Loading article…
電気外科手術とは、高周波（無線周波数）の交互極性電流を生体組織に適用し、組織を切断、凝固、乾燥、または焼灼する手段である。[1][2][3][4][5][6 ] [ 7 ] （これらの用語はこの方法論において特定の意味で使用されている。下記参照。）その利点には、出血を最小限に抑えながら正確な切断を行うことができることが挙げられる。電気外科手術装置は、病院の手術室や外来手術において出血を防ぐのに役立つため、外科手術中に頻繁に使用されている。[ 8 ]
電気外科手術では、組織は電流によって加熱されます。加熱プローブを生成する電気機器は、一部の用途では組織の焼灼に使用されることがありますが、電気外科手術は電気焼灼とは異なる方法を指します。電気焼灼は、直流電流によって高温に加熱されたプローブからの熱伝導を利用します（はんだごてとほぼ同じ原理です）。これは、ペンライト型の装置内の乾電池からの直流電流によって実現できます。
一方、電気外科手術では、高周波（RF）交流電流を用いて組織を加熱します。RFによって誘発される細胞内イオン化分子の振動により細胞内温度が上昇し、細胞内温度が60℃に達すると瞬時に細胞死が起こります。組織が60～99℃に加熱されると、組織の乾燥（脱水）とタンパク質の凝固が同時に起こります。細胞内温度が急速に100℃に達すると、細胞内物質は液体から気体へと変化し、体積が大幅に膨張し、爆発的に蒸発します。
電気外科鉗子で適切に適用すると、乾燥と凝固によって血管が閉塞し、出血が止まります。このプロセスは技術的には電気凝固のプロセスですが、「電気焼灼」という用語は、このプロセスを説明するために、時として曖昧に、非技術的に、そして不適切に使用されます。蒸発のプロセスは、組織ターゲットをアブレーションするために使用することも、直線的に延長して組織を切断または切断するために使用することもできます。蒸発/切断および乾燥/凝固のプロセスは、比較的低電圧の連続またはほぼ連続波形で最適に実行されますが、フルギュレーションのプロセスは、比較的高電圧の変調波形で実行されます。フルギュレーションは、表面的なタイプの凝固であり、通常、急速に乾燥および凝固する組織に変調された高電圧電流をアーク放電することによって生成されます。この高インピーダンス組織に電流を継続的に流すと、抵抗加熱が生じ、非常に高い温度に達する。この温度は、有機分子を糖や炭素に分解するのに十分な温度であり、その結果、組織が炭化して暗い質感になる。
ジアテルミーは、電気外科手術の同義語として用いられることもありますが、他の文脈では、高周波電磁場における分子双極子の回転によって生じる誘電加熱を意味します。この効果は、電子レンジやギガヘルツ周波数で動作する一部の組織切除装置で最も広く利用されています。より深い浸透を可能にする低周波は、工業プロセスで使用されています。
高周波電気外科手術は、皮膚科、婦人科、心臓外科、形成外科、眼科、脊椎外科、耳鼻咽喉科、顎顔面外科、整形外科、泌尿器科、神経外科、一般外科手術、および一部の歯科手術を含む、事実上すべての外科分野で広く使用されています。
高周波電気外科手術は、高周波電気外科発生装置（電気外科装置またはESUとも呼ばれる）と、1つまたは2つの電極を備えたハンドピース（単極式または双極式）を使用して行われます。すべての高周波電気外科手術は双極式であるため、単極式と双極式の違いは、単極式は電極が1つしかないのに対し、双極式は両方の電極を備えている点です。
通電時に「アクティブ電極」と呼ばれる単極器具は、患者の体の別の場所に「分散電極」と呼ばれる別の単極器具を装着する必要があります。この分散電極は、高周波電流を「分散」または「デフォーカス」することで、下層組織への熱損傷を防ぎます。この分散電極は、「接地パッド」または「中性電極」と誤って呼ばれることがよくあります。しかし、現在入手可能なほぼすべての高周波電気外科システムは、絶縁回路で動作するように設計されており、分散電極は「接地」ではなく、ESUに直接接続されています。分散電極とアクティブ電極の両方に同じ電流が流れるため、「中性」ではありません。「リターン電極」という用語も技術的に不正確です。交流電流は極性が交互に変化するため、回路内の両方の電極に双方向の電流が流れることになります。高周波外科機器の基本安全と必須性能に関する特定の要求事項を規定する国際規格IEC 60601-2-2（第6.1版）では、「中性電極」という用語が使用されています。
