电外科设备进展介绍

李家轩，李良波，刘 辉，钱 琨，刘 斌

爱尔博（上海）医疗器械有限公司，上海 200336

自从1923 年世界上第一台电刀Erbotherm 900HC 诞生开始，电外科设备（一般简称为电刀，electrosurgery unit，ESU）迅速商品化并成为了外科手术中应用最广、使用价值最高的设备［1］，目前最常用的电外科设备包括高频电刀（high-frequency electric knife，HFEK）、氩等离子凝固器（argon plasma coagulation，APC）、双极血管封闭器（bipolar vessel seal technology，BVST）等［2］。现在就电外科设备的发展历程进行介绍。

1 高频电刀

18 世纪初，临床医师开始逐步使用电科学，Goldwyn 将电刀出现前的电医学技术发展分成三个时代［3］：第一个时代的时间表并不明确，它主要特点是发现和使用静电。到1786年Luigi Galvani偶然发现“电镀”，从而开创第二时代，“电生理学”在这一时代诞生，第三时代则开始于1831 年Faraday（英）发现了电磁感应现象。

医疗技术逐步发展，并于19世纪初逐步实现了电子化［4］，当时的法国人Joseph Rivered 在使用发电机电流治疗失眠症患者的时候，火花电弧凝固了患者皮肤的病损，受此启发，他尝试使用这种电弧电流治疗皮肤溃疡，这是有记录以来首例高频电流手术［5］。随后在对口腔、膀胱血管瘤、皮肤病损等疾病的治疗中，电流的使用被逐步认可。1923 年，德国人Christian Erbe 造出了世界上第一台火花塞放电式电刀，但当时并未直接用于人体手术。1926 年，美国人Harvey Cushing 使用William Bovie 制造的电刀进行了世界上第一台电外科手术，并以此正式宣告电外科时代的到来［6］。

早期电刀多为火花塞放电型［7］，他是靠电容、电感和一对距离可以调节的火花电极，通过交流电压的升压方式产生电弧火花，这样输出的是全频波电流（从超高到超低频的所有频率），很容易伤害患者和医师。后来逐渐被产生高频正弦波电流的半导体技术高频电刀取代。由于早期高频电刀一般被设计为等阻抗输出，当组织受到电刀影响，电阻变大时，切割功率就会发生改变。手术中电刀功率一般由医师根据经验设定，输出功率往往高于实际需求，过高的电流密度可造成不必要的电损伤。为此，德国人Helmut Erbe在1992 年制造出了ICC 系列电刀（intelligent cut coagulation，ICC），在手术中，这种自调节式电刀能够智能调节切割和电凝功率，当术中组织电阻发生变化时会相应调节功率以减少热损伤，对于不同的组织血管，都能提供可靠的智能保护。

之后历经了长年的发展，电外科主机由火花塞放电变为晶体管和MOS 管控制放电，高性能单片机又大大提升了电刀主机功率的精确控制。而到了现在，电外科设备越来越向专用化发展，即针对不同需求制造不同刀头，例如妇科LEEP 刀、泌尿外科膀胱电切刀等。

无论高频电刀如何发展，其原理依然是利用高频电流产生火花热能熔化细胞进行工作的。当设备电极接触人体，产生电火花流经组织，在接触点产生高热引起细胞的分离和凝固。而通过改变电流输出的波形和强度，可以实现对组织不同的外科效果，例如ERBE 公司的VIO3 主机就提供19 种模式，应对内镜、开放手术、血管封闭、边切边凝等不同的需求。从电流路径的回路上来划分，电外科设备可以分成双极和单极两个大类，单极模式电路回路由电刀主机、电极、人体和中性电极组成，在手术时，电流由电极流经伤口、人体，由中性电极返回主机，一般输出功率更大，损伤更大，但操纵性较好。双极模式则只由主机、两个手术电极（通常是双极的两个尖端）及电极间的组织构成回路。双极电极电流流经的人体区域较少，不容易造成神经反射、发热等问题，多用于神经科、眼外科等精细手术。

