第四章常规治疗设备-上海交通大学医学院精品课程.doc

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1、2022年-2023年建筑工程管理行业文档 齐鲁斌创作4 常规治疗设备 4.1 除颤器图4.1 除颤器心脏是推动全身血液循环的器官。由于心脏的有节律的搏动，推动了血液从静脉，经过心房和心室，流入动脉，维持血液循环。完成心脏泵血功能的必要条件是心肌纤维的同步收缩。当心肌因种种原因不能同步收缩而代之以蠕动样颤动时，心脏的泵血功能就完全丧失，心房肌肉的颤动称为房颤，心室肌肉的颤动为室颤。房颤时，心室的功能仍然正常，受到房颤的影响，心室的收缩频率增加而心律不规则。由于大部分血液是在心房收缩以前就被抽入到心室内，所以血液循环仍能继续，然而心室做功的效率大大降低，容易导致心肌衰竭。室颤发生后心室不能泵血，

2、血液循环停止，如不立即采取措施，病人在几分钟内就会死亡。而且室颤一旦发生，就不易自动消失。通常使用的除颤方法是电击除颤。电击除颤是利用足够大的电流流过心脏来刺激心肌，使所有的心肌细胞同时去极化，然后同时进入不应期，从而促使颤动的心肌恢复同步收缩状态，使心肌恢复正常。只有一定幅度和一定的持续时间的电流才能起到除颤作用。电击除颤由除颤器完成，它产生足够大的电能量，通过除颤电极引入到病人的心脏，从而达到除颤目的。最初的除颤器1956可产生出60Hz的交流电流流过心脏，电流可大到15A，持续150ms。用这样的交流电流去电击心脏，使心脏重新同步，如不能恢复，则再次重复让这样的交流脉冲流过心脏，直到恢复

3、心跳为止。交流除颤器可以消除室颤，但无法消除房颤。此外，在它的最大输出时，除颤器变压器的输入端电流会高达90A，这会干扰连在同一电源线上的其它仪器的工作。交流除颤器现在已不再使用。1962年末，Bernard Lown发明了直流除颤器并成功地用于临床，而且这种直流除颤方法一直沿用到现在。这种方法是先用直流电流对电容充电，达到较高的电压后再通过电极在病人的胸部快速放电，直流除颤器不仅能比交流除颤器更有效地去除室颤，而且也能用于消除房颤和其它类型的心律失常。对病人来说，其危害也比较小。直流除颤器自七十年代开始己在医院广泛普及。图4.2基本除颤器电路原理除颤器是手术室和急救科的必备设备。现代直流除颤

4、器可分为常规的和自动的，自动除颤器又可分为体外的和植入体内的。4.1.1 除颤器电路原理直流除颤器的典型电路如图4.2所示。图中T为升压变压器，W为能量表，H为调压电位器，调节滑动臂的位置可改变电容器C的充电电压V，即改变电容器上充电的能量E。当开关K2在位置1时，电源通过变压器和二极管D对电容器充电，电容器上储存的能量为E=CV2/2 。在大电流的情况下，人体的阻抗R可以认为是50，所以当开关K2置于位置2时，组成了一个RLC二阶放电回路，电流通过手柄上的电极P1和P2向病人放电。根据H上滑动臂的位置，电容放电的能量可以是100至400WS(J)，放电的有效部分在5-10毫秒左右，放电的能量

5、为： （4.1）电感器的主要作用是为了防止在放电的起始阶段释放的电流过大或电压过高，从而降低峰值电压，但是尽管如此，直流除颤器在放电时的电压峰值仍可达到3kV以上。电路中R的作用是机内放电，在实际除颤器中是必不可少的，因为有时对电容充电后可能不需要对病人放电，这时需要在机器内部将储存在电容器中的高压电能放掉以避免危险。由于RR，所以在对病人放电时R不会产生影响。图4.3 除颤器的输出波形一般认为，对于单相除颤波形，大于400J的能量会造成心肌损伤，但实际上造成心肌损伤的是过高的电压或电流峰值，所以现代除颤器的设计者着力在保持足够能量的情况下，尽可能的降低峰值电压（电流）。根据不同的设计，除颤器

6、的输出波形可以有多种。图4.3中的曲线1是没有电感器的电容电阻放电波形，初始电压等于电容的充电电压，非常高；曲线2所示是经典的单峰波形输出（放电电路如图4.2所示），由于电感器的作用，输出电压峰值大大降低，根据元件参数不同输出波形可以是单相的或双相的。曲线3所示的是双峰波形，此放电电路中电感器有中心抽头，并有二个电容器，形成二套相互感应的L-C网络，起到了延迟作用，从波形上可以看出，放电主峰的时间延长了，但大大降低了峰值电压。而释放的能量与放电波形所包围的面积成正比，即释放相同的能量，双峰比单峰除颤器的除颤峰值电压要降低许多，但持续时间较长。根据同样理由，梯形波（方波，见图中的曲线4）在同样的

