高频电刀手术电极-粘附组织结合机制与抗粘附电极研究

摘要

手术电极表面组织粘附问题严重阻碍了高频电刀在微创手术领域的应用。前期研究大多聚焦手术电极表面改性、增加附属设备等抗粘措施，缺乏针对组织粘附机制的研究，导致临床尚无有效的抗粘附措施。因此，亟需系统深入的研究揭示高频电刀手术电极表面的组织粘附机制，研究结果不仅可以为彻底解决高频电刀表面组织粘附问题提供理论指导和技术思路，推进高频电刀在微创手术领域的应用，而且可以丰富机械表界面学科的基础理论。 本研究针对手术电极表面组织粘附行为，设计了电切割、电-热粘附和热粘附三个实验组，借助微观形貌分析、元素区域扫描、纳米硬度和拉脱试验等手段，对比研究三种工况下电极表面的组织粘附行为，验证了高频电场对于电极表面组织粘附行为的影响机制，揭示了电极-组织粘附界面结合机制；在此基础上，制备了一种高熔点钨涂层抗粘附手术电极，研究了其在电切割手术工况下的抗组织粘附性能。研究的主要结果和结论如下： 1）高频电场对手术电极表面粘附组织的形成和结合均存在显著影响。在单纯热场作用下，电极表面的粘附组织由纳米组织颗粒简单堆砌而成，结合强度低；而在电外科手术工况下，手术电极在切割凝血过程中伴随电弧放电，电弧放电产生的高温导致304不锈钢电极表面烧蚀、局部显微熔融，与此同时，纳米组织颗粒在高频电场的加速作用下击打在电极表面，与烧蚀坑紧密嵌合、并在界面与熔融的基体金属交融混合、相互扩散，形成一个非均匀混合的界面结合层，结合强度高。 2）以304不锈钢电极作为基体，利用磁控溅射制备了一种钨涂层抗粘附手术电极。在相同的电外科手术工况下，相比 304 不锈钢手术电极，钨涂层手术电极表面烧蚀轻微，电极基体元素基本不扩散，粘附组织-电极界面清晰，粘附组织的结合强度降低达90%以上，容易被去除。 3）手术电极表面组织粘附是电-热耦合作用的结果，抗粘附手术电极设计必须考虑高频电场对组织颗粒的加速作用，以及电极表面的耐电弧烧蚀破坏能力。

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