高频电刀原理及质量控制方法

高频电刀工作原理及质量控制实施方法第三○三医院医学工程科张红远高频电刀简介高频手术器（electrosurgicalunit，ESU），即电外科设备。俗称高频电刀，是在1926年神经外科医师HarveyCushing和电生理专家WilliamBovie为实现小血管无血手术而提出并首先应用于脑肿瘤的切除手术。它是利用高频放电对人体组织进行切割并凝血的一种手术装置。第一章:高频电刀基本介绍高频手术器（ElectrosurgicalunitESU），即电外科设备，俗称高频电刀。它是利用高频电流对人体组织进行切割、凝血的现代电子手术器械设备。􀋅􀋅􀋅􀋅􀋅􀋅第一章:高频电刀基本介绍1.发展历程1926年HARVEYCUSHING和WILLIAMBOVIE为实现小血管无血手术而提出并首先应用于脑肿瘤的切除手术中，至今已有近80多年的历史了。经历了火花塞放电→大功率电子管→大功率晶体管→大功率MOS管四代技术的更变。目前，单片机广泛应用在高频电刀的整机控制，实现了对各种功能下功率、波形、电压、电流的自动调节、各种安全指标的检测，以及程序化控制和故障的检测及指示。第一章:高频电刀基本介绍1.发展历程高频电刀在制造上正向专业化方向发展：①分机制造具有特定功能模式的装置；②按临床需要分科制造，如妇科电刀、五官科电刀、内镜电刀等。第一章:高频电刀基本介绍2.高频电刀优势切割速度快、止血效果好、操作简单、安全方便；大大缩短手术时间，减少患者失血量及输血量，从而降低并发症及手术费用；与其他电外科手术器（如激光刀、微波刀、超声刀、水刀、半导体热凝刀等）相比，高频电刀适应手术范围广，容易进入手术部位。第一章:高频电刀基本介绍3.基本组成第一章:高频电刀基本介绍术语：*1.手术电极activehandle使手术手柄延伸到手术部位的手术附件的部件。*2.双极电极bipolarelectrode两只或多只手术电极组装于同一支撑物上，在激励时，这种结构使得高频电流主要在两电极之间流动。*3.中性电极NEneutralelectrode用于同患者身体相连接的、具有一个相对较大面积的电极，预期为高频电流提供一个低电流密度的返回通道，以防止在人体组织中产生不希望的灼伤这类物理效应。中性电极还可称为极板、板电极、负电极、返回电极或分散电极。第一章:高频电刀基本介绍*4.高频手术模式HFsurgicalmode操作者可选择的一组高频输出特性中的任一种，预期在一个连接的手术附件上产生专门指定的手术效果，比如切、凝等。*5.凝（固）coagulation使用高频电流以提升组织温度，例如减少或中止不期望的出血。注：凝可以是接触（式）凝或非接触（式）凝。*6.切（割）cutting利用手术电极上的高密度的高频电流使人体组织切除或分开。*7.电灼（面凝）fulguration使用较长电火花（≥0.5mm），且手术电极和组织之间无需机械接触，这样来加热组织浅表面的一种凝模式。第一章:高频电刀基本介绍4.高频电刀的分类根据高频手术器的功能及用途，大致可分为以下类型：（1）多功能高频电刀：具有纯切、混切、单极电凝、电灼、双极电凝；（2）单极高频电刀：具有纯切、混切、单极电凝、电灼；（3）双极电凝器：双极电凝；（4）电灼器：单极电灼；（5）内窥镜专用高频发生器：具有纯切、混切、单极电凝；（6）高频氩气刀：具有氩气保护切割、氩弧喷射凝血；（7）多功能高频美容仪：具有点凝、点灼、超高频电灼。第一章:高频电刀基本介绍5.工作原理（生物效应）因为生物组织都是导电体，所以当有电流通过组织时，可同时产生以下三种生物效应：热效应法拉第效应集肤效应第一章:高频电刀基本介绍5.工作原理（生物效应）-热效应当高频电流通过人体软组织时，由于每一振荡电流的脉冲时间极短，离子很难引起迁移，只在富有粘滞性的体液中振荡，由于摩擦而产生大量热能，高频电刀就是利用高频电流通过机体的这种热效应而工作的。在进行高频切割时，通常使用针形或刃形电极，有效面积很小，而电极下面的电流密度却很大，因而可以在一瞬间产生大量的热量，把电极下面的组织爆发性地蒸发掉，分裂成一个不出血的、窄而平坦的切口，而且还可以使血管中的血液凝固到一定的深度，同时将切断的细血管凝固,达到凝固和切割的目的。第一章:高频电刀基本介绍5.工作原理（生物效应）-法拉第效应我们常用的的市电频率是50Hz,50Hz的低频交流电作用于人体时，会造成对人体的神经刺激、肌肉刺激、疼痛感,严重时可致心脏停止危及生命。低频交流电与人体神经传导的频率极为相似,因此会引起刺激并会中断神经系统的传导（法拉第效应）。电刑就是这个原理。当电流频率达到100KHz以上时，法拉第效应明显减少，人体神经系统及肌肉传动系统对电流变化的反应就不敏感了；当高于300KHz时可忽略不计。因此高频电刀利用的正是超过300kHz的安全频率。高频电刀能够将市电的50Hz的电流转变成超过300kHz的高频电流。这样，高频能量传递到人体组织上时不会切断神经冲动的传导,不会造成电击从而达到治疗目的。第一章:高频电刀基本介绍5.工作原理（生物效应）-集肤效应当变化的电流在导体中流动时,它周围的磁场也随着变化,这变化的磁场也要在导体中产生电流,因而影响导体中电流的分布,使电流趋向导体表面,这就是说,越靠近导体表面电流密度越大,这种现象就是集肤效应。集肤效应在低频情况下不易察觉,频率越高就越显著。第一章:高频电刀基本介绍5.