電燒的原理與應用



  • 簡介

    電燒是手術中常用,其將電磁波 (Radiofrequency)的能量轉變為細胞內離子的震動能量,瞬間提高細胞内溫度,進而達到手術所需要的各種效果。雖然電燒刀廣泛應用於臨床,然而其使用的規範與教學卻偏少,也因此成為醫療行為中潛在的危害。ECRI所發表的Top 10 Health Technology Hazards for 2018報告中,電燒設備所造成的病人灼傷也被列於其中。

    歷史

    電燒技術大約在19世紀晚期快速進展,並在20世紀初開始發揚光大。Dr. Bovie研發了第一臺同時具有cut和coagulation功能的電燒設備,並在1926年,被Harvey Cushing醫師(近代神經外科之父)實際於手術中應用。到1970年代,封閉迴路式的電燒設備開始出現,讓電燒的使用更為安全。

    電燒的基礎-電學

    • 電燒為頻率500kHz左右的交流無線電波(radiofrequency)的射頻電磁波
      (若頻率太高,容易散射,增加周圍組織的暴露風險)

    • 基本的電學公式
      →R=V/I (電阻=電壓/電流)
      →P=I x V (功率=電流 x 電壓)
      →Q=P x t (能量=功率 x 時間)

    電燒的基礎-細胞的電效應

    (1) 電燒的頻率

    • 若頻率偏低(20-30kHz):肌肉及神經會去極化,造成收縮、疼痛

    • 若頻率達100kHz,頻率超過離子通道的反應,因此神經肌肉無反應
      此時細胞內的離子會因為交流電而來回震盪,震盪的摩擦力會轉變成熱能,導致溫度升高

    (2) 溫度對於細胞的影響

    • 細胞在60-95度時,會出現兩個不同的效應

      • 蛋白變性(white coagulation):溫度改變蛋白質間的鍵結,形成均質、膠狀的結構(類似將蛋煮熟)
      • 脫水(dessication):細胞膜受損,導致水分流失
    • 溫度超過100度時,水會沸騰,導致細胞破裂

    • 溫度超過200度後,會產生碳化(carbonization)作用,產生黑色碳粒,這樣的過程稱為black coagulation

    電燒的基礎-電極與迴路

    (1) 電燒利用電能驅動,因此需要形成一個迴路,才能夠傳遞能量

    • 設備需要有兩個電極,才能夠完成迴路

    • Monopolar
      兩個電極分別為電刀筆頭的『輸出電極』和迴路板的『分散電極』,請注意迴路中電極的電流密度。

    • Bipolar
      兩個電極皆在『電燒器械上』
      只有器械兩端中間的組織包含在電流迴路之中

    (2) 分散電極

    • 在monopolar中,會貼一個分散電極,以完成迴路,通常貼在大腿或背上
    • 通常面積較大 (因此單位面積承受的能量較低),若沒有貼好,將導致單位面積的能量過高,造成電灼傷
    • 雙極式分散電極,電燒機能以低頻低電流去偵測兩側貼片的電阻,若有電阻差就會停止啟動 (代表貼不好),以保障病人的安全

    (3) 組織的電阻(impedance)

    • 含水、離子較高的組織,通常Impedance較低
    • 脫水、低離子含量的組織 (ex.疤痕、脂肪),通常impedance較高

    電燒的基礎-電流輸出

    • 電燒機將插座的交流電,從『低頻(60Hz)』轉成『高頻(300kHz)』
    • 現代的電燒機目前都會有兩種輸出模式:Cut和Coagulation
      →Cut:連續性、相對低的電壓
      →Coagulation:不連續、相對高的電壓
      →Blend:兩者的混合,可視為有中斷的cut (不連續、低電壓)

    電燒的主要功能

    (1) Cutting 切割

    • 電燒筆的切割,主要利用linear vaporization達成
    • 利用持續、低電壓的電流輸出,快速將細胞加溫至100度
    • 通常會選擇尖端或刀狀的monopolar設備 (達到較高的能量密度)
      電燒機設備會選擇『cut mode』
    • 靠近欲切割的組織,但不會直接碰觸之(near contact)

    (2) White Coagulation

    • 主要用來封閉血管,達到止血的目的
    • 讓細胞內的溫度達到60-95度,使細胞的蛋白變性
    • 電燒機的cut mode和coagulation mode都可以達到此目的
    • 通常會選擇面積較大的電極,並且直接碰觸組織

    (3) Fulguration

    • 快速將細胞溫度提升超過200度,達到表淺coagulation的目的
      通常會將組織碳化,可看到碳粒的存在
    • 使用coagulation mode (不連續、高電壓),電流容易往周邊擴散
    • 不會直接碰觸欲電燒的範圍(near contact)
    • 可以達到快速、大面積的表面止血

    電燒相關的傷害

    (1) 分散電極的使用

    • 病人於手術當中,勿碰觸可導電物質,這會導致電流從該處離開,造成灼傷。但現代的電燒設備能感知電流變化並自動關閉,減少相關傷害
    • 分散電極要均勻的黏貼在病人身上,若接觸面積變小,將導致能量密度增加。 避免貼在有骨頭凸出、多毛、金屬植入物等的地方
    • 不應該隨意裁剪,可能會導致邊緣的尖端放電,導致灼傷

    (2) 電流的分流(diversion)

    • 絕緣失敗
      器械的絕緣不良通常不易發現,可能造成患者與醫師的傷害

    • Direct coupling
      →利用導電的器械,將電流導到原本迴路之外的地方
      →常見的例子:將電燒筆放在鑷子上,去燒鑷子碰觸的組織
      →若主刀醫師的手套有小破洞,可能會造成主刀的手灼傷

    • Indirect coupling (Capacitive Coupling)
      →電流被蓄積在電容中(ex.器械的絕緣層)
      →可能會造成主刀醫師或病人的灼傷

    (3) 活動電極本身造成的傷害

    • 不小心啟動:沒有用的時候,要放在袋子,不要放在病人身上
    • 直接的熱傷害:熱能效應延伸,影響到周邊的組織

    (4) 電燒與煙

    • 可能會影響手術的可見度
    • 電燒產生的煙霧含有許多小分子,可能會對人體造成傷害
      但目前尚未有研究證實煙霧暴露與癌症的關聯性

    (5) 著火與爆炸

    • 啟動時,避免同時使用其他可燃性的物質
    • 除了病人的燒灼傷外,甚至可能造成OR的火警,要小心!

    參考資料
    The SAGES Manual on the Fundamental Use of Surgical Energy (FUSE)