تیز و ظریف، مثل چاقوی الکتریکی

نویسنده: مهندس فاطمه یاوری
منبع : ماهنامه مهندسی پزشکی


   جراحی الکتریکی (که جراحی HF و جراحی RF  نیز نامیده می شود)، عبارت است از؛ اعمال جریان الکتریکی فرکانس بالا به بدن انسان به منظور از بین بردن ضایعات، خونریزی مداوم یا ایجاد برش در بافت و در عین حال می تواند برای برش دادن، منعقد کردن یا خشک کردن بافت استفاده شود. مزایای این نوع جراحی، امکان ایجاد برش‌های دقیق با خونریزی کم است. اساس جراحی الکتریکی، اثر گرمایی در نتیجه عبور جریان از بافت است. از اثر گرمایی برای "انعقاد" یا "برش" استفاده می شود. اثر گرمایی وابسته به مقاومت بافت، چگالی جریان و زمان اعمال جریان است. با عبور جریان الکتریکی از بافت، بسته به نوع جریان و فرکانس آن یکی از اثرات زیر ایجاد می شود:
1. اثر الکترولیتی: در هنگام استفاده از جریان DC یون‌های مثبت به سمت قطب منفی و یون‌های منفی به سمت قطب مثبت حرکت می‌کنند. جریان DC به خاطر اثرات حرارتی و الکترولیتی روی بافت برای استفاده در جراحی الکتریکی نامناسب است. این جریان در محل الکترودها ایجاد اسید و باز می‌کند. این اثر در یونتوفورز استفاده می‌شود؛ اما امکان استفاده از ان در جراحی الکتریکی، به علت آسیب الکترولیتی به بافت وجود ندارد.
2.  اثر فارادیک: هنگام استفاده از جریان متناوب با فرکانس تا 2000 هرتز ایجاد می‌شود. این جریان، اثرات حرارتی دارد. به علاوه این فرکانس‌ها اثر فارادیک دارند، که باعث تحریک عصبی عضلانی می‌شود. از اثر فارادیک در درمان و تشخیص تحریک الکتریکی ( مثلا برای درمان paralysis ماهیچه‌ای) استفاده می‌شود.
3. اثر حرارتی: اثر حرارتی وابسته به مقاومت ویژه بافت، چگالی جریان و زمان اعمال جریان به بافت است.
در جراحی الکتریکی تنها می‌توان از جریان‌های متناوب با فرکانس‌های بالای 300 کیلوهرتز استفاده کرد. اثر حرارتی در بافت برای ایجاد برش و انعقاد استفاده می‌شود و با استفاده از این جریان‌ها، ایجاد اسید و باز و تحریک عصبی عضلانی وجود ندارد. تمام دستگاه‌های جراحی الکتریکی از فرکانس‌های بالای 300 کیلوهرتز استفاده می‌کنند.
اثر دماهای مختلف روی بافت‌ها را می‌توان به صورت زیر بیان کرد :
• 42°C  آسیب قابل بازگشت در سلول
• 49°C  آسیب غیرقابل بازگشت در سلول
• 70°C انعقاد
• 100°C خشک کردن
• 200°C کربنیزه شدن
• 500°C تبخیر


اثر دما‌های مختلف بر بافت‌ها 

در اینجا ذکر تفاوت میان جراحی الکتریکی و برش الکتریکی ضروری به نظر می‌رسد. در ESU جریان الکتریکی فرکانس بالا از طریق الکترود به بافت اعمال می‌شود و بافت را گرم می‌کند و سپس از طریق یک الکترود برگشتی بزرگ‌تر به ESU برده می‌شود. در حالی که در برش الکتریکی، توسط جریان های الکتروکوتر، جریانی از بدن بیمار عبور نمی‌کند، بلکه نوک پروب از طریق عبور جریان الکتریکی از یک سیم با مقاومت بالا گرم می‌شود. سپس گرمای انتقال یافته از نوک پروب به بافت، باعث برش یا انعقاد آن می‌شود که به شکل پروب مورد استفاده بستگی دارد. الکتروکوتر از یک پروب برای برش بافت و انعقاد آن به صورت هم زمان استفاده می‌کند. در این دستگاه از گرما برای برش بافت استفاده می‌شود. در حالی که در ESU دانسیته عبور جریان باعث برش بافت می‌شود و هر چه جریان سینوسی‌تر باشد، برش بهتری صورت خواهد گرفت. اثر گرمایی در جراحی الکتریکی به خاطر مقاومت الکتریکی بافت در برابر جریان فرکانس بالا و با دانسیته بالا، تولید می‌شود، در حالی که در دستگاه های الکتروکوتر از یک پروب گرم شده استفاده می‌شود.

