Cơ sở lý thuyết chung về dao mổ điện cao tần

- 1 - CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ DAO MỔ ĐIỆN CAO TẦN 1.1. PHẢN ỨNG CƠ THỂ DƯỚI TÁC DỤNG CỦA DÒNG ĐIỆN VÀ NHIỆT ĐỘ. 1.1.1. Những vấn đề cơ bản về sinh lý điện học tế bào. Mọi thực thể sống trên trái đất đều được cấu thành từ nhiều kiểu tế bào khác nhau. Ở người, tế bào có đường kính thay đổi trong khoảng từ 1m cho đến 100 m, chiều dài từ 1mm đến 1m, độ dày của màng tế bào cỡ 0,01 m. Ở trạng thái nghỉ, phía bên trong màng tế bào tích điện âm và bề mặt ngoài của màng tích điện dương. Sự phân bố không cân bằng điện tích này là kết quả của các phản ứng điện hoá. Điện thế giữa hai lớp điện tích này được gọi là điện thế nghỉ, người ta gọi trạng thái này của tế bào là trạng thái phân cực, điện thế nghỉ (điện thế phân cực) giữa hai bên màng tế bào khoảng -90mV. Khi tế bào bị kích thích, điện thế bên ngoài màng tế bào trở nên âm hơn so với điện thế bên trong màng tế bào và điện áp giữa hai bên màng tế bào lúc này vào khoảng + 20mV. Quá trình chuyển từ -90mV lên +20mV gọi là quá trình khử cực (thực chất là sự khuếch tán ion qua màng tế bào). Quá trình tái cực (quá trình phục hồi) diễn ra sau một khoảng thời gian ngắn khi quá trình khử cực kết thúc để đưa tế bào về trạng thái ban đầu ổn định (trạng thái nghỉ). Dạng sóng điện thế tế bào được biểu diễn trên hình 1-2. Quá trình khử cực được lan đi từ tế bào này sang tế bào khác cho đến khi toàn bộ các tế bào (cơ tim chẳng hạn) được khử rồi tái cực. Hình 1-1. Quá trình khử cực và tái cực của tế bào. Màng tế bào Tái cực Khử cực - 2 - Hình 1- 2. Dạng sóng điện thế tế bào 1.1.2. Phản ứng sinh học của cơ thể dưới tác dụng của các dạng dòng điện khác nhau a) Cơ thể người có tính dẫn điện Như chúng ta đã biết, cơ thể người là một vật thể dẫn điện bởi sự có mặt của muối Natriclorure (NaCL) tồn tại dưới dạng ion (Na + ; CL - ) ở dịch trong và ngoài tế bào. Nồng độ trung bình của NaCl là 7g/lít dịch. Trở kháng của các tổ chức trong cơ thể thay đổi tuỳ thuộc vào sự hoạt động, trạng thái của nó, vào sức khoẻ và tuổi tác của mỗi người. Trở kháng đó có giá trị cỡ 350 với các tổ chức bên trong và cỡ từ 1 đến vài nghìn  với da. Nếu cho dòng điện đi qua một tổ chức nào đó trong cơ thể, sẽ xảy ra các hiện tượng cảm ứng sau đây:  Hiện tượng cảm ứng nhiệt.  Hiện tượng cảm ứng điện.  Hiện tượng phân cực của các chất điện giải. Các phản ứng sinh học của cơ thể như kể ở trên hoàn toàn tuỳ thuộc vào đặc trưng, tính chất hay nói một cách khác là tuỳ thuộc vào các dạng khác nhau của dòng điện. 2  s Mức đi ện thế nghỉ Tái cực Dòng kích thích -90mV 0 mV Mức ngưỡng 20 mV Độ rộng nhỏ nhất của dòng kích thích đ ể tạo ra điện thế hoạt động - 06mV Khử cực - 3 - b) Phản ứng sinh học của cơ thể dưới tác dụng của dòng điện một chiều - Hiện tượng điện giải Trong một số điều kiện nhất định, dòng điện một chiều khi đi qua cơ thể sẽ làm phân cực các chất điện giải như ion Na + , CL - … có trong dịch tế bào, kéo theo hàng loạt