欢迎访问德国GMC-I上海电励士医疗质控网站。
40多年来我们一直在帮助生物医学和临床工程师确保电外科设备的安全。
采用高频功率测量的新技术。该设备小巧、易于使用，配备大屏幕彩色显示器和创新的导航系统，是测试电外科设备（ESU）性能的快速、高效工具。
• 高频（HF）泄漏测试
• 功率范围：5 to 5115Ω
• 连续测量高达6A的RMS电流
• 回位板报警测试(REM/CQM)
• 内置数据存储
电外科设备(ESU)是大多数手术环境中重要的设备，也是当今外科医生常用的工具。电外科设备产生高频交流(AC)电流，与电灼装置的不同之处在于通过一台设备可以实现切割和凝固效果。电外科，也称为外科电热疗法，最早由威廉·博维于1926年开发，是一种通过高频交流电流通过生物组织产生电热来治疗的方法。这种技术允许高频电流切割或凝固组织，减少失血并缩短手术时间，如图1所示。该技术取决于ESU的频率和功率，这些因素会导致组织细胞发生灼伤和热损伤[1,2,3]。
电流通过组织产生热量的原理可以通过调整电流来产生各种组织效果，如凝固、切割、干燥和灼伤。峰值系数(CF)定义为电外科设备在不切割的情况下进行凝因的能力，其核心思想是使组织顶层收缩，形成密封，防止毛细血管出 血，同时避免进一步的热损伤或组织坏死。CF 的测量方法是峰值电压除以均方根电压，其范围从纯正弦波的1.4到凝固时的约10。电外科有两种传输技术:单极和双极。单极电路需要电流通过人体，而双极系统电流从一根电极流向另 一根电极，穿过夹在镊子之间的组织[2,4]。
电外科手术于20世纪20年代引入，其核心是快速加热组织。超过45°C的温度会抑制正常细胞功能，在45°C至60C之间会发生凝固导致细胞蛋白质凝因。进一步将温度升高到100°C会导致水分蒸发和干燥。超过100°C会发生碳化，细胞中的固体内容物会变成碳元素[1,5]。
所有物质都是由原子构成的，原子由带负电荷的电子、带正电荷的质子以及电荷中性的中子组成。当电子和质子的数量相等时，原子呈电荷中性。
电子围绕原子运行，并带着能量从一个原子移动到另一个原子。由于这种运动，原子的净电荷会发生变化；质子多于电子的原子会带正电荷，而电子多于质子的原子会带负电荷。在手术过程中，影响患者护理的两个电学特性是:电流总是沿着电阻最小的路径流动；并且电流总是试图返回像接地这样的电子储存库[1,2,8]。
电流是由于电压差所驱动的一种力而产生的电子运动。电流与电压成正比，与电路中的电阻成反比，这由以下公式定义：
存在两种电流类型:直流电(DC)和交流电(AC)。直流电允许电子从负极通过电路流向正极，方向单一(极性)，例如简单的电池。交流电，如来自墙壁插座的电流，极性不断变化。频率用于定义交流电极性变化次数/秒，以每秒周期数或 赫兹(Hz)为单位。交流电用于为手术室中的大多数电气设备供电[1,2]。
在电外科手术中，患者是电路中重要的一部分，因为电流必须通过身体流动，身体起到导体的作用。早期关于电流的身体研究由达森瓦尔发现，电流会导致体温升高。电流密度是单位面积所施加的电流。热量是电流密度、电阻和时间的一个函数。产生的热量与电极的表面积成反比，这意味着电极越小，产生的热量就越集中和强烈，电流密度越高，热量产生就越集中。[1,2]
电外科手术基于电流转化为热能，其结果是在电流施加点切割和凝固组织。电外科手术使用高电压和高频率交流电，电外科电路由电外科发生器或ESU、主动电极、患者和回电极组成。电流进入人体是因为它包含在电路中，而生物组织提供阻抗，导致电子试图克服这种电阻时产生热量[1]。
在世界大部分地区，标准交流电的频率为50 或 60 赫兹。然而，在这种相对较低的频率下，电流会被人体感觉到，可能引发包括急性疼痛、 肌肉痉挛、心脏骤停或心律失常等并发症，这些并发症可能是电流过大导致的。
