KIRURGISK DIATERMI

Karl Bodell@ki.se

BJ röd: sid 526-530Lindén & Öberg 409 - 411BJ vit: sid 260-283Samt kompendium:Högfrekventa fält kringdiatermiutrustning

Rökutveckling vid diatermi

• Vad är diatermi• Historik• Ellära (repetition)• Teori för diatermi• Apparatur• Säkerhetsaspekter• Demonstration

Agenda

Vad är diatermi?

• Diatermi– kirurgisk teknik där högfrekvent ström leds

genom vävnad.– grekiska: dia - genom, termo - värme– surgical diathermy - eng. term– electrosurgery - am. term

(ESU=electro surgical unit)– (electrocautery använder likström)

Historik

• Forna Grekland– icke destruktivt: varma bad och sol– destruktivt: heta instrument och brännglas

• William Gilbert (1540-1609)– ”elektroterapins fader”

Historik

• J.A. D’Arsonval 1892– Högfrekvent ström (>10 kHz) genom vävnad

utan smärta eller neuromuskulär stimulering. • Nikolas Tesla 1890

– biologiska effekter av RF-ström i vävnad• Riviére 1900

– första dokumenterade användningen: tog bort hudförändring på en Paris-musikers hand.

Historik• Tidigt 1900-tal

– gnistgapgenerator för koagulation– elektronrörsgenerator för snitt

• 1970/80-talet– halvledarteknik– lite ny grundforskning sedan 30-talet

Diatermisk kirurgi

http://www.youtube.com/watch?v=cw-sbEoG0Eo&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=9kb0ibKl1jE

Ellära

• Växelström/spänning– Frekvens– Amplitud

• toppvärde• effektivvärde (RMS)

– Elektromagnetiska fält

Elektro-magnetiska fält

Elektriskt fält

1. Elektriska fält uppstår från spänning2. Mäts i V/m3. Existerar även då apparaten är avstängd4. Fältet avtar med avståndet från källan5. De flesta byggnadsmaterial skyddar mot fältet.

Magnetiskt fält

1. Uppstår p.g.a ström2. Mäts i A/m eller flödestäthet Tesla(T)3. Existerar endast då strömmen är påslagen.4. Fältet avtar med avståndet5. De flesta material skärmar inte av fältet

Ellära

• Induktans/spole– motverkar strömförändringar

• Kapacitans/kondensator– motverkar spänningsförändringar– lagrar elektrisk laddning– leder hf ström

Oscillerande fält

Tidsvarierande elektromagnetiska fält indelas i

Extremt lågfrekventa fält (ELF): upp till 300Hzt.ex. Elledningar och el.apparater i hemmetIntermediära frekvenser (IF): 300Hz - 10MHzDataskärmar, säkerhetssystemRadiofrekvens (RF): 10 MHz – 300 GHzRadio, TV, mobiltelefon, mikrovågsugn, …

Kapacitiv koppling

+++

- - -

Generator ~

Strömtäthet och effekttäthet

Strömtätheten J = s E = = s U a/r2

Effekttätheten Wn ~ 1/r4 EJ

i

Effekttätheten (W/m3) minskar snabbt med avståndet från elektroden

r

• Det högsta tillåtna värdet för strömtätheten anges som:

j = f /100 (mA/cm3); f är frekvensen d.v.s. 27 kHz ger en högsta tillåtna

effekttäthet på 270 mA/cm3

För frekvenser upp till 10kHz är nervstimuleringen den begränsande faktorn.

Temperaturökning per sekundadiabatisk uppvärmining

DT/h = J2/(s*c * r)DT = temperatur förändring

h = tid i sekunder

J = strömtätheten (A/m2)

c = värmekapaciteten (kJ/kg · K)(för vatten)

r = densiteten (kg/m3)

s = konduktiviteten (1/(Wm)270mA/cm3 ger c:a 1,40C/s

Ledningsförmåga hos vävnader

• Nerver, muskler och blodådror har hög ledningsförmåga (Ca: 0,1 – 0,7 S/m)

• Senor, fettvävnader, brosk och ben har låg ledningsförmåga (c:a 0,01 – 0,05 S/m)

Torrhud 10-7 S/m fuktig hud 10-5 S/m

Vävnadsskador• Till ca 40 ºC: Ingen cellskada• Från ca 40 ºC: Reversibla cellskador, beroende av

exponeringstid.• Från ca 50 ºC: Irreversibla cellskador, denaturering.• Från ca 70 ºC: Blodstillning• Från ca 100 ºC: Desickation, dvs ångbildning så att

vattnet kokar bort. • Från ca 200 ºC: Karbonisering (förkolning),

brännskada av IV:e graden.

• Upphettning till 440C motsvarar c:a 25J/cm3

• Koagulering sker över 650C c:a 100J/cm3

• Kokning av cellplasma 220J/cm3

• Avdusnstning > 330J/cm3

Energitäthet

Kirurgisk diatermi• Aktiv elektrod• Neutral elektrod• Strömtäthet• 0,3-5 MHz (>100 kHz)• Kapacitivt överförd ström (radiovågor utan

elektrisk ledning). Kapacitiv koppling• Strömmen tar alltid den väg som har lägst

impedans

Slynga för borttagning av exempelvis polyper.

Tunn aktiv elektrod för skärning

Aktiv elektrod

Princip för kirurgisk diatermi

http://www.youtube.com/watch?v=9kb0ibKl1jE

Elektroder

• Aktiva elektroder– knivelektrod– kulelektrod– bipolär (pincett)– diatermislynga– resektoskop

Neutralelektroder• Minska strömtätheten i vävnaden• Placering• Stor kontaktyta• Elektrod gel• Typer

– metallplatta (stel eller flexibel)– plåsterelektroder med/utan gel– armbandselektrod (patient eller läkare)– etc.