các phản ứng hoá học giữa các chất trong cơ thể, gây hoại tử các tổ chức. Dòng điện một chiều có cường độ đủ lớn có thể làm tê liệt hoàn toàn hệ thống thần kinh cảm giác và có thể gây ra các hội chứng co giật. c) Phản ứng sinh học của cơ thể dưới tác dụng của dòng điện xoay chiều tần số thấp và tần số trung bình - Hiện tượng cảm ứng dòng điện Nếu như ảnh hưởng của dòng điện một chiều lên cơ thể tuỳ thuộc vào cường độ của nó thì dòng điện xoay chiều, khi đi qua cơ thể, các cấp độ phản ứng sinh học phụ thuộc hoàn toàn vào tần số của dòng điện. Đối với dòng điện xoay chiều tần số thấp, trong khoảng tần số từ 0Hz đến 3000Hz sẽ kích thích các tế bào thần kinh. Ngay cả khi cường độ dòng điện rất nhỏ cũng đủ để gây ra hội chứng co giật, rung thất làm tê liệt hệ thống thần kinh trung ương, rất nguy hiểm có thể dẫn đến tử vong. Hình 1-3. Sự phụ thuộc của phản ứng sinh học vào tần số của dòng điện Từ đồ thị (hình 1-3) cho thấy hiện tượng cảm ứng dòng điện là lớn nhất tại vị trí tần số f  50 Hz. Hiện tượng này sẽ giảm dần trong dải tần số trung bình từ f  3000Hz đến 5000Hz. d) Phản ứng sinh học của cơ thể dưới tác dụng của dòng điện xoay chiều tần số cao - Hiện tượng cảm ứng nhiệt 1Hz 100Hz 1kHz 10kHz Phản ứng sinh học 100kHz 10MHz 1MHz 10Hz - 4 - Đối với dòng điện xoay chiều tần số cao, tần số có giá trị từ 50.000Hz (50KHz) trở lên, khi cho đi qua cơ thể sẽ không gây ra hiện tượng cảm ứng dòng điện (rung cơ, rung thất…) và cũng không làm thay đổi trật tự trao đổi các chất điện giải tự nhiên trong cơ thể, không gây nên hiện tượng điện giải, nó chỉ có tác dụng làm nóng các tổ chức. Ta có thể cho dòng xoay chiều tần số cao với cường độ dòng điện lớn tới vài Ampe đi qua một tổ chức nào đó của cơ thể cũng không gây ra một phản ứng nào khác ngoài tác dụng làm nóng tổ chức đó lên. mức độ cảm ứng nhiệt tuỳ thuộc vào độ lớn của nhiệt độ do dòng điện xoay chiều tần số cao (HF) sinh ra khi thâm nhập vào cơ thể. e) Hiệu ứng nhiệt Joule Khi nghiên cứu về dòng điện, người ta thấy rằng: Nếu cho dòng điện đi qua một vật thể dẫn điện (cơ thể người cũng là một vật thể dẫn điện) thì dòng điện sẽ sinh ra một năng lượng làm nóng vật thể dẫn điện đó. Năng lượng này được gọi là nhiệt năng do dòng điện sinh ra. Độ lớn của nhiệt năng được tính theo hai biểu thức sau đây: P = Ri 2 (1.1) E = Pt = Ri 2 t (1.2) Trong đó: - P là công suất của dòng điện - đơn vị là W. - R là điện trở của vật dẫn - đơn vị là . - i là cường độ dòng điện - đơn vị là A. - E là nhiệt năng do dòng điện sinh ra để làm nóng vật dẫn điện khi cho dòng điện đi qua trong một khoảng thời gian t. Biểu thức (1.1), (1.2) chính là nội dung của định luật Joule do nhà bác học Joule tìm ra. Cũng từ hai biểu thức trên ta thấy rằng: mức nhiệt độ (nhiệt năng E) nóng nhiều hay ít tuỳ thuộc vào: + Trở kháng R của tổ chức. + Cường độ dòng điện i. + Thời gian t dòng điện đi qua tổ chức. 1.1.3. Phản ứng sinh học của cơ thể dưới tác dụng của các mức nhiệt độ khác nhau - 5 - a) Phản ứng sinh học của cơ thể dưới tác dụng của mức nhiệt độ T 0 100 0 C Ở những nhiệt độ lớn hơn hoặc xấp xỉ bằng 100 0 C, dịch tế bào sẽ tự bốc hơi. Quá trình tự bốc hơi này diễn ra rất nhanh tạo nên một áp lực đủ lớn để phá vỡ mối liên kết giữa các tế bào, làm cho tổ chức bị tách ra. Có nghĩa là ta đã thực hiện một vết cắt, rạch (Coupe or section) tổ chức đó. b) Phản ứng sinh học của cơ thể dưới tác dụng của mức nhiệt độ T 0 < 100 0 C Ở mức nhiệt độ dưới 100 0 C, quá trình tự bốc hơi của dịch tế bào diễn ra từ từ. Hơi nước của dịch tế bào thoát ra sẽ làm bề mặt các tế bào sát lại gần nhau hơn, kết dính hơn, có nghĩa là ta đã thực hiện làm đông (Coagulation or hemostat) tổ chức hay mạch máu đó lại. c) Phản ứng sinh học của cơ thể dưới tác dụng của mức nhiệt độ T 0 >>100 0 C Ở mức nhiệt độ rất lớn (khoảng từ vài trăm độ trở lên) sẽ xuất hiện các tia lửa điện trong vùng tiếp xúc giữa tổ chức với đầu điện cực hoạt động, các tia lửa này sẽ đốt cháy thành than bề mặt tiếp xúc đó. Độ nông, sâu, kích thước của vết cháy đó tuỳ thuộc vào diện tích tiếp xúc giữa điện cực hoạt động và tổ chức, tuỳ thuộc vào khoảng cách (gần, xa) giữa đầu điện cực hoạt động và tổ chức. Ứng dụng chủ yếu của loại này dùng để tạo sẹo, đốt cháy một tổ chức dư thừa nào đó trên cơ thể trong các chuyên khoa sản phụ, tai- mũi- họng… d) Dao mổ điện H.F (high frequency) Qua những nghiên cứu ở trên ta thấy rằng: Lợi dụng những đặc tính quý báu của dòng điện xoay chiều tần số cao. Khai thác những tác dụng của các mức nhiệt độ khác nhau lên cơ thể. Ứng dụng của hiệu ứng nhiệt Joule khi cho dòng điện HF đi qua cơ thể. Căn cứ vào ba điều kiện trên làm cơ sở lý thuyết, khoa học cho việc thiết kế, chế tạo nên thiết bị điện phẫu thuật cao tần (Hay còn gọi là dao mổ điện cao tần HF). Vậy, dao mổ điện cao tần là một thiết bị phát ra dao động điện cao tần (có tần số f 300KHz trở lên) nhằm để tạo ra các mức nhiệt độ khác nhau tác động lên một tổ chức nào đấy của cơ thể bệnh nhân nhằm để thực hiện các chức năng đối với một hay nhiều tổ chức nào đó của cơ thể. - Cắt (Section). - Làm đông (Coagulation). - 6 - - Đốt cháy (Carbonisation). 1.2. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA DAO MỔ CAO TẦN 1.2.1. Nguyên lý hoạt động của dao mổ điện cao tần Ta có thể mổ tả tóm tắt nguyên lý hoạt động của thiết bị như hình 1-4. Hình 1-4. Nguyên lý hoạt động của dao mổ điện cao tần a) Nguyên lý hoạt động Dao động cao tần từ máy phát đưa đến đầu điện cực hoạt động (A). Dòng điện được truyền theo hướng mũi tên đi qua tổ chức sinh học (B) của cơ thể tới điện cực trung tính C (hay còn gọi là Plaque) áp trên da bệnh nhân và sau đó đi qua dây dẫn trở về máy phát tạo nên một chu trình khép kín của dòng điện. Thực hiện một trong các chức năng sau ở một vị trí nào đó của tổ chức: - Cắt. - Cầm máu. - Đốt cháy. Cần phải tạo ra được một nhiệt độ thích hợp tại đầu điện cực hoạt động, nơi tiếp xúc với vị trí cần phẫu thuật. Sự gia tăng của nhiệt độ được tính