电外科

神经细胞和肌肉细胞是电激发的，即它们可以被电流刺激。在人类患者中，这种刺激可能导致急性疼痛、肌肉痉挛，甚至心脏骤停。神经和肌肉细胞对电场的敏感性是由于其细胞膜中存在电压门控离子通道。刺激阈值在低频下变化不大（流变碱恒定水平），当脉冲（或周期）的持续时间下降到特征最小值（chronaxie）以下时，阈值开始增加。通常，神经细胞在0.1-10ms范围内，因此对电刺激的敏感性（刺激阈值的倒数）随着频率在kHz及以上范围内增加而降低。（请注意，交流电流的频率是单个周期持续时间的倒数）。为了尽量减少肌肉和神经刺激的影响，使用电手术器械的无线电频率（RF）通常在在100千赫到5兆赫范围。

在较高频率下有助于最大限度地减少水电解产生的氢和氧的量，避免在封闭隔室中的液体介质中，气泡产生的干扰。例如，可以防止在眼睛内部操作期间产生的气泡可能会遮蔽视野的问题。

有几种常用的电极设备或电路拓扑：

对于“双极”仪器，使用一对大小相似的电极将电流施加到患者身上。例如，特殊镊子，一个尖头连接到射频发生器的一个极，另一个尖头连接到发生器的另一个极。当一块组织被镊子夹住时，RF交替极性电流在两个镊子尖齿之间振荡，通过前面描述的细胞内离子的同步振荡加热组织。

在单极设备中，患者连接到分散电极、相对较大的金属板或柔性金属化塑料垫，后者连接到射频发生器或电外科装置(ESU)。外科医生使用称为“有源电极”的尖头或刀片状电极与组织接触使用。可用于称为电外科切割的汽化、线性切割组织，或用于蛋白质干燥凝固促使血管止血。电流在有源电极和分散电极之间振荡，患者介于两者之间。由于RF电流的浓度随着与有源电极的距离而降低，因此电流密度迅速（二次）降低。由于组织加热速率与电流密度的平方成正比，因此加热发生在非常局部的区域，仅在靠近电极部分如尖端所靠近或接触的目标组织。

在手指等肢体上，用于分散电流横截面积有限，可能导致更高的电流密度和热量穿透整个肢体。

另外一种双极仪器两个电极的设计相同，但分散电极比有源电极大得多。由于较小电极前面的电流密度较高，因此加热和相关组织效应仅发生在有源电极的前面。有时这种设备被称为sesquipolar，即使这个术语的起源，拉丁语sesqui中意味着1.5的比率。[9]

在切割模式下，电极接触组织，并施加足够高的功率密度以蒸发水分。由于水蒸气在正常情况下不导电，因此电流不能流过蒸气层。如果施加足够高的电压(>+/-200 V)[11]电离蒸汽并将其转化为导电等离子体，则超过汽化阈值的能量传输可以继续进行。蒸汽和过热组织的碎片被喷射出来，形成一个坑。[12]用于切割的电极表面不是圆形表面的平坦刀片，而通常具有更细的线或线环。

使用平均功率较低的波形进行凝结，产生的热量不足以产生爆炸性汽化，而是产生热凝结物。

当电极接触到空气中的组织时会发生干燥，并且产生的热量低于切割所需的热量。组织表面和探针更深处的一些组织变干，形成凝块（死组织的干燥斑块）。该技术可用于治疗需要对皮肤表面损伤最小的皮下结节。

在电灼模式下，电极远离组织，因此当电极和组织之间的气隙被电离时，会产生电弧放电。在这种方法中，对组织的灼烧深度更浅，因为电流分布在比电极尖端更大的组织区域。[13]在这种条件下，表面皮肤炭化或碳化比与探头接触时面积更广，因此该技术用于非常浅表或突出的病变，例如皮赘。气隙的电离需要千伏范围内的电压。

除了组织中的热效应外，电场还可以在细胞膜上造孔——这种现象称为电穿孔。

不同的波形可用于不同的电外科手术。对于切割，通常采用连续的单频正弦波。快速的组织加热导致细胞外液爆炸性汽化。如果电压足够高（>400 V峰峰值）[11]，蒸汽被电离，形成导电等离子体。电流继续从金属电极通过电离气体流入组织。组织的快速过热导致其汽化、碎裂和喷射，从而实现组织切割。[11]在连续波的应用中，热扩散通常会导致在病变边缘形成明显的热损伤区。电外科波形中的开路电压通常在300–10,000 V峰峰值范围内。