工作原理（生物效应）-集肤效应电刀是利用高频电流的“集肤效应”原理，电流是在人体这段“导体”的表面流动,由于导体内部比表面有更大的电感，对交流电阻碍作用大，使得电流密集于导体表面，而不是流经人体内脏组织,因而这种高频电流不会对脏器造成伤害,利用刀头高密度电流产生的高频电火花，将表面组织快速融化，而且患者自己基本上没有明显不适感,从而达到切割的效果。第一章:高频电刀基本介绍6.工作原理（电路）简单地说,高频电刀就是一个变频变压器,它将220V/50Hz的低压低频电流经变频变压、功率放大转换为频率（300～5000）kHz、电压为几千甚至上万伏的高频电流。这样的高频电流可以在人体组织上产生切割和凝血的作用。第一章:高频电刀基本介绍6.工作原理第一章:高频电刀基本介绍6.1单极模式单极电刀的电极由笔式电极和板式电极组成。笔式电极将高频电流传递到病人身体手术部位,形成很高的电流密度,板式电极则收集作用于人体的高频电流,使其回到电刀,从而完成电流回路。板式电极将电能量很好地分散,电流密度较低,不至于在极板处发生烫伤。当电刀作切割使用时,笔式电极处的切割电流使细胞膨胀、爆裂、气化。作电凝使用时,笔式电极处的凝血电流则使细胞干化,从而减少失血。高频电流流经路线：高频信号发生器→手术电极刀→患者组织→病人电极板→高频信号发生器。第一章:高频电刀基本介绍6.2双极模式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。双极电凝是通过双极镊子的两个尖端向机体组织提供高频电能，使双极镊子两端之间的血管脱水而凝固，达到止血的目的。双极电刀有一些特殊的应用,例如脑外科、显微外科、妇产科等较为精细的手术。第一章:高频电刀基本介绍7.高频电刀输出模式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。当选择电切模式时，切割电流的波形为一个连续的高频电流波形,细胞被加热膨胀直至爆裂、气化。当选择电凝模式时，电凝电流则呈现为一个间断的开关波形,细胞可以在停止输出期间冷却,这样,细胞被干化而非汽化。当选择混合切割模式时，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”。第一章:高频电刀基本介绍7.高频电刀输出模式-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。第一章:高频电刀基本介绍7.高频电刀输出模式-喷射电凝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%，其单位时间产生的热量相当少，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。第一章:高频电刀基本介绍7.高频电刀输出模式-接触电凝接触电凝：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。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。第一章:高频电刀基本介绍8.安全保障系统高频电刀的安全使用,除了需要认真学习和了解仪器性能、原理和加强安全防范意识外,对于仪器本身也是极其重要的。本着为病人安全考虑的原则,一款拥有人性化的安全保障系统的高频电刀是我们的首选。根据国际电工学会和我国2009年修订的有关高频电刀的标准和安全要求,并结合实际应用情况,现代化高频电刀的安全保障系统应该具备如下功能配置:第一章:高频电刀基本介绍8.安全保障系统-输出错误控制技术高频电刀产生的高频电流主载(基波)频率应稳定在（0.3～1）MHz之间,并具有自动检测输出频率功能。随着使用年限的增加和部分元气件老化,如果高频电刀产生的高频电流基波频率小于300kHz或远大于1MHz时,系统依然能自动检测到输出高频电流的差异,发出声光报警并自动切断高频输出。第一章:高频电刀基本介绍8.安全保障系统-输出功率自动检测功能高频电刀输出功率必须控制在400W以下(双极50W以下)。如果主机检测到实际输出功率与设定功率相差在20%以上,主机应发出声光报警,并自动切断高频输出,以防设定较高切割功率时超出电刀的功率范围,对病人造成极大的损伤。第一章:高频电刀基本介绍8.安全保障系统-低频/高频漏电流自动检测功能正常情况下,低频漏电流必须小于10μA,高频漏电流必须小于150mA。第一章:高频电刀基本介绍8.安全保障系统-时间控制技术时间控制技术是指高频电刀系统具备识别有意识与无意识操作的能力,并按照手术部位通常行切割、凝血所需要的时间让操作人员自行设定和存储的功能,防止突发意外事故的发生。时间范围一般设定在3s～900s可调。第一章:高频电刀基本介绍8.安全保障系统-中性电极(负极板)安全系统负极板自动识别功能系统应具有识别单接触面与双接触面负极板的功能。以往采用的单接触面负极板电极,系统只能自动检测主机与负极板的连接情况。而采用双接触面的负极板电极,系统还可以检测到负极板与病人皮肤的接触情况。手术时,如果采用了单接触面负极板,系统发出声光报警,并于一定时间后自动切断高频输出。建议系统采用双接触面的中性电极(负极板)。第一章:高频电刀基本介绍8.安全保障系统-中性电极(负极板)安全系统负极板与病人接触情况自动检测功能高频电刀在单极模式下是由刀头电极将高频电流传送到手术部位行切割、凝血的,刀头作用手术部位于一点,故电流密度大。而负极板电极则是起分散高密度电流作用的,并回流到主机系统中形成封闭回路的。如果负极板与病人接触不良,负极板接触位置的电流密度就会很大,极易造成皮肤灼伤。采