電外科

電外科是將高頻（射頻）交替極性電流接觸生物組織，切割、凝固、乾燥或電灼組織的手術方法。^{[1][2][3][4][5][6][7]}。它能夠在減小失血量下精確切割。電外科設備廣泛使用於外科手術，有助於防止手術中的失血情況。^[8]

Electrosurgery
A surgeon using a monopolar RF electrosurgical instrument to coagulate (and desiccate) tissue in the excision of a lipoma
MeSH	D004598

在電外科手術中，組織由電流加熱。電外科是與電灼不同的手術方法，雖然某些情況下可以使用電外科設備的加熱探針的燒灼組織，但是事實上電灼的方法是通過來自手電筒型設備中的乾電池的直流電，加熱到高溫探針的熱傳導（很像烙鐵的方式）灼燒組織。

相比之下，電外科使用射頻(RF)交流電誘導電離分子的細胞內振盪來加熱組織，使細胞內溫度升高。細胞溫度達到60°C時會瞬時死亡。組織被加熱到60-99°C時會發生組織乾燥（脫水）和蛋白質凝固。如果細胞內溫度迅速達到100°C，細胞內的內容物會從液體轉化為氣體，體積膨脹，導致爆炸性汽化。

用電手術鉗進行乾燥和凝固，使血管閉塞，止血。這個過程在技術上是一個電凝過程，但術語「電灼」有時被廣義地、錯誤地用來描述它。汽化過程可用於燒蝕目標組織，或通過線性延伸用於橫切、切割組織。雖然汽化、切割和乾燥、凝固過程最好用相對低的電壓、連續或接近連續的波形來完成，但電灼過程實際上用相對較高的電壓調製波形來執行。電灼是一種表麵類型的凝固，通常是通過將調製的高壓電流作用到迅速乾燥和凝固的組織實現。持續向這種高阻抗組織施加電流會導致電阻加熱到足以導致有機分子分解為醣類甚至碳的高溫，導致組織碳化產生深色紋理。

透熱術被一些人用作電外科的同義詞，但在其他情況下，透熱術是通過介電加熱，由分子偶極子在高頻電磁場中旋轉產生。這種效應最廣泛地用於微波爐或一些以千兆赫頻率運行的組織燒蝕設備。在工業過程中使用較低頻率，穿透力更強。

射頻電外科幾乎用於所有外科手術，包括皮膚科、婦科、心臟、整形、眼科、脊柱、耳鼻喉科、頜面科、整形外科、泌尿科、神經外科、普通外科手術以及一些牙科手術。

射頻電外科手術是使用射頻電外科發生器（也稱為電外科裝置或ESU）和包括一個或兩個電極（單極器械或雙極器械）機頭進行。所有射頻電外科手術都是雙極的，因此單極器械和雙極器械之間的區別在於設計上單極器械僅包含一個電極，而雙極器械包括兩個電極。

通電時稱為「有源電極」的單極儀器需要在患者身體的其他部位應用另一種稱為「分散電極」的單極儀器，其功能是「散焦」或分散射頻電流，防止對更深組織造成熱損傷。這種分散電極經常誤稱為「中性電極」。然而，幾乎所有當前可用的射頻電外科系統都應該在隔離電路中運行，即分散電極直接連接到ESU，而不是所謂的「接地」。相同的電流通過分散電極和活性電極傳輸，因此它不是「中性」的。術語「返回電極」在也是不正確的，因為交流電流指的是交替極性，使電路中的兩個電極雙向流動。

雙極器械通常設計有兩個「有源」電極，例如用於封閉血管的鑷子。然而，雙極儀器可以設計成一個電極是分散的。雙極器械的主要優點在於電路只存在於兩個電極之間的患者組織，消除了電流分流以及其他副反應風險。然而，除了那些設計用於在流體中起作用的裝置外，用雙極器械很難汽化或切割組織。

神經和肌肉細胞的電刺激

神經細胞和肌肉細胞是電激發的，即它們可以被電流刺激。在人類患者中，這種刺激可能導致急性疼痛、肌肉痙攣，甚至心臟驟停。神經和肌肉細胞對電場的敏感性是由於其細胞膜中存在電壓門控離子通道。刺激閾值在低頻下變化不大（流變鹼恆定水平），當脈衝（或周期）的持續時間下降到特徵最小值（chronaxie）以下時，閾值開始增加。通常，神經細胞在0.1-10ms範圍內，因此對電刺激的敏感性（刺激閾值的倒數）隨著頻率在kHz及以上範圍內增加而降低。（請注意，交流電流的頻率是單個周期持續時間的倒數）。為了儘量減少肌肉和神經刺激的影響，使用電手術器械的無線電頻率（RF）通常在在100千赫到5兆赫範圍。