7、能量释放时，它的峰值电压可以更低。用时间控制电路控制可控硅的通断，可以通过改变放电的持续时间来改变释放能量的大小，而放电波形的高度基本不变。需要注意的是，由于释放能量的大小是可以通过放电波形的截断时间来改变的，同样能量不同机型的电压峰值可以是不同的。曲线4 的波形也称为单向指数截断波（MTE）。曲线5所示的是双向方波（双向指数截断波，BTE），最初用于心内除颤，现也常见于体外除颤，由于电容器、电池、高压开关可以微型化，使得整体体积大为缩小，而且在实践中发现，在除颤成功率相同的情况下，所需的能量水平明显低于单相波形。除颤放电的剂量是以能量来计量的，由于个体对电流的灵敏度不同，对于单相波的能量释放

8、方案是第一次200J，第二次200-300J，第三次360J或最大值。而对于双相波常采用150-150-150J三次相同的能量，尽管某些病人仍需要200J的能量进行除颤。对于儿童，则是根据体重来决定剂量，如单相波的儿科剂量指南是2-4J/kg。4.1.2 除颤电极除颤器电极通常是一个带有手柄的金属圆盘，其大小和形状根据除颤方式的不同而有所不同。除颤方式可分为体外除颤和体内除颤，体外除颤的方式又可分为胸一胸除颤和胸背除颤。胸一胸除颤是一种比较常用的方式（图4.4（a），其二个电极都置于胸前部，胸一背除颤时，一个电极放在前胸，另一个垫在背上的电极是扁平的、直径稍大（图4.4（b）。用于体内除颤的电

9、极的直径比较小，电极手柄比较长，便于在手术中将除颤电极直接放在心肌上（图4.4（c）。(a)(b)(c)图4.4 除颤电极(a)成人胸部除颤电极和小儿电极 (b) 胸-背电极 (c)体内除颤电极电极和皮肤要接触良好，由于除颤器释放的是大电流，根据焦耳定律可知产生的能量为I2R，只有减少电极和皮肤接触面的阻抗，才能减少能量作用于皮肤而使皮肤烧伤。另外，当接触不好而导致阻抗增加时，能量的消耗增加而实际作用于心肌的能量减少，会因心肌得到的能量不够而造成除颤失败。为了保证电极和皮肤的接触良好，通常要求电极的表面积要足够大，一般直径在7.5cm以上，通常使用直径8cm的电极。一般除颤器都配有成人用的电极

10、和儿童用的小直径的电极，也有些公司采用装卸式的儿童成人二用电极。一个成人电极套在儿童电极之外，根据临床需要选用（图4.4（a）。如把成人电极用于儿童，则由于电极较大，使用时电极靠得太近，易造成电击，降低能量并烧伤皮肤。如把儿童电极用于成人，则成人所用的能量大而使电流密度过大，烧伤皮肤。使用导电膏降低阻抗(如用于ECG记录的导电膏)时，要注意不要涂得太多而产生电极之间的旁路，使心肌得到的实际能量减少。在除颤时，电极上要加上足够的压力(约25斤)使皮肤扁平，接触良好。有些除颤器电极内安装有压力感受器及开关，只有加上足够的压力以后，开关才接通。除颤时，要做好皮肤清洁工件，涂上导电膏，并加上适当压力，

11、使阻抗达到50左右，从而达到最佳的除颤效果。有些除颤器还提供两电极之间的阻抗值，以供参考。图4.5 除颤按钮安全电路由于电极要通过高电压、大电流，因此它的安全性非常重要。对病人来讲，良好的接触和有效的除颤为病人提供了安全，但也不希望出现在对病人除颤时，使医生也受到了电击。电极的手柄和电缆线应核绝缘良好，此外在手柄上要有护圈，以防操作人员不小心使手与电极板相接触，或导电膏被涂到手柄上。除颤触发按钮应仅安装在电极手柄上，仪器的其它部位没有另外的除颤触发按钮，这样既可方便医生操作，又可防止在操作医生不知道的情况下，由其它人员不小心而启动放电。现代除颤器的两个电极上都装有除颤按钮，并且是串联的（图4.

12、5），只有当两个按钮（S1、S2）同时按下时，高压继电器的回路才导通，才能使K接通而放电。现在有些除颤器的电极上还有充电按钮，使得操作起来更为方便。除颤器的电极除了用作传导除颤能量外，由于在除颤时安放在胸壁上，所以也能用来提取心电信号，以便对心电作监护。4.1.3 同步除颤直流除颤器除了能消除室颤外，还能纠正房颤、心动过速等心律失常，这种用法又称电击复律。图4.6同步除颤时电击发生的时相这类病人的心室还是能收缩的，在心电图中可以看到QRS波和T波。如果在电极复率时除颤电击恰好落在T波的中部，由于此时正值心脏的易损期，外加的刺激很容易引起室颤。因此，对于这类病人的复律应避免电击发生在T波的中部，