Vävnadsdestruktion• Skärning (5 – 400W)• Koagulation (30 – 60W)

– Fulguration – Desickation

• Effektbehov– några W - ögonkirurgi– upp till 50 W - allmän kirurgi– upp till 400 W - urologiska ingrepp (TUR)

Skärström• Hög strömtäthet vid aktiv elektrod• Ström med konstant amplitud. (hög duty factor)• Cellvätskan kokar och förångas, cellmembranet

brister och vävnaden destrueras.• Strömmen leds via ljusbågar/gnistor till

vävnaden.– joner i gasen från förångade celler– argon

Koagulation• Ström med periodiskt varierande amplitud• Låg duty cycle• Desickation

– direktkontakt– uttorkning vid låg effekt– liten vävnadsdestruering

• Fulguration– spraya med gnistor över såret, ej kontakt– hög crestfaktor men låg effekt– används för att avlägsna ytliga vävnadsstrukturer (ex.

vårtor)

Monopolär diatermi

Bipolär diatermi

Koagulation

Duty cycle

• Duty cycle anger hur stor del av en 10 minuters period signalen är på

• En 30% duty cycle skall vila 7 minuter efter 3 minuters påslag.

Duty-factor hög lågSpänning

Crest faktor

Diatermigeneratorer

• Gnistgapsgenerator– hög crestfaktor– hög effekt– slitage på gnistgap

• Rörgenerator– kontinuerlig sinusspänning

Diatermigeneratorer

• Halvledargenerator– mindre och billigare– mindre slitagekänsliga

Diatermigeneratorer• Olika typer av utgångar

– jordad– ”HF-jordad”– flytande (vanligast)

HF-jordad

Modern apparatur

• Tissue Response Technology– feedback-krets– datorstyrd reglering av spänningen under

skärning.– reagerar på variationer av vävnadsdensitet

Säkerhetsaspekter - faror

• Brännskador– dålig elektrodkontakt– ej isolerad patient– EKG elektroder– kabelplacering– apparatfel

• Neuromuskulär stimulering– låga frekvenskomponenter pga varierande

vävnadsimpedans

Säkerhetsaspekter - faror

• Brandrisk– gaser och vätskor

• RF-inteferens– påverkan på annan apparatur (pacemaker,

livsupphållande utrustning etc)

• Höga magnetiska/elektriska fält (för personal)

Jordad generator

Bra placering

Dålig placering

Säkerhetsaspekter - förebyggande

• Brännskador– noggrannhet vid elektrod-applicering och

patientplacering.– EKG-elektroder med skyddsimpedans. EJ

nålelektroder.– lägsta effekt– kontroll av skyddskretsar och kablage

(placering)

Säkerhetsaspekter - förebyggande

• RF-inteferens – helst bipolärteknik– lägst effekt– skärmade kablar– HF-filter i utgångssteget

• Neuromuskulär stimulering– skärmade kablar– HF-filter i utgångssteget

PULSED E/M ENERGY DEVICES SUMMARY

Keywords: PAP-IMI-300 (USA,EU), DIAPULSE (USA), MAGNATHERM (USA), ZIMMER (EU), CURAPULS 403 (EU), crest factor

DEVICE

  Num of pulses per sec

Frequency

Max average

Energy/s or average

Heat/s out

Instant or Peak E/M Power out

Active Pulse Time (APT) or Total Pulse Duration/s or

Duty Cycle.Compression* =1/APT

Parameters within range anticipating to initiate

Electroporation

PAP-IMI-300 (USA,EU)Canadian, EU Approval

Manufacturer's Characterization: High Peak

Pulsed E/M Energy

2 -30/sContinuous Fourier Harmonics 0.3 to 250 MHz, Plasma Born by Natural Air. Radar

pulsed technology

40- 60 Joules/s or

Watts

1,000,000  Watts

  APT .0.001%Compression = 

100,000  YES 

DIAPULSE (USA)FDA approvedManufacture's

Characterization: High Peak Pulsed E/M Energy

80 - 600/s

   27 MHz fixed by FCC convention.Old radio tube technology

38 Joules/s or Watts  . 975 Watts 

  APT .0.52 - 3.9% 

Compression = .192.3 - 25.6 

NO

MAGNATHERM (USA)FDA approvedManufacture's

Characterization: Pulsed Diathermy

700 -7000/s

   27 MHz fixed by FCC convention. Old radio tube technology

665 Joules/s or Watts

. 1,000 Watts

APT =30 - 75% Compression =

3.33 - 1.33NO

ZIMMER (EU)FDA approvedManufacture's

Characterization: Pulsed Diathermy

   27 MHz fixed by FCC convention. Solid state tech.

150 Joules/s or Watts

   . 250 Watts

APT . 60% Compression =

1.66NO

CURAPULS 403 (EU)Manufacture's

Characterization:  Pulsed Short Wave Therapy

26 - 400/s

27 MHz fixed by FCC convention.Solid state tech. 32 Joules/s 

or Watts . 200 Watts1 - 16% 

Compression =100 - 6.25

NO

*Note: Compression also signifies the relaxation time with respect to active time. Exam.:Comp.=100,000 also means that the relaxation time is 100,000 bigger than the active time. The compression ratio also corresponds to the crest factor known for the Electrosurgical Diathermies in the coagulation mode with typical values 5 to 10.

Testa själv!