双極式器具は一般的に、血管を止血するための鉗子のように、2つの「活性」電極を備えるように設計されています。しかし、双極式器具は、一方の電極が分散電極となるように設計することも可能です。双極式器具の主な利点は、回路に含まれる患者の部位が2つの電極の間にある部分のみであるため、電流の迂回やそれに伴う有害事象のリスクが排除されることです。ただし、液体中で動作するように設計された機器を除き、双極式器具で組織を蒸発させたり切断したりすることは困難です。
神経細胞と筋細胞は電気的に興奮性があり、電流によって刺激を受けることができます。ヒトの場合、このような刺激は急性疼痛、筋痙攣、さらには心停止を引き起こす可能性があります。神経細胞と筋細胞の電場に対する感受性は、細胞膜に存在する電位依存性イオンチャネルによるものです。刺激閾値は低周波数ではあまり変化しません（いわゆるレオベース- 一定レベル）。しかし、パルス（またはサイクル）の持続時間が特性最小値（いわゆるクロナキシー）を下回ると、閾値はパルスの持続時間（またはサイクル）の減少とともに上昇し始めます。通常、神経細胞のクロナキシーは0.1～10msの範囲にあるため、電気刺激に対する感受性（刺激閾値の逆数）はkHz以上の周波数の増加とともに低下します。（交流電流の周波数は、単一サイクルの持続時間の逆数であることに注意してください。）筋肉や神経への刺激の影響を最小限に抑えるため、電気外科手術装置は通常、100kHz～5MHzの無線周波数（RF）範囲で動作する。
高周波での動作は、水の電気分解によって発生する水素と酸素の量を最小限に抑えるのにも役立ちます。これは、密閉された容器内の液体媒体での用途において特に重要な考慮事項です。このような用途では、気泡の発生が手順を妨げる可能性があるためです。例えば、眼球内の手術中に発生した気泡は、視野を遮ってしまう可能性があります。
一般的に使用される電極構成または回路トポロジーには、いくつかの種類があります。
「双極性」機器では、ほぼ同サイズの電極ペアを用いて患者に電流を流します。例えば、特殊な鉗子を用い、一方の爪をRF発生器の一方の極に、もう一方の爪を発生器のもう一方の極に接続します。鉗子で組織片を挟むと、RFの交互極性電流が2本の鉗子の爪の間を振動し、前述の細胞内イオンの同期振動によって、挟まれた組織を加熱します。
単極構成では、患者は分散電極に取り付けられます。分散電極は、RF発生器または電気外科装置（ESU）に接続された、比較的大きな金属板または柔軟な金属化プラスチックパッドです。外科医は、「活性電極」と呼ばれる尖ったまたは刃状の電極を使用して組織に接触させ、組織への影響（蒸発、電気外科的切開と呼ばれる直線的な伝播、または止血目的で血管を密封するために使用される乾燥とタンパク質凝固の組み合わせ）を与えます。電流は、患者全体が2つの電極の間に挟まれた状態で、活性電極と分散電極の間で振動します。RF電流の集中度は活性電極からの距離とともに減少するため、電流密度は急速に（2乗に比例して）減少します。組織の加熱速度は電流密度の2乗に比例するため、加熱は非常に局所的な領域、つまり、標的組織に近い、または接触している電極の部分（通常は先端）の近くでのみ発生します。
指などの末端部では、電流を分散させるための断面積が限られているため、末端部全体にわたって電流密度が高くなり、発熱が生じる可能性がある。
別の双極性機器は、両方の電極が同じ設計であるが、分散電極が活性電極よりもはるかに大きいという特徴がある。電流密度は小さい方の電極の前面で高くなるため、加熱とそれに伴う組織への影響は活性電極の前面でのみ（または主に）発生し、組織上の分散電極の正確な位置は重要ではない。このような構成は、ラテン語の「 sesqui」が1.5の比率を意味するにもかかわらず、セスキポーラと呼ばれることがある。 [ 9 ]
比較的低出力の高周波電気外科手術は、接地された機械や分散電極なしで、意識のある外来患者に対して実施できます。[ 10 ] 分散電極なしで低電流で動作できるのは、機械が生成する中周波数RF（通常100～500kHz）では、患者の身体（患者の身体と機械の接地の間にある）の自己容量が、結果として生じる変位電流が仮想的な「回路完成経路」として機能するのに十分な大きさであるためです。
