Instrumente chirurgicale: Electrochirurgia, ablaiunea i laserul

Unitatea pentru electrochirurgie

Dispozitivele electrice utilizate n procedurile chirurgicale sunt larg rspndite n slile de operaii, fiind folosite pentru tiere i hemostaz (oprirea sngerrii). Aceste dispozitive , uneori numite i aparate pentru diatermie chirurgical, se folosesc pentru

incizarea esuturilor (tietre) distrugerea esuturilor prin deshidratare (desicare) i oprirea sngerrilor prin provocarea coagulrii sngelui (fulgurit)

Procedeul presupune aplicarea unei scntei RF ntre instrument i esut pentru a provoca nclzirea local i distrugerea esutului.

60 Hz 100 kHz 550-1550 kHz 54-880 MHz

Household

appliancesAM radio

TV

500 kHz-33 MHz

Electrosurgery

Frequency (Hz)

Cutting Desiccation

Nerve and musclestimulation

Fulguration / spraycoagulation

Fig.1 Domeniul de frecvene ale curenilor utilizai n medicin Unitatea de electrochirurgie de baz este prezentat n fig, 2.a. Puterea de nalt frecven necesar producerii unei scntei este produs de la un generator de putere, de nalt frecven. Puterea de operare a generatorului e dat de o surs de putere, a crei ieire poate fi uneori modulat pentru a produce forme de und mai adecvate unei anumite aplicaii. n acest caz, un circuit de modulare controleaz

Aplicaii de uz general

Stimulare nervoas i muscular

Electrochirurgie

Tiere (incizare)

Coagulare prin fulgurit

Desicare(uscare prin deshidratare)

frecvena

ieirea de la generator. Chirurgul controleaz aplicarea puterii de nalt frecven prin intermediul unui circuit de control, care determin cnd se aplic puterea la electrozi pentru a efectua o anumit aciune. Adesea, energia de la generator trebuie s fie la diverse nivele pentru diverse aplicaii specifice. Formele de und ale curenilor generai difer pentru diversele aplicaii. Pentru desicare i coagulare este nevoie de unde sinusoidale, ca n fig 2b. (250-2000kHz, rata 120/sec, tensiunea 300-2000 V, puterea 80-200 W). Pentru tiere, este necesar putere mai mare i tensiune mai mare, (500kHz-2,5MHz, u9kV, p100-750 W). Prin tiere se produce sngerarea la locul incizrii, iar chirurgul are nevoie de tiere fr sngerare, de aceea se combin cele dou forme de und.

(a) Schema bloc a unei uniti pentru electrochirurgie. (b) Trei forme de und de current electric sunt

disponibile la ieirea unit-ului de electrochirurgie, pentru diverse aplicaii

Sursa de putere

Generator de putere ridicat i nalt frecven

Circuit de cuplare

Electrozi

Modulator

Circuit de control

coagulare

tiere

Combinat, mixat

n funcionare, se aplic un electrod neutru pe pacient fie ca un electrod de arie mare aplicat pe coaps fie ca o plac mare de oel inox sub pacient. Bisturiul-electrod este de forma unui creion cu vrful fie punctiform, pentru tiere, fie aplatizat, pentru coagulare. Dac electrodul neutru nu face contact bun pe ntreaga suprafa, exist riscul provocrii de arsuri pacientului. La utilizarea n blocul operator se d atenie i riscului inflamrii anestezicului, dac acesta este inflamabil. De aceea trebuie luate msuri de etanare. Unele uniti de electrochirugie sunt dotate cu un dispozitiv de ventilare, astfel nct aer proaspt este trimis n jet n zona scnteii, astfel nct anestezicul este ndeprtat din zona de lucru.

Fig 3 Schema bloc a unei uniti tipice pentru electrochirurgie

(a) (b)

Fig.4. a) generator pentru electrochirurgie (cu sistemele de control necesare) b) switch de picior

RF oscilator Modulator Amplificator de putere

Circuit de ieire Electrozi

Sursa de putere Generator de funcii

Selector de mod

Circuit de control

ntreruptor de mn sau de picior

Electrosurgical

unit

Active

Patient

Return

(b)

Active

Electrosurgicalunit

ReturnPatient

(a) Fig. 5 Electrochirurgie a) bipolar b) monopolar Avantajele metodelor de electrochirurgie monopolar i bipolar Monopolar

Bipolar

Se pot realize mai multe tehnici, n special coagularea mult mai rapid fa de metodele bipolare

Elimin posibilitatea arsurilor prin electrodul neutru datorit siguranei i preciziei metodei.

Permite uor repoziionarea electrozilor

pentru a acoperi regiunile necesare lucrului.