神经肌肉刺激是由于电流引起的，甚至有很高的触电风险，见图4。因此，为了患者的安全，由于肌肉和神经刺激在100 KHz以上的频率会停止，因此使用射频，其中射频是指电磁频谱中可以通过交流电流产生电磁波的区域，见图 4。使用高频至关重要，因为200 KHz以上的频率不会影响敏感组织，从而消除了手术过程中对患者神经肌肉和心脏干扰的可能性。ESU的 生成器用于将50或60 Hz的市电转换为高频信号波形，并产生电压以允许电外科能量安全地通过患者[1-3,6,8]。
单极
单极电外科是手术中常用的模式，通常使用博维笔(小单探头)，这是一种位于手术部位的主动电极。电流从主动电极流过患者身体，流向患者回流电极，然后返回发生器，如图5所示。位于患者身体远离手术部位的回流电极具有大面积和低阻抗，用于将电流分散回发生器，这是形成回路和防止高频交流电流离开患者身体时产生其他部位灼伤所必 需的。在探头尖端会产生高电流密度，产生热量和局部破坏。单极技术用于切割、电灼和干燥。切割和电灼需要火花和高电压，而干燥则需要通过患者的大电流。[1,3,5,9,10]
双极
在双极电外科中，主动电极和返回电极都施加于手术部位，通常是和器械相连的镊子，如图5所示。电流路径局限于镊子夹住的组织，其中一个镊子与发生器的一极相连(主动电极)，另一个与另一极相连(返回电极)。因此，不需要患者返回电极来完成电路，患者的身体也不构成电外科电路的一部分，因为只有镊子之间的组织包含高频电流。由于器械夹住的组织量较少，所需的电压较低，产生的热量在两个电极之间均匀分布，使组织凝固，对周围组织的热损伤最小。双极技术用于无火花干燥，避免了高频电流电弧和喷射对相邻组织的损伤，适用于精细且高导电性的组织[1,5,9,10]。
ESU可以编程以多种模式运行，具有不同的组织特性。发生器的输出可以通过两种方式改变:电压可以改变以驱动更多的或更少的电流通过组织，或者波形可以修改这会影响组织效果。与不同电外科电流波形相关的组织效果取决于 电极的大小和形状以及发生器的输出模式。有三种电流波形:切割波形、凝固波形和混合波形，见图6[1, 6,9, 10]。
切割电流切割电流使用连续的正弦波形，具有高平均功率、高电流密度和1.4的CF值，如图6 所示。使用电火花可以实现精确的切割和集中热效应，从而最小化广泛的热损伤。电极应稍微远离组织，以在特定位置产生火花间隙和放电电弧，从而在短时间内产生突然的局部加热效应，导致细胞内液极度加热和汽化，从而破裂细胞。通过生物组织进行精细、清洁的切割，最小化凝固(止血)或广泛热损伤，并且连续电流不允许组织冷却[1-3.6.9.10]。
凝固电流具有高电压间歇性脉冲的阻尼正弦波的特征，这些脉冲驱动电流穿过组织电流相对较低，将占空比降低到6%，如图6所示。凝固电流通常具有约10的CF值。凝固是电火花在广泛区域内产生，因此产生的热量较少，导致蒸发和相对缓慢的脱水，从而密封血管并保持细胞完整。“凝固电流在30W 到50W的功率设置下运行,在50W时电压峰值高达9000 V”[8]。在电流脉冲之间，热量散失到组织中，减少切割效果，同时在 94%的关断周期中增强凝固。
干燥是凝固的一种直接接触形式，在这种形式中，完整的电能会在组织内部转化为热能，这是其它电流波形所看不到的。它在大面积区域内使用低电流密度，无需电火花即可导致细胞脱水。
电灼是一种非接触式凝固形式，产生火花间隙和放电电弧来介导组织，因为探头与组织之间的空气被电离。在各个区域产生的喷雾效应会导致浅层组织破坏[1-3,6,9,10]。
混合电流是对占空比的修改，其工作电压介于切割和凝固电压之间，CF 通常在3至10之间。混合电流允许组织分割，同时保持不同程度的止血效果，这由关断期决定。尽管总能量保持不变，但电压和电流的比值会进行调整以增加止血效果;通过中断电流并增加电压，以间歇性脉冲的形式传递波形。图 6 展示了三种混合电流。通过渐进混合对占 空比进行修改和减少会产生更少的热量，并且随着脉冲之间的间隔逐渐增加，会产生更强的凝固效果。然而，随着止血效果的增强,混合电流的切割能力会降低[1-3,6,9,10]。
