Mọi vật chất tồn tại xung quanh ta đều cấu tạo bởi các nguyên tử. Mỗi nguyên tử gồm một nhân tích điện dương và các điện tử tích điện âm quay xung quanh nó theo các quỹ đạo nhất định. Bình thường điện tích của hạt nhân và tổng điện tích của các điện tử quay quanh nó bằng nhau về trị số và trái dấu tức nó trung hòa về điện. Khi nguyên tử thu nhận thêm điện tử nó sẽ tích điện âm gọi là ion âm, còn khi nguyên tử mất bớt điện tử nó sẽ thành ion dương. Quá trình biến thành ion gọi là sự ion hóa.

Định nghĩa dòng điện : Dòng điện là dòng chuyển động có hướng của các điện tử trong môi trường dẫn điện.

Có 2 dạng dòng điện chính là dòng điện xoay chiều và dòng điện một chiều.

Dòng điện xoay chiều (AC) : còn gọi là dòng điện hình sin, là dòng điện tử có hướng luân phiên thay đổi, theo hàm số sin.

Tần số dòng điện là số lần thay đổi hướng của dòng điện trong một giây, tính bằng Hertz, 1 Hertz là một chu kỳ mỗi giây.

-         50 Hz – 60 Hz                         tần số điện nhà

-         100 Hz – 5 kHz                       tiếng nói bình thường

-                   100 kHz                                   thần kinh cơ không đáp ứng kích thích

-         200 kHz – 3,3MHz                 tần số máy phẫu thuật điện

-         550 kHz – 1,6 MHz                tần số sóng radio AM

-         88 MHz – 108 MHz                tần số sóng radio FM

-         54 MHz – 880 MHz                tần số Tivi

Dòng điện một chiều (DC) : là dòng điện có hướng chỉ di chuyển theo một hướng, dòng điện của pin hoặc acquy là dòng điện một chiều.

Trở kháng : là sự cản trở việc di chuyển dòng điện tử của vật dẫn điện, người ta nói impedance là nói trở kháng dòng điện xoay chiều còn resistance là trở kháng dòng 1 chiều. Trong phẫu thuật điện, trở kháng là bệnh nhân. Trở kháng đo bằng ohm.

Hiệu điện thế ( điện áp ): là lực đẩy điện tử di chuyển trong chu trình, đo bằng Volt, 1 vol là lực đẩy 1 amp dòng điện qua 1 ohms trở kháng.

Số lượng điện tử chuyển động qua một đơn vị diện tích trong một giây gọi là cường độ dòng điện tính bằng Ampe ( A ). Để dễ hiểu chúng ta lấy hình tượng máu trong mạch máu để minh họa dòng điện : trong đó Lực co bóp của tim tương ứng với hiệu điện thế, dòng máu, cung lượng tim tương ứng với dòng điện tử gọi là dòng điện được đo bằng ampe, ở những chỗ hẹp (tương ứng với điện trở tăng) tim tiếp tục bơm với lực như nhau làm áp lực trên mạch máu tăng làm tăng huyết áp, tương tự trong điện, khi dòng điện ổn định đi gặp phải trở kháng ( ví dụ như mô người ) thì lực dòng điện và điện thế tăng lên, sức đề kháng tăng cũng làm tăng nhiệt độ, dòng điện dân dụng ở Việt nam có tần số là 50Hz. Khi chạy qua người nó có thể gây ngừng tim, tuy nhiên khi tần số dòng điện tăng lên thì tác động lên mô cũng thay đổi, tại tần số 100.000 Hz dòng điện ngừng kích thích thần kinh cơ, điều này được giải thích là do tần số thay đổi hướng của dòng điện quá nhanh nên thần kinh cơ không kịp đáp ứng.

Phẫu thuật điện tùy nơi có những tên gọi khác nhau ở Châu âu gọi là nhiệt phẫu thuật còn ở Mỹ gọi là máy đốt điện

2.1.1     LỊCH SỬ PHẪU THUẬT ĐIỆN :

Cách nay 5000 năm con người đã biết dùng nhiệt của lửa để cầm máu, một trong những ứng dụng đầu tiên là làm nóng bàn ủi bằng lửa sau đó áp vào vết thương để cầm máu. Tương tự năm 1875 người ta dùng dòng điện chạy qua dây dẫn làm nóng đỏ chúng lên rồi áp vào mô.

