(一)电外科手术
电外科手术是将电流作用于组织以达到切割、凝固、脱水或灼烧的效果。单极和双极电外科技术在泌尿外科有诸多应用。外科医师想要以安全有效的方式使用该技术,那么理解电外科技术基本科学原理以及组织效应十分必要。这项技术对外科医师有很大的帮助,然而不恰当的设置或不良的使用方法会给患者带来伤害(Massarweh et al,2006)。
电外科技术最早发展于19世纪末,该技术起源于当时用于产生无线电波的火花隙式发射机。它产生的波形具有稳定的频率,但波幅不同。电感器和电容器的组合使用,虽然会产生一些功率的损耗,却可以均匀地输出电波。19世纪90年代,法国科学家对该技术进行了实验并证明了火花隙式发射机输出的能量可以凝固组织,并且均匀输出的电流还可以切割组织。大约在20世纪初的欧洲,这一项技术开始应用临床手术患者(Van Way,2000;Massarweh et al,2006)。
20世纪20年代,麻省理工学院的电力工程师Bovie研究总结了前人的工作,并开发了一个可传送电能进行切割、凝血和脱水的电切环。1926年10月1日,Cushing在波士顿Peter Bent Brigham医院使用该装置从患者的头部切除了血供丰富的骨髓瘤,然而在此之前该患者因为肿块丰富的血供被认为无法手术切除(Van Way,2000;Massarweh et al,2006)。
1.单极电外科技术
(1)物理学基础:电外科技术使用频率在40万~60万Hz范围内的射频电流穿透组织而达到期望的效果。电源在100~5000V的电压范围内为组织提供超过100W的功率。当电流传导到组织时,组织被加热,继而产生反应。相比之下,在电烙器中,器械本身被加热,然后传导到组织上。根据欧姆定律:电流(l)=电压(V)/电阻(R),表明电流由施加的电压和组织电阻决定。组织的电阻越大,驱动电流通过组织所需的电压就越高。电流被计算为在特定时间段内电子的流量。电压驱动电流通过电阻,在外科手术中则是通过组织。使用交流电时,电阻被称为阻抗。随着电阻增大,驱动相同电流量的电压量也随着增高。同时组织的灼烧也导致其阻抗增大,因此需要更高的电压穿透深处的组织(Van Way,2000;Van Way and Hinrichs,2000;Jones et al,2006;Massarweh et al,2006)。
电切和电凝时电流可以使用相似的频率。为了实现电凝,电流每秒中断接近30 000次。这种中断传送产生射频能量的短暂爆发。而对于电切电流,射频能量被连续传输(图11-1)。通过持续的能量输送,细胞温度迅速升至沸点,然后产生爆裂,从而产生切割效应。电凝时,能量传输被中断,能量循环的关闭使细胞冷却,细胞发生凝固而不是爆裂(Van Way,2000;Jones et al,2006;Massarweh et al,2006)。
图11-1 电压和电流的仪器设置。纯切割使用连续输送,而电凝使用中断输送。混切混凝的混合模式通过修改中断比率,以达到预期效果
大部分电源还可以提供混合模式,为电切电流增加一些电凝特性。这种混合模式是部分电切电流被中断而产生的。与电源输出集中在两个或三个循环中的电凝电流相比,混合电切为组织提供更多循环数。传递的能量循环数决定电切与电凝的相对程度,例如,混合设置1可以允许50%的电流通过,而混合设置3可能仅允许10%的能量通过,从而产生更强的电凝效应(Van Way,2000;Jones et al,2006;Massarweh et al,2006;Vilo and Rajakumar,2013)。
现代电外科电源具有高电压和高功率的性能。这种性能可以实现任何种类的电切或电凝。然而区别是,与较低电压的电切电流相比,电凝电流可以产生更广泛地组织损伤和炭化,但其更高的电压可以实现更深部位的止血。电切电流的电压比电凝电流低10~20倍,但仍然大于100V。换言之,在相同的功率下,电凝电流需要更高的电压,而更少的电流输出。与电切相比,电凝使组织脱水和血管凝固,进而导致了阻抗增加和电流减少。电极周围的组织通常发白脱水,伴随焦痂(Goddard et al,1972;Van Way,2000;Van Way and Hinrichs,2000;Jones et al,2006;Massarweh et al,2006;Vilos and Rajakumar,2013)。
当电极放置在距离组织2~5mm处时,电能以电弧的形式从电极释放到组织,就会产生灼烧。通常电源上设置为电凝电流时,会在组织表面产生深色的焦炭。灼烧可以有效地实现止血,但必须注意确保焦痂不要太过表浅,而出现凝结物下方深部组织的出血(Van Way,2000;Jones et al,2006)。