そのような機械の一例として、ハイフレケーターと呼ばれるものがあります。この用語は、1940年にBirtcher Corporationのブランド名「Hyfrecator 」（高周波根絶器）として始まりましたが、現在では、主に診療所での使用を目的とした、単一電極で非絶縁（接地基準）の低出力電気外科用機器全般を指す言葉として使われています。アースを介して回路が偶然完成すると、プローブ電極から遠く離れた部位で火傷をする危険性があるため、単一電極の機器は、そのような合併症を認識できる意識のある患者にのみ、また、十分に絶縁された手術台の上でのみ使用されます。
このような状況では、ハイフレケーターは組織を切断するために使用されるのではなく、比較的小さな病変を破壊するため、また局所麻酔下で刃物によって行われた外科的切開部の出血を止めるために使用されます。
切断モードでは、電極が組織に接触し、その水分を蒸発させるのに十分な高電力密度が印加されます。水蒸気は通常は導電性がないため、電流は蒸気層を通過できません。蒸気をイオン化して導電性プラズマに変換するのに十分な高電圧（> +/-200 V）[ 11 ]を印加すると、蒸発閾値を超えてエネルギー供給が継続されます。蒸気と過熱した組織の破片が噴出し、クレーターが形成されます。[ 12 ]切断に使用することを目的とした電極表面は、丸みを帯びた表面を持つ平らな刃とは対照的に、より細いワイヤーまたはワイヤーループを備えていることが多いです。
凝固は、平均出力の低い波形を用いて行われ、爆発的な蒸発には不十分な熱を発生させるが、代わりに熱凝固物を生成する。
電気外科的乾燥は、電極が空気に触れた組織に接触し、発生する熱量が切開に必要な熱量よりも少ない場合に起こります。組織表面とプローブより深部の組織の一部が乾燥し、凝固塊（死んだ組織の乾燥した塊）が形成されます。この技術は、皮膚表面への損傷を最小限に抑えたい場合、皮下の結節の治療に用いられることがあります。
電気凝固モードでは、電極は組織から離して保持されるため、電極と組織の間の空気ギャップがイオン化されると、電気アーク放電が発生します。この方法では、電流が電極の先端よりも広い組織領域に広がるため、組織の焼灼はより表層的になります。[ 13 ]このような条件下では、プローブを接触させて操作する場合よりも広い範囲で表層皮膚の炭化または炭化が見られるため、この技術は、スキンタグなどの非常に表層的または突出した病変に使用されます。空気ギャップのイオン化には、kV 範囲の電圧が必要です。
組織への熱影響に加えて、電場は細胞膜に孔を生じさせる可能性があり、これは電気穿孔と呼ばれる現象である。この影響は、熱による損傷の範囲を超えて細胞に及ぶ可能性がある。
電気外科手術装置には、湿式と乾式の2種類があります。湿式装置は生理食塩水中、または開放創内で使用されます。発熱は、2つの電極間を流れる交流電流によって生じます。発熱は通常、電流密度が最も高い場所で最大になります。したがって、通常、最も小さい、または最も鋭利な電極が最も多くの熱を発生させます。
切開/凝固 ほとんどの湿式電気外科手術システムは、「切開」モードでは組織のごく一部が蒸発し、「凝固」モードでは組織が「乾燥」（出血が止まるという意味で）します。「乾燥」した組織は死滅しますが（その後、剥離するか線維組織に置き換わります）、電気外科手術の適用後、一時的に物理的に損傷を受けません。組織の死滅深度は、通常、電極の接触点付近で数ミリメートルです。
切開電圧レベルが十分に高い場合、発生した熱によって蒸気ポケットが形成されることがあります。蒸気ポケットは通常、摂氏約400度に達し、軟組織の小さな部分を蒸発させて爆発させ、切開を引き起こします。
凝固モードシステムが「凝固モード」で動作している場合、電圧出力は通常、切開モードよりも高くなります。組織は大まかに無傷のままですが、接触点の細胞が破壊され、より細い血管が破壊されて塞がれ、毛細血管や小動脈からの出血が止まります。
さまざまな電気外科手術手順には、さまざまな波形を使用できます。切開には、連続単一周波数正弦波がよく使用されます。急速な組織加熱により、間質液が爆発的に蒸発します。電圧が十分に高い場合（> 400 V ピークツーピーク）[ 11 ]、蒸気シースがイオン化され、導電性プラズマが形成されます。電流は、金属電極からイオン化されたガスを通って組織に流れ続けます。組織の急速な過熱により、組織が蒸発、断片化、および断片の排出が行われ、組織の切開が可能になります。[ 11 ]連続波の適用では、熱拡散により、病変の端に大きな熱損傷ゾーンが形成されるのが一般的です。電気外科波形の開回路電圧は、通常、300～10,000 V ピークツーピークの範囲です。
