A NEW THERMAL DEVICE FOR SEALING AND DIVIDING BLOO

Michael R. Treat 博士

NY，纽约，哥伦比亚大学，外科学系教授，临床外科副教授

腹腔镜手术中单极电外科设备的局限性和危险性是众所周知的。双极和超声仪器解决了这些问题，但是还没有达到特定应用的理想状态。一种新型设备被描述为产生消融和切割的效应，且附带热损伤非常小。这些设备使用直接热能源和同时存在的压力从而达到变性，粘合然后切割以蛋白质为基础的组织结构。由于根本的技术简单，所以这些新设备是非常物有所值的。该功能模式和组织效应被描述并与单双极电外科和超声设备相比较。

方法：在猪肠系膜血管模型，做了相关热损伤和血管血管破裂强度。

结果：这个新设备具有使用超过300毫米汞柱的集中式压力产生有效的组织封闭的能力，并且有小于1毫米的最小附带损伤。

结论：这种成本有效的直接热技术可能有效的替代现有的消融和切割形体，特别是在应用在最大限度地减少附带损害是重要的。

介绍

一种新型的手术设备已经发展为使用热能源和压力使血管和其它组织同时达到消融和切割。这个设备是由哥伦比亚大学外科学系（美国，NY，纽约）和在Starion Instruments Corporation（加利福尼亚州，萨拉托加）开发出来的。该设备给医生提供了一个替代现有技术（包括双极和超声）的消融和封闭设备。本文的目的是描述该新设备功能如何以及指出它与其它设备的不同，特别是超声波消融剪。

背景

血管消融包括能源应用使组织蛋白质变性，从而使这些蛋白质本质上变粘并形成凝固物或凝块。在分子水平上，发生的是应用能源改变组织蛋白质的三维结构，使得蛋白质链断开。该蛋白质链的断开暴露了氢键结合边组。在断开的状态下，新的氢键可以形成，不是在同一个蛋白质链上的组而是临近的链。其实，这些 断开的蛋白质链粘在一起并形成一个错综复杂的交织在一起的蛋白质链矩阵。这是一个物理化学过程，且不包括正常凝血机制的生物凝血级联反应。

为了密封血管，同时施加压力以便于变性的组织蛋白黏合在一起是有利的。这一过程被称为“组织焊接”[12]。能源的变化可用于生产最终需要的蛋白质变性的热量。这些能源可以是激光，射频电流（单极或双极），或超声波。这些能源可以被视为媒介，因为热能是最终的共同径路。

这个新热设备的开发者假定理想蛋白质变性的作用能通过直接热队组织加热以实现最大效率，而不是通过能源的过渡形式。热能源生产元件是一个通过低压直流电驱动的简单电阻加热丝。

该设备的作用部分（图1中的黑下颚）是由镍铬合金加热元件与热绝缘背面组成的。这个热绝缘层将镍铬合金丝加热效应与设备的其余部分隔离并且避免钳口下面变热。关闭设备的两个颚，将热元件压至设备上带硅胶“外套”的另一端颚上。

如图2所示，硅胶“外套”有助于建立一个梯度热量面。热量面由一个窄高温切割区和位于侧翼的每一边的低温消融区组成。

梯度热量面对设备功能是至关重要的并使得设备能同时实施切割和凝血。设备的双边和对称形状使得设备能将血管两端切割区的每一端都封闭。由于镍铬元件的热辐射，切割区的宽度比导线的物理直径要大一些。在这个区域，温度已经足以通过直接雾化的方法实现有效切割，且很少炭化。该温度已经经过测量，范围是300-400。在距离导线中心超过大约500微米处，温度就已降到100以下，这个温度是使蛋白质变性法溶解和封闭组织的最理想的温度范围。

硅胶“外套”还有其他功能，就是对切割血管两端产生很强的封闭很重要。这种功能是运用压力或卷曲法在低温消融区将血管壁结合在一起。这种压力效应与组织的热变性一起产生消融和封闭。