(2)氩气电凝器:传统的单极设备在液体环境中作用效果不佳。比如在目标区域存在大量的血液时,液体导致电流的分散从而失去作用。为了克服这个缺点,氩气电凝器应运而生。它的工作原理是增加一束氩气通过电极,然后电能使氩气电离从而替换手术区域的血液。因为氩气是惰性气体,所以来自电极的电流可以被有效地传导到其下的组织。电流跟随气体束可以实现弥散表面的电凝,有利于比如在肾部分切除手术中那种宽广的表面实现止血。通常来说,氩气电凝器放置在距离组织5~10mm稍远处,它使用标准的电源和接地电极片,但是与传统的单极设备的电凝模式相比,氩气电凝使用更高的能量设定来电凝目标组织(Massarweh et al,2006)。
(3)电源设定:调整电源设定时,设定足够高的功率来实现有效的电切和电凝非常重要。将电源功率设置太低会导致电极无法切割组织并且电凝效果不佳或受限。为了达到电凝效果,功率需要30~50W。对于电切,将电源设置为60 W是合适的初始设置,随后根据需要调整功率。通常情况下,脂肪组织的导电性弱于肌肉,可能需要更高接近80W的功率设定。这些信息仅作为粗略的指导原则,具体的电源使用经验可能有差别(Van Way,2000;Massarweh et al,2006;Vilos and Rajakumar,2013)。
虽然电凝电流可用于较低功率的组织切割,但与使用电切的设定相比,它会导致更多的附带损伤。尽管使用电凝在分离肌肉时可能是合理的,但最好仍使用纯电切或混合电切的设定以实现更少的组织炭化和附属组织损伤(Massarweh et al,2006)。
2.安全性
电外科损伤发生率在2‰~5‰(Loffer and Pent,1975;Nduka et al,1994;Hulka et al,1997)。操作者了解电外科设备的原理并在其安全参数范围内操作,可以降低意外伤害的风险。
在使用单极电的外科手术中,患者是完整电路的一部分。电流最初在电源中产生,并通过导线传导至电极,电极将电流传导到手术目标部位。电流通过患者身体分布到分散电极(接地垫),从分散电极离开患者的身体并通过电线回到电源而完成电路。此系统旨在将能量集中在电极末端,然后再通过患者身体广泛分散。如果电流在其他部位聚集,则可能会发生损伤。(https://www.daowen.com)
大多数电外科手术损伤发生在接地垫部位。在以前,接地垫是一块金属板,在被放置于患者体表之前黏附附着胶。现代接地垫被称为分散电极,其功能类似但更安全。与旧式金属接地垫一起使用的导电凝胶可能会在手术中变干。干的接地垫会形成面积非常小的接触面,从而使电流聚集而导致皮肤和皮下结构的灼伤。现代分散电极不会变干,与患者之间形成更安全和稳定的接触面。现代电源具有内置自检系统,可监测分散电极的状态。如果电源以某种方式脱落或失去连接,系统会自动关闭,接地故障警告会被激活(Nduka et al,1994;Hutchisson et al,1998;Alkatout et al,2012)。
电外科手术电极的无意激活可以导致电外科损伤。如果意外踩脚踏板并且电极在非目标位置(布单或患者)灼烧,则会产生损伤。手控的手持式电极一般不会造成这样的损伤,但是仍然存在可能性。如果手术过程中将电能作用到非目标结构上则也会导致损伤,这种损伤可以发生在血管和神经走行相近的部位。例如,在电凝止血时,在前列腺附近走行的参与勃起的副交感神经可能被无意地损伤。在腹腔镜肾切除术时,电钩的后根部被激活时可能无意地接触肠道,导致肠损伤。将器械保持在视野中,看清楚周围结构,使用低而有效的能量设定,并对器械的全面了解,有助于减少此类损伤。
人体不同组织的阻抗不同(传导电能的能力)。诸如血管的结构具有较低的阻抗并优先传导和集中电流,而脂肪具有高阻抗。在比如肠道这样的结构上操作时,组织阻抗是重要的考虑因素,电流可能集中于营养组织结构的薄层血管蒂上,集中在血管蒂的电流可能会损害营养组织的血管。
对装有心脏起搏器或植入式心脏复律装置的患者,应在术前就单极使用咨询制造商,以确保在手术过程中不会产生对装置的干扰。必要时,这些设备在术中可能需要临时停用。
假体关节也可以影响电流传导但并不是使用单极的绝对禁忌。理想情况下,电流应该被引导远离假体关节。例如,假如患者有右侧假髋关节,分散电极片应该放置在对侧(Massarweh et al,2006)。
