หลักการของการผ่าตัดด้วยไฟฟ้าและเลเซอร์

การใช้ไฟฟ้าศัลยกรรมในการส่องกล้องตรวจช่องคลอดมีมาตั้งแต่ช่วงทศวรรษ 1970 เมื่อมีการใช้การจี้ท่อนำไข่เพื่อทำหมัน ในการส่องกล้องตรวจช่องคลอด การผ่าตัดด้วยไฟฟ้าความถี่สูงจะทำการหยุดเลือดและผ่าตัดเนื้อเยื่อไปพร้อมๆ กัน รายงานการใช้ไฟฟ้าในการแข็งตัวของเลือดในการส่องกล้องตรวจช่องคลอดครั้งแรกปรากฏในปี 1976 เมื่อ Neuwirth และ Amin ใช้กล้องตรวจทางเดินปัสสาวะที่ดัดแปลงเพื่อเอาต่อมน้ำเหลืองใต้เยื่อเมือกออก

ความแตกต่างหลักระหว่างการผ่าตัดด้วยไฟฟ้า การจี้ไฟฟ้า และการดูดความร้อน คือ การส่งกระแสไฟฟ้าความถี่สูงผ่านร่างกายของคนไข้ วิธีการสองวิธีหลังนี้ใช้การถ่ายโอนพลังงานความร้อนจากตัวนำความร้อนหรือหน่วยความร้อนไปยังเนื้อเยื่อโดยตรง ไม่มีการเคลื่อนตัวของอิเล็กตรอนโดยตรงผ่านเนื้อเยื่อ เช่นเดียวกับการผ่าตัดด้วยไฟฟ้า

กลไกการทำงานของการผ่าตัดด้วยไฟฟ้าต่อเนื้อเยื่อ

การที่กระแสไฟฟ้าความถี่สูงผ่านเนื้อเยื่อจะส่งผลให้เกิดการปลดปล่อยพลังงานความร้อน

ความร้อนจะถูกปล่อยออกมาในส่วนของวงจรไฟฟ้าที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กที่สุด และด้วยเหตุนี้ จึงมีความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าสูงที่สุด กฎเดียวกันนี้ใช้ได้กับเมื่อคุณเปิดหลอดไฟ ไส้หลอดทังสเตนบางๆ จะร้อนขึ้นและปลดปล่อยพลังงานแสง ในการผ่าตัดด้วยไฟฟ้า สิ่งนี้จะเกิดขึ้นในส่วนของวงจรไฟฟ้าที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่าและมีความต้านทานมากกว่า นั่นคือ ส่วนที่อิเล็กโทรดของศัลยแพทย์สัมผัสกับเนื้อเยื่อ ความร้อนจะไม่ถูกปล่อยออกมาที่บริเวณแผ่นโลหะของผู้ป่วย เนื่องจากพื้นที่ขนาดใหญ่ของแผ่นโลหะทำให้เกิดการกระจายและความหนาแน่นของพลังงานต่ำ

ยิ่งเส้นผ่านศูนย์กลางของอิเล็กโทรดเล็กลงเท่าใด ความร้อนก็จะยิ่งไปยังเนื้อเยื่อที่อยู่ติดกับอิเล็กโทรดได้เร็วขึ้นเท่านั้น เนื่องจากมีปริมาตรที่เล็กกว่า ดังนั้น การตัดจึงมีประสิทธิภาพสูงสุดและทำให้เกิดบาดแผลน้อยที่สุดเมื่อใช้อิเล็กโทรดแบบเข็ม

ผลการผ่าตัดด้วยไฟฟ้าที่มีต่อเนื้อเยื่อ มีอยู่ 2 ประเภทหลักๆ คือ การตัดและการแข็งตัวของเลือด

กระแสไฟฟ้ารูปแบบต่างๆ ใช้สำหรับการตัดและการแข็งตัว ในโหมดการตัด จะมีการจ่ายกระแสไฟฟ้าสลับต่อเนื่องด้วยแรงดันไฟต่ำ รายละเอียดของกลไกการตัดยังไม่ชัดเจนนัก อาจเป็นไปได้ว่าภายใต้อิทธิพลของกระแสไฟฟ้า จะมีการเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องของไอออนภายในเซลล์ ซึ่งส่งผลให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและการระเหยของของเหลวภายในเซลล์ เกิดการระเบิด ปริมาตรของเซลล์เพิ่มขึ้นทันที เยื่อหุ้มเซลล์แตก และเนื้อเยื่อถูกทำลาย เราถือว่ากระบวนการนี้เป็นการตัด ก๊าซที่ปล่อยออกมาจะกระจายความร้อน ซึ่งป้องกันไม่ให้ชั้นเนื้อเยื่อที่ลึกกว่าร้อนเกินไป ดังนั้น เนื้อเยื่อจึงถูกผ่าออกด้วยการถ่ายเทอุณหภูมิด้านข้างเพียงเล็กน้อยและโซนเนื้อตายขั้นต่ำ สะเก็ดแผลบนพื้นผิวแผลนั้นไม่สำคัญ เนื่องจากการแข็งตัวของผิวเผิน ผลการหยุดเลือดในโหมดนี้จึงไม่มีนัยสำคัญ