パルス波形を使用すると、より高い精度が得られます。[ 11 ] [ 12 ]数十マイクロ秒のバーストを使用すると、熱拡散ゾーンのサイズが細胞スケールを超えないまま組織を切断できます。バーストの繰り返し適用中に熱が蓄積される場合は、バースト間に十分な遅延を設けて組織を冷却することで、熱の蓄積を回避することもできます。[ 12 ] ON時間とOFF時間の比率を変更することで、加熱速度を制御できます。関連するパラメータであるデューティサイクルは、ON時間と周期（単一のON-OFFサイクルの時間）の比率として定義されます。電気工学の用語では、振幅を直接変更するのではなく、この比率を変更して平均振幅を達成するプロセスをパルス幅変調と呼びます。
凝固の場合、平均出力は通常、切断閾値以下に抑えられます。一般的には、正弦波が高速でオンオフされます。その結果、加熱プロセスが遅くなり、組織が凝固します。単純な凝固/切断モードの装置では、凝固モード特有の低いデューティサイクルは、同じ装置を使用した切断モード特有の高い周波数の音よりも、耳には低い周波数で粗い音として聞こえます。
多くの最新の電気外科用発生装置は、組織インピーダンスの変化に基づいてリアルタイムで出力が調整される、高度な波形を提供する。
麻酔中の高出力外科手術においては、単極式麻酔は、身体の広い範囲（通常は患者の背中全体）と帰還電極またはパッド（分散パッドまたは患者プレートとも呼ばれる）との良好な電気的接触に依存します。帰還電極との接触が不十分な場合、または患者が意図せず（容量性）漏洩経路としてアース/接地につながる金属物体に接触した場合、重度の火傷（3度熱傷）が発生する可能性があります。
意図しない火傷を防ぐため、皮膚を洗浄し、導電性ゲルを使用して戻り電極との接触を強化します。建物の電気配線では、適切な接地手順に従う必要があります。また、患者との接触が確実かつ安全であることを継続的にテストする戻り電極監視システムを備えた最新の電気外科手術装置を使用することをお勧めします。これらのシステムは、分割型またはデュアルパッドの戻り電極のインピーダンスを検査し、異常が発生した場合はアラームを発して、それ以上のジェネレータ出力を無効にします。以前のジェネレータはシングルパッドの戻り電極に依存していたため、患者との安全な接続を確認する手段がありませんでした。戻り電極は常に皮膚に完全に接触し、身体の同じ側、かつ手術が行われる身体部位の近くに配置する必要があります。
患者の体内に金属がある場合、帰還電極は金属とは反対側の体側に配置され、金属と手術部位の間に配置されます。これにより、電流が帰還電極に向かう途中で金属を選択的に通過するのを防ぎます。たとえば、右股関節置換術を受けた患者が手術を受ける予定の場合、帰還電極は体の左側の下腹部の外側に配置され、金属の位置と手術部位の間、かつ金属とは反対側に配置されます。体の両側に金属がある場合は、可能な限り金属と手術部位の間に帰還電極を配置します。一般的な帰還電極の位置としては、大腿外側、腹部、背中、肩甲骨の外側部分などがあります。[ 8 ]
双極性オプションを使用する場合、電流は鉗子またはその他の双極性出力装置の先端間のみを流れるため、帰還電極を配置する必要はありません。
電気外科手術は、この分野で専門的な訓練を受け、火傷を防ぐための技術に精通した医師のみが行うべきである。
電気外科手術で発生する手術煙の毒性についても懸念が提起されている。この煙には、ホルムアルデヒド[ 14 ]を含む様々な揮発性有機化合物（VOC）が含まれていることが示されており、患者、外科医、または手術室のスタッフが吸入すると害を及ぼす可能性がある[ 15 ] [ 16 ] 。
電気ナイフは、アルコール系消毒剤などの可燃性物質の近くでは使用しないでください。[ 17 ]
最初の商用電気外科装置の開発は、ハーバード大学に勤務していたウィリアム・T・ボビーによるものとされている。[ 8 ] [ 18 ]手術室で電気外科用発生器が初めて使用されたのは、1926年10月1日、マサチューセッツ州ボストンのピーター・ベント・ブリガム病院であった。手術（患者 の頭部から腫瘍を取り除く手術）はハーベイ・クッシングによって行われた。[ 19 ]診療所で使用するための低出力ハイフレケーターは1940年に導入された。
