能量外科简介及能量外科器械在腔镜手术中的应用

能量外科简介及能量外科器械在腔镜手术中的应用总论能量外科是指外科医生在外科手术过程中利用各类能量设备对组织进行切割、分离、止血以及实现其他各类功能的外科分支学科。我们的手术室里有多少种能量外科设备？也许外科医生自己也不能列出详细的列表。随着外科学专业分科逐渐细化，适合各类不同外科专业的能量外科设备也越来越多。针对外科医生在不同手术中的不同需求，几乎所有的情形都有专门设计的能量外科设备予以应对。目前，许多临床工作中应用的手术技巧及操作都是建立在合适的能量外科设备的基础上的，而未来外科手术的发展也将基于外科能量设备的发展而实现。正是因为能量外科目前在现代外科手术中的重要意义及广泛应用，在外科医生的培养过程中就应该系统地学习外科能量设备的原理、安全使用及相关并发症。只有经过标准化的学习，外科医生才能正确地使用外科能量设备，进一步改善患者的手术预后。但是，在临床实践过程中，我们却很少有类似的培训。在一个新的能量设备投入临床使用时，很少有医生对其安全性及正确使用方法进行系统学习。在临床实际工作中，我们能够看到部分外科医生在接触到新的能量外科设备时，在没有学习其使用方法的情况下就放弃了自己练习多年的传统手术技巧，在没有对能量设备的基础练习及安全性知识的情况下，外科医生对能量设备的滥用会将自己和患者共同置于能量损伤的风险之下。因此，规范的能量外科培训任重道远。一、能量外科的历史发展自从存在医学记录开始，能量就已经以不同形式应用于人体组织上。作为早期外科手术的唯一能源工具——热烧灼器，在数千年的时间中并没有发生实质性的变化。烧灼器为医生提供了可向人体组织施热的能源利用方式。烧灼器的利用，不但可以破坏人体组织，而且还可以有效地控制出血。烧灼器的使用，最早可被追溯至新石器时代，已出土的新石器时代人体颅骨带有使用烧灼术的证据，而公元前2000年前的印度著作也表明当时人们已使用烧灼器破坏乳腺病变组织。Hippocrates在公元前500年左右曾宣称，当其他方法无效时，其本人青睐于使用烧灼器作为破坏病变组织的治疗手段。在外科手术中，电烧灼器的进化革命根源于十九世纪晚期及二十世纪早期。Morton等人在外科手术中最早开始使用电烧灼器。在过去100年中，电烧灼器的应用已取得长足进步。在最初时期，电烧灼器的应用领域主要集中在肿瘤的电灼治疗。之后，由WilliamT.Bovie医生首次开发出可同时提供切割及凝血功能的电外科设备，并在该设备中增加了可手持使用的枪式握把装置，该装置已经具备了目前临床常用的单极电刀的雏形。目前，Bovie高频电刀仍是临床最为常用的产品之一。1926年，被誉为现代神经外科之父的HarveyCurshing在Bovie医生的建议下第一次将电外科设备应用于患者肿瘤切除。至此，临床电外科正式诞生。之后，JamesGreenwood在二十世纪四十年代首次于美国德克萨斯州休斯顿市的Methodist医院引入配备双极装置的电外科设备。随后，纽约市MountSinai医院神经外科医生LeonardMalis对该设备的概念进行修改，将该设备进化为现如今熟知的双极电外科设备。在此之后，双极电外科设备一直处于不断改善的过程中。时至今日，各种不同的新型专用双极电外科设备不但已应用于小型侵入式外科手术中，而且此类设备还已集成切割刀片装置及组织阻抗实时测量装置。利用组织阻抗实时测量装置的条件，当凝血过程完成后，设备两电极之间将不再存在导电性，设备可同时向外科医生发出完成组织凝血过程的提醒。1994年，JosephAmaral在其试验研究报告中指出可将超声波产生的振动作为组织加热、封闭及分离过程中所需的机械能量。在先进性小型侵入式外科手术的发展初期，超声波凝血技术是一项非常关键、有效且具有革命性的技术。而该技术的使用，推动了腹腔镜胃底折叠术、肾上腺切除术及脾切除术等手术的发展。时至今日，此类装置已进化为各种不同的开放或腔镜手术的超生波凝血设备。