由设备产生的该效应作用在血管上用于将其完全切割同时在切割的血管两端形成消融（封闭）区。

图1.Starion设备的近观。较低的（黑色）颚是由绝热材料覆盖的。镍铬合金加热元件一直到镍铬合金加热元件。（白）上颚覆盖着硅“外套”。

图2. Starion设备钳口内产生的热剖面。切割区的最高温度足够完全气化并切割组织。在消融区，温度在60到100之间。

图3. 使用Starion腹腔镜设备做血管焊接封闭的2毫米猪胃网膜显微照片，焊接的颜色上翘卷曲区比左侧的要深。放大倍率为50倍。

图4.同一焊接的更高电力视图显示热损伤超过实际焊接是不存在的。放大倍率是150x。

图5. 使用Starion设备焊接猪肠系膜血管的0.67毫米显微照片。在实际焊接区（黑“嘴”）上的血管壁没有改变。150x

图6. 使用超声设备焊接封闭猪肠系膜血管的0.54毫米显微照片。血管壁周围和实际焊接之外的组织层的分离和破坏显示了其广泛的附带损害。150x

热损伤和迸裂压力的测量

材料与方法

使用的直接热设备是Cautery Forceps (CF)和5毫米的腹腔镜Thermal Ligating Shears (TLS), ），（美国，加利福尼亚，萨拉托加，Starion Instruments Corp）。Starion的两种直接热设备使用一个本质上相同的设备作用部分。超声设备使用的是Ultracision 5毫米 LCS（美国，俄亥俄州，辛辛那提，爱惜康内镜外科）。

实验工作是在非生存外科设置下通过在一个麻痹的40千克的猪进行剖腹手术完成的。这项工作是按照大学IACUC标准完成的。

在实验的第一部分，我们对热设备和超声消融剪产生的相关焊接做了附带损伤的总量和组织上的测量。使用的是测量直径大约1毫米的肠系膜血管。直接隔离肠系膜血管，然后使用直接热或超声设备进行封闭和切割。需要注意的是焊接是立即衰减还是之后在四个小时实验期间。可见附带损伤是通过放大镜和数显卡尺的方法测量的。封闭和切割血管的每一端都要进行测量。明显变白的组织被测定为热损伤（消融）。移除血管并提交以备组织学上的研究。

血管的组织学剖面是纵向的。在微观视图下做焊接完整性和焊接邻近热损伤数量的评估。

由于猪肠系膜血管丰富，我们能够用热设备(74 CF, 63 TLS)做137个焊接以及LCS设备做14个。LCS设备与Starion热设备一样是在完全激活模式下运行的。

在实验的第二部分，猪的个别猪肠系膜血管插入带一个非常好的计量注射针的导管并通过三通接线夹与动脉压力检测器和生压注射器连接。然后使用热能设备或超声设备封闭和切割血管。迸裂压力的测量是通过在观察压力监测仪的缓慢加压注射器时获得的。对于较小的肠系膜血管，使用热设备(8CF, 1 TLS)做了一共九个压力测试，两个是用LCS做的。这一程序是按照这种动物的胃网膜血管进行的。对于胃网膜血管，使用热能设备(3 TLS, 1 CF)测了4个，一个是通过LCS超声设备完成的。在这部分实验使用的血管数量受限于肠系膜血管，因为这些小血管插管的技术繁琐和肠系膜血管的相对有限长度。

