用于切割和闭合血管的热焊接器械-加图

一种用于切割和闭合血管的热凝器械 Michael R. Treat*MD 纽约哥伦比亚大学外科 概述概述 背景：背景：单电极电手术器械在腔镜手术的局限和危险性是众所周知的。双电极和超声手术器械试图 解决这些问题,但是在某些临床应用上也不尽如人意。一种新型的仪器可以有效止血和切割，而周围 组织损伤轻微。这些仪器使用直热式同时伴有压力使组织中的以蛋白质为基质的结构发生一系列的 变性，粘着或者断裂。由于主要技术简单，所以这些仪器的成本效益很高。单电极手术器械和工作模 型与双电极和超声手术器械对组织的效应对比如下： 方法方法: 在猪肠系膜血管模型人为造成周围组织热损伤和血管爆裂力。 结果结果: 当血管爆裂力超过300mmHg时，新仪器仍能有效地闭和组织,仅引起周围一毫米之内的组织 损伤。 结论结论: 这种高效益的直热式技术可作为止血和切割方式的有用的替代,特别是用于要明显减低对周 围组织的损伤的情况。 引言引言 一种由使用热能和压力同时止血和切割血管及其它组织的手术器械是由哥伦比亚大学外科和 Starion仪器公司共同开发的。这个手术器械给外科医生多了一种技术方面的选择: 双极电凝和超声 波止血闭合血管设备。本文的目的是阐述这个新仪器的的功能,指出和其它仪器的区别，特别是和超 声波止血剪刀的区别。 背景背景 血管凝固涉及到施加能量使组织的蛋白质变性。这些蛋白质变粘稠，形成血凝块。分子水平的 改变为施加的能量使组织的蛋白质三维形态改变,蛋白链解体。解体的蛋白链暴露出氢键亚基。在解 体的状态下，新的氢键亚基不仅在同一个蛋白链内形成，而且在相邻的蛋白链之间形成。实际上，这 些解体的蛋白链互相粘着在一起形成纠缠在一起的蛋白链状结构的基质。这是一个生化过程，不涉 及到正常凝血机制中的生物凝集过程。 为了闭合血管，最好是同时加压以促进变性的组织蛋白质粘着在一起。这个过程称为“组织焊接”。 有多种能源被用来产热，最终使蛋白质变性。这些能源可以是激光，单极或双极射频电流和超声波。 这些能源被看做是中间能源,因为热能才是最终途径。 新型热仪器的开发者假设所需要的蛋白质变性通过使用直接热能加热组织比使用中间能源形式 更有效。 所选用的产热元件仅仅是由低压直流电驱动的简单的电阻丝。 这个仪器的主导部分(图1所示的黑色的下部钳口)有镍热器件和热绝缘把手组成。 热绝缘层是隔 离镍电阻丝的热效应，使仪器的其它部分和钳口的外侧面没有热效应。 闭合两个钳口，把热部件压 入贴附在仪器的另一个钳口上有顺应性的硅树脂“靴”内。如图2所示，硅树脂“靴” 图 1：观察 Starion 仪器的头部。下方(黑色)的钳子 图 2：Starion 仪器钳子的热能剖面图。切割区 由绝缘材料覆盖，热能在钳子的中部产生。上方(白 域的高温足可以干净地蒸发和切除组织。血凝 色)的钳子穿着一层硅树脂“靴” 区域温度在 60-100oC。 图 3：显微镜照片显示了使用 Starion 仪器焊接的 图 4：同一焊接区域的更高能量显示，远离实际焊接 2mm 猪胃网膜血管组织的情况。焊接区域是左边较 区域没有热损伤。放大倍数：150x 2 深颜色的向上的卷缩区域。放大倍数：50x。 图 5：显微镜照片显示了使用 Starion 仪器焊接的 图 6：显微镜照片显示了使用超声波仪器焊接的 0.67mm 猪肠系膜血管的情况。远离实际焊接区域 0.54mm 猪肠系膜血管的情况。