شکل 1) اثر دما‌های مختلف بر بافت‌ها

برخی از ESU‌ها با جریان کم و توان پایین تولید شده‌اند و برای استفاده های کلینیکی در مطب پزشکان استفاده می‌شوند و می‌توانند بدون استفاده از الکترود خنثی به کار روند؛ اما در مورد اکثرESU ‌های با جریان بالا وجود الکترود خنثی الزامی است.
اثر جراحی در ESU توسط عواملی نظیر توان، شکل موج، نوع بافت، تکنیک جراح، اندازه و شکل سر الکترود فعال تعیین می‌شود. به عنوان مثال در نوع خاصی از انعقاد به نام “desiccation” دمای بافت نزدیک الکترود فعال تا حدی بالا برده می‌شود که پروتیین‌های سلول‌ها  تغییر می کنند اما از بین نمی‌روند.
اگر بافت توسط یک جریان متناوب فرکانس بالا، به کندی تا 100 درجه سانتیگراد گرم شود مایع داخل و خارج سلولی بخار می‌شود و بافت منعقد و جمع می‌شود. برای انعقاد بافت‌ها دمایی حدود 70 درجه سانتیگراد لازم است. انعقاد در دماهای پایین تر نسبت به برش رخ می‌دهد و مایع داخل سلول تبخیر می‌شود، بدون آن که غشای سلول از بین برود، لذا حجم آن کم می‌شود.

شکل2)ایجاد انعقاد توسط جریان الکتریکی 


برای ایجاد برش با استفاده از جریان فرکانس بالا نیاز به ایجاد اسپارک و چگالی کافی جریان است. در این فرایند، تبخیر بسیار سریع مایع داخل سلولی باعث تخریب غشای سلول می شود.  اگر از جریان متناوب فرکانس بالا برای گرم کردن سریع بافت تا دمای بالای 100 درجه سانتیگراد استفاده شود، به نحوی که فشار تبخیر غشای سلول را از بین ببرد، در این حالت عمل برش رخ می‌دهد. مزایای این برش نسبت به برش مکانیکی با چاقو، انعقاد هم‌زمان آن، جلوگیری از آسیب مکانیکی به بافت، عدم نیاز به نیروی مکانیکی و غیره است. ایجاد برش توسط یک جریان متناوب فرکانس بالا تنها در صورتی ممکن است که ولتاژ بین بافت هدف و الکترود فعال آنقدر بالا باشد که آرک الکتریکی ایجاد شود. لذا پارامتر اساسی در برش الکتریکی، آرک است. تنها در صورتی آرک ایجاد می‌شود که ولتاژ بین الکترود فعال و بافت 200Vp یا بیشتر باشد. با افزایش ولتاژ شدت آرک نیز بالا می‌رود و هر چه شدت آرک بالاتر رود عمق انعقاد در حین برش بیشتر می‌شود. عمل برش در فرکانس،  ولتاژ و توان بالاتری انجام می شود. ضریبی به نام ضریب تاج (Crest Factor) تعریف می‌شود که حاصل تقسیم مقدار متوسط موج به مقدار موثر آن است و عددی بین جذر 2 و 1/3 خواهد بود. هر چه این ضریب بزرگ تر باشد انعقاد بیشتر و هر چه کمتر باشد برش بیشتر است.  مثلا در ضریب تاج برابر جذر دو، برش خالص و در ضریب تاج برابر 1/3 انعقاد خالص و بین این دو blend وجود دارد.