结果

附带损害

就可见附带损害测量而言，Starion直热式和超声波设备都有明显不同的附带影响。

只有在超声设备里观察到离实际焊接大约8到12毫米的距离处有肠系膜组织层肿胀现象。

我们展示了组织学结果获得的典型实例。

在图3和4中，我们看到一个使用Starion热能设备焊接2毫米猪胃网膜血管的例子。该焊接是在左侧暗色上翘“嘴”型区域，这里的血管壁已经焊接或融合在一起。用“嘴”表示的实际焊接地区是大约0.4毫米的范围。焊接看起来很安全，如通过焊接构成的深着色组织的完全溶解外形的显示。组织周围血管壁的泡模式基本上完好无损。在血管壁的实际焊接左边，是细胞形态和细节完整保存。组织的热影响区从本质上是在焊接中的区域，并且总范围小于1毫米。

在图6中，我们看到了同样的肠系膜血管的超声波焊接。同样，这种焊接的测量范围约0.4毫米。这种焊接在外观上是安全的，像在右边的标本尖端的组织外观一样。然而，组织实际焊接左侧有接近2毫米的距离的热损伤。损伤的表现为血管壁周围组织层的空泡化模式破裂。这些破裂区域位于组织水分被气化的地方。超出焊接的腔中的红细胞出现凝结。

迸裂压力数据

在所有肠系膜和胃网膜的焊接完成中，在两种类型的热能设备（CF或TLS）或超声设备(LCS)没有发现初次或延迟（在整个实验持续时间中）的焊接失败。对于较小的肠系膜血管，不管在任何情况下使用两种设备，压力超过压力检测器能记录的最大值300毫米汞柱时，焊接依然完好。同时，对于较大的胃网膜血管，压力超过压力检测器能记录的最大值300毫米汞柱时，焊接也依然完好。

论述

对于腹腔镜手术，高频单极电刀方法和设备的安全性问题已经引起人们的注意[4]。这些临床危害来自于单极电流倾向于朝不必要的传导途径而去。单极危害的机制包括隔热分界，电容耦合以及无意接触到其他导电设备[14] [8]。

任何单极设备基本上都是一个传送电流到组织里的单一电极，从而使能源可以流回远端接地导板，以形成一个完整的电路。电流密度是电极附近的最大力量，因为电极只提供接触组织的一小部区域。一旦电流进入组织，它就会分散开从而降低电流密度。这种电流密度的降低会减少单极电流在电极附近区域造成的损伤。但是，有时电流会自己寻找到意想不到的途径回到接地导板。可能造成不可预料的损害。

除了安全问题，腹腔镜外科医生也认为需要有一种技术可以使他们简单，快速的封闭重大血管，而无需使用夹子或做腹腔镜打结。腹腔镜胃底折叠术的发展使这种需要更加明显。双极和超声波技术由开发者演示这个腹腔镜手术时被认为可以应对这种需要[10] [11] [13]。

双极高频电刀设备使用一个颚作为作用电极，另一个颚做接地导板。在双极设备中，电流更加受限，它是不允许偏离到患者的整个身体的。由于双极设备有两个颚并在颚之间消融组织，所以这些设备很适合同时应用压力和能源。一个双极微机控制组织封闭设备已被证明非常成功，特别是对于非常大的血管封闭而言。该技术采用组织电阻的实时测量，以确定组织好变性和封闭的最佳点。这种技术已经优化了组织封闭，并且不是为通过能源方式实施组织切割而设计的。

超声能也被认为是替代单极电刀的有利方法[5] [6] [1] [9]。使用超声和双极技术做的实验数据以及广泛临床展示确实比单极技术产生的附带伤害要少[2][3]。超声设备有一个作用颚和另一个有砧表面的颚用于组织的封闭和分离。组织分离被认为是通过压电元件的高频振动产生组织从空和。消融和封闭效果可能是通过快速振动和内部组织摩擦产生的热引起的。

本文描述的技术可以被认为是超声和微机控制双极设备的路线上的进一步发展。新热能技术在附带损伤和能源的辅助线方面是有优势的。新热能设备的电源是一个重大次序比超声设备电源费用较低。成本优势可能对增加世界范围内外科医生和医院使用这种类型的设备很重要。该设备产生很小的附带损伤可能使它在某些临床情况有优势。

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