在較高頻率下有助於最大限度地減少水電解產生的氫和氧的量，避免在封閉隔室中的液體介質中，氣泡產生的干擾。例如，可以防止在眼睛內部操作期間產生的氣泡可能會遮蔽視野的問題。

具有隔離電路設備的公共電極設備

有幾種常用的電極設備或電路拓撲：

對於「雙極」儀器，使用一對大小相似的電極將電流施加到患者身上。例如，特殊鑷子，一個尖頭連接到射頻發生器的一個極，另一個尖頭連接到發生器的另一個極。當一塊組織被鑷子夾住時，RF交替極性電流在兩個鑷子尖齒之間振盪，通過前面描述的細胞內離子的同步振盪加熱組織。

在單極設備中，患者連接到分散電極、相對較大的金屬板或柔性金屬化塑料墊，後者連接到射頻發生器或電外科裝置(ESU)。外科醫生使用稱為「有源電極」的尖頭或刀片狀電極與組織接觸使用。可用於稱為電外科切割的汽化、線性切割組織，或用於蛋白質乾燥凝固促使血管止血。電流在有源電極和分散電極之間振盪，患者介於兩者之間。由於RF電流的濃度隨著與有源電極的距離而降低，因此電流密度迅速（二次）降低。由於組織加熱速率與電流密度的平方成正比，因此加熱發生在非常局部的區域，僅在靠近電極部分如尖端所靠近或接觸的目標組織。

在手指等肢體上，用於分散電流橫截面積有限，可能導致更高的電流密度和熱量穿透整個肢體。

另外一種雙極儀器兩個電極的設計相同，但分散電極比有源電極大得多。由於較小電極前面的電流密度較高，因此加熱和相關組織效應僅發生在有源電極的前面。有時這種設備被稱為sesquipolar，即使這個術語的起源，拉丁語sesqui中意味著1.5的比率。^[9]

沒有分散電極的專用非接地機器

相對低功率的高頻電外科手術可以在沒有分散電極的情況下對沒有接地機器的清醒的患者進行治療。^[10]在中等RF頻率（通常為100–500 kHz)下，患者身體（位於患者身體和機器接地之間）的自電容足夠大，產生的位移電流充當虛擬的「電路完成路徑」，可以在沒有分散電極的情況下在低電流下工作。

1940年Birtcher公司開發的品牌名稱「Hyfrecator」簡化於「High Frequency Eradicator」，現在一般形容一般單電極的，非隔離的低功率電器。通過接地的意外電路完成路徑會在遠離探針電極的位置產生灼傷的危險，因此單電極裝置僅用於清醒患者，並且僅在隔熱的平台操作。

在這種情況下，hyfrecators不用於切割組織，而是用於破壞相對較小的病變，並在局部麻醉下使用刀片器械進行手術切口止血。

電外科分類

在切割模式下，電極接觸組織，並施加足夠高的功率密度以蒸發水分。由於水蒸氣在正常情況下不導電，因此電流不能流過蒸氣層。如果施加足夠高的電壓(>+/-200 V)^[11]電離蒸汽並將其轉化為導電電漿體，則超過汽化閾值的能量傳輸可以繼續進行。蒸汽和過熱組織的碎片被噴射出來，形成一個坑。^[12]用於切割的電極表面不是圓形表面的平坦刀片，而通常具有更細的線或線環。

使用平均功率較低的波形進行凝結，產生的熱量不足以產生爆炸性汽化，而是產生熱凝結物。

當電極接觸到空氣中的組織時會發生乾燥，並且產生的熱量低於切割所需的熱量。組織表面和探針更深處的一些組織變干，形成凝塊（死組織的乾燥斑塊）。該技術可用於治療需要對皮膚表面損傷最小的皮下結節。

在電灼模式下，電極遠離組織，因此當電極和組織之間的氣隙被電離時，會產生電弧放電。在這種方法中，對組織的灼燒深度更淺，因為電流分布在比電極尖端更大的組織區域。^[13]在這種條件下，表麵皮膚炭化或碳化比與探頭接觸時面積更廣，因此該技術用於非常淺表或突出的病變，例如皮贅。氣隙的電離需要千伏範圍內的電壓。

除了組織中的熱效應外，電場還可以在細胞膜上造孔——這種現象稱為電穿孔。

濕場電外科

有濕場和干場電外科設備。濕場設備在鹽水溶液或開放性創傷中運行。交流電在兩個電極之間通過而加熱，在電流密度最高的地方加熱量最大，因此最小或最鋒利的電極產生最多的熱量。