在中国古代，热烧灼器这一应用形式体现于艾灸术，根据需治疗的实际情况，通过在皮肤上或临近皮肤的位置燃烧艾草予以治疗。在二十世纪五十年代，我国外科手术中分离组织仍然只能依靠外科医生手中的手术刀，要止血时，大血管用止血钳或结扎，小血管则只能用电烙铁作热止血，因而，患者手术时间长，出血多，感染风险高，一些复杂手术无从为之。七十年代，我国有了第一代电外科手术设备“火花式电刀”，利用电容、电感和一对相对距离可调节的火花电极产生高频电流。但是，该设备输出的全频电流全部通过电刀头进入人体，很容易造成对患者和外科医生的伤害。随着我国电子工业的发展，二十世纪七十年代末，利用电子技术的电刀开始应用于临床，通过半导体技术产生高频电流达到切割组织和凝血的目的。之后，随着改革开放的进程，国外的许多成熟能量外科设备开始进入中国医疗市场，各类新的能量设备层出不穷，而能量外科规范化培训的需求也愈加明显。二、能量外科设备的基本原理、特点及适用范围1、单极电外科设备电外科是通过射频交流电来提高细胞内的温度，汽化组织，使蛋白干燥凝固。在组织层面，这种效应表现为组织的切割及凝固，而组织的凝固常用来达到止血、闭合管状结构以及破坏软组织肿瘤等病变组织的目的。在这个过程中，电磁能首先转变为细胞内的动能，进而转换为热能，达到手术所需的目的。当交流电频率较低时可以引起机体神经和肌肉细胞的去极化，而当频率超过100kHz时，神经和肌肉细胞反而不会受其影响，而在500kHz左右，局部细胞和组织能够被最有效地进行切割及凝固，因此300-500kHz是电外科中最常用的频段。尽管实现电外科不同功能的电流频率类似，但是具体电流形式却有差异。目前临床常用的电外科发生器中，应用单极设备时，当功能切换为“Cut”调至”pure“档时，发生器产生持续地相对低电压的正弦波形，而功能为”Coagulation“时，发生器产生间断的相对高电压的脉冲波形。而目前临床绝大多数电外科发生器连接双极设备时输出类似于”Cut“功能的持续波形。单极电外科系统包括两个独立的电极组成电流环路，分别为有效电极和离散电极，而两电极之间则为手术患者整个人体。有效电极能够集中电流于手术部位，进而达到术者所需的组织效应，而离散电极则固定于患者躯体距离术野较远的部位，一般面积较大，以预防电流集中，防止组织损伤。目前临床应用中的有效电极形式多样，包括常用的电刀、腹腔镜电钩、射频消融电极针等。当使用有效电极的一个点来接触组织时，环路中的电流及能量会集中，组织能够汽化并被切开；当使用有效电极较大的面积接触组织时，如电刀侧面，在与电切相同的电流输出下，组织则表现为凝固与干燥，进而达到止血的目的。离散电极多数都被设计成能够粘贴于患者身上的贴片，以保证电极能够持续与患者充分接触，其作用是预防严重的局部热损伤。但是，如果离散电极部分和患者分离，环路中该处电流密度就会增加，离散电极就会转变为“有效电极”，可能会造成局部组织的热损伤。电钩与刮刀式电极是单极电外科中最简单及最常用的设备。根据电外科的基本原理，单极电外科设备应该既具有一个精细的切缘以达到切割作用，又该具有一个较宽的平面以完成电烧灼及凝血作用。与其他能量外科设备相比，单极电外科设备最为显著的特点是仅通过对操作手段的细微调整，就能够对组织产生各类不同的效应，而其他各类能量外科设备很难做到这一点。例如，单极电外科设备可以在不和组织接触的情况下达到组织干燥的目的，而双极电外科设备及超声外科设备均无法做到这一点。单极电外科设备不同部位（即接触面积）接触组织，产生的效应也不同。在相同功率下，使用设备边缘接触存在张力的组织时，干燥和切割效应是主要功能；使用较平坦的表面接触组织时，干燥和凝血则是主要功能，另外，使用咬合钳作为工作端时，还能起到接合钳口内组织的作用。单极电外科设备另一个特点是能够和传统手术器械结合发挥作用。当传统的手术剪刀或分离器械等在与单极电外科设备接触时，能够同样具备有效电极的作用，即传统手术器械作为单极电外科设备的延伸发挥作用。