Siguran de operare sporit datorit utilizrii unor puteri mai mici.

Poate fi utilizat pentru o variateta larg de proceduri electrochirurgicale care implic tierea i coagularea

Unit ElectroChirurgie Unit ElectroChirurgie

Pacient Pacient

Fig 6 Electrozi de tiere cu acoperire din elastomer siliconic

dia

10-20cm

3-5 mm

4-8 mm

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

Fig 7 Cteva forme de baz i dimensiuni standard ale elactrozilor utilizai n electrochirurgie (a) Lam (b) Sfer (c) Bucl (d) Ptrat (e) Cu conicitate (f) Electrozi cu fir fin.

Fig 8 Forceps bipolar utilizat pentru coagulare. Att electrodul activ ct i cel de rspuns sunt mpreun, spre deosebire de metoda cu electrod monopolar care presupune ca numai electrodul activ s fie n zona de operare iar cel neutru s fie la distan.

Cutting loop

electrode

Tissue

Fig 9 Tehnica ndeprtrii inflamaiilor plantare

esut

Electrod bucl

Laparoscopie-Tehnica vizualizrii i efecturii de proceduri chirurgicale n interiorul organismului; printr-o incizie minim se introduce tubul ce conine att intrumentul de inspectare (fibre optice, cameraTV) ct i cel de incizare. a) structura electrozilor de uz curent din laparoscopie (b), (c) &(d) cele mai utilizate vrfuri de electrozi din procedurile laparoscopice

Fig. 10

Cutting

loop(~small

diameter)

Sheath

(plastic coated)

Telescope

Fig 11 Schema simplificat a unui rezectoscop tipic (TURP procedura).

(a)

(b)

(c)

(d)

insulation layer

Outer insulation

Protective

shield

Primary

Active electrode

element

Electrod activ Izolaie exterioar

Scut de protecie Strat primar izolator

Bucl tiere pentru diametre mici telescop

Teac cu acoperire din plastic

1 mm0.25 mm

thick

25 mmlong

Insulator coating

(a) (b)

(c)

Fig. 12 (a), (b) i (c) vederi ale unui electrod de tiere rectangular utilizat n chirurgia dentar

Fig.13 Electrod neutru de unic folosin, din folie de aluminiu

Acoperire izolatoare

lungime

grosime

Frequency (Hz)

50

10

100 10K 1M

Metal foil

Conductive

adhesive

Tissue

Edge effect

Impedance )(

Fig. 14 (a) Electrod de dispersie de tip adeziv conductor i distribuia de curent de sub el, conducnd la aa numitul efect de capt, care produce nclzirea i arderea la margini. (b) Impedana n funcie de frecven pentru un electrod de tip adeziv conductor.

Adhesive foam

Tissue

Dielectric

Metallic

conductor8020 m

Fig 15. Electrod de contact capacitiv , cu principalele elemente componente i distribuia de current sub electrod. Efectul de capt este mai mic.

Adeziv conductor

esut

Folie metalic

Efect de capt

impedan

frecven

esut

Conductor metalic

Folie poroas adeziv

Disposable

handpiece

Ionized argon

beam

Tungsten

electrode

(a) (b)

Active electrode

Argon gas

inlet

Finger switch

activation socket

4 mm active

socket

Tissue

Fig. 16 (a) Coagulator tip raz de Argon cu gaz-argon dirijat n flux spre electrodul activ (b) raza de argon ionizat produce ntre electrod i esut un mediu mai bun conductor

Ablaiunea: Metod de tratament fizic, chimic sau energetic aplicat esutului n scopul ndeprtrii, modificrii, cicatrizrii esutului sau provocrii morii celulare (aposis). Tipuri de metode:

Ablaiunea prin radiofrecven Crio-ablatiunea Ablaiunea cu microunde Ablaiunea cu ultrasunete Ablaiunea cu laser Ablaiunea chimic

Se calculeaz temperatur esutului folosind ecuaia bio-cldurii:

02 TtJ

c

1T +=

T = temperature final (K) = conductivitate electrica (S/m) = densitatea esutului(kg/m3) c = cldura specific a esutului(J/kgK) J = magnitudinea densitii de curent (A/m2) t = durata de activare (s)

T0 = temperatura iniial (K)

Electrod activ

ntreruptor de deget admisiegaz Argon

Socket activ4 mm

Pies de mn de unicfolosin

Electrod de tungsten

Raza Argon ionizat

esut

J = E, E = vectorul cmpului electric (V/m) Exemple de proceduri prin ablaiune effectuate n clinici notaii C = cryo-ablatiune, US = ultrasunete , RF = radio-frecven, MW = microunde.