Cut/Coag 大多數濕場電外科系統以兩種模式運行：「Cut」導致小面積組織蒸發，「Coag」導致組織「乾燥」（止血）。「乾燥」的組織是死亡組織（稍後會脫落或被纖維化組織取代），但在電外科應用後它們暫時保持完整。組織死亡的深度通常在電極接觸點附近幾毫米。

Cut 如果電壓水平足夠高，產生的熱量會產生蒸汽袋。蒸汽袋通常會達到大約400攝氏度的溫度，這會蒸發並炸開一小部分軟組織，從而形成切口。

Coag 當系統在「coag模式」下運行時，電壓輸出通常高於切割模式。組織仍然完好無損，但細胞在接觸點被破壞，較小的血管被破壞和堵塞，阻止毛細血管和小動脈出血。

電外科波形

不同的波形可用於不同的電外科手術。對於切割，通常採用連續的單頻正弦波。快速的組織加熱導致細胞外液爆炸性汽化。如果電壓足夠高（>400 V峰峰值）^[11]，蒸汽被電離，形成導電電漿體。電流繼續從金屬電極通過電離氣體流入組織。組織的快速過熱導致其汽化、碎裂和噴射，從而實現組織切割。^[11]在連續波的應用中，熱擴散通常會導致在病變邊緣形成明顯的熱損傷區。電外科波形中的開路電壓通常在300–10,000 V峰峰值範圍內。

脈衝波形可以獲得更高的精度。^[11][12]使用持續時間為幾十微秒的脈衝串可以切割組織，而熱擴散區的大小可以不超過細胞尺度。如果在爆發之間延遲足夠時間，也可以避免重複爆發的熱量積聚，從而使組織冷卻。^[12]可以通過改變開啟時間與關閉時間的比例控制加熱速率。相關參數占空比定義為開啟時間與周期（單個開啟-關閉周期的時間）之比。在電氣工程術語中，改變這個比率以達到平均幅度而不是直接改變幅度的過程稱為脈寬調製。

對於凝固，平均功率通常降低到切割閾值以下。通常，正弦波會快速連續地打開和關閉。整體效果是較慢的加熱過程，這會導致組織凝固。在簡單的凝固/切割模式機器中，與使用相同設備的切割模式典型的高頻音相比，人耳通常會聽到較低的凝固模式典型的占空比較低的頻率和更粗糙的音調。

許多現代電外科發生器提供複雜的波形，並根據組織阻抗的變化實時調整功率。

預防意外傷害

燒傷

對於麻醉期間的高功率手術用途，單極模式依賴於身體大面積（通常是患者的整個背部）與返回電極或電極墊（也稱為分散墊或患者板）之間的良好電接觸。如果與返回電極的接觸不足，或者當患者接觸到金屬物體作為接地/接地的意外（電容性）洩漏路徑時，可能會發生嚴重燒傷（3度）。

為防止意外灼傷，清潔皮膚並使用導電凝膠增強與返回電極的接觸。在建築物的電氣布線中必須遵循正確的電氣接地做法。除此之外，使用包括返回電極監測系統的現代電外科設備，該系統可以持續測試可靠和安全的患者接觸。這些系統監測分離或雙墊返回電極的阻抗，並發出警報，在發生故障時禁用進一步的發電機輸出。以前的發生器依賴於單墊返回電極，因此無法驗證保證的安全接觸。返回電極應始終與皮膚完全接觸，並放置在身體的同一側並靠近進行手術的身體部位。

如果患者體內有任何金屬，則將返回電極放置在身體與金屬相反的一側，並放置在金屬和手術部位之間，防止電流在通往返回電極的途中有選擇地通過金屬。例如，對於已進行右側髖關節置換手術的患者，將返回電極放置在下腹部外側的身體左側，並將返回電極放置在下腹部的位置之間，即金屬和手術部位並且是金屬的另一側。如果身體兩側有金屬，則儘可能將返回電極放置在金屬和手術部位之間。常見的返回電極位置包括大腿外側、腹部、背部或肩胛骨的外側部分。^[8]

雙極的使用不需要放置返回電極，因為電流僅在鉗子或其他雙極輸出設備的尖頭之間通過。

電外科手術只能由接受過特定培訓並熟悉防燒傷技術的醫生進行。

煙毒

電外科手術產生的手術煙霧的毒性也引起了人們的關注。這已被證明含有可能對患者、外科醫生或手術室工作人員造成傷害的化學物質。^[14][15]

火災

不應在如含酒精的消毒劑等易燃物質周圍使用電刀。^[16]

歷史

William T. Bovie工作於哈佛大學時開發了第一個電外科設備。^[8][17]1926年10月1日，麻薩諸塞州波士頓的布萊根婦女醫院的哈維·庫欣（Harvey Cushing）首次使用電外科設備進行了患者頭部去除腫塊的手術。^[18]