Phẫu thuật điện thật sự được giới thiệu đầu tiên bởi Harvey Cushing một nhà phẫu thuật thần kinh nổi tiếng ở Mỹ và William Bovie một nhà vật lý ở Harvard từ năm 1924. Từ đó, với những ưu điểm của mình, nó ngày càng được chấp nhận rộng rãi. Cho đến nay có khoảng 80% các các ca phẫu thuật có sử dụng phẫu thuật điện, điều này đã làm giảm thời gian phẫu thuật và thời gian hồi phục của bệnh nhân. Máy phẫu thuật điện đầu tiên của Bovie là một máy đánh lửa hồ quang, gồm 2 mảnh kim loại cách nhau bởi một khoảng hở không khí, nó hoạt động giống buri trong xe mô tô, khi điện áp đủ cao thì sẽ xảy ra hiện tượng phóng hồ quang.

Một chu trình điện phải bao gồm ba yếu tố : máy tạo dao động dòng điện, điện cực hoạt động và điện cực phân tán, cùng với bệnh nhân tạo một vòng khép kín.

Một dạng phẫu thuật dùng điện khác là cautery điện. Người ta sử dụng dòng điện 1 chiều đi qua điện trở làm chúng nóng đỏ lên để đốt mô,

2.1.2    NGUYÊN LÝ PHẪU THUẬT ĐIỆN :

2.1.3    Nguyên lý hoạt động :

Phẫu thuật điện là quá trình sử dụng dòng điện xoay chiều tần số cao (200,000 Hz – 3,300,000 Hz) để cắt mô và đông mô. dòng điện này chạy qua toàn bộ phần cơ thể nằm giữa đầu điện cực hoạt động và điện cực phân tán, dưới tác động của điện trường,  Ion trong mô gần với điện cực di chuyển Chúng liên tục va chạm với những nguyên tử và phân tử khác và truyền động năng của chúng cho nhau. Điều này gây tăng vận động ngẫu nhiên của các phân tử trong mô và sự tập hợp này làm tăng năng lượng bên trong tạo ra nhiệt. Nhiệt làm nước gian bào sôi, làm tăng áp lực nội bào gây vỡ màng tế bào

Trong phẫu thuật điện người ta phải sử dụng dòng điện tần số cao để giảm thiểu kích thích không mong muốn đến cơ thể, khi ở tần số cao do tần số thay đổi dòng điện quá nhanh làm tế bào không kịp phản ứng. Bình thường thần kinh cơ sẽ ngừng đáp ứng với dòng điện tại tần số 100.000 Hz trở lên. Máy đốt điện hoạt động ở tần số từ 200KHz – 3,3 MHz, tần số này cao hơn giới hạn tại đó thần kinh cơ bị kích thích khá nhiều (<100.000 Hz), nên việc sử dụng máy phẫu thuật điện khá an toàn.

Một dạng phẫu thuật dùng điện khác là cautery điện, trong đó dòng điện đi qua một điện trở (dưới dạng một điện cực) làm tăng nhiệt độ điện trở đến một mức độ mong muốn sau đó người ta áp điện trở đó vào mô để cắt hoặc đốt. Như vậy không có dòng điện chạy qua người bệnh nhân và như vậy không cần điện cực phân tán.

2.1.4    Các dạng phẫu thuật điện :

Phương tiện phẫu thuật điện hiện đại tạo ra sóng điện từ có tần số rất cao, giữa 200kHz – 3,3MHz, sóng dùng trong phẫu thuật điện có tính chất về tần số giống như tần số sóng radio dùng trong phát thanh và truyền thanh, vì vậy sóng phẫu thuật điện còn gọi là sóng tần số Radio.

Máy phẫu thuật điện có thể tạo ra nhiều dạng sóng khác nhau, khi thay đổi dạng sóng thì tác dụng vào mô cũng thay đổi tương ứng. Dòng điện để cắt là dòng điện có dạng sóng liên tục, nó tạo nhiệt rất nhanh và gây bốc hơi mô (Nhiệt làm nước gian bào sôi, làm tăng áp lực nội bào gây vỡ màng tế bào. Điều này gọi là sự bay hơi tế bào), còn dòng điện để đông mô có dạng sóng gián đoạn, nó sinh nhiệt ít hơn và chậm hơn nên thay vì bốc hơi mô chúng chỉ làm khô đông lại, giữa 2 kiểu này còn có các kiểu pha trộn có tác dụng giữa cắt và đốt. Ngoài ra còn có kiểu đốt phun để cầm máu lan tỏa trên diện rộng. Với tất cả các máy đốt điện hiện đại các tác dụng thường được tạo bởi sóng trộn, việc điều chỉnh tác dụng đốt và cắt hoàn toàn độc lập nhau hay nói khác hơn thì cường độ đốt cầm máu trong quá trình cắt thì không bị ảnh hưởng bởi việc điều chỉnh cường độ cắt.                            