Specialitatea-Aplicaia

Tehnica

Cardiologie (aritmii cardiace )

RF

Urologie (benigna prostata)

C, US, laser, RF, MW, chimic

Neurologie ( cancer cerebral)

US, RF

Oncologie (tumori)

MW, RF, C, laser

Stomatologie

Laser, chimic

Oftalmologie (lentile cataractice, sculptura corneala, astigmatism)

Laser, US

Fig. Aplicaie n Cardiologie. Cldura generat prin efect Joule la vrful cateterului ridic temperatura esutului nconjurtor. Energia termic este transferat n profunzimea miocardului prin conducie termic i o parte din cldur este pierdut prin perfuzia sanguin i conducia electrodului metallic. Fluxul de snge n camera cardiac rcete suprafaa electrodului i a miocardului.

Catheter body

Myocardium

Blood

Convective cooling from

blood

Electrode

Joule heat

Conduction to myocardium

Conduction to electrode

50 C after 1 s

50 C after 60 s

Blood perfusion

Corpul cateterului

snge

Rcire prin convecie datorit sngelui

miocard

Conducie spre electrod

Conducie spre miocard Perfuzie de snge

Cldur efect Joule

Pt-Ir

Polyurethane

Bead thermistor

Wire

Potting compound

Air

Thermal insulation

Sistem tipic de electrod pentru ablaiune cu termistor incorporate la vrf. O cma cu rol de izolator termic care nconjoar elementul senzitiv blocheaz transferul de cldur de la electrod la elementul termosensibil. Astfel, termistorul msoar temperatura fr a fi afectat de masa nconjurtoare a electrodului.

a b

(a) 7F 4 mm cateter cardiac pentru ablatiune. (b) Electrod cu patru puncte, hepatic, RF.

Izolaie termic

poliuretan

aer

conductor

termistor

Compus suport(container)

RF generator

Handle

Reference patch electrode

on the dorsal side

Catheter body

Ablation electrode

Un cateter de ablaiunme este introdus n camera cardiac. Generatorul RF furnizeaz curent pn la vrful cateterului.

Corpul cateterului Electrod de ablaiune

Piesa de mn

Generator RF

Electrod de referin pe partea dorsal

Ablaiunea cu Laseri

I 0

10 m x

1/e

2.5 mm

1 2 3

100%

1 = CO2; 2 = Argon; 3 = Nd:YAG

30 m

1

= 103 cm1

2 = 330 cm1

3 = 4 cm1

Intensitatea razei laser scade cu adncimea esutului; 1, 2 and 3 sunt coeficienii de absorbie pentru CO2, argon i Nd:YAG n snge. Fig . Fig. Schema optic simplificat a sistemului laser pentru oftalmologie (ndepartarea tesutului afectat de cataract)

Lentile naturale afectate de cataracta

Corp vitros

Oglinda reflectanta

Camera sau microscop vizualizare

shutter

Camera anterioara

Proiectia Spotului Laser

Membrane vitroasa

Ac de aspiratie

Raza laser C

B AD

Modulare axa z Axa de rotatie a axei de scanare y

Axa de rotatie a axei de scanare x

Crio ablaiunea

(a) Crio-probe Endocare (b) Sistem Cryocare pe baz de argon. Medicul poate folosi pna la opt

probe (instrumente) simultan Medicul poate seta viteza de curgere, viteza de dezgheare, durata de ablaiune,

Fig. Structura intern a unui crio-instrument tipic. n cazul azotului lichid, izolaia cu vid este necesar pentru prevenirea ngherii arborelui instrumentului i n consecin, distrugerea colateral a esutului normal. Azotul lichid i schimb starea de agregare cnd atinge suprafaa cald metalic a vrfului instrumentului. Astfel, un film subire de bule de gaz ia natere pe suprafaa metalului.

Izolaie vid

Izolaie vid

GazAzot lichid

Bule de gaz

r 1r

2

Termocoupl

Diametrul leziunii

Ablaiunea cu microunde

Fig. Schema bloc a sursei de putere a unui sistem pentru cateter utilizat n ablaiune cu microunde

Fig. Schema electrodului tip anten elicoidal pentru ablaiunea cardiac. Firul de rigidizare permite un control mai bun al ncovoierii cateterului. Scutul electromagnetic protejeaz cmpul intens din centrul bobinei fa de fir i electrozi. Materialul de izolaie (Teflon) ajut la evitarea arderii coagulrii

Ghid de und/

Adaptor coaxial

Cuplaj direcionare putere incident

Tuner

Sistem interblocare

Senzor Senzor

Control

Displays Controller

Cuplaj direcionare putere reflectat

Anten elicoidal

Scut electromagnetic

Termometru

Suport dielectric

Materializolant

Fir rigidizare