделяемого тепла ниже, чем требуется для разрезания. Поверхность ткани и часть ткани, расположенной глубже зонда, высыхают и образуют коагулюм (сухой участок мертвой ткани). Этот метод может использоваться для лечения узелков под кожей, когда требуется 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 более поверхностный, поскольку ток распространяется по площади ткани, большей, чем кончик электрода. [13] В этих условиях поверхностное обугливание или карбонизация кожи наблюдается на более широкой площади, чем при работе в контакте с зондом, и поэтому этот метод используется для очень поверхностных или выступающих поражений, таких как папилломы кожи. Ионизация воздушного зазора требует напряжения в диапазоне кВ.
Помимо термических эффектов в тканях, электрическое поле может создавать поры в клеточных мембранах — явление, называемое электропорацией . Этот эффект может влиять на клетки за пределами диапазона термического повреждения.
Существуют электрохирургические устройства с мокрым и сухим полем. Устройства с мокрым полем работают в физиологическом растворе или в открытой ране. Нагрев происходит в результате переменного тока, проходящего между двумя электродами. Нагрев обычно сильнее всего там, где плотность тока выше. Поэтому обычно больше всего тепла выделяет самый маленький или самый острый электрод.
Cut/Coag Большинство электрохирургических систем с влажным полем работают в двух режимах: «Cut» вызывает испарение небольшого участка ткани, а «Coag» заставляет ткань «высыхать» (в смысле остановки кровотечения). «Высушенные» ткани погибают (и позже отторгаются или заменяются фиброзной тканью), но они временно физически невредимы после электрохирургического применения. Глубина отмирания ткани обычно составляет несколько миллиметров вблизи контакта электрода.
Разрезать Если уровень напряжения достаточно высок, выделяемое тепло может создать паровой карман. Паровой карман обычно достигает температуры около 400 градусов по Цельсию, что приводит к испарению и взрыву небольшого участка мягкой ткани, в результате чего образуется разрез.
Coag Когда система работает в "режиме коагуляции", выходное напряжение обычно выше, чем в режиме разреза. Ткань остается в целом неповрежденной, но клетки разрушаются в точке контакта, а более мелкие сосуды разрушаются и запечатываются, останавливая капиллярное и мелкоартериальное кровотечение.
Для различных электрохирургических процедур могут использоваться различные формы волн . Для резки часто используется непрерывная одночастотная синусоида . Быстрый нагрев ткани приводит к взрывному испарению интерстициальной жидкости . Если напряжение достаточно высокое (> 400 В от пика до пика) [11], 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 резать ткань. [11] При применении непрерывной волны диффузия тепла обычно приводит к образованию значительной зоны термического повреждения на краях поражения. Напряжение разомкнутой цепи в электрохирургических формах волн обычно находится в диапазоне 300–10 000 В от пика до пика.
Более высокая точность может быть достигнута с помощью импульсных сигналов. [11] [12] Используя импульсы длительностью в несколько десятков микросекунд, ткань можно разрезать, при этом размер зоны диффузии тепла не превышает клеточного масштаба. Накопления тепла во время повторного применения импульсов также можно избежать, если обеспечить достаточную задержку между импульсами, позволяя ткани остыть. [12] Соотношение времени включения и времени выключения можно изменять, чтобы контролировать скорость нагрева. Связанный 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 непосредственного изменения амплитуды называется широтно-импульсной модуляцией .
Для коагуляции средняя мощность обычно снижается ниже порога резания. Обычно синусоида включается и выключается в быстрой последовательности. Общий эффект заключается в более медленном процессе нагрева, что приводит к коагуляции ткани. В простых аппаратах режима коагуляции/резки более низкий рабочий цикл, типичный для режима коагуляции, обычно воспринимается ухом как более низкая частота и более грубый тон, чем более высокочастотный тон, типичный для режима резания с тем же оборудованием.
Многие современные электрохирургические генераторы создают сложные формы волн, мощность которых регулируется в реальном времени на основе изменений сопротивления тканей.
Для хирургического использования высокой мощности во время анестезии монополярная модальность основана на хорошем электрическом контакте между большой площадью тела (обычно по крайней мере всей спиной пациента) и обратным электродом или подушечкой (также известной как рассеивающая 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.
Чтобы предотвратить непреднамеренные ожоги, кожу очищают и используют токопроводящий гель для улучшения контакта с обратным электродом. В электропроводке здания необходимо соблюдать надлежащие правила электрического заземления. Также рекомендуется использовать современный электрохирургический блок, включающий систему мониторинга обратного электрода, которая непрерывно проверяет надежность и безопасность контакта с пациентом. Эти системы опрашивают импеданс разделенного или двухполюсного обратного электрода и подают сигнал тревоги, отключая дальнейшую выходную мощность генератора в случае неисправности. Предыдущие генераторы полагались на однополюсные обратные электроды и, таким образом, не имели средств проверки безопасного соединения с пациентом. Обратные электроды всегда должны иметь полный контакт с кожей и располагаться на той же стороне тела и близко к той части тела, где происходит процедура.
Если в теле пациента есть какой-либо металл, обратный электрод размещается на противоположной стороне тела от металла и должен быть помещен между металлом и местом операции. Это предотвращает избирательное прохождение тока через металл на пути к обратному электроду. Например, для пациента, у которого была правосторонняя замена тазобедренного сустава, и которому назначена операция, обратный электрод размещается на левой стороне тела на боковой стороне нижней части живота, что помещает обратный электрод между местоположением металла и местом операции и на противоположной стороне от металла. Если металл есть с обеих сторон тела, обратный электрод размещается между металлом и местом процедуры, когда это возможно. Обычные места расположения обратных электродов включают боковые части внешних бедер, живота, спины или лопаток. [8]
Использование биполярного варианта не требует установки обратного электрода, поскольку ток проходит только между зубцами щипцов или другого биполярного выходного устройства.
Электрохирургию должен проводить только врач, прошедший специальную подготовку в этой области и знакомый с методами, используемыми для предотвращения ожогов.
Также были высказаны опасения относительно токсичности хирургического дыма , образующегося при электрохирургии. Было показано, что он содержит различные летучие органические соединения (ЛОС) , включая формальдегид , [14] , которые могут причинить вред при вдыхании пациентами, хирургом или персоналом операционной. [15] [16]
Электроножи нельзя использовать рядом с легковоспламеняющимися веществами, например, дезинфицирующими средствами на спиртовой основе. [17]
Разработка первого коммерческого электрохирургического устройства приписывается Уильяму Т. Бови , который разработал первое электрохирургическое устройство, работая в Гарвардском университете . [8] [18] Первое использование электрохирургического генератора в операционной произошло 1 октября 1926 года в больнице Питера Бента Бригама в Бостоне , штат Массачусетс . Операция — удаление массы из головы пациента — была проведена Харви Кушингом . [19] Маломощный гифрекатор для использования в офисе был представлен в 1940 году.