13、最佳的放电时间是在R波的下降期或下降期的中部（图4.6中箭头所指），这时整个心室肌纤维正处于绝对不应期，有利于心律的恢复、又可以避免电击不落在T波段。要做到这一点，就必须要使电击放电与QRS波同步。图4.7 同步除颤的原理框图同步除颤时必须从病人身上取得心电信号，经检测出R波以后，再经过30ms延迟，然后才触发放电，由于正常人室壁激动时间小于30ms，所以这时除颤脉冲大约是在R波的下降期中部。具有同步除颤功能的除颤器在电路上至少可以分成三大部分（图4.7）：除颤器充放电电路、心电放大与显示电路和R波检测、延迟电路。心电信号可以来自心电图电极或除颤电极，由心电放大器中的导联选择器选择，心电波形可

14、以在示波屏上显示。心电信号经滤波，检测出R波及整形后再经30ms延迟后产生一个信号电平。如此时操作人员已经按下放电按钮，则就可以通过触发电路使除颤器放电，同时，通过开关切断与心电放大器的连线，以防大电流进入心电放大器而使之受到损坏。在除颤脉冲过后，开关自动接通以显示心电波形。有些除颤器的记录器还能自己自动记录一段心电图，有些还能显示出每分心率。如果要选择非同步除颤时，则可以通过外部按钮选择。因为室颤比房颤更危险，为病人的安全起见，一般要求除颤器在刚接通电源时，自动置非同步状态，以便抢救时使用。4.1.4 自动除颤自动除颤器可分为自动体外除颤器和植入式除颤器。自动体外除颤器(Automated

15、External Defibrillator,AED)具有心律分析能力，可分为全自动和半自动两类。全自动型只需操作者把除颤电极置于病人身上，并启动仪器，通过对经除颤电极得到心电信号作心律分析，决定是否需要施行除颤，一旦确定，仪器就自动充电与放电，并自动设置除颤能量和决定是否需要重复除颤。半自动型能分析病人的心电图，在必要除颤时提示操作者，然后由操作者实施除颤放电。这类除颤器主要是供那些未经完整的高级心脏救援训练的初级救护人员使用。通常是在到达医院前对心脏病人的突发事件抢救中使用。这类仪器的除颤电极常采用有吸力的电极，操作者不必手持电极，可避免在电击时与病人接触，由于不允许操作者施加压力，必须仔

16、细使用以确保与病人皮肤接触良好。对于非常严重的，经常室速或室颤发作甚至从死亡线上救回的而且无法用药物控制的病人，为了防止忽然发作死亡，可使用自动植入式心律转复/除颤器（AICD）。有报道认为该设备可以使这种高危病人的猝死率减低2%，这种仪器能检测室速或室颤，并能自动连续释放25至30焦耳的电脉冲。AICD由脉冲发生器和二对电极组成，脉冲发生器内包含有锂电池和电子元件，大约能进行三年的检测和大约100次放电，其重290克，可以植入在病人的腹部皮下。AICD有二对电极，其中一对电极既用于心脏转复除颤也用于探测心电波密度。阳极通常是弹簧形的管形电极，一半安放在上腔静脉右心房结上面，一半安放在下面，阴

17、极是软性的导线织成的正方形片状电极，安放在左心室的心尖部。而有些装置则是用第二个软性片状电极安放在右心房或右心室，以代替弹簧形的电极。另外一对电极用于检测心率及用于保证放电与R波同步，这个电极可以是一根双电极的心内导管，象起搏器电极一样。也可用二个电极相隔一厘米固定在左心室之心外膜上。电极通过导联线经皮下与埋藏在腹壁的脉冲发生器相连。该装置能自动分析所获得的心电波形。并决定是否需要进行除颤，除颤脉冲可连续释放达10次之多。4.1.5 除颤器的测试除颤器的测试包括功能测试和电安全测试。4.1.5.1 功能测试由于除颤器是抢救用的医疗仪器，必须时刻处在完好的状态，以备随时使用，应对除颤器作周期性检

18、查，通常建议每月检查一次。除颤器是根据人体的阻抗为50进行设计的，测试时也必须在二个电极之间加上50的负载，只有这样，测试结果才会准确。尽管除颤器能显示出电路所储存的能量，或能选择一定的能量，但实际通过电极板释放出来的能量并不一定与此相等，其能量有可能消耗在电极的导线内，而使病人不能得到所需要的能量。对于任何一台除颤器，即使是新开箱的，都必须对实际从电极板上释放出的能量进行测量。通常分别设置除颤器的能量为10、20、50、100、200、360J及最大功率并依次测出实际输出功率，列成一张对照表，此表可以粘贴在除颤器外壳上，每次测试都可以得到这样一张表，这样既可以使医生比较精确地知道每次除颤所给