theo biểu thức sau: T 0 = (I/S) 2 (1.3) Trong đó: - T 0 là sự gia tăng của nhiệt độ tại vùng tiếp xúc giữa điện cực hoạt động và tổ chức trong một khoảng thời gian t. - I là cường độ dòng HF đưa tới điện cực hoạt động. - S là diện tích bề mặt tiếp xúc giữa tổ chức và đầu điện cực. - Tỷ số I/S được gọi là mật độ dòng điện tại điểm tiếp xúc. - Từ biểu thức (1.3) ta thấy sự gia tăng của nhiệt độ T 0 tỷ lệ thuận với mật độ dòng điện HF (I/S). Khối phát sóng tần số cao Bệnh nhân B C A - 7 - b) Cấu tạo của điện cực hoạt động Nếu I có giá trị không đổi thì khi đó T 0 phụ thuộc hoàn toàn vào S. Nhiệt độ T 0 càng lớn khi diện tích tiếp xúc S càng nhỏ (có nghĩa là: giảm diện tích bề mặt đầu điện cực hoạt động xuống). Điều đó lý giải vì sao điện cực hoạt động luôn có cấu tạo rất nhỏ (cỡ mm). Mặt khác, tuỳ thuộc vào yêu cầu sử dụng, điện cực hoạt động sẽ có các hình dạng và kích thước rất khác nhau như hình dao, truỳ, pince, chữ U… c) Cấu tạo của điện cực trung tính (plaque) Điện cực trung tính thường là một tấm kim loại dẫn điện có kích thước (0,5 1) dm 2 , lớn hơn rất nhiều so với điện cực hoạt động, nhằm để giảm đến mức thấp nhất sự gia tăng của nhiệt độ giữa bề mặt tiếp xúc của điện cực trung tính (plaque) với da bệnh nhân, tránh gây bỏng cho bệnh nhân. 1.2.2. Các phương thức hoạt động - ứng dụng của dao mổ điện cao tần Dao mổ điện HF có ba chế độ làm việc như sau: a.1 Chế độ cắt đơn thuần (Section) + Biên độ I HF có dạng sóng cao tần liên tục (không điều chế), hình 1-5a. Hình 1-5. Chế độ đơn cực. + Có khả năng tạo ra một năng lượng rất lớn để phá vỡ tế bào mà không làm đông khô chúng dưới một điện áp thấp (P lớn, U nhỏ), trong một khoảng thời gian rất ngắn. - 8 - + Trong quá trình cắt, điện cực hoạt động không tiếp xúc trực tiếp với tổ chức mà thông qua các tia lửa điện. Chỉ có những tế bào gần tia lửa điện mới bị phá vỡ hình 1-5. + Chế độ cắt đơn thuần được sử dụng rộng rãi để cắt bỏ một tổ chức nào đấy ít chảy máu, trong trường hợp không thể dùng chế.1 Chế độ đơn cực (Monopolaire) độ đơn cực cắt được. Hình 1-6. Chế độ đơn cực. Được sử dụng thường xuyên cho các loại phẫu thuật thông dụng. Dòng I HF tới điện cực hoạt động - bệnh nhân - điện cực trung tính - máy phát (hình 1-6). a.2. Chế độ lưỡng cực (Bipolaire) Điện cực hoạt động là 2 đầu của một pince kẹp, giữa chúng được hoàn toàn cách điện đối với nhau. Dòng điện chỉ đi qua một phần rất nhỏ của tổ chức nằm kẹp giữa 2 điện cực (Hình 1-7a). (a) (b) (c) - 9 - Hình 1-7. Chế độ lưỡng cực Trong phương pháp này công suất được tạo ra rất nhỏ so với phương pháp đơn cực vì thể tích của tổ chức mà dòng điện đi qua là rất nhỏ, do đó tiết kiệm được năng lượng (hình 1-7b). Phương pháp này cho phép đạt được một độ nóng mong muốn trong một phạm vi rất hẹp. Chế độ lưỡng cực được sử dụng trong các phẫu thuật thần kinh, vi phẫu thuật kẹp mạch máu. b) Chế độ cắt hỗn hợp (Coupe mixte) Để thực hiện một vết cắt hỗn hợp: cắt, cầm máu, cắt… + Biên độ I HF có dạng như