شکل 3) برش توسط جریان الکتریکی


هیچ مدرکی مبنی بر کم خطرتر بودن جریان انعقاد نسبت به جریان برش وجود ندارد. بلکه احتمالا تنظیم توان در هر یک مهم‌ترین فاکتور در توان خروجی نهایی و میزان خطر ایجاد شده است.
انواع مودهای انعقاد
انعقاد یا هموستاز بستگی به ولتاژ و مدولاسیون دارد. در نمونه دستگاه‌های مختلف مودهای مختلف انعقادی موجود هستند، از جمله:
• انعقاد Soft
ولتاژ پیک بین الکترود فعال و بافت کمتر از 200Vp است. لذا آرک رخ  نمی دهد و کربنیزه شدن ناخواسته و برش ناخواسته رخ نمی دهد. به علاوه میزان ساییدگی الکترود فعال در این مود زیاد نیست. در برخی دستگاه ها این قابلیت وجود دارد که در این مورد، به محض تماس الکترود با بافت، جریان به صورت خودکار برقرار می‌شود. جریان افزایش می‌یابد هنگامی که مایع داخل و خارج سلولی تبخیر شود. پس از تبخیر، جریان به صورت ناگهانی تا مقدار حداقلی، کم می‌شود.سنسورهای موجود این تغییرات را ثبت می کنند و با رسیدن به حد خاصی ژنراتور به صورت خودکار خاموش می‌شود.  

شکل4) نمونه هایی از انواع روش های مورد استفاده برای ایجاد برش در جراحی الکتریکی

 

 

 

شکل5) نمونه‌هایی از انعقاد خون و انعقاد دو قطبی


• انعقاد Forced
• انعقاد Spray
• انعقاد بهبود داده شده با گاز آرگون استفاده از گاز آرگون جهت افزایش کارایی انعقادی ESU امکان جلوگیری از خون ریزی سریع و موثر بافت در ارگان‌های با عروق خونی فراوان را فراهم می کند. توان مورد نیاز در روش آرگونی در مقایسه با روش انعقاد معمولی بسیار زیاد است. غیر از آرگون می‌توان از گازهای دیگر نیز استفاده کرد. مزیت گاز آرگون، یونیزه شدن راحت آن در میدان الکتریکی فرکانس بالا غیرسمی بودن و نیز مقرون به صرفه بودن آن نسبت به گازهای دیگر است.
سیستم‌های انعقاد بهبود یافته با آرگون جزو ملحقات ESU های تک قطبی هستند و قابلیت ایجاد انعقاد یکنواخت و سریع در نواحی بزرگ دچار خونریزی را دارد. در این حالت جریان الکتریکی از طریق گاز آرگون یونیزه شده هادی به بافت جریان می‌یابد. سیستم اعمال گاز آرگون می‌تواند در یک چرخ متحرک جداگانه یا در همان محفظه ESU قرار بگیرد. سیستم‌های با این قابلیت به هندپیس‌های ویژه‌ای نیاز دارند که هم لوله‌های مربوط به گاز آرگون را در برمی‌گیرد و هم هادی جریان الکتروسرجیکال را در بر می‌گیرند. هندپیس معمولا در فاصله یک سانتیمتری از بافت نگه داشته می‌شود. به علاوه گاز آرگون خون و مایعات دیگر و مواد اضافی را از محل جراحی پاک می‌کند و لذا دید جراح بهبود می‌یابد. عمق نفوذ در هنگام انعقاد با گاز آرگون بسیار کم است (3 تا 4 میلیمتر). لذا در بافت‌هایی با ضخامت کم مانند کبد بسیار سودمند است چرا که در غیر این صورت امکان ایجاد نکروز در آن‌ها زیاد است.
مزایای برش به همراه آرگون
• جایگزین شدن اکسیژن
• کاهش توده دود ایجاد شده
• کم شدن میزان کربنیزه شدن بافت
• برش های همگن تر
• دید بهتر به خاطر کنار رفتن مایعات و مواد اضافی