19、予病人的实际能量，又可以与前一次测试作比较以判断该除颤器工作是否正常。除颤器的放电波形也是一个常用的测试项目，看其是否与厂商说明书中提供的标准波形相符合，但作此项测试时要利用存储示波器或用同步照相机技术。通过波形测量可以了解除颤器的峰值电压（电流）和放电时间，判断相关元器件是否正常。这些参数对于除残棋的安全使用也是至关重要的。对于有同步功能的除颤器，还必须测试其同步触发是否正常，延迟时间是否正确。以上测试项目，可以用专门的除颤器测试仪进行测试，也可以用下列器材组成测试系统，即一个50无感型线绕电阻，一个1000:1的分压器，一台存储示波器，一台心电信号模拟器或信号发生器，一台电子计时器来进行测

20、试，输出能量可以用公式进行计算： （4.2）其它功能测试还包括：关机后能否自动通过内部电路进行放电。有同步功能的除颤器，关机后能否自动从同步回复到非同步除颤状态。有些除颤器带有心电放大显示电路及起搏器，则还要分别测试心电放大与显示功能和起搏器的功能。便携式除颤器还要测充电时间，以判断电池是否工作正常，充电时间应越短越好，一般在10-15所之间。便携式除颤器要经常插上电源，保持电池充电充足，以应付紧急需要。对镍镉电池还要经常作充放电，以延长寿命。能量测量和电池检查一般每月一次。4.1.5.2 电安全检查除了测量仪器接地电阻、机架漏电流外，还应检查电极手柄上的防护圈是否完好无损，电极与大地也应绝缘

21、良好，使放电电流不会经大地而旁路。4.2 电外科器械电外科器械(Electro-surgical Unit, ESU)，又称高频电刀或电刀，是一种利用高频电流生物组织效应的医疗仪器，用电刀来完成组织切开可以大大减少组织出血，对出血点也可实现快速有效的电流止血电凝。经过几十年的临床发展应用，电外科器械已经成为手术室的常规必备设备，现在已很难想象外科手术在没有电外科器械的情况下将如何开展。近年来伴随着外科技术的不断发展，尤其是微创外科技术蓬勃发展，电外科产品的应用领域得到了全面的拓展，为微创技术的普及做出了巨大的贡献。电外科器械利用电流通过人体所产生的热效应，从而实现以电凝和电切为基础的手术应用。

22、直流电通过人体在产生热效应的同时，会导致组织内离子发生异常移动，造成组织功能紊乱。低频交流电（频率小于20kHz）通过人体组织在产生热效应的同时，会对神经和肌肉造成刺激，造成肌肉的抽搐，当电流频率在10-100Hz范围内时，此刺激现象最甚。Thompson和dArson Vol在实验中证实了高频电流经人体会产生热量，但不会引起电击和肌肉剌激。高频电刀的工作基准频率在300kHz以上，如此高的频率可以确保电流通过人体只产生所需利用的热效应，从而保证手术的安全性。用间歇放电产生的高频电流，最初用于长距离通讯。1901年，芬兰人Macarni第一次收到越洋的无线电信号。也就在这时，电外科器械开始了第

23、一步。在二十世纪最初的十年，火花放电电流己用来治疗损伤。二十世纪20年代世界上第一台真正意义上的电外科产品被应用到临床，从而开创了电刀应用的纪元。早期的电刀还停留在对电火花放电利用的初级阶段，到1952年左右，逐步形成了今天所为大家熟悉的电外科技术，即高频正弦波电流流经人体产生的切割、凝固和烧灼作用。现今电外科器械已广泛应用于外科手术的各个领域，从最基本的手术无血切口，内脏组织块切除、切口止血，到肿瘤消融、大血管电结扎等最新应用；从普通外科、心胸外科，到妇科、泌尿外科、耳鼻喉科、骨科、神经外科等各科室；从普通外科手术，到微创外科手术甚至内科治疗领域。医院的许多部门：手术室、急诊室、门诊室、内镜

24、室都能见到高频电刀的身影。图4.8 现代电外科产品常用的电外科器械就象手术刀一样进行切割，常被称为“电刀”。由于是使用高频电流来实现其功能，又常被称为“高频电刀”。高频电刀根据不同的手术需要预先设定了多种电流波形参数，以实现不同的应用功能模式。在每个模式下还可通过提供效果调节对输出作进一步细调。输出功率的设定是电刀的基本参数设定，电刀的最大功率一般不超过400瓦，常见的手术室用电刀最大功率在300瓦左右。现在，除常规的高频电刀外，电外科领域还有氩气刀和射频消融仪等新开发的技术应用。具有类似切割止血功能的还有超声刀等新兴手术设备。4.2.1 电刀切割止血的机制电外科器械的作用基础是高频电流通过组