trường hợp hình 1-8a và hình 1-8b trong đó dao động cao tần được điều chế thành những chùm xung đan xen giữa các tín hiệu dùng để cắt và cầm máu. + Để tăng hay giảm bề dày phần làm đông K của bờ vết cắt, ta có thể thay đổi biên độ điện áp cắt hoặc thay đổi tốc độ cắt. + Để thay đổi chu trình cắt hỗn hợp ta thay đổi khoảng cách giữa các chùm xung. + Để thực hiện cắt hỗn hợp, ta dùng điện cực hoạt động hình lưỡi dao. Chế độ cắt hỗn hợp được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau của phẫu thuật. - 10 - + Hình 1-8a và hình 1-8b cho biết các dạng tín hiệu hỗn hợp để cắt và cầm máu ở các mức khác nhau. + Hình 1-8c cho biết chế độ cắt hỗn hợp bằng tia lửa điện. Trong chế độ này, điện cực không tiếp xúc trực tiếp với tổ chức. c) Chế độ làm đông – cầm máu (Coagulation Hemostat) + Biên độ tín hiệu I HF có dạng là những xung được điều chế. Hình 1-9a cho thấy phương pháp làm đông khô tổ chức dùng tia lửa điện: (a) (b) (c) (a). Phương pháp làm đông khô tổ chức bằng tia lửa điện (b). Phương pháp làm đông khô t ổ chức bằng tiếp xúc trực tiếp Hình 1-8. Chế độ cắt hỗn hợp Hình 1-9. Chế độ làm đông - cầm máu [...]...1.3 CẤU TẠO CỦA DAO MỔ CAO TẦN 1.3.1.Sơ lược về dao mổ điện: Dao mổ điện tần thực chất là một thiết bị tạo dao động cao tần với tần số f300KHz Trong thiết bị này thì đầu phát xung cao tần là các điện cực có hình dạng khác nhau phụ thuộc vào từng ca phẫu thuật Các thiết bị này không ngừng được cải tiến về mặt công nghệ, ngày càng hiện đại, hoàn chỉnh, đáp ứng... trong phẫu thuật điện 1.4 AN TOÀN TRONG PHẪU THUẬT CAO TẦN Dao mổ điện tần số cao sử dụng nguồn cao tần công suất lớn Vì vậy, vấn đề an toàn phải được đặc biệt quan tâm chú ý để tránh được những nguy hiểm cho người sử dụng và bệnh nhân - 12 - KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 Các kiến thức ở chương này chính là cơ sở lý thuyết giúp ta xây dựng, thiết kế dao mổ cao tần và an toàn trong phẫu thuật điện Chương này giúp... đời thế hệ thứ ba: dao mổ điện tử tần số hoá Mạch tạo dao động cao tần dùng bán dẫn Để tạo dao động HF, người ta dùng một mạch tạo dao động HF công suất nhỏ, tín hiệu được khuếch đại ở mạch công suất và đưa ra sử dụng 1.3.2 Các khối chức năng cơ bản và hoạt động theo sơ đồ khối a) Sơ đồ khối Sơ đồ khối của dao mổ điện cao tần được chỉ ra trên hình 1-12, bao gồm: Bộ tạo dao động cao tần, bộ tạo chuỗi... xung làm đông, bộ nhân, các chuyển mạch lựa chọn chế độ, các điện cực Làm đông Tạo chuỗi Làm đông xung làm Hỗn hợp 2 đông Hỗn hợp 1 Bộ nhân Tạo sóng cao tần Khuếch đại công Cắt Điện cực hoạt động Bệnh nhân Điện cực hồi tiếp Hình 1-12 Sơ đồ khối của dao mổ điện cao tần b) Hoạt động theo sơ đồ khối Bộ tạo dao động cao tần tạo ra các xung cao tần liên tục Trong chế độ cắt, các xung này được đưa qua chuyển... người ta lại sử dụng dao mổ cao tần, phẫu thuật điện cao tần có lợi gì? Chương này cũng giúp cho các nhân viên, bác sĩ phẫu thuật nắm được quy tắc an toàn trong phẫu thuật điện Điều này rất có