شکل6) دستگاه‌های جراحی الکتریکی به همراه آرگون

 

 

 

شکل7) هندپیس‌های ویژه ای که برای سیستم‌های جراحی الکتریکی به همراه آرگون نیاز است

 

 

 

شکل8) همبستگی بین شدت جریان(P)  ، عمق انعقاد(k) و زمان(t)



انواع مودهای یک دستگاه جراحی الکتریکی
 تک قطبی در این حالت یک الکترود فلزی خنثی با سطح مقطع نسبتا بزرگ و یک الکترود فعال (که پزشک با آن کار می‌کند) استفاده می‌شود. مسیر جریان توسط الکترود فعال، بدن بیمار و الکترود خنثی ایجاد می‌شود. گرم شدن بافت تا حد زیادی محدود به بافت در تماس با سر الکترود فعال است. در نقاط دیگر به دلیل پخش شدن جریان در سطح مقطع زیاد، چگالی آن کم بوده و گرمای قابل توجهی ایجاد نمی‌کند. 
• مود دوقطبی در این حالت جریان در ناحیه کوچکی از بدن بیمار جاری می‌شود. این نوع جراحی الکتریکی برای منعقد کردن بافت‌های کوچک و ظریف استفاده می‌شود، به عنوان مثال در جراحی‌های چشم پزشکی، زنان و عصبی. در این نوع جراحی از یک انبرک خاص استفاده می‌شود که هر یک از سرهای آن به یکی از قطب های منبع دستگاه جراحی الکتریکی متصل است. با قرار گرفتن بافت در بین دو سر این انبرک، جریان فرکانس بالایی بین این دو سر جاری شده که از بافت عبور کرده و آن را گرم می‌کند.

شکل9) برش با استفاده از گاز آرگون

 

 

 

 

 


انواع ژنراتور
مدارات ESU ها در دو نوع حالت جامد یا spark-gap/vacuumtube هستند. مدارات حالت جامد شامل مدارهای اسیلاتور و آمپلی فایرهای بر اساس ترانزیستور هستند که با تغییر فرکانس و شکل موج، انواع شکل موج‌های مناسب برای برش تنها، انعقاد تنها یا ترکیبی از مشخصه های آن‌ها ( شکل موج های blend که می توانند هم زمان ایجاد برش و انعقاد کنند) را تولید می‌کنند. وسایل spark-gap/vacuumtube از مدارات spark-gap برای تولید شکل موج های فرکانس بالا استفاده می‌کنند. آن‌ها می‌توانند از طریق تولید آرک‌هایی در فاصله هوایی به بافت ایجاد انعقاد کنند. گرچه این دستگاه‌ها به اندازه دستگاه‌های با مدارات حالت جامد ایمن نیستند.
کنترل توان
در یونیت‌های معمولی جراحی الکتریکی، امکان دارد ولتاژ خروجی به مقدار زیادی نوسان داشته باشد. ممکن است در محلی ولتاژ آنقدر زیاد شود که باعث کربنیزه شدن بیش از حد بافت شود و در جای دیگر به قدری کم باشد که برش مناسبی را ایجاد نکند. عوامل زیر می‌توانند در ایجاد تغییرات در ولتاژ خروجی نقش داشته باشند:
1- شکل و اندازه الکترود برش
2- نوع و سرعت برش
3- مشخصه های بافت
در برخی از دستگاه های جراحی الکتریکی تنظیم توان خروجی به صورت خودکار انجام می‌شود. در طی تنظیم خودکار از سنسورهای بسیار حساسی که دائما پارامترهای مختلف مانند جریان، ولتاژ، شدت آرک و غیره را مانیتور می‌کنند، استفاده می‌شود. این پارامترها برای محاسبه مقادیر جدید خروجی استفاده می‌شوند. این محاسبات توسط میکروپروسسور انجام می شوند.
توان خروجی به صورت دینامیک در محدوده های از پیش تعیین شده تنظیم می شود. این کار مستقل از الکترود مورد استفاده برای برش، جهت برش و بافت است. در ابتدای فاز برش سیستم توان بالایی را برای یک زمان کوتاه اعمال می‌کند (PPS یا سیستم پیک توان).

