【摘要】：高頻電刀因其良好的切割效率和止血效果被廣泛應用于臨床外科手術,然而手術電極表面組織粘附問題嚴重制約其在微創(chuàng)手術領域的應用。盡管前期有研究提出一些抗粘措施,但大多缺乏對高頻電場對組織顆粒的加速作用及電極表面的耐電弧燒蝕破壞能力的考慮,導致抗粘效果欠佳。因此,亟需從超疏水和耐電弧燒蝕的角度開展抗組織粘附手術電極的研究制備,推動高頻電刀在微創(chuàng)手術領域的應用。本研究首先搭建了高頻電刀標準化試驗裝置,對電外科手術切割過程進行了體外模擬;在此基礎上,采用電沉積技術在304不銹鋼表面探索制備了具備微納結構的超疏水Ni-W-Cu涂層;基于體外電切割模擬試驗,對比分析了304不銹鋼電極、鎢涂層電極和Ni-W-Cu鎢合金涂層電極的切割效率和組織粘附行為,考察了Ni-W-Cu涂層在電外科手術工況下的抗組織粘附性。主要結果與結論如下:(1)通過程序化運行,高頻電刀標準化試驗裝置可實現(xiàn)對組織切割速度、深度和長度的精確調(diào)控,從而降低試驗過程中的人為誤差,提高試驗的可重復性。此外,本裝置的力傳感器能夠?qū)η懈钭枇M行實時測量,為電刀電極抗粘性能和切割效率的評價提供試驗依據(jù)。(2)在電外科手術工況下,Ni-W-Cu涂層能有效抑制組織粘附。相較于304不銹鋼電極及鎢涂層電極,Ni-W-Cu涂層電極表面的組織粘附量可降低約40%,切割阻力最小。另外,由于Ni-W-Cu涂層表面錐柱狀結構的尖端放電使得粘附組織呈多孔狀,更易于去除。(3)隨電弧燒蝕時間增加,Ni-W-Cu鎢合金涂層表面的超疏水結構產(chǎn)生一定程度的破壞,但涂層表面接觸角仍遠大于304不銹鋼電極和鎢涂層電極,Ni-W-Cu鎢合金涂層電極表現(xiàn)為疏水性,具有較好的耐電弧燒蝕性能。
【圖文】：

西南交通大學碩士研究生學位論文第2頁并提出相應功能性表面的設計準則[11,12]。因此，針對電外科手術的特殊工況，以相應功能性表面設計準則為依據(jù)，開展新型抗粘附手術電極的研究，有望從根本上解決手術電極表面的組織粘附問題，提高手術質(zhì)量，推動我國手術器械自主研制和醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展進程，具有重大的社會效益。1.2高頻電刀1.2.1高頻電刀概述自有記錄的歷史以來，能量便以各種形式應用于人類生活的各個方面。作為早期外科醫(yī)生唯一可用的能量工具，熱灼術成為了人類手術中能量器械的最初應用。據(jù)考古研究發(fā)現(xiàn)，早在新石器時代，就有燒灼術的使用[13]。隨著人類社會的進步，電的發(fā)明為現(xiàn)代醫(yī)學治療帶來了新的啟示。高頻電刀作為電力應用于現(xiàn)代醫(yī)療的典型代表，在臨床上的應用已有近百年的歷史。隨著電力電子技術和半導體技術的進步，高頻電刀發(fā)生器從火花塞放電、大功率電子管、大功率晶體管發(fā)展到今天的大功率MOS管，實現(xiàn)了對高頻高壓電流的精細控制，同時，控制理論與技術的發(fā)展，讓高頻電刀具備了對功率、波形、電壓和電流的自動調(diào)節(jié)，程序化控制和故障檢測，大大提高了設備本身的安全性和可靠性，簡化了醫(yī)生的操作過程。高頻電刀主要由主機和電刀筆、負極板、雙極鑷、腳踏開關等配件組成的，如圖1-1所示。主機主要由電源單元、振蕩單元和功率輸出單元組成，其功能主要是將普通交流電轉(zhuǎn)換為高頻高壓電，并進行功率放大輸出。圖1-1高頻電刀工作示意圖[14]高頻電刀主要有單極和雙極兩種工作模式，，如圖1-2所示。單極模式主要用于組織切割和創(chuàng)面凝固止血，在工作過程中，主機產(chǎn)生的高頻高壓電流通過導線和電極作

西南交通大學碩士研究生學位論文第3頁用于目標生物組織，再經(jīng)負極板和導線返回主機[14]。雙極模式主要用于直徑小于4mm的小血管和輸卵管的封閉、凝血，通過使血管脫水而達到止血的目的，在工作過程中，電流僅通過雙極鑷子的兩個尖端和尖端之間的生物組織，因此，作用范圍小，對生物組織的損傷程度和損傷深度也要遠小于單極模式，多用于腦外科、五官科、婦產(chǎn)科和顯微外科等具有高精度要求的手術中[14]。圖1-2單極電筆與雙極鉗1.2.2高頻電刀工作原理高頻電刀通過與目標生物組織接觸時電極工作端產(chǎn)生的高頻高壓電流加熱目標生物組織，實現(xiàn)對生物組織的分離和凝固，從而達到切割止血的目的[15]。人體組織中體液的占比約50～70%，其中含有各類分子和原子形式的帶電粒子，陽離子如Ca2+、K+、Na+等，陰離子如S2-、Cl-等[10]。當高頻電刀產(chǎn)生的高頻高壓交流電流經(jīng)目標生物組織時，不斷變化的極性（5×105Hz）賦予細胞內(nèi)的帶電粒子極大的動能，導致帶電粒子快速振蕩、摩擦生熱，細胞受熱膨脹、爆裂汽化，在這一過程中，實現(xiàn)了電磁能到機械能再到熱能的轉(zhuǎn)換[13]，即組織熱效應。圖1-3示出了溫度對組織細胞的影響示意圖，當組織的溫度＜60℃時，細胞的結構發(fā)生肉眼無法察覺到的可逆性破壞；當局部的組織溫度升至60~100℃時，蛋白質(zhì)分子間的氫鍵被破壞，失去活性，同時，細胞膜發(fā)生熱損傷導致細胞脫水，組織主要表現(xiàn)為凝固、萎縮、顏色變白，發(fā)生不可逆破壞；當組織溫度超過100℃時，細胞內(nèi)的水分迅速沸騰汽化，導致細胞破裂，并伴隨有煙霧產(chǎn)生[16,17]。
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TH777

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本文編號：2646382