远离实际焊接区域的 的细胞壁没有变化(黑色“鸭嘴”)。150x 细胞壁周围的细胞层分离或分裂显示了广泛地侧面 组织损伤。 有助于制造一个热梯度。 热梯度为狭窄的高温切割区和其两侧的低温凝血区。 温度梯度是仪器功能的关键所在。使同时切割、止血成为可能。双侧对称分布的温度梯度使得这 个仪器在切割区的任何一侧闭合血管的两端。 由于热从镍铬合金向外辐射，切割区的宽度比镍铬合 金的实际物理直径略宽。在切割区的高温足以通过直接蒸发组织而切开组织，仅有轻微灼伤。 我们 测量到的温度在摄氏300-400度。距镍铬合金中心大约500微米(千分之一毫米)以外的温度下降到摄 氏100以下。这是一个通过蛋白质变性使组织止血闭合的理想温度。硅树脂”靴”另一种重要功能是在 切断的血管两端具有很强的闭合能力。此功能是通过在低温凝血区对血管壁施加压力或束缚血管壁 来完成的。压力的效应和热对组织的变性的作用产生止血和闭合的功能。 仪器对血管壁的效果是在切割区任一侧的血管两端产生一个凝血闭合区的同时利索地切断血 管。 热损伤和爆裂压力的测量热损伤和爆裂压力的测量 材料和方法材料和方法 直接产热器械是烧灼钳和Starion仪器公司生产的5mm腔镜热结扎剪。这两种Starion直热式器 械使用一个本质相同的功能部件。超声仪器使用的是Ethicon 内窥手术器械公司生产的5mm超声刀。 实验是在被麻醉的40公斤的猪身上用腹腔镜进行的，术后动物不需要存活。实验过程遵照大学的 IACUC(动物实验)标准进行。 在手术的第一部分我们对由新仪器和超声止血钳闭合组织伴随的损伤进行解剖和组织学测量。 使用的肠系膜血管直径大约为1mm。钝性分离肠系膜血管然后用直热式或超声止血钳闭合血管，切 断血管。我们立即就发现组织的焊接失败或在四个小时实验过程中的后期发现组织的焊接失败。肉 眼可见的组织损伤用放大镜和数字卡尺测量。测量在被闭合和切割的血管任何一端进行。肉眼所见 发白的组织被当做热损伤(止血的)组织测量。血管被切下后送交组织学检查。 血管的组织切片为纵行切片。显微镜下评估组织焊接的完整性和周围组织的热损伤程度。由于猪 的肠系膜血管丰富我们用直热式器械做了137个焊接点(74例为烧灼止血钳，63例为腔镜热结扎剪)， 用超声刀做了14个焊接点。超声刀和Starion热结扎器械都满负荷工作。 实验的第二部分，在猪的单个肠系膜血管插入用非常细的针头通过三通接头和动脉压力监测仪 器，高压注射器连结的导管。然后用热或超声能量装置闭合切断血管。 爆裂压力的测量的途径是一 边缓慢推注射器一边观察监测仪器。我们测量了九个热装置处理的较小的肠系膜血管(8例为烧灼止 血钳，1例为腔镜热结扎剪)。接着又以同样的方法对同一个动物测量了胃网膜血管，4例为烧灼止血 钳，1例为腔镜热结扎剪,确还有一例是超声仪器处理的血管。用于这部分实验的血管数目受到复杂 的肠系膜血管插管技术和胃网膜血管相对有限的长度的限制。 结果结果 热能刀与超声器械造成热损伤的比较 3 超声刀热损伤范围平均1.351mm 热能刀热损伤范围平均0.861mm 根据测量到的肉眼可见的间接损伤，包括Starion直热式和超声器械，有明显不同的 结果。二者的平均烫伤宽度有显著性统计学差异，P值小于0.0001。 仪器种类标本数目平均烫伤宽度标准差烫伤宽度的95%的可信 度指数 Starion1370.861mm0.2620.817-0.905mm 超声器械141.351mm0.3401.1548-1.548mm 两种Starion直热式仪器，烧灼钳和热结扎剪所造成的平均烫伤宽度没有显著性统计 学差异。