2 氩等离子凝固器

经由高频高压电流电离惰性气体，使惰性气体等离子化，电流即可顺等离子体流至组织进行工作，这就是等离子凝固，目前临床上最常用的是氩气等离子凝固器，在进行相关操作时，由于外周氩气隔离了周围的氧气，大幅降低氧化反应，组织碳化轻并且愈合快，而由于电能集中，转换成无效热能减少，切割时冒烟较少，电效率也较普通电刀高。手术中，电流通过氩等离子以高密度电弧形态均匀的传递到创面进行止血，并自动分布到阻抗较低的出血或未充分凝血的创面上，凝血深度较稳定。非接触式氩等离子凝固器的主要优点有：（1）不接触创面，不会发生电极粘连；（2）凝血深度稳定，产生焦痂均匀，不易烧穿组织；（3）防止碳化，愈合更快；（4）无烟，视野清楚；⑤适用于大面积渗血及血管丰富组织脏器表面出血的止血［7］。除直接使用非接触式氩气等离子进行工作外，Erbe 公司还推出了“氩气辅助电切”，以氩气辅助常规电刀进行手术中的电切凝过程，这种方式不仅具有氩等离子凝固器的优点，也因为使用常规电刀降低了手术复杂程度，对于出血点的止血效果亦有提升。

研究已经证明，氩等离子凝固在开放性手术中，能明显降低出血量，减少手术时间［8-9］，由于氩等离子凝固对于大范围黏膜的止血特效、损伤小等特点，在应用上已经扩大到、消化、呼吸内镜等腔道内镜治疗中。

3 双极血管封闭器

双极血管封闭器是一种比较新型的电外科设备。其原理是借助两电极之间的物理性压迫和电能影响，使电极间所夹持组织发生蛋白变性，从而封闭血管［10］，目前外科手术中多用于中、小脉管较多的组织如肝叶、肺叶、子宫韧带的分离等操作。德国ERBE、美国Covidien、日本Olympus 等公司均有双极血管封闭产品。其中ERBE 公司生产的百克钳（BiClamp）、Covidien 公司生产的Ligasure 均已通过FDA 认证，最大可安全闭合直径7 mm 的动脉血管。他们均可以通过检测电极间夹持组织的电阻变化，以主机调控输出电流功率，最终被封闭的血管可以抵抗的冲击力达到正常值的3 倍以上。此外，超声刀血管封闭系统也被广泛使用，它通过机械震动来封闭血管组织，可安全对直径3 mm的血管进行凝固和切断［11］。

4 电外科工作站

现代手术对于器械的需求催生了一种新型的模块化电外科设备：电外科工作站，这是一种集合了多种电外科器械，并运用微电子处理器和传感技术将各种电切、电凝、氩等离子凝固等集成于一体，可作为基本的电外科设备，也可根据需求配置不同的电外科模块，以满足不同专业外科的需要，如德国ERBE 公司的VIO 电外科工作站，同时可在单双电极、大血管闭合、氩等离子凝固、水刀等功能进行选择搭配，以满足专科手术的需求。

5 讨论

目前电外科设备的发展趋势为：（1）智能化尽可能的提升组织的感应能力，自适应调节调节输出频率，减少额外的损伤，如ERBE 公司的VIO3 电外科工作站，已经具有每秒钟2500 万次的检测频率。（2）整体化尽量将所需功能整合到同一台主机中，方便术中使用和管理。（3）稳定化极板检测、系统自检、瞬间放电等新技术被研制，机器运行的安全和稳定被进一步强化。电外科设备在组织切割和血管闭合方面具有十分重要的作用，随着技术的进步和设备的优化，可能会出现成功的软组织和血管缝合［12-13］，具有非常大的潜在应用发展空间，随着切割和止血技术的进一步升级，未来电外科设备必将被运用到更多种类的手术之中。