包绕手术电极的绝缘材料损坏时会发生绝缘故障。通常只有电极头没有绝缘材料包绕,但是如果其他部位有损坏,电流可能会在这些地方形成电弧产生无意的损伤。这种情况在高电压电凝模式下更可能发生。重复使用的设备更容易出现绝缘缺损,而一次性设备同样可能存在缺损(Mas Sarweh et al,2006)。一些有关机器人辅助腹腔镜手术中绝缘缺损的临床报告已经发表(Mues et al,2011;Cormier et al,2012);第一代机器人单极剪刀头附件在临床使用一次后有33%的缺损率(Engebretsen et al,2013)。
外科医师同样有被电灼伤的风险。外科手套对电流不是绝对绝缘。电流可以在手套变湿或损坏后穿透手套(Tucker and Ferguson,1991)。
(1)电容耦合:电容耦合是在一个电网中电路节点以电容的方式转移能量。电容耦合发生在两个导电元件被一个绝缘体分隔而产生一个贮存能量的静电场。当电荷量超过了绝缘体的负荷,电流会从第一个导电元件传导到第二个。在腹腔镜电外科操作中虽然少见但可以导致并发症,比如当一个被绝缘体包裹的带电电极穿过金属套管时,可能出现电容耦合现象;在塑料套管中同样可能发生类似的情况。损伤通常发生在术者视野之外,活动电极监测系统和限制高电压设定的使用时间可以降低电容耦合的风险(Tucker and Voyles,1995;Vilos et al,2001;Jones et al,2006;Wang and Advincula,2007)。
(2)常规安全建议:使用能达到预期手术效果的最低能量设置,是安全使用电外科设备最简单的基本原则。术者应该逐渐提高能量设定直到理想的效果,而不是从高能量设定开始。在高能量设定下,产生电弧和电容耦合的可能性增大。能量设定切记不能超过制造商的推荐设定。
在手术使用中,电极头会被焦痂覆盖,致使阻抗增大可以导致电弧火花的产生和焦痂的引燃。可以使用一块摩擦板清除焦痂,但是会在电极上产生凹槽,进而促进焦痂的形成。另外,海绵也可以用来清理电极头,其可以有效地清除焦痂而对电极不产生刮擦(Massarweh et al,2006)。
在开放手术操作中,一种常见的技术是外科医师用镊子或止血钳提起出血的血管,继而让助手用电极接触器械,使电流通过器械传导到出血的血管。在这些操作中,术者必须注意避免其空置手接触患者。这样会形成另外的电流回路,使电流传导到患者身体的其他部位。牢固抓握器械也可以减少电流通过其他路径分流(Hutchisson et al,1998;Jones et al,2006;Alkatout et al,2012)。
作为外科医师,在术中保持术野清洁、整齐以及不要缠绕线缆绳索等是应该遵守的基本原则。注意不要缠绕线缆,因为绝缘缺损可能会导致电灼伤。当不使用手持电极时,应将手持电极固定在绝缘皮套中,而不是放在患者身上,这样可以减少意外的激活导致的烧伤(Massarweh et al,2006)。
3.电外科器械的类型
(1)单极装置:电外科器械可分为两类输出装置——单极和双极。对于单极装置,Bovie在包括泌尿科在内的许多外科专业中有着最广泛的应用。电极的大小和形状影响其与组织的相互作用。小的接触面积可以产生大的电流密度,而大的接触面积使电流更加分散。大的电极需要大的功率设置,以达到相同的组织效应。许多系统允许外科医师选择适合设定程度的提示,并且可以在需要时改变应用中提示(Massarweh et al,2006;Vilos and Rajakumar,2013)。
(2)双极装置:与经由电极传导电流然后使用分散电极(接地垫),建立电流回路的单极系统相比,双极传输不需要使用分散电极,而是主动电极和返回电极集成在传送手持件中,目标组织被夹在电极之间。
使用内置于电源内计算技术的双极“血管封闭”装置已经被研发。这些闭环反馈系统可以实现直径达7mm的血管结构的融合,并且可以减少对缝合、夹子或手术吻合钉的需要。几项研究已经证实,这种装置的效率在切割止血的表现与手术吻合钉、缝线和钛夹相当。与谐波手术刀相比,其对直径4~7mm的血管爆裂压更高(Kennedy et al,1998;Harold et al,2003;Landman et al,2003;Takada et al,2005)。LigaSure血管封闭系统(爱尔兰,都柏林,Covidien)已成功用于根治性前列腺切除术和膀胱切除术,与常规血管结扎相比,其对缩短手术时间和减少失血量更有帮助。然而,这些研究并未提及神经血管结构的长期损伤(Sengupta and Webb,2001;Daskalopoulos et al,2004)。一项比较LigaSure装置和谐波手术刀在腹腔镜根治性前列腺切除术的使用研究,证实了LigaSure装置(Pastore et al,2013)有利于功能恢复,包括恢复控尿和勃起功能。