Máy đốt cơ bản của Bovie với dòng điện cắt và đốt riêng biệt đã được dùng rộng rãi ở Mỹ trong khoảng thời gian 1930-1960, với một số cải tiến nhỏ, năm 1970 máy đốt đã có những tiến bộ lớn, mạch điện cho phép tạo ra những dạng sóng phức hợp, từ đó nó cho phép phẫu thuật viên có thể thực hiện được những phẫu thuật tinh vi và an toàn hơn.

1, Kiểu cắt :

Dòng điện có dạng sóng liên tục, dòng điện có vol thấp được phát ra liên tục có tác dụng tạo nhiệt nhanh. Để đạt được hiệu quả cắt nên để đầu điện cực nhẹ trên mô đích.

Dòng điện có dạng sóng gián đoạn, nó tạo nhiệt ít và chậm nên chỉ có tác dụng đốt.          

3, Kiểu pha trộn :

Kiểu pha trộn trên máy phát điện là dạng sóng cắt nhưng điện thế cao hơn mốt cắt thông thường, có tác dụng đốt bên cạnh tác dụng cắt. (Tucker, 1998).. có một số dạng sóng pha trộn có thể thay đổi tỷ số cắt và đốt.

4, Kiểu đốt phun :

Đạt được khi máy phát điện ở chế độ đốt, kiểu đốt tạo dạng sóng gián đoạn

2.1.5    Các hình thức phẫu thuật điện :

Kỹ thuật phẫu thuật điện chia thành 2 nhóm chính : đơn và 2 cực

Mạch điện phẫu thuật thì tương tự trong cả ứng dụng đơn cực và hai cực. Dòng điện từ cuộn giao động theo điện cực hoạt động qua mô người rồi trở về điện cực phân tán. Trong kiểu hai cực cả điện cực hoạt động và phân tán cùng nằm trên tay cầm nên thể tích mô giữa 2 điện cực rất nhỏ (Malis 1996). Điều này cho phép áp dụng dòng điện đến mô chính xác hơn . Trong kiểu đơn cực, thể tích mô giữa 2 điện cực khá lớn.

Phẫu thuật điện đơn cực là dạng phẫu thuật điện phổ biến nhất. Trong kiểu đơn cực, máy phát điện tạo dòng điện chạy từ cực hoạt động qua cơ thể bệnh nhân về cực phân tán và trở về máy phát điện tạo vòng khép kín.

Trong kiểu cắt đơn cực, dạng sóng điển hình có dạng hình sine 3 – 3,3 MHz, năng lượng tập trung tại đầu đốt với điện thế rất cao ( trên 2500 vol) có một dòng điện sẽ lan tỏa 

theo hình nón từ điện cực hoạt động xuống điện cực phân tán.

Người ta thấy có sự dò dòng điện đáng kể từ chu trình này đến mô kế cận, điều này có nghĩa có dòng điện đi qua các tổ chức mô khác nằm giữa chúng như mạch máu, thần kinh, co xương, vv.

Thực tế người ta thấy có một số lượng đáng kể điện và nhiệt ở khoảng cách 1-2 cm xung quanh từ một điểm nhỏ tiếp xúc với điện cực hoạt động. Vì lý do này việc dùng đốt đơn cực bị hạn chế. Chúng không hoạt động được trong môi trường ướt hoặc máu, và thậm chí không được chạm vào xương, răng hay kim loại.

2.3.3.2. Hệ thống phẫu thuật hai cực (bipolar)

Hệ thống dùng sóng 1 MHz để cắt, Những nghiên cứu phẫu thuật đã khẳng định rằng tần số tối ưu cho cắt mô là 1 MHz, vì nếu tần số thấp hơn sẽ tạo ra những kích thích không mong muốn còn ở tần số cao hơn sẽ tạo nhiệt và lan tỏa dòng điện một cách đáng kể.