仅在使用超声器械时观察到一个现象，即实际焊接部位远端大约8-12mm处的 肠系膜组织层膨隆。 我们现在展现所获得的有代表性的组织学结果。 图3和图4显示的是Starion直热式仪器焊接的直径2mm的猪胃网膜血管。焊接处色 暗，左侧上翘成鸟嘴状，血管壁融在一起。鸟嘴标志的实际焊接区范围0.4mm，焊接牢 固，组织完全融合呈现深色。围绕血管壁的组织空泡形态完整。 焊接部位左侧的血管壁 内的细胞形态和内容物保持完整。组织受热影响的区域结合焊接区的总范围小于1mm。 图6中我们看到的是用超声焊接的同类的肠系膜血管。测量到的焊接范围还是 0.4mm。看上去焊接牢固，右侧的标本尖部所示的组织已经融合。但是焊接点左侧的热 损伤已达到2mm，表现为血管壁周围的组织层空泡破裂。破裂区就是组织液汽化的地方。 止了血的焊接点以外的管腔内可见红细胞。 热能刀与电刀和超声器械造成热损伤的比较 电刀超声器械热能刀 试验A54-51-2 试验B0-12-31 试验C300 试验A：连续工作10秒，器械外侧接触周围组织。 试验B：连续工作10秒后停机，立即用发热头接触组织。 试验C：在距离组织1mm处连续工作5秒。 0：组织损伤最小 5：组织损伤最大 图示箭头所指为为超声器械导致的热损伤 爆裂压力的数据爆裂压力的数据 在所有的肠系膜血管和胃网膜血管的焊接中，无论是两种形式的热装置(烧灼止血 钳和热结扎剪)，还是超声装置(超声刀)进行的案例，都未发现原发或延迟(实验结束后) 的焊接失败。较小的肠系膜血管的所有案例，焊接点在超出压力监测器所记录的最大压 力(300mmHg)之外仍保持完整。同样，较大的胃网膜血管的焊接点在超出压力监测器所 记录的最大压力(300mmHg)之外也保持完整。 讨论讨论 4 腔镜手术中关于单电极手术器械的安全问题已经提出。临床危害起源于单极电流 寻找额外回路的倾向。单电极危害的机制包括绝缘材料破裂，电容耦和和不小心的直接 接触其它导电设备。 任何一种单电极设备基本上都是由一个电极把电流送入组织中，所以电流可以回流 到远端的接地板而形成完整回路。由于电极接触组织的面积很小，所以电极旁的电流密 度最大。电流一旦进入组织，就向外蔓延而降低电流密度。电流密度的降低应该限制单 极电流对临近区域的损伤，但是电流找到其它的通路回到接地板，就有可能发生意外事 故。 另一个安全方面的考虑是腹腔镜手术医生感觉需要一种技术可以使他们容易，快速 地，不使用止血夹或腹腔镜打结而闭合有意义的血管。特别是在研发腹腔镜尼森胃底折 叠术时。双电极和超声技术被用腹腔镜施行尼森胃底折叠术的先驱者认为是解决这个 问题的答案。 双极电手术器械用一个枝作为功能电极，另一枝作为接地板，电流更为局限，不能通 过病人全身徘徊。由于对组织止血在两个分枝中进行，所以双极电手术器械非常适于同 时施加压力和能量。一个双极的由微处理器控制的组织闭合机被证实在闭合非常大的 血管时非常成功。这个技术使用组织电阻的实时测量以决定使组织充分变性，闭合的最 佳闭合点。这项技术最适合组织的闭合，而不是为利用能量切割组织设计的。 超声能量被认作是单电极手术器械的优良替代。实验数据和广泛的临床印象都表明 超声技术和双电极技术对组织的间接损伤实际上比单电极技术要小。有功能电极和另 一个电极有一个面的超