但是需要注意的是，对于较大血管和较厚组织来说，双极电外科设备和超声外科设备的宏观组织干燥效果更好，更具有优势，而单极电外科设备的优势则在于脏器外膜及腹膜的精细分离。2、双极电外科设备双极电外科设备将电流环路中的两个电极设计在同一把外科器械上，因此，双极电外科设备电流的流入及流出的线路包含在同一条连接电缆中。在工作时，患者身体中只有处于两个电极之间的部分组织参与构成电流环路，因此避免了离散电极可能造成的并发症，并能提供更为精准的局部组织参数如温度及阻抗。但是双极电外科设备同样存在其局限性，组织汽化及切割在双极电外科设备中实现仍然存在一定困难。目前多数的双极电外科设备中都设计有一柄机械刀片辅助，以达到凝固和切割组织的双重目的。双极设备对于组织密封和止血主要有两大机制：对组织的压迫，以及可使局部细胞和组织升温的射频能量。首先，对出血血管的直接挤压能够阻断持续的血流，促进近端血管血栓形成，并消除“散热”效应（持续血流会冷却局部组织，干扰血栓形成过程）。但是，不合适或过分的挤压反而会造成电流短路或目标组织闭合不全。其次，双极电外科设备作用于目标血管的射频能量使局部组织加热，重构血管壁蛋白基质，达到凝血目的。另外，目前的双极电外科设备能够测量局部组织阻抗及温度，以精确识别血管闭合的终点。双极电外科设备使用时需要钳口工作面和组织的充分接触以保证确切的血管闭合及凝血作用。如果一次钳夹组织张力太大或组织过多，组织的附着及凝固作用会出现问题。另外，设备表面的炭化物及凝固物会干扰器械和组织之间的工作界面，会影响其工作效率，同时，干燥的组织会增加钳口间的阻抗，可能会使双极电外科设备的外侧热损伤风险增加。手术过程中，有时会出现双极设备与目标组织黏附在一起难以分开的情况。这时一定要注意尽量不要使用机械方法去分离，这有可能会造成刚刚闭合的血管撕裂，引起难以处理的出血。一般情况下，可以在水冲洗的情况下激活双极电外科设备，电极之间产生的气体可以帮助分离组织与电极；另一个方法是在钳口稍微闭合的情况下激活设备，这可以使组织-电极界面上的蛋白质之间分子键重新加热断裂，使其易于分离。尽管现代的多数双极电外科设备都具备反馈系统以保证充分的组织闭合，避免不必要的人工操作，但是有时外科医生倾向于使用双极电外科设备对血管或组织进行重复操作以保证确切组织闭合效果。一般情况下，在局部张力偏大或重要血管的闭合时，推荐进行重复的血管闭合。在进行重复闭合时，第二次闭合钳夹的部分约30-50%与第一次闭合钳夹的组织重叠可达到最好的效果。值得注意的是，两次闭合的组织之间不应该存在正常的未被电烧灼的组织，这可能会造成安全隐患。目前多数双极电外科设备都限制了两电极之间的最大电流，但有时在导电性极好的物体附近仍可能会出现不可预测的电流偏移及组织损伤。比较常见的这类情况主要有吻合器和金属止血夹，因此，双极电外科设备不能用于闭合或切割含有吻合器钉或血管夹等金属的组织。这一点在单极电外科设备上同样适用。另外，还要注意不能用双极电外科中的金属刀片切割手术缝线等材料，以免磨损刀片，影响使用。3、超声外科设备超声切割凝血系统应用的超声波频率为23到55kHz。超声外科设备对组织的作用包括机械切割、组织干燥、蛋白凝固、组织汽化以及气穴现象。虽然超声外科器械能够在没有电流环路及相关风险的情况下达到上述对组织的效应，但是由于设备尖端产热，仍有可能造成不良事件的发生。超声切割凝固系统通过机械振动实现相关手术效应。超声发生器将交流电传送到设备中的超声传感器，进而振动超声手术器械中的金属柱，产生一个超声高频线性振动平面，该平面延续到超声手术设备的刀头或钳口，即构成该设备的工作平面。在多数情况下，当超声设备的振动终端与组织发生机械作用时，会发生超声分离及切割现象。当组织置于超声外科设备之中时，组织表面的钳口或刀片会不断振动，产生机械摩擦，当组织达到其弹性极限时，组织中蛋白分子键断裂，产生切割作用。另一个可使超声外科设备达到切割效应的是原理是气穴现象。当超声外科设备的振动端置于脂肪组织、软组织或肺泡组织等之内时，振动端周围细胞内温度