脉冲波形可以获得更高的精度。[11][12]使用持续时间为几十微秒的脉冲串可以切割组织，而热扩散区的大小可以不超过细胞尺度。如果在爆发之间延迟足够时间，也可以避免重复爆发的热量积聚，从而使组织冷却。[12]可以通过改变开启时间与关闭时间的比例控制加热速率。相关参数占空比定义为开启时间与周期（单个开启-关闭周期的时间）之比。在电气工程术语中，改变这个比率以达到平均幅度而不是直接改变幅度的过程称为脉宽调制。

对于凝固，平均功率通常降低到切割阈值以下。通常，正弦波会快速连续地打开和关闭。整体效果是较慢的加热过程，这会导致组织凝固。在简单的凝固/切割模式机器中，与使用相同设备的切割模式典型的高频音相比，人耳通常会听到较低的凝固模式典型的占空比较低的频率和更粗糙的音调。

许多现代电外科发生器提供复杂的波形，并根据组织阻抗的变化实时调整功率。

烧伤

对于麻醉期间的高功率手术用途，单极模式依赖于身体大面积（通常是患者的整个背部）与返回电极或电极垫（也称为分散垫或患者板）之间的良好电接触。如果与返回电极的接触不足，或者当患者接触到金属物体作为接地/接地的意外（电容性）泄漏路径时，可能会发生严重烧伤（3度）。

为防止意外灼伤，清洁皮肤并使用导电凝胶增强与返回电极的接触。在建筑物的电气布线中必须遵循正确的电气接地做法。除此之外，使用包括返回电极监测系统的现代电外科设备，该系统可以持续测试可靠和安全的患者接触。这些系统监测分离或双垫返回电极的阻抗，并发出警报，在发生故障时禁用进一步的发电机输出。以前的发生器依赖于单垫返回电极，因此无法验证保证的安全接触。返回电极应始终与皮肤完全接触，并放置在身体的同一侧并靠近进行手术的身体部位。

如果患者体内有任何金属，则将返回电极放置在身体与金属相反的一侧，并放置在金属和手术部位之间，防止电流在通往返回电极的途中有选择地通过金属。例如，对于已进行右侧髋关节置换手术的患者，将返回电极放置在下腹部外侧的身体左侧，并将返回电极放置在下腹部的位置之间，即金属和手术部位并且是金属的另一侧。如果身体两侧有金属，则尽可能将返回电极放置在金属和手术部位之间。常见的返回电极位置包括大腿外侧、腹部、背部或肩胛骨的外侧部分。[8]

双极的使用不需要放置返回电极，因为电流仅在钳子或其他双极输出设备的尖头之间通过。

电外科手术只能由接受过特定培训并熟悉防烧伤技术的医生进行。

烟毒

电外科手术产生的手术烟雾的毒性也引起了人们的关注。这已被证明含有可能对患者、外科医生或手术室工作人员造成伤害的化学物质。[14][15]

火灾

不应在如含酒精的消毒剂等易燃物质周围使用电刀。[16]

William T. Bovie工作于哈佛大学时开发了第一个电外科设备。[8][17]1926年10月1日，马萨诸塞州波士顿的布莱根妇女医院的哈维·库欣（Harvey Cushing）首次使用电外科设备进行了患者头部去除肿块的手术。[18]

• Hyfrecator2000简单指南，RichardJMotley，SchucoInternationalLtd.低功率门诊皮肤科设备的入门书，以Hyfrecator2000设备为例。
• 皮肤电外科 （页面存档备份，存于），BarryL.Hainer医学博士，RichardB.Usatine，医学博士，美国家庭医师（美国家庭医师学会杂志），2002年10月1日；66(7):1259-66。
• 电外科手术试水 （页面存档备份，存于）OnlineJournaloftheBiomedicalEngineeringAssociationofIreland(BEAI)，1997年5月。
• 电外科更新 （页面存档备份，存于），JudithLee，特约编辑，门诊外科杂志，2002年2月。