กระแสไฟฟ้าในรูปแบบที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิงจะถูกใช้ในโหมดการแข็งตัวของเนื้อเยื่อ ซึ่งเป็นกระแสไฟฟ้าสลับแบบพัลส์ที่มีแรงดันไฟฟ้าสูง กระแสไฟฟ้าจะพุ่งสูงขึ้น ตามด้วยการลดทอนของคลื่นไซน์อย่างค่อยเป็นค่อยไป เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบผ่าตัดด้วยไฟฟ้า (ESG) จะจ่ายแรงดันไฟฟ้าเพียง 6% ของเวลาทั้งหมด ในช่วงเวลาดังกล่าว อุปกรณ์จะไม่ผลิตพลังงาน เนื้อเยื่อจะเย็นลง เนื้อเยื่อจะไม่ได้รับความร้อนอย่างรวดเร็วเท่ากับตอนตัด แรงดันไฟฟ้าสูงที่พุ่งสูงขึ้นในช่วงสั้นๆ จะนำไปสู่การขาดเลือดของเนื้อเยื่อ แต่ไม่ระเหยเหมือนในกรณีของการตัด ในช่วงเวลาดังกล่าว เซลล์จะแห้ง เมื่อถึงเวลาที่ไฟฟ้าพุ่งสูงขึ้นอีกครั้ง เซลล์แห้งจะมีความต้านทานเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ความร้อนกระจายมากขึ้น และเนื้อเยื่อจะแห้งลึกลงไปอีก วิธีนี้ช่วยให้ผ่าตัดได้น้อยที่สุด โดยพลังงานจะแทรกซึมเข้าไปในเนื้อเยื่อได้มากที่สุด โปรตีนจะเสียสภาพ และเกิดลิ่มเลือดในหลอดเลือด ดังนั้น ESG จึงใช้การแข็งตัวของเนื้อเยื่อและการหยุดเลือด เมื่อเนื้อเยื่อแห้ง ความต้านทานจะเพิ่มขึ้นจนการไหลเวียนหยุดลงเกือบหมด ผลลัพธ์นี้เกิดขึ้นได้จากการสัมผัสอิเล็กโทรดกับเนื้อเยื่อโดยตรง พื้นที่ที่ได้รับผลกระทบมีขนาดเล็กแต่มีความลึกมาก

เพื่อให้ได้การตัดและการตกตะกอนพร้อมกัน จะใช้โหมดผสม การไหลแบบผสมจะเกิดขึ้นที่แรงดันไฟฟ้าที่มากกว่าในโหมดตัด แต่ต่ำกว่าในโหมดการตกตะกอน โหมดผสมช่วยให้เนื้อเยื่อที่อยู่ติดกันแห้ง (การตกตะกอน) ด้วยการตัดพร้อมกัน ECG สมัยใหม่มีโหมดผสมหลายโหมดที่มีอัตราส่วนของทั้งสองเอฟเฟกต์ต่างกัน

ตัวแปรเดียวที่กำหนดการแบ่งหน้าที่ของคลื่นต่างๆ (คลื่นหนึ่งตัด อีกคลื่นหนึ่งทำให้เนื้อเยื่อแข็งตัว) คือปริมาณความร้อนที่เกิดขึ้น ความร้อนจำนวนมากที่ปล่อยออกมาจะทำให้เกิดการตัดอย่างรวดเร็ว หรือทำให้เนื้อเยื่อระเหย ความร้อนจำนวนน้อยที่ปล่อยออกมาจะทำให้เกิดการแข็งตัวอย่างช้าๆ หรือทำให้เนื้อเยื่อแห้ง

ระบบไบโพลาร์ทำงานในโหมดการแข็งตัวเท่านั้น เนื้อเยื่อระหว่างอิเล็กโทรดจะขาดน้ำเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ระบบนี้ใช้แรงดันไฟต่ำคงที่