شکل10) شماتیک مود تک قطبی جراحی الکتریکی؛ فلش‌ها نشان دهنده جهت جریان الکتریکی در مدار تک قطبی کامل هستند.

 

 

 

 

 

شکل11) در جراحی الکتریکی تک قطبی، جریان در الکترود فعال چگالی بالایی دارد و اثر برش یا انعقاد ایجاد می‌کند. اما در الکترود خنثی جریان پخش می‌شود تا از سوختگی های ناخواسته جلوگیری شود.

 

 

 




ایمنی
برخی از مشکلات احتمالی در هنگام استفاده از ESU ها به صورت زیر هستند:
1. سوختگی در محل الکترود خنثی اگرچه اکثر یونیت‌ها به مانیتور پیوسته کابل الکترود خنثی مجهز هستند، در صورت جدا شدن آن از ESU یا الکترود خنثی یا ایجاد قطعی در آن دستگاه را غیرفعال می کنند. به علاوه در برخی دستگاه‌ها مانیتورهایی برای بررسی کیفیت اتصال الکترود به پوست نیز وجود دارد. اگر امپدانس بین الکترود و پوست از حدی بیشتر شود، نشان می‌دهد که تماس به خوبی برقرار نشده و لذا مانیتور آلارم داده و دستگاه را غیرفعال می‌کند.
2. دومین جراحت شایع ناشی از جراحی الکتریکی در اثر فعال شدن سهوی الکترود فعال و تماس سر آن با بافت است. لذا پیشنهاد می شود که در هنگام عدم استفاده، الکترود فعال در نگهدارنده‌های ایمنی قرار داده شود.
3. ESU ها می توانند در محیط‌های پراکسیژن یا اتاق های جراحی ایجاد احتراق کنند.
4. در ضمن این دستگاه‌ها می توانند تداخل الکترومغناطیسی (EMI) به اندازه کافی بزرگ، برای اثر گذاشتن روی عملکرد دستگاه‌های دیگر در اتاق عمل مانند مانیتورینگ، وسایل تزریق، تخت‌های جراحی و پیس میکرها ایجاد کنند. مهم ترین تداخل ایجاد شده به پیس میکرها مربوط می شود. یعنی در اثر تداخل دستگاه جراحی الکتریکی، پیس میکر دچار مشکل شده و نیاز به جراحی برای تعویض آن است. به علاوه امکان دارد جریان‌های جراحی الکتریکی که از کاتترپیس میکر عبور می‌کنند، در محل الکترودها به بافت قلبی آسیب برسانند و ایجاد فیبریلاسیون قلبی کنند. گرچه این نوع مسائل اخیرا گزارش نشده اند.
5. مساله دیگری که ممکن است در هنگام استفاده از ESU ها ایجاد شود، تل دودی است که با اعمال جریان الکتریکی به بافت ایجاد می‌شود. تبخیر مایع درون بافت و تخریب بافت، ایجاد دود و بخار می‌کند که می‌تواند هم برای بیمار و هم برای کارکنان مضر باشد. لذا می‌توان اتاق های عمل را مجهز به سیستم تخلیه کرد.
6. در هنگام استفاده از گاز آرگون، خطر آمبولیسم گازی وجود دارد. پیشنهاد می‌شود که پرسنل اتاق عمل برای مواجهه با چنین شرایطی آماده باشند.
در سیستم های جراحی الکتریکی با مارک  ERBE برای محافظت بیمار در برابر سوختگی های ناخواسته یک سیستم ایمنی به نام NESSY طراحی شده است. این سیستم بر اساس اندازه گیری پارامترهای مختلف الکتریکی است. سیستم
• جهت گیری صحیح الکترود خنثی (اندازه گیری تقارن)
• تماس بین الکترود خنثی و پوست (اندازه گیری مقاومت)
• چگالی جریان در زیر الکترود خنثی را مانیتورمی‌کند.