Năng lượng tại đầu điện cực hoàn toàn riêng biệt. Dòng điện không chạy qua người mà chỉ chạy qua vùng mô nhỏ nằm giữa 2 điện cực, không cần miếng pad đất, nên loại bỏ sự lan tỏa của dòng điện và nhiệt đến các mô kế cận. Điện thế máy hai cực thường chỉ khoảng 140 vol so với hệ thống đơn cực là khoảng 2500 vol. điện thế thấp và trở kháng cực thấp làm giảm thiểu những tác dụng phụ do nhiệt và dò điện gây ra. Song cũng do điện thế thấp nên bipolar không hiệu quả trong trường hợp chảy máu nhiều ( Mitchell, 1978).

Các hệ thống bipolar hiện đại (ví dụ hệ thống Bident) dùng hai dạng sóng khác nhau được chương trình và vi tính hóa để tạo hiệu quả tối ưu. Không giống như máy đốt đơn cực, hệ thống bipolar có thể dùng tốt cho cả môi trường ướt hay khô.

Hệ thống có thể dùng cắt hoặc đốt trong tất cả các mô an toàn, kể cả trực tiếp trên xương, răng mà không sợ hoại tử mô.

·       Có thể hoạt động được trên những bệnh nhân đặt máy tạo nhịp hay máy phá rung.

·       Cắt và đốt trong môi trường ướt hay khô đều được

·       Không cần pad đất, không có dòng điện qua người bệnh nhân

·       Kiểm soát năng lượng chính xác

·       Không có sự co mô hay hóa than

·       Hoạt động cắt và đốt tiêu thụ ít điện năng hơn ¼ lương điện nếu dùng máy đốt đơn cực.

Giảm thiểu hiện tượng nhiệt và dòng điện lan tỏa

1.1.1. Nguyên lý phẫu thuật coblation

Bức xạ tần số radio là gì?

Bức xạ điện từ tần số radio là sự truyền năng lượng bằng sóng radio ( có rặng tần số từ 3 kilohertz (kHz) to 300 gigahertz (GHz).

Nguồn phát sóng tần số radio

Bức xạ điện từ tần số radio được tạo bởi cả nguồn tự nhiên và nhân tạo

Nguồn tự nhiên như mặt trời, trái đất, tầng điện ly, chúng phát ra trường RF mức độ thấp.

Nguồn nhân tạo chủ yếu dùng trong lãnh vực viễn thông, radio, tivi, điện thoại di động, máy nhắn tin, điện thoại không dây, vệ tinh, lò vi ba, radar, thiết bị nhiệt công nghiệp,…

Tác dụng của sóng tần số radio lên mô sinh học

          Có 3 tác dụng chính :

Tác dụng faradic :  không thường gặp ở những máy đốt hiện đại có tần số trên 300kHz

Tác dụng điện ly : gây ra do sự phân cực của ion trong mô khi dòng điện xoay chiều đặt vào mô mà gồm chủ yếu là nước và chất điện giải, do dòng điện tần số cao nên những hạt ion trong mô sẽ rung hoặc di chuyển nhẹ làm tăng động năng, đưa đến tăng nhiệt độ mô

Tác dụng nhiệt : có một vài yếu tố ảnh hưởng đến kiểu dẫn truyền nhiệt qua mô. Nước là môi trường tối hảo để duy trì cân bằng nhiệt trong mô do nó có nhiệt độ sôi hằng định. Yếu tố quan trọng khác là mạch máu của mô, vì tuần hoàn giúp giải nhiệt. Tác dụng nhiệt lên mô sinh học tùy thuộc vào nhiệt độ cuối cùng đạt được tại mô và khoảng thời gian duy trì nhiệt độ cao tại đó. Khi nhiệt độ tăng chậm, mô sẽ khô và có sự đông protein cấu thành, trái lại khi nhiệt độ tăng nhanh đến 100^oC làm sôi nước nội bào gây tăng áp lực làm vỡ màng tế bào. Khi nhiệt độ tăng quá nhanh nước không kịp bốc hơi cũng như mô chưa kịp giải nhiệt đi nên nước sôi lên nhanh chóng.

Một số yếu tố khác là nước làm ảnh hưởng đến trở kháng của mô, trở kháng mô khô cao hơn mô ướt.

Hoạt động cắt phẫu thuật : đạt được khi nhiệt độ trong mô tăng cao nhanh chóng đến 100°C trong vòng micro giây.