25、织而产生的热作用。这种热作用有选择性地由电外科器械的作用电极传导到需破坏的生物组织表面。医生利用这种组织破坏作用来实现切割和凝血。这种热作用受生物组织阻抗、电流密度和作用时间的影响。与作用电极相接触的人体组织相应点上电流密度很高，在局部区域上能产生足够热量，从而控制性地破坏组织。切割（Cutting）又称为电切，由于电外科器械作用电极的边缘尤如手术刀口，表面积较小，接触组织时，电流以极高的密度流向组织。组织呈电阻性，在电极边缘有限范围内的组织的温度迅速而强烈地上升，微观上细胞内的液体温度迅速超过100摄氏度，水分爆炸性地蒸发从而破坏细胞膜，积聚的大量细胞被破坏，宏观上组织被快速地切开。配合各种

26、特殊设计的作用电极（刀头），电刀能用来切割各种类型的组织。相对于传统的手术刀，电刀电切的优势在于：切割进行的同时具有连续的凝固（止血）作用；不需医生施加过多的机械力。图4.9切割（左）和凝固（右）的原理示意图凝固（Coagulation）又称为电凝，当电流作用于组织而使组织温度较慢速（相对于电切）而有效地升高至100摄氏度左右时，细胞内外的液体逐步蒸发，从而使组织收缩并凝固。在切割过程中被切断的小血管口，在电流的热作用下血管壁凝固收缩封闭，从而达到止血的效果。电刀快速有效的电凝作用，很大程度上取代了复杂的血管结扎，可以大大节省手术时间，简化手术操作。电刀有效的凝血可以减少价格相对较高的凝血胶的

27、使用，有效地降低手术成本。利用电凝使细胞凝固、蛋白质变性和组织失活的效果，可对增生的肿瘤组织实行电凝，达到治疗破坏的目的。根据作用机制，凝固又可分为烧灼(Fulguration)和干燥(Desiccation)。烧灼是作用电极在不接触组织的情况下以作用周期较短（6-10%）的电流产生电火花来烧灼组织，由于作用周期短，可以使升温不致太快。干燥是作用电极以较大的接触面积直接接触组织，由于电流密度小，仅使细胞脱水而非破裂或气化。高频电流所产生的切割和凝固作用，两者是密不可分的。对高频电流波形的改变可以增加电流的切割作用从而减少凝固作用，相反地也可增加凝固作用而减少切割作用。电刀的工作模式（不同的切割

28、或电凝功能，常见的划分有：纯切、混切、强力电凝、喷射电凝等）划分就是通过电流波形的改变人为地划分出电切或者电凝功能模式，在电刀上电切模式设定区域用黄色勾画，蓝色代表着电凝设置区域。4.2.2 电极与工作方式电外科器械是一个高频能量发生器，通过高频电流将能量传导至靶组织，常规电刀构成这一电流回路的方式通常采用双端方式，有两种：单极和双极。在高频情况下，单端也可以构成回路。4.2.2.1 单极单极技术在电外科应用领域最为常见，单极技术电流回路由发生器、作用电极、人体和负极板构成。发生器输出电流，通过作用电极将电流传导至人体靶组织，电流再通过负极板流回发生器。作用电极因手术的不同而选用不同形状的刀头

29、、切割针、切割环等。电极的作用面积相当小，从而使流过组织的电流密度很高，产生足够的热量，实际应用中通过调节输出功率、电流波形及电极和组织的接触程度来达到预期的效果。负极板（又称中性电极、扩散电极或病人板）的作用仅是提供发生器输出电流的回路，负极板上的电流强度与作用电极上的是一致的，因此负极板的面积需做得较大，以降低电流密度，从而避免出现热损伤。负极板从材质来分有金属平板和软性电极两种，软性负极板能保证负极板与病人的接触更为良好，不容易引起接触皮肤的过热烧灼。常见的软性负极板又有两种，可重复使用的硅胶负极板和一次性使用粘附型负极板。为了确保负极板使用的安全性，软性一次性负极板已取得了主导地位。一

30、般电刀都提供了对负极板贴敷的安全监测电路，以确保手术安全。分片式负极板把负极板的接触面分成独立的两块，通过仪器可以分别检测各自是否接触良好，从而可以保证负极板有足够的接触面积，这使电刀对负极板的监测能力大大提高。4.2.2.2 双极双极技术顾名思义，电极集作用电极和负极于一体，电流由电极的一端流向靶组织，再由另一端流回发生器。在某些组织结构较为复杂的手术中，如脑外科手术，为了提高手术的安全性，减少电流在人体中流经的距离，必须选择使用双极技术。双极电凝镊子是最常见的双极电极，镊子的两端均具有电凝的作用。此外微创外科手术中常见的腹腔镜器械很多也采用了双极技术，如双极电凝钳、穿刺电凝针等。双极技术最