产生热量的速率是决定波形是否使生物组织汽化或凝结的主要因素和唯一变量。外科医生可以选择将切割电流和凝结电流结合起来以产生不同的组织效果。通过使用与组织直接接触的电极，可以在切割电流中进行凝结这比使用凝结波形所需的电压更低。然而，可能需要调整功率设置和电极大小，以实现期望的手术效果[11]。
最初，ESU 是通过接地参考的，电流穿过患者身体并返回接地。这种接地是通过患者返回电极实现的，该电极通常位于患者的大腿上，远离手术部位。然而，电流会沿着电阻最小的路径流动，因此电流可以通过与患者接触的任何 导电接地物体作为接地返回的方式流动;例如心电图电极、手术台和手术人员。这增加了在患者其他接地点产生替代部位灼伤的可能性，高频电流从患者体内流出。由于替代接地与皮肤灼伤的高风险相关，许多制造商不再依赖接地 参考的 ESU[1,8,9]。
隔离型ESU系统是在20世纪70年代初开发的，目的是克服由于接地系统而导致的替代部位灼伤的风险。电流通过患者，并必须通过患者返回电极返回，该电极连接到位于ESU内部的隔离变压器的负极。返回电极不与接地连接或参 考接地，因此避免了替代路径。变压器隔离电力，没有电压参考到接地，因此电流不会返回接地或寻找其他接地物体，从而避免了替代皮肤灼伤。如果电流没有找到返回患者返回电极的路径。
主动电极将高频交流电流从电外科设备传送到手术部位。在主动电极的尖端，电子流和电流密度很高，并分布在相对较小的区域内。电流密度因尖端类型、大小和形状而异。有各种尖端可供选择，包括用于干燥的双极镊子、用于精确切割和凝固的针状电极、用于加快切割和凝固的刀状电极以及用于广泛凝固的球形尖端。单极主动电极通常是一个小扁平刀片，边缘形状易于引发放电电弧。针状尖端电极所需的功率设置比刀状或球形电极低，因为电流集中在电极尖端的一个非常小的区域内，见图7。主动电极应放在绝缘支架中，以防止对患者和外科医生的意外灼伤。为了控制波形，脚踏开关或主动电极手柄上的开关允许外科医生在切割电流和凝固电流之间切换[5,8]。
患者回流电极的主要功能是在电外科手术期间收集传递给患者的高频电流，并将其安全地从患者身上回流到电外科设备。回流电极的大小应与能量和时间成正比。较大的电极面积和小小的接触阻抗会降低从患者分散的能量电流密 度，使其降至组织加热最小的水平，从而防止皮肤灼伤，见图7[1,5,8]。
为了应对回流电极故障以及随之而来的患者损伤，1981年开发了接触质量监测(COM)系统，用于监测回流电极与患者之间的接触数量和质量以及阻抗。COM系统监测单独发送到患者的回流电极中的监测电流，并测量患者的阻抗。 如果接触中断或出现故障,警报响起，电外科设备(ESU)会关闭以防止进一步损坏；COM 系统仅允许电外科设备在预先选定的安全范围内运行，并检测回流电极阻抗的增加，以防止回流电极处潜在的损伤和皮肤灼伤[1,3,6-10]。
电流需要闭合电路才能流动，因此电流有可能沿着电阻较小的替代路径流动，这可能导致不良影响。不适当的电外科手术可能会使患者和工作人员面临潜在的危险如电击和皮肤灼伤[6,8,9]。
ESU 可能会导致手术部位、替代部位以及回流电极处灼伤。患者回流电极是常见的受伤部位，这可能是由于其尺寸不足以安全分散电流，或者与患者的接触中断且显著减少导致电流离开身体并造成意外的灼伤。电流可能会通过替代接地点转移，并在身体其他部位意外灼伤。为避免这种情况，患者不应触摸任何金属物体，并且通常应放置在绝缘床垫上以隔离患者[9,10]。
电流需要闭合电路才能流动，因此电流有可能沿着电阻较小的替代路径流动，这可能导致不良影响。不适当的电外科手术可能会使患者和工作人员面临潜在的危险如电击和皮肤灼伤[6,8,9]。
ESU 可能会导致手术部位、替代部位以及回流电极处灼伤。患者回流电极是常见的受伤部位，这可能是由于其尺寸不足以安全分散电流，或者与患者的接触中断且显著减少导致电流离开身体并造成意外的灼伤。电流可能会通过替代接地点转移，并在身体其他部位意外灼伤。为避免这种情况，患者不应触摸任何金属物体，并且通常应放置在绝缘床垫上以隔离患者[9,10]。