ý nghĩa đối với bệnh nhân được phẫu thuật, nhân viên sử dụng máy và trực tiếp là đến tuổi thọ của máy Đồng thời, qua nghiên cứu về sinh lý tế bào, các phản ứng của cơ thể dưới tác dụng của dòng điện và nhiệt độ cũng... mà trong phẩu thuật cần ta phải có được tần số cao trên 300kz,với sơ đồ thiết kế như trên ta có thể dùng tần số 300kz đốt cháy hoặc cắt được vết mổ +Dựa vào Rt,Ct,Rd mạch tesst và 3 đồ thị ở phần lý thiết ta có thể tính toán được tần số mạch dao động Vì tần số cao nên thời gian tụ Ct xả rất nhanh nên ta chọn Rd=0Ω để dể cho việc tính toán tần số +Để có được tần số f= 300000Hz→ T  1  3s 30.10 4 -... lý tế bào, các phản ứng của cơ thể dưới tác dụng của dòng điện và nhiệt độ cũng như khả năng làm việc của dao mổ điện cao tần, ta thấy có thể nhận được những kết quả mong muốn khi thực hiện các cuộc phẫu thuật thần kinh, tiêu hoá, tim mạch, da liễu, sản phụ khoa, tai mũi họng …bằng dao mổ cao tần Trong phẫu thuật, ngoài những kiến thức cần có trong chuyên môn, yêu cầu phẫu thuật viên, bác sỹ phẫu thuật... đốt cháy hay tạo sẹo một tổ chức nào đó theo ý muốn khi sử dụng dao mổ cao tần, phụ thuộc vào việc điều chỉnh các chỉ tiêu kỹ thuật sau: 1 Hình dạng của điện cực hoạt động 2 Cường độ của dòng điện HF 3 Tốc độ nhanh, chậm khi thực hiện phẫu thuật 4 Dạng của dòng điện HF - 13 - PHẦN B: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG CHƯƠNG 3: SƠ ĐỒ KHỐI VÀ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TOÀN MẠCH: 3.1 MỞ ĐẦU: Trong chương này em sẽ trình bày sơ... người sử dụng cần đặt từ bàn phím và điều khiển thiết bị hoạt động dúng theo yêu cầu +Khối dao động:khối này tạo ra tần số cao trên 300khz chịu sự điển khiển độ rộng xung bởi vi điều khiển +Khối nguồnDC:cung cấp điện áp DC cho các khối trong hệ thống 3.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TOÀN MẠCH: - 15 - SO DO NGUYEN LY DAO MO DIEN CAO TAN TR1 IN1 D1 D7 FR107 FR107 RC4 RC3 IN2 TRAN-2P2S 5v D6 15v FR107 Q1 A564 R10 2,2k... một điện cực cắt(cutting electrode) được đặt cách cơ thể người bệnh một cự ly đủ xa,thì không có dòng điện chạy trong mạch ,hiệu ứng cắt không xảy ra Điện áp giữa các đỉnh của sóng (Vpp) trên các điện cực nằm trong khoảng 1000v tới 10.000v.Khi điện cực được đưa gần lại cơ thể bệnh nhân Điên áp phóng qua không khỉ ở mức xấp xỉ 30kv/cm Biến thế xung phần cao áp được quấn dựa trên mạch đo độ từ cảm xác . CỦA DAO MỔ CAO TẦN 1.3.1.Sơ lược về dao mổ điện: Dao mổ điện tần thực chất là một thiết bị tạo dao động cao tần với tần số f300KHz. Trong thiết bị này thì đầu phát xung cao tần là các điện. lý thuyết, khoa học cho việc thiết kế, chế tạo nên thiết bị điện phẫu thuật cao tần (Hay còn gọi là dao mổ điện cao tần HF). Vậy, dao mổ điện cao tần là một thiết bị phát ra dao động điện cao. - 1 - CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ DAO MỔ ĐIỆN CAO TẦN 1.1. PHẢN ỨNG CƠ THỂ DƯỚI TÁC DỤNG CỦA DÒNG ĐIỆN VÀ NHIỆT ĐỘ. 1.1.1. Những vấn đề cơ bản về sinh lý điện học tế bào. Mọi thực