31、用的是双极电凝功能，而双极电切功能只有部分较高级的电刀才能提供，并需配合使用特殊设计的双极切割针等双极切割器械。单极技术的应用比双极技术更为广泛，单极电极更为灵活多样，操作更为简单方便。而双极技术更加安全和精细，在神经外科和其他微创手术中较为常见。 (a) (b) (c)图4.10 几种电极的工作原理 (a)单极切割针 (b)双极电凝镊子 (c)双极切割针4.2.2.3 射频单端在电流频率足够高的情况下，病人与周围空间和大地间因电容效应呈低阻抗，不用负极电极和电缆，而只用单个作用电极即可实现电外科作业，该技术被称为单端射频技术。由于没有专用的电气回路，如果病人无意中与接地物体有导电性接触，那么

32、这个触点就可能成为意外的电流通路，如果接触病人身体的面积很小就可能引起高密度电流烧伤。另外，病人与地之间的藕合电容是个变量，它随病人在房间中的位置、大小和其他因素而变化，可能会导致电外科器械功能不良。所以这种工作方式是电刀在实际使用中必须尽力避免的。4.2.2.4 输出回路的安全考虑由于电刀要将高频电流引入人体，有两方面的电安全问题要考虑，即低频电击和高频灼伤的防护。图4.11所示的是高频电刀在不同工作方式的电流回路，从安全的角度考虑，显然应该选用有固定电流回路的双端单极和双端双极的工作方式，但是必须防止在发生故障或误操作的情况下变成了单端输出，因此电刀必须对负极板的连接状况进行监测，一旦发现

33、接触不良，即刻停止工作，并发出报警。所以，如果没有接好负极板电刀是不能工作的。图4.11 高频电刀不同工作方式的电流回路a单极 b双极 c 射频单端选择合适的输出回路接地设计，也有助于防止这类危险。输出回路的接地方式主要有三种，即直接接地、参考接地和浮地(隔离)三种方式。直接接地的缺点是由于扩散电极（负极板）直接接地而致使病人直接接地，如果病人与其它电气装置相连，这个装置也有可能成为另一个接地通路，高频电流会经过这个电气装置而形成回路，造成意外伤害，而且这个接地通路也会成为低频市电电流的附加通路。所谓参考接地，是指输出回路通过电容接地。对于高频电流，这种类型与直接接地没有本质的不同，但可以限制

34、50-60Hz市电电流以提高电安全性能。第三种输出方式是采用隔离输出回路，即输出回路不接地（浮地），可以较好地解决上述问题。目前绝大部分电刀采用浮地方式，同时某些高端电刀还能提供对高频漏电的检测报警。另外在作用电极的电缆中串联一个电容，它能通过高频电流，但阻止低频电流通过，而低频电流可导致电击和神经、肌肉的电刺激。4.2.3 输出波形和发生器电外科器械产生所需的电流波形由发生器产生，经放大、控制并传输给病人而起到治疗效果。电刀所能产生的不同切割和凝血效应是由不同的高频电流波形所产生的。波形的基本调节包括电压的调节和调制波占空比的调节。通过这两项参数的变化组合，实现了电刀上的不同工作模式。决定电

35、外科器械的临床效果的因数有电极的几何形状、高频电流的幅度、波形形状和作用时间。实现切割的一个必要因素是电火花的产生，当带有大于200V电压的电极与组织之间的距离足够小时，火花即可产生。换句话说，当电刀电压输出低于200V时，不足以产生电火花，将不具备任何切割作用。当电压从200V不断增加时，电火花的密度也随之增加，从而切割过程中组织被凝固的程度也越深。但当电压过大时，组织凝固将会过度，造成不必要的组织炭化和坏疽，同时造成电极和组织之间严重粘连。切割电流波形往往是没有调制或很少调制的正弦波，这种模式称为纯切模式。在实际应用中，为了能减少在切割中组织的出血，采用电压相对较高，且经过一定调制的波形，

36、这样的模式常被称作混切（切、凝相混合）。真空管和晶体管电路技术都同样能产生连续波，连续波的频率范围大约是250kHz4MHz。常见的凝固电流是经过调制的正弦波，且峰值电压较高。这种调制的正弦波可以通过电子技术而获得。晶体振荡器产生的高频信号经功率控制及激励器、功率放大器放大，送至输出电路。而当处于凝血模式时，高频信号在激励器中受脉冲电路产生的信号的控制，成为间歇振荡波（图4.12（b），再送到后级功率放大器。脉冲发生器产生的频率为脉冲信号，占空比的改变可通过凝固调制电路实现。通过占空比和电压的调节，常见的电凝模式有快速有效的点状电凝、通过高压电离空气放电的面状电凝。也有特殊的电凝方式：通过峰值

37、电压低于200v的非调制正弦波，实现一种没有火花，几乎无组织炭化和组织粘连的电凝，由于电压低组织炭化少，电流能源源不断地传导至较深部组织，可实现相对较深的电凝。这种电凝的速度相对较慢，双极电凝往往采用这种波形。在切割模式时，随着占空比的逐步减少而凝血效果逐渐明显，同时切割效果逐渐变差。在凝血模式时，占空比不超过30%。峰值因数（Crest factor）是指峰值电压与平均电压之比，被广泛认为是决定切割和凝固的一个重要的因素，但它不是唯一的决定因素。利用火花隙放电产生凝血波形已有很长的历史，典型的阻尼振荡频率是500kHz，波形谐波成分丰富，而且峰值因素特别高。火花隙式电刀的优点是止血效果非常好

