应用 | 脱附性医用高频电刀的研究现状及发展趋势

背景

电刀基本情况：医用高频电刀是外科手术核心工具，通过刀头尖端电弧放电产热，实现组织切割与止血，具有切割面整齐、渗血少、速度快等优势，材质多为不锈钢、钛合金等金属。

关键技术问题：

1.高温影响：手术中电刀温度过高，导致血液和软组织脱水结痂甚至炭化，粘连包覆刀头，降低电流密度、阻碍能量传递；

2.二次损伤：结痂与相邻组织粘连，易造成组织二次撕裂出血，伤口愈合不良；

3.操作困扰：医生需每5~10分钟清理刀头，延长手术时间；生理盐水冲洗会阻挡视野、降低电流密度，非电解质冲洗液可能引发溶血等风险。

研究目标：开发具有疏血、散热降温、抗组织粘附功能的脱附性医用高频电刀。

图1.手术过程中高频电刀表面结痂现象

脱附性医用高频电刀研究现状（按结构分类）

此次节选涂层型电刀部分，详细介绍设计思路

针对微创手术中现有高频电外科手术器械易产生手术烟、组织粘附和热损伤等问题，研究人员在高频手术器械表面通过引入抗粘性涂层进行脱附性研究。2010 年，台湾成功大学 HSU 等在SUS304不锈钢电刀表面分别沉积了CrWNx, CrOx和 ZrOx三种类型涂层。通过对比三种类型的涂层电刀，发现CrOx涂层具有33.5 mN/m的最低表面能和103°的最高水接触角。与普通SUS304 不锈钢电刀相比，CrWNx和 ZrOx涂层电刀能够减少约 2 倍生物组织粘附量，CrOx涂层电刀可减少约 4.88 倍生物组织粘附量。普通不锈钢与三种涂层型电刀的表面能、水接触角以及组织粘附质量比情况如图2所示。

图2.三种涂层型电刀与普通电刀性能对比

2014 年，台北医学大学 OU 等在电外科手术针表面沉积一层厚度约 1 μm 炭黑色氮化铬(CrN)薄膜，如图所示。分别利用镀膜与普通电手术针对成年大鼠肝叶进行切割试验，CrN 膜针较普通针温度降低 40 ℃左右，过程中无烟雾产生，表面组织粘附质量为(1.25±0.23)mg，相较于普通针粘附质量(3.76±0.52) mg 明显降低。2015—2016 年，该团队还在高频电刀表面结合了一层氢化含铜类金刚石膜(DLC-Cu)，通过对比试验发现，镀膜电刀能够有效降低血红细胞和纤维蛋白的粘附量，如图所示。此外，该镀膜电刀还能够保持温度均匀分布，减少组织过热损伤。

图3.CrN 膜针与普通针组织粘附试验对比

图4.镀 DLC-Cu 膜电刀表面与普通电刀表面的血液和组织粘附测试

1998 年，土耳其加齐大学 CEVIKER 等发现涂有薄层特氟龙(聚四氟乙烯，PTFE)的双极电凝可降低组织粘附和炭化的程度。PTFE 因具有一定耐热性、化学惰性、抗蛋白粘附性和低摩擦因数，已成为手术电极基材最常用的改性材料之一。此外，PTFE 还具有良好的介电稳定性，但是经 PTFE 处理的电极需要包含导电和非导电元件。如图所示，CEVIKER在双极电凝前端将PTFE涂层设计成条纹状，同时包含涂层不导电表面和无涂层导电表面。

2017 年，杨光等设计了一种表面涂有PTFE的高频电刀，如图所示。将聚四氟乙烯与电刀表面结合，并将薄膜制成筛眼状结构，不仅保证了电刀的导电性，也可防止血液、软组织等在刀头表面形成结痂。

图5.PTFE 涂层双极电凝

图6.聚四氟乙烯涂层不粘电刀

结论

脱附性医用高频电刀由于其特殊的疏血、抗组织粘附和抑菌等功能，在外科、微创手术等医疗领域具有非常重要的研究与应用价值。目前，脱附性医用高频电刀的研究重心逐渐向仿生学过渡，相关研究处于初步探索阶段，其相关理论未成体系，制造技术尚未成熟，同时制得的脱附性高频电刀缺乏临床试验，缺少临床试验数据指导。寻求合理的脱附微结构或涂层的制造方法，发展新的、绿色的制造工艺。当前各类仿生结构的制造方法以工业应用居多，而仿生脱附性医用高频电刀应以人为本，寻求和发展绿色环保、无毒无菌无害的原材料、制造方法和工艺条件等是保证脱附性高频电刀品质的重要因素。

本文有删减，详细信息请参考原文：

陆龙生，李凯凯，谢颖熙，等。脱附性医用高频电刀的研究现状及发展趋势 [J]. 机械工程学报，2020, 56 (1): 175-186. DOI:10.3901/JME.2020.01.175.