الکترودهای ویژه طراحی شده توسط ERBE چند ویژگی منحصر به فرد دارند که عبارت اند از :
1- نوار دایره ای که دور الکترودها است باعث می‌شود الکترود متقارن باشد و جریان به صورت یکنواخت به کل الکترود برده می‌شود. لذا ایجاد چگالی بالای جریان در یک نقطه از آن نشود.
2- شکل دایره ای الکترودها باعث می شود جهت قرار دادن آن ( بر خلاف الکترودهای مستطیلی) مهم نباشد.
3- دوتکه بودن الکترودها باعث می شود که سیستم دائم مقاومت دو قسمت را با هم مقایسه کند و اگر اختلاف آن ها از حدی بیشتر شود آلارم بدهد و در صورتی که اختلاف به حد بحرانی برسد دستگاه را خاموش کند، زیرا این به معنای عدم اتصال خوب یکی از نیمه های الکترود به بدن و در نتیجه ایجاد چگالی بالای جریان در سمت دیگر است. در این الکترودها توزیع توان گرمایی بین دو قسمت آن تقریبا50-50 است، در حالی که در مورد الکترودهای خنثی مربعی شکل این همیشه درست نیست.
برخی از ESU ها خروجی ایزوله دارند. هدف از دستگاه های با خروجی ایزوله مینیمم کردن جریان‌*هایی است که از مسیرهای تماسی یا خازنی از بیمار به زمین جاری می شوند. با این کار ریسک سوختگی در نقاطی از بدن بیمار که در تماس با زمین است کم می شود. یونیت های Ground-referenced معمولا ویژگی‌های اضافی دارند که برای حفاظت نواحی دیگر بدن در برابر سوختگی است. از جمله آن ها مدار مقایسه جریان عبوری از کابل فعال و جریان بازگشتی به ESU است. اگر این دو با هم اختلاف زیادی داشته باشند، یونیت آلارم داده و خاموش می‌شود.
پیشنهادات خرید دستگاه جراحی الکتریکی در ECRI
ESU ژنراتور حالت جامد ترجیحا باید بازه فرکانسی از 3/0 تا 1 مگاهرتز داشته باشد و یک خروجی ایزوله تک قطبی، یک سوییچ دستی، یک سوییچ پایی و خروجی دوقطبی داشته باشد. برای استفاده همه منظوره در اتاق عمل ماکزیمم توان خروجی برای برش تک قطبی باید 300 وات و ماکزیمم ولتاژ مدار باز باید 2000 ولت پیک به پیک باشد. ماکزیمم خروجی و ولتاژ مدار باز برای انعقاد باید 120 وات و 6000 ولت پیک به پیک باشد. در مورد دو قطبی باید ماکزیمم 50 وات و 300 ولت پیک به پیک را استفاده کند. سیستم باید مانیتور RECQM ، یک خروجی مستقل، شاخص های فعال شدن بینایی و شنیداری و آلارمی شامل ولوم های بالای 45dBA درفاصله یک متری، داشته باشد. یونیت باید نمایشگر تنظیمات توان داشته باشد و مجهز به سیستم سرد کننده یا تهویه باشد.  یک ESU مجهز به ارگون، باید بازه فلوی 0 تا 10 لیتر بر دقیقه، ظرفیت تانک بالای 1200 لیتر و آلارم فشار پایین داشته باشد. آلارم یونیت باید بتواند ولوم های بالای 45dB در فاصله یک متری ایجاد کند.

• اثرات مختلفی که با عبور جریان الکتریکی از بافت، بسته به نوع جریان و فرکانس آن ایجاد می شود.
• ایجاد انعقاد توسط جریان الکتریکی
• برش توسط جریان الکتریکی
• نمونه هایی از انواع روش های مورد استفاده برای ایجاد برش در جراحی الکتریکی

منبع : ماهنامه مهندسی پزشکی