38、，其缺点是体积庞大，而且火花隙间隙的调整比较困难。 (a) (b)图4.12 电刀输出电压波形(a)用于纯切割的连续正弦波，(b)有止血作用的间歇振荡波4.2.4 电外科的拓展技术经过多年与临床紧密的联合发展，电外科产品的技术不断改进，以方便使用者的操作、改善输出效果、减少并发症，同时配合临床开发出了许多新的适应症。4.2.4.1 电刀输出控制技术 常规电刀的使用质量受三个因素影响：组织类型、电极形状和大小以及操作医生的切割深度和移动速度。电刀的电压输出受这三个因素的影响而剧烈波动，造成输出效果的不稳定。一些高端电刀采用了实时监测反馈技术，对电刀输出的电流、电压、火花密度等参数高速采样反馈，迅

39、速计算出一个合理的输出参数并加以对下一步输出智能调节，以确保组织效果稳定、安全且有效。常见的调节技术有电压自动调节技术和火花调节技术，确保在外界使用环境不断变化的情况下，电刀始终以有效且尽可能损伤小的效果输出，同时使高阻抗的水下或富脂肪区的切割也能顺利进行，即限制与补偿并行，这样电刀的输出可最大程度上不受上述三种因素的影响。如在初始切割阶段，由于电极与组织接触面积较大，为减少切割延时，额外的给出一个瞬间功率补偿，使得切割顺利进行，以避免由于电极在该切点过多地停顿而导致电流过多传导，造成过度 热损伤。4.2.4.2 氩气技术（APC）图4.13 氩气刀原理示意图（上） 氩等离子束（下）氩气刀是电

40、外科应用的一个重要拓展。传统电刀使用金属电极来传导高频电，而氩气刀利用氩等离子传导高频电产生止血或组织凝固作用。利用电刀所提供的高压电来电离氩气，使氩气这种常态下无色、无味的惰性气体电离形成能导电的蓝色氩等离子束。氩气刀由高频电发生器（电刀），氩气流量控制器和氩气电极（喷头）构成，高频电发生器提供电离所需的高压电，峰值电压可大于10000v。氩气流量控制器负责控制和调节氩气流量以适应不同氩气电极和不同手术的要求。氩气刀是一种特殊的单极技术，通过氩等离子束来传导高频电有传统电刀所不具备的特殊优势。在对出血点喷射凝固完成后，被凝固组织的阻抗相对于周围出血组织的阻抗要高，根据电流的特性，流动性的氩等

41、离子会自动流向那些低阻抗区域（出血点），这样凝固的面积就得到了扩大。同时电流不集中于一点传导，所以对组织的热损伤深度也得到了有效控制。氩气刀最初是被应用于普通外科手术的创面止血，氩气电极与组织非接触，可以快速移动，特别适合于手术中大面积渗血的止血。在90年代中期，氩气刀被引用到了内镜治疗领域，充分展现了这项技术无可比拟的优势。在消化道或呼吸道的出血治疗中（在内窥镜下使用特殊设计的氩气软喷管），氩气刀对组织损伤深度的有效控制意义重大，较浅表的治疗深度可以有效防止肠壁或气管壁的穿孔，大大提高了治疗的安全性。对于消化道或呼吸道肿瘤增生组织，同样可以通过氩气刀的凝固灭活来达到治疗的目的。在该领域氩气刀

42、逐步取代了激光消融的地位，氩气刀相对于激光更经济高效，使用更简单更安全。4.2.4.3 大血管的电结扎技术 (a) (b)图4.14电结扎的原理示意图电刀的常规凝血模式往往只能用来处理一些小血管的破裂，手术中对于大血管的处理只能采用传统的线结扎或使用较昂贵的钛夹。近年来少数厂家开发出了通过电流来闭合结扎大血管的新功能。它的工作原理是:用特殊设计的双极凝血钳夹合大血管，辅以特殊控制的低电压、高电流的脉冲波形，通过十几秒甚至几秒钟的电流传导，血管壁或组织形成一层白色透明凝固带，即实现了对最大7毫米直径血管的闭合（电结扎），被这样特殊凝固的血管壁能耐受46倍的平均动脉压的冲击。在电结扎的过程中，通过

43、对血管壁阻抗变化的监测，在闭合完成后电刀可自动切断输出，避免血管壁的过渡电凝。电结扎技术的应用，可简化手术步骤，节约游离大血管的时间，减少缝线的等外部材料的使用，尤其对腹腔镜手术大血管的处理和组织止血意义重大。4.2.4.4 双极盐水下电切技术（双极等离子）高频电刀的应用中有两个常见而又较特殊的适应症：前列腺电切/气化（TURP/TUVP）和宫腔镜下子宫内膜切除术（TCR）。运用特殊设计的高能切割模式，配合切割环在镜下糖水冲洗溶液中对增生的前列腺组织或子宫内膜进行切除或气化，该工作环境要求电刀在水下高阻抗状态中能量输出维持在高水平，衰减最下化。切割环在切开组织的同时，可能会暴露相当的出血点（血

44、管口），糖水溶液作为镜下的手术视野清洗液可能会渗入血液，造成并不常见的低钠血症这一并发症。为解决这一问题，近年来研究使用等渗的生理盐水作为冲洗液，由于盐水具有导电能力，这样单极技术不再适合，双极盐水下电切技术应运而生。配合特殊设计的双极电切环，以盐水作为切割溶液环境，当切割环无限接近待切割组织时，高能电流在切割环和盐水溶液间产热，环周围溶液迅速达到沸点后围绕电切环形成气泡，气泡所形成的高阻抗促使切割环开始对组织放电形成电弧，从而实现切割作用。利用盐水的导电能力，电流在切割环和组织之间的较小距离内形成回路。由于该切割方式有明显的环型电弧层产生（等离子层）故有人又称其为等离子切割。4.2.4.5

45、设计技术随着工业设计水平的进步，电刀的制作工艺也得到了提高。高性能的处理器、传感器得到了越来越多的应用，液晶显示屏、触摸操作设计、操作系统的优化使得电刀的使用越来越友好。电刀功能的模块化设计理念，使功能组合更为灵活，随着电外科临床应用的不断发展，越来越多的针对新适应症而优化的波形将推向市场，而这样的新波形输出方式，已经可以通过电刀的数据通讯接口把控制波形的算法升级到现有的产品之上。电刀的遥控功能使得主刀医生可自行控制调节电刀输出模式，而无须第三者的帮助。越来越多的电刀可实现器械自动识别功能，自动调出针对特殊器械的合适参数设置值，早期的器械自动识别还停留在对不同电阻的识别水平上，现在一些器械开始

46、植入EPROM来存储特殊的设置值，这样就可以开发出保存个体医生使用习惯的器械来。电刀的数字通讯接口使得远程维修诊断成为可能，并可融入最新的手术室一体化控制系统。电刀作为一种成熟的医疗仪器，伴随着医疗技术的不断进步，不断推出新的手术功能和理念，为手术水平的提高做出了巨大的贡献。4.3 呼吸机4.3.1 概述人自然呼吸的过程是在吸气时收缩吸气肌，胸腔负压增大，肺泡内压下降低于大气压水平，将体外环境中的气体吸入肺内；在呼气时则是通过胸廓的弹性回缩，将吸气时所贮存的势能释放，而将气体呼出。由于在吸气时肺内是负压，这种呼吸运动称为负压呼吸。气体交换在肺泡中进行，为了保证气体交换，必须保证有足够的气泡能够

47、在呼吸中张开，实现有效的气体交换。在呼吸中有一部分气体只是在呼吸道中经过，并不进入肺泡进行气体交换。呼吸机的基本工作原理是利用机械动力建立肺泡和外环境之间的压力差，使肺泡充气和排气。因此呼吸机实际上是一种通气机（Ventilator）。目前临床上常用的呼吸机采用的是正压呼吸。正压呼吸的通气方式是在呼吸道开口处，如口腔、鼻腔、或气管插管、套管，用机械方法直接施加压力，超过肺泡压，产生压力差，空气即自体外通过管道流向肺泡，产生通气；除去呼吸道开口的压力，转为大气压或低于大气压，并依靠胸廓及肺的弹性回缩力，肺泡压大于大气压，肺泡气即自肺泡排出，产生呼气；待肺泡压低到大气压时，呼气停止。按此原理设计的

48、呼吸机，构造简单，使用方便，是临床上最常用的一种。但是，正压呼吸不同于生理状态的负压呼吸，对机体有一定的不良影响。4.3.1.1 呼吸机的作用呼吸机是临床上作呼吸治疗用的机械通气机，其治疗作用包括：改善通气功能、改善换气功能及减少呼吸功的消耗和节约心脏储备能力。1、改善通气功能：这是机械通气最基本的治疗作用。连接呼吸机前，一般应先气管插管或气管切开，维持呼吸道的通畅。常频通气时，合理的正压呼吸对流可达到足够的潮气量，机械呼吸的次数也可根据需要而调节，以保证维持患者需要的足够通气量。高频通气则利用高频率的振动促进对流及气流的扩散过程。2、改善换气功能：近年来由于对呼吸生理的深入了解及呼吸机研究的发展，在呼吸机治疗中采用一些特殊的通气方式，如呼气末正压呼吸、呼气末延长、延长吸气时间、吸气末屏气等，改善了肺内气体分布不均匀及通气血流比例失调，减少肺内分流，从而改善换气功能，提高了动脉的氧分压。